JP2016536764A - X線装置及び該x線装置を有するctデバイス - Google Patents
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Abstract
Description
図1〜図8に示すように、曲面アレイ分散型X線装置、具体的に、円柱面アレイ分散型X線装置は複数の電子放出ユニット1、陽極2、真空ボックス3、高圧電源接続装置4、フィラメント電源接続装置5、グリッド制御装置接続装置6、真空装置8、冷却接続装置9、冷却装置10、電源及び制御システム7からなる。複数の電子放出ユニット1は円柱面において軸線の方向に沿って軸線に向かって二列に配列されて、且つ、真空ボックス3のボックス壁に取り付けられ、陽極2が円柱の軸線に配置され、真空ボックス3が陽極2を囲む。陽極2は中空管路状の構造を有し、冷却剤が内部で流れることができる。陽極2は陽極支持部材201、陽極チューブ202、陽極ターゲット面203からなる。陽極チューブ202は陽極2の本体構造であり、一定の長さ、例えば30〜100cm(センチメートル)を有する。陽極支持部材201は陽極チューブ202の中ほどの部分の裏面(背面)にあって、高圧電源接続装置4の頂端(小さい端)に接続され、陽極2を支持して固定することに用いられる。陽極チューブ202の両端はそれぞれ二つの冷却接続装置9の一端に接続し、内部が連通し、冷却剤の流動通路になる。冷却剤は高圧絶縁性能を有する変圧器油である。陽極チューブ202の外円の下縁の一部が切除されて小さい斜面を形成して、この斜面に陽極ターゲット面203が取り付けられ、電子ビームの衝撃を受けてX線を発生することに用いられて、且つ有用なX線の出射方向を一致させる。陽極ターゲット面203はタングステン材料であり、厚さが200μm(ミクロン)であり、電気めっきにて固定される。また、電子ビームは陽極に衝撃して、発生したX線が360度で立体に放射されるが、使用中に、ある方向の一部しか使うことができなく、有用なX線と称する。電子放出ユニット1はフィラメント101、陰極102、グリッド103、絶縁支持部材104、フィラメントリード線105及び接続固定部材109から構成され、グリッド103はグリッドフレーム106、グリッドメッシュ107とグリッドリード線108からなる。電子放出ユニット1は陽極2の長手方向に沿って陽極ターゲット面203の下方で二つの長列に配列され、例えば第1列がそれぞれ11a、12a、13a 、……であり、第2列がそれぞれ11b、12b、13b、……であり、各電子放出ユニット1の上表面(グリッド103の表面)がいずれも陽極2に向かって、即ち、二列の電子放出ユニット1は一つの平面に位置することではなく、陽極2を軸線とする円柱面に位置する。高圧電源接続装置4は真空ボックス3の陽極2に近い一端に取り付けられ、真空ボックス3の内部で陽極2に接続し、外部が高圧電源702に接続し、フィラメント電源接続装置5は各電子放出ユニット1のフィラメントリード線105をフィラメント電源704に接続する。フィラメント電源接続装置5は複数本の両端にコネクタ付きの二芯ケーブルである。グリッド制御装置接続装置6は各電子放出ユニット1のグリッドリード線108をグリッド制御装置703に接続する。グリッド制御装置接続装置6は複数本の両端にコネクタ付きの高圧同軸ケーブルである。真空装置8は真空ボックス3の側壁に取り付けられる。二つの冷却接続装置9は真空ボックス3の陽極に近い一端に取り付けられ、真空ボックス3の内部でそれぞれ陽極2の両端に接続し、真空ボックス3の外部で冷却装置10に接続する。電子放出ユニット1、高圧電源接続装置4、真空装置8、冷却接続装置9及び真空ボックス3は全体シール構造を構成する。電源及び制御システム7は制御システム701、高圧電源702、グリッド制御装置703、フィラメント電源704、真空電源705、冷却制御装置706などの複数のモジュールを含み、電力ケーブルと制御ケーブルを介して、システムの複数の電子放出ユニット1のフィラメント101、グリッド103及び陽極2、真空装置8、冷却装置10などの部材を接続する。
