CN100570804C - X射线源 - Google Patents

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Abstract

一种用于X射线管的阳极由两部分形成：主件(18)和校准部分(22)。主件(18)具有在其上形成的目标区域(20)。这两部分在它们之间限定电子孔(36)和X射线孔(38)，电子穿过该电子孔(36)到达目标区域(20)，并且在目标产生的X射线通过X射线孔(38)离开阳极。阳极产生至少一个产生的X射线束的第一校准阶段。

Description

X射线源
技术领域
本发明涉及X射线源，具体地说，涉及用于X射线源的阳极的设计。
背景技术
多焦点X射线源通常包括：单个阳极，典型地在几何结构上为直线形或弓形，该阳极可在沿其长度方向的多个离散点上被来自多部件电子源的高能量电子束照射。这样的多焦点X射线源可被用在断层成像系统或投影X射线成像系统中，在这些系统中，有必要移动X射线束。
发明内容
本发明提供一种用于X射线管的阳极，包括当电子入射到其上时被安排产生X射线的目标，该阳极限定一个X射线孔，来自目标的X射线被安排穿过它，从而至少被该阳极部分地校准。
阳极可由两部分形成，X射线孔可方便地被限定在这两部分之间。这使得阳极的简单制造得以实现。这两部分最好被安排保持有共同的电势。
最好多个目标区域被限定，籍此通过使电子入射到每个目标区域，X射线可被从每个目标区域独立地产生。这使得该阳极适合于使用，例如，在X射线断层扫描中。在此情况下，所述X射线孔可以为多个X射线孔之一，每个X射线孔被这样安排以使分别来自目标区域之一的X射线可穿过它。
最好该阳极还限定电子孔，电子可穿过该电子孔到达所述目标。事实上本发明还提供一种用于X射线管的阳极，包括当电子入射到其上时被安排产生X射线的目标，该阳极限定电子孔，电子可穿过该电子孔到达所述目标。
最好阳极限定电子孔的这些部分被安排处于大体上相等的电势。这可导致电子孔内的零电场以使当电子穿过电子孔时它们不因横向的力而转向。最好阳极被这样成型，从而当电子靠近阳极时存在与它们行进的方向垂直的基本为零的电场分量。在一些实施例中，阳极具有面对进入电子的方向的表面，在该表面中电子孔被形成，并且所述表面被安排垂直于所述方向。
最好电子孔具有这样的侧面，其被安排大体上平行于电子靠近阳极时行进的方向。最好电子孔限定电子束的方向，在该方向上电子束可行进以到达目标，该目标具有被安排以被所述束中的电子撞击的目标表面，并且电子束的方向在相对于目标表面10°或更小、最好5°或更小的角度上。
最好阳极要求还包括被安排冷却阳极的冷却装置。例如该冷却装置可包括被安排将散热剂输送通过阳极的散热剂导管。最好阳极包括两部分以及设置在被限定在这两部分之间的槽中的散热剂导管。
本发明还提供一种包括根据本发明的阳极的X射线管。
附图说明
现在将仅参照附图描述本发明的优选实施例，附图中：
图1是根据本发明的第一实施例的X射线管的示意性表示；
图2是根据本发明的第二实施例的阳极的部分透视图；
图3是根据本发明的第三实施例的阳极的一部分的部分透视图；
图4是图4的阳极的部分透视图；和
图5是根据本发明的第四实施例的阳极的部分透视图。
具体实施方式
参照图1，根据本发明的X射线管包括：多部件电子源10，该多部件电子源10包括一些部件12，每个部件被安排产生各自的电子束；和直线形阳极14，多部件电子源10和直线形阳极14都被装在管封套16中。电子源部件12持有相对于阳极的高压负电势。
参照图2，阳极14由两部分形成：主件18，具有在其上形成的一个目标区域20；和校准部分22，两部分都持有相同的正电势，被电连接在一起。主件18包括：具有内侧面24的延长块，该内侧面24通常是凹陷的并由目标区域20组成；X射线校准表面28；和电子孔表面30。校准部分22平行于主件18延伸。阳极的校准部分22被这样成型以使其内侧面31合适地对着主件18的内侧面24，并具有形成在其中的一系列平行沟道50，从而，当阳极的两部分18和22被彼此接触地放置时，它们限定各自的电子孔36和X射线孔38。每个电子孔36从面对电子源的阳极14的表面42延伸到目标20，每个X射线孔从目标20延伸到面对X射线将被引导的方向的阳极14的表面43。目标表面20的区域20a被暴露给通过每个电子孔36进入阳极14的电子，并且这些区域20a被处置为形成一些离散的目标。
在本实施例中，提供一些通过阳极14的分离的孔，每个孔可与各自的电子源部件对齐，这允许了对从每个目标区域20a产生的X射线束的良好控制。这是因为阳极可在两个垂直方向上提供X射线束的校准。目标区域20与电子孔36被对齐以使沿电子孔36通过的电子将撞击目标区域20。两个X射线校准表面28和32稍微彼此转动一个角度以使它们在它们之间限定X射线孔38，该X射线孔38在X射线行进离开目标区域20的方向上稍微放宽。位于电子孔表面30和主阳极部分18上的X射线校准表面28之间的目标区域20因而与校准部分22的区域40相对，在该校准部分22，它的电子孔表面34和X射线校准表面32相接。
