Рентгеновский генератор с регулируемой коллимацией
Изобретение относится к рентгеновскому генератору с регулируемой коллимацией. Рентгеновский генератор содержит узел источника рентгеновского излучения, содержащий рентгеновскую трубку, содержащую катод и анод, и передний коллиматор; генератор высокого напряжения, расположенный в удлиненной камере корпуса для рентгеновской трубки и используемый для прикладывания высокого напряжения постоянного тока между катодом и анодом рентгеновской трубки для возбуждения рентгеновских лучей. Кроме того, генератор содержит блок регулирования коллимации, с возможностью вращения расположенный снаружи переднего коллиматора и используемый для регулировки веерообразных рентгеновских лучей с целью формирования непрерывных рентгеновских лучей в виде остронаправленных лучей, а также охлаждающее устройство, независимо установленное на рентгеновской трубке и используемое для охлаждения анода рентгеновской трубки. Узел источника рентгеновского излучения, генератор высокого напряжения, блок регулирования коллимации и охлаждающее устройство объединены как одно целое. Техническим результатом является компактность конструкции, что обеспечивает модульное исполнение и высокую эффективность оборудования обнаружения в системах безопасности. 15 з.п. ф-лы, 8 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
Настоящая заявка испрашивает приоритет китайской патентной заявки № 201410250942.5, поданной 6 июня 2014 года в Государственное ведомство интеллектуальной собственности Китая, описание изобретения из которой полностью включено в настоящее описание посредством ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области техники рентгеновских генераторов и, в частности, к рентгеновскому генератору с регулируемой коллимацией и монолитной конструкцией, используемому в аппаратуре обнаружения в системах безопасности на основе рентгеновской визуализации, при оказании медицинской помощи, в научных исследованиях и т. д.
Описание известного уровня техники
Обычный рентгеновский генератор обычно содержит такие части, как высоковольтный источник питания, рентгеновская трубка, охлаждающее устройство и т. д. Эти части являются относительно независимыми и соединены кабелями и трубами. Имеется много промежуточных частей и деталей, в результате чего занимается большое пространство. Излучаемые рентгеновские лучи в основном присутствуют в форме веера, и эти лучи не поддаются регулированию, или же регулировка этих лучей является трудной и сложной. Особенно в части охлаждения и рассеяния тепла, обычные способы рассеяния тепла, такие как циркуляционное масляное охлаждение и циркуляционное водяное охлаждение, легко подвержены утечке, и поэтому неудобны в применении.
В настоящее время аппаратура обнаружения в системах безопасности и оборудование для оказания медицинской помощи разрабатываются на основе принципов миниатюризации, модульного исполнения и высокой эффективности. Для достижения этой цели необходимо создать рентгеновский генератор с регулируемой коллимацией и монолитной конструкцией.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на уменьшение и/или преодоление по меньшей мере одной (одного) из проблем и недостатков, существующих в известном уровне техники.
Целью настоящего изобретения является создание рентгеновского генератора с регулируемой коллимацией и монолитной конструкцией, отвечающего требованиям в части миниатюризации, модульного исполнения и высокой эффективности рентгеновского устройства визуализации.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предлагается рентгеновский генератор с регулируемой коллимацией, содержащий:
узел источника рентгеновского излучения, содержащий рентгеновскую трубку, содержащую катод и анод, и передний коллиматор;
генератор высокого напряжения, расположенный в удлиненной камере корпуса для рентгеновской трубки и используемый для прикладывания высокого напряжения постоянного тока между катодом и анодом рентгеновской трубки для возбуждения рентгеновских лучей;
блок регулирования коллимации, с возможностью вращения расположенный снаружи переднего коллиматора и используемый для регулировки веерообразных рентгеновских лучей с целью формирования непрерывных остронаправленных рентгеновских лучей; и
охлаждающее устройство, независимо установленное на рентгеновской трубке и используемое для охлаждения анода рентгеновской трубки;
причем узел источника рентгеновского излучения, генератор высокого напряжения, блок регулирования коллимации и охлаждающее устройство объединены как одно целое.
В одном варианте осуществления узел источника рентгеновского излучения может дополнительно содержать теплоизлучающее основание для анода, расположенное на стороне анода рентгеновской трубки, и торцевую крышку и тимпан, расположенные на стороне катода рентгеновской трубки и взаимодействующие для обеспечения уплотнения и предотвращения утечки. Кроме того, в теплоизлучающее основание могут быть включены датчик температуры и термореле.
В одном варианте осуществления теплоизлучающее основание имеет поверхность теплопередачи для контакта с охлаждающим устройством с целью охлаждения. Кроме того, охлаждающее устройство может содержать теплоизлучающую пластину и тепловую трубку, расположенную на теплоизлучающей пластине, и теплоизлучающая пластина конструктивно выполнена для достаточного контакта с поверхностью теплопередачи теплоизлучающего основания посредством теплопроводной силиконовой смазки. Альтернативно, охлаждающее устройство может содержать лишь тепловую трубку, непосредственно установленную на поверхности теплопередачи теплоизлучающего основания. Кроме того, охлаждающее устройство может также содержать теплоизлучающие ребра, расположенные на тепловой трубке, и малошумный вентилятор, расположенный над теплоизлучающими ребрами. Предпочтительно, тепловая трубка может быть U-образной или L-образной.
