CN109887821B - 双靶面阳极x射线球管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双靶面阳极X射线球管，其包括阴极部分和阳极部分，阳极部分设有旋转阳极体，旋转阳极体的端面为朝向阴极部分外凸的圆弧面，在端面上的距旋转轴线一定距离处围绕旋转轴线的环形区域上镀覆靶面材料形成环形的靶面，在该环形的靶面上沿圆周方向等间距的形成多个相同的沿旋转轴线方向的盲孔，在环形的靶面上的未开盲孔的区域形成多个相同的第一阳极靶面；每个盲孔的底部形成圆环链形的第二阳极靶面，第一阳极靶面和第二阳极靶面的数量相同、面积、直径相等，距离阳极体旋转轴线的距离相等，并且彼此之间等距离地交替设置。当旋转阳极体旋转时，由阴极部分发射的电子轮流轰击第一阳极靶面和第二阳极靶面,产生平行双锥形X射线束。

Description

双靶面阳极X射线球管

技术领域

本发明涉及一种双靶面阳极X射线球管，其能够在肿瘤放射治疗中实现实时图像引导。

背景技术

癌症已成为危害人类健康的主要杀手，是威胁我国国民健康的主要疾病之一。当前，放射治疗仍是治疗恶性肿瘤的主要手段之一，约有65％-70％以上的肿瘤患者需要不同程度地接受放射治疗。

当前，肿瘤放射治疗技术已由2D放射治疗时代进入3D放疗时代，出现了三维适形(3D-CRT)和调强适形放疗(IMRT)、立体定向放射治疗(如X刀(X-knife)、伽玛刀(γ-knife)治疗)技术等，进入了以图像引导技术(IGRT)为特征的精确治疗时代，从而显著提高了肿瘤靶区剂量，减少正常组织受量，更好地保护要害器官，并且改善了患者生存质量。

为确保三维适形、调强适形、立体定向放射治疗(SRT/SBRT)、以及伽玛刀技术等治疗照射中靶区位置的准确性,在医用直线加速器(包括钴-60治疗机)和伽玛刀(γ-knife)装置上安装了锥束CT(CBCT)成像装置。CBCT成像装置所使用的KV-级X射线球管安装于直线加速器(包括钴-60治疗机)或伽玛刀(γ-knife)装置机架的一侧；成像装置为非晶硅平板位于机架的另一侧,彼此互为180度，随治疗机的机架共同旋转。CBCT成像装置使用的X射线管是工作在70KeV-140KeV高电压下的真空二极管，其包含有两个电极：一个是用于发射电子的阴极，另一个是用于接受电子轰击的靶材，作为阳极，两级均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。由于阳极靶面能够高速旋转，从而实现功率密度高、焦点(靶面)小。目前出现一种在阳极靶面与阴极之间装有控制栅极的X射线管,在控制栅上施加脉冲调制，以控制X射线的输出。改变脉冲宽度及重复频率,即可调整定时重复曝光,现代放射治疗中使用CBCT技术和体内予埋金属标记点技术,获取靶区(肿瘤)的位置。

然而，目前CBCT的X射线必须成一定交角，即CBCT的X射线球管必须随治疗机的机架旋转一个角度时，才能根据成角度的两束X射线的金属标记点在对侧的影像板上的投影，反向重建出金属标记在体内靶区(肿瘤)的位置。因CBCT的两束成交角的X射线不能同时发生，不能同时获取成角度的两束X射线的金属标记点的投影，故不能用现今常规的CBCT作实时图像引导(rIGRT)。因此，迫切需要能够解决上述问题的设备。

公开于本发明的背景部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提供一种双靶面阳极X射线球管，其能够同时射出两束平行锥束X射线，并同时记录类似双束成角X射线的金属标记的投影，从而实现实时图像引导(rIGRT)。

根据本发明的实施方案的双靶面阳极X射线球管包括：阴极部分，其设有用于发射电子的灯丝，阳极部分，其设有旋转阳极体，所述旋转阳极体通过与其连接的转轴部而能够围绕旋转阳极体的旋转轴线旋转，灯丝的阴极面对所述旋转阳极体，所述旋转阳极体的端面为朝向阴极部分外凸的圆弧面，在该端面上的距所述旋转轴线一定距离处围绕旋转轴线的环形区域上镀覆靶面材料，从而形成环形的靶面，其特征在于，在该环形的靶面上沿圆周方向等间距的形成多个相同的沿旋转轴线方向的盲孔，在该环形的靶面上的未开盲孔的区域形成多个相同的圆环链形的第一阳极靶面；每个盲孔的底部镀覆靶面材料，从而在每个盲孔底部形成圆环链形的第二阳极靶面，所述第一阳极靶面和所述第二阳极靶面的数量相同、面积、直径相等，距离所述阳极体旋转轴线的距离相等，并且彼此之间等距离地交替设置，从而使得当旋转阳极体旋转时，由阴极部分发射的电子经在直流高压电场下加速后轮流轰击第一阳极靶面和第二阳极靶面,产生平行双锥形X射线束，各个盲孔的位于圆弧面上的部分形成为长方形的凹槽，从而利于第二靶面产生的X射线的射出。

