專利名稱：用于生成x-射線輻射并且具有根據(jù)需要調(diào)節(jié)的大的實焦點和虛焦點的裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及x-射線輻射的生成，該x-射線輻射主要用于醫(yī)學診斷和治療，而且還
用于諸如工業(yè)中的材料控制和航空中的行李控制的其它領域。
背景技術(shù)：
對于本領域的技術(shù)人員來說，迄今為止，公知X-射線管的公知問題是由于焦點尺
寸導致的幾何不清晰度以及在對運動的人體器官進行成像時由于相對長的曝光時間導致
的運動不清晰度。另一公知問題是在整個光束場上不均勻的光子能量分布。 所有這些問題具有相同的基本原因，即從陽極表面提取光子的方式。近年來，已
經(jīng)對x-射線管進行了許多改進以降低這些公知問題的負面影響。其中，已經(jīng)進行了如下
改善最小化焦點的尺寸、使管電壓均勻以及增加管電流以增加每單位時間的光子量等。 然而，這些設備都不得不降低管電流或者增加焦點尺寸，降低管電流會對每單位時間的光 子數(shù)量有影響并且從而增大了運動不清晰度的風險，并且增加焦點尺寸會導致幾何不清晰 度。 先前公知的具有傾斜陽極表面的X-射線管導致總能量輸出和每光子能量從陽極 側(cè)到陰極側(cè)變化很大。通常將這一問題稱為跟效應。這一問題由光子從傾斜陽極表面發(fā)出 而引起，其導致所發(fā)出的有用輻射的不均勻濾波。實際上，陰極側(cè)上的能量輸出可以比陽 極側(cè)上的能量輸出高出達30%。這些問題對于本領域的技術(shù)人員來說是公知的，并且根據(jù) x-射線管的基本裝置來配置先前公知的X-射線管以降低該負面影響。用于降低跟效應的 負面影響的一個配置示例是在胸腔成像中，將陽極側(cè)朝人體向下。這是為了補償朝人體向 上的輻射的較高吸收。 由于以前使用的檢測器只是人類肉眼，所以上述問題還不是很重要。對于人類肉 眼，幾何相關(guān)的限制是在白天，大約25厘米的觀看距離，每毫米大約5個線對，以及大致 2%亮度差的對比度分辨率。但是，近年來，與成像相關(guān)的電子和計算機技術(shù)的發(fā)展使得使 用更加有效的檢測器成為可能。這一新技術(shù)對輻射源提出了增加的要求。這需要增加的每 單位時間的光子密度以及降低的焦點尺寸。此外，期望在整個光束場上光子能量是均勻分 布的。 存在許多公知的具有圓形陽極的X-射線管。US 2004114712公開一種使用非平面 陽極的成像系統(tǒng)，這使得在對著靶的電場輻射方向上進行熒光掃描的物體可見。所存在的
問題是該x-射線管不發(fā)射聚焦的光束。 EP 1599883公開一種X-射線管，其中陽極具有沿寬角度發(fā)射X-射線輻射的圓錐
形狀。該陽極具有薄的靶層。所存在的一個問題是該x-射線管不發(fā)射聚焦的光束。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于生成X-射線輻射的裝置，其中降低或完全克服了上述的幾何不清晰度、運動不清晰度以及跟效應的問題。
上述目的通過提供根據(jù)權(quán)利要求1的裝置來實現(xiàn)。 為了清楚地說明本發(fā)明，下面詳細描述設置有部分球形陽極的本發(fā)明裝置的優(yōu)選實施例。 根據(jù)該優(yōu)選實施例，該裝置包括被設計為球形表面一部分的陽極以及放置在該球
形陽極表面的中心中或者其周圍的電子源，例如白熾燈絲。此外，該裝置包括至少一個虛焦點元件，其適于發(fā)射所生成的光子為這里所指定的有用光束場。 根據(jù)本發(fā)明的裝置具有實焦點表面(電子靶區(qū)域)，其比由當前公知的具有傾斜
陽極表面的x-射線管結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的焦點表面更大。因此，通過根據(jù)本發(fā)明的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)