В одном варианте осуществления рентгеновская трубка сообщается с удлиненной камерой и наполнена изоляционным маслом. Кроме того, генератор высокого напряжения может содержать кольцевую цепь высокого напряжения, трансформатор высокого напряжения и трансформатор накала, расположенные в удлиненной камере, причем кольцевая цепь высокого напряжения, трансформатор высокого напряжения и трансформатор накала соответственно находятся на соответствующих изолирующих полимерных пластинах и расположены на сторонах соответствующих изолирующих полимерных пластин, обращенных в сторону от рентгеновской трубки. Предпочтительно, изолирующая полимерная пластина может быть реализована как кольцевая изолирующая полимерная пластина, имеющая пустотелую часть, через которую проходит изоляционное масло, и периферическую часть, имеющую несколько выступающих установочных опор. Кроме того, генератор высокого напряжения может дополнительно содержать клеточную установочную дистанционирующую деталь, неподвижно расположенную в удлиненной камере, причем изолирующие полимерные пластины неподвижно расположены в удлиненной камере посредством клеточной установочной дистанционирующей детали.
В одном варианте осуществления рентгеновский генератор может дополнительно содержать механическое установочное устройство, на котором поддерживаются узел источника рентгеновского излучения, генератор высокого напряжения, блок регулирования коллимации и охлаждающее устройство.
В варианте осуществления, блок регулирования коллимации может содержать: вращающееся вольфрамовое кольцо, предназначенное для регулирования, и приводной механизм, предназначенный для привода вращающегося вольфрамового кольца во вращение вокруг переднего коллиматора для достижения точечного непрерывного рентгеновского сканирования. Приводной механизм содержит: двигатель, установленный на механическом установочном устройстве, ведущий шкив, соединенный с двигателем, ведомый шкив, соединенный с вращающимся вольфрамовым кольцом, и приводной ремень, предусмотренный между ведущим шкивов и ведомым шкивом. Кроме того, приводной механизм может дополнительно содержать натяжное устройство, предназначенное для регулирования степени натяжения приводного ремня.
В одном варианте осуществления рентгеновский генератор может дополнительно содержать устройство защиты от радиации, состоящее из слоя защиты от радиации, переднего коллиматора и вращающегося вольфрамового кольца, расположенного в рентгеновской трубке и удлиненной камере. Предпочтительно, передний коллиматор может представлять собой передний коллиматор из оксида тяжелого металла.
Соответственно, вышеупомянутый рентгеновский генератор содержит генератор высокого напряжения, прикладывающий напряжение к обоим концам рентгеновской трубки, узел источника рентгеновского излучения, содержащий передний коллиматор и устройство защиты от радиации, вращающийся блок регулирования коллимации, используемый для регулирования рентгеновского излучения, охлаждающее устройство с тепловыми трубками для охлаждения анода рентгеновской трубки и механическое установочное устройство для обеспечения опор и креплений. Генератор высокого напряжения расположен в удлиненной камере корпуса для рентгеновской трубки, а охлаждающее устройство установлено независимо. Все вышеупомянутые части объединены в компактную и монолитную конструкцию.
То есть, рентгеновский генератор с регулируемой коллимацией в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения содержит генератор высокого напряжения, узел источника рентгеновского излучения, блок регулирования коллимации, охлаждающее устройство и механическое установочное устройство, объединенные в одно целое. Соответственно, он имеет объединенную монолитную конструкцию, использует систему охлаждения с тепловыми трубками и регулирует веерообразные рентгеновские лучи с целью формирования непрерывных остронаправленных рентгеновских лучей с использованием переднего коллиматора и вращающегося блока регулирования коллимации, обеспечивая динамическое точечное сканирование на проверяемом объекте.
В соответствии с вышеупомянутыми вариантами осуществления генератор высокого напряжения прикладывает высокое напряжение постоянного тока между катодом и анодом рентгеновской трубки, чтобы обладающие высокой энергией электроны, генерированные на катоде, ударялись об анод для испускания рентгеновский лучей. Генератор высокого напряжения расположен в удлиненной камере корпуса для рентгеновской трубки и выполнен объединенным с узлом источника рентгеновского излучения; корпус заполнен чистым трансформаторным маслом.
В соответствии с вышеупомянутыми вариантами осуществления в качестве трансформатора накала может использоваться ферритовый магнитный сердечник типа UY, в качестве трансформатора высокого напряжения может использоваться ферритовый магнитный сердечник типа R, имеющий низкие поток рассеяния и индуктивность рассеяния и высокую магнитную проницаемость, цепь высокого напряжения предпочтительно является кольцевой, и высокое выходное напряжение достигается путем нескольких стадий выпрямления с умножением напряжения. Трансформатор накала, трансформатор высокого напряжения и цепь высокого напряжения расположены на сторонах изолирующих полимерных пластин, обращенных в одном направлении. На периферической части каждой из полимерных пластин предусмотрены три выступающие установочные опоры, а центральная часть является пустотелой с таким расчетом, чтобы через нее проходило изоляционное масло. На внутренней стороне свинцового слоя защиты от радиации выполнен кольцевой позиционирующий прилив. Три кольцевые изолирующие полимерные пластины 104 расположены в требуемом положении клеточной установочной дистанционирующей деталью. Выход высокого напряжения постоянного тока соединен с рентгеновской трубкой посредством соединителя. Система управления подключена посредством противомасляного навигационного соединителя.
В соответствии с вышеупомянутыми вариантами осуществления узел источника рентгеновского излучения содержит цилиндрический корпус для рентгеновской трубки, монтажный прилив, теплоизлучающее основание для анода рентгеновской трубки, слой защиты от радиации, крышку фильтра, изготовленную из поликарбоната, торцевую крышку для уплотнения катода, отверстия для вакуумного масла, тимпан и т. д. Теплоизлучающее основание для анода используется как торцевая крышка уплотнения и имеет чистовую и слегка выступающую поверхность теплопередачи. Уплотнительное кольцо на анодной стороне изготовлено из не содержащего кислорода медного материала, предотвращающего деформацию, вызванную перегревом. Кроме того, уплотнительное кольцо 209 выполнено с отверстиями 210 для вакуумного масла, предназначенными для обеспечения работы изоляционного масла внутри. Вогнутая крышка фильтра изготовлена из поликарбоната, используется для ограничения толщины слоя масла в отверстии для луча рентгеновской трубки 203, и сама обладает высокой проницаемостью для рентгеновских лучей, усиливая эффективную выходную дозу рентгеновского излучения. Корпус для рентгеновской трубки имеет веерообразное отверстие с определенным углом в соответствии с характеристиками угла раскрыва рентгеновской трубки, при этом рентгеновские лучи эффективно генерируются при прикладывании высокого напряжения постоянного тока к обоим концам рентгеновской трубки.
В соответствии с вышеупомянутыми вариантами осуществления теплоизлучающее основание для анода предпочтительно изготовлено из не содержащего кислорода медного материала и имеет не только, в целом, относительно большой размер, но и проходящий вбок торец, повышающий теплоемкость и площадь теплоизлучения. Кроме того, оно используется и как торцевая крышка для уплотнения анода в корпусе для рентгеновской трубки.
В соответствии с вышеупомянутыми вариантами осуществления торцевая крышка для уплотнения катода взаимодействует с гибким тимпаном для создания камеры между ними. При работе рентгеновского генератора изоляционное масло при нагреве расширяется, а при охлаждении соответственно сжимается, и тимпан будет выдавливаться со стороны изоляционного масла или со стороны внешней среды. Вентиляционное отверстие, выполненное в торцевой крышке для катода, используется для действия в качестве канала сброса давления, чтобы получить равенство давлений. Вентиляционное отверстие выполнено с внутренней резьбой, и в вентиляционном отверстии установлен предохранительный болт со сквозным отверстием. В случае утечки масла предохранительный болт ввинчивается в вентиляционное отверстие, при этом сквозное отверстие блокируется, предотвращая тем самым дальнейшую утечку изоляционного масла. Кроме того, тимпан и торцевая крышка вместе действуют как уплотнительное кольцо.
В соответствии с вышеупомянутыми вариантами осуществления блок регулирования коллимации содержит вращающееся вольфрамовое кольцо, передний коллиматор, радиально-упорный подшипник с угловым контактом, ведущий шкив, ведомый шкив, приводной ремень, стопорную гайку и серводвигатель. Вращающееся вольфрамовое кольцо выполнено с несколькими небольшими сквозными отверстиями и закреплено на ведомом шкиве. Передний коллиматор неподвижно связан вокруг наружной поверхности корпуса для рентгеновской трубки. Радиально-упорный подшипник с угловым контактом встроен внутри ведомого шкива, обхватывает вокруг наружную поверхность корпуса для рентгеновской трубки и застопорен стопорной гайкой. Под действием серводвигателя 308 ведомый шкив приводится ведущим шкивом и приводит во вращение радиально-упорный подшипник с угловым контактом, в данном случае вольфрамовое кольцо приводится во вращение вокруг переднего коллиматора, обеспечивая точечное непрерывное рентгеновское сканирование. Упомянутый блок регулирования коллимации имеет простую конструкцию, потребляет мало мощности, создает мало шума, имеет хорошие точечные характеристики, уменьшенный полутеневой эффект и более высокое разрешение изображения.
В соответствии с вышеупомянутыми вариантами осуществления передний коллиматор имеет определенную толщину и встроен в вогнутой крышке фильтра, изготовленной из поликарбоната. Передний коллиматор изготовлен из оксида тяжелого металла, предпочтительно, оксида висмута, легко поддающегося механической обработке, обладающего характеристиками высоковольтной изоляции и защиты от радиации, а также отвечающего экологическим требованиям. Могут использоваться и другие материалы, такие как оксид свинца. Вольфрамовое кольцо на обеих его сторонах оснащено защитными ребрами и обладает хорошим эффектом защиты от радиации. Внутренний защитный слой корпуса для рентгеновской трубки, передний коллиматор и вращающееся вольфрамовое кольцо вместе представляют собой эффективное лабиринтное устройство противолучевой защиты, предотвращающее утечку рентгеновского излучения, чтобы отвечать требованиям безопасности.
В соответствии с вышеупомянутыми вариантами осуществления охлаждающее устройство использует отвод тепла посредством тепловой трубки и состоит из тепловых трубок, неподвижных зажимных пластин, теплопроводной подложки, теплоизлучающих ребер и малошумного вентилятора. Во избежание абляции мишени из-за перегрева анода рентгеновской трубки используется тепловая трубка, являющаяся эффективным проводником тепла, передающим тепло посредством испарения и конденсации жидкости в полностью закрытой вакуумной трубке. Обычно она имеет L-образную форму. Конец на стороне испарения тепловой трубки закреплен теплопроводящей подложкой и конструктивно выполнен для достаточного контактирования со слегка выступающей поверхностью теплопередачи теплоизлучающего основания, а к концу на стороне конденсации приварены несколько слоев теплоизлучающих ребер большого размера. Малошумный вентилятор вместе с всасывающим вентилятором, установленным над устройством защиты от радиации, отбирают горячий воздух и втягивают вместо него холодный воздух, что образует канал для плавного воздуха, и при этом тепло, создаваемое на аноде, отводится быстро и эффективно. То есть, охлаждающее устройство, состоящее из тепловых трубок, имеет высокотехнологичную конструкцию, является дешевым, устойчивым в работе, легким в обслуживании и имеет малое потребление мощности, меньшее число точек отказа и новый и практически осуществимый эффект.
Альтернативно, тепловые трубки могут крепиться непосредственно к теплоизлучающему основанию для анода.
В соответствии с вышеупомянутыми вариантами осуществления предусмотрено механическое установочное устройство, предназначенное для объединения этих вышеупомянутых функциональных единиц в монолитную конструкцию. Механическое установочное устройство содержит крепежную стойку, внешнее устройство защиты от радиации, раму для двигателя, крепежный винт, разжимную втулку и т. д. Крепежная стойка используется для сборки корпуса для рентгеновской трубки и ее периферических компонентов вместе и имеет внешнее устройство защиты от радиации, благодаря чему достигается модульное исполнение. Механическое установочное устройство обрабатывается с использованием высокой технологии обработки и высокой точностью для обеспечения высоких точечных характеристик отрегулированных лучей рентгеновского излучения и эффекта в собранном состоянии.
Кроме того, рентгеновский генератор в соответствии с вышеописанными вариантами осуществления может дополнительно содержать миниатюрные термореле и датчик температуры, встроенные в теплоизлучающем основании для анода, модуль управления цепью инвертора, связанный интерфейс электрического управления, реле приближения и т. д.
Соответственно рентгеновский генератор в соответствии с вариантами осуществления обладает следующими преимуществами. Во-первых, генератор высокого напряжения включен вовнутрь корпуса для рентгеновской трубки, и генератор высокого напряжения, узел источника рентгеновского излучения, блок регулирования коллимации и охлаждающее устройство объединены как компактная и монолитная конструкция, что обеспечивает миниатюризацию, модульное исполнение и высокую эффективность рентгеновских устройств обнаружения в системах безопасности и достижение новой и практически реализуемой конструкции 1. Во-вторых, рентгеновские лучи регулируются с формированием непрерывных остронаправленных рентгеновских лучей для динамического сканирования, достижения высоких точечных характеристик, малого полутеневого эффекта и более высокого разрешения изображения. В-третьих, охлаждающее устройство, состоящее из тепловых трубок, собранных отдельно, работает во взаимодействии с эффективной конструкцией воздушного канала, благодаря чему достигаются чистое и устойчивое конструктивное исполнение и уменьшение отказов системы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Вышеупомянутые и другие признаки настоящего изобретения станут очевиднее из подробного описания его примерных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет собой вид спереди рентгеновского генератора с регулируемой коллимацией в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 представляет собой вид в направлении А на фиг. 1;
фиг. 3 представляет собой разрез по линии B-B на фиг. 1;
фиг. 4 представляет собой схематическое изображение цепи высокого напряжения в рентгеновском генераторе, показанном на фиг. 1;
фиг. 5 представляет собой схематический вид установочной дистанционирующей детали рентгеновского генератора, показанного на фиг. 1;
фиг. 6 представляет собой схематический вид лабиринтного устройства противолучевой защиты рентгеновского генератора, показанного на фиг. 1;
фиг. 7 представляет собой схематический вид поверхности теплопередачи рентгеновского генератора, показанного на фиг. 1; и
на фиг. 8 представляет собой схематическое изображение источника высокого напряжения рентгеновского генератора, показанного на фиг. 1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Далее приводится подробное описание примерных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемый графический материал, на котором подобные элементы обозначены подобными позициями. Следует, однако, отметить, что настоящее изобретение может быть осуществлено во многих разных формах и не должно толковаться как ограниченное вариантами осуществления, представленными в настоящем описании; напротив, эти варианты осуществления приведены для того, чтобы настоящее раскрытие было доскональным и полным и полностью передало специалистам в области техники, к которой относится изобретение, идею изобретения.
В последующем подробном описании в целях объяснения изложены многочисленные конкретные детали для обеспечения досконального понимания раскрытых вариантов осуществления. Будет, однако, очевидным, что один или несколько вариантов осуществления могут быть практически осуществлены без этих конкретных деталей. В других случаях для упрощения графического материала хорошо известные конструкции и устройства показаны лишь схематически.
На фиг. 1 показана общая конструкция рентгеновского генератора с регулируемой коллимацией в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Рентгеновский генератор, в основном, содержит узел 200 источника рентгеновского излучения, блок 300 регулирования коллимации, ведущий шкив 304, ведомый шкив 305, приводной ремень 306, серводвигатель 308, охлаждающее устройство 400, крепежную стойку 501 и противомасляную навигационную базу 107.
