双窗X射线球管及X射线摄影系统的制作方法

技术领域

本发明涉及医学影像领域，更具体的说涉及一种双窗X射线球管及X射线摄影系统。

现有技术

传统的X射线成像技术的X射线摄影系统，包括高压发生器、球管和平板探测器，高压发生器产生直流高压电加载到球管上，使其产生用于诊断成像的X射线，该X射线穿过人体等被测物体后，被平板探测器接收。

在现有的X射线成像技术的X射线摄影系统中，要同时支持平床扫描和立柱扫描两种模式。现有的球管的管套上一般只开有一个窗口，使球管能从所开的窗口射出X射线，但要同时支持平床扫描和立柱扫描两种模式，就需要球管(或球管的管套)能进行旋转，以适应不同的扫描模式。具体实施方式如下：

当系统以平床扫描模式为采集方式时，球管需要从正下方射出X射线，此时球管的管套上的窗口正对着正下方的平床上的平板探测器。当系统改变为以立柱扫描模式的采集方式时，球管需要从正前方射出X射线，此时球管(或球管的管套)需要旋转90度以使球管的管套上的窗口正对立柱上的平板探测器(即窗口所在平面垂直于平床)。

所以当X射线摄影系统同时支持立柱扫描和平床扫描两种模式时，需要设计能使球管(或球管的管套)旋转的机械结构来满足需求。由于要控制球管(或球管的管套)旋转，增加了X射线摄影系统设计的难度；同时，旋转的精度无法保证，容易造成较大的误差；此外，在切换扫描模式时需要球管(或球管的管套)机械旋转，耗时较长，会影响患者的舒适度以及摄影系统的采集效率和吞吐率。

技术实现要素：

为解决采用现有技术中的球管的X射线摄影系统设计难度大、旋转精度无法保证以及切换扫描模式时耗时长等缺陷，本发明提供一种能够使X射线摄影系统机械设计简单、精度高以及切换扫描模式速度快的双窗X射线球管。

本发明还提供一种机械设计简单、精度高以及切换扫描模式速度快的X射线摄影系统。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种双窗X射线球管，包括管套、阴极和阳极靶，所述管套上开有第一X射线窗口和第二X射线窗口，所述第一X射线窗口所在的平面和所述第二X射线窗口所在的平面相互垂直，所述阴极设有电子发射装置，所述电子发射装置发射的电子撞击所述阳极靶产生的X射线通过所述第一X射线窗口或所述第二X射线窗口射出；所述管套上设有第一挡板和第二挡板，所述第一挡板屏蔽通过所述第一X射线窗口射出的X射线，所述第二挡板屏蔽通过所述第二X射线窗口射出的X射线。

在另一个方案中，所述电子发射装置包括第一电子发射装置和第二电子发射装置，所述第一电子发射装置发射的电子撞击所述阳极靶产生的X射线通过所述第一X射线窗口射出；所述第二电子发射装置发射的电子撞击所述阳极靶产生的X射线通过所述第二X射线窗口射出。

在又一个方案中，所述第一电子发射装置在所述阳极靶所在平面的投影为第一投影，所述第二电子发射装置在所述阳极靶所在平面的投影为第二投影，所述阳极靶的中心在所述阳极靶所在平面的投影为第三投影，所述第一投影到所述第三投影的距离与所述第二投影到所述第三投影的距离相等，并且所述第一投影和所述第三投影的连线与所述第二投影和所述第三投影的连线相互垂直。

在又一个方案中，所述第一电子发射装置包括第一灯丝和第二灯丝，所述第一灯丝发射的电子撞击所述阳极靶产生的X射线的强度大于所述第二灯丝发射的电子撞击所述阳极靶产生的X射线的强度。

在又一个方案中，所述第二电子发射装置包括第三灯丝和第四灯丝，所述第三灯丝发射的电子撞击所述阳极靶产生的X射线的强度大于所述第四灯丝发射的电子撞击所述阳极靶产生的X射线的强度。

