专利名称：穿透式x光管及反射式x光管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种穿透式X光管及一种反射式X光管，尤其涉及可藉由滤波材料将不必要的辐射滤除的一种穿透式X光管及一种反射式X光管。
背景技术：
在采用以铝、钥、钇及铜等材料的低Z滤波材的医学造影方法中，可以藉由所谓铝等效滤波厚度来减少低能量的射线。基本上，此一铝滤波材的等效厚度的范围是0.5-12微米，用以滤掉低能量、长波长的X光，并减少可能对医学造影有害及不必要的辐射。不幸的是，这样的滤光器也过滤掉一大部分有用的X光。非破坏性检验通常不会另加滤波材料，但是当要以特定的Ka线的射线，对进行非破坏性检验造影的物品提供高品质的影像时，移除不必要的高能量的光子也是本发明的目的之一。在医学造影中，化学造影元素，例如是含碘、钆、钡的化合物，会因为其密度及原子数而对周边的软组织产生高的对比度。这些元素的原子数(碘的Z = 53，钡的Z = 56，钆的Z = 64)的重要性在于，相对于传统的X光能量光谱，K吸收边缘值是位于一较佳的能带上。碘的K边缘值是33.17keV (千电子伏特)，钡的K边缘值是37.44keV,钆的K边缘值是50.24keV。当X光光子能量稍微高于化学造影剂的K边缘能量时，可以产生最大的对比度。在特殊医疗程序中，最佳的光谱的选择要考虑到不仅仅是对比度的需求，也要考虑对身体部位能产生必要的穿透性并限制病人所接收到的辐射剂量。不同工业产品，包括但不限于所有种类的电子电路、积体电路、发光二极体及锂电池，在非破坏性造影的案例中，都会有一个能产生最大影像品质的单一最佳能量。然而为了产出高光通量的最佳能量，不可避免地同时也会产生高于最佳能量而有较高能量的光子。较高能量的光子是不必要的，他们会减少影像的对比度。另一方面，当太多不必要的X光照射在感应器上时，感应器过载会是另一个问题。对反射式X光管而言，X光束的光谱是由阳极材料、滤波材料及其厚度、以及在此程序中所选定的电子管电压的组合所决定。靶材的厚度并非重要的问题。X光造影应用上所需要的是一个位于窄而界限分明的光子能带上且具有大量光子的X光光谱，以及利用滤波材滤除那些具有能量高于及或低于该能带的光子，并且尽量避免减损极大化影像品质所需的该能带的光通量。有用的能带与能量高于该能带的光通量比例应该在X光管的散热极限中被最大化。对于医学造影的应用，同时减少不必要的低能量光子而明显降低对于病人的剂量，将明显可提供额外的好处。对于无生命物体的造影，光子的能量可以低到15至20keV，而一般医学造影光子能量接近30keV，而高能量造影光子能量高达 600keV。此一滤波方案可应用反射式及穿透式X光管。当使用穿透式X光管时，所必需的方式是要让有用的X光的量与较高能量的光子的量的比例最佳化。在医疗应用中，所必需的方式是要让有用的X光的剂量与病人所吸收的剂量最佳化，而且同时要减少较有用能带的能量高的光子的量。利用靶材的厚度无法使反射式X光管的光通量最佳化，因此，藉由调整厚度或滤波材的组成以达到想要的结果是有限的。
发明内容
本发明提供一种穿透式X光管，可藉由滤波材料将不必要的辐射滤除。本发明提供一种反射式X光管，可藉由滤波材料将不必要的辐射滤除。本发明提供一种穿透式X光管，该穿透式X光管包括一靶材及一滤波材料。该靶材包括至少一元素，该元素受激发后产生的X光包括K a及Κβ的辐射能量，可照射一物体进行造影。该滤波材料可被该X光所穿过，该滤波材料具有一 k边缘吸收能量，该k边缘吸收能量高于该元素的Ka辐射能量，但低于该元素的Κβ辐射能量。该滤波材料的厚度至少为10微米且少于3毫米。在本发明的一实施例中，该祀材包括钪、钛、钥;、铬、猛、铁、钴、镍、铜、锌、锗、宇乙、银、钥、钉、错、钮、银、锡、锁、俩、铺、钦、礼、铺、摘、钦、辑、钱、镜、锻、給、组、鹤、鍊、依、怕、金、钍、铀或其组合，或由包含上述材料或其组合所形成的元素、化合物、合金、金属间化合物或复合材料。在本发明的一实施例中，该滤波材料包括钛、钇、钆、钌、钒、钐、钕、钍、钦、钯、钴、铈、铌、钽、钥、铜、铬、铱、铒、铑、铕、铟、铪、铷、铥、锌、锑、铽、锆、锰、锡、铼、锶、钨、镍、镉、
