CN116631828A - 单电子源x射线管、x射线管组件及相应的ct设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单电子源X射线管、X射线管组件及相应的CT设备。该X射线管包括单个电子源和至少两个阳极靶面；单个电子源固定在X射线管的管芯结构中部，X射线管的两端对称设置两个曝光窗口，分别对应至少两个阳极靶面；至少两个栅极分别设置在单个电子源朝向各阳极靶面的电子运动路径上；在栅极上施加栅极电压控制偏转电场，控制射向阳极靶面的电子流的通断和流向，从而实现X射线的输出控制。本发明解决了现有X射线管在进行多源扩展时，空间利用率、连接方式等因素导致的拓展受限问题，提高了曝光过程中双靶面的曝光动作可控性。另一方面，采用该单电子源X射线管的CT设备，可以增加X射线的覆盖范围，有助于消除锥角伪影。

Description

单电子源X射线管、X射线管组件及相应的CT设备

技术领域

本发明涉及一种单电子源X射线管，同时也涉及利用多个单电子源X射线管组成的X射线管组件及包括该单电子源X射线管的CT设备，属于辐射成像技术领域。

背景技术

X射线管(简称球管)是产生X射线的核心器件，广泛应用于医疗、安检、工业检测等领域。X射线管在使用过程中，由位于阴极的电子源在阴、阳极之间的高压电场下加速，电子高速轰击阳极靶面发生韧致辐射而产生X射线。其中，位于阴极的电子源应用较多的为热阴极(多为灯丝)。近些年，冷阴极的技术也逐步得以应用。

在现有技术中，X射线管的电子源与阳极靶面通常是一一对应的。但随着CT(Computed Tomography，计算机断层扫描)成像技术的发展，对X射线源的数目扩展需求日益显现，对X射线管的多源拓展性、空间占用等方面提出新的要求。采用电子源与阳极靶面一一对应设计的传统X射线管，在向多源分布拓展时，存在占用空间范围较大、可拓展性差等问题。

在授权公告号为CN205488028U的中国实用新型中，公开了一种散热型单电子源X射线管。该设计有效提高了灯丝的稳定性，而过滤网的设计则实现对空气中灰尘的过滤，进而防止空气中的灰尘进入到循环管中致使循环管堵塞的情况发生，而循环管的添加则实现利用空气进行散热的目的。但是，该实用新型的技术方案主要针对散热问题，对于其它技术需求没有过多考虑。另外，在申请号为201510323563.9的中国专利申请中，公开了一种可提供多能量和更大覆盖范围的先进X射线球管系统，可以在较小的锥角及足够的Z轴覆盖范围下采集数据。不同于传统的单阳极管，它包括两个或多个阳极管交替地产生X射线。具体系统包括管芯包含多组阳极靶、车轮状阳极靶面，每个靶面产生不同的电压，管套包含多组X线出射窗口，可控制电子束方向的电磁线圈等。但是，该系统虽然设计为多靶盘结构，但是按照其设计原理采用的是阴极接地，靶盘设置为不同等级的正高压，以此来满足曝光时的不同能量级的射线曝光。这种设计会对阳极对地绝缘、阳极靶盘之间的绝缘设计要求增高。另一方面，综合其阳极在高压电位、扇形交叠的阳极结构，对阳极散热能力有了较大限制，难以提高管芯功率，从而限制了其应用范围。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种单电子源X射线管。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种由多个上述单电子源X射线管组成的X射线管组件。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种包含上述单电子源X射线管CT设备。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种单电子源X射线管，包括单个电子源和至少两个阳极靶面；其中，

单个所述电子源固定在X射线管的管芯结构中部，所述X射线管的两端对称设置两个曝光窗口，分别对应至少两个阳极靶面；

至少两个栅极分别设置在单个所述电子源朝向各所述阳极靶面的电子运动路径上；

在所述栅极上施加栅极电压控制偏转电场，控制射向阳极靶面的电子流的通断和流向，从而实现X射线的输出控制。

其中较优地，所述单电子源X射线管还包括：

第一绝缘支撑部，设置于所述X射线管的管芯结构的内壁上；

第二绝缘支撑部，设置于所述X射线管的管芯结构的内壁上并与所述第一绝缘支撑部相对；所述第二绝缘支撑部上远离所述第一绝缘支撑部的一端凸伸出所述X射线管的管芯结构的外壁并安装有高压连接组件，以用于与外部高压发生器连接；

