專利名稱：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
技術(shù)領(lǐng)域：
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)：
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。 令人遺憾的是，施加到X射線管上的功率的99X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)。 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)。 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。 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鉬(Mo)的難熔金屬構(gòu)成的主體上的lmm到 2mm的鎢-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。 如前所述，釬焊到鉬主體的后側(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。此外，更大的陽(yáng)極表面以及與鉬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)的釬焊合金將鉬 和石墨釬焊到一起。 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。 可以由電子提供的功率P、輻射所耗散的功率P^和熱傳導(dǎo)所耗散的功率P^的
平衡導(dǎo)出陽(yáng)極盤溫度
尸陽(yáng)極=尸 一 尸輔射—尸傳導(dǎo) 在這一方程中，采用下標(biāo)i說(shuō)明由幾種成分構(gòu)成的陽(yáng)極中的各種材料，例如，金屬 盤、石墨環(huán)和其他材料，Qi(T) =T*Ci(T) [J]表示作為溫度T(以K為單位)的函數(shù)的由 各陽(yáng)極成分i吸收的熱能的量，Ci(T) = Ci(T) nii[J K—"表示作為所述溫度T的函數(shù)的 所述陽(yáng)極成分i的熱容量，Ci(T) [J K—1 g—"禾Pnii[g]分別表示所述成分的比熱容量和質(zhì) 量，其中q是溫度T的函數(shù)。如Stefan-Boltzma皿定律所述，陽(yáng)極盤主要通過(guò)熱輻射耗散
g熱工脾。
尸輛射=^(^極一^充)'1;4(2>& [W], (2a) 其中，T,和T，分別表示陽(yáng)極盤和封殼的溫度，& (T)是作為具有陽(yáng)極成分i的 表面區(qū)域Si上的溫度T的函數(shù)的該陽(yáng)極成分i的陽(yáng)極吸收系數(shù)，比例系數(shù)
「，汀- 2;r,'" * 5.670400. l(T8 W'nT^K"4 表示Stefan-Boltzmann常數(shù)，k " 1. 38066 10—23J K—1表示Boltzmann常數(shù)， c " 2. 99792458 108m s—1是真空光速，h " 6. 6260693 10—34J " 4. 13566743 10—15eV是 普朗克常數(shù)。 就具有液態(tài)金屬支撐的陽(yáng)極而言，還由液態(tài)金屬通過(guò)熱傳導(dǎo)耗散了陽(yáng)極熱量當(dāng)中 的可觀的部分。在這一語(yǔ)境下，應(yīng)當(dāng)指出，所述耗散的效率取決于X射線管的熱導(dǎo)率常數(shù) k [W m-2 K-"、支撐表面SB[m2]以及陽(yáng)極盤的溫度T陽(yáng)極[K]和冷卻油的溫度T油[K]之間 的溫度差 P傳導(dǎo)二 k *SB* (T陽(yáng)極一T油)[W]. (2c) 但是，焦斑的溫度顯著高于陽(yáng)極盤的溫度。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的焦斑尺寸而言，不足0.05s
的短加載時(shí)間內(nèi)的溫度升高A"9短可以由下式近似表達(dá)
△&=^、~^~ [K]， (3a) 其中，P[W]表示功率輸入，AF = 2 S l[mm2]表示焦斑的面積，A t加載[s]是加載周期，入[W mm 1 K—"表示熱導(dǎo)率，c[J K-1 g—"表示比熱容，P [g mm—3]是焦點(diǎn)軌跡材
料的質(zhì)量密度，可以通過(guò)下式近似表示長(zhǎng)加載時(shí)間內(nèi)的溫度升高A" 長(zhǎng)
間，(3b)其中，S [mm]表示焦斑半寬。 盡管就固定陽(yáng)極而言，方程(3a)中的加載周期At力,對(duì)應(yīng)于施加負(fù)載的周期，但
是就旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極而言，必須采用間隔AtinS'替代這一因數(shù)，以描述在陽(yáng)極的一轉(zhuǎn)內(nèi)焦點(diǎn)軌跡
上的點(diǎn)受到電子射束撞擊的時(shí)間周期
其中，R[mm]表示焦點(diǎn)軌跡半徑，f[Hz]是陽(yáng)極旋轉(zhuǎn)頻率。采用方程(4)的At加 s'替代方程(3a)中的At力,，由此通過(guò)下式近似表示旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的焦斑上的溫度升高
, (4)
《."二.。/間，(5a) 利用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的焦斑上的溫度升高和目標(biāo)上的焦點(diǎn)軌跡的溫度升高
"軌跡=" 點(diǎn).仏.("+ 1) [K]， (5b)，由受到電子束加熱的眾多的所有表面元素形成了所述焦點(diǎn)軌跡，所述焦點(diǎn)軌跡 在使用過(guò)的目標(biāo)上是可以看到的高度粗糙化的環(huán)，其中，k表示說(shuō)明陽(yáng)極厚度、熱輻射和熱 擴(kuò)散的系數(shù)，n = At加載 f表示時(shí)間At加載內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)，通過(guò)結(jié)合上文給出的方程(5a)和 (5b)，可以通過(guò)下式獲得實(shí)現(xiàn)總焦斑溫度升高A9-A^9軌跡+A 點(diǎn)所需的陽(yáng)極功率
尸—;r.A^/.V;i./ .cH/[司 (6) 其中，1 [mm]表示焦斑長(zhǎng)度。 如果采用諸如計(jì)算機(jī)斷層攝影(CT)系統(tǒng)或其他系統(tǒng)的X射線成像系統(tǒng)描繪運(yùn)動(dòng) 對(duì)象，那么通常需要高速圖像生成，以避免出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影。可以舉出的一個(gè)例子是人心臟的 CT掃描(心臟CT):在這種情況下，希望在不到100ms的時(shí)間內(nèi)以高分辨率和高覆蓋率執(zhí)行 對(duì)心肌層的完整CT掃描，其中，所述時(shí)間處于心臟周期中心肌層處于靜止?fàn)顟B(tài)的時(shí)間跨度 內(nèi)。高速圖像生成需要相應(yīng)的X射線源的高峰值功率。通常將醫(yī)療或工業(yè)X射線成像系統(tǒng) 所采用的常規(guī)X射線源實(shí)現(xiàn)為這樣的X射線管，其中，通過(guò)大約高達(dá)150kV的高壓將陰極在 高真空管內(nèi)發(fā)射的經(jīng)聚焦的電子束加速到陽(yáng)極上。在陽(yáng)極上的小焦斑上，生成了作為軔致 輻射和特征X射線的X射線。從電子束功率到X射線功率的轉(zhuǎn)換效率很低，最多在1%和 2%之間，在很多情況下甚至更低。因此，高功率X射線管的陽(yáng)極承擔(dān)著極高的熱負(fù)荷，尤其
