用于旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極型高功率x射線管構(gòu)造的陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)的混合設(shè)計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高功率X射線源，尤其涉及配備了能夠比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)旋轉(zhuǎn)X射線陽(yáng)極傳遞高得多的短時(shí)峰值功率的旋轉(zhuǎn)X射線陽(yáng)極的高功率X射線源。因此，這里提出的設(shè)計(jì)原理旨在通過(guò)允許陽(yáng)極極快旋轉(zhuǎn)以及在鄰近焦點(diǎn)軌跡材料(4)的區(qū)域內(nèi)引入具有高熱導(dǎo)率的輕型材料(2)而克服峰值功率的熱限制。通過(guò)提供由具有高熱穩(wěn)定性的各向異性高比強(qiáng)度材料構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤部分(1，3，6)實(shí)現(xiàn)所述極快旋轉(zhuǎn)，其中，所述材料特別適于在陽(yáng)極工作時(shí)積聚的高應(yīng)力。配備了根據(jù)本發(fā)明的高峰值功率陽(yáng)極的X射線系統(tǒng)將能夠以高分辨率和高覆蓋率實(shí)現(xiàn)高速圖像獲取。有利地，能夠?qū)⑦@樣的高速旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤應(yīng)用到用于下述用途的X射線管中：材料檢驗(yàn)或醫(yī)學(xué)射線照相術(shù)；諸如心臟CT領(lǐng)域的實(shí)時(shí)獲取移動(dòng)對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)所需的X射線成像應(yīng)用；或者任何其他需要高速圖像數(shù)據(jù)獲取的X射線呈現(xiàn)應(yīng)用。
【專利說(shuō)明】用于旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極型高功率X射線管構(gòu)造的陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)的混合 設(shè)計(jì)
[0001] 本申請(qǐng)是2008年8月12日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?00880103249. 8、名稱為"用于旋轉(zhuǎn) 陽(yáng)極型高功率X射線管構(gòu)造的陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)的混合設(shè)計(jì)"的分案申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及高功率X射線源，具體而言涉及X射線管構(gòu)造，所述構(gòu)造配備了能夠傳 遞比常規(guī)X射線源中使用的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極高得多的短時(shí)峰值功率的旋轉(zhuǎn) 陽(yáng)極。因此，這里提出的設(shè)計(jì)原理旨在通過(guò)允許陽(yáng)極極快旋轉(zhuǎn)以及在鄰近焦點(diǎn)軌跡材料的 區(qū)域內(nèi)引入具有高熱導(dǎo)率的輕便材料而克服峰值功率的熱限制。有利地，能夠?qū)⑦@樣的高 速旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤應(yīng)用到用于下述用途的X射線管中：材料檢驗(yàn)或醫(yī)學(xué)射線照相術(shù)；諸如心臟 CT領(lǐng)域的實(shí)時(shí)獲取移動(dòng)對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)所需的X射線成像應(yīng)用；或者任何其他需要高速圖 像數(shù)據(jù)獲取的X射線呈現(xiàn)應(yīng)用。本發(fā)明還涉及采用分段陽(yáng)極盤的高速旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極設(shè)計(jì)。

【背景技術(shù)】
[0003] 在當(dāng)前的CT系統(tǒng)中，安裝在掃描架上的X射線管圍繞需要檢查的患者的身體的縱 軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)生成X射線的錐形射束。在所述掃描架上與所述X射線管相對(duì)安裝的探測(cè)器 系統(tǒng)圍繞患者的縱軸沿相同方向旋轉(zhuǎn)，同時(shí)將檢測(cè)到的因經(jīng)過(guò)患者的身體而衰減的X射線 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。之后，運(yùn)行于工作站上的圖像繪制系統(tǒng)根據(jù)體素化體數(shù)據(jù)集重建患者身體 內(nèi)部的平面重組圖像、表面陰影顯示或體繪制圖像。
[0004] 令人遺憾的是，施加到X射線管上的功率的99%以上都被轉(zhuǎn)化成了熱量。因而，有 效的散熱是當(dāng)前的高功率X射線管的發(fā)展所面臨的最大挑戰(zhàn)。鑒于陽(yáng)極對(duì)整個(gè)X射線管的 運(yùn)行和使用壽命的重要性，陽(yáng)極往往是管設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。
[0005] 與固定陽(yáng)極相比，旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極型X射線管具有使沉積到焦斑上的熱能跨越更大的焦 點(diǎn)軌跡的表面分布的優(yōu)點(diǎn)。這樣使得短運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的功率增大成為了可能。但是，由于現(xiàn) 在陽(yáng)極是在真空中旋轉(zhuǎn)，因而，熱能傳遞到管封殼的外部很大程度上取決于輻射，而輻射無(wú) 法像固定陽(yáng)極中采用的液體冷卻那樣有效。因而，對(duì)旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的設(shè)計(jì)追求高熱存儲(chǔ)容量以 及陽(yáng)極和管封殼之間的良好輻射交換。與旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極相關(guān)的另一難點(diǎn)在于支撐系統(tǒng)在真空中 的工作，以及針對(duì)陽(yáng)極高溫的破壞力對(duì)這一系統(tǒng)提供保護(hù)。
