專利名稱：具有背散射電子捕集器的x射線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種X射線管，包括至少一個用于產(chǎn)生一電子束的陰極、一陽極、一射出窗口和一背散射電子捕集器。所述電子束撞擊所述陽極并在所述陽極上形成一焦斑，使得從所述焦斑發(fā)出一X射線束。所述X射線束經(jīng)所述射出窗口從所述X射線管射出。所述背散射電子捕集器用于捕集在所述陽極上發(fā)生背散射的電子。這種X射線管公開自公開案 US 2008/0112538A1。本發(fā)明還涉及一種包括具有相應(yīng)的X射線管的X射線裝置。
背景技術(shù)：
X射線管通常包括陰極和位于該陰極對面的陽極，二者布置在真空殼體內(nèi)。陰極具有用于發(fā)射電子的燈絲，通過在陽極與陰極之間施加電壓使電子朝陽極方向加速。電子撞擊陽極上被稱作焦斑的區(qū)域，在該處，電子的動能轉(zhuǎn)化為熱量和X射線輻射(初級輻射)。 由此產(chǎn)生的X射線輻射以X射線束(有用X射線)的形式經(jīng)射出窗口從真空殼體射出。撞擊陽極的電子在陽極中的原子上發(fā)生散射。在此過程中，電子不但會改變運動方向，還會釋放能量。當(dāng)電子動能下降一定程度后，它就會被陽極吸收。但是，散射電子也有可能重新離開陽極，即一部分電子重新從陽極表面射出。這部分電子稱作背散射電子。這些背散射電子中的一部分再度撞擊陽極或X射線管的其他組件并在那里將其能量轉(zhuǎn)化為輻射或熱量。背散射電子所產(chǎn)生的X射線輻射產(chǎn)生于初級電子束的撞擊區(qū)以外，因而被稱為焦點外X射線輻射(焦點外輻射)。焦點外輻射分量越高，光學(xué)焦斑就越模糊，這會影響圖像質(zhì)量。X射線管(特別是計算機(jī)斷層攝影所使用的現(xiàn)代“單極”高功率X射線管)需要用所謂的背散射電子捕集器(RSE捕集器)來捕集在陽極上發(fā)生背散射的電子。這種部件的主要任務(wù)是捕集儲存于背散射電子中的能量并使這部分能量遠(yuǎn)離陽極，因為陽極更難以冷卻。RSE捕集器還提供在距離所用X射線輻射的產(chǎn)生位置最近處用吸收濾片濾除不想要的焦點外輻射的可能性，即對有用輻射進(jìn)行準(zhǔn)直處理。人們不希望出現(xiàn)但從物理學(xué)角度無法避免的一種情形是，電子撞擊RSE捕集器時會產(chǎn)生焦點外輻射。焦點外輻射會讓圖像質(zhì)量變差。而且，患者在X射線檢查過程中的受照劑量增大。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能避免所產(chǎn)生的焦點外輻射進(jìn)入從陽極上的焦斑發(fā)出的初級有用X射線束。本發(fā)明用以達(dá)成該目的的解決方案為一種具有權(quán)利要求1所述特征的X射線管。根據(jù)本發(fā)明，所述背散射電子捕集器至少基本上不包括相對所述X射線束并面向所述X射線束的表面區(qū)域，所述表面區(qū)域的至少一個表面分區(qū)無論從所述X射線管外部的 X射線束中的任意一點還是從所述焦斑上的任意一點觀測都是可見的。本發(fā)明具體涉及的是背散射電子捕集器或者背散射電子捕集器上的一個區(qū)域，這個區(qū)域位于X射線管的在射出窗口界定的平面與電子束所在平面(該平面與前一平面平行)之間的區(qū)域內(nèi)。本發(fā)明具體還涉及沿陰極所發(fā)出的電子束方向的投影落在有用X射線束8上的背散射電子捕集器或背散射電子捕集器區(qū)域。不重要的表面區(qū)域一例如具有上述特征的表面分區(qū)與不具有上述特征的表面分區(qū)之間的連接線上的表面區(qū)域一不在本發(fā)明考慮范圍內(nèi)。