CN109524284A - 一种放射治疗x射线源及x射线源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种放射治疗X射线源及X射线源装置，涉及放射治疗技术领域。放射治疗X射线源包括：衬底；冷阴极电子发射源，设置在衬底；阳极透射靶，与冷阴极电子发射源正对设置，阳极透射靶与衬底之间能够施加电场；过滤器，设置在阳极透射靶背向冷阴极电子发射源的一侧；衬底、冷阴极电子发射源、阳极透射靶和过滤器封装在真空腔体中。X射线源装置，采用上述的放射治疗X射线源，还包括聚焦透镜和限束器。本发明提出的放射治疗X射线源，与现有技术相比，电子逸出通过冷阴极场致发射，不需要对阴极材料进行预热，功耗低，阴极材料采用面阵排布，发射电子效率高；X射线源装置，采用透射靶，体积小，产生X射线效率高。

Description

一种放射治疗X射线源及X射线源装置

技术领域

本发明涉及放射治疗技术领域，尤其涉及一种放射治疗X射线源及X射线源装置。

背景技术

放射治疗是利用放射线***的一种局部治疗方法，包括以X射线、γ射线、粒子束等不同形式辐射杀死肿瘤细胞或病变组织。其中以X射线作为放射源进行治疗，根据X射线机管电压大小分为接触治疗(10-60kV)、浅层治疗(80-120kV)、深层治疗(150-400kV)，X射线接触治疗适用于皮肤癌、疤痕修复等表层病变组织。现有的X射线放射治疗装置采用热阴极作为发射源，通过加热阴极灯丝到1000℃，使阴极电子逸出，逸出电子束在阳极高压作用下轰击阳极靶通过韧致辐射产生放射治疗所需的X射线。现有技术中的X射线源装置至少存在以下几个问题：

(1)采用热阴极作为电子发射源，热阴极的工作温度高，功耗大；

(2)射线源装置体积较大，不易实现小型化；

(3)出射的X射线发散角过大，仅通过准直器进行限束，导致辐照面积大，对增加正常组织辐射风险；

(4)阳极靶采用反射靶，产生X射线效率低。

发明内容

针对上述问题，本发明的一个目的是提出一种放射治疗X射线源，与现有技术相比，无需对阴极材料进行预热，功耗低，发射电子效率高。

本发明的另一个目的是提出一种X射线源装置，采用透射靶，体积小，产生X射线效率高。

本发明采用以下技术方案：

一种放射治疗X射线源，放射治疗X射线源包括：

衬底；

冷阴极电子发射源，设置在衬底上；

阳极透射靶，与冷阴极电子发射源正对设置，阳极透射靶与衬底之间能够施加电场；

过滤器，设置在阳极透射靶背向冷阴极电子发射源的一侧；

衬底、冷阴极电子发射源、阳极透射靶和过滤器封装在真空腔体中。

作为本发明的一种优选方案，衬底和阳极透射靶之间的间隙可调。控制电子发射效率，进而控制X射线通量。

作为本发明的一种优选方案，冷阴极电子发射源为多个，阵列式排布在衬底上。

作为本发明的一种优选方案，冷阴极电子发射源由碳纳米管或氧化锌纳米线材料制成。

作为本发明的一种优选方案，衬底由ITO导电玻璃材料或者金属材料制成。

作为本发明的一种优选方案，阳极透射靶和过滤器均呈薄片状结构，阳极透射靶和过滤器均由金属材料制成。

作为本发明的一种优选方案，阳极透射靶由金属钨或金属钼制成；过滤器由金属铝或金属铍制成。

作为本发明的一种优选方案，放射治疗X射线源还包括电源组件，电源组件分别与衬底和阳极透射靶电连接；电源组件在衬底朝向阳极透射靶的一端施加阴极高压电并接地，电源组件在阳极透射靶朝向衬底的一端施加阳极高压电。

作为本发明的一种优选方案，衬底和阳极透射靶之间施加的电压为10kV-60kV。

一种X射线源装置，包括放射治疗X射线源和位于放射治疗X射线源的出射端的限束器，放射治疗X射线源上述放射治疗X射线源，还包括聚焦透镜，聚焦透镜位于限束器背向放射治疗X射线源的一端。

