一種高功率X射線管制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種X射線管及使用X射線管的CT系統(tǒng)。X射線管，具有由真空腔壁圍成的真空腔，真空腔的一端設(shè)置陰極，真空腔的另一端設(shè)置陽極靶盤，電子束從陰極發(fā)出，在焦點(diǎn)位置高速撞擊陽極靶盤，從而激發(fā)產(chǎn)生出X射線，X射線管具有控制組件，其特征在于：所述陽極靶盤為固定陽極靶盤，X射線管工作時(shí)，控制組件控制電子束在固定陽極靶盤上的焦點(diǎn)位置產(chǎn)生快速變化。本發(fā)明專利技術(shù)采用固定陽極靶盤，通過快速改變電子束在固定陽極靶盤上焦點(diǎn)位置，可以達(dá)到類似旋轉(zhuǎn)靶的峰值功率，采用本發(fā)明專利技術(shù)的方案，能夠減少真空旋轉(zhuǎn)組件，具有結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，采用本發(fā)明專利技術(shù)的方案可以直接由油冷靶盤，從而可以達(dá)到連續(xù)工作的效果，并且能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種高功率X射線管
本專利技術(shù)涉及用于醫(yī)用或工業(yè)用CT或二維成像或準(zhǔn)三維成像(如有限角度三維成像)的高功率X射線管。
技術(shù)介紹
X射線管主要用于X射線機(jī)、CT機(jī)等醫(yī)療或工業(yè)用設(shè)備上，在施加外部高電壓作用下，產(chǎn)生X射線，供醫(yī)生對(duì)患者進(jìn)行診斷或治療，或?qū)ξ锲愤M(jìn)行無損檢測(cè)。X射線管的功率可以從幾千瓦到150千瓦，X射線管有一個(gè)固定的靶，高能電子束(60kV到500kV)轟擊靶，產(chǎn)生X射線。在X射線管中，高能電子束由陰極打向陽極靶材產(chǎn)生X射線，其中只有不到1％的能量轉(zhuǎn)化為X射線的輻射，另外99％的能量都轉(zhuǎn)化成了陽極的熱能,從而導(dǎo)致受撞擊部位溫度升高很快。在固定陽極X射線管中，電子持續(xù)撞擊在同一位置，使固定陽極X射線管局部溫度升高很快，雖然可連續(xù)加載但功率很低。鑒于此，能否及時(shí)將X射線管工作時(shí)產(chǎn)生的熱能傳導(dǎo)出去成為了制約X射線管(尤其是，固定陽極X射線管)連續(xù)功率高低的決定性因素。在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)X射線管的陽極溫度過高導(dǎo)致靶面開裂或熔融，以及由于陽極溫度過高導(dǎo)致管內(nèi)打火、絕緣油裂解等嚴(yán)重影響產(chǎn)品的工作穩(wěn)定性及使用壽命的現(xiàn)象。目前CT用的高功率靶盤都是旋轉(zhuǎn)陽極靶。旋轉(zhuǎn)陽極靶采取陽極軸承帶動(dòng)陽極靶盤在真空管殼內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的方法，進(jìn)而將熱量分散到整個(gè)靶盤。旋轉(zhuǎn)靶的優(yōu)點(diǎn)是峰值功率可以非常高，但是連續(xù)功率不高，而且這種結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，有用到真空軸承，非常容易壞。軸承的熱傳導(dǎo)能力很差，當(dāng)CT連續(xù)掃描病人后，可能由于靶盤太熱了，不得不停下冷卻。在高真空條件下，旋轉(zhuǎn)陽極X射線管靶盤上的熱量主要是通過熱輻射傳遞給真空管殼，再由流經(jīng)管殼的冷卻液將熱量帶走。同時(shí)還有一部分熱量通過熱傳導(dǎo)和熱輻射不可避免地傳導(dǎo)到陽極軸承上，使得金屬滾珠溫度上升。如果熱傳導(dǎo)或熱輻射傳遞過來的熱量過多，會(huì)導(dǎo)致金屬滾珠超出極限工作溫度，進(jìn)而導(dǎo)致軸承卡死，造成整個(gè)X射線管失效的后果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種高功率非旋轉(zhuǎn)靶盤X射線管，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并具有良好的散熱效率，能夠提高X射線管的散熱效率，快速地散去陽極靶上的熱量，延長(zhǎng)X射線管的使用壽命。本專利技術(shù)提供一種X射線管，具有由真空腔壁圍成的真空腔，真空腔的一端設(shè)置陰極，真空腔的另一端設(shè)置陽極靶盤，電子束從陰極發(fā)出，在焦點(diǎn)位置高速撞擊陽極靶盤，從而激發(fā)產(chǎn)生出X射線，X射線管具有控制組件，其特征在于：所述陽極靶盤為固定陽極靶盤，X射線管工作時(shí)，控制組件控制電子束在固定陽極靶盤上的焦點(diǎn)位置產(chǎn)生快速變化。進(jìn)一步的，本專利技術(shù)的X射線管，控制組件包括偏轉(zhuǎn)和聚焦磁極組件，通過偏轉(zhuǎn)和聚焦磁極組件改變電子束在固定陽極靶盤上的焦點(diǎn)位置。