JP2020523760A - Ｘ線源及びｘ線源の製造方法 - Google Patents

Abstract

Ｘ線１１を生成するためのＸ線源１０が提供される。前記Ｘ線源１０は、電子を生成するための又はＸ線を生成するためのエミッタ装置１２と、前記エミッタ装置１２に電力を供給するための少なくとも１つのフィードスルー３８と、前記少なくとも１つのフィードスルー３８の電位を接地電位から隔離するための絶縁体２０とを備える。前記少なくとも１つのフィードスルー３８は、前記絶縁体２０を少なくとも部分的に貫通し、前記絶縁体２０の少なくとも一部が、前記エミッタ装置１２の少なくとも一部と熱接触する。また、前記絶縁体２０は、完全に前記絶縁体２０の内部ボリューム２５内に形成された少なくとも１つの冷却チャネル２８を含み、前記冷却チャネルは、前記エミッタ装置１２からの熱を放散し、前記絶縁体２０の外表面２６と前記冷却チャネル２８との間の距離２９は、前記冷却チャネル２０の厚さ２７の少なくとも半分の大きさを有する。

Description

一般的には、本発明はＸ線撮像に関する。より具体的には、本発明は、Ｘ線を生成するためのＸ線源、そのようなＸ線源を備えるＸ線撮像システム、及びそのようなＸ線源の製造方法に関する。

Ｘ線源及び／又はＸ線管は、通常、Ｘ線源のＸ線生成要素及び／又はエミッタ装置に電源を介して供給される高電圧によって駆動される。電源の高電圧を接地電位から隔離するために、通常、高電圧絶縁体が使用される。高電圧絶縁体は、Ｘ線生成要素及び／又はエミッタ装置がその内部に配置され得るＸ線源の真空コンパートメント内の真空と、環境圧力（ａｍｂｉｅｎｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）との間のインターフェースを形成し得る。

絶縁体及び／又はＸ線源の真空側に配置されるＸ線源のコンポーネントは、通常、発熱コンポーネントを有する及び／又は備える（例えば、Ｘ線生成要素、カソードのコンポーネント、及び／又はアノードのコンポーネント）。発熱コンポーネントはＸ線源の動作中に熱を生成し得る。

また、絶縁体及び／又はＸ線源の環境側には、Ｘ線源の動作中に発熱コンポーネントによって生成される熱によって劣化する可能性があるＸ線源の要素及び／又はコンポーネントが存在し得る。

ＵＳ２０１０／０１１１２６５Ａ１は、互いに向かい合うように配置された、動作状態中に負の高電圧に保持されるカソードと、動作状態中に正の高電圧に保持されるアノードとを有する内側真空チャンバを備える高電圧Ｘ線管に関する。アノードはアノード隔離要素に固定され、アノード隔離要素は円筒形状、又はアノードに向かって先細になる形状を有する。また、アノード隔離要素は、高電圧プラグを受け入れるための開口部を備え、アノードに冷却剤を供給することを可能にする導体構造を有する。この冷却剤は具体的には絶縁油又は他の非導電性液体であり得る。導体構造は、例えば、アノード隔離要素の内部に完全に組み込まれてもよいし、又は高電圧プラグの表面に組み込まれてもよい。他の可能性のあるソリューションでは、導体構造は、アノード隔離要素と高電圧プラグとの間に位置する中間要素に組み込まれる。

ＤＥ６７４４１５Ｃは、液冷真空、特にＸ線管用の容器と、冷却液用の複数の細分化された容器とを備えるＸ線管のための絶縁高電圧保護ハウジングに関する。

したがって、Ｘ線源の動作中に熱を効率的かつ確実に放散及び／又は排除することを可能にする改良されたＸ線源へのニーズが存在し得る。よって、本発明の目的は、改善された冷却手段を有し、かつ寿命が延長された、改善されたコンパクトなＸ線源を提供することであり得る。

本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決され、さらなる実施形態は従属請求項及び以下の説明に組み込まれる。

ある側面では、添付の請求項１で定義されるＸ線源が提供される。他の側面では、添付の請求項１３で定義されるＸ線撮像システムが提供される。他の側面では、添付の請求項１４で定義されるＸ線源の製造方法が提供される。

第１の例によれば、Ｘ線を生成するためのＸ線源及び／又はＸ線管が提供される。Ｘ線源は、電子を放出及び／又は生成するための、及び／又はＸ線を放出及び／又は生成するためのエミッタ装置、少なくとも１つのエミッタ要素、及び／又は少なくとも１つのエミッタを備える。Ｘ線源はさらに、エミッタ装置に電力を供給するための少なくとも１つのフィードスルーと、少なくとも１つのフィードスルーの電位を接地電位から隔離するように構成された絶縁体とを備える。前記少なくとも１つのフィードスルーは、前記絶縁体を少なくとも部分的に貫通し、前記絶縁体の少なくとも一部が、前記エミッタ装置の少なくとも一部と熱接触する。また、前記絶縁体は、完全に及び／又は全体として前記絶縁体の内部ボリューム内に形成された、組み込まれた、及び／又は配置された少なくとも１つの冷却チャネルを含み、前記冷却チャネルは、前記エミッタ装置からの熱を放散及び／又は排出し、前記絶縁体の外表面及び／又は外周と前記冷却チャネルとの間の距離は、前記冷却チャネルの厚さの少なくとも半分の大きさを有する。

少なくとも１つのフィードスルーは、エミッタ装置の少なくとも一部に電力を供給するように構成されたパワーサプライを指す。特に、少なくとも１つのフィードスルーは、外部電源と、エミッタ装置の少なくとも一部とに接続され得る少なくとも１つの導電性ピン状要素及び／又は少なくとも１つのピンを指す。少なくとも１つのフィードスルーを介して及び／又は少なくとも１つのフィードスルーによって、高電圧がエミッタ装置の少なくとも一部に供給され、ここで高電圧とは、約１０００ボルトを超える電圧を指す。さらに、少なくとも１つのフィードスルーは、エミッタ装置に供給される電圧を制御するように、エミッタ装置に供給される電流を制御するように、かつ／又は他の電気信号（例えばセンサ信号など）を伝導するように構成され得る。

