放射線產生裝置和放射線成像裝置制造方法
【專利摘要】一種放射線產生裝置包括：包殼1，具有放射線透射通過的第一窗口2；以及放射線管10，被保持在包殼1內，并且具有放射線透射通過并與第一窗口2相對布置的第二窗口15以及放射線屏蔽構件16，放射線屏蔽構件16與第二窗口15熱連接，具有被布置為與第二窗口15連通的放射線透射孔21，并且具有從第二窗口15朝向第一窗口2突出的突出部分。熱導率高于放射線屏蔽構件16的熱導率的熱傳導構件17與放射線屏蔽構件16的突出部分連接。該放射線產生裝置可以屏蔽不必要的放射線，并且通過簡單結構冷卻靶，而且重量整個地減輕。
【專利說明】放射線產生裝置和放射線成像裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于醫療設備和工業設備領域中的無損X射線成像的放射線產生裝置、以及使用該放射線產生裝置的放射線成像裝置。
【背景技術】
[0002]通常，放射線管以高電壓使從電子發射源發射的電子加速，以用該電子照射靶來產生諸如X射線的放射線。此時產生的放射線在所有方向上發射。PTLl公開了一種透射型X射線產生裝置，在該透射型X射線產生裝置中，X射線屏蔽構件被放置在靶的電子入射側和X射線發射側以屏蔽不必要的X射線。
[0003]為了產生適合于放射線成像的放射線，需要在電子發射源與靶之間施加高電壓以用具有高能量的電子束照射靶。然而，通常，放射線的產生效率極其低，并且大約99%的消耗功率在靶處產生熱量。因為所產生的熱量使靶的溫度升高，所以需要用于防止靶的熱損傷的單元。PTL2公開了一種X射線產生管，在該X射線產生管中，在X射線透射窗口周圍提供冷卻機構以提高靶部分的熱輻射效率。
[0004]引文列表
[0005]專利文獻
[0006]PTLl:日本專利申請公開 N0.2007-265981
[0007]PTL2:日本專利申請公開 N0.2004-235113

【發明內容】

[0008]技術問題
[0009]在醫療領域中通過短時間脈沖和大管電流進行成像或者在工業領域中通過電子束的小焦點進行成像時，靶的溫度可以瞬間升高。在這樣的情況下，僅經由常規的放射線屏蔽構件的熱輻射是不夠的。
[0010]如果增大放射線屏蔽構件的厚度來提高熱輻射性質，則因為放射線屏蔽構件通常由重金屬制成，所以整個放射線產生裝置的重量增大。此外，與放射線屏蔽構件分開提供冷卻機構使得難以縮小整個放射線產生裝置的大小。
[0011]因此，本發明的目的是提供一種放射線產生裝置、以及使用該放射線產生裝置的放射線成像裝置，該放射線產生裝置可以屏蔽不必要的放射線，并且通過簡單結構冷卻靶，而且重量減輕。
[0012]問題的解決方案
[0013]為了解決以上問題，根據本發明的一方面，一種放射線產生裝置包括:包殼，具有放射線透射通過的第一窗口 ；以及放射線管，被保持在包殼內，并且具有與第一窗口相對布置的、放射線透射通過的第二窗口，其中，放射線管具有放射線屏蔽構件，該放射線屏蔽構件具有從第二窗口朝向第一窗口突出的突出部分，并且熱導率高于放射線屏蔽構件的熱導率的熱傳導構件與放射線屏蔽構件的突出部分連接。[0014]本發明的有益效果
[0015]根據本發明，可以確保不必要的放射線的屏蔽性能，并且可以有效地輻射靶的熱量。此外，密度低于放射線屏蔽構件的熱傳導構件被使用，從而使得整個放射線產生裝置的重量可以減輕。這使得可以通過大管電流和小焦點進行放射線成像，從而獲得分辨率高的捕捉圖像。此外，通過減輕重量，所述裝置可以容易地應用于家庭醫療測試和用于急救的現場醫療測試。
