CN117790268A - X射线管装置以及x射线ct装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供X射线管装置以及X射线CT装置。提供轻量化的X射线管装置和具备该X射线管装置的X射线CT装置。X射线管装置具备：X射线管，其具有产生电子束的阴极、通过所述电子束碰撞而辐射X射线的阳极、在真空气氛中保持所述阴极和所述阳极的外壳、和为了将从所述阳极辐射的X射线的一部分向被检体照射而设置于所述外壳的X射线窗；和管容器，其将所述X射线管与绝缘油一起封入，该X射线管装置的特征在于，还具备：防护构件，其设置于所述外壳的外壁的至少所述辐射窗的周围，将所述X射线遮蔽。

Description

X射线管装置以及X射线CT装置

技术领域

本发明涉及X射线管装置以及X射线CT(Computed Tomography，计算机断层扫描)装置，特别涉及X射线管装置中所具备的防护铅。

背景技术

X射线CT装置使用通过使对被检体照射X射线的X射线管装置和检测透过被检体的X射线的X射线检测器在被检体的周围旋转而从多方向得到的投影数据，来生成被检体的断层图像。所生成的断层图像描绘了被检体中的脏器形状，在图像诊断中使用。

X射线管装置具备在真空中保持阴极和阳极的X射线管和将X射线管与绝缘油一起封入的管容器，通过使从阴极放出并被施加于阴极与阳极之间的高电压加速的电子束碰撞阳极上的X射线焦点，来从X射线焦点辐射X射线。由于从X射线焦点辐射的X射线当中的照射到被检体的X射线以外的X射线会带来无效辐射，因此，需要防止这样的X射线的泄漏。

在专利文献1中，公开了在管容器的内壁粘贴用于防止X射线的泄漏的防护铅的X射线管装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2002-313268号公报

但在专利文献1中，对于X射线管装置的轻量化的考虑并不充分。即，由于管容器的内壁的面积比较大，因此，在内壁贴附大量的防护铅。此外，近年来，由于伴随X射线CT装置中所需的X射线量的增大而推进阳极的重量化，因此，需要将阳极以外的构件轻量化。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供轻量化的X射线管装置和具备该X射线管装置的X射线CT装置。

为了达成上述目的，本发明是一种X射线管装置，具备：X射线管，其具有产生电子束的阴极、通过所述电子束碰撞而辐射X射线的阳极、在真空中保持所述阴极和所述阳极的外壳、和设置于所述外壳并向被检体辐射所述X射线的辐射窗；和管容器，其将所述X射线管与绝缘油一起封入，所述X射线管装置的特征在于，还具备：防护构件，其设置于所述外壳的外壁的至少所述辐射窗的周围，将所述X射线遮蔽。

此外，本发明是生成被检体的断层图像的X射线CT装置，特征在于，具备所述X射线管装置。

发明效果

根据本发明，能提供轻量化的X射线管装置和具备该X射线管装置的X射线CT装置。

附图说明

图1是表示X射线CT装置的整体结构的图。

图2是表示X射线管装置的整体结构的一例的图。

图3是表示防护构件的结构的一例的图。

图4是表示防护构件的结构的一例的图。

图5是表示防护构件的结构的一例的图。

图6是表示防护构件的结构的一例的图。

图7是表示X射线窗的周边的结构的一例的图。

图8是表示X射线窗的周边的结构的一例的图。

附图标记说明

1：X射线CT装置、10：被检体、100：扫描机架部、101：X射线管装置、102：旋转圆盘、103：准直器、104：开口部、105：床台装置、106：X射线检测器、107：数据收集装置、108：机架控制装置、109：床台控制装置、110：X射线控制装置、120：操作组件、121：输入装置、122：图像处理装置、123：存储装置、124：系统控制装置、125：显示装置、210：X射线管、211：阴极、212：阳极、213：外壳、214：励磁线圈、215：旋转轴承、216：电子束、217：X射线、218：X射线窗、219：防护构件、220：管容器、221：辐射窗、300：保持构件、301：螺钉、400：槽、500：孔、501：铍板、600：电子碰撞区域、601：淤渣、602：凹凸部、700：斜坡、800：剥离点、801：停滞区域

具体实施方式

以下按照附图来说明本发明所涉及的X射线管装置以及X射线CT装置的优选的实施方式。另外，在以下的说明以及附图中，对于具有相同功能结构的构成要素，通过标注相同附图标记来省略重复说明。

使用图1来说明X射线CT装置1的整体结构的一例。X射线CT装置1具备扫描机架部100和操作组件120。扫描机架部100具备X射线管装置101、旋转圆盘102、准直器103、X射线检测器106、数据收集装置107、床台装置105、机架控制装置108、床台控制装置109、X射线控制装置110。X射线管装置101是对载置于床台装置105的被检体10照射X射线的装置。准直器103是限制X射线的照射范围的装置。旋转圆盘102具备供载置于床台装置105的被检体10进入的开口部10，并且搭载X射线管装置101和X射线检测器106，使X射线管装置101和X射线检测器106在被检体10的周围旋转。

