CN106356271B - x射线发射器的磁屏蔽 - Google Patents

Abstract

提供一种x射线发射器的磁屏蔽。本发明涉及一种具有外壳的x射线发射器，其中外壳具有抗磁性或顺磁性外壳材料并且还具有多个铁磁粒子，并且其中，铁磁粒子大致沿着闭合路径对准。本发明还涉及具有发明的x射线发射器的医疗装置和用于产生发明的x射线发射器的方法。

Description

x射线发射器的磁屏蔽

技术领域

本发明涉及x射线发射器和用于产生x射线发射器的方法。

背景技术

x射线发射器由x射线管和包围x射线管的外壳构成。x射线管本身同样包括通常体现为真空外壳的外壳。两种类型的外壳通常包括软磁材料。

x射线发射器并且特别是x射线管用于多种医疗装置中，多种医疗装置包括例如放射摄影系统、具有一个或若干C形臂的血管摄影系统、以及计算机断层摄影系统。

公开DE 19901482 B4详细说明了一种具有多个成像系统的多检查装置，多个成像系统设置在房间中，使得躺在可移动患者支撑床上的患者可以在不改变位置的情况下在成像系统中的任何一个中进行检查，其中，除了具有自屏蔽(actively shielded)的磁体的磁共振系统之外，提供了一种在成像部分的区域中具有用于屏蔽磁共振系统的静态杂散场的软磁壳体的x射线血管摄影系统，并且x射线血管摄影系统上的软磁壳体的质量被设置为关于软磁壳体的旋转轴对称地分布。

因为x射线管中所释放的电子带电并且可能由于磁场而从它们的路径偏转，所以x射线管对磁场是灵敏的。受磁场本身的波动或受由于静态或动态不均匀场而引起的x射线管的移动影响的波动磁场引起x射线管的焦点的移动。焦点的移动使得x射线系统的分辨率劣化。

而且，源于x射线发射器的磁场(例如阳极驱动器的磁场)还可以产生对周围物体(例如EKG线缆)的干扰。

使用当前软磁的、差不多单晶的外壳，借助外壳壁限定磁通线的方向是不可能的。

发明内容

本发明的目的是详细说明允许降低例如波动磁场对x射线管和/或周围物体的影响的x射线发射器、医疗装置以及用于产生x射线发射器的方法。

根据本发明，目的经由下述x射线发射器、医疗装置、以及用于产生x射线发射器的方法来实现。

本发明涉及具有外壳的x射线发射器，其中外壳具有抗磁性或顺磁性外壳材料并且还具有多个铁磁粒子，并且其中铁磁粒子大致沿着闭合路径对准。

外壳可以被实施为例如x射线管的真空外壳、发射器外壳、用于盘式马达的外壳、或用于x射线发射器的另外部件或子区域的外壳。

外壳可以被实施为单部分、多部分、球形、圆柱形、或还有任何其他而且更复杂的形式。外壳可以具有例如端子、凹部、开口、凹陷或隆起(例如冷却肋体)。

例如，玻璃或热塑性塑料可以用作外壳材料。抗磁性或顺磁性外壳材料的使用有利的在于关于磁性质，它们与铁磁材料显著不同。可以优选地使用顺磁性外壳材料。

铁磁粒子可以具有形成铁磁栅极(grid)的元素，例如铁、镍、钴或其他元素。此外，铁磁粒子可以为合金(例如，霍伊斯勒(Heusler)合金)或具有铁磁性质的化合物(例如，磁铁矿Fe2O3)。

铁磁粒子可以为软磁的，使得居里温度低于x射线发射器使用之前、使用期间或使用之后的温度。

铁磁粒子可以使用诸如机械加工或结晶的方法来产生。铁磁粒子的形式可以被实施为拉伸的形式或各向同性的形式。铁磁粒子的尺寸位于10nm至1000nm的范围内。

铁磁粒子被抗磁性或顺磁性外壳材料包围。铁磁粒子的方向的限定允许借助外壳壁限定磁通线的方向。顺磁性或抗磁性外壳材料对磁场方向的限定的影响低。优点产生于顺磁性或抗磁性外壳材料与铁磁粒子的组合。有利的是，通过借助外壳壁限定磁通线的方向，以最小的材料成本实现屏蔽效应。

铁磁粒子的对准大致沿着闭合路径进行，其中铁磁粒子可以关于沿所有三个空间方向相邻的铁磁粒子具有间隙。闭合路径与待屏蔽的磁场的磁通线平行，或者闭合路径被对准为使得可以实现所期望的屏蔽效应。铁磁粒子的对准可以优选地以+/-40°的准确度进行，特别优选地以+/-20°的准确度进行，并且尤其优选地以+/-10°的准确度进行。

在一个有利的变体中，优选地使用具有各向异性形式的粒子。这种粒子可以被磁化为形成更高的磁矩。这在漏磁通中产生更高的吸引力，并且可以优选地选择或对准该粒子。

通过借助外壳限定磁通线，可以有利地防止磁通线穿透到外壳体积中或磁通线从外壳体积离开。通过借助外壳限定磁通线，可以实现例如如下优点：屏蔽电子束免受外部磁场，并且减小或避免偏离电子束的目标路径。

铁磁粒子的分布可以在顺磁性或抗磁性外壳材料中均匀地进行。在另外的实施方式中，例如，分布可以径向、轴向、纵向或横向变化。

本发明还涉及具有发明的x射线发射器的医疗装置。

例如，医疗装置可以表示放射摄影系统、具有一个或若干C形臂的血管摄影系统、或计算机断层摄影装置。

通过借助外壳限定磁通线，可以实现例如如下优点：屏蔽电子束免受外部磁场，并且减小偏离它的目标路径。

因此，可以有利地实现医疗装置的图像分辨率的改进。而且，可以有利地屏蔽源于x射线发射器本身(例如源于阳极驱动器)的磁场，使得降低或避免磁场对x射线发射器周围环境中的其他部件的影响(换言之，x射线发射器本身的干扰发射)。例如，可以减少EKG线缆中的感应，并且由此实现减小EKG信号的干扰的优点。例如，就电生理学而言，x射线发射器的干扰发射可能位于待检查信号的相同数量级或还位于待检查信号以上。其他装置(诸如例如EKG装置)的处理和诊断效率通过使用外壳屏蔽x射线发射器或它的部件中的一个来有利地提高。

本发明还涉及用于产生发明的x射线发射器的方法，其中方法具有以下步骤：在步骤I中，产生外壳。在另外的步骤II中，组装外壳。步骤I包括以下步骤：在步骤a中，设置具有多个铁磁粒子的材料。在另外的步骤b中，通过磁场对准铁磁粒子，其中在对准期间，材料处于可流动状态。并且在另外的步骤c中，固化材料，并且固定铁磁粒子的对准。在步骤II中，外壳可以被组装为例如x射线管的真空外壳、发射器外壳、用于盘式马达的外壳、或用于x射线发射器的另外部件或子区域的外壳。

材料具有顺磁性或抗磁性外壳材料以及多个铁磁粒子。在铁磁粒子的对准期间，材料处于可流动状态。在可流动状态下，材料例如可以以流体、颗粒或粉末的形式存在。在可流动状态下，有利地可以在材料内移动铁磁粒子。有利地，在可流动状态下，铁磁粒子可以通过磁场来对准。对准有利地经由随后的固化来固定，从而永久地确保外壳材料内的对准的限定。

一个或若干线圈和/或永磁体的磁场可以用于对准铁磁粒子。

铁磁粒子可以被实施为细长或拉伸的形式。铁磁粒子的尺寸位于10nm至1000nm的范围内。铁磁粒子的纵轴有利地可以大致平行于磁通线对准。

如果现在在固化期间应用磁通量，则粒子它们自己沿它们的纵向方向平行对准。这一对准在固化期间来固定。由此，还确定磁通量的方向。磁通量借助这一结构来限定，因此，可以对于每个体积元件各向异性地确定屏蔽效应。

根据发明的x射线发射器的一个方面，铁磁粒子是细长的。

铁磁粒子的形式可以被实施为拉伸形式(例如针的形式)。铁磁粒子的尺寸位于10nm至1000nm的范围内。细长的铁磁粒子有利地可以在磁场内对准。

根据发明的x射线发射器的一个方面，铁磁粒子为铁磁纳米粒子。

铁磁粒子的尺寸可以位于1nm至100nm的范围内。有利地，可以实现外壳中的均匀分布，并且由此可以实现均匀的屏蔽。而且，小尺寸还有利地实现外壳的复杂形式，并且简化通过磁场的对准。