“可見”在本發(fā)明范圍內(nèi)的意思是，上述點之間或上述面之間的最短連接線不穿過一至少部分地一吸收X射線輻射的至少一個介質(zhì)。本發(fā)明所提供的關(guān)于背散射電子捕集器的特別設(shè)計可以防止在陽極表面發(fā)生背散射的電子直接(即擊中前無散射現(xiàn)象發(fā)生)擊中背散射電子捕集器并在撞擊過程中產(chǎn)生 X射線輻射(焦點外輻射)，該輻射會進(jìn)入有用X射線，從而對X射線輻射質(zhì)量和圖像質(zhì)量造成不良影響或者導(dǎo)致患者受到不必要的射線照射。這一點尤指從背散射電子捕集器沿有用X射線輻射方向(即存在于有用χ射線束(有用χ射線)中的輻射方向)穿過射出窗口的焦點外輻射而言。其他輻射方向的焦點外輻射雖然是在與X射線管相隔一定距離的位置上離開有用X射線束，但有些情況下可能會在使用本發(fā)明X射線管的X射線檢測器的檢查區(qū)或檢測區(qū)之后才離開有用X射線束。然而在常規(guī)的醫(yī)用X射線裝置中，檢測器與X射線管的焦斑之間至少間隔50cm，因而在此之前離開有用X射線束的焦點外輻射至多對圖像質(zhì)量造成輕微的負(fù)面影響。因此，本發(fā)明認(rèn)為背散射電子捕集器上需要加以避免的表面區(qū)域或表面分區(qū)主要是那些會被背散射電子直接擊中并且從X射線管外部的X射線束中任意一個距離焦斑至少50cm的點觀測都可見的表面區(qū)域或表面分區(qū)。本發(fā)明的另一目標(biāo)是避免背散射電子捕集器上出現(xiàn)這樣的表面分區(qū)背散射電子會直接擊中這些表面分區(qū)并且在撞擊過程中產(chǎn)生會進(jìn)入有用X射線并沿有用X射線方向離開X射線管的X射線輻射?！坝杏肵射線方向”在此是指任何一個存在于有用X射線束中的 X射線輻射方向。只要避免了以這樣一個輻射方向傳播的焦點外輻射，X射線檢測器與焦斑之間就可以間隔任意距離，而不會被焦點外輻射直接擊中。本發(fā)明的X射線管特別適合用來在一 X射線裝置中產(chǎn)生一用以檢查一受檢對象的 X射線束，其中，所述X射線束穿透所述受檢對象后受到所述X射線裝置的一 X射線檢測器的檢測。根據(jù)本發(fā)明，所述X射線管的背散射電子捕集器優(yōu)選不具有既能從X射線檢測器看到又能從X射線管的焦斑看到的表面分區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述背散射電子捕集器的相關(guān)表面區(qū)域具有多個彼此分離的第一表面分區(qū)，這些第一表面分區(qū)從所述X射線管外部的X射線束中的任意一點是至少部分可見的，但是從所述焦斑上的任意一點是不可見的。其中，優(yōu)選至少兩個彼此分離的第一表面分區(qū)被至少一個第二表面分區(qū)隔開，所述第二表面分區(qū)從所述X射線管外部的 X射線束中的任意一點是不可見的，但從所述焦斑上的任意一點是可見的。本發(fā)明的背散射電子捕集器采用這種特殊設(shè)計后，可以使得在焦斑上以與陽極成一定角度(特別是接近于平角的角度)發(fā)生背散射的電子擊中背散射電子捕集器(尤其是擊中背散射電子捕集器的邊緣區(qū)域)并被該邊緣區(qū)域吸收。這樣能增加被背散射電子捕集器捕獲的電子量。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計方案，每個第二表面分區(qū)均至少大體垂直于所述焦斑與相應(yīng)的第二表面分區(qū)之間的一連接線定向。亦即，第二表面分區(qū)朝焦斑定向。在此情況下，直接發(fā)生背散射的電子將至少大體垂直地?fù)糁械诙砻娣謪^(qū)。這能提高背散射電子吸收率，減少多重散射。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中具有背散射電子捕集器的X射線管；圖2為本發(fā)明背散射電子捕集器的第一實施例；圖3為本發(fā)明背散射電子捕集器的第二實施例；以及圖4為一 X射線設(shè)備，其中設(shè)有X射線檢測器和本發(fā)明的X射線管。
