一种可控焦点的X射线管
阅读：547发布：2020-05-12
专利汇可以提供一种可控焦点的X射线管专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开一种可控焦点的 X射线 管，属于医疗器械技术领域。所述可控焦点的 X射线管 包括 阴极 组件、 阳极 组件和阳极间绝缘陶瓷；其中，所述阴极组件包括发射源和芯柱，所述芯柱通电加热所述发射源，使其产生 电子 云 ，所述阴极组件还包括：栅极，位于所述发射源和所述阳极组件之间；栅极引出端，通过所述栅极引出端调整所述栅极的电位，使其低于所述发射源的电位。本实用新型通过调节栅极电位，可以实现微秒级的放线切换，通过栅极结构或者栅极与磁四极透镜的组合结构，实现多焦点尺寸以及形状切换，且焦点在长度和宽度方向都有较大的变化范围。，下面是一种可控焦点的X射线管专利的具体信息内容。
1.一种可控焦点的X射线管，包括阴极组件、阳极组件和阳极间绝缘陶瓷；其中，所述阴极组件包括发射源和芯柱，所述芯柱通电加热所述发射源，使其产生电子云，其特征在于，所述阴极组件还包括：
栅极，位于所述发射源和所述阳极组件之间；
栅极引出端，通过所述栅极引出端调整所述栅极的电位，使其低于所述发射源的电位。
2.如权利要求1所述的可控焦点的X射线管，其特征在于，所述可控焦点的X射线管还包括辅助焦点控制系统，所述辅助焦点控制系统包括磁四极透镜以及缠绕在所述磁四极透镜上的若干个线圈。
3.如权利要求2所述的可控焦点的X射线管，其特征在于，所述磁四极透镜包括若干个磁芯，所述若干个线圈分别缠绕在所述磁芯上。
4.如权利要求3所述的可控焦点的X射线管，其特征在于，所述辅助焦点控制系统还包括若干个偏转线圈，缠绕在所述磁四极透镜上。
5.如权利要求4所述的可控焦点的X射线管，其特征在于，所述若干个偏转线圈分别缠绕在所述磁四极透镜的外周，或者所述磁芯上。
6.如权利要求5所述的可控焦点的X射线管，其特征在于，所述栅极包括在所述发射源宽度方向一分为二的第一栅极和第二栅极，和在所述发射源长度方向一分为二的两个聚焦片；所述第一栅极和所述第二栅极分别置于相对高低的两个电位。
7.如权利要求1所述的可控焦点的X射线管，其特征在于，所述栅极包括在所述发射源宽度方向一分为二的第一栅极和第二栅极，和在所述发射源长度方向一分为二的第三栅极和第四栅极；所述第三栅极和所述第四栅极分别置于相对高低的两个电位。
8.如权利要求6或7所述的可控焦点的X射线管，其特征在于，所述发射源为螺旋D形钨丝。
9.如权利要求6或7所述的可控焦点的X射线管，其特征在于，所述发射源为钨平板灯丝、储备式阴极或者六硼化镧阴极。
一种可控焦点的X射线管
技术领域
[0001] 本实用新型涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种可控焦点的X射线管。
背景技术
[0002] X射线管用以产生X射线，在医学诊断、安全检查和无损探伤等各个领域发挥着重要的作用。X射线管的基本原理是，其阴极灯丝加热激发出来的热电子，在阴阳极间的加速电场作用下撞击到靶盘；其中约1%的能量转化为X射线，而剩余约99%的能量转化为热能并耗散在阳极靶盘上。电子撞击到阳极靶盘上的面积形成实际焦点，实际焦点在垂直于X射线管轴线方向上的投影形成了有效焦点。有效焦点减小有利于提高图像的清晰度，但相应地，靶盘所能承受的最大功率也减小。因此，许多X射线管设计有大小焦点，大焦点承受较大功率，产生足够亮度的X射线；而小焦点承受较小功率，但可以产生更高清晰度的图像。
