具有運(yùn)動陽極或陰極的X射線源制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種X射線源，包括適于產(chǎn)生電子流的陰極元件。X射線源包括適于為電子流提供焦點(diǎn)位置的陽極元件。真空室包含陰極元件和陽極元件。陽極元件和/或陰極元件可以與電子流的產(chǎn)生協(xié)調(diào)地彼此相對運(yùn)動。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)涉及一種X射線源，包括適于產(chǎn)生電子流的陰極元件。X射線源包括適于為電子流提供焦點(diǎn)位置的陽極元件。真空室包含陰極元件和陽極元件。陽極元件和/或陰極元件可以與電子流的產(chǎn)生協(xié)調(diào)地彼此相對運(yùn)動。【專利說明】具有運(yùn)動陽極或陰極的X射線源
本專利技術(shù)總體上涉及X射線管組件，更具體而言，本專利技術(shù)涉及X射線管組件，其中陽極元件或陰極元件能夠彼此相對運(yùn)動。
技術(shù)介紹
射線照相成像系統(tǒng)，例如X射線和計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)已用于觀察目標(biāo)的內(nèi)部特征。通常，成像系統(tǒng)包括配置為朝感興趣目標(biāo)(例如病人)發(fā)出X射線的X射線源。諸如輻射檢測器陣列的檢測裝置布置在目標(biāo)的另一側(cè)上，并配置為檢測傳輸通過感興趣目標(biāo)的X射線。X射線或射線照相成像是多種診斷成像系統(tǒng)的基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)斷層掃描(CT)是這種系統(tǒng)的一個(gè)示例，其以使用射線照相原理進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取為基礎(chǔ)。通過對從多個(gè)不同角度穿過目標(biāo)的X射線的不完全穿透進(jìn)行映射，CT成像系統(tǒng)生成目標(biāo)的體積表示。專用乳腺斷層掃描(DBT)以類似于CT的原理操作，但是CT 一般獲取圍繞被成像目標(biāo)的全部360度角度范圍的數(shù)據(jù)，而DBT僅獲取有限的角度范圍，例如30至120度，并具有針對乳腺成像進(jìn)行優(yōu)化的系統(tǒng)幾何形狀。通常，在CT和DBT成像系統(tǒng)中，單一 X射線源朝對象或目標(biāo)(例如病人或行李件)發(fā)出單一扇形或錐形束。成像角是通過連接管中的焦點(diǎn)位置與檢測器中心的線相對于固定的被成像目標(biāo)被定義的。在運(yùn)動源配置中，通過相對于固定對象運(yùn)動源以及多次采集數(shù)據(jù)來改變角度。在分布式源配置中，在系統(tǒng)中設(shè)置多個(gè)焦點(diǎn)位置，以及順序?qū)Χ鄠€(gè)焦點(diǎn)位置供能，以便提供不同成像角處的數(shù)據(jù)。被對象衰減后的波束轟擊輻射元件的陣列。該陣列的一個(gè)實(shí)施例可以是射線照相檢測器內(nèi)的像素陣列或者散布在多個(gè)離散檢測器上的多個(gè)像素。檢測器陣列處接收的衰減束輻射的強(qiáng)度一般取決于對象對X射線束的衰減。檢測器陣列的每個(gè)檢測器元件產(chǎn)生表示每個(gè)檢測器元件接收的衰減束的分離的電信號。電信號被傳輸至進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)最終生成圖像。一般而言，對于CT來說，X射線源和檢測器陣列繞成像平面內(nèi)的軸以及繞對象旋轉(zhuǎn)。對于DBT來說，X射線源相對于對象運(yùn)動，檢測器可以運(yùn)動或者可以不運(yùn)動。X射線源通常包括X射線管，其在焦點(diǎn)發(fā)出X射線束。