CN102592926B - 具有高速射束操纵电磁体的x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有高速射束操纵电磁体的X射线管。本实施例涉及X射线管(例如在CT成像中使用的X射线管)内的高效电子束操纵。在一个实施例中，提供具有提高的电子束操纵的X射线管。该X射线管包括电子束源、配置成当受到来自该电子束源的电子束撞击时产生X射线的靶，以及操纵磁体组件，该操纵磁体组件具有多个铁氧体芯和多个缠绕在这些铁氧体芯上的绞合线线圈。

Description

具有高速射束操纵电磁体的X射线管

技术领域

本文公开的主旨涉及X射线管，并且具体地涉及X射线管内的电子束操纵。

背景技术

在非侵入性成像系统中，X射线管作为X射线辐射的源在荧光透视、投影X射线、层析摄影合成和计算机断层摄影(CT)系统中使用。典型地，该X射线管包括阴极和靶。在该阴极内的热离子丝极响应于由施加的电流产生的热朝靶发射电子流，最终电子撞击靶。X射线管内的操纵磁体组件可当电子流击中靶时控制电子流的大小和位点。一旦用电子流轰击靶，该靶产生X射线辐射。

X射线辐射穿越感兴趣对象，例如人类患者或行李，并且辐射的一部分撞击检测器或照相底片(图像数据收集在其中)。在医疗诊断背景中，有差异地吸收通过感兴趣对象的X射线光子流或使该光子流衰减的组织在所得的图像中产生对比。在一些X射线系统中，照相底片然后显影来产生可由放射科医师或主治医师使用用于诊断目的的图像。在其他背景中，可使部件、行李、包裹和其他对象成像来评估它们的内含物以及用于其他目的。在数字X射线系统中，数字检测器产生代表撞击检测器表面的分离像素区的接收的X射线辐射的信号。然后可处理这些信号来产生可用于回顾而显示的图像。在CT系统中，当机架围绕患者移位时，包括一系列检测器元件的检测器阵列通过各种位置产生相似的信号。

在CT系统中成像的一个方法包括双能成像。在双能成像应用中，使用X射线源的两个操作电压从物体采集数据以使用不同的X射线谱获得两组测量的强度数据，其代表在给定的暴露时间期间撞击检测器元件的X射线通量。因为必须采集对应于两个单独能谱的投影数据集，X射线管的操作电压典型地快速切换，使得在高和低x射线能两者处对相同的解剖结构采样来防止由于物体运动而引起的图像退化。

对于使用快速电压切换方法的X射线系统以及具有摆动能力的X射线系统，涡流可感应进入电子束穿过的射束管道、用于操纵射束的磁体的芯以及操纵磁体组件的绕组。这样的感应可使电子流偏转的响应时间减慢，并且从而可导致过渡时间增加以及以需要的功率水平的暴露减少。因此，存在需要在操纵磁体组件内提高响应时间。

发明内容

在一个实施例中，提供X射线管。该X射线管包括电子束源、配置成当受到来自该电子束源的电子束撞击时产生X射线的靶，和设置在该电子束源和该靶之间的操纵磁体组件。该操纵磁体组件具有多个铁氧体芯和多个缠绕在这些铁氧体芯上的绞合线线圈(litzwirecoil)。

在另一个实施例中，提供用于制造X射线管的方法。该方法包括形成操纵磁体组件，其包括四个大体上相同的铁氧体芯，这些铁氧体芯包括两个阴极侧芯和两个靶侧芯。另外，包括绞合线的多个阴极侧四极线圈缠绕在这些阴极侧芯上并且串联耦合。而且，包括绞合线的多个靶侧四极线圈缠绕在这些靶侧芯上并且串联耦合。该操纵磁体组件设置在电子束源和靶之间。另外，线圈耦合于电源，其配置成以至少100kHz的频率切换线圈中的电流。

