一种全角度的弧形阵列X射线管及环形射线装置的制作方法

一种全角度的弧形阵列x射线管及环形射线装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种x射线管，尤其是一种全角度的弧形阵列x射线管及环形射线装置。


背景技术：

2.x射线管用以产生x射线，在医学诊断、安全检查和无损探伤等各个领域发挥着重要的作用。x射线管的基本原理是，其阴极灯丝加热激发出来的热电子，在阴阳极加速电场作用下撞击到靶盘。其中1%的能量转化为x射线，而剩余约99%的能量转化为热能，从而导致受撞击部位温升很快。旋转阳极x射线管采取阳极轴承带动阳极靶盘在真空管壳内高速旋转的方法，进而将热量分散到整个靶盘，并通过热辐射传递给真空管壳，再由流经管壳的冷却液将热量带走。
3.目前的ct（computed tomography，x射线计算机断层摄影）系统中广泛采用旋转扫描方式，机架带动旋转阳极x射线ct管进行旋转扫描成像。这一方式受限于机架旋转速度，同时x射线ct管的阳极轴承工作在高离心力条件下，导致轴承易于损害，进而引起整个x射线ct管的失效。
4.相比传统ct，静态ct使用了多焦点x射线源，通过多源曝光切换，避免了传统ct的高速旋转，并实现了更快的断层扫描成像。然而受限于尺寸，静态ct通常使用了多组多焦点x射线源，各个x射线源之间留有间距以实现阴极或者阳极的高压绝缘。这样通常造成了多焦点x射线源之间的焦点缺失，影响了断层扫描成像的质量。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本实用新型提供一种能够实现全角度焦点放线、断层扫描质量高的一种全角度的弧形阵列x射线管，具体技术方案为：
6.一种全角度的弧形阵列x射线管，包括射线管本体，所述射线管本体的上设有发射窗口；还包括陶瓷片，所述陶瓷片固定在所述射线管本体的两端，用于阴极和/或阳极的高压绝缘。
7.通过采用上述技术方案，对于相邻两个x射线管，其阴极组件距离较近且均处于负高压，而通过陶瓷密片进行隔离，从而使相邻的两个x射线管的阴极组件可以靠近陶瓷密封结构安装，减少阴极组件之间的距离，从而保证管壳边缘处的焦点数量，避免了管壳边缘处焦点的缺失，从而保证了在整个环形扫描平面中具备全角度的x射线焦点源。
8.优选的，所述发射窗口与所述射线管的两侧相通。
9.通过采用上述技术方案，发射窗口延伸到射线管的两侧，以保证边缘焦点也可以有较大的发射角。
10.优选的，所述射线管本体包括：管壳，所述管壳上设有发射窗口；阴极芯柱，所述阴极芯柱固定在所述管壳上，且弧形阵列设有若干个；引线套筒，所述引线套筒固定在所述阴极芯柱上；阴极板，所述阴极板的顶面固定在所述引线套筒上，且位于所述管壳的内部；阴
极组件，所述阴极组件安装在所述阴极板的底面，且弧形阵列设有若干个，所述阴极组件与所述阴极芯柱电性连接；阳极组件，所述阳极组件与所述阴极组件相对设置，所述阳极组件固定在所述管壳上；及冷却组件，所述冷却组件固定在所述阳极组件的底部，用于冷却所述阳极组件；发射射线时，负高压的所述阴极组件向接地的阳极组件发射电子束，产生的射线从发射窗口射出。
11.通过采用上述技术方案，具备多阴极结构，并采用阴极负高压，阳极接地的方式，该x射线管成组放置，其相邻x射线管与其阴极相对，并通过陶瓷片隔离，因此并无高压绝缘问题，在靠近管壳处亦可放置阴极，从而实现全角度的焦点放线。
