CN107768212A

CN107768212A - 热电子发射装置

Info

Publication number: CN107768212A
Application number: CN201710708084.8A
Authority: CN
Inventors: A·弗里兹勒
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG; Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2016-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2018-03-06
Anticipated expiration: 2037-08-17
Also published as: US10546713B2; US20180053622A1; CN107768212B; DE102016215378B4; DE102016215378A1

Abstract

本发明涉及一种热电子发射装置，包括以下特征：可间接加热的主发射器(1)，其具有主发射面(11)；以及可连接的热发射器(2)，其具有热发射面(21)，该热发射面(21)相对于主发射面(11)具有可预设的距离(4)，在工作状态下，主发射器(1)处于恒定的主电势(U₁)，并且热发射器(2)能够在至少两个加热电势(U₂₁，U₂₂)之间切换，这至少两个加热电势(U₂₁，U₂₂)彼此不同且与主电势(U₁)不同。利用这种类型的热电子发射装置，在剂量调制X射线记录的情况下，对患者的辐射负荷得以进一步降低。

Description

热电子发射装置

技术领域

本发明涉及一种热电子发射装置。

背景技术

此类热电子发射装置例如从DE 10 2009 005 454 B4中是已知的，并且在X射线管中充当阴极。已知的热电子发射装置包括被间接加热的主发射器，该主发射器被实施为具有非结构化的主发射面的平面发射器，已知热电子发射装置还具有热发射器，该热发射器被实施为具有结构化的热发射面的平面发射器。主发射器和热发射器各自具有至少两个连接凸耳，其中主发射面和热发射面基本上彼此平行地对准。主发射器的连接凸耳基本上成直角对准到主发射面，并且在横向方向上不会突出到超过主发射面。在DE 10 2009 005454 B4中描述的热电子发射装置使用设计简单的手段实现了所能达到的最高焦斑质量，并且还可避免在高热负荷下所不期望的电子束扩大或散焦。

非结构化的发射面应当被理解为表示平坦的、基本均匀的、没有槽或类似凹部的发射面。当发射面例如被槽中断或者具有曲折形导体路径时，该发射面称为是结构化的。

随着在计算机断层摄影中的应用，X射线辐射的剂量调制通常会被执行，也即，根据X射线源相对于患者的位置来改变所施加的辐射剂量。由于人体具有近似椭圆形的横截面，所以对于平躺的患者而言，X射线水平照射下的辐射剂量比X射线竖直照射下的辐射剂量要高。为了X射线剂量的调制，在已知情形中，加热电流被暂时性地切断，该加热电流也称为管电流并且加热X射线源的发射器。通过切断管电流，终止了发射器的电子发射，由此终止了X射线辐射的产生。然而，无论何种发射器类型，这种效应都会存在时间延迟。

对于常规发射器尤其是平面发射器，加热电流被中断，并且热能通过辐射冷却和热传导而经由发射器自身的连接凸耳被排出。仅当发射器的温度低于特定(取决于材料的)阈值(阈值温度)时，从发射器的热电子发射才会停止。从患者暴露在辐射中这个角度看，并不希望在发射器的冷却期间仍然存在电子发射。

发明内容

本发明的目的是实现一种热电子发射装置，该热电子发射装置利用剂量调制的X射线记录来进一步降低患者所受的辐射。

该目的通过根据权利要求1的热电子发射装置而实现。在所有情况下，本发明的有利实施例均是进一步的权利要求主题。

根据权利要求1所述的热电子发射装置包括：具有主发射面的可间接加热的主发射器以及具有热发射面的可连接的热发射器，其中热发射面相对于主发射面具有可预设的距离，在工作状态下，主发射器处于恒定的主电势，并且热发射器能够在至少两个加热电势之间切换，该至少两个加热电势彼此不同且与主电势不同。

根据本发明的热电子发射装置包括热发射器，该热发射器的热发射面发射电子，并由此加热布置在该热发射面上方的主发射器。因此，热发射器充当主发射器的热源。主发射器继而在其主发射面上发射电子，这些电子相当于实际的管电流，并且导致了阳极上的焦斑形状并因此导致成像。

在已知情况下，在剂量调制的X射线记录中，与热发射器有关的加热电流被中断，从而使热发射面相应地冷却。一旦低于与材料相关的阈值温度，来自热发射器的电子发射将会以延时方式停止。由于不存在来自热发射器的电子发射，所以主发射器(图像发射器)也以延时方式冷却。于是，当未达到与材料相关的阈值温度时，对于主发射器而言，电子发射同样以延时方式停止。

