使用壓電陶瓷補償陽極移動的x射線管及其補償方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及CT機上的X射線管結構以及控制CT機上X射線管焦點漂移的方法，具體涉及在CT機中使用壓電陶瓷來補償陽極移動的X射線管以及由此控制陽極焦點漂移的方法。
【背景技術】
[0002]X射線成像的原理是用X射線透射人體，通過人體各組織器官對X射線衰減程度的不同，來得到人體內部的結構信息。普通的X光片只使用一個特定角度的X射線衰減數據，得到的是人體三維結構在這個方向上的二維投影圖像。CT機則同時使用多個角度的衰減數據，能夠完整地重建出人體的三維結構。X射線管作為X光的光源，是X射線成像設備中的核心部件。光源輸出的X射線的穩定程度，也直接影響到最終的圖像質量。
[0003]在現有技術中，CT機上通常使用的X射線管結構如圖1所示，其主要由燈絲、陽極
1、陰極2、X射線管外殼3和定子線圈4等組成。其中，陽極I包括:陽極轉子11、軸托12、旋轉軸承13和陽極靶14。X射線管外殼3上開有射線輸出窗31。燈絲由電子發射能力比較強的材料制成，比如鎢或者六硼化鑭。陽極I由耐高溫的金屬材料制成，比如鎢鉬合金。處于工作狀態時，陽極I會高速旋轉，轉速可達5000r/s或更高。整個X射線管內部處于真空狀態，外部則是充滿散熱用的硅油。在實際使用的產品中，X射線管和硅油循環系統一起封裝在一個大的金屬外殼中(硅油循環系統圖示意圖中未示出。)
[0004]X射線管的工作原理是:在電極間加高壓產生一個加速電場，該加速電場通常為100KV左右。給位于陰極的燈絲通入電流使其處于炙熱狀態，此時燈絲會發射出電子，這些電子經過加速后，轟擊在陽極靶上。高速電子和陽極靶材料相互作用的過程會產生X射線。但電子能量只有很小一部分能夠轉化成X射線，其余的能量都會轉化成陽極靶材料晶格振動的能量，這會使陽極靶的溫度變得非常高，可瞬間達到幾千攝氏度。由于電子轟擊陽極靶會放出大量的熱，因此陽極必須有很好的散熱措施。陽極旋轉的目的就是讓陽極不停地高速旋轉，電子不同時刻轟擊在陽極靶的不同位置，以此避免陽極靶表面同一點的過熱現象發生。
[0005]由于電子的轟擊使得陽極靶處于高溫狀態，在高溫作用下陽極靶會產生熱膨脹，這使得陽極靶在電子轟擊下產生出的X射線，其焦點不可避免地會隨著陽極靶的溫度而變化。這種現象稱為焦點漂移。因為X射線的接收裝置和X射線管外殼的相對位置是固定的，焦點漂移以后，探測器接收到的數據和漂移前的數據就會有差別，這種差別會影響到圖像成像，對最終得到的圖像質量產生不好的影響，使圖像發生模糊或者產生和實際結構不一致的條紋。
【發明內容】
[0006]鑒于現有技術的上述不足，本發明提供一種使用壓電陶瓷補償陽極移動的X射線管及其補償方法，其目的在于，通過在陽極靶的旋轉軸上使用壓電陶瓷驅動器，并通過加在壓電材料上的電壓來實現負反饋從而控制焦點漂移量，有效地解決陽極熱膨脹造成的焦點漂移問題。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0007]使用壓電陶瓷補償陽極移動的X射線管，包括:陰極、陽極、X射線管外殼、定子線圈，其中，所述陽極包括:陽極轉子、軸托、軸托套、旋轉軸承和壓電陶瓷驅動器，所述軸托與所述X射線管外殼固定在一起，為所述陽極轉子提供轉軸，所述軸托套包覆在所述軸托外層，所述陽極轉子包覆在軸托套外側，所述陽極轉子與所述軸托套之間由旋轉軸承連接，所述壓電陶瓷驅動器一側固定在所述軸托上，另一側與所述軸托套無縫隙貼合，以使得所述壓電陶瓷驅動器的底部與所述軸托之間得以相對滑動。
[0008]所述壓電陶瓷驅動器的控制回路包括X射線探測器、數據分析裝置和電子控制器組成，其中，所述數據分析裝置用以計算焦點當前位置，所述電子控制器用于比較焦點當前位置和理想位置，并把比較結果轉化成相應的電壓信號。
