[发明专利]把预定通量加在体腔内表面的X射线设备

说明书

本发明涉及一种小型化、低功率、可编程的X射线源，用于对特定区域放出基本上为恒定的或脉动态的X射线。具体地说，本发明涉及一种用于对体腔内表面放出均匀的X射线通量的设备和方法。

最普通的医用X射线源都是大而且位置固定的机器。一般是将X射线管的头放在一间屋子里，而将控制台设在比邻的区域，由安装有观察窗的防护墙将二者分开。X射线管一般为大约20至35cm长，直径约为15cm。高压电源安装在一个容器内，容器置于装X射线管屋子的角落。将患者带到机器这里，诊断，治疗，或者做减轻处置。

诊断时，X射线机一般工作在150kV以下，电流大约从25到1200mA。相比之下，在治疗设备中，电压可以在150kV以上，电流一般不超过20mA。当X射线机工作在10到140kV额定电压下，所发射的X射线提供有限的组织穿透深度，用于处置表皮损伤。在高压(接近250kV)情况下，实现深X射线组织穿透，这在处置主体肿瘤时是有效的。可在4至8MV(兆伏)下工作的超高压机器被用于切除或摧毁浅层表皮损伤以外的各种肿瘤。

普通X射线管包括阳极、栅极和阴极组件。所述阴极组件产生电子束，借助阳极与栅极建立的电场，将电子束导引至靶。靶响应入射的电子束，再发射X射线。患者吸收的辐射一般是由X射线管中的靶通过管窗发射的，同时要把传送损失考虑进去。这种窗一般是一个铍或其它合适的材料做的薄片。在一架典型的X射线机中，阴极组件由直径大约2mm、长1至2cm的镀钍钨螺线管组成，当以4A或更高的电流电阻式地加热时，它以热离子方式发射电子。用一个金属聚焦环围绕该螺线管，该环将电子束在也被用作靶的对面阳极上集聚成一个小点。在具有栅极的机型中，正是这个栅极既控制电子束的路径又聚焦该电子束。

电子束从阴极向阳极的发送受到电子空间电荷力的影响，这种力在普通X射线机处于1A以上电流的情况下越来越重要。在这种普通的X射线机中，电子束被聚焦在阳极上，成为在任何地方都是直径从0.3到2.5mm的点。在很多应用中，大部分电子束能量都在阳极处转变成热能。为了供给这种热能，高功率医用X射线源通常采用液冷并快速转动阳极，从而得到增大有效的靶面积，使聚焦点变小，而使局部热能的影响最小。为实现良好的热传导性和有效的热耗散，一般用铜制作阳极。另外，为有效地产生X射线，电子束入射于其上的阳极区需要一种高原子序数的材料。为满足热传导性、有效的热耗散，以及有效地产生X射线的要求，一般是将钨合金加入铜中。

使用时，X射线源的总辐照量与电子束的总时间成正比。在比较长的辐照期间(比如长达1至3秒)，阳极温度可能升至足以使它明亮地烧灼，伴随以局部表面熔化并形成凹坑，这降低辐射输出。不过，管子的螺线管阴丝的热蒸发常常是造成普通X射线管损毁的主要原因。

当产生X射线的效率与电子束电流无关时，它就非常依赖于加速电压。低于60kV时，则只有电子动能的千分之几转换成X射线，而在20MV时，则这种转换因数上升至70％。所发射的X射线谱部分地包含靶元素束缚电子能级间的不连续的能量迁移特性。该谱还包含被称之为韧致辐射的X射线连续能谱，这是由于束内电子通过靶核时被加速而引起的。X射线的最大能量不能超过束内电子的峰值能量。另外，韧致辐射发射曲线的峰出现在大致1/3电子能量处。

提高电子束电流以成正比的方式引起各种能量X射线发射的增加。然而，与峰值X射线的光子能量漂移相对应，束电压变化引起总的X射线输出的改变大致等于所述电压的平方。韧致辐射产生的效率随靶元素原子序数增加。随靶的原子序数的增加，韧致辐射曲线和特征谱线中的峰值输出向更高的能量漂移。虽然钨(Z＝74)是最为公知的现代X光管中采用的靶材料，但金(Z＝79)和钼(Z＝42)被用于某些特型的X光管。

大部分治疗用的X射线装置的一个缺点在于，当射向骨骼内和骨骼下面的软组织时，需要高压，而且理所当然的就是需要高能辐射。一个例子就是，X射线射向由骨骼围绕的人脑区域的情况。为穿透骨骼，需要高能X射线，但常常会伤害辐射入射区与肿瘤之间的皮肤和脑组织。另一个辐射治疗的例子是，X射线射向位于体腔内横在其它软组织之间的软组织，或者位于内部含有钙的结构内的软组织的情况。现有的高压X射线机在以选择方式对这样的区域提供所需X线辐射方面的能力受到局限。