RU2366362C1

RU2366362C1 - X-ray diagnostic pulse tube

Info

Publication number: RU2366362C1
Application number: RU2008105794/14A
Authority: RU
Inventors: Виктор Васильевич Щетинин (RU); Виктор Васильевич Щетинин; Александр Николаевич Черний (RU); Александр Николаевич Черний; Валентин Николаевич Дружинин (RU); Валентин Николаевич Дружинин
Original assignee: Виктор Васильевич Щетинин; Александр Николаевич Черний; Валентин Николаевич Дружинин
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2009-09-10

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: invention refers to medical equipment, specifically to X-ray equipment, and is designed for X-ray diagnostic medical apparatuses used for detection of bone tissue destruction, e.g. in patients suffering from vibration disease. Said X-ray tube comprises a cylindrical vacuum glass bulb with a hemispherical output window wherein a rod-shaped anode, a cathode connected to a high-voltage pulse source, and a coaxial light guide with its optical output directed to the cathode and its optical input attached to the laser. The anode rod is made of tungsten and has a pointed flange surrounded with the cathode that is represented by a cylindrical holder with tungsten needle flanges fixed thereon. Above the optical output of the light guide, surface of the bulb hemisphere is covered with a reflecting layer.

EFFECT: invention use allows improving evenness of X-rays intensity.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к разделу медицинской техники, точнее к рентгеновской аппаратуре, и предназначено для использования в составе рентгенодиагностических аппаратов медицинского назначения.The invention relates to the field of medical equipment, more specifically to x-ray equipment, and is intended for use as part of x-ray diagnostic medical devices.

Известна рентгеновская диагностическая трубка импульсного типа (Авторское свидетельство СССР №1014067 от 30.07.81 г.), содержащая вакуумированную колбу, внутри которой расположены накальный катод с фокусирующим устройством и вращающийся анод. Известная трубка предназначена для стереоскопии и не может быть использована для формирования сверхкоротких прямоугольных импульсов длительностью 1,5·10^-6-2·10^-9 c.Known X-ray diagnostic tube of a pulse type (USSR Author's Certificate No. 1014067 of 07.30.81), containing a vacuum flask, inside of which there is a filament cathode with a focusing device and a rotating anode. The known tube is intended for stereoscopy and cannot be used to form ultrashort rectangular pulses with a duration of 1.5 · 10 ^-6 -2 · 10 ^-9 s.

Наиболее близкой по конструкции к заявляемому объекту является рентгеновская диагностическая трубка импульсного типа с автоэлектронной эмиссией (Патент US 6324257 В1 от 27.11.2001 г.), содержащая вакуумированную стеклянную колбу цилиндрической формы с полусферическим выходным окном, внутри которой закреплены анод, выполненный в виде стержня, катод, подключенные к импульсному источнику высокого напряжения, и расположенный коаксиально аноду световод, оптический выход которого направлен на катод, а оптический вход соединен с лазером.The closest in design to the claimed object is an X-ray diagnostic tube of a pulsed type with field emission (Patent US 6324257 B1 of 11/27/2001), containing a vacuum cylindrical shaped glass flask with a hemispherical exit window, inside of which an anode made in the form of a rod is fixed, a cathode connected to a pulsed high voltage source, and a fiber located coaxially to the anode, the optical output of which is directed to the cathode, and the optical input is connected to the laser.

Данная рентгеновская трубка была выбрана в качестве прототипа.This x-ray tube was selected as a prototype.

Основным недостатком рентгеновской трубки-прототипа является то, что ее конструкция, в частности техническое выполнение анода и катода, не обеспечивает стабильности рентгеновского излучения по интенсивности и спектральному составу, что затрудняет выбор оптимальных режимов съемки и приводит к потере диагностической информации.The main disadvantage of the x-ray tube prototype is that its design, in particular the technical implementation of the anode and cathode, does not ensure the stability of x-ray radiation in intensity and spectral composition, which makes it difficult to select the optimal shooting modes and leads to the loss of diagnostic information.

Целью настоящего изобретения является повышение стабильности рентгеновского излучения по интенсивности и спектральному составу.The aim of the present invention is to increase the stability of x-ray radiation in intensity and spectral composition.

Для достижения этой цели проводится изменение конструкции анода и катода рентгеновской трубки, а также фотонная стимуляция катода коротковолновым лазерным излучением и фокусировка лазерного пучка в зоне катода.To achieve this goal, a change in the design of the anode and cathode of the X-ray tube is carried out, as well as photon stimulation of the cathode by short-wave laser radiation and focusing of the laser beam in the cathode zone.

При освещении поверхности металла часть падающего электромагнитного излучения от поверхности металла отражается, а часть поглощается поверхностным слоем. Согласно формуле Эйнштейна (1 ), поглотив фотон, электрон получает от него энергию hω и, совершая работу выхода А_B, покидает металл.When illuminating a metal surface, part of the incident electromagnetic radiation from the metal surface is reflected, and part is absorbed by the surface layer. According to Einstein’s formula (1), having absorbed a photon, an electron receives energy ω from it and, performing the work of output A _B , leaves the metal.

В формуле (1)

- это максимальная кинетическая энергия, которую может иметь электрон при фотоэффекте.In the formula (1)

- This is the maximum kinetic energy that an electron can have in a photoelectric effect.

Согласно формуле (1) наиболее интенсивный выход электронов из металла достигается при более высокой частоте ω источника излучения, например синей области спектра.According to formula (1), the most intense exit of electrons from a metal is achieved at a higher frequency ω of the radiation source, for example, the blue region of the spectrum.

Повышение выхода электронов увеличивает плотность катодного тока, что приводит к повышению равномерности плотности интенсивности рентгеновского пучка.An increase in the electron yield increases the cathode current density, which leads to an increase in the uniformity of the intensity density of the x-ray beam.

Данный физический эффект достигается тем, что в импульсной рентгеновской трубке, содержащей вакуумированную стеклянную колбу цилиндрической формы с полусферическим выходным окном, внутри которой закреплены анод, выполненный в виде стержня, катод, подключенные к импульсному источнику высокого напряжения, и расположенный коаксиально аноду световод, оптический выход которого направлен на катод, а оптический вход соединен с лазером, стержень анода выполнен из вольфрама и имеет остроконечный выступ, вокруг которого расположен катод, выполненный в виде держателя цилиндрической формы с закрепленными на нем игольчатыми выступами из вольфрама, при этом над оптическим выходом световода поверхность полусферы колбы покрыта светоотражающим слоем, причем лазер излучает в синей области спектра.This physical effect is achieved by the fact that in a pulsed x-ray tube containing a cylindrical evacuated glass flask with a hemispherical exit window, inside of which there is an anode made in the form of a rod, a cathode connected to a high voltage pulse source, and a fiber located coaxially to the anode, an optical output which is directed to the cathode, and the optical input is connected to the laser, the anode rod is made of tungsten and has a pointed protrusion, around which the cathode is located, cepts a cylindrical shape with a holder secured thereon protrusions needle of tungsten, wherein the optical output of the fiber surface is covered with hemispherical bulb reflective layer, wherein the laser emits in the blue region of the spectrum.

В дальнейