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CN118974869A - X射线产生装置、x射线成像装置以及x射线产生装置的调整方法 - Google Patents

X射线产生装置、x射线成像装置以及x射线产生装置的调整方法 Download PDF

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CN118974869A
CN118974869A CN202380032188.5A CN202380032188A CN118974869A CN 118974869 A CN118974869 A CN 118974869A CN 202380032188 A CN202380032188 A CN 202380032188A CN 118974869 A CN118974869 A CN 118974869A
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ray generating
deflector
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tube
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安藤洋一
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Canon Anelva Corp
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Canon Anelva Corp
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Abstract

X射线成像装置包括：X射线产生装置；X射线检测器，被配置为检测从所述X射线产生装置发射的X射线；以及控制装置，被配置为控制所述X射线产生装置，所述X射线产生装置包括：X射线产生管，包括电子枪以及被配置为接收从所述电子枪发射的电子束以产生X射线的靶材；支撑结构，被配置为支撑所述X射线产生管；以及偏转器，被配置为使所述电子束偏转，其中，所述支撑结构支撑所述X射线产生管，以在所述偏转器被固定的状态下至少允许所述靶材转动，并且所述控制装置基于所述X射线产生装置的使用量和/或所述X射线产生装置产生的X射线的改变，确定是否需要使所述靶材转动。

Description

X射线产生装置、X射线成像装置以及X射线产生装置的调整 方法
技术领域
本发明涉及X射线产生装置、X射线成像装置以及X射线产生装置的调整方法。
背景技术
在透射型微焦X射线管中，利用电子束照射靶材以产生X射线。然而，在这样的X射线管中，由于利用电子束照射靶材而产生热，因此靶材容易劣化。
专利文献1描述了一种技术，其中在X射线产生管球的周围布置磁铁部，通过旋转磁铁部来改变电子束在靶材上的照射位置，从而延长X射线产生管球的寿命。然而，如果如专利文献1所述通过移动磁铁部来改变电子束在靶材上的照射位置，则来自X射线产生装置的X射线的发射位置即焦点位置被改变。因此，在每次移动磁铁部时，即每次改变焦点位置时，必须对用于检测从X射线产生装置发射的X射线的X射线检测器进行对位。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4309176号公报
发明内容
本发明提供一种有利于不改变焦点位置而延长靶材或X射线产生管的寿命的技术。
本发明的第一方面涉及一种X射线成像装置，所述X射线成像装置包括：X射线产生装置，所述X射线产生装置包括：X射线产生管，包括电子枪以及被配置为接收从所述电子枪发射的电子束以产生X射线的靶材；支撑结构，被配置为支撑所述X射线产生管；以及偏转器，被配置为使所述电子束偏转；X射线检测器，被配置为检测从所述X射线产生装置发射的X射线；以及控制装置，被配置为控制所述X射线产生装置。所述支撑结构支撑所述X射线产生管，以在所述偏转器被固定的状态下至少允许所述靶材转动。所述控制装置基于所述X射线产生装置的使用量和/或所述X射线产生装置产生的X射线的改变，确定是否需要使所述靶材转动。
本发明的第二方面涉及X射线产生装置的调整方法，所述X射线产生装置包括：X射线产生管，包括电子枪以及被配置为接收从所述电子枪发射的电子束以产生X射线的靶材；支撑结构，被配置为支撑所述X射线产生管；以及偏转器，被配置为使所述电子束偏转。所述方法包括：转动步骤，根据所述X射线产生装置的使用量和/或所述X射线产生装置产生的X射线的改变，在所述偏转器被固定的状态下至少使所述靶材转动。
