CN102576637B - 具有背散射电子捕集器的x射线管和x射线装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是在设有背散射电子捕集器(4)的X射线管(1)中，防止背散射电子在所述背散射电子捕集器(4)表面产生的焦点外辐射进入所述X射线管(1)外部的有用X射线(8)中。为此，本发明提出如下解决方案：所述背散射电子捕集器(4)至少基本上不包括相对所述X射线束(8)并面向所述X射线束(8)的表面区域(15)，所述表面区域的至少一个表面分区无论从所述X射线管(1)外部的X射线束(8)中的任意一点还是从所述焦斑(7)上的任意一点观测都是可见的。

Description

具有背散射电子捕集器的X射线管和X射线装置

技术领域

本发明涉及一种X射线管，包括至少一个用于产生一电子束的阴极、一阳极、一射出窗口和一背散射电子捕集器。所述电子束撞击所述阳极并在所述阳极上形成一焦斑，使得从所述焦斑发出一X射线束。所述X射线束经所述射出窗口从所述X射线管射出。所述背散射电子捕集器用于捕集在所述阳极上发生背散射的电子。这种X射线管公开自公开案US 2008/0112538A1。本发明还涉及一种包括具有相应的X射线管的X射线装置。

背景技术

X射线管通常包括阴极和位于该阴极对面的阳极，二者布置在真空壳体内。阴极具有用于发射电子的灯丝，通过在阳极与阴极之间施加电压使电子朝阳极方向加速。电子撞击阳极上被称作焦斑的区域，在该处，电子的动能转化为热量和X射线辐射(初级辐射)。由此产生的X射线辐射以X射线束(有用X射线)的形式经射出窗口从真空壳体射出。撞击阳极的电子在阳极中的原子上发生散射。在此过程中，电子不但会改变运动方向，还会释放能量。当电子动能下降一定程度后，它就会被阳极吸收。

但是，散射电子也有可能重新离开阳极，即一部分电子重新从阳极表面射出。这部分电子称作背散射电子。这些背散射电子中的一部分再度撞击阳极或X射线管的其他组件并在那里将其能量转化为辐射或热量。背散射电子所产生的X射线辐射产生于初级电子束的撞击区以外，因而被称为焦点外X射线辐射(焦点外辐射)。焦点外辐射分量越高，光学焦斑就越模糊，这会影响图像质量。

 X射线管(特别是计算机断层摄影所使用的现代“单极”高功率X射线管)需要用所谓的背散射电子捕集器(RSE捕集器)来捕集在阳极上发生背散射的电子。这种部件的主要任务是捕集储存于背散射电子中的能量并使这部分能量远离阳极，因为阳极更难以冷却。RSE捕集器还提供在距离所用X射线辐射的产生位置最近处用吸收滤片滤除不想要的焦点外辐射的可能性，即对有用辐射进行准直处理。人们不希望出现但从物理学角度无法避免的一种情形是，电子撞击RSE捕集器时会产生焦点外辐射。焦点外辐射会让图像质量变差。而且，患者在X射线检查过程中的受照剂量增大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种系统，这种系统能避免所产生的焦点外辐射进入从阳极上的焦斑发出的初级有用X射线束。

本发明用以达成该目的的解决方案为一种X射线管，至少包括：一用于产生一电子束的阴极；一阳极，所述电子束撞击所述阳极并在所述阳极上形成一焦斑，使得从所述焦斑发出一X射线束；一射出窗口，所述X射线束经所述射出窗口从所述X射线管射出；一用于捕集从所述阳极被背散射的电子的背散射电子捕集器。

根据本发明，所述背散射电子捕集器包括相对所述X射线束并面向所述X射线束的表面区域，所述表面区域上没有一个表面分区无论从所述X射线管外部的X射线束中的任意一点还是从所述焦斑上的任意一点观测都是可见的。

本发明具体涉及的是背散射电子捕集器或者背散射电子捕集器上的一个区域，这个区域位于X射线管的在射出窗口界定的平面与电子束所在平面(该平面与前一平面平行)之间的区域内。