本発明の円柱面アレイ分散型X線装置において、電源及び制御システム7がフィラメント電源704、グリッド制御装置703および高圧電源702などを制御する。フィラメント電源704の作用で、加熱フィラメント101は陰極102を1000〜2000℃に加熱し、陰極102は表面に大量の電子を発生する。グリッド制御装置703は各グリッド103を負電圧、例えば、−500Vにあるようにさせ、各電子放出ユニット1のグリッド103と陰極102との間に負電場を形成し、電子が陰極102の表面に制限される。高圧電源702は陽極2を非常に高い正高圧、例えば、+180KVにあるようにさせ、電子放出ユニット1と陽極2との間に正の加速電場を形成する。X線を発生する必要がある場合、制御システム701は指令又は設定されるプログラムに従って、グリッド制御装置703のある出力を負電圧から正電圧に切り替え、かつシーケンスに応じて各経路の出力信号を変換する。例えば、時刻1に、グリッド制御装置703の出力チャンネルchannel1aは−500Vから+2000Vに変わり、対応する電子放出ユニット11a内において、グリッド103と陰極102との間の電場が正電場に変わり、電子が陰極102の表面からグリッド103へ運動し、グリッドメッシュ107を貫通して電子放出ユニット11aと陽極2との間の正方向電場に入り、これにより、加速され、高エネルギーになり、最終的に陽極ターゲット面203に衝撃し、21aの位置でX線の放射を発生する。時刻2に、グリッド制御装置703の出力チャンネルchannel1bは−500Vから+2000Vに変わり、対応する電子放出ユニット11bが電子を放出し、陽極ターゲット面203に衝撃し、かつ21bの位置でX線の放射を発生する。時刻3に、グリッド制御装置703の出力チャンネルchannel2aは−500Vから+2000Vに変わり、対応する電子放出ユニット12aが電子を放出し、陽極ターゲット面203に衝撃し、かつ22aの位置でX線の放射を発生する。時刻4に、グリッド制御装置703の出力チャンネルchannel2bは−500Vから+2000Vに変わり、対応する電子放出ユニット12bが電子を放出し、陽極ターゲット面203に衝撃し、かつ22bの位置でX線の放射を発生する。このように類推して、その後に、23aの位置でX線の放射を発生し、その後に、23bの位置でX線の放射を発生し……、かつ循環して繰り返す。そのため、制御システムはグリッド制御により、各電子放出ユニット1があるシーケンスに従って交替で作動して電子ビームを放出し、かつ、陽極ターゲット面203の異なる位置において交替でX線を発生し、それにより、分散型X線源になる。
本発明は、主に曲面(円柱面と円環面を含む)アレイ分散型X線装置を提供し、一つの光源デバイスにおいて、ある順番に従って周期的に焦点位置を変えるX線を発生する。本発明の電子放出ユニットは熱陰極を採用し、放射電流が大きく、寿命が長いという利点を有する。グリッド制御又は陰極制御により各電子放出ユニットの作動状態を制御し、便利で柔軟である。管状の陽極は冷却設計を有し、陽極の過熱問題を解決した。電子放出ユニットの曲面アレイ配列はターゲットスポットの密度を向上させる。電子放出ユニットの曲面配列は円柱面でもよく、円環面でもよく、全体として直線型分散型X線装置又は環型分散型X線装置になり、応用が柔軟である。
2:陽極
E:電子ビーム流
X:X線
1a:電子放出ユニット(第1列)
1b:電子放出ユニット(第2列)
201:陽極支持部材
202:陽極チューブ
203:陽極ターゲット面
101:フィラメント
102:陰極
103:グリッド
104:絶縁支持部材
105:フィラメントリード線
106:グリッドフレーム
107:グリッドメッシュ
108:グリッドリード線
109:接続固定部材
3:真空ボックス
4:高圧電源接続装置
5:フィラメント電源接続装置
6:グリッド制御装置接続装置
7:電源及び制御システム
8:真空装置
9:冷却接続装置
10:冷却装置
701:制御システム
702:高圧電源
703:グリッド制御装置
704:フィラメント電源
705:真空電源
706:冷却制御装置
70301:制御器
70302:負高圧モジュール
70303:正高圧モジュール
Switch:高圧スイッチ素子
Channel:制御信号出力チャンネル
Claims (12)
- 周りがシールされ、かつ内部が高真空である真空ボックスと、
曲面において前記曲面の軸線方向に沿って前記軸線に向かって複数列に配列されるように前記真空ボックスのボックス壁に配置される複数の電子放出ユニットと、
