X射線管的主動熱控制的製作方法

2023-09-22 05:52:25 2

專利名稱：X射線管的主動熱控制的製作方法
技術領域：
本文公開的主旨涉及在醫療成像中使用的X射線管，特別地，涉及X射線管的熱控制。
背景技術：
在非侵入成像系統中，X射線管作為X射線輻射的源在螢光透視、投影X射線、斷層X射線照相組合技術和計算機斷層攝影(CT)系統中使用。典型地，該X射線管包括陰極和靶。在該陰極內的熱離子絲極響應於由施加的電流產生的熱而朝靶發射電子流，最終電子撞擊靶。一旦用電子流轟擊靶，它產生X射線輻射和熱。X射線輻射穿過感興趣受檢者，例如病人，並且輻射的一部分撞擊檢測器或照相底片，圖像數據收集在其中。一般，有差異地吸收或減弱通過感興趣受檢者的X射線光子流的組織在所得的圖像上產生對比。在一些X射線系統中，照相底片然後顯影以產生可由放射科醫師或主治醫師使用用於診斷目的的圖像。在數字X射線系統中，數字檢測器產生代表撞擊檢測器表面的離散像素區的接收的X射線輻射的信號。該信號然後可處理以產生可顯示以供回顧的圖像。在CT系統中，當掃描架圍繞患者移位時包括一系列檢測器元件的檢測器陣列通過各個位置產生相似的信號。X射線管具有在大量檢查序列期間的使用壽命，並且當在醫療護理設施中需要時必須一般對於檢查序列是可用的，因為例如由於緊急情況檢查序列可能或可能沒有安排。 當X射線管不在使用時，X射線管可在成像序列之間冷卻，因為沒有電子正由熱離子元件發射(即，大體上沒有熱正在產生)。該冷卻可導致靶材料跌至它的韌脆轉變溫度以下，這可以導致靶的斷裂或減少的使用壽命。使X射線管變暖的現有的技術常常是不可靠和低效的，因為典型的熱轉變過程可需要一個小時並且可以超過或未達到期望的靶溫度，導致靶材料的不穩定。在這樣的情況下，圖像序列可能被延遲，或在使靶適當變暖之前執行成像序列的情況下，靶可能破裂。因此，存在對X射線管中改進的熱控制的需要。

發明內容
在一個實施例中，提供用於X射線管的熱控制的系統。該系統包括X射線管，其具有電子束靶、旋轉式支撐靶的旋轉軸承和冷卻劑流道，該冷卻劑流道的至少一部分設置在旋轉軸承中央，並且該冷卻劑流道配置成接收冷卻劑。該系統還包括耦合於該冷卻劑流道並且配置成使冷卻劑通過冷卻劑流道循環的冷卻劑循環系統和耦合於該冷卻劑循環系統和旋轉軸承的控制電路，該控制電路配置成通過調整通過冷卻劑從X射線管提取熱量並且通過調整旋轉軸承的旋轉速率來控制X射線管的部件之間的熱流。在另一個實施例中，提供成像系統。該系統包括用於X射線管的熱控制的系統，其具有χ射線管，該χ射線管具有電子束靶、旋轉式支撐靶的旋轉軸承和冷卻劑流道，該冷卻劑流道的至少一部分設置在旋轉軸承中央，並且該冷卻劑流道配置成接收冷卻劑。該熱控制系統還包括耦合於冷卻劑流道並且配置成使冷卻劑通過冷卻劑流道循環的冷卻劑循環系統。該成像系統進一步包括配置成接收來自X射線管的、傳輸通過感興趣受檢者的輻射的數字檢測器、配置成控制來自該檢測器的圖像數據的採集的圖像採集電路；和耦合於冷卻劑循環系統和旋轉軸承的控制電路，該控制電路配置成通過調整通過冷卻劑從X射線管提取熱量並且通過調整旋轉軸承的旋轉速率來控制X射線管的部件之間的熱流。在另外的實施例中，提供用於X射線管的熱控制的方法。該方法一般包括使旋轉式支撐電子束靶的旋轉軸承以旋轉速率旋轉以生成熱，調整經由通過X射線管循環的冷卻劑從電子束靶、旋轉軸承或二者提取熱量，和監測指示X射線管內的溫度的參數。


當下列詳細說明參照附圖(其中相似的符號在整個附圖中代表相似的部件)閱讀時，本方式的這些和其他的特徵、方面和優勢將變得更好理解，其中圖1是根據本公開的實施例的採用CT成像系統(其中X射線源的溫度被主動控制)的形式的成像系統的實施例的系統級視圖；圖2是根據本公開的實施例的用於主動控制X射線管的溫度的熱控制系統的實施例的示意圖示；圖3是根據本公開的實施例的在熱控制系統操作期間在圖2的X射線管的部件之間熱傳遞的示意圖示；圖4是根據本公開的實施例圖示用於準備X射線管以供成像的方法的實施例的過程流程圖；以及圖5是根據本公開的實施例圖示用於在成像例程期間和之間維持X射線管內的部件的溫度的方法的實施例的過程流程圖。
