一種靜態(tài)多源冷陰極x射線儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種靜態(tài)的多源冷陰極X射線儀，用于X射線成像設備的X射線儀。還涉及上述X射線管的系統(tǒng)及相關(guān)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]醫(yī)用X射線儀能廣泛的應用于骨關(guān)節(jié)，腰頸椎，腹部器官，血管，胰腺，乳腺等人和動物的骨骼、臟器、腺體和組織等部位進行拍片，透視，造影，成像及治療。能有效篩查并診斷疾病，有利于醫(yī)生進行術(shù)前評估并制定正確的治療方案。如今專用的X射線儀(簡稱X光機)有牙科全景X光機，數(shù)字乳腺X光機，頭部CT等。
[0003]目前傳統(tǒng)熱陰極技術(shù)，采用單個X射線管的機械轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)不同角度的攝影。例如CT機的X線管裝在患者的上方繞檢查部位旋轉(zhuǎn)，形成扇形的X射線束，同時在患者下方裝環(huán)形排列的探測器收集信息，再經(jīng)過電子計算機的處理重建出人體被檢查部位的斷面或立體的圖像。如今的三維X射線乳腺檢測則是X射線管圍繞被檢測部位10-50°旋轉(zhuǎn)掃描，并收集移動拍攝的掃描圖像，經(jīng)過電腦對這些圖像重建形成三維成像；該檢測掃描所需的時間取決于視圖和乳房的厚度，大約為7-40秒。這比常規(guī)的二維乳腺X光檢查的時間要長得多。成像時間長會導致病人運動模糊，會降低圖像質(zhì)量，可以讓病人感到不舒服。旋轉(zhuǎn)的速率和探測器速率限制了系統(tǒng)掃描速率。
[0004]傳統(tǒng)的熱陰極技術(shù)，通過加熱真空管內(nèi)的金屬絲達到上千攝氏度高溫來產(chǎn)生高能電子。且熱陰極存在體積較大、電子發(fā)射調(diào)制時間較長(毫秒級別)、功耗大等缺陷。針對熱陰極的這些缺陷，性能優(yōu)良的冷陰極的研宄應運而生。室溫下，陰極在電場作用下發(fā)射電子(稱為場發(fā)射)，因此場發(fā)射具有更高的能量利用率。此外，場發(fā)射還具有一些獨特的性質(zhì)，例如，對電場變化的快速響應，對溫度波動和輻射不敏感，發(fā)射出的電子束高度可控，高開關(guān)比，電子的彈道傳輸，而且很小的電壓調(diào)制范圍就可以調(diào)制很大的電流范圍。
[0005]碳納米材料是碳的一種同素異形體，是準一維納米材料。由于具有較高的長徑比、穩(wěn)定的化學和機械性能，因此具有優(yōu)秀的場發(fā)射性能。例如，低開啟電壓、高電子發(fā)射穩(wěn)定性，長壽命等。近年來，將碳納米材料應用于場發(fā)射器件已經(jīng)成為研宄的熱點。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型針對現(xiàn)有熱陰極單個X射線管機械旋轉(zhuǎn)多角度掃描成像技術(shù)的不足，提供一種基于碳納米場發(fā)射材料的新型靜態(tài)多源冷陰極X射線成像設備的X射線儀，以實現(xiàn)冷陰極電子的多角度拍攝。能有效提高X射線成像的分辨率，以及縮短X射線的曝光時間，以及較長的使用壽命，以降低X射線成像設備的開發(fā)成本和維護成本。
[0007]本實用新型的技術(shù)方案是:一種靜態(tài)多源冷陰極X射線儀，包括一個恒定真空腔系統(tǒng)，若干個三極式X射線發(fā)射單元，一個循環(huán)冷卻系統(tǒng)；
[0008]所述恒定真空腔系統(tǒng)包括一個真空腔體，所述真空腔體為弧形結(jié)構(gòu)，所述弧形結(jié)構(gòu)兩端設置法蘭，左端法蘭連接真空泵，右端法蘭連接真空測量儀；