作为本发明的一种优选方案，放射治疗X射线源和限束器之间的间隙可调。

本发明的有益效果为：

本发明提出的一种放射治疗X射线源，冷阴极电子发射源设置在衬底上，且在阳极透射靶与衬底之间施加电场，使得冷阴极电子发射源发射出的电子束，在电场的作用下，电子束轰击阳极靶，通过韧致辐射，产生X射线；阳极透射靶背向冷阴极电子发射源的一侧设置的过滤器，能够过吸收低能的X射线，使得从放射治疗X射线源出射的X射线的质量更佳。与现有技术相比，不需要对阴极材料进行预热，放射治疗X射线源功耗低。

本发明提出的一种X射线源装置，包括放射治疗X射线源和位于放射治疗X射线源的出射端的限束器，以及限束器另一端的聚焦透镜，放射治疗X射线源采用上述的放射治疗X射线源，使得放射治疗X射线源发出的X射线，由限束器进行限束后，再通过聚焦透镜对X射线进行聚焦，使得辐照面大小能够得到有效地控制，降低了X射线源装置在使用时对正常组织辐射风险，同时提高单位面积内照射的X射线通量，提高放射治疗效率。

附图说明

图1是本发明提供的X射线源装置的结构示意图；

图2是本发明提供的放射治疗X射线源的结构示意图。

图中：

1、限束器；2、聚焦透镜；3、放射治疗X射线源；

31、衬底；32、冷阴极电子发射源；33、阳极透射靶；34、过滤器。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

图1是本发明提供的X射线源装置的结构示意图，图2是本发明提供的放射治疗X射线源的结构示意图，综合图1和图2所示，该X射线源装置主要包括同轴且依次间隔设置的放射治疗X射线源3、限束器1和聚焦透镜2。其中放射治疗X射线源3用于生产X射线，限束器1用于对X射线进行限束，聚焦透镜2用于对限束后的X射线进行聚焦，使得X射线源装置产生的X射线的辐照面大小能够得到有效地控制，提高单位面积内照射的X射线通量，降低了X射线源装置在使用时对正常组织辐射风险，提高放射治疗效率。

为了实现放射治疗X射线源3、限束器1和聚焦透镜2同轴且依次间隔设置，X射线源装置还包括外壳(图中未示出)。图1中，放射治疗X射线源3、限束器1和聚焦透镜2的截面形状均为圆形，因此优选将外壳设置成圆柱形壳体，X射线源装置中放射治疗X射线源3、限束器1和聚焦透镜2同轴且依次间隔设置在外壳内。外壳的具体结构，可以根据实际尺寸进行设计，具体结构在此不再赘述，只要能实现承载放射治疗X射线源3、限束器1和聚焦透镜2同轴且依次间隔设置结构，均在本发明的保护范围内。

具体地，如图2所示，放射治疗X射线源3包括衬底31、冷阴极电子发射源32、阳极透射靶33和过滤器34，其中优选多个冷阴极电子发射源32在衬底31上呈阵列设置，即多个冷阴极电子发射源32形成一种面阵形式；阳极透射靶33与冷阴极电子发射源32正对设置，且设置在衬底31和过滤器34之间；阳极透射靶33与衬底31之间能够施加电场，电场从衬底31朝向阳极透射靶33方向形成，冷阴极电子发射源32发射出的电子束，在电场的作用下，电子束轰击阳极透射靶33。电子束轰击阳极透射靶33，经过韧致辐射，产生的X射线，由过滤器34进行过滤，能够吸收低能的X射线，使得从放射治疗X射线源3中产生的X射线的质量更佳，通过控制阳极透射靶33与衬底31间隔距离，即控制阴极与阳极之间电场强度，实现控制电子发射效率，进而控制X射线通量，同时增大冷阴极电子发射源32面积也可以提高X射线发射效率。同时，为了保证放射治疗X射线源3稳定产生，X射线需要将衬底31、冷阴极电子发射源32、阳极透射靶33和过滤器34封装在真空腔体中。由于提供电子束的装置为冷阴极电子发射源32，而并没有采用现有技术中的热阴极，冷阴极电子发射源32不需要进行预热，降低放射治疗X射线源功耗，同时阳极采用透射靶结构，使得整个X射线源装置占地空间更小，结构更加紧凑。

