X射线产生装置和X射线成像装置的制作方法

x射线产生装置和x射线成像装置
技术领域
1.本发明涉及x射线产生装置和x射线成像装置。


背景技术：

2.x射线透视图像的放大率可以随着作为x射线产生单元的靶材与被检体之间的距离变短而增加。已知一种x射线产生装置，其中为了即使在被检体位于深处的位置的情况下仍获得充分的放大率，从储存容器的主体部细长地突出的突出部设置在主体部上，并且x射线产生单元附接到突出部的顶端。在ptl 1中描述了这样的x射线产生装置。
3.在如上所述的x射线产生装置中，在储存容器与x射线产生管的阴极之间产生大的电位差，并且储存容器包括在主体部与突出部的连接部分处形成的弯曲部。为此，容易在储存容器的弯曲部与x射线产生管的阴极之间发生放电。为了解决这个问题，ptl 1描述了在x射线产生管的管轴方向上的阴极与阳极之间布置弯曲部，并且使弯曲部与阴极的距离比阳极与阴极的距离长。此外，ptl 1描述了当使弯曲部与阴极的距离比阳极与阴极的距离短时，在管轴方向上的阴极与阳极之间布置弯曲部，并且绝缘构件被布置为使得不从阴极直接地观察到弯曲部。
4.引用列表
5.专利文献
6.ptl 1：日本专利公开no.2018
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73625


技术实现要素：

7.技术问题
8.在ptl 1中描述的两个方法中的任一个中，为了减小储存容器的弯曲部与x射线产生管的阴极之间的放电，需要在管轴方向上的阳极
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绝缘管接合部(在x射线产生管的外侧(油侧(oil side))的阳极与绝缘管之间的接合部)与阴极
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绝缘管接合部(在x射线产生管的外侧(油侧)的阴极与绝缘管之间的接合部)之间布置储存容器的弯曲部。然而，为了提高当捕获布置于较深的位置处的被检体时的放大率，要求增加储存容器的突出部的长度。ptl 1没有提供对于该要求的解决方案。
9.本发明人发现在管轴方向上在储存容器的弯曲部与阳极之间布置阴极的结构中，弯曲部与阴极之间的距离越长，x射线产生装置的操作越不稳定，并且本发明人得到了本发明。
10.本发明提供了有利于提高放大率与提高x射线产生装置的操作的稳定性的技术。
11.问题的解决方案
12.根据本发明的一个方面，提供了一种x射线产生装置，并且x射线产生装置包括：x射线产生管，包括阴极和阳极，该阴极具有被配置为在第一方向上发射电子的电子发射部，该阳极具有靶材，该靶材被配置为通过从电子发射部辐射的电子与靶材碰撞而产生x射线；电压供应部，被配置为经由导电线向x射线产生管供应电压；储存容器，包括第一部分、第二
部分以及连接部，第一部分被配置为形成储存电压供应部的第一空间，第二部分被配置为形成在与第一方向正交的第二方向上的宽度比第一空间的宽度小并且储存x射线产生管的第二空间，连接部被配置为将第一部分和第二部分相互连接使得第一空间与第二空间相互连通；以及绝缘液体，填充第一空间与第二空间相互连通的内部空间，其中，连接部包括朝向内部空间的凸部，并且在第一方向上，阴极被布置在凸部与阳极之间，并且绝缘构件被布置为围绕导电线的至少一部分并且阻断导电线与凸部之间的至少最短路径。
13.本发明的技术效果
14.根据本发明，提供了有利于提高放大率与提高x射线产生装置的操作的稳定性的技术。
附图说明
15.图1是示出根据第一实施例的x射线产生装置的布置的图。
16.图2是示出根据第二实施例的x射线产生装置的布置的图。
17.图3是示出根据第三实施例的x射线产生装置的布置的图。
18.图4是示出根据实施例的x射线成像装置的布置的图。
