CN103250227A - 放射线产生装置和放射线成像装置 - Google Patents

Abstract

放射线产生装置31包括：放射线产生管11；保持放射线产生管的保持容器12；和保持容器与放射线产生管之间的冷却介质33，其中，放射线产生管包含：包含开口14a的外封壳14；被布置于外封壳中的电子发射源；被布置为面向电子发射源的靶18、19，用于响应于从电子发射源发射的电子束的照射来产生放射线；和管状的遮蔽物20，用于通过管状的内壁保持靶并遮蔽从靶发射的放射线的一部分，所述遮蔽物被布置为向外封壳外突出以便靶位于开口的外侧，并且冷却介质接触遮蔽物的至少一部分。

Description

放射线产生装置和放射线成像装置

技术领域

本发明涉及包括被填充冷却介质并在其中容纳使用电子发射源的透射型放射线产生管的保持容器的放射线产生装置、以及包括这种放射线产生装置的放射线成像装置。

背景技术

一般地，放射线产生管将从电子发射源发射的电子加速到高能量，并用高能量照射包含诸如钨的金属的靶以产生诸如X射线的放射线。产生的放射线沿所有的方向发射。因此，为了遮蔽不必要的放射线，提供容器以容纳放射线产生管，或者放射线产生管被遮蔽物（放射线遮蔽部件）（诸如包含铅的遮蔽物）包围，以防止不必要的放射线的外部泄漏。因此，这种放射线产生管和这种在其中容纳放射线产生管的放射线产生装置难以实现尺寸和重量的减小。

作为该问题的解决方案，日本专利申请公开No.2007-265981公开了这样的方法：在透射型放射线产生管中在靶的放射线发射侧和电子入射侧的每一侧布置遮蔽物，以用简单结构遮蔽不必要的放射线，并实现装置的尺寸和重量的减小。

但是，一般地，在这种靶即阳极被固定于其上的透射型放射线产生管中，由于靶中产生的局部热的影响，靶未必充分地散热，从而导致难以产生高能量的放射线。关于靶的散热（heat radiation），PTL1描述了：在其中描述的透射型放射线产生管具有靶和遮蔽物相互接合的结构，由此在靶中产生的热作为被传递到遮蔽物的结果而被散掉，从而使得能够抑制靶的温度升高。

引文列表

专利文献

PTL1：日本专利申请公开No.2007-265981

发明内容

技术问题

但是，在PTL1中公开的透射型放射线产生管中，遮蔽物被布置于真空容器中，从而限制了从遮蔽物到真空容器外部的热传递的区域。由此，靶未必充分地散热，因此，在提供冷却靶的能力和装置的尺寸和重量的减小这两者的方面存在问题。

因此，本发明的目的是提供能够用简单结构遮蔽不必要的放射线并冷却靶以及能够实现尺寸和重量的减小的放射线产生装置、和包括该放射线产生装置的放射线成像装置。

问题的解决方案

为了实现该目的，根据本发明的放射线产生装置包括：放射线产生装置包括：放射线产生管；用于在其内部保持放射线产生管的保持容器；和位于保持容器与放射线产生管之间的冷却介质，其中，放射线产生管具有：具有开口的外封壳；被布置于外封壳中的电子发射源；被布置为与电子发射源相对的靶，用于响应于从电子源发射的电子束的照射来产生放射线；和具有管状的遮蔽部件，用于在遮蔽部件的内壁内保持靶，并用于遮蔽从靶发射的放射线的一部分，遮蔽部件向外封壳的外侧突出，以便靶保持在外封壳的超出开口的外侧，以及冷却介质接触遮蔽部件的至少一部分。

发明的有利效果

本发明可提供在其中为向冷却介质33散热提供大的面积并且具有最高温度的部分用作散热表面的结构。因此，靶的热通过透射基板和遮蔽物被传递到冷却介质33，并由此提供这样的有益的有利效果：提供使用高度可靠的透射型放射线产生管的放射线产生装置，其可抑制透射基板的温度升高，以使得能够长时间驱动放射线的产生。

本发明的进一步的特征从参照附图对示例性实施例的如下描述将变得显而易见。

附图说明

图1示出根据第一实施例的使用透射型放射线产生管的放射线产生装置的示意性横截面图和遮蔽物的外表面处的温度分布图。

图2示出根据第二实施例的使用透射型放射线产生管的放射线产生装置的示意性横截面图和遮蔽物的外表面处的温度分布图。

图3示出根据第三实施例的使用透射型放射线产生管的放射线产生装置的示意性横截面图和遮蔽物的外表面处的温度分布图。

图4是根据第四实施例的放射线成像装置的示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图描述本发明的实施例；但是，本发明不限于这些实施例。本领域已知或者公知的技术适用于既没有在附图中具体示出也没有在说明书中描述的部分。

