CN113421811A - 一种x射线管及x射线成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种X射线管及X射线成像系统，所述X射线管包括阴极和阳极，所述阴极包括第一聚焦槽、设置在第一聚焦槽的底部的第二聚焦槽、部分地设置在所述第二聚焦槽中的阴极灯丝，所述阳极包括散热件和设置在散热件上的阳极靶，所述阳极靶与所述第一聚焦槽相对设置，所述X射线管还具有穿过所述阳极靶的虚拟的聚焦轴，当所述X射线管处于工作状态时，所述阴极发射的电子束沿所述聚焦轴所在的直线向所述阳极移动，使得所述电子束与所述阳极靶发生碰撞。本发明提供的X射线管及X射线成像系统无需减小阴极灯丝即可获得小焦点，并且为使用更大功率、更大尺寸的阴极灯丝提供了条件。

Description

一种X射线管及X射线成像系统

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，特别涉及一种X射线管及X射线成像系统。

背景技术

X射线成像系统在工业和医疗领域中有着越来越多的应用，工业上可用来对材料进行无损检测；用于医疗领域时，能够对人体的特定部位进行扫描，扫描结果能够辅助医生作出诊断，甚至往往是重要的诊断依据，在脑科、骨科、牙科等领域都有重要的作用。

一般用有效焦点的规格大小来衡量X射线成像系统的性能。电子撞击阳极靶的面积大小称为X射线产生时的实际焦点，实际焦点在X射线的主射出方向的投影称为X射线产生时的有效焦点，有效焦点(以下简称为焦点)的规格越小，则性能越好。但现有技术中，得到小焦点比较困难，需要减小阴极灯丝的尺寸；不仅如此，焦点的减小还往往伴随着一些负面效果，比如X射线管的功率必须降低，否则会造成阳极局部过度升温、缩短X射线管的寿命等后果，甚至损坏X射线管。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种X射线管及X射线成像系统，能够不必降低功率而得到更小的焦点，甚至可以用更大的功率得到小焦点。所述技术方案如下：

本发明提供了一种X射线管，所述X射线管包括：

阴极，所述阴极包括第一聚焦槽、设置在第一聚焦槽的底部的第二聚焦槽、部分地设置在所述第二聚焦槽中的阴极灯丝，所述第一聚焦槽的深度为6.0mm～30mm，所述阴极灯丝凸出于所述第一聚焦槽的底面的部分的高度为0.03mm～0.40mm；

阳极，所述阳极包括散热件和设置在散热件上的阳极靶，所述阳极靶与所述第一聚焦槽相对设置，所述X射线管还具有穿过所述阳极靶的聚焦轴，所述阳极靶与所述聚焦轴所在的直线之间的夹角为0°～90°；