本发明的第三方面涉及X射线产生装置，所述X射线产生装置包括：X射线产生管，包括电子枪以及被配置为接收从所述电子枪发射的电子束以产生X射线的靶材；支撑结构，被配置为支撑所述X射线产生管；以及偏转器，被配置为使所述电子束偏转。所述靶材具有圆形形状且由单一金属或单一合金形成，所述支撑结构支撑所述X射线产生管，以在所述偏转器被固定的状态下至少允许所述靶材绕与所述电子枪的中心轴一致的转动轴转动。
附图说明
图1是示意地表示根据第一实施例的X射线产生装置的布置的图。
图2是示意地表示在根据第一实施例的X射线产生装置中从电子枪发射的电子束与靶材碰撞的状态的图。
图3是示意地表示根据比较例的X射线产生装置的调整方法或使用方法的图。
图4是示意地表示根据第一实施例的X射线产生装置的调整方法或使用方法的图。
图5是示意地表示根据第二实施例的X射线产生装置的布置的图。
图6是示意地表示根据第三实施例的X射线产生装置的布置的图。
图7是示意地表示根据第四实施例的X射线产生装置的布置的图。
图8是示意地表示根据第五实施例的X射线产生装置的布置的图。
图9是示意地表示根据第六实施例的X射线产生装置的布置的图。
图10是示意地表示根据实施例的X射线产生装置的布置的框图。
图11是示意地表示根据实施例的X射线成像装置的布置的框图。
具体实施方式
以下参照附图详细描述实施例。注意，以下的实施例并非意图限制所要求保护的发明的范围。在实施例中描述了多个特征，但并非限于发明需要所有这样的特征，并且多个这样的特征可以适当地组合。此外，在附图中，对相同或相似的配置赋予相同的附图标记，并且省略其重复的说明。
图1示意地表示根据第一实施例的X射线产生装置1的布置。X射线产生装置1可以被形成为透射型X射线产生装置。X射线产生装置1包括X射线产生管XG。X射线产生管XG可以包括电子枪EG以及接收从电子枪EG发射的电子束或电子以产生X射线的靶材22。在示例中，X射线产生管XG可以包括：绝缘管10，具有两个开口端；阳极20，封闭绝缘管10的两个开口端中的一方；以及封闭构件30，封闭绝缘管10的两个开口端中的另一方。阳极20可以包括靶材22、保持靶材22的靶材保持板21以及支撑靶材保持板21并且经由靶材保持板21对靶材22施加电位的电极23。封闭构件30可以被配置为保持电子枪EG。绝缘管10、阳极20以及封闭构件30可以形成定义密闭空间的容器。该密闭空间可以被维持为真空或高真空度。
X射线产生装置1可以还包括：管支撑结构60，支撑X射线产生管XG；以及偏转器50，使从电子枪EG发射的电子束偏转。此外，X射线产生装置1可以包括支撑偏转器50的偏转器支撑结构70。管支撑结构60可以支撑X射线产生管XG0，以在偏转器50被固定的状态下至少允许靶材22转动。从另一观点来看，管支撑结构60可以支撑X射线产生管XG，以在偏转器50被固定的状态下允许X射线产生管XG转动。从又一观点来看，管支撑结构60可以支撑X射线产生管XG0，以在偏转器50被偏转器支撑结构70支撑的状态下允许X射线产生管XG转动。管支撑结构60和偏转器支撑结构70是独立地支撑X射线产生管XG和偏转器50的结构。例如，X射线产生管XG可以由操作者等手动地转动，或者也可以由未图示的驱动机构转动。
偏转器50可以被布置于X射线产生管XG的外侧。偏转器50可以被布置为例如横穿偏转器50的虚拟平面VP3位于虚拟平面VP1与虚拟平面VP2之间，虚拟平面VP1包括靶材22的电子束入射面(面对电子枪EG的表面)，虚拟平面VP2包括电子枪EG的远端面(靶材22侧的表面)。虚拟平面VP1、VP2、VP3可以被定义为与电子枪EG的中心轴AX垂直相交的平面。偏转器50通过对从电子枪EG发射的电子束施加磁场来使该电子束偏转。当偏转器50使电子束偏转时，电子束在靶材22上的入射位置可以被调整或移位。
偏转器50可以由永久磁铁、电磁铁、或者永久磁铁和电磁铁形成。在示例中，偏转器50可以包括第一磁铁和第二磁铁。第一磁铁的第一磁极(例如，S极)与第二磁铁的第二磁极(例如，N极)可以被布置为隔着绝缘管10或X射线产生管XG而彼此面对。偏转器50可以由被布置为磁极面向绝缘管10或X射线产生管XG的径向方向的一个磁铁形成。偏转器50可以由偏转器支撑结构70可拆卸地支撑。偏转器支撑结构70可以包括使偏转器50移动和/或旋转的驱动机构、或者调整偏转器50的位置或朝向的调整机构。通过设置这样的驱动机构或调整机构，可以调整施加于从X射线产生管XG发射的电子束的磁场。
