CN102779710A

CN102779710A - X射线管及其运行方法

Info

Publication number: CN102779710A
Application number: CN2012101500068A
Authority: CN
Inventors: T.弗格; S.弗里茨勒; D.马图索克
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-05-06
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2032-05-07
Also published as: DE102011075453A1; JP2012234810A; CN102779710B; US20120281815A1

Abstract

一种X射线管，该X射线管带有可旋转的真空壳体(2)，在该壳体中设置有设计用于发出电子射束的阴极(5)和与该阴极共同作用的阳极(4)；该X射线管还带有布置在壳体(2)外部、相互间隔的两个设计用于影响电子射束的四极磁体系统（8,9）。

Description

X射线管及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种X射线管，该X射线管带有可旋转的真空壳体，在该壳体中设置有设计用于发出电子射束的阴极和与该阴极共同作用的阳极，其中，为了影响电子射束，在壳体外部布置四极磁体系统。本发明还涉及一种用于运行这种X射线管的方法。

背景技术

这种旋转灯管X射线管例如由DE19631899A1已知。在此，四极磁体系统的各个线圈元件布置在一个公共的支架上。

由DE19810346C1公开了另一种带有四极磁体系统的X射线管。在这种情况下，除了四极磁体系统之外，设有在空间上连接在四极磁体系统后面的线圈，通过该线圈可以影响X射线管阳极上的焦斑。

通常在电子源，尤其在X射线管中出现电子的相互影响，这尤其在高发射电流时会导致对电子射束的辐射质量的显著损害并且可能由此也导致对产生的X射线的辐射质量的损害。

例如在大于400mA的高管电流时，尤其在同时低于80kV的较低管电压时可以观察到，X射线管中的电子射束的聚焦由于发出的电子之间的碰撞而被显著地干扰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，尤其在辐射质量方面相对现有技术进一步扩展旋转灯管X射线辐射器。

按照本发明，构造为旋转灯管X射线辐射器的X射线管具有可旋转的真空壳体，在该壳体中设置有设计用于发出电子射束的阴极和与该阴极共同作用的阳极。壳体的旋转轴与辐射方向一致，电子沿该辐射方向从阴极发出。为了影响电子射束，在阴极和阳极之间，优选在壳体外部，关于旋转轴在轴向前后依次布置两个四极磁体系统。

通过双重的四极装置，即便在例如70kV的低电压和同时大于550mA的高管电流的情况下也能实现电子射束良好的聚焦。尤其在医疗技术上的X射线装置中，电子辐射的质量对成像的质量有重要影响。

由于电子射束通过四极偶极子（亦即由两个相互间隔的同轴四极磁体系统构成的装置）聚焦，可以省略电子源上的栅极电压或者仅仅用于精细优化。由于完全或几乎缺少栅极电压，相比传统的X射线管具有更宽的电子射束，这导致电子较小的相互影响。因此，即便在高电子流时，亦即高管电流时，也仅出现小的空间电荷。电子在宽的射束中平行于壳体的旋转轴飞行并因此平行于四极磁体系统的磁轴线飞行，这是通过四极磁体系统有效聚焦的最佳前提。最后，电子因此击中到阳极上明确规定的焦斑上，这有助于在此产生的X辐射的高几何质量。

两个四极磁体系统优选关于壳体的旋转轴线相互旋转错移地布置，亦即其线圈相互旋转错移地布置或者两个系统成相同旋转角布置的线圈的电极交错。由此，通过两个系统针对性地实现了对不同方向的电子射束的影响。

在此，尤其设置错移90°的布置。通过关于壳体的旋转轴线相对彼此旋转90°的布置，两个前后依次串接的、相互间隔的四极磁体系统可针对性地影响电子射束的宽度和高度。与X射线管的空间布置无关，概念电子射束的“宽度”和“高度”涉及与壳体的旋转轴线以及相互之间正交的两条几何轴线。

按照一种优选的实施形式，两个四极磁体系统具有相同的尺寸。然而，也可以实现这样的实施形式，其中四极磁体系统的尺寸不同，例如布置得离阳极更近的四极磁体系统比布置得离阴极更近的四极磁体系统更大。

按照一种有利的扩展设计，至少一个四极磁体系统除了四个四极线圈之外还具有两个双极线圈。其中，具有额外的双极线圈的磁体系统可以是布置得离阳极较近的四极磁体系统或布置得离阴极较近的四极磁体系统。同样，两个磁体系统可以除了始终存在的四极线圈之外具有分别两个双极线圈。