具體實施例方式本方式針對用於控制X射線管內的各種部件的溫度的系統和方法。例如，在其中靶可旋轉地連接到螺旋槽軸承的X射線管的實施例中，使靶以這樣的速率旋轉並且控制其他過程變量以便控制通過冷卻劑(其循環通過X射線管)從靶收回的熱能的量是可能的。 熱能收回的該控制可由於從螺旋槽軸承產生的熱能是可能的，螺旋槽軸承可包括設置在固定軸的至少一部分和靶連接到的旋轉元件之間的液態金屬潤滑劑。液態金屬潤滑劑可在旋轉期間生成熱能。一般意義上，當靶的轉速增加時，由螺旋槽軸承產生的熱能的量增加。除通過螺旋槽軸承的轉速控制的X射線管的熱控制之外，本方式還針對通過控制系統的熱控制，該控制系統包括螺旋槽軸承連接到的馬達、熱交換器(HX)、冷卻劑泵和控制流過X射線管的部分的冷卻劑的量的閥中的任何一個或組合。該控制系統可控制整個X射線成像系統，或可以是連接到X射線成像系統的主控制系統的獨立控制系統。該熱控制系統可利用反饋和/模擬機制以確定哪些操作參數可被操縱以控制管內各種部件的溫度，例如螺旋槽軸承轉速、冷卻劑流速、冷卻劑溫度等等。例如，熱控制系統可利用溫度模型以預測各種X射線管部件在真空中的實際溫度，並且響應於模擬的溫度來調節操作參數。在相關的實施例中，熱控制系統可利用代替模擬溫度或除模擬溫度之外的X射線管部件的實際溫度讀數。在一些實施例中，控制系統可控制X射線管的部件之間的熱能的流動。熱控制系統可在任何的X射線管中利用，例如在螢光透視成像系統、CT成像系統等等中利用的X射線管等。圖1圖示用於採集和處理圖像數據的這樣的成像系統10，並且是根據本方式的熱控制可在其中利用的一個實施例。在圖示的實施例中，系統10是設計成採集X射線圖像數據、基於該數據重建斷層攝影圖像並且處理圖像數據用於顯示和分析的計算機斷層攝影(CT)系統。雖然成像系統10在醫療成像環境中論述，本文論述的技術和配置可應用在其他非侵入成像環境中，例如行李或包裝篩選或製造部件的工業無損評估等。在圖1中圖示的實施例中，CT成像系統10包括X射線源12，其可根據本實施例而被熱控制，並且在下文關於圖2和3進一步詳細描述。如在下文詳細論述的，源12可包括一個或多個X射線管。例如，源12可包括如在下文關於圖2更詳細描述的具有陰極組件14 和靶16的X射線管。該陰極組件14使電子流18( S卩，電子束)朝靶16加速。根據本實施例，靶16可旋轉地耦合於螺旋槽軸承。如在下文詳細論述的，該螺旋槽軸承有利地用液態金屬潤滑。在操作期間，靶16旋轉，其允許電子流18撞擊靶16的不同部分以防止靶16的變形和過熱。電子流18在靶16上的撞擊使靶16的材料發射X射線束20。除了 X射線束20 之外，大量的熱能在靶16的電子轟擊期間產生，其加熱靶的表面。靶16以及進而來說源12 的溫度可由熱控制系統控制，如在下文進一步詳細描述的。一般意義上，熱控制系統調整通過源12的一個或多個部分的冷卻劑的流動。結合液態金屬潤滑的螺旋槽軸承(其可當旋轉時生成熱)，熱控制系統可實現源12在使用之間(即，在成像照射之間)的熱維持。源12可放置在靠近於用於限定一個或多個X射線束20 (其傳遞進入受檢者M或對象所在的區域)的尺寸和形狀的準直儀22。X射線束的某部分由受檢者M吸收或衰減並且所得的X射線沈撞擊由多個檢測器元件形成的檢測器陣列觀。當射束照在檢測器觀上時，每個檢測器元件產生代表在檢測器元件位置處入射的X射線束強度的電信號。採集並且處理電信號以生成一個或多個掃描數據集。系統控制器30用命令控制成像系統10的操作以執行檢查和/或校準規程以及處理採集的數據。關於X射線源12，系統控制器30為X射線檢查序列提供電力、焦斑位點、靶 16的轉速、控制信號等等。在一些實施例中，系統控制器30可包括用於控制X射線源12內的部件的一個或多個的溫度的熱控制系統，如下文論述的。接收來自源12的X射線沈的一部分的檢測器觀耦合於系統控制器30，其用命令控制對檢測器觀產生的信號的採集。系統控制器30可通過馬達控制器36控制線性定位子系統32和旋轉子系統34的移動。在其中成像系統10包括源12和/或檢測器22的旋轉的實施例中，該旋轉子系統34 可使源12、準直儀22和檢測器觀繞受檢者M旋轉。