[0009]所述壓電陶瓷驅動器制作成中空的環狀，放置于所述軸托右側的端面處；壓電陶瓷驅動器的控制線通過X射線管外殼上預留的穿孔引到X射線管外。
[0010]所述軸托套和所述軸托使用相同材料制成，所述軸托套軸向上的長度比軸托稍短，在所述軸托套的兩側均有相應的固定部位，其用來將所述軸托套的一側與壓電陶瓷緊密貼合固定。
[0011]所述軸托套的另一側則通過彈簧圈與所述軸托的端面之間連接，該彈簧圈具有高倔強系數且始終處于壓縮狀態，以使所述軸托套和所述壓電陶瓷之間保持緊密貼合。
[0012]所述軸托套沿著轉軸方向與軸托相對滑動；所述軸托的徑向外側具有齒輪形狀的凸起，所述軸托套的內側為與其相應的形狀，兩者在徑向緊密貼合。
[0013]在軸托套和軸托之間形成一個滑移面，在該滑移面上加入石墨或其他固體潤滑劑進行潤滑。
[0014]所述陽極轉子前端的陽極靶受熱膨脹的影響小于0.5毫米，所述壓電陶瓷驅動器的行程為0.5毫米，精度小于10微米。
[0015]采用壓電陶瓷補償X射線管陽極移動的方法，其包括如下步驟:
[0016]步驟1:通過一次X射線曝光，從X射線探測器上得到曝光數據，根據該曝光數據計算出當前X射線焦點的位置；
[0017]步驟2:計算X射線當前焦點位置與理想焦點位置之間的偏移量DZ ;
[0018]步驟3:依據壓電陶瓷驅動器的電壓與形變量的關系，計算出使壓電陶瓷驅動器收縮DZ距離所需的電壓；
[0019]步驟4:改變加在壓電陶瓷驅動器上的電壓，使該壓電陶瓷驅動器收縮量為DZ。
[0020]步驟5:壓電陶瓷驅動器收縮后，帶動軸托套移動DZ距離，軸托套帶動陽極轉子也移動DZ距離，從而實現陽極焦點移動補償。
[0021]本發明的有益效果:本發明中，X射線管的陽極被設計成可以沿著軸向移動，而陽極的軸向移動通過壓電陶瓷的伸縮來實現，并通過加在壓電材料上的電壓來實現負反饋來控制焦點漂移量。壓電陶瓷控制器將焦點的漂移量轉化為控制信號，該控制信號控制壓電陶瓷發生相應的收縮。由壓電陶瓷的收縮帶動軸托套軸向向左側滑動，軸托套帶動陽極轉子向左側運動，這樣就實現了陽極靶的靶面也向左側移動，陽極靶熱膨脹的影響被抑制，焦點回到理想位置。從而有效解決陽極熱膨脹造成的焦點漂移問題，能夠提供更穩定的X射線輸出，使CT的圖像質量更穩定。
【附圖說明】
[0022]圖1是現有技術中X射線管的結構示意圖；
[0023]圖2是根據本發明的X射線管的一個【具體實施方式】的X射線管結構示意圖；
[0024]圖3是本發明中X射線管的軸托、軸托套、旋轉軸承和陽極轉子相互之間的位置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0026]本發明揭示一種使用壓電陶瓷補償陽極移動的X射線管，其通過將陽極靶的旋轉軸托使用壓電陶瓷制作，并通過加在壓電材料上的電壓來實現負反饋來控制焦點漂移量，從而有效解決陽極熱膨脹造成的焦點漂移問題。
[0027]圖2示出了根據本發明的X射線管的一個【具體實施方式】的X射線管結構示意圖。參照圖2可以看出，本發明的X射線管由陽極21、陰極22、X射線管外殼23、定子線圈24等組成。在一個【具體實施方式】中，X射線管的陽極21被設計成可以沿著軸向移動，如圖2所示，所述陽極21包括:陽極轉子211、軸托212、軸托套213、旋轉軸承214和壓電陶瓷驅動器215。以下結合圖2來分析本發明的X射線管結構如下:
[0028]軸托212與X射線管外殼23固定在一起，為陽極轉子211提供轉軸。軸托套213包覆在軸托212外層，可以沿著轉軸方向與軸托212相對滑動。陽極轉子211包覆在軸托套213外側，兩者由旋轉軸承214連接。軸托212、軸托套213、旋轉軸承214和陽極轉子211相互之間的位置結構關系及連接方式如圖3所示。在一個具體實施例中，如圖3所示，軸托213上設計有齒輪形狀的凸起，是為了防止軸托套發生旋轉，限制它只能沿著軸向滑動。在軸托套和軸托之間的滑移面，可以加入固體潤滑劑如石墨來潤滑。
[0029