具有由吸气材料制成的离子偏转和收集设备的x射线管的制作方法

专利名称：具有由吸气材料制成的离子偏转和收集设备的x射线管的制作方法
技术领域：
本发明涉及借助于x射线管来产生x射线的领域。具体而言，本发明涉及一种包括离子处理装置的x射线管，所述离子处理装置适于收集存在于X射线管的真空罩(evacuated envelope)中的残留粒子。
本发明进一步涉及一种X射线系统，尤其是医学X射线成像系统，其中所述X射线系统包括如上所述的X射线管。
此外，本发明涉及一种用于产生X射线的方法，所述X射线具体用于医学X射线成像。该X射线借助于如上所述的X射线管来产生。
背景技术：
高端及未来的X射线管需要能够提供可变的焦点形状、焦点大小和焦点位置。与传统的x射线管相比，这些管在表示电子源的阴极与其上产生
焦点的靶阳极之间具有较大距离。
图5示意地描绘了这种高端X射线管500。 X射线管500包括电子源510，其适于产生沿着束路径投射并且终止于靶阳极520的电子束515。从电子发射器细丝511释放出电子。与标准的X射线管对比，电子源与耙阳极520之间的距离相对较大。
在电子源510和靶阳极520之间，设置有场电极530。场电极530包括开口 530a。开口 530a允许电子束515穿过所述场电极530。
电子源被连接到高压电源512，其以相对于未描绘的X射线管500的外壳的负高电压(-HV)来分别对电子源510、电子发射丝511供电。靶阳极520和场电极530均连接到地电压电平。因此，在电子源510和耙阳极520之间延伸的整个区域可以分别划分为两个区域在电子源510和场电极530之间延伸的第一区域531以及在场电极530和靶阳极520之间延伸的第二区域532。第一区域531包括电子加速场。第二区域532限定无场或零场区域。在无场区域532中，设置有电子光学元件536以借助适当的电和/或磁多极场来恰当地聚焦电子束515。为了实现最佳的聚焦特性，必须将电子发射器511放置在电子光学系统536的光轴上。
所释放的电子从电子源510朝向靶阳极520被加速。由此，它们穿过开口 530a并且进入它们被聚焦的无场区域532。当在焦点521击中耙阳极520时，接近40%的初始(primary)电子被反向散射并且在无场区域532内沿直线522行进。所述被散射的电子的能量积淀在未描绘的水冷侧壁中。
由于管内并非是理想的真空，所以残余气体的原子和分子可能被电离。这种电离粒子会受高电压和/或光学系统的电磁和静电透镜的影响。这些离子中的一些被朝向电子发射器加速。光学系统会聚焦这些离子，这些离子随后以小点撞击到发射器的表面上。这会损坏发射器结构并由此减少使用寿命或者导致发射器结构的即时故障。特别是，这一情形对于具有高电压加速区域和紧接着的无电场区域的X射线管更加明显。
US 4，521 ，900公开了用于扫描电子束计算层析扫描仪的电子束组件。电子束产生和控制组件在真空密封的外壳室内生成其电子束，所述外壳室抽空内部气体，不可避免地其中存在少量残余气体。通过该室内的适当装置来生成电子束。由于在该室内存在残余气体，所以该电子束的电子将与其相互作用并由此产生阳离子，其产生中和电子束的空间电荷的效应。为了减少这些离子的中和效应，设置了离子清除电极。这些电极被配置为生成正交于电子束的轴的均匀电场。这些电极与势阱横向对准以便从电子束的区域中去除阳离子。
US 2003/0021377公开了移动X射线源，包括低功耗阴极元件和阳极光学元件，该阳极光学元件用于创建无场区域以延长阴极元件的寿命。电场被施加到阳极和阴极，所述阳极和阴极设置在真空管的相对侧上'。阳极包括响应于电子撞击而产生X射线的靶材料。阴极包括产生电子的阴极元件，所述电子响应于所述阳极和阴极之间的电场而被朝向阳极加速。无场区域可以位于阳极以反过来朝向阴极元件抵制阳离子加速。阳极管可以设置于阳极和阴极之间的阳极上，并且被电耦合到所述阳极，使得所述阳极和阳极管具有相同电势，以形成无场区域。吸气材料设置在真空管中以便在真空密封之后去除管中的残余气体。吸气剂可以位于管的无场区域中。US 5,509,045公开了一种X射线管。该X射线管包括真空罩，其中设置有阳极、阴极和吸气屏蔽罩。相对于阳极，所述吸气屏蔽罩布置在阴极后面。吸气屏蔽罩包括护套和帽体。所述帽体限定出环形槽。吸气材料沉积在槽中并且被烧结以限定出一多孔体。吸气材料在制造期间的X射线管正常排气过程中被激活。在X射线管操作期间，余热被帽体吸收用来将吸气材料提升到其泵送温度。