6是在焦點(diǎn)(處于大約幾平方毫米的范圍內(nèi)的區(qū)域)內(nèi)，如果不采取特殊的熱管理措施，這樣 的熱負(fù)荷將導(dǎo)致對(duì)管的破壞。通常采用的對(duì)X射線陽(yáng)極的熱管理技術(shù)包括
-采用能夠抵御非常高的溫度的材料， _采用能夠存儲(chǔ)大量的熱的材料，因?yàn)楹茈y將熱量從真空管中輸送出去，
-利用小的陽(yáng)極角度，在不擴(kuò)大光學(xué)焦點(diǎn)的情況下擴(kuò)大熱有效焦斑面積，以及
-通過(guò)旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極而擴(kuò)大熱有效焦斑面積。 尤其是最后一點(diǎn)最為有效焦點(diǎn)軌跡相對(duì)于電子束的速度越高，電子束將其功率 沉積到相同的小的材料體積內(nèi)的時(shí)間越短，因而所引起的峰值溫度就越低。通過(guò)將陽(yáng)極設(shè) 計(jì)成具有大半徑(例如10cm)的旋轉(zhuǎn)盤并以高頻率(例如，超過(guò)150Hz)旋轉(zhuǎn)該盤而實(shí)現(xiàn)高 焦點(diǎn)軌跡速度。顯然，陽(yáng)極的半徑和旋轉(zhuǎn)速度受到離心力的制約。上述旋轉(zhuǎn)盤內(nèi)的機(jī)械應(yīng) 力大致與P "2*"2成比例，其中，P [g*cm—3]表示所采用的陽(yáng)極盤材料的密度，r[cm]是 半徑，"[rad s—1是陽(yáng)極盤的旋轉(zhuǎn)頻率。焦點(diǎn)軌跡速度vFT[cm s—1與r "成比例。因 此，焦點(diǎn)軌跡速度vFT的提高將導(dǎo)致陽(yáng)極盤內(nèi)的機(jī)械應(yīng)力的提高，而最終機(jī)械應(yīng)力的提高將 使陽(yáng)極盤破裂。當(dāng)前的高功率X射線管大多數(shù)是由難熔金屬構(gòu)成的。 一方面，諸如鎢(W)或 鉬(Mo)的難熔金屬具有高原子序數(shù)，并且能夠提供較高的X射線產(chǎn)出率。因此，在焦點(diǎn)軌 跡上需要這樣的金屬。另一方面，這些材料的特征在于，高機(jī)械強(qiáng)度和高熱穩(wěn)定性。同時(shí)， 大的陽(yáng)極提供了用于儲(chǔ)熱的大熱"質(zhì)量"。熱設(shè)計(jì)是儲(chǔ)熱和熱分布之間的折衷。但是，即使 這些陽(yáng)極以最高的可能旋轉(zhuǎn)速度工作，其最高峰值功率也不足以滿足在不存在運(yùn)動(dòng)偽影的 情況下對(duì)諸如人的心肌層的運(yùn)動(dòng)對(duì)象成像的要求。 FR 2496981A涉及一種X射線管的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的用于碰撞電子的撞 擊面位于在旋轉(zhuǎn)軸處固定在石墨體上的金屬環(huán)上。根據(jù)該文獻(xiàn)中公開(kāi)的發(fā)明的實(shí)施例，將 用作連接元件的金屬輪軸附接在石墨體和旋轉(zhuǎn)軸之間。根據(jù)在該參考文獻(xiàn)中描述的發(fā)明的 另一實(shí)施例中，將石墨體劃分為10到12個(gè)獨(dú)立的陽(yáng)極扇區(qū)。 在US 2007/0071174A1中，描述了一種X射線目標(biāo)，其包括在以可操作的形式耦合 至X射線目標(biāo)帽的復(fù)合石墨材料。前述復(fù)合石墨材料的熱屬性存在空間變化，在一些實(shí)施 例中，其強(qiáng)度屬性存在空間變化。在一些實(shí)施例中，所述空間變化是連續(xù)體，在其他實(shí)施例 中，所述空間變化是多個(gè)不同的部分。 JP 08250053A描述了一種X射線管旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極(旋轉(zhuǎn)目標(biāo))，其能夠同時(shí)獲得高比 強(qiáng)度和高熱傳導(dǎo)。所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極設(shè)有用于層壓?jiǎn)蜗蛱?碳纖維復(fù)合材料的基底材料，所述 復(fù)合材料具有1. Omm或不足1. Omm的厚度，在纖維軸向上具有500MPa或更大的拉伸強(qiáng)度， 以及具有200Wm—1或更高的熱導(dǎo)率，另外，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極沿旋轉(zhuǎn)軸方向設(shè)有三層或更多， 以具有偽各向同性。在基底材料的一個(gè)表面上設(shè)有由鎢或鎢合金構(gòu)成的X射線生成層。因 而，這一基底材料的特征在于，沿表面方向具有200W m—1 K—1或更高的熱導(dǎo)率。
JP2002/329470A1涉及一種X射線管的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極，其在熱輻射屬性、耐熱沖擊能 力和高機(jī)械強(qiáng)度方面出類拔萃，通過(guò)這些特質(zhì)能夠使故障形變、斷裂等不會(huì)容易地發(fā)生，從 而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)使用壽命。此外，該文獻(xiàn)中描述的發(fā)明涉及用于制造這樣的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的制造方 法。在所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的制造方法中，實(shí)施表面加工和表面處理，從而使由鎢或錸_鎢合金構(gòu) 成的陽(yáng)極的所有接合表面的表面粗糙度Ri力大約為3 y m或小于3 m，使其平坦度大約為 60iim或小于60iim，使由鉬或鉬合金構(gòu)成的支撐側(cè)的所有接合表面的表面粗糙度R^^大約為3iim或小于3iim，使其平坦度大約為20iim或小于20 y m。此外，在熱壓機(jī)或熱各向同 性壓力機(jī)生成的真空或惰性氣體氣氛下，在溫度處于1600和180(TC之間，壓力處于15和 35MPa之間的條件下按照所描述順序?qū)訅菏蛱祭w維復(fù)合材料、鋯石蠟材料、由鉬或鉬合 金(TZM， Mo-TiC)構(gòu)成的盤以及由鴇或錸-鴇合金構(gòu)成的盤，并使其接合至一個(gè)主體，進(jìn)而 保持1到3小時(shí)之間的時(shí)間。 US 3751702A涉及一種旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極型X射線管，其包括以彈性的方式安裝在軸桿上 并且其上含有電子撞擊部分的盤。所述盤設(shè)有凹口 ，所述凹口落在旋轉(zhuǎn)軸上的同心圓上，所 述凹口從陽(yáng)極盤的上表面和下表面二者開(kāi)始延伸，并至少部分穿過(guò)了陽(yáng)極盤的厚度。因而， 從某種程度上延長(zhǎng)了陽(yáng)極盤的軸和電子撞擊部分之間的熱連接。由于現(xiàn)在陽(yáng)極盤多少具有 一些彈性，因而緩解了形變應(yīng)力。