應該注意到該旋轉子系統34可包括掃描架，其具有固定部件(定子)和旋轉部件(轉子)。該線性定位子系統32可使受檢者 24或更具體地使支撐受檢者M的患者臺能夠線性移位。從而，患者臺可在掃描架內或在成像體積(例如，位於源12和檢測器觀之間的體積)內線性移動並且實現對來自受檢者M 的特定區域數據的採集，從而產生與那些特定區域關聯的圖像。另外，線性定位子系統32 可使準直儀22的一個或多個部件移位以調節X射線束20的形狀和/或方向。在其中源12 和檢測器觀配置成沿著ζ軸(即，與受檢者M的主長度關聯的軸)提供延長的或足夠的覆蓋範圍和/或不要求受檢者線性運動的實施例中，線性定位子系統34可不存在。系統控制器30可包括信號處理電路和關聯的存儲器電路。在這樣的實施例中，存儲器電路可存儲由系統控制器30執行以操作成像系統10 (其包括X射線源12和關聯的熱控制系統)並且處理由檢測器觀採集的數據的程序、例程和編碼算法。在一個實施例中，系統控制器30可作為例如通用或專用計算機系統等基於處理器的系統的全部或部分實現。源12可由包含在系統控制器30內的X射線控制器38控制。該X射線控制器38 可配置成向源12提供電力和定時信號。另外，在一些實施例中，X射線控制器38可配置成選擇性地激活源12使得在系統10內不同位置的管或發射體可互相同步或互相獨立操作。 根據本文描述的方式，X射線控制器38可調製包含在陰極組件14內的熱離子發射體的激活和操作以及調製靶16的轉速以熱調整該源12，如下文論述的。另外，X射線控制器38和/ 或系統控制器30可調節通過源12的部分的冷卻劑流動以調製熱能從X射線源12的移除。 例如，X射線控制器38和/或系統控制器30可配置成執行用於模擬源12的部分(例如， 靶16)的溫度和用於對轉速、熱離子發射、冷卻劑流動等等進行調節的代碼。系統控制器30可包括數據採集系統(DAQ40。該DAS 40接收由檢測器28的讀出電子儀器收集的數據，例如從檢測器觀採樣的模擬信號。該DAS 40然後可將數據轉換成數位訊號用於由例如計算機42等基於處理器的系統後續處理。在其他實施例中，檢測器 28可將採樣的模擬信號在傳輸到數據採集系統40之前轉換成數位訊號。計算機42可包括或與一個或多個適合的存儲器裝置46通信，其可以存儲由計算機42處理的數據、將由計算機42處理的數據或將由計算機42執行的例程和/或算法。計算機42可適用於例如響應於由操作員通過操作員工作站48提供的命令和掃描參數來控制由系統控制器30實現的特徵(即，掃描操作、數據採集和熱調整)。操作員可從工作站48輸入各種成像例程和其他例程，例如X射線源12變暖例程和溫度維持例程。系統10可還包括耦合於操作員工作站48的顯示器50，其允許操作員查看相關的系統數據、成像參數、原始成像數據、重建數據等等。另外，系統10可包括耦合於操作員工作站48並且配置成列印任何期望的測量結果的印表機52。該顯示器50和印表機52還可直接或通過操作員工作站48連接到計算機42。此外，操作員工作站48可包括或耦合於圖片存檔和通信系統(PACS) 54。PACS M可耦合於遠程系統56、放射科信息系統(RIS)、醫院信息系統(HIS)或內部或外部網絡，使得在不同地點的其他人可以實現對圖像數據的訪問。如上文指出的，本實施例針對X射線源12的主動熱控制。根據本文公開的實施例的一個方面，主動熱控制可使用控制電路執行，控制電路連接到可影響源12的溫度的系統 10的一個或多個部件。控制電路和關聯的部件可一起形成熱控制系統，其的實施例在圖2 中描繪。具體地，圖2圖示具有連接到X射線源12的各種部件的控制電路62的熱控制系統60，所述X射線源12的各種部件在描繪的實施例中是X射線管64並且在下文論述。一般意義上，控制電路62配置成調整X射線管64的部件之間的熱能傳遞。控制電路62還連接到旋轉子系統34，其可以是如上文描述的掃描架。控制電路62在圖示的實施例中連接到冷卻劑循環系統66，其配置成使冷卻劑循環通過X射線管64和/或圍繞X射線管64循環。冷卻劑循環系統66的部件包括具有冷卻劑泵70 (例如，變速或單速泵)和熱交換風扇72的熱交換器68，和用於控制冷卻劑流動的裝置，例如流量控制閥74(例如，節流閥)。熱交換器68利用冷卻劑泵70推動通過一個或多個路徑(其可經過和/或圍繞X射線管64)的冷卻劑的量(例如，可變量或大體上連續量)。另外，熱交換器68使用熱交換風扇72控制來自冷卻劑的排熱量(即，冷卻劑的溫