与电子孔36的外端36a相邻，阳极14的表面42面对进入电子，并且由主部件18形成的电子孔36的一侧以及由校准部分22形成的另一侧上拼成，该平面42大体上平坦并且垂直于电子孔表面30和34以及进入电子的行进方向。这意味着在源部件12和目标20之间的电子的路径中的电场平行于源部件12和阳极面对源部件12的表面42之间的电子的行进方向。那么在阳极14的两部分18和22之间的电子孔36内大体上没有电场，此空间中的电势大体上不变并且等于阳极电势。
在使用中，每个源部件12被轮流激活以将电子束44投射目标区域20的各自的区域。连续的源部件和连续的目标区域的使用使得X射线源的位置能够在与进入电子束和X射线束的方向垂直的纵向方向上沿着阳极14被扫描。当电子在源12和阳极14之间的区域中移动时，它们通过电场在直线上被加速，该电场大体上是直的并平行于电子所需要的行进方向。然后，当电子进入电子孔36时，它们进入零电场区域，该零电场区域包括在阳极14内部的电子直到它们如果与目标20撞击的点的整个路径。因此，贯穿电子的路径长度的始终，大体上没有这样的时间，即在该段时间中它们经受具有垂直于它们的行进方向的分量的电场的作用。这方面唯一的例外是被提供以聚焦电子束的任何场。这方面的优势在于当电子靠近目标20时它们的路径大体上是直的，并且不受例如阳极14和源12的电势以及目标20相对于电子轨道的角度的影响。
当电子束44碰撞目标20时，一些电子产生位于X射线能量的荧光辐射。该来自目标20的X射线辐射在一个宽的角度范围上被辐射。然而，由金属材料制成的阳极14提供X射线的高衰减，从而只有在校准孔30的方向上离开目标的那些X射线避免了在阳极14内被吸收。阳极因而产生X射线的校准束，其形状由校准孔38的形状限定。还可以以传统方式在阳极14外部提供X射线束的进一步校准。
束44中的一些电子从目标20后散射。后散射的电子通常行进到管封套，在那里它们可产生管封套的局部化加热或者增大表面电荷，该表面电荷可导致管放电。这些效果都可导致管的寿命的减少。在本实施例中，从目标20后散射的电子可能与阳极14的校准部分22或者可能与主件18相互作用。在这种情况下，高能电子被向回吸收进阳极14因此避免了管封套16的过度加热或表面充电。这些后散射的电子典型地具有比入射(全能量)电子更低的能量并因而更可能导致比荧光辐射能量更低的轫致辐射。存在较高的机会该额外的焦点外辐射将被在阳极14内被吸收，因此从本阳极设计中几乎不存在焦点外辐射的冲击。
在图2所示的此特定实施例中，目标20在相对于进入电子束44的方向最好小于10°，在此情况下为大约5°的低角度上，从而电子以掠射角碰撞目标20。X射线孔38因而也在相对于电子孔36在此情况下为大约10°的低角度上。对于传统的阳极，特别是在这种目标几何结构中，由于在横穿电子行进方向的方向上的电场的高分量，进入电子趋向于在碰撞目标之前被来自目标的电场转向。这使得电子对于阳极的掠射角入射非常难以实现。然而，在本实施例中，电子孔36和X射线孔38内的区域大体上处于不变的电势并因而具有大体上为零的电场。因此，电子在直线上行进直到它们撞击目标20。这简化了阳极的设计，并使得电子对于阳极的掠射角撞击成为一个切合实际的设计选项。掠射角几何结构的优势之一是：目标20的相对较大的面积被使用(比入射电子束更宽)。这扩散了目标20中的热负荷，这可提高目标的效率和寿命。
参照图3和图4，本发明的第二实施例的阳极类似于第一实施例，并且对应的部分由增加了200的相同附图标记。在此第二实施例中，阳极的主件218被以类似于第一实施例的方式成型，具有由目标平面220、X射线校准平面228和电子孔平面230组成的内侧面224，在此情况下相对于校准平面228转动大约11°的角度。阳极的校准部分222再次具有一系列在其中形成的平行沟道250，每个沟道包括电子孔部分250a和X射线校准部分250b，从而当阳极的这两部分218和222被彼此接触地放置时，它们限定各自的电子孔236和X射线孔238。这两个X射线校准平面228和232相对于电子孔平面230和234转动大约90°的角度，但是相对于彼此稍微转动了一定角度以使它们在它们之间限定X射线孔238，该X射线孔238与电子孔236大约成90°。
对于图2的实施例，图3和图4的实施例显示校准孔238在水平方向上被加宽，但是具有大体上不变的高度。这产生了适合用于断层成像的扇形束的X射线。然而，应该理解的是，取决于具体应用的需要，可使这些束大体上平行，或者在水平和垂直方向上都展开。
参照图5，在本发明的第三实施例中，阳极包括在总体形状上类似于第一实施例的主件318和校准部分322。对应于图2中的部分的那些其它部分由增加了300的相同附图标记。在本实施例中，主件318被分成两部分318a和318b，一个318a其包括电子孔表面330，另一个包括目标区域320和X射线校准表面328。这两部分之一318a具有平行于目标区域320(即垂直于入射电子束方向和X射线束方向)而沿其形成的沟道319。该沟道319由这两部分的另一个318b关闭，并具有在其内部的可延展退火铜管321形式的散热剂导管，其被这样成型以与阳极主件318的这两部分318a和318b紧密地热接触。管321形成散热剂电路的一部分，从而管321可具有通过其进行循环以冷却阳极314的散热剂流体，诸如变压油或碳氟化合物。应该理解的是，如果需要，类似的冷却可被设置在阳极的校准部分322中。

