專利名稱：具有由吸氣材料制成的離子偏轉(zhuǎn)和收集設(shè)備的x射線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及借助于x射線管來產(chǎn)生x射線的領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及一種包括離子處理裝置的x射線管，所述離子處理裝置適于收集存在于X射線管的真空罩(evacuated envelope)中的殘留粒子。
本發(fā)明進一步涉及一種X射線系統(tǒng)，尤其是醫(yī)學(xué)X射線成像系統(tǒng)，其中所述X射線系統(tǒng)包括如上所述的X射線管。
此外，本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生X射線的方法，所述X射線具體用于醫(yī)學(xué)X射線成像。該X射線借助于如上所述的X射線管來產(chǎn)生。
背景技術(shù)：
高端及未來的X射線管需要能夠提供可變的焦點形狀、焦點大小和焦點位置。與傳統(tǒng)的x射線管相比，這些管在表示電子源的陰極與其上產(chǎn)生
焦點的靶陽極之間具有較大距離。
圖5示意地描繪了這種高端X射線管500。 X射線管500包括電子源510，其適于產(chǎn)生沿著束路徑投射并且終止于靶陽極520的電子束515。從電子發(fā)射器細絲511釋放出電子。與標準的X射線管對比，電子源與耙陽極520之間的距離相對較大。
在電子源510和靶陽極520之間，設(shè)置有場電極530。場電極530包括開口 530a。開口 530a允許電子束515穿過所述場電極530。
電子源被連接到高壓電源512，其以相對于未描繪的X射線管500的外殼的負高電壓(-HV)來分別對電子源510、電子發(fā)射絲511供電。靶陽極520和場電極530均連接到地電壓電平。因此，在電子源510和耙陽極520之間延伸的整個區(qū)域可以分別劃分為兩個區(qū)域在電子源510和場電極530之間延伸的第一區(qū)域531以及在場電極530和靶陽極520之間延伸的第二區(qū)域532。第一區(qū)域531包括電子加速場。第二區(qū)域532限定無場或零場區(qū)域。在無場區(qū)域532中，設(shè)置有電子光學(xué)元件536以借助適當?shù)碾姾?或磁多極場來恰當?shù)鼐劢闺娮邮?15。為了實現(xiàn)最佳的聚焦特性，必須將電子發(fā)射器511放置在電子光學(xué)系統(tǒng)536的光軸上。
所釋放的電子從電子源510朝向靶陽極520被加速。由此，它們穿過開口 530a并且進入它們被聚焦的無場區(qū)域532。當在焦點521擊中耙陽極520時，接近40%的初始(primary)電子被反向散射并且在無場區(qū)域532內(nèi)沿直線522行進。所述被散射的電子的能量積淀在未描繪的水冷側(cè)壁中。
由于管內(nèi)并非是理想的真空，所以殘余氣體的原子和分子可能被電離。這種電離粒子會受高電壓和/或光學(xué)系統(tǒng)的電磁和靜電透鏡的影響。這些離子中的一些被朝向電子發(fā)射器加速。光學(xué)系統(tǒng)會聚焦這些離子，這些離子隨后以小點撞擊到發(fā)射器的表面上。這會損壞發(fā)射器結(jié)構(gòu)并由此減少使用壽命或者導(dǎo)致發(fā)射器結(jié)構(gòu)的即時故障。特別是，這一情形對于具有高電壓加速區(qū)域和緊接著的無電場區(qū)域的X射線管更加明顯。
US 4，521 ，900公開了用于掃描電子束計算層析掃描儀的電子束組件。電子束產(chǎn)生和控制組件在真空密封的外殼室內(nèi)生成其電子束，所述外殼室抽空內(nèi)部氣體，不可避免地其中存在少量殘余氣體。通過該室內(nèi)的適當裝置來生成電子束。由于在該室內(nèi)存在殘余氣體，所以該電子束的電子將與其相互作用并由此產(chǎn)生陽離子，其產(chǎn)生中和電子束的空間電荷的效應(yīng)。為了減少這些離子的中和效應(yīng)，設(shè)置了離子清除電極。這些電極被配置為生成正交于電子束的軸的均勻電場。這些電極與勢阱橫向?qū)室员銖碾娮邮膮^(qū)域中去除陽離子。
US 2003/0021377公開了移動X射線源，包括低功耗陰極元件和陽極光學(xué)元件，該陽極光學(xué)元件用于創(chuàng)建無場區(qū)域以延長陰極元件的壽命。電場被施加到陽極和陰極，所述陽極和陰極設(shè)置在真空管的相對側(cè)上'。陽極包括響應(yīng)于電子撞擊而產(chǎn)生X射線的靶材料。陰極包括產(chǎn)生電子的陰極元件，所述電子響應(yīng)于所述陽極和陰極之間的電場而被朝向陽極加速。無場區(qū)域可以位于陽極以反過來朝向陰極元件抵制陽離子加速。陽極管可以設(shè)置于陽極和陰極之間的陽極上，并且被電耦合到所述陽極，使得所述陽極和陽極管具有相同電勢，以形成無場區(qū)域。吸氣材料設(shè)置在真空管中以便在真空密封之后去除管中的殘余氣體。吸氣劑可以位于管的無場區(qū)域中。US 5,509,045公開了一種X射線管。該X射線管包括真空罩，其中設(shè)置有陽極、陰極和吸氣屏蔽罩。相對于陽極，所述吸氣屏蔽罩布置在陰極后面。吸氣屏蔽罩包括護套和帽體。所述帽體限定出環(huán)形槽。吸氣材料沉積在槽中并且被燒結(jié)以限定出一多孔體。吸氣材料在制造期間的X射線管正常排氣過程中被激活。在X射線管操作期間，余熱被帽體吸收用來將吸氣材料提升到其泵送溫度。
在此需要提供一種X射線管，其能夠有效地去除殘留的原子和分子。

發(fā)明內(nèi)容
可以通過根據(jù)獨立權(quán)利要求的主題來滿足這一需要。由從屬權(quán)利要求來描述本發(fā)明的有益實施例。
依照本發(fā)明的第一方面，提供了一種X射線管，包括(a)電子源，其適于產(chǎn)生沿著束路徑投射的電子束，(b)靶陽極，其布置在所述束路徑內(nèi)并且適于產(chǎn)生來源于所述電子束焦點的X射線束，以及(c)離子處理裝置，其適于偏轉(zhuǎn)并收集由電子束與其中出現(xiàn)散射電子的束路徑或空間內(nèi)存在的原子和分子的碰撞而產(chǎn)生的離子。離子處理裝置包括收集器電極，其可充電，以便提供對于至少一些離子的靜電吸引力并且其至少部分由吸氣材料制成。
本發(fā)明的這一方面是基于離子處理裝置能夠有源地吸引離子并吸收離子的思想。其效果在于可以從X射線管內(nèi)的大部分區(qū)域中有效地去除在所描述的X射線管的真空罩內(nèi)部產(chǎn)生的離子。與僅包括通常的電極并且僅通過向或從離子中添加或去除至少一個電子來將離子轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的原子或分子的離子處理裝置對比，所描述的離子處理裝置能夠從X射線管的真空室中永久地去除離子和相應(yīng)的原子或分子。
在抽真空之后被永久地密封的真空罩內(nèi)容納X射線管的情況下，永久地去除離子有助于在長時間內(nèi)將外殼內(nèi)的殘留壓力維持在較低水平。
此外，永久地去除殘留離子降低了電弧放電率。如果離子進入X射線管的高電壓區(qū)域，可能發(fā)生電弧放電。
此外，永久地去除殘留離子減少了以不明確方式影響電子光學(xué)元件的空間電荷補償。此外，永久地去除殘留離子減少了電子源的無意的離子轟擊，特別是電子源的電子發(fā)射器細絲的無意的離子轟擊。如果正電荷離子被負電荷電子源吸引并且撞擊到電子發(fā)射器細絲上，可能發(fā)生這種轟擊。由于電子發(fā)射器細絲一般是機械上非常敏感的元件，所以這種離子轟擊可能導(dǎo)致電子
源的加速劣化，從而會顯著地縮短x射線管的使用壽命。
所描述的x射線管可以被理解為改進的吸氣泵。在這方面，用于產(chǎn)生
X射線的電子束還用于電離在X射線管的真空室內(nèi)存在的原子和分子。這
意味著電子束用作殘留原子和分子的電離裝置。由于這一電離效應(yīng)，可以
從真空室內(nèi)的相對寬闊空間區(qū)域吸引原子和分子。與此相反，在已知的X
射線管中使用的吸氣設(shè)備僅可以在離子、原子和分子偶爾撞擊到吸氣材料
上時才分別吸收所述離子、原子和分子。因此，與用于x射線管的已知吸
氣設(shè)備相比較，顯著地提高了所描述的收集器電極的收集效率。
優(yōu)選地，吸氣材料是諸如鈦和/或鋁-鋯合金的金屬。因此，當離子接觸到吸氣材料時，它們立即被中和并且可以被收集器電極永久地吸收。由
此，可以容易地實現(xiàn)從x射線管的真空室中完全去除。
原子和分子一般是位于所描述的x射線管的真空室內(nèi)的殘余氣體的原
子和分子。殘余氣體例如為一氧化碳、氮氣、氧氣、水、金屬蒸氣和/或特別是碳氫化合物。
依照本發(fā)明實施例，離子處理裝置包括另外的電極。這提供了在收集器電極和另外的電極之間可以建立精確限定的電場的優(yōu)點。由此，可以以在空間上可靠的方式來限定所吸引離子的偏離路徑，所述偏離路徑在收集器電極終結(jié)。這意味著對于在離子處理裝置的相互作用區(qū)域內(nèi)，特別是在由收集器電極和另外電極的空間布置所限定的區(qū)域內(nèi)的每個可能的離子位置，給出了預(yù)定的離子偏離路徑。
在這一點上必須提及的，離子處理裝置還可以具有兩個以上的電極。通常，離子處理裝置可以包括電極的任何多極布置，所述布置適于對位于離子處理裝置的相互作用區(qū)域中的帶電粒子產(chǎn)生吸引力。
依照本發(fā)明的進一步實施例，收集器電極相對于地電壓處于負電壓電平并且另外的電極相對于地電壓處于正電壓電平。這樣的優(yōu)點在于兩個電極都對位于離子處理裝置的相互作用區(qū)域中的帶電粒子產(chǎn)生力。由此，兩個力以相互支持方式來共同作用。例如對于負電荷離子來說，收集器電極 向該離子施加吸引力并且另外的電極向負電荷離子施加排斥力。
必須提及的，為了產(chǎn)生所描述的偶極場，兩個電極必須連接到與地電
壓不同的電源電壓。這意味著所描述的X射線管必須具有兩個隔離器元件 以便將兩個電極與x射線管的外殼相互電隔離。在這方面進一步提及的，
靶陽極也可以處于地電平，而電子源必須處于負的高電壓電平以便提供必 需的電子加速電壓。
依照本發(fā)明的進一步實施例，x射線管進一步包括場電極，其被布置
在電子源和耙陽極之間。由此，限定出(a)在電子源和場電極之間延伸的 第一區(qū)域以及在場電極和耙陽極之間延伸的第二區(qū)域。場電極適于處于與 耙陽極基本上相同的電壓電平。