[0006] 在旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X射線管的早期，陽(yáng)極的有限熱存儲(chǔ)容量是高管性能的主要障礙。隨 著下述新技術(shù)的引入，這種情況得到了改觀：釬焊到陽(yáng)極上的石墨塊顯著提高了熱存儲(chǔ)容 量和散熱，液體陽(yáng)極支撐系統(tǒng)（滑動(dòng)支座）提供了與周圍冷卻油的熱傳導(dǎo)，旋轉(zhuǎn)封殼管實(shí)現(xiàn) 了對(duì)旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極后側(cè)的直接液冷。
[0007] 鎢已經(jīng)發(fā)展成了針對(duì)醫(yī)療應(yīng)用設(shè)計(jì)的多種X射線管陽(yáng)極中的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)材料。旋轉(zhuǎn) 陽(yáng)極管的陽(yáng)極盤通常的包括沉積到主要由諸如鑰（Mo)的難熔金屬構(gòu)成的主體上的1_到 2mm的鎢一錸（W/Re)合金薄層。錸提高了鎢的延展性，降低了熱機(jī)械應(yīng)力，并且由于陽(yáng)極表 面的變粗糙的過(guò)程變得更加緩慢而提高了陽(yáng)極使用壽命。理想的商業(yè)和技術(shù)合金已經(jīng)被確 定為由5到10%的錸（Re)和90到95%的鎢（W)構(gòu)成。
[0008] 如前所述，釬焊到鑰主體的后側(cè)的石墨塊的引入代表了旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極技術(shù)的進(jìn)步。這 種設(shè)計(jì)中的石墨塊顯著提高了陽(yáng)極的熱存儲(chǔ)容量，同時(shí)只要求總的陽(yáng)極重量略微增加。此 夕卜，更大的陽(yáng)極表面以及與鑰相比石墨的更加有利的發(fā)射系數(shù)加速了散熱?？梢圆捎娩?(Zr)，或者為了獲得更高的操作溫度采用鈦（Ti)，或者采用其他特殊設(shè)計(jì)的釬焊合金將鑰 和石墨針焊到一起。
[0009] 為了避免由于為加熱陽(yáng)極而提供的撞擊電子所帶來(lái)的熱應(yīng)力造成的損傷，并且避 免材料的蒸發(fā)，很重要的一點(diǎn)是獲得有關(guān)陽(yáng)極基座、焦點(diǎn)軌跡和焦斑的溫度的信息。
[0010] 可以由電子提供的功率P、福射所耗散的功率P_和熱傳導(dǎo)所耗散的功率的 平衡導(dǎo)出陽(yáng)極盤溫度：
[0011] P卩日極=P-P獅-p傳導(dǎo)
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極型高功率X射線管構(gòu)造的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤包 括： -由第一材料構(gòu)成的至少兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)（1，3,6)，以及 -由第二材料構(gòu)成的至少一個(gè)部分（2); 其中，所述第一材料具有高比強(qiáng)度，這是指所述第一材料是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與密度相比具有 高比率、從而具有高比機(jī)械阻力的材料，所述第一材料提供了高熱穩(wěn)定性和可設(shè)計(jì)的各向 異性材料特性； 其中，所述第二材料是在所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的表面上與焦點(diǎn)軌跡（4)的涂覆層材料相鄰的 區(qū)域內(nèi)具有1?熱導(dǎo)率、同時(shí)具有1?熱穩(wěn)定性的輕型材料； 其中，所述至少兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)包括內(nèi)部框架部分（1)和外部框架部分（3); 其中，所述外部框架部分（3)完全包圍所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的所述內(nèi)部框架部分（1);并且 其中，將所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤劃分成分立的陽(yáng)極段（l〇a，10b)，其中，通過(guò)從所述內(nèi)部框架 部分（1)延伸到所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的外部框架部分（3)的內(nèi)徑邊緣的徑向直狹縫（14a)或S 形狹縫（14b)將相鄰的陽(yáng)極段相互限定開。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，所述第一材料由纖維強(qiáng)化陶瓷構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，所述第一材料由碳纖維強(qiáng)化碳（CFC)或碳化硅纖維強(qiáng)化碳化硅（SiC/SiC)構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，由經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)以獲取高熱導(dǎo)率的特殊石墨材料給出所述第二材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的旋轉(zhuǎn)平面具有對(duì)稱設(shè)計(jì)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的特征在于，沿徑向非恒定的逐漸降低的剖面厚度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤可以包括處于與所述焦點(diǎn)軌跡相鄰的部分內(nèi)的由所述第一材料 型材料構(gòu)成的額外區(qū)域（6)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，所述外部框架部分（3)由碳纖維或碳纖維強(qiáng)化材料構(gòu)成，所述外部框架部分用 作對(duì)所述內(nèi)部框架部分（1)的主要機(jī)械支撐。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，將所述陽(yáng)極段（l〇a，10b)至少部分連接至所述外部框架部分（3)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 包括處于所述內(nèi)部框架部分（1)和所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的旋轉(zhuǎn)軸（5)之間的液態(tài)金屬導(dǎo)體 (16a)，其在所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極和其旋轉(zhuǎn)軸桿（12)之間提供了液態(tài)金屬連接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 包括處于所述內(nèi)部框架部分（1)和所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的所述旋轉(zhuǎn)軸桿（12)之間的徑向 滑動(dòng)連接元件（17)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 包括柔性熱導(dǎo)體（18)，其通過(guò)附接到所述內(nèi)部框架部分（1)的外表面上和使所述旋轉(zhuǎn) 陽(yáng)極圍繞其旋轉(zhuǎn)軸（5)旋轉(zhuǎn)所需的旋轉(zhuǎn)軸桿（12)的外表面上的接頭（19)連接所述內(nèi)部框 架部分（1)和所述旋轉(zhuǎn)軸桿（12)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤，其中，所述柔性熱導(dǎo)體（18)由至少一根 銅線構(gòu)成。