Основные части, включая узел 200 источника рентгеновского излучения, блок 300 регулирования коллимации, охлаждающее устройство 400 и т. д., объединены как монолитная конструкция и встроены в корпус 201 для рентгеновской трубки. Блок 300 регулирования коллимации приводится во вращательное движение серводвигателем 308 с помощью ведущего шкива 304, приводного ремня 306 и ведомого шкива 305. Крепежная стойка 501 используется для установки корпуса 201 для рентгеновской трубки, серводвигателя 308 и других компонентов и выполнена с соответствующими установочными отверстиями. Системно функции электрического или автоматического управления достигаются посредством противомасляной навигационной базы 107.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 1–3, рентгеновский генератор с регулируемой коллимацией содержит узел 200 источника рентгеновского излучения, блок 300 регулирования коллимации, генератор 100 высокого напряжения и охлаждающее устройство 400, причем узел 200 источника рентгеновского излучения, генератор 100 высокого напряжения, блок 300 регулирования коллимации и охлаждающее устройство 400 объединены как одно целое. В частности, узел 200 источника рентгеновского излучения содержит рентгеновскую трубку, имеющую катод и анод, и передний коллиматор 302. Генератор 100 высокого напряжения расположен в удлиненной камере корпуса 201 для рентгеновской трубки и предназначен для прикладывания высокого напряжения постоянного тока между катодом и анодом рентгеновской трубки для возбуждения рентгеновский лучей. Блок 300 регулирования коллимации с возможностью вращения расположен снаружи переднего коллиматора 302 и используется для регулировки веерообразных рентгеновских лучей с целью формирования непрерывных остронаправленных рентгеновских лучей. Охлаждающее устройство независимо установлено на рентгеновской трубке и используется для охлаждения анода рентгеновской трубки.
Как показано на фиг. 1–2, передний коллиматор 302 предпочтительно изготовлен из оксида висмута и выполняет функцию высоковольтной изоляции и функцию противолучевой защиты. Он дешев, легок и прост в изготовлении, а также отвечает экологическим требованиям. Передний коллиматор 302 прикреплен к наружной стороне переднего коллиматора 302 дугообразным хомутом.
Как показано на фиг. 3, узел источника рентгеновского излучения дополнительно содержит теплоизлучающее основание 204 для анода, расположенное на анодной стороне рентгеновской трубки, и торцевую крышку 207 и тимпан 208, расположенные на катодной стороне рентгеновской трубки и взаимодействующие для обеспечения уплотнения и предотвращения утечки. Когда рентгеновская трубка 203 непрерывно испускает лучи, температура изоляционного масла повышается, и его объем претерпевает определенную степень расширения. Напротив, когда эта температура понижается, тимпан 208 под действием атмосферного давления втискивается снаружи вовнутрь. Тимпан 208 прикреплен к внутренней стороне катода и одновременно действует в качестве уплотнительного кольца.
Оптимально, в теплоизлучающее основание 204 для анода может быть встроен датчик 601 температуры и термореле 602. Как показано на фиг. 7, в теплоизлучающее основание 204 для анода рентгеновской трубки встроен датчик 601 температуры, используемый для контроля в реальном времени рабочей температуры рентгеновской трубки 203, а термореле 602 может быстро выдавать сигнал неисправности, как только температура выходит за допустимый порог, для защиты безопасности устройств.
Как показано на фиг. 1–3, рентгеновский генератор может дополнительно содержать охлаждающее устройство 400, независимо установленное на рентгеновской трубке и используемое для охлаждения анода рентгеновской трубки. В частности, теплоизлучающее основание 204 имеет поверхность 211 теплопередачи, предназначенную для контакта с охлаждающим устройством 400 с целью охлаждения. Охлаждающее устройство может содержать теплоизлучающую пластину 405 и тепловые трубки 401, расположенные на теплоизлучающей пластине 405, и теплоизлучающая пластина 405 достаточно контактирует с поверхностью 211 теплопередачи теплоизлучающего основания 204 посредством теплопроводной силиконовой смазки. Альтернативно, охлаждающее устройство 400 может содержать лишь тепловые трубки 401, непосредственно зажатые и зафиксированные на поверхности 211 теплопередачи теплоизлучающего основания 204. Кроме того, охлаждающее устройство 400 может дополнительно содержать теплоизлучающие ребра 402, расположенные на тепловых трубках 401, и малошумный вентилятор 403, расположенный над теплоизлучающими ребрами 402. Предпочтительно, тепловая трубка 401 может быть U-образной или L-образной.
Как показано на фиг. 1 и 3, охлаждающее устройство 400 используется для отбора тепла от анода рентгеновской трубки 203 и содержит теплоизлучающее основание 204 для анода, тепловые трубки 401, теплоизлучающие ребра 402, малошумный вентилятор 403 и теплоизлучающую пластину 405. Тепловые трубки 401 независимы друг от друга, и каждая имеет свою определенную прочность и предпочтительно искривлена в U-образную форму. На теплоизлучающей пластине 405 установлены несколько U-образных тепловых трубок. Теплоизлучающие ребра 402 приварены вокруг тепловых трубок 401 для увеличения площади теплоизлучения. Малошумный вентилятор 403 закреплен защелкиванием. Вышеупомянутая конструкция полностью установлена на теплоизлучающем основании 204 рентгеновской трубки.
Как показано на фиг. 3 и 7, поверхность 211 теплопередачи на наружной стороне теплоизлучающего основания 204 для анода является чистовой. Чистовая поверхность 211 теплопередачи вместе с поверхностью теплоизлучающей пластины 405 является чистой и неповрежденной и равномерно покрыта слоем хорошей теплопроводной силиконовой смазки для обеспечения достаточного контакта теплоизлучающей пластины 405 с поверхностью 211 теплопередачи теплоизлучающего основания посредством теплопроводной силиконовой смазки, чтобы тем самым обеспечивать быстрое теплоизлучение.