此外，在不使陽(yáng)極盤破裂的情況下能夠承受更大的溫度梯 度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過(guò)新的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的設(shè)計(jì)原理克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中已知的常規(guī)高功 率X射線管的峰值功率限制，其中，所述新的設(shè)計(jì)原理涉及新的材料成分和混合設(shè)計(jì)。根據(jù) 本發(fā)明構(gòu)建的X射線陽(yáng)極將以比當(dāng)前陽(yáng)極高得多的頻率(例如，以大約300Hz的旋轉(zhuǎn)頻率) 旋轉(zhuǎn)，同時(shí)具有與當(dāng)前陽(yáng)極相當(dāng)甚至更大的半徑。因此，將產(chǎn)生高得多的焦點(diǎn)軌跡的相對(duì)速 度。到現(xiàn)在還沒(méi)有提及的常規(guī)高功率X射線陽(yáng)極的第二個(gè)缺點(diǎn)在于，用作陽(yáng)極材料的難熔 金屬無(wú)法提供高熱導(dǎo)率。本發(fā)明提出的陽(yáng)極設(shè)計(jì)不僅允許更快的旋轉(zhuǎn)，而且提供了靠近焦 點(diǎn)軌跡的更高的熱導(dǎo)率。因此，本發(fā)明將實(shí)現(xiàn)X射線管的峰值功率能力的突破，從而在沒(méi)有 運(yùn)動(dòng)偽影的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)象的高速成像。 為了實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明提出了一種新的旋轉(zhuǎn)X射線陽(yáng)極的設(shè)計(jì)原理，其能夠 比現(xiàn)有技術(shù)已知的常規(guī)旋轉(zhuǎn)X射線陽(yáng)極傳遞高得多的短時(shí)峰值功率。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 的輕型材料而克服峰值功率的熱限制。通過(guò)提供由各向異性高比強(qiáng)度材料構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極 盤部分實(shí)現(xiàn)所述極快旋轉(zhuǎn)，其中，所述材料特別適合于在陽(yáng)極工作時(shí)積聚的高應(yīng)力，例如， 所述材料可以是纖維強(qiáng)化陶瓷材料。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，例如，在諸如心臟CT的對(duì)運(yùn)動(dòng)對(duì)象的計(jì)算 機(jī)斷層攝影中就需要所述高速圖像獲取。 如上所述，本發(fā)明提出的針對(duì)高 率X射線陽(yáng)極的新的設(shè)計(jì)原理反映了本發(fā)明人 的下述理解，即，對(duì)適于運(yùn)動(dòng)對(duì)象的高速成像的X射線管的主要要求并非是平均功率而是 其(短時(shí))峰值功率能力。例如，如果能夠在100ms或更短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)心肌的完整CT 掃描，那么所需的峰值功率極高，但是在陽(yáng)極上沉積的總的熱負(fù)荷則與常規(guī)心臟CT掃描相 同甚至更低。實(shí)際上，所述總的熱負(fù)荷可能更低，因?yàn)橹恍枞〉靡粋€(gè)心臟周期內(nèi)心肌的靜止 階段的相關(guān)圖像，而對(duì)心臟的常規(guī)CT成像則需要掃描至少一個(gè)心臟周期，而且大多數(shù)要掃 描多個(gè)心臟周期。 因此，所述熱設(shè)計(jì)不再需要大的熱"質(zhì)量"，而是完全關(guān)注于快速的熱分布。此外， 沒(méi)有必要將主要的需求——高熱導(dǎo)率和為了實(shí)現(xiàn)極快旋轉(zhuǎn)的高機(jī)械強(qiáng)度——結(jié)合到同一 種材料內(nèi)。所述陽(yáng)極需要保持快速旋轉(zhuǎn)的非常強(qiáng)固的框架，并且需要在接近焦點(diǎn)軌跡處具有高熱導(dǎo)率。因此，本發(fā)明提出了一種定制的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極混合設(shè)計(jì)?？梢詫⑺岢龅年?yáng)極的 主要特征總結(jié)如下首先，應(yīng)當(dāng)提及的是，只能采用輕型材料，以降低離心力(與密度成比 例)。此外，采用具有10cm或更大的半徑的陽(yáng)極盤。其中，所述陽(yáng)極盤可以包括至少一個(gè)具 有高熱導(dǎo)率的部分以及至少一個(gè)提供強(qiáng)固框架的具有高機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性的部分。可以采 用幾種材料制造所述陽(yáng)極盤，但是至少接近焦點(diǎn)軌跡的材料必須具有高熱穩(wěn)定性，這樣才 能夠抵御高溫。根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例所提出的混合陽(yáng)極盤設(shè)計(jì)，例如，可以通過(guò)高比 強(qiáng)度材料(即，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與其密度相比具有高比率的材料)提供這一高機(jī)械強(qiáng)度，這樣的材 料具有根據(jù)旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極內(nèi)的由于極快的旋轉(zhuǎn)和熱膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力負(fù)載的分布而特殊設(shè)計(jì) 的各向異性材料特性。所述高比強(qiáng)度材料還提供了高熱穩(wěn)定性和可設(shè)計(jì)的各向異性材料特 性，其可以是纖維強(qiáng)化陶瓷，例如，碳纖維強(qiáng)化碳(CFC)、碳化硅纖維強(qiáng)化碳化硅(SiC/SiC) 或者其他強(qiáng)化陶瓷材料。其中，對(duì)纖維取向進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，以承受極端的應(yīng)力負(fù)荷。具有高 熱導(dǎo)率，同時(shí)具有高熱穩(wěn)定性和低密度的材料可以是(例如)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)具有高熱導(dǎo)率的特 殊石墨材料。 根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤可以具有相對(duì)于旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的旋轉(zhuǎn)平 面的對(duì)稱設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)在于避免了陽(yáng)極盤在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下發(fā)生彎曲。