具體實施例方式下文將借助實施例對本發(fā)明進(jìn)行說明。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的X射線管1的簡化示意圖。這種X射線管包括至少一個用于產(chǎn)生電子束6的陰極2及一陽極3，電子束6撞擊該陽極并在該陽極上形成焦斑7。在圖1 所示的實施例中，陽極3實施為繞軸線S旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)陽極。一部分存在于電子中的能量在焦斑7上轉(zhuǎn)化為X射線輻射，這樣就從焦斑7發(fā)出X射線束8。X射線束8受到吸收元件10 的限制。它以有用X射線的形式經(jīng)X射線管1上的射出窗口 12從X射線管1中射出。在X射線管1工作過程中，陰極2所發(fā)射的一部分電子在撞擊焦斑7后從陽極3散射回來。X射線管1中設(shè)有用于捕集這部分背散射電子9的背散射電子捕集器4。這個背散射電子捕集器通常具有指向焦斑7的凹面5，大部分背散射電子撞擊該表面并被其吸收。然而無法避免的是，背散射電子撞擊背散射電子捕集器4時也會產(chǎn)生X射線輻射 (焦點外輻射)。受系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)的限制，產(chǎn)生于凹面5區(qū)域的焦點外輻射無法沿有用X射線輻射8的方向經(jīng)射出窗口 12離開X射線管1，從而對有用X射線輻射的質(zhì)量造成不良影響。相對X射線束8并面向X射線束8布置的表面區(qū)域13則具有不同作用，從圖1的角度看，這個表面區(qū)域相當(dāng)于背散射電子捕集器4的底面。在焦斑7上發(fā)生背散射的電子9可以直接擊中表面區(qū)域13。因此，背散射電子9可以在背散射電子捕集器4的表面區(qū)域13產(chǎn)生能夠經(jīng)射出窗口 12離開X射線管1并進(jìn)入有用X射線8的X射線輻射(焦點外輻射)。 在圖1中，這部分X射線輻射用X射線束E(焦點外輻射)表示。當(dāng)X射線管1應(yīng)用于X射線裝置時，焦點外輻射擊中X射線檢測器后會造成極大的干擾性影響，特別是當(dāng)該焦點外輻射的輻射方向與有用X射線輻射8的輻射方向重合時。 其他情況下，所產(chǎn)生的焦點外輻射會在有用X射線擊中X射線檢測器之前重新與該有用X 射線分離。如此一來，這一焦點外輻射會變得不那么具有破壞性。圖2為本發(fā)明的第一實施例。該圖所示的X射線管與圖1中所示的X射線管1基本一致，因此下文將沿用相同的附圖標(biāo)記。二者間的區(qū)別主要在于采用特殊設(shè)計的背散射電子捕集器4。該背散射電子捕集器的底面(即相對有用X射線8并面向有用X射線8的表面區(qū)域14)從“從外部”是至少部分可見的，但是從焦斑7的任意點觀測都是不可見的。 因此，在焦斑7上發(fā)生背散射的電子9無法直接擊中表面區(qū)域14，因為這個表面區(qū)域被表面區(qū)域5 “遮住”了。圖2中還用直線G示意了這一情況，這條直線經(jīng)過焦斑7邊緣上的點 Pl和表面區(qū)域5與14的連接線上的點P2，該連接線與表面區(qū)域14不相交。因此，背散射電子捕集器4上所有能夠被背散射電子9直接(即擊中前無散射現(xiàn)象發(fā)生)擊中的區(qū)域從外部都是“不可見的”。這一點尤指表面區(qū)域5而言?！皬耐獠俊痹诖耸侵笍腦射線管1外部的任意一個點出發(fā)，穿過射出窗口 12并經(jīng)過吸收元件10的觀測角度?！翱梢姟钡囊馑际牵?