在又一个方案中，所述电子发射装置包括第三电子发射装置，所述第三电子发射装置能够绕所述阳极靶的中心旋转，所述第三电子发射装置发射的电子撞击所述阳极靶产生的X射线通过所述第一X射线窗口或所述第二X射线窗口射出。

在又一个方案中，所述第三电子发射装置包括第五灯丝和第六灯丝，所述第五灯丝发射的电子撞击所述阳极靶产生的X射线的强度大于所述第六灯丝发射的电子撞击所述阳极靶产生的X射线的强度。

在又一个方案中，所述第三电子发射装置与第一驱动电机连接，所述第一驱动电机与第一控制电路电性连接，所述第一控制电路控制所述第一驱动电机驱动所述第三电子发射装置，使所述第三电子发射装置绕所述阳极靶的中心旋转。

在又一个方案中，所述第一挡板和所述第二挡板的材料为铅、钼、钨或由以铅、钼、钨为主要成分的合金。

在又一个方案中，所述第一挡板设于所述管套的外壁上或内壁上，所述第二挡板设于所述管套的外壁上或内壁上。

在又一个方案中，所述第一挡板与第二驱动电机连接，所述第二驱动电机与第二控制电路电性连接，所述第二控制电路控制所述第二驱动电机驱动所述第一挡板运动。

在又一个方案中，所述第一挡板为形状与所述第一X射线窗口匹配的实心挡板，所述管套上设有第一导轨，所述第一挡板在所述第二驱动电机的驱动下沿所述第一导轨滑动，以控制所述第一X射线窗口的打开或闭合。

在又一个方案中，所述第一挡板为形状与所述第一X射线窗口匹配的百页窗，所述第一挡板包括第一叶片，所述第二驱动电机驱动所述第一挡板的第一叶片运动，以控制所述第一X射线窗口的打开或闭合。

在又一个方案中，所述第二挡板与第三驱动电机连接，所述第三驱动电机与第三控制电路电性连接，所述第三控制电路控制所述第三驱动电机驱动所述第二挡板运动。

在又一个方案中，所述第二挡板为形状与所述第二X射线窗口匹配的实心档板，所述管套上设有第二导轨，所述第二挡板在所述第三驱动电机的驱动下沿所述第二导轨滑动，以控制所述第二X射线窗口的打开或闭合。

在又一个方案中，所述第二挡板为形状与所述第二X射线窗口匹配的百页窗，所述第二挡板包括第二叶片，所述第三驱动电机驱动所述第二挡板的第二叶片运动，以控制所述第二X射线窗口的打开或闭合。

根据本发明的另外一个方面，本发明提供一种X射线摄影系统，包括：限束器、平板探测器和上述的双窗X射线球管、，所述X射线摄影系统同时支持平床扫描和立柱扫描两种模式。

在又一个方案中，所述限束器包括第一限束器和第二限束器，所述第一限束器设于第一X射线窗口外，所述第二限束器设于第二X射线窗口外。

在又一个方案中，所述第一限束器的第一遮线板与第四驱动电机连接，所述第四驱动电机与第四控制电路电性连接，所述第四控制电路控制所述第四驱动电机驱动所述第一遮线板，使通过所述第一X射线窗口射出的X射线被屏蔽或不被屏蔽。

在又一个方案中，所述第二限束器的第二遮线板与第五驱动电机连接，所述第五驱动电机与第五控制电路电性连接，所述第五控制电路控制所述第五驱动电机驱动所述第二遮线板，使通过所述第二X射线窗口射出的X射线被屏蔽或不被屏蔽。

在又一个方案中，所述限束器包括第三限束器，所述第三限束器设于所述第一X射线窗口和所述第二X射线窗口外。

在又一个方案中，所述第三限束器的第三遮线板与第六驱动电机连接，所述第六驱动电机与第六控制电路电性连接，所述第六控制电路控制所述第六驱动电机驱动所述第三遮线板，使通过所述第一X射线窗口射出的X射线和/或通过所述第二X射线窗口射出的X射线被屏蔽或不被屏蔽。