Claims (15)

1、一种用于多焦点X射线管的阳极，包括当电子入射到其上时被安排为产生X射线的多个目标区域，该阳极限定多个X射线孔，其中来自目标区域的X射线被安排穿过它，从而至少部分地被该阳极校准，其中，每个X射线孔被安排以使来自各自的目标区域的X射线可以穿过它，并且其中阳极由两个部分形成，并且所述多个X射线孔被限定在这两个部分之间。
2、一种根据权利要求1的阳极，其中，这两个部分被安排保持有共同的电势。
3、一种根据权利要求1或2的阳极，其中，多个目标区域被限定，籍此通过使电子入射到每个目标区域，X射线可被从每个目标区域独立地产生。
4、一种根据权利要求1的阳极，其中，阳极还限定一个电子孔，电子可穿过该电子孔到达所述目标。
5、一种根据权利要求4的阳极，其中电子孔被限定在这两个部分之间。
6、一种根据权利要求5的阳极，其中，阳极限定所述电子孔的这些部分被安排处于相等的电势。
7、一种根据权利要求5或6的阳极，其中，阳极被这样成型，从而当电子靠近阳极时存在与它们行进的方向垂直的为零的电场分量。
8、一种根据权利要求7的阳极，具有面对进入电子的方向的表面，在该表面中电子孔被形成，其中，所述表面被安排垂直于所述方向。
9、一种根据权利要求4、5或6的阳极，其中，电子孔具有这样的侧面，其被安排平行于电子靠近阳极时行进的方向。
10、一种根据权利要求6的阳极，其中，电子孔限定电子束的方向，在该方向上电子束可行进以到达目标区域，该目标区域具有被安排以被所述电子束中的电子撞击的一个目标表面，并且电子束的方向在相对于目标表面为10°或更小的角度上。
11、一种根据权利要求10的阳极，其中，电子束方向在相对于目标平面为5°或更小的角度上。
12、一种根据权利要求1、2、5或6的阳极，还包括被安排冷却阳极的冷却装置。
13、一种根据权利要求12的阳极，其中，冷却装置包括被安排将散热剂输送通过阳极的散热剂导管。
14、一种根据权利要求13的阳极，其中，阳极包括两部分以及设置在限定在所述阳极的这两部分之间的一个沟道中的散热剂导管。
15、一种X射线管，包括根据权利要求1、2、4、5、6、10或11的阳极。
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