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，這一陽(yáng) 極可以采用兩個(gè)不同的焦點(diǎn)軌跡工作，因而能夠切換聚焦位置，這對(duì)某些成像應(yīng)用有好處。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤可具有的特征為，沿徑向的非恒定的 逐漸降低的剖面厚度。其優(yōu)點(diǎn)在于具有更好的應(yīng)力分布，并且降低了最大應(yīng)力。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤可以包括處于與焦點(diǎn)軌跡相鄰的部分 內(nèi)的由"框架材料"型材料構(gòu)成的額外區(qū)域。其能夠使整個(gè)陽(yáng)極設(shè)計(jì)具有額外的穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，將所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的內(nèi)部框架部分設(shè)計(jì)成輻條輪。其 隱含著總重量下降，因而離心力下降的優(yōu)點(diǎn)。此外，輻條的偽1D結(jié)構(gòu)尤其適于徑向取向纖 維的強(qiáng)化。 根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，例如，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤可具有的特征為，從陽(yáng)極盤的外 緣通往內(nèi)部陽(yáng)極塊的狹縫，其有助于降低切向應(yīng)力的生成。此外，對(duì)于具有狹縫的設(shè)計(jì)變型 而言，可以在所得到的段的邊界處引入具有"框架材料"的額外區(qū)域，以強(qiáng)化所述分段結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例涉及X射線管的高速旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極，其特征在于，外部框 架部分，所述外部框架部分用作圍繞內(nèi)部陽(yáng)極部分的關(guān)鍵支撐結(jié)構(gòu)。例如，這一外部框架部 分可以由碳纖維、碳纖維強(qiáng)化材料或者任何其他纖維強(qiáng)化的高比強(qiáng)度和高度熱穩(wěn)定的材料 構(gòu)成，由此，所示外部框架部分用作對(duì)內(nèi)部陽(yáng)極部分的主要機(jī)械支撐。 根據(jù)這一示范性實(shí)施例的第一細(xì)化，提出了一種分段陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)，其中，例如，可 以通過(guò)具有恒定寬度的S形狹縫對(duì)內(nèi)部陽(yáng)極部分(包括焦點(diǎn)軌跡)分段，所述狹縫從所述 內(nèi)部陽(yáng)極塊體延伸至所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的外部框架部分的內(nèi)徑邊緣。就此而言，提出具體的 陽(yáng)極段至少部分連接至外部框架部分，并且通過(guò)對(duì)所述具體的陽(yáng)極段進(jìn)行設(shè)計(jì)而將徑向熱 膨脹轉(zhuǎn)化成段的容許轉(zhuǎn)矩，由此吸收徑向熱膨脹。 這一示范性實(shí)施例的另一細(xì)化涉及一種高速旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤，其特征在于，上述外部
框架部分，其中，所述陽(yáng)極還包括提供了處于陽(yáng)極盤和陽(yáng)極軸之間的液態(tài)金屬連接的液態(tài)
金屬熱導(dǎo)體。由其實(shí)現(xiàn)了陽(yáng)極盤的徑向熱傳導(dǎo)和無(wú)力(forceless)膨脹。 這一示范性實(shí)施例的又一細(xì)化涉及一種高速旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤，其特征在于，上述外部框架部分，其中，所述陽(yáng)極還包括陽(yáng)極盤和陽(yáng)極盤的旋轉(zhuǎn)軸桿之間的徑向滑動(dòng)連接以及通 過(guò)分別附接到陽(yáng)極盤或旋轉(zhuǎn)軸桿上的固定接頭連接陽(yáng)極盤和陽(yáng)極盤的旋轉(zhuǎn)軸桿的柔性熱 導(dǎo)體。這樣得到的好處是避免了徑向熱誘發(fā)力，同時(shí)仍然能夠在陽(yáng)極盤和旋轉(zhuǎn)軸桿之間提 供良好的熱傳導(dǎo)。還提出了，例如，可以將柔性熱導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)為單根銅線或者一束不同的銅 線。 根據(jù)另一實(shí)施例，本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極型X射線管，其包括上述混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng) 極盤。 最后，本發(fā)明還涉及一種包括這樣的X射線管的計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置。


通過(guò)下述說(shuō)明、權(quán)利要求和附圖，本發(fā)明的有利特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易 見(jiàn)。其中， 圖l示出了根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的新穎旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的設(shè)計(jì)橫截面(剖面)， 所述陽(yáng)極盤包括由至少一種具有高熱穩(wěn)定性的各向異性高比強(qiáng)度材料("框架材料")構(gòu)成 的內(nèi)框架部分和外框架部分，以及與陽(yáng)極的焦點(diǎn)軌跡相鄰的區(qū)域，其中，所述區(qū)域由具有高 熱導(dǎo)率的輕型(未加強(qiáng))材料("熱材料")構(gòu)成； 圖2示出了圖1中所示的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤剖面的設(shè)計(jì)變型，其相對(duì)于旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的旋 轉(zhuǎn)平面具有對(duì)稱設(shè)計(jì)； 圖3示出了圖1所示的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤剖面的另一設(shè)計(jì)變型，其特征在于沿徑向具有 非恒定的逐漸降低的剖面厚度； 圖4示出了圖1所示的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤剖面的另一設(shè)計(jì)變型，其特征在于與焦點(diǎn)軌跡 相鄰的部分內(nèi)的由所述"框架材料"構(gòu)成的額外區(qū)域； 圖5示出了圖1所示的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤剖面的設(shè)計(jì)變型，其特征在于被設(shè)計(jì)成了輻條 輪的內(nèi)部框架部分； 