X射線檢測器通常包括用于校準(zhǔn)檢測器處接收的X射線束的準(zhǔn)直器，鄰近準(zhǔn)直器的用于將X射線轉(zhuǎn)化為光能的閃爍體，以及用于從鄰近的閃爍體接收光能以及從中產(chǎn)生電信號的光電二極管。可替代的，通過直接吸收X射線并將其直接轉(zhuǎn)化為電信號，光電導(dǎo)體層可具備閃爍體和光電二極管的組合功能。在間接檢測器類型中，閃爍體將X射線轉(zhuǎn)化為光能。閃爍體向其鄰近的光電二極管釋放光能。每個(gè)光電二極管檢測光能并產(chǎn)生相應(yīng)的電信號。在直接檢測器類型中，光電導(dǎo)體將X射線轉(zhuǎn)化為與能量成比例的電荷，并在高壓影響下將電荷傳送至電觸點(diǎn)。然后光電二極管或光電導(dǎo)體的輸出被傳輸至用于圖像重建的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。還存在其他類型的輻射檢測器，例如不使用閃爍體或光電二極管的將X射線直接轉(zhuǎn)化為電信號的檢測器。CT系統(tǒng)以及X射線系統(tǒng)在數(shù)據(jù)獲取過程期間通常采用旋轉(zhuǎn)陽極。旋轉(zhuǎn)陽極在產(chǎn)生X射線扇束的焦點(diǎn)處提供運(yùn)動電極軌道，從而在陽極的擴(kuò)大的表面區(qū)域上擴(kuò)散熱載荷。即陽極通常包括安裝至陽極盤或者與陽極盤集成的單一靶電極。在數(shù)據(jù)獲取期間，陽極盤可由感應(yīng)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。在源的機(jī)械掃描開始之前啟動旋轉(zhuǎn)。在整個(gè)源軌跡中旋轉(zhuǎn)速度保持為恒定速度，不特別地與在多個(gè)位置的數(shù)據(jù)獲取協(xié)調(diào)。由于撞擊陽極的電子將其大部分能量沉積為熱，小部分作為X射線發(fā)射，產(chǎn)生數(shù)量足以獲得可接受的圖像質(zhì)量的X射線會產(chǎn)生大量的熱。可能的情況是熱產(chǎn)生得足夠快，并且在陽極電極表面上的小的焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)，從而將溫度提高至接近電極材料的熔化溫度或者產(chǎn)生破壞性的熱應(yīng)力和沖擊。這種熱過載的結(jié)果可能是陽極表面上的融化或破裂。為了適應(yīng)X射線產(chǎn)生過程期間施加于陽極上的熱載荷，已經(jīng)開發(fā)了多種技術(shù)。例如，X射線衰減檢測的進(jìn)步已經(jīng)允許減小提供具有足夠質(zhì)量的圖像所需的X射線劑量。傳送到病人的X射線劑量與管電流直接相關(guān)，因此管電流的減小引起X射線劑量的減小。類似的，管電流的降低(即陽極靶上撞擊電子的數(shù)量的減小)減小數(shù)據(jù)獲取期間置于陽極靶上的熱載荷。簡而言之，需要較小的功率產(chǎn)生數(shù)據(jù)獲取所需的X射線。但是，抵消檢測設(shè)備的進(jìn)步的是需要減小掃描時(shí)間或增大吞吐量(例如每小時(shí)的病人)，其需要增大的X射線功率。從陰極發(fā)射的電子撞擊安裝至陽極盤或與陽極盤集成的靶電極，從而在陽極電極上的焦點(diǎn)位置處產(chǎn)生X射線。控制電路設(shè)置從陰極發(fā)射的電子數(shù)以及跨過陰極和陽極的電勢，以便滿足成像要求，保護(hù)管免于過熱。陽極上的總熱載荷與發(fā)射電流和跨過陰極和陽極的電勢成比例。最優(yōu)的病人安全條件可能要求較高的管電壓或者病人之前的衰減濾波器，這驅(qū)使更高的X射線功率需求，這對陽極的熱狀況是個(gè)挑戰(zhàn)。雖然檢測設(shè)備進(jìn)步了，但是在最小病人劑量或較高吞吐量的限制下，為了有意義的數(shù)據(jù)獲取，必須產(chǎn)生最小數(shù)量的電子。因此，僅僅減小管電流不足以解決來自于X射線產(chǎn)生的陽極上的熱載荷問題。另一種方法基于產(chǎn)生的熱在陽極盤的表面和質(zhì)量中的擴(kuò)散。