在這方面必須提及的，場電極包括至少一個小開口，以使得電子束可 以不被衰減的地穿透所述場電極。
在所描述的X射線管設(shè)計中，第一區(qū)域包括加速從電子發(fā)射器釋放的 電子所必須的電場。所加速的電子通過開口離開第一區(qū)域并且進入限定無 場區(qū)的第二區(qū)域。其中，所述電子可以朝向靶陽極以直線行進。
提供無場的第二區(qū)域的優(yōu)點在于在第二區(qū)域內(nèi)可以布置電子束處理 設(shè)備，諸如電子束聚焦光學(xué)元件和/或電子束偏轉(zhuǎn)單元。這些設(shè)備可以使用 電和/或磁場來用于各自的電子束處理。束聚焦光學(xué)元件可以用于將電子束 指向靶陽極表面上的焦點，借此所述焦點具有預(yù)定的但是可變的形狀以及 預(yù)定的但是可變的尺寸。電子束偏轉(zhuǎn)單元可以用來控制焦點的位置。例 如，焦點可以在至少兩個預(yù)定的焦點位置之間離散地改變，從而實現(xiàn)多焦 點的X射線管。
依照本發(fā)明進一步實施例，離子處理裝置位于第二區(qū)域中。這樣的優(yōu) 點在于上述離子處理可以在不受電子加速場影響的情況下進行。因此，與 加速電壓相比，相對較小的電壓就足夠用于可靠地偏轉(zhuǎn)及收集存在于所描 述X射線管的真空罩內(nèi)的離子。
依照本發(fā)明進一步實施例，離子處理裝置定位為接近電子束。 在這方面，術(shù)語"接近"意味著在電離位置的離子處理裝置的電場足 夠強，以致所生成的離子被吸引到離子處理裝置的一個電極。特別是，此電離位置位于電子束內(nèi)。這意味著離子吸引力適于過度補償離子的熱波 動，所述熱波動一般用絕對溫度來度量。
術(shù)語"接近"還意味著在離子處理裝置和束路徑之間沒有布置X射線 管的其它元件。
在離子處理裝置位于基本上無場的第二區(qū)域的情況下，由離子處理裝 置產(chǎn)生的電場必須強于電子加速場的雜散場，所述雜散場無意地進入無場 的第二區(qū)域。
如果離子處理裝置包括兩個電極，那么優(yōu)選這些電極直接布置在電子 束的周圍。此外，收集器電極和另外的電極可以定位為接近光學(xué)電子束聚 焦元件。這意味著可以將離子從它們產(chǎn)生的地方直接去除，即電子束附近
和存在散射電子的區(qū)域。這樣的優(yōu)點在于離子將不會進入x射線管的臨界
高電壓第一區(qū)域，從而可以顯著地減少電弧放電率。
依照本發(fā)明的進一步實施例，x射線管適于控制吸氣材料的溫度。
在這方面，術(shù)語"控制"必須以寬泛的含義來理解。除以所限定的方 式來控制溫度之外，術(shù)語"控制"還表示適于影響、修改和/或操縱吸氣材 料的溫度的任何手段。這樣的優(yōu)點在于通過將收集器電極的溫度保持在預(yù) 定的溫度限制內(nèi)，可以改進所使用的吸氣材料的效率。
依照本發(fā)明的進一步實施例，吸氣材料被加熱。通常用于提高吸氣材
料的離子捕獲能力的最優(yōu)溫度范圍高于一般存在于使用中的x射線管內(nèi)的
平均溫度。因此，通過分別加熱吸氣材料和離子收集器電極，可以顯著地 提高吸氣電極的效率。
依照本發(fā)明的進一步實施例，X射線管進一步包括加熱器控制單元，
其適于有源地加熱吸氣材料。由此，例如借助于在吸氣材料上和/或在吸氣 材料內(nèi)安裝的加熱導(dǎo)線，可以實現(xiàn)有源加熱。
所描述的有源加熱可以對吸氣電極進行非常精確的溫度控制。通過使 用合適的溫度傳感器，可以將溫度控制實現(xiàn)為開環(huán)或閉環(huán)。
依照本發(fā)明的進一步實施例，X射線管被設(shè)計成無源地加熱吸氣材 料。由此，通過x射線管的余熱，特別是來源于靶陽極的余熱，可以實現(xiàn)
分別無源地提高吸氣材料和離子收集器電極的溫度。所描述的吸氣材料的無源加熱的優(yōu)點在于不必向離子收集器電極提供 額外的電連接就可實現(xiàn)溫度升高，所述額外的電連接用于對安裝在吸氣材 料上和/或在吸氣材料內(nèi)的加熱導(dǎo)線供電。因此，通過避免進一步的電纜連
接，所描述的x射線管的整體結(jié)構(gòu)相對簡單，從而可保持所描述的x射線
管的制造成本相對較低。
依照本發(fā)明的進一步實施例，x射線管被設(shè)計成借助于主要源于靶陽
極上的焦點的散射電子來加熱吸氣材料。由此，在靶陽極的表面上的焦點 中產(chǎn)生散射電子，并且如果靶陽極位于基本上無場的第二區(qū)域中，那么散 射電子基本上沿直線行進。當分別擊中吸氣材料和離子收集器電極的表面
時，電子在塊體材料中釋放它們的能量。在x射線管的操作期間，這導(dǎo)致
自動加熱離子收集器電極。
溫度升高的高度取決于離子收集器電極與x射線管的任何冷卻表面的
熱觸點。因此，有意設(shè)計的小的熱觸點將導(dǎo)致相對較大的溫度升高。換句 話說，通過在離子收集器電極和冷卻表面之間提供適當?shù)臒釋?dǎo)率，可以選 擇離子收集電極的適當溫度范圍。
借助于散射電子來無源加熱離子收集電極的優(yōu)點在于當x射線管進入
操作時吸氣材料的加熱立即開始。
依照本發(fā)明的進一步實施例，X射線管進一步包括屏蔽元件，其至少
