带有环形阳极的X射线管及其应用 【技术领域】
本发明涉及一种具有一个固定的真空壳体以及一个致偏系统的X射线管。这类X射线管是众所周知的，产生X射线用于检查待检对象。
背景技术
通常使用的X射线管具有一个固定阳极。在医疗技术中在较高功率的情况下通过借助于一个机电驱动装置旋转所述阳极在一个焦点轨迹上形成一个X射线管的焦点，由此使热负荷分布在一个大面积上。同时，通过一个石墨圆片储存热量。但是这类X射线管由于阳极需要较高的旋转动能和在具有石墨圆片的情况下较大的重量致使阳极需要一个昂贵的支承。对于阳极的冷却通常也不能直接进行。要实现直接冷却是极其复杂的。
但是例如从美国专利US 6,292,538 B1已知所谓的旋转圆柱管，其中X射线管的总壳体和阳极一起旋转，同时通过一个致偏系统使电子束偏转到所述阳极的焦点轨迹上，因此，X射线束从X射线管侧面的一个固定点处射出。另外，从该专利文献还得知，从侧面不连续的方位偏转所述焦点轨迹上的焦点，使其击打在所述阳极地两个位置上。这种方法用于在计算机断层X射线照相术中，例如提高显影率，其中，所述焦点(振动焦点)高频地每次振荡移动大约所述行式探测器的半个象素间距。但是无论如何带有所述阳极的X射线管都要借助于附加的机械装置来旋转。所述旋转圆柱管同样也需要一个昂贵的支承所述射线管的支承以及一个机电驱动装置。
从美国专利US 4,962,513还已知一种阴极射线断层摄影机，其中，通过一个连续偏转的击打在一个圆形的阳极弧上的电子束产生X射线。所述X射线穿过测量区，到达一个同样是圆形结构的弧形探测器上。这样一种阴极射线断层摄影机虽然不需要机械运动的部件并且可直接被冷却，但是具有一个复杂、庞大和昂贵的结构，因此，它只是少量地在实际应用。
日本专利JP 3 053 436也公开了一种X射线管，它由一个电子源、一个致偏线圈和两个同轴设置的电极构成。一束从一个电子源产生的电子射线通过一个致偏线圈这样偏转，使得该电子束击打在同轴设置的内电极和外电极之间的中点并且在所述外电极的内壁上的一个焦点轨迹上环行移动。在两个电极之间存在一个电位差。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题在于提供一种前言所述类型的X射线管，它具有一个紧凑的结构，可普遍地使用并且能够成本低廉地制造。
上述技术问题通过一种具有一个固定的真空壳体以及一个致偏系统的X射线管来解决，在所述真空壳体中设有一个发射电子的阴极和一个带有一个撞击面的环形阳极，借助于一个电磁场被加速的电子束击打在该撞击面上；所述致偏系统用于聚焦和偏转所述电子束；按照本发明，所述X射线管的射线射出窗口设计成圆形，并位于与该X射线管的中轴线垂直的平面内且从一侧封闭所述真空壳体；所述环形阳极的撞击面倾斜地设置并且面向所述射线射出窗口定向；所述环形阳极被一个环形的阳极冷却系统包围。
由此，所述X射线管具有与所述阴极射线断层摄影机同样的一些优点：即在发射器中没有机械运动的部件，并因此不会产生机械磨损；也不需要驱动能源；不会产生噪音和震动；可以立即投入使用，因为它不需要起动时间；省去了诸如驱动装置或耦合器等构件。位置固定的阳极的冷却表面可以迅速增大，以最佳地冷却所述阳极，并由此产生一股有针对性的冷却介质流和更好地分布所述焦点热能。所述X射线管达到了使所述射向阳极的电子束具有一个高达150赫兹的圆周频率，取代了采用上述旋转圆柱管时的150赫兹的频率。因为不需要变压器和滑动接触，因而还获得了一种简单地导入高电压的方法。按照本发明的X射线管仅仅体积与一个普通的X射线管一样大，但是却明显更轻、更便于使用和更便宜。
与前述日本专利JP 3 053 436公开的X射线管相比，按照本发明的X射线管不具有两个同轴设置的电极，而只有一个环形阳极。不再需要一个用于驱动所述X射线管所必需的电位差以及一个位于两个电极之间的绝缘结构。基于按照本发明的X射线管的简单构造可以变化发射器、环形阳极和致偏系统的配置状况。