12.优选的，所述阴极芯柱包括：芯柱，所述芯柱与所述阴极组件电性连接；芯柱陶瓷，所述芯柱固定在所述芯柱陶瓷上；内圈可伐，所述芯柱陶瓷固定在所述内圈可伐上；阴极陶瓷，所述内圈可伐固定在所述阴极陶瓷上；及外圈可伐，所述阴极陶瓷通过所述外圈可伐固定在所述管壳上。
13.优选的，所述阴极组件包括：栅极陶瓷，所述栅极陶瓷固定在所述阴极板上；栅极，所述栅极固定在所述栅极陶瓷上；及灯丝，所述灯丝安装在所述阴极板上。
14.优选的，所述阳极组件包括：靶盘，所述靶盘为扇环形；基体，所述基体为扇环形，所述靶盘固定在所述基体的顶部，所述基体固定在所述管壳上，所述冷却组件固定在所述基体的底部；及射线屏蔽罩，所述射线屏蔽罩为扇环形，安装在所述基体的外侧面，用于屏蔽发射窗口以外的射线。
15.通过采用上述技术方案，射线屏蔽罩的横截面为l形，从近射线源端有效屏蔽射线，从而有效减少管壳射线屏蔽金属的使用量，降低整个管组件重量。
16.优选的，所述冷却组件包括：冷却盘，所述冷却盘固定在所述阳极组件的底部；及快速接头，所述快速接头固定在所述冷却盘的两端，且位于所述管壳的外面。
17.通过采用上述技术方案，快速接头方便连接，冷却液可采用油或者水，液冷的方式极大提升了连续输入功率。
18.其中，所述冷却盘的底面设有若干个散热槽。
19.通过采用上述技术方案，散热槽进一步提高散热效果，降低温度，保证连续输入功率的提升。
20.环形射线装置，包括若干个所述的一种全角度的弧形阵列x射线管，若干个所述一种全角度的弧形阵列x射线管组成圆环。
21.通过采用上述技术方案，多个独立的x射线管连接成圆环，装配方便，并且便于更换。
22.优选的，还包括具有绝缘性能和弹性的绝缘软板，所述绝缘软板位于相邻的两个所述陶瓷片之间，且与两个所述陶瓷片之间无空气。
23.通过采用上述技术方案，绝缘软板挤出空气后能够进一步提高绝缘性能。
24.还包括连接座、连接板和连接螺钉，所述连接座和所述连接板分别固定在所述射线管本体的两端，所述连接螺钉分别与所述连接座和所述连接板连接，用于将相邻的所述射线管本体固定在一起。
25.通过采用上述技术方案，螺钉连接结构简单，并且装配和更换方便。
26.优选的，还包括：第一偏转线圈，所述第一偏转线圈安装在所述环形射线装置的内
圆面上，且与所述射线管本体的阴极相对应；第二偏转线圈，所述第二偏转线圈安装在所述环形射线装置的内圆面上，且与所述射线管本体的阳极相对应；所述第二偏转线圈、所述第一偏转线圈和所述环形射线装置同轴线设置，所述第一偏转线圈的电流方向与所述第二偏转线圈的电流方向相反。
27.通过采用上述技术方案，两个环形线圈以产生垂直于电子束行进方向的磁场，通过磁场实现电子束在环形方向上的偏转，从而提升焦点数量，以实现更好的扫描成像质量。
28.与现有技术相比本实用新型具有以下有益效果：
29.本实用新型提供的一种全角度的弧形阵列x射线管通过在射线管的两端装有陶瓷板实现高压绝缘，简化了结构，并且使接管壳两端处也能安装阴极组件，从而实现全角度的焦点放线，提高了断层扫描质量。
30.本实用新型提供的环形射线装置通过两个不同电流方向的线圈产生垂直与电子束进行方向的磁场，通过磁场实现电子束在环形方向上的偏转，从而提升焦点数量，提高了扫描成像的质量。
附图说明