在此需要提供一种X射线管，其能够有效地去除残留的原子和分子。

发明内容
可以通过根据独立权利要求的主题来满足这一需要。由从属权利要求来描述本发明的有益实施例。
依照本发明的第一方面，提供了一种X射线管，包括(a)电子源，其适于产生沿着束路径投射的电子束，(b)靶阳极，其布置在所述束路径内并且适于产生来源于所述电子束焦点的X射线束，以及(c)离子处理装置，其适于偏转并收集由电子束与其中出现散射电子的束路径或空间内存在的原子和分子的碰撞而产生的离子。离子处理装置包括收集器电极，其可充电，以便提供对于至少一些离子的静电吸引力并且其至少部分由吸气材料制成。
本发明的这一方面是基于离子处理装置能够有源地吸引离子并吸收离子的思想。其效果在于可以从X射线管内的大部分区域中有效地去除在所描述的X射线管的真空罩内部产生的离子。与仅包括通常的电极并且仅通过向或从离子中添加或去除至少一个电子来将离子转换为相应的原子或分子的离子处理装置对比，所描述的离子处理装置能够从X射线管的真空室中永久地去除离子和相应的原子或分子。
在抽真空之后被永久地密封的真空罩内容纳X射线管的情况下，永久地去除离子有助于在长时间内将外壳内的残留压力维持在较低水平。
此外，永久地去除残留离子降低了电弧放电率。如果离子进入X射线管的高电压区域，可能发生电弧放电。
此外，永久地去除残留离子减少了以不明确方式影响电子光学元件的空间电荷补偿。此外，永久地去除残留离子减少了电子源的无意的离子轰击，特别是电子源的电子发射器细丝的无意的离子轰击。如果正电荷离子被负电荷电子源吸引并且撞击到电子发射器细丝上，可能发生这种轰击。由于电子发射器细丝一般是机械上非常敏感的元件，所以这种离子轰击可能导致电子
源的加速劣化，从而会显著地縮短x射线管的使用寿命。
所描述的x射线管可以被理解为改进的吸气泵。在这方面，用于产生
X射线的电子束还用于电离在X射线管的真空室内存在的原子和分子。这
意味着电子束用作残留原子和分子的电离装置。由于这一电离效应，可以
从真空室内的相对宽阔空间区域吸引原子和分子。与此相反，在已知的X
射线管中使用的吸气设备仅可以在离子、原子和分子偶尔撞击到吸气材料
上时才分别吸收所述离子、原子和分子。因此，与用于x射线管的已知吸
气设备相比较，显著地提高了所描述的收集器电极的收集效率。
优选地，吸气材料是诸如钛和/或铝-锆合金的金属。因此，当离子接触到吸气材料时，它们立即被中和并且可以被收集器电极永久地吸收。由
此，可以容易地实现从x射线管的真空室中完全去除。
原子和分子一般是位于所描述的x射线管的真空室内的残余气体的原
子和分子。残余气体例如为一氧化碳、氮气、氧气、水、金属蒸气和/或特别是碳氢化合物。
依照本发明实施例，离子处理装置包括另外的电极。这提供了在收集器电极和另外的电极之间可以建立精确限定的电场的优点。由此，可以以在空间上可靠的方式来限定所吸引离子的偏离路径，所述偏离路径在收集器电极终结。这意味着对于在离子处理装置的相互作用区域内，特别是在由收集器电极和另外电极的空间布置所限定的区域内的每个可能的离子位置，给出了预定的离子偏离路径。
在这一点上必须提及的，离子处理装置还可以具有两个以上的电极。通常，离子处理装置可以包括电极的任何多极布置，所述布置适于对位于离子处理装置的相互作用区域中的带电粒子产生吸引力。
依照本发明的进一步实施例，收集器电极相对于地电压处于负电压电平并且另外的电极相对于地电压处于正电压电平。这样的优点在于两个电极都对位于离子处理装置的相互作用区域中的带电粒子产生力。由此，两个力以相互支持方式来共同作用。例如对于负电荷离子来说，收集器电极 向该离子施加吸引力并且另外的电极向负电荷离子施加排斥力。
必须提及的，为了产生所描述的偶极场，两个电极必须连接到与地电
压不同的电源电压。这意味着所描述的X射线管必须具有两个隔离器元件 以便将两个电极与x射线管的外壳相互电隔离。在这方面进一步提及的，
靶阳极也可以处于地电平，而电子源必须处于负的高电压电平以便提供必 需的电子加速电压。
依照本发明的进一步实施例，x射线管进一步包括场电极，其被布置
在电子源和耙阳极之间。由此，限定出(a)在电子源和场电极之间延伸的 第一区域以及在场电极和耙阳极之间延伸的第二区域。场电极适于处于与 耙阳极基本上相同的电压电平。