6度)。如此，冷卻劑的質量流速和冷卻劑溫度都可由控制電路62控制。S卩，控制電路62可發送控制信號給熱交換風扇72和/或給冷卻劑泵70以分別控制來自冷卻劑的排熱量和冷卻劑的流速。同樣，流量控制閥74可由控制電路62控制以調節流過和/或圍繞X射線管 64的各種部件(包括通過管的中央軸)流動的冷卻劑的量。例如，控制電路62可發送調節流量控制閥74的位置的控制信號以可控地使冷卻劑流量的部分從主冷卻劑路徑76轉向次冷卻劑路徑78，其可導致冷卻劑流量的部分從X射線管64的一個區域轉向另一個。此外， 應該注意到流量控制閥74或被利用的用於控制通過和/或圍繞X射線管64的部件的冷卻劑的流量的其他特徵可放置在圍繞X射線管控制體積80 (其包圍X射線管64)的任何點， 例如在來自X射線管控制體積80的冷卻劑出口處。X射線管控制體積80 —般限定冷卻劑可在其中流動的以影響X射線管64的一個或多個部件的溫度的區域。X射線管控制體積80可包括X射線管64和包含在其中的部件， 以及流動路徑、導管、冷卻套管(cooling jacket)等，其可為了熱調整而經歷冷卻劑流動和冷卻劑溫度的不同水平。視為X射線管控制體積80的一部分的X射線管64的部件(即可影響X射線管64的一個或多個部件的溫度的部件)包括馬達82，和固定軸86 (套筒84圍繞其旋轉並且其還包括冷卻劑流動路徑88)，馬達82控制套筒84的旋轉，靶16附連到套筒 84以旋轉。在圖示的實施例中，冷卻劑流動路徑88大致上沿著固定軸86的縱向中心開口伸展，並且允許冷卻劑移除來自固定軸86的熱能，並且因此移除來自部件的熱能，這些部件與固定軸86直接連接和/或熱連通。根據本實施例，通過控制冷卻劑的質量流速和/或溫度，X射線管64以及從而該靶16被冷卻的速率可比其中沒有這樣的熱控制系統的實施例要快。這樣的更快冷卻可允許更高的峰值功率掃描，其可減少在快的掃描架速度時產生的圖像噪聲。根據某些實施例，由旋轉套筒84和固定軸86形成的軸承可以是螺旋槽軸承 (SGB) 90，其用液態金屬材料潤滑，S卩，例如鎵(Ga)和/或( 合金等在室溫下是液態金屬的材料。實際上，軸承90的一些實施例可符合在提交於2009年3月25日題為「Interface for liquid metalbearing and method of making same(液態金屬軸承的界面禾口製造其的方法)」的美國專利申請序列號12/410518中描述的那些，其的全部公開通過引用全文結合於此。為了本論述的目的，SGB 90可也稱為套筒84和固定軸86之間的界面，其是包含液態金屬材料的區域和其中剪力施加到液態金屬材料的區域。有利地，在SGB 90旋轉期間， 液態金屬材料產生加熱SGB 90的熱能。這樣的加熱可使熱能傳遞到最接近的X射線管部件和/或減少通過流過X射線管控制體積80的冷卻劑從X射線管部件收回的熱能的量。 相反地，本實施例還實現液態金屬材料的增強冷卻，其可增加SGB 90的承載能力。在這樣的實施例中，SGB 90可由於它在增加的離心力下大致上保持穩定的能力而支持旋轉子系統 34的增加的轉速。在其中旋轉子系統34包括掃描架的實施例中，本方式可實現掃描架的轉速增加約5%和約20%之間(例如，約5%和15%之間)。另外，在一些實施例中，X射線管控制體積80可包括X射線管64的熱離子發射體 14，控制電路62可直接或間接連接到熱離子發射體14。在這樣的配置中，控制電路62可控制由熱離子發射體14產生的電子束18的通量，這使得控制電路62能夠控制對靶16加熱的速率。然而，應該注意到電子束18的通量可基於除期望的加熱速率之外或代替期望的加熱速率的給定的成像序列的參數來確定。如此，可存在適合於給定的成像序列的電子束18的通量可也對應於期望的加熱速率的情況。