CN113764244A

CN113764244A - X射线辐射器和x射线装置

Info

Publication number: CN113764244A
Application number: CN202110614473.0A
Authority: CN
Inventors: 安雅·弗里泰茨勒
Original assignee: Siemens Healthineers AG
Current assignee: Siemens Healthineers AG
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2021-06-02
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2041-06-02
Also published as: DE102020206939A1; DE102020206939B4; US20210383997A1; CN113764244B; US11443913B2

Abstract

本发明涉及X射线辐射器以及X射线装置。根据本发明的X射线辐射器具有可围绕旋转轴线旋转地支承的抽真空的X射线管壳体，其中X射线管壳体具有阳极和电子源，其中阳极在X射线管壳体内相对于X射线管壳体抗扭地设置，并且构成用于借助于照射到阳极的焦斑上的电子来生成X射线辐射，其中电子源在X射线管壳体内相对于旋转轴线基本上位置固定地支承，其特征在于，电子源具有用于发射电子的主发射器和至少一个副发射器，并且主发射器和/或至少一个副发射器的电子发射是可控制的，使得减少由于电子源的运动而产生的焦斑的空间运动。

Description

X射线辐射器和X射线装置

技术领域

本发明涉及X射线辐射器以及X射线装置。

背景技术

一些传统的X射线辐射器、尤其传统的旋转活塞X射线辐射器具有用于发射电子的中央电子源，所述中央电子源借助于沙漏形的X射线管壳体中的无接触的偏转装置例如四极(Quadrupol)朝向阳极定向。这种传统的设计方案引起，在阳极的焦斑区域中存在零场空间，并且电子典型地以相对平的角度射到阳极表面上。典型地由此导致，高份额的散射回的电子直接射到X射线管壳体的出射窗上并且产生出射窗的高的热负荷。此外，X射线束中的焦点外辐射通常提高。

从US 5,550,890 A中已知X射线源，所述X射线源具有：壳体，所述壳体形成真空壳体，其中壳体整体可围绕轴线旋转，其中壳体的一部分是阳极；机构，所述机构使壳体围绕轴线旋转；阴极机构，所述阴极机构安装在壳体内，用于产生电子并且将电子聚焦到远离轴线的阳极区域上；以及用于在壳体内保持阴极的磁场机构。在所述现有技术中，发射装置不是中央地设置，而是与阳极的焦斑相对置地分散地设置。然而，所述实施方式的缺点是，这种磁场机构由于机械支承而不能够防止一定的颠簸。因此，阴极机构通常具有运动，所述运动典型地直接在源自阴极机构的机械摇动的焦斑摇动中可察觉，由此通常降低X射线辐射的质量。

发明内容

本发明所基于的目的在于，提出了X射线辐射器和X射线装置，其中补偿电子源的机械运动。

所述目的通过实施例的特征来解决。有利的设计方案在说明书中描述。

根据本发明的X射线辐射器具有可围绕旋转轴线旋转地支承的抽真空的X射线管壳体，其中X射线管壳体具有阳极和电子源，其中阳极在X射线管壳体内相对于X射线管壳体抗扭地设置，并且构成用于借助于射到阳极的焦斑上的电子来生成X射线辐射，其中电子源在X射线管壳体内相对于旋转轴线基本上位置固定地支承，其特征在于，电子源具有用于发射电子的主发射器和至少一个副发射器，并且主发射器和/或至少一个副发射器的电子发射是可控制的，使得减少焦斑的由于电子源的运动产生的空间运动。

X射线辐射器尤其是有利的，因为焦斑的空间运动的减少以有利的方式补偿电子源的运动。通过减少焦斑的空间运动，在焦斑中生成的X射线辐射尤其是无颠簸的。由此，X射线辐射的质量可以以有利的方式提高。典型地，X射线辐射的质量与图像质量相关。

X射线辐射器的旋转轴线尤其是转轴。X射线辐射器的旋转轴线尤其是X射线管壳体的旋转轴线。

典型地，X射线辐射器具有X射线辐射器壳体，在X射线辐射器壳体中设置有X射线管壳体。X射线辐射器壳体可以具有位置固定的X射线辐射器出射窗、和/或液态或气态的冷却介质。X射线辐射器优选地构成用于临床的或生产的成像。临床的成像尤其包括医学成像。生产的成像尤其包括材料检查。

