CN114303221A - X射线产生装置以及x射线摄像装置 - Google Patents
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Abstract
X射线产生装置具备X射线产生管、电压供给部、收纳容器和绝缘构件，所述X射线产生管具有阴极以及阳极，所述阴极包含沿第1方向发射电子的电子发射部，所述阳极包含通过与自所述电子发射部放射的电子碰撞而产生X射线的靶，所述电压供给部借助导电线向所述X射线产生管供给电压，所述收纳容器具有第1部分、第2部分以及连结部，所述第1部分形成用于收纳所述电压供给部的第1空间，所述第2部分形成第2空间，所述第2空间收纳所述X射线产生管，并且与所述第1方向正交的第2方向上的宽度比所述第1空间小，所述连结部以形成使所述第1空间与所述第2空间连通而成的内部空间的方式使所述第1部分以及所述第2部分相互连结，所述连结部具有朝向所述内部空间变尖的凸部，所述绝缘构件以环绕所述导电线以及所述阴极中的至少一者的至少一部分的方式配置于所述内部空间。所述绝缘构件配置为将所述导电线与所述凸部之间的至少最短路径阻断，所述绝缘构件配置为具有使至少两个构件利用粘接材料结合而成的构造，将所述粘接材料与所述导电线之间的直线路径以及所述粘接材料与所述阴极之间的直线路径阻断。
Description
技术领域
本发明涉及X射线产生装置以及X射线摄像装置。
背景技术
形成在靶(日文：ターゲット)上的X射线产生部与被检体的距离越近，X射线透射像的放大率越可能增加。那么，已知如下的X射线产生装置：为了即使在被检体位于里侧的位置的情况下也获得充分的放大率，在收纳容器的主体部设置有自主体部细长地突出的突出部，在该突出部的末端安装有X射线产生部。在专利文献1中记载了这种X射线产生装置。
在专利文献1中记载了一种具备X射线产生管和收纳X射线产生管的收纳容器的X射线产生装置。X射线产生管具备：阳极；具有电子发射源的阴极；和在阳极与阴极之间形成真空空间的绝缘管，阳极与收纳容器电连接。收纳容器具有后方收纳部、凸缘部和突出部，上述凸缘部从自后方收纳部相连的部分朝向X射线产生管的绝缘管靠近并包围绝缘管，上述突出部自凸缘部突出，在突出部固定有X射线产生管的阳极。在突出部与凸缘部之间形成有环状弯曲部。在X射线产生管的阴极与环状弯曲部之间配置有保护构件。保护构件是使L字形的截面旋转而得到的环状构件。
例如可以通过制作多个构件并利用粘接材料使这些构件结合来制造专利文献1的上述那样的环状构件。但是，通过由本申请人进行的实验而清楚了如下的问题：当在X射线产生装置中使用了以那样的方法制造出的环状构件的情况下可能发生将粘接材料贯穿的那样的放电。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-73625号公报
发明内容
本发明提供一种X射线产生装置，该X射线产生装置具有有利于对由粘接材料发生放电进行抑制的构造。
本发明的一技术方案涉及一种X射线产生装置，所述X射线产生装置具备X射线产生管、电压供给部、收纳容器和绝缘构件，所述X射线产生管具有阴极以及阳极，所述阴极包含沿第1方向发射电子的电子发射部，所述阳极包含通过与自所述电子发射部放射的电子碰撞而产生X射线的靶，所述电压供给部借助导电线向所述X射线产生管供给电压，所述收纳容器具有第1部分、第2部分以及连结部，所述第1部分形成用于收纳所述电压供给部的第1空间，所述第2部分形成第2空间，所述第2空间收纳所述X射线产生管，并且与所述第1方向正交的第2方向上的宽度比所述第1空间小，所述连结部以形成使所述第1空间与所述第2空间连通而成的内部空间的方式使所述第1部分以及所述第2部分相互连结，所述连结部具有朝向所述内部空间变尖的凸部，所述绝缘构件以环绕所述导电线以及所述阴极中的至少一者的至少一部分的方式配置于所述内部空间，所述绝缘构件配置为将所述导电线与所述凸部之间的至少最短路径阻断，所述绝缘构件配置为具有使至少两个构件利用粘接材料结合而成的构造，将所述粘接材料与所述导电线之间的直线路径以及所述粘接材料与所述阴极之间的直线路径阻断。
