用於確定電極間隔的方法和測量設備以及X射線管與流程

2023-09-12 21:20:45

本發明涉及用於確定在x射線管的陰極和陽極之間的電極間隔的方法和測量設備以及用於執行所述方法的電腦程式產品和計算機可讀存儲介質。本發明也涉及具有可變電極間隔的x射線管。

背景技術：

典型地利用x射線管以韌致輻射（bremsstrahlung）的形式產生x射線輻射，所述韌致輻射在吸收高能電子時在陽極中形成。為此，電子在真空中由陰極產生，並且藉助於高電壓朝陽極的方向被加速。電子束被聚焦在陽極上。電子在陽極中通過陽極材料被減速（abbremsen），因此典型地具有高原子序數的材料被用作陽極材料。具有高原子序數的材料或者元素引起電子的足夠強的減速。在減速時出現作為韌致輻射產生的x射線輻射，所述x射線輻射被使用用於研究目的。

通過陽極表面的特性和定向以及通過電子束在撞擊到陽極上時的方向和焦斑輪廓確定所產生的x射線的方向和外形（gestalt）。為了在期望的方向上產生成束的和密集的x射線，電子束因此被聚焦並且被對準陽極表面的確定的部位。通常在現代的x射線管中使用盤狀陽極，所述盤狀陽圍繞其軸旋轉。由此，在固定的電子束情況下，焦斑（焦點（fokus））的地點不斷地在陽極盤上變動，由此局部的溫度負荷比在立式陽極的情況下小。

在製造x射線管時，在對x射線管的各個部分進行裝配、釺焊（verlöten）或焊接（verchweißen）之前，藉助於機械測量儀器並且在使用電極上的參考支點（referenzauflagepunkten）的情況下來設定陰極和陽極之間的間隔、即電極間隔。由於不可避免的部件公差和測量儀器公差，電極間隔遭受樣本方差（exemplarstreuung）。

電極間隔決定性地影響x射線管的聚焦和透射（durchgriff）。例如過大的電極間隔導致差的透射以及焦斑太窄以及太長（在焦斑的寬度乘長度定義的情況下）。x射線管的所指定的功率特徵的儘可能小的樣本方差可以通過所生產的樣本的總數來確保。這當前僅利用非常成本密集的措施是可能的。

在生產x射線管時，在將各個管部分進行裝配、釺焊或焊接之前，專利申請人藉助於機械精密測量儀器並且在使用參考支點的情況下設定電極間隔。對在製造過程之後得出的電極間隔進行校正在事後是不可能的。必須針對每種新的x射線管類型對精密測量儀器和工具重新進行設計、置辦、驗證和保養。

技術實現要素：

本發明的任務是說明以簡單和精確的方式確定電極間隔的方法和測量設備。本發明的另一任務在於說明x射線管，其中這樣確定的電極間隔可以在與額定值有偏差的情況下被校正。

按照本發明，所提出的任務利用獨立專利權利要求的用於確定電極間隔的方法和測量設備、x射線管、電腦程式產品和計算機可讀介質解決。在從屬權利要求中說明有利的改進方案。

按照本發明，由頻率激勵式x射線管的諧振頻率確定x射線管的電極間隔。按照本發明，x射線管裝備有用於陰極懸掛裝置的可移動的保持裝置，其中在對x射線管進行釺焊之後，可以從x射線管之外移動所述懸掛裝置，由此電極間隔改變。

本發明要求保護用於確定x射線管的陰極和陽極之間的電極間隔的方法，所述方法具有以下步驟：

-自動地確定串聯振蕩迴路的諧振頻率，所述串聯振蕩迴路由x射線管的串聯漏電感以及在陽極和陰極之間的耦合電容構成；

-由諧振頻率確定耦合電容，和

-由耦合電容確定電極間隔。

本發明提供以下優點，即在無機械精密測量儀器的情況下，可以簡單地和非常準確地測量電極間隔。

在一種改進方案中，利用方程式

來計算耦合電容，其中是耦合電容，是串聯漏電感並且是諧振頻率。

在另一種擴展方案中，利用方程式

計算電極間隔，其中是電極間隔，是真空的介電常數，是陽極和陰極之間的介質的介電常數，並且是通過陽極和陰極構成的平板電容器的面積。

本發明也要求保護電腦程式產品，所述電腦程式產品包括電腦程式，其中所述電腦程式可被加載到測量設備的存儲設備中，其中當在測量設備上實施電腦程式時，利用所述電腦程式實施按照本發明的方法的步驟。

此外，本發明要求保護計算機可讀介質，在所述計算機可讀介質上存儲有電腦程式，其中所述電腦程式可被加載到測量設備的存儲設備中，其中當在測量設備上實施電腦程式時，利用所述電腦程式實施按照本發明的方法的步驟。

本發明也要求保護用於確定x射線管的陰極和陽極之間的電極間隔的測量設備，其中測量設備被構造和編程用於：

-確定串聯振蕩迴路的諧振頻率，所述串聯振蕩迴路由x射線管的串聯漏電感以及在陽極和陰極之間的耦合電容構成，

-由諧振頻率確定耦合電容，和

-由耦合電容確定電極間隔。

本發明也要求保護具有管殼（röhrenhülle）的x射線管，陽極和陰極布置在所述管殼中，其中陰極布置在懸掛裝置中。懸掛裝置在管殼中可移動地安置，使得陽極和陰極之間的電極間隔可從管殼之外被改變。