抽真空的X射线管壳体尤其包括内部空间，所述内部空间优选地具有高真空。在抽真空的X射线管壳体内，典型地，使所发射的电子从电子源朝向阳极加速。典型的加速电压处于40kV和150kV之间的范围中。X射线管壳体典型地具有金属和/或玻璃。

阳极典型地相对于旋转轴线旋转对称、和/或具有钨、金和/或钼。阳极原则上可以与冷却体连接。冷却体例如可以构成为X射线管壳体的一部分。冷却体可以形成阳极的后侧，而电子射在阳极的前侧上。冷却体例如可借助于X射线辐射器壳体的冷却介质冷却。冷却体例如可以通过如下方式冷却：尤其由于X射线辐射器壳体的旋转在冷却体的表面上发生热交换。电子典型地在X射线辐射器运行时射在阳极上。射到的电子典型地与阳极相互作用，使得生成X射线辐射。X射线辐射典型地在焦斑中生成。焦斑典型地是在阳极上旋转对称的焦点轨迹的一部分和/或相对于旋转轴线分散。分散尤其意味着与参考点例如旋转轴线相距大于0的半径或距离。焦斑典型地是时间可变的和/或相对于可在运行中旋转的焦点轨迹是位置可变的。阳极例如借助于紧固机构尤其螺栓和/或焊点抗扭地设置在X射线管壳体内。阳极典型地随着X射线管壳体一起旋转。阳极和X射线管壳体尤其可以形成结构上固定地彼此连接的单元。

电子源尤其相对于焦斑设置，使得所发射的电子优选地在不具有偏转单元的情况下射在焦斑中。电子源在X射线管壳体内尤其相对于X射线辐射器壳体基本上位置固定地支承。电子源在X射线管壳体内相对于旋转轴线和/或相对于X射线辐射器壳体支承，使得在X射线辐射器运行期间，电子源不随着阳极和X射线管壳体相对于X射线辐射器壳体旋转。随着阳极和X射线管壳体的旋转例如反作用于固定单元。固定单元尤其是磁性固定单元。电子源在X射线管壳体内相对于旋转轴线基本上位置固定地抵靠在运行中旋转的X射线管壳体支承，例如借助于固定单元支承。由于电子源设置在可旋转地支承的和在运行中旋转的X射线管壳体内，电子源优选地与X射线管壳体的旋转解耦。例如，电子源相对于旋转的X射线管壳体可旋转地支承，使得电子源相对于旋转轴线基本上位置固定，由此优选地，电子源与X射线管壳体的旋转解耦。可旋转的支承可以包括，电子源具有相对于旋转轴线的中央悬挂并且主发射器和至少一个副发射器相对于旋转轴线分散地设置，尤其在位置上相对于相对于旋转轴线分散的焦斑分散地设置。

电子源、尤其主发射器和至少一个副发射器典型地构成为，使得以对焦斑的几何形状、位置和/或强度进行预估的方式发射电子。电子尤其聚焦地和/或定向地发射，优选地如对于焦斑预设地发射。因此，以有利的方式，为此在X射线辐射器中没有设置偏转或聚焦单元。X射线辐射器典型地构成为，使得主发射器与至少一个副发射器相比通常更长时间地运行。例如，主发射器可以直接相对于焦斑设置，而副发射器在主发射器旁边，尤其在

、z或r方向上相对于旋转轴线错开地设置。主发射器与至少一个副发射器之间的距离优选地是0。替选地，主发射器和至少一个副发射器以有利的方式彼此邻接。

主发射器和/或至少一个副发射器的电子发射尤其借助于X射线辐射器尤其电子源的结构上的设计方案是可控制的。结构上的设计方案尤其包括硬件控制，优选地不具有软件控制。典型地在安装和/或制造X射线辐射器时、然而在临床地或生产地使用X射线辐射器之前实现X射线辐射器的结构上的设计方案。结构上的设计方案尤其可以包括X射线辐射器的电相互作用和/或电磁相互作用的单元相对于彼此尤其电子源相对于X射线辐射器壳体的电接线和/或设置。典型地根据控制信号基于结构上的设计方案实现主发射器和/或至少一个副发射器的电子发射。结构上的设计方案可以以基于阈值的方式或以二进制的方式和/或在不具有实际在X射线辐射器运行中所发射的X射线辐射的反馈的方式来触发控制信号。二进制的触发例如取决于是否在电接线中制造一定的电接触。基于阈值的触发尤其取决于X射线辐射器的单元相对于彼此的电磁相互作用多强。电接线尤其是有接触的。电磁相互作用尤其是无接触的。