Как показано на фиг. 1 и 3, малошумный вентилятор 403 расположен над теплоизлучающими ребрами 402 и осуществляет направленное вертикально вверх всасывание воздуха. В соответствии с принципом тепловой конвекции, согласно которому более теплый воздух поднимается, а более холодный опускается, образуется канал для спокойного воздуха, показанный стрелками на фиг. 1. Это конструктивное исполнение теплоизлучения является независимо собранным, сокращающим число точек отказа системы и являющимся малогабаритным и совершенным, экологичным, стабильным и удобным и имеющим низкую стоимость.
Как показано на фиг. 3, теплоизлучающее основание 204 для анода рентгеновской трубки предпочтительно изготовлено из не содержащего кислорода медного материала, не только способного быстро отводить тепло, но и используемого как торцевая крышка для уплотнения анода в корпусе 201 рентгеновской трубки. Уплотнительное кольцо 209 для теплоизлучающего основания 204 предпочтительно изготовлено из не содержащего кислорода медного материала, что предотвращает повреждение от перегрева, присущее обычному резиновому уплотнительному кольцу. Кроме того, уплотнительное кольцо 209 выполнено с отверстиями 210 для вакуумного масла, предназначенными для обеспечения работы изоляционного масла внутри.
Как показано на фиг. 3, теплоизлучающее основание 204 имеет, в целом, относительно большой размер и имеет проходящий вбок торец, повышающий теплоемкость и площадь теплоизлучения. Альтернативно, тепловые трубки могут зажиматься и фиксироваться непосредственно на теплоизлучающем основании 204.
В соответствии с вариантом осуществления, показанном на фиг. 1 и 3, рентгеновский генератор дополнительно содержит генератор 100 высокого напряжения, расположенный в удлиненной камере корпуса 201 для рентгеновской трубки и используемый для прикладывания высокого напряжения постоянного тока между катодом и анодом рентгеновской трубки для возбуждения рентгеновских лучей. Как показано на фиг. 3, генератор 100 высокого напряжения распределен в удлиненной камере корпуса 201 для рентгеновской трубки. Корпус 201 для рентгеновской трубки прикреплен к крепежной стойке 501 с помощью монтажного прилива 202. Выход высокого напряжения постоянного тока подключен к катоду рентгеновской трубки 203 высоковольтным соединителем 106.
В частности, рентгеновская трубка 203 сообщается с удлиненной камерой и наполнена изоляционным маслом. Как показано на фиг. 3, корпус 201 для рентгеновской трубки наполнен изоляционным маслом под высоким давлением. В корпусе 201 выполнено вентиляционное отверстие 212 с внутренней резьбой, и в этом вентиляционном отверстии установлен предохранительный болт 213 с L-образным сквозным отверстием. Благодаря L-образному сквозному отверстию достигается равенство давлений внутри корпуса 201 и во внешней среде. В случае утечки масла предохранительный болт 213 ввинчивается в вентиляционное отверстие 212, при этом L-образное сквозное отверстие блокируется, предотвращая тем самым дальнейшую утечку изоляционного масла.
Как показано на фиг. 3, вогнутая крышка 206 фильтра, предпочтительно изготовленная из поликарбоната, используется для ограничения толщины слоя масла в отверстии для луча рентгеновской трубки 203, и сама обладает высокой проницаемостью для рентгеновских лучей, усиливая эффективную выходную дозу рентгеновского излучения.
Как показано на фиг. 3 и 4, генератор высокого напряжения 100 содержит кольцевую цепь 101 высокого напряжения, трансформатор 102 высокого напряжения и трансформатор 103 накала, расположенные в удлиненной камере. Кольцевая цепь 101 высокого напряжения, трансформатор 102 высокого напряжения и трансформатор 103 накала соответственно находятся на соответствующих изолирующих полимерных пластинах 104 и расположены на сторонах соответствующих изолирующих полимерных пластин 104, обращенных в сторону от рентгеновской трубки. Предпочтительно, изолирующая полимерная пластина 104 реализована как кольцевая изолирующая полимерная пластина, имеющая пустотелую часть, через которую проходит изоляционное масло, и периферическую часть, имеющую несколько выступающих установочных опор.
Как показано на фиг. 3 и 4, цепь 101 высокого напряжения имеет кольцевую форму, в качестве трансформатора 102 высокого напряжения используется магнитный сердечник типа R, а в качестве трансформатора 103 накала используется магнитный сердечник типа UY, и все три упомянутые компонента прикреплены на сторонах кольцевых изолирующих полимерных пластин 104, обращенных в том же направлении. На периферической части каждой из полимерных пластин 104 предусмотрены три выступающих установочных опоры, а центральная часть является пустотелой с таким расчетом, чтобы через нее проходило изоляционное масло.
Кроме того, генератор 100 высокого напряжения дополнительно содержит клеточную установочную дистанционирующую деталь 105, неподвижно расположенную в удлиненной камере, причем изолирующие полимерные пластины 104 неподвижно расположены в удлиненной камере посредством клеточной установочной дистанционирующей детали 105. Как показано на фиг. 3 и 5, три кольцевые изолирующие полимерные пластины 104 расположены в требуемом положении клеточной установочной дистанционирующей деталью 105.
В частности, блок 300 регулирования коллимации содержит вращающееся вольфрамовое кольцо 301, предназначенное для регулирования, и приводной механизм, предназначенный для привода вращающегося вольфрамового кольца во вращение вокруг переднего коллиматора для достижения точечного непрерывного рентгеновского сканирования. Приводной механизм содержит двигатель 308, установленный на крепежной стойке 501, ведущий шкив 304, соединенный с двигателем 308, ведомый шкив 305, соединенный с вращающимся вольфрамовым кольцом 301, и приводной ремень 306,предусмотренный между ведущим шкивов 304 и ведомым шкивом 305.