覆蓋收集器電極的預(yù)定部分以避免被散射電子擊中。這樣的優(yōu)點在于可以 分別保護離子收集器電極和吸氣材料避免過熱，使得溫度不會超過溫度上 限。在這種溫度上限以上，將會降低吸氣材料的離子吸收效率。
可以借助于簡單的突起來實現(xiàn)離子收集器的屏蔽，其提供了對散射電 子的屏蔽效應(yīng)。突起可以形成在圍繞電子束路徑的管型部件內(nèi)。
必須提及的，還可以以減少散射電子的粒子輻射量的方式來設(shè)計屏蔽 元件。換句話說，屏蔽元件不會完全吸收和/或反射指向一部分收集器電極
的電子；所述屏蔽元件僅僅減少作用于收集器電極的輻射量。這樣的優(yōu)點 在于對于離子收集器電極的所有部分可以有效地避免由于大范圍電子轟擊 所導(dǎo)致的損壞或加速退化。依照本發(fā)明的進一步實施例，X射線管被設(shè)計成借助于熱輻射和/或借
助于熱傳導(dǎo)來加熱吸氣材料，該熱傳導(dǎo)來源于耙陽極并且終止于吸氣電 極。
由此特別地是，熱輻射和熱傳導(dǎo)可以分別源于靶陽極，所述靶陽極一
般代表了所描述x射線管內(nèi)的最熱元件。然而，其它熱源也可以用來借助
于熱輻射和/或熱傳導(dǎo)來加熱吸氣材料。如上面已經(jīng)指出，這樣的優(yōu)點還在
于當X射線管進行操作時吸氣材料的加熱將自動開始。
依照本發(fā)明的進一步實施例，x射線管進一步包括衰減元件，所述衰
減元件至少保護收集器電極的預(yù)定部分以避免被熱輻射照射和/或避免借助 于熱傳導(dǎo)來加熱。
提供衰減元件還可以防止收集器電極過熱，使得溫度不會超過溫度上
限。因此，衰減元件可以布置在所描述的x射線管內(nèi)的任何適當?shù)奈恢谩?依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種x射線系統(tǒng)，特別是像計算層析
成像系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)X射線成像系統(tǒng)。所提供的X射線系統(tǒng)包括依照上述實施
例中任何一個的x射線管。
本發(fā)明的此方面是基于以下思想對于各種X射線系統(tǒng)、特別是對于
用于醫(yī)學(xué)診斷的X射線系統(tǒng)來說，可以依照有益的方式來使用上述X射線管。
必須提及的，所描述的x射線系統(tǒng)還可以用于除醫(yī)學(xué)成像之外的其它
目的。例如，所描述的x射線系統(tǒng)還可以用于例如行李檢査設(shè)備的安全系統(tǒng)。
依照本發(fā)明的進一步方面，提供了一種用于產(chǎn)生x射線，特別是產(chǎn)生
用于像計算層析的X射線的方法。所提供的方法包括使用依照X射線管的 上述實施例中的任何一個的X射線管。
應(yīng)當注意，已經(jīng)參考不同的主題描述了本發(fā)明的實施例。具體而言， 己經(jīng)參考設(shè)備類型權(quán)利要求描述了一些實施例，而參考方法類型權(quán)利要求 描述了其它實施例。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)以上和下面的描述將了解 除非另外說明，否則屬于一類主題的任何特征組合以及在與不同主題相關(guān) 的特征之間的任何組合，特別是在設(shè)備類型權(quán)利要求的特征和方法類型權(quán) 利要求的特征之間的任何組合也被認為被本申請所公開。根據(jù)以下描述的示例性實施例，本發(fā)明的上述方面和進一步方面將變 得更加清楚，并且參考實施例的例子來進行解釋。以下將參考實施例的例 子來更詳細地描述本發(fā)明，但是本發(fā)明并不受此限制。


圖1示出了 x射線管的截面圖，所述x射線管配備有包括兩個電極的
離子處理裝置，其中所述電極橫向上布置在電子束路徑上。
圖2a示出了垂直于圖1中所描繪的離子處理裝置的電子束軸的截面圖。
圖2b示出了圖1中所描繪的離子處理裝置的截面圖，其中指示了朝向 離子收集器電極的若干離子路徑。
圖3a示出了離子處理裝置的截面圖，所述離子處理裝置由來源于耙陽 極上的焦點的散射電子加熱。
圖3b示出了離子處理裝置的截面圖，所述離子處理裝置通過突起來部 分地避免接收散射電子的轟擊。
圖4示出了依照本發(fā)明實施例的計算層析(CT)系統(tǒng)的簡化示意圖， 其中CT系統(tǒng)配備有多電子束X射線管。
圖5示出了現(xiàn)有技術(shù)X射線管的示意圖，包括在電子源和耙陽極之間 的相對較大距離和其中布置有電子光學(xué)元件的無場區(qū)域。
具體實施例方式
附圖中的說明是示意性的。應(yīng)當注意，在不同的附圖中，類似的或同 樣的元素具有相同的附圖標記或與相應(yīng)的附圖標記相比只是第一位數(shù)字不 同的附圖標記。
圖1示出了x射線管ioo的截面圖。X射線管IOO包括具有電子發(fā)射 器111的電子源110。當加熱時，電子發(fā)射器111能夠釋放沿著束路徑115 投射的電子。為清楚起見，在圖1中并未表示出類似文納爾圓筒(Wehnelt cylinder)的束光學(xué)元件。
X射線管100還包括高壓電源112，其被連接到電子源IIO。高壓電源 以負高電壓-HV來對電子源110供電。場電極130被布置在電子源110和靶陽極120之間。根據(jù)這里所描述的實施例，場電極130是具有不同直徑 的管狀元件。因此，在圖l所描繪的截面圖中，場電極130具有部分圍繞 電子源IIO的相當復(fù)雜的形狀。