這可允許控制電路62至少部分控制靶16和最接近靶16的X射線管部件的實際溫度。X射線管部件之間的熱傳遞在下文關於圖3進一步描述。在操作中，控制電路62可例如響應於從X射線管控制體積80接收的反饋92來控制上文提到的部件中的任何一個或組合以控制X射線管64的溫度。該反饋92可包括各種溫度，例如X射線管64內的一個或多個模擬和/或測量的參數。作為示例，模擬和/或測量參數可包括例如靶16的溫度、SGB 90的溫度和/或轉子84的溫度等。該反饋92可是模擬的(例如，時間序列模型、有限差分模型)或可以是測量的反饋，或組合。控制電路62 還可響應於其他因素控制熱控制系統60的部件中的一個或多個的操作。這些因素可包括旋轉子系統；34的轉速(例如，掃描架速度)、SGB 90上的離心力、SGB 90的轉速以及X射線管64的操作模式，例如當X射線管64變暖、冷卻、執行成像例程和/或在成像例程之間時等。這樣的用於控制X射線管64內的部件的溫度的方法在下文關於圖4和5進一步詳細描述。在一些實施例中，控制電路62可包括可編程邏輯控制器(PLC)，其利用一個或多個算法執行熱調整過程，例如比例積分微分(PID)或比例積分(PI)算法等。如上文指出的，本實施例針對發熱和熱收回特徵的利用以主動調整X射線管64內的各種部件的溫度和各種部件之間的熱能傳遞。具體地，圖2的熱控制系統60不僅可如上文描述的控制由冷卻劑收回的熱能的量，還可控制X射線管64的部件之間的熱能傳遞的量和方向。圖3示意地圖示在操作期間X射線管64的各種部件之間的熱能傳遞。一般意義上，熱能可由電子束18在靶16上的轟擊和通過SGB 90的旋轉來施加到 X射線管64的部件。如上文指出的，電子束18在靶16上的轟擊導致X射線和熱能的產生， 並且SGB 90的旋轉在液態金屬潤滑劑材料上形成剪力，這也產生熱能。作為示例，在大約 50W至大約1000W範圍內來自SGB90的熱能產生可是可能的，其取決於SGB90的轉速和旋轉子系統34的速度，其由雙向箭頭100的一個方向圖示。從靶16用電子束18轟擊而產生的熱能可一般傳導通過靶16並且朝套筒84傳導，如由雙向箭頭100的另一個方向代表的。 傳遞給套筒84的在靶16產生的熱能可進一步傳遞通過SGB 90到固定軸86，如由箭頭102 代表的。為了將熱能從上文提到的部件移除，冷卻劑流過在固定軸86中央的冷卻劑流動路徑88，並且充當散熱件以將熱能從固定軸86和它附近的部件移除，如由箭頭104代表的。 根據本方式，SGB90可用作熱選通門(thermal gate)，其控制從套筒84傳遞到冷卻劑流動路徑88的熱能的量。例如，通過改變SGB90的轉速，由SGB90產生的熱能可變化，其允許冷卻劑對靶16、套筒84和固定軸86的冷卻效果(即從其中收回的熱能)至少部分被調整。 艮口，SGB90可形成過剩熱能，這在靶16可開始冷卻之前必須被移除。這些方式與冷卻劑的質量流量和溫度控制結合可以是可取的以維持靶16的溫度高於韌脆轉變溫度(DBTT)使得靶16在操作期間是穩定的(即，不斷裂)。在當靶16處於低於套筒84的溫度時的時段期間，例如在一天的開始或在執行成像例程之前，由SGB90旋轉產生的熱能可朝靶16傳導，如由雙向箭頭100代表的。例如，控制電路62可直接或間接提供控制信號給馬達82以控制SGB90的轉速。SGB90然後可產生熱能，其可通過套筒84傳遞到靶16。當然，在這些情況下，冷卻劑的冷卻水平可通過調節在熱交換器66(圖幻處從冷卻劑排出的熱量和/或調節冷卻劑質量流速來調節。流速的控制可進而包括控制冷卻劑循環泵70的輸出或控制流量控制閥74或兩者均可。如上文指出的，這些控制例程可由控制電路62在成像例程之前、期間和/或之後執行。熱調整X射線管64和它的部件(例如，靶16)的溫度的方法的示例在下文提供。具體地，圖4圖示用於在執行成像例程之前使靶變熱的方法，並且圖5圖示用於在成像例程期間和之間維持X射線管64的溫度的方法。如上文指出的，在一天的開始或在執行成像例程之前，在X射線管64內的靶16的溫度可低於合適的操作溫度。