專利名稱：具有高速射束操縱電磁體的x射線管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主旨涉及X射線管，并且具體地涉及X射線管內(nèi)的電子束操縱。
背景技術(shù)：
在非侵入性成像系統(tǒng)中，X射線管作為X射線輻射的源在熒光透視、投影X射線、 層析攝影合成和計算機斷層攝影(CT)系統(tǒng)中使用。典型地，該X射線管包括陰極和靶。在該陰極內(nèi)的熱離子絲極響應(yīng)于由施加的電流產(chǎn)生的熱朝靶發(fā)射電子流，最終電子撞擊靶。X 射線管內(nèi)的操縱磁體組件可當(dāng)電子流擊中靶時控制電子流的大小和位點。一旦用電子流轟擊靶，該靶產(chǎn)生X射線輻射。X射線輻射穿越感興趣對象，例如人類患者或行李，并且輻射的一部分撞擊檢測器或照相底片(圖像數(shù)據(jù)收集在其中)。在醫(yī)療診斷背景中，有差異地吸收通過感興趣對象的 X射線光子流或使該光子流衰減的組織在所得的圖像中產(chǎn)生對比。在一些X射線系統(tǒng)中， 照相底片然后顯影來產(chǎn)生可由放射科醫(yī)師或主治醫(yī)師使用用于診斷目的的圖像。在其他背景中，可使部件、行李、包裹和其他對象成像來評估它們的內(nèi)含物以及用于其他目的。在數(shù)字X射線系統(tǒng)中，數(shù)字檢測器產(chǎn)生代表撞擊檢測器表面的分離像素區(qū)的接收的X射線輻射的信號。然后可處理這些信號來產(chǎn)生可用于回顧而顯示的圖像。在CT系統(tǒng)中，當(dāng)機架圍繞患者移位時，包括一系列檢測器元件的檢測器陣列通過各種位置產(chǎn)生相似的信號。在CT系統(tǒng)中成像的一個方法包括雙能成像。在雙能成像應(yīng)用中，使用X射線源的兩個操作電壓從物體采集數(shù)據(jù)以使用不同的X射線譜獲得兩組測量的強度數(shù)據(jù)，其代表在給定的暴露時間期間撞擊檢測器元件的X射線通量。因為必須采集對應(yīng)于兩個單獨能譜的投影數(shù)據(jù)集，X射線管的操作電壓典型地快速切換，使得在高和低X射線能兩者處對相同的解剖結(jié)構(gòu)采樣來防止由于物體運動而引起的圖像退化。對于使用快速電壓切換方法的X射線系統(tǒng)以及具有擺動能力的X射線系統(tǒng)，渦流可感應(yīng)進(jìn)入電子束穿過的射束管道、用于操縱射束的磁體的芯以及操縱磁體組件的繞組。 這樣的感應(yīng)可使電子流偏轉(zhuǎn)的響應(yīng)時間減慢，并且從而可導(dǎo)致過渡時間增加以及以需要的功率水平的暴露減少。因此，存在需要在操縱磁體組件內(nèi)提高響應(yīng)時間。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，提供X射線管。該X射線管包括電子束源、配置成當(dāng)受到來自該電子束源的電子束撞擊時產(chǎn)生X射線的靶，和設(shè)置在該電子束源和該靶之間的操縱磁體組件。該操縱磁體組件具有多個鐵氧體芯和多個纏繞在這些鐵氧體芯上的絞合線線圈(IitZ wire coil)。在另一個實施例中，提供用于制造X射線管的方法。該方法包括形成操縱磁體組件，其包括四個大體上相同的鐵氧體芯，這些鐵氧體芯包括兩個陰極側(cè)芯和兩個靶側(cè)芯。另外，包括絞合線的多個陰極側(cè)四極線圈纏繞在這些陰極側(cè)芯上并且串聯(lián)耦合。而且，包括絞合線的多個靶側(cè)四極線圈纏繞在這些靶側(cè)芯上并且串聯(lián)耦合。該操縱磁體組件設(shè)置在電子束源和靶之間。另外，線圈耦合于電源，其配置成以至少IOOkHz的頻率切換線圈中的電流。


