專利名稱：穿透式x光管及反射式x光管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種穿透式X光管及一種反射式X光管，尤其涉及可藉由濾波材料將不必要的輻射濾除的一種穿透式X光管及一種反射式X光管。
背景技術(shù)：
在采用以鋁、鑰、釔及銅等材料的低Z濾波材的醫(yī)學(xué)造影方法中，可以藉由所謂鋁等效濾波厚度來(lái)減少低能量的射線?；旧?，此一鋁濾波材的等效厚度的范圍是0.5-12微米，用以濾掉低能量、長(zhǎng)波長(zhǎng)的X光，并減少可能對(duì)醫(yī)學(xué)造影有害及不必要的輻射。不幸的是，這樣的濾光器也過濾掉一大部分有用的X光。非破壞性檢驗(yàn)通常不會(huì)另加濾波材料，但是當(dāng)要以特定的Ka線的射線，對(duì)進(jìn)行非破壞性檢驗(yàn)造影的物品提供高品質(zhì)的影像時(shí)，移除不必要的高能量的光子也是本發(fā)明的目的之一。在醫(yī)學(xué)造影中，化學(xué)造影元素，例如是含碘、釓、鋇的化合物，會(huì)因?yàn)槠涿芏燃霸訑?shù)而對(duì)周邊的軟組織產(chǎn)生高的對(duì)比度。這些元素的原子數(shù)(碘的Z = 53，鋇的Z = 56，釓的Z = 64)的重要性在于，相對(duì)于傳統(tǒng)的X光能量光譜，K吸收邊緣值是位于一較佳的能帶上。碘的K邊緣值是33.17keV (千電子伏特)，鋇的K邊緣值是37.44keV,釓的K邊緣值是50.24keV。當(dāng)X光光子能量稍微高于化學(xué)造影劑的K邊緣能量時(shí)，可以產(chǎn)生最大的對(duì)比度。在特殊醫(yī)療程序中，最佳的光譜的選擇要考慮到不僅僅是對(duì)比度的需求，也要考慮對(duì)身體部位能產(chǎn)生必要的穿透性并限制病人所接收到的輻射劑量。不同工業(yè)產(chǎn)品，包括但不限于所有種類的電子電路、積體電路、發(fā)光二極體及鋰電池，在非破壞性造影的案例中，都會(huì)有一個(gè)能產(chǎn)生最大影像品質(zhì)的單一最佳能量。然而為了產(chǎn)出高光通量的最佳能量，不可避免地同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生高于最佳能量而有較高能量的光子。較高能量的光子是不必要的，他們會(huì)減少影像的對(duì)比度。另一方面，當(dāng)太多不必要的X光照射在感應(yīng)器上時(shí)，感應(yīng)器過載會(huì)是另一個(gè)問題。對(duì)反射式X光管而言，X光束的光譜是由陽(yáng)極材料、濾波材料及其厚度、以及在此程序中所選定的電子管電壓的組合所決定。靶材的厚度并非重要的問題。X光造影應(yīng)用上所需要的是一個(gè)位于窄而界限分明的光子能帶上且具有大量光子的X光光譜，以及利用濾波材濾除那些具有能量高于及或低于該能帶的光子，并且盡量避免減損極大化影像品質(zhì)所需的該能帶的光通量。有用的能帶與能量高于該能帶的光通量比例應(yīng)該在X光管的散熱極限中被最大化。對(duì)于醫(yī)學(xué)造影的應(yīng)用，同時(shí)減少不必要的低能量光子而明顯降低對(duì)于病人的劑量，將明顯可提供額外的好處。對(duì)于無(wú)生命物體的造影，光子的能量可以低到15至20keV，而一般醫(yī)學(xué)造影光子能量接近30keV，而高能量造影光子能量高達(dá) 600keV。此一濾波方案可應(yīng)用反射式及穿透式X光管。當(dāng)使用穿透式X光管時(shí)，所必需的方式是要讓有用的X光的量與較高能量的光子的量的比例最佳化。在醫(yī)療應(yīng)用中，所必需的方式是要讓有用的X光的劑量與病人所吸收的劑量最佳化，而且同時(shí)要減少較有用能帶的能量高的光子的量。利用靶材的厚度無(wú)法使反射式X光管的光通量最佳化，因此，藉由調(diào)整厚度或?yàn)V波材的組成以達(dá)到想要的結(jié)果是有限的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種穿透式X光管，可藉由濾波材料將不必要的輻射濾除。本發(fā)明提供一種反射式X光管，可藉由濾波材料將不必要的輻射濾除。