附图说明
图1是表示第1实施方式的X射线产生装置的结构的图。
图2是表示第2实施方式的X射线产生装置的结构的图。
图3是表示能应用于第1或第2实施方式的X射线产生装置的绝缘构件的第1变形例的图。
图4是表示能应用于第1或第2实施方式的X射线产生装置的绝缘构件的第2变形例的图。
图5是表示能应用于第1或第2实施方式的X射线产生装置的绝缘构件的第3变形例的图。
图6是表示一实施方式的X射线摄像装置的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明实施方式。另外，以下的实施方式并不限定权利要求书的技术方案。虽然在实施方式中记载了多个特征，但该多个特征不一定是发明所必须的，另外，多个特征也可以任意地组合。此外，在附图中，对同一结构或同样的结构标注同一附图标记，省略重复的说明。
在图1中示意地表示第1实施方式的X射线产生装置100的结构。X射线产生装置100可以具备X射线产生管102、电压供给部110、收纳容器130、绝缘性液体108和绝缘构件120。X射线产生管102可以具有阴极104以及阳极103，上述阴极104包含沿作为管轴方向的第1方向(Z方向)发射电子的电子发射部23，上述阳极103包含通过与自电子发射部23放射出的电子碰撞而产生X射线的靶1。电压供给部110借助导电线109向X射线产生管102、更详细而言向阴极104供给电压。导电线109可以包含导电性构件和覆盖该导电性构件的绝缘材料，但也可以不具有该绝缘材料。
收纳容器130可以包含第1部分131、第2部分132以及连结部133。第1部分131可以收纳电压供给部110。第2部分132可以收纳X射线产生管102。连结部133可以以形成使第1部分131的内侧的第1空间SP1与第2部分132的内侧的第2空间SP2连通而成的内部空间ISP的方式，使第1部分131以及第2部分132相互连结。第2部分132的与第1方向(Z方向)正交的第2方向(Y方向)上的宽度，比第1部分131小。另外，第2空间SP2的与第1方向(Z方向)正交的第2方向(Y方向)上的宽度，比第1空间SP1小。连结部133可以具有朝向收纳容器130的内部空间ISP变尖的凸部135。第2部分132例如可以具有圆筒形状等管形。在凸部135的截面(例如图1那样的剖视图)上，凸部135既可以具有90度的内角，也可以具有锐角的内角，还可以具有钝角的内角。在第1方向(Z方向)上，X射线产生管102的阴极104可以位于连结部133的凸部135与X射线产生管102的阳极103之间。在图1所示的例子中，第2部分132的第1方向(Z方向)上的长度，比X射线产生管102长。
绝缘性液体108可以以与阴极104接触并环绕导电线109的方式填充于收纳容器130的内部空间ISP。绝缘构件120可以以环绕导电线109以及阴极104中的至少一者的至少一部分的方式配置于收纳容器130的内部空间ISP。
绝缘构件120例如可以以环绕导电线109的至少一部分的方式配置于收纳容器130的内部空间ISP。绝缘构件120可以配置为将导电线109与连结部133的凸部135之间的至少最短路径阻断。绝缘构件120可以在电压供给部110与阴极104之间的导电线109的整条路径上将导电线109与连结部133的凸部135之间的直线路径阻断。另外，绝缘构件120可以配置为将阴极构件21与连结部133的凸部135之间的直线路径阻断。
绝缘构件120例如可以配置为环绕阴极104的至少一部分例如阴极构件21。阴极104的至少一部分例如阴极构件21可以配置为隔着绝缘性液体108与绝缘构件120面对。在与第1方向(Z方向)正交的某一平面(上的剖视图)上，阴极104的至少一部分例如阴极构件21可以配置为隔着绝缘性液体108与绝缘构件120面对。在该平面(上的剖视图)上，绝缘构件120可以隔着绝缘性液体108与第2部分132面对。绝缘构件120只要是绝缘性的固体即可，可以应用陶瓷、玻璃材料和环氧玻璃层压板等树脂材料等。绝缘构件120优选在25℃下的体积电阻率具有1×105Ωm以上的绝缘性。