根据发明的x射线发射器的一个方面，铁磁粒子的浓度变化。

为了实现最佳的屏蔽效应，铁磁粒子的浓度可以有利地径向、轴向、纵向或横向变化。

根据发明的x射线发射器的一个方面，外壳包围x射线管和/或x射线管的盘式马达。

外壳可以包围x射线管。外壳例如可以为x射线发射器的外壳。外壳例如可以为充油式的。有利的是，例如，外壳不需要真空密闭。整个x射线管有利地被外壳包围，并且可以实现整个x射线管的屏蔽。

外壳可以包围盘式马达，并且特别有利地被设计用于源于阳极驱动器的磁场。可以特别有效地保护阳极驱动器的周围环境中的例如用于记录EKG的部件免受磁场的影响。

根据发明的x射线发射器的一个方面，外壳材料具有玻璃或塑料。

玻璃和塑料有利地允许关于形成外壳以及还关于混合铁磁粒子和外壳材料的特别好的性质。

根据发明的x射线发射器的一个方面，外壳为真空外壳。

外壳可以表示真空外壳，并且由此，还可以表示x射线管的外壳。有利的是，具有多个铁磁粒子的真空外壳可以具有屏蔽电子流轨迹免受外部磁场的附加性质。由此，可以实现降低或防止例如波动磁场对焦点的影响的优点。同时，通过混合铁磁粒子与外壳材料来实现最小的材料成本，而同时具有磁屏蔽的附加功能。

根据发明的x射线发射器的一个方面，路径大致平行于待屏蔽的磁场的磁通线延伸。

通过沿着大致平行于待屏蔽的磁场的磁通线延伸的路径对准铁磁粒子，屏蔽可以有利地适于待屏蔽磁场。由此，可以实现最佳屏蔽。

根据发明的x射线发射器的一个方面，路径大致在垂直于x射线管的电子流轨迹的平面中延伸。

通过沿着大致在垂直于电子流轨迹的路径上延伸的路径对准铁磁粒子，屏蔽可以有利地被设计为以便尽可能有效地屏蔽加速电子免受来自外部(例如波动)磁场的影响。使用球形外壳，路径具体可以关于电子流轨迹与外壳的纬线平行地对准。

根据发明的方法的一个方面，逐段固化外壳材料。

逐段固化有利地用来在铁磁粒子的对准之后实现铁磁粒子的对准的固定。随后，可以设置另外的材料，并且铁磁粒子的对准和随后的固定可以进行。产生有利地经由必须同时发生在外壳的仅一个限制部分中的铁磁粒子的对准和固定来简化。而且，对于每段，有利地可以独立对准用于对准的磁场。

根据发明的方法的一个方面，外壳的产生包括3D打印法的使用。

3D打印法的使用有利地允许外壳的复杂形式和关于不同外壳类型的调整的特定灵活性或关于待屏蔽磁场的要求。通过使用3D打印法，关于铁磁粒子的对准的灵活性是特别有利的。

根据发明的方法的一个方面，铁磁粒子的对准通过施加大致均匀的磁场来进行。

铁磁粒子的均匀对准可以通过使用大致均匀的磁场来实现。具体地，粒子彼此的平行对准在大致均匀的磁场的影响下是有利的。铁磁粒子的对准可以被编程，且可以在磁场的控制器的帮助下(例如通过控制线圈)实现。

根据发明的方法的一个方面，铁磁粒子通过应用叠加的可变磁通量梯度来对准。

通过应用叠加的可改变或可变磁通量梯度，外壳中铁磁粒子的浓度例如可以径向、轴向、纵向或横向改变。最佳的屏蔽效应有利地可以通过改变浓度来实现。具体地，线圈可以用于生成叠加的可变磁通量梯度。通过控制线圈，例如所生成的磁场的时间和强度可以改变。通过改变磁通量梯度，沿外壳定位于结构中的方向施加可变张力，使得实现外壳中铁磁材料的浓度变化。浓度的变化可以被编程，且可以在磁场的控制器的帮助下(例如通过控制线圈)实现。