當(dāng)下列詳細(xì)說明參照附圖(其中所有圖中相似的符號代表相似的部件)閱讀時， 本發(fā)明的這些和其他的特征、方面和優(yōu)勢將變得更好理解，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明的實施例的X射線管的透視圖；圖2是在圖I中描繪的X射線管的一部分的橫截面?zhèn)纫晥D；圖3是操縱磁體子組件的透視圖；以及圖4是射束管道、磁極和電磁體線圈在X射線管內(nèi)的位置的示意圖。
具體實施方式
本實施例針對用于提高操縱磁體組件的響應(yīng)時間的系統(tǒng)和方法。例如，在X射線管的實施例中，其中操縱磁體組件通過使用電磁體控制電子流的操縱和擺動，感應(yīng)進(jìn)入射束管道、磁芯和磁體繞組中的渦流可通過選擇適當(dāng)?shù)男静牧?、選擇用于電磁體線圈繞組的適當(dāng)材料以及相對于電子束管道限定磁極的正確定位而減少。渦流的減少可相當(dāng)大地降低操縱磁體組件的響應(yīng)時間。本文描述的電磁體操縱技術(shù)可在X射線管中使用，例如在數(shù)字和攝影投影X射線系統(tǒng)、熒光透視成像系統(tǒng)、層析攝影合成成像系統(tǒng)、CT成像系統(tǒng)等中使用的X射線管。圖I 圖示這樣的X射線管10，用于獲得對于設(shè)計成采集X射線數(shù)據(jù)的成像系統(tǒng)有用的X射線，來基于數(shù)據(jù)重構(gòu)圖像并且來處理圖像數(shù)據(jù)用于顯示和分析。在圖I中圖示的實施例中，X射線管10包括陰極組件。該陰極組件12使電子流加速通過X射線管10，其包括通過操縱磁體組件14，該操縱磁體組件14設(shè)計成控制電子流的操縱和大小。操縱磁體組件可包括兩個子組件，其中多個四極和二極磁體配置成提供對 X射線管10內(nèi)的電子流操縱和擺動的能力。由于電子與X射線管10內(nèi)的靶碰撞，產(chǎn)生了 X 射線。聚焦的X射線輻射發(fā)射通過窗口 16，這在獲得X射線成像數(shù)據(jù)方面有用。為了更清楚地解釋當(dāng)前的技術(shù)，圖2描繪圖I的X射線管實施例的橫截面圖。如先前論述的，陰極組件12可使電子流18加速通過X射線管10。該電子流18可穿過操縱磁體組件14的喉道或電子束管道20。當(dāng)該電子流18穿過電子束管道20時，操縱磁體組件 14可提供通過電磁體22的電磁場，從而控制電子流18的大小和位置。從而，操縱磁體組件 14提供電子流的操縱以及為了擺動而快速改變電子流的位置的能力。電磁體22可包裹在環(huán)氧樹脂中，來形成圍繞操縱磁體組件14的電子束管道20的路徑以及提供對于操縱磁體組件14的結(jié)構(gòu)完整性。接著，電子流可穿過電子集電極24并且與靶26碰撞。電子流18 與靶碰撞可導(dǎo)致一些電子或二次輻射反彈回到射束管道。如圖示的，電子集電極24可與靶 26處于面對關(guān)系而設(shè)置，這允許電子集電極24捕獲并且包含從靶26引導(dǎo)回到電子集電極 24的電子和輻射。聚焦的X射線輻射被產(chǎn)生并且發(fā)射通過窗口 16。偏焦的X射線輻射28 可向內(nèi)往回引導(dǎo)，通過X射線管10，到達(dá)操縱磁體組件14。偏焦的X射線輻射28可通過X 射線屏蔽材料而衰減。操縱磁體組件14可通過處于支撐底座30中而獲得結(jié)構(gòu)支撐，該支撐底座30延伸到外壁32。該支撐底座30可設(shè)計成收容并且耦合構(gòu)成操縱磁體組件14的磁性子組件。
