X光发射装置的制作方法

本发明涉及一种X光发射装置，尤其涉及一种以多管结构取代单管结构，以降低散热需求的X光发射装置。

背景技术：

X光技术大量地被应用在医学成像领域中，通过放射线照相技术，可以产生各式各样的诊断图，例如探测骨骼的病变、人体软组织的病变(如肺炎、肺癌、肺气肿)。借助电脑技术，不同角度的X光影像还可以被合成三维图像，亦即医学上常用的电脑断层扫描。然而，X光仪器却常有过热的缺点，其原因是X光仪器中的X光管散发的废热过多。

请参考图1，图1为现有技术一X光管10的示意图。X光管10包含一开口100、一阳极金属靶110、一阴极120、一腔体130、一冷却层140及一钢板外壳150。一高电压VH加速的一电子束BE从阴极120射出，经过腔体130，最后撞击阳极金属靶110。根据电磁学原理，带电粒子加速或减速时，会释放出电磁波。电子束BE中的高速电子受到阳极金属靶110中原子的阻挡急剧停止下来，电子在非弹性碰撞过程中部分的能量损失转变成一X光BX的能量。

然而，电子束BE的动能通常只有1％转换为X光BX，其余99％皆转变为热能。因此，X光管10的冷却层140需填充水或油进行冷却，以避免阳极金属靶110过热熔化。由于散热的需求极大，冷却层140的设计往往造成X光管10体积过大、笨重的问题。因此，降低X光管及其冷却系统的体积与重量，已成为业界的目标之一。

技术实现要素：

因此，本发明的主要目的即在于提供可降低散热需求的X光发射装置。

本发明公开一种X光发射装置，用来朝一待测物发射一集合X光束。 该X光发射装置包含有多个X光发射管，用来分别产生多道X光束；以及

一镜头模块，用来导引该多道X光束朝向该待测物，以形成该集合X光束。

本发明另公开一种X光发射装置，用来朝一待测物发射一集合X光束。该X光发射装置包含有多个X光发射管，用来产生多道X光束；多个温度感测器，耦接于该多个X光发射管，用来测量该多个X光发射管的多个温度；以及一控制器，耦接于该多个温度感测器及该多个X光发射管，用来根据该多个温度，用来控制该多个X光发射管的工作周期。

本发明另公开一种X光发射装置，用来朝一待测物发射一集合X光束。该X光发射装置包含有多个X光发射管，用来产生多道X光束；以及一驱动控制器，耦接于该多个X光发射管，用来控制该多个X光发射管的多个驱动电压、多个驱动电流或多个曝光时段。

根据上述实施例，本发明通过X光发射管轮流发射、X光发射管温度反馈控制或调变X光发射管驱动条件，将原本单一光管的工作负载分散到多个X光发射管，避免单一X光发射管散发大量废热，可大幅降低散热装置的需求。

附图说明

图1为现有技术一X光管的示意图。

图2为本发明实施例一X光发射装置的示意图。

图3为图1的X光发射装置中相位信号的时序图。

图4A为图1的X光发射装置中X光束的时序图。

图4B为图1的X光发射装置的一控制流程的流程图。

图5为图1的X光发射装置中X光束的时序图。

图6为图1的X光发射装置中X光束的时序图。

图7为本发明实施例一X光发射装置的示意图。

图8为图7的X光发射装置中相位信号的时序图。

图9为图7的X光发射装置的一控制流程的流程图。

图10为本发明实施例一X光发射装置的示意图。

图11为图10的X光发射装置的一控制流程的流程图。

其中，附图标记说明如下：

10 X光管

100 开口

110 阳极金属靶

111 驱动控制器

120 阴极

130 腔体

140 冷却层

150 钢板外壳

20、70、11 X光发射装置

200_1、200_2、200_3、200_N-1、200_N、700_1、700_2、700_3、700_N-1、 700_N、121_1、121_2、121_3、121_N-1、121_N X光发射管

210、710、101 镜头模块

220 相位控制器

40、90、13 控制流程

400、402、404、406、408、410、412、414、416、418、900、902、904、 906、908、910、912、914、916、918、920、131、133、135、137、139、 141、143 步骤

720 控制器

730_1、730_2、730_3、730_N-1、730_N 温度感测器

BE 电子束

BX X光

BXI 集合X光束

BX1、BX2、BX3、BXN-1、BXN X光束

P1、P2、P3、PN-1、PN 相位信号

T1、T2、T3、TN-1、TN 温度

VH 高电压

具体实施方式

请参考图2，图2为本发明实施例一X光发射装置20的示意图。X光 发射装置20用来对一待测物发射一集合X光束BXI，例如对人体骨骼、软组织发射X光束。光发射装置20包含有X光发射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N、一镜头模块210及一相位控制器220。X光发射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N用来分别产生X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN。镜头模块210用来导引X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN的方向，使之朝向待测物，以形成集合X光束BXI。相位控制器220用来控制X光发射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N的工作周期(duty cycle)，使得X光发射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N是以轮流的方式发射X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN。