在又一个方案中，所述X射线摄影系统以立柱扫描模式为采集方式时，所述平板探测器能够接收到通过所述第二X射线窗口射出的X射线，接收不到通过所述第一X射线窗口射出的X射线；所述X射线摄影系统以平床扫描模式为采集方式时，所述平板探测器能够接收到通过所述第一X射线窗口射出的X射线，接收不到通过第二X射线窗口214射出的X射线。

在又一个方案中，所述平板探测器包括第一平板探测器和第二平板探测器，所述第一平板探测器固定于平床中，所述第一平板探测器接收通过所述第一X射线窗口射出的X射线；所述第二平板探测器固定于立柱上，所述第二平板探测器接收通过所述第二X射线窗口射出的X射线。

在又一个方案中，所述平板探测器包括第三平板探测器，所述第三平板探测器接收通过所述第一X射线窗口或通过所述第二X射线窗口射出的X射线。

本发明提供的双窗X射线球管，能够在球管(或球管的管套)不旋转的前提下，同时向两个相互垂直的方向上发射X射线，这样可以使相应的X射线摄影系统在不旋转球管(或球管的管套)的前提下同时支持平床扫描和立柱扫描两种模式。这样的设计与现有技术相比X射线摄影系统的机械设计及运动简单，无需考虑在不同扫描模式时球管(或球管的管套)的旋转；X射线投射角度及路线固定，不会因为球管(或球管的管套)的旋转造成相应的X射线投射角度的误差；在切换不同的扫描模式时，不需要球管(或球管的管套)机械旋转，速度更快。

附图说明

图1是本发明的双窗X射线球管的空间结构示意图；

图2是第一X射线发射装置、第二X射线发射装置和阳极靶的中心在阳极靶所在平面投影的示意图；

图3是第一控制电路控制第一驱动电机驱动设于阴极上的第三X射线发射装置沿阳极靶的中心旋转的示意图；

图4是第二控制电路控制第二驱动电机驱动第一挡板沿第一导轨滑动的示意图；

图5是具有本发明的双窗X射线球管的X射线摄影系统的结构示意图。

具体实施方式

下面，参照附图描述本发明的双窗X射线球管及X射线摄影系统的实施例。需要注意的是，这里描述的实施例是为了使本领域的技术人员理解本发明提供的，并不能理解成是对本发明的限制。

图1是本发明的双窗X射线球管108的空间结构示意图。如图1所示，双窗X射线球管108包括管套202、阴极204和阳极靶206。管套202上开有第一X射线窗口212和第二X射线窗口214，第一X射线窗口212所在平面和第二X射线窗口214所在平面相互垂直。阴极204设有电子发射装置220，电子发射装置220发射的电子撞击阳极靶206产生的X射线通过第一X射线窗口212或第二X射线窗口214射出。

作为一种优选方案，电子发射装置220包括第一电子发射装置208和第二电子发射装置210。第一电子发射装置208包括第一灯丝和第二灯丝，第一灯丝和第二灯丝能够发射电子撞击阳极靶206产生X射线。第一电子发射装置208的第一灯丝和第二灯丝所发射的电子撞击阳极靶206产生的X射线通过第一X射线窗口212射出。其中，第一灯丝发射的电子撞击阳极靶206产生的X射线的强度大于第二灯丝发射的电子撞击阳极靶206产生的X射线的强度。

第二电子发射装置210包括第三灯丝和第四灯丝，第三灯丝和第四灯丝能够发射电子撞击阳极靶206产生X射线。第二电子发射装置210的第三灯丝和第四灯丝所发射的电子撞击阳极靶206产生的X射线通过第二X射线窗口214射出。其中，第三灯丝发射的电子撞击阳极靶206产生的X射线的强度大于第四灯丝发射的电子撞击阳极靶206产生的X射线的强度。