在这方面必须提及的，场电极包括至少一个小开口，以使得电子束可 以不被衰减的地穿透所述场电极。
在所描述的X射线管设计中，第一区域包括加速从电子发射器释放的 电子所必须的电场。所加速的电子通过开口离开第一区域并且进入限定无 场区的第二区域。其中，所述电子可以朝向靶阳极以直线行进。
提供无场的第二区域的优点在于在第二区域内可以布置电子束处理 设备，诸如电子束聚焦光学元件和/或电子束偏转单元。这些设备可以使用 电和/或磁场来用于各自的电子束处理。束聚焦光学元件可以用于将电子束 指向靶阳极表面上的焦点，借此所述焦点具有预定的但是可变的形状以及 预定的但是可变的尺寸。电子束偏转单元可以用来控制焦点的位置。例 如，焦点可以在至少两个预定的焦点位置之间离散地改变，从而实现多焦 点的X射线管。
依照本发明进一步实施例，离子处理装置位于第二区域中。这样的优 点在于上述离子处理可以在不受电子加速场影响的情况下进行。因此，与 加速电压相比，相对较小的电压就足够用于可靠地偏转及收集存在于所描 述X射线管的真空罩内的离子。
依照本发明进一步实施例，离子处理装置定位为接近电子束。 在这方面，术语"接近"意味着在电离位置的离子处理装置的电场足 够强，以致所生成的离子被吸引到离子处理装置的一个电极。特别是，此电离位置位于电子束内。这意味着离子吸引力适于过度补偿离子的热波 动，所述热波动一般用绝对温度来度量。
术语"接近"还意味着在离子处理装置和束路径之间没有布置X射线 管的其它元件。
在离子处理装置位于基本上无场的第二区域的情况下，由离子处理装 置产生的电场必须强于电子加速场的杂散场，所述杂散场无意地进入无场 的第二区域。
如果离子处理装置包括两个电极，那么优选这些电极直接布置在电子 束的周围。此外，收集器电极和另外的电极可以定位为接近光学电子束聚 焦元件。这意味着可以将离子从它们产生的地方直接去除，即电子束附近
和存在散射电子的区域。这样的优点在于离子将不会进入x射线管的临界
高电压第一区域，从而可以显著地减少电弧放电率。
依照本发明的进一步实施例，x射线管适于控制吸气材料的温度。
在这方面，术语"控制"必须以宽泛的含义来理解。除以所限定的方 式来控制温度之外，术语"控制"还表示适于影响、修改和/或操纵吸气材 料的温度的任何手段。这样的优点在于通过将收集器电极的温度保持在预 定的温度限制内，可以改进所使用的吸气材料的效率。
依照本发明的进一步实施例，吸气材料被加热。通常用于提高吸气材
料的离子捕获能力的最优温度范围高于一般存在于使用中的x射线管内的
平均温度。因此，通过分别加热吸气材料和离子收集器电极，可以显著地 提高吸气电极的效率。
依照本发明的进一步实施例，X射线管进一步包括加热器控制单元，
其适于有源地加热吸气材料。由此，例如借助于在吸气材料上和/或在吸气 材料内安装的加热导线，可以实现有源加热。
所描述的有源加热可以对吸气电极进行非常精确的温度控制。通过使 用合适的温度传感器，可以将温度控制实现为开环或闭环。
依照本发明的进一步实施例，X射线管被设计成无源地加热吸气材 料。由此，通过x射线管的余热，特别是来源于靶阳极的余热，可以实现
分别无源地提高吸气材料和离子收集器电极的温度。所描述的吸气材料的无源加热的优点在于不必向离子收集器电极提供 额外的电连接就可实现温度升高，所述额外的电连接用于对安装在吸气材 料上和/或在吸气材料内的加热导线供电。因此，通过避免进一步的电缆连
接，所描述的x射线管的整体结构相对简单，从而可保持所描述的x射线
管的制造成本相对较低。
依照本发明的进一步实施例，x射线管被设计成借助于主要源于靶阳
极上的焦点的散射电子来加热吸气材料。由此，在靶阳极的表面上的焦点 中产生散射电子，并且如果靶阳极位于基本上无场的第二区域中，那么散 射电子基本上沿直线行进。当分别击中吸气材料和离子收集器电极的表面
时，电子在块体材料中释放它们的能量。在x射线管的操作期间，这导致
自动加热离子收集器电极。
温度升高的高度取决于离子收集器电极与x射线管的任何冷却表面的
热触点。因此，有意设计的小的热触点将导致相对较大的温度升高。换句 话说，通过在离子收集器电极和冷却表面之间提供适当的热导率，可以选 择离子收集电极的适当温度范围。
借助于散射电子来无源加热离子收集电极的优点在于当x射线管进入
操作时吸气材料的加热立即开始。
依照本发明的进一步实施例，X射线管进一步包括屏蔽元件，其至少
