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1、(10)申请公布号 CN 103582275 A (43)申请公布日 2014.02.12 CN 103582275 A (21)申请号 201310330394.2 (22)申请日 2013.08.01 102012213605.3 2012.08.01 DE H05G 1/08(2006.01) H01J 35/10(2006.01) H01J 35/30(2006.01) (71)申请人 西门子公司 地址 德国慕尼黑 (72)发明人 J. 富尔斯特 A. 柯纳 J. 沃克 (74)专利代理机构 北京市柳沈律师事务所 11105 代理人 谢强 (54) 发明名称 异步运行焦斑抖动降低的旋转。
2、阳极的方法和 X 射线辐射器 (57) 摘要 本发明涉及一种用于异步运行 X 射线辐射器 （1） 的旋转阳极 （3） 的方法， 其中通过定子 （6） 的 具有第一频率 （F1） 的电磁交变场向该旋转阳极 （3） 施加转矩。该方法包括如下步骤 ： 将所述第一 频率 （F1） 提高 （101） 到第二频率 （F2） ， 其中所述 第二频率 （F2） 是 X 射线辐射触发频率 （F4） 的整 数倍， 并且这样同时改变 （102） 交变场的功率， 使 得所述旋转阳极 （3） 的旋转频率 （F3） 保持不变。 本发明提供了如下优点， 即无需在旋转阳极上附 加力就可以提高交变场的频率。 同样， 本发明提供。
3、 一种用于执行该方法的 X 射线辐射器装置。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103582275 A CN 103582275 A 1/1 页 2 1. 一种用于异步运行 X 射线辐射器 （1） 的旋转阳极 （3） 的方法， 通过定子 （6） 的具有 第一频率 （F1） 的电磁交变场向该旋转阳极施加转矩， 其特征在于 ： - 将所述第一频率 （F1） 提高 （101） 到第二频率 （F2） ， 其中所述第二频率。
4、 （F2） 是 X 射线 辐射触发频率 （F4） 的整数倍， 并且 - 这样同时改变 （102） 交变场的功率， 使得所述旋转阳极 （3） 的旋转频率 （F3） 保持不 变。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 脉冲宽度调制在定子 （6） 上用于产生电磁 交变场的定子电压 （U3） 。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的方法， 其特征在于， 减小所述功率。 4. 根据权利要求 2 和 3 所述的方法， 其特征在于， 改变所述定子电压 （U3） 的脉冲宽度。 5. 根据上述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于， 仅在 X 射线辐射触发的情况 下提高 （101） 第一频率 。
5、（F1） 并且同时改变 （102） 交变场的功率。 6. 根据上述权利要求中任一项所述的方法， 其特征在于， 所述第一频率 （F1） 是 220Hz 并且所述第二频率 （F2） 是 240Hz， 其中所述旋转阳极 （3） 的旋转频率 （F3） 是 200Hz。 7. 一种 X 射线辐射器装置， 具有 ： - 用于产生 X 射线辐射 （9） 的 X 射线管 （2） ， - 在所述 X 射线管 （2） 中布置的可旋转的旋转阳极 （3） ， 和 - 定子 （6） ， 其产生具有第一频率 （F1） 的电磁交变场以用于驱动所述旋转阳极 （3） ， 其特征在于 ： - 变频器 （18） ， - 该变频器提。
6、供具有第一频率 （F1） 的定子电压 （U3） 以用于产生电磁交变场， - 该变频器将所述第一频率 （F1） 提高到第二频率 （F2） ， 其中所述第二频率 （F2） 是 X 射 线辐射触发频率 （F4） 的整数倍， 并且 - 这样同时改变所述定子电压 （U3） ， 使得所述旋转阳极 （3） 的旋转频率 （F3） 保持不变。 8. 根据权利要求 7 所述的装置， 其特征在于， 所述定子电压 （U3） 是脉冲宽度调制的。 9. 根据权利要求 8 所述的装置， 其特征在于， 所述变频器 （18） 改变所述定子电压 （U3） 的脉冲宽度。 10. 根据权利要求 7 至 9 中任一项所述的装置， 其特。
