CN210628240U - X射线管及具有该x射线管的医疗成像设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种X射线管，包括电子发射体；所述X射线管还包括切换组件，所述切换组件包括第一电源以及相对于所述电子发射体的电子透射层，所述电子透射层的两个相对侧面分别电性连接于所述第一电源的正极以及负极，所述第一电源的电压能够被改变并调节所述电子透射层对所述电子发射体发射出的电子的透射率。本实用新型提供的X射线管通过设置电子透射层，利用电子透射层对电子发射体发射出的电子在第一电源下的可调渗透实现对电子发射量的控制与调节，在控制及时性、精度以及准确性上有较好的提升。

Description

X射线管及具有该X射线管的医疗成像设备

技术领域

本实用新型涉及医学成像技术领域，尤其涉及一种X射线管及具有该X射线管的医疗成像设备。

背景技术

双能量电子计算机断层扫描(Computed Tomography，CT)能够利用物质对处于不同能量水平的X射线的不同吸收特性来分析物质成分，从而提高了自身对软组织的显影能力，具有非常高的临床应用价值。单源CT的快速千伏切换作为双能量CT的一种，其相对于传统的双源CT具有同时、同源、同向等优点，是性能优良的双能成像方法。

X射线源主要通过电子发射体的电流电加热阴极灯丝到1900～2600℃来产生热电子。为实现双能量CT中X射线源辐射剂量一致，增加双能成像的清晰度，需要电子发射体在高能量(如140kV)与低能量(如80kV)切换的同时，向阳极发射不同数量的电子。然而，随着人们对X射线的精度要求越来越高，高压发生器已经能够以微秒级的速度快速千伏切换，虽然通过电子发射体的电流切换速度可以达到相同的微秒级，但由于阴极灯丝的温度升降具有滞后性，无法随过电子发射体的电流变化快速升温或降温，仍然难以同步控制向阳极逸散的电子数量。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种改进的X射线管及医疗成像设备。

本实用新型提供一种X射线管，包括电子发射体；所述X射线管还包括切换组件，所述切换组件包括第一电源以及相对于所述电子发射体的电子透射层，所述电子透射层的两个相对侧面分别电性连接于所述第一电源的正极以及负极，所述第一电源的电压能够被改变并调节所述电子透射层对所述电子发射体发射出的电子的透射率。

进一步地，所述电子透射层为二次电子放大薄膜。

进一步地，所述二次电子放大膜为金刚石薄膜。

进一步地，所述金刚石薄膜的第一侧面涂覆有导电层。

进一步地，所述导电层为镀锌层、镀金层或者镀铜层中的一种。

进一步地，所述金刚石薄膜的第二侧面还设置有降势层。

进一步地，所述降势层为氢化层或者铯化层。

进一步地，所述电子透射层两个相对的侧面分别通过所述导电层及所述降势层，电性连接于所述第一电源的正极以及负极。

进一步地，所述电子发射体的电子发射方向垂直于所述电子透射层。

本实用新型提供一种医疗成像设备，包括X射线管，所述X射线管为上述任意一项所述的X射线管。

本实用新型提供的X射线管通过设置电子透射层，利用电子透射层对电子发射体发射出的电子在第一电源下的可调渗透实现对电子发射量的控制与调节，在控制及时性、精度以及准确性上有较好的提升。

附图说明

图1为本实用新型一个实施方式中X射线管的结构示意图。

主要元件符号说明

X射线管	100
		电子发射体	10
第二电源	11
		靶盘	20
切换组件	30
		电子透射层	31
金刚石薄膜	32
		导电层	321
降势层	322

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，图1为本实用新型一个实施方式中X射线管100的结构示意图。

X射线管100用于发射X射线，其能够利用加速后的电子撞击金属靶，通过电子在撞击过程中的动能损失将电子的部分能量(约为其中的1％)以光子的形式放出(制动辐射)，从而发射出具有连续X光光谱的X射线。又或者通过电子对金属原子内层电子的撞出以使得原子的外层电子能够向内层跃迁(特性辐射)，从而发射出具有特性X光光谱(特性辐射)的X射线。

本实施方式中，X射线管100应用至医学成像设备中，其既可以用于单模态的医学成像设备的X射线发射，如CT机、CR机以及DR机等；还可以用于多模态医疗成像设备的X射线发射，如PET/CT机等。

可以理解，本实用新型并不限制X射线管100仅能够应用至医学成像设备中；在其他的实施方式中，X射线管100还可以应用工业探伤、安全检测、生物大分子分析、X射线卫星导航等领域中。

具体地，X射线管100包括管壳(图未示)、阴极组件(图未示)以及阳极组件(图未示)，管壳的内部形成封闭的真空空间，阳极组件与阴极组件均容置于管壳内部的真空空间内，且阳极组件与阴极组件之间相对设置。