具体实施例
19.以下，将参照附图详细描述实施例。应注意，以下的实施例并非旨在限定随附权利要求的范围。在实施例中描述了多个特征。然而，并非多个特征的所有组合对于本发明都是必要的，并且多个特征可以任意地组合。另外，在附图中相同的附图标记表示相同或相似的部分，并且将省略重复的描述。
20.图1示意性示出根据第一实施例的x射线产生装置100的布置。x射线产生装置100可以包括x射线产生管102、电压供应部110、储存容器130、绝缘液体108和绝缘构件120。x射线产生管102可以包括阴极104和阳极103，阴极104包括在作为管轴方向的第一方向(z方向)上发射电子的电子发射部23，阳极103包括通过从电子发射部23辐射的电子撞击靶材1而产生x射线的靶材1。电压供应部110经由导电线109向x射线产生管102，更具体地向阴极104供应电压。导电线109可以包括导电构件和覆盖导电构件的绝缘构件，但也可以不包括绝缘构件。
21.储存容器130可以包括第一部分131、第二部分132及连接部133。第一部分131可以储存电压供应部110。第二部分132可以储存x射线产生管102。连接部133可以将第一部分131及第二部分132相互连接以形成第一部分131内侧的第一空间sp1与第二部分132内侧的第二空间sp2相互连通的内部空间isp。第二部分132在与第一方向(z方向)正交的第二方向(y方向)上的宽度比第一部分131的宽度小。此外，第二空间sp2在与第一方向(z方向)正交的第二方向(y方向)上的宽度比第一空间sp1的宽度小。连接部133可以包括朝向储存容器130的内部空间isp的凸部135。第二部分132可以包括例如圆筒状等的管状。在凸部135的截面(例如，类似图1的截面图)中，凸部135可以具有90
°
的内角或锐角的内角或钝角的内角。在第一方向(z方向)上，x射线产生管102的阴极104可以位于连接部133的凸部135与x射线产生管102的阳极103之间。在图1中所示的示例中，第二部分132在第一方向(z方向)上的长度比x射线产生管102的长度长。
22.绝缘液体108可以填充储存容器130的内部空间isp以与阴极104接触并围绕导电线109。绝缘构件120可以布置在储存容器130的内部空间isp中以围绕导电线109的至少一部分。绝缘构件120可以布置为阻挡导电线109与连接部133的凸部135之间的至少最短路径。绝缘构件120可以布置为在电压供应部110与阴极104之间的导电线109的整个路径中阻挡导电线109与连接部133的凸部135之间的直线路径。绝缘构件120可以为固定构件。储存于第二部分132中的x射线产生管102的靶材1可以位于第二部分132的顶端部(图1中的下端)处。由于靶材1为产生x射线的x射线产生部，因此如上所述的布置有利于使x射线产生部靠近被检体，即有利于提高成像时的放大率。
23.x射线产生管102可以为透射型x射线产生管。x射线产生管102可以包括阳极103、阴极104及绝缘管4。阳极103、阴极104及绝缘管4构成真空气密容器。绝缘管4具有管状，例如圆筒状，并且将阳极103与阴极104连接同时使它们相互绝缘。阳极103可以包括靶材1与阳极构件2。靶材1可以包括靶材层1a和支撑靶材层1a的支撑窗1b。阳极构件2可以具有环形。阳极构件2支撑靶材1。阳极构件2可与靶材层1a电连接。阳极构件2与支撑窗1b可以例如通过焊料连接。在图1所示的示例中，靶材1与第二部分132的顶端部布置在相同平面上。然而，靶材1可以布置为从第二部分132的顶端部朝外突出，或者可以布置为从第二部分132的顶端部凹入，只要靶材1被设定在与第二部分132相同的位置处(即，接地)。靶材1位于第二部分132的顶端部的形式也可以包括这样的形式。
