EP0456539B1 - Source radiogène permettant un remplacement aisé et rapide du tube à rayons X - Google Patents

Source radiogène permettant un remplacement aisé et rapide du tube à rayons X Download PDF

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EP0456539B1
EP0456539B1 EP19910401039 EP91401039A EP0456539B1 EP 0456539 B1 EP0456539 B1 EP 0456539B1 EP 19910401039 EP19910401039 EP 19910401039 EP 91401039 A EP91401039 A EP 91401039A EP 0456539 B1 EP0456539 B1 EP 0456539B1
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tube
ray
ray source
stator
insulating material
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Emile Gabbay
Jean-Pierre Lechevalier
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General Electric CGR SA
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General Electric CGR SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/02—Constructional details
    • H05G1/04—Mounting the X-ray tube within a closed housing

Definitions

  • the invention relates to an X-ray source consisting of an X-ray tube and its retaining and protective sheath.
  • An X-ray tube essentially comprises two electrodes: a cathode and an anode contained in a vacuum glass balloon and fixed respectively to the ends of the latter.
  • the cathode is generally constituted by a tungsten filament, housed in a metal part of a shape suitable for playing the role of an electronic lens, and which is called a concentrating part.
  • the anode may consist of a cylindrical mass of copper carrying, opposite the filament, a plate of a highly emissive material in X-rays such as tungsten for example, when it is a tube with a fixed anode.
  • the anode In the case of a tube with a rotating anode, the anode often consists of a solid disc, made of molybdenum or graphite for example, generally covered with tungsten; of course, for special applications, the anode materials can be other than those mentioned above.
  • the filament When the filament is made incandescent and a positive voltage of a few kilovolts compared to the cathode is applied to the anode, electrons emitted by the filament are accelerated towards the anode by the electric field and bombard the anode or anti -cathode on a surface called hearth: the hearth becomes the main source of emission of X-ray radiation.
  • the X-ray radiation is produced in all the zone located in front of the anti-cathode.
  • the X-ray tube is placed in a protective envelope or sheath which provides user protection functions, one against X-radiation and the other against the high supply voltages of the tube. Protection against X-rays is obtained by an envelope which stops X-rays except where it is useful for creating the beam used to irradiate the part of the body to be examined.
  • the electrical protection is obtained by an envelope which is, for example, made of metal and which is connected to ground; in addition, the sheath is filled with an insulating liquid which provides insulation between the various supply conductors of the tube or with respect to the envelope at ground potential. Among these conductors, some are at high voltage and are connected to the anode and / or to the cathode and the others are at low voltage and are connected to the filament of the cathode.
  • supply conductors come from a supply device which is generally physically separated from the sheath but which, in certain embodiments of the compact type, in particular, can constitute with the sheath a complete assembly called an X-ray unit.
  • the supply device is placed in an enclosure filled with insulating and cooling liquid, this enclosure being integral with the radiogenic source.
  • the radiogenic source is associated with a device for collimating the X-ray beam which serves to limit its dimensions so as to only irradiate the part of the body to be examined.
  • the radiogenic source whether or not integral with its supply device, and associated with the collimation device, is mechanically fixed in a precise manner to an apparatus which makes it possible to move it relative to the body to be examined.
  • Document EO-A-0 363 248 discloses a device for cooling an X-ray tube.
  • the device comprises a sheath which surrounds the X-ray tube and which defines a space for circulation of a cooling fluid in communication with a cooler.
  • the cooling of the tube is improved, in particular with regard to temperature stability, by the installation in the circulation space of a body whose latent heat of fusion is used.
  • the object of the present invention is therefore to produce an X-ray source which allows an easy and rapid replacement of the X-ray tube on the site of the radiology device.
  • the invention therefore relates to an X-ray source which comprises an X-ray tube and two parts, a first part which is integral with the radiology device and which carries the device for collimating the X-ray beam, and a second part which supports all or part of the X-ray tube and which is fixed tightly on the first part, the interior volume created by the assembly of the two parts containing an insulating material which is solid at ambient temperature and which is fluid at the operating temperature of the X-ray source.
