TWI616896B - X光發射裝置 - Google Patents

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Abstract

一種X光發射裝置，用來朝一待測物發射一集合X光束。X光發射裝置包含有多個X光發射管，用來分別產生多道X光束；以及一鏡頭模組，用來導引產生的多道X光束朝向待測物，以形成集合X光束。

Description

X光發射裝置
本發明係指一種X光發射裝置，尤指一種以多管結構取代單管結構，以降低散熱需求的X光發射裝置。
X光技術大量地被應用在醫學成像領域中，透過放射線照相技術，可以產生各式各樣的診斷圖，例如探測骨骼的病變、人體軟組織的病變（如肺炎、肺癌、肺氣腫）。藉助電腦技術，不同角度的X光影像還可以被合成三維圖像，亦即醫學上常用的電腦斷層掃瞄。然而，X光儀器卻常有過熱的缺點，其原因係X光儀器中的X光管散發的廢熱過多。
請參考第1圖，第1圖係先前技術一X光管10之示意圖。X光管10包含一開口100、一陽極金屬靶110、一陰極120、一腔體130、一冷卻層140及一鋼板外殼150。一高電壓VH加速之一電子束BE從陰極120射出，經過腔體130，最後撞擊陽極金屬靶110。根據電磁學原理，帶電粒子加速或減速時，會釋放出電磁波。電子束BE中的高速電子受到陽極金屬靶110中原子的阻擋急遽停止下來，電子在非彈性碰撞過程中部分的能量損失轉變成一X光BX的能量。
然而，電子束BE的動能通常只有1%轉換為X光BX，其餘99%皆轉變為熱能。因此，X光管10之冷卻層140需填充水或油進行冷卻，以避免陽極金屬靶110過熱熔化。由於散熱的需求極大，冷卻層140之設計往往造成X光管10體積過大、笨重的問題。因此，降低X光管及其冷卻系統的體積與重量，已成為業界的目標之一。
因此，本發明之主要目的即在於提供可降低散熱需求的X光發射裝置。
本發明揭露一種X光發射裝置，用來朝一待測物發射一集合X光束。該X光發射裝置包含有複數個X光發射管，用來分別產生複數道X光束；以及
一鏡頭模組，用來導引該複數道X光束朝向該待測物，以形成該集合X光束。
本發明另揭露一種X光發射裝置，用來朝一待測物發射一集合X光束。該X光發射裝置包含有複數個X光發射管，用來產生複數道X光束；複數個溫度感測器，耦接於該複數個X光發射管，用來測量該複數個X光發射管之複數個溫度；以及一控制器，耦接於該複數個溫度感測器及該複數個X光發射管，用來根據該複數個溫度，用來控制該複數個X光發射管之工作週期。
本發明另揭露一種X光發射裝置，用來朝一待測物發射一集合X光束。該X光發射裝置包含有複數個X光發射管，用來產生複數道X光束；以及一驅動控制器，耦接於該複數個X光發射管，用來控制該複數個X光發射管之複數個驅動電壓、複數個驅動電流或複數個曝光時段。
根據上述實施例，本發明透過X光發射管輪流發射、X光發射管溫度回授控制或調變X光發射管驅動條件，將原本單一光管之工作負載分散到多個X光發射管，避免單一X光發射管散發大量廢熱，可大幅降低散熱裝置的需求。
請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一X光發射裝置20之示意圖。X光發射裝置20用來對一待測物發射一集合X光束BXI，例如對人體骨骼、軟組織發射X光束。光發射裝置20包含有X光發射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N、一鏡頭模組210及一相位控制器220。X光發射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N用來分別產生X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN。鏡頭模組210用來導引X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN之方向，使之朝向待測物，以形成集合X光束BXI。相位控制器220用來控制X光發射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N之工作週期（duty cycle），使得X光發射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N係以輪流的方式發射X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN。