所述X射线管具有工作状态，当所述X射线管处于工作状态时，所述阴极发射的电子束沿所述聚焦轴所在的直线向所述阳极移动，使得所述电子束与所述阳极靶发生碰撞。

进一步地，所述X射线管还具有与所述聚焦轴垂直的虚拟平面，所述第二聚焦槽在所述虚拟平面上的投影部分或全部地与所述第一聚焦槽的底面在所述虚拟平面上的投影重合。

进一步地：

所述第一聚焦槽的底面直径为5.0～50mm；

和/或，所述阴极灯丝的有效长度为3.0mm～12.0mm；

和/或，所述第二聚焦槽的宽度为1.0mm～5.0mm；

和/或，所述阴极到所述阳极靶的距离为8.0mm～30.0mm。

进一步地：

所述第一聚焦槽的深度为16.0mm～17.5mm；

和/或，所述阴极灯丝凸出于所述第一聚焦槽的底面的部分的高度为0.08mm～0.12mm；

和/或，所述第一聚焦槽的底面直径为18.5mm～19.5mm；

和/或，所述阴极灯丝的有效长度为5.5mm～6.5mm；

和/或，所述第二聚焦槽的宽度为2.3mm～2.5mm；

和/或，所述阴极到所述阳极靶的距离为16.0mm～18.0mm。

进一步地，所述散热件具有相对远离的第一端部和第二端部，所述阳极靶设置于所述散热件的第一端部，所述第二端部处的横截面积大于或等于所述第一端部处的横截面积。

进一步地，所述散热件的横截面均为圆形，并且，所述散热件的近所述第二端部处的直径大于所述散热件的远所述第二端部处的直径。

进一步地，所述散热件由金属制成，所述金属包括铜。

进一步地，所述阳极靶与所述虚拟平面之间的夹角为靶角，所述靶角的大小为6°～30°。

进一步地，所述靶角的大小为11°～15°。

另一方面，本发明还提供了一种X射线成像系统，所述X射线成像系统包括如上所述的X射线管、与所述X射线管相对设置的平板探测器，所述X射线管的聚焦轴与水平方向之间的夹角为60°～120°。

本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：

a.第一聚焦槽和第二聚焦槽的多个参数相互作用，提升了对阴极灯丝发射的电子束的聚焦能力，因此无需减小阴极灯丝即可获得小焦点，并且为使用更大功率、更大尺寸的阴极灯丝提供了条件；

b.在有效聚焦的基础上，靶角的增大使得电子束碰撞在阳极靶上的区域增大，从而避免碰撞区域过小而造成的阳极靶局部温度过高，进而造成钨靶损坏；

c.散热件的直径逐渐增大，散热效果好，避免阳极损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的X射线管的剖视示意图一；

图2是本发明实施例提供的X射线管的剖视示意图二；

图3是本发明实施例提供的X射线管的阴极的仰视示意图；

图4是本发明实施例提供的X射线管的整体示意图；

图5是X射线管的标称焦点值参考表。

其中，附图标记分别为：1-第一聚焦槽，11-第一聚焦槽的底面，2-第二聚焦槽，21-第二聚焦槽的中心，3-阴极灯丝，31-阴极灯丝的螺旋部，4-散热件，41-散热件的第一端部，42-散热件的第二端部，5-阳极靶，51-靶角，6-聚焦轴，7-散热辅助件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

如无特别说明，则下文中的“焦点”均指有效焦点，即实际焦点在X射线的主射出方向的投影。在一些参考资料中，焦点也被称为光斑或焦斑。焦点的“大”和“小”均指焦点的规格，焦点的规格对应于标称焦点值，关于标称焦点值与焦点尺寸的对应关系请参见图5。

参见图1～图4，在本发明的一个实施例中，提供了一种X射线管，所述X射线管包括：

阴极，所述阴极包括第一聚焦槽1、设置在第一聚焦槽1的底部的第二聚焦槽2、部分地设置在所述第二聚焦槽2中的阴极灯丝3，所述第一聚焦槽1的深度(参见图1中的C)为6.0mm～30mm，所述阴极灯丝3凸出于所述第一聚焦槽的底面11的部分的高度(参见图1中的B)为0.03mm～0.40mm；

阳极，所述阳极包括散热件4和设置在散热件4上的阳极靶5，所述阳极靶5与所述第一聚焦槽1相对设置，所述X射线管还具有穿过所述阳极靶5的虚拟的聚焦轴6，所述阳极靶5与所述聚焦轴6所在的直线之间的夹角为0°～90°，优选为70°～85°；

所述X射线管具有工作状态，当所述X射线管处于工作状态时，所述阴极发射的电子束沿所述聚焦轴6所在的直线向所述阳极移动，使得所述电子束与所述阳极靶5发生碰撞。

在本发明的一个实施例中，所述X射线管还具有与所述聚焦轴6垂直的虚拟平面，所述第二聚焦槽2在所述虚拟平面上的投影部分或全部地与所述第一聚焦槽的底面11在所述虚拟平面上的投影重合。优选地，第一聚焦槽的底面11为圆形，第二聚焦槽底面的中点21为第一聚焦槽1底面的圆心，并且，第一聚焦槽1和第二聚焦槽2均为柱形槽，即其内径保持不变。

