CT系统及其冷阴极X射线管的制作方法

本发明涉及场发射的技术领域，特别是涉及一种CT系统及其冷阴极X射线管。

背景技术：

冷阴极X射线管具有体积小、快速开关和可编程控制等优点。冷阴极X射线管一般应用于CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)系统。冷阴极X射线管的工作原理是：首先，在真空环境中，冷阴极在电场的作用下产生一定速度的电子束流；其次，电子束流经过聚焦电场和阳极电场的加速，以轰击阳极靶；再次，电子束中的电子轰击阳极靶；最后，当电子束中的电子轰击阳极靶后，通过韧致辐射产生X射线。

当工作时，冷阴极X射线管内的99％的电子束的动能都转化为热能，这些热量停留于阳极靶上，使阳极靶的温度升高。随着工作时间的延长，热量将逐渐累积，使阳极靶的温度逐渐上升，从而使阳极的温度上升，大大降低了冷阴极X射线管的可靠性。由于CT系统所用的冷阴极X射线管一般在大功率的条件下工作，冷阴极X射线管的阳极的热量的累积问题更加严重。所以，上述的冷阴极X射线管存在阳极的散热性能较差的问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对冷阴极X射线管存在阳极的散热性能较差的问题，提供一种CT系统及其冷阴极X射线管。

一种冷阴极X射线管，包括：

壳体，开设有腔体、第一安装孔和第二安装孔，所述腔体分别与所述第一安装孔和所述第二安装孔连通；所述腔体具有真空度；

阳极，部分所述阳极位于所述腔体内，且所述阳极的两端分别伸出所述第一安装孔和所述第二安装孔；所述阳极上开设有沿所述阳极的延伸方向延伸的容置腔，所述容置腔内填充有冷却液；以及

循环组件，分别连接于所述阳极的两端，所述循环组件驱动所述冷却液循环流动于所述容置腔内。

在其中一个实施例中，冷阴极X射线管还包括阴极，所述阴极位于所述腔体内与所述壳体连接，所述阴极用于产生并发射电子束，所述电子束轰击所述阳极，以形成X射线。

在其中一个实施例中，所述壳体上设有出射窗；所述阳极上设有斜面，所述电子束轰击于所述斜面上，所述斜面用于形成并反射所述X射线；经过所述斜面反射后的所述X射线能够从所述出射窗射出。

在其中一个实施例中，所述阴极所在的平面与所述斜面之间的夹角为5°～15°，使从出射窗射出的X射线具有较佳的焦斑。

在其中一个实施例中，所述阴极包括衬底，以及涂覆于所述衬底上的冷阴极层，所述衬底为钢片或铜片或钛片或钼片；所述冷阴极层的材料选自碳纳米管和石墨烯中的至少一种。

在其中一个实施例中，冷阴极X射线管还包括栅极和第一垫片；所述栅极包括栅网和支架，所述支架上开设有开口，所述栅网设置于所述开口上；所述第一垫片设置于所述支架与所述阴极之间，所述电子束能够透过所述开口，使用时，可以根据需要更换不同厚度的第一垫片，以调节支架与阴极之间的间距。

在其中一个实施例中，冷阴极X射线管还包括聚焦极、第二垫片和第三垫片；

所述聚焦极包括第一聚焦极和第二聚焦极，所述第一聚焦极与所述第二聚焦极相互平行，所述第二聚焦极位于所述第一聚焦极远离所述栅极的一侧，所述第二垫片设置于所述第一聚焦极与所述支架之间，所述第三垫片设置于所述第一聚焦极与所述第二聚焦极之间；所述聚焦极用于对所述电子束进行聚焦；

所述第一聚焦极上开设有第一聚焦孔，所述第二聚焦极上开设有第二聚焦孔，所述电子束能够分别通过所述第一聚焦孔和所述第二聚焦孔，使用时，可根据需要更换不同厚度的第二垫片和第三垫片，以调节第一聚焦极与支架之间、第一聚焦极与第二聚焦极之间间距，使聚焦极对电子束的聚焦效果达到最佳。

在其中一个实施例中，所述阳极的材料为钨或钼。

在其中一个实施例中，所述真空度的范围值为大于或等于10^-11毫米汞柱且小于或等于10^-6毫米汞柱。

一种CT系统，包括上述的冷阴极X射线管。

上述的CT系统及其冷阴极X射线管，可将阴极设于腔体内，使阴极产生并发射的电子束能够轰击到阳极上，以产生X射线；由于阳极的两端分别伸出第一安装孔和第二安装孔，阳极上开设有沿阳极的两端延伸的容置腔，容置腔填充有冷却液，以免阳极上的温度过高；又由于循环组件分别连接于阳极的两端，且冷却液经循环组件的驱动流动于容置腔内，使电子束轰击到阳极上产生的热量能够经冷却液带出容置腔进行快速冷却，从而解决了冷阴极X射线管存在阳极的散热性能较差的问题。