具體來說，相位控制器220可分別透過相位信號P1、P2、P3…PN-1、PN控制光發射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N之工作週期。請參考第3圖，第3圖為相位信號P1、P2、P3…PN-1、PN之時序圖。在第3圖中，當相位信號P1為邏輯「1」時，X光發射管200_1進行曝光。一旦相位信號P1轉為邏輯「0」，相位信號P2立即轉為邏輯「1」，指示X光發射管200_2進行曝光。依此輪流方式，一管接一管地完成X光發射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N之曝光過程，在此情況下，X光發射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N產生的X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN時序如第4A圖所示。在第4A圖中，邏輯「1」表示X光束存在，邏輯「0」表示不存在。如此一來，X光發射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N輪流、逐一地發出X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN，最後再由鏡頭模組210將X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN導引至待測物的方向。
換言之，本發明將先前技術中單一光管10之工作負載分散到多個X光發射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N，能大幅降低單一X光發射管200_1所需的曝光時間。如此一來，單一X光發射管產生的廢熱大幅減少，X光發射裝置20就不再需要先前技術中大體積、笨重的散熱裝置，能降低製造成本與改善裝置安裝時的便利性。
第3圖及第4A圖之時序可以整理為一控制流程40，如第4B圖所示。控制流程40包含有下列步驟：
步驟400：開始。
步驟402：啟動X光發射裝置20。
步驟404：判斷是否有發射X光需求。若有，進行至步驟406；反之，進行至步驟416。
步驟406：相位控制器220啟動X光發射管200_1。
步驟408：相位控制器220啟動X光發射管200_2，並關閉X光發射管200_1。
步驟410：相位控制器220啟動X光發射管200_3，並關閉X光發射管200_2。
…（以此類推）
步驟412：相位控制器220啟動X光發射管200_N，並關閉X光發射管200_N-1。
步驟414：相位控制器220關閉X光發射管200_N，並進行至步驟404。
步驟416：關閉X光發射裝置20。
步驟418：結束。
需注意的是，X光發射管200_1、200_2…200_N輪流曝光的方式不限於第3圖所示之時序。相位控制器220還可以根據集合X光束BXI的光量需求，調整相位信號P1、P2…PN之工作週期。舉例來說，如欲增加集合X光束BXI的光量，相位信號P1、P2…PN於邏輯「1」之時段可重疊，使得同一時間有兩道光束BXx、BXx+1產生，如第5圖所示。相似地，如欲產生更強的集合X光束BXI，相位控制器220可以透過相位信號P1、P2…PN之安排，使得同一時間有三道光束BXx、BXx+1、BXx+2產生，如第6圖所示。
另外，除了降低散熱需求的優點外，本發明多X光發射管結構之另一優點為當其中一個X光發射管失去功能時，相位控制器220可增加其他X光發射管之工作週期，來維持集合X光束BXI之光量。
在實務上，鏡頭模組210包含多個鏡頭，並以多層次的方式安排，才能將所有的光束BX1、BX2…BXN都導引至待測物的方向，第2圖所繪之單一鏡頭僅用來示意，並非限定僅使用單一鏡頭。
除了輪流曝光的方式外，本發明一實施例亦可根據X光發射管的實際溫度，啟用或關閉X光發射管。請參考第7圖，第7圖為本發明實施例一X光發射裝置70之示意圖。X光發射裝置70用來朝一待測物發射一集合X光束BXI，包含有X光發射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N、一鏡頭模組710、溫度感測器730_1、730_2、730_3…730_N-1、730_N及一控制器720。X光發射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N用來分別產生X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN。鏡頭模組710用來導引X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN朝向待測物，以形成集合X光束BXI。溫度感測器溫度感測器730_1、730_2、730_3…730_N-1、730_N用來分別測量X光發射管700_1、700_2…700_N之溫度T1、T2、T3…TN-1、TN。控制器720用來根據溫度T1、T2、T3…TN-1、TN，透過調變相位信號P1、P2、P3…PN-1、PN之工作週期，控制X光發射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N之工作週期。