圖6示出了圖5所示的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤剖面的另一設(shè)計(jì)變型，其特征在于從陽(yáng)極盤的 外緣通往內(nèi)部陽(yáng)極塊體的狹縫； 圖7示出了圖6所示的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤剖面的另一設(shè)計(jì)變型，其特征在于與焦點(diǎn)軌跡 相鄰的區(qū)域內(nèi)的由所述"框架材料"構(gòu)成的額外區(qū)域； 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實(shí)施例的分段旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤剖面，其特征在于 陽(yáng)極盤的特定段之間的S形狹縫； 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的又一示范性實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤剖面的徑向橫截面視 圖，其特征在于液態(tài)金屬熱導(dǎo)體；以及 圖IO示出了根據(jù)本發(fā)明的又一示范性實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤剖面的徑向橫截面
圖，其特征在于柔性熱導(dǎo)體以及陽(yáng)極盤和陽(yáng)極的旋轉(zhuǎn)軸桿之間的徑向滑動(dòng)連接。 所采用的參考編號(hào)或標(biāo)記及其含義的表格 l旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的內(nèi)部框架部分(又稱為內(nèi)部陽(yáng)極塊體)，其由至少一種具有高熱穩(wěn)定 性的各項(xiàng)異性高比強(qiáng)度材料("框架材料")構(gòu)成 2旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的與焦點(diǎn)軌跡相鄰的區(qū)域，其由具有高熱導(dǎo)率和高熱穩(wěn)定性的輕型 (未強(qiáng)化)材料("熱材料")構(gòu)成
10
2a陽(yáng)極盤表面上的焦斑(在圖8中與狹縫同時(shí)示出) 3旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的外部框架部分，其由至少一種具有高熱穩(wěn)定性的各向異性高比強(qiáng)度 材料("框架材料")構(gòu)成，該材料可以不同于部分1所采用的材料 4焦點(diǎn)軌跡的涂覆層，其由具有高X射線產(chǎn)出率的材料(例如，含有高比例的鎢作
為"軌跡材料")構(gòu)成 5旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的旋轉(zhuǎn)軸 6旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的額外區(qū)域，其由至少一種"框架材料"類型的材料構(gòu)成 7撞擊到陽(yáng)極的焦點(diǎn)軌跡上的電子束 8朝向X射線管的X射線窗口的X射線發(fā)射 9由至少一種"框架材料"類型的材料構(gòu)成的額外區(qū)域，其被引入到了區(qū)域2內(nèi)所
形成的段的邊界處，從而用來(lái)強(qiáng)化所述分段結(jié)構(gòu) 10a由S形狹縫限定的陽(yáng)極段 10b由徑向直狹縫限定的陽(yáng)極段 11S形段10a與區(qū)域3的局部化接合 12陽(yáng)極的旋轉(zhuǎn)軸桿，其起著熱沉的作用 13具有增強(qiáng)的彎曲的點(diǎn) 14a兩個(gè)陽(yáng)極段10a之間的S形狹縫(縫隙) 14b兩個(gè)陽(yáng)極段10b之間的徑向直狹縫(縫隙) 14c從旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的外緣通往內(nèi)部陽(yáng)極塊體1的狹縫 15液態(tài)金屬密封件，例如，其是由非浸潤(rùn)表面給出的 16a在陽(yáng)極正在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下示出的液態(tài)金屬導(dǎo)體 16b在旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靜止的狀態(tài)下示出的液態(tài)金屬貯存器 17安裝在旋轉(zhuǎn)軸桿12的凸緣狀突出部分和旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的內(nèi)部框架部分1之間的滑 動(dòng)元件 18通過(guò)附著在內(nèi)部框架部分1和旋轉(zhuǎn)軸桿12的外表面上的接頭 19連接旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的內(nèi)部框架部分1和旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的旋轉(zhuǎn)軸桿12的柔性熱導(dǎo)體(例
如，由至少一根銅線構(gòu)成) 19柔軟熱導(dǎo)體18和旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的內(nèi)部框架部分1之間的接頭 a區(qū)域2的徑向傾斜角 伊旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的旋轉(zhuǎn)角伊0分段陽(yáng)極盤的方位狹縫間隔，其被定義為沿+爐-方向限定陽(yáng)極段的第一狹縫 的徑向最遠(yuǎn)點(diǎn)到另一相鄰的沿-P -方向限定對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極段的狹縫的徑向最遠(yuǎn)點(diǎn)之間的方 位角 p !單個(gè)S形狹縫的方位覆蓋角，其處于S形狹縫的+^-方向的方位上最遠(yuǎn)點(diǎn)到同
一狹縫的-p -方向的方位上最遠(yuǎn)點(diǎn)之間的范圍內(nèi)A伊p l和伊o的差角 r。旋轉(zhuǎn)軸桿12的外徑，同時(shí)也是旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的內(nèi)部框架部分1的內(nèi)徑 ri內(nèi)部框架部分1的外徑，同時(shí)也是旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的區(qū)域2的內(nèi)徑 r2區(qū)域2的外徑，同時(shí)也是旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的外部框架部分3的內(nèi)徑 r3旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的外部框架部分3的外徑
具體實(shí)施例方式
在下文中，將相對(duì)于特殊的細(xì)化并參考附圖更加詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的混合陽(yáng)極。