  • the first part comprises means for supporting the stator of the motor driving the anode in rotation and the second part comprises means for supporting the rest of the tube, the assembly of the two parts being such that the end of the tube containing the motor rotor fits into the stator.
  • the insulating material may be a wax, a paraffin or a mixture of these elements or a polyurethane containing an oil, a wax or a paraffin or a mixture of these elements.
  • One of these elements can be of the latent heat of fusion type.
  • An X-ray source according to the invention comprises two parts 10 and 11, the part 10 being permanently fixed to the radiology device (not shown) and the part 11 being detachable from the part 10.
  • Part 11 of the source consists of an envelope 19, made of aluminum for example, which serves to support an X-ray tube 20 by means of a tulip 21 into which an end 24 of the tube fits. 20 x-ray.
  • the tube 20 comprises a glass enclosure 25 in which a high vacuum has been produced.
  • This enclosure 25 contains a fixed cathode 26, which is disposed on the side of one end 24, and a rotating anode 27 which is fixed to the end of a rotor 28.
  • the rotor 28 is placed at the other end 29 of the tube 20, this end 29 having an elongated cylindrical shape to receive the rotor and ending in a connector 30.
  • the end 24 of the tube 20 also includes a connector 38 for the passage of at least two supply conductors 32 and 33 which are connected to a connector 34 of conventional type mounted on the casing 19.
  • the connector 34 has a part female 41 secured to the casing 19 and a male part 42 which is connected to a supply device not shown.
  • the envelope 19 is substantially cylindrical so as to surround the tube 20 and ends in a flange 37 for assembly.
  • Part 10 consists of an envelope 12, also made of aluminum, which is pierced with an orifice to place a window 13 transparent to X-rays.
  • the envelope 12 serves as a support for a tulip 14 on which is fixed a stator 15 in the case of an X-ray tube with a rotating anode.
  • the tulip 14 has, along its median axis, a housing 23 equipped to receive the connector 30 of the tube 20.
  • the stator 15 and the anode 27 of the tube are supplied by at least two conductors 17 and 18 which are connected to a connector 16 of the type conventional mounted on the casing 12 and comprising a female part 41 'and a male part 42'.
  • the envelope 12 has at the window 13 an opening 22 for the fitting of the part 11 and more precisely of the part of the tube corresponding to the anode.
  • the envelope 12 ends in a flange 31 of assembly which cooperates with the flange 37 of the part 11.
  • Part 11 therefore fits into part 10 so that the end 29 of the tube 20 comes to be housed in the tulip 14 while the connector 30 is placed in the housing 38.
  • the assembly of the two parts is obtained by means of the flanges 31 and 37 which are equipped with clamping means (40) and sealing means not shown.
  • clamping means 40
  • sealing means not shown.
  • the internal wall of the envelopes 12 and 19 is covered with a layer of lead (not shown) which absorbs this X-ray.
  • the insulating and cooling material is chosen so that it is in solid form at room temperature of 25 ° C and is in liquid form at the operating temperature of the tube, at about 100 ° C. This allows disassembly at room temperature of parts 10 and 11 and their separation from one another by tearing off, the tube 20 remaining integral with part 11. We can then immediately replace this part 11 with another from the factory, tightly assemble it to the part 10 remaining in place on the radiology device and, after heating, complete the volume of the sheath with insulating material.
  • part 11 which has been removed is brought back to the factory where the tube is replaced by a new tube which is put in place in the envelope 19. Then, the part 11 with the new tube is assembled with a part identical to Part 10 of Figure 1.
  • the insulating material is then introduced hot into the assembly constituted by the parts 10 and 11 in a conventional manner and then, after cooling, the part 11 is separated from the mold to serve as a spare part.
  • Part 10 which is used in the factory to produce the spare part for part 11 may be a mold whose shapes reproduce those of part 10 with regard to the common edges of the two parts such as the flange 23 and the internal surface. nesting.
  • the insulating materials which can be used are, according to the invention, mixtures of polyurethane and oil, waxes, paraffins and mixtures of these various elements. It is also possible to use materials with latent heat of fusion which have melting temperatures between 50 ° C and 110 ° C; this is the case for certain waxes and paraffins, methyl fumarate, all electrical insulators.
  • the oil can be replaced by a wax, paraffin or the like.
  • the polyurethane material obtained after injection is porous, which allows the circulation of oil, wax or paraffin and the establishment of a liquid cooling system during the operation of the tube.
  • the casing 19 will include a fluid inlet port while the casing 12 will include an outlet port for said fluid, these two ports being connected by conduits to a heat exchanger.