一般的に、エミッタ装置は、Ｘ線源の発熱コンポーネント及び／又は熱源を指し得る。Ｘ線源の動作中、特に、少なくとも１つのフィードスルーを介してエミッタ装置に電力が供給されるとき、エミッタ装置の少なくとも一部が熱を生成し得る。一例として、エミッタ装置は、例えばアノード、カソード、熱陰極、電子銃、偏向板、偏向コイル、ロータドライブ、及び／又はこれらの構成要素を備え得る。

さらに、前記Ｘ線源は前記エミッタ装置を少なくとも部分的に取り囲む筐体を備え、前記絶縁体は前記筐体の側面に配置され、前記絶縁体の少なくとも一部及び前記筐体は真空コンパートメントを形成し、前記エミッタ装置は前記真空コンパートメント内に配置され得る。

したがって、絶縁体は、真空コンパートメント内の真空と、Ｘ線源の環境圧力、環境、周辺、及び／又は、真空コンパートメントの外部に配置されたＸ線源の他の構成要素との間の界面を形成し得る。言い換えれば、絶縁体は、真空コンパートメントに面する真空側と、反対側（以下、絶縁体の環境側と呼ばれ得る）とを有し得る。結果として、エミッタ装置によってＸ線源の動作中に生成された熱は主に、エミッタ装置の少なくとも一部と少なくとも部分的に熱接触する絶縁体を介して、エミッタ装置から周囲、環境、周辺、及び／又は、Ｘ線源の他の構成要素に伝達及び／又は伝導され得る。したがって、絶縁体の環境側に配置されたＸ線源の他の構成要素（例えば、プラスチック、シリコン、及び／又は他の材料を含む構成要素）に熱が伝達及び／又は伝導され、これらの構成要素は、熱応力及び／又は熱負荷により、Ｘ線源の寿命中に劣化し得る。

従来のＸ線源では通常、環境側に配置されたＸ線源の構成要素（例えば、プラスチック、ゴム、及び／又はシリコンの構成要素）の熱的損傷を防ぐために、絶縁体の環境側に冷却手段、冷却部品、及び／又は冷却構造が配置される。そのような従来のＸ線源における冷却手段は、例えば、ヒートパイプ、油への接触、及び／又は水への接触を含み、これらの冷却手段は絶縁体の外周に設けられ得る及び／又は配置され得る。しかし、これらの従来のＸ線源の冷却手段は、かなり複雑な設計を有し、また、追加のスペースを必要とし、従来のＸ線源の構造をかさばらせる可能性がある。さらに、そのような冷却手段では熱を効率的に放散することができない可能性がある。

少なくとも１つの冷却チャネルが形成、配置、及び／又は組み込まれた絶縁体を備える本発明に係るＸ線源によれば、熱を効率的に、確実に、そして包括的にエミッタ装置から放散及び／又は排出することができる。これにより、絶縁体の環境側に配置されたＸ線源の他の構成要素の熱的損傷を確実に防ぐことが可能となり得る。したがって、これらの構成要素の寿命、及びＸ線源の全体的寿命が延長され得る。また、絶縁体に冷却チャネルを組み込むことにより、さらなる冷却手段のために余分なスペースが必要とならず、コンパクトなＸ線源を提供することが可能となり得る。

少なくとも１つの冷却チャネルは、絶縁体の内部ボリューム及び／又は内側ボリューム内に完全に及び／又は全体として組み込まれ得る。言い換えれば、冷却チャネルは、冷却チャネルが絶縁体の材料によって完全に包囲されるように、絶縁体内に配置及び／又は組み込まれ得る。

さらに、冷却チャネルを、絶縁体の外表面と冷却チャネルとの間のある距離（この距離は、冷却チャネルの厚さの少なくとも半分の大きさを有する）に配置することにより、エミッタ装置によって生成され、絶縁体に伝達された熱が、絶縁体の材料を介して、冷却チャネルの周りに実質的に等方的に広がり得る及び／又は伝導され得ることが保証され得る。冷却チャネルと絶縁体の外表面との間の距離は、冷却チャネルの外周及び／又は外表面から絶縁体の外表面まで測定され、ここでの冷却チャネルの外表面は、絶縁体の外表面に面し得る又は絶縁体の外表面の反対側に配置され得る。さらに、冷却チャネルの厚さは、冷却チャネルの特徴的寸法、及び／又は冷却チャネルの開放空間の寸法を指し、特に冷却チャネルの断面及び／又は断面積の特徴的寸法を指し得る。また、厚さは、外表面の方向において及び／又は絶縁体の外周の方向において測定され得る。冷却チャネルを外表面に対してそのような距離に配置することにより、外表面と冷却チャネルとの間の絶縁体の領域にも熱が伝達及び／又は伝導されることが保証され得る。この配置は、冷却効率をさらに向上させ得る。なお、冷却チャネルは例えば、円筒形、管状、渦巻状、及び／又は螺旋状などの任意の形状を有し得ることに留意されたい。さらに、冷却チャネルの断面及び／又は断面積は、例えば多角形、長方形、円形、丸みを帯びた形状、三角形、及び／又は楕円形などの任意の形状を有し得る。また、冷却チャネルは、冷却チャネルと外表面との間の距離が冷却チャネルの長手伸長方向に沿って一定であるように又は変化するように、絶縁体内に配置され得る。さらに、絶縁体は複数の冷却チャネルを備えてもよく、これらは絶縁体の内部ボリューム内に任意のパターンで配置され得る。