[0003] 传统的双焦点X射线管采用大小灯丝，通过不同的灯丝长度、直径和栅极间距来实现大小两个焦点。同时需要合理的位置摆放和电极形状设计，使得大小两个焦点都聚焦到同一位置。一种典型的传统双焦点X射线管的阴极如图1所示，其结构紧凑，加工及工艺复杂，并且只能实现固定的两种焦点尺寸。如果需要多焦点，则需要增加灯丝，导致设计难度的增加；另外，传统X射线管采用对高压或者灯丝电流的开启与关断控制放线与否。这种方式切换速度慢，而现代工业CT或者静态CT等应用中，需要能以毫秒级乃至微秒级快速进行放线切换的X射线管，传统X射线管不能满足此种需求。实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种可控焦点的X射线管，以解决背景技术中出现的问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型提供一种可控焦点的X射线管，包括阴极组件、阳极组件和阳极间绝缘陶瓷；其中，所述阴极组件包括发射源和芯柱，所述芯柱通电加热所述发射源，使其产生电子云，所述阴极组件还包括：
[0006] 栅极，位于所述发射源和所述阳极组件之间；
[0007] 栅极引出端，通过所述栅极引出端调整所述栅极的电位，使其低于所述发射源的电位。
[0008] 可选的，所述可控焦点的X射线管还包括辅助焦点控制系统，所述辅助焦点控制系统包括磁四极透镜以及缠绕在所述磁四极透镜上的若干个线圈。
[0009] 可选的，所述磁四极透镜包括若干个磁芯，所述若干个线圈分别缠绕在所述磁芯上。
[0010] 可选的，所述辅助焦点控制系统还包括若干个偏转线圈，缠绕在所述磁四极透镜上。
[0011] 可选的，所述若干个偏转线圈分别缠绕在所述磁四极透镜的外周，或者所述磁芯上。
[0012] 可选的，所述栅极包括在所述发射源宽度方向一分为二的第一栅极和第二栅极，和在所述发射源长度方向一分为二的两个聚焦片；所述第一栅极和所述第二栅极分别置于相对高低的两个电位。
[0013] 可选的，所述栅极包括在所述发射源宽度方向一分为二的第一栅极和第二栅极，和在所述发射源长度方向一分为二的第三栅极和第四栅极；所述第三栅极和所述第四栅极分别置于相对高低的两个电位。
[0014] 可选的，所述发射源为螺旋D形钨丝。
[0016] 本实用新型具有以下有益效果：
[0017] （1）通过调节栅极电位，可以实现微秒级的放线切换（即放线开启与关断）；
[0018] （2）通过栅极结构或者栅极与磁四极透镜的组合结构，实现多焦点尺寸以及形状切换，且焦点在长度和宽度方向都有较大的变化范围；
[0020] 图1是传统双焦点X射线管的阴极结构示意图；
[0021] 图2是本实用新型提供的可控焦点的X射线管的结构示意图；
[0022] 图3是螺旋D形钨丝的结构示意图；
[0023] 图4是传统螺旋圆形钨丝发射出电子的示意图；
[0024] 图5是螺旋D形钨丝发射出电子的示意图；
[0025] 图6是辅助焦点控制系统的结构示意图；
[0026] 图7是带偏转线圈的辅助焦点控制系统的结构示意图；
[0027] 图8是带偏转线圈的辅助焦点控制系统的另一种结构示意图；
[0028] 图9是栅极的一种实现结构示意图；
[0029] 图10是栅极的另一种实现结构示意图。
具体实施方式
[0030] 以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种可控焦点的X射线管作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
[0031] 实施例一
[0032] 本实用新型提供了一种可控焦点的X射线管，其结构如图2所示。所述可控焦点的X射线管包括阴极组件、阳极组件和阳极间绝缘陶瓷；其中，所述阴极组件包括发射源1和芯柱2，所述芯柱2通电加热所述发射源1，使其产生由电子形成的电子云，该电子云聚集在所述发射源1的表面；所述阳极组件包括阳极靶盘3和阳极底座4。当电子云受到阴、阳极组件之间的加速电场作用时，电子轰击到所述阳极靶盘3上产生了X射线。