电极23被电连接到靶材22并对靶材22施加电位。当来自电子枪EG的电子与靶材22碰撞时，靶材22产生X射线。靶材22产生的X射线透射过靶材保持板21并被发射至X射线产生管XG的外部。阳极20可以被维持为例如接地电位，但也可以被维持为其他电位。靶材22可以具有圆形形状，并且可以由单一金属或单一合金形成。单一金属可以包含少量的非故意的杂质。单一合金是通过将一种或多种其他元素与纯金属混合而获得的金属材料。从另一观点来看，靶材22可以具有轴对称结构，并且可以由单一金属或单一合金形成。靶材22期望由熔点高的材料例如钨、钽或钼形成。这些材料有利于提升X射线的产生效率。靶材保持板21例如可以由可以容易透射X射线的材料诸如铍或钻石形成。
图2示意地表示从电子枪EG发射的电子束EB与靶材22碰撞的状态。参照图2，电子枪EG与靶材22彼此接近。然而，电子枪EG与靶材22可以更彼此分离地布置。从电子枪EG发射的电子束EB在被偏转器50产生的磁场偏转后入射至靶材22或与靶材22碰撞。电子束EB被偏转的量，换言之，电子束EB在靶材22上的入射位置可以取决于偏转器50产生的磁场以及电子枪EG的加速电压。
图3示意地表示根据比较例的X射线产生装置的两个状态ST11和ST12。两个状态ST11和ST12中的任一个都表示当从电子枪EG侧观看靶材22时的状态。在状态ST11中，从电子枪EG发射的电子束被偏转器50产生的磁场偏转，并入射至靶材22的位置P1。状态ST12是使偏转器50相对于状态ST11中的偏转器50的布置转动的状态。因此，状态ST12中的电子束入射至靶材22的位置P2是通过使状态ST11中的电子束入射至靶材22的位置P1绕中心轴AX转动而获得的位置。也就是说，在比较例中，电子束入射至靶材22的位置通过使偏转器50转动而从位置P1被改变成位置P2。在比较例中，这可以延长靶材22或X射线产生装置1的寿命。然而，当电子束入射至靶材22的位置从位置P1被改变成位置P2时，意味着靶材22发射X射线的位置即X射线检查装置中的X射线的焦点位置被改变。因此，在比较例中，当电子束入射至靶材22的位置通过偏转器50的转动而改变时，必须调整X射线检测器的位置。
图4示意地表示根据第一实施例的X射线产生装置1的两个状态ST21和ST22。两个状态ST21和ST22中的任一个都表示当从电子枪EG侧观看靶材22时的状态。在状态ST21中，从电子枪EG发射的电子束被偏转器50产生的磁场偏转，并入射至靶材22的位置P1。在状态ST22中，X射线产生管XG(靶材22)相对于状态ST21中的X射线产生管XG(靶材22)的方位转动，电子束入射至靶材22的位置P2。在该示例中，靶材22的转动角为90度，但该转动角可以被任意设定。例如，在考虑了电子束的偏转、由电子束的入射引起的靶材22上的损伤范围等的情况下，期望3度以上的转动角。在考虑了转动精度或电子束的入射位置的改变的情况下，更期望10度以上的转动角。附图标记25表示对靶材22赋予的虚拟方位标记。在第一实施例中，在偏转器50被固定的状态下，使X射线产生管XG(靶材22)转动。因此，电子束在状态ST21和状态ST22中分别入射至靶材22的不同的位置P1和P2。然而，从X射线检测器观看的位置P1和P2即布置有X射线产生装置1的空间中的位置P1和P2是相同的位置。这可以不使布置有X射线产生装置1的空间中的位置P1、P2即焦点位置改变而延长靶材22或X射线产生装置1的寿命。
从上述描述中可以清楚看出，根据实施例的X射线产生装置1的调整方法包括：转动步骤，在偏转器50被固定的状态下，使X射线产生管XG转动。转动步骤可以根据X射线产生装置1的使用量来执行。该使用量例如可以是X射线产生装置1的使用时间、施加至电极23的电量以及X射线产生装置1产生的X射线的累积值中的至少一个。或者，转动步骤可以根据X射线产生装置1产生的X射线的改变来执行。例如，可以当X射线产生装置1产生的X射线的强度低于在刚执行最后的转动步骤后X射线产生装置1产生的X射线的强度的预定百分比时执行转动步骤。
管支撑结构60可以支撑X射线产生管XG，以允许X射线产生管XG绕与电子枪EG的中心轴AX一致的转动轴转动。电子枪EG的中心轴AX可以被布置为通过靶材22的中心。在电子束EB未被偏转器50偏转的情况下，电子束EB可以入射至靶材22的中心。