[0016]從以下參照附圖對示例性實施例的描述，本發明的進一步的特征將變得清楚。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是示出本發明的放射線產生裝置的示意性截面圖。
[0018]圖2A、2B和2C是根據本發明的實施例的放射線屏蔽構件的周圍部分的示意性截面圖。
[0019]圖3A和3B是根據本發明的另一實施例的放射線屏蔽構件的周圍部分的示意性截面圖。
[0020]圖4是使用本發明的放射線產生裝置的放射線成像裝置的配置圖。
【具體實施方式】
[0021 ] 現在，將參照附圖描述本發明的實施例。
[0022]圖1是示出本發明的放射線產生裝置的實施例的示意性截面圖。包殼I在其中保持有透射放射線管10和電壓控制部分3 (電壓控制單元)。包殼I中(在包殼I的內壁與放射線管10之間)的額外空間被絕緣流體8填充。
[0023]電壓控制部分3包括電路板和絕緣變壓器，并且經由端子4將控制放射線產生的信號輸出到放射線管10中的電子發射源5。陽極部分12的電勢經由端子7確定。
[0024]包殼I可以具有足以作為容器的強度，并且由金屬或塑料材料制成。
[0025]絕緣流體8是作為冷卻介質放置的、具有電絕緣性質的液體或氣體。液體優選地包括電絕緣油。電絕緣油有利地包括礦物油、娃油等。不同的可用絕緣流體8包括氟化電絕緣液體。氣體包括大氣，并且與使用絕緣液體時相比，使用氣體可以減輕裝置的重量。
[0026]包殼I包括放射線透射通過并且從包殼射出的第一窗口 2。從放射線管10發射的放射線通過第一窗口 2被發射到外部。第一窗口 2由玻璃、鋁、鋇等制成。
[0027]放射線管10包括作為外框架的圓柱形真空容器9、置于其中的電子發射源5、靶部分6和窗口構件8。
[0028]真空容器9將放射線管10的內部維持處于真空狀態中，并且其主體部分由諸如玻璃或陶瓷的絕緣材料制成。陰極部分11和陽極部分12由導電合金(可伐)制成。真空容器9內部的真空程度可以約為10_4至10_8Pa。未示出的吸氣劑可以被放置在真空容器9中以維持真空程度。真空容器9包括陽極部分12中的圓柱形開口，并且圓柱形窗口構件13與該開口接合。窗口構件13具有圓柱形放射線透射孔(以下簡稱為透射孔)21，靶部分6中所產生的放射線(在本實施例中，X射線)的一部分透射通過圓柱形放射線透射孔21。圓柱形靶部分6與透射孔21的內壁接合以密封真空容器9。
[0029]電子發射源5被放置為面對真空容器9中的靶部分6。電子發射源5可以由鎢絲、熱陰極(諸如浸潰型陰極)或冷陰極(諸如碳納米管)形成。引出電極被放置在電子發射源5中，由該引出電極形成的電場發射的電子被透鏡電極會聚以進入靶6并產生放射線。此時，根據放射線的預期用途，將大約40至120kV的加速電壓施加于陰極部分11與陽極部分12之間，陰極部分11與電子發射源5電連接，陽極部分12與祀14電連接。
[0030]圖2是以放大的方式示出圖1中的窗口構件13的周圍部分的示意性截面圖。
[0031]靶部分6包括靶14和作為第二窗口的基板15。靶14被放置在第二窗口 15在電子發射源一側的表面上。靶14優選地由熔點高并且放射線產生效率高的材料制成。例如，可以使用鎢、鉭、鑰等。為了降低所產生的放射線在透射通過靶14時的吸收率，靶14的合適厚度大約為幾ym至幾十μ m。