[0033] 具体的，所述发射源1可以使用螺旋钨丝；优选地，为螺旋D形钨丝，如图3所示。传统发射源通常为螺旋圆形钨丝，发射出电子的初始速度接近垂直于灯丝表面，如图4所示，因此电子发散很严重，这也是导致限制焦点尺寸不能太小的一个原因。本实用新型采用螺旋D形钨丝，并适当地将电子发射面限制在如图5所示区域，这样发射出来的电子初速一致，发射度更好，易于聚焦设计，从而也易于实现微焦点。另外，也可以使用钨平板灯丝、储备式阴极或者六硼化镧阴极。
[0034] 具体的，所述所述阴极组件还包括栅极5和栅极引出端6，所述栅极5位于所述发射源1和所述阳极组件之间，通过所述栅极引出端6调整所述栅极5的电位，使其低于所述发射源1的电位，由此引发的等势线的变化，导致所述发射源1上能够发射电子的表面面积减小，并在所述发射源1表面对电子产生向内牵引的电场力，使电子能够得到更好的聚焦，从而轰击到所述阳极靶盘3上产生的实际焦点在发射源长度方向和宽度方向（即垂直于轴线方向）上都有所减小。因此调节所述栅极5的电位，即可实现焦点大小的变化。但对于本实施例一中的螺旋D形钨丝，调节所述栅极2的电位所引起所述螺旋D形钨丝在宽度方向的变化幅度大于长度方向的变化幅度。
[0035] 进一步的，所述可控焦点的X射线管还包括辅助焦点控制系统7，通过辅助焦点控制系统7对焦点尺寸进行进一步的调整，使得所述螺旋D形钨丝在长度方向可以达到与宽度方向相近的变化幅度。
[0036] 具体的，当所述栅极5的电位相对所述发射源1的电位从0变化到-700V，通过仿真可以得到实际焦点宽度大约从2.3mm变为0.2mm，实际焦点长度大约从3.9mm变成1.6mm。假定所述阳极靶盘3的倾角为7°，所对应光学焦点的尺寸（宽度×长度）约为2.3mm×0.5mm到0.2mm×0.2mm。在所述栅极5的电位与所述发射源1的电位相等时，光学焦点呈长条状。通过采取所述辅助焦点控制系统7，可以对长度进行进一步地调整，这样焦点长度的变化范围大约达到1.8mm到0.2mm的变化范围。
[0037] 所述可控焦点的X射线管，通过将所述栅极5的电位置于相对于所述发射源1足够低的电位，可以阻止所述发射源1的电子发射，从而实现栅极5的关断。以本实施例一为例，大约在-3kV即可将X射线关断。传统X射线管通过关断阴、阳组件高压或者降低所述发射源1电流使其降温等手段来实现X射线的关断，这种方式切换速度慢。而本实用新型通过所述栅极5电位的快速切换，可以实现X射线微秒级的开启与关断。这样可以有效消除X射线关断延迟中对患者多余剂量的辐射。本实用新型亦可应用于静态CT或者工业CT中，在成组使用时，通过所述栅极5电位可以快速切换X射线源。
[0038] 具体的，所述辅助焦点控制系统7包括磁四极透镜71以及缠绕在所述磁四极透镜71上的若干个线圈72。请参阅图6，所述磁四极透镜71包括若干个磁芯711，所述若干个线圈
72分别缠绕在所述磁芯711上。按照如图6实体箭头所示电流方向，四个磁极可产生如图6虚线箭头所示磁场。经过所述磁四极透镜71中心的电子束，在该磁场的作用下，将在一个方向上汇聚，另一个方向上发散。本实用新型实施例一中，所述磁四极透镜71在栅极聚焦的基础上进一步进行焦点控制。其控制方式可以由多种，可以选择在焦点长度方向进行发散，将焦点长度拉长；或者选择在焦点长度方向进行汇聚，将焦点长度缩小；也可以选择在长度方向进行较大程度的汇聚，从而产生过聚焦以达到发散的效果。同理，对焦点宽度也可以类似的控制。通过磁四极透镜71进行辅助焦点控制，可以得到更广泛的焦点变化范围以及灵活的焦点大小。
72分别缠绕在所述磁芯711上。按照如图6实体箭头所示电流方向，四个磁极可产生如图6虚线箭头所示磁场。经过所述磁四极透镜71中心的电子束，在该磁场的作用下，将在一个方向上汇聚，另一个方向上发散。本实用新型实施例一中，所述磁四极透镜71在栅极聚焦的基础上进一步进行焦点控制。其控制方式可以由多种，可以选择在焦点长度方向进行发散，将焦点长度拉长；或者选择在焦点长度方向进行汇聚，将焦点长度缩小；也可以选择在长度方向进行较大程度的汇聚，从而产生过聚焦以达到发散的效果。同理，对焦点宽度也可以类似的控制。通过磁四极透镜71进行辅助焦点控制，可以得到更广泛的焦点变化范围以及灵活的焦点大小。