<第一实施例>

首先，将参照图1描述根据本发明的第一实施例的放射线产生装置。图1示出根据本实施例的使用透射型放射线产生管的放射线产生装置的示意性横截面图和遮蔽物的外表面处的温度分布图。图1中的示意性横截面图示出以电子束的中心线（电子束中心线22）的方向为Z轴方向的Z-Y横截面。

如图1所示，根据本实施例的放射线产生装置1包括透射型放射线产生管11，并且透射型放射线产生管11容纳于保持容器12内部。保持容器12内部除其中容纳透射型放射线产生管11的空间以外的剩余空间被填充冷却介质33。

保持容器12是由金属板限定以形成箱形的金属容器。包含于保持容器12中的金属具有导电性，并且可以是例如铁、不锈钢、铅、黄铜或铜，并且提供可支撑容器的重量的结构。保持容器12的一部分被提供有未示出的用于将冷却介质33注入到保持容器12中的入口。由于当透射型放射线产生管11被驱动时冷却介质33的温度升高，因此，为了避免冷却介质33膨胀时保持容器12的内部压力的增大，必要时可在保持容器12的一部分处设置未示出的使用弹性部件的压力调整端口。

冷却介质33可以是具有电绝缘性能、并且希望地导致较少的热变化并具有高冷却能力和低粘度的任何液体，例如可以是诸如硅酮油或氟系油的电绝缘油、或氟系非活性液体。

透射型放射线产生管11包括含有圆形开口部14a的圆筒状外封壳（envelope）14、电子发射源15、控制电极16、透射基板19、靶18和遮蔽物20。

外封壳14包含具有高耐热性以及维持高真空的能力的高电绝缘性材料。这里，高电绝缘性材料可以是例如氧化铝或耐热玻璃。如后面描述的那样，外封壳14的内部维持在预定的真空度。

在外封壳14内部，电子发射源15被布置为面向外封壳14的开口部14a。虽然本实施例中的电子发射源15例如是灯丝，但是，电子发射源15可以是诸如浸渍型阴极或场发射型组件的另一电子发射源。一般地，为了维持使得能够驱动电子发射源15的等于或低于1×10^-4Pa的真空度，在外封壳14内部安装未示出的用于吸收在驱动透射型放射线产生管11时发射的气体的吸气剂（getter）、NEG或小的离子泵。

控制电极16被布置在电子发射源15周围。从电子发射源15发射的热电子通过控制电极16的电势形成包含向靶18加速的电子的电子束17。通过控制电极16的电压的控制执行电子束17的开/关控制。控制电极16包含诸如例如不锈钢、钼或铁的材料。靶18相对于电子发射源15具有正电势，因此，电子束17被吸向靶18并与其碰撞，从而导致放射线的产生。根据本实施例的放射线产生装置1被配置为其中用电子束17照射靶18以产生X射线作为放射线的X射线产生装置。

应当注意，为了进一步会聚电子束的直径，可以沿电子照射的方向在控制电极16的前面提供透镜电极。

在外封壳14的开口部14a中，遮蔽物20被设置为向外封壳14的外侧突出，外封壳14和遮蔽物20之间的接合部具有密封结构。遮蔽物20具有圆筒形状、以及与外封壳14的开口部14a连通的通道20a。遮蔽物20可包含诸如钨、钼、无氧铜或铅的具有高X射线吸收能力的金属。

透过放射线的透射基板19被设置在遮蔽物20中的通道20a中的位置处。靶18被布置在透射基板19的电子发射源侧的表面上。透射基板19具有吸收从靶18发射的不想要方向上的X射线的功能和作为用于扩散靶18的热的板的功能。透射基板19包含热导率高且X射线衰减量低的材料并且具有板状形状，并且，例如SiC、金刚石或薄膜无氧铜适用于该材料。透射基板19通过例如银焊（silver brazing）与遮蔽物20的通道20a接合。将在后面描述遮蔽物20的通道20a中的透射基板19的布置。

当产生X射线时，例如，钨、钼、铜或金被用于靶18。靶18包含金属薄膜，并且被提供在透射基板19的电子发射源侧的表面上。当拍摄人体的X射线照片时，靶18具有比电子发射源15的电势高约+30至150KV的电势。这种电势差是从靶18发射的X射线穿透人体以有效地促成放射线照相所需要的加速电势差。