具体地，衬底31的主要作用是为冷阴极电子发射源32提供基底，同时提供导电介质，在此不具体限定衬底31的结构，优选衬底31由ITO导电玻璃材料或者金属材料制成。在本实施例中，多个冷阴极电子发射源32在衬底31上呈阵列排布，通过控制整体排布的冷阴极电子发射源32有效面积，实现对X射线发射效率控制。每个冷阴极电子发射源32均能发出电子。本发明并不限定多个冷阴极电子发射源32在衬底31上的数量以及排布方式。进一步地，优选冷阴极电子发射源32由碳纳米管、氧化锌纳米线等场致电子发射材料制成。

具体地，阳极透射靶33设置在衬底31和过滤器34之间，阳极透射靶33和衬底31加高压后，在衬底31和阳极透射靶33之间形成强电场，使得冷阴极电子发射源32上逸出电子，并在强电场加速下形成高速电子束，并对阳极透射靶33进行轰击，通过韧致辐射，产生X射线，在此不具体限定阳极透射靶33的结构，优选阳极透射靶33由金属钨或金属钼制成。

进一步地，为了形成电场，放射治疗X射线源3还包括电源组件(图中未示出)。电源组件分别与衬底31和阳极透射靶33电连接，电源组件在阳极透射靶33上施加阳极高压电，衬底31与电源组件共地，形成从衬底31朝向阳极透射靶33方向的电场。电场的电压优选保护10kV-60kV，具体电压的选择可以根据实际放射治疗强度选取。10kV-60kV电压下产生的X射线，更加适用于X射线接触治疗。本发明并不具体限定电源组件的具体结构，只要是通过使衬底31和阳极透射靶33之间产生电场的结构，均在本发明的保护范围内。

具体地，过滤器34的主要作用是吸收低能的X射线，使得从放射治疗X射线源出射的X射线的质量更佳。优选过滤器34呈薄片状结构，由金属铝或金属铍等低原子密度的材料制成。

进一步地，为了实现衬底31、阳极透射靶33和过滤器34同轴且依次间隔设置，放射治疗X射线源3还包括真空腔体(图中未示出)，真空腔体设置在外壳的内部。图2中衬底31、阳极透射靶33和过滤器34的截面形状均为圆形，因此优选将真空腔体设置成圆柱体，衬底31、阳极透射靶33和过滤器34同轴且依次间隔设置在腔体内。

为了保证放射治疗X射线源3能够稳定产生X射线，优选需要将放射治疗X射线源3的各个功能性部件之间进行真空封装。而真空腔体的设置，就可以形成这种密封环境，形成真空腔体的具体结构，可参考传统放射治疗X射线源玻璃球管封装工艺，即在衬底31(冷阴极电子发射源32)、阳极透射靶33和过滤器34在真空腔体的位置调整好之后，并引出衬底31及阳极透射靶33高压接线端，将整个真空腔体进行真空封装。真空腔体的具体结构，可以根据实际尺寸进行设计，具体结构在此不再赘述，只要能实现承载衬底31、阳极透射靶33和过滤器34并保证真空环境的结构，均在本发明的保护范围内。

进一步地，X射线的通量主要与以下设置有关，包括冷阴极电子发射源32的有效发射面积，加载在衬底31(冷阴极电子发射源32)和阳极透射靶33之间的电场强度，以及限束器1和聚焦透镜2对出射的X射线限束大小和聚焦倍数有关，通过对以上参数调节，能够有效的控制放射治疗X射线的通量和辐照面积大小，实现最佳治疗效果。

具体地，增加冷阴极电子发射源32的有效发射面积可以提高X射线发射效率，提高X射线通量，但发射面积过大对后端聚焦器件要求更高，因此对生长冷阴极材料的衬底31面积也不能随意增大，由于衬底31的面积过大后，对后端的聚焦透镜2要求更高，因此可以根据实际情况调整衬底31的面积大小。