31.图1是一种全角度的弧形阵列x射线管的结构示意图；
32.图2是两个一种全角度的弧形阵列x射线管连接在一起的连接部分隐藏部分管壳后的局部放大图；
33.图3是一种全角度的弧形阵列x射线管的局部剖视放大图；
34.图4是一种全角度的弧形阵列x射线管隐藏管壳后的结构示意图；
35.图5是阴极芯柱的结构示意图；
36.图6是阴极芯柱、阴极板和阴极组件的装配结构示意图；
37.图7是阴极组件的结构示意图；
38.图8是阳极组件和冷却装置的结构示意图；
39.图9是散热槽的结构示意图；
40.图10是环形射线装置前视方向的立体图；
41.图11是环形射线装置后视方向的立体图；
42.图12是环形射线装置的局部放大图。
具体实施方式
43.现结合附图对本实用新型作进一步说明。
44.实施例一
45.如图1至图12所示，一种全角度的弧形阵列x射线管，包括圆弧形的射线管本体，射线管本体的内圆弧面上设有发射窗口11；还包括陶瓷片6，陶瓷片6固定在射线管本体的两端，用于阴极和/或阳极的高压绝缘。
46.对于相邻两个x射线管，其阴极组件3距离较近且均处于负高压，而通过陶瓷片6进行隔离，从而使相邻的两个x射线管的阴极组件3可以靠近陶瓷片6安装，减少阴极组件3之间的距离，从而保证管壳1边缘处的焦点数量，避免了管壳1边缘处焦点的缺失，从而保证了在整个环形扫描平面中具备全角度的x射线焦点源。
47.具体的，如图1至图3所示，射线管本体包括管壳1，管壳1的两端设有通孔15，陶瓷片6通过连接可伐环7固定在通孔15上。
48.陶瓷片6与连接可伐环7采用钎焊进行焊接，连接可伐环7焊接在通孔15上，并且是密封焊接，连接可伐环7采用氩弧焊或者激光焊。
49.管壳1上开通孔15后，射线管本体内部的负高压的阴极直接与陶瓷片6相对，在传统x射线管中，阴极处于负高压，管壳接地，由于两者的电势差，阴极与管壳需要留足距离以实现高压绝缘。本x射线管管壳两侧与阴极接近处为陶瓷片6，在多个x射线管成环形排布时，相邻两个x射线管靠近管壳侧处的阴极皆处于负高压，因此可以近距离靠近，而不存在高压绝缘问题。以此种方式，本x射线管可以实现阴极靠近管壳1的两端设置，缩短相邻的两个x射线管内部的阴极之间的距离。
50.在某些实施例中，如图1所示，发射窗口11与射线管本体的两侧相通。发射窗口11延伸到射线管本体的两侧，以保证边缘焦点也可以有较大的发射角。
51.具体的，发射窗口11与管壳1的两侧相通，也就是发射窗口11延伸到管壳1的两侧，以保证边缘焦点也可以有较大的发射角。
52.射线管本体还包括阴极芯柱2、阴极板25、阴极组件3、阳极组件4和冷却组件5；其中，管壳1为扇环形，管壳1的内圆弧面上设有发射窗口11；阴极芯柱2固定在管壳1上，且绕管壳1的轴线弧形阵列设有若干个；阴极板25为扇环形，阴极板25通过引线套筒27与阴极芯柱2连接，且位于管壳1的内部；阴极组件3安装在阴极板25的底面，且绕管壳1的轴线弧形阵列设有若干个，阴极组件3与阴极芯柱2电性连接；阳极组件4为扇环形，且与阴极组件3相对设置，阳极组件4固定在管壳1上；冷却组件5固定在阳极组件4的底部，用于冷却阳极组件4；发射射线时，负高压的阴极组件3向接地的阳极组件4发射电子束，产生的射线从发射窗口11射出。