必須提及，可以利用不同類型的靶陽極來實現(xiàn)本發(fā)明。特別是，靶陽 極120可以是可旋轉(zhuǎn)陽極或固定陽極。
場電極130和靶陽極都被連接到相對于未描述的X射線管100的外殼 的電接地電平。因此，在電子源IIO和靶陽極120之間延伸的整個區(qū)域可 以被分別劃分為兩個區(qū)域在電子源110和場電極130之間延伸的第一區(qū) 域131以及在場電極130和靶陽極120之間延伸的第二區(qū)域132。第一區(qū)域 131包括電子加速場。第二區(qū)域132限定了無場或零場區(qū)域。在無場區(qū)域 132中，可以布置電子光學(xué)元件(未描繪)以便將電子束115恰當?shù)鼐劢沟?靶陽極120上。由此，限定出焦點121。
所釋放的電子從表示陰極的電子源110被加速到耙陽極120。由此，它 們穿過開口 130a并且進入無場區(qū)域132。當撞擊到靶陽極120上時，它們 產(chǎn)生來源于焦點121的X射線束。
由于管內(nèi)不是理想的真空，所以殘余氣體的原子和分子能夠被電子束 115以及從焦點121反射的散射電子電離。從而產(chǎn)生離子150。
為了補償X射線管的某些部件過熱，提供了水冷側(cè)壁135。根據(jù)這里 所描述的實施例，水冷側(cè)壁135與場電極130 —體形成。
所描述的X射線管100配備有離子處理裝置140。離子處理裝置140 包括兩個電極離子收集器電極141和另外的電極142。電極141、 142被 直接挨著電子束路徑115布置。在這里，術(shù)語"直接"意味著在電極141、 142中的每個與電子束路徑115之間不存在其它任何元件。
相對于未描繪的處于地電壓電平的外殼，離子收集器電極141被連接 到負電壓-V。另外的電極142相對于地電平被連接到正電壓+V。由此， 在兩個電極141、 142之間產(chǎn)生電偶極場，這一電場將陽離子150吸引到離 子收集器電極141。相應(yīng)的離子路徑用附圖標記152來表示。
必須提及的，在離子路徑152的第一部分內(nèi)，離子150可以被電子源 110和靶陽極120之間延伸的剩余電場所吸引。然而，當接近離子處理裝置 140的相互作用區(qū)域時，離子150將遭受由兩個電極141、 142產(chǎn)生的電偶極場。取決于離子150的極性，這使離子朝向電極141、 142之一偏轉(zhuǎn)。
必須提及的，離子處理裝置140也可以包括兩個以上的電極或僅一個 收集電極。例如，離子處理裝置140可以是單極、四極、五極、六極或八 極的。通常，離子處理裝置可以包括電極的任何多極布置，所述多極布置 適于產(chǎn)生對處于離子處理裝置140的相互作用區(qū)域中的帶電粒子的吸引力。
兩個電極141、 142均由吸氣材料制成，當離子150接觸到各自電極時 所述吸氣材料能夠永久地吸收所述離子150。吸氣材料是諸如鈦和/或鋁-鋯 合金的金屬。因此，當離子150接觸吸氣材料時，它們立即被中和。這使 得永久吸收離子150更加容易。永久地去除離子150有助于在機殼內(nèi)維持 低殘留壓力達較長時間。從而，還減小了由進入第一電子加速區(qū)域131的 原子和分子所引起的殘留電弧放電率。
如從圖1中可以看出，離子收集器電極141被電耦合到加熱器控制單 元145。另外的電極142同樣設(shè)置。然而，為了附圖清楚起見，在圖1中省 略了相應(yīng)的電纜。加熱器控制單元145能夠以熱電流為未描繪的熱導(dǎo)線供 電。熱電流可以是AC或DC電流。
熱導(dǎo)線被安裝在電極141、 142內(nèi)或在電極141、 142上，從而允許兩 個電極的吸氣材料被加熱。通過加熱電極，可以分別顯著地提高吸氣材料 的吸氣效率和吸氣率。通過有源地控制提供給兩個電極141、 142的熱電流， 可以避免吸氣材料的有害過熱。
與此相反，已知的X射線管也包括無電場區(qū)域但是不包括所描述的離 子處理裝置140，因而存在使發(fā)射器結(jié)構(gòu)加速劣化的風(fēng)險。這種劣化可以由 在無電場區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的離子造成，例如通過殘留原子和分子與電子束的碰 撞所產(chǎn)生的離子。這些離子中的一些被朝向電子發(fā)射器加速。布置在無電 場區(qū)域內(nèi)的電子光學(xué)系統(tǒng)可以聚焦這些離子，所述離子隨后以小點撞擊到 發(fā)射器的表面上。這會損壞發(fā)射器結(jié)構(gòu)并由此減少使用壽命或者導(dǎo)致即時 故障。
必須提及的，在沒有無電場區(qū)域的標準X射線管內(nèi)也可能出現(xiàn)所描述 的電子源的離子轟擊而誘發(fā)劣化。然而，這一情形對于具有高電壓加速區(qū) 域和緊接著的無電場區(qū)域的高端X射線管尤其明顯。
在這里，所描述的離子處理裝置140可以被解釋為防止離子150進入高電壓加速區(qū)域131的可靠障礙物。