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  • X-Ray Techniques (AREA)

Description

  • L'invention concerne une source radiogène constituée par un tube à rayons X et sa gaine de maintien et de protection.
  • Un tube à rayons X comprend essentiellement deux électrodes : une cathode et une anode contenues dans un ballon de verre sous vide et fixées respectivement aux extrémités de ce dernier. La cathode est généralement constituée par un filament de tungstène, logé dans une pièce métallique de forme appropriée à jouer le rôle d'une lentille électronique, et que l'on appelle pièce de concentration. L'anode peut être constituée par une masse cylindrique en cuivre portant, en face du filament, une plaquette d'un matériau fortement émissif en rayons X comme le tungstène par exemple, lorsqu'il s'agit d'un tube à anode fixe. Dans le cas d'un tube à anode tournante, l'anode est souvent constituée d'un disque massif, en molybdène ou en graphite par exemple, recouvert généralement de tungstène; bien entendu, pour des applications spéciales, les matériaux de l'anode peuvent être autres que ceux cités ci-dessus.
  • Lorsque le filament est rendu incandescent et que l'on applique à l'anode une tension positive de quelques kilovolts rapport à la cathode, des électrons émis par le filament sont accélérés vers l'anode par le champ électrique et bombardent l'anode ou anti-cathode sur une surface appelée foyer : le foyer devient la source principale d'émission d'un rayonnement X. Le rayonnement X est produit dans toute la zone située en avant de l'anti-cathode.
  • Le tube à rayons X est placé dans une enveloppe protectrice ou gaine qui assure des fonctions de protection de l'utilisateur, l'une contre le rayonnement X et l'autre contre les hautes tensions d'alimentation du tube. La protection contre le rayonnement X est obtenue par une enveloppe qui arrête le rayonnement X sauf à l'endroit où il est utile pour créer le faisceau servant à irradier la partie du corps à examiner. La protection électrique est obtenue par une enveloppe qui est, par exemple, en métal et qui est reliée à la masse; en outre, la gaine est remplie d'un liquide isolant qui assure l'isolement entre les différents conducteurs d'alimentation du tube ou par rapport à l'enveloppe au potentiel de la masse. Parmi ces conducteurs, les uns sont à haute tension et sont connectés à l'anode et/ou à la cathode et les autres sont à la basse tension et sont connectés au filament de la cathode.
  • Ces conducteurs d'alimentation proviennent d'un dispositif d'alimentation qui est en général séparé physiquement de la gaine mais qui, dans certaines réalisations de type compact, notamment, peut constituer avec la gaine un ensemble complet appelé bloc radiogène. Pour des questions d'isolation électrique et de refroidissement, le dispositif d'alimentation est disposé dans une enceinte remplie de liquide isolant et réfrigérant, cette enceinte étant solidaire de la source radiogène.
  • Par ailleurs, à la source radiogène est associé un dispositif de collimation du faisceau de rayons X qui sert à limiter ses dimensions de manière à n'irradier que la partie du corps à examiner.
  • Dans un système de radiologie ou de radiographie, la source radiogène, solidaire ou non de son dispositif d'alimentation, et associé au dispositif de collimation, est fixée mécaniquement de manière précise à un appareillage qui permet de la déplacer par rapport au corps à examiner.
  • Du document EO-A-0 363 248 il est connu un dispositif de refroidissement d'un tube à rayons X. Le dispositif comporte une gaine qui entoure le tube à rayons X et qui définit un espce de circulation d'un fluide de refroidissement en communication avec un refroidisseur. Le refroidissement du tube est amélioré, notamment en ce qui concerne la stabilité en température, par la mise en place dans l'espace de circulation d'un corps dont on utilise la chaleur latente de fusion.
  • La description qui vient d'être faite montre que l'enlèvement d'un tube à rayons X et son remplacement par un autre sont des opérations délicates et longues qu'il n'est pas possible d'effectuer sur place car il faut un appareillage particulier et encombrant, ne serait-ce que pour récupérer l'huile d'isolation et de refroidissement avant tout démontage. Et même, si une telle vidange était possible, encore faudra-t-il éviter les salissures dues à l'égouttage de l'huile.