在剂量调制的记录中，对热发射器的加热电流先前被首先中断；对于图像发射器而言，热源因此以延时方式被切断。因此，直到主发射器(图像发射器)处的电子发射停止，也即管电流减小到零，都要累积地考虑在关闭热发射时的第一延时和随后冷却主发射器时的第二延时。

根据本发明，为了加速主发射器的冷却，与主电势相比，热发射器处于具有更高的正值的加热电势。由于在主发射器(图像发射器)的方向上不再发射电子，这意味着由热发射器防止了对主发射器的直接后加热。相反，电子从主发射器朝向热发射器的方向发射。与目前已知的热电子发射装置相比，这导致主发射器更快冷却。因此，剂量调制得以改善。

通过本发明的解决方案，后加热效应得以限制，从而加速了主发射器的冷却。

在本发明的范围内，根据热电子发射装置的应用或应用领域，可以单独或组合地实现根据本发明的以下有利实施例。

因此，主发射器可以被实施为平面发射器，并且具有至少部分结构化的主发射面(权利要求2)和/或至少部分非结构化的主发射面(权利要求3)。

可替代地，热发射器可以被实施为平面发射器，并且具有至少部分结构化的热发射面(权利要求4)和/或至少部分非结构化的热发射面(权利要求5)。

根据另一变型，主发射器和/或热发射器能够被实施为线圈发射器(也称为灯丝)(权利要求6或7)。

对于特殊应用，将热发射器实施为可连接的阳极可能是有利的(权利要求8)。

根据本发明的热电子发射装置或其有利实施例(权利要求2至8)适合于安装在聚焦头中(权利要求9)。

利用热电子发射装置(权利要求1至8)或利用配备有热电子发射装置的聚焦头(权利要求9)，能够容易地产生具有显著改善的剂量调制的X射线管(权利要求10至13)。由于关闭热发射器时较短的冷却时间、以及关闭热发射器时主发射器明显更短的冷却时间，辐射负荷得以相应减少，并且成像记录时间得以缩短。

本发明及其有利实施例可以独立于布置在X射线管中的阳极类型而使用。因此，阳极可以被实施为固定阳极(静止阳极)或旋转阳极。该阳极也可以是旋转活塞管的一部分(权利要求14至16)。

上述X射线管(权利要求10至16)可以不经修改地安装在X射线发射器的发射器壳体中(权利要求17)。

附图说明

下面借助附图更详细地说明示意性示出的本发明的两个示例性实施例，但本发明并不限于此，其中：

图1示出了正常工作期间的热电子发射装置的第一实施例；

图2示出了剂量调制工作期间根据图1的热电子发射装置；

图3示出了剂量调制工作期间的热电子发射装置的第二实施例。

具体实施方式

根据本发明，图1和图2所示的热电子发射装置包括主发射器1和可连接的热发射器2，主发射器11具有主发射面11，热发射器2具有热发射面21。

主发射器1和热发射器2一起被布置在聚焦头3中。主发射器1被以机械方式保持在聚焦头3中，并且与聚焦头3以导电方式连接。

与此不同，虽然热发射器2也被以机械方式保持在聚焦头3中，但是热发射器2与聚焦头3电绝缘。因此，热发射器2可以独立于主发射器1被切换。

此外，主发射器1和热发射器2彼此间隔，使得热发射面21和主发射面11以可预设的距离4彼此基本平行地延伸。

在工作状态下，主发射器1处于恒定的主电势U₁，并且热发射器2能够在至少两个加热电势U₂₁和U₂₂之间切换，该至少两个加热电势U₂₁和U₂₂彼此不同且与主电势U₁不同。在所示的示例性实施例中，热发射器2可以在恰好两个不同的加热电势U₂₁和U₂₂之间切换，即在第一加热电势U₂₁和第二加热电势U₂₂之间切换。

在所示的示例性实施例中，主发射器1处于主电势U₁＝-70kV，而热发射器2能够在第一加热电势U₂₁＝-71kV(图1)和第二加热电势U₂₂＝-69kV(图2)之间切换。

因此，在正常工作(图1)期间，第一加热电势U₂₁比主电势U₁具有更低的负值(U₂₁<U₁)。在正常工作期间，由聚焦头3聚焦在电子束5上的电子被热发射器2发射出去。电子束5撞击主发射器1并使主发射器1变热。主发射器1从主发射面11发射电子，这些电子聚焦成电子束6，并朝着阳极8的方向被加速。当电子束6撞击时，在阳极8的材料中以已知方式产生X射线辐射。