24.靶材层1a例如包含诸如钨或钽之类的重金属，并且当被照射电子时产生x射线。靶材层1a的厚度可以基于有助于x射线的产生的电子穿透长度与在产生的x射线通过支撑窗1b时的自衰减量之间的平衡而决定。靶材层1a的厚度可以落在例如1μm～数十μm的范围内。
25.支撑窗1b具有使在靶材层1a中产生的x射线通过并将它们排出到x射线产生管102之外的功能。支撑窗1b可以由例如铍、铝、氮化硅或碳的同素异形体的通过x射线的材料制成。为了将靶材层1a中产生的热有效地传递到阳极构件2，支撑窗1b可以由例如具有高导热率的金刚石制成。
26.绝缘管4可以由具有真空气密性与绝缘性质的氧化铝或氧化锆等的陶瓷材料、碱石灰、或石英等的玻璃材料制成。从减小相对于绝缘管4的热应力的观点来看，阴极构件21及阳极构件2可以由分别具有接近绝缘管4的线膨胀系数αi(ppm/℃)的线膨胀系数αc(ppm/℃)和αa(ppm/℃)的材料制成。阴极构件21及阳极构件2可以由例如kovar或monel等的合金制成。
27.阴极104可以包括电子发射部23、阴极构件21和将电子发射部23固定到阴极构件21的固定部22。例如，相对于阴极构件21，电子发射部23可以经由焊料被连接，可以通过激光焊接等被热熔接，或者可以通过其它方法电连接。电子发射部23可以包括诸如浸渍型热离子源、灯丝型热离子源或冷阴极电子源等的电子源。电子发射部23可以包括定义静电场的诸如引出栅极电极或聚焦透镜电极等的静电透镜电极(未图示)。固定部22可以具有使电连接到电子源和静电透镜电极的导电线109通过的管状。导电线109可以包括相互绝缘的多个导电构件。
28.x射线产生装置100可以被形成为阳极103被接地的阳极接地类型。在阳极接地类型中，阳极103可以电连接到储存容器130。储存容器130可以电连接到接地端子105。阴极104可以经由导电线109电连接到电压供应部110。
29.电压供应部110可以包括电源电路111和驱动电路112，驱动电路112接收从电源电路111经由电源线107供应的电力并且经由导电线109驱动x射线产生管102。驱动电路112可以经由电源线107、电源电路111及接地线106电连接到储存容器130。驱动电路112可以通过控制被供应到电子源、引出栅极电极、聚焦透镜电极等的电压来控制来自电子源的发射电子量或电子束直径。电源电路111的正极端子经由接地线106及储存容器130被接地，并且电源电路111的负极端子经由电源线107连接到驱动电路112以向驱动电路112供应负电压。控制信号可以例如从布置在储存容器130外部的控制单元(未图示)经由诸如光纤线缆等的线缆被供应到驱动电路112。
30.形成储存容器130的第一部分131、第二部分132及连接部133可以由具有导电性的材料制成，被相互电连接，并且被接地。该布置有利于确保电安全。第一部分131、第二部分132及连接部133可以由金属材料制成。绝缘液体108可以真空填充储存容器130。该原因在于，如果在绝缘液体108中存在气泡，那么局部地形成与周边的绝缘液体108相比介电常数低的区域，从而导致放电。
31.绝缘液体108还具有抑制x射线产生管102与储存容器130之间的放电以及电压供应部110(电源电路111和驱动电路112)与储存容器130之间的放电的功能。作为绝缘液体108，可以使用例如诸如硅油或氟树脂类油之类的化学合成油、矿油等在x射线产生装置100的操作温度范围中具有优异的耐热性、流动性、电绝缘性质的液体。
32.x射线产生管102可以被接合到设置在储存容器130的第二部分132的顶端部(图1中的下端部)处的开口部，因此被固定到第二部分132。在x射线产生管102与第二部分132的内侧面之间可以填充有绝缘液体108。电源电路111及驱动电路112可以通过固定构件(未示出)固定到储存容器130的第一部分131。电源电路111及驱动电路112可以由绝缘液体108围绕。导电线109可以由绝缘液体108围绕。