53.x射线管具备多阴极结构，并采用阴极负高压，阳极接地的方式，该x射线管成组放置，其相邻x射线管的阴极相对，并通过陶瓷片6隔离，因此并无高压绝缘问题，在靠近管壳1处亦可放置阴极，从而实现全角度的焦点放线。
54.管壳1的顶部和底部均为开口式，顶部装有顶部盖板12，底部装有底部盖板13，阴极芯柱2固定在顶部盖板12上，阳极组件4固定在底部盖板13上，顶部盖板12方便阴极芯柱2和阴极组件3的安装，底部盖板13方便阳极组件4和冷却组件5的安装。
55.阴极板25方便阴极组件3的安装，并且便于阴极组件3弧形阵列安装，阴极板25通过引线套筒27与阴极芯柱2连接。
56.弧形阵列是指沿同一个圆弧线等间距设置。
57.如2至图6所示，阴极芯柱2包括：芯柱21、芯柱陶瓷20、内圈可伐22、阴极陶瓷23和外圈可伐24；芯柱21与阴极组件3电性连接；芯柱21固定在芯柱陶瓷20上，芯柱陶瓷20固定在内圈可伐22内；内圈可伐22固定在阴极陶瓷23上；阴极陶瓷23固定在外圈可伐24上，外圈可伐24固定在管壳1的顶部盖板12上。
58.引线套筒27为金属管，引线套筒27分别与内圈可伐22和阴极板25连接。
59.芯柱21和内圈可伐22带负压，外圈可伐24接地，芯柱21和内圈可伐22与外圈可伐24之间通过阴极陶瓷23进行绝缘。阴极陶瓷23固定在顶部盖板12上，并且实现芯柱21与顶部盖板12的高压绝缘。
60.连接可伐环7、内圈可伐22和外圈可伐24均为可伐合金制成。
61.阴极组件3包括：栅极陶瓷33、栅极31和灯丝32；栅极陶瓷33固定在阴极板25上；栅极31固定在栅极陶瓷33上；灯丝32安装在阴极板25上。
62.栅极31和灯丝32分别通过引线与芯柱21上的插针连接。
63.阴极板25上还装有用于保护引线的引线罩26。
64.在工作状态下，阴极加载负高压，阳极接地，同时灯丝32通过加热产生自由电子云。通过调整栅极31相对于灯丝32的栅压，可以控制灯丝32附近的电场，以实现电子束的开关，从而实现x射线的发射与截止。通过依次切换多阴极的栅极31电压，即可实现不同位置焦点的轮次曝光。另外，通过适当调整栅极31的栅压，亦可实现大小焦点的切换。
65.如图8所示，阳极组件4包括：靶盘41、基体42和射线屏蔽罩43；靶盘41为扇环形，向发射窗口11倾斜设置；基体42为扇环形，靶盘41固定在基体42的顶部，基体42的顶部向发射窗口11倾斜设置，基体42通过底部盖板13固定在管壳1上，冷却组件5通过底部盖板13固定在基体42的底部；射线屏蔽罩43为扇环形，安装在基体42的外侧面，用于屏蔽发射窗口11以外的射，也就是屏蔽罩43用于屏蔽未向发射窗口11发射的射线。靶盘处电子束轰击处即为x射线源，除了发射窗口11发射x射线外，该x射线源向靶盘以上其他方向也会发射。除了发射窗口11发射的为有用x射线，其余方向均为无用射线，通常需要在管组件使用铅进行屏蔽。此处在近射线源加屏蔽罩可以屏蔽部分无用的x射线，相比在管组件（远端）用料更少，从而减少管组件的铅重量。
66.如图8所示，射线屏蔽罩43的横截面为l形，从近射线源端有效屏蔽射线，从而有效减少管壳1射线屏蔽金属的使用量，降低整个管组件重量。
67.靶盘41采用铼钨合金或者钨材质。基体42采用铜材质，具备良好的导热系数，提升散热效率。