其中，所述第一绝缘支撑部与所述第二绝缘支撑部之间形成夹设空间，所述电子源夹置于所述夹设空间内，以固定在所述X射线管的管芯结构中部。

其中较优地，各所述阳极靶面均接地；各所述阳极靶面上均安装有主动换热器，以用于对所述阳极靶面进行降温冷却。

其中较优地，当所述栅极电压高于关断电压时，电子流被切断，所述X射线管不再产生X射线。

其中较优地，当所述栅极电压介于关断电压和参考电压之间时，曝光焦点的大小随着所述栅极电压的改变而改变。

其中较优地，所述单个电子源替换为至少两个电子源，每一个电子源与一个阳极靶面一一对应；

相邻两个所述电子源之间设有金属挡板，以使一个所述电子源仅朝向一个所述阳极靶面发射电子。

其中较优地，所述阳极靶面为固定式阳极靶面或旋转式阳极靶面。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种X射线管组件，其中包括多个上述单电子源X射线管，所述多个单电子源X射线管并排设置。

其中较优地，所述X射线管组件还包括高压连接集成组件，所述高压连接集成组件分别与各所述单电子源X射线管电连接。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种CT设备，其中包括上述单电子源X射线管。

与现有技术相比较，本发明所提供的单电子源X射线管解决了现有X射线管在进行多源扩展时，空间利用率、连接方式等因素导致的拓展受限问题，提高了曝光过程中双靶面的曝光动作可控性。另一方面，将该发明应用到CT设备中，可以增加X射线的覆盖范围，有助于消除锥角伪影。

附图说明

图1为本发明第一实施例中，一种单电子源X射线管的结构示意图；

图2为本发明第二实施例中，另一种单电子源X射线管的结构示意图；

图3为本发明第三实施例中，一种X射线管组件的结构示意图；

图4为本发明第四实施例中，包括上述单电子源X射线管的CT设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。

本发明创造性地采用双靶面提供两个曝光窗口，同时突破传统靶面数目与灯丝数目一一对应的设计思路，设计使用单个电子源(即：灯丝)对应两个阳极靶面。相应地，设计两个栅极，通过对栅极电压的调整分别控制两个方向上的电子运动路径，从而可以分别控制两个阳极靶面是否产生X射线。这种单电子源双靶面的技术方案，一方面可以使电场分布对称，电场分布规律且集中，有利于管芯的绝缘设计，另一方面提高了X射线管的空间利用率，有利于实现多源分布拓展。

下面结合附图对本发明实施例提供的单电子源X射线管进行详细说明：

<第一实施例>

如图1所示，在本发明第一实施例中，单电子源X射线管包括第一阳极靶面1、第一栅极2、电子源3、第二栅极4和第二阳极靶面5。其中，第一阳极靶面1和第二阳极靶面5位于X射线管的左右两端并倾斜45°设置，以用于接收从电子源3发射的阴极电子。第一栅极2、电子源3、第二栅极4封装在X射线管的管芯结构10之中。在X射线管的管芯结构中部，通过设计绝缘支撑结构(下文进行详细说明)将电子源3固定于中间，并且保证使电子源3满足电子向垂直两个方向(即：图1中的左右两个方向)发射并运动到第一阳极靶面1和第二阳极靶面5，从而为两个靶盘分别曝光时提供可靠的电子源及电子运动路径。第一栅极2和第二栅极4分别对称设置在电子源3的左、右两端(也可以是其它位置)的电子运动路径上。相应地，在单电子源X射线管的左、右两端对称设置两个曝光窗口，分别对应着第一阳极靶面1、第二阳极靶面5。由此，在曝光时，电子源3产生的电子在高压电场的作用下分别高速轰击到第一阳极靶面1和第二阳极靶面5上，以发生韧致辐射产生X射线。

具体而言，本实施例中，通过对第一栅极2施加栅极电压控制偏转电场，可以控制电子运动路径1(从电子源3至第一阳极靶面1的电子运动路径)是否被束流，当栅极电压高于关断电压后，电子完全被束缚，相当于切断了电子流，因此X射线不再产生。当栅极电压介于关断电压和参考电压之间时，则通过控制栅极电压的大小能够控制电子的偏转幅度，从而控制电子轰击在第一阳极靶面1上的位置，以控制第一阳极靶面1上的焦点大小，即改变曝光焦点的大小。类似地，第二栅极4可以采用相同方式控制电子运动路径2(从电子源3至第二阳极靶面5的电子运动路径)。由此，通过对栅极电压的控制，一方面能够较为灵活的控制曝光，通过栅压的调整快速的开启曝光(几us级的时间内将栅压调整至参数电压)和截止曝光(几us级的时间内将栅压调整至关断电压)，能够在kV、mA建立和关断过程中将电子束可靠截止，从而有效降低无效剂量；另一方面通过调整栅极的栅极电压的大小能够改变曝光焦点的大小，应对不同的曝光需求。