圖3圖示在操縱磁體組件14中使用的一個磁體子組件36或全磁體組件的一半的實施例。該全磁體組件可由兩個大體上相同的磁體子組件36組成。該磁體子組件36可包括能夠接合磁體組件36的各種元件的框架38。該磁體子組件36可包括多個芯(S卩，陰極側(cè)芯40和靶側(cè)芯42)。發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，選擇適當(dāng)?shù)男静牧峡蓪Σ倏v磁體組件14內(nèi)的操縱響應(yīng)時間具有相當(dāng)大的影響。例如，具有較低磁導(dǎo)率和較高體電阻率的芯材料可減小芯材料中的渦流，從而降低響應(yīng)時間。這樣的芯材料的示例可包括鐵氧體。更具體地，使用例如鎳鋅(Ni-Zn)或(Mn-Zn)等軟鐵氧體可以是有保證的。陰極側(cè)芯40和靶側(cè)芯42可包括徑向延伸部分44，其可充當(dāng)磁體子組件36的極。陰極側(cè)芯40和靶側(cè)芯42可包括通過將導(dǎo)線纏繞在陰極側(cè)芯40和靶側(cè)芯42的部分上而形成的若干線圈。通過使用絞合線來代替繞組的實心導(dǎo)體，線圈中的電感可減小，從而減少響應(yīng)時間。如圖示的，陰極側(cè)芯可包括沿著陰極側(cè)芯40的徑向延伸部分44形成的絞合線線圈。以不同的大小來制造絞合線，其中該導(dǎo)線內(nèi)導(dǎo)體的數(shù)量不同。在優(yōu)選實施例中，絞合線可以是近似18線規(guī)導(dǎo)線(18gauge wire)并且可包括至少100個導(dǎo)體。祀側(cè)芯 42還可包括多個線圈(S卩，內(nèi)靶側(cè)四極線圈48、外靶側(cè)四極線圈50和附加靶側(cè)線圈52)。 內(nèi)靶側(cè)四極線圈48可在靶側(cè)芯42的徑向延伸部分44上形成。外靶側(cè)四極線圈50可在內(nèi)靶側(cè)四極線圈48之上形成。附加靶側(cè)線圈52可在靶側(cè)芯42的跨度上形成。二級和四極繞組在相同的極片上形成以通過使用相同的極用于聚焦和偏轉(zhuǎn)兩者而使組件緊湊。如先前提到的，在圖3中描繪的磁體子組件36代表全磁體組件的一半。全磁體組件的另一半可與磁體子組件36大體上相同。從而，根據(jù)圖3的磁體子組件36的實施例，全磁體組件可包括兩個陰極側(cè)芯40、兩個靶側(cè)芯42、八個徑向延伸部分44(四個在陰極側(cè)芯 40上并且四個在靶側(cè)芯42上)、四個陰極側(cè)四極線圈46、四個內(nèi)靶側(cè)四極線圈48、四個外靶側(cè)四極線圈50和兩個附件靶側(cè)芯52。這些線圈可基于它們的歸類而串聯(lián)耦合。例如，陰極側(cè)四極線圈可通過連接第一線圈與第二、連接第二與第三以及連接第三與第四而串聯(lián)耦合。該耦合由圖3中的虛線表示。另外，內(nèi)靶側(cè)四極線圈48可串聯(lián)耦合，外靶側(cè)四極線圈 50可串聯(lián)耦合，并且附加靶側(cè)線圈52可串聯(lián)耦合。系統(tǒng)控制電路54可耦合于多個電源56。這些多個電源56可耦合于每組串聯(lián)耦合的線圈。例如，如在圖3的實施例中描繪的，第一電源56可耦合于陰極側(cè)四極線圈46，第二電源56可耦合于內(nèi)靶側(cè)四極線圈48，第三電源56可耦合于附加靶側(cè)線圈52，并且第四電源可耦合于外靶側(cè)四極線圈50。系統(tǒng)控制電路可控制線圈中的電流切換。在一些實施例中，將以至少IkHz的頻率切換電流。如先前論述的，相對于電子束管道正確安置電磁體極(即，徑向延伸部分44)可進(jìn)一步降低操縱磁體組件14內(nèi)的響應(yīng)時間?？赏ㄟ^在射束管道直徑58與芯(S卩，陰極側(cè)芯 40和靶側(cè)芯42)之間提供較少的間隔來獲得提高的磁場均勻性。