Как показано на фиг. 3, узел 200 источника рентгеновского излучения и блок 300 регулирования коллимации содержат корпус 201 для рентгеновской трубки, монтажный прилив 202, обшивку 205 для защиты от радиации, рентгеновскую трубку 203 и теплоизлучающее основание 204 для ее анода, не содержащее кислорода медное уплотнительное кольцо 209, вогнутую крышку 206 фильтра, торцевую крышку 207 и тимпан 208 для уплотнения катода, вращающееся вольфрамовое кольцо 301, ведомый шкив 305, стопорную гайку 307, передний коллиматор 302, радиально-упорный подшипник 303 с угловым контактом и противомасляную навигационную базу 107.
Как показано на фиг. 1–3, источником возбуждения для вращения вольфрамового кольца 301 является серводвигатель 308, установленный на раме 503 двигателя, причем ведущий шкив 304 туго надет на приводной вал серводвигателя 308 с использованием разжимной втулки и посредством приводного ремня 306 приводит ведомый шкив 305 во вращение, причем ведущий шкив 304 и ведомый шкив 305 обеспечивают определенное передаточное число.
Как показано на фиг. 2 и 3, вращающееся вольфрамовое кольцо 301 выполнено с несколькими небольшими сквозными отверстиями в нем, надето на передний коллиматор 302 и закреплено на ведомом шкиве 305 винтами. Радиально-упорный подшипник 303 с угловым контактом установлен на наружной поверхности корпуса 201 для рентгеновской трубки, плотно прикреплен к упорному приливу и застопорен стопорной гайкой 307. Ведомый шкив 305 установлен снаружи радиально-упорного подшипника 303 с угловым контактом. Вращающееся вольфрамовое кольцо приводится серводвигателем 308 во вращение вокруг переднего коллиматора 302, обеспечивая динамическое сканирование рентгеновского излучения остронаправленных лучей. Это вращающееся устройство защиты от радиации имеет высокотехнологичную конструкцию, потребляет мало мощности и создает мало шума.
Как показано на фиг. 3, рентгеновское излучение в виде остронаправленных лучей, регулируемое вращающимся вольфрамовым кольцом 301, имеет хорошую точечную характеристику и малый полутеневой эффект, что способствует повышению разрешения изображения.
Кроме того, приводной механизм может дополнительно содержать натяжное устройство, предназначенное для регулирования степени натяжения приводного ремня 306. Как показано на фиг. 1 и 2, степень натяжения приводного ремня 306 может регулироваться серводвигателем 308 с помощью таких механизмов, как винт 504 с головкой, натяжное колесо и т. д.
В соответствии с одним вариантом осуществления рентгеновский генератор может дополнительно содержать механическое установочное устройство 500, и узел 200 источника рентгеновского излучения, генератор 100 высокого напряжения, блок 300 регулирования коллимации и охлаждающее устройство 400 поддерживаются на крепежной стойке 501 механического установочного устройства 500.
В соответствии с одним вариантом осуществления рентгеновский генератор может дополнительно содержать устройство защиты от радиации, состоящее из слоя 205 защиты от радиации, переднего коллиматора 302 и вращающегося вольфрамового кольца 301, расположенного в рентгеновской трубке и удлиненной камере.
Как показано на фиг. 3 и 5, позиционирующий прилив 108 выполнен в форме кольца на внутренней стороне свинцового слоя 205 защиты от радиации. Три кольцевых изолирующих полимерных пластины 104 располагаются в требуемом положении клеточной установочной дистанционирующей деталью 105.
Как показано на фиг. 3 и 6, передний коллиматор 302 представляет собой передний коллиматор, предпочтительно изготовленный из оксида тяжелого металла. Передний коллиматор 302 имеет определенную характеристику толщины и угла раскрыва для ограничения рентгеновских лучей в веерообразном отверстии. Вращающееся вольфрамовое кольцо 301 на обеих его сторонах оснащено защитными ребрами и установлено вокруг переднего коллиматора 302 с зазором между ними примерно 1 мм. Помимо прохождения через небольшие сквозные отверстия в вольфрамовом кольце, все рентгеновские лучи проходят по пути высвобождения, показанном на фиг. 2. Внутренний защитный слой корпуса 201 для рентгеновской трубки, передний коллиматор 302 и вращающееся вольфрамовое кольцо 301 вместе представляют собой эффективное лабиринтное устройство противолучевой защиты для предотвращения утечки рентгеновского излучения, чтобы отвечать требованиям безопасности.
Как показано на фиг. 8, электрический ток из источника питания проходит через первый модуль регулирования и выпрямления, а затем выдается через цепь полномостового инвертора в трансформатор 102 высокого напряжения, чтобы добиться начального повышения напряжения. Затем он подается в модуль 101 выпрямления по схеме удвоения напряжения для достижения высокого отрицательного напряжения. Наконец, он подается на катод рентгеновской трубки 203. Электрический ток из источника питания проходит через второй модуль регулирования и выпрямления, а затем выдается через цепь полумостового инвертора на первичную сторону трансформатора 103 накала, а вторичная сторона трансформатора 103 накала соединена с обоими концами нити накала катода рентгеновской трубки 203. Модуль 603 инверсии и управления соединен с навигационной базой 107 так, что при прикладывании высокого напряжения к обоим концам рентгеновской трубки 203 генерируются ускоренные горячие электроны для соударения с анодом-мишенью для генерирования рентгеновских лучей.