舉例來說，請參考第8圖，第8圖為X光發射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N之相位信號P1、P2、P3…PN-1、PN之時序圖。在第8圖中，控制器720在溫度T2超過一門檻溫度Tth時，關閉X光發射管700_2，直到溫度T2不超過門檻溫度Tth，才恢復啟用X光發射管700_2。另外，在第8圖中，在X光發射管700_2被關閉的時間，其他的X光發射管700_1、700_3…700_N的工作週期增加，來維持集合X光束BXI之光量。直到X光發射管700_2恢復工作後，X光發射管700_1、700_3…700_N的工作週期才回到一正常水平。
X光發射裝置70之操作可以整理為一控制流程90，如第9圖所示。控制流程90包含有下列步驟：
步驟900：開始。
步驟902：啟動X光發射裝置70。
步驟904：判斷是否有發射X光需求，若有，進行至步驟906；反之，進行至步驟918。
步驟906：控制器720啟動所有光發射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N。
步驟908：溫度感測器730_1、730_2、730_3…730_N-1、730_N分別測量光發射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N的溫度T1、T2、T3…TN-1、TN。
步驟910：若溫度Tx超過門檻溫度Tth，進行至步驟至912；反之，進行至步驟916。
步驟912：控制器720關閉光發射管700_x。
步驟914：控制器720提升其他光發射管的工作週期，並進行至步驟910。
步驟916：控制器720恢復所有光發射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N的工作週期至正常水平，並進行至步驟904。
步驟918：關閉X光發射裝置70。
步驟920：結束。
X光發射裝置70與控制流程90之優點在於透過實際的溫度測量與回授機制，可確保所有光發射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N的操作溫度都不會超過門檻溫度Tth，能延長X光發射裝置70的使用壽命。一旦其中有部分光發射管無法正常工作，無論是毀損或被迫關閉，其他光發射管能立即補償其空缺，不須關閉整台X光發射裝置70，能改善裝置的使用效率。
除了「輪流發光」、「溫度回授」外，本發明一實施例還可透過調整光發射管的驅動電壓、驅動電流或曝光時間，主動避免會造成過熱的驅動條件，以及調整集合X光束的強度、穿透力與光量。請參考第10圖，第10圖為本發明實施例一X光發射裝置11之示意圖。X光發射裝置11用來朝一待測物發射一集合X光束BXI，包含有X光發射管121_1、121_2、121_3…121_N-1、121_N、一驅動控制器111及一鏡頭模組101。X光發射管121_1、121_2、121_3…121_N-1、121_N用來產生X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN。驅動控制器111用來控制X光發射管121_1、121_2、121_3…121_N-1、121_N的驅動電壓、驅動電流或曝光時段。鏡頭模組101用來導引X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN朝向待測物，以形成集合X光束BXI。
根據電磁學原理，X光束BXx的強度及穿透力與其驅動電壓成正比，X光束BXx的光量與其驅動電流及曝光時段相關。因此，驅動控制器111可以根據實際應用上集合X光束BXI之一強度需求或一穿透力需求，調變X光發射管121_1、121_2、121_3…121_N-1、121_N的驅動電壓。或者，在本發明另一實施例中，驅動控制器111根據集合X光束BXI之一光量需求，調變X光發射管121_1、121_2、121_3…121_N-1、121_N的驅動電流或曝光時段。
相較於X光發射裝置20、70，X光發射裝置11除了能透過驅動電壓、驅動電流或曝光時間之調變，主動避免過熱的驅動條件，來降低散熱需求的優點外，X光發射裝置11擁有的驅動條件選擇範圍最大，能應付小能量到大能量（掃描大型動物、建築結構主體）的集合X光束BXI需求，能應用在廣泛的商業領域。
X光發射裝置11的操作可歸納為一控制流程13，如第11圖所示。控制流程13包含有下列步驟：
步驟131：開始。
步驟133：啟動X光發射裝置11。
步驟135：判斷是否有發射X光需求，若有，進行至步驟137；反之，進行至步驟141。
步驟137：驅動控制器111調變X光發射管121_1、121_2、121_3…121_N-1、121_N的驅動電壓、驅動電流或曝光時段。
步驟139：驅動控制器111啟動所有X光發射管121_1、121_2、121_3…121_N-1、121_N，並進行至步驟135。
步驟141：關閉X光發射裝置11。
步驟143：結束。
另外，由於X光發射裝置11亦具有X光發射裝置20、70的多管架構，驅動控制器111還可以用來在其中一個X光發射管121_x失去功能時，增加其他X光發射管之工作週期，以維持集合X光束BXI的光量。