图2是第一X射线发射装置208、第二X射线发射装置210和阳极靶206的中心在阳极靶206所在平面投影的示意图。结合图1和图2，第一电子发射装置208在阳极靶206所在平面的投影为第一投影302，第二电子发射装置210在阳极靶206所在平面的投影为第二投影304，阳极靶206的中心在阳极靶206所在平面的投影为第三投影306。第一投影302到第三投影306的距离与第二投影304到第三投影306的距离相等，并且第一投影302和第三投影306的连线308与第二投影304和第三投影306的连线310相互垂直。

图3是第一控制电路406控制第一驱动电机404驱动设于阴极204上的第三X射线发射装置402绕阳极靶206的中心旋转的示意图。结合图3和图1，作为另一种优选方案，设于阴极204上的电子发射装置220包括第三电子发射装置402，第三电子发射装置402可绕阳极靶206的中心旋转。第三电子发射装置402发射的电子撞击阳极靶206产生的X射线通过第一X射线窗口212或第二X射线窗口214射出。

第三电子发射装置402包括第五灯丝和第六灯丝，第五灯丝和第六灯丝能够发射电子撞击阳极靶206产生X射线。并且第五灯丝发射的电子撞击阳极靶206产生的X射线的强度大于第六灯丝发射的电子撞击阳极靶206产生的X射线的强度。

进一步地，第三电子发射装置402与第一驱动电机404连接，第一驱动电机404与第一控制电路406电性连接。第一控制电路406控制第一驱动电机404驱动第三电子发射装置402，使第三电子发射装置402绕阳极靶206的中心旋转。

作为一个实施例，当第三电子发射装置402在图3中A位置时，第三电子发射装置402的电子撞击阳极靶206产生的X射线通过第一X射线窗口212射出。第一控制电路406控制第一驱动电机404驱动第三电子发射装置402由图3中A位置运动至B位置时，第三电子发射装置402的电子撞击阳极靶206产生的X射线通过第二X射线窗口214射出。同样，第一控制电路406也能够控制第一驱动电机404驱动第三电子发射装置402由图3中B位置运动至A位置。

进一步地，如图1所示，管套202上设有第一挡板216和第二挡板218。第一挡板216屏蔽通过第一X射线窗口212射出的X射线，第二挡板218屏蔽通过第二X射线窗口214射出的X射线。

第一挡板216和第二挡板218的材料为屏蔽X射线性能好的铅、钼、钨或由以铅、钼、钨为主要成分的合金。

第一挡板216设于管套202的外壁上或内壁上，第二挡板216设于管套202的外壁上或内壁上。

作为一个优选方案，第一挡板216设于管套202的外壁上，第二挡板216设于管套202的外壁上。作为另一个优选方案，第一挡板216设于管套202的外壁上，第二挡板216设于管套202的内壁上。对于本领域的技术人员可知，第一挡板216设于管套202上的位置和第二挡板216设于管套202上的位置可以为任意组合。

图4是第二控制电路508控制第二驱动电机506驱动第一挡板216沿第一导轨504滑动的示意图。如图4所示，第一挡板216与第二驱动电机506连接，第二驱动电机506与第二控制电路508电性连接，第二控制电路508控制第二驱动电机506驱动第一挡板216运动。

进一步地，结合图1和图4，第一挡板216为形状与第一X射线窗口212匹配的实心挡板。管套202上设有第一导轨504，第一挡板216在第二驱动电机506的驱动下沿第一导轨504滑动，以控制第一X射线窗口212的打开或闭合。

作为一个实施例，第一挡板216在图4中C位置时，第一X射线窗口212处于打开状态，X射线能够从第一X射线窗口212射出。第二控制电路508控制第二驱动电机506驱动第一挡板216沿第一导轨504运动至图4中的D位置时，第一X射线窗口212处于闭合状态。此时，通过第一X射线窗口212射出的X射线被第一挡板216屏蔽，X射线基本不能从第一X射线窗口212射出。