在本发明的一个实施例中，所述阴极除了阴极灯丝3以外的部分为一体成型，第二聚焦槽2是一个与第一聚焦槽1连通的通孔，阴极灯丝3设置于第二聚焦槽中2，且阴极灯丝3的螺旋部31有一部分位于第二聚焦槽2外，稍稍凸出于第一聚焦槽的底面11；阴极灯丝3的两极穿过第二聚焦槽2，与高压发生器的供电线相连接。

在本发明的一个实施例中，所述第一聚焦槽1的底面直径(参见图1中的D)为5.0～50mm，所述阴极灯丝3的有效长度(参见图1中的A)为3.0mm～12.0mm，所述第二聚焦槽2的宽度(参见图2和图3中的F)为1.0mm～5.0mm，所述阴极到所述阳极靶5的距离(参见图1中的E)为8.0mm～30.0mm。优选地，所述第一聚焦槽1的深度为16.0mm～17.5mm，所述阴极灯丝3凸出于所述第一聚焦槽的底面11的部分的高度为0.08mm～0.12mm，所述第一聚焦槽1的底面直径为18.5mm～19.5mm，所述阴极灯丝3的有效长度为5.5mm～6.5mm，所述第二聚焦槽2的宽度为2.3mm～2.5mm，所述阴极到所述阳极靶5的距离为16.0mm～18.0mm。

更优选地，所述第一聚焦槽1的深度为16.6±0.5mm，所述阴极灯丝3凸出于所述第一聚焦槽的底面11的部分的高度为0.1±0.01mm，所述第一聚焦槽1的底面直径为19±0.02mm，所述阴极灯丝3的有效长度为6.0±0.2mm，所述第二聚焦槽2的宽度为2.4±0.02mm，所述阴极到所述阳极靶5的距离为17±0.5mm，阴极灯丝3的直径(参见图2中的G)为1.02±0.05mm。

一般而言，想要使得焦点的规格变小，就要使阴极灯丝3的尺寸减小，以使得阴极出射的电子束的直径随之减小，这样才能够产生小的焦点，比如现有技术存在将阴极灯丝长度减短至3mm左右以获得小焦点的方案。而在本实施例中，可以用6mm长度的灯丝得到小焦点，这得益于本实施例中第一聚焦槽1和第二聚焦槽2的设置，第一聚焦槽1和第二聚焦槽2对电子束有极强的约束力；电子束散开的原因是电子均带负电而互相排斥，第一聚焦槽和第二聚焦槽也带负电，给电子束施以向心的斥力，从而使得电子束被迫以较小的束直径聚焦在所述聚焦轴上，进而与钨靶(阳极靶3)作用，产生小焦点。

需要注意的是，第一聚焦槽1和第二聚焦槽2的多个参数相互作用，才提升了对阴极灯丝发射的电子束的聚焦能力，参数对于聚焦效果是耦合作用而非单一作用的，不能够单纯通过实验或者简单函数而预测到本实施例的参数所能达到的聚焦效果。

在本发明的一个实施例中，所述散热件4具有相对远离的第一端部41和第二端部42，所述阳极靶5设置于所述散热件的第一端部41，所述第二端部处的横截面积大于或等于所述第一端部处的横截面积，以提高散热效率。

在本发明的一个实施例中，所述散热件4的横截面总为圆形，并且，所述散热件4的近所述第二端部42处的直径大于所述散热件4的远所述第二端部42处的直径，以提高散热效率。

在本发明的一个实施例中，所述散热件4由金属制成，所述金属包括铜。参见图1和图4，散热件4为铜制的圆台，具有良好的导热和散热效果。优选地，真空管外的与散热件4配合的散热辅助件7也由铜制成，

在本发明的一个实施例中，所述阳极靶5与所述虚拟平面之间的夹角为靶角51，所述靶角51的大小为6°～30°；优选地，所述靶角51的大小为11°～15°。靶角51的增大使得电子束碰撞在阳极靶上的区域增大，从而避免碰撞区域过小而造成的阳极靶局部温度过高，进而造成钨靶损坏。