每單位時間增加的輻射量。這是假定陰極與陽極之間的加速電壓相等并且每陽極表面單位的電子密度相等。虛焦點元件可以適于具體的應用領域。在對可移動物體進行成像時，使高的光子密度優(yōu)先，而在對小的不可移動細節(jié)成像時，使小的焦點優(yōu)先。這能夠避免與時間和幾何體相關(guān)的成像誤差。在利用根據(jù)本發(fā)明的裝置生成有用輻射時，在光束場中，光子在質(zhì)量和能量方面被進一步均勻分布，這使得檢測器的能量依賴性不影響圖像質(zhì)量。
其中，可以將焦點元件設計為點焦點，多點焦點，狹縫焦點或者設計為多焦點。
本發(fā)明的另一優(yōu)點在于，X-射線管的虛焦點可以適于接近皮膚表面的腫瘤治療，這使得與通常使用的高能量加速器相比以低成本制造設備成為可能。 由于陽極上的實焦點表面(電子耙區(qū)域)比虛焦點中的開口區(qū)域大，因此該裝置是唯一的。


參照附圖來詳細地描述本發(fā)明。在附圖中 圖l示出了用于生成X-射線輻射的裝置的示例圖，其中通過虛焦點發(fā)射有用輻射。 圖2示出了具有虛焦點的裝置的簡化圖，其中通過薄的陽極發(fā)射輻射。該陽極足夠厚以使陽極材料中的所有電子減速，但是該陽極足夠薄以僅吸收具有最低能量的輻射光子。按照這種方式，陽極材料用作提取有用輻射的主要濾波器。對于本領域的技術(shù)人員來說，計算最佳的陽極厚度的知識是公知的。 圖3示出了具有虛焦點的裝置，其中通過電子加速器來加速電子并且通過磁透鏡將電子引導至陽極。 圖4示出了表示具有虛焦點、具有90度偏轉(zhuǎn)的電子加速器以及磁透鏡的裝置的示例圖。 圖5示出了本發(fā)明的實施例，其中該裝置具有球形陽極以及用于立體成像的兩個焦點。 圖6示出了本發(fā)明的實施例，其中該裝置具有球形陽極以及用于立體成像的兩個焦點。通過陽極發(fā)射輻射。 圖7是示出不同類型的焦點形狀的示例圖。 圖8是示出在使用多焦點技術(shù)處理接近皮膚表面的腫瘤時的輻射處理幾何體的示例圖。
具體實施例方式
本發(fā)明描述一種用于生成X-射線輻射的裝置，其使用包括逆著陽極表面的電子減速的現(xiàn)有技術(shù)來生成光子(軔致輻射)，但是使用全新的技術(shù)以利用所形成的光子進行成像或者治療。 根據(jù)圖1的裝置可以用于多個應用領域。只是要根據(jù)需要改變管電壓、管電流、焦點形狀和濾波。 參照先前公知的X-射線管，起點可以是l平方毫米的焦點尺寸，g卩l(xiāng)mmXlmm，最大管電流是1000mA并且管電壓是100kV。 與先前公知的將焦點表面設計得盡可能小的焦點設計相比，本發(fā)明提供一種方
案，其中將實焦點表面設計得盡可能大。這通過根據(jù)本發(fā)明的用于生成x-射線輻射的裝置包括形成為部分球形的陽極9來實現(xiàn)。例如可以根據(jù)公知的陽極板的尺寸，S卩，大約120mm，來選擇該球形的直徑。如果將該表面的四分之一用作焦點表面，則將是大約11000平方毫米。在假定每陽極表面單位相同電子密度的情況下，由于電子從陰極到形成為球形的陽極9的相等分布，與先前公知的X-射線管相比，可以將減速輻射(軔致輻射)光子的數(shù)量增加11000倍。 在100kV加速電壓下，沿所有方向相等地擴散減速輻射光子。這意味著，只要在球形的中心軸上或者其附近發(fā)射光子，就會實現(xiàn)光子能量和總能量輸出從整個陽極表面的相等分布。如果陽極22足夠薄，也可以在陽極22的后面發(fā)射光子。按照這種方式，所產(chǎn)生的光束場將變得更加同質(zhì)和對稱。最遠離出口 (即，管的虛焦點)的光子與最接近該出口的光子相比將獲得的小延遲將具有大致0. 03納秒的持續(xù)時間。這使得本發(fā)明在對例如心臟的運動器官成像時尤其有利。作為在休息時人體內(nèi)移動最快的器官，心臟在大約0.03納秒內(nèi)可以移動大約0. 03納米。本發(fā)明實現(xiàn)了在大多數(shù)成像情況中運動不清晰度變得不明顯的效果。 可以按照多種方式排列從陰極到陽極9的電子束。下面描述了兩個示例。 第一示例是根據(jù)本發(fā)明的用于生成X-射線輻射的裝置，其依照先前公知的X-射