  • En outre, au cours du remontage d'un nouveau tube dans sa gaine puis de cette dernière sur son support de l'appareil de radiologie, il faut effectuer des réglages précis pour que le faisceau émis par le nouveau tube soit centré de manière précise par rapport au dispositif de collimation.
  • Il en résulte que le changement d'un tube, qui est une opération normale dans la "vie" d'un appareil de radiologie, rend l'appareil inutilisable pendant plusieurs jours ou semaines car la source radiogène, et parfois le bloc radiogène, doit être retournée en usine.
  • De plus, les opérations de démontage et de remontage sur place sont aussi très longues et l'ensemble des opérations conduit à un coût très élevé.
  • Le but de la présente invention est donc de réaliser une source radiogène qui permet un remplacement aisé et rapide du tube à rayons X sur le site de l'appareil de radiologie.
  • L'invention concerne donc une source radiogène qui comprend un tube à rayons X et deux parties, une première partie qui est solidaire de l'appareil de radiologie et qui porte le dispositif de collimation du faisceau de rayons X, et une deuxième partie qui supporte tout ou partie du tube à rayons X et qui vient se fixer de manière étanche sur la première partie, le volume intérieur créé par l'assemblage des deux parties contenant un matériau isolant qui est solide à la température ambiante et qui est fluide à la température de fonctionnement de la source radiogène.
  • Dans un mode de réalisation où le tube à rayons X est du type à anode tournante, la première partie comprend des moyens de support du stator du moteur entraînant en rotation l'anode et la deuxième partie comprend des moyens de support du reste du tube, l'assemblage des deux parties étant tel que l'extrémité du tube contenant le rotor du moteur vient s'emboîter dans le stator.
  • Le matériau isolant peut être une cire, une paraffine ou un mélange de ces éléments ou encore un polyuréthane contenant une huile, une cire ou une paraffine ou un mélange de ces éléments. L'un de ces éléments peut être du type à chaleur latente de fusion.
  • D'autres buts, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un exemple particulier de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale des deux parties emboîtables de la source radiogène selon l'invention, et
    • la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale de la source radiogène selon l'invention telle qu'elle se présente après assemblage des deux parties.
  • Une source radiogène selon l'invention comprend deux parties 10 et 11, la partie 10 étant fixée de manière permanente sur l'appareil de radiologie (non représenté) et la partie 11 étant détachable de la partie 10.
  • La partie 11 de la source est constitué d'une enveloppe 19, en aluminium par exemple, qui sert de support à un tube 20 à rayons X par l'intermédiaire d'une tulipe 21 dans laquelle vient s'emboîter une extrémité 24 du tube 20 à rayons X.
  • Plus précisément, le tube 20 comporte une enceinte 25 en verre dans lequel un vide poussé a été réalisé. Cette enceinte 25 contient une cathode fixe 26, qui est disposée du côté d'une extrémité 24, et une anode tournante 27 qui est fixée à l'extrémité d'un rotor 28. Le rotor 28 est placé à l'autre extrémité 29 du tube 20, cette extrémité 29 ayant une forme cylindrique allongée pour recevoir le rotor et se terminant par un connecteur 30.
  • L'extrémité 24 du tube 20 comporte également un connecteur 38 pour le passage d'au moins deux conducteurs d'alimentation 32 et 33 qui sont connectés à un connecteur 34 de type classique monté sur l'enveloppe 19. Le connecteur 34 comporte une partie femelle 41 solidaire de l'enveloppe 19 et une partie mâle 42 qui est connectée à un dispositif d'alimentation non représenté.
  • Au niveau de la cathode 26, l'enveloppe 19 est sensiblement cylindrique de manière à entourer le tube 20 et se termine par une collerette 37 d'assemblage.
  • La partie 10 est constituée d'une enveloppe 12, en aluminium également, qui est percée d'un orifice pour placer une fenêtre 13 transparente aux rayons X. L'enveloppe 12 sert de support à une tulipe 14 sur laquelle vient se fixer un stator 15 dans le cas d'un tube à rayons X à anode tournante. La tulipe 14 présente suivant son axe médian un logement 23 équipé pour recevoir le connecteur 30 du tube 20. Le stator 15 et l'anode 27 du tube sont alimentés par au moins deux conducteurs 17 et 18 qui sont reliés à un connecteur 16 de type classique monté sur l'enveloppe 12 et comportant une partie femelle 41' et une partie mâle 42'.
