CN109671605B - 固定阳极型x射线管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固定阳极型X射线管，其包括阴极、阳极(20)、阳极罩(30)、X射线透射窗(60)以及真空封壳。所述阳极的靶面(21c)是倾斜面，朝第一方向(d1)逐渐远离所述阴极。所述第一方向相对于第二方向(d2)顺时针或逆时针构成的角度(θ)不为0°。

Description

固定阳极型X射线管

相关申请的交叉引用

本申请基于2017年10月13日提交的日本专利申请JP2007-199345而享有优先权，该日本专利申请的全文都被引用作为参考。

技术领域

本发明涉及固定阳极型X射线管。

背景技术

X射线管例如在X射线诊断用途方面可用于医疗或牙科用的图像诊断装置，还可用于工业用的X射线CT装置或X射线分析装置。X射线管由向维持真空气密气氛的真空封壳内释放电子的阴极和与所释放电子进行碰撞的阳极构成。通过利用施加在阳极和阴极之间的管电压，阴极的灯丝所产生的热电子向阳极的靶面加速入射，从而从形成在靶面上的焦点放射出X射线。

从靶面放射出的X射线强度与管电压的平方、热电子的电子流即管电流以及靶材质的原子序数成比例。关于X射线的产生，管电压和管电流之积的电力输入到阳极，但转换成X射线的电力在消耗电力的大约1％以下，剩余的99％以上的电力都转换成热能。在电子与阳极碰撞从而释放出X射线时，会从靶面释放出反冲电子。释放的反冲电子再次与阳极碰撞会加热阳极，或者向真空封壳碰撞会造成损伤等，从而存在问题。对于上述问题，存在为了屏蔽/捕捉反冲电子而在阳极的周围设置阳极罩来应对的方法。在阳极罩上安装有以铍等为材料的X射线透射窗。

在用于X射线图像诊断等的情况下，为了进行更准确的诊断，需要提高X射线图像的画质(对比度)，因此需要进一步提高从X射线管照射出的X射线量。提高X射线量需要增大施加到X射线管的管电压或管电流。然而，管电压或管电流越大，从靶面释放出的反冲电子的能量也越大，反冲电子与X射线透射窗碰撞会导致材料的温度上升，从而导致X射线透射窗产生熔解、损伤等问题。若在真空封壳内X射线透射窗发生熔解，则由于气体释放或蒸镀到真空封壳上等的影响，会导致耐压特性降低，成为X射线管故障的原因，因此对于X射线管的输入能量是有限制的。

发明内容

本发明的实施方式提供一种能缓和输入限制的固定阳极型X射线管。

根据本发明的实施例，其提供一种固定阳极型X射线管，包括：释放电子的阴极；阳极，该阳极在沿着管轴的方向上与所述阴极相对地配置，且具有靶面，该靶面中形成有通过对其照射从所述阴极释放出的电子而释放出X射线的焦点；阳极罩，该阳极罩固定于所述阳极，向所述阴极侧延伸，包围所述靶面，且被设定成与所述阳极具有相同电位，并具有第一开口和第二开口，该第一开口使从所述阴极去向所述靶面的电子通过，该第二开口使从所述焦点释放出的X射线通过；X射线透射窗，该X射线透射窗封闭所述阳极罩的所述第二开口，并使X射线透过；以及电绝缘性的真空封壳，该真空封壳中收纳有所述阴极、所述阳极、所述阳极罩和所述X射线透射窗。所述靶面是倾斜面，朝与所述管轴正交的第一方向逐渐远离所述阴极。沿着所述管轴从所述阴极侧观察所述阳极和所述X射线透射窗时，若将所述焦点所朝向的所述第一方向相对于从所述焦点朝向所述X射线透射窗的中央的第二方向顺时针或逆时针构成的角度设为θ，则角度θ不为0°。

附图说明

图1是一个实施方式的固定阳极型X射线管的剖视图。

图2是对图1所示的固定阳极型X射线管的一部分进行放大示出的剖视图。

图3是表示沿图2的线III-III示出的阳极罩和X射线透射窗的剖视图，还一并示出了俯视时的阳极。

图4是示出图1和图2所示的靶层的剖视图，是用于说明射入到靶层的入射电子和在靶层反冲的反冲电子的关系的图。

图5是用图表表示反冲电子能量相对于图4所示的角度的变化的图。

图6是用图表表示X射线强度相对于图4所示的角度的变化的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。另外，所揭示的内容仅为一个示例，对于本领域技术人员而言，容易想到在保留本发明主旨的情况下进行适当的变更，这种情况也理所应当地包含在本发明的范围内。另外，为了利用附图进行更为明确的说明，与实际的方式相比，有时模式地对各部分的宽度、厚度、形状等进行表示，然而也仅为一个示例，不能用来限定本发明的解释。再者，在本说明书和各个附图中，对于在已有附图中已出现过的相同部分，标注相同的标号，并适当地省略详细的说明。