[0032]第二窗口 15支承靶14，并且至少透射靶14中所產生的放射線的一部分，并且被放置在窗口構件13中的放射線透射孔21中面對第一窗口 2的位置中。第二窗口 15優選地由這樣的材料制成，該材料具有支承靶14并且幾乎不吸收靶14中所產生的放射線的強度，并且具有使得快速地輻射在靶14中產生的熱量的高熱導率。例如，可以使用金剛石、硅氮化物、鋁氮化物。為了滿足以上對第二窗口 15的要求，第二窗口 15的合適厚度大約為0.1mm至幾mm。
[0033]如圖2A所示，窗口構件13包括放射線屏蔽構件(以下簡稱為屏蔽構件)16和熱傳導構件17。屏蔽構件16具有被布置為與第二窗口 15連通的透射孔21，并且屏蔽從靶14發射的放射線之中的不必要的放射線。屏蔽構件16包括兩個屏蔽構件(第一屏蔽構件19和第二屏蔽構件20)。第一屏蔽構件19和第二屏蔽構件20可以由相同的材料制成，并且可以整體地形成和放置或者分開放置。第一屏蔽構件19和第二屏蔽構件20可以由不同的材料制成，并且可以通過接合來整體地放置或者分開放置。第二窗口 15被固定到屏蔽構件16以維持真空容器9的真空氣密性,并且銀焊(silver soldering)用作這樣的固定單元。
[0034]第一屏蔽構件20被放置為從第二窗口 15朝向電子發射源5突出，并且具有被布置為與第二窗口 15連通的電子透射孔22。從電子發射源5發射的電子通過電子透射孔22，并且與靶14碰撞。在靶14中所產生的放射線之中，在靶14的電子發射源一側散射的放射線被第一放射線屏蔽構件20屏蔽。
[0035]第二屏蔽構件19被放置為從第二窗口 15朝向第一窗口 2突出，并且具有被布置為與第二窗口 15連通的透射孔21。透射通過了第二窗口 15的放射線通過透射孔21，并且不必要的放射線被第二屏蔽構件19屏蔽。
[0036]就使更大劑量的放射線射出到包殼I的外部而言，透射孔21的開口面積優選地從第二窗口 15朝向第一窗口 2逐漸增大。這是因為透射通過了第二窗口 15的放射線被輻射出。
[0037]第一屏蔽構件20中的電子透射孔22的中心、第二屏蔽構件19中的透射孔21的中心以及靶14的中心優選地在同一條線上。這是因為這樣的布置使得通過用電子照射透射靶14而產生的放射線可以可靠地更大劑量地射出。
[0038]屏蔽構件16優選地由放射線吸收率高并且熱導率高的材料制成。例如，可以使用諸如鎢、鉭或它們的合金的金屬材料。為了充分地屏蔽不必要的放射線，根據電子的設置加速電壓，第一屏蔽構件20和第二屏蔽構件19的合適厚度大約為0.5至5mm。
[0039]如圖2A和2B所示，熱傳導構件17被放置為在第二屏蔽構件19的外周邊側圍繞第二屏蔽構件19。熱傳導構件17通過釬焊、鑄造、錫焊、焊接、激光焊接、螺絲擰入、燃燒配合、錐度配合、粘合劑或機械螺紋擰緊與第二屏蔽構件19接合。熱傳導構件17和第二屏蔽構件19具有中心軸相同的圓柱形形狀，并且熱傳導構件17的徑向厚度大于第二屏蔽構件19。
[0040]如圖2C所示，熱傳導構件17可以被放置在第二屏蔽構件19的內周邊側，以使得第二屏蔽構件19圍繞熱傳導構件17。并且，在這種情況下，屏蔽構件16包括兩個屏蔽構件(第一屏蔽構件19和第二屏蔽構件20)。第一屏蔽構件19和第二屏蔽構件20可以由相同的材料制成并且整體地形成，或者由不同材料制成并且通過接合而形成。屏蔽構件16與熱傳導構件17的外周邊接觸。