加载在衬底31(冷阴极电子发射源32)和阳极透射靶33之间的电场强度，与高压组件加载在衬底31与阳极透射靶33之间的电压大小以及衬底31与阳极透射靶33之间的间隔距离有关。当衬底31与阳极透射靶33之间间隔越小，场强越大，冷阴极电子发射源32逸出的电子越多，X射线发射效率越高，但是随着间隔减小衬底上的冷阴极材料和阳极透射靶进行打火的概率越高，因此需要根据实际需求调节衬底31与阳极透射靶33之间的间隔；高压组件加载在衬底31与阳极透射靶33之间的电压越大，场强越大，同样X射线发射效率越高，但是随着电压的上升，出射的X射线能量越高，穿透能量越强，因此在放射治疗时需要根据实际照射深度对加载在衬底31与阳极透射靶33之间的电压进行控制。

进一步地，从放射治疗X射线源3发射的X射线，呈锥形束发散，需要将发散较大的部分X射线通过限束器1对进行屏蔽阻挡，以形成出射方向相对一致的X射线束。可以优选在外壳上设置调节部件，以调节放射治疗X射线源3和限束器1之间的间隙，限制出射的X射线束，进而控制X射线的通量。

进一步地，在外壳上，放射治疗X射线源3、限束器1和聚焦透镜2可以进行单独拆卸安装，更换不同X射线发射效率的放射治疗X射线源3，进而可以控制单位时间内的治疗剂量，更换不同聚焦倍数的聚焦透镜2可以控制治疗辐照面积，即根据实际治疗所需剂量和病变组织大小进行配置，达到最佳治疗效果。

本发明提出的X射线源装置，与现有技术相比，功耗低，辐照面积小，产生X射线效率高，占用空间小。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种放射治疗X射线源，其特征在于，放射治疗X射线源(3)包括：

衬底(31)；

冷阴极电子发射源(32)，设置在所述衬底(31)上；

阳极透射靶(33)，与所述冷阴极电子发射源(32)正对设置，阳极透射靶(33)与所述衬底(31)之间能够施加电场；

过滤器(34)，设置在所述阳极透射靶(33)背向所述冷阴极电子发射源(32)的一侧；

所述衬底(31)、冷阴极电子发射源(32)、阳极透射靶(33)和过滤器(34)封装在真空腔体中。

2.根据权利要求1所述的放射治疗X射线源，其特征在于，所述衬底(31)和所述阳极透射靶(33)之间的间隙可调。

3.根据权利要求1所述的放射治疗X射线源，所述冷阴极电子发射源(32)为多个，阵列式排布在所述衬底(31)上。

4.根据权利要求1所述的放射治疗X射线源，所述冷阴极电子发射源(32)由碳纳米管或氧化锌纳米线材料制成。

5.根据权利要求1所述的放射治疗X射线源，所述衬底(31)由ITO导电玻璃材料或者金属材料制成。

6.根据权利要求1所述的放射治疗X射线源，所述阳极透射靶(33)和所述过滤器(34)均呈薄片状结构，所述阳极透射靶(33)和所述过滤器(34)均由金属材料制成。

7.根据权利要求6所述的放射治疗X射线源，所述阳极透射靶(33)由金属钨或金属钼制成；所述过滤器(34)由金属铝或金属铍制成。

8.根据权利要求1所述的放射治疗X射线源，其特征在于，所述放射治疗X射线源(3)还包括电源组件，所述电源组件分别与所述衬底(31)和所述阳极透射靶(33)电连接；所述电源组件在所述衬底(31)朝向所述阳极透射靶(33)的一端施加阴极高压电并接地，所述电源组件在所述阳极透射靶(33)朝向所述衬底(31)的一端施加阳极高压电。

9.根据权利要求8所述的放射治疗X射线源，其特征在于，所述衬底(31)和所述阳极透射靶(33)之间施加的电压为10kV-60kV。

10.一种X射线源装置，包括放射治疗X射线源和位于所述放射治疗X射线源的出射端的限束器(1)，其特征在于，所述放射治疗X射线源采用如权利要求1-9之一所述的放射治疗X射线源(3)，还包括聚焦透镜(2)，所述聚焦透镜(2)位于所述限束器(1)背向所述放射治疗X射线源(3)的一端。

11.根据权利要求10所述X射线源装置，所述X射线源装置还包括外壳，所述放射治疗X射线源(3)和所述限束器(1)之间的间隙可调。