[0039] 进一步的，所述辅助焦点控制系统7还包括若干个偏转线圈73，缠绕在所述磁四极透镜71上。所述偏转线圈73可以控制焦点产生X轴（即发射源宽度方向）和Z轴（即X射线管轴线方向）飞焦。所述偏转线圈73分别缠绕在如图7所示的所述磁四极透镜71的外周，或者如图8所示的所述磁芯711上。如图7、图8所示，当偏转线圈73通过实线所示方向的电流，将产生虚线所示方向的磁场。电子束在该磁场作用下将在垂直方向上进行偏转。若偏转线圈73通过与实线相反方向的电流，则产生与虚线相反方向的磁场。同理，在图7中，改变左右两侧的偏转线圈73的电流，可以使电子束在水平方向上偏转；图8中，改变偏转线圈73的电流，可以改变极性，使电子束在水平方向上进行偏转。通过采取图7或图8所示的偏转线圈73，可以实现X射线管的X轴和Z轴飞焦。
[0040] 实施例二
[0041] 本实用新型实施例二提供了一种可控焦点的X射线管，与实施例一相比区别在于，所述栅极5包括在所述发射源1宽度方向一分为二的第一栅极51和第二栅极52，和在所述发射源1长度方向一分为二的两个聚焦片55，如图9所示；所述第一栅极51和所述第二栅极52分别置于相对高低的两个电位，也可以将电子束向一方向偏转，即X轴飞焦。这样所述辅助焦点控制系统7可以根据需要只保留Z轴飞焦控制功能。
[0042] 实施例三
[0043] 本实用新型实施例三提供了一种可控焦点的X射线管，包括阴极组件、阳极组件和阳极间绝缘陶瓷；其中，所述阴极组件包括发射源1和芯柱2，所述芯柱2通电加热所述发射源1，使其产生由电子形成的电子云，该电子云聚集在所述发射源1的表面；所述阳极组件包括阳极靶盘3和阳极底座4。当电子云受到阴、阳极组件之间的加速电场作用时，电子轰击到所述阳极靶盘3上产生了X射线。
[0044] 具体的，所述发射源1可以使用螺旋钨丝；优选地，为螺旋D形钨丝，如图3所示。传统发射源通常为螺旋圆形钨丝，发射出电子的初始速度接近垂直于灯丝表面，如图4所示，因此电子发散很严重，这也是导致限制焦点尺寸不能太小的一个原因。本实用新型采用螺旋D形钨丝，并适当地将电子发射面限制在如图5所示区域，这样发射出来的电子初速一致，发射度更好，易于聚焦设计，从而也易于实现微焦点。另外，也可以使用钨平板灯丝、储备式阴极或者六硼化镧阴极。
[0045] 具体的，所述所述阴极组件还包括栅极5和栅极引出端6，所述栅极5位于所述发射源1和所述阳极组件之间，通过所述栅极引出端6调整所述栅极5的电位，使其低于所述发射源1的电位，由此引发的等势线的变化，导致所述发射源1上能够发射电子的表面面积减小，并在所述发射源1表面对电子产生向内牵引的电场力，使电子能够得到更好的聚焦，从而轰击到所述阳极靶盘3上产生的实际焦点在发射源长度方向和宽度方向（即垂直于轴线方向）上都有所减小。因此调节所述栅极5的电位，即可实现焦点大小的变化。但对于实施例一中的螺旋D形钨丝，调节所述栅极2的电位所引起所述螺旋D形钨丝在宽度方向的变化幅度大于长度方向的变化幅度。
[0046] 进一步的，所述栅极5包括在所述发射源宽度方向一分为二的第一栅极51和第二栅极52，在所述发射源长度方向一分为二的第三栅极53和第四栅极54。通过调整所述第一栅极51和所述第二栅极52、所述第三栅极53和所述第四栅极54的电位，可以实现不同大小的焦点，即光学焦点的长度和宽度方向可以同时有较大范围的调整。另外，将所述第一栅极51和所述第二栅极52置于不同电位，可实现X轴飞焦；将所述第三栅极53和所述第四栅极54置于不同电位，可实现Z轴飞焦。优选地，四个栅极按照如图10所示形状形成一个电四极透镜，具备更好的调焦效果，也避免焦点产生畸变。
[0047] 上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
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