[0041]熱傳導構件17優選地由熱導率高于屏蔽構件16并且耐熱性高的材料制成，并且可以選自金屬材料、碳材料、陶瓷等。金屬材料可以包括銀、銅、鋁、鈷、鎳、鐵等或它們的合金或氧化物。碳材料可以包括金剛石、石墨等。陶瓷可以包括鋁氮化物、硅碳化物、氧化鋁、硅氮化物等。此外，熱傳導構件17希望地由密度低于放射線屏蔽構件16的材料制成。
[0042]使用密度低于屏蔽構件16的材料作為熱傳導構件17，從而與窗口構件13僅包括屏蔽構件16的情況相比，減輕了重量。
[0043]靶14中所產生的熱量直接或通過第二窗口 15被直接傳送到熱傳導構件17，或者經由屏蔽構件16被傳送到熱傳導構件17。此外，熱量被傳送到與熱傳導構件17接觸的絕緣流體并且被快速輻射，從而防止靶14的溫度升高。因為熱傳導構件17的熱導率高于屏蔽構件16的熱導率，所以與窗口構件13僅包括屏蔽構件16的情況相比，熱輻射速度提高。
[0044]此外，如圖3A和3B所示，當熱傳導構件17具有翅片(fin)結構時，熱傳導構件17與絕緣流體接觸的面積增大，從而使得可以更有效地輻射熱量。
[0045]熱傳導構件17可以被部分地放置在第二屏蔽構件19的外周邊或內周邊上，而不是圍繞整個外周邊或內周邊。
[0046]此外，為了進一步提高熱輻射性質，屏蔽構件16和熱傳導構件17優選地被放置為使得靶構件6朝向第一窗口 2伸出真空容器9的端面位置。
[0047]可以使用陽極接地系統或中點接地系統作為用于施加加速電壓的方法。陽極接地系統是這樣的系統，在該系統中，當施加于靶14與電子發射源5之間的電壓是Va[V]時，作為陽極的靶14的電勢被設置為地電勢(0[V])，并且電子發射源5相對于地的電勢被設置為-Va[V]。同時，中點接地系統是這樣的系統，在該系統中，靶14相對于地的電勢被設置為+ (Va-a)[V]，并且電子發射源5相對于地的電勢被設置為-α [V](其中，Va>a>0)。α的值在Va>a>0的范圍內，通常接近于Va/2。中點接地系統用于減小相對于地的電勢的絕對值，從而縮小爬電距離。爬電距離在本文中是電壓控制部分3與包殼I之間的距離以及放射線管10與包殼I之間的距離。如果可以縮小爬電距離，則可以縮小包殼I的大小，因此可以減輕絕緣流體8的重量，從而進一步縮小放射線產生裝置的大小和重量。
[0048](例子I)
[0049]如圖2A所示，鎢被選擇作為包括整體形成的第一屏蔽構件19和第二屏蔽構件20的屏蔽構件16，銅被選擇作為熱傳導構件17。熱傳導構件17通過釬焊被固定到屏蔽構件16的具有從第二窗口 15朝向第一窗口 2突出的突出部分的一部分的外周邊側。使用包括礦物油的絕緣油作為絕緣流體8。使用中點接地系統作為電壓控制系統。使用鎢絲作為電子發射源5，并且該鎢絲被未示出的加熱單元加熱以發射電子。發射的電子通過根據由施加于引出電極和透鏡電極的電壓以及施加于電子發射源5與靶14之間的電壓Va引起的電勢的分布進行電子束軌跡控制而被加速到高能量，并且被使得與靶碰撞以產生放射線。使用片狀鎢作為靶14。為了將50[V]設置到引出電極、將1000[V]設置到透鏡電極并將中點接地系統中的Va設置為100 [kV]，靶14的電壓被設置為+50 [kV]，并且電子發射源5的電壓被設置為-50[kV]。
[0050](例子2)