所描述的X射線管適用于其中必須避免離子轟擊到電子發(fā)射器上以維 持X射線管穩(wěn)態(tài)運行的任何領(lǐng)域。另外，所描述的X射線管適用于在電子 射束管中減少由離子所誘發(fā)的電弧放電率。
圖2a示出了垂直于圖1中所描繪的離子處理裝置140的電子束軸的截 面圖，所述離子處理裝置現(xiàn)在用附圖標記240來標示。連接到電接地電平 的場電極230呈管狀。在場電極230中間，布置有離子收集器電極241和 另外的電極242。電極241、 242都包括弧形。離子收集器電極241連接到 負電壓-V。另外的電極242被連接到正電壓+V。電絕緣元件243被提供用 于分別在接地的場電極230和離子收集器電極241之間以及在接地的場電 極230和另外的電極242之間實現(xiàn)電分離。
圖2b示出了離子處理裝置240的截面圖。在兩個電極241和242之間 延伸的電偶極場導(dǎo)致作用于離子250的靜電力，所述離子由未描繪的電子 束和未描繪的散射電子產(chǎn)生。圖中還指示了朝向離子收集器電極241的若 干離子路徑252。
圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明進一步實施例的離子處理裝置340的截面圖。 根據(jù)上述實施例，離子處理裝置340也被布置在管狀場電極330內(nèi)，所述 管狀場電極330代表了水冷側(cè)壁335。離子處理裝置340包括兩個電極收 集器電極341和另外的電極342，兩者至少部分地由吸氣材料制成。
與上述實施例對比，吸氣材料未被有源地加熱。相反，吸氣材料以無 源方式來加熱。具體而言，電極341和342由包括電子的粒子輻射來加熱。 依照這里所描述的實施例，這些電子由反向散射電子來產(chǎn)生，所述反向散 射電子在靶陽極上的焦點處產(chǎn)生并且所述反向散射電子在無電場區(qū)域內(nèi)沿 直線行進。這些散射電子用箭頭322來表示。當擊中表面時，電子在電極 341、 342的塊體材料中釋放它們的能量。
必須提及的，電極341、 342還可以通過在耙陽極和電極341、 342之 間的熱輻射和/或熱傳導(dǎo)來加熱。
超過溫度極限降低了離子吸氣率，所述溫度極限取決于所使用的吸氣 材料。因此，避免過熱是有益的。
圖3b示出了對于固定幾何形狀的離子處理裝置340來說限制能量釋放的原理可能性。屏蔽元件337覆蓋電極341和342的限定部分，并由此減 少了撞擊到電子341和342上的電子數(shù)目。因此，相對于圖3a中所示出的 實施例，電極341和342的最高溫度降低了 。
根據(jù)這里所描述的實施例，屏蔽元件是在管狀場電極330上形成的簡 單突起。然而，顯然還可以使用其它類型的屏蔽元件以實現(xiàn)減少散射電子 和/或熱輻射強度的相同技術(shù)效果。
必須提及的，由于沒有在施加負載結(jié)束之前達到最高溫度，通過散射 電子322的無源加熱與上述利用加熱導(dǎo)線的有源加熱相比不那么精確。然 而，用于實現(xiàn)加熱的努力對于無源替代方式而言要小得多，無源替代方式 也可以通過熱輻射和/或熱傳導(dǎo)來實現(xiàn)。
圖4示出了計算層析(CT)設(shè)備470，其也被稱為CT掃描儀。CT掃 描儀470包括機架471，其可圍繞旋轉(zhuǎn)軸472旋轉(zhuǎn)。所述機架471借助于電 機473來驅(qū)動。
附圖標記475表示諸如X射線管的輻射源，所述輻射源發(fā)射多頻譜輻 射477。 X射線管475是對應(yīng)于任何上述實施例的X射線管。
CT掃描儀470進一步包括孔徑系統(tǒng)476，所述孔徑系統(tǒng)476將從X射 線管475發(fā)出的X輻射形成為輻射束477?？梢允清F形或扇形束477的輻 射束477被引導(dǎo)，使得它穿過感興趣區(qū)域480a。根據(jù)這里所描述的示例性 實施例，感興趣區(qū)域是患者480的頭部480a。
患者480位于操作臺482上。患者的頭部480a被安置在機架471的中 央?yún)^(qū)域中，所述中央?yún)^(qū)域表示CT掃描儀470的檢查區(qū)域。在穿過感興趣區(qū) 域480a之后，輻射束477撞擊到輻射探測器485上。為了能夠抑制X輻射 被患者的頭部480a散射并且以傾斜角度撞擊到X射線探測器485上，提供 了未描繪的防散射格柵。防散射格柵優(yōu)選直接位于探測器485前面。
X射線探測器485被布置在與X射線管475相對的機架471上。探測 器485包括多個探測器元件485a，其中每個探測器元件485a能夠檢測已經(jīng) 通過患者480的頭部480a的X射線光子。
在掃描感興趣區(qū)域480a期間，X射線源485、孔徑系統(tǒng)476和探測器 485在由箭頭487表示的旋轉(zhuǎn)方向上與機架471 —起旋轉(zhuǎn)。為了旋轉(zhuǎn)機架 471 ，電機473被連接到電機控制單元490，其本身連接到數(shù)據(jù)處理設(shè)備495。數(shù)據(jù)處理設(shè)備495包括重構(gòu)單元，其可以借助于硬件和/或軟件來實現(xiàn)。重 構(gòu)單元適于根據(jù)在各個觀察角度下獲得的多個2D圖像來重構(gòu)3D圖像。