具体来说，相位控制器220可分别通过相位信号P1、P2、P3…PN-1、PN控制光发射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N的工作周期。请参考图3，图3为相位信号P1、P2、P3…PN-1、PN的时序图。在图3中，当相位信号P1为逻辑“1”时，X光发射管200_1进行曝光。一旦相位信号P1转为逻辑“0”，相位信号P2立即转为逻辑“1”，指示X光发射管200_2进行曝光。依此轮流方式，一管接一管地完成X光发射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N的曝光过程，在此情况下，X光发射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N产生的X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN时序如图4A所示。在图4A中，逻辑“1”表示X光束存在，逻辑“0”表示不存在。如此一来，X光发射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N轮流、逐一地发出X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN，最后再由镜头模块210将X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN导引至待测物的方向。

换言之，本发明将现有技术中单一光管10的工作负载分散到多个X光发射管200_1、200_2、200_3…200_N-1、200_N，能大幅降低单一X光发射管200_1所需的曝光时间。如此一来，单一X光发射管产生的废热大幅减少，X光发射装置20就不再需要现有技术中大体积、笨重的散热装置，能降低制造成本与改善装置安装时的便利性。

图3及图4A的时序可以整理为一控制流程40，如图4B所示。控制流程40包含有下列步骤：

步骤400：开始。

步骤402：启动X光发射装置20。

步骤404：判断是否有发射X光需求。若有，进行至步骤406；反之，进行至步骤416。

步骤406：相位控制器220启动X光发射管200_1。

步骤408：相位控制器220启动X光发射管200_2，并关闭X光发射管200_1。

步骤410：相位控制器220启动X光发射管200_3，并关闭X光发射管200_2。

…(以此类推)

步骤412：相位控制器220启动X光发射管200_N，并关闭X光发射管200_N-1。

步骤414：相位控制器220关闭X光发射管200_N，并进行至步骤404。

步骤416：关闭X光发射装置20。

步骤418：结束。

需注意的是，X光发射管200_1、200_2…200_N轮流曝光的方式不限于图3所示的时序。相位控制器220还可以根据集合X光束BXI的光量需求，调整相位信号P1、P2…PN的工作周期。举例来说，如欲增加集合X光束BXI的光量，相位信号P1、P2…PN于逻辑“1”的时段可重叠，使得同一时间有两道光束BXx、BXx+1产生，如图5所示。相似地，如欲产生更强的集合X光束BXI，相位控制器220可以通过相位信号P1、P2…PN的安排，使得同一时间有三道光束BXx、BXx+1、BXx+2产生，如图6所示。

另外，除了降低散热需求的优点外，本发明多X光发射管结构的另一优点为当其中一个X光发射管失去功能时，相位控制器220可增加其他X光发射管的工作周期，来维持集合X光束BXI的光量。

在实务上，镜头模块210包含多个镜头，并以多层次的方式安排，才能将所有的光束BX1、BX2…BXN都导引至待测物的方向，图2所绘的单一镜头仅用来示意，并非限定仅使用单一镜头。

除了轮流曝光的方式外，本发明一实施例亦可根据X光发射管的实际温度，启用或关闭X光发射管。请参考图7，图7为本发明实施例一X光发射装置70的示意图。X光发射装置70用来朝一待测物发射一集合X光束BXI，包含有X光发射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N、一镜头模块 710、温度感测器730_1、730_2、730_3…730_N-1、730_N及一控制器720。X光发射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N用来分别产生X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN。镜头模块710用来导引X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN朝向待测物，以形成集合X光束BXI。温度感测器温度感测器730_1、730_2、730_3…730_N-1、730_N用来分别测量X光发射管700_1、700_2…700_N的温度T1、T2、T3…TN-1、TN。控制器720用来根据温度T1、T2、T3…TN-1、TN，通过调变相位信号P1、P2、P3…PN-1、PN的工作周期，控制X光发射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N的工作周期。