覆盖收集器电极的预定部分以避免被散射电子击中。这样的优点在于可以 分别保护离子收集器电极和吸气材料避免过热，使得温度不会超过温度上 限。在这种温度上限以上，将会降低吸气材料的离子吸收效率。
可以借助于简单的突起来实现离子收集器的屏蔽，其提供了对散射电 子的屏蔽效应。突起可以形成在围绕电子束路径的管型部件内。
必须提及的，还可以以减少散射电子的粒子辐射量的方式来设计屏蔽 元件。换句话说，屏蔽元件不会完全吸收和/或反射指向一部分收集器电极
的电子；所述屏蔽元件仅仅减少作用于收集器电极的辐射量。这样的优点 在于对于离子收集器电极的所有部分可以有效地避免由于大范围电子轰击 所导致的损坏或加速退化。依照本发明的进一步实施例，X射线管被设计成借助于热辐射和/或借
助于热传导来加热吸气材料，该热传导来源于耙阳极并且终止于吸气电 极。
由此特别地是，热辐射和热传导可以分别源于靶阳极，所述靶阳极一
般代表了所描述x射线管内的最热元件。然而，其它热源也可以用来借助
于热辐射和/或热传导来加热吸气材料。如上面已经指出，这样的优点还在
于当X射线管进行操作时吸气材料的加热将自动开始。
依照本发明的进一步实施例，x射线管进一步包括衰减元件，所述衰
减元件至少保护收集器电极的预定部分以避免被热辐射照射和/或避免借助 于热传导来加热。
提供衰减元件还可以防止收集器电极过热，使得温度不会超过温度上
限。因此，衰减元件可以布置在所描述的x射线管内的任何适当的位置。 依照本发明的另一方面，提供了一种x射线系统，特别是像计算层析
成像系统的医学X射线成像系统。所提供的X射线系统包括依照上述实施
例中任何一个的x射线管。
本发明的此方面是基于以下思想对于各种X射线系统、特别是对于
用于医学诊断的X射线系统来说，可以依照有益的方式来使用上述X射线管。
必须提及的，所描述的x射线系统还可以用于除医学成像之外的其它
目的。例如，所描述的x射线系统还可以用于例如行李检査设备的安全系统。
依照本发明的进一步方面，提供了一种用于产生x射线，特别是产生
用于像计算层析的X射线的方法。所提供的方法包括使用依照X射线管的 上述实施例中的任何一个的X射线管。
应当注意，已经参考不同的主题描述了本发明的实施例。具体而言， 己经参考设备类型权利要求描述了一些实施例，而参考方法类型权利要求 描述了其它实施例。然而，本领域技术人员根据以上和下面的描述将了解 除非另外说明，否则属于一类主题的任何特征组合以及在与不同主题相关 的特征之间的任何组合，特别是在设备类型权利要求的特征和方法类型权 利要求的特征之间的任何组合也被认为被本申请所公开。根据以下描述的示例性实施例，本发明的上述方面和进一步方面将变 得更加清楚，并且参考实施例的例子来进行解释。以下将参考实施例的例 子来更详细地描述本发明，但是本发明并不受此限制。


图1示出了 x射线管的截面图，所述x射线管配备有包括两个电极的
离子处理装置，其中所述电极横向上布置在电子束路径上。
图2a示出了垂直于图1中所描绘的离子处理装置的电子束轴的截面图。
图2b示出了图1中所描绘的离子处理装置的截面图，其中指示了朝向 离子收集器电极的若干离子路径。
图3a示出了离子处理装置的截面图，所述离子处理装置由来源于耙阳 极上的焦点的散射电子加热。
图3b示出了离子处理装置的截面图，所述离子处理装置通过突起来部 分地避免接收散射电子的轰击。
图4示出了依照本发明实施例的计算层析(CT)系统的简化示意图， 其中CT系统配备有多电子束X射线管。
图5示出了现有技术X射线管的示意图，包括在电子源和耙阳极之间 的相对较大距离和其中布置有电子光学元件的无场区域。
具体实施例方式
附图中的说明是示意性的。应当注意，在不同的附图中，类似的或同 样的元素具有相同的附图标记或与相应的附图标记相比只是第一位数字不 同的附图标记。
图1示出了x射线管ioo的截面图。X射线管IOO包括具有电子发射 器111的电子源110。当加热时，电子发射器111能够释放沿着束路径115 投射的电子。为清楚起见，在图1中并未表示出类似文纳尔圆筒(Wehnelt cylinder)的束光学元件。
X射线管100还包括高压电源112，其被连接到电子源IIO。高压电源 以负高电压-HV来对电子源110供电。场电极130被布置在电子源110和靶阳极120之间。根据这里所描述的实施例，场电极130是具有不同直径 的管状元件。因此，在图l所描绘的截面图中，场电极130具有部分围绕 电子源IIO的相当复杂的形状。