線管，適于使用燈絲，該燈絲提供構(gòu)成陽極球形中心周圍的空間電荷的熱釋放電子。 另一示例是根據(jù)本發(fā)明的用于生成X-射線輻射的裝置，其使用可能包括例如90
度角偏轉(zhuǎn)的電子加速器以及用于在整個陽極表面上分配電子的磁透鏡。 可以按照許多方式形成位于一個或者多個虛焦點中的一個或者多個開口。獨立于
有用輻射所發(fā)射的方向，可以將虛焦點中的一個開口例如形成為在圖1、圖2、圖3、圖4、圖
5和圖6中示出的雙漏斗形。然而，可以根據(jù)應用來改變該一個或者多個開口。 圖7中示出了開口的不同形式的示例。這些開口可以適于點形的陰影成像，可以
是用于截面成像的狹縫，可以成形為用于立體成像的雙點形狀，用于治療的具有可變能量
深度的多開口形狀。 每一個虛焦點可以設置有濾波器封裝5，適于特定的成像或者治療場景。按照已建立的理論來調(diào)整濾波器5。 所有的示例裝置都必須包括包含真空的真空殼體以及圍繞產(chǎn)生輻射的區(qū)域的輻射保護。所有的示例裝置還可以包括根據(jù)該裝置的具體應用領域選擇的一個或者多個濾波器。 圖l示出了用于生成X-射線輻射并且具有虛焦點4的裝置示例圖。用于生成X-射線輻射的裝置包括形成為球形的陽極9。陰極包括例如是燈絲的電子源IO，該電子源10放置在陽極球形的中心中或者對稱地圍繞該陽極球形的中心。有利的是，該陰極包括聚焦反射器ll。該反射器的任務是引導和分配從陰極到陽極表面的電子。根據(jù)一個實施例，將虛焦點4設置為稍微位于球形陽極9的中心旁邊。實焦點表面1是形成為球形的陽極表面的一部分。當逆著陽極材料使電子減速時，生成減速輻射2。此外，圖l中示出了被從陰極燈絲到陽極加速的電子3。該裝置包括具有符合條件的尺寸和形狀的虛焦點4。在虛焦點處，可以根據(jù)該裝置的具體應用范圍選擇放置濾波器封裝5的位置。通過虛焦點4發(fā)射和分配所產(chǎn)生的有用輻射15。該裝置必須包括一些類型的輻射保護7，使得有害且沒用的輻射不會離開該裝置。圖l說明了該裝置的內(nèi)部球形，陰極和陽極，應該由包含真空的玻璃殼體或者不同材料的類似殼體包圍，所述真空防止不會由于與氣體分子的碰撞而破壞電子軌道。該裝置包括或者連接到根據(jù)先前公知技術(shù)的任何類型的曝光開關(guān)12、高壓電源13以及燈絲電源14。 圖2是用于生成X-射線輻射的具有虛焦點4的裝置簡化圖，其中通過薄的球形陽極22發(fā)射輻射。在陽極中產(chǎn)生減速輻射20。根據(jù)該實施例，將虛焦點4設置在球形陽極22上方，從而沿球形陽極22上方的方向發(fā)射所產(chǎn)生的有用輻射15。根據(jù)該實施例，例如是燈絲的輻射源10以及聚焦反射器11也設置在球形陽極22的中心。圖2還示出了根據(jù)該實施例的外部輻射保護19，其是包括形成為球形的陽極22的該裝置的內(nèi)部部分的封裝。
圖3是用于生成X-射線輻射并且具有虛焦點4的裝置，其中通過電子加速器32對電子進行加速并且通過磁透鏡31將該電子導向薄的球形陽極22。在陽極中產(chǎn)生減速輻射。根據(jù)該實施例，將虛焦點4設置在球形陽極22的上方，并且因此沿球形陽極22上方的方向發(fā)射所產(chǎn)生的有用輻射27。根據(jù)該實施例，在球形陽極22上方均勻地分散電子束。圖3還示出了根據(jù)該實施例的外部輻射保護19，其是包括形成為球形的陽極22的該裝置的內(nèi)部部分的封裝。 