优选地，所述盲孔的底部在所述旋转阳极体的轴向位置上所组成的平面垂直于所述旋转轴线，并与所述第一阳极靶面所在的旋转阳极体的端面平行。

优选地，所述盲孔的深度为5mm至12mm。

优选地，所述凹槽的长度约10mm，而其宽度与盲孔的直径相等。

优选地，所述第一阳极靶面和所述第二阳极靶面的直径为3mm至5mm。

优选地，加载于X线球管阴极部分与阳极部分之间的直流高压电场的电源为70KeV至140KeV，所产生的平行双锥形X射线为70KV-140KV。

优选地，所述靶面材料为钨。

优选地，所述旋转阳极体通过驱动转子旋转的电机旋转，并且转速大于等于2800转/分。

优选地，所述阴极部分和阳极部分均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。

优选地，所述旋转阳极体为钼材料制成。

根据本发明的双靶面阳极X射线球管能够同时出两束平行锥束X射线，从而同时记录类似于双束成角X射线的金属标记的投影，因此能够实现实时图像引导(rIGRT)。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体描述，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

图1为根据本发明的双靶面阳极X射线球管的结构示意图。

图2为根据本发明的旋转阳极体的端面上的第一阳极靶面和第二阳极靶面(盲孔)的放大示意图。

图3为通过根据本发明的双靶面阳极X射线球管而产生的平行双束X射线的示意图。

图4A和图4B分别使用现有技术的阳极X射线球管分时获取预埋体内的金属标记的投影原理图以及采用本发明的双靶面阳极X射线球管同时获取预埋体内的金属标记的投影原理图。

在这些图中，贯穿附图的多幅图，相同的附图标记涉及本发明的相同或等同的部分。

应当了解，所附附图并非按比例地绘制，显示了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

附图标记说明

1 阴极部分 2 阳极部分

3 外壳 4 灯丝

201 旋转阳极体 202 转轴部

203 端面 204 盲孔(第二阳极靶面)

205 第一阳极靶面 206 凹槽。

具体实施方式

下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。

下面将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。

参见附图1和图2，其示出了根据本发明的双靶面阳极X射线球管，其包括阴极部分1和阳极部分2，阴极部分2设有用于发射电子的灯丝4，而阳极部分2设有旋转阳极体201，旋转阳极体201通过与其连接的转轴部202而能够围绕旋转阳极体201的旋转轴线旋转，灯丝4的阴极面对所述旋转阳极体201，所述旋转阳极体201的端面203为朝向阴极部分1外凸的圆弧面，在该端面203上的距所述旋转轴线一定距离处围绕旋转轴线的环形区域上镀覆靶面材料，从而形成环形的靶面，在该环形的靶面上沿圆周方向等间距的形成多个相同的沿旋转轴线方向的盲孔204，在该环形的靶面上的未开盲孔的区域形成多个相同的圆环链形的第一阳极靶面205；每个盲孔204的底部镀覆靶面材料，从而在每个盲孔底部形成圆环链形的第二阳极靶面，所述第一阳极靶面205和所述第二阳极靶面的数量相同、面积、直径相等，距离所述阳极体201的旋转轴线的距离相等，并且彼此之间等距离地交替设置，从而使得当旋转阳极体201旋转时，由阴极部分1发射的电子经在直流高压电场下加速后轮流轰击第一阳极靶面205和第二阳极靶面,产生平行双锥形X射线束。

优选地，在各个盲孔204的位于圆弧面上的部分形成为长方形的凹槽206，从而利于第二靶面产生的X射线的射出。

所述盲孔204的底部在所述旋转阳极体201的轴向位置上所组成的平面垂直于所述旋转轴线，并与所述第一阳极靶面205所在的旋转阳极体201的端面平行。所述盲孔204的深度优选为5mm至12mm。并且为长方形的凹槽206的长度约为10mm，并且其宽度与盲孔的直径相等。