一実施形態によれば、前記外表面と前記冷却チャネルとの間の前記距離は、前記外表面の表面法線ベクトル及び／又は前記絶縁体の外周の表面法線ベクトルに平行に測定された前記外表面と前記冷却チャネルとの間の最小距離である。表面法線ベクトルは絶縁体の外側に向いてもよい。また、上記距離は、冷却チャネルの外周及び／又は外表面から絶縁体の外表面まで測定され、ここでの冷却チャネルの外表面は、絶縁体の外表面に面し得る又は絶縁体の外表面の反対側に配置され得る。代替的に又は追加的に、前記冷却チャネルの前記厚さは、前記外表面の前記表面法線ベクトルに平行に測定される。言い換えれば、冷却チャネルから外表面までの距離及び冷却チャネルの厚さは両方、絶縁体の外表面の表面法線ベクトルに平行な及び／又は沿った方向で測定され得る。冷却チャネルをこの指定距離に配置することにより、冷却チャネルへの熱伝達及び／又は冷却チャネルを介する熱放散を増加させるという利益が得られる。

一実施形態によれば、前記冷却チャネルの断面は丸みを帯びた形状を有し、かつ／又は円形である。代替的に又は追加的に、前記冷却チャネルの前記厚さは、前記冷却チャネルの直径である。したがって、冷却チャネルと絶縁体の外表面との間の距離は、少なくとも冷却チャネルの半径と同じ大きさを有し得る。

一実施形態によれば、冷却チャネルは、絶縁体の円周方向に沿ってフィードスルーを少なくとも部分的に取り囲む。一例として、絶縁体は、一般的にパンケーキ絶縁体と呼ばれる平坦な絶縁体であり、フィードスルーは、絶縁体の中央領域を貫通し得る及び／又は中央領域内に配置され得る。フィードスルーは、絶縁体の中央領域に少なくとも部分的に埋め込まれ得る。代替的に又は追加的に、絶縁体の外表面と冷却チャネルとの間の距離は、絶縁体の外周沿いに等距離にある。円周方向に沿って、絶縁体の表面に対して一定の距離でフィードスルーを少なくとも部分的に取り囲むように冷却チャネルを配置することにより、絶縁体が冷却チャネルによって均等かつ効率的に冷却されることが保証され得る。

一実施形態によれば、絶縁体は円筒形又は円錐形である。絶縁体は、例えば、絶縁体の対称軸に関して対称である軸対称絶縁体であり得る。代替的に又は追加的に、フィードスルーは、絶縁体の対称軸に平行に絶縁体を貫通する。

一実施形態によれば、冷却チャネルは、冷却剤を介した対流冷却によってエミッタ装置からの熱を放散するように、冷却剤をガイドするように構成される。冷却剤は流体冷却剤、例えば液体及び／又は気体冷却剤などであってもよい。例として、冷却剤は油、水、エステル、及び／又は他の適切な流体冷却剤（液体及び／又は気体冷却剤を含む）を含み得る。また、冷却剤は、油ベース、水ベース、水・アルコールベース、エステルベース、及び／又は気体であってもよい。冷却チャネルに含まれ得る冷却剤により、伝達及び／又は熱放散をさらに向上させることができる。

一実施形態によれば、Ｘ線源はさらに、前記冷却チャネルに流体結合され及び／又は流体連結し、前記冷却チャネルに冷却剤を供給するための入口を備える。代替的に又は追加的に、Ｘ線源は、前記冷却チャネルに流体結合され及び／又は流体連結し、前記冷却チャネルから前記冷却剤を排出するための出口を備える。冷却剤は、例えば、ポンプ装置によって入口に送り込まれ及び／又は出口から排出され、これにより冷却チャネル中の冷却剤の流れが生成され得る。これは冷却効果をさらに高め得る。

一実施形態によれば、前記絶縁体の少なくとも一部は、焼結、接着、及び／又は三次元（３Ｄ）印刷によって製造される。したがって、絶縁体は、加工前の段階ではサブコンポーネント（例えば、絶縁体材料の粒子及び／又は顆粒）から構成され、これらは絶縁体の製造、生産、及び／又は組み立て中に互いに結合され得る。焼結、接着、及び／又は３Ｄ印刷技術を採用することにより、冷却チャネルが組み込まれた絶縁体を単一の処理ステップで精度良く処理及び／又は製造することができる。これにより、高い費用効率で絶縁体及び／又はＸ線源を製造することが可能となり得る。

一実施形態によれば、絶縁体は、セラミック材料及び／又はアルミナなどの等方性材料の単一均質ブロックである。例として、絶縁体は、部分的に導電性であり得るＳｉＣ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄ）、ガラス、及び／又はドープドアルミナを含み得る。しかし、絶縁体は、例えば強化セラミック材料などの任意の他の適切な材料を含み得る。絶縁体を、冷却チャネルが埋め込まれ得る等方性材料の単一均質ブロックとして形成することにより、絶縁体の熱伝達率及び／又は熱伝導率が均一になり、熱が冷却チャネルに効率的に伝導され、冷却チャネルを介して放散され得る。

一実施形態によれば、前記絶縁体は、前記エミッタ装置に面する第１の側と、前記第１の側の反対側の第２の側とを有する。第１の側は絶縁体の真空側を指し、第２の側は絶縁体の環境側を指し得る。ここで、絶縁体は、第１の側における第１のセラミック材料、及び第２の側における第２のセラミック材料を含み、第１の材料及び第２の材料は、化学組成、密度、及び導電率のうちの少なくとも１つが互いに異なっていてもよい。一般的に、等方性材料であり得る第１の材料及び第２の材料は異なる電気特性を有し得る。例えば、Ｘ線の真空コンパートメントに面し得る第１の側において及び／又はその付近で電界強度がより高くなる可能性があるため、第１の材料の導電率は第２の材料の導電率より低くてもよい。一般的に、異なるセラミック材料から絶縁体の第１の側及び第２の側を製造することにより、コスト効率の高い絶縁体を生産することができ得る。なぜなら、例えば、高価なセラミック材料が第１の側にしか使用されず、第２の側にはより安価なセラミック材料が使用できるからである。