圖4是具有虛焦點4以及具有90度偏轉(zhuǎn)裝置38的電子加速器32以及磁透鏡31的裝置的示例圖。在該實施例的一種替代中，與圖l所示的類似，該裝置包括較厚類型的陽極，其中通過磁透鏡31并且潛在地通過偏轉(zhuǎn)裝置38來發(fā)射所發(fā)出的有用輻射。由于所生成的磁場不受該X-射線輻射影響，所以這是可能的。圖4中未示出輻射保護和真空殼體，但是他們與圖3所示的輻射保護19和真空殼體8類似。 圖5示出了本發(fā)明的實施例，其中該裝置具有包括用于立體成像的兩個焦點4a和4b的球形陽極。通過兩個虛焦點4a和4b發(fā)射所發(fā)出的有用輻射43。從陰極的燈絲10到陽極9對電子進行加速。兩個虛焦點單元4a，4b在尺寸和形狀上是符合條件的?？梢愿鶕?jù)該裝置的具體應用領域在虛焦點單元4a、4b處設置和選擇濾波器封裝5a、5b。通過虛焦點單元4a、4b分配發(fā)出的有用輻射43。該裝置包括一些類型的輻射保護7。圖5說明了該裝置的內(nèi)部球形應該由包括真空8的真空殼體包圍。 圖6示出了本發(fā)明的實施例，其中該裝置具有薄的球形陽極9，該陽極9具有用于立體成像的兩個焦點4a、4b。通過陽極9發(fā)射輻射。這兩個虛焦點單元4a、4b在尺寸和形狀上是符合條件的?？梢愿鶕?jù)該裝置的具體應用領域在虛焦點單元4a、4b處設置和選擇濾波器封裝5a、5b。通過虛焦點單元4a、4b分配發(fā)出的有用輻射50。該裝置包括一些類型的輻射保護7。 圖6說明了該裝置的內(nèi)部球形應該由包括真空8的真空殼體包圍。
圖7是表示不同類型的虛焦點的示例圖。圖7中示出了用于不同類型治療的多點焦點56a。多點焦點56a的形狀確定聚焦深度56b。圖7還示出了多點焦點56a的截面A-A56c的示例。 圖7中還示出了多狹縫焦點57a以及該多狹縫焦點57a的截面A_A 57b的示例。
圖7說明了狹縫焦點58a的示例。圖7還說明了狹縫焦點58a的截面A_A 58b的示例。 圖7還示出了點焦點59a以及點焦點59a的截面A-A 59b的簡化圖。
圖8是在使用多焦點技術(shù)處理接近皮膚表面的腫瘤時輻射處理幾何體的示例圖。該裝置包括燈絲10、聚焦反射器11和薄的球形陽極22。適于該具體目的，可以利用濾波器57實現(xiàn)多點焦點56a。還示出了腫瘤組織的區(qū)域70和健康組織的區(qū)域71。腫瘤深度是根據(jù)該腫瘤位置最深(距離皮膚最遠)的部分dn 72與該腫瘤最表面(最接近皮膚)部分dO73獲得的測量值。根據(jù)患者皮膚到腫瘤中心的距離來計算處理深度d 75的中心。到患者的距離D 74是從患者的皮膚到多點焦點56a的較外部分的距離。聚焦深度是D+d。
本發(fā)明并不限于上述實施例，而是可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)對其進行各種修改。例如，只要采取合適的電子源，陽極可以是不同的形狀，其中可以包括球形(如上所述)、平面、圓柱形、拋物線形等。作為另一示例，如果考慮需要或者為了提高效率，x-射線管可以具有冷卻系統(tǒng)。
權(quán)利要求
一種用于生成X-射線輻射的裝置，包括X-射線源以及至少一個虛焦點元件(4)，所述虛焦點元件(4)發(fā)射所生成的光子為有效的X-射線場并且其中所述虛焦點的開口的面積大小小于產(chǎn)生所述X-射線的面積大小。