图5示意地表示根据第二实施例的X射线产生装置1的布置。作为第二实施例的X射线产生装置1未提及的事项可以遵循第一实施例。在第二实施例中，管支撑结构60包括围绕X射线产生管XG的储存部80。储存部80可以支撑X射线产生管XG，以在偏转器50被固定的状态下允许X射线产生管XG转动。X射线产生管XG与储存部80之间的空间可以填充或布置有绝缘流体(例如绝缘油)。X射线产生装置1可以包括O形环82，X射线产生管XG和储存部80可以具有隔着O形环82而彼此面对的密封面。
储存部80可以包括密封部81。密封部81可以包括凹部，该凹部覆盖阳极20的电极23的外周部的相对侧的第一表面231和第二表面232以及该外周部的端面233。O形环82可以被布置为与端面233接触或者被布置于形成在端面233中的凹部。支撑偏转器50的偏转器支撑结构70可以被连接到储存部80。
图6示意地表示根据第三实施例的X射线产生装置1的布置。作为第三实施例的X射线产生装置1未提及的事项可以遵循第一或第二实施例。在第三实施例中，贯通孔24可以被形成在电极23中。O形环82可以布置在储存部80的上表面与电极23的下表面之间。电极23(阳极20)可以由延伸通过贯通孔24的螺丝83固定到储存部80。例如，贯通孔24可以被形成为长孔，以允许X射线产生管XG相对于管支撑结构60转动。当松动螺丝83以使X射线产生管XG转动时，可以管理扭矩以便不失去O形环82的密封。或者，螺丝83的旋转角可以被限制在预定角度以内，使得当松动螺丝83以使X射线产生管XG转动时不失去O形环82的密封。
图7示意地表示根据第四实施例的X射线产生装置1的布置。作为第四实施例的X射线产生装置1未提及的事项可以遵循第三实施例。在第四实施例中，可以设置调节电极23的位置的调节构件84。调节构件84例如可以具有圆环形状。在调节构件84中可以形成贯通孔85。O形环82可以布置在储存部80的上表面与电极23的下表面之间。通过由延伸通过贯通孔85的螺丝83将电极23推抵到O形环82，调节构件84可以被固定于储存部80。例如，贯通孔85可以被形成为长孔，以允许X射线产生管XG相对于管支撑结构60转动。
图8示意地表示根据第五实施例的X射线产生装置1的布置。作为第五实施例的X射线产生装置1未提及的事项可以遵循第一至第四实施例。X射线产生装置1可以包括表示X射线产生管XG相对于管支撑结构60的转动角的标记93。X射线产生装置1可以包括与夹具(未图示)啮合以使X射线产生管XG转动的啮合部91。操作者可以将夹具与啮合部91啮合并操作夹具，从而使X射线产生管XG转动。
图9示意地表示根据第六实施例的X射线产生装置1的布置。作为第六实施例的X射线产生装置1未提及的事项可以遵循第一至第四实施例。X射线产生装置1可以具有表示X射线产生管XG相对于管支撑结构60的转动角的标记93。X射线产生装置1可以包括与夹具(未图示)啮合以使X射线产生管XG转动的啮合部95。操作者可以将夹具与啮合部95啮合并操作夹具，从而使X射线产生管XG转动。
图10表示根据实施例的X射线产生装置1的布置。X射线产生装置1除了上述X射线产生管XG以外还可以包括升压电路110和驱动电路120。升压电路110可以通过将从外部供给的电压升压来产生升压电压，并将该升压电压供给至驱动电路120。驱动电路120可以基于从升压电路110供给的升压电压来驱动X射线产生管XG。X射线产生管XG、升压电路110以及驱动电路120可以被储存在储存部80中，储存部80的内侧的空间可以填充有绝缘流体。
图11表示根据实施例的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1以及检测从X射线产生装置1发射并透射通过物体230的X射线XR的X射线检测装置240。X射线检测装置240可以还包括控制装置210和显示装置220。X射线检测装置240可以包括X射线检测器242和信号处理单元244。控制装置210可以控制X射线产生装置1和X射线检测装置240。X射线检测器242可以对从X射线产生装置1发射并透射通过物体230的X射线XR进行检测或成像。信号处理单元244可以处理从X射线检测器242输出的信号，并将经处理的信号供给至控制装置210。控制装置210基于从信号处理单元244供给的信号在显示装置220上显示图像。基于X射线产生装置1的使用量和/或X射线产生装置1产生的X射线的改变，控制装置210确定是否需要执行转动步骤。如果确定为需要执行转动步骤，则控制装置210可以使用显示装置220提示操作者执行转动步骤。