一実施形態によれば、冷却チャネルの表面の少なくとも一部はメタライズされ、かつ／又は冷却チャネルの表面の少なくとも一部の上に金属層が配置され得る。冷却チャネルの表面とは、冷却チャネルの外表面又は冷却チャネルの内表面を指し得る。冷却チャネルの表面をメタライズすることにより、熱伝達及び／又は熱伝導率がさらに高められ得る。冷却チャネルの表面は、例えば銅及び／又は比較的高い熱伝導率を有する任意の他の材料を含む金属材料によってメタライズされ得る。代替的に又は追加的に、冷却チャネルは、絶縁体の内部ボリューム内に形成された少なくとも１つの管から構成され、かつ／又は冷却チャネルは、少なくとも１つの組み込まれたパイプから構成され得る。この構成も、絶縁体から冷却チャネルへの熱伝達をさらに高め得る。パイプは、銅などの金属、及び／又は比較的高い熱伝導率を有する任意の他の材料を含み得る。

一実施形態によれば、エミッタ装置は、アノード、カソード、偏向板、偏向コイル、及び電子銃のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を含む。

一実施形態によれば、前記Ｘ線源はさらに、前記エミッタ装置を少なくとも部分的に取り囲む筐体を備え、前記絶縁体は前記筐体の側面に配置され、前記絶縁体の少なくとも一部及び前記筐体は真空コンパートメントを形成し、前記エミッタ装置は前記真空コンパートメント内に配置される。

第２の例は、Ｘ線撮像システムに関する。Ｘ線撮像システムは、上記及び下記において説明されるＸ線を生成するためのＸ線源と、Ｘ線を検出するためのＸ線検出器とを備える。Ｘ線源によって生成されたＸ線は、例えば関心物体の方向に放射され、関心物体を通過するＸ線はＸ線検出器で検出されて、関心物体のＸ線画像が生成され得る。Ｘ線撮像システムとは、投影Ｘ線撮像システム、コーンビーム撮像システム、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システム、及び／又は任意の他のＸ線撮像システムを指し得る。また、本発明に係るＸ線源は、Ｘ線放射線治療システムにおいても使用され得ることに留意されたい。

上記及び下記において説明されるＸ線源の特徴、機能、要素、及び／又は特性は、上記及び下記において説明されるＸ線撮像システムの特徴、機能、要素、及び／又は特性であり、その逆についても同様である。

第３の例は、Ｘ線を放出するためのＸ線源を製造及び／又は生産する方法に関する。特に、方法は、上記及び下記において説明されるＸ線源の製造方法であり得る。Ｘ線源は、電子又はＸ線を放出するためのエミッタ装置と、エミッタ装置に電力を供給するための少なくとも１つのフィードスルーと、少なくとも１つのフィードスルーの電位を接地電位から隔離するように構成された絶縁体とを備える。方法は、少なくとも１つの冷却チャネルを前記絶縁体の内部ボリューム内に形成するステップであって、前記冷却チャネルは完全に、前記絶縁体の前記内部ボリューム内に配置される、ステップと、前記絶縁体の少なくとも一部が前記エミッタ装置の少なくとも一部と熱接触するように、前記絶縁体を前記エミッタ装置の側面に配置するステップとを含む。

ここで、冷却チャネルは、絶縁体の外表面と冷却チャネルとの間のある距離に形成され、この距離は、冷却チャネルの厚さの少なくとも半分の大きさを有する。

上記及び下記において説明される方法の特徴、機能、特性、要素、及び／又はステップは、上記及び下記において説明されるＸ線源及び／又はＸ線撮像システムの特徴、機能、要素、及び／又は特性であり、その逆についても同様である。言い換えれば、本発明の一側面に関連して上記及び下記で説明される特徴、要素、機能、特性、及び／又はステップは、本発明の任意の他の側面の特徴、機能、要素、特性、及び／又はステップであり得る。

一実施形態によれば、前記絶縁体の少なくとも一部及び前記冷却チャネルは、三次元印刷、焼結、及び／又は接着によって形成される。

本発明の上記及び他の側面は、以下に記載される例示的実施形態を参照しながら説明され、明らかになるであろう。

添付図面において図示される例示的実施形態を参照しながら、本発明の主題を以下により詳細に説明する。

図１は、例示的実施形態に係るＸ線撮像システムを概略的に示す。 図２Ａは、例示的実施形態に係るＸ線源の断面図を概略的に示す。 図２Ｂは、図２ＡのＸ線源の一部の上面図を概略的に示す。 図２Ｃは、図２ＡのＸ線源の一部の上面図を概略的に示す。 図３は、例示的実施形態に係るＸ線源の断面図を概略的に示す。 図４は、例示的実施形態に係るＸ線源の製造方法のステップを示すフローチャートを示す。

原則的に、図中の同一及び／又は類似の部分には同一の参照符号が付される。

図１は、例示的な実施形態に係るＸ線撮像システム１００を示す。

Ｘ線撮像システム１００は、Ｘ線１１を生成及び／又は放射するためのＸ線源１０を備える。さらに、Ｘ線撮像システム１００は、Ｘ線１１を検出するためのＸ線検出器１０２を備える。Ｘ線源１０は、関心物体１０４（例えば、患者及び／又は任意の他の検査対象）の方向にＸ線１１を放射し、Ｘ線検出器１０２は、関心物体１０４の少なくとも一部のＸ線画像を生成するために関心物体１０４を通過及び／又は横断するＸ線１１を検出し得る。

さらに、Ｘ線撮像システム１００は、Ｘ線源１０及び／又はＸ線検出器１０２に結合されたコントローラ１０６を備える。コントローラ１０６は、Ｘ線源１０及び／又はＸ線検出器１０２を制御するように構成され得る。また、コントローラ１０６は、Ｘ線検出器１０２の検出器信号を処理してＸ線画像を生成するように構成され得る。

さらに、Ｘ線撮像システム１００は、Ｘ線源１０及び／又はＸ線検出器１０２に電力を供給するための電源１０８を備える。電源１０８はコントローラ１０６に結合され得る。コントローラ１０６は、Ｘ線源１０に供給される電力レベル（例えば電圧値及び／又は電流値）を制御及び／又は調整するように構成され得る。