  • L'enveloppe 12 présente au niveau de la fenêtre 13 une ouverture 22 pour l'emboîtement de la partie 11 et plus précisément de la partie du tube correspondant à l'anode.
  • Du côté de l'ouverture 22, l'enveloppe 12 se termine par une collerette 31 d'assemblage qui coopère avec la collerette 37 de la partie 11.
  • La partie 11 vient donc s'emboîter dans la partie 10 de manière que l'extrémité 29 du tube 20 vienne se loger dans la tulipe 14 tandis que le connecteur 30 vient se placer dans le logement 38. L'assemblage des deux parties est obtenu par l'intermédiaire des collerettes 31 et 37 qui sont équipées de moyens de serrage (40) et des moyens d'étanchéité non représentés. Pour protéger l'utilisateur et le patient contre le rayonnement X qui n'est pas focalisé sur l'ouverture de la fenêtre 13, la paroi interne des enveloppes 12 et 19 est recouverte d'une couche de plomb (non représentée) qui absorbe ce rayonnement X.
  • Lorsque ces deux parties 10 et 11 sont assemblées (figure 2), elles constituent une gaine dans laquelle est introduit un matériau 39 isolant et de refroidissement par les moyens et procédés connus et, notamment, en utilisant des orifices 35 et 36 percés respectivement dans les enveloppes 19 et 12 pour le passage dudit matériau et l'évacuation des gaz.
  • Selon l'invention, le matériau isolant et de refroidissement est choisi de manière qu'il soit sous forme solide à la température ambiante de 25°C et soit sous forme liquide à la température de fonctionnement du tube, à environ 100°C. Ceci permet un démontage à la température ambiante des parties 10 et 11 et leur séparation l'une de l'autre par arrachement, le tube 20 restant solidaire de la partie 11. On peut alors immédiatement remplacer cette partie 11 par une autre en provenance de l'usine, l'assembler de manière étanche à la partie 10 restée en place sur l'appareil de radiologie et, après chauffage, compléter le volume de la gaine avec du matériau isolant.
  • Bien entendu, la partie 11 qui a été enlevée est ramenée en usine où le tube est remplacé par un tube neuf qui est mis en place dans l'enveloppe 19. Ensuite, la partie 11 avec le tube neuf est assemblée avec une partie identique à la partie 10 de la figure 1.
  • Le matériau isolant est ensuite introduit à chaud dans l'ensemble constitué par les parties 10 et 11 de manière classique puis, après refroidissement, la partie 11 est séparée du moule pour servir de pièce de rechange.
  • La partie 10 qui est utilisée en usine pour réaliser la pièce de rechange de la partie 11 peut être un moule dont les formes reproduisent celles de la partie 10 en ce qui concerne les bords communs des deux parties telles que la collerette 23 et la surface interne d'emboîtement.
  • Les matériaux isolants qui peuvent être utilisés sont selon l'invention, des mélanges de polyuréthane et d'huile, des cires, des paraffines et des mélanges de ces différents éléments. On peut aussi utiliser des matériaux à chaleur latente de fusion qui ont des températures de fusion comprises entre 50°C et 110°C; c'est le cas de certaines cires et paraffines, du fumarate de méthyle, tous isolants électriques.
  • Dans le cas de l'utilisation d'un mélange de polyuréthane et d'huile, l'huile peut être remplacée par une cire, une paraffine ou autre. Le matériau de polyuréthane obtenu après injection est poreux, ce qui permet la circulation de l'huile, de la cire ou de la paraffine et la mise en place d'un système de refroidissement du liquide lors du fonctionnement du tube.
  • Un tel système de refroidissement avec circulation du fluide n'a pas été décrit ci-dessus car il est de réalisation classique pour un homme de l'art. Pour un tel système, l'enveloppe 19 comportera un orifice d'entrée du fluide tandis que l'enveloppe 12 comportera un orifice de sortie dudit fluide, ces deux orifices étant connectés par des conduits à un échangeur de chaleur.
  • La source radiogène selon l'invention présente les avantages suivants :
    • facilité et rapidité de remplacement du tube à rayons X dans les appareils de radiologie, d'où une durée d'immobilisation courte desdits appareils,
    • réduction du temps de réglage après remplacement car la partie 10 qui définit la position du faisceau de rayons X, reste en place,
    • réduction du coût global du remplacement.