作为另一个优选方案，第一挡板216为形状与第一X射线窗口212匹配的百页窗。第一挡板216包括第一叶片，第二控制电路508控制第二驱动电机506驱动第一挡板216的第一叶片运动，以控制第一X射线窗口212的打开或闭合。

第二挡板218控制第二X射线窗口214的打开或闭合的方式与第一挡板216控制第一X射线窗口212的打开或闭合的方式类似。第二挡板218与第三驱动电机连接，第三驱动电机与第三控制电路电性连接，第三控制电路控制第三驱动电机驱动第二挡板218运动。

进一步地，结合图4和图1，第二挡板218为形状与第二X射线窗口214匹配的实心档板。管套202上设有第二导轨，第二挡板218在第三驱动电机的驱动下沿第二导轨滑动，以控制第二X射线窗口214的打开或闭合。

作为另一个优选方案，第二挡板218为形状与第二X射线窗口214匹配的百页窗，第二挡板218包括第二叶片，第三驱动电机驱动第二挡板218的第二叶片运动，以控制第二X射线窗口214的打开或闭合。

图5是具有本发明的双窗X射线球管108的X射线摄影系统100的结构示意图。如图5所示，X射线摄影系统100包括双窗X射线球管108、限束器110和平板探测器120。双窗X射线球管108固定于悬吊架106上，悬吊架106作为双窗X射线球管108的支撑装置。X射线摄影系统100同时支持平床扫描和立柱扫描两种模式。

如图5所示，双窗X射线球管108包括管套202，管套202上开有第一X射线窗口212和第二X射线窗口214。作为一个优选方案，限束器110包括第一限束器112和第二限束器114。第一限束器112设于第一X射线窗口212外，第二限束器114设于第二X射线窗口214外。

第一限束器112包括第一遮线板，第一遮线板与第四驱动电机连接，第四驱动电机与第四控制电路电性连接，第四控制电路控制第四驱动电机驱动第一遮线板运动，使通过第一X射线窗口212射出的X射线被屏蔽或不被屏蔽。

第二限束器114包括第二遮线板，第二遮线板与第五驱动电机连接，第五驱动电机与第五控制电路电性连接，第五控制电路控制第五驱动电机驱动第二遮线板运动，使通过第二X射线窗口214射出的X射线被屏蔽或不被屏蔽。

第一遮线板和第二遮线板的材料为屏蔽X射线性能好的铅、钼、钨或由以铅、钼、钨为主要成分的合金。

当X射线摄影系统100以立柱扫描模式为采集方式时，第五控制电路控制第五驱动电机驱动第二遮线板运动，使第二遮线板处于打开状态。这样，通过第二X射线窗口214射出的X射线不被第二遮线板屏蔽。同时，第四控制电路控制第四驱动电机驱动第一遮线板运动，使第一遮线板处于闭合状态。这样，通过第一X射线窗口212射出的X射线被第一遮线板屏蔽。此时，平板探测器120能接收到通过第二X射线窗口214射出的X射线，接收不到通过第一X射线窗口212射出的X射线。

当X射线摄影系统100变为以平床扫描模式为采集方式时，第四控制电路控制第四驱动电机驱动第一遮线板运动，使第一遮线板处于打开状态。这样，通过第一X射线窗口212的X射线不被第二遮线板屏蔽。同时，第五控制电路控制第五驱动电机驱动第二遮线板运动，使第二遮线板处于关闭状态。这样，通过第二X射线窗口214射出的X射线被第二遮线板屏蔽。此时，平板探测器120能接收到通过第一X射线窗口212射出的X射线，接收不到通过第二X射线窗口214射出的X射线。