通過在電子撞擊靶電極時(shí)旋轉(zhuǎn)陽極盤，陽極盤產(chǎn)生的熱可以在陽極盤的軌道各處而不是在靶電極表面上的單一焦點(diǎn)位置擴(kuò)散。陽極盤的旋轉(zhuǎn)有效地減小置于靶電極上任意單一位置處的熱載荷。其結(jié)果是可以提高管電流，而不會出現(xiàn)陽極的熱過載。一般來說，陽極盤旋轉(zhuǎn)的越快，越高的管電流可以被使用。對于短周期高功率重建協(xié)議(reconstruction protocols),特別希望提高管電流以及有效地提高X射線管組件的功率水平。通過這些協(xié)議，引起吊架以非常快的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。通過提高的旋轉(zhuǎn)吊架速度，可以減小總的檢查時(shí)間。減小總的檢查或掃描時(shí)間提高病人吞吐量，降低病人的不舒適感，這會減少重建圖像中病人引起的運(yùn)動偽影。為了支持較快的吊架速度，X射線管必須輸出短周期協(xié)議所需的足夠高的瞬時(shí)功率。為了提供短周期協(xié)議所需的必要的瞬時(shí)功率，X射線管必須輸出不超過靶電極的熱載荷的更高功率。如上所述，在X射線產(chǎn)生期間旋轉(zhuǎn)陽極盤減小電極靶上的熱載荷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
一種X射線源，包括適于產(chǎn)生電子流的陰極元件。所述X射線源包括適于為所述電子流提供焦點(diǎn)位置的陽極元件。真空室包含所述陰極元件和所述陽極元件。所述陽極元件和/或所述陰極元件能夠與所述電子流的產(chǎn)生協(xié)調(diào)地相對彼此運(yùn)動。作為優(yōu)選，陽極元件是圓柱形的。作為優(yōu)選，還包括配置為相對于所述陰極元件旋轉(zhuǎn)所述陽極元件的至少一個(gè)致動器；控制系統(tǒng)適于協(xié)調(diào)所述陽極的旋轉(zhuǎn)與所述電子流的產(chǎn)生。作為優(yōu)選，配置為相對于所述陰極元件移動所述陽極元件的所述至少一個(gè)致動器還被配置為相對于所述陰極元件旋轉(zhuǎn)所述陽極元件。作為優(yōu)選，至少一個(gè)致動器適于相對于所述陰極元件以步進(jìn)方式移動所述陽極元件。作為優(yōu)選，控制系統(tǒng)配置為以與所述陰極產(chǎn)生的電子流的電流密度成比例的恒定速度移動所述陽極元件。作為優(yōu)選，還包括可操作地耦合至所述陽極元件的散熱器。作為優(yōu)選，還包括多個(gè)卷軸；以及可操作地耦合至所述多個(gè)卷軸的柔性基板，所述柔性基板耦合至所述陽極元件，并配置為并適于促進(jìn)所述陽極元件的線性運(yùn)動。作為優(yōu)選，控制系統(tǒng)可操作地耦合至陰極電源，所述控制系統(tǒng)配置為通過針對沿著所述陽極元件本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種X射線源，包括：陰極元件，所述陰極元件適于產(chǎn)生電子流；陽極元件，所述陽極元件適于為所述電子流提供焦點(diǎn)位置；真空室，所述真空室包含所述陰極元件和所述陽極元件；至少一個(gè)致動器，所述致動器配置為使所述陽極元件或所述陰極元件的至少一個(gè)相對于彼此移動；以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)耦合至所述至少一個(gè)致動器，并適于協(xié)調(diào)所述陽極或所述陰極的至少一個(gè)的移動與所述電子流的產(chǎn)生。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：JE特卡茨克，RA克勞什，SS澤拉基維奇，VB內(nèi)庫萊斯，X張，
申請(專利權(quán))人：通用電氣公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US