如图1所示，固定阳极型X射线管1具有：阴极10、阳极20、阳极罩30、阴极结构体40、真空封壳50、以及辐射体70。

阴极10具有作为释放电子的电子释放源的灯丝(filament)11、以及聚焦电极12。在本实施方式中，向灯丝11施加负的高电压和灯丝电流。向聚焦电极12施加负的高电压。阴极10固定于阴极结构体40。

阳极20具有阳极靶21、以及与阳极靶21相连接的阳极延伸部22。

阳极靶21在沿着管轴A的方向上与灯丝11(阴极10)隔开距离相对地配置。在本实施方式中，阳极20接地。阳极靶21具有靶本体21a、靶层21b。靶本体21a形成为圆柱形。靶本体21a由铜、铜合金等高热传导性的金属来形成。

靶层21b设置于靶本体21a的端面的一部分。靶层21b由钨(W)、钨合金等高熔点金属等来形成。靶层21b之中与阴极10相对一侧的靶面21c相对于与管轴A垂直的假想平面倾斜。靶面21c是倾斜面，朝着与管轴A正交的第一方向d1逐渐远离阴极10。从灯丝11释放出并被聚焦电极12聚焦的电子照射到靶面21c上，从而在靶面21c上形成释放x射线的焦点(后述的焦点F)。

阳极延伸部22与靶本体21a相同，由铜、铜合金等高热传导性金属构成，且被形成为圆柱形。阳极延伸部22固定阳极靶21，且向周围传导由阳极靶21所产生的热量。在本实施方式中，辐射体70与阳极延伸部22相连接。辐射体70由电绝缘性材料或者导电性材料来形成。例如，能够利用热传导性及耐压特性优异的陶瓷来形成辐射体。通过利用辐射体70，能够促进热量从固定阳极型X射线管1向固定阳极型X射线管1的外部移动。另外，根据需要将辐射体70设置于固定阳极型X射线管1即可。

阳极罩30固定于阳极20。在本实施方式中，阳极罩30通过钎焊固定于靶本体21a。阳极罩30延伸到阴极10侧，包围靶面21c。在本实施方式中，阳极罩30包括：沿着管轴A延伸的筒部31、以及位于阴极10和阳极20之间并封闭筒部31的一端的盖部32。

阳极罩30由金属等导电材料来形成。阳极罩30被设定为与阳极20具有相同电位。盖部32(阳极罩30)具有使从阴极10去向靶面21c的电子通过的第一开口OP1。

真空封壳50收纳有阴极10、阳极靶21以及阳极罩30等。真空封壳50形成为使阳极延伸部22露出。真空封壳50形成为筒状，具有利用阴极结构体40来实现气密性封闭的一个端部、以及利用阳极20来实现气密性封闭的另一个端部。真空封壳50的内部维持在规定的真空度。另外，利用排气口53将真空封壳50的内部抽成真空。排气口53被气密性密封。

真空封壳50具有由电绝缘材料形成的电绝缘性的容器、以及由金属形成的金属容器52。作为上述电绝缘材料，可举例例如硼硅酸盐玻璃这样的玻璃、例如氧化铝这样的陶瓷等。在本实施方式中，上述电绝缘材料是玻璃，电绝缘性的容器是玻璃容器51。

玻璃容器51被形成为筒状。玻璃容器51与阳极罩30之间形成有间隙。通过熔接例如多个玻璃构件，能够气密性地接合而形成玻璃容器51。由于玻璃容器51具有X射线透过性，因此，从阳极靶21释放出的X射线透过玻璃容器51并释放至真空封壳50的外侧。

金属容器52与玻璃容器51及阳极20气密性地连接。金属容器52气密性地固定于靶本体21a和阳极延伸部22的至少一方。此处，通过钎焊，使金属容器52与阳极延伸部22气密地相连接。另外，通过熔接，使金属容器52与玻璃容器51气密地相连接。在本实施方式中，将金属容器52形成为环形。此外，利用例如可伐合金(Kovar)来形成金属容器52。金属容器52的热膨胀率基本等于玻璃容器51的热膨胀率。

如图2所示，筒部31(阳极罩30)具有使从形成在靶面21c的焦点F释放出的X射线通过的第二开口OP2。在本实施方式中，第二开口OP2在与管轴A垂直的方向上与靶面21c相对。通过设置第二开口OP2，能够使阳极罩30对X射线的吸收率为0％。

X射线透射窗60封闭阳极罩30的第二开口OP2，使X射线透过。X射线透射窗60也收纳在真空封壳50中。X射线透射窗60由包含铍、石墨、氯氟烃(CFC)、氧化铍、硼(B)、氮化硼(BN)和碳化硼(B4C)中的至少1种的材料来形成。

在本实施方式中，X射线透射窗60由以铍、石墨、CFC、氧化铍、B、BN和碳化硼中的一种为主的材料形成。

如图3所示，焦点F具有长轴。在沿着管轴A从阴极10侧观察阳极20时，焦点F的长轴在上述的第一方向d1上延伸。而且，在沿着管轴A从阴极10侧观察阳极20和X射线透射窗60时，将从焦点F朝X射线透射窗60的中央的方向设为第二方向d2。将第一方向d1相对于第二方向d2顺时针或逆时针构成的角度设为θ。在本实施方式中，角度θ是第一方向d1相对于第二方向d2顺时针构成的角度。角度θ不为0°。