[0051]如圖2B所示，在這個例子中，第一屏蔽構件19和第二屏蔽構件20被分開放置，并且熱傳導構件17被放置在第一屏蔽構件19的外周邊側，以部分地與第二窗口 15直接接觸。除了這點之外，這個例子具有與例子I的配置類似的配置。第二窗口 15中所產生的熱量的一部分不經由第一屏蔽構件19被直接傳送到熱傳導構件17，從而進一步提高了熱輻射速度。
[0052](例子3)
[0053]這個例子類似于例子1，除了鑰被選擇作為屏蔽構件16、鋁被選擇作為熱傳導構件17、并且片狀鑰被用作靶14之外。這個例子與例子I的不同之處在于，使用陽極接地系統作為電壓控制系統。為了將50[V]設置到引出電極、將3000 [V]設置到透鏡電極并將陽極接地系統中的Va設置為50 [kV]，靶14的電壓被設置為+50 [kV]，并且電子發射源5的電壓被設置為0[kV]。
[0054](例子4)
[0055]這個例子類似于例子1，除了鎢被選擇作為屏蔽構件16、并且SiC或石墨片被選擇作為熱傳導構件17之外。
[0056](例子5)
[0057]這個例子類似于例子1，除了鎢和鑰的合金(組分配比:90%鎢和10%鑰)被選擇作為屏蔽構件16、并且銅和鋁的合金(組分配比:90%銅和10%鋁)被選擇作為熱傳導構件17之外。
[0058](例子6)
[0059]這個例子類似于例子1，除了鎢被選擇作為屏蔽構件16、并且圖3A中所示的翅片形銅被選擇作為熱傳導構件17之外。
[0060](例子7)
[0061]在這個例子中，如圖2C所示，熱傳導構件17被放置在具有從第二窗口 15朝向第一窗口 2突出的突出部分的屏蔽構件16的內周邊側。第二窗口 15通過釬焊被連接到形成在熱傳導構件17中的透射孔21的內壁。鎢被選擇作為屏蔽構件16，并且銅被選擇作為熱傳導構件17。
[0062](例子8)
[0063]這個例子類似于例子7，除了具有圖3B中的翅片結構的銅被選擇作為熱傳導構件
17之外。
[0064]在以上任一例子中，放射線產生裝置能夠被滿意地處理。在以上條件下發射放射線，并且對所產生的一定劑量的放射線進行測量。如此，確認可以獲得穩定劑量的放射線。此時，沒有泄漏不必要的放射線，并且對靶沒有損傷。[0065](例子9)
[0066]接著，將參照圖4描述使用本發明的放射線產生裝置的放射線成像裝置。這個例子的放射線成像裝置包括放射線產生裝置30、放射線檢測器31、信號處理器32、裝置控制部分33和顯示部分34。例如，有利地使用例子I至9中的放射線產生裝置作為放射線產生裝置30。放射線檢測器31經由信號處理器32與裝置控制部分33連接，裝置控制部分33與顯示部分34和電壓控制部分3連接。放射線產生裝置30中的處理由裝置控制部分33共同控制。裝置控制部分33對放射線產生裝置30和放射線檢測器31進行組合控制。從放射線產生裝置30發射的放射線經由被檢體35被放射線檢測器31檢測，并且被檢體35的放射線透射圖像被捕捉。所捕捉的放射線透射圖像顯示在顯示部分34上。裝置控制部分33控制放射線產生裝置30的驅動，并控制經由電壓控制部分3施加于放射線管10的電壓信號。
[0067]盡管已經參照示例性實施例描述了本發明，但是要理解本發明不限于所公開的示例性實施例。所附權利要求的范圍應遵循最寬泛的解釋，以便包含所有這樣的修改以及等同的結構和功能。
[0068]本申請要求于2011年8月5日提交的日本專利申請N0.2011-171610和于2011年11月7日提交的日本專利申請N0.2011-243055的權益，這些專利申請的全部內容特此通過引用并入本文。