附图说明

图1为一实施例的冷阴极X射线管的剖视图；及

图2为图1所示冷阴极X射线管的另一角度的剖视图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对CT系统及其冷阴极X射线管进行更全面的描述。附图中给出了CT系统及其冷阴极X射线管的首选实施例。但是，CT系统及其冷阴极X射线管可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对CT系统及其冷阴极X射线管的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在CT系统及其冷阴极X射线管的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一实施例的冷阴极X射线管10可应用于一CT系统(图未示)中。冷阴极X射线管10包括壳体100、阳极200以及循环组件(图未示)。壳体100开设有腔体110、第一安装孔120和第二安装孔130，腔体110分别与第一安装孔120和第二安装孔130连通。腔体110具有一定的真空度。在本实施例中，壳体100呈长方体状，壳体100上开设有长方体的腔体110。第一安装孔120和第二安装孔130均开设于壳体100的顶面上，且均与腔体110连通。

在本实施例中，腔体110为真空腔体。壳体100为真空密闭容器，可由玻璃或陶瓷或其他材质封装而成。具体在本实施例中，壳体100由玻璃封装而成。在其他实施例中，腔体110也可以是非密闭的真空腔体，腔体110的真空度通过机械泵或分子泵或离子泵抽真空的方式来维持。在其中一个实施例中，真空度的范围值为大于或等于10^-11毫米汞柱且小于或等于10^-6毫米汞柱。

如图1所示，阳极200的两端分别伸出第一安装孔120和第二安装孔130至腔体110外，阳极200的其他部分位于腔体110内。阳极200上开设有沿阳极200的延伸方向延伸的容置腔210，容置腔210内填充有冷却液212。冷却液212具有导热性。循环组件分别连接于阳极200的两端，循环组件驱动冷却液212循环流动于容置腔210内。在本实施例中，阳极200的横截面呈U字型。冷却液212具有导热性和耐高压性。在其中一个实施例中，冷却液212为甲基硅油，在其他实施例中，冷却液212还可以是乙基硅油或苯基硅油等。电子束轰击阳极200所产生的热量能够快速传导至容置腔210内的冷却液212，并经由循环组件迅速带走。

如图1所示，在其中一个实施例中，冷阴极X射线管10还包括第一密封垫300和第二密封垫400，第一密封垫300和第二密封垫400分别套接于阳极200的两端，且至少部分第一密封垫300位于第一安装孔120内，至少部分第二密封垫400位于第二安装孔130内，以提高腔体110与阳极200两端的交接处的密封性，使腔体110具有更好的真空效果。

在其中一个实施例中，循环组件包括驱动泵和连接管道，驱动泵设置于连接管道上。连接管道的两端分别连接于阳极200的两端，以与容置腔210连通，形成闭合流道。驱动泵驱动冷却液212在闭合流道上循环流动，实现对阳极200进行散热。在本实施例中，驱动泵为油泵。在其中一个实施例中，连接管道上设有鳍片，使流经连接管道的冷却液212通过鳍片与外界的空气进行热交换。

在其中一个实施例中，鳍片的数目为多个，多个鳍片均匀分布于连接管道的外壁上。可以理解，不仅限于通过在连接管道的外壁上设置鳍片以加速散热的散热方式。在其他实施例中，还可以在邻近连接管道处设置风扇，风扇对连接管道进行散热。在其中一个实施例中，循环组件还包括储油箱，储油箱设于连接管道上。

如图1、图2所示，在其中一个实施例中，冷阴极X射线管10还包括阴极500，阴极500位于腔体110内与壳体100连接。阴极500用于产生并发射电子束510，电子束510轰击阳极200，以形成X射线。在本实施例中，阴极500位于腔体110内与壳体100的底面连接。在其中一个实施例中，阴极500包括衬底520，以及涂覆于衬底520上的冷阴极层530，衬底520为钢片或铜片或钛片或钼片。冷阴极层530的材料选自碳纳米管和石墨烯中的至少一种。在本实施例中，衬底520为钢片，冷阴极层530的材料为碳纳米管。冷阴极层530的数目为多个，多个冷阴极层530呈直线状设置于衬底520上。在其他实施例中，多个冷阴极层530还可以呈圆形状或多边形状或其他形状设置于衬底520上。

在其中一个实施例中，冷阴极层530可以通过电泳沉积法或化学气相沉积法涂覆于衬底520上，使冷阴极层530的形状和尺寸可以通过光刻工艺进行精确控制。在本实施例中，冷阴极层530的形状为椭圆形或长方形，以满足反射式的阳极200的结构能够获得各向尺寸一致的X射线的焦点。