可以理解的是，本实施例中，第一栅极2和第二栅极4的栅极电压独立控制，因此，在具体应用时，通过分别控制两个栅极的栅极电压能够实现同步产生X射线或交替产生X射线，以适应不同的应用场景。具体的，在本发明的一个实施例中，第一栅极2和第二栅极4上施加的栅极电压完全同步，则电子源3产生的电子在栅极电压的作用下分别向左右两侧移动，并同时轰击在第一阳极靶面1和第二阳极靶面5上，从而在X射线管的左右两侧同时产生X射线。在另一实施例中，第一栅极2和第二栅极4的栅极电压交替高于关断电压，当第一栅极2的栅极电压高于关断电压时，则电子运动路径1上的电子被完全束缚，此时，电子运动路径2上的电子能够正常轰击第二阳极靶面5，以在X射线管的右侧产生X射线；当第二栅极4的栅极电压高于关断电压时，则电子运动路径2上的电子被完全束缚，此时，电子运动路径1上的电子能够正常轰击第一阳极靶面1，以在X射线管的左侧产生X射线，由此，能够实现在X射线管的左右两侧交替产生X射线。

此外，参照图1所示，上述绝缘支撑结构具体包括第一绝缘支撑部201和第二绝缘支撑部202。其中，第一绝缘支撑部201呈柱状(可以是圆柱状或方柱状)，并设置于X射线管的管芯结构10的内壁上；第二绝缘支撑部202也呈柱状(可以是圆柱状或方柱状)，并设置于X射线管的管芯结构10的内壁上且与第一绝缘支撑部201相对，从而使得第一绝缘支撑部与第二绝缘支撑部之间形成夹设空间203。该电子源3(即：灯丝)夹置于该夹设空间203内，从而利用第一绝缘支撑部201和第二绝缘支撑部202将电子源3稳定夹持在X射线管的管芯结构中部。此外，该第二绝缘支撑部202上远离电子源3的一端(即图1中的上端)凸伸出X射线管的管芯结构10的外壁，并且该第二绝缘支撑部202的上端安装有高压连接组件20，从而通过该高压连接组件20与外部高压发生器连接，以对第一栅极2、电子源3、第二栅极4施加高压。

需要说明的是，在图1所示的实施例中，以固定的阳极靶盘(即固定靶盘)作为示例，但本发明实施例所提供的X射线管同样也可以应用于旋转靶盘结构。另外，在上述实施例中，电子源3使用了灯丝，但本发明也不限于此，其他电子源，包括但不限于碳纳米管电子源也可以应用在本发明中。

在上述实施例中，优选地，采用阳极接地的设计方案。并且，在各阳极靶面上均安装有主动换热器30，从而无论使用固定靶盘还是旋转靶盘结构，均可以将热量传导至主动换热器30进行阳极冷却，从而有效解决了阳极靶面的散热问题，在相同情况下能够提高管芯的使用功率。

<第二实施例>

如图2所示，在第一实施例的基础上，本发明第二实施例提供另一种单电子源X射线管，其包括第一阳极靶面1、第一栅极2、电子源3’、第二栅极4和第二阳极靶面5。本实施例与第一实施例的区别之处在于，电子源3’的结构形式不同。

在本实施例中，电子源3’为至少两个电子源，并且，每一个电子源与一个阳极靶面一一对应。具体的，电子源3’包括两个电子源，分别对应第一阳极靶面1和第二阳极靶面5，并且，在两个电子源之间设有金属挡板40，从而利用该金属挡板40阻止电子朝向对侧运动，以使得一个电子源仅朝向一个阳极靶面发射电子(即：左侧的电子源仅朝向第一阳极靶面1发射电子，右侧的电子源仅朝向第二阳极靶面5发射电子)。从上述描述可以看出，电子源3’虽然形式上是多个电子源，但每个电子源的工作方式与第一实施例中的单电子源X射线管实质上是相同的，因此本质上仍为另一种形式的单电子源X射线管。

可以理解的是，本实施例中电子源3’与阳极靶面的结构形式与传统靶面数目与灯丝数目一一对应的设计思路类似。除此之外，本实施例的其余结构与第一实施例均相同，在此不再赘述。

<第三实施例>

如图3所示，在第一实施例的基础上，本发明第三实施例提供一种X射线管组件，该组件包括多个第一实施例或第二实施例中的单电子源X射线管。

具体的，通过将两个单电子源X射线管并排设置，可将X射线管组件拓展为双源四靶面的结构形式；通过将三个单电子源X射线管并排设置，可将X射线管组件拓展为三源六靶面的结构形式……由此，可根据曝光需求对X射线管组件进行适应性的多源拓展。