金属から構成され、前記軸線に配置されるように前記真空ボックス内に配置される陽極と、
を備えることを特徴とするX線装置。 - 前記陽極に接続する高圧電源、前記複数の電子放出ユニットのそれぞれに接続するフィラメント電源、前記複数の電子放出ユニットのそれぞれに接続するグリッド制御装置、各電源を制御するための制御システムを有する電源及び制御システムをさらに有し、
前記陽極は、金属から構成され、中空の管状形状を有する陽極チューブと、前記陽極チューブに配置される陽極支持部材と、前記陽極チューブの外表面に設けられ、前記電子放出ユニットに面する陽極ターゲット面と、を含むことを特徴とする請求項1に記載のX線装置。 - 前記陽極ターゲット面は前記陽極チューブの外円の一部が切除されて形成した傾斜平面であることを特徴とする請求項2に記載のX線装置。
- 前記陽極ターゲット面は前記陽極チューブの外円の一部が切除されて形成した傾斜平面に、重金属材料のタングステン又はタングステン合金を形成してなることを特徴とする請求項2に記載のX線装置。
- 前記電子放出ユニットは、フィラメントと、前記フィラメントに接続する陰極と、開口を有し、前記フィラメントと前記陰極を囲んだ絶縁支持部材と、前記フィラメントの両端から引き出されたフィラメントリード線と、前記陰極に対向するように前記陰極の上方に配置されるグリッドと、前記絶縁支持部材に接続して、前記電子放出ユニットを前記真空ボックスのボックス壁に取り付けて、真空シール接続を形成した接続固定部材と、を有し、
前記グリッドは、金属から作られ、中央に開孔を形成したグリッドフレームと、金属から作られ、前記グリッドフレームの前記開孔の位置に固定されたグリッドメッシュと、前記グリッドフレームから引き出されたグリッドリード線と、を有し、
前記フィラメントリード線と前記グリッドリード線は、前記絶縁支持部材を貫通して、電子放出ユニットの外部に引き出され、前記フィラメントリード線は前記フィラメント電源に接続し、前記グリッドリード線は前記グリッド制御装置に接続し、前記グリッドの表面は前記軸線に面することを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか1項に記載のX線装置。 - 前記接続固定部材は前記絶縁支持部材の下端の外縁に接続し、前記電子放出ユニットの陰極端は前記真空ボックスの内部に位置し、前記電子放出ユニットのリード線端は前記真空ボックスの外部に位置することを特徴とする請求項5に記載のX線装置。
- 前記接続固定部材は前記絶縁支持部材の上端に接続し、前記電子放出ユニット全体は前記真空ボックスの外部に位置することを特徴とする請求項5に記載のX線装置。
- 冷却装置と、前記陽極に接続し、前記真空ボックスの外部で前記冷却装置に接続し、真空ボックスの陽極に近い一端の側面に取り付けられた冷却接続装置と、前記電源及び制御システム内に含まれ、前記冷却装置を制御するための冷却制御装置と、をさらに有することを特徴とする請求項2から請求項7のいずれか1項に記載のX線装置。
- 前記陽極と前記高圧電源のケーブルとを接続して、前記真空ボックスの前記陽極に近い一端の側壁に取り付けられた高圧電源接続装置と、前記フィラメントと前記フィラメント電源とを接続するためのフィラメント電源接続装置と、前記電子放出ユニットの前記グリッドと前記グリッド制御装置とを接続するためのグリッド制御装置接続装置と、前記電源及び制御システム内に含まれた真空電源と、前記真空ボックスの側壁に取り付けられ、前記真空電源で作動し、前記真空ボックスにおける高真空を維持する真空装置と、をさらに有することを特徴とする請求項5から請求項7のいずれか1項に記載のX線装置。
- 前記軸線が直線又は区分的直線であることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のX線装置。
- 前記軸線が円弧又は区分的円弧であることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のX線装置。
- 請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のX線装置を備えることを特徴とするCTデバイス。
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