X射线检测器106与X射线管装置101对置配置，是通过检测透过被检体10的X射线来测量透过X射线的空间上的分布的装置。X射线检测器106的检测元件在旋转圆盘102的旋转方向和旋转轴方向上二维排列。数据收集装置107是将由X射线检测器106检测到的X射线量收集为数字数据的装置。机架控制装置108是控制旋转圆盘102的旋转以及倾斜的装置。

床台控制装置109是控制床台装置105的上下前后左右活动的装置。X射线控制装置110是控制输入到X射线管装置101的电力的装置。

操作组件120具备输入装置121、图像处理装置122、显示装置125、存储装置123、系统控制装置124。输入装置121是用于输入被检体10的姓名、检查日期时间、拍摄条件等的装置，具体是键盘、指向设备、触控面板等。图像处理装置122是对从数据收集装置107送出的测量数据进行运算处理来重构CT图像的装置，或是对CT图像进行各种图像处理的装置。显示装置125是显示由图像处理装置122生成的CT图像等的装置，具体是液晶显示器、触控面板等。存储装置123是存储由数据收集装置107收集的数据、由图像处理装置122生成的CT图像等的装置，具体是HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)等。系统控制装置124是控制各部的装置。

通过由X射线控制装置110基于从输入装置121输入的拍摄条件、特别是基于X射线管电压、X射线管电流等来控制输入到X射线管装置101的电力，从而X射线管装置101对被检体10照射与拍摄条件相应的X射线。X射线检测器106利用二维排列的检测元件检测从X射线管装置101照射并透过了被检体10的X射线，测量透过X射线的分布。旋转圆盘102被机架控制装置108控制，基于从输入装置121输入的拍摄条件、特别是基于旋转速度等而旋转。床台装置105被床台控制装置109控制，基于从输入装置121输入的拍摄条件、特别是基于螺旋节距等而动作。

通过与旋转圆盘102的旋转一起重复进行来自X射线管装置101的X射线照射和X射线检测器106所进行的X射线测量，从而取得来自各种角度的投影数据，将所取得的投影数据发送到图像处理装置122。图像处理装置122通过对所发送的来自各种角度的投影数据进行逆投影处理，来重构CT图像。将所重构的CT图像显示于显示装置125。

使用图2来说明X射线管装置101的整体结构的一例。X射线管装置101具备：产生X射线的X射线管210；和将X射线管210与绝缘油一起封入的管容器220。

X射线管210具有阴极211、阳极212、外壳213和X射线窗218。

阴极211产生电子束216，例如具备灯丝或冷阴极、和聚焦电极。灯丝将钨等高熔点材料卷绕成线圈状而得到，通过流入电流而被加热，放出电子。冷阴极是使镍、钼等金属材料锐利地变尖而成的结构，使电场集中在阴极表面，由此，通过电场放出来放出电子。聚焦电极形成用于使所放出的电子向阳极212上的X射线焦点聚焦的聚焦电场。灯丝或冷阴极、和聚焦电极是相同电位。

阳极212对阴极211施加正的电位，例如是圆板形状，具备靶和阳极母材。靶由钨等高熔点且原子序数大的材质构成。通过从阴极211放出的电子碰撞靶上的X射线焦点，从而从X射线焦点辐射X射线。阳极母材由铜等热传导率高的材质构成，对靶进行保持。靶和阳极母材是相同电位。

外壳213为了将阴极211与阳极212之间电绝缘，将阴极211和阳极212保持在真空气氛中。外壳213的电位是接地电位。

X射线窗218为了将从X射线焦点辐射的X射线的一部分即X射线217向被检体10照射而设置在外壳213，例如由铍等原子序数小的材质构成。另外，由于从阳极212放出的电子与X射线窗218碰撞，因此，X射线窗218和其周边易于成为高温。

从阴极211放出的电子被施加于阴极211与阳极212之间的电压加速，成为电子束216。若电子束216通过聚焦电场而聚焦并碰撞靶上的X射线焦点，就从X射线焦点辐射X射线。所辐射的X射线的能量根据施加于阴极与阳极之间的电压、即所谓的管电压来决定，X射线的剂量根据从阴极放出的电子的量即所谓的管电流、和管电压来决定。

