CN209071270U - 一种电扫描式的x射线管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电扫描式的X射线管，属于X射线技术领域。所述电扫描式的X射线管包括阴极组件、电聚焦偏转组件和阳极组件。阴极组件用于产生电子束并对电子束预聚焦；电聚焦偏转组件使电子束聚焦并产生不同程度的偏转，最终撞击在阳极组件的靶盘上的不同位置产生X射线，从而实现多焦点X射线源。在对物体进行辐射影像时，可以采取多组窄束X射线，有效降低了散射辐射的影响，提高图像的对比度和清晰度；又确保在整个视野角内均一的光学尺寸，保证图像均一的空间分辨率。该电扫描式的X射线管若应用在CT系统中，其在Z向采取多焦点X射线源进行辐射采样，可以有效地解决锥心束伪差的问题。

Description

一种电扫描式的X射线管

技术领域

本实用新型涉及X射线技术领域，特别涉及一种电扫描式的X射线管。

背景技术

X射线管用以产生X射线，在医学诊断、安全检查和无损探伤等领域发挥着重要的作用。X射线管的基本原理是，其阴极灯丝加热激发出来的热电子，在阴阳极加速电场作用下撞击到靶盘。其中约1％的能量转化为X射线，而剩余约99％的能量转化为热能，导致受撞击部位温升很快。固定阳极X射线管中，电子持续撞击在同一位置，局部温升很快，可连续加载功率很低；旋转阳极X射线管采取阳极轴承带动阳极靶盘在真空管壳内高速旋转的方法，将热量分散到整个靶盘。在高真空条件下，靶盘上的热量主要是通过热辐射传递给真空管壳，再由流经管壳的冷却液将热量带走。

旋转阳极X射线管相对固定阳极X射线管可连续加载功率提升很多。然而旋转阳极X射线管在工作中受限于其有限的热辐射传递效率，一方面在大功率长时间加载时，易造成靶盘或阳极轴承处滚珠过热，引发管芯打火或轴承卡死的现象，从而影响其寿命；另一方面导致两次放线之间需要大量的等待时间，影响了其所在整机系统的工作效率。

传统X射线管通常只有一个X射线源，在对物体进行辐射影像时，X射线透过待测物体后，部分射线因发生康普顿效应而产生偏转，从而产生散射辐射，这部分散射辐射会叠加到X射线图像，降低了图像的对比度和清晰度；传统X射线管辐射成像时，其视野角边缘处有效光学焦点尺寸增大，易造成空间分辨率降低；另外，以CT(Computed Tomography，X射线计算机断层摄影)系统应用为例，随着Z方向(即扫描床行进方向)锥心束角增大，锥心束伪差愈加明显。锥心束伪差的本质原因是采样不足。CT图像重建是基于被测物体衰减系数的线积分。如图1所示，假设两个不同物体，一个是衰减系系数均匀的物体，另一个是剧烈变化但平均衰减系数与第一个物体相同。对于基于传统单射线源X射线管的锥心束CT系统，两者投影数据相同，从而导致了锥心束伪差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种电扫描式的X射线管，以解决背景技术中出现的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电扫描式的X射线管，包括：

阴极组件，用于产生电子束以及预聚焦；

电聚焦偏转组件，使电子束发生偏转并聚焦；

阳极组件，用于接收电子束以及产生X射线。

可选的，所述电聚焦偏转组件包括电四极透镜组、偏转极板组；所述阴极组件产生的电子束依次经过所述电四极透镜组和所述偏转极板组。

可选的，所述电四极透镜组包括两个电四极透镜；所述电四极透镜由四个电极组成，相对两个电极的电位相同，相邻两个电极的电位相反。

可选的，所述垂直偏转组件和水平偏转组件均是由两个极板组成，所述偏转极板组由垂直偏转组件和水平偏转组件构成，各组件均是由施加相反电位的两个极板组成。

可选的，所述水平偏转组件中的两个极板采用单折板偏转器。

可选的，所述阴极组件包括电子发射源、聚焦极和绝缘陶瓷；其中所述电子发射源位于所述聚焦极中，并且所述电子发射源的引脚通过所述绝缘陶瓷接出。

可选的，所述电子发射源是由钨平板通过蚀刻或冲压工艺形成。

可选的，所述阳极组件包括加速阳极、靶盘和管壳；所述阴极组件设置在所述加速阳极中，并且两者之间通过绝缘陶瓷进行密封绝缘；所述靶盘在所述管壳底部，所述管壳表面开设有窗口。

