穿透式x光管及反射式x光管的製作方法
2023-05-11 07:09:31
專利名稱：穿透式x光管及反射式x光管的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種穿透式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：
在採用以鋁、鑰、釔及銅等材料的低Z濾波材的醫學造影方法中，可以藉由所謂鋁等效濾波厚度來減少低能量的射線。基本上，此一鋁濾波材的等效厚度的範圍是0.5-12微米，用以濾掉低能量、長波長的X光，並減少可能對醫學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。非破壞性檢驗通常不會另加濾波材料，但是當要以特定的Ka線的射線，對進行非破壞性檢驗造影的物品提供高品質的影像時，移除不必要的高能量的光子也是本發明的目的之一。在醫學造影中，化學造影元素，例如是含碘、釓、鋇的化合物，會因為其密度及原子數而對周邊的軟組織產生高的對比度。這些元素的原子數(碘的Z = 53，鋇的Z = 56，釓的Z = 64)的重要性在於，相對於傳統的X光能量光譜，K吸收邊緣值是位於一較佳的能帶上。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X光光子能量稍微高於化學造影劑的K邊緣能量時，可以產生最大的對比度。在特殊醫療程序中，最佳的光譜的選擇要考慮到不僅僅是對比度的需求，也要考慮對身體部位能產生必要的穿透性並限制病人所接收到的輻射劑量。不同工業產品，包括但不限於所有種類的電子電路、積體電路、發光二極體及鋰電池，在非破壞性造影的案例中，都會有一個能產生最大影像品質的單一最佳能量。然而為了產出高光通量的最佳能量，不可避免地同時也會產生高於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，他們會減少影像的對比度。另一方面，當太多不必要的X光照射在感應器上時，感應器過載會是另一個問題。對反射式X光管而言，X光束的光譜是由陽極材料、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。靶材的厚度並非重要的問題。X光造影應用上所需要的是一個位於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於及或低於該能帶的光子，並且儘量避免減損極大化影像品質所需的該能帶的光通量。有用的能帶與能量高於該能帶的光通量比例應該在X光管的散熱極限中被最大化。對於醫學造影的應用，同時減少不必要的低能量光子而明顯降低對於病人的劑量，將明顯可提供額外的好處。對於無生命物體的造影，光子的能量可以低到15至20keV，而一般醫學造影光子能量接近30keV，而高能量造影光子能量高達 600keV。此一濾波方案可應用反射式及穿透式X光管。當使用穿透式X光管時，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。在醫療應用中，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。利用靶材的厚度無法使反射式X光管的光通量最佳化，因此，藉由調整厚度或濾波材的組成以達到想要的結果是有限的。
發明內容
本發明提供一種穿透式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，該元素受激發後產生的X光包括K a及Κβ的輻射能量，可照射一物體進行造影。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邊緣吸收能量高於該元素的Ka輻射能量，但低於該元素的Κβ輻射能量。該濾波材料的厚度至少為10微米且少於3毫米。在本發明的一實施例中，該祀材包括鈧、鈦、鑰;、鉻、猛、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鍺、宇乙、銀、鑰、釘、錯、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、金屬間化合物或複合材料。在本發明的一實施例中，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、鎝、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、金屬間化合物或複合材料。在本發明的一實施例中，上述祀材的厚度介於5至500微米之間。在本發明的一實施例中，上述穿透式X光管是用作一 X光顯微鏡的一 X光光源。在本發明的一實施例中，上述穿透式X光管是用以獲得醫學造影的影像。本發明提供一種反射式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，該元素受激發後產生的X光包括K a及Κβ的輻射能量，可照射一物體進行造影。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邊緣吸收能量高於該元素的Ka輻射能量，但低於該元素的Κβ輻射能量。該濾波材料的厚度至少為10微米且少於3毫米。在本發明的一實施例中，上述反射式X光管是用作一 X光顯微鏡的一 X光光源。在本發明的一實施例中，上述反射式X光管是用以獲得醫學造影的影像。當X光光子束所含的光子的能量剛好高於一濾波材料的k邊緣值，該材料將會強烈地吸收該特定的光子束。如果發現一濾波物質的吸收邊緣是介於入射X光光子束的K a與Κβ線之間，那麼此物質可以用來明顯地降低Κβ線相對於Ka線的強度，因此該物質被定義為Κβ濾波材料。本發明揭示一穿透式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，以及濾除低能量X光可降低病人在醫療應用所吸收的劑量。本發明同樣揭示應用於醫療造影以及非破壞性檢驗造影的一種反射式X光管及一種濾波材，該濾波材相對於例如是鋁或銅等低Z濾波材，可以將劑量降低至一相當低的劑量而不會明顯減少對造影有用的X光，且同時減少在反射式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於鈧、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。本發明的Κβ濾波材可用於形成醫學造影以及非破壞性檢驗的造影，醫學造影包括但不限於病人乳房、胸腔、關節、四肢、頭骨、腹部、腸胃道、導引高能量照射治療的影像精準定位或於病人體內進行此種治療的定位，而非破壞性檢驗的造影的物體包括但不限於電路板、錫球陣列電路、分散式電子元件、微機電系統(MEMS)裝置、小動物、有機及地質樣本、半導體晶片封裝，以及眾多其他用於不同產業的無生命物體。在許多非破壞性檢驗應用中，這些X光管及其所涵括的K β濾波材可應用於X光顯微鏡的X光光源。本發明是有關於一種X光的造影，雖然其主要是用以解決醫學造影的重大問題，但也可以應用在其他的方面包括對無生命物體非破壞性的X光造影。本發明可應用於使用反射式X光管、穿透式X光管、固態靶管及旋轉陽極管的X光造影，以及在醫學及非破壞性檢驗造影中的所有能量的X光。本發明揭示一種方法，在X光管輸出光譜中減少低於或高於有用的X光能帶的X射線。在X光的應用上，需要高密度的單色X光，而本發明揭示一種採用具有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。在應用上，本發明使用濾波材料的X光管可用以提供X光顯微鏡的準單色X光光源。