例如，靶16可處於或稍稍高於室溫，其可低於靶16的靶材的韌脆轉變溫度(DBTT)。X射線管64在這樣的溫度的利用可損傷靶16。因此，執行變熱例程以使靶16達到合適的操作溫度和/或維持靶16的溫度在合適的操作溫度可是可取的。 圖4圖示用於在使用前獲得X射線管的合適操作溫度的這樣的方法110的實施例的過程流程圖，而圖5圖示用於在使用期間和之間維持合適的操作溫度的方法的實施例的過程流程圖。方法110可由熱控制系統60執行，其可由控制電路62控制(即，方法110或其的部分可通過軟體實現)。實際上，控制電路62可自動執行方法110的動作，或某些步驟可由用戶啟動。方法110 —般以檢測和/或模擬各種參數開始(框112)，將其反饋提供給控制電路62。如上文論述的，反饋可確定例如SGB 90轉速、電子束18通量、冷卻劑流速和溫度等各種操作參數。由框112代表的動作可包括檢測和/或模擬例如靶16、套筒84、固定軸 86和SGB90等在X射線管64內的部件的各種溫度。另外，如上文關於圖2和3論述的，其他參數可直接測量，例如冷卻劑溫度和/或冷卻劑流速等。應該注意到在例如系統10等X射線成像系統的停機時間(例如，在夜裡)期間， SGB 90可維持相對恆定的轉速。即，SGB 90可在方法110的動作之前以大致上恆定的速率旋轉。然而，在其他情況下，例如在維護期間等，SGB 90可不旋轉。考慮到這點，一旦期望的參數已經被檢測和/或模擬，控制電路62可調節一個或多個操作參數114。例如，在圖4 的圖示實施例中，控制電路62可發送控制信號給馬達82以設置和/或調節SGB 90的轉速 (框116)。如上文指出的，SGB 90的轉速可確定由經受剪力的液態金屬材料產生的熱能的量。除SGB 90的旋轉開始外，控制電路62可發送控制信號以設置和/或調節冷卻劑循環系統66的操作參數(框118)。控制電路62可通過發送控制信號給冷卻劑泵70和熱交換風扇72以分別調節冷卻劑質量流速和冷卻劑排熱並且發送控制信號給流量控制閥74 以調節通過X射線管64的各種部分的冷卻劑質量流速，從而來調節冷卻劑循環系統66 (框 118)。作為示例，流量控制閥74的位置可確定流過在固定軸86的中央的冷卻劑流動路徑 88的冷卻劑的量和圍繞X射線管64的外部周邊循環的冷卻劑的量。控制電路62可調節X 射線管64的部件和冷卻劑循環系統66的部件中的任何一個或其組合以達到合適的操作溫度。此外，在冷卻劑循環系統66在方法100執行前以大致上恆定的速率和/或冷卻劑的溫度來流動冷卻劑的情況下，控制電路62可發送控制信號使冷卻劑循環系統66調節它的目前參數。在其他情況下，冷卻劑循環系統66可沒有流動冷卻劑，在該情況下控制信號可使系統66啟動冷卻劑的流動和排熱。除執行由框116和118代表的動作外，控制電路62還可發送控制信號給一個或多個電極，其控制由熱離子發射體14的電子束髮射以發起電子束(框120)。在一個可能的實現中，電子束18的通量可低於對於成像所利用的通量，直到靶16達到合適的成像溫度為止。應該注意到電子束髮射(框120)可與SGB 90的旋轉(框116)大致上同時或在其之後執行。在這點上，儘管調節SGB 90的轉速(框116)的概念呈現為在設置或調節冷卻劑循環系統66(框118)的概念之前論述，應該注意到圖示的操作參數114的調節可採用任何順序執行，並且不限於圖示的特定順序。然而，應該注意到在電子束18啟動(框120)之前使SGB90旋轉(框116)可以是可取的，以便避免損傷靶16。為了確保由控制電路62控制的部件處於合適的操作水平，控制電路62可連續和 /或間歇地檢測和/或模擬各種參數(框12 ，例如溫度等。作為示例，控制電路62可具有對於給定操作參數集(即，冷卻劑流速和溫度、SGB轉速、電子束通量等)的模擬的溫度數據。在時間序列模型中，控制電路62可在給定時間維持和/或調節操作參數直到模型提示該靶16已經達到合適的操作溫度為止。另外或備選地，控制電路62可具有來自X射線管64的其他部件的檢測的溫度數據，其指示靶16的溫度(例如，按比例)，或可測量靶16 的實際溫度。一旦控制電路62已經模擬和/或確定靶16的溫度，控制電路62可執行關於靶16 是否已經達到合適的操作溫度的查詢(查詢124)。