管壳用于容置和承载阴极组件与阳极组件，阴极组件用于发射电子束，阳极组件用于承受阴极组件发射的电子束。阴极组件发射的电子束在管壳所提供的真空空间下以低损耗的状态传输，并在外加电场的作用下经过加速轰击至阳极组件的表面，利用特性辐射或者制动辐射的原理发射出X射线。

就管壳本身的结构而言，其可以采用常规结构。其既可以采用玻璃，也可以采用陶瓷或者金属等除玻璃之外的其他材料，只要管壳本身能够形成封闭的真空环境即可。

阴极组件包括电子发射体10以及电性连接于电子发射体10的第二电源11，第二电源11通过驱动电路(图未示)来为电子发射体10供电，从而驱动电子发射体发射电子束。电子发射体的结构可以为螺旋线圈、D形、平面发射体等，只要其能在通电后实现电子束的发射即可。电子发射体的材料可以是钨或者其他通电后能够发射电子束的材料。

电子发射体在电子发射体驱动电路的驱动作用下产生高温(一般大于2000K)，此时电子发射体的表面电子因为高温而具有足够的逸出能量，并通过热运动的形式逸出电子发射体的表面，从宏观上即表现为电子发射体发射出电子束。

阳极组件包括靶盘20以及驱动靶盘20转动的转轴(图未示)，靶盘20与电子发射体相对设置并连接于转轴。靶盘20用于接收并承受电子发射体所发射出的电子束，靶盘20上直接承受电子束轰击的表面(常被称为焦点)即产生和发射X射线；转轴用于驱动靶盘20转动。

本实用新型提供的X射线管100为旋转阳极X射线管，其内部的电子发射体所发射出的电子束轰击靶盘20的表面，在遭遇到靶盘20表面的阻挡后将自身的绝大部分动能(99％以上)以热能的逸散掉；由于靶盘20的高速旋转，靶盘20上直接承载电子束的焦点位置不停转换，从而提高了散热效果并且延长了靶盘20的寿命，这也是旋转阳极X射线管能够逐步取代固定阳极X射线管的直接原因。

靶盘20的本身形状既可以采用盘状，也可以采用柱状等其他形状。为了增加靶盘20的导热效率，靶盘20的内部可设为中空，且相应填充有用于增加散热效果的材料。由于靶盘20在承载电子束轰击时会集聚大量的热量，靶盘20的工作温度一般在1200℃以上，甚至会达到1800℃。因此靶盘20的材料优选铜、钻、镍、铁、铝等具有较佳传热性以及高熔点的合金材料。

本实施方式中，靶盘20与电子发射体偏心设置，也即电子发射体并不与靶盘20的轴心(也即转轴的轴心)相对设置，而是与靶盘20的轴心偏心设置。此时靶盘20的轰击承受区域具有较大回转线速度，散热效果较佳。

现有的X射线管在通过第二电源来为电子发射体加热，利用电子发射体在高温(多为1900℃至2600℃)下的电子外溢来产生热电子。在双能量CT等需要快速变化X射线特性参数的医疗成像设备中，X射线管需要在高能量(如140kV)与低能量(如80kV)之间快速切换，以使靶盘能够发射不同数量的电子。虽然目前的第二电源可以采用高压发生器并能够实现微秒级的千伏切换，但是电子发射体的温度升降与高压发生器之间的电压变化之间仍存在滞后性，无法随过电子发射体的电流变化快速升温或降温，仍然难以同步控制向靶盘逸散的电子数量。

本实用新型提供的X射线管100还设置有切换组件30，本实用新型提供的X射线管100通过设置切换组件30，利用切换组件30对电子发射体10发射出的电子的渗透率的可调实现对电子发射量的快速切换。

具体地，切换组件30包括第一电源(图未示)以及相对于电子发射体10的电子透射层31，第一电源用以为电子透射层31施加电场，电子透射层31用于对电子发射体10发射出的一次电子进行吸收，并释放出二次电子；在第一电源的加载下，电子透射层31释放的二次电子能够多于电子发射体10释放出的一次电子，从而利用对第一电源的电压调节实现对电子束的发射量(也即二次电子的发射量)的调节。

需要额外解释的是，本文所称的电子透射层31对电子发射体10发射出的电子的“透射率”，指的是电子透射层31发射出的电子量与电子发射体10发射的初始电子量之间的比值；在实质上，电子透射层31所衍生的电子并非由电子发射体10发射的初始电子透射而生；这里仅表示电子透射层31发射出的电子量与电子发射体10发射的初始电子量在数量上的关系，并不代表二者的衍生机理。

下面简要介绍电子透射层31对电子的激发机理：

一次电子射入电子透射层31后，电子透射层31体内的电子受一次电子的激发，由低能态跃迁到高能态并从激发产生的地点向表面运动。二次电子在向表面运动的过程中，与自由电子、晶格原子和点阵缺陷相碰撞，与离子产生复合而损失能量。到达表面的内二次电子克服表面势垒而逸出。