必须提及，可以利用不同类型的靶阳极来实现本发明。特别是，靶阳 极120可以是可旋转阳极或固定阳极。
场电极130和靶阳极都被连接到相对于未描述的X射线管100的外壳 的电接地电平。因此，在电子源IIO和靶阳极120之间延伸的整个区域可 以被分别划分为两个区域在电子源110和场电极130之间延伸的第一区 域131以及在场电极130和靶阳极120之间延伸的第二区域132。第一区域 131包括电子加速场。第二区域132限定了无场或零场区域。在无场区域 132中，可以布置电子光学元件(未描绘)以便将电子束115恰当地聚焦到 靶阳极120上。由此，限定出焦点121。
所释放的电子从表示阴极的电子源110被加速到耙阳极120。由此，它 们穿过开口 130a并且进入无场区域132。当撞击到靶阳极120上时，它们 产生来源于焦点121的X射线束。
由于管内不是理想的真空，所以残余气体的原子和分子能够被电子束 115以及从焦点121反射的散射电子电离。从而产生离子150。
为了补偿X射线管的某些部件过热，提供了水冷侧壁135。根据这里 所描述的实施例，水冷侧壁135与场电极130 —体形成。
所描述的X射线管100配备有离子处理装置140。离子处理装置140 包括两个电极离子收集器电极141和另外的电极142。电极141、 142被 直接挨着电子束路径115布置。在这里，术语"直接"意味着在电极141、 142中的每个与电子束路径115之间不存在其它任何元件。
相对于未描绘的处于地电压电平的外壳，离子收集器电极141被连接 到负电压-V。另外的电极142相对于地电平被连接到正电压+V。由此， 在两个电极141、 142之间产生电偶极场，这一电场将阳离子150吸引到离 子收集器电极141。相应的离子路径用附图标记152来表示。
必须提及的，在离子路径152的第一部分内，离子150可以被电子源 110和靶阳极120之间延伸的剩余电场所吸引。然而，当接近离子处理装置 140的相互作用区域时，离子150将遭受由两个电极141、 142产生的电偶极场。取决于离子150的极性，这使离子朝向电极141、 142之一偏转。
必须提及的，离子处理装置140也可以包括两个以上的电极或仅一个 收集电极。例如，离子处理装置140可以是单极、四极、五极、六极或八 极的。通常，离子处理装置可以包括电极的任何多极布置，所述多极布置 适于产生对处于离子处理装置140的相互作用区域中的带电粒子的吸引力。
两个电极141、 142均由吸气材料制成，当离子150接触到各自电极时 所述吸气材料能够永久地吸收所述离子150。吸气材料是诸如钛和/或铝-锆 合金的金属。因此，当离子150接触吸气材料时，它们立即被中和。这使 得永久吸收离子150更加容易。永久地去除离子150有助于在机壳内维持 低残留压力达较长时间。从而，还减小了由进入第一电子加速区域131的 原子和分子所引起的残留电弧放电率。
如从图1中可以看出，离子收集器电极141被电耦合到加热器控制单 元145。另外的电极142同样设置。然而，为了附图清楚起见，在图1中省 略了相应的电缆。加热器控制单元145能够以热电流为未描绘的热导线供 电。热电流可以是AC或DC电流。
热导线被安装在电极141、 142内或在电极141、 142上，从而允许两 个电极的吸气材料被加热。通过加热电极，可以分别显著地提高吸气材料 的吸气效率和吸气率。通过有源地控制提供给两个电极141、 142的热电流， 可以避免吸气材料的有害过热。
与此相反，已知的X射线管也包括无电场区域但是不包括所描述的离 子处理装置140，因而存在使发射器结构加速劣化的风险。这种劣化可以由 在无电场区域内产生的离子造成，例如通过残留原子和分子与电子束的碰 撞所产生的离子。这些离子中的一些被朝向电子发射器加速。布置在无电 场区域内的电子光学系统可以聚焦这些离子，所述离子随后以小点撞击到 发射器的表面上。这会损坏发射器结构并由此减少使用寿命或者导致即时 故障。
必须提及的，在没有无电场区域的标准X射线管内也可能出现所描述 的电子源的离子轰击而诱发劣化。然而，这一情形对于具有高电压加速区 域和紧接着的无电场区域的高端X射线管尤其明显。
在这里，所描述的离子处理装置140可以被解释为防止离子150进入高电压加速区域131的可靠障碍物。