此外，數(shù)據(jù)處理設(shè)備495還用作控制單元，其與電機控制單元490通 信以使機架471的運動與操作臺482的運動相協(xié)調(diào)。操作臺482的直線移 位由電機483來執(zhí)行，其也連接到電機控制單元490。
在CT掃描儀470操作期間，機架471旋轉(zhuǎn)并且同時操作臺482平行于 旋轉(zhuǎn)軸472直線移動，從而執(zhí)行對感興趣區(qū)域480a的螺旋掃描。應(yīng)當注意， 還可以執(zhí)行環(huán)形掃描，其中在與旋轉(zhuǎn)軸472平行的方向上沒有位移，而只 是圍繞旋轉(zhuǎn)軸472來旋轉(zhuǎn)機架471。由此，可以高精度地測量頭部480a切 片。通過在對于每個離散的操作臺位置已執(zhí)行至少一個半機架旋轉(zhuǎn)之后， 與旋轉(zhuǎn)軸472平行地以離散的步進順序地移動操作臺482，可以獲得患者頭 部的更大的三維表示。
探測器485被耦合到前置放大器488，該前置放大器488自身被耦合到 數(shù)據(jù)處理設(shè)備495。處理設(shè)備494能夠基于多個不同的X射線投射數(shù)據(jù)集 來重構(gòu)患者頭部480a的3D表示，其中所述X射線投射數(shù)據(jù)集已經(jīng)以不同 的投射角度獲取。
為了觀察患者頭部480a的重構(gòu)的3D表示，提供了顯示器496，所述 顯示器496耦合到數(shù)據(jù)處理設(shè)備495。另外，還可以由打印機497來打印 3D表示透視圖的任意切片，所述打印機497也耦合到數(shù)據(jù)處理設(shè)備495。 此外，數(shù)據(jù)處理設(shè)備495也可以耦合到圖片存檔及通信系統(tǒng)498 (PACS)。
應(yīng)當注意，配備在CT掃描儀470內(nèi)的監(jiān)視器496、打印機497和/或其 它設(shè)備可以本地布置在計算層析設(shè)備470中。或者，這些組件可以遠離CT 掃描儀470，諸如在研究所或醫(yī)院內(nèi)的其它地方，或完全不同的位置，這一 位置經(jīng)由諸如互聯(lián)網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)等的一個或多個可配置網(wǎng)絡(luò)來鏈接到 CT掃描儀470。
應(yīng)當注意，術(shù)語"包括"并不排除其它元件或步驟并且"一個"或 "一種"并不排除多個的情況。還可以組合與不同實施例相關(guān)聯(lián)描述的元 件。還應(yīng)當注意，權(quán)利要求中的附圖標記不應(yīng)被解釋為對權(quán)利要求范圍的 限制。
為了概括本發(fā)明的上述實施例，可以聲明描述了一種包括離子處理裝置140的X射線管100，所述離子處理裝置140 具有至少一個離子收集器電極141 。所述離子收集器電極141至少部分由吸 氣材料制成。所述離子處理裝置140特別有益于包括無電場區(qū)域131的高 端X射線管。所述離子處理裝置140產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)離子150的電場。當撞擊到 吸氣電極141上時，離子150被永久地收集并因此從所述X射線管100的 真空罩內(nèi)部去除。這避免了離子轟擊到X射線管100的電子發(fā)射器111 上。另外，可以顯著地減小由殘余氣體引起的電弧放電率。吸氣材料的加 熱可以利用加熱導(dǎo)線來實現(xiàn)，或通過散射電子322對包括吸氣材料的電極 341、 342的限定轟擊來實現(xiàn)。
附圖標記的列表
100 X射線管
110 電子源
111 電子發(fā)射器細絲
112 高壓電源
115 電子束/束路徑
120 靶陽極
121 焦點
125 X射線束
130 場電極 130a 開口
131 第一區(qū)域/電子加速區(qū)域
132 第二區(qū)域/無場區(qū)域 135 水冷側(cè)壁
140 離子處理裝置
141 收集器電極
142 另外的電極 145 加熱器控制單元 150 離子
152 至離子收集器電極141的離子路徑230 場電極
240 離子處理裝置
241 收集器電極
242 另外的電極
243 電絕緣元件 250 離子
252 至收集器電極241的離子路徑
322 散射電子
335 水冷側(cè)壁
337 屏蔽元件/突起
330 場電極
340 離子處理裝置
341 收集器電極
342 另外的電極
470 醫(yī)學(xué)X射線成像系統(tǒng)/計算層析設(shè)備
471 機架
472 旋轉(zhuǎn)軸
473 電機
475 X射線源/ X射線管
476 孔徑系統(tǒng)
477 輻射束
480 感興趣的對象/患者 480a感興趣區(qū)域/患者頭部
482 操作臺
483 電機
485 X射線探測器 485a探測器元件
487 旋轉(zhuǎn)方向
488 脈沖鑒別器單元
490 電機控制單元495數(shù)據(jù)處理設(shè)備(包含重構(gòu)單元)監(jiān)視器
497打印機
498圖片存檔及通信系統(tǒng)(PACS)
500X射線管
510電子源
511電子發(fā)射器細絲
512高壓電源
515電子束/束路徑