另外，可通過將芯(即，陰極側(cè)芯40和祀側(cè)芯42)延伸超出線圈(即，陰極側(cè)四極線圈46、內(nèi)祀側(cè)四極線圈48、外革巴側(cè)四極線圈50和附加靶側(cè)線圈52)而增加場均勻性。圖4提供根據(jù)當(dāng)前技術(shù)實施例安置極、線圈和射束管道的圖示。描繪兩個靶側(cè)芯42，其代表通過將使兩個磁體子組件36耦合而實現(xiàn)的放置。靶側(cè)芯42包括充當(dāng)磁極的徑向延伸部分44。當(dāng)徑向延伸部分44和射束管道直徑58之間的距離60減小時，由供應(yīng)給線圈(即，外靶側(cè)四極線圈50)的電流產(chǎn)生的電磁場可獲得增強的耦合性。當(dāng)減少徑向延伸部分44和射束管道直徑58之間的距離60形成增強的耦合時，在一些實施例中，獲得零距離可能不可行。實際上，在一些實施例中，芯(即，靶側(cè)芯42)可包裹在環(huán)氧樹脂或用于結(jié)構(gòu)支撐、冷卻目的等的其他材料中。在一些實施例中，徑向延伸部分 44和射束管道直徑之間的典型距離60可以小于5毫米，留出圍繞管道的空間用于油/冷卻劑循環(huán)以及用于磁體組件的環(huán)氧樹脂包裹。除最小化徑向延伸部分44和射束管道直徑58之間的距離60之外，延長線圈(即， 外靶側(cè)四極線圈50)與徑向延伸部分42的末端之間的距離62可增強場均勻性，并且從而增加操縱磁體組件14的有效性。徑向延伸部分42大體上向內(nèi)突出來減少距離60，并且線圈與徑向延伸部分42的面齊平而形成，或進(jìn)一步遠(yuǎn)離射束管道直徑58向后而形成，從而留出距離62。該書面說明使用示例以公開本發(fā)明，其包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)和執(zhí)行任何包含的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員想到的其他示例。這樣的其他示例如果它們具有不與權(quán)利要求的書面語言不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果它們包括與權(quán)利要求的書面語言無實質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則規(guī)定在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種X射線管,其包括電子束源；靶，其配置成當(dāng)受到來自所述電子束源的電子束撞擊時產(chǎn)生X射線，和操縱磁體組件，其設(shè)置在所述電子束源和所述靶之間，所述操縱磁體組件包括多個鐵氧體芯和多個纏繞在所述鐵氧體芯上的絞合線線圈。
2.如權(quán)利要求I所述的X射線管，其中所述芯包括徑向延伸部分，至少一個線圈纏繞在每個徑向延伸部分上，并且其中每個徑向延伸部分徑向向內(nèi)延伸超出相應(yīng)的線圈。
3.如權(quán)利要求2所述的X射線管，其中每個徑向延伸部分大體上朝向射束管道向內(nèi)突出至所述射束管道的5毫米內(nèi)。
4.如權(quán)利要求2所述的X射線管，其中每個徑向延伸部分徑向向內(nèi)延伸，并且所述線圈設(shè)置在所述徑向延伸部分的邊緣處或進(jìn)一步遠(yuǎn)離所述射束管道設(shè)置。
5.如權(quán)利要求I所述的X射線管，其中所述鐵氧體芯包括軟鐵氧體。
6.如權(quán)利要求5所述的X射線管，其中所述鐵氧體芯包括鎳鋅或錳鋅。
7.如權(quán)利要求I所述的X射線管，其包括四個大體上相同的芯，這些芯包括兩個陰極側(cè)芯和兩個靶側(cè)芯，并且其中所述線圈形成纏繞在所述陰極側(cè)芯上并且串聯(lián)耦合的陰極側(cè)四極線圈，和纏繞在所述靶側(cè)芯上并且串聯(lián)耦合的靶側(cè)四極線圈。