所描述的X射线管适用于其中必须避免离子轰击到电子发射器上以维 持X射线管稳态运行的任何领域。另外，所描述的X射线管适用于在电子 射束管中减少由离子所诱发的电弧放电率。
图2a示出了垂直于图1中所描绘的离子处理装置140的电子束轴的截 面图，所述离子处理装置现在用附图标记240来标示。连接到电接地电平 的场电极230呈管状。在场电极230中间，布置有离子收集器电极241和 另外的电极242。电极241、 242都包括弧形。离子收集器电极241连接到 负电压-V。另外的电极242被连接到正电压+V。电绝缘元件243被提供用 于分别在接地的场电极230和离子收集器电极241之间以及在接地的场电 极230和另外的电极242之间实现电分离。
图2b示出了离子处理装置240的截面图。在两个电极241和242之间 延伸的电偶极场导致作用于离子250的静电力，所述离子由未描绘的电子 束和未描绘的散射电子产生。图中还指示了朝向离子收集器电极241的若 干离子路径252。
图3a示出了根据本发明进一步实施例的离子处理装置340的截面图。 根据上述实施例，离子处理装置340也被布置在管状场电极330内，所述 管状场电极330代表了水冷侧壁335。离子处理装置340包括两个电极收 集器电极341和另外的电极342，两者至少部分地由吸气材料制成。
与上述实施例对比，吸气材料未被有源地加热。相反，吸气材料以无 源方式来加热。具体而言，电极341和342由包括电子的粒子辐射来加热。 依照这里所描述的实施例，这些电子由反向散射电子来产生，所述反向散 射电子在靶阳极上的焦点处产生并且所述反向散射电子在无电场区域内沿 直线行进。这些散射电子用箭头322来表示。当击中表面时，电子在电极 341、 342的块体材料中释放它们的能量。
必须提及的，电极341、 342还可以通过在耙阳极和电极341、 342之 间的热辐射和/或热传导来加热。
超过温度极限降低了离子吸气率，所述温度极限取决于所使用的吸气 材料。因此，避免过热是有益的。
图3b示出了对于固定几何形状的离子处理装置340来说限制能量释放的原理可能性。屏蔽元件337覆盖电极341和342的限定部分，并由此减 少了撞击到电子341和342上的电子数目。因此，相对于图3a中所示出的 实施例，电极341和342的最高温度降低了 。
根据这里所描述的实施例，屏蔽元件是在管状场电极330上形成的简 单突起。然而，显然还可以使用其它类型的屏蔽元件以实现减少散射电子 和/或热辐射强度的相同技术效果。
必须提及的，由于没有在施加负载结束之前达到最高温度，通过散射 电子322的无源加热与上述利用加热导线的有源加热相比不那么精确。然 而，用于实现加热的努力对于无源替代方式而言要小得多，无源替代方式 也可以通过热辐射和/或热传导来实现。
图4示出了计算层析(CT)设备470，其也被称为CT扫描仪。CT扫 描仪470包括机架471，其可围绕旋转轴472旋转。所述机架471借助于电 机473来驱动。
附图标记475表示诸如X射线管的辐射源，所述辐射源发射多频谱辐 射477。 X射线管475是对应于任何上述实施例的X射线管。
CT扫描仪470进一步包括孔径系统476，所述孔径系统476将从X射 线管475发出的X辐射形成为辐射束477。可以是锥形或扇形束477的辐 射束477被引导，使得它穿过感兴趣区域480a。根据这里所描述的示例性 实施例，感兴趣区域是患者480的头部480a。
患者480位于操作台482上。患者的头部480a被安置在机架471的中 央区域中，所述中央区域表示CT扫描仪470的检查区域。在穿过感兴趣区 域480a之后，辐射束477撞击到辐射探测器485上。为了能够抑制X辐射 被患者的头部480a散射并且以倾斜角度撞击到X射线探测器485上，提供 了未描绘的防散射格栅。防散射格栅优选直接位于探测器485前面。
X射线探测器485被布置在与X射线管475相对的机架471上。探测 器485包括多个探测器元件485a，其中每个探测器元件485a能够检测已经 通过患者480的头部480a的X射线光子。
在扫描感兴趣区域480a期间，X射线源485、孔径系统476和探测器 485在由箭头487表示的旋转方向上与机架471 —起旋转。为了旋转机架 471 ，电机473被连接到电机控制单元490，其本身连接到数据处理设备495。数据处理设备495包括重构单元，其可以借助于硬件和/或软件来实现。重 构单元适于根据在各个观察角度下获得的多个2D图像来重构3D图像。