[0009]所述真空腔體中按腔體弧度排列若干個三極式X射線發(fā)射單元，每一個三極式X射線發(fā)射單元自上而下包括一個陽極、一個柵極和一個陰極，每個陽極、柵極和陰極都分別通過陶瓷和螺釘固定在腔體內(nèi)部，使陽極、柵極、陰極和腔體之間兩兩絕緣；每個柵極中心設一個電子透射孔，用于聚焦陰極發(fā)射出來的電子，并讓電子穿過透射孔射向陽極；
[0010]所述循環(huán)冷卻系統(tǒng)由一條穿過真空腔體的銅制冷卻管道和泵組成，冷卻管道通過面接觸的方式緊密的固定在每一個陽極的上方，冷卻管道兩端通過密封法蘭接出真空腔體夕卜，且冷卻管道和冷卻管道兩端連接法蘭間采用絕緣陶瓷焊接密封，使真空腔體和冷卻管道絕緣；
[0011]所述真空腔體底面中心按腔體弧度排列有一個陽極接線柱、一個柵極接線柱和若干個與三極式X射線發(fā)射單元—對應的陰極接線柱，所述陽極接線柱一端連接正高壓、一端連接所有三極式X射線發(fā)射單元的陽極，所述柵極接線柱一端接地、一端連接所有三極式X射線發(fā)射單元的腔體的柵極，所述陰極接線柱一端連接負高壓、一端連接對應的三極式X射線發(fā)射單元的陰極。
[0012]進一步的，所述陽極為直角梯形結(jié)構(gòu)，斜面向下，上表面帶有凹槽；所述冷卻管道為弧形，兩端彎曲向下通過密封法蘭穿過真空腔體底面，所述冷卻管道弧形的弧度與真空腔體相同，配套嵌置于所有陽極的凹槽內(nèi)，與陽極的凹槽表面緊密接觸固定。大大增加了冷卻管道與陽極之間的接觸面積，可以解決因為打到陽極靶材上的電流大，而造成溫度高，熔靶或把陽極靶打壞的缺點，可以支持大電流，高功率。電流大，可以用在醫(yī)學上，組織和骨頭等地方，因為功率可調(diào)，通過電壓調(diào)節(jié)發(fā)射電流大小來調(diào)節(jié)X射線的強弱。應用范圍廣。
[0013]進一步的，所述冷卻管道自帶一排緊固耳，個數(shù)與陽極個數(shù)相同，一一對應的通過螺絲將冷卻管道固定于陽極的凹槽內(nèi)。安裝連接可靠。
[0014]進一步的，所述陽極的斜面與水平面之間的夾角為10°到20°。
[0015]進一步的，所述真空腔體內(nèi)部為二級階梯式結(jié)構(gòu)；陽極兩端凸出并開孔，通過陽極固定件固定設置于高級階梯的水平臺面上；柵極為平面結(jié)構(gòu)，兩端凸出并開孔，通過柵極固定件固定設置于低級階梯的水平臺面上；陰極直接通過陰極固定件固定設置于真空腔體內(nèi)最底部凹槽內(nèi)，且每個陰極尖端對準對應的柵極中心的電子透射孔。發(fā)射原理是電子的場致發(fā)射:柵極接地，陰極接負高壓。陰極和柵極之間的空間電場降低了電子的逸出功，從而在低電場下實現(xiàn)大電流發(fā)射。柵極和陰極的極間距由發(fā)射電子的發(fā)射體形貌，高度來決定。柵極，陰極和陽極的間距通過腔體內(nèi)的臺階以及絕緣陶瓷厚度來調(diào)控。
[0016]進一步的，所述真空腔體的弧形結(jié)構(gòu)的圓心角為55° -60°，半徑為600mm-700mm,寬為 120mm-130mm，高為 90mm-100mm。
[0017]進一步的，每個三極式X射線發(fā)射單元間隔2°。保證每個三極式X射線發(fā)射單元之間絕緣，互不影響。
[0018]進一步的，陰極為含鐵、鈷、鎳的金屬材料上生長的碳納米管發(fā)射體。由于具有較高的長徑比、穩(wěn)定的化學和機械性能，因此具有優(yōu)秀的場發(fā)射性能。
[0019]進一步的，所述真空腔體外側(cè)包裹鉛罩。防止射線傷害。
[0020]進一步的，所述真空腔體的上蓋通過若干個緊固螺絲固定安裝于腔體上，且上蓋與腔體之間設置有一個腔體無氧銅密封圈。保證密封可靠。
[0021]本實用新型提供的基于碳納米場發(fā)射材料的新型靜態(tài)多源冷陰極X射線成像設備，具有以下優(yōu)點:
[0022]第一、弧形設計，X射線依次出來打到被照射物體上的X光束比較均勻。
[0023]第二、系統(tǒng)帶有循環(huán)冷卻裝置，通過冷卻管道可以解決因為打到靶材上的電流大，而造成溫度高，熔靶或把陽極靶打壞的缺點，我們可以支持大電流，高功率。電流大，可以用在醫(yī)學上，組織和骨頭等地方，因為我們這個功率可調(diào)，通過電壓調(diào)節(jié)發(fā)射電流大小來調(diào)節(jié)X射線的強弱。應用范圍廣。
[0024]第三、本裝置中每個單元中的每個電極都是獨立的，都可以單獨替換，提高了使用效率。
[0025]第四、本裝置中每個單元中的每個電極都是獨立固定在腔體上，這樣一體性比較好，X射線出腔體的焦點不會因為系統(tǒng)移動造成較大的誤差，穩(wěn)定性比較強。
[0026]第五、通過真空泵和真空測量儀實現(xiàn)動態(tài)真空，能有效維持X射線管內(nèi)部真空度，在工作過程中，不會因為放氣損壞陰極發(fā)射體，有利于延長冷陰極的使用(工作)壽命。
[0027]第六、新型靜態(tài)多源冷陰極X射線系統(tǒng)實現(xiàn)了多源發(fā)射多角度拍攝的X射線技術(shù)，克服了傳統(tǒng)熱陰極采用單個X射線管的機械轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)不同角度的攝影所導致的成像時間長，病人運動模糊，圖像質(zhì)量降低等問題。
[0028]第七、克服了熱陰極X射線管存在體積較大、電子發(fā)射調(diào)制時間較長(毫秒級別)、功耗大等缺陷問題。實現(xiàn)開機瞬間電場開啟，發(fā)射電子，縮短X射線的曝光時間，降低輻射劑量。
[0029]新型靜態(tài)多源冷陰極X射線成像設備的X射線發(fā)射單元，通過控制陰極的尺寸能有效控制陰極制備及發(fā)射面積。并采用三極式結(jié)構(gòu)，通過柵極聚焦，可實現(xiàn)小焦點，提高X射線成像的分辨率。
[0030]第八、通過將每個發(fā)射單元的電極都獨自作為一個個體安裝在腔體上，使X射線束打到檢測物體上的范圍和焦點更可控。
[0031]第九、整體結(jié)構(gòu)簡易，可功能擴展，可以隨時更換零部件或電極，提高儀器使用效率，進而可降低X射線成像設備的開發(fā)和維護成本。
【附圖說明】
[0032]以下附圖僅對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。圖1用于說明新型靜態(tài)多源冷陰極X射線成像設備的一種示意性實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2顯示了新型靜態(tài)多源冷陰極X射線成像設備組裝后的俯視示意圖。圖3顯示了新型靜態(tài)多源冷陰極X射線成像設備組裝后的側(cè)視示意圖。圖4為單個發(fā)射單元固定在腔體上的示意圖。
[0033]標號說明
[0034]1.真空腔體上蓋
[0035]2.腔體無氧銅密封圈
[0036]3.冷卻管道(自帶一排緊固耳)
[0037]4.冷卻管道接口處絕緣陶瓷
[0038]5.冷卻管道接口處法蘭
[0039]6.冷卻管道與真空腔體處密封的無氧銅圈
[0040]7.陽極
[0041]8.柵極
[0042]9.陰極
[0043]10.陰極固定件(陶瓷架)
[0044]11.真空腔體
[0045]12.腔體右端法蘭
[0046]13陰極接線柱
[0047]14.上蓋緊固螺絲
[0048]15.冷卻管固定螺絲
[0049]16.冷卻管道法蘭與腔體連接的緊固螺絲
[0050]17.陽極T型絕緣陶瓷(上)
[0051]18.陽極固定螺絲
[0052]19.陽極T型絕緣陶瓷(下)
[0053]20.柵極固定螺絲
[0054]21.柵極T型絕緣陶瓷(上)
[0055]22