专利名称：用于放射治疗的钨复合x-射线靶部组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及X-射线靶部组件。所述X-射线靶部组件优选用在放疗仪上的带电粒子加速器上。
背景技术：
已知用来自带电粒子加速器的电子轰击X-射线靶部组件能产生X-射线。图1和图2表示在由Siemens Medical Solutions of Concord(California)生产，并且以Mevatron和Primus为商标出售的放疗仪上使用的已知X-射线靶部组件的实施方案。所述X-射线靶部组件100包括一个不锈钢筒形外壳102，该外壳由一对管103支撑。
在外壳102内部，将一个石墨筒形电子吸收器104安装在外壳102的中央，并且支撑在外壳102的一个环状底部部件106上。所述环状底部部件106通过机械固定部件连接在外壳102的底部侧缘上，如插入部件106的开口108和外壳102开口中的螺钉。
如图2所示，在外壳102内形成一个环形凹槽110。在凹槽110顶部通过铜焊或焊接将外壳102的不锈钢顶盖112连接在外壳102的顶部边缘上。在凹槽110中填充诸如水的冷却流体，所述流体在管103a中流过，并且进入凹槽110。所述水通过管103b流出凹槽110，并且流出外壳102。因此，臂103a和b可以将冷却水能够连续地输送到凹槽110中，并且通过水对X-射线靶部组件100进行连续冷却。
将一个金靶部116插入中央孔114，并且通过铜焊或焊接固定在孔114的边缘上。当靶部116受到电子轰击时，由凹槽110内的水冷却金靶部116的底部。
上述阳极的一个缺陷是，当在一段时间内通过脉冲电子束轰击时，可能在金靶部116上产生疲劳或应力开裂。所述裂纹可能导致X-射线靶部组件100中的水泄露，从而使得X-射线靶部组件100无法工作。所述水泄露还会导致对所述放疗仪上其他部件的显著破坏。
上述X-射线靶部组件100的另一个缺陷是，当铜焊合金接触水时，有可能出现铜焊合金的电蚀。所述腐蚀可能导致在X-射线靶部组件100上出现的漏水裂纹。当所述X-射线靶部组件100处在离子化辐射环境中时会加速所述腐蚀。
发明内容
本发明的一方面涉及X-射线靶部组件，它包括一个外壳，该外壳具有一个凹槽，容纳在所述凹槽中的冷却流体，以及与所述外壳连接的X-射线靶部，其中，所述X-射线靶部不直接接触所述冷却流体。
本发明的第二方面涉及X-射线靶部组件，它包括一个外壳，该外壳具有一个凹槽，与所述外壳连接的X-射线靶部，和容纳在所述凹槽中的冷却流体，其中，通过不容易发生电蚀的结合方式，将所述冷却流体密封在所述凹槽内。
本发明的第三方面涉及连接组件，该组件包括用第一种材料制成的第一部件，和用不同于第一种材料的第二种材料制成的第二部件，其中，所述第一部件与所述第二部件间隔一定间隙。在所述第一部件和第二部件之间的间隙内形成高质量的电子束焊接。
本发明的第四方面涉及一种形成高质量的电子束结合的方法，包括对由第一种材料制成的第一部件和由不同于所述第一种材料的第二种材料制成的第二部件进行定位，以便在它们之间形成一个间隙。在所述间隙上施加一个电子束，以便形成不容易被电蚀的高质量的焊接。
本发明的一个或多个方面具有减少X射线靶部组件上的与应力相关的裂纹的优点。
本发明的一个或多个方面具有减少所述X射线靶部组件上冷却流体泄露的危险的优点。
通过结合附图对典型实施方案的以下说明，可以了解本发明的其他特征和优点。
图1表示已知X射线靶部组件的分解示意图；图2表示图1所示X射线靶部组件的剖视图；图3表示本发明的X射线靶部组件的实施方案的分解示意图；图4表示图3所示X射线靶部组件的剖视图；图5示意性地表示本发明的、采用图3-4所示X射线靶部组件的X射线发生器的实施方案；图6-7表示由图1-6所示X射线靶部组件产生的6MV光子的各种剂量分布曲线；和图8-9表示由图1-5所示X射线靶部组件产生的23MV光子的各种剂量分布曲线。
具体实施例方式
下面将结合图3和4说明根据本发明实施方案的用于包括医学放疗在内的各种用途的X射线靶部组件。X射线靶部组件200在某些方面类似于X射线靶部组件100，因此，用类似编号表示类似部件。
X-射线靶部组件200包括一个不锈钢筒形外壳202，该外壳由一对管103支撑。在外壳202内部，将一个石墨筒形电子吸收器104安装在外壳202的中央，并且支撑在外壳202的一个环状底部部件106上。所述环状底部部件106通过机械固定部件连接在外壳202上，如插入部件106的开口108和外壳202开口中的螺钉。