此外，数据处理设备495还用作控制单元，其与电机控制单元490通 信以使机架471的运动与操作台482的运动相协调。操作台482的直线移 位由电机483来执行，其也连接到电机控制单元490。
在CT扫描仪470操作期间，机架471旋转并且同时操作台482平行于 旋转轴472直线移动，从而执行对感兴趣区域480a的螺旋扫描。应当注意， 还可以执行环形扫描，其中在与旋转轴472平行的方向上没有位移，而只 是围绕旋转轴472来旋转机架471。由此，可以高精度地测量头部480a切 片。通过在对于每个离散的操作台位置已执行至少一个半机架旋转之后， 与旋转轴472平行地以离散的步进顺序地移动操作台482，可以获得患者头 部的更大的三维表示。
探测器485被耦合到前置放大器488，该前置放大器488自身被耦合到 数据处理设备495。处理设备494能够基于多个不同的X射线投射数据集 来重构患者头部480a的3D表示，其中所述X射线投射数据集已经以不同 的投射角度获取。
为了观察患者头部480a的重构的3D表示，提供了显示器496，所述 显示器496耦合到数据处理设备495。另外，还可以由打印机497来打印 3D表示透视图的任意切片，所述打印机497也耦合到数据处理设备495。 此外，数据处理设备495也可以耦合到图片存档及通信系统498 (PACS)。
应当注意，配备在CT扫描仪470内的监视器496、打印机497和/或其 它设备可以本地布置在计算层析设备470中。或者，这些组件可以远离CT 扫描仪470，诸如在研究所或医院内的其它地方，或完全不同的位置，这一 位置经由诸如互联网、虚拟专用网络等的一个或多个可配置网络来链接到 CT扫描仪470。
应当注意，术语"包括"并不排除其它元件或步骤并且"一个"或 "一种"并不排除多个的情况。还可以组合与不同实施例相关联描述的元 件。还应当注意，权利要求中的附图标记不应被解释为对权利要求范围的 限制。
为了概括本发明的上述实施例，可以声明描述了一种包括离子处理装置140的X射线管100，所述离子处理装置140 具有至少一个离子收集器电极141 。所述离子收集器电极141至少部分由吸 气材料制成。所述离子处理装置140特别有益于包括无电场区域131的高 端X射线管。所述离子处理装置140产生偏转离子150的电场。当撞击到 吸气电极141上时，离子150被永久地收集并因此从所述X射线管100的 真空罩内部去除。这避免了离子轰击到X射线管100的电子发射器111 上。另外，可以显著地减小由残余气体引起的电弧放电率。吸气材料的加 热可以利用加热导线来实现，或通过散射电子322对包括吸气材料的电极 341、 342的限定轰击来实现。
附图标记的列表
100 X射线管
110 电子源
111 电子发射器细丝
112 高压电源
115 电子束/束路径
120 靶阳极
121 焦点
125 X射线束
130 场电极 130a 开口
131 第一区域/电子加速区域
132 第二区域/无场区域 135 水冷侧壁
140 离子处理装置
141 收集器电极
142 另外的电极 145 加热器控制单元 150 离子
152 至离子收集器电极141的离子路径230 场电极
240 离子处理装置
241 收集器电极
242 另外的电极
243 电绝缘元件 250 离子
252 至收集器电极241的离子路径
322 散射电子
335 水冷侧壁
337 屏蔽元件/突起
330 场电极
340 离子处理装置
341 收集器电极
342 另外的电极
470 医学X射线成像系统/计算层析设备
471 机架
472 旋转轴
473 电机
475 X射线源/ X射线管
476 孔径系统
477 辐射束
480 感兴趣的对象/患者 480a感兴趣区域/患者头部
482 操作台
483 电机
485 X射线探测器 485a探测器元件
487 旋转方向
488 脉冲鉴别器单元
490 电机控制单元495数据处理设备(包含重构单元)监视器
497打印机
498图片存档及通信系统(PACS)
500X射线管
510电子源
511电子发射器细丝
512高压电源
515电子束/束路径
520耙阳极
521焦点
522散射电子
530场电极
530a开口