本發(fā)明提供一種穿透式X光管，該穿透式X光管包括一靶材及一濾波材料。該靶材包括至少一元素，該元素受激發(fā)后產(chǎn)生的X光包括K a及Κβ的輻射能量，可照射一物體進(jìn)行造影。該濾波材料可被該X光所穿過，該濾波材料具有一 k邊緣吸收能量，該k邊緣吸收能量高于該元素的Ka輻射能量，但低于該元素的Κβ輻射能量。該濾波材料的厚度至少為10微米且少于3毫米。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該祀材包括鈧、鈦、鑰;、鉻、猛、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鍺、宇乙、銀、鑰、釘、錯(cuò)、鈕、銀、錫、鎖、倆、鋪、欽、禮、鋪、摘、欽、輯、錢、鏡、鍛、給、組、鶴、鍊、依、怕、金、釷、鈾或其組合，或由包含上述材料或其組合所形成的元素、化合物、合金、金屬間化合物或復(fù)合材料。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該濾波材料包括鈦、釔、釓、釕、釩、釤、釹、釷、欽、鈀、鈷、鈰、鈮、鉭、鑰、銅、鉻、銥、鉺、銠、銪、銦、鉿、銣、銩、鋅、銻、鋱、鋯、錳、錫、錸、鍶、鎢、鎳、鎘、
鎵、锝、鎦、鏑、鐵、鐿或其組合，或由包含上述材料或其組合所形成的元素、化合物、合金、金屬間化合物或復(fù)合材料。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述祀材的厚度介于5至500微米之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述穿透式X光管是用作一 X光顯微鏡的一 X光光源。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述穿透式X光管是用以獲得醫(yī)學(xué)造影的影像。本發(fā)明提供一種反射式X光管，該反射式X光管包括一靶材及一濾波材料。該靶材包括至少一元素，該元素受激發(fā)后產(chǎn)生的X光包括K a及Κβ的輻射能量，可照射一物體進(jìn)行造影。該濾波材料可被該X光所穿過，該濾波材料具有一 k邊緣吸收能量，該k邊緣吸收能量高于該元素的Ka輻射能量，但低于該元素的Κβ輻射能量。該濾波材料的厚度至少為10微米且少于3毫米。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述反射式X光管是用作一 X光顯微鏡的一 X光光源。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述反射式X光管是用以獲得醫(yī)學(xué)造影的影像。當(dāng)X光光子束所含的光子的能量剛好高于一濾波材料的k邊緣值，該材料將會(huì)強(qiáng)烈地吸收該特定的光子束。如果發(fā)現(xiàn)一濾波物質(zhì)的吸收邊緣是介于入射X光光子束的K a與Κβ線之間，那么此物質(zhì)可以用來(lái)明顯地降低Κβ線相對(duì)于Ka線的強(qiáng)度，因此該物質(zhì)被定義為Κβ濾波材料。本發(fā)明揭示一穿透式X光管，該X光管的靶材厚度是5-500微米，可以與選定的許多Κβ濾波材料組合，以提供同時(shí)將不必要的高能量及不必要低能量的X光濾除，濾除高能量的X光可改善影像品質(zhì)，以及濾除低能量X光可降低病人在醫(yī)療應(yīng)用所吸收的劑量。本發(fā)明同樣揭示應(yīng)用于醫(yī)療造影以及非破壞性檢驗(yàn)造影的一種反射式X光管及一種濾波材，該濾波材相對(duì)于例如是鋁或銅等低Z濾波材，可以將劑量降低至一相當(dāng)?shù)偷膭┝慷粫?huì)明顯減少對(duì)造影有用的X光，且同時(shí)減少在反射式X光管的靶材k線以上的高能量光子。厚的穿透式X光管的靶材以及反射式X光管的靶材是選自以下可能的的材料，這些材料包括但不限于鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鍺、釔、鈮、鑰、釕、銠、鈀、銀、錫、鎖、倆、鋪、釹、,L、鋪、鏑、欽、鉺、錢、鐿、鍛、鉿、鉭、鶴、錸、銥、鉬、金、娃或袖。這些被選定的不同的Kβ濾波材的厚度大約10微米至3毫米。