相關(guān)的點之間或表面之間的最短連接線不被吸收X射線輻射的元件(例如殼體11、吸收元件10或背散射電子捕集器4)隔斷。據(jù)此，凹面區(qū)域5 “從外部”是不可見的。具體而言就是，它被背散射電子捕集器4的表面14遮住了。在粗略區(qū)分外部可見和外部不可見表面分區(qū)時重要的一點是對觀測方式作細(xì)致定義。從X射線管1外部、有用X射線束8內(nèi)部的一個點可見的表面分區(qū)上能發(fā)出干擾性的焦點外輻射。此外，從有用X射線束8內(nèi)部距離焦斑7至少50cm的一個點可見的表面分區(qū)上也能發(fā)出干擾性的焦點外輻射。具體而言，焦點外輻射非期望地到達(dá)X射線檢測器這一風(fēng)險主要存在于這些表面分區(qū)，因為焦斑與X射線檢測器之間的距離一般超過50cm。除此之外，無論從焦斑7還是從有用線束8內(nèi)部的一個點反向于有用X射線束8 的輻射方向觀測可以看到的表面區(qū)域也是需要加以避免的。不管焦斑7與X射線檢測器之間存在多大距離，這些表面分區(qū)始終會發(fā)出干擾性的焦點外輻射。當(dāng)然，無論從焦斑7還是從X射線檢測器上的一個點觀測可以看到的表面分區(qū)也需要加以避免。如果存在這樣的表面分區(qū)，就始終會有焦點外輻射到達(dá)X射線檢測器。圖3為本發(fā)明的另一實施例。在該實施例中，背散射電子捕集器4上相對X射線束8并面向X射線束8布置的表面區(qū)域15經(jīng)成型處理。這一成型處理的結(jié)果是表面區(qū)域 15形成兩種不同類型的表面分區(qū)。其中一種是表面分區(qū)15A、15C和15E。這些表面分區(qū)雖然從外部至少部分可見，但無法從焦斑7看到。因此，背散射電子9無法直接擊中這些表面分區(qū)。表面分區(qū)15A、15C和15E之間則是另一種表面分區(qū)15B和15D。這些表面分區(qū)的特點是，它們實際上可以從焦斑7看到，并因此而能吸收背散射電子9。但是，它們從外部是不可見的，這就使得吸收過程中所產(chǎn)生的焦點外輻射不會進(jìn)入X射線管1外部的有用X射線 8中。為能以最好的效果吸收背散射電子9，表面分區(qū)15B和15D優(yōu)選盡可能分別垂直于表面分區(qū)15B與焦斑7之間、表面分區(qū)15D與焦斑7之間的連接線定向。圖4為包括本發(fā)明X射線管1以及與X射線管1間隔一定距離布置的X射線檢測器21的X射線裝置20，所述X射線管具有殼體11和射出窗口 12。X射線管1所產(chǎn)生的有用X射線8視情況在穿透受檢對象后擊中X射線檢測器21。附圖所示的X射線裝置20例如可以是計算機(jī)斷層攝影儀(CT)的組成部分。如果是這樣，X射線管1與檢測器21之間的距離就例如是100cm。X射線管1內(nèi)部采用如圖2和圖3所示的實施例。在此情況下，即使是從最差的視角(即從X射線檢測器21表面的點P)觀測，背散射電子捕集器4上所有能從焦斑7這一角度看到的表面區(qū)域或表面分區(qū)從點P角度都是看不到的。因此，直接發(fā)生背散射的電子9所發(fā)出的焦點外輻射不會到達(dá)X射線檢測器21。
權(quán)利要求
1.一種X射線管(1)，至少包括一用于產(chǎn)生一電子束(6)的陰極0)，一陽極(3)，所述電子束(6)撞擊所述陽極C3)并在所述陽極C3)上形成一焦斑(7)， 使得從所述焦斑O發(fā)出一 X射線束(8)，一射出窗口(12)，所述X射線束⑶經(jīng)所述射出窗口(12)從所述X射線管⑴射出，一用于捕集從所述陽極C3)被背散射的電子(9)的背散射電子捕集器G)，其特征在于，所述背散射電子捕集器(4)至少基本上不包括相對所述X射線束(8)并面向所述X射線束(8)的表面區(qū)域，所述表面區(qū)域的至少一個表面分區(qū)無論從所述X射線管(1)外部的 