收纳于第2部分132的X射线产生管102的靶1可以位于第2部分132的末端部(图1中下端部)。靶1是产生X射线的X射线产生部位，因此上述那样的结构有利于使X射线产生部位靠近被检体，即，提高拍摄时的放大率。
X射线产生管102可以是穿透型X射线产生管。X射线产生管102可以包含阳极103、阴极104以及绝缘管4。阳极103、阴极构件21以及绝缘管4构成真空气密容器。绝缘管4具有管形例如圆筒形状，使阳极103与阴极104相互绝缘并且连接。阳极103可以包含靶1和阳极构件2。靶1可以包含靶层1a和支承靶层1a的支承窗1b。阳极构件2可以具有环形。阳极构件2支承靶1。阳极构件2可以与靶层1a电连接。阳极构件2与支承窗1b例如可以利用钎料而结合。在图1所示的例子中，靶1和第2部分132的末端部配置在同一平面上。但是，靶1只要是与第2部分132相同的电位(即，接地)即可，也可以配置为自第2部分132的末端部向外侧突出，也可以配置为自第2部分132的末端部凹陷。靶1位于第2部分132的末端部的形态也可以包含这样的形态。
靶层1a例如含有钨或钽等重金属，通过对靶层1a照射电子而产生X射线。可以根据帮助产生X射线的电子透入长度与所产生的X射线穿透支承窗1b时的自衰减量的平衡，决定靶层1a的厚度。靶层1a的厚度例如可以在1μm～数十μm的范围内。
支承窗1b具有供在靶层1a产生的X射线穿透并向X射线产生管102之外发射的功能。支承窗1b可以由供X射线穿透的材料例如铍、铝、氮化硅或碳的同素异形体等构成。支承窗1b例如可以由导热性高的金刚石构成，以便有效地向阳极构件2传递靶层1a的发热。
绝缘管4可以由具备真空气密性和绝缘性的氧化铝或氧化锆等陶瓷材料、碱石灰或石英等玻璃材料构成。在减少与绝缘管4之间的热应力的观点上，阴极构件21以及阳极构件2可以由具有接近绝缘管4的线膨胀系数αi(ppm/℃)的线膨胀系数αc(ppm/℃)、αa(ppm/℃)的材料构成。阴极构件21以及阳极构件2例如可以由科伐铁镍钴合金或蒙乃尔合金等合金构成。
阴极104可以包含电子发射部23、阴极构件21和相对于阴极构件21固定电子发射部23的固定部22。电子发射部23例如可以借助钎料与阴极构件21相连接，也可以通过激光焊接等与阴极构件21热熔接，也可以利用其他的方法与阴极构件21电连接。电子发射部23可以包含浸渍型热电子源、灯丝型热电子源或冷阴极电子源等电子源。电子发射部23可以包含拉出式栅极电极和会聚透镜电极等规定静电场的未图示的静电透镜电极。固定部22可以具有供与电子源和静电透镜电极电连接的导电线109经过的管形。导电线109可以包含相互绝缘的多个导电构件。
X射线产生装置100可以构成为使阳极103接地的阳极接地方式。在阳极接地方式中，阳极103可以与收纳容器130电连接。收纳容器130可以与接地端子105电连接。阴极104可以借助导电线109与电压供给部110电连接。
电压供给部110可以包含电源电路111和驱动电路112，该驱动电路112接受自电源电路111借助电源线107供给的电力，借助导电线109驱动X射线产生管102。驱动电路112可以借助电源线107、电源电路111以及接地线106与收纳容器130电连接。驱动电路112可以通过控制向电子源、拉出式栅极电极和会聚透镜电极等供给的电压，控制来自电子源的发射电子量、电子束直径。电源电路111的正极端子借助接地线106以及收纳容器130接地，电源电路111的负极端子借助电源线107与驱动电路112连接，向驱动电路112供给负的电压。例如可以自配置于收纳容器130的外部的未图示的控制部借助光缆等缆线将控制信号供给到驱动电路112。
构成收纳容器130的第1部分131、第2部分132以及连结部133可以由具有导电性的材料构成，并相互电连接且接地。这样的结构有利于确保电气安全性。第1部分131、第2部分132以及连结部133可以由金属材料构成。绝缘性液体108可以真空填充于收纳容器130。其理由是：当在绝缘性液体108中存在气泡时，形成相比周围的绝缘性液体108局部为低介电常数的区域，这可能成为放电的主要原因。