更优选为，0°＜θ≤90°。例如，1°≤θ≤90°。由此，能避免阳极20自身屏蔽X射线的情况。

此处，本申请发明人对反冲电子的角度分布(能量分布)进行了研究。图5是用图表表示反冲电子能量相对于图4所示的角度θ₁的变化的图。

如图4和图5所示，相对于靶面21c的垂线以角度θ₀射入的电子束的反冲电子中，角度θ₀的分量A1的能量最大，根据角度θ₁的变化，能量变小。

此外，本申请发明人对X射线强度的角度分布进行了研究。

如图6所示，若将图3所示的角度θ设为15°，则能在第二方向d2上获得85％左右的X射线强度。另外，将第一方向d1上的X射线强度设为100％。此外，参照图5时，通过设为θ＝15°，能利用阳极罩30吸收50％以上的反冲电子能量。

根据如上所述构成的一个实施方式所涉及的固定阳极型X射线管1，固定阳极型X射线管1具有阴极10、阳极20、阳极罩30、X射线透射窗60、以及真空封壳50。阳极罩30能捕捉从阳极靶21飞散出的反冲电子。因此，能降低返回至靶面21c的反冲电子的量以及突入玻璃容器51的反冲电子的量。

角度θ不为0°。与θ＝0°的情况相比，能抑制也是X射线的主放射方向的第二方向d2上释放的反冲电子的量，能减小与X射线透射窗60碰撞的反冲电子的量，因此能抑制X射线透射窗60的温度上升。若是主要用于诊断的X射线管通常使用的125kV以下的管电压，则即使设定为0°<θ≦90°，所希望的X射线放射方向上的X射线量的降低也较小。此时的有效焦点尺寸根据角度θ改变，因此设定角度θ以获得所希望的焦点F的尺寸即可。

综上所述，根据上述的实施方式，通过抑制固定阳极型X射线管1的X射线主放射方向上释放的反冲电子的量，抑制X射线透射窗60的损伤，与θ＝0°的情况相比，能提高X射线输入条件。因此，与θ＝0°的情况相比，能提供对比度的S/N比较好的X射线图像和图像信息。此外，能抑制来自X射线透射窗60的气体释放或蒸镀到真空封壳50上，因此能提供可长期稳定地输出X射线的X射线管。

因此，能得到可缓和输入限制的固定阳极型X射线管1。

虽然说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式作为示例而提出，并没有限定发明范围的意图。上述新的实施方式可以通过其他各种方式来实施，在不脱离发明要旨的范围内，可进行各种省略、置换、变更。上述实施方式及其变形均包含在发明的范围和要旨中，并且包含在专利的权利要求所记载的发明及其等同范围内。

例如，上述的实施方式能适用于各种固定阳极型X射线管。例如，上述的实施方式不仅适用于阳极接地型的X射线管，也能够适用于阴极接地型的X射线管、中性点接地型的X射线管。再者，在阴极接地型的X射线管的情况下，阴极10接地，且向阳极靶21(阳极20)及阳极罩30施加正的高电压。在中性点接地型的X射线管的情况下，向阴极10施加负的高电压，向阳极靶21(阳极20)及阳极罩30施加正的高电压。

Claims (4)

1.一种固定阳极型X射线管，其特征在于，包括：

阴极，该阴极释放电子；

阳极，该阳极在沿着管轴的方向上与所述阴极相对地配置，且具有靶面，该靶面中形成有通过对其照射从所述阴极释放出的电子来放射出X射线的焦点；

阳极罩，该阳极罩固定于所述阳极，向所述阴极侧延伸，包围所述靶面，并被设定成与所述阳极具有相同电位，并具有第一开口和第二开口，该第一开口使从所述阴极去向所述靶面的电子通过，该第二开口使从所述焦点释放出的X射线通过；

X射线透射窗，该X射线透射窗封闭所述阳极罩的所述第二开口，并使X射线透过；以及

电绝缘性的真空封壳，该真空封壳中收纳有所述阴极、所述阳极、所述阳极罩和所述X射线透射窗，

所述靶面是倾斜面，朝与所述管轴正交的第一方向逐渐远离所述阴极，

沿着所述管轴从所述阴极侧观察所述阳极和所述X射线透射窗时，若将所述焦点所朝向的所述第一方向相对于从所述焦点朝向所述X射线透射窗的中央的第二方向顺时针或逆时针构成的角度设为θ，则角度θ不为0°。

2.如权利要求1所述的固定阳极型X射线管，其特征在于，

0°＜θ≤90°。

3.如权利要求1所述的固定阳极型X射线管，其特征在于，

所述X射线透射窗由包含铍、石墨、氯氟烃、氧化铍、硼、氮化硼和碳化硼中的至少1种的材料来形成。

4.如权利要求1所述的固定阳极型X射线管，其特征在于，

所述焦点具有长轴，

在沿着所述管轴从所述阴极侧观察所述阳极时，所述焦点的长轴向所述第一方向延伸。

Images