可以通過(guò)圖1所示的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的設(shè)計(jì)橫截面演示本發(fā)明的基本示范性實(shí)施例。 所提出的陽(yáng)極盤包括兩個(gè)框架部分1和3，所述框架部分由具有高機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性的各 向異性高比強(qiáng)度材料(諸如纖維強(qiáng)化型陶瓷材料的"框架材料")構(gòu)成，其特別適合于在陽(yáng) 極盤以極高的旋轉(zhuǎn)速度和極高的短時(shí)峰值功率工作時(shí)積聚的高應(yīng)力。部分4是焦點(diǎn)軌跡的 涂覆層，其由具有高X射線產(chǎn)出率的材料構(gòu)成，例如，其含有高比例的鎢(W)作為"軌跡材 料"。部分2處于與焦點(diǎn)軌跡材料4相鄰的區(qū)域內(nèi)，由具有高熱導(dǎo)率的輕型(未強(qiáng)化)材料 構(gòu)成("熱材料")。例如，其可以是為了獲得高熱導(dǎo)率而特別設(shè)計(jì)的石墨材料。所述"熱材 料"的另一特征在于，其熱膨脹系數(shù)沿所有的方向都非常適合于所述"軌跡材料"的熱膨脹 系數(shù)。例如，可以以石墨作為"熱材料"，以鴇(W)或鴇-錸合金(W/Re)作為"軌跡材料"而 實(shí)現(xiàn)這一目的。所述焦點(diǎn)軌跡層可以非常薄(與電子的貫穿深度相適應(yīng)，大約以lOym為 量級(jí))。這樣允許在生成熱的區(qū)帶和具有高熱導(dǎo)率的部分2的下層材料之間形成直接接觸， 從而促進(jìn)有效的熱轉(zhuǎn)移以及焦斑的冷卻。其中，例如，可以通過(guò)諸如CVD(化學(xué)氣相淀積) 或PVD(物理氣相淀積)的薄膜涂覆技術(shù)將所述"軌跡材料"涂覆到陽(yáng)極上。作為一種替代 方案，軌跡層也可以較厚，例如，約為100iim到lmm。這樣將使得軌跡層具有較高的機(jī)械強(qiáng) 度，可以通過(guò)諸如等離子體噴涂的生成較厚涂覆層的技術(shù)將所述軌跡層涂覆到陽(yáng)極上。
在圖1中，通過(guò)a表示部分2的徑向傾斜角，在下文中又將其稱為"陽(yáng)極角"。附 圖標(biāo)記5表示旋轉(zhuǎn)軸，附圖標(biāo)記7表示撞擊在陽(yáng)極盤的焦點(diǎn)軌跡上的電子束，附圖標(biāo)記8表 示朝向X射線管的X射線窗口的X射線發(fā)射。 可以根據(jù)處于高速旋轉(zhuǎn)下的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極內(nèi)的各向異性非均勻應(yīng)力分布以及熱負(fù)荷 對(duì)"框架材料"進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。出于這一目的，還可以對(duì)圖1中的框架部分1和3進(jìn)一步細(xì) 分，從而將不同材料結(jié)合到一個(gè)部分內(nèi)。例如，如果所選擇的"框架材料"是CFC材料，那么 可以對(duì)纖維含量、纖維取向和纖維層疊進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而滿足在陽(yáng)極的整個(gè)負(fù)載周期內(nèi)都提 供最大的穩(wěn)定性。作為纖維取向的設(shè)計(jì)的例子，或者從更為一般的形式上來(lái)講，作為框架材 料的優(yōu)化的例子，應(yīng)當(dāng)提及，具有中心孔的旋轉(zhuǎn)盤傾向于在內(nèi)徑上積聚高切向應(yīng)力。因此， 作為材料優(yōu)化的部分，可以(例如)通過(guò)該區(qū)域內(nèi)的強(qiáng)切向纖維提高切向的機(jī)械強(qiáng)度。
在接下來(lái)的部分中，將說(shuō)明圖l所示的基本設(shè)計(jì)的另一變型。應(yīng)當(dāng)注意，也可以將 這些設(shè)計(jì)變型結(jié)合起來(lái)，以獲得根據(jù)本發(fā)明的具體陽(yáng)極設(shè)計(jì)。在下面的附圖當(dāng)中，其附圖標(biāo) 記1到5將具有與圖1中相同的含義。 在圖2中示出了圖1中所示的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤剖面的設(shè)計(jì)變型，其相對(duì)于旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤 的旋轉(zhuǎn)平面具有對(duì)稱設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)在于避免了陽(yáng)極盤在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下發(fā)生彎曲。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn) 在于，這一陽(yáng)極可以采用兩個(gè)不同的焦點(diǎn)軌跡工作，因而能夠切換聚焦位置，這對(duì)某些成像 應(yīng)用有好處。但是，沒(méi)有必要為了獲得相對(duì)于陽(yáng)極的旋轉(zhuǎn)平面的對(duì)稱設(shè)計(jì)而提供兩個(gè)焦點(diǎn) 軌跡?？梢圆捎萌魏纹渌龟?yáng)極相對(duì)于其旋轉(zhuǎn)平面平衡的手段以避免陽(yáng)極盤在旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生 彎曲。 圖3示出了圖1所示的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤剖面的另一設(shè)計(jì)變型，其特征在于沿徑向的非 恒定的逐漸減小的剖面厚度。其優(yōu)點(diǎn)在于使應(yīng)力得到了更好的分布，從而降低了最大應(yīng)力。其可以是圖3所示的錐形剖面，或者任何其他針對(duì)指定的材料組合降低了最大應(yīng)力的剖面形狀。 圖4示出了圖1所示的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤剖面的又一設(shè)計(jì)變型，其特征在于與焦點(diǎn)軌跡相鄰的部分內(nèi)的由所述"框架材料"類型的材料構(gòu)成的額外區(qū)域。這將使整個(gè)陽(yáng)極設(shè)計(jì)具有額外的穩(wěn)定性。 圖5中的設(shè)計(jì)變型的特征在于，被設(shè)計(jì)成輻條輪的內(nèi)部框架部分。其隱含著總重量下降，因而離心力下降的優(yōu)點(diǎn)。此外，輻條的偽1D結(jié)構(gòu)尤其適于徑向取向纖維的強(qiáng)化。
圖6示出了圖5所示的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤剖面的另一設(shè)計(jì)變型，其特征在于，從陽(yáng)極盤的外緣通往內(nèi)部陽(yáng)極塊體的狹縫。其有助于降低所產(chǎn)生的切應(yīng)力。 對(duì)于采用狹縫的設(shè)計(jì)變型而言，可以在部分2內(nèi)于所產(chǎn)生的各段的邊界處引入"框架材料"，以強(qiáng)化所述分段結(jié)構(gòu)。在圖7中示出了將這些額外區(qū)域9容納到陽(yáng)極盤上的例子。 在圖8到10中，示出了本發(fā)明的三個(gè)示范性實(shí)施例，在所述實(shí)施例中，通過(guò)S形狹縫結(jié)構(gòu)(第一實(shí)施例)、液態(tài)金屬熱導(dǎo)體(第二實(shí)施例)和柔性熱導(dǎo)體(第三實(shí)施例)提供用于實(shí)現(xiàn)熱_機(jī)械"呼吸"的柔軟性。 本發(fā)明的這三個(gè)示范性實(shí)施例中的第一個(gè)提出了一種具有多個(gè)段的分段高速陽(yáng)極，所述多個(gè)段是由具體陽(yáng)極段之間的S形狹縫定義的。根據(jù)這一實(shí)施例，所述陽(yáng)極段與外側(cè)框架部分僅部分連接。采用段與外側(cè)框架部分之間的局部化接合將使得所述段在不會(huì)向外側(cè)框架部分引起額外的熱-機(jī)械方位(azimuthal)力的情況下在方位上膨脹。其導(dǎo)致了徑向熱膨脹到轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)換。其中，將方位S形角^i選擇為大于狹縫間隔角Po，以確保使徑