特别有利的是，所述真空壳体具有一个绝缘子、一个扩宽的管壳段、一个环形阳极和一个遮盖该环形阳极的供X射线透射过的射线射出窗口。
所述致偏系统可以有利地设计成一个四极磁系统。
当所述环形阳极的撞击面的横截面设计成基本上是圆弧形时，可以改变所产生的X射线束的方向，其中，所述圆弧形撞击面的中点位于所述环形阳极之外。
另外，所述环形阳极也可以设计为具有一个基本上是三角形的横截面，该三角形的横截面具有一个长侧边和一个短侧边，其中，所述短侧边朝向所述射线射出窗口并且带有所述撞击面。
所述环形阳极的横截面也可以设计为对称状。在环形阳极的两侧分别设置一X射线射出窗使得X射线可依电子射线的偏转状况分别从两侧射出。所述阴极射线发射器优选设置在环形阳极所在平面的中央。
也可以这样实现所述由发射器、环形阳极和致偏系统组成的装置的另一种变型，即，使阴极射线发射器连同致偏系统一起处于射线的射出窗口侧。
当在所述X射线管与一个矩阵式探测器之间的射程中设有一个分瓣光阑时，所述X射线管可以有利地应用在一个例如用于计算机断层X射线照相术的X射线系统中。
当在所述X射线管与一个矩阵式探测器之间的射线路程中设有一个带有一些缝隙的厚光阑，就产生了一些离散排列的扇形射束。这些缝隙被这样定向，即，使得在所述电子束偏转撞击到阳极面上后沿着所述撞击面依次有多个扇形射束通过这些缝隙后，落在所述矩阵式探测器的各行式探测器上。
【附图说明】
下面借助于附图中所示实施方式进一步说明本发明，附图中：
图1示出一个按照本发明的局部剖开示出的X射线管，
图2示出在一台计算机断层X射线摄影机中利用一个移动的扇形射束单行扫描在一个矩阵式探测器上的一个行式探测器上的第一种实施方式；
图3示出在另一台计算机断层X射线摄影机(CT)中形成多束扇形射束使之通过一个多缝隙的厚光阑的第二种实施方式的；
图4示出将一个X射线管用于所述断层X射线照相组合中时的布置状况，
图5示出所述发射器布置在环形阳极平面中，
图6示出一个具有邻近射线射出窗口的发射器装置的旋转射线管，
图7示出将所述X射线管应用在放射疗法中时的布置状况。
【具体实施方式】
图1表示所述按照本发明的具有一个真空壳体1的X射线管，在该壳体中有一个用于产生电子束2的带有圆形发射体的阴极3。
所述阴极3通过一个绝缘子4和一个扩宽的管壳段5与一个环形阳极6相连。所述环形阳极6向内指向的表面具有一个由一个长侧边和一个短侧边组成的基本上三角形的横截面，所述长侧边朝向所述阴极3。在所述短侧边为所述电子束2设有一个撞击面7。
一个供X射线通过的射线射出窗口8设置在所述环形阳极6前并且构成所述X射线管的前封盖。围绕所述环形阳极6设有一个阳极冷却系统9，该冷却系统9具有用于冷却液流通的一个进口和一个出口以及一些通道并且特别是在所述撞击面7的区域内导热地与所述环形阳极6相连。在所述阴极3的发射体的区域内围绕着所述X射线管的真空壳体1的管壳段5设有一个致偏系统10，该致偏系统10可以例如由一个四极磁系统构成，该四极磁系统具有一个环状支架、四个极凸块和包围这些极凸块的线圈，就象例如在美国专利US 6,339,635或美国专利US 6,292,538中所记载的那样。
在所述射线射出窗口8上可以设置一个环形光阑11，它防止X射线外漏并且只在一个圆环形的区域中让X射线通过以及因此减弱了强聚焦辐射。
通过在所述阴极3上施加一个负的高电压从所述灼热的发射器发出电子，这些电子通过所述致偏系统10聚束成所述电子束2并且这样偏转，使其击打在所述置于地电位上的环形阳极6的具有三角形横断面的表面朝向所述射线射出窗口8的侧面上，即撞击面7上，由此使得该环形阳极发射出X射线。该X射线通过所述环形光阑11这样分选出，使强聚束的以参考射束12表示的X射线从所述X射线管射出。
除了使所述电子束2偏转到所述环形阳极6上外，所述致偏系统10还使所述电子束2撞击到所述撞击面7上时沿着所述环形阳极6的切线方向偏转，由此使所述弯曲的电子束2围绕着所述X射线管的中轴线旋转。这样的现象可连续地发生，以使所述X射线发射沿着一个圆圈移动。但是也可以有针对性地使所述电子束2偏转到一些不连续的位置上，致使依次在不同的焦点处产生所述X射线束。