以下描述的滑动连接和接近传感器的实施方式尤其用作具有电接线的变型方案或具有电磁相互作用的变型方案的实例。

主发射器和/或至少一个副发射器的电子发射的可控制性尤其包括尤其根据控制信号来单独开关例如接通或关断主发射器或至少一个副发射器。可以阶段式进行接通，以便可以调节电子流的强度。单独开关尤其包括在主发射器被接通的时刻接通或关断至少一个副发射器。替选地或附加地，单独开关尤其包括在至少一个副发射器被接通的另一时刻接通或关断主发射器。

在X射线辐射器运行中，X射线管壳体典型地旋转，与此同时，尤其X射线辐射器壳体是位置固定的并且电子源基本上是位置固定的。“电子源基本上是位置固定的”尤其表示，电子源具有在X射线辐射器运行中的典型地在结构上和/或机械地引起的运动。在结构上和/或机械地引起的运动可以是摇动、振动和/或惯性运动，和/或典型地在X射线辐射器运行中出现。在X射线辐射器运行中出现的电子源运动典型地是不期望的。焦斑和/或电子源的空间运动尤其在所有空间方向上是可行的。在X射线辐射器运行中的在结构上和/或机械地引起的电子源运动以传统的方式传递给焦斑。就此而言，焦斑的空间运动尤其由于电子源的运动产生，因为焦斑典型地直接取决于由电子源发射的电子的几何形状、位置和/或强度。X射线辐射、尤其X射线辐射的质量典型地直接取决于焦斑的几何形状、位置和/或强度。

在X射线辐射器运行中，尽管存在典型地在结构上和/或机械地引起的运动，电子源优选地在X射线管壳体内相对于旋转轴线基本上位置固定地支承。电子发射的可控制性以有利的方式能够实现减少焦斑的由于电子源的运动产生的空间运动。主发射器和/或至少一个副发射器的电子发射优选地是可控制的，使得减少焦斑的由于电子源的运动尤其摇动、振动和/或惯性运动产生的空间运动。电子发射尤其是可控制的，使得电子抵抗电子源的运动尤其摇动、振动和/或惯性运动来发射。主发射器和/或至少一个副发射器尤其构成为，使得电子抵抗电子源的运动尤其摇动、振动和/或惯性运动来发射。电子发射尤其反作用于电子源的运动，电子发射优选地至少部分地补偿电子源的运动，其中减少焦斑的空间运动。减少尤其对应于至少部分的补偿。通过减少焦斑的运动优选地使焦斑稳定。

一个实施方式提出，主发射器和/或副发射器是螺旋发射器、平面发射器和/或场效应发射器。所述实施方式尤其是有利的，因为不同类型的发射器被组合。与螺旋发射器和/或平面发射器相比，场效应发射器的电子发射一般典型地更快地可接通或可关断。因此，场效应发射器对于更快减少焦斑的空间运动是有利的。根据相应的发射器的实施方式，与在场效应发射器的情况下相比，螺旋发射器和/或平面发射器的运行持续时间和/或电子流密度可以更高。

一个实施方式提出，主发射器是螺旋发射器或平面发射器，并且其中副发射器是场效应发射器。所述实施方式尤其是有利的，因为场效应发射器的比较高的开关速度与螺旋发射器和/或平面发射器的比较高的运行持续时间和/或电子流密度被组合。