所述第一阳极靶面和所述第二阳极靶面的直径为3mm至5mm。

加载于双靶面阳极X线球管阴极部分与阳极部分之间的直流高压电场的电源为70KeV至140KeV,而所产生的平行双锥形X射线为70KV-140KV。

所述靶面材料为钨，并且所述旋转阳极体201通过驱动转子旋转的电机旋转,并且转速大于等于2800转/分。

所述阴极部分1和阳极部分2均被密封在高真空的玻璃或陶瓷的外壳3内。所述旋转阳极体2001为钼材料制成。

参见图3以及图4A和图4B，图4A中的现有技术的阳极X射线球管安装在直线加速器或其它治疗机机架上，在使用时为获得两个位置(位置1和位置2)的两组预埋体内的金属标记的投影(先后依次进行)，其治疗机机架必须要旋转一定角度,先后读取在影像板(为本领域已知的非晶硅平板)上的预埋体内的金属标记的投影,然后通过反向重建,才能获得预埋在体内(肿瘤内或肿瘤附近)的金属标记的位置。由于机架由位置1旋转至位置2需要时间,因此预埋体内的金属标记的投影位置是分时读取的，这样就不能用于实时图像引导放射治疗(rIGRT)。

相反，由于在如图4B所示的根据本发明的双靶面阳极X射线球管能够同时输出两束平行的X射线锥形束(由第一阳极靶面和第二阳极靶面同时产生的X射线锥形束),因此能够同时读取预埋体内的金属标记的投影的位置(在附图4B中，符号“x”和“o”分别表示在第一阳极靶面射线束在非晶硅平板上的投影和在第二阳极靶面射线束在非晶硅平板上的投影)，从而可以用于实时的图像引导放射治疗(rIGRT)。

综上所述,根据本发明的双靶面阳极X射线球管能够同时输出两束平行的X射线锥形束，安装于CBCT上可作实时图像引导放射治疗(rIGRT)。

前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (10)

1.一种双靶面阳极X射线球管，其包括：

阴极部分，其设有用于发射电子的灯丝，

阳极部分，其设有旋转阳极体，所述旋转阳极体通过与其连接的转轴部而能够围绕旋转阳极体的旋转轴线旋转，灯丝的阴极面对所述旋转阳极体，所述旋转阳极体的端面为朝向阴极部分外凸的圆弧面，在该端面上的距所述旋转轴线一定距离处围绕旋转轴线的环形区域上镀覆靶面材料，从而形成环形的靶面，

其特征在于，在该环形的靶面上沿圆周方向等间距的形成多个相同的沿旋转轴线方向的盲孔，在该环形的靶面上的未开盲孔的区域形成多个相同的圆环链形的第一阳极靶面；每个盲孔的底部镀覆靶面材料，从而在每个盲孔底部形成圆环链形的第二阳极靶面，

所述第一阳极靶面和所述第二阳极靶面的数量相同、面积、直径相等，距离所述阳极体旋转轴线的距离相等，并且彼此之间等距离地交替设置，从而使得当旋转阳极体旋转时，由阴极部分发射的电子经在直流高压电场下加速后轮流轰击第一阳极靶面和第二阳极靶面,产生平行双锥形X射线束，

各个盲孔的位于圆弧面上的部分形成为长方形的凹槽，从而利于第二靶面产生的X射线的射出。

2.根据权利要求1所述的双靶面阳极X射线球管，其特征在于，所述盲孔的底部在所述旋转阳极体的轴向位置上所组成的平面垂直于所述旋转轴线，并与所述第一阳极靶面所在的旋转阳极体的端面平行。

3.根据权利要求1所述的双靶面阳极X射线球管，其特征在于，所述盲孔的深度为5mm至12mm。

4.根据权利要求1所述的双靶面阳极X射线球管，其特征在于，所述凹槽的长度为10mm，其宽度与盲孔的直径相等。

5.根据权利要求1所述的双靶面阳极X射线球管，其特征在于，所述第一阳极靶面和所述第二阳极靶面的直径为3mm至5mm。

6.根据权利要求1所述的双靶面阳极X射线球管，其特征在于，加载于X线球管阴极部分与阳极部分之间的直流高压电场的电源为70KeV至140KeV,所产生的平行双锥形X射线为70KV-140KV。

7.根据权利要求1所述的双靶面阳极X射线球管，其特征在于，所述靶面材料为钨。

8.根据权利要求1所述的双靶面阳极X射线球管，其特征在于，所述旋转阳极体通过驱动转子旋转的电机旋转,并且转速大于等于2800转/分。

9.根据权利要求1所述的双靶面阳极X射线球管，其特征在于，所述阴极部分和阳极部分均被密封在高真空的玻璃或陶瓷的外壳内。

10.根据权利要求1所述的双靶面阳极X射线球管，其特征在于，所述旋转阳极体为钼材料制成。

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