X射線束(8)中的任意一點還是從所述焦斑(7)上的任意一點觀測都是可見的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線管(1)，其中，一大體相對所述X射線束(8)并面向所述X射線束⑶的表面區(qū)域(14 ；15)具有至少一個第一表面分區(qū)(14 ； 15A，15C，15E)，所述第一表面分區(qū)從所述X射線管(1)外部的X射線束中的任意一點觀測是至少部分可見的， 但從所述焦斑(7)上的任意一點觀測是不可見的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的X射線管(1)，其中，一大體相對所述X射線束(8)并面向所述X射線束(8)的表面區(qū)域(1 具有至少一個第二表面分區(qū)(15B，15D)，所述第二表面分區(qū)從所述X射線管(1)外部的X射線束(8)中的任意一點觀測是不可見的，但從所述焦斑(7)上的任意一點觀測是至少部分可見的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的X射線管(1)，其中，至少兩個第一表面分區(qū)(15A，15C，15E) 被至少一個第二表面分區(qū)(15B，15D)隔開。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的X射線管(1)，其中，所述焦斑(7)與所述第二表面分區(qū) (15B，15D)之間的一連接線至少大體垂直于所述第二表面分區(qū)(15B，15D)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項權(quán)利要求所述的X射線管(1)，其中，所述陽極(3)實施為旋轉(zhuǎn)陽極。
7.一種用于為一受檢對象產(chǎn)生X射線圖像的X射線裝置(20)，包括至少一個如權(quán)利要求1至6中任一項權(quán)利要求所述的用于產(chǎn)生一 X射線束(8)的X射線管(1)以及一被所述 X射線束(8)擊中的X射線檢測器01)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的X射線裝置(20)，其中，所述X射線管(1)的背散射電子捕集器(4)上的至少一個第一表面分區(qū)(15A，15C，15E)從所述X射線檢測器Ql)上的任意一點(P)觀測是可見的，但所述第二表面分區(qū)(15B，15D)是不可見的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的X射線裝置(20)，其中，所述X射線檢測器與所述第二表面分區(qū)(15B，15D)之間的任何一條最短連接線始終——至少部分地——穿過至少一個吸收X射線輻射的元件(10，4)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是在設(shè)有背散射電子捕集器(4)的X射線管(1)中，防止背散射電子在所述背散射電子捕集器(4)表面產(chǎn)生的焦點外輻射進(jìn)入所述X射線管(1)外部的有用X射線(8)中。為此，本發(fā)明提出如下解決方案所述背散射電子捕集器(4)至少基本上不包括相對所述X射線束(8)并面向所述X射線束(8)的表面區(qū)域(15)，所述表面區(qū)域的至少一個表面分區(qū)無論從所述X射線管(1)外部的X射線束(8)中的任意一點還是從所述焦斑(7)上的任意一點觀測都是可見的。
文檔編號H01J35/02GK102576637SQ201080043622
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者洛塔爾·維爾納, 約爾格·弗羅伊登貝格爾 申請人:西門子公司