如前所述，如果从X射线产生装置1发射的X射线的焦点位置(电子束的入射位置)被改变，则需要相应地对X射线检测器24或X射线检测装置240进行对位。根据前述实施例中的每一个的X射线产生装置1由于可以不改变焦点位置而延长靶材或X射线产生管的寿命，因此不需要进行这样的对位。
符号说明
1:X射线产生装置，EG:电子枪，10:电子枪，20:阳极，21:靶材保持板，22:靶材，23:电极，30:封闭构件，50:偏转器，60:管支撑结构，70:偏转器支撑结构，AX:中心轴，EB:电子束，80:储存部

Claims (18)

1.一种X射线成像装置，包括：
X射线产生装置，包括：X射线产生管，包括电子枪以及被配置为接收从所述电子枪发射的电子束以产生X射线的靶材；支撑结构，被配置为支撑所述X射线产生管；以及偏转器，被配置为使所述电子束偏转；
X射线检测器，被配置为检测从所述X射线产生装置发射的X射线；以及
控制装置，被配置为控制所述X射线产生装置，
其中，所述支撑结构支撑所述X射线产生管，以在所述偏转器被固定的状态下至少允许所述靶材转动，并且
所述控制装置基于所述X射线产生装置的使用量和/或所述X射线产生装置产生的X射线的改变，确定是否需要使所述靶材转动。
2.如权利要求1所述的X射线成像装置，其中，所述支撑结构支撑所述X射线产生管，以在所述偏转器被固定的状态下允许所述X射线产生管转动。
3.如权利要求1或2所述的X射线成像装置，其中，所述支撑结构支撑所述X射线产生管，以允许所述X射线产生管绕与所述电子枪的中心轴一致的转动轴转动。
4.如权利要求3所述的X射线成像装置，其中，所述电子枪的中心轴通过所述靶材的中心。
5.如权利要求1至4中任一项所述的X射线成像装置，其中，在所述电子束未被所述偏转器偏转的情况下，所述电子束入射至所述靶材的中心。
6.如权利要求1至5中任一项所述的X射线成像装置，其中，
所述支撑结构包括被配置为围绕所述X射线产生管的储存部，并且
所述储存部支撑所述X射线产生管，以在所述偏转器被固定的状态下允许所述X射线产生管转动。
7.如权利要求6所述的X射线成像装置，其中，在所述X射线产生管与所述储存部之间的空间中布置有绝缘流体。
8.如权利要求7所述的X射线成像装置，还包括O形环，
其中，所述X射线产生管和所述储存部具有隔着所述O形环而彼此面对的密封面。
9.如权利要求6至8中任一项所述的X射线成像装置，其中，所述偏转器包括被布置为隔着所述储存部而彼此面对的第一磁铁和第二磁铁。
10.如权利要求1至9中任一项所述的X射线成像装置，其中，所述X射线产生管包括表示所述X射线产生管相对于所述支撑结构的转动角的标记。
11.一种X射线产生装置的调整方法，所述X射线产生装置包括：X射线产生管，包括电子枪以及被配置为接收从所述电子枪发射的电子束以产生X射线的靶材；支撑结构，被配置为支撑所述X射线产生管；以及偏转器，被配置为使所述电子束偏转，所述方法包括：
转动步骤，根据所述X射线产生装置的使用量和/或所述X射线产生装置产生的X射线的改变，在所述偏转器被固定的状态下至少使所述靶材转动。
12.如权利要求11所述的X射线产生装置的调整方法，其中，在所述转动步骤中，在所述偏转器被固定的状态下使所述X射线产生管转动。
13.如权利要求11或12所述的X射线产生装置的调整方法，其中，在所述转动步骤中，使所述X射线产生管绕与所述电子枪的中心轴一致的转动轴转动。
14.如权利要求13所述的X射线产生装置的调整方法，其中，所述电子枪的中心轴通过所述靶材的中心。
15.如权利要求11至14中任一项所述的X射线产生装置的调整方法，其中，在所述电子束未被所述偏转器偏转的情况下，所述电子束入射至所述靶材的中心。
16.如权利要求11至15中任一项所述的X射线产生装置的调整方法，其中，
所述支撑结构包括被配置为围绕所述X射线产生管的储存部，并且，
在所述转动步骤中，在所述偏转器和所述储存部被固定的状态下使所述X射线产生管转动。
17.如权利要求16所述的X射线产生装置的调整方法，其中，所述偏转器包括被布置为隔着所述储存部而彼此面对的第一磁铁和第二磁铁。
18.一种X射线产生装置，包括：
X射线产生管，包括电子枪以及被配置为接收从所述电子枪发射的电子束以产生X射线的靶材；
支撑结构，被配置为支撑所述X射线产生管；以及
偏转器，被配置为使所述电子束偏转，
其中，所述靶材具有圆形形状且由单一金属或单一合金形成，并且
所述支撑结构支撑所述X射线产生管，以在所述偏转器被固定的状态下至少允许所述靶材绕与所述电子枪的中心轴一致的转动轴转动。
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