绝缘性液体108也具有对X射线产生管102与收纳容器130之间的放电以及电压供给部110(电源电路111和驱动电路112)与收纳容器130之间的放电进行抑制的功能。作为绝缘性液体108，可以使用在X射线产生装置100的动作温度范围内的耐热性、流动性和绝缘性优异的液体，例如硅油和氟化乙烯树脂类油等化学合成油、矿物油等。
X射线产生管102可以与设置于收纳容器130的第2部分132的末端部(图1中下端部)的开口部接合，从而固定于第2部分132。可以利用绝缘性液体108将X射线产生管102与第2部分132的内侧面之间填满。电源电路111以及驱动电路112可以利用未图示的固定构件固定于收纳容器130的第1部分131。电源电路111以及驱动电路112可以被绝缘性液体108环绕。导电线109可以被绝缘性液体108环绕。
收纳容器130的连结部133例如具有沿与第1方向(Z方向)正交的方向扩宽的板部，该板部具有供导电线109经过的开口OP。该板部可以与支承X射线产生装置100的结构体(例如壳体)的安装面抵接。或者，该板部可以嵌入于支承X射线产生装置100的结构体的开口部。在收纳容器130中，该板部的开口OP的侧表面和第2部分132的内侧侧面可以构成不具有台阶的连续的面。在一例中，开口OP可以是圆形开口，第2部分132的内侧侧面可以是圆筒面。凸部135可以由开口OP的端部构成。
绝缘构件120可以构成为：具有使至少两个构件(121、122)利用粘接材料123结合而成的构造，将粘接材料123与导电线109之间的直线路径以及粘接材料123与阴极104之间的直线路径阻断。通过这样地构成，能够借助粘接材料123抑制在导电线109与凸部135之间发生放电。或者，绝缘构件120可以构成为：将使构成绝缘构件120的至少两个构件(121、122)结合的粘接材料123，与阴极104的至少一部分例如阴极构件21之间的直线路径阻断。通过这样地构成，能够借助粘接材料123抑制在阴极104与凸部135之间发生放电。
在具体的一结构例中，绝缘构件120可以包含筒形部121和自筒形部121向外侧延伸的凸缘部122来作为至少两个构件。在一例中，筒形部121能够包含圆筒形部，凸缘部122能够包含环形部。绝缘构件120可以具有使筒形部121与凸缘部122利用粘接材料123结合(粘接)而成的构造。凸缘部122例如可以沿连结部133的板部延伸。更具体而言，凸缘部122例如可以与连结部133的板部平行地配置。粘接材料123只要是至少固化后的状态为绝缘性的固体即可，例如可以是环氧树脂或酚醛树脂。凸缘部122能够具有通孔，筒形部121的一部分可以位于该通孔中。
在第1实施方式中，可以在凸缘部122的该通孔的内表面与筒形部121的外表面的面对该内表面的区域之间配置有粘接材料123。换言之，在粘接材料123与导电线109之间以及粘接材料123与阴极构件21之间配置有筒形部121。通过这样地构成，能抑制借助粘接材料123在导电线109与凸部135之间的放电以及在阴极104与凸部135之间发生放电。
筒形部121可以配置为环绕X射线产生管102的绝缘管4的至少一部分。在此，筒形部121可以配置为环绕整个绝缘管4，也可以配置为只环绕绝缘管4的一部分。凸缘部122可以配置为凸缘部122的全部或一部分与连结部133接触。另外，凸缘部122也可以配置为凸缘部122的全部或一部分与第2部分132接触。
X射线产生管102的阴极104可以是整体配置于第2空间SP2。在另一观点上，X射线产生管102的阴极104可以配置在X射线产生管102的阳极103与连结部133的开口OP之间。进一步在另一观点上，X射线产生管102的阴极104的侧部整体配置为被第2部分132环绕。