本發(fā)明的Κβ濾波材可用于形成醫(yī)學(xué)造影以及非破壞性檢驗(yàn)的造影，醫(yī)學(xué)造影包括但不限于病人乳房、胸腔、關(guān)節(jié)、四肢、頭骨、腹部、腸胃道、導(dǎo)引高能量照射治療的影像精準(zhǔn)定位或于病人體內(nèi)進(jìn)行此種治療的定位，而非破壞性檢驗(yàn)的造影的物體包括但不限于電路板、錫球陣列電路、分散式電子元件、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)裝置、小動(dòng)物、有機(jī)及地質(zhì)樣本、半導(dǎo)體晶片封裝，以及眾多其他用于不同產(chǎn)業(yè)的無(wú)生命物體。在許多非破壞性檢驗(yàn)應(yīng)用中，這些X光管及其所涵括的K β濾波材可應(yīng)用于X光顯微鏡的X光光源。本發(fā)明是有關(guān)于一種X光的造影，雖然其主要是用以解決醫(yī)學(xué)造影的重大問題，但也可以應(yīng)用在其他的方面包括對(duì)無(wú)生命物體非破壞性的X光造影。本發(fā)明可應(yīng)用于使用反射式X光管、穿透式X光管、固態(tài)靶管及旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極管的X光造影，以及在醫(yī)學(xué)及非破壞性檢驗(yàn)造影中的所有能量的X光。本發(fā)明揭示一種方法，在X光管輸出光譜中減少低于或高于有用的X光能帶的X射線。在X光的應(yīng)用上，需要高密度的單色X光，而本發(fā)明揭示一種采用具有Kβ濾波材料的厚穿透式或反射式靶的組合物，此Κβ濾波材料的厚度將使X光靶的Κβ射線明顯減少。在應(yīng)用上，本發(fā)明使用濾波材料的X光管可用以提供X光顯微鏡的準(zhǔn)單色X光光源。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖式作詳細(xì)說(shuō)明如下。



圖1是根據(jù)本發(fā)明一穿透式X光管的示意圖，該穿透式X光管所產(chǎn)生X光經(jīng)過過濾。圖2是根據(jù)本發(fā)明一反射式X光管的示意圖，該反射式X光管所產(chǎn)生X光經(jīng)過過濾。圖3是顯示一穿透式X光管的輸出光譜，該穿透式X光管具有一金屬釓靶材并藉由鋁及銅過濾X光。圖4是顯示一穿透式X光管的輸出光譜，該穿透式X光管具有一 20微米厚的金屬 L革El材且無(wú)濾波材料。圖5是顯示一穿透式X光管的輸出光譜，該穿透式X光管具有一金屬釓靶材且具有一金屬衫的濾波材料。圖6是顯示一穿透式X光管的光譜，該穿透式X光管具有一厚的金屬鉭靶材并以傳統(tǒng)的低Z材料進(jìn)行過濾。圖7是顯示在無(wú)濾波材料時(shí)，一 50微米厚的金屬鉭穿透式靶材與一 100微米厚的金屬鉭靶材的光譜。圖8是顯示一穿透式X光管的輸出光譜，該穿透式X光管具有一厚度100微米金屬鉭靶材且具有一厚度80微米的金屬鐿的濾波材料。
圖9是顯示一反射式X光管的輸出光譜，該反射式X光管是以標(biāo)準(zhǔn)的低Z值濾波材料進(jìn)行過濾，并與加上80微米厚的金屬鐿濾波材料的光譜進(jìn)行比較。圖10是顯示一金屬鑰靶材的穿透式X光管經(jīng)過濾后的輸出，該穿透式X光管具有一金屬銀濾波材料。圖11是顯示一穿透式X光管的在三個(gè)不同厚度且由銩金屬制成的濾波材料下的輸出光譜，該穿透式X光管具有一鉭金屬祀材。附圖標(biāo)記:1:末端窗口陽(yáng)極2:靶材金屬箔片3、12:陰極4、10:電子束路徑5:選擇性對(duì)焦機(jī)構(gòu)6:電源供應(yīng)器7:真空殼體8:X 光11:側(cè)面窗口13:X 光束14:陽(yáng)極17 36:輸出光譜