当使用钨时，靶18具有例如约3至15μm的膜厚。在3μm的膜厚的情况下，可通过施加使得靶18的电子的电势比电子发射源15的电势高+30KV的电压获得预定的X射线产生量。并且，在15μm的膜厚的情况下，可通过施加使得靶18的电势比电子发射源15的电势高约+150KV的电压获得预定的X射线产生量。

在遮蔽物20的通道20a中，透射基板19相对于外封壳14的外壁表面被布置在外侧的位置处。遮蔽物20的通道20a的直到布置透射基板19的位置的部分是圆柱状孔，而通道20a的处于透射基板19的与电子发射源相对的一侧的部分具有逐渐增大的内部直径的形状。在本实施例中，提供在遮蔽物20的通道20a中的透射基板19和靶18在整体上相对于外封壳14的外壁表面被布置在外侧的位置处。

由于透射基板19与遮蔽物20的通道20a中的位置接合，因此，维持了相对于透射基板19的外封壳14侧的真空。并且，填充于保持容器12内部的冷却介质33进入遮蔽物20的通道20a的相对于透射基板的外侧的一部分并与透射基板19接触。

换句话说，在本实施例中，冷却介质33接触透射基板19、遮蔽物20的外表面的大部分、以及通道20a的相对于透射基板的外侧的内表面。由于透射基板19与遮蔽物20的通道20a接合，因此，当作为电子束17与靶18碰撞的结果产生X射线时，在靶18中产生的热通过透射基板19和遮蔽物20被传递到冷却介质33。

为了实现上述的热传递，只需要相对于外封壳14的外壁表面在外侧的位置处布置透射基板19的至少一部分。并且，透射基板19的靶安装表面由于与靶18接触而具有高的温度，因此，靶安装表面相对于外封壳14的外壁表面可位于外侧。并且，只需要冷却介质33接触遮蔽物20的至少一部分。

接下来，将参照图1上部的温度分布图描述当驱动根据本实施例的放射线产生装置1时的操作。当根据本实施例的放射线产生装置1中的透射型放射线产生管11被驱动时，在遮蔽物20的外表面上出现温度分布。如图1中的温度分布图所示，出现了沿Z轴方向呈现以透射基板19的位置为其中心的基本上对称的突出形状（山状（moundshape））的温度分布。作为例子，当以约150W的输出驱动透射型放射线产生管11时，遮蔽物20的外表面可假定为具有200°C或更高的最高温度。

透射基板19如本实施例中那样相对于外封壳14的外壁表面被布置在外侧的位置处的情况和透射基板19被布置在外封壳14的外壁表面内侧的情况将被比较。由于靶18被安装于透射基板19的电子发射源侧的表面上，因此，相对于透射基板19的电子发射源侧的部分具有高的温度。因此，根据本实施例，相对于透射基板19的电子发射源侧的高温部分经由遮蔽物20接触冷却介质33，由此，相比于透射基板19被布置于外封壳14内侧的情况，用于向冷却介质33散热的面积大。

更具体而言，对于图1中的遮蔽物20，假定从透射基板19的外表面到遮蔽物20的前端（extremity）的长度为a（mm）并且从透射基板19的外表面到外封壳14的外壁的长度为b（mm）。将与遮蔽物20接触冷却介质33的面积的增大量对应的从遮蔽物20至冷却介质33的散热量的增加与在外封壳14的外壁表面内侧布置透射基板19的情况相比。因此，遮蔽物20的冷却能力增大约（a+b）/a倍，从而使得能够抑制靶18和透射基板19的温度升高。

如上所述，根据本实施例的放射线产生装置1可提供为向冷却介质33散热提供大的面积并且具有最高温度的部分用作散热表面的结构，并由此可提供具有高的散热能力的结构。

因此，透射型放射线产生管11被驱动期间每单位时间的靶18和透射基板19的温度升高变小，因此，靶18和透射基板19在驱动期间花费更长的时间以达到它们各自的温度上限。因此，可以提供使用高度可靠的透射型放射线产生管11的放射线产生装置1，其使得能够长时间驱动X射线产生。

<第二实施例>

接下来，将参照图2描述根据本发明的第二实施例的放射线产生装置。图2示出根据本实施例的使用透射型放射线产生管的放射线产生装置的示意性横截面图和遮蔽物的外表面处的温度分布图。为了描述与根据第一实施例的放射线产生装置1的那些组件相同的组件，使用与第一实施例的那些参考数字相同的参考数字。