此外，在本实施例中，在该X射线管组件上设置高压连接集成组件50，从而使得高压连接集成组件分别与各单电子源X射线管电连接。可以理解的是，该高压连接集成组件50可以是将四光源的两个高压连接组件20合并为一个，或者六光源的三个高压连接组件20合并为一个……由此，可通过将多个高压连接组件20形成集成式结构，从而提高X射线管组件与高压发生器连接的便利性，并简化整体的线路结构。

<第四实施例>

如图4所示，在第一实施例的基础上，本发明第四实施例提供一种包括上述单电子源X射线管的CT设备。

具体的，该CT设备包括单电子源X射线管100、CT探测模块200和扫描架300。其中，扫描架300可以包括固定部分310和旋转部分320(在静态CT成像设备中没有旋转部分，通过X射线管和CT探测模块的配合实现X射线投照位置的旋转切换)。在旋转部分320上设置有单电子源X射线管100和CT探测模块200，在旋转部分的中间设置有供扫描床穿过的中间孔径321。扫描床400和扫描架300对应设置，扫描床400用于承载病人并把病人置于扫描架300的旋转部分的中间孔径321里接受检查。当病人移动至预设扫描位置后，位于其一侧的单电子源X射线管100发射X射线，该X射线穿过病人的身体之后，由位于另一侧的CT探测模块200接收。CT探测模块200接收到X射线后将其转换成可见光，并且根据预设程序成像，然后将图像信息传输至显示装置(图中未示)进行显示。

与现有技术相比较，本发明所提供的单电子源X射线管、X射线管组件解决了现有X射线管在进行多源扩展时，空间利用率、连接方式等因素导致的拓展受限问题，提高了曝光过程中双靶面的曝光动作可控性。另一方面，将该单电子源X射线管应用到CT设备中，可以增加X射线的覆盖范围，有助于消除锥角伪影。

上面对本发明所提供的单电子源X射线管、X射线管组件及相应的CT设备进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (10)

1.一种单电子源X射线管，其特征在于包括单个电子源和至少两个阳极靶面；其中，

单个所述电子源固定在X射线管的管芯结构中部，所述X射线管的两端对称设置两个曝光窗口，分别对应至少两个阳极靶面；

至少两个栅极分别设置在单个所述电子源朝向各所述阳极靶面的电子运动路径上；

在所述栅极上施加栅极电压控制偏转电场，控制射向阳极靶面的电子流的通断和流向，从而实现X射线的输出控制。

2.如权利要求1所述的单电子源X射线管，其特征在于还包括：

第一绝缘支撑部，设置于所述X射线管的管芯结构的内壁上；

第二绝缘支撑部，设置于所述X射线管的管芯结构的内壁上并与所述第一绝缘支撑部相对；所述第二绝缘支撑部上远离所述第一绝缘支撑部的一端凸伸出所述X射线管的管芯结构的外壁并安装有高压连接组件，以用于与外部高压发生器连接；

其中，所述第一绝缘支撑部与所述第二绝缘支撑部之间形成夹设空间，所述电子源夹置于所述夹设空间内，以固定在所述X射线管的管芯结构中部。

3.如权利要求2所述的单电子源X射线管，其特征在于：

各所述阳极靶面均接地；各所述阳极靶面上均安装有主动换热器，以用于对所述阳极靶面进行降温冷却。

4.如权利要求1所述的单电子源X射线管，其特征在于：

当所述栅极电压高于关断电压时，电子流被切断，所述X射线管不再产生X射线。

5.如权利要求1所述的单电子源X射线管，其特征在于：

当所述栅极电压介于关断电压和参考电压之间时，曝光焦点的大小随着所述栅极电压的改变而改变。

6.如权利要求1所述的单电子源X射线管，其特征在于：

所述单个电子源替换为至少两个电子源，每一个电子源与一个阳极靶面一一对应；

相邻两个所述电子源之间设有金属挡板，以使一个所述电子源仅朝向一个所述阳极靶面发射电子。

7.如权利要求1～6中任意一项所述的单电子源X射线管，其特征在于：

所述阳极靶面为固定式阳极靶面或旋转式阳极靶面。

8.一种X射线管组件，其特征在于包括多个权利要求1～7中任意一项所述的单电子源X射线管，所述多个单电子源X射线管并排设置。

9.如权利要求8所述的X射线管组件，其特征在于还包括高压连接集成组件，所述高压连接集成组件分别与各所述单电子源X射线管电连接。

10.一种CT设备，其特征在于包括权利要求1～7中任意一项所述的单电子源X射线管。