531第一区域/电子加速区域
532第二区域/无场区域
536电子光学元件
2权利要求
1、一种X射线管，包括电子源(110)，其适于产生沿着束路径投射的电子束(115)，靶阳极(120)，其布置在所述束路径(115)内并且适于产生来源于所述电子束(115)的焦点(121)的X射线束(125)，以及离子处理装置(140)，其适于偏转并适于收集由所述电子束或散射电子(115)与所述束路径内存在的原子和分子的碰撞而产生的离子(150)，其中所述离子处理装置(140)包括收集器电极(141)，-所述收集器电极(141)可充电，以便提供对于至少一些所述离子(150)的吸引力并且-所述收集器电极(141)至少部分由吸气材料制成。
2、 如权利要求1所述的X射线管，其中 所述离子处理装置(140)包括另外的电极(142)。
3、 如权利要求1所述的X射线管，其中 所述收集器电极相对于地电压处于负电压电平，并且 所述另外的电极(142)相对于地电压处于正电压电平。
4、 如权利要求1所述的X射线管，还包括场电极(130、 230、 330)，其布置在所述电子源(110)和所述靶阳 极(120)之间，从而限定出-在所述电子源(110)和所述场电极(130)之间延伸的第一区域(131)，以及-在所述场电极(130)和所述靶阳极(120)之间延伸的第二区域(132)， 由此所述场电极(130)适于处于与所述靶阳极(120)基本上相同的 电压电平。
5、 如权利要求4所述的X射线管，其中所述离子处理装置(140)设置在所述第二区域(132)中。
6、 如权利要求1所述的X射线管，其中 所述离子处理装置(140)设置为接近所述电子束(115)。
7、 如权利要求1所述的X射线管，其中所述X射线管(100)适于控制所述吸气材料(141、 142、 341、 342)的温度。
8、 如权利要求7所述的X射线管，其中 所述吸气材料(141、 142、 341、 342)被加热。
9、 如权利要求8所述的X射线管，还包括加热器控制单元(145)，其适于有源地加热所述吸气材料(141)。
10、 如权利要求8所述的X射线管，其中 所述X射线管被设计为无源地加热所述吸气材料(341、 342)。
11、 如权利要求10所述的X射线管，其中所述X射线管被设计为借助于主要来源于所述耙阳极上的所述焦点的 散射电子(322)来加热所述吸气材料(341、 342)。
12、 如权利要求11所述的X射线管，还包括屏蔽元件(337)，其至少覆盖所述收集器电极(341)的预定部分以 避免被所述散射电子(322)击中。
13、 如权利要求10所述的X射线管，其中所述X射线管被设计为借助于在所述靶阳极和吸气电极之间的热辐射 和/或热传导来加热所述吸气材料。
14、 如权利要求13所述的X射线管，还包括衰减元件，其至少保护所述收集器电极的预定部分以避免被所述热辐 射照射和域避免借助于热传导被加热。
15、 一种X射线系统，特别是像计算层析成像系统(470)的医学X 射线成像系统，所述X射线系统包括如权利要求1所述的X射线管(100)。
16、 一种用于产生X射线，特别是产生用于像计算层析成像的医学X 射线成像的X射线的方法，所述方法包括使用如权利要求1所述的X射线管(100)。
全文摘要
本发明描述了一种包括离子处理装置(140)的X射线管(100)，所述离子处理装置(140)具有至少一个离子收集器电极(141)。所述离子收集器电极(141)至少部分由吸气材料制成。所述离子处理装置(140)特别有益于包括无电场区域(131)的高端X射线管。所述离子处理装置(140)产生偏转离子(150)的电场。当撞击到吸气电极(141)上时，所述离子(150)被永久地收集并因此从所述X射线管(100)的真空罩的内部去除。这避免了对X射线管(100)的电子发射器(111)的离子轰击。另外，可以显著地减小残余气体所引起的电弧放电率。吸气材料的加热可以利用加热导线或通过散射电子(322)对包括吸气材料的电极(341、342)的限定轰击来实现。
文档编号H01J35/04GK101523543SQ200780038402
公开日2009年9月2日 申请日期2007年10月10日 优先权日2006年10月16日
发明者S·胡特曼 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司