可选的，所述管壳处接地，并采取水基冷却液进行冷却。

可选的，所述水基冷却液的成份包括乙二醇、去离子水、防腐剂和防锈剂。

在本实用新型中提供了一种电扫描式的X射线管，包括阴极组件、电聚焦偏转组件和阳极组件。所述阴极组件用于产生电子束并对电子束预聚焦；所述电聚焦偏转组件使电子束发生偏转并聚焦，最终撞击在所述阳极组件的靶盘上发射出X射线。所述电聚焦偏转组件使电子束在水平和垂直方向上进行不同程度偏转，从而撞击在靶盘上的不同位置并产生X射线，实现多焦点X射线源。在对待测物体进行辐射影像时，采取多组窄束X射线，既有效地降低了散射辐射的影响，提高图像的对比度和清晰度；又确保在整个视野角内均一的光学尺寸，保证了图像均一的空间分辨率。该电扫描式的X射线管若应用在CT系统中，其在Z向采取多焦点X射线源进行辐射采样，可以有效地解决锥心束伪差的问题。

附图说明

图1是传统基于单射线源X射线管的锥心束CT系统对物体投影的示意图；

图2(a)和图2(b)是本实用新型实施例一提供的电扫描式的X射线管的结构示意图；

图3是本实用新型实施例一提供的电四极透镜的结构示意图；

图4是本实用新型实施例一提供的垂直偏转组件和水平偏转组件的结构示意图；

图5是本实用新型实施例二提供的电四极透镜的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种电扫描式的X射线管作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

实施例一

本实施例一提供了一种电扫描式的X射线管，其结构如图2(a)所示。所述电扫描式的X射线管包括阴极组件、电聚焦偏转组件和阳极组件。所述阴极组件用于产生电子束并对电子束预聚焦；电子束进入漂移通道后在所述电聚焦偏转组件的作用下，产生偏转并聚焦，最终撞击在所述阳极组件的靶盘上，并发射出X射线。

具体的，请同时参阅图2(a)和图2(b)，所述阴极组件包括电子发射源1、聚焦极2和绝缘陶瓷3；其中所述电子发射源1位于所述聚焦极2中，从电子发射源1发射出来的电子束受到所述聚焦极产生的聚焦电场作用而产生初步聚焦。所述电子发射源1的引脚通过所述绝缘陶瓷3引出到真空管壳外。进一步的，所述电子发射源1是钨材质的平板灯丝，该平板灯丝由钨平板通过蚀刻工艺或冲压工艺形成；所述电子发射源1也可使用储备式阴极或六硼化镧阴极等。

具体的，所述电聚焦偏转组件包括电四极透镜组、偏转极板组。所述阴极组件产生的电子束依次经过所述电四极透镜组和所述偏转极板组。进一步的，所述电四极透镜组包括两个电四极透镜4；所述电四极透镜4由四个电极(电极41，电极42，电极43，电极44)组成。以通过的电子束电位为参考，相对两个电极的电位相同，相邻两个电极的电位相反。如图3所示，电极41和电极43处于同一电位，对其施加正电压；电极42和电极44处于同一电位，对其施加负电压，四个电极产生如图3中虚线箭头的电场，经过该电四极透镜的电子束，将受该电场影响，在水平方向上发散，在垂直方向上汇聚。在所述电扫描式的X射线管中有两个电四极透镜4，两个电四极透镜中的其中一个电四极透镜相对于另一个旋转90°，使两个电四极透镜的相同位置处电极的电位相反。假设电四极透镜组中，图3所示的电四极透镜在前作为第一个电四极透镜，则经过该电四极透镜组的电子束在水平方向上先发散后汇聚，在垂直方向上先汇聚后发散。其原理为：若第一个电四极透镜的焦距为f₁，第二个电四极透镜的焦距为f₂，两个电四极透镜间距为s，则该电四极透镜组在水平方向上的焦距F_h近似为：