8.如權(quán)利要求7所述的X射線管，其包括纏繞在每個靶側(cè)四極線圈上方或下方的附加線圈，所述附加線圈串聯(lián)耦合。
9.如權(quán)利要求8所述的X射線管，其包括纏繞在靶側(cè)芯的跨度上并且串聯(lián)耦合的另外的線圈。
10.如權(quán)利要求I所述的X射線管，其中所述操縱磁體組件包括兩個大體上相同的子組件，其設(shè)置在所述電子束在操作期間穿過的通道的對側(cè)上。
11.如權(quán)利要求I所述的X射線管，其中所述絞合線包括近似18線規(guī)的復(fù)合大小以及至少100個導(dǎo)體。
12.如權(quán)利要求I所述的X射線管，其包括多個配置成以至少IkHz的頻率切換所述線圈中的電流的電源。
13.—種X射線管，其包括電子束源；靶，其配置成當(dāng)受到來自所述電子束源的電子束撞擊時產(chǎn)生X射線，和操縱磁體組件，其設(shè)置在所述電子束源和所述靶之間，所述操縱磁體組件包括四個大體上相同的鐵氧體芯，其包括兩個陰極側(cè)芯和兩個靶側(cè)芯；多個陰極側(cè)四極線圈，其包括纏繞在所述陰極側(cè)芯上并且串聯(lián)耦合的絞合線；和多個靶側(cè)四極線圈，其包括纏繞在所述靶側(cè)芯上并且串聯(lián)耦合的絞合線；以及多個電源，其配置成以至少IOOkHz的頻率切換所述線圈中的電流。
14.如權(quán)利要求13所述的X射線管，其中所述芯包括徑向延伸部分，至少一個線圈纏繞在每個徑向延伸部分上，并且其中每個徑向延伸部分徑向向內(nèi)延伸超出所述相應(yīng)的線圈。
15.如權(quán)利要求14所述的X射線管，其中每個徑向延伸部分延伸至中央射束管道直徑區(qū)域的5毫米內(nèi)。
16.如權(quán)利要求14所述的X射線管，其中每個徑向延伸部分大體上徑向向內(nèi)延伸從而與所述相應(yīng)的線圈保持齊平或延伸超出所述相應(yīng)的線圈。
17.如權(quán)利要求13所述的X射線管，其中所述鐵氧體芯包括軟鐵氧體。
18.如權(quán)利要求17所述的X射線管，所述鐵氧體芯包括鎳鋅或錳鋅。
19.一種用于制造X射線管的方法，其包括形成操縱磁體組件，其包括四個大體上相同的鐵氧體芯，其包括兩個陰極側(cè)芯和兩個靶側(cè)芯；多個陰極側(cè)四極線圈，其包括纏繞在所述陰極側(cè)芯上并且串聯(lián)耦合的絞合線；和多個靶側(cè)四極線圈，其包括纏繞在所述靶側(cè)芯上并且串聯(lián)耦合的絞合線；將所述操縱磁體組件設(shè)置在電子束源和靶之間；以及使所述線圈耦合于電源，其配置成以至少IkHz的頻率切換所述線圈中的電流。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，所述鐵氧體芯包括鎳鋅或錳鋅。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有高速射束操縱電磁體的X射線管。本實施例涉及X射線管(例如在CT成像中使用的X射線管)內(nèi)的高效電子束操縱。在一個實施例中，提供具有提高的電子束操縱的X射線管。該X射線管包括電子束源、配置成當(dāng)受到來自該電子束源的電子束撞擊時產(chǎn)生X射線的靶，以及操縱磁體組件，該操縱磁體組件具有多個鐵氧體芯和多個纏繞在這些鐵氧體芯上的絞合線線圈。
文檔編號H01J9/00GK102592926SQ20121002112
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月7日
發(fā)明者C·S·羅杰斯, E·J·韋斯特科特, K·科皮塞蒂 申請人:通用電氣公司