7、征在于， 仅在 X 射线辐射触发的情 况下所述定子电压 （U3） 具有第二频率 （F2） 并且改变所述定子电压 （U3） 的调制。 11. 根据权利要求 7 至 10 中任一项所述的装置， 其特征在于， 所述第一频率 （F1） 是 220Hz 并且所述第二频率 （F2） 是 240Hz， 其中所述旋转阳极的旋转频率 （F3） 是 200Hz。 权 利 要 求 书 CN 103582275 A 2 1/4 页 3 异步运行焦斑抖动降低的旋转阳极的方法和 X 射线辐射器 技术领域 0001 本发明涉及一种用于异步运行X射线辐射器的旋转阳极的方法和所属的X射线辐 射器装置， 通过定子的电磁交变场向该。
8、旋转阳极施加转矩。 背景技术 0002 在医学 X 射线成像中具有旋转阳极的 X 射线管用于产生 X 射线辐射。为此将盘形 的旋转阳极加速到高的旋转频率并且从在阴极中产生的电子的入射点， 即所谓的 “焦斑” 处 旋转离开。在电子束下旋转阳极运动得越快， 焦斑的可能面积负担就越高。为了改善 X 射 线成像的图像质量， 给出如下可能性 ： 提高X射线管的脉冲功率或者减小焦斑。 在现代旋转 阳极 X 射线管中旋转阳极以大约 150Hz 至 200Hz 旋转。相应地， 需要强大的阳极驱动来加 速数千克质量的旋转阳极。 0003 图 1 示出了穿过具有 X 射线管 2 和旋转阳极 3 的 X 射线辐射器。
9、 1 的横截面。在 X 射线管2的真空容器之外而在X射线辐射器1的壳体10之内的定子6产生电磁交变场。 在 旋转阳极 3 的轴 12 上存在转子 5， 该转子通过定子 6 的交变场处于旋转运动中。阴极 4， 例 如具有文纳尔圆柱电极 （Wehneltzylinder） 的热阴极， 产生被加速至旋转阳极 3 的电子束 11。在旋转阳极 3 上的入射点中减速电子束 11 并且由此产生 X 射线辐射 9， 其通过壳体 10 的射线出射窗 7 脱离 X 射线辐射器 1， 从而随后例如通过光圈 8 成形。 0004 通常以交流电流驱动定子 6 并且其消耗几千瓦的电功率。定子 6 的强电磁交变场 对电子束。
10、 11 的电子飞行轨迹具有干扰影响， 因为通过交变场这样偏转电子， 使得旋转阳极 3 上的聚焦受到干扰。按照旋转阳极驱动的交变场的频率节拍发生焦斑的来回跳动。焦点 位置的这种调制在借助 X 射线辐射产生的 X 射线图像中可以通过图像边缘的抖动察觉出。 该不期望的效果在专业人员中称为 “焦点抖动 （Fokuswackeln） ” 。 0005 给出至少部分地减小焦点抖动的多个公知的可能性。 例如可以在定子和旋转阳极 的背面安装 Mu 金属屏蔽。Mu 金属是软磁的镍铁合金并且具有屏蔽电磁场的特性。由于通 过线圈实现了将电子聚焦到旋转阳极， 所以也可以通过改变电磁场来影响电子轨迹以及由 此影响聚焦。。
11、然而该方法极其昂贵。 0006 另一种可能性在于， 以图像频率来同步定子。例如如果以 30 图像 / 秒进行拍摄， 则定子可以以 30Hz 的八倍， 即 240Hz 提供交流电流。由此驱动相位对于每次拍摄是相同的 并且焦点抖动可以最小。然而该解决方案在 X 射线辐射器运行时产生干扰噪声。 0007 在后公开的专利申请文件 DE102012204841A1 中给出另一种解决方案。为了 X 射 线辐射的产生给出具有 X 射线管的旋转阳极 X 射线辐射器来产生 X 射线辐射。X 射线辐射 器包括在真空容器中布置的旋转阳极， 该旋转阳极具有旋转轴、 在旋转轴上布置的转子和 部分布置在真空容器之外的定子。