一个实施方式提出，电子源具有分段的场效应发射器，其中分段的场效应发射器的第一部段形成主发射器，而分段的场效应发射器的第二部段形成至少一个副发射器。场效应发射器典型地基于硅或碳。与螺旋发射器和/或平面发射器相比，硅场效应发射器以有利的方式具有类似的或更高的运行持续时间和/或电子流密度。场效应发射器通常具有用于发射电子的多个场效应发射器针。原则上可考虑，分段的场效应发射器的每个部段具有仅仅一个单独的场效应发射器针。典型地，分段的场效应发射器的第一部段和/或第二部段具有的场效应发射器针至少多到使得可以以大于等于0.1A/cm^2、优选地大于等于1A/cm^2、特别有利地大于等于10A/cm^2的电子流密度在至少1h、优选地100h、特别有利地10000h的运行持续时间上实现射线辐射器的运行。分段的场效应发射器可以是封闭的结构单元，所述封闭的结构单元例如可作为整体安装到电子源上。分段的场效应发射器的分段化可以根据笛卡尔坐标系或极坐标系构成。分段的场效应发射器的分段化可以借助于场效应发射器的例如电的不可逆的物理的接线已经实现，或借助于场效应发射器的优选地在场效应发射器的运行持续时间期间可变的逻辑的接线已经实现或实现。场效应发射器例如可以具有两个层，即带有场效应发射器针的第一层以及带有物理的或逻辑的接线的第二层，其中接线预设分段化。第一部段的场效应发射器针的延展范围和/或数量可以与第二部段的场效应发射器针的延展范围和/或数量区分。典型地，主发射器与至少一个副发射器相比具有更多的场效应发射器针。

一个实施方式提出，除了主发射器和至少一个副发射器之外，电子源还具有另外的副发射器，其中另外的副发射器相对于主发射器和相对于至少一个副发射器正交地错开地设置。典型地，另外的发射器和至少一个副发射器是相同类型的，优选地是场效应发射器。所述实施方式尤其是有利的，因为可以通过电子发射在三个方向

、z、r中的多于一个方向上、例如两个方向上相对于旋转轴线的可控制性来减少焦斑的空间运动。所述实施方式特别有利地与先前实施方式组合，其中电子源具有分段的场效应发射器，其中分段的场效应发射器的第一部段形成主发射器，而分段的场效应发射器的第二部段形成至少一个副发射器。

一个实施方式提出，X射线辐射器还具有接近传感器，其中主发射器和/或至少一个副发射器的电子发射根据接近传感器的控制信号是可控制的，使得减少焦斑的由于电子源的运动产生的空间运动。接近传感器尤其可以提供用于控制主发射器和至少一个副发射器的电子发射的基于阈值的控制信号。所述实施方式的一个优点尤其是，电子发射是以无接触的方式可控制的。

一个实施方式提出，X射线辐射器还具有位置固定的第一滑动触点与在电子源上设置的第二滑动触点之间的滑动连接，其中主发射器和/或至少一个副发射器的电子发射根据滑动连接的接触是可控制的，使得减少焦斑的由于电子源的运动产生的空间运动。尤其可以借助于滑道和滑动头尤其滑动刷实现滑动接触。滑动连接可以以有利的方式提供用于控制主发射器和至少一个副发射器的电子发射的二进制控制信号。与先前基于阈值的实施方案相比，滑动连接尤其提供优点，因为控制信号更简单。

一个实施方式提出，电子源借助于无接触的固定单元在X射线管壳体内相对于旋转轴线基本上位置固定地支承。所述实施方式尤其是有利的，因为固定单元可以穿透X射线管壳体以无接触的方式作用。无接触的尤其磁性的固定单元具有至少一个位置固定的固定发送器(Fixierungsgeber)、例如磁体，以及相对于固定发送器可运动的固定接收器(Fixierungsnehmer)、例如另外的磁体。固定发送器例如在X射线辐射器壳体中位置固定地设置。固定接收器典型地设置在电子源上，尤其至少刚性地与电子源连接。可考虑，固定接收器设置在电子源的中央的或分散的区域中。固定接收器可以典型地至少不完全禁止或补偿焦斑的运动尤其摇动、振动和/或惯性运动，由此电子源典型地仅仅基本上是位置固定的。

根据本发明的X射线装置包括X射线辐射器和X射线探测器。X射线装置尤其构成用于临床的或生产的成像。X射线探测器构成用于检测通过主体(Subjekt)或对象(Objekt)减弱的X射线辐射。检测到的X射线辐射可以用于图像的重建。X射线装置尤其可以是计算机断层扫描系统、C型臂血管造影系统、常规的X射线系统和/或X射线辐射支持的材料检查系统的一部分。