33.绝缘构件120可以被布置为围绕阴极104的至少一部分，例如阴极构件21。阴极104的至少一部分，例如阴极构件21可以被布置为隔着绝缘液体108而与绝缘构件120面对。在与第一方向(z方向)正交的平面(中的截面图)中，阴极104的至少一部分，例如阴极构件21可以被布置为隔着绝缘液体108而与绝缘构件120面对。在该平面(中的截面图)中，绝缘构件120可以隔着绝缘液体108而与第二部分132面对。
34.储存容器130的连接部133包括在与第一方向(z方向)正交的方向上扩展的板部，并且板部包括导电线109通过的开口op。板部可以接触支撑x射线产生装置100的结构(例如，壳体)的附着面。可替代地，板部可以被安装在支撑x射线产生装置100的结构的开口中。在储存容器130中，板部的开口op的侧面与第二部分132的内侧面可以形成不具有台阶的连续的表面。在一个示例中，开口op可以为圆形开口，并且第二部分132的内侧面可以为圆筒面。凸部135可以由开口op的端部形成。
35.绝缘构件120包括管状部121和沿着连接部133的板部延伸的凸缘部122，并且可以具有管状部121的一端与凸缘部122连接的结构。凸缘部122例如可以被布置为与连接部133的板部平行。管状部121可以被布置为围绕x射线产生管102的绝缘管4的至少一部分。这里，管状部121可以被布置为围绕整个绝缘管4，或者可以被布置为仅围绕绝缘管4的一部分。凸缘部122可以被布置为使得凸缘部122的全部或一部分与连接部133接触。此外，凸缘部122可以被布置为使得凸缘部122的全部或一部分与第二部分132接触。
36.x射线产生管102的整个阴极104可以被布置在第二空间sp2中。在其它观点中，yx射线产生管102的阴极104可以布置在x射线产生管102的阳极103与连接部133的开口op之间。在又其它观点中，x射线产生管102的阴极104可以被布置为使得阴极104的整个侧面由第二部分132围绕。
37.将导电线109的两个端部中的电压供应部110(驱动电路112)侧的一个端部连接到凸部135的虚拟线(或锥面)可以与绝缘构件120相交。将导电线109的两个端部中的阴极104侧的一个端部连接到凸部135的虚拟线(或锥面)可以与绝缘构件120相交。将导电线109的两个端部之间的任意位置连接到凸部135的虚拟线可以与绝缘构件120相交。将电压供应部110连接到凸部135的虚拟线可以与绝缘构件120相交。在物理空间中，驱动电路112布置在电源电路111与阴极104之间，并且将驱动电路112连接到凸部135的虚拟线可以与绝缘构件120相交。
38.如果绝缘构件120未被布置为阻断导电线109与连接部133的凸部135之间的直线路径，那么随着第一方向上的第二部分132的长度的增加，x射线产生装置100的操作变得不稳定。该原因被认为是由绝缘液体108的流动而导致的导电线109的摆动。更具体而言，本发明人如下考虑。首先，使用电场作为驱动力而可能发生的绝缘液体的流动被称为ehd现象。随着第一方向上的接地电位的第二部分132的长度的增加，被施加相对于接地电位具有大的电位差的电压(负电位)的导电线109的长度也增加。换句话说，电场容易集中的凸部135附近的两个电极(第二部分132和导电线109)的表面积增加，并且绝缘液体108与这两个电极的接触面积增加。在与两个电极的接触面积增加的情况下，ehd现象增强，并且绝缘液体108的对流速度增加。另外，绝缘液体108填充相互连通且产生相互不同的电场的第一空间sp1及第二空间sp2两者，并且导致绝缘液体108的对流的驱动力被复杂化。这些增大导电线109的摆动。通过该摆动，导电线109与凸部135之间的距离变小，并且在导电线109与凸部135之间引起放电。此外，如果导电线109的最小曲率半径比阴极104的最小曲率半径小，那么导电线109的长度的增加可以更容易引起导电线109与凸部135之间的放电。