在垂直方向上的焦距F_v近似为：

通过改变电四极透镜的电极所加电位即可调整两个电四极透镜的焦距f₁和f₂，进而调整电四极透镜组在水平方向上的焦距F_h和垂直方向上的焦距F_v。在电子束对整个靶盘的扫描过程中，电子束由于偏转角度不同导致行进距离不同。传统聚焦系统因其焦距固定，导致在靶盘的不同位置产生不同的聚焦效果。本实用新型所采用的电四极透镜组通过动态调整电四极透镜组的电极电位，可以在整个靶盘上都达到聚焦效果。除此之外，也可根据不同需要，调整焦点的大小。图3所示的电四极透镜亦可在后，这样经过该电四极透镜组的电子束在水平方向上先汇聚后发散，在垂直方向上先发散后汇聚。在本实施例一中，偏转极板组不加电压时，两个电四极透镜的极间电压大约为25kV时，电子束聚焦在靶盘中心点。当电子束在偏转极板作用下进行偏转时，由于行进距离变长，两个电四极透镜的极间电压应当调小以增大焦距，从而使电子束依旧聚焦到靶盘上。

具体的，所述偏转极板组由垂直偏转组件5和水平偏转组件6构成，如图4所示，所述垂直偏转组件5由上极板51和下极板52组成，所述水平偏转组件6由左极板61和右极板62组成。以通过的电子束电位为参考，所述垂直偏转组件5中的两个极板施加相反电位，所述水平偏转组件6中的两个极板施加相反电位，从而产生偏转电场，使得通过其中的电子束产生垂直方向和水平方向的偏转。优选地，所述水平偏转组件6中的两个极板采用单折板偏转器，能够有效提高偏转灵敏度。在本实施例一中，为使电子束水平偏转±100mm，所述水平偏转组件的极间电压大约为40kV；为使电子束垂直偏转±30mm，所述垂直偏转极板的极间电压大约为14kV。通过调整水平偏转组件和垂直偏转组件的偏转电压，使得电子束在水平和垂直方向上进行不同程度偏转，从而撞击在靶盘上的不同位置并产生X射线，实现多焦点X射线源。并且，电子束在整个靶盘进行扫描，将热量均匀散布到整个靶盘，避免局部温度过高。通过扫描的方式代替了阳极轴承，相对于传统旋转阳极X射线管提高了寿命，并且降低了噪音。在对待测物体进行辐射影像时，采取多组窄束X射线，既有效地降低了散射辐射的影响，提高图像的对比度和清晰度；又确保在整个视野角内均一的光学尺寸，保证了图像均一的空间分辨率。该电扫描式的X射线管若应用在CT系统中，其在Z向采取多焦点X射线源进行辐射采样，可以有效地解决锥心束伪差的问题。

具体的，所述阳极组件包括加速阳极7、靶盘8和管壳9；所述阴极组件设置在所述加速阳极7中，并且两者之间通过绝缘陶瓷10进行密封绝缘；所述靶盘8在所述管壳9底部，所述管壳9表面开设有窗口11。电子束在所述电聚焦偏转组件的作用下，产生偏转并聚焦，撞击到所述靶盘8的某个位置，撞击过程中产生的X射线从所述窗口11发射出来。进一步的，所述聚焦极2采取如图2(a)和图2(b)所示内凹平面或者与电子束行进方向成30°～90°的近似圆锥面结构，确保产生平行电子束或者汇聚电子束。所述加速阳极7开有孔径保证电子束通过，并采取如图2(a)和图2(b)所示的类似锥角的形状设计，矫正了开孔所导致的等位面畸变。所述聚焦极2和所述加速阳极7相互配合，其共同形成的静电透镜，抵消了电子束中空间电荷力的发散效果，形成平行电子束或者汇聚电子束，同时保证了电子束产生尽量小的色散。更进一步的，所述靶盘8具备3°～50°的倾角，从而可以增大实际焦点面积以及减小光学焦点尺寸。如图2(b)所示，所述窗口11处安装有M行N列(M，N均为正整数)的准直孔对X射线进行约束，从而形成窄束X射线。准直孔的大小和深度取决于焦点的大小和间距，通过并约束其所对应焦点所发射的X射线，并滤除相邻焦点所发射的X射线。通过电聚焦偏转系统与准直孔的搭配以及相应靶盘尺寸的选用，可以实现不同面积，不同焦点个数，不同形式(比如说圆阵或者方阵)的面阵。在本实施例一中，靶盘长度为200mm，靶盘宽度为60mm，靶角为20°，光学焦点长度和宽度均为1mm，焦点间距为2mm。与焦点位置相应，管壳处具备约100×10个准直孔。最终形成大约200mm×20mm面积，包含约100×10个焦点的面阵。所述管壳9处做接地处理，并采取水基冷却液进行冷却；所述水基冷却液的成份包括乙二醇、去离子水、防腐剂和防锈剂。水基冷却液的冷却效果比绝缘油更好，从而实现更高的散热效率，可以承载更长的连续扫描时间。