在其中靶16沒有達到合適的操作溫度的實施例中，方法110可循環返回到調節操作參數114的步驟直到靶16已經達到合適的溫度為止。在其他實施例中，方法110可簡單地繼續根據框122進行監測。在其中靶16實際上已經達到適合成像的溫度的實施例中，控制電路62可發送控制信號給熱控制系統60的各種部件以維持靶16的溫度(框126)。由框1 代表的動作可包括發送控制信號給控制熱離子發射體14的電極以停止電子束髮射，以及發送控制信號給SGB 90以維持、增加或減小它的轉速。另外或備選地，控制電路62可發送控制信號給冷卻劑循環系統66。作為示例，控制電路62可重新調節流量控制閥74的位置以對X射線管64的各種部分調節冷卻劑質量流速、調節熱交換風扇72的速度以調節冷卻劑的排熱，和/或調節冷卻劑泵70的功率以調節總冷卻劑質量流速。靶16 由熱控制系統66的溫度維持在下文進一步詳細描述。圖5圖示用於在X射線成像例程之間和期間進行溫度維持的方法130的實施例的過程流程圖。如上文指出的，在方法130內的動作可由控制電路62自動執行和/或可由用戶啟動。為了開始方法130，檢測和/或模擬各種參數(框132)，其的反饋採用與上文關於圖4論述的相似的方式提供給控制電路62。由框132代表的動作可包括檢測和/或模擬在X射線管64內的部件的各種溫度，例如靶16、套筒84、固定軸86和SGB90等。另外，其他參數可直接測量，例如冷卻劑溫度和/或冷卻劑流速。因為當方法130正在執行時成像系統(例如，圖1的成像系統10)可處於使用中或在使用之間，還可測量掃描架(例如，旋轉子系統34)的轉速。考慮掃描架的轉速使得可提供電子束18的合適通量並且從而提供X 射線束20(圖1)的通量可以是可取的。因此，當正在執行成像時電子束18可以或可以不作為熱控制系統60的一部分而被利用。如上文論述的，提供給控制電路62的反饋可確定各種操作參數的控制(框134)。 各種操作參數根據框134的控制一般包括但不限於設置SGB90的轉速(框136)、設置熱交換器泵70的輸出(框138)、設置熱交換器風扇72的速度(框140)和/或設置流量控制閥
1074的位置(框14幻。應該注意到這些操作參數的任何一個或組合可採用任何順序被調節， 並且不必須採用在圖5的過程流程圖中闡述的順序。一旦熱控制系統60的部件中的至少一個已經調節或如果不需要調節，控制電路 62然後可執行關於是否要執行照射的確定(查詢144)。在其中照射實際上要執行的實施例中，可實施照射(框146)。作為示例，控制電路62(或圖1的X射線控制器)可提供控制信號給熱離子發射體14的電極以啟動電子束18的發射。在照射已經實施後，控制電路62然後可再次檢測和/或模擬一個或多個參數(例如，X射線管64的部件的溫度)(框148)。作為X射線管64的一個或多個部件的溫度在成像後可如何檢測和/或模擬的示例，控制電路62可考慮電子束18的通量，即成像例程被執行的功率、成像例程的持續時間和熱控制系統60的設定值。備選地或另外地，控制電路62 可從X射線管64的一個或多個部件接收溫度數據(靶16的溫度可由此來推斷)、可從靶 16接收溫度數據或這些的組合。在其中沒有照射要執行的實施例中，方法130將直接進入到連續和/或間歇地檢測/模擬各種參數(例如，溫度)(框148)的步驟。應該注意到不管是否執行照射，由框148 代表的動作可執行以確定X射線管部件的一個或多個參數。基於從由框148代表的動作引起的檢測和/或模擬，控制電路62然後可確定模擬和/或檢測的參數是否在合適的範圍內 (查詢150)。在其中檢測和/或模擬的參數處於合適的範圍內的實施例中，方法130可繼續操作而大致上沒有改變操作參數(框15 。然而，在其中檢測和/或模擬的參數中的至少一個不處於合適的範圍內的實施例中，方法可循環返回到控制各種操作參數(框134)的步驟。該書面說明使用示例以公開本發明，其包括最佳模式，並且還使本領域內技術人員能夠實踐本發明，包括製作和使用任何裝置或系統和執行任何包含的方法。本發明的專利範圍由權利要求限定，並且可包括本領域內技術人員想到的其他示例。這樣的其他示例如果它們具有不與權利要求的書面語言不同的結構元件，或者如果它們包括與權利要求的書面語言無實質區別的等同結構元件則規定在權利要求的範圍內。部件列表