68.射线屏蔽罩43可以在近x射线源端有效屏蔽x射线。x射线管通常在管组件外壳采用铅金属进行x射线防护，铅的密度大，导致整个管组件的重量较大。而射线屏蔽罩43为壳体，既能有效的对x射线进行屏蔽，同时减小了射线屏蔽金属的使用量，降低整个管组件重量。射线屏蔽罩43可采用钨或者钨铜等材质制成。
69.如图1所示，冷却组件5包括：冷却盘51和快速接头52，冷却盘51为中空盘，冷却盘51固定在阳极组件4的底部；快速接头52固定在冷却盘51的两端。
70.快速接头52方便连接，冷却液可采用油或者水，液冷的方式极大提升了连续输入功率。
71.在某些实施例中，如图9所示，冷却盘51的底面设有若干个散热槽511。散热槽511增大了散热面积，从而提升了散热效率。
72.工作时，电子束从阴极组件3发出，并在阴阳极高压电场作用下轰击在阳极组件4的靶盘41上，产生的射线从发射窗口11发射出去；与此同时，产生的热量由流过冷却组件5的冷却液带走。
73.实施例二
74.环形射线装置，包括若干个一种全角度的弧形阵列x射线管，若干个一种全角度的弧形阵列x射线管组成圆环。
75.多个独立的x射线管连接成圆环，装配方便，并且便于更换。
76.若干一种全角度的弧形阵列x射线管按照图10和图11所示的排列可形成环形结构，它们的冷却液进出口采用了快速接头52结构，可快速插拔，方便安装和拆卸。相邻的x射线管的快速接头52进行串联，并最终接入散热装置。
77.在某些实施例中，还包括具有绝缘性能和弹性的绝缘软板9，绝缘软板9位于相邻的两个陶瓷片6之间，且与两个陶瓷片6之间无空气。
78.还包括连接座81、连接板82和连接螺钉83，连接座81和连接板82分别固定在管壳1的两端，连接螺钉83分别与连接座81和连接板82连接，用于将相邻的一种全角度的弧形阵列x射线管固定在一起。
79.用螺纹结构进行压紧，从而挤出两个x射线管的陶瓷片6之间的空气，提高绝缘性能，以保证高压绝缘性；同时过螺钉旋紧还可以缩小两个x射线管之间的距离。
80.在某些实施例中，还包括第一偏转线圈85和第二偏转线圈86；第一偏转线圈85安装在环形射线装置的内圆面上，且与射线管本体的阴极相对应；第二偏转线圈86安装在环形射线装置的内圆面上，且与射线管本体的阳极相对应；
81.第二偏转线圈86、第一偏转线圈85和环形射线装置同轴线设置，第一偏转线圈85的电流方向与第二偏转线圈86的电流方向相反。
82.第一偏转线圈85和第二偏转线圈86位于发射窗口11的两侧。
83.两个环形线圈以产生垂直于电子束行进方向的磁场，通过磁场实现电子束在环形方向上的偏转，从而提升焦点数量，以实现更好的扫描成像质量。
84.具体的，整个环形结构设有两个磁偏转线圈，并通以相反方向电流。两个偏转线圈电流相反，这样它们之间的这块空间产生的才是相同方向的磁场，如图12所示，第一偏转线圈85通以顺时针方向的电流，第二偏转线圈通以逆时针方向的电流即可产生垂直指向发射窗口11的磁场；若各自通以相反方向电流，则产生垂直并远离发射窗口11方向的磁场。该磁场可对从阴极向阳极发射的电子束产生影响，使其在环形方向上产生偏转，从而产生偏离原来落点的焦点。通过调整磁场强弱和方向，可以产生不同落点的焦点，即产生相对于阴极数量成倍数的焦点数量。通过这种方式，本x射线管可以产生更多的焦点，从而提高断层扫描成像的质量。
85.以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型权利要求的保护范围之内。