镓、锝、镏、镝、铁、镱或其组合，或由包含上述材料或其组合所形成的元素、化合物、合金、金属间化合物或复合材料。在本发明的一实施例中，上述祀材的厚度介于5至500微米之间。在本发明的一实施例中，上述穿透式X光管是用作一 X光显微镜的一 X光光源。在本发明的一实施例中，上述穿透式X光管是用以获得医学造影的影像。本发明提供一种反射式X光管，该反射式X光管包括一靶材及一滤波材料。该靶材包括至少一元素，该元素受激发后产生的X光包括K a及Κβ的辐射能量，可照射一物体进行造影。该滤波材料可被该X光所穿过，该滤波材料具有一 k边缘吸收能量，该k边缘吸收能量高于该元素的Ka辐射能量，但低于该元素的Κβ辐射能量。该滤波材料的厚度至少为10微米且少于3毫米。在本发明的一实施例中，上述反射式X光管是用作一 X光显微镜的一 X光光源。在本发明的一实施例中，上述反射式X光管是用以获得医学造影的影像。当X光光子束所含的光子的能量刚好高于一滤波材料的k边缘值，该材料将会强烈地吸收该特定的光子束。如果发现一滤波物质的吸收边缘是介于入射X光光子束的K a与Κβ线之间，那么此物质可以用来明显地降低Κβ线相对于Ka线的强度，因此该物质被定义为Κβ滤波材料。本发明揭示一穿透式X光管，该X光管的靶材厚度是5-500微米，可以与选定的许多Κβ滤波材料组合，以提供同时将不必要的高能量及不必要低能量的X光滤除，滤除高能量的X光可改善影像品质，以及滤除低能量X光可降低病人在医疗应用所吸收的剂量。本发明同样揭示应用于医疗造影以及非破坏性检验造影的一种反射式X光管及一种滤波材，该滤波材相对于例如是铝或铜等低Z滤波材，可以将剂量降低至一相当低的剂量而不会明显减少对造影有用的X光，且同时减少在反射式X光管的靶材k线以上的高能量光子。厚的穿透式X光管的靶材以及反射式X光管的靶材是选自以下可能的的材料，这些材料包括但不限于钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锗、钇、铌、钥、钌、铑、钯、银、锡、锁、俩、铺、钕、,L、铺、镝、钦、铒、钱、镱、锻、铪、钽、鹤、铼、铱、钼、金、娃或袖。这些被选定的不同的Kβ滤波材的厚度大约10微米至3毫米。本发明的Κβ滤波材可用于形成医学造影以及非破坏性检验的造影，医学造影包括但不限于病人乳房、胸腔、关节、四肢、头骨、腹部、肠胃道、导引高能量照射治疗的影像精准定位或于病人体内进行此种治疗的定位，而非破坏性检验的造影的物体包括但不限于电路板、锡球阵列电路、分散式电子元件、微机电系统(MEMS)装置、小动物、有机及地质样本、半导体晶片封装，以及众多其他用于不同产业的无生命物体。在许多非破坏性检验应用中，这些X光管及其所涵括的K β滤波材可应用于X光显微镜的X光光源。本发明是有关于一种X光的造影，虽然其主要是用以解决医学造影的重大问题，但也可以应用在其他的方面包括对无生命物体非破坏性的X光造影。本发明可应用于使用反射式X光管、穿透式X光管、固态靶管及旋转阳极管的X光造影，以及在医学及非破坏性检验造影中的所有能量的X光。本发明揭示一种方法，在X光管输出光谱中减少低于或高于有用的X光能带的X射线。在X光的应用上，需要高密度的单色X光，而本发明揭示一种采用具有Kβ滤波材料的厚穿透式或反射式靶的组合物，此Κβ滤波材料的厚度将使X光靶的Κβ射线明显减少。在应用上，本发明使用滤波材料的X光管可用以提供X光显微镜的准单色X光光源。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