進(jìn)一步的，在陰極的下游是兩對(duì)二極電磁鐵，所述兩對(duì)二極電磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)范圍能夠使得電子束的偏轉(zhuǎn)范圍覆蓋到固定陽極靶盤的全部區(qū)域。進(jìn)一步的，在二極電磁鐵的同樣位置或前后不同位置處，疊加一個(gè)或多個(gè)四極電磁鐵，這樣可以對(duì)電子束有更好的聚焦作用，可以保持靶點(diǎn)的尺寸最優(yōu)化。進(jìn)一步的，X射線管具有多個(gè)陰極，控制組件包括與多個(gè)陰極一一對(duì)應(yīng)的陰極開關(guān)，通過控制各個(gè)陰極開關(guān)的開或關(guān)來實(shí)現(xiàn)電子束在固定陽極靶盤上的焦點(diǎn)位置的快速變化。進(jìn)一步的，陰極為冷陰極或熱陰極，冷陰極是通過在陰極表面加一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，電子通過場(chǎng)致發(fā)射的效應(yīng)而從陰極發(fā)出。熱陰極是把燈絲通過電流加熱，從而提高燈絲內(nèi)電子能量，在外界電場(chǎng)下，電子越過燈絲材料的勢(shì)壘而發(fā)射。進(jìn)一步的，每個(gè)陰極下游還設(shè)置有一對(duì)電極或兩對(duì)電極或一對(duì)二極電磁鐵或兩對(duì)二極電磁鐵或一個(gè)或兩個(gè)四極電磁鐵，可以產(chǎn)生強(qiáng)靜電場(chǎng)或磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)電子束在固定陽極靶盤的一個(gè)或兩個(gè)方向上偏離半個(gè)像素距離。進(jìn)一步的，本專利技術(shù)的電子束在固定陽極靶盤上的不同點(diǎn)之間的跳動(dòng)位置可以是每次間隔固定距離或按照一個(gè)特定算法生成或讓下一個(gè)跳到的靶點(diǎn)離上次若干個(gè)靶點(diǎn)的一種加權(quán)平均的位置最遠(yuǎn)。進(jìn)一步的，固定陽極靶盤被電子束轟擊的表面是一層鎢材料，厚度為幾微米到幾百微米，中間為一層過渡材料，過渡材料的要求是熔點(diǎn)比較高，熱傳導(dǎo)系數(shù)高，熱膨脹系數(shù)介于鎢和在外面的高熱傳導(dǎo)率的材料之間，這種材料可以是但不限于為氮化鋁(AlN)，碳化硅(SiC)或其他高溫材料，厚度為幾微米到幾十微米，這種材料的另外一個(gè)作用是作為過渡層減少鎢材料和最外面導(dǎo)熱材料之間的熱膨脹引起的應(yīng)力，最外面是高熱傳導(dǎo)率的材料，這些材料可以包括但不限于金剛石，銅，銀，金等材料。在某種條件下，也可以不使用中間過渡材料，直接把鎢鍍層鍍?cè)谧钔饷娴臒醾鲗?dǎo)率的材料上。本專利技術(shù)還提供一種CT系統(tǒng)，具有前述的X射線管，還具有X射線探測(cè)器、CT機(jī)架、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；其中，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)控制X射線管中的陰極以及偏轉(zhuǎn)和聚焦磁極組件，實(shí)現(xiàn)電子束在固定陽極靶面的不同位置形成靶點(diǎn)；所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還具有圖像處理模塊，能夠?qū)⑻綔y(cè)器采集到的多個(gè)二維圖像進(jìn)行重建成三維圖像或其他合適的表達(dá)方式。進(jìn)一步的，在CT掃描過程中，在每個(gè)二維圖成像時(shí)讓電子束在逆著CT旋轉(zhuǎn)的方向運(yùn)動(dòng)，減少電子束靶點(diǎn)在每個(gè)二維成像過程中在空間的位置的改變或保持電子束靶點(diǎn)在空間的位置不變，控制器記錄每個(gè)X光的焦點(diǎn)的位置，位置信息用來在重建過程中建立三維圖像。本專利技術(shù)的有益效果：1、本專利技術(shù)采用固定陽極靶盤，通過快速改變電子束在固定陽極靶盤上焦點(diǎn)位置，可以達(dá)到類似旋轉(zhuǎn)靶的峰值功率，采用本專利技術(shù)的方案，能夠減少真空旋轉(zhuǎn)組件，具有結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，采用本專利技術(shù)的方案可以直接由油冷靶盤，從而可以達(dá)到連續(xù)工作的效果，并且能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；2、本專利技術(shù)的方案可以進(jìn)一步對(duì)焦點(diǎn)跳動(dòng)的算法進(jìn)行優(yōu)化，使得固定陽極靶盤的散熱效率最大化；3、本專利技術(shù)通過電子束偏轉(zhuǎn)的半個(gè)像素點(diǎn)的距離，可以增加固定陽極靶盤上的焦點(diǎn)數(shù)目，能夠顯著提高空間分辨率；4、本專利技術(shù)在每個(gè)二維圖成像時(shí)讓電子束在逆著CT旋轉(zhuǎn)的方向運(yùn)動(dòng)，減少了電子束靶點(diǎn)在每個(gè)二維成像過程中在空間的位置的改變或保持電子束靶點(diǎn)在空間的位置不變，這樣能夠進(jìn)一步提高空間分辨率。