【權利要求】
1.一種放射線產生裝置，包括: 包殼，所述包殼具有放射線透射通過的第一窗口 ；以及 放射線管，所述放射線管被保持在所述包殼內，并且具有放射線透射通過的、與所述第一窗口相對布置的第二窗口，其中 所述放射線管具有放射線屏蔽構件，所述放射線屏蔽構件具有從所述第二窗口朝向所述第一窗口突出的突出部分，以及 熱導率高于所述放射線屏蔽構件的熱導率的熱傳導構件與所述放射線屏蔽構件的突出部分連接。
2.根據權利要求1所述的放射線產生裝置，其中，所述突出部分形成被布置為與所述第二窗口連通的放射線透射孔。
3.根據權利要求1所述的放射線產生裝置，其中 所述熱傳導構件被布置在所述放射線屏蔽構件的突出部分的外周邊。
4.根據權利要求1所述的放射線產生裝置，其中 所述熱傳導構件被布置在所述放射線屏蔽構件的突出部分的內周邊。
5.根據權利要求1至4中的任何一個所述的放射線產生裝置，其中 絕緣流體填充在所述包殼與所述放射線管之間。
6.根據權利要求1至4中的任何一個所述的放射線產生裝置，其中 所述熱傳導構件的密度小于所述放射線屏蔽構件的密度。
7.根據權利要求1至4中的任何一個所述的放射線產生裝置，其中 所述熱傳導構件和所述放射線`屏蔽構件具有同軸圓柱形的形狀，以及 所述熱傳導構件在徑向方向上的厚度大于所述放射線屏蔽構件在徑向方向上的厚度。
8.根據權利要求5所述的放射線產生裝置，其中 所述絕緣流體是電絕緣油。
9.根據權利要求1所述的放射線產生裝置，其中 所述放射線屏蔽構件通過銀釬焊與所述第二窗口連接。
10.根據權利要求1至4中的任何一個所述的放射線產生裝置，其中 所述放射線管包括: 真空容器； 電子發射源，所述電子發射源被布置在所述真空容器內； 靶，所述靶響應于從所述電子發射源發射的電子的照射而發射放射線；以及 基板，在所述基板上，所述靶形成在所述基板的與所述電子發射源相對的一側，其中 所述第二窗口形成在所述基板中。
11.根據權利要求1所述的放射線產生裝置，其中 所述放射線屏蔽構件和所述熱傳導構件由彼此不同的金屬或合金形成。
12.根據權利要求1所述的放射線產生裝置，其中 所述熱傳導構件由陶瓷形成。
13.根據權利要求1所述的放射線產生裝置，其中 所述熱傳導構件具有翅片結構。
14.根據權利要求1至4中的任何一個所述的放射線產生裝置，其中所述熱傳導構件被螺絲擰緊到所述放射線屏蔽構件。
15.根據權利要求1所述的放射線產生裝置，其中 所述熱傳導構件由碳系列材料形成。
16.根據權利要求10所述的放射線產生裝置，其中 所述靶和所述放射線屏蔽構件由鎢形成，并且所述熱傳導構件由銅形成。
17.一種放射線成像裝置，包括: 根據權利要求1至16中的任何一個所述的放射線產生裝置； 放射線檢測器，所述放射線檢測器用于檢測從所述放射線產生裝置發射并且透射通過被檢體的放射線；以及 控制單元，所述控制單元用于控制所述放射線產生裝置和所述放射線檢測器，以使它們彼此相關。
【文檔編號】H05G1/04GK103718653SQ201280037297
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年7月24日 優先權日:2011年8月5日
【發明者】柳沢芳浩, 青木修司, 田村美樹, 上田和幸, 野村一郎 申請人:佳能株式會社