图1是根据本发明一穿透式X光管的示意图，该穿透式X光管所产生X光经过过滤。图2是根据本发明一反射式X光管的示意图，该反射式X光管所产生X光经过过滤。图3是显示一穿透式X光管的输出光谱，该穿透式X光管具有一金属钆靶材并藉由铝及铜过滤X光。图4是显示一穿透式X光管的输出光谱，该穿透式X光管具有一 20微米厚的金属 L革El材且无滤波材料。图5是显示一穿透式X光管的输出光谱，该穿透式X光管具有一金属钆靶材且具有一金属衫的滤波材料。图6是显示一穿透式X光管的光谱，该穿透式X光管具有一厚的金属钽靶材并以传统的低Z材料进行过滤。图7是显示在无滤波材料时，一 50微米厚的金属钽穿透式靶材与一 100微米厚的金属钽靶材的光谱。图8是显示一穿透式X光管的输出光谱，该穿透式X光管具有一厚度100微米金属钽靶材且具有一厚度80微米的金属镱的滤波材料。
图9是显示一反射式X光管的输出光谱，该反射式X光管是以标准的低Z值滤波材料进行过滤，并与加上80微米厚的金属镱滤波材料的光谱进行比较。图10是显示一金属钥靶材的穿透式X光管经过滤后的输出，该穿透式X光管具有一金属银滤波材料。图11是显示一穿透式X光管的在三个不同厚度且由铥金属制成的滤波材料下的输出光谱，该穿透式X光管具有一钽金属祀材。附图标记:1:末端窗口阳极2:靶材金属箔片3、12:阴极4、10:电子束路径5:选择性对焦机构6:电源供应器7:真空壳体8:X 光11:侧面窗口13:X 光束14:阳极17 36:输出光谱
具体实施例方式图1的穿透式X光管包含了一真空壳体7以及设置在壳体7端部露出于大气中的一端部窗口阳极I。一 X光祀材金属箔片2则定位在端部窗口阳极I上。在一些X光管的端部窗口中，X光靶材与端部窗口是以相同的材料制成，避免X光穿过不同端部窗口材料的问题。当一较厚的靶材强固到足以支撑X光管的真空，不同的端部窗口材料是不必要的。一电子或是光子激发的阴极3射出电子，这些电子会沿着电子束路径4被加速并且打击阳极靶材而产生X光。电源供应器6连接在阴极及阳极之间以对电子束提供加速力。产生的X光8通过端部窗口而逸出X光管。一选择性的对焦机构5基本上是利用电性偏压,使电子束聚焦向上、向下或聚焦在靶材的一个点上。该点在靶材表面最大的尺寸即差不多是焦点的大小。X光包含了 Ka及Κβ特性的辐射，其对于靶材中至少一元素有着独特的关联。在本发明一较佳实施例中，具有靶材厚度达到5微米或200微米的穿透式X光管则被定位在一端部窗口上。当靶材金属箔片及端部窗口是相同的材料时，其厚度可以达到500微米。在本发明一较佳实施例中，是藉由厚度从10微米至3毫米的一 Κβ滤波材料对一穿透式X光管的输出辐射进行过滤。图2为一反射式X光管的不意图，包括有一真空壳体，其中一阴极12及一阳极14位于真空壳体中。阳极14包括一设置在一基板上的X光祀,基板可移除X光照射阳极时产生的热能。电子由阴极射出。一电源供应器6连接在阳极与阴极之间，用以提供一电场，沿着一电子束路径10对由阴极射出的电子进行加速，使电子打击阳极14的一个点，而产生一X光束13，该X光束13经由一侧面窗口 11而射离X光管。电子束照射在靶材上，反射式X光管可以从靶材的同一侧收集到产生的X光。藉由靶材所产生的X光照射在物体上以产生影像，此X光同时包含的Kd及Κβ性质的射线对于靶材中至少一元素是有独特相关性的。在本发明一较佳实施例中，一穿透式X光管的输出藉由一 Κβ滤波材进行过滤，Κβ滤波材的厚度介于10微米至3毫米。开放的穿透式X光管基本上是用于对电子电路以及其他高解析度应用的造影，并且当物体的影像需要较高的倍数时，可作为替代性的X光光源。封闭的穿透式X光管封住真空，而开放的或抽气的穿透式X光管具有一真空帮浦用以连续抽成真空，通常用以经常取代无法操作的管件。为达·成本发明的目的，穿透式X光管同时包括开放的及封闭的穿透式X光管，但排除例外说明的部分。除非特别说明，否则特定的X光管的光谱资料是由Amptek公司型号XR-100的设备所测得，该设备具有一个1_厚的镉碲感测器及IOmils (千分之一英寸)厚的铍滤波材。感测器的设置距离X光管有I公尺，实验采用不同的X光管电流及不同的曝光时间。制成K β滤波材料的元素的k吸收边缘值介于X光靶材的K α线与K β线之间，此X光靶材可用于一穿透式X光管或是一反射式X光管。以下表I针对每一种可能采用的靶材进行说明，这些材料可以形成本发明的一个适当的Κβ滤波材料。表1:用以作为穿透式X光管的K β滤波材的各种材料
