CN102592928B - 具有二次放电衰减的x射线管 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为“具有二次放电衰减的X射线管”。本发明的实施例涉及X射线管(例如，CT成像中使用的X射线管)内的偏离焦点的X射线辐射衰减。在一个实施例中，提供一种用于偏离焦点的X射线辐射衰减的X射线管。该X射线管包括阴极、靶和磁焦斑控制单元，该磁焦斑控制单元具有装入在以X射线衰减材料填充的树脂中的至少一个电磁体。

Description

具有二次放电衰减的X射线管
技术领域
本文公开的发明主题涉及X射线管，以及具体来说涉及用于X射线管内的X射线二次放电的衰减特征。
背景技术
在无创成像系统中，X射线管作为X射线辐射源在荧光、投射X射线、断层摄影合成和计算机断层摄影(CT)系统中使用。通常，X射线管包括阴极和靶。响应施加的电流所产生的热，阴极内的热离子丝极向靶发射电子流，其中这些电子最终撞击靶。一旦以电子流轰击靶，则靶产生在焦点上的和偏离焦点的(offfocal)X射线辐射。
在焦点上的X射线辐射穿过感兴趣的受检者(例如，人类患者)，并且一部分辐射撞击在其中收集图像数据的照相底片或检测器。一般地，差异性地吸收或衰减穿过感兴趣的受检者的X射线光子流的组织会在所得到的图像中产生对比。在一些X射线系统中，然后将照相底片显影以产生可供放射科医师或主治医师用于诊断目的使用的图像。在数字X射线系统中，数字检测器产生表示撞击检测器表面离散像素区域的、接收的X射线辐射的信号。然后，可以处理这些信号以生成可显示以用于复查的图像。在CT系统中，随着将台架环绕患者移位，包括一系列检测器元件的检测器阵列产生穿过多种部位的相似信号。
尽管电子流与适合位置中的靶碰撞，但一些X射线未穿过窗口射出，而是穿过X射线管投射回去，并且可能导致二次辐射。必须将X射线管中生成的偏离焦点的X射线辐射包含在单元内，以使X射线不会射出到环境中。传统方式下，通过使用沿着管单元外周设置的铅衬套来提供X射线衰减。环境意识以及规章使得这些技术并不令人满意。而且，完全封闭屏蔽可能是庞大的，这需要大量屏蔽材料。因此，需要X射线管中改进的偏离焦点的X射线屏蔽。
发明内容
在一个实施例中，提供一种X射线管。该X射线管包括配置成输出电子束的阴极和配置成接收该电子束并生成X射线的靶。此外，X射线管包括设在阴极和靶之间的磁焦斑控制单元。该磁焦斑控制单元可以生成电磁场以影响电子束。该磁焦斑控制单元包括装入在以X射线衰减材料填充的树脂中的至少一个电磁体。
在另一个实施例中，提供一种用于X射线管的电磁体。该电磁体包括用于磁焦斑控制单元的电磁体组件，其中磁焦斑控制单元设计为设在X射线管的阴极和靶之间。该电磁体组件可以生成电磁场以影响电子束。此外，将该电磁体装入在以X射线衰减材料填充的树脂中。
在另外的实施例中，提供一种形成电磁体的方法。该方法一般包括通过X射线衰减材料掺杂树脂，围绕磁芯缠绕线圈，以及将磁芯和线圈装入在填充的树脂中。
附图说明
当参考附图阅读下文详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点，在所有附图中，相似的符号表示相似部件，在附图中：
图1是根据本发明的当前实施例的X射线管的透视图；
图2是图1描绘的X射线管的一部分的截面侧视图；
图3是描绘电磁体的多种特征的磁体组件的一部分的透视图。
具体实施方式
本发明途径旨在一种用于衰减X射线管中产生的、偏离焦点的X射线的系统和方法。例如，在其中存在磁焦斑控制单元的X射线管的实施例中，磁焦斑控制单元内围绕电磁体的衰减材料可以提供包含偏离焦点的或二次X射线所需的衰减。
本文论述的二次放电衰减技术可以应用于X射线管中，例如应用于投影X射线成像系统、荧光成像系统、CT成像系统等的X射线管中。图1图示用于获取对成像系统有用的X射线的X射线管10，成像系统设计成：获取X射线数据以基于该数据重构图像，并处理该图像数据供显示和分析。