14. 一種用于旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極型高功率X射線管構(gòu)造的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤包 括： -由第一材料構(gòu)成的至少兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)（1，3,6)，以及 -由第二材料構(gòu)成的至少一個(gè)部分（2); 其中，所述第一材料具有高比強(qiáng)度，這是指所述第一材料是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與密度相比具有 高比率，從而具有高比機(jī)械阻力的材料，所述第一材料提供了高熱穩(wěn)定性和可設(shè)計(jì)的各向 異性材料特性； 其中，所述第二材料是在所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的表面上與焦點(diǎn)軌跡（4)的涂覆層材料相鄰的 區(qū)域內(nèi)具有1?熱導(dǎo)率、同時(shí)具有1?熱穩(wěn)定性的輕型材料； 其中，所述至少兩個(gè)支撐結(jié)構(gòu)包括內(nèi)部框架部分（1)和外部框架部分（3); 其中，所述外部框架部分（3)完全包圍所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的所述內(nèi)部框架部分（1);并且 其中，將所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的內(nèi)部框架部分（1)設(shè)計(jì)成輻條輪。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，所述第一材料由纖維強(qiáng)化陶瓷構(gòu)成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，所述第一材料由碳纖維強(qiáng)化碳（CFC)或碳化硅纖維強(qiáng)化碳化硅（SiC/SiC)構(gòu)成。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，由經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)以獲取高熱導(dǎo)率的特殊石墨材料給出所述第二材料。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的旋轉(zhuǎn)平面具有對(duì)稱設(shè)計(jì)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的特征在于，沿徑向非恒定的逐漸降低的剖面厚度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤可以包括處于與所述焦點(diǎn)軌跡相鄰的部分內(nèi)的由所述第一材料 型材料構(gòu)成的額外區(qū)域（6)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 其中，所述外部框架部分（3)由碳纖維或碳纖維強(qiáng)化材料構(gòu)成，所述外部框架部分用 作對(duì)所述內(nèi)部框架部分（1)的主要機(jī)械支撐。
22. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 包括處于所述內(nèi)部框架部分（1)和所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的旋轉(zhuǎn)軸（5)之間的液態(tài)金屬導(dǎo)體 (16a)，其在所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極和其旋轉(zhuǎn)軸桿（12)之間提供了液態(tài)金屬連接。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 包括處于所述內(nèi)部框架部分（1)和所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的所述旋轉(zhuǎn)軸桿（12)之間的徑向 滑動(dòng)連接元件（17)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤， 包括柔性熱導(dǎo)體（18)，其通過(guò)附接到所述內(nèi)部框架部分（1)的外表面上和使所述旋轉(zhuǎn) 陽(yáng)極圍繞其旋轉(zhuǎn)軸（5)旋轉(zhuǎn)所需的旋轉(zhuǎn)軸桿（12)的外表面上的接頭（19)連接所述內(nèi)部框 架部分（1)和所述旋轉(zhuǎn)軸桿（12)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤，其中，所述柔性熱導(dǎo)體（18)由至少一根 銅線構(gòu)成。
26. -種包括根據(jù)權(quán)利要求1到25中的任一項(xiàng)所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極型X 射線管。
27. -種包括根據(jù)權(quán)利要求26所述的X射線管的計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置。
【文檔編號(hào)】H01J35/10GK104051207SQ201410238650
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2008年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2007年8月16日
【發(fā)明者】A·萊瓦爾特, R·皮蒂格, A·朗坎普, H·里希特, T·貝尼施, W·胡芬巴赫, R·K·O·貝林, C·巴特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司