520耙陽極
521焦點
522散射電子
530場電極
530a開口
531第一區(qū)域/電子加速區(qū)域
532第二區(qū)域/無場區(qū)域
536電子光學(xué)元件
2權(quán)利要求
1、一種X射線管，包括電子源(110)，其適于產(chǎn)生沿著束路徑投射的電子束(115)，靶陽極(120)，其布置在所述束路徑(115)內(nèi)并且適于產(chǎn)生來源于所述電子束(115)的焦點(121)的X射線束(125)，以及離子處理裝置(140)，其適于偏轉(zhuǎn)并適于收集由所述電子束或散射電子(115)與所述束路徑內(nèi)存在的原子和分子的碰撞而產(chǎn)生的離子(150)，其中所述離子處理裝置(140)包括收集器電極(141)，-所述收集器電極(141)可充電，以便提供對于至少一些所述離子(150)的吸引力并且-所述收集器電極(141)至少部分由吸氣材料制成。
2、 如權(quán)利要求1所述的X射線管，其中 所述離子處理裝置(140)包括另外的電極(142)。
3、 如權(quán)利要求1所述的X射線管，其中 所述收集器電極相對于地電壓處于負電壓電平，并且 所述另外的電極(142)相對于地電壓處于正電壓電平。
4、 如權(quán)利要求1所述的X射線管，還包括場電極(130、 230、 330)，其布置在所述電子源(110)和所述靶陽 極(120)之間，從而限定出-在所述電子源(110)和所述場電極(130)之間延伸的第一區(qū)域(131)，以及-在所述場電極(130)和所述靶陽極(120)之間延伸的第二區(qū)域(132)， 由此所述場電極(130)適于處于與所述靶陽極(120)基本上相同的 電壓電平。
5、 如權(quán)利要求4所述的X射線管，其中所述離子處理裝置(140)設(shè)置在所述第二區(qū)域(132)中。
6、 如權(quán)利要求1所述的X射線管，其中 所述離子處理裝置(140)設(shè)置為接近所述電子束(115)。
7、 如權(quán)利要求1所述的X射線管，其中所述X射線管(100)適于控制所述吸氣材料(141、 142、 341、 342)的溫度。
8、 如權(quán)利要求7所述的X射線管，其中 所述吸氣材料(141、 142、 341、 342)被加熱。
9、 如權(quán)利要求8所述的X射線管，還包括加熱器控制單元(145)，其適于有源地加熱所述吸氣材料(141)。
10、 如權(quán)利要求8所述的X射線管，其中 所述X射線管被設(shè)計為無源地加熱所述吸氣材料(341、 342)。
11、 如權(quán)利要求10所述的X射線管，其中所述X射線管被設(shè)計為借助于主要來源于所述耙陽極上的所述焦點的 散射電子(322)來加熱所述吸氣材料(341、 342)。
12、 如權(quán)利要求11所述的X射線管，還包括屏蔽元件(337)，其至少覆蓋所述收集器電極(341)的預(yù)定部分以 避免被所述散射電子(322)擊中。
13、 如權(quán)利要求10所述的X射線管，其中所述X射線管被設(shè)計為借助于在所述靶陽極和吸氣電極之間的熱輻射 和/或熱傳導(dǎo)來加熱所述吸氣材料。
14、 如權(quán)利要求13所述的X射線管，還包括衰減元件，其至少保護所述收集器電極的預(yù)定部分以避免被所述熱輻 射照射和域避免借助于熱傳導(dǎo)被加熱。
15、 一種X射線系統(tǒng)，特別是像計算層析成像系統(tǒng)(470)的醫(yī)學(xué)X 射線成像系統(tǒng)，所述X射線系統(tǒng)包括如權(quán)利要求1所述的X射線管(100)。
16、 一種用于產(chǎn)生X射線，特別是產(chǎn)生用于像計算層析成像的醫(yī)學(xué)X 射線成像的X射線的方法，所述方法包括使用如權(quán)利要求1所述的X射線管(100)。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種包括離子處理裝置(140)的X射線管(100)，所述離子處理裝置(140)具有至少一個離子收集器電極(141)。所述離子收集器電極(141)至少部分由吸氣材料制成。所述離子處理裝置(140)特別有益于包括無電場區(qū)域(131)的高端X射線管。所述離子處理裝置(140)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)離子(150)的電場。當撞擊到吸氣電極(141)上時，所述離子(150)被永久地收集并因此從所述X射線管(100)的真空罩的內(nèi)部去除。這避免了對X射線管(100)的電子發(fā)射器(111)的離子轟擊。另外，可以顯著地減小殘余氣體所引起的電弧放電率。吸氣材料的加熱可以利用加熱導(dǎo)線或通過散射電子(322)對包括吸氣材料的電極(341、342)的限定轟擊來實現(xiàn)。
文檔編號H01J35/04GK101523543SQ200780038402
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月16日
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