在图1所示的实施例中，X射线管10包括阴极组件12。阴极组件12将通过X射线管10(包括通过磁焦斑控制单元14)的电子流加速，该磁焦斑控制单元14设计成控制电子流的方向操纵(steering)和大小。该磁焦斑控制单元可以包括具有多个四极和双极磁体的两个子组件，其配置成提供电子流的方向操纵和摆动能力。由于X射线管10内电子的碰撞，产生X射线。在焦点上的X射线辐射通过窗口16发射，其中它在获取X射线成像数据中是有用的。X射线管10内的电子流碰撞还可能导致X射线管内发生偏离焦点的X射线辐射。为了降低X射线系统操作员暴露于非必要辐射以及降低与使用在焦点上的X射线辐射的X射线成像系统的干扰，必须将偏离焦点的X射线辐射包含在X射线管10内。
如上所述，本发明实施例旨在衰减X射线管10内产生的偏离焦点的X射线辐射。根据本文公开的实施例，可以通过将衰减材料置于磁焦斑控制单元14内来执行衰减。图2描绘了图1的X射线管实施例的截面图，以更清晰地解释当前技术。正如先前论述的，阴极组件12可以将通过X射线管10中的公共孔的电子流18加速。电子流18可以通过磁焦斑控制单元14的喉部20。随着电子流18通过喉部20，磁焦斑控制单元14可以提供通过电磁体22的电磁场，从而控制电子流18的大小和位置。因此，磁焦斑控制单元14提供电子流的方向操纵以及快速地更改电子流的位置(例如，摆动)的能力。电磁体22可以包括树脂装入体，该树脂装入体产生围绕磁焦斑控制单元14的喉部20的路径以及提供与磁组件的机械整体性。此外，正如下文更详细地描述的，该树脂可以配置成提供X射线管10内的X射线衰减特征。接下来，该电子流可以通过电子收集器24并与靶26碰撞。电子流18与靶的碰撞可导致电子反弹回X射线管。如图所示，电子收集器24可以设为与靶26成面对关系，从而使得电子收集器24能够捕获从靶26反弹的电子并将其包含在电子收集器24中。此外，该碰撞可产生结果的X射线辐射。产生在焦点上的X射线辐射并通过窗口16发射。可以将偏离焦点的X射线辐射28向内引导通过X射线管10返回，以达到磁焦斑控制单元14。正如下文将更详细地论述的，磁焦斑控制单元14内的电磁体22可以配置成衰减偏离焦点的X射线辐射，以使X射线辐射不会穿过支撑基座30，更确切地来说穿过支撑基座30的外表面32。
在一些实施例中，磁焦斑控制单元14内的电磁体22可以形成在磁组件中。图3图示磁组件36的一个实施例的局部截面图，可以将其并入磁焦斑控制单元14中。图3描绘了电磁体22的一半。在一些实施例中，磁组件36可以包括一对基本相同的电磁体22。磁组件36可包括框体38，其能够将磁组件36的多种元件合并。正如电磁体中常见的，磁组件36可以包含磁芯40。可以通过放置在巢42上来将磁芯40包含在磁组件36内。绕组44可以在芯的多个不同位置中环绕磁芯40。当电流流经绕组44时，芯40变成磁性，并形成电磁场。
正如先前论述的，电磁焦斑控制单元14内的电磁体可以衰减偏离焦点的X射线辐射28。在磁焦斑控制单元14内提供衰减，这可以由于在更大通量的范围处衰减偏离焦点的X射线，以提供比X射线管外部的屏蔽更有效率的X射线屏蔽。电磁体22以及最终电磁体组件36的衰减特征可以通过提供电磁体22的树脂装入体来实现，其中以X射线衰减材料填充该树脂46。并入树脂46中的X射线衰减材料可以由具有低磁导率的高密度、非磁性材料组成。此外，还可以期望这些衰减材料具有很小到没有的导电性，因为导电性材料可能影响电磁体22生成的电磁场。例如，钨虽然是高密度且能够实现X射线衰减，但也是导电的，并因此可能与电磁体22产生的电磁场相干扰。几个适合的衰减材料的示例可以包括氧化铋、氧化铅或硫酸钡。树脂46与衰减材料的比率可以影响电磁体22的衰减特性。增加衰减材料的体积百分比可以增加树脂的衰减能力。而且，可以基于以衰减材料填充的树脂46的期望厚度或基于装入的电磁体22所期望的衰减量来控制衰减材料的体积百分比。例如，在一个实施例中，该树脂可以具有9mm的厚度。在9mm厚度水平，为了获得完全衰减，对于树脂46，包含至少约50％体积百分比的氧化铋会是有益的。如果无需完全衰减，则可降低体积百分比。例如，如果完全衰减并非必需的，则可以将氧化铋的量降低到约40％体积百分比，从而提供约99％的衰减。