12、。定子产生用于驱动转子的电磁交变场， 其中定子具有至 少一个用于产生电磁交变场的定子线圈。此外， X 射线辐射器包括用于产生被加速至旋转 阳极的电子束的阴极， 其中在阴极或电子束区域中布置至少一个用于补偿定子线圈的电磁 交变场的补偿线圈 （Gegenspule） 。 说 明 书 CN 103582275 A 3 2/4 页 4 0008 以可变的频率向定子线圈供电的交流电流通常由变频器提供。 变频器是电流转换 器， 该电流转换器由交流电压产生频率和振幅可变化的交流电压以用于直接供应三相电动 机。 规定应该按照哪种频率和振幅产生输出交流电压的标准， 在此适应电器的要求， 例如按 照其瞬时机械负载。
13、， 并且依赖变频器而变化。 根据电器的类型和种类， 变频器可以以单相交 流电压以及三相交流电压工作， 并且也可由单相交流电压产生三相交流电压以用于向三相 电动机供电。 某些变频器具有附加的传感器输入端， 以便采集电器的状态参数， 诸如转子的 转速或瞬时的角度位置。 0009 图 2 按照框图和电压曲线示出了变频器 18 的功能原理。三相输入电压 U1 通过整 流器 13 整流并且利用中间电路 14 的电容器按照电压保持稳定。在中间电路的输出端出现 中间电路电压 U2， 该中间电路电压大约为输入电压 U1 的 1.35 倍。在框图的左下方示出了 输入电压 U1 关于时间 t 的对于三个相的曲线。。
14、在其旁边示出了中间电路电压 U2 的曲线。 0010 中间电路电压U2通过逆变器15转换为具有时钟周期形式的电动机电压U3。 该方 法基于正弦评估的脉冲宽度调制。时钟控制的电动机电压 U3 的结构取决于期望的输出频 率。在框图的右下图示出了电动机电压 U3 与时间 t 的依赖关系。明显能够识别不同的脉 冲宽度。借助傅里叶分析可以示出， 变频器 18 的时钟控制的电动机电压 U3 在电动机 16 上 展现出相同的作用， 诸如有相同振幅和频率的正弦电压。借助控制电子器件 17 来控制电动 机旋转场的产生。 发明内容 0011 本发明要解决的技术问题是， 提供在产生 X 射线辐射时避免焦点抖动的另一。
15、种方 法和另一种装置。 0012 上述技术问题通过根据本发明的互相独立的权利要求的方法和装置来解决。 有利 的改进方案在从属权利要求中给出。 0013 本发明的基本思路在于， 尽管提高了电动机驱动频率， 但旋转阳极的旋转频率仍 保持恒定， 方法是增大在转子和定子之间的转差率 （Schlupf） 。 0014 本发明要求保护一种用于异步运行 X 射线辐射器的旋转阳极的方法， 通过定子的 具有第一频率的电磁交变场向该旋转阳极施加转矩。在此， 将交变场的频率提高到第二频 率， 其中第二频率是 X 射线辐射触发频率的整数倍。这样同时改变交变场的功率， 使得旋转 阳极的旋转频率保持不变。本发明提供了如下。
16、优点， 即无需在旋转阳极上附加力就可以提 高交变场的频率。 0015 在改进方案中， 在定子上用于产生电磁交变场的定子电压可以是脉冲宽度调制 的。 0016 在另一种实施方式中可以减小功率， 其中改变定子电压的脉冲宽度。 0017 具有优势地， 可以仅在 X 射线辐射触发的情况下提高第一频率并且同时改变交变 场的功率。 0018 此外， 第一频率可以是 220Hz 并且第二频率可以是 240Hz， 其中旋转阳极的旋转频 率是 200Hz。 0019 本发明还提供一种X射线辐射器装置。 其包括用于产生X射线辐射的X射线管、 在 X 射线管中布置的可旋转的旋转阳极和产生具有第一频率的电磁交变场以用。
17、于驱动旋转阳 说 明 书 CN 103582275 A 4 3/4 页 5 极的定子。 此外， 该装置包括变频器， 该变频器提供具有第一频率的定子电压以用于产生电 磁交变场， 该变频器将第一频率提高到第二频率， 其中第二频率是 X 射线辐射触发频率的 整数倍， 并且这样同时改变定子电压， 使得旋转阳极的旋转频率保持不变。 0020 在另一种实施方式中， 定子电压可以是脉冲宽度调制的。 0021 在该装置的改进方案中， 变频器可以改变定子电压的脉冲宽度。 0022 在另一种构造中， 可以仅在 X 射线辐射触发的情况下提高第一频率并且改变定子 电压的调制。 附图说明 0023 本发明的其它特征和优。