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述裝置適于對人類組織進行成像或者治療，所 述裝置包括適于發(fā)射電子的電子源(IO)，覆蓋有材料的陽極(9)，所述材料適于在逆著表 面使從陰極發(fā)射的電子減速時生成軔致輻射光子，所述裝置包括至少一個虛焦點元件(4)， 其適于發(fā)射所產(chǎn)生的光子為有用光束場，并且其中所述陽極上的實焦點表面，即電子靶場， 的面積大小大于所述虛焦點中所述開口的面積大小，所述虛焦點元件(4)適于在曝光可移 動物體期間提供高的光子密度并且在曝光不可移動物體期間提供小的焦點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述電子源(10)包括傾斜的聚焦反射器(11)， 以引導來自所述電子源(10)的所述電子的主要部分撞擊所述陽極(9)內(nèi)側(cè)上的所述表面 的一部分，所述表面的所述部分構(gòu)成實焦點(1)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的裝置，其中，所述裝置包括設置在與所述陽極 的中心的距離相同處的兩個虛焦點(4a，4b)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l-3中任意一項所述的裝置，其中，所述虛焦點元件(4)被設置在所述 陽極(22)的較外側(cè)的前面位置，即電子源的相對側(cè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5中任意一項所述的裝置，其中，所述虛焦點元件(4)包括在其中心 處具有至少一個開口的漏斗形內(nèi)表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6中任意一項所述的裝置，其中，所述陽極(9)形成為球形表面的一 部分，并且所述電子源(10)設置在虛擬球形的中心中或者對稱地圍繞所述虛擬球形的中 心，其中所述球形的一部分構(gòu)成所述球形表面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l-6中任意一項所述的裝置，其中，所述陽極(9)形成為平面表面的一 部分，并且所述電子源(10)設置為在整個表面上給出基本相等的電子密度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l-6中任意一項所述的裝置，其中，所述陽極(9)形成為圓柱表面的一 部分，并且所述電子源(10)設置為在整個表面上給出基本相等的電子密度。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的裝置，其中，所述輻射源包括燈絲(10)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l-9中任意一項所述的裝置，其中，所述輻射源包括電子加速器 (32)。
全文摘要
本發(fā)明描述一種用于生成X-射線輻射的裝置，其包括形成為球形的一部分的陽極(9)。所述裝置還包括至少一個虛焦點元件(4)，適于發(fā)射所生成的光子以產(chǎn)生有用光束場。與先前公知的用于生成-X-射線的具有傾斜陽極表面的X-射線管和裝置相比，根據(jù)本發(fā)明的裝置具有更大的實焦點。因此，在假設兩種裝置的加速電壓和每一個陽極表面單位的電子密度相等的情況下，與先前公知的X-射線管相比，根據(jù)本發(fā)明的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)每單位時間增加的輻射量。虛焦點元件(4)能夠適于具體的應用領域。由于高的光子密度以及可以適于需要的焦點，可以避免時間和幾何相關(guān)的成像誤差。在利用根據(jù)本發(fā)明的裝置生成有用輻射時，在光束場中，光子在質(zhì)量和能量方面可以均勻分配，這使得在整個有用光束場中實現(xiàn)相等的成像條件成為可能。
文檔編號H01J35/00GK101720492SQ200880014566
公開日2010年6月2日 申請日期2008年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月3日
發(fā)明者L·藍托 申請人:L·藍托