39.这种不稳定的操作通过布置绝缘构件120以阻断导电线109与连接部133的凸部135之间的直线路径而被解决。作为其它解决方案，使定义凸部135的开口op的尺寸大，从而增加凸部135与导电线109之间的距离。然而，因为该方法导致x射线产生装置100的尺寸的增大，所以不是优选的。
40.以下将参考图2描述根据第二实施例的x射线产生装置100。根据第二实施例的x射线产生装置100中未提到的事项可以遵循第一实施例。根据第二实施例的x射线产生装置100包括限制导电线109的移动的限制构件150。限制构件150可以被布置为将整个导电线109中的导电线109的两个端部之间的部分的位置进行固定或限制。限制构件150例如可以包括限制导电线109的位置的围绕构件151和固定围绕构件151的固定构件152。固定构件152可以是连接围绕构件151与绝缘构件120的连接构件。固定构件152可以直接连接到绝缘构件120而没有储存容器130的介入。可替代地，固定构件152可以直接连接到储存容器130。或者，固定构件152可以经由其它构件固定到绝缘构件120或储存容器130。限制构件150可以由绝缘体制成。围绕构件151及固定构件152可以由绝缘体制成。
41.因为设置了限制导电线109的移动的限制构件150，所以第二实施例是有利的，从而抑制由导电线109的摆动导致的导电线109与连接部133的凸部135之间的放电，并且稳定
x射线产生装置100的操作。注意的是，即使绝缘构件120不存在，也可以获得第二实施例的效果的至少一部分。
42.以下将参考图3描述根据第三实施例的x射线产生装置100。根据第三实施例的x射线产生装置100中未提到的事项可以遵循第一实施例或第二实施例。根据第三实施例的x射线产生装置100包括布置在第一空间sp1中以围绕驱动电路112的导电构件160。导电构件160可以被维持在固定电位。导电构件160例如可以连接到电压供应部110的电源端子(维持在固定电位的端子)。导电构件160可以包括被配置为使导电线109和107通过的贯通孔。导电构件160除了驱动电路112外可以围绕电源电路111。即，导电构件160可以围绕电压供应部110。绝缘液体108可以被布置为围绕导电构件160。
43.如果绝缘液体108在储存容器130的内部空间isp导致对流时，那么在绝缘液体108与布置在内部空间isp的各种绝缘体之间发生摩擦，并且绝缘液体108与绝缘体可以被带电为相互相反的极性。如果通过增加第一方向上的第二部分132的长度来增加绝缘液体108的对流速度，那么由摩擦导致的带电量也增加，并且绝缘液体108中的驱动电路112可能引起操作错误。导电构件160有利于抑制由于这样的原因引起的驱动电路112的操作错误并且稳定x射线产生装置100的操作。
44.图4示出了根据实施例的x射线成像装置200的布置。x射线成像装置200可以包括x射线产生装置100以及x射线检测装置210，x射线检测装置210检测从x射线产生装置100辐射并透过物体191的x射线192。x射线成像装置200可以进一步包括控制装置220和显示设备230。x射线检测装置210可以包括x射线检测器212和信号处理单元214。控制装置220可以控制x射线产生装置100和x射线检测装置210。x射线检测器212检测或捕获从x射线产生装置100辐射并透过物体191的x射线192。信号处理单元214可以处理从x射线检测器212输出的信号，并且将经处理的信号供应到控制装置220。控制装置220基于从信号处理单元214供应的信号使显示设备230显示图像。
45.本发明不限于上述实施例，并且在本发明的精神及范围内，可以进行各种改变及修改。因此，附上以下权利要求以向公众公开本发明的范围。