在过去，为了不损坏钨靶，得到小焦点的前提是功率降低，这会降低X射线成像系统的性能，降低成像质量。本实施例中，由于靶角51增大，且散热件为散热效果更佳的形状，因此，X射线管的功率不仅不会降低，甚至还可以提高。本实施例能够在不降低功率的前提下，用6mm规格阴极灯丝3的X射线管达到现有技术中3mm规格的阴极灯丝所能达到的小焦点。本实施例中，焦点的规格对应的标称焦点值小于0.6，可小至到0.25～0.3。

本发明的一个实施例还提供了一种X射线成像系统，所述X射线成像系统包括如上所述的X射线管、与所述X射线管相对设置的平板探测器，所述X射线管的聚焦轴与水平方向之间的夹角为60°～120°，优选为85°～95°，且阳极位于阴极的上方。X射线管的直立式设置有助于在牙科诊断拍摄牙片时得到良好的成像，并且由于阳极侧的射线强度较低，能够减轻对大脑的辐射。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种X射线管，其特征在于，所述X射线管包括：

阴极，所述阴极包括第一聚焦槽(1)、设置在第一聚焦槽(1)的底部的第二聚焦槽(2)、部分地设置在所述第二聚焦槽(2)中的阴极灯丝(3)，所述第一聚焦槽(1)的深度为6.0mm～30mm，所述阴极灯丝(3)凸出于所述第一聚焦槽的底面(11)的部分的高度为0.03mm～0.40mm；

阳极，所述阳极包括散热件(4)和设置在散热件(4)上的阳极靶(5)，所述阳极靶(5)与所述第一聚焦槽(1)相对设置，所述X射线管还具有穿过所述阳极靶(5)的虚拟的聚焦轴(6)，所述阳极靶(5)与所述聚焦轴(6)所在的直线之间的夹角为0°～90°；

所述X射线管具有工作状态，当所述X射线管处于工作状态时，所述阴极发射的电子束沿所述聚焦轴(6)所在的直线向所述阳极移动，使得所述电子束与所述阳极靶(5)发生碰撞。

2.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述X射线管还具有与所述聚焦轴(5)垂直的虚拟平面，所述第二聚焦槽(2)在所述虚拟平面上的投影部分或全部地与所述第一聚焦槽的底面(11)在所述虚拟平面上的投影重合。

3.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于：

所述第一聚焦槽(1)的底面直径为5.0～50mm；

和/或，所述阴极灯丝(3)的有效长度为3.0mm～12.0mm；

和/或，所述第二聚焦槽(2)的宽度为1.0mm～5.0mm；

和/或，所述阴极到所述阳极靶(5)的距离为8.0mm～30.0mm。

4.如权利要求3所述的X射线管，其特征在于：

所述第一聚焦槽(1)的深度为16.0mm～17.5mm；

和/或，所述阴极灯丝(3)凸出于所述第一聚焦槽的底面(11)部分的高度为0.08mm～0.12mm；

和/或，所述第一聚焦槽(1)的底面直径为18.5mm～19.5mm；

和/或，所述阴极灯丝(3)的有效长度为5.5mm～6.5mm；

和/或，所述第二聚焦槽(2)的宽度为2.3mm～2.5mm；

和/或，所述阴极到所述阳极靶(5)的距离为16.0mm～18.0mm。

5.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述散热件(4)具有相对远离的第一端部和第二端部，所述阳极靶(5)设置于所述散热件的第一端部(41)，所述第二端部处的横截面积大于或等于所述第一端部处的横截面积。

6.如权利要求5所述的X射线管，其特征在于，所述散热件(4)的横截面均为圆形，并且，所述散热件(4)的近所述第二端部处的直径大于所述散热件(4)的远所述第二端部处的直径。

7.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述散热件(4)由金属制成，所述金属包括铜。

8.如权利要求2所述的X射线管，其特征在于，所述阳极靶(5)与所述虚拟平面之间的夹角为靶角(51)，所述靶角(51)的大小为6°～30°。

9.如权利要求8所述的X射线管，其特征在于，所述靶角(51)的大小为11°～15°。

10.一种X射线成像系统，其特征在于，所述X射线成像系统包括如权利要求1～9中任一项所述的X射线管、与所述X射线管相对设置的平板探测器，所述X射线管的聚焦轴(6)与水平方向之间的夹角为60°～120°。

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