附图说明

在下文中根据在附图中示出的实施例详细描述和阐述本发明。原则上，已知在后续的附图描述中基本上相同的结构和单元，所述结构和单元具有与在相应的结构或单元首次出现时相同的附图标记。

附图示出：

图1示出X射线辐射器，

图2示出主发射器和至少一个副发射器，

图3示出分段的场效应发射器，

图4A和图4B示出另外的发射器装置，

图5示出在另外的实施方案中的X射线辐射器，以及

图6示出在附加的实施方案中的X射线辐射器。

具体实施方式

图1示出X射线辐射器10沿着旋转轴线R的横截面。旋转轴线R平行于z轴。X射线辐射器10具有可围绕旋转轴线R旋转地支承的抽真空的X射线管壳体11以及X射线辐射器壳体19。X射线管壳体11具有阳极12和电子源13。阳极12构成为截锥体形。阳极12在X射线管壳体11内相对于X射线管壳体11抗扭地设置。阳极12形成X射线管壳体11的盖的至少一部分，X射线管壳体11至少部分地是柱形。阳极12构成用于借助于射到阳极12的焦斑14上的电子来生成X射线辐射。焦斑14是焦点轨迹18的一部分。X射线管壳体11在阳极12的区域中具有环形的X射线管出射窗17。X射线辐射器壳体19在焦斑14的区域中具有位置固定的X射线辐射器出射窗20。电子源13在X射线管壳体11内相对于旋转轴线R基本上位置固定地支承。在X射线辐射器10运行中，X射线管壳体11在X射线辐射器壳体19内围绕旋转轴线R旋转。电子源13具有用于发射电子的主发射器15和至少一个副发射器16。电子源13相对于焦斑14分散地以与旋转轴线R大于0的距离设置。电子陡峭地射在焦斑上。

由于X射线管壳体11的旋转，在运行中，摇动、振动或惯性运动可以作用于电子源13，由此使电子源运动。由此，以传统的方式直接影响焦斑14，例如同样使其运动。主发射器15和/或至少一个副发射器16的电子发射是可控制的，使得减少焦斑14的由于电子源13的运动产生的空间运动。

图2示出主发射器15和至少一个副发射器16的俯视图。主发射器15和/或至少一个副发射器16是螺旋发射器、平面发射器和/或场效应发射器。在另一替选的实施方式中，主发射器15是螺旋发射器或平面发射器，而至少一个副发射器16是场效应发射器。

图3示出分段的场效应发射器21的俯视图。电子源13具有分段的场效应发射器21。分段的场效应发射器21的第一部段22形成主发射器15。分段的场效应发射器21的第二部段23形成至少一个副发射器16。分段的场效应发射器21的分段化根据笛卡尔坐标系构成。

在一个替选的未示出的实施方式中，分段的场效应发射器21的分段化根据极坐标系构成。在这种情况下，第一部段22例如是圆环形，而第二部段23是圆弧形。

图4A和图4B示出在图2和图3中示出的发射器装置的有利的改进方案，其中图4A和图4B的实施例明确彼此兼容并且可组合。除了主发射器15和至少一个副发射器16之外，电子源13还具有另外的副发射器24。在图4A中，另外的副发射器24相对于主发射器15和相对于至少一个副发射器16正交地错开地设置。在图4B中，主发射器15设置在另外的副发射器24与至少一个副发射器16之间。

图5示出在图1中示出的实施例的改进方案。电子源13借助于无接触的固定单元25在X射线管壳体11内相对于旋转轴线R基本上位置固定地支承。在无接触的固定单元25的区域中，X射线管壳体11对于电磁场可穿透。电子源13借助于旋转轴线R处的阴极保持装置26基本上位置固定地悬挂或支承。无接触的固定单元25具有固定发送器27和固定接收器28。固定发送器27和固定接收器28是磁性的，并且构成为使得电子源13在X射线管壳体11内相对于旋转轴线R基本上位置固定地支承。在所述实施例中，无接触的固定单元25附加地和可选地具有另外的固定发送器29和另外的固定接收器30。另外的固定发送器29和另外的固定接收器30以及固定发送器27和固定接收器28可以以成对的方式单独或组合地在X射线管壳体11内相对于旋转轴线R基本上位置固定地保持或支承电子源13。