具體實(shí)施例方式圖1的穿透式X光管包含了一真空殼體7以及設(shè)置在殼體7端部露出于大氣中的一端部窗口陽(yáng)極I。一 X光祀材金屬箔片2則定位在端部窗口陽(yáng)極I上。在一些X光管的端部窗口中，X光靶材與端部窗口是以相同的材料制成，避免X光穿過不同端部窗口材料的問題。當(dāng)一較厚的靶材強(qiáng)固到足以支撐X光管的真空，不同的端部窗口材料是不必要的。一電子或是光子激發(fā)的陰極3射出電子，這些電子會(huì)沿著電子束路徑4被加速并且打擊陽(yáng)極靶材而產(chǎn)生X光。電源供應(yīng)器6連接在陰極及陽(yáng)極之間以對(duì)電子束提供加速力。產(chǎn)生的X光8通過端部窗口而逸出X光管。一選擇性的對(duì)焦機(jī)構(gòu)5基本上是利用電性偏壓,使電子束聚焦向上、向下或聚焦在靶材的一個(gè)點(diǎn)上。該點(diǎn)在靶材表面最大的尺寸即差不多是焦點(diǎn)的大小。X光包含了 Ka及Κβ特性的輻射，其對(duì)于靶材中至少一元素有著獨(dú)特的關(guān)聯(lián)。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，具有靶材厚度達(dá)到5微米或200微米的穿透式X光管則被定位在一端部窗口上。當(dāng)靶材金屬箔片及端部窗口是相同的材料時(shí)，其厚度可以達(dá)到500微米。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，是藉由厚度從10微米至3毫米的一 Κβ濾波材料對(duì)一穿透式X光管的輸出輻射進(jìn)行過濾。圖2為一反射式X光管的不意圖，包括有一真空殼體，其中一陰極12及一陽(yáng)極14位于真空殼體中。陽(yáng)極14包括一設(shè)置在一基板上的X光祀,基板可移除X光照射陽(yáng)極時(shí)產(chǎn)生的熱能。電子由陰極射出。一電源供應(yīng)器6連接在陽(yáng)極與陰極之間，用以提供一電場(chǎng)，沿著一電子束路徑10對(duì)由陰極射出的電子進(jìn)行加速，使電子打擊陽(yáng)極14的一個(gè)點(diǎn)，而產(chǎn)生一X光束13，該X光束13經(jīng)由一側(cè)面窗口 11而射離X光管。電子束照射在靶材上，反射式X光管可以從靶材的同一側(cè)收集到產(chǎn)生的X光。藉由靶材所產(chǎn)生的X光照射在物體上以產(chǎn)生影像，此X光同時(shí)包含的Kd及Κβ性質(zhì)的射線對(duì)于靶材中至少一元素是有獨(dú)特相關(guān)性的。在本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，一穿透式X光管的輸出藉由一 Κβ濾波材進(jìn)行過濾，Κβ濾波材的厚度介于10微米至3毫米。開放的穿透式X光管基本上是用于對(duì)電子電路以及其他高解析度應(yīng)用的造影，并且當(dāng)物體的影像需要較高的倍數(shù)時(shí)，可作為替代性的X光光源。封閉的穿透式X光管封住真空，而開放的或抽氣的穿透式X光管具有一真空幫浦用以連續(xù)抽成真空，通常用以經(jīng)常取代無(wú)法操作的管件。為達(dá)·成本發(fā)明的目的，穿透式X光管同時(shí)包括開放的及封閉的穿透式X光管，但排除例外說(shuō)明的部分。除非特別說(shuō)明，否則特定的X光管的光譜資料是由Amptek公司型號(hào)XR-100的設(shè)備所測(cè)得，該設(shè)備具有一個(gè)1_厚的鎘碲感測(cè)器及IOmils (千分之一英寸)厚的鈹濾波材。感測(cè)器的設(shè)置距離X光管有I公尺，實(shí)驗(yàn)采用不同的X光管電流及不同的曝光時(shí)間。制成K β濾波材料的元素的k吸收邊緣值介于X光靶材的K α線與K β線之間，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針對(duì)每一種可能采用的靶材進(jìn)行說(shuō)明，這些材料可以形成本發(fā)明的一個(gè)適當(dāng)?shù)摩聻V波材料。表1:用以作為穿透式X光管的K β濾波材的各種材料
權(quán)利要求