如图4所示，在外壳202内形成一个环形凹槽210。在凹槽210顶部，通过诸如电子束焊接的工艺将外壳202的铜质散热顶部盖子212连接在外壳202的顶部边缘上，通过这种焊接方法形成不容易受到电蚀的接缝。所述连接需要具有高质量，这意味着具有良好的渗透，并且没有形成空隙或裂纹。在通过电子束焊接工艺在外壳202和顶部盖子212的不类似的金属部件之间形成焊接接缝时，操纵一台电子束焊接机，以便将电子束导向在外壳202和顶部盖子212之间形成的环形间隙的一部分，此时的定位如图4所示。将外壳202放置在旋转平台上，以便整个环形间隙都被电子束焊接。在工作时，所述电子束具有能量为大约110-140keV的电子。所述电子束的电流在大约7-10A范围内，并且所述电子束的直径小于1毫米。所述间隙的尺寸小于0.1毫米，并且所述环形间隙旋转的速度为80-100厘米/分钟。
所述铜质顶部盖子212的形状是环状的，其外径大约为30毫米。顶部盖子212的最大厚度大约为4毫米。如图4所示，顶部盖子212具有一个底部环形凹槽213，该凹槽的内径大约为13毫米，外径大约为23毫米，高度大约为2毫米。所述顶部盖子还包括一个中央环形凹槽215，该凹槽的直径大约为6毫米，深度大约为2毫米。
一旦将顶部盖子212放置在外壳202的顶部，由凹槽210和213合在一起形成一个凹槽217。通过管103a-b在组合的凹槽217中填充诸如水的冷却流体，填充方式与上文所述用水填充凹槽110的方式相同。将圆片216形式的钨X射线靶部插入中央圆形凹槽215。圆片216的直径大约为6毫米，厚度大约为1毫米。通过铜焊材料将圆片216连接在凹槽215的边缘和底部。由于凹槽217中的水不直接接触钨圆片216，当圆片216受到电子轰击时，所述水通过顶部盖子212间接冷却钨圆片216的底部。顶部盖子212起着散热器的作用，并且起着防止铜焊材料发生电蚀的屏障作用。另外，本身很少发生的出现在钨圆片216上的疲劳或应力裂纹，不会导致冷却水的泄露，因为所述冷却水装在顶部盖子212和外壳202内。
应当指出的是，钨材料的圆片216在机械性能上优于金材料的圆片116，因为它具有高出4倍的抗疲劳强度和高出3倍的熔点温度。所使用的钨材料的量是经过选择的，以便产生与上文所述金X射线靶部116相同的输出。
如图5所示，本发明的X射线发生器300包括如上文所述的X射线靶部组件200，和一个粒子源，如带电粒子加速器302。带电粒子加速器302能加速电子304，以便电子撞击钨X射线靶部216，由此导致X射线306的产生。例如，上述X射线发生器可用在放疗仪上。
在实践中，本发明的X射线靶部组件200与结合图1-2所披露的已知X射线靶部组件100相比具有优点。具体地讲，图6-7表示在受到6MeV电子撞击时，这两种X射线靶部组件的相对剂量分布。图8-9表示在受到23MeV电子撞击时，这两种X射线靶部组件的相对剂量分布。从图中可以看出，钨X射线靶部组件200所产生的结果基本上相当于金X射线靶部组件100的结果。因此，本发明从韧致辐射方面产生了几乎与金X射线靶部组件相同的剂量分布，而又没有改变原有金X射线靶部组件的任何其他主要射线部件。
当然，除了上述实施例之外，在本发明的范围内，还存在其他实施方案变化形式。
权利要求
1.一种X-射线靶部组件，它包括一个外壳，该外壳具有一个凹槽；容纳在所述凹槽中的冷却流体；与所述外壳连接的X-射线靶部，其中，所述X-射线靶部不直接接触所述冷却流体。
2.如权利要求1所述的X-射线靶部组件，其中，所述外壳还包括位于所述凹槽上面，并且与所述冷却流体接触的散热器。
3.如权利要求2所述的X-射线靶部组件，其中，所述散热器包括位于所述凹槽上面，并且与所述冷却流体接触的第二凹槽。
4.如权利要求2所述的X-射线靶部组件，其中，所述X-射线靶部与所述散热器连接。
5.如权利要求4所述的X-射线靶部组件，其中，所述X-射线靶部通过铜焊材料与所述散热器连接。
6.如权利要求1所述的X-射线靶部组件，其中，所述X-射线靶部由钨制成。
7.如权利要求2所述的X-射线靶部组件，其中，所述散热器由铜制成，所述X-射线靶部由钨制成。
8.如权利要求7所述的X-射线靶部组件，其中，所述外壳由钢材制成。
9.如权利要求1所述的X-射线靶部组件，其中，所述冷却流体包括水。
10.如权利要求1所述的X-射线靶部组件，其中，通过一种不容易被电蚀的结合将所述冷却流体密封在所述凹槽内。
11.如权利要求10所述的X-射线靶部组件，其中，所述结合是通过电子束焊接形成的。
12.如权利要求1所述的X-射线靶部组件，其中，还包括靠近所述凹槽的石墨电子吸收器。