為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是根據本發明一穿透式X光管的示意圖，該穿透式X光管所產生X光經過過濾。圖2是根據本發明一反射式X光管的示意圖，該反射式X光管所產生X光經過過濾。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並藉由鋁及銅過濾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並以傳統的低Z材料進行過濾。圖7是顯示在無濾波材料時，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光管是以標準的低Z值濾波材料進行過濾，並與加上80微米厚的金屬鐿濾波材料的光譜進行比較。圖10是顯示一金屬鑰靶材的穿透式X光管經過濾後的輸出，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光管的在三個不同厚度且由銩金屬製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。附圖標記:1:末端窗口陽極2:靶材金屬箔片3、12:陰極4、10:電子束路徑5:選擇性對焦機構6:電源供應器7:真空殼體8:X 光11:側面窗口13:X 光束14:陽極17 36:輸出光譜
具體實施例方式圖1的穿透式X光管包含了一真空殼體7以及設置在殼體7端部露出於大氣中的一端部窗口陽極I。一 X光祀材金屬箔片2則定位在端部窗口陽極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製成，避免X光穿過不同端部窗口材料的問題。當一較厚的靶材強固到足以支撐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的陰極3射出電子，這些電子會沿著電子束路徑4被加速並且打擊陽極靶材而產生X光。電源供應器6連接在陰極及陽極之間以對電子束提供加速力。產生的X光8通過端部窗口而逸出X光管。一選擇性的對焦機構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點上。該點在靶材表面最大的尺寸即差不多是焦點的大小。X光包含了 Ka及Κβ特性的輻射，其對於靶材中至少一元素有著獨特的關聯。在本發明一較佳實施例中，具有靶材厚度達到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。當靶材金屬箔片及端部窗口是相同的材料時，其厚度可以達到500微米。在本發明一較佳實施例中，是藉由厚度從10微米至3毫米的一 Κβ濾波材料對一穿透式X光管的輸出輻射進行過濾。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及一陽極14位於真空殼體中。陽極14包括一設置在一基板上的X光祀,基板可移除X光照射陽極時產生的熱能。電子由陰極射出。一電源供應器6連接在陽極與陰極之間，用以提供一電場，沿著一電子束路徑10對由陰極射出的電子進行加速，使電子打擊陽極14的一個點，而產生一X光束13，該X光束13經由一側面窗口 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收集到產生的X光。藉由靶材所產生的X光照射在物體上以產生影像，此X光同時包含的Kd及Κβ性質的射線對於靶材中至少一元素是有獨特相關性的。在本發明一較佳實施例中，一穿透式X光管的輸出藉由一 Κβ濾波材進行過濾，Κβ濾波材的厚度介於10微米至3毫米。開放的穿透式X光管基本上是用於對電子電路以及其他高解析度應用的造影，並且當物體的影像需要較高的倍數時，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抽成真空，通常用以經常取代無法操作的管件。為達·成本發明的目的，穿透式X光管同時包括開放的及封閉的穿透式X光管，但排除例外說明的部分。除非特別說明，否則特定的X光管的光譜資料是由Amptek公司型號XR-100的設備所測得，該設備具有一個1_厚的鎘碲感測器及IOmils (千分之一英寸)厚的鈹濾波材。感測器的設置距離X光管有I公尺，實驗採用不同的X光管電流及不同的曝光時間。製成K β濾波材料的元素的k吸收邊緣值介於X光靶材的K α線與K β線之間，此X光靶材可用於一穿透式X光管或是一反射式X光管。以下表I針對每一種可能採用的靶材進行說明，這些材料可以形成本發明的一個適當的Κβ濾波材料。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，該元素受激發後產生的X光包括K a及Κβ的輻射能量，可照射一物體進行造影；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邊緣吸收能量高於該元素的Ka輻射能量，但低於該元素的Kβ輻射能量； 其中該濾波材料的厚度至少為10微米且少於3毫米。
2.根據權利要求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、金屬間化合物或複合材料。
3.根據權利要求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、鎝、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、金屬間化合物或複合材料。
4.根據權利要求1所述的穿透式X光管，其中該靶材的厚度介於5至500微米之間。
5.根據權利要求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.根據權利要求1所述的穿透式X光管，該穿透式X光管是用以獲得醫學造影的影像。
7.一種反射式X光管，包括: 一靶材，包括至少一元素，該元素受激發後產生的X光包括K a及Κβ的輻射能量，可照射一物體進行造影；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邊緣吸收能量高於該元素的Ka輻射能量，但低於該元素的Kβ輻射能量； 其中該濾波材料的厚度至少為10微米且少於3毫米。
8.根據權利要求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、金屬間化合物或複合材料。
9.根據權利要求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、鎝、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、金屬間化合物或複合材料。
10.根據權利要求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.根據權利要求7所述的反射式X光管，該反射式X光管是用以獲得醫學造影的影像。
全文摘要
本發明揭示一種穿透式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，該元素受激發後產生的X光包括Kα及Kβ的輻射能量，可照射一物體進行造影。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邊緣吸收能量高於該元素的Kα輻射能量，但低於該元素的Kβ輻射能量。該濾波材料的厚度至少為10微米且少於3毫米。
文檔編號H01J35/16GK103094030SQ20121018418
公開日2013年5月8日 申請日期2012年6月6日 優先權日2011年10月28日
發明者布魯斯·布萊恩特·帕森斯, 鄭積傑 申請人:和鑫生技開發股份有限公司