在剂量调制的情况下(图2)，第二加热电势U₂₂比主电势U₁具有更高的正值，并且主电势U₁又比第一加热电势U₂₁具有更高的正值(U₂₂>U₁>U₂₁)。在剂量调制工作期间，与正常工作相比，由于电势分配被修改，所以不再从热发射器2的热发射面21发射电子。相反，附加地，从主发射器1朝热发射器2的方向发射电子，这些电子聚焦成电子束7，并且在热发射面21上撞击热发射器。于是，主发射器1在其主发射面11上发射显著更少的电子，使得电子束6相应地更弱，并且由此不能到达阳极8。这样，在阳极8的材料中不会产生X射线辐射。由此，在剂量调制工作期间的电势分配可靠地抵消了由热发射器2对主发射器1的后加热。

本发明的措施也能够转用到常规发射器技术(图3)。为此，除了主发射器1之外，仅设置了可连接的阳极9，该可连接的阳极9例如处于与第二加热电势U₂₂(图2)对应的阳极电势U₉＝-69kV。因此，在剂量调制工作期间，主发射器1以图2所描述的方式被冷却。

这能够得以实现是因为，从主发射器1额外地发射聚焦成电子束7的电子，电子朝向可连接的阳极9并且撞击该可连接的阳极9。由此，主发射器1在其主发射面11上发射显著更少的电子，使得电子束6相应地更弱，并且由此不能到达阳极8。因此，在阳极8的材料中不会产生X射线辐射。这样，在剂量调制工作期间的电势分配可靠地缩短了常规热电子发射装置中的主发射器1的冷却阶段。

虽然基于优选的示例性实施例详细地示出和描述了本发明，但是本发明不受所公开的示例限制，并且本领域技术人员可以从本文中得出其他变型，而不脱离本发明的保护范围。

Claims

1.一种热电子发射装置，包括以下特征：

-可间接加热的主发射器(1)，所述主发射器(1)具有主发射面(11)；以及

-可连接的热发射器(2)，所述热发射器(2)具有热发射面(21)，

-所述热发射面(21)相对于所述主发射面(11)具有可预设的距离(4)，

-在工作状态下，所述主发射器(1)处于恒定的主电势(U₁)，并且所述热发射器(2)能够在至少两个加热电势(U₂₁，U₂₂)之间切换，所述至少两个加热电势(U₂₁，U₂₂)彼此不同且与所述主电势(U₁)不同。

2.根据权利要求1所述的热电子发射装置，其中所述主发射器(1)被实施为平面发射器并且具有至少部分结构化的主发射面(11)。

3.根据权利要求1所述的热电子发射装置，其中所述主发射器(1)被实施为平面发射器并且具有至少部分非结构化的主发射面(11)。

4.根据权利要求1所述的热电子发射装置，其中所述热发射器(2)被实施为平面发射器并且至少部分地具有结构化的热发射面(21)。

5.根据权利要求1所述的热电子发射装置，其中所述热发射器(2)被实施为平面发射器并且具有至少部分非结构化的热发射面(21)。

6.根据权利要求1所述的热电子发射装置，其中所述主发射器(1)被实施为线圈发射器。

7.根据权利要求1所述的热电子发射装置，其中所述热发射器(2)被实施为线圈发射器。

8.根据权利要求1所述的热电子发射装置，其中所述热发射器(2)被实施为可连接的阳极(9)。

9.一种聚焦头，具有根据权利要求1至8中任一项所述的热电子发射装置。

10.一种X射线管，包括阳极(8)和根据权利要求1至8中任一项所述的热电子发射装置。

11.一种X射线管，包括阳极(8)和根据权利要求9所述的聚焦头(3)。

12.根据权利要求10所述的X射线管，其中所述热电子发射装置包括可连接的阳极(9)。

13.根据权利要求10所述的X射线管，其中所述聚焦头包括可连接的阳极(9)。

14.根据权利要求10所述的X射线管，其中所述阳极(8)被实施为旋转阳极。

15.根据权利要求10所述的X射线管，其中所述阳极(8)是旋转活塞管的一部分。

16.根据权利要求10所述的X射线管，其中所述阳极(8)被实施为固定阳极。

17.一种X射线发射器，具有发射器壳体，在所述发射器壳体中布置有根据权利要求10至16中任一项所述的X射线管。