图2示意性地再次示出将本发明X射线管应用在一个具有一个弯曲的矩阵式探测器的计算机断层X射线摄影机中的布置状况。所述X射线管在此只简单表示为一个焦点轨迹13，在其前面设有一个分瓣光阑14，因此从X射线管发出的圆锥形射束15通过该分瓣光阑14后变成一束扇形射束16。该扇形射束16穿过所述测量区后落在一个矩阵式探测器17上。通过电子束2在所述焦点轨迹13上的移动从不同方向产生圆锥形射束15，这样的圆锥形射束15通过所述分瓣光阑14后变成扇形射束16可对所述矩阵式探测器17的整个表面进行扫描。因此，可以在所述X射线管无机械运动地处于一个位置上时在最短的时间内获得多个不同的断层像片。
图3示出在所述X射线管前设有一个具有多个缝隙19的厚光阑(Tiefenblende)18，这些缝隙19对准一个计算机断层X射线摄影机的一些行式探测器20上。在此，这样布置这些缝隙19，使得通过它们形成的一些扇形射束21分别是在所述焦点轨迹13上不同的焦点处产生的。在此，所述缝隙19的各中心线相互之间最好具有相同的间距。在所述焦点轨迹13上的始发点也有利地均匀分布。通过所述厚光阑18的每一个缝隙19都产生一个扇形射束21，该扇形射束21落在一个与该扇形射束相应配设的行式探测器(探测器行)上。
图4简单示出将本发明X射线管用于断层X射线照相组合领域中的另一种实施方式。从阴极3发出的电子束2撞击在所述环形阳极6上，其撞击面22具有一个弯曲的对准所述射线射出窗口8的表面。因此，可以使所述电子束2通过不同曲率的偏转撞击在所述环形阳极6的焦点轨迹的整个面积上，这样就产生了具有不同朝向的X射线，其在图4中以参考射线23表示。此时，所述X射线照射在一个平面探测器24上，该平面探测器24可以是一个X射线胶片、一个X射线照相放大器或一个矩阵式探测器，例如一个aSi探测器。基于上述布置可以使所述X射线这样偏转，即它们从多个焦点发出，因此可以应用在通常的断层X射线摄影显示器(Tomoskopie)或断层X射线照相组合仪器中，在这些装置中到目前为止一直采用将多个辐射源串联的方式。在所述断层X射线照相组合仪器中从不同方向摄取一组X射线照片并且用计算机通过特殊的过滤法计算生成立体断层照片。
图5示出一个阴极射线发射器设置在中央的旋转X射线管，它具有一个带有两个对称设置的斜的或弯曲的撞击面7的环形阳极和两个射线射出窗口8。所述阴极3射线发射器位于所述环形阳极6所处平面内的中心。通过利用一个或多个致偏系统10使电子束2产生的偏转在环形阳极6的两个撞击面7中的一个上形成所述焦点并且所述X射线从朝向所述撞击面7的射线射出窗口8射出。两个撞击面7可以具有不同的阳极材料，因此，按所述电子束2的不同偏转可产生不同质量的X射线。
图6示出一个阴极射线发射器设置在X射线射出窗口附近的旋转X射线管，其中，通过对所述环形阳极6的撞击面7的布置，所述X射线沿着与电子束发射方向相反的方向通过所述X射线射出窗口8射出。
图7简化示出在放射疗法中应用所述X射线管的一种布置状况。围绕着射线管的轴心线连续旋转的电子束2在所述环形阳极6上生成一个环形的焦区，并由此形成X射线，这些X射线受一个厚光阑18的限制在所述X射线管前形成一个聚焦在一点上的圆锥形射束。此射束焦点25可以有针对性地对准肿瘤组织进行辐射。通过沿双箭头27的方向改变所述厚光阑25相对于所述环形焦区的间距可以有针对性地沿双箭头26的方向调整所述射束焦点25的高度。
由于所述旋转射线管具有高的有效功率，且该旋转射线管通过所述焦点的高速旋转达到良好地分配热量以及通过直接的冷却系统达到良好地疏导热量，因而照射在所述射束焦点25上的辐射强度很高。所述射束焦点25的大小可以通过所述四极调整变化。基于对于所述焦区的调整也可以利用所述X射线管进行摄相，使所述治疗仪器同时也可以用于诊断。