本发明具体还涉及沿阴极所发出的电子束方向的投影落在有用X射线束8上的背散射电子捕集器或背散射电子捕集器区域。

不重要的表面区域——例如具有上述特征的表面分区与不具有上述特征的表面分区之间的连接线上的表面区域——不在本发明考虑范围内。

“可见”在本发明范围内的意思是，上述点之间或上述面之间的最短连接线不穿过——至少部分地——吸收X射线辐射的至少一个介质。

本发明所提供的关于背散射电子捕集器的特别设计可以防止在阳极表面发生背散射的电子直接(即击中前无散射现象发生)击中背散射电子捕集器并在撞击过程中产生X射线辐射(焦点外辐射)，该辐射会进入有用X射线，从而对X射线辐射质量和图像质量造成不良影响或者导致患者受到不必要的射线照射。这一点尤指从背散射电子捕集器沿有用X射线辐射方向(即存在于有用X射线束(有用X射线)中的辐射方向)穿过射出窗口的焦点外辐射而言。其他辐射方向的焦点外辐射虽然是在与X射线管相隔一定距离的位置上离开有用X射线束，但有些情况下可能会在使用本发明X射线管的X射线检测器的检查区或检测区之后才离开有用X射线束。然而在常规的医用X射线装置中，检测器与X射线管的焦斑之间至少间隔50cm，因而在此之前离开有用X射线束的焦点外辐射至多对图像质量造成轻微的负面影响。因此，本发明认为背散射电子捕集器上需要加以避免的表面区域或表面分区主要是那些会被背散射电子直接击中并且从X射线管外部的X射线束中任意一个距离焦斑至少50cm的点观测都可见的表面区域或表面分区。

本发明的另一目标是避免背散射电子捕集器上出现这样的表面分区：背散射电子会直接击中这些表面分区并且在撞击过程中产生会进入有用X射线并沿有用X射线方向离开X射线管的X射线辐射。“有用X射线方向”在此是指任何一个存在于有用X射线束中的X射线辐射方向。只要避免了以这样一个辐射方向传播的焦点外辐射，X射线检测器与焦斑之间就可以间隔任意距离，而不会被焦点外辐射直接击中。

本发明的X射线管特别适合用来在一X射线装置中产生一用以检查一受检对象的X射线束，其中，所述X射线束穿透所述受检对象后受到所述X射线装置的一X射线检测器的检测。根据本发明，所述X射线管的背散射电子捕集器优选不具有既能从X射线检测器看到又能从X射线管的焦斑看 到的表面分区。

根据本发明的一个实施例，所述背散射电子捕集器的相关表面区域具有多个彼此分离的第一表面分区，这些第一表面分区从所述X射线管外部的X射线束中的任意一点是至少部分可见的，但是从所述焦斑上的任意一点是不可见的。其中，优选至少两个彼此分离的第一表面分区被至少一个第二表面分区隔开，所述第二表面分区从所述X射线管外部的X射线束中的任意一点是不可见的，但从所述焦斑上的任意一点是可见的。本发明的背散射电子捕集器采用这种特殊设计后，可以使得在焦斑上以与阳极成一定角度(特别是接近于平角的角度)发生背散射的电子击中背散射电子捕集器(尤其是击中背散射电子捕集器的边缘区域)并被该边缘区域吸收。这样能增加被背散射电子捕集器捕获的电子量。

根据本发明的优选设计方案，每个第二表面分区均至少大体垂直于所述焦斑与相应的第二表面分区之间的一连接线定向。亦即，第二表面分区朝焦斑定向。在此情况下，直接发生背散射的电子将至少大体垂直地击中第二表面分区。这能提高背散射电子吸收率，减少多重散射。

附图说明

图1为现有技术中具有背散射电子捕集器的X射线管；

图2为本发明背散射电子捕集器的第一实施例；

图3为本发明背散射电子捕集器的第二实施例；以及

图4为一X射线设备，其中设有X射线检测器和本发明的X射线管。

具体实施方式

下文将借助实施例对本发明进行说明。

图1为现有技术中的X射线管1的简化示意图。这种X射线管包括至少一个用于产生电子束6的阴极2及一阳极3，电子束6撞击该阳极并在该阳极上形成焦斑7。在图1所示的实施例中，阳极3实施为绕轴线S旋转的旋转阳极。一部分存在于电子中的能量在焦斑7上转化为X射线辐射，这样 就从焦斑7发出X射线束8。X射线束8受到吸收元件10的限制。它以有用X射线的形式经X射线管1上的射出窗口12从X射线管1中射出。