附图说明

当下列详细说明参照附图(其中所有图中相似的符号代表相似的部件)阅读时，本发明的这些和其他的特征、方面和优势将变得更好理解，其中：

图1是根据本发明的实施例的X射线管的透视图；

图2是在图1中描绘的X射线管的一部分的横截面侧视图；

图3是操纵磁体子组件的透视图；以及

图4是射束管道、磁极和电磁体线圈在X射线管内的位置的示意图。

具体实施方式

本实施例针对用于提高操纵磁体组件的响应时间的系统和方法。例如，在X射线管的实施例中，其中操纵磁体组件通过使用电磁体控制电子流的操纵和摆动，感应进入射束管道、磁芯和磁体绕组中的涡流可通过选择适当的芯材料、选择用于电磁体线圈绕组的适当材料以及相对于电子束管道限定磁极的正确定位而减少。涡流的减少可相当大地降低操纵磁体组件的响应时间。

本文描述的电磁体操纵技术可在X射线管中使用，例如在数字和摄影投影X射线系统、荧光透视成像系统、层析摄影合成成像系统、CT成像系统等中使用的X射线管。图1图示这样的X射线管10，用于获得对于设计成采集X射线数据的成像系统有用的X射线，来基于数据重构图像并且来处理图像数据用于显示和分析。

在图1中图示的实施例中，X射线管10包括阴极组件。该阴极组件12使电子流加速通过X射线管10，其包括通过操纵磁体组件14，该操纵磁体组件14设计成控制电子流的操纵和大小。操纵磁体组件可包括两个子组件，其中多个四极和二极磁体配置成提供对X射线管10内的电子流操纵和摆动的能力。由于电子与X射线管10内的靶碰撞，产生了X射线。聚焦的X射线辐射发射通过窗口16，这在获得X射线成像数据方面有用。

为了更清楚地解释当前的技术，图2描绘图1的X射线管实施例的横截面图。如先前论述的，阴极组件12可使电子流18加速通过X射线管10。该电子流18可穿过操纵磁体组件14的喉道或电子束管道20。当该电子流18穿过电子束管道20时，操纵磁体组件14可提供通过电磁体22的电磁场，从而控制电子流18的大小和位置。从而，操纵磁体组件14提供电子流的操纵以及为了摆动而快速改变电子流的位置的能力。电磁体22可包裹在环氧树脂中，来形成围绕操纵磁体组件14的电子束管道20的路径以及提供对于操纵磁体组件14的结构完整性。接着，电子流可穿过电子集电极24并且与靶26碰撞。电子流18与靶碰撞可导致一些电子或二次辐射反弹回到射束管道。如图示的，电子集电极24可与靶26处于面对关系而设置，这允许电子集电极24捕获并且包含从靶26引导回到电子集电极24的电子和辐射。聚焦的X射线辐射被产生并且发射通过窗口16。偏焦的X射线辐射28可向内往回引导，通过X射线管10，到达操纵磁体组件14。偏焦的X射线辐射28可通过X射线屏蔽材料而衰减。操纵磁体组件14可通过处于支撑底座30中而获得结构支撑，该支撑底座30延伸到外壁32。该支撑底座30可设计成收容并且耦合构成操纵磁体组件14的磁性子组件。

图3图示在操纵磁体组件14中使用的一个磁体子组件36或全磁体组件的一半的实施例。该全磁体组件可由两个大体上相同的磁体子组件36组成。该磁体子组件36可包括能够接合磁体组件36的各种元件的框架38。该磁体子组件36可包括多个芯(即，阴极侧芯40和靶侧芯42)。发明者已经发现，选择适当的芯材料可对操纵磁体组件14内的操纵响应时间具有相当大的影响。例如，具有较低磁导率和较高体电阻率的芯材料可减小芯材料中的涡流，从而降低响应时间。这样的芯材料的示例可包括铁氧体。更具体地，使用例如镍锌(Ni-Zn)或(Mn-Zn)等软铁氧体可以是有保证的。阴极侧芯40和靶侧芯42可包括径向延伸部分44，其可充当磁体子组件36的极。