綜上所述，為了解決先前技術中單一X光管產生廢熱過多，需要大型散熱裝置的缺點，本發明實施例以多個X光管的架構取代單一X光管的架構，並以輪流發射、溫度回授或調變驅動條件的方式，降低廢熱的產生，來改善X光發射裝置的壽命與使用效率。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧X光管
100‧‧‧開口
110‧‧‧陽極金屬靶
111‧‧‧驅動控制器
120‧‧‧陰極
130‧‧‧腔體
140‧‧‧冷卻層
150‧‧‧鋼板外殼
20、70、11‧‧‧X光發射裝置
200_1、200_2、200_3、200_N-1、200_N、700_1、700_2、700_3、700_N-1、700_N、121_1、121_2、121_3、121_N-1、121_N‧‧‧X光發射管
210、710、101‧‧‧鏡頭模組
220‧‧‧相位控制器
40、90、13‧‧‧控制流程
400、402、404、406、408、410、412、414、416、418、900、902、904、906、908、910、912、914、916、918、920、131、133、135、137、139、141、143‧‧‧步驟
720‧‧‧控制器
730_1、730_2、730_3、730_N-1、730_N‧‧‧溫度感測器
BE‧‧‧電子束
BX‧‧‧X光
BXI‧‧‧集合X光束
BX1、BX2、BX3、BXN-1、BXN‧‧‧X光束
P1、P2、P3、PN-1、PN‧‧‧相位信號
T1、T2、T3、TN-1、TN‧‧‧溫度
VH‧‧‧高電壓
第1圖係先前技術一X光管之示意圖。 第2圖為本發明實施例一X光發射裝置之示意圖。 第3圖為第1圖之X光發射裝置中相位信號之時序圖。 第4A圖為第1圖之X光發射裝置中X光束之時序圖。 第4B圖為第1圖之X光發射裝置之一控制流程之流程圖。 第5圖為第1圖之X光發射裝置中X光束之時序圖。 第6圖為第1圖之X光發射裝置中X光束之時序圖。 第7圖為本發明實施例一X光發射裝置之示意圖。 第8圖為第7圖之X光發射裝置中相位信號之時序圖。 第9圖為第7圖之X光發射裝置之一控制流程之流程圖。 第10圖為本發明實施例一X光發射裝置之示意圖。 第11圖為第10圖之X光發射裝置之一控制流程之流程圖。

Claims (8)

  1. 一種X光發射裝置，用來朝一待測物發射一集合X光束，該X光發射裝置包含有：複數個X光發射管，用來分別產生複數道X光束；以及一鏡頭模組，用來導引該複數道X光束朝向該待測物，以形成該集合X光束。
  2. 如請求項1所述之X光發射裝置，另包含有一相位控制器，耦接於該複數個X光發射管，用來：控制該複數個X光發射管之工作週期(duty cycle)，使得該複數個X光發射管輪流地發射該複數道X光束；以及在該複數個X光發射管中一X光發射管失去功能時，增加該複數個X光發射管中其他X光發射管之工作週期，以維持該集合X光束之光量。
  3. 一種X光發射裝置，用來朝一待測物發射一集合X光束，該X光發射裝置包含有：複數個X光發射管，用來產生複數道X光束；複數個溫度感測器，耦接於該複數個X光發射管，用來測量該複數個X光發射管之複數個溫度；以及一控制器，耦接於該複數個溫度感測器及該複數個X光發射管，用來根據該複數個溫度，用來控制該複數個X光發射管之工作週期(duty cycle)。
  4. 如請求項3所述之X光發射裝置，其中該控制器另用來在該複數個溫度中之一溫度超過一門檻溫度時，關閉該溫度對應之該複數個X光發射管中之一X光發射管。
  5. 如請求項3所述之X光發射裝置，另包含有：一鏡頭模組，用來導引該複數道X光束朝向該待測物，以形成該集合X光束。
  6. 如請求項5所述之X光發射裝置，其中該控制器另用來在該複數個溫 度感測器顯示該複數個X光發射管中一X光發射管失去功能時，增加該複數個X光發射管中其他X光發射管之工作週期，以維持該集合X光束之光量。
  7. 一種X光發射裝置，用來朝一待測物發射一集合X光束，該X光發射裝置包含有：複數個X光發射管，用來產生複數道X光束；一驅動控制器，耦接於該複數個X光發射管，用來控制該複數個X光發射管之複數個驅動電壓、複數個驅動電流或複數個曝光時段；以及一鏡頭模組，用來導引該複數道X光束朝向該待測物，以形成該集合X光束；其中該驅動控制器另用來在該複數個X光發射管中一X光發射管失去功能時，增加該複數個X光發射管中其他X光發射管之工作週期(duty cycle)，以維持該集合X光束之光量。
  8. 一種X光發射裝置，用來朝一待測物發射一集合X光束，該X光發射裝置包含有：複數個X光發射管，用來產生複數道X光束；一驅動控制器，耦接於該複數個X光發射管，用來控制該複數個X光發射管之複數個驅動電壓、複數個驅動電流或複數個曝光時段；以及一鏡頭模組，用來導引該複數道X光束朝向該待測物，以形成該集合X光束；其中該驅動控制器用來根據該集合X光束之一強度需求或一穿透力需求，控制該複數個驅動電壓；或根據該集合X光束之一光量需求，控制該複數個驅動電流或該複數個曝光時段。
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