作为另一个优选方案，限束器110包括第三限束器，第三限束器设于第一X射线窗口212和第二X射线窗口214外。

第三限束器包括第三遮线板，第三限束器的第三遮线板与第六驱动电机连接，第六驱动电机与第六控制电路电性连接。第六控制电路控制第六驱动电机驱动第三遮线板运动，使通过第一X射线窗口212射出的X射线和/或通过第二X射线窗口射出214的X射线被屏蔽或不被屏蔽。

第三遮线板的材料为屏蔽X射线性能好的铅、钼、钨或由以铅、钼、钨为主要成分的合金。

当X射线摄影系统100以立柱扫描模式为采集方式时，第六控制电路控制第六驱动电机驱动第三遮线板运动，使对应于第二X射线窗口214部分的第三遮线板处于打开状态，使对应于第一X射线窗口212部分的第三遮线板处于闭合状态。这样，通过第一X射线窗口212的X射线被第三遮线板屏蔽，通过第二X射线窗口214射出的X射线不被第三遮线板屏蔽。此时，平板探测器120能接收到通过第二X射线窗口214射出的X射线，接收不到通过第一X射线窗口212射出的X射线。

当X射线摄影系统100变为以平床扫描模式为采集方式时，第六控制电路控制第六驱动电机驱动第三遮线板运动，使对应于第二X射线窗口214部分的第三遮线板处于闭合状态，使对应于第一X射线窗口212部分的第三遮线板处于打开状态。这样，通过第一X射线窗口212的X射线不被第三遮线板屏蔽，通过第二X射线窗口214射出的X射线被第三遮线板屏蔽。此时，平板探测器120能接收到通过第一X射线窗口212射出的X射线，接收不到通过第二X射线窗口214射出的X射线。

由以上叙述可知，通过控制与第一X射线窗口212和第二X射线窗口214所对应的限束器110(包括第一限束器112和第二限束器114或第三限束器)的遮线板(包括第一遮线板和第二遮线板或第三遮线板)的状态(打开或闭合)。能够控制通过第一X射线窗口212射出的X射线和/或通过第二X射线窗口214射出的X射线被屏蔽或不被屏蔽。

由前述可知，管套202上设有第一挡板216和第二挡板218。其中，第一挡板216屏蔽通过第一X射线窗口212射出的X射线，第二挡板218屏蔽通过第二X射线窗口214射出的X射线。与上述限束器110(包括第一限束器112和第二限束器114或第三限束器)的遮线板(包括第一遮线板和第二遮线板或第三遮线板)能够实现同样的技术效果。都能控制通过第一X射线窗口212射出的X射线和/或通过第二X射线窗口214射出的X射线被屏蔽或不被屏蔽。

因此，上述两个技术方案在本发明提供的X射线摄影系统100的实例中，可以单独应用，也可以组合应用。对于本领域的技术人员来说，可以根据实际需求，选择单独应用或者组合应用。

作为一个优选方案，平板探测器120包括第一平板探测器116和第二平板探测器104。其中，第一平板探测器116固定于平床118中，第一平板探测器116接收通过第一X射线窗口212射出的X射线；第二平板探测器104固定于立柱102上，第二平板探测器104接收通过第二X射线窗口214射出的X射线。

作为另外一个优选方案，平板探测器120包括第三平板探测器，第三平板探测器能够实现上述第一平板探测器116和第二平板探测器104的功能。当X射线摄影系统100以立柱扫描模式为采集方式时，第三平板探测器运动至图5中第一平板探测116所在位置，接收通过第二X射线窗口214射出的X射线。当X射线摄影系统100变为以平床扫描模式为采集方式时，系统控制第三平板探测器运动至图5中第二平板探测器104所在位置，接收通过第一X射线窗口212射出的X射线。

虽然已经参照附图说明了本发明的几个优选的具体实施例，图示并描绘了本发明的某些优选特征，但是对于本领域的技术人员来说，只要原则上不背离本发明的新型特征和优点，可以对本发明做出许多变化和改进。因此，所提出的权利要求书将在本发明的真正构思范围内覆盖所有这些变化和改进。