如图2所示，根据本实施例的放射线产生装置2与第一实施例的不同之处在于：透射基板19被布置于不与遮蔽物20的通道20a垂直而相对于它倾斜的平面上。更具体而言，与由作为电子束17的中心线的电子束中心线22和透射基板19的靶安装表面（基板表面方向23，其为透射基板19的内表面的延伸）形成的角度对应的基板倾斜角24小于90度，并且优选地处于不小于8度到小于90度的范围中。如果倾斜角小于8度，那么透射基板19的长度大，这对于透射型放射线产生管21是不实际的。在透射基板19以一角度与遮蔽物20接合的情况下，接合表面具有椭圆环形状，从而增大接合面积，并由此增加从透射基板19到遮蔽板20的热传递量。

接下来，将参照图2上部的温度分布图描述当驱动根据本实施例的放射线产生装置2时的操作。当根据本实施例的放射线产生装置2中的透射型放射线产生管21被驱动时，沿Z轴方向在遮蔽物20的外表面上出现具有以透射基板19的位置为其中心的突出形状（山状）的温度分布。由于透射基板19以一角度与遮蔽物20的通道20a接合，因此，具有以透射基板19的位置为其中心的突出形状的温度分布的顶点部分沿遮蔽物20的周边（circumference）方向以椭圆形延伸。

在图2中的例子中，遮蔽物20的外表面的温度分布呈现出表面的上部和表面的下部在Z轴方向的最高温度位置方面相互不同。这里，假定从电子束中心线22与透射基板19的靶安装表面之间的交点到遮蔽物的前端的距离为C（mm）并且从电子束中心线22与透射基板19的靶安装表面之间的交点到外封壳14的外表面的距离为D（mm）。考虑遮蔽物20的整个周边的温度分布，与透射基板19被布置于外封壳14内侧的情况相比，提供了基本上与遮蔽物20接触冷却介质33的面积的增大对应的向冷却介质33的散热量的增加的效果。因此，遮蔽物20的冷却能力增大约（C+D）/C，从而使得能够进一步抑制靶18和透射基板19在X射线产生期间的温度升高。

如上所述，根据本实施例的放射线产生装置2基本上提供与第一实施例的操作和效果类似的操作和效果。特别地，在根据本实施例的放射线产生装置2中，透射基板19被倾斜，从而增大透射基板19接触冷却介质33的面积，并由此增加透射基板19向冷却介质33的散热量。因此，可以进一步抑制靶18和透射基板19的温度升高。

<第三实施例>

接下来，将参照图3描述根据本发明的放射线产生装置的第三实施例。图3示出根据本实施例的使用透射型放射线产生管的放射线产生装置的示意性横截面图和遮蔽物的外表面处的温度分布图。对于与第一实施例的那些组件相同的组件，将使用与根据第一实施例的放射线产生装置1的那些参考数字相同的参考数字来进行描述。

如图3所示，根据本实施例的放射线产生装置3与第一实施例的不同之处在于：提供用于将冷却介质33引导入遮蔽物20中的冷却介质33引导部分32。冷却介质33引导部分32可被布置在相对于透射基板19的电子发射源侧的位置处，以便冷却介质33接触遮蔽物20的高温部分。更具体而言，在与透射基板19的平面相同的平面附近，在外表面温度最高的遮蔽物20的外表面的整个周边周围的位置处形成沟槽状的冷却介质33引导部分32。遮蔽物20的在冷却介质33引导部分32的底部与透射基板19之间的部分可被设为具有2mm或更大的厚度。这是由于这种厚度是适于要由遮蔽物20遮蔽在靶18中产生并沿所有方向发射的X射线以防止放射线产生装置3的操作人员获得放射线剂量的下限厚度。如果厚度小于2mm，那么可能需要在保持容器12外部提供具有X射线遮蔽功能的结构。

接下来，将参照图3上部的温度分布图描述当驱动根据本实施例的放射线产生装置3时的操作。当根据本实施例的放射线产生装置3中的透射型放射线产生管31被驱动时，沿Z轴方向在遮蔽物20的外表面处出现具有以透射基板19的位置为其中心的基本上对称的突出形状（山状）的温度分布。在作为例子以约150W的功率驱动透射型放射线产生管31的情况下，可假定遮蔽物20的外表面的最高温度为200°C或更高。如上所述，在透射基板19相对于外封壳14的外壁被布置于外侧的位置处的情况下，与透射基板19被布置于外封壳14内侧的情况相比，相对于透射基板19的电子发射源侧的高温部分接触冷却介质33，并且可以增大用于散热的面积。因此，可进一步抑制靶18和透射基板19在X射线产生期间的温度升高。