举例来说，请参考图8，图8为X光发射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N的相位信号P1、P2、P3…PN-1、PN的时序图。在图8中，控制器720在温度T2超过一阈值温度Tth时，关闭X光发射管700_2，直到温度T2不超过阈值温度Tth，才恢复启用X光发射管700_2。另外，在图8中，在X光发射管700_2被关闭的时间，其他的X光发射管700_1、700_3…700_N的工作周期增加，来维持集合X光束BXI的光量。直到X光发射管700_2恢复工作后，X光发射管700_1、700_3…700_N的工作周期才回到一正常水平。

X光发射装置70的操作可以整理为一控制流程90，如图9所示。控制流程90包含有下列步骤：

步骤900：开始。

步骤902：启动X光发射装置70。

步骤904：判断是否有发射X光需求，若有，进行至步骤906；反之，进行至步骤918。

步骤906：控制器720启动所有光发射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N。

步骤908：温度感测器730_1、730_2、730_3…730_N-1、730_N分别测量光发射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N的温度T1、T2、T3…TN-1、TN。

步骤910：若温度Tx超过阈值温度Tth，进行至步骤至912；反之，进行至步骤916。

步骤912：控制器720关闭光发射管700_x。

步骤914：控制器720提升其他光发射管的工作周期，并进行至步骤910。

步骤916：控制器720恢复所有光发射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N的工作周期至正常水平，并进行至步骤904。

步骤918：关闭X光发射装置70。

步骤920：结束。

X光发射装置70与控制流程90的优点在于通过实际的温度测量与反馈机制，可确保所有光发射管700_1、700_2、700_3…700_N-1、700_N的操作温度都不会超过阈值温度Tth，能延长X光发射装置70的使用寿命。一旦其中有部分光发射管无法正常工作，无论是毁损或被迫关闭，其他光发射管能立即补偿其空缺，不须关闭整台X光发射装置70，能改善装置的使用效率。

除了“轮流发光”、“温度反馈”外，本发明一实施例还可通过调整光发射管的驱动电压、驱动电流或曝光时间，主动避免会造成过热的驱动条件，以及调整集合X光束的强度、穿透力与光量。请参考图10，图10为本发明实施例一X光发射装置11的示意图。X光发射装置11用来朝一待测物发射一集合X光束BXI，包含有X光发射管121_1、121_2、121_3…121_N-1、121_N、一驱动控制器111及一镜头模块101。X光发射管121_1、121_2、121_3…121_N-1、121_N用来产生X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN。驱动控制器111用来控制X光发射管121_1、121_2、121_3…121_N-1、121_N的驱动电压、驱动电流或曝光时段。镜头模块101用来导引X光束BX1、BX2、BX3…BXN-1、BXN朝向待测物，以形成集合X光束BXI。

根据电磁学原理，X光束BXx的强度及穿透力与其驱动电压成正比，X光束BXx的光量与其驱动电流及曝光时段相关。因此，驱动控制器111可以根据实际应用上集合X光束BXI的一强度需求或一穿透力需求，调变X光发射管121_1、121_2、121_3…121_N-1、121_N的驱动电压。或者，在本发明另一实施例中，驱动控制器111根据集合X光束BXI的一光量需求，调变X光发射管121_1、121_2、121_3…121_N-1、121_N的驱动电流或曝光时段。

相较于X光发射装置20、70，X光发射装置11除了能通过驱动电压、驱动电流或曝光时间的调变，主动避免过热的驱动条件，来降低散热需求的 优点外，X光发射装置11拥有的驱动条件选择范围最大，能应付小能量到大能量(扫描大型动物、建筑结构主体)的集合X光束BXI需求，能应用在广泛的商业领域。

X光发射装置11的操作可归纳为一控制流程13，如图11所示。控制流程13包含有下列步骤：

步骤131：开始。

步骤133：启动X光发射装置11。

步骤135：判断是否有发射X光需求，若有，进行至步骤137；反之，进行至步骤141。

步骤137：驱动控制器111调变X光发射管121_1、121_2、121_3…121_N-1、121_N的驱动电压、驱动电流或曝光时段。

步骤139：驱动控制器111启动所有X光发射管121_1、121_2、121_3…121_N-1、121_N，并进行至步骤135。

步骤141：关闭X光发射装置11。

步骤143：结束。

另外，由于X光发射装置11亦具有X光发射装置20、70的多管架构，驱动控制器111还可以用来在其中一个X光发射管121_x失去功能时，增加其他X光发射管的工作周期，以维持集合X光束BXI的光量。

综上所述，为了解决现有技术中单一X光管产生废热过多，需要大型散热装置的缺点，本发明实施例以多个X光管的架构取代单一X光管的架构，并以轮流发射、温度反馈或调变驱动条件的方式，降低废热的产生，来改善X光发射装置的寿命与使用效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要要所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的权利要求涵盖的范围。