Claims (8)

  1. Source radiogène qui comprend un tube à rayons X et deux parties (10,11), une première partie (10) qui est solidaire de l'appareil de radiologie et qui porte le dispositif de collimation du faisceau de rayons X, et une deuxième partie (11) qui supporte tout ou partie d'un tube (20) à rayons X et qui vient se fixer de manière étanche sur la première partie (10), le volume intérieur créé par l'assemblage des deux parties contenant un matériau isolant (39) qui est solide à la température ambiante et qui est fluide à la température de fonctionnement de la source radiogène.
  2. Source radiogène selon la revendication 1 dans lequel le tube (20) à rayons X est du type à anode tournante (27) comportant un rotor (28) connecté à l'anode et un stator (15), caractérisée en ce que la première partie (10) comprend des moyens de support (14) du stator (15) et en ce que la deuxième partie (11) comprend des moyens de support (21) du reste du tube, l'assemblage des deux parties (10,11) étant tel que l'extrémité du tube contenant le rotor (28) du moteur vient s'emboîter dans le stator (15).
  3. Source radiogène selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de support (14) du stator et les moyens de support (21) du reste du tube comportent chacun des moyens de connexion électrique (23,38).
  4. Source radiogène selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en chaque partie (10 ou 11) comporte un connecteur extérieur (16,34) qui est connecté, d'une part, aux moyens (23,38) de connexion électrique et, d'autre part, à un dispositif d'alimentation.
  5. Source radiogène selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 4, caractérisée en ce que chaque partie (10,11) est constituée d'une enveloppe métallique (12,19) qui présente une ouverture ayant au moins les dimensions du tube (20) à rayons X, ladite ouverture comportant des moyens d'assemblage (31,37,40) étanche d'une enveloppe sur l'autre.
  6. Source radiogène selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau isolant (39) est une cire, une paraffine ou un mélange de ces éléments.
  7. Source radiogène selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 5, caractérisée en ce que le matériau isolant (39) est un polyuréthane contenant une huile isolante, une cire ou une paraffine ou un mélange de ces éléments.
  8. Source radiogène selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 5, caractérisée en ce que le matériau isolant (39) est du type à chaleur latente de fusion.
EP19910401039 1990-05-11 1991-04-18 Source radiogène permettant un remplacement aisé et rapide du tube à rayons X Expired - Lifetime EP0456539B1 (fr)

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FR9005922A FR2662023B1 (fr) 1990-05-11 1990-05-11 Source radiogene permettant un remplacement aise et rapide du tube a rayons x.

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DE69100912T2 (de) 1994-05-05
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