如图2所示，在其中一个实施例中，壳体100上设有出射窗140。阳极200上设有斜面220，电子束轰击于斜面220上，斜面220用于形成并反射X射线。经过斜面220反射后的X射线能够从出射窗140射出。在本实施例中，出射窗140为铝窗或铍窗。在其中一个实施例中，阴极500所在的平面与斜面220之间的夹角为5°～15°，使从出射窗140射出的X射线具有较佳的焦斑。在本实施例中，阴极500所在的平面与斜面220之间的夹角为10°。

如图2所示，在其中一个实施例中，冷阴极X射线管10还包括栅极600和第一垫片700。栅极600包括栅网610和支架620，支架620上开设有开口622，栅网610设置于开口622上。第一垫片700设置于支架620与阴极500之间。电子束510能够透过开口622。使用时，可以根据需要更换不同厚度的第一垫片700，以调节支架620与阴极500之间的间距。在本实施例中，栅网610通过真空钎焊的方法焊接于开口622的边缘处。

栅网610具有一定的开口率，使电子束510能够通过栅网610到达阳极200上。第一垫片700为绝缘垫片。开口622与冷阴极层530对应设置，使冷阴极层530产生并发射的电子束510能够通过开口622上的栅网610。开口622的数目可以根据冷阴极层530的数目进行设定。当开口622和冷阴极层530的数目均为多个时，多个开口622与多个冷阴极层530一一对应。在其中一个实施例中，栅网610的材料为钨网或钼网。在本实施例中，栅网610的材料为钨网。栅网610通过化学刻蚀的方法制成。

如图2所示，在其中一个实施例中，冷阴极X射线管10还包括聚焦极800、第二垫片900和第三垫片1100。聚焦极800包括第一聚焦极810和第二聚焦极820，第一聚焦极810与第二聚焦极820相互平行，第二聚焦极820位于第一聚焦极810远离栅极600的一侧，第二垫片900设置于第一聚焦极810与支架620之间，第三垫片1100设置于第一聚焦极810与第二聚焦极820之间。聚焦极800用于对电子束510进行聚焦。

第一聚焦极810上开设有第一聚焦孔812，第二聚焦极820上开设有第二聚焦孔822，电子束510能够分别通过第一聚焦孔812和第二聚焦孔822，使用时，可根据需要更换不同厚度的第二垫片900和第三垫片1100，以调节第一聚焦极810与支架620之间、第一聚焦极810与第二聚焦极820之间间距，使聚焦极800对电子束510的聚焦效果达到最佳。

在本实施例中，第二垫片900和第三垫片1100均为绝缘垫片。第一聚焦孔812和第二聚焦孔822均与开口622对应设置，使穿过栅网610的电子束510能够经由第一聚焦极810和第二聚焦极820进行聚焦。第一聚焦孔812和第二聚焦孔822的数目均可以根据开口622的数目进行设定。当开口622、第一聚焦孔812和第二聚焦孔822的数目均为多个时，多个第一聚焦孔812和多个第二聚焦孔822均与多个开口622一一对应。第一聚焦孔812和第二聚焦孔822均可以是圆形孔或椭圆孔或长方形孔。

如图2所示，在其中一个实施例中，阳极200的材料为钨或钼。在本实施例中，阳极200的材料为钨。在其中一个实施例中，冷阴极X射线管10还包括连接头1200和多个电极线(图未示)，阳极200、阴极500、栅极600和聚焦极800均设有连接电极(图未示)，壳体100上开设有通孔150，通孔150与腔体110连通，连接头1200穿设于通孔150内。阳极200通过其中一个电极线与连接头1200电连接，阴极500、栅极600和聚焦极800的连接电极均通过相应的电极线引出腔体110。电极线穿设于通孔150内。在本实施例中，连接头1200为超高压连接头。电极线的数目为四个。四个电极线均穿设于通孔150内。

上述的CT系统及其冷阴极X射线管10，可将阴极500设于腔体110内，使阴极500产生并发射的电子束510能够轰击到阳极200上，以产生X射线。由于阳极200的两端分别伸出第一安装孔120和第二安装孔130，阳极200上开设有沿阳极200的两端延伸的容置腔210，容置腔210填充有冷却液212，以免阳极200上的温度过高。又由于循环组件分别连接于阳极200的两端，且冷却液212经循环组件的驱动进出于容置腔210内，使电子束510轰击到阳极200上产生的热量能够经冷却液212带出容置腔210进行快速冷却，从而解决了冷阴极X射线管10存在阳极200的散热性能较差的问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。