各四极线圈优选分别布置在优选方形磁轭的一个角部中。额外的双极线圈必要时分别在两个四极线圈之间布置在磁轭相互对置的侧面上。

有利地设置热发射器作为阴极的发射源。因此，通过用相应的加热电压加热阴极发射电子。在此，发出的电子流既与加热电压也与发射器的面积有关。通过布置两个四极磁体系统，以其聚焦的特性实现了特别的优点，即，相比发射器的传统布置，发射器面积可以选择得更大。发射器的圆形表面的半径优选大于或等于4mm。通常的半径在3mm，这在圆形的发射器中导致发射器表面增大几乎两倍。因此可以在运行中，在同样高的发射电流时施加较小的加热功率，因此可以明显延长发射器的寿命。反之，同时也可以在比常见情况类似或更小的加热温度下实现较高的发射电流。

通过四极偶极子聚焦的另一特殊的优点是，通过该四极偶极子仅仅能够并优选进行电子射束的聚焦。因此，在阴极上不设置额外地聚焦电极，在该聚焦电极上必须施加所谓的栅极电压或门电压。在当今使用的X射线管中，视运行状态而定，这种栅极电压最高达1000V(相对阴极电势而言)。这意味着，必须设置相应复杂构造的控制电子部件。但是，在这种较高的栅极电压中，总是会出现伪影（Artefakte）或击穿，其最终对产生的X辐射的质量并因此最终对医疗成像的质量有不利影响。因此，当前有利地省去这种聚焦电极。因此还实现了尽可能平行地进入四极偶极子中的电子射束的优点。通过高的平行度保证了非常有效的聚焦和通过四极系统的转向。

电子可以从发射器的边缘区域发出，电子严重偏离否则会平行的辐射方向。因此，在相宜的设计方案中，为了精细优化而设置仅一个精聚焦装置。为此，在直接配属于发射器的所谓的聚焦头上施加相对阴极电势优选仅50V的低电压。电压可以用较简单的装置产生，使得控制电子部件总体上更简单地构造。

本发明涉及一种用于上述X射线管的运行方法，其中，产生的电子射束借助于两个四极磁体系统聚焦。

根据本发明的一种优选实施形式，通过聚焦电极省略电子射束在所述阴极上的预聚焦。

根据本发明的一种优选实施形式，所述电子通过作为阴极的热发射器发出，该发射器具有大于或等于8mm的直径并且在阴极和阳极之间的管电压为约70kV时，产生1500mA范围内的X射线管电流。

总体上通过在此所述的结构，尤其是两个四极系统的组合与相比现有技术增大的热发射器一起在例如1500mA的高管电流的同时在例如约70kV的相对低的管电压下实现X射线管的运行。控制装置整体上恰当设计用于实施该方法。

附图说明

以下参照附图详细说明本发明的实施例。在附图中示出：

图1在示意的侧视图中示出了旋转灯管X射线辐射器；

图2是图1所示的X射线辐射器的四极磁体系统的第一种变型，以及

图3是图1所示的X射线辐射器的四极磁体系统的第二种变型。

具体实施方式

整体用附图标记1表示的旋转灯管X射线辐射器，简称为X射线管，具有真空的壳体2，该壳体也称为旋转灯管。关于X射线管1的原理功能参看开头引用的现有技术。

在壳体2中，一方面布置有电子源3，另一方面布置有盘状阳极4。电子源3具有作为发射器的阴极5以及聚焦头6。从阴极5出发的电子射束的方向首先与壳体2的旋转轴线的位置相同。使壳体2旋转的驱动装置在图1中没有示出。

在相比电子源3具有(关于壳体2的旋转轴线的)明显更大的径向延伸的阳极4，壳体2具有漏斗状的展宽部7。壳体2在电子源3和展宽部7之间的区域中由第一四极磁体系统8和第二四极磁体系统9包围。每个四极磁体系统8,9的对称轴与壳体2的旋转轴重合。与壳体2相反，四极磁体系统8,9不旋转。

第一四极磁体系统9例如主要沿水平方向影响电子射束，而第二四极磁体系统9按照该实施例主要用于在垂直方向影响电子射束。从发射器5出发的、击中阳极4的电子射束在图1中通过箭头示出。