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，以及还使本领域技术人员能实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统及执行任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求确定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有与权利要求字面语言无不同的结构要素，或者如果它们包括与权利要求字面语言无实质不同的等效结构要素，则它们规定为在权利要求的范围之内。

Claims (22)

1.一种X射线管，包括：
阴极，其配置成输出电子束；
靶，其配置成接收所述电子束并生成X射线；
磁焦斑控制单元，其设在所述阴极与所述靶之间并配置成生成电磁场以影响所述电子束，所述磁焦斑控制单元包括装入在以X射线衰减材料填充的树脂中的至少一个电磁体；
其中，所述X射线衰减材料包括高密度非磁性材料。
2.根据权利要求1所述的X射线管，包括：电子收集器，其设为与所述靶成面对关系，并设在所述磁焦斑控制单元与所述靶之间。
3.根据权利要求2所述的X射线管，其中，所述磁焦斑控制单元和所述电子收集器定义公共孔，在操作期间所述电子束通过所述公共孔。
4.根据权利要求3所述的X射线管，其中，以所述X射线衰减材料填充的所述树脂呈现X射线必须穿透才能射出所述X射线管的至少9mm的厚度。
5.根据权利要求1所述的X射线管，其中，所述X射线衰减材料包括氧化铋。
6.根据权利要求5所述的X射线管，其中，通过至少40％体积百分比的氧化铋掺杂所述树脂。
7.根据权利要求5所述的X射线管，其中，通过至少50％体积百分比的氧化铋掺杂所述树脂。
8.根据权利要求1所述的X射线管，其中，所述X射线衰减材料包括氧化铅。
9.根据权利要求1所述的X射线管，其中，所述X射线衰减材料包括硫酸钡。
10.根据权利要求1所述的X射线管，其中，所述磁焦斑控制单元包括一对相同的电磁体。
11.一种用于X射线管的电磁体，包括：
用于磁焦斑控制单元的电磁体组件，所述磁焦斑控制单元配置成设在X射线管的阴极与靶之间并配置成生成电磁场以影响电子束，所述电磁体被装入在以X射线衰减材料填充的树脂中；
其中，所述X射线衰减材料包括高密度非磁性材料。
12.根据权利要求11所述的电磁体，其中，所述X射线衰减材料包括氧化铋、氧化铅和/或硫酸钡。
13.根据权利要求11所述的电磁体，其中，通过至少40％体积百分比的氧化铋掺杂所述树脂。
14.一种形成电磁体的方法，包括：
通过X射线衰减材料掺杂树脂围绕磁芯缠绕线圈；以及
将所述磁芯和所述线圈装入在所填充的树脂中；
其中，所述X射线衰减材料包括高密度非磁性材料。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述X射线衰减材料包括氧化铋。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，通过至少40％体积百分比的氧化铋掺杂所述树脂。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，通过至少50％体积百分比的氧化铋掺杂所述树脂。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述X射线衰减材料包括氧化铅。
19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述X射线衰减材料包括硫酸钡。
20.根据权利要求14所述的方法，其中，将所述磁芯和线圈装入在厚度为至少9mm的所述填充的树脂中。
21.根据权利要求14所述的方法，包括基于期望的X射线衰减水平，调整填充在所述树脂中的衰减材料的量。
22.根据权利要求14所述的方法，包括基于所述树脂的期望厚度，调整填充在所述树脂中的衰减材料的量。
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