向力最小，其中，P i處于s形狹縫的+p -方向的方位上最遠(yuǎn)點(diǎn)到同一狹縫的-伊-方向的方位上最遠(yuǎn)點(diǎn)的范圍內(nèi)，伊o被定義為處于沿+伊-方向限定陽(yáng)極段的第一狹縫的徑向最遠(yuǎn)點(diǎn)
到另一相鄰的沿-P -方向限定對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極段的狹縫的徑向最遠(yuǎn)點(diǎn)之間的方位上的角。差角= p !-伊o所具有的幅度被設(shè)置為使來(lái)自內(nèi)部陽(yáng)極塊體的內(nèi)徑r。與前述鄰接外側(cè)框架部分的狹縫陽(yáng)極段的外徑r2之間的位置的熱傳導(dǎo)最大化，并且使所述段(更精確而言，是具有增強(qiáng)的彎曲的點(diǎn))的變形最小化。因而通過(guò)W-3607伊o給出所述狹縫的數(shù)量N。 圖9所示的所述三個(gè)示范性實(shí)施例中的第二個(gè)涉及一種具有在陽(yáng)極和陽(yáng)極軸之間提供了液態(tài)金屬連接的液態(tài)金屬熱導(dǎo)體的高速旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤。這實(shí)現(xiàn)了陽(yáng)極盤的徑向熱傳導(dǎo)和無(wú)力(foceless)膨脹。 圖10所示的本發(fā)明的這三個(gè)示范性實(shí)施例中的第三個(gè)涉及一種具有在陽(yáng)極盤和陽(yáng)極的旋轉(zhuǎn)軸桿之間的徑向滑動(dòng)連接的高速旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤，其中，以(例如)可以通過(guò)銅線提供的柔性熱導(dǎo)體的形式實(shí)現(xiàn)所述連接。從而，能夠得到避免產(chǎn)生徑向熱誘發(fā)力的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的應(yīng)用 可以將本發(fā)明應(yīng)用于任何X射線成像領(lǐng)域，尤其是在需要以高峰值功率實(shí)現(xiàn)非?？焖俚膱D像獲取的情況下，例如，基于X射線的材料檢查領(lǐng)域，或者諸如心臟CT的醫(yī)療成像領(lǐng)域，或者其他用于實(shí)時(shí)獲取移動(dòng)對(duì)象的圖像數(shù)據(jù)的X射線成像應(yīng)用。 盡管在附圖和前述說(shuō)明中對(duì)本發(fā)明給出了詳細(xì)的圖示和說(shuō)明，但是應(yīng)當(dāng)將這樣的圖示和說(shuō)明看作是說(shuō)明性的或者示范性的，而非限定性的，這意味著本發(fā)明不局限于所公開(kāi)的實(shí)施例。通過(guò)研究附圖、說(shuō)明書和權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在實(shí)踐所要求保護(hù)的本發(fā)明的過(guò)程當(dāng)中理解并實(shí)施針對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的其他變型。在權(quán)利要求中，"包括"一詞不排除其他元件或步驟，單數(shù)冠詞不排除復(fù)數(shù)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記解釋為限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
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)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤包括-由高比強(qiáng)度材料(“框架材料”)構(gòu)成的至少一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)(1，3，6)，所述高比強(qiáng)度材料是指結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與其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，所述材料特別適合于在所述陽(yáng)極盤以高旋轉(zhuǎn)頻率和在圍繞其旋轉(zhuǎn)軸(5)旋轉(zhuǎn)時(shí)的熱負(fù)荷下工作時(shí)所積聚的高應(yīng)力，以及-在所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極表面上與焦點(diǎn)軌跡(4)的涂覆層材料相鄰的區(qū)域內(nèi)由具有高熱導(dǎo)率、同時(shí)具有高熱穩(wěn)定性的輕型材料(“熱材料”)構(gòu)成的至少一個(gè)部分(2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中，所述"框架材料"是纖維強(qiáng)化陶瓷，例如，碳纖維強(qiáng)化碳(CFC)、碳化硅纖維強(qiáng)化碳 化硅(SiC/SiC)或其他強(qiáng)化陶瓷材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中的任一項(xiàng)所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 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"熱材料"。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項(xiàng)所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 其中，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤可以相對(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)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項(xiàng)所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 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。