图6示出另一实施例。X射线辐射器10还具有接近传感器31。主发射器15和/或至少一个副发射器16的电子发射根据接近传感器31的控制信号是可控制的，使得减少焦斑14的由于电子源13的运动产生的空间运动。接近传感器31典型地具有用于主发射器15的第一传感器以及用于至少一个副发射器16的第二传感器。接近传感器31、尤其第一传感器和第二传感器构成为，使得可以根据第一传感器或第二传感器相对于在X射线管壳体11外的位置固定的参考点的距离来触发控制信号。在所述实施例中，位置固定的参考点是X射线辐射器出射窗20。替选地或附加地，位置固定的参考点可以是在X射线辐射器壳体19处位置固定地设置的磁体。如果第一传感器确定到小于主发射器15与位置固定的参考点之间的阈值的距离，则触发用于接通主发射器15的控制信号。如果第二传感器确定到小于至少一个副发射器16与位置固定的参考点之间的阈值的距离，则触发用于接通至少一个副发射器16的控制信号。由此可以减少焦斑的运动。

尽管已详细通过优选的实施例详细图解和描述本发明，然而本发明不受公开的实例限制和本领域技术人员能够从中推导出其他变型方案，而不脱离本发明的保护范围。

Claims

1.一种X射线辐射器(10)，其具有：

能围绕旋转轴线(R)旋转地支承的抽真空的X射线管壳体(11)，其中所述X射线管壳体(11)具有阳极(12)和电子源(13)，其中所述阳极(12)在所述X射线管壳体(11)内相对于所述X射线管壳体(11)抗扭地设置，并且构成用于借助于射到所述阳极(12)的焦斑(14)上的电子来生成X射线辐射，其中所述电子源(13)在所述X射线管壳体(11)内相对于所述旋转轴线(R)基本上位置固定地支承，

其特征在于，

所述电子源(13)具有用于发射电子的主发射器(15)和至少一个副发射器(16)，并且所述主发射器(15)和/或所述至少一个副发射器(16)的电子发射是可控制的，使得减少由于所述电子源(13)的运动而产生的所述焦斑(14)的空间运动。

2.根据权利要求1所述的X射线辐射器(10)，其中所述主发射器(15)和/或所述至少一个副发射器(16)是螺旋发射器、平面发射器和/或场效应发射器。

3.根据权利要求2所述的X射线辐射器(10)，其中所述主发射器(15)是螺旋发射器或平面发射器，并且其中所述至少一个副发射器(16)是场效应发射器。

4.根据权利要求1所述的X射线辐射器(10)，其中所述电子源(13)具有分段的场效应发射器(21)，其中所述分段的场效应发射器(21)的第一部段(22)形成所述主发射器(15)，而所述分段的场效应发射器(21)的第二部段(23)形成所述至少一个副发射器(16)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的X射线辐射器(10)，其中除了所述主发射器(15)和所述至少一个副发射器(16)之外，所述电子源(13)还具有另外的副发射器(24)，其中所述另外的副发射器(24)相对于所述主发射器(15)和相对于所述至少一个副发射器(16)正交地错开地设置。

6.根据上述权利要求中任一项所述的X射线辐射器(10)，其还具有接近传感器(31)，其中所述主发射器(15)和/或所述至少一个副发射器(16)的电子发射根据所述接近传感器(31)的控制信号是可控制的，使得减少所述焦斑(14)的由于所述电子源(13)的运动产生的空间运动。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的X射线辐射器(10)，其还具有位置固定的第一滑动触点与在所述电子源(13)上设置的第二滑动触点之间的滑动连接，其中所述主发射器(15)和/或所述至少一个副发射器(16)的电子发射根据所述滑动连接的接触是可控制的，使得减少由于所述电子源(13)的运动而产生的所述焦斑(14)的空间运动。

8.根据上述权利要求中任一项所述的X射线辐射器(10)，其中所述电子源(13)借助于无接触的固定单元(25)在所述X射线管壳体(11)内相对于所述旋转轴线(R)基本上位置固定地支承。

9.一种X射线装置，其包括：

-根据上述权利要求中任一项所述的X射线辐射器(10)，以及

-X射线探测器。