下面將參照附圖，對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖說明構(gòu)成本專利技術(shù)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本專利技術(shù)的進(jìn)一步理解，本專利技術(shù)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本專利技術(shù)，并不構(gòu)成對(duì)本專利技術(shù)的不當(dāng)限定。在附圖中：圖1為本專利技術(shù)一實(shí)施例的X射線管的示意圖；圖2為本專利技術(shù)一實(shí)施例中的電磁鐵的示意圖；圖3為本專利技術(shù)一實(shí)施例的固定陽極靶盤的示意圖；圖4為裝有本專利技術(shù)X射線管的CT系統(tǒng)的示意圖；圖5為本專利技術(shù)一實(shí)施例的固定陽極靶盤的焦點(diǎn)示意圖。附圖標(biāo)記說明如下：1-陰極；2-固定陽極靶盤；3-真空腔壁；4-電子束；5-偏轉(zhuǎn)和聚焦磁極組件。具體實(shí)施方式為了使本
的人員更好地理解本專利技術(shù)方案，下面將結(jié)合本專利技術(shù)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本專利技術(shù)一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本專利技術(shù)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種X射線管，具有由真空腔壁圍成的真空腔，真空腔的一端設(shè)置陰極，真空腔的另一端設(shè)置陽極靶盤，電子束從陰極發(fā)出，在焦點(diǎn)位置高速撞擊陽極靶盤，從而激發(fā)產(chǎn)生出X射線，X射線管具有控制組件，其特征在于：所述陽極靶盤為固定陽極靶盤，X射線管工作時(shí)，控制組件控制電子束在固定陽極靶盤上的焦點(diǎn)位置產(chǎn)生快速變化。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種X射線管，具有由真空腔壁圍成的真空腔，真空腔的一端設(shè)置陰極，真空腔的另一端設(shè)置陽極靶盤，電子束從陰極發(fā)出，在焦點(diǎn)位置高速撞擊陽極靶盤，從而激發(fā)產(chǎn)生出X射線，X射線管具有控制組件，其特征在于：所述陽極靶盤為固定陽極靶盤，X射線管工作時(shí)，控制組件控制電子束在固定陽極靶盤上的焦點(diǎn)位置產(chǎn)生快速變化。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于：控制組件包括偏轉(zhuǎn)和聚焦磁極組件，通過偏轉(zhuǎn)和聚焦磁極組件改變電子束在固定陽極靶盤上的焦點(diǎn)位置。


3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的X射線管，其特征在于：在陰極的下游是兩對(duì)二極電磁鐵，所述兩對(duì)二極電磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)范圍能夠使得電子束的偏轉(zhuǎn)范圍覆蓋到固定陽極靶盤的全部區(qū)域。


4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線管，其特征在于：在二極電磁鐵的同樣位置或前后不同位置處，疊加一個(gè)或多個(gè)四極電磁鐵。


5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線管，其特征在于：具有多個(gè)陰極，控制組件包括與多個(gè)陰極一一對(duì)應(yīng)的陰極開關(guān)，通過控制各個(gè)陰極開關(guān)的開或關(guān)來實(shí)現(xiàn)電子束在固定陽極靶盤上的焦點(diǎn)位置的快速變化。


6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的X射線管，其特征在于：每個(gè)陰極下游還設(shè)置有一對(duì)電極或兩對(duì)電極或一對(duì)二極電磁鐵或兩對(duì)二極電磁鐵或一個(gè)或兩個(gè)四極...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄒昀，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：鄒昀，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó);US