实施例二

本实施例二提供了一种电扫描式的X射线管，包括阴极组件、电聚焦偏转组件和阳极组件。与实施例一的差别在于，在本实施例二中，所述电聚焦偏转组件包括两个电四极透镜4和水平偏转组件6。其中第一个或者第二个电四极透镜对电子束同时起聚焦和垂直偏转的作用。在原有聚焦电压基础上，对电极41额外施加正电压，对电极43额外施加负电压，请参阅图5，形成虚线箭头所示方向的电场。通过其中的电子束将在垂直方向上朝向电极41产生偏转。若采取相反的电压设置，电子束则向电极42偏转。通过这样方式来取代垂直偏转组件，从而缩短了整个X射线管的长度。

实施例三

本实施例三提供了另一种电扫描式的X射线管，包括阴极组件、电聚焦偏转组件和阳极组件。与实施例一的差别在于，在本实施例三中，所述电聚焦偏转组件包括两个电四极透镜4和水平偏转组件6。本实施例三提供的电扫描式的X射线管，取消了垂直偏转组件，以实现电扫描线阵X射线管。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种电扫描式的X射线管，其特征在于，包括：

阴极组件，用于产生电子束以及预聚焦；

电聚焦偏转组件，使电子束发生偏转并聚焦；

阳极组件，用于接收电子束以及产生X射线；

所述电聚焦偏转组件包括电四极透镜组、偏转极板组；所述阴极组件产生的电子束依次经过所述电四极透镜组和所述偏转极板组。

2.如权利要求1所述的电扫描式的X射线管，其特征在于，所述电四极透镜组包括两个电四极透镜；所述电四极透镜由四个电极组成，相对两个电极的电位相同，相邻两个电极的电位相反。

3.如权利要求1所述的电扫描式的X射线管，其特征在于，所述偏转极板组由垂直偏转组件和水平偏转组件构成，各组件均是由施加相反电位的两个极板组成。

4.如权利要求3所述的电扫描式的X射线管，其特征在于，所述水平偏转组件中的两个极板采用单折板偏转器。

5.如权利要求1所述的电扫描式的X射线管，其特征在于，所述阴极组件包括电子发射源、聚焦极和绝缘陶瓷；其中所述电子发射源位于所述聚焦极中，并且所述电子发射源的引脚通过所述绝缘陶瓷接出。

6.如权利要求5所述的电扫描式的X射线管，其特征在于，所述电子发射源是由钨平板通过蚀刻或冲压工艺形成。

7.如权利要求1所述的电扫描式的X射线管，其特征在于，所述阳极组件包括加速阳极、靶盘和管壳；所述阴极组件设置在所述加速阳极中，并且两者之间通过绝缘陶瓷进行密封绝缘；所述靶盘在所述管壳底部，所述管壳表面开设有窗口。

8.如权利要求7所述的电扫描式的X射线管，其特征在于，所述管壳处接地，并采取水基冷却液进行冷却。

9.如权利要求8所述的电扫描式的X射线管，其特征在于，所述水基冷却液的成份包括乙二醇、去离子水、防腐剂和防锈剂。