阴极侧芯40和靶侧芯42可包括通过将导线缠绕在阴极侧芯40和靶侧芯42的部分上而形成的若干线圈。通过使用绞合线来代替绕组的实心导体，线圈中的电感可减小，从而减少响应时间。如图示的，阴极侧芯可包括沿着阴极侧芯40的径向延伸部分44形成的绞合线线圈。以不同的大小来制造绞合线，其中该导线内导体的数量不同。在优选实施例中，绞合线可以是近似18线规导线(18gaugewire)并且可包括至少100个导体。靶侧芯42还可包括多个线圈(即，内靶侧四极线圈48、外靶侧四极线圈50和附加靶侧线圈52)。内靶侧四极线圈48可在靶侧芯42的径向延伸部分44上形成。外靶侧四极线圈50可在内靶侧四极线圈48之上形成。附加靶侧线圈52可在靶侧芯42的跨度上形成。二级和四极绕组在相同的极片上形成以通过使用相同的极用于聚焦和偏转两者而使组件紧凑。

如先前提到的，在图3中描绘的磁体子组件36代表全磁体组件的一半。全磁体组件的另一半可与磁体子组件36大体上相同。从而，根据图3的磁体子组件36的实施例，全磁体组件可包括两个阴极侧芯40、两个靶侧芯42、八个径向延伸部分44(四个在阴极侧芯40上并且四个在靶侧芯42上)、四个阴极侧四极线圈46、四个内靶侧四极线圈48、四个外靶侧四极线圈50和两个附件靶侧芯52。这些线圈可基于它们的归类而串联耦合。例如，阴极侧四极线圈可通过连接第一线圈与第二、连接第二与第三以及连接第三与第四而串联耦合。该耦合由图3中的虚线表示。另外，内靶侧四极线圈48可串联耦合，外靶侧四极线圈50可串联耦合，并且附加靶侧线圈52可串联耦合。

系统控制电路54可耦合于多个电源56。这些多个电源56可耦合于每组串联耦合的线圈。例如，如在图3的实施例中描绘的，第一电源56可耦合于阴极侧四极线圈46，第二电源56可耦合于内靶侧四极线圈48，第三电源56可耦合于附加靶侧线圈52，并且第四电源可耦合于外靶侧四极线圈50。系统控制电路可控制线圈中的电流切换。在一些实施例中，将以至少1kHz的频率切换电流。

如先前论述的，相对于电子束管道正确安置电磁体极(即，径向延伸部分44)可进一步降低操纵磁体组件14内的响应时间。可通过在射束管道直径58与芯(即，阴极侧芯40和靶侧芯42)之间提供较少的间隔来获得提高的磁场均匀性。另外，可通过将芯(即，阴极侧芯40和靶侧芯42)延伸超出线圈(即，阴极侧四极线圈46、内靶侧四极线圈48、外靶侧四极线圈50和附加靶侧线圈52)而增加场均匀性。图4提供根据当前技术实施例安置极、线圈和射束管道的图示。

描绘两个靶侧芯42，其代表通过将使两个磁体子组件36耦合而实现的放置。靶侧芯42包括充当磁极的径向延伸部分44。当径向延伸部分44和射束管道直径58之间的距离60减小时，由供应给线圈(即，外靶侧四极线圈50)的电流产生的电磁场可获得增强的耦合性。当减少径向延伸部分44和射束管道直径58之间的距离60形成增强的耦合时，在一些实施例中，获得零距离可能不可行。实际上，在一些实施例中，芯(即，靶侧芯42)可包裹在环氧树脂或用于结构支撑、冷却目的等的其他材料中。在一些实施例中，径向延伸部分44和射束管道直径之间的典型距离60可以小于5毫米，留出围绕管道的空间用于油/冷却剂循环以及用于磁体组件的环氧树脂包裹。

除最小化径向延伸部分44和射束管道直径58之间的距离60之外，延长线圈(即，外靶侧四极线圈50)与径向延伸部分42的末端之间的距离62可增强场均匀性，并且从而增加操纵磁体组件14的有效性。径向延伸部分42大体上向内突出来减少距离60，并且线圈与径向延伸部分42的面齐平而形成，或进一步远离射束管道直径58向后而形成，从而留出距离62。

该书面说明使用示例以公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域内技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统和执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想到的其他示例。这样的其他示例如果它们具有不与权利要求的书面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件，则规定在权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种X射线管，其包括：