18、点借助于附图由下面对实施例的描述给出。附图中 ： 0024 图 1 示出了按照现有技术穿过 X 射线辐射器的横截面， 0025 图 2 示出了按照现有技术变频器的框图， 0026 图 3 示出了用于运行旋转阳极的方法的流程图， 0027 图 4 示出了具有旋转阳极的 X 射线管装置的框图。 具体实施方式 0028 图 3 示出了按照本发明的用于运行旋转阳极的从步骤 100 至 103 的方法的流程 图。在第一步骤 100 中， 旋转阳极以 200Hz 的旋转频率 F3 旋转， 其中驱动旋转阳极的定子 的电磁交变场以 220Hz 的第一频率 F1 脉动。由于在旋转阳极的转子和定子之间的大的气 隙。
19、形成在旋转频率 F3 和第一频率 F1 之间的大的转差率。 0029 在第二步骤 101 中， 以 30Hz 的触发频率 F4 触发 X 射线辐射。在执行步骤 102 的 同时将交变场的频率提高到 240Hz 的第二频率 F2， 该第二频率是触发频率 F4 的整数倍 （F2 8F4） 。由此避免焦点抖动。为了旋转阳极不必加速到更高的旋转频率 F3， 减小交变场 的功率。该交变场的功率减小例如通过改变电动机电压 U3 的调制进行。旋转频率 F3 在 200Hz 处保持恒定， 仅提高定子的驱动频率。异步驱动的转差率增大。 0030 在步骤 103 中， 在 X 射线图像拍摄结束时驱动频率又返回到第。
20、一频率 F1 并且再次 取消电动机电压 U3 的改变的调制， 从而再次提高功率并且减小转差率。 0031 替换地， 可以不取决于 X 射线图像拍摄永久地增加转差率。驱动频率总是 X 射线 辐射触发频率的倍数并且比旋转阳极的旋转频率高大约 40Hz。 0032 图 4 示出了按照本发明的 X 射线辐射器装置的框图， 其具有用于产生 X 射线辐射 的 X 射线管 2 和在 X 射线管 2 中布置的可旋转的旋转阳极 3。定子 6 产生具有第一频率 F1 的电磁交变场以用于借助转子 5 来驱动旋转阳极 3。 0033 变频器 18 由整流的中间电路电压 U2 产生具有第一频率 F1 的定子电压 U3 。
21、以用于 产生电磁交变场。按照本发明， 在 X 射线图像采集开始时变频器 18 将第一频率 F1 提高到 第二频率 F2， 其中第二频率 F2 是 X 射线辐射触发频率 F4 的整数倍。同时变频器 18 这样改 变定子电压 U3， 使得旋转阳极的旋转频率 F3 保持不变。优选地， 这一点通过改变脉冲宽度 调制的定子电压 U3 的脉冲宽度进行。由控制电子器件 17 来控制变频器 18。 0034 附图标记列表 0035 1 X 射线辐射器 说 明 书 CN 103582275 A 5 4/4 页 6 0036 2 X 射线管 0037 3 旋转阳极 0038 4 阴极 0039 5 转子 0040。
22、 6 定子 0041 7 射线出射窗 0042 8 光圈 0043 9 X 射线辐射 0044 10 壳体 0045 11 电子束 0046 12 轴 0047 13 整流器 0048 14 中间电路 0049 15 逆变器 0050 16 电动机 0051 17 控制电子器件 0052 18 变频器 0053 100 具有旋转频率 F3 的旋转 0054 101 触发 X 射线辐射 0055 102 提高交变场的频率 0056 103 X 射线图像拍摄的结束 0057 F1 第一频率 0058 F2 第二频率 0059 F3 旋转阳极 3 的旋转频率 0060 F4 X 射线辐射触发频率 0061 U1 输入电压 0062 U2 中间电路电压 0063 U3 电动机电压 / 定子电压 说 明 书 CN 103582275 A 6 1/3 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103582275 A 7 2/3 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103582275 A 8 3/3 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103582275 A 9 。