权利要求
1.一种穿透式X光管，包括: 一靶材，包括至少一元素，该元素受激发后产生的X光包括K a及Κβ的辐射能量，可照射一物体进行造影；以及 一滤波材料，可被该X光所穿过，该滤波材料具有一 k边缘吸收能量，该k边缘吸收能量高于该元素的Ka辐射能量，但低于该元素的Kβ辐射能量； 其中该滤波材料的厚度至少为10微米且少于3毫米。
2.根据权利要求1所述的穿透式X光管，其中该靶材包括钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锗、钇、铌、钥、钌、铑、钯、银、锡、钡、镧、铈、钕、钆、铽、镝、钦、铒、铥、镱、镏、铪、钽、钨、铼、铱、钼、金、钍、铀或其组合，或由包含上述材料或其组合所形成的元素、化合物、合金、金属间化合物或复合材料。
3.根据权利要求1所述的穿透式X光管，其中该滤波材料包括钛、钇、钆、钌、钒、钐、钕、钍、钦、钯、钴、铈、铌、钽、钥、铜、铬、铱、铒、铑、铕、铟、铪、铷、铥、锌、锑、铽、锆、锰、锡、铼、银、鹤、镍、镉、镓、锝、锻、镝、铁、镱或其组合,或由包含上述材料或其组合所形成的元素、化合物、合金、金属间化合物或复合材料。
4.根据权利要求1所述的穿透式X光管，其中该靶材的厚度介于5至500微米之间。
5.根据权利要求1所述的穿透式X光管，该穿透式X光管是用作一X光显微镜的一 X光光源。
6.根据权利要求1所述的穿透式X光管，该穿透式X光管是用以获得医学造影的影像。
7.一种反射式X光管，包括: 一靶材，包括至少一元素，该元素受激发后产生的X光包括K a及Κβ的辐射能量，可照射一物体进行造影；以及 一滤波材料，可被该X光所穿过，该滤波材料具有一 k边缘吸收能量，该k边缘吸收能量高于该元素的Ka辐射能量，但低于该元素的Kβ辐射能量； 其中该滤波材料的厚度至少为10微米且少于3毫米。
8.根据权利要求7所述的反射式X光管,其中该靶材包括钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锗、钇、铌、钥、钌、铑、钯、银、锡、钡、镧、铈、钕、钆、铽、镝、钦、铒、铥、镱、镏、铪、钽、钨、铼、铱、钼、金、钍、铀或其组合，或由包含上述材料或其组合所形成的元素、化合物、合金、金属间化合物或复合材料。
9.根据权利要求7所述的反射式X光管，其中该滤波材料包括钛、钇、钆、钌、钒、钐、钕、钍、钦、钯、钴、铈、铌、钽、钥、铜、铬、铱、铒、铑、铕、铟、铪、铷、铥、锌、锑、铽、锆、锰、锡、铼、银、鹤、镍、镉、镓、锝、锻、镝、铁、镱或其组合,或由包含上述材料或其组合所形成的元素、化合物、合金、金属间化合物或复合材料。
10.根据权利要求7所述的反射式X光管，该反射式X光管是用作一X光显微镜的一 X光光源。
11.根据权利要求7所述的反射式X光管，该反射式X光管是用以获得医学造影的影像。
全文摘要
本发明揭示一种穿透式X光管及反射式X光管，该穿透式X光管包括一靶材及一滤波材料。该靶材包括至少一元素，该元素受激发后产生的X光包括Kα及Kβ的辐射能量，可照射一物体进行造影。该滤波材料可被该X光所穿过，该滤波材料具有一k边缘吸收能量，该k边缘吸收能量高于该元素的Kα辐射能量，但低于该元素的Kβ辐射能量。该滤波材料的厚度至少为10微米且少于3毫米。
文档编号H01J35/16GK103094030SQ20121018418
公开日2013年5月8日 申请日期2012年6月6日 优先权日2011年10月28日
发明者布鲁斯·布莱恩特·帕森斯, 郑积杰 申请人:和鑫生技开发股份有限公司