權利要求
1.一種用於X射線管(64)的熱控制的系統(60)，其包括X射線管(64)，其具有電子束靶(16)、旋轉式支撐所述靶(16)的旋轉軸承(90)和冷卻劑流道(88)，所述冷卻劑流道(88)的至少一部分設置在所述旋轉軸承(90)中央，並且所述冷卻劑流道(88)配置成接收冷卻劑；耦合於所述冷卻劑流道(洲)並且配置成使所述冷卻劑通過所述冷卻劑流道(洲)循環的冷卻劑循環系統(66)；以及耦合於所述冷卻劑循環系統(66)和所述旋轉軸承(90)的控制電路(62)，所述控制電路(6 配置成通過調整經由所述冷卻劑從所述X射線管(64)的熱量提取並且通過調整所述旋轉軸承(90)的轉速來控制所述X射線管(64)的部件之間的熱流。
2.如權利要求1所述的系統(60)，其中所述X射線管(64)的部件包括所述電子束靶 (16)和旋轉式支撐所述靶(16)的所述旋轉軸承(90)。
3.如權利要求2所述的系統(60)，其中所述控制電路(62)配置成響應於關於所述X 射線管(64)內的部件的溫度的模擬和/或測量的參數(92)而在所述X射線管(64)的操作的至少一個階段期間調整冷卻劑流量和所述旋轉軸承(90)的轉速以使得熱量從所述旋轉軸承(90)流到所述靶(16)。
4.如權利要求3所述的系統(60)，其中所述控制電路(62)配置成調整冷卻劑流量和所述旋轉軸承(90)的轉速以使熱量從所述旋轉軸承(90)流到所述靶(16)至少直到所述靶(16)從脆性相轉變到韌性相為止。
5.如權利要求3所述的系統(60)，其中所述控制電路(62)配置成在所述X射線管(64) 的操作的至少第二階段期間調整冷卻劑流量和所述旋轉軸承(90)的轉速以使熱量從所述靶(16)流到所述旋轉軸承(90)。
6.如權利要求1所述的系統(60)，其中所述冷卻劑循環系統(66)包括變速泵(70)，並且所述變速泵(70)配置成響應於來自所述控制電路㈩幻的控制信號控制所述冷卻劑的流速。
7.如權利要求1所述的系統(60)，其中所述冷卻劑循環系統(66)包括熱交換風扇 (72)，並且所述熱交換風扇m配置成響應於來自所述控制電路(6 的控制信號改變從所述冷卻劑的排熱。
8.如權利要求1所述的系統(60)，其中所述冷卻劑循環系統(66)包括流量控制閥 (74)，並且所述流量控制閥(74)配置成響應於來自所述控制電路(6 的控制信號改變冷卻劑通過所述X射線管(64)的不同部分的流速。
9.如權利要求1所述的系統(60)，其中所述控制電路(62)配置成基於其中設置有所述X射線管(64)的掃描架(34)的轉速來控制所述旋轉軸承(90)的轉速。
10.如權利要求9所述的系統(60)，其中所述控制電路(62)配置成基於所述掃描架 (34)的轉速調整經由所述冷卻劑從所述X射線管(64)的熱量提取。
全文摘要
本實施例涉及X射線管、例如在CT成像中使用的X射線管的主動熱控制。在一個實施例中，提供用於X射線管(64)的熱控制的系統(60)。該系統(60)包括X射線管(64)，其具有電子束靶(16)、旋轉式支撐靶(16)的旋轉軸承(90)和冷卻劑流道(88)，該冷卻劑流道(88)的至少一部分設置在該旋轉軸承(90)中央，並且該冷卻劑流道(88)配置成接收冷卻劑。該系統(60)還包括耦合於冷卻劑流道(88)並且配置成使冷卻劑通過冷卻劑流道(88)循環的冷卻劑循環系統(66)，和耦合於該冷卻劑循環系統(66)和旋轉軸承(90)的控制電路(62)，該控制電路(62)配置成通過調整經由冷卻劑從X射線管(64)的熱量提取並且通過調整旋轉軸承(90)的轉速來控制X射線管(64)的部件之間的熱流。
文檔編號H01J35/10GK102468100SQ20111004275
公開日2012年5月23日 申請日期2011年2月15日 優先權日2010年10月29日
發明者D·貝特曼, I·S·亨特, M·赫伯特, R·K·霍克史密斯 申請人:通用電氣公司