附图说明

下面借助于附图更详细地说明本发明的示例性实施方式，附图中：

图1示出了x射线管的球形外壳的示意图；

图2示出了x射线管的圆柱形外壳的示意图；

图3示出了x射线发射器的圆柱形外壳的示意图；

图4示出了用于产生x射线发射器的发明方法的示意图；

图5示出了用于在借助于3D打印法产生x射线发射器时对准铁磁粒子的设备的示意图；以及

图6示出了具有发明的x射线发射器的计算机断层摄影系统的示意图。

具体实施方式

图1示出了x射线管5的球形外壳3的示意图的示例性实施方式。x射线管5包括阳极(例如旋转阳极或固定阳极)和阴极(未示出)。可以存在另外的部件(例如阳极驱动器、引线以及端子)。而且，为了送进和/或容纳其他部件，突起和/或凹口可以存在于球形表面上。阴极所发射的电子沿着电子流轨迹朝向阳极加速。电子流轨迹与附图中所指定的电子流轨迹9的方向平行对准。铁磁粒子沿着闭合路径7对准，闭合路径7大致在垂直于电子流轨迹9的方向的平面中延伸。根据球形表面上的纬线设置的路径7针对球形外壳3出现。铁磁粒子通常不形成端到端的设置；代之，它们大致均匀地分布在外壳3中，其中例如限定它们纵轴的对准。加速电子根据毕奥萨伐尔(Biot-Savart)定律生成磁场(例如，在借助于发生器或栅极脉冲来生成脉冲辐射的情况下的波动磁场)。对准铁磁粒子防止磁通线离开外壳3。而且，还防止外部磁场的磁通线穿透到外壳3的体积中。

图2示出了x射线管5的圆柱形外壳3的示意图的示例性实施方式。圆柱形外壳3包括圆柱形较大体积和两顶侧上连接到圆柱形较大体积的圆柱形较小体积，其中圆柱形较小体积的对称轴与较大体积的对称轴重合。x射线管5包括阳极(例如旋转阳极或固定阳极)和阴极(未示出)。可以存在另外的部件(例如阳极驱动器、引线以及端子)。阴极所发射的电子沿着电子流轨迹朝向阳极加速。电子流轨迹与附图中所指定的沿着圆柱轴的电子流轨迹9的方向平行对准。铁磁粒子沿着闭合路径7对准，闭合路径7大致在垂直于电子流轨迹9的方向的平面中延伸。沿着圆柱形体积的外围延伸的路径7针对圆柱形外壳3出现。圆形路径7出现在顶侧上。铁磁粒子通常不形成端到端的设置；代之，它们大致均匀地分布在外壳3中，其中例如限定它们纵轴的对准。加速电子根据毕奥萨伐尔定律生成磁场(例如，在借助于发生器或栅极脉冲来生成脉冲辐射的情况下的波动磁场)。对准铁磁粒子防止磁通线离开外壳3。而且，还防止外部磁场的磁通线穿透到外壳3的体积中。

图3示出了x射线发射器1的圆柱形外壳3的示意图的示例性实施方式。x射线发射器1包括x射线管5和圆柱形外壳3。可以存在另外的部件(例如阳极驱动器、引线以及端子)。阴极所发射的电子沿着电子流轨迹朝向阳极加速。电子流轨迹与附图中所指定的电子流轨迹9的方向平行对准。铁磁粒子沿着闭合路径7对准，闭合路径7大致在垂直于电子流轨迹9的方向的平面中延伸。铁磁粒子通常不形成端到端的设置；代之，它们大致均匀地分布在外壳3中，其中例如限定它们纵轴的对准。沿着圆柱形体积的外围延伸的路径7针对圆柱形外壳3出现。圆形路径7出现在顶侧上。加速电子根据毕奥萨伐尔定律生成磁场(例如，在借助于发生器或栅极脉冲来生成脉冲辐射的情况下的波动磁场)。而且，阳极驱动器可以生成另外的磁场。对准铁磁粒子防止磁通线离开外壳3。而且，还防止外部磁场的磁通线穿透到外壳3的体积中。

图4示出了用于产生x射线发射器1的发明方法的示例性实施方式。在第一步骤11中，产生外壳3。在第二步骤13中，组装外壳3。这里，步骤11具有步骤15、步骤17以及步骤19。在步骤15中，设置具有多个铁磁粒子的材料。材料为抗磁性或顺磁性的，并且可以为塑料(例如热塑性塑料)或玻璃。铁磁粒子可以具有形成铁磁栅极的元素，例如铁、镍、钴或其他元素。此外，铁磁粒子可以为合金(例如，霍伊斯勒合金)或具有铁磁性质的化合物(例如，磁铁矿Fe2O3)。铁磁粒子可以以细长的形式(例如作为叶片)存在。在步骤17中，通过磁场对准铁磁粒子，其中在对准期间，材料处于可流动状态。例如，可流动状态可以借助于流体、颗粒或粉末存在。在步骤19中，固化材料，并且固定铁磁粒子的对准。固化可以逐段进行。固化例如可以借助于冷却、烧结或挤压进行。铁磁粒子的对准通过固化材料来永久地限定。外壳具有称为磁织构的结构。