两个四极磁体系统8,9相同地构造、尺寸相同并且同轴安装，然而相对彼此扭转90°。两个四极磁体系统8,9之间的间距至少相当于沿轴向，亦即沿壳体2的旋转轴线的方向测得的每个四极磁体系统8,9的厚度。由四极磁体系统8,9组成的装置的总厚度，亦即沿轴向测得的延伸长度小于四极磁体系统8,9最大的径向延伸。

在图2和图3中示出了四极磁体系统8,9的可能实施形式，其中，每个实施形式既可以用作靠近阴极5布置的第一磁体系统8，也可以用作靠近阳极4布置的第二磁体系统9。

在图2所示的实施例中可以看见框状的、方形磁轭10，该磁轭在其角部具有分别一个对角向内指向的磁轭耳轴11。在每个这种磁轭耳轴11上有一个四极线圈12,13，其中，所示的磁极看作是举例。例如第一四极磁体系统8具有按图2的磁极，而在第二四极磁体系统9中，磁极更换，这与已经提及的、两个四极磁体系统8,9相互扭转90°意义相同。

在按图3的装置中，除了四极线圈12,13之外在磁轭10上设有两个双极线圈14,15，亦即分别布置在框状磁轭10的四个侧边部件16之一上。作为所示变型的备选方案，侧边部件16也可以弯曲地设计。通过将四极线圈12,13布置在通过侧边部件16形成的框架内部亦即将双极线圈14,15布置在该框架上，四极线圈12,13比双极线圈14,15与壳体2的旋转轴间隔小。

通过在图1中示意示出的控制装置18控制X射线管的运行。通过四极磁体系统8,9工作的X射线管1设计用于低管电压(也即阴极5和阳极4之间的电压，例如70kV)时例如1500mA的非常高的管电流。因此，X射线管1预定用于对患者低剂量负荷的医疗应用。同时，通过借助于双重的四极磁体系统8,9实现的阳极4上的焦斑的锐化可以实现非常高的图像质量。对于电子源3的耐久性特别有利的是，为运行X射线管1不需要为聚焦目的在电子源3上施加所谓的栅极电压，并且也不要设置。尤其是阴极的发射面较大地设计尺寸。因此，相比传统的X射线管发出具有较大横截面的电子射束，电子在其从聚焦头6射出后才借助于依次串接的、相互协调的四极磁体系统8,9进行特别精确的聚焦，其中，四极磁体系统没有额外位置需求地（相比带有单重四极系统的传统X射线管）包围壳体2的圆柱形部段17。

Claims

1.一种X射线管，该X射线管带有可旋转的真空壳体(2)，在该壳体中设置有设计用于发出电子射束的阴极(5)和与该阴极共同作用的阳极(4)；该该X射线管还带有布置在壳体(2)外部的、设计用于影响电子射束的第一四极磁体系统（8），其特征在于沿所述电子辐射的辐射方向与所述第一四极磁体系统（8）相互间隔的第二四极磁体系统（9）。

2.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述第二四极磁体系统（9）相对所述第一四极磁体系统（8）扭转。

3.如权利要求2所述的X射线管，其特征在于，所述第二四极磁体系统（9）相对所述第一四极磁体系统（8）扭转90°。

4.如权利要求3所述的X射线管，其特征在于，所述四极磁体系统（8,9）具有相同的尺寸。

5.如权利要求1至4之一所述的X射线管，其特征在于，至少一个四极磁体系统（8,9）除了四个四极线圈（12,13）之外还具有两个双极线圈（14,15）。

6.如权利要求5所述的X射线管，其特征在于，所述四极线圈（12,13）分别布置在磁轭（10）的一个角部，并且所述双极线圈（14,15）布置在所述磁轭（10）的对置侧。

7.如权利要求1至6之一所述的X射线管，其特征在于，所述阴极（5）具有热发射器作为发射源。

8.如权利要求7所述的X射线管，其特征在于，省略了所述阴极（5）上的聚焦电极，和/或为所述阴极（5）配设有聚焦头（6），在该聚焦头上可施加最大100V，尤其是最大50V的精调电势。

9.一种用于运行按前述权利要求之一所述的X射线管的方法，其中，产生的电子射束借助于两个四极磁体系统（8）聚焦。

10.如权利要求9所述的方法，其中，通过聚焦电极省略电子射束在所述阴极（5）上的预聚焦。

11.如权利要求9或10所述的方法，其中，所述电子通过作为阴极（5）的热发射器发出，该发射器具有大于或等于8mm的直径并且在阴极（5）和阳极（4）之间的管电压为约70kV时，产生1500mA范围内的X射线管电流。