在X射线管1工作过程中，阴极2所发射的一部分电子在撞击焦斑7后从阳极3散射回来。X射线管1中设有用于捕集这部分背散射电子9的背散射电子捕集器4。这个背散射电子捕集器通常具有指向焦斑7的凹面5，大部分背散射电子撞击该表面并被其吸收。

然而无法避免的是，背散射电子撞击背散射电子捕集器4时也会产生X射线辐射(焦点外辐射)。受系统几何结构的限制，产生于凹面5区域的焦点外辐射无法沿有用X射线辐射8的方向经射出窗口12离开X射线管1，从而对有用X射线辐射的质量造成不良影响。相对X射线束8并面向X射线束8布置的表面区域13则具有不同作用，从图1的角度看，这个表面区域相当于背散射电子捕集器4的底面。在焦斑7上发生背散射的电子9可以直接击中表面区域13。因此，背散射电子9可以在背散射电子捕集器4的表面区域13产生能够经射出窗口12离开X射线管1并进入有用X射线8的X射线辐射(焦点外辐射)。在图1中，这部分X射线辐射用X射线束E(焦点外辐射)表示。

当X射线管1应用于X射线装置时，焦点外辐射击中X射线检测器后会造成极大的干扰性影响，特别是当该焦点外辐射的辐射方向与有用X射线辐射8的辐射方向重合时。其他情况下，所产生的焦点外辐射会在有用X射线击中X射线检测器之前重新与该有用X射线分离。如此一来，这一焦点外辐射会变得不那么具有破坏性。

图2为本发明的第一实施例。该图所示的X射线管与图1中所示的X射线管1基本一致，因此下文将沿用相同的附图标记。二者间的区别主要在于采用特殊设计的背散射电子捕集器4。该背散射电子捕集器的底面(即相对有用X射线8并面向有用X射线8的表面区域14)从“从外部”是至少部分可见的，但是从焦斑7的任意点观测都是不可见的。因此，在焦斑7上 发生背散射的电子9无法直接击中表面区域14，因为这个表面区域被表面区域5“遮住”了。图2中还用直线G示意了这一情况，这条直线经过焦斑7边缘上的点P1和表面区域5与14的连接线上的点P2，该连接线与表面区域14不相交。因此，背散射电子捕集器4上所有能够被背散射电子9直接(即击中前无散射现象发生)击中的区域从外部都是“不可见的”。这一点尤指表面区域5而言。“从外部”在此是指从X射线管1外部的任意一个点出发，穿过射出窗口12并经过吸收元件10的观测角度。“可见”的意思是，相关的点之间或表面之间的最短连接线不被吸收X射线辐射的元件(例如壳体11、吸收元件10或背散射电子捕集器4)隔断。据此，凹面区域5“从外部”是不可见的。具体而言就是，它被背散射电子捕集器4的表面14遮住了。

在粗略区分外部可见和外部不可见表面分区时重要的一点是对观测方式作细致定义。从X射线管1外部、有用X射线束8内部的一个点可见的表面分区上能发出干扰性的焦点外辐射。此外，从有用X射线束8内部距离焦斑7至少50cm的一个点可见的表面分区上也能发出干扰性的焦点外辐射。具体而言，焦点外辐射非期望地到达X射线检测器这一风险主要存在于这些表面分区，因为焦斑与X射线检测器之间的距离一般超过50cm。

除此之外，无论从焦斑7还是从有用线束8内部的一个点反向于有用X射线束8的辐射方向观测可以看到的表面区域也是需要加以避免的。不管焦斑7与X射线检测器之间存在多大距离，这些表面分区始终会发出干扰性的焦点外辐射。

当然，无论从焦斑7还是从X射线检测器上的一个点观测可以看到的表面分区也需要加以避免。如果存在这样的表面分区，就始终会有焦点外辐射到达X射线检测器。

图3为本发明的另一实施例。在该实施例中，背散射电子捕集器4上相对X射线束8并面向X射线束8布置的表面区域15经成型处理。这一成型 处理的结果是表面区域15形成两种不同类型的表面分区。其中一种是表面分区15A、15C和15E。这些表面分区虽然从外部至少部分可见，但无法从焦斑7看到。因此，背散射电子9无法直接击中这些表面分区。表面分区15A、15C和15E之间则是另一种表面分区15B和15D。这些表面分区的特点是，它们实际上可以从焦斑7看到，并因此而能吸收背散射电子9。但是，它们从外部是不可见的，这就使得吸收过程中所产生的焦点外辐射不会进入X射线管1外部的有用X射线8中。为能以最好的效果吸收背散射电子9，表面分区15B和15D优选尽可能分别垂直于表面分区15B与焦斑7之间、表面分区15D与焦斑7之间的连接线定向。