连结凸部135与导电线109的两个端部中的位于电压供给部110(驱动电路112)侧的端部的假想的直线(或锥面)可以与绝缘构件120交叉。连结凸部135与导电线109的两个端部中的位于阴极104侧的端部的假想的直线(或锥面)可以与绝缘构件120交叉。连结凸部135与导电线109的两个端部间的所有位置的假想的直线可以与绝缘构件120交叉。连结凸部135与电压供给部110的假想的直线可以与绝缘构件120交叉。在物理空间上，驱动电路112可以配置在电源电路111与阴极104之间，连结凸部135与驱动电路112的假想的直线可以与绝缘构件120交叉。
通过以阻断导电线109与连结部133的凸部135之间的直线路径的方式配置绝缘构件120，解决这样的不稳定的动作。作为其他的解决方法，有通过使规定凸部135的开口OP的尺寸增大来增大凸部135与导电线109的距离的方法，但这样的方法会导致X射线产生装置100的大型化，因此不理想。
以下，参照图2说明第2实施方式的X射线产生装置100。作为第2实施方式的X射线产生装置100没有提及的事项可以依照第1实施方式。在第2实施方式中具有以下构造：在作为X射线产生管102的管轴方向的第1方向(Z方向)上，凸部135配置在阴极104与阳极103之间。在图2所示的例子中，第2部分132的第1方向(Z方向)上的长度，比X射线产生管102短。
在图3、图4和图5中表示第1实施方式的X射线产生装置100的绝缘构件120的第1、第2和第3变形例。图3～图5所示的绝缘构件120的第1、第2和第3变形例也可以应用于第2实施方式。
在第1和第2实施方式中，可以在凸缘部122的通孔的内表面与筒形部121的外表面的面对该内表面的区域之间配置有粘接材料123。另一方面，在第1、第2和第3变形例中，可以在凸缘部122的沿放射方向(第2方向)延伸的面与筒形部121的外表面的面对该面的区域之间配置有粘接材料123。在第1、第2和第3变形例那样的结构中，隔着粘接材料123将凸缘部122更强地压靠于筒形部121是容易的，因此例如有利于使可能被带入到粘接材料123中的气泡消失。这可以使绝缘性能提高。此外，通过更强地压靠两个构件121、122，能使粘接材料123的厚度(第1方向的尺寸)更小，并且能使粘接材料123的宽度(第2方向的尺寸)更大，因此也能使绝缘性能更高。
具体而言，在第1、第2和第3变形例中，筒形部121可以包含第1部1211和第2部1212，上述第1部1211在第2方向(例如X方向或Y方向)上的尺寸(外径)比凸缘部122在该第2方向上的通孔的尺寸(孔径)大，上述第2部1212自第1部1211沿第1方向(例如Z方向)延伸，并且在第2方向上的尺寸(外径)比凸缘部122在第2方向上的通孔的尺寸(孔径)小。利用第1部1211和第2部1212在筒形部121的外周面形成台阶面SS，在台阶面SS与凸缘部122的面对台阶面SS的粘接区域之间配置有粘接材料123。台阶面SS在筒形部121的外表面沿放射方向(第2方向)延伸。
在图3所示的第1变形例以及图5所示的第3变形例中，凸缘部122具有第1面S1，该第1面S1具有面对连结部133的部分，凸缘部122的粘接区域设置于第1面S1，在该粘接区域与台阶面SS之间配置有粘接材料123。在图4所示的第2变形例中，凸缘部122具有第1面S1和第2面S2，上述第1面S1具有面对连结部133的部分，上述第2面S2位于第1面S1的相反侧，凸缘部122的粘接区域设置于第2面S2，在该粘接区域与台阶面SS之间配置有粘接材料123。第1、第2和第3变形例在绝缘构件120的制造时，隔着粘接材料123将凸缘部122较强地压靠于筒形部121的台阶面SS是容易的，因此例如有利于使可能被带入到粘接材料123中的气泡消失。这可以使绝缘性能提高。
