[发明专利]用于每个阳极盘段具有各自相对于旋转阳极的旋转轴线法平面的阳极倾斜角的旋转阳极型X射线管的多段阳极靶和包括具有这种多段阳极靶的旋转阳极的X射线管

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有改进的额定功率的用于成像应用的X射线管，尤其涉及一种基于利用旋转阳极型X射线源的扫描系统的X射线多段阳极靶，其中，所述阳极靶被分成两个或多个阳极盘段，每个所述阳极盘段都具有各自相对于旋转阳极的旋转轴线的法平面的倾斜角。入射到旋转阳极的倾斜面的电子束受脉冲作用，因此当具有较小倾斜角的阳极盘段经过所述电子束时，该电子束被置于接通状态。反之，当具有较大倾斜角的阳极盘段经过所述电子束时，所述电子束处于切断状态。

背景技术

传统的高功率X射线管典型地包括容纳经过热量或灯丝电流的阴极丝的真空腔室。通常在100KV和200KV之间的数量级的高压电势施加于阴极和阳极之间，该阳极也位于该真空腔室内。这种电压电势使管电流或电子束通过真空腔室内部的真空区域从阴极流到阳极。该电子束随后以充足的能量撞击阳极的焦斑或一小块区域来产生X射线。阳极典型地由金属例如钨、钼、钯、银或铜制成。当这些电子到达阳极靶时，它们的大部分能量转化成了热量。一小部分能量转换成X射线光子，然后从阳极靶辐射出同时形成X射线束。

今天，对于高功率X射线源的最重要的功率制约因素之一是它们的阳极材料的融化温度。同时，小的焦斑对于成像系统的高空间分辨率是必需的，这导致在焦斑上产生很高的能量密度。令人遗憾的是，施加到这种X射线源上的大部分功率都被转化成了热量。从电子束功率到X射线功率的转换效率最多在大约1％和2％之间，且多数情况下更低。因此，高功率X射线源的阳极承担着极高的热负荷，尤其在焦斑(大约几平方毫米范围内的区域)之内，如果不采取特殊的热管理措施，这将会导致管的损坏。有效的散热因此成为当前的高功率X射线源的发展所面临的最大挑战。对于X射线阳极通常采用的热管理技术包括：

—采用能够承受非常高的温度的材料；

—采用能够存储大量热量的材料，因为难于将热量输送到真空管外；

—利用小的阳极角度在不扩大光学焦斑的情况下扩大热有效焦斑面积；以及

—通过旋转阳极扩大热有效焦斑面积。

除了具有高冷却能力的高功率X射线源之外，采用具有移动靶(例如，旋转阳极)的X射线源是非常有效的。与固定阳极相比，旋转阳极型X射线源具有将产生在焦斑上的热能快速散去的优点，因此对阳极材料的损坏(例如融化或破裂)可以被避免。这允许功率在短的扫描时间内增高，这段时间由于探测器更宽的覆盖率，在现代CT系统已经从典型的30秒降到了3秒。焦点轨迹相对于电子束的速度越高，电子束将其功率沉积到相同小的材料体积内的时间越短，因而所引起的峰值温度就越低。

通过将阳极设计为具有大半径(例如10cm)的旋转盘并以高频率(例如，超过150hz)旋转该盘来实现高焦点轨迹速度。然而，由于阳极现在是在真空中旋转，热能经过到管封壳的外部很大程度上取决于辐射，而辐射不像在固定阳极中采用的液体冷却那样有效。旋转阳极因此设计为高热存储容量以及可在阳极和管封壳之间进行良好的辐射交换。与旋转阳极相关的另一难点在于支撑系统在真空中的操作和为抵抗阳极高温的损坏力而对这一系统的保护。在旋转阳极X射线源的早期，阳极的有限热存储容量是高管性能的主要障碍。随着新技术的引入，这种情况得到了改观。例如，可以预见的是钎焊到阳极上的石墨块可显著地提高热存储容量和散热，液体阳极支撑系统(滑动支座)可提供与周围冷却油的热传导，且提供旋转封壳管以实现对旋转阳极的后侧的直接液体冷却。

如果X射线成像系统用于描绘快速运动的对象，那么典型地需要高速图像生成，以避免出现运动伪影。一个例子是人心肌的CT扫描(心脏CT)：在这种情况下，希望在不到例如100ms的时间内以高分辨率和高覆盖率执行对心脏的全CT扫描，这意味着在心脏周期过程中当心肌处于静止状态时的时间间隔内。然而，高速图像生成需要相应X射线源的高峰值功率性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型旋转阳极设计理念，其有助于根据所需的视场的角度大小来优化传统的旋转阳极型X射线管的可获得的额定功率，以观察待检查的所关注区域。

为了实现该目的，本发明的第一示范性实施例是一种旋转阳极型X射线管，包括具有阳极靶的旋转支撑的大体盘型的旋转阳极，所述阳极靶用于当暴露于入射到所述阳极靶的表面上的电子束时发射X辐射，所述旋转阳极盘被分成至少两个阳极盘段，每个所述阳极盘段具有圆锥表面，所述圆锥表面以相对于所述旋转阳极盘的旋转轴线的法平面不同的锐角(这里称为“倾斜角”或“阳极角”)倾斜，每个所述阳极盘段因而具有各自的焦点轨迹宽度。优选地，可预见地举例来说，旋转阳极盘被分成多个相等角度大小的阳极盘段。