本發明提供以下優點，即校正或者調節在製造過程之後得出的電極間隔。取消對具有在規格之外的結果的樣本的作廢或者報廢。

在一種改進方案中，x射線管具有機械上柔性的波紋管式（balgartig）保持裝置，其中懸掛裝置利用所述保持裝置安置在管殼中。

在另一實施方式中，保持裝置可以是環狀的並且包圍懸掛裝置。

在另一實施方式中，懸掛裝置具有圓柱形法蘭，所述圓柱形法蘭由保持裝置包圍。

另外，保持裝置可以具有摺疊式金屬板，所述金屬板構成波紋管式保持裝置的褶皺。

附圖說明

本發明的其他特點和優點根據示意性附圖從多個實施例的隨後闡述中變得清楚。

圖1示出x射線管的等效電路圖，

圖2示出用於確定諧振頻率的測量裝置，

圖3示出x射線管的頻率變化過程的圖表，

圖4示出x射線管的樣本方差的表格，和

圖5示出x射線管的橫截面。

具體實施方式

圖1示出x射線管1的等效電路圖。x射線管1的電極、即陰極和陽極可以在電氣方面被看作平板電容器的板。隨著板彼此間的間隔增加，板之間的電容減小，隨著間隔降低，電容升高。以下方程式適用：

，（1）

其中是電極間隔，是真空的介電常數，是陽極和陰極之間的介質的介電常數，並且是由陽極和陰極構成的平板電容器的面積。

與x射線管的分散參數、即串聯漏電感和並聯電阻一起可以將x射線管1在電氣方面看作串聯振蕩迴路。漏電感的典型值為0.2μh，並聯電阻的典型值為大約2gohm。

在並聯電阻和串聯漏電感的分散值（streuwerte）在x射線管1的製造批次上可忽略地小地改變的前提條件下，可以藉助於諧振曲線測量確定在陰極和陽極之間的耦合電容。以下方程式適用：

,（2）

其中是耦合電容，是串聯漏電感並且是振蕩迴路的諧振頻率。

圖2示出用於確定串聯振蕩迴路的諧振頻率的測量裝置。為此，利用測量設備2的hf源經由串聯電阻激勵振蕩迴路。串聯電阻優選地具有20ohm的值，以便在諧振情況下足夠地使振蕩的振幅衰減。例如利用測量設備2的示波器、頻譜分析儀或網絡分析儀確定諧振頻率。藉助於測量設備2的電腦程式，自動地和程序控制地尤其在使用方程式（1）和（2）的情況下進行確定。

在x射線管1的陰極處進行用於確定諧振頻率的電壓量取。耦合電容的面積通過諧振頻率的參考測量由已知的電極間隔按照方程式（1）和（2）來確定。

在圖3中示出了利用根據圖2的測量裝置和測量設備2的諧振曲線確定的圖表。在圖表的上面片段中，在x方向上繪出以mhz為單位的激勵頻率f並且在y方向上繪出以v為單位的振幅u。在圖表的下面片段中，在x方向上繪出以mhz為單位的激勵頻率f並且在y方向上繪出以度為單位的相位。在用於典型x射線管1的5.863pf耦合電容處出現147.067mhz的諧振頻率。

在圖4中表格式地為典型x射線管1示出了在以pf為單位的耦合電容、以mhz為單位的諧振頻率以及以mhz/pf為單位的靈敏度e之間的關係。可以看出：在對x射線管1進行釺焊之後並且在封閉和抽真空之前可以在測量技術上確定電極間隔。從而，與現有技術相反，可以尚在構建和測量具有高電壓的x射線管1之前評估電極間隔d。由此，誤差拖延（fehlerverschleppung）可以明顯地被減小。

如果應該在對x射線管1進行釺焊之後確定電極間隔的可測量的偏差，那麼可以按照本發明重新調節陰極4的懸掛裝置5。因為陰極4以不對稱的方式被構建，所以陰極載體板的傾斜（verkippungen）也可被測量和校正。

圖5示出x射線管1的橫截面。可以看到在管殼7中的陽極3和陰極4。陰極4被固定在懸掛裝置5中。懸掛裝置5的、與陰極4相對置的端部構成圓柱形法蘭8，所述圓柱形法蘭8被環狀保持裝置6包圍。保持裝置6負責在管殼7中柔性的但穩定的支持。

保持裝置6例如被實施為由金屬板組成的摺疊波紋管（faltenbalg）。由此，懸掛裝置5並且從而陰極4可以如由箭頭9所表明的那樣在空間中受限地被移動，由此電極間隔可以以機械方式被改變。藉助於用於確定電極間隔的上面描述的測量方法以及可從x射線管1之外以機械方式調整的陰極4，可以將電極間隔設定成期望的額定值。

保持裝置6必須是穩定的，使得即使在計算機斷層攝影裝置中旋轉時，陰極4的位置也不改變。同樣使得能夠從x射線管1之外受控制地移動懸掛裝置5（諸如利用定位螺釘）的其他設計同樣落入本發明的保護範圍中。

雖然通過實施例詳細地進一步闡明和描述了本發明，但是本發明不通過所公開的示例限制，並且可以由技術人員從中導出其他變型方案，而不偏離本發明的保護範圍。

附圖標記列表

1x射線管

2測量設備

3陽極

4陰極

5懸掛裝置

6保持裝置

7管殼

8法蘭

9移動方向

耦合電容

電極間隔

e靈敏度

f頻率

諧振頻率

串聯漏電感

並聯電阻

串聯電阻

u振幅

相位。