电子束源；

靶，其配置成当受到来自所述电子束源的电子束撞击时产生X射线，和

操纵磁体组件，其设置在所述电子束源和所述靶之间，所述操纵磁体组件包括多个铁氧体芯和多个缠绕在所述铁氧体芯上的绞合线线圈，和

多个配置成以至少1kHz的频率切换所述线圈中的电流的电源。

2.如权利要求1所述的X射线管，其中所述芯包括径向延伸部分，至少一个线圈缠绕在每个径向延伸部分上，并且其中每个径向延伸部分径向向内延伸超出相应的线圈。

3.如权利要求2所述的X射线管，其中每个径向延伸部分大体上朝向射束管道向内突出至所述射束管道的5毫米内。

4.如权利要求2所述的X射线管，其中每个径向延伸部分径向向内延伸，并且所述线圈设置在所述径向延伸部分的边缘处或进一步远离射束管道设置。

5.如权利要求1所述的X射线管，其中所述铁氧体芯包括软铁氧体。

6.如权利要求5所述的X射线管，其中所述铁氧体芯包括镍锌或锰锌。

7.如权利要求1所述的X射线管，其包括四个大体上相同的芯，这些芯包括两个阴极侧芯和两个靶侧芯，并且其中所述线圈形成缠绕在所述阴极侧芯上并且串联耦合的阴极侧四极线圈，和缠绕在所述靶侧芯上并且串联耦合的靶侧四极线圈。

8.如权利要求7所述的X射线管，其中所述靶侧四极线圈包括内靶侧四极线圈以及设置在所述内靶侧四极线圈之上的外靶侧四极线圈；所述内靶侧四极线圈串联耦合；所述外靶侧四极线圈串联耦合。

9.如权利要求8所述的X射线管，其包括缠绕在靶侧芯的跨度上并且串联耦合的另外的线圈。

10.如权利要求1所述的X射线管，其中所述操纵磁体组件包括两个大体上相同的子组件，其设置在所述电子束在操作期间穿过的通道的对侧上。

11.如权利要求1所述的X射线管，其中所述绞合线包括近似18线规的复合大小以及至少100个导体。

12.一种X射线管，其包括：

电子束源；

靶，其配置成当受到来自所述电子束源的电子束撞击时产生X射线，和

操纵磁体组件，其设置在所述电子束源和所述靶之间，所述操纵磁体组件包括：四个大体上相同的铁氧体芯，其包括两个阴极侧芯和两个靶侧芯；多个阴极侧四极线圈，其包括缠绕在所述阴极侧芯上并且串联耦合的绞合线；和多个靶侧四极线圈，其包括缠绕在所述靶侧芯上并且串联耦合的绞合线；以及

多个电源，其配置成以至少100kHz的频率切换所述线圈中的电流。

13.如权利要求12所述的X射线管，其中所述铁氧体芯包括径向延伸部分，至少一个线圈缠绕在每个径向延伸部分上，并且其中每个径向延伸部分径向向内延伸超出所述相应的线圈。

14.如权利要求13所述的X射线管，其中每个径向延伸部分延伸至中央射束管道直径区域的5毫米内。

15.如权利要求13所述的X射线管，其中每个径向延伸部分大体上径向向内延伸从而与所述相应的线圈保持齐平或延伸超出所述相应的线圈。

16.如权利要求12所述的X射线管，其中所述铁氧体芯包括软铁氧体。

17.如权利要求16所述的X射线管，所述铁氧体芯包括镍锌或锰锌。

18.一种用于制造X射线管的方法，其包括：

形成操纵磁体组件，其包括：四个大体上相同的铁氧体芯，其包括两个阴极侧芯和两个靶侧芯；多个阴极侧四极线圈，其包括缠绕在所述阴极侧芯上并且串联耦合的绞合线；和多个靶侧四极线圈，其包括缠绕在所述靶侧芯上并且串联耦合的绞合线；

将所述操纵磁体组件设置在电子束源和靶之间；以及

使所述线圈耦合于电源，其配置成以至少1kHz的频率切换所述线圈中的电流。

19.如权利要求18所述的方法，所述铁氧体芯包括镍锌或锰锌。