1.一種穿透式X光管，包括: 一靶材，包括至少一元素，該元素受激發(fā)后產(chǎn)生的X光包括K a及Κβ的輻射能量，可照射一物體進(jìn)行造影；以及 一濾波材料，可被該X光所穿過，該濾波材料具有一 k邊緣吸收能量，該k邊緣吸收能量高于該元素的Ka輻射能量，但低于該元素的Kβ輻射能量； 其中該濾波材料的厚度至少為10微米且少于3毫米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿透式X光管，其中該靶材包括鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鍺、釔、鈮、鑰、釕、銠、鈀、銀、錫、鋇、鑭、鈰、釹、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿、鎦、鉿、鉭、鎢、錸、銥、鉬、金、釷、鈾或其組合，或由包含上述材料或其組合所形成的元素、化合物、合金、金屬間化合物或復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿透式X光管，其中該濾波材料包括鈦、釔、釓、釕、釩、釤、釹、釷、欽、鈀、鈷、鈰、鈮、鉭、鑰、銅、鉻、銥、鉺、銠、銪、銦、鉿、銣、銩、鋅、銻、鋱、鋯、錳、錫、錸、銀、鶴、鎳、鎘、鎵、锝、鍛、鏑、鐵、鐿或其組合,或由包含上述材料或其組合所形成的元素、化合物、合金、金屬間化合物或復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿透式X光管，其中該靶材的厚度介于5至500微米之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿透式X光管，該穿透式X光管是用作一X光顯微鏡的一 X光光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的穿透式X光管，該穿透式X光管是用以獲得醫(yī)學(xué)造影的影像。
7.一種反射式X光管，包括: 一靶材，包括至少一元素，該元素受激發(fā)后產(chǎn)生的X光包括K a及Κβ的輻射能量，可照射一物體進(jìn)行造影；以及 一濾波材料，可被該X光所穿過，該濾波材料具有一 k邊緣吸收能量，該k邊緣吸收能量高于該元素的Ka輻射能量，但低于該元素的Kβ輻射能量； 其中該濾波材料的厚度至少為10微米且少于3毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反射式X光管,其中該靶材包括鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鍺、釔、鈮、鑰、釕、銠、鈀、銀、錫、鋇、鑭、鈰、釹、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、鐿、鎦、鉿、鉭、鎢、錸、銥、鉬、金、釷、鈾或其組合，或由包含上述材料或其組合所形成的元素、化合物、合金、金屬間化合物或復(fù)合材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反射式X光管，其中該濾波材料包括鈦、釔、釓、釕、釩、釤、釹、釷、欽、鈀、鈷、鈰、鈮、鉭、鑰、銅、鉻、銥、鉺、銠、銪、銦、鉿、銣、銩、鋅、銻、鋱、鋯、錳、錫、錸、銀、鶴、鎳、鎘、鎵、锝、鍛、鏑、鐵、鐿或其組合,或由包含上述材料或其組合所形成的元素、化合物、合金、金屬間化合物或復(fù)合材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反射式X光管，該反射式X光管是用作一X光顯微鏡的一 X光光源。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反射式X光管，該反射式X光管是用以獲得醫(yī)學(xué)造影的影像。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種穿透式X光管及反射式X光管，該穿透式X光管包括一靶材及一濾波材料。該靶材包括至少一元素，該元素受激發(fā)后產(chǎn)生的X光包括Kα及Kβ的輻射能量，可照射一物體進(jìn)行造影。該濾波材料可被該X光所穿過，該濾波材料具有一k邊緣吸收能量，該k邊緣吸收能量高于該元素的Kα輻射能量，但低于該元素的Kβ輻射能量。該濾波材料的厚度至少為10微米且少于3毫米。
文檔編號(hào)H01J35/16GK103094030SQ20121018418
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者布魯斯·布萊恩特·帕森斯, 鄭積杰 申請(qǐng)人:和鑫生技開發(fā)股份有限公司