因此，只要控制第一电源的电压，即可实现对电子量的控制。由于第一电源的电压调节能够直接作用于电子发射量，没有滞后性，因此电子发射量的控制精度与准确性提升。

本实用新型提供的X射线管100通过设置电子透射层31，利用电子透射层31对电子发射体10发射出的电子在第一电源下的可调渗透实现对电子发射量的控制与调节，在控制及时性、精度以及准确性上有较好的提升。

本实施方式中，电子透射层31为二次电子放大薄膜；此时二次电子的发射量能够多于一次电子的发射量，有利于降低电子发射体10所需要发射的一次电子量，减少电子发射体10的工作温度。根据实际检测，利用二次电子放大薄膜所产生的电子等额发射量，能够使得电子发射体10的工作温度以量级的幅度下降。

可以理解，在其他的实施方式中，电子透射层31还可以选用除二次电子放大薄膜之外的其他透射层，只要该电子透射层能够在电压下调节自身对电子的激发量即可。

同时由于二次电子的放大效应，第一电源无需在千伏量级上切换，可以在百伏甚至数十伏量级上切换，切换的可靠性提升。

在本实施方式中，二次电子放大膜为金刚石薄膜32。由于金刚石薄膜32相比其他薄膜在渗透率调节范围以及成本上具有较佳的优势，这能够使得X射线管100的性价比提高。

在本实施方式中，金刚石薄膜32的两侧还分别涂覆有导电层321以及降势层322，导电层321以及降势层322分别电性连接于第一电源的正极以及负极，导电层321用于实现第一电源对金刚石薄膜32的电场施加，降势层322用于降低金刚石薄膜表面的负电子亲和势。

进一步地，导电层321为镀锌层、镀金层或者镀铜层中的一种。此时的导电层321具有较佳的导电性能。可以理解，在其他的实施方式中，导电层321还可以采用除镀锌层、镀金层或者镀铜层之外的其他镀层，只要导电层321能够实现对第一电源电力的引导即可。

进一步地，降势层322为氢化层或者铯化层。此时的降势层322对金刚石薄膜表面的负电子亲和势的降低效应较佳。可以理解，在其他的实施方式中，降势层322还可以采用除氢化层或者铯化层之外的功能涂层，只要降势层322能够实现对金刚石薄膜表面的负电子亲和势的降低即可。

进一步地，考虑到提高电子透射层31对电子发射体10的电子吸收率，电子发射体10的电子发射方向垂直于电子透射层31的延伸方向。此时电子透射层31对电子发射体10具有最佳的吸收率。

当然，若不考虑电子透射层31对电子发射体10的电子吸收率，电子透射层31的延伸方向与电子发射体10的电子发射方向采用除90°之外的其他角度亦可。

由于第一电源能够通过自身的电压变化调节电子透射层31对电子发射体10发射出的电子的透射率，这使得第二电源11无需采用周期性的切换电源，无需在80KV或者110KV之间切换，这进一步减少了对第一电源的性能要求，降低了成本。

本实用新型还提供一种应用上述X射线管100的医疗成像系统(图未示)，该医疗成像系统通过利用上述的X射线管100发射出X射线，并通过X射线辐照人体并形成医学影像。

本实施方式中，医疗成像系统为CT机。可以理解，在其他的实施方式中，医疗成像系统还可以为PET/CT等双模态医疗成像设备。

本实用新型提供的医疗成像系统通过采用上述的X射线管100，能够实现对电子发射量的精确调节。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本实用新型要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种X射线管，包括电子发射体；其特征在于，所述X射线管还包括切换组件，所述切换组件包括第一电源以及相对于所述电子发射体的电子透射层，所述电子透射层的两个相对侧面分别电性连接于所述第一电源的正极以及负极，所述第一电源的电压能够被改变并调节所述电子透射层对所述电子发射体发射出的电子的透射率。

2.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述电子透射层为二次电子放大薄膜。

3.如权利要求2所述的X射线管，其特征在于，所述二次电子放大膜为金刚石薄膜。

4.如权利要求3所述的X射线管，其特征在于，所述金刚石薄膜的第一侧面涂覆有导电层。

5.如权利要求4所述的X射线管，其特征在于，所述导电层为镀锌层、镀金层或者镀铜层中的一种。

6.如权利要求4所述的X射线管，其特征在于，所述金刚石薄膜的第二侧面还设置有降势层。

7.如权利要求6所述的X射线管，其特征在于，所述降势层为氢化层或者铯化层。

8.如权利要求6所述的X射线管，其特征在于，所述电子透射层两个相对的侧面分别通过所述导电层及所述降势层，电性连接于所述第一电源的正极以及负极。

9.如权利要求1所述的X射线管，其特征在于，所述电子发射体的电子发射方向垂直于所述电子透射层。

10.一种医疗成像设备，包括X射线管，其特征在于，所述X射线管为权利要求1至9任意一项所述的X射线管。

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