电子束216的能量中的被变换成X射线的比例只不过为1％左右，剩余的几乎全部能量成为热。在搭载于医疗用的X射线CT装置1的X射线管装置101中，由于管电压为百数十kV，管电流为数百mA，因此，阳极212以数十kW的热量被加热。为了防止这样的加热导致的过热熔融，阳极212可以设为能旋转。例如，阳极212由旋转轴承215以能旋转的方式支承，将励磁线圈214所产生的磁场作为旋转驱动力而进行旋转。即，由于通过阳极212旋转，电子束216所碰撞的部位即X射线焦点始终移动，因此，能将X射线焦点的温度保持得比靶的熔点低，能防止阳极212过热熔融。

管容器220将X射线管210和励磁线圈214与将X射线管210电绝缘并且成为冷却媒体的绝缘油一起封入。绝缘油经由与管容器220连接的配管被引导到冷却器，在冷却器将热释放后，经过配管回到管容器220内。即，绝缘油从管容器220的一端流向另一端。

此外，在管容器220设有辐射X射线217的辐射窗221。辐射窗221与X射线窗218同样地，例如由铍等原子序数小的材质构成。

由于向被检体10照射的X射线217以外的X射线会带来无效辐射，因此，为了遮蔽这样的X射线，在外壳213的外壁的至少X射线窗218的周围进一步设置防护构件219。防护构件219例如由铅等构成。

使用图3来说明防护构件219的结构的一例。图3例示的防护构件219是具有圆环形状的铅，配置于X射线窗218的周围。由于铅是比较柔软的材质，因此，被保持构件300保持。保持构件300是具有带阶梯的圆环形状的SUS制构件，通过螺钉301固定在外壳213。

如图3例示的那样，通过将防护构件219设置在外壳213的外壁的至少X射线窗218的周围，与设置在管容器220的内壁的情况相比，能减少防护构件219的量，因此，能实现X射线管装置的轻量化。另外，期望在易于成为高温的X射线窗218和其周边不阻碍绝缘油的流动。

使用图4来说明设置流过绝缘油的流路的防护构件219的结构的一例。图4例示的防护构件219与图3同样地是配置于X射线窗218的周围的具有圆环形状的铅，被通过螺钉301固定在外壳213的SUS制的保持构件300保持。此外，在图4的防护构件219，在与外壳213的外壁之间设置作为流过绝缘油的流路发挥功能的多条槽400。绝缘油如图4所示的箭头那样在槽400中流动。另外，为了不阻碍冲撞到X射线窗218的绝缘油的流动，在防护构件219与X射线窗218之间设置间隙。此外，铅制的防护构件219由于有时会因与绝缘油的反应而生成成为油中放电的原因的淤渣，因此，为了抑制淤渣的生成，也可以在防护构件219的表面涂布清漆。

如图4例示的那样，通过在防护构件219设置作为绝缘油的流路发挥功能的槽400，绝缘油的流动不会被阻碍，能将X射线窗218和其周边冷却。另外，绝缘油的流路并不限定于槽400。

使用图5来说明设置绝缘油的流路的防护构件219的结构的其他示例。图5例示的防护构件219是具有带边缘的圆筒形状的铅，配置在X射线窗218的周围，被保持构件300保持。图5的保持构件300是具有覆盖防护构件219的外壁的形状的SUS制构件，通过螺钉301固定于外壳213。在防护构件219和保持构件300的侧面，与从管容器220的一端流向另一端的绝缘油的流动平行地设置作为流过绝缘油的流路发挥功能的一对孔500。绝缘油如图5所示的箭头那样，从一个孔500流入，在X射线窗218的表面吸热后，从另一个孔500流出。另外，也可以为了使绝缘油在X射线窗218的表面顺畅地流动而在保持构件300的下端设置铍板501。

如图5例示的那样，通过在防护构件219和保持构件300的侧面设置作为绝缘油的流路发挥功能的孔500，绝缘油的流动不会被阻碍，能将X射线窗218和周边冷却。另外，孔500的形态并不限定于图5。

使用图6来说明设置绝缘油的流路的防护构件219的结构的其他示例。图6例示的防护构件219与图5同样，是配置在X射线窗218的周围的具有带边缘的圆筒形状的铅，被通过螺钉301固定于外壳213的SUS制的保持构件300保持。在图6的防护构件219和保持构件300的侧面设置作为流过绝缘油的流路发挥功能的一对孔500。其中，孔500相对于X射线窗218的表面倾斜，以使得将从孔500流入的绝缘油引导到从阳极212放出的电子与X射线窗218碰撞的区域即电子碰撞区域600的对置面。更具体地，使孔500倾斜，以使得孔500的中心轴的延长线和电子碰撞区域600的对置面交叉。

如图6例示的那样，通过使设置于防护构件219和保持构件300的侧面的孔500相对于X射线窗218的表面倾斜，能将绝缘油引导到电子碰撞区域600的对置面，将X射线窗218进一步冷却。