13.一种X-射线发生器，包括一个加速粒子的粒子源；和一个X-射线靶部组件，包括一个外壳，该外壳具有一个凹槽；容纳在所述凹槽中的冷却流体；与所述外壳连接的X-射线靶部，其中，所述X-射线靶部不直接接触所述冷却流体，并且，所述粒子撞击所述X-射线靶部，以便从所述X-射线靶部上发出X-射线。
14.如权利要求13所述的X-射线发生器，其中，所述X-射线靶部由钨制成。
15.如权利要求13所述的X-射线发生器，其中，所述冷却流体包括水。
16.如权利要求13所述的X-射线发生器，其中，通过一种不容易被电蚀的结合将所述冷却流体密封在所述凹槽内。
17.如权利要求16所述的X-射线发生器，其中，所述结合是通过电子束焊接形成的。
18.如权利要求13所述的X-射线发生器，其中，所述粒子源包括一个带电粒子加速器，而所述粒子是电子。
19.一种X-射线靶部组件，它包括一个外壳，该外壳具有一个凹槽；与所述外壳连接的X-射线靶部；容纳在所述凹槽中的冷却流体，其中，通过不容易发生电蚀的结合方式，将所述冷却流体密封在所述凹槽内。
20.如权利要求19所述的X-射线靶部组件，其中，所述结合是通过电子束焊接形成的。
21.如权利要求19所述的X-射线靶部组件，其中，所述外壳还包括位于所述凹槽上面，并且与所述冷却流体接触的散热器。
22.如权利要求21所述的X-射线靶部组件，其中，所述散热器包括位于所述凹槽上面，并且与所述冷却流体接触的第二凹槽。
23.如权利要求21所述的X-射线靶部组件，其中，所述X-射线靶部与所述散热器连接。
24.如权利要求23所述的X-射线靶部组件，其中，所述X-射线靶部通过铜焊材料与所述散热器连接。
25.如权利要求19所述的X-射线靶部组件，其中，所述X-射线靶部由钨制成。
26.如权利要求21所述的X-射线靶部组件，其中，所述散热器由铜制成，所述X-射线靶部由钨制成。
27.如权利要求26所述的X-射线靶部组件，其中，所述外壳由钢材制成。
28.如权利要求19所述的X-射线靶部组件，其中，所述冷却流体包括水。
29.如权利要求19所述的X-射线靶部组件，其中，还包括靠近所述凹槽的石墨电子吸收器。
30.一种X-射线发生器，包括一个加速粒子的粒子源；和一个X-射线靶部组件，包括一个外壳，该外壳具有一个凹槽；与所述外壳连接的X-射线靶部，其中，所述粒子撞击所述X-射线靶部，以便从所述X-射线靶部上发出X-射线；和容纳在所述凹槽中的冷却流体，其中，通过不容易发生电蚀的结合方式，将所述冷却流体密封在所述凹槽内。
31.如权利要求30所述的X-射线发生器，其中，所述结合是通过电子束焊接形成的。
32.如权利要求30所述的X-射线发生器，其中，所述X-射线靶部由钨制成。
33.如权利要求30所述的X-射线发生器，其中，所述冷却流体包括水。
34.如权利要求30所述的X-射线发生器，其中，所述粒子源包括一个带电粒子加速器，而所述粒子是电子。
35.一种连接组件，该组件包括用第一种材料制成的第一部件；用不同于第一种材料的第二种材料制成的第二部件，其中，所述第一部件与所述第二部件间隔一定间隙；和在所述第一部件和第二部件之间的间隙内形成的高质量的电子束焊接。
36.如权利要求35所述的连接组件，其中，所述第一种材料是钢材。
37.如权利要求35所述的连接组件，其中，所述第二种材料是铜。
38.如权利要求36所述的连接组件，其中，所述第二种材料是铜。
39.如权利要求35所述的连接组件，其中，所述间隙的尺寸小于0.1毫米。
40.一种形成高质量的电子束结合的方法，包括对由第一种材料制成的第一部件和由不同于所述第一种材料的第二种材料制成的第二部件进行定位，以便在它们之间形成一个间隙；和在所述间隙上施加一个电子束，以便形成不容易被电蚀的高质量的焊接。
41.如权利要求40所述的方法，其中，所述电子束具有能量值为大约110keV-140keV的电子。
42.如权利要求40所述的方法，其中，所述电子束具有值为大约7-10A的电流。
43.如权利要求40所述的方法，其中，所述电子束的直径小于1毫米。
44.如权利要求40所述的方法，其中，所述间隙的尺寸小于0.1毫米。
45.如权利要求40所述的方法，其中，所述第一种材料是钢材，而所述第二种材料是铜。
全文摘要
一种X－射线靶部组件，它包括一个外壳，该外壳具有一个凹槽，容纳在所述凹槽中的冷却流体，以及与所述外壳连接的X－射线靶部，其中，所述X－射线靶部不直接接触所述冷却流体。
文档编号H01J35/00GK1509778SQ0315974
公开日2004年7月7日 申请日期2003年9月24日 优先权日2002年9月24日
发明者B·D·埃利, T·H·施泰因伯格, B D 埃利, 施泰因伯格 申请人:美国西门子医疗解决公司