在图6中表示一实施方式的X射线摄像装置200的结构。X射线摄像装置200可以具备X射线产生装置100和X射线检测装置210，该X射线检测装置210检测自X射线产生装置100放射并穿透物体191的X射线192。X射线摄像装置200也可以还具备控制装置220以及显示装置230。X射线检测装置210可以包含X射线检测器212和信号处理部214。控制装置220可以控制X射线产生装置100以及X射线检测装置210。X射线检测器212对自X射线产生装置100放射并穿透物体191的X射线192进行检测或摄像。信号处理部214可以处理自X射线检测器212输出的信号而将处理后的信号供给到控制装置220。控制装置220可以基于自信号处理部214供给的信号使显示装置230显示图像。
发明并不限定于上述实施方式，能够不脱离发明的精神以及范围地进行各种各样的变更以及变形。因而，为了公开发明的范围而附上权利要求书。
Claims (11)
1.一种X射线产生装置，其特征在于，
所述X射线产生装置具备X射线产生管、电压供给部、收纳容器和绝缘构件，
所述X射线产生管具有阴极以及阳极，所述阴极包含沿第1方向发射电子的电子发射部，所述阳极包含通过与自所述电子发射部放射的电子碰撞而产生X射线的靶，
所述电压供给部借助导电线向所述X射线产生管供给电压，
所述收纳容器具有第1部分、第2部分以及连结部，所述第1部分形成用于收纳所述电压供给部的第1空间，所述第2部分形成第2空间，所述第2空间收纳所述X射线产生管，并且与所述第1方向正交的第2方向上的宽度比所述第1空间小，所述连结部使所述第1部分以及所述第2部分相互连结，以形成使所述第1空间与所述第2空间连通而成的内部空间，所述连结部具有朝向所述内部空间变尖的凸部，
所述绝缘构件以环绕所述导电线以及所述阴极中的至少一者的至少一部分的方式配置于所述内部空间，
所述绝缘构件配置为将所述导电线与所述凸部之间的至少最短路径阻断，
所述绝缘构件构成为具有使至少两个构件利用粘接材料结合而成的构造，将所述粘接材料与所述导电线之间的直线路径以及所述粘接材料与所述阴极之间的直线路径阻断。
2.根据权利要求1所述的X射线产生装置，其特征在于，
所述至少两个构件包含筒形部和自所述筒形部向外侧延伸的凸缘部。
3.根据权利要求2所述的X射线产生装置，其特征在于，
所述凸缘部具有通孔，所述筒形部的一部分位于所述通孔中。
4.根据权利要求3所述的X射线产生装置，其特征在于，
在所述通孔的内表面与所述筒形部的外表面的面对所述内表面的区域之间配置有所述粘接材料。
5.根据权利要求3所述的X射线产生装置，其特征在于，
所述筒形部包含第1部和第2部，所述第1部的外径比所述通孔的孔径大，所述第2部自所述第1部沿所述第1方向延伸并且外径比所述通孔的孔径小，利用所述第1部的外周面和所述第2部的外周面在所述筒形部的外周面形成有台阶面，
在所述台阶面与所述凸缘部的面对所述台阶面的粘接区域之间配置有所述粘接材料。
6.根据权利要求5所述的X射线产生装置，其特征在于，
所述凸缘部具有第1面，所述第1面具有面对所述连结部的部分，所述粘接区域设置于所述第1面。
7.根据权利要求5所述的X射线产生装置，其特征在于，
所述凸缘部具有第1面和第2面，所述第1面具有面对所述连结部的部分，所述第2面位于所述第1面的相反侧，所述粘接区域设置于所述第2面。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的X射线产生装置，其特征在于，
在所述第1方向上，所述阴极配置在所述凸部与所述阳极之间。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的X射线产生装置，其特征在于，
在所述第1方向上，所述凸部配置在所述阴极与所述阳极之间。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的X射线产生装置，其特征在于，
所述X射线产生装置还具备填充于所述内部空间的绝缘性液体。
11.一种X射线摄像装置，其特征在于，
所述X射线摄像装置具备X射线检测装置和权利要求1至10中任一项所述的X射线产生装置，
所述X射线检测装置检测自所述X射线产生装置放射并穿透物体的X射线。
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