另外，即使是在铅制的防护构件219的表面涂布清漆的情况，也会生成少量的淤渣，有时会附着在X射线窗218的表面。附着在X射线窗218的表面的淤渣由于会阻碍X射线窗218的冷却，并且成为X射线像的噪声要因，因此，优选抑制淤渣向X射线窗218的表面的附着。

使用图6的E-E截面图来说明抑制淤渣向X射线窗218的表面的附着的防护构件219。将E-E截面图例示的孔500设置成使得绝缘油沿着具有圆筒形状的防护构件219的内侧面回旋。更具体地，将孔500设置成与从管容器220的一端流向另一端的绝缘油的流动平行，并且在绝缘油流入防护构件219中的点与防护构件219的内侧面相接。

如图6的E-E截面图例示的那样，通过为了使绝缘油沿着具有圆筒形状的防护构件219的内侧面回旋而设置孔500，能利用在绝缘油的回旋中产生的离心力使淤渣601附着在防护构件219的内侧面。其结果，使淤渣601不会附着在X射线窗218的表面。

另外，也可以在防护构件219的内侧面设置具有与淤渣601的平均粒径5μm相同程度的宽度以及深度的凹凸部602。通过在防护构件219的内侧面设置凹凸部602，因离心力而附着在防护构件219的内侧面的淤渣601就嵌入到凹凸部602，不会再次流入到绝缘油中。

使用图7来说明X射线窗218的周边的结构的其他示例。在图7例示的X射线窗218的周围，与图6同样地设置设置有相对于X射线窗218的表面倾斜的孔500的防护构件219。进而，在管容器220的内壁设置将绝缘油向孔500引导的斜坡700。更具体地，设置具有沿着孔500的中心轴的延长线的倾斜面的斜坡700。

由于通过设置图7例示的斜坡700来将绝缘油顺畅地引导到相对于X射线窗218的表面倾斜的孔500，因此，能将X射线窗218进一步冷却。

使用图8来说明X射线窗218的周边的结构的其他示例。图8例示的X射线窗218在外侧面形成凹痕。在X射线窗218的外侧面没有凹痕的情况下，绝缘油从X射线窗218的外侧面剥离的点即剥离点800是绝缘油的流动与X射线窗218的外侧面平行的点，绝缘油的流动停滞的区域即停滞区域801比较大。与此相对，在X射线窗218的外侧面有凹痕的情况下，剥离点800比没有凹痕时更向下游移动，伴随剥离点800的移动，停滞区域变小，能将X射线窗218和其周边进一步冷却。

以上说明了本发明的实施方式。另外，本发明并不限定于上述实施方式，能在不脱离发明的要旨的范围内将构成要素变形并具体化。此外，也可以将上述实施方式公开的多个构成要素适当组合。例如，也可以在图5、图6例示的防护构件219设置图4的槽400。进而，也可以从上述实施方式所示的全部构成要素中删除几个构成要素。

Claims (10)

1.一种X射线管装置，具备：

X射线管，其具有产生电子束的阴极、通过所述电子束碰撞而辐射X射线的阳极、在真空气氛中保持所述阴极和所述阳极的外壳、为了将从所述阳极辐射的X射线的一部分向被检体照射而设置于所述外壳的X射线窗；和

管容器，其将所述X射线管与绝缘油一起封入，

所述X射线管装置的特征在于，还具备：

防护构件，其设置于所述外壳的外壁的至少所述X射线窗的周围，将所述X射线遮蔽。

2.根据权利要求1所述的X射线管装置，其特征在于，

在所述防护构件设置流过所述绝缘油的流路。

3.根据权利要求2所述的X射线管装置，其特征在于，

所述流路是将所述绝缘油引导到所述X射线窗的表面的孔。

4.根据权利要求3所述的X射线管装置，其特征在于，

所述孔相对于所述X射线窗倾斜，以使得将所述绝缘油引导到从所述阳极放出的电子与所述X射线窗碰撞的区域的对置面。

5.根据权利要求4所述的X射线管装置，其特征在于，

所述X射线管装置还具备：

斜坡，其向所述孔引导所述绝缘油。

6.根据权利要求3所述的X射线管装置，其特征在于，

所述防护构件具有覆盖所述X射线窗的周围的圆筒形状，

所述孔被设置成使得所述绝缘油沿着所述防护构件的内侧面回旋。

7.根据权利要求6所述的X射线管装置，其特征在于，

在所述防护构件的内侧面形成微小的凹凸。

8.根据权利要求2所述的X射线管装置，其特征在于，

所述流路是在所述外壳的外壁与所述防护构件之间流过所述绝缘油的槽。

9.根据权利要求1所述的X射线管装置，其特征在于，在所述X射线窗的外侧面形成凹痕。

10.一种X射线CT装置，生成被检体的断层图像，其特征在于，

具备权利要求1所述的X射线管装置。