如上所述，根据本实施例的放射线产生装置3基本上提供与第一实施例的操作和效果类似的操作和效果。特别地，在根据本实施例的放射线产生装置3中，在遮蔽物20的外表面处形成沟槽状的冷却介质引导部分32，从而允许冷却介质33进入冷却介质引导部分32，并由此增大冷却介质33与遮蔽物20之间的接触面积。因此，可进一步抑制靶18和透射基板19的温度升高。

<第四实施例>

接下来，将参照图4描述使用上述的放射线产生装置的根据第四实施例的放射线成像装置。图4是示出根据本实施例的放射线成像装置的示意图。这里，使用图1中的放射线产生装置1；但是，使用图2中的放射线产生装置2或图3中的放射线产生装置3的X射线成像装置可被提供。因此，在图4中，仅提供用于根据第一实施例的放射线产生装置1的参考数字。

如图4所示，根据本实施例的放射线成像装置4被配置，以便放射线检测单元（X射线检测器）41在透射型放射线产生管11的X射线发射方向上经由未示出的对象被布置于前方。

X射线检测器41经由信号处理单元（X射线检测信号处理单元）42与X射线成像装置控制单元43连接。来自X射线成像装置控制单元43的输出信号经由电子发射源驱动单元44、电子发射源加热器控制单元45和控制电极电压控制单元46与透射型放射线产生管11的电子发射源侧的各端子连接。并且，来自X射线成像装置控制单元43的输出信号经由靶电压控制单元47与透射型放射线产生管11中的靶18的端子连接。

当在放射线产生装置1中的透射型放射线产生管11中产生X射线时，向空气发射的X射线中的已穿过对象的放射线被放射线检测单元41检测，并且，信号处理单元42从放射线检测单元41的检测结果形成放射线照相图像（X射线照相图像）。

根据本实施例的放射线成像装置4使用放射线产生装置1（该放射线产生装置1使用高度可靠的透射型放射线产生管11，其使得能够长时间驱动X射线产生），并由此可提供使得能够长时间驱动X射线产生的高度可靠的X射线成像装置。

虽然以上已经描述了本发明的示例性实施例，但是，这些实施例仅是用于描述本发明的例子，并且可以以与实施例不同的各种模式实施本发明，只要这些模式不背离本发明的范围和精神即可。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但要理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附的权利要求的范围要被赋予最宽的解释，以包含所有这样的变更以及等同的结构和功能。

本申请要求在2010年12月10日提交的日本专利申请No.2010-275620的权益，在此通过引用而并入其全部内容。

Claims (9)

1.一种放射线产生装置，包括：

放射线产生管；

用于在其内部保持放射线产生管的保持容器；和

位于保持容器与放射线产生管之间的冷却介质，

其中，放射线产生管具有：

具有开口的外封壳，

被布置于外封壳中的电子发射源，

被布置为与电子发射源相对的靶，用于响应于从电子源发射的电子束的照射来产生放射线，和

具有管状的遮蔽部件，用于在遮蔽部件的内壁内保持靶，并用于遮蔽从靶发射的放射线的一部分，

遮蔽部件向外封壳的外侧突出，以便靶保持在外封壳的超出开口的外侧，以及

冷却介质接触遮蔽部件的至少一部分。

2.根据权利要求1的放射线产生装置，其中

靶具有布置于面向电子发射源一侧的靶薄膜，并具有布置于靶薄膜的相对侧的用于支撑靶薄膜的支撑基板。

3.根据权利要求1或2的放射线产生装置，其中

支撑基板由金刚石形成。

4.根据权利要求1至3中任一项的放射线产生装置，其中

靶沿相对于电子照射方向倾斜的靶的法线轴被布置。

5.根据权利要求1至4中任一项的放射线产生装置，其中

遮蔽部件具有冷却介质引入孔，冷却介质通过冷却介质引入孔被引入。

6.根据权利要求5的放射线产生装置，其中

遮蔽部件在与电子发射源而不是支撑基板更接近的一侧具有冷却介质引入孔。

7.根据权利要求6的放射线产生装置，其中

冷却介质是电绝缘油或氟化物非活性液体。

8.根据权利要求7的放射线产生装置，其中

电绝缘油是硅酮油或氟化物油。

9.一种放射线成像装置，包括：

根据权利要求1至8中任一项的放射线产生装置；

放射线检测单元，用于检测由放射线产生装置产生并透过对象的放射线；和

信号处理单元，用于基于放射线检测单元的检测结果形成放射线透射图像。

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