Выше показаны и описаны несколько примерных вариантов осуществления, однако специалистам в области техники, к которой относится изобретение, ясно, что в эти варианты осуществления могут вноситься различные изменения и модификации в пределах принципов и сущности изобретения, объем которого определен в пунктах формулы изобретения и их эквивалентах.
1. Рентгеновский генератор с регулируемой коллимацией, содержащий:
узел источника рентгеновского излучения, содержащий рентгеновскую трубку, имеющую катод и анод, и передний коллиматор;
генератор высокого напряжения, расположенный в удлиненной камере корпуса для рентгеновской трубки и используемый для прикладывания высокого напряжения постоянного тока между катодом и анодом рентгеновской трубки для возбуждения рентгеновских лучей;
блок регулирования коллимации, с возможностью вращения расположенный снаружи переднего коллиматора и используемый для регулировки веерообразных рентгеновских лучей с целью формирования непрерывных рентгеновских лучей в виде остронаправленных лучей; и
охлаждающее устройство, независимо установленное на рентгеновской трубке и используемое для охлаждения анода рентгеновской трубки;
отличающийся тем, что узел источника рентгеновского излучения, генератор высокого напряжения, блок регулирования коллимации и охлаждающее устройство объединены как одно целое;
при этом генератор высокого напряжения содержит кольцевую цепь высокого напряжения, трансформатор высокого напряжения и трансформатор накала, расположенные в удлиненной камере, причем кольцевая цепь высокого напряжения, трансформатор высокого напряжения и трансформатор накала соответственно находятся на соответствующих изолирующих полимерных пластинах и расположены на сторонах соответствующих изолирующих полимерных пластин, обращенных в сторону от рентгеновской трубки.
2. Рентгеновский генератор по п. 1, отличающийся тем, что узел источника рентгеновского излучения дополнительно содержит:
теплоизлучающее основание для анода, расположенное на стороне анода рентгеновской трубки; и
торцевую крышку и тимпан, расположенные на стороне катода рентгеновской трубки и взаимодействующие для обеспечения уплотнения и предотвращения утечки.
3. Рентгеновский генератор по п. 2, отличающийся тем, что теплоизлучающее основание имеет поверхность теплопередачи для контакта с охлаждающим устройством с целью охлаждения.
4. Рентгеновский генератор по п. 3, отличающийся тем, что охлаждающее устройство содержит теплоизлучающую пластину и тепловую трубку, расположенную на теплоизлучающей пластине, и теплоизлучающая пластина конструктивно выполнена для достаточного контакта с поверхностью теплопередачи теплоизлучающего основания посредством теплопроводной силиконовой смазки.
5. Рентгеновский генератор по п. 3, отличающийся тем, что охлаждающее устройство содержит тепловую трубку, непосредственно установленную на поверхности теплопередачи теплоизлучающего основания.
6. Рентгеновский генератор по п. 4 или 5, отличающийся тем, что охлаждающее устройство дополнительно содержит:
теплоизлучающие ребра, расположенные на тепловой трубке; и
малошумный вентилятор, расположенный над теплоизлучающими ребрами.
7. Рентгеновский генератор по п. 4 или 5, отличающийся тем, что тепловая трубка имеет U-образную форму.
8. Рентгеновский генератор по п. 2, отличающийся тем, что в теплоизлучающее основание встроены датчик температуры и термореле.
9. Рентгеновский генератор по п. 1, отличающийся тем, что рентгеновская трубка сообщается с удлиненной камерой и наполнена изоляционным маслом.
10. Рентгеновский генератор по п. 1, отличающийся тем, что изолирующая полимерная пластина реализована как кольцевая изолирующая полимерная пластина, имеющая пустотелую часть, через которую проходит изоляционное масло, и периферическую часть, имеющую несколько выступающих установочных опор.
11. Рентгеновский генератор по п. 1, отличающийся тем, что генератор высокого напряжения дополнительно содержит клеточную установочную дистанционирующую деталь, неподвижно расположенную в удлиненной камере, причем изолирующие полимерные пластины неподвижно расположены в удлиненной камере посредством клеточной установочной дистанционирующей детали.
12. Рентгеновский генератор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит механическое установочное устройство, на котором поддерживаются узел источника рентгеновского излучения, генератор высокого напряжения, блок регулирования коллимации и охлаждающее устройство.
13. Рентгеновский генератор по п. 12, отличающийся тем, что блок регулирования коллимации содержит:
вращающееся вольфрамовое кольцо, предназначенное для регулирования; и
приводной механизм, предназначенный для привода вращающегося вольфрамового кольца во вращение вокруг переднего коллиматора для достижения точечного непрерывного рентгеновского сканирования, при этом приводной механизм содержит:
двигатель, установленный на механическом установочном устройстве;
ведущий шкив, соединенный с двигателем;
ведомый шкив, соединенный с вращающимся вольфрамовым кольцом; и
приводной ремень, предусмотренный между ведущим шкивом и ведомым шкивом.
14. Рентгеновский генератор по п. 13, отличающийся тем, что приводной механизм дополнительно содержит натяжное устройство, предназначенное для регулирования степени натяжения приводного ремня.
15. Рентгеновский генератор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит устройство защиты от радиации, состоящее из слоя защиты от радиации, переднего коллиматора и вращающегося вольфрамового кольца, расположенного в рентгеновской трубке и удлиненной камере.
16. Рентгеновский генератор по п. 1, отличающийся тем, что передний коллиматор представляет собой передний коллиматор из оксида тяжелого металла.