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任一項(xiàng)所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 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"框架材料"型材料構(gòu)成的額外區(qū)域(6)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1到6中的任一項(xiàng)所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 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。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1到6中的任一項(xiàng)所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 其中，所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的特征在于，從所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤的外緣通往內(nèi)部陽(yáng)極塊體(1)的狹縫(14c)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1到6中的任一項(xiàng)所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括完全包圍所 述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極的所述內(nèi)部陽(yáng)極塊體(1)的外部框架部分(3)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中，所述外部框架部分(3)由碳纖維、碳纖維強(qiáng)化材料或者任何其他纖維強(qiáng)化的高 比強(qiáng)度和高度熱穩(wěn)定的材料構(gòu)成，所述外部框架部分用作對(duì)所述內(nèi)部陽(yáng)極塊體(1)的主要 機(jī)械支撐。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1到6、9或10中的任一項(xiàng)所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 其中，將所述旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤劃分成分立的陽(yáng)極段(10a，10b)，其中，通過(guò)從所述內(nèi)部陽(yáng)極塊體(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(kāi)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 其中，將所述陽(yáng)極段(10a，10b)至少部分連接至所述外部框架部分(3)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1到6、9或10中的任一項(xiàng)所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 包括處于所述內(nèi)部陽(yáng)極塊體(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。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1到6、9或10中的任一項(xiàng)所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 包括處于所述內(nèi)部陽(yáng)極塊體(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)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括柔性熱導(dǎo)體(18)，其通過(guò)附接到所述內(nèi)部陽(yáng)極塊體(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)部陽(yáng) 極塊體(1)和所述旋轉(zhuǎn)軸桿(12)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的混合旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中，將所述柔性熱導(dǎo)體(18) 實(shí)現(xiàn)為單根銅線或者一束不同的銅線。
17. —種包括根據(jù)權(quán)利要求1到16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。
18. —種包括根據(jù)權(quán)利要求17所述的X射線管的計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置。
全文摘要
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，例如，所述材料可以是纖維強(qiáng)化陶瓷材料。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。根據(jù)另一示范性實(shí)施例，本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤，所述陽(yáng)極盤被劃分成了分立的陽(yáng)極段(10a，10b)，其中，例如，可以通過(guò)從內(nèi)部陽(yáng)極塊體(1)延伸到陽(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)使相鄰的陽(yáng)極段相互得到限定。本發(fā)明的其他示范性實(shí)施例涉及旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其包括位于內(nèi)部陽(yáng)極塊體(1)和使旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤圍繞其旋轉(zhuǎn)軸(5)旋轉(zhuǎn)所需的旋轉(zhuǎn)軸桿(12)之間的液態(tài)金屬導(dǎo)體(16a)，所述液態(tài)金屬導(dǎo)體(16a)在旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極和其旋轉(zhuǎn)軸桿(12)之間提供了液態(tài)金屬連接，或者，本發(fā)明的其他示范性實(shí)施例還涉及旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極盤結(jié)構(gòu)，其包括處于內(nèi)部陽(yáng)極塊體(1)和旋轉(zhuǎn)軸桿(12)之間的徑向滑動(dòng)連接(17)和柔性熱導(dǎo)體(18)。
文檔編號(hào)H01J35/10GK101779267SQ200880103249
公開(kāi)日2010年7月14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·朗坎普, A·萊瓦爾特, C·巴特, H·里希特, R·K·O·貝林, R·皮蒂格, T·貝尼施, W·胡芬巴赫 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司