图4为包括本发明X射线管1以及与X射线管1间隔一定距离布置的X射线检测器21的X射线装置20，所述X射线管具有壳体11和射出窗口12。X射线管1所产生的有用X射线8视情况在穿透受检对象后击中X射线检测器21。附图所示的X射线装置20例如可以是计算机断层摄影仪(CT)的组成部分。如果是这样，X射线管1与检测器21之间的距离就例如是100cm。X射线管1内部采用如图2和图3所示的实施例。在此情况下，即使是从最差的视角(即从X射线检测器21表面的点P)观测，背散射电子捕集器4上所有能从焦斑7这一角度看到的表面区域或表面分区从点P角度都是看不到的。因此，直接发生背散射的电子9所发出的焦点外辐射不会到达X射线检测器21。

Claims (8)

1.一种X射线管(1)，至少包括

一用于产生一电子束(6)的阴极(2)，

一阳极(3)，所述电子束(6)撞击所述阳极(3)并在所述阳极(3)上形成一焦斑(7)，使得从所述焦斑(7)发出一X射线束(8)，

一射出窗口(12)，所述X射线束(8)经所述射出窗口(12)从所述X射线管(1)射出，

一用于捕集从所述阳极(3)被背散射的电子(9)的背散射电子捕集器(4)，

其特征在于，

所述背散射电子捕集器(4)包括相对所述X射线束(8)并面向所述X射线束(8)的表面区域，所述表面区域上没有一个表面分区无论从所述X射线管(1)外部的X射线束(8)中的任意一点还是从所述焦斑(7)上的任意一点观测都是可见的。

2.根据权利要求1所述的X射线管(1)，其中，一相对所述X射线束(8)并面向所述X射线束(8)的表面区域(14；15)具有至少一个第一表面分区(14；15A，15C，15E)，所述第一表面分区从所述X射线管(1)外部的X射线束中的任意一点观测是至少部分可见的，但从所述焦斑(7)上的任意一点观测是不可见的。

3.根据权利要求1或2所述的X射线管(1)，其中，一相对所述X射线束(8)并面向所述X射线束(8)的表面区域(15)具有至少一个第二表面分区(15B，15D)，所述第二表面分区从所述X射线管(1)外部的X射线束(8)中的任意一点观测是不可见的，但从所述焦斑(7)上的任意一点观测是至少部分可见的。

4.根据权利要求3所述的X射线管(1)，其中，至少两个第一表面分区(15A，15C，15E)被至少一个第二表面分区(15B，15D)隔开。

5.根据权利要求1或2所述的X射线管(1)，其中，所述阳极(3)实施为旋转阳极。

6.一种用于为一受检对象产生X射线图像的X射线装置(20)，包括至少一个如权利要求1至5中任一项权利要求所述的X射线管(1)以及一X射线检测器(21)，所述的X射线管(1)用于产生一X射线束(8)，所述X射线检测器(21)被所述X射线束(8)击中。

7.一种用于为一受检对象产生X射线图像的X射线装置(20)，包括至少一个如权利要求3至4中任一项权利要求所述的X射线管(1)以及一X射线检测器(21)，所述的X射线管(1)用于产生一X射线束(8)，所述X射线检测器(21)被所述X射线束(8)击中，其中，所述X射线管(1)的背散射电子捕集器(4)上的至少一个第一表面分区(15A，15C，15E)从所述X射线检测器(21)上的任意一点(P)观测是可见的，但所述第二表面分区(15B，15D)是不可见的。

8.根据权利要求7所述的X射线装置(20)，其中，所述X射线检测器(21)与所述第二表面分区(15B，15D)之间的任何一条最短连接线始终——至少部分地——穿过至少一个吸收X射线辐射的元件(10，4)。