图5示出了用于借助于3D打印法的发明的产生外壳3的设备的示例性实施方式。具有多个铁磁粒子的材料设置在漏斗状容器21中。压力喷嘴23具有用于生成大致均匀的磁场的线圈25。铁磁粒子在大致均匀的磁场的影响下在材料中对准，其中材料处于可流动状态。材料置于压力平台29上，固化材料，并且以这种方式，固定铁磁粒子的对准。使用3D打印法产生外壳3。材料逐段固化。

图6示出了具有发明的x射线发射器1的计算机断层摄影系统31。计算机断层摄影系统31含有具有转子35的机架33。转子35包括x射线发射器1和检测器设备37。患者39支撑在患者床41上，并且可以沿着旋转轴z 43移动穿过机架33。计算单元45用于控制并计算剖面图像。输入设施47和输出设备49连接到计算单元45。通过对准外壳中的铁磁粒子，降低或防止由于机架33的移动以及因而还有x射线发射器1的移动而引起的影响，移动由于静态或动态不均匀场和/或磁场的波动而引起。实现提高的分辨率。而且，可以减小或避免x射线发射器1本身在x射线发射器1的周围环境中的干扰发射。例如，可以减少或防止EKG线缆(未示出)中的感应，并且由此实现减少EKG信号的干扰的优点。

虽然经由优选示例性实施方式更详细地说明了本发明，但本发明不受所公开的示例限制，并且本领域技术人员将能够在不脱离本发明的保护范围的情况下在此基础上得到其他变型例。

Claims (15)

1.一种x射线发射器(1)，具有外壳(3)，其中所述外壳(3)具有抗磁性外壳材料或顺磁性外壳材料并且还具有多个铁磁粒子，并且其中所述铁磁粒子大致沿着闭合路径(7)被对准。

2.根据权利要求1所述的x射线发射器(1)，其中所述铁磁粒子是细长的。

3.根据权利要求1或2所述的x射线发射器(1)，其中所述铁磁粒子为铁磁纳米粒子。

4.根据权利要求1或2所述的x射线发射器(1)，其中铁磁粒子的浓度变化。

5.根据权利要求1或2所述的x射线发射器(1)，其中所述外壳(3)包围x射线管(5)和/或所述x射线管(5)的盘式马达。

6.根据权利要求1或2所述的x射线发射器(1)，其中所述外壳材料具有玻璃或塑料。

7.根据权利要求1或2所述的x射线发射器(1)，其中所述外壳(3)为真空外壳。

8.根据权利要求1或2所述的x射线发射器(1)，其中所述路径(7)大致平行于待屏蔽的磁场的磁通线延伸。

9.根据权利要求5所述的x射线发射器(1)，其中所述路径(7)大致在垂直于所述x射线管(5)的电子流轨迹的平面中延伸。

10.一种医疗装置，具有根据权利要求1至9之一所述的x射线发射器(1)。

11.一种用于产生根据权利要求1至9之一所述的x射线发射器(1)的方法，具有以下步骤：

I.产生(11)所述外壳(3)；

II.组装(13)所述外壳(3)；

其中步骤I包括：

a.设置(15)具有多个铁磁粒子的材料，

b.通过磁场对准(17)所述铁磁粒子，其中具有所述多个铁磁粒子的所述材料处于可流动状态，以及

c.固化(19)具有所述多个铁磁粒子的所述材料，并且固定所述铁磁粒子的所述对准。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述外壳材料的所述固化(19)逐段进行。

13.根据权利要求11至12之一所述的方法，其中所述外壳(3)的所述产生(11)包括3D打印法的使用。

14.根据权利要求11至12之一所述的方法，其中所述铁磁粒子的所述对准(17)通过施加大致均匀的磁场来进行。

15.根据权利要求11至12之一所述的方法，其中所述铁磁粒子的所述对准(17)通过应用叠加的可变磁通量梯度来进行。