図１のＸ線源１０を、以下の図を参照してより詳細に説明する。

図２Ａは、例示的な実施形態に係るＸ線源１０の断面図を概略的に示す。図２Ｂ及び図２Ｃはそれぞれ、図２ＡのＸ線源１０の一部の上面図を概略的に示す。

Ｘ線源１０は、電子及び／又はＸ線１１を放射するためのエミッタ装置１２を備える。この目的のために、エミッタ装置１２は、第１のエミッタ要素１４と、第１のエミッタ要素１４の反対側に配置された第２のエミッタ要素１６とを備える。エミッタ装置１２、第１のエミッタ要素１４、及び／又は第２のエミッタ要素１６は、アノード、カソード、偏向板、偏向コイル、ロータドライブ、及び電子銃のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を含む。例えば、第１のエミッタ要素１４は、カソード１４及び／又は電子銃１４であり及び／又はカソード１４及び／又は電子銃１４を含み、この場合、エミッタ要素１６はアノード１６であり得る。第１のエミッタ要素１４によって放出された電子は、第１のエミッタ要素１４と第２のエミッタ要素１６との間の加速電位によって、第２のエミッタ要素１６の方向に加速され、第２のエミッタ要素１６に衝突する電子によってＸ線１１が生成され得る。あるいは、第１のエミッタ要素１４はアノード１４であり、第２のエミッタ要素１６は電子銃１６及び／又はカソード１６であり得る。同様に、第２のエミッタ要素１６によって放出された電子は、第１のエミッタ要素１４と第２のエミッタ要素１６との間の加速電位によって、第１のエミッタ要素１４の方向に加速され、第１のエミッタ要素１４に衝突する電子によってＸ線１１が生成され得る。

Ｘ線源１０はさらに、筐体１８と、筐体１８の側面に配置された絶縁体２０とを備える。絶縁体２０の少なくとも一部及び筐体１８は、真空コンパートメント１９を形成し、エミッタ装置１２は真空コンパートメント内に配置される。

絶縁体２０は、真空コンパートメント１９に面する第１の側２２を有し、第１の側２２は、真空側２２とも呼ばれ得る。図２Ｂは、絶縁体２０の第１の側２２の上面図を示す。絶縁体２０はさらに、第１の側１４の反対側の第２の側２４を備え、第２の側２４は、Ｘ線源１０の周辺、周囲、外部、及び／又は環境に面する。図２Ｃは、絶縁体２０の第２の側２４の上面図を示す。絶縁体２０の第２の側２４は、絶縁体２０の環境側２４とも呼ばれ得る。したがって、絶縁体２０は、真空コンパートメント１９内の真空と、Ｘ線源１０の周囲及び／又は周りの環境圧力との間の界面を形成し得る。

図２Ａ〜図２Ｃに示される例では、絶縁体２０は円筒形状であり、かつ／又は、絶縁体２０は軸対称絶縁体２０である。そのような絶縁体２０は、パンケーキ絶縁体２０及び／又は平坦な絶縁体２０と呼ばれ得る。しかしながら、絶縁体２０は、例えば円錐形などの他の形状を有してもよい。図２Ａ〜図２Ｃに示される絶縁体２０の対称軸は、図２Ｂ及び図２Ｃの投影面に対して実質的に垂直に配置され得る。

Ｘ線源１０はさらに、絶縁体２０の第２の側に配置された第１の絶縁要素３０及び第２の絶縁要素３２を備える。第１の絶縁要素３０は、例えばシリコンスラブ３０（例えば、シリコンゴムスラブ３０）であり、かつ／又は、第２の絶縁要素３２は、例えばプラスチック絶縁体３２であり得る。第１の絶縁要素３０は、電気的に安定した界面を提供し得る。なお、Ｘ線源１０は、絶縁体２０の環境側２４に配置された他のコンポーネントをさらに備え得ることに留意されたい。

絶縁体２０は、金属要素３４及び／又は金属リング３４によって少なくとも部分的に囲まれ、包まれ、及び／又は包囲され、金属要素３４は、接地電位に維持され得る。

Ｘ線源１０はさらに、例えば開口部３９及び／又はスルーホール３９を介して絶縁体２０を少なくとも部分的に貫通する少なくとも１つのフィードスルー３８を備える。少なくとも１つのフィードスルー３８は、絶縁体２０の中央領域２３に配置されてもよく、かつ／又は絶縁体２０に少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。フィードスルー３８は、電源１０８と、エミッタ装置１２の少なくとも一部とに結合されたピン状の導電性要素３８及び／及びピン３８であり、フィードスルー３８を介してエミッタ装置１２の少なくとも一部に電力が供給され得る。Ｘ線源１０は、複数のフィードスルー３８を備えてもよい。図２Ｃに示されるように、Ｘ線源１０は、互いに平行に配置され得る４つのフィードスルー３８を備え、各フィードスルー３８が開口部３９及び／又はスルーホール３９に配置され得る。フィードスルー３８は、一般的には、エミッタ装置１２の少なくとも一部に電圧及び／又は電流を供給するように、かつ／又は、センサ信号を伝導するために構成され得る。

一般的に、絶縁体２０は、少なくとも１つのフィードスルー３８の電位を、（金属要素３４が維持される電位である）接地電位から隔離するように構成される。フィードスルー３８の電位は、約１０００Ｖより高くてもよく、特に約１００ｋＶより高くてもよい。したがって、絶縁体２０は高電圧絶縁体２０、例えば高電圧セラミック絶縁体２０であり得る。フィードスルー３８を接地電位及び／又は金属要素３４から十分に隔離するために、少なくとも１つのリッジ２１ａ、２１ｂ及び／又はリブ２１ａ、２１ｂが絶縁体２０の第１の側２２に配置及び／又は形成される。図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、絶縁体２０は、絶縁体２０の円周方向４０に沿って絶縁体２０のフィードスルー３８及び／又は中央領域２３を囲む第１のリッジ２１ａを含む。さらに、絶縁体２０は、円周方向４０に沿って中央領域２３及び／又はフィードスルー３８を囲む第２のリッジ２１ｂを含む。したがって、第１のリッジ２１ａ及び第２のリッジ２１ｂは、互いに同心円状に配置され、絶縁体２０の半径方向４１において互いに離間している。リッジ２１ａ、２１ｂは、電気的フラッシュオーバー及び／又はスパークオーバーを回避するために、金属要素３４と、エミッタ装置１２及び／又は第１のエミッタ要素１４との間のクリープ距離を増加させる機能を果たし得る。なお、第１のエミッタ要素１４がカソード１４である場合、フィードスルー３８の電位は負であり、第１のエミッタ要素１４がアノード１４である場合、フィードスルー３８の電位は正であり得る。

Ｘ線源１０及び／又は絶縁体２０はさらに、絶縁体２０の内部ボリューム２５及び／又は内側ボリューム２５に完全に及び／又は全体として組み込まれた、形成された、及び／又は配置された冷却チャネル２８を備える。よって、冷却チャネル２８は、絶縁体２０の絶縁体材料によって実質的に完全に包囲される。冷却チャネル２８は、円周方向４０に沿って絶縁体２０のフィードスルー３８及び／又は中央領域２３を囲む。さらに、冷却チャネル２８は、絶縁体２０の外表面２６及び／又は外周２６対して距離２９をおいて配置される。外表面２６上には金属要素３４が配置される。冷却チャネル２８と絶縁体の外表面２６との間の距離２９は、冷却チャネル２８の外表面から絶縁体の外表面２６まで測定され得る。ここでの冷却チャネル２８の外表面は、絶縁体２０の外表面２６に面し得る又は絶縁体の外表面の反対側に配置され得る。したがって、距離２９は、絶縁体２０の半径方向４１に沿って及び／又は平行に測定され得る。したがって、距離２９は半径方向距離２９であり得る。代替的に又は追加的に、距離２９は、絶縁体２０の表面法線ベクトル４２に平行に及び／又は沿って測定され得る。表面法線ベクトル４２は、図２Ａ〜図２Ｃに示す例では絶縁体２０の半径方向４１に平行であり得る。距離２９は、円周方向４１における絶縁体２０の外周沿いの外表面２６と冷却チャネル２８との間の最小距離２９であり得る。

また、冷却チャネル２８は、半径方向４１及び／又は表面法線ベクトル４２に平行に及び／又は沿って測定され得る厚さ２７を有する。絶縁体２０の外表面２６と冷却チャネル２８との間の距離２９は、冷却チャネル２８の厚さ２７の少なくとも半分の大きさを有する。絶縁体２０の少なくとも一部、特に中央領域２５は、エミッタ装置１２の少なくとも一部、特に第１のエミッタ要素１４と熱的に接触しているため、Ｘ線源１０の動作中に発生する熱は、エミッタ装置１２から絶縁体２０の中央領域２３に導かれ、その後、絶縁体２０の内側ボリューム２５のほぼ全体に広がる。距離２９は少なくとも冷却チャネル２８の厚さ２７の半分と同程度の大きさを有するので、熱は絶縁体２０の外側領域３１にも伝導され得る。外側領域３１は、絶縁体２０の外表面２６と冷却チャネル２８との間に位置する。したがって、熱が冷却チャネル２８の周りに熱が広がり及び／又は分配されるように、熱が絶縁体２０の内部ボリューム２５内で広がり得る。距離２９を置いた冷却チャネル２８の配置により、冷却効率及び／又は冷却速度が著しく増加し得る。特に、絶縁体２０内に冷却チャネル２８を配置することにより、熱が放散され、絶縁体２０の環境側２４に配置されるＸ線源１０のさらなるコンポーネント（例えば、第１の絶縁体要素３０及び／又は第２の絶縁体要素３２）の熱的損傷が回避される。また、これは、Ｘ線源１０の寿命を延ばし得る。

冷却チャネル２８は、一般的には、任意の形状の断面及び／又は任意の形状の断面積を有し、例えば多角形、長方形、円形、丸みのある形状、楕円形、三角形、又は楕円形などを有し得る。図２Ａ〜図２Ｃに示す例では、冷却チャネル２８は円形を有する。したがって、冷却チャネル２８の厚さ２７は、冷却チャネル２８の直径２８を指し、距離２９は、冷却チャネル２８の半径の半分以上の大きさであり得る。しかしながら、一般的に、冷却チャネル２８の厚さ２７は、半径方向４１及び／又は表面法線ベクトル４２に沿って及び／又は平行に測定された冷却チャネル２８の特徴的寸法を指し得る。したがって、冷却チャネル２８の断面が長方形である場合、厚さ２７は、冷却チャネル２８の辺の長さ２７を指し得る。

図２Ａ〜図２Ｃに示す例では、冷却チャネル２８は、円周方向４０に沿って中央領域２３を囲む。冷却チャネル２８と外表面２６との間の距離２９は一定である。したがって、第１のリッジ２１ａ、第２のリッジ２１ｂ、及び冷却チャネル２８は互いに対して同心円状に配置され得る。しかし、距離２９は円周方向４１に沿って変化してもよい。一例として、冷却チャネル２８は、絶縁体２０の外側領域３１内に配置され、ここで冷却チャネル２８は、第１のリッジ２１ａが配置されている絶縁体２０の領域と少なくとも部分的に重なり得る。代替的に又は追加的に、冷却チャネル２８は、第１のリッジ２１ａと第２のリッジ２１ｂとの間の絶縁体２８の領域内に配置され、ここで冷却チャネル２８は、第１のリッジ２１ａ及び／又は第２のリッジ２１ｂと少なくとも部分的に重なり得る。代替的に又は追加的に、冷却チャネル２８は、中央領域２３と、第２のリッジ２１ｂが配置されている絶縁体２０の領域との間に配置され、ここで冷却チャネル２８は、第２のリッジ２１ｂと少なくとも部分的に重なり得る。また、冷却チャネルは、少なくとも部分的に第１のリッジ２１ａ及び／又は第２のリッジ２１ｂ内に配置されてもよい。しかし、冷却チャネル２８を介したフラッシュオーバー及び／又はスパークオーバーを回避するために、冷却チャネル２８は、フィードスルー３８に対して所定の最小距離に配置され得ることに留意されたい。

任意選択的に、冷却チャネル２８は、水、アルコール、エステル、及び／又は任意の他の適切な冷却剤材料を含み得る冷却剤４４をガイドするように構成される。冷却剤４４を冷却チャネル２８に供給するために、Ｘ線源１０及び／又は絶縁体２０は、図２Ｂ及び図２Ｃに示されるように、冷却チャネル２８と流体連通する入口４６を備え得る。冷却チャネル２８から冷却剤４４を排出するために、Ｘ線源１０及び／又は絶縁体２０は、冷却チャネル２８と流体連通する出口４８を備え得る。入口４６及び／又は出口４８は、絶縁体２０の外側領域３１内に配置され、半径方向４１及び／又は表面法線ベクトル４２に対して平行に又は横方向に延び得る。さらに、冷却チャネル２８内の冷却剤４４の流れを提供するために、ポンプ装置（図示せず）が入口４６と出口４８との間に配置されてもよく、これにより冷却速度が増加する。

冷却効果及び／又は冷却効率をさらに高めるために、冷却チャネル２８の表面５０の少なくとも一部が、例えば銅でメタライズされてもよい。冷却チャネル２８の表面５０は、冷却チャネル２８の内表面５０又は外表面５０であり得る。したがって、冷却チャネル２８は、冷却チャネル２８の表面５０上に配置された金属の層５２を備え得る。代替的に又は追加的に、冷却チャネル２８は、絶縁体２０の内部ボリューム２５内に形成された少なくとも１つのチューブ５２から構成されてもよい。

さらに、絶縁体２０の少なくとも一部は、焼結、接着、及び／又は三次元印刷によって製造され、これにより、内部ボリューム２５内で熱を均一に伝導する均一な絶縁体２０を高い費用効率で製造することができ得る。絶縁体２０は、例えばアルミナ、ＳｉＣ、ドープドアルミナ、ガラス、セラミック材料、及び／又は任意の他の適切な材料などの等方性材料の単一の均質ブロックであってもよい。あるいは、絶縁体２０は、エミッタ装置１２に面する第１の側２２の第１の材料（特に第１のセラミック材料）、及び第１の側２２と反対側の第２の側２４の第２の材料（特に第２のセラミック材料）を含み得る。第１の材料及び第２の材料は、化学組成、密度、及び導電率のうちの少なくとも１つが互いに異なっていてもよい。

図３は、例示的な実施形態に係るＸ線源１０の断面図を概略的に示す。特に断りのない限り、図３のＸ線源１０は、先行する図面、特に図２Ａ〜図２Ｃを参照して説明したＸ線源１０と同じ特徴、機能、特性、及び／又は要素を備える。

図３に示されるＸ線源１０の絶縁体２０は、互いに同心円状に配置され得る第１の冷却チャネル２８ａ及び第２の冷却チャネル２８ｂを備える。冷却剤４４が両方の冷却チャネル２８ａ、２８ｂによってガイドされることを可能にするために、冷却チャネル２８ａ、２８ｂは、半径方向４１及び／又は表面法線ベクトル４２に対して平行に及び／又は横方向に延び得る１つ又は複数の接続チャネル５４によって互いに相互接続され得る。ここで、第１の冷却チャネル２８ａと第２の冷却チャネル２８との間の半径方向距離は、フラッシュオーバーを防止するために、フィードスルー３８と第２の冷却チャネル２８ｂとの間の半径方向距離より小さくてもよい。さらに、冷却チャネル２８ａ、２８ｂは同じ厚さ２７を有してもよく、又は異なる厚さ２７を有してもよい。特に、第１の冷却チャネル２８ａよりもフィードスルー３８の近くに配置される第２の冷却チャネル２８ｂの厚さ２７は、フラッシュオーバーを回避するために、第１の冷却チャネル２８ａの厚さ２７より小さくてもよい。しかし、外表面２６と、第２の冷却チャネル２８ｂよりも外表面２６の近くに配置される第１の冷却チャネル２８ａとの間の距離２９は、いずれの構成においても、第１の冷却チャネル２８ａの厚さ２７と少なくとも同じ大きさであり得る。さらに、Ｘ線源１０及び／又は絶縁体２０は、３つ以上の冷却チャネル２８ａ、２８ｂを備えてもよいことに留意されたい。

図４は、例示的な実施形態に係るＸ線源１０の製造方法のステップを示すフローチャートを示しており、ここでＸ線源１０は、図１〜図３を参照して説明したＸ線源１０であってもよい。

特に、Ｘ線源１０は、電子又はＸ線を放出するためのエミッタ装置１２と、エミッタ装置１２に電力を供給するための少なくとも１つのフィードスルー３８と、少なくとも１つのフィードスルー３８の電位を接地電位から隔離するように構成された絶縁体２０とを備える。

最初のステップＳ１において、少なくとも１つの冷却チャネル２８が絶縁体２０の内部ボリューム２５内に形成され、冷却チャネル２８は完全に、絶縁体２０の内部ボリューム２５内に配置される。ステップＳ１において、冷却チャネル２８を有する絶縁体２０全体が、単一のプロセスステップ、例えば、絶縁体サブコンポーネント（例えば、絶縁体材料の粒子及び／又は顆粒など）の三次元印刷、焼結、及び／又は接着によって形成され得る。冷却チャネル２０は、絶縁体２０の外表面２６と冷却チャネル２８との間のある距離２９に形成され、この距離２９は、冷却チャネル２８の厚さ２７の少なくとも半分の大きさを有する。

第２のステップＳ２において、絶縁体２０の少なくとも一部がエミッタ装置１２の少なくとも一部と熱接触するように、絶縁体２０がエミッタ装置１２の側面に配置される。

本発明は、図面及び上記において詳細に図示及び記載されているが、かかる図示及び記載は説明的又は例示的であり、非限定的であると考えられるべきである。本発明は、開示の実施形態に限定されない。開示の実施形態の他の変形例が、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲から、クレームされる発明を実施する当業者によって理解及び実施され得る。

特許請求の範囲において、「含む」という用語は他の要素又はステップを排除するものではなく、単数形は複数を除外しない。複数の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているからといって、これらの手段の組み合わせが好適に使用することができないとは限らない。特許請求の範囲内のいかなる参照符号も、その範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. Ｘ線を生成するためのＸ線源であって、前記Ｘ線源は、
   電子を生成するための又はＸ線を生成するためのエミッタ装置と、
   前記エミッタ装置に電力を供給するための少なくとも１つのフィードスルーと、
   前記少なくとも１つのフィードスルーの電位を接地電位から隔離するための絶縁体とを備え、
   前記少なくとも１つのフィードスルーは、前記絶縁体を少なくとも部分的に貫通し、
   前記絶縁体の少なくとも一部が、前記エミッタ装置の少なくとも一部と熱接触し、
   前記絶縁体は、完全に前記絶縁体の内部ボリューム内に形成された少なくとも１つの冷却チャネルを含み、前記冷却チャネルは、前記エミッタ装置からの熱を放散し、
   前記絶縁体の外表面と前記冷却チャネルとの間の距離は、前記冷却チャネルの厚さの少なくとも半分の大きさを有し、
   前記冷却チャネルは、前記絶縁体の円周方向に沿って前記フィードスルーを少なくとも部分的に包囲し、
   前記絶縁体の前記外表面と前記冷却チャネルとの間の前記距離は、前記円周方向に沿って一定である、Ｘ線源。
2. 前記外表面と前記冷却チャネルとの間の前記距離は、前記外表面の表面法線ベクトルに平行に測定された前記外表面と前記冷却チャネルとの間の最小距離であり、
   前記冷却チャネルの厚さは、前記外表面の前記表面法線ベクトルに平行に測定される、請求項１に記載のＸ線源。
3. 前記冷却チャネルの断面は丸みを帯びた形状を有し、かつ／又は
   前記冷却チャネルの厚さは、前記冷却チャネルの直径である、請求項１又は２に記載のＸ線源。
4. 前記冷却チャネルと前記絶縁体の前記外表面との間の前記距離は、前記冷却チャネルの長手伸長方向に沿って一定である、請求項１から３のいずれか一項に記載のＸ線源。
5. 前記冷却チャネルは、冷却剤を介した対流冷却に基づいて前記エミッタ装置からの熱が放散されるように、前記冷却剤をガイドし、かつ／又は
   前記冷却チャネルは流体冷却剤を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のＸ線源。
6. 前記冷却チャネルに流体結合され、前記冷却チャネルに冷却剤を供給するための入口、及び／又は
   前記冷却チャネルに流体結合され、前記冷却チャネルから前記冷却剤を排出するための出口をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のＸ線源。
7. 前記絶縁体の少なくとも一部は、焼結、接着、及び／又は三次元印刷によって製造される、請求項１から６のいずれか一項に記載のＸ線源。
8. 前記絶縁体は等方性材料の単一均質ブロックであり、かつ／又は
   前記絶縁体はセラミック材料及び／又はアルミナを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のＸ線源。
9. 前記絶縁体は、前記エミッタ装置に面する第１の側と、前記第１の側の反対側の第２の側とを有し、
   前記絶縁体は、前記第１の側における第１のセラミック材料と、前記第２の側における第２のセラミック材料とを含み、
   前記第１の材料及び前記第２の材料は、化学組成、密度、及び導電率のうちの少なくとも１つにおいて互いに異なる、請求項１から８のいずれか一項に記載のＸ線源。
10. 前記冷却チャネルの表面の少なくとも一部はメタライズされ、かつ／又は
    前記冷却チャネルは、前記絶縁体の前記内部ボリューム内に形成された少なくとも１つのチューブから構成される、請求項１から９のいずれか一項に記載のＸ線源。
11. 前記エミッタ装置は、アノード、カソード、偏向板、偏向コイル、ロータドライブ、及び電子銃のうちの少なくとも１つの少なくとも一部を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のＸ線源。
12. 前記エミッタ装置を少なくとも部分的に取り囲む筐体をさらに備え、
    前記絶縁体は前記筐体の側面に配置され、
    前記絶縁体の少なくとも一部及び前記筐体は真空コンパートメントを形成し、前記エミッタ装置は前記真空コンパートメント内に配置される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のＸ線源。
13. Ｘ線を生成するための請求項１から１２のいずれか一項に記載のＸ線源と、
    Ｘ線を検出するためのＸ線検出器とを備える、Ｘ線撮像システム。
14. Ｘ線を生成するためのＸ線源の製造方法であって、前記Ｘ線源は、電子又はＸ線を放出するためのエミッタ装置と、前記エミッタ装置に電力を供給するための少なくとも１つのフィードスルーと、前記少なくとも１つのフィードスルーの電位を接地電位から隔離するための絶縁体とを備え、前記方法は、
    少なくとも１つの冷却チャネルを前記絶縁体の内部ボリューム内に形成するステップであって、前記冷却チャネルは完全に、前記絶縁体の前記内部ボリューム内に配置される、ステップと、
    前記絶縁体の少なくとも一部が前記エミッタ装置の少なくとも一部と熱接触するように、前記絶縁体を前記エミッタ装置の側面に配置するステップとを含み、
    前記冷却チャネルは、前記絶縁体の外表面と前記冷却チャネルとの間のある距離に形成され、前記距離は、前記冷却チャネルの厚さの少なくとも半分の大きさを有し、
    前記冷却チャネルは、前記絶縁体の円周方向に沿って前記フィードスルーを少なくとも部分的に包囲し、前記絶縁体の前記外表面と前記冷却チャネルとの間の前記距離は、前記円周方向に沿って一定である、方法。
15. 前記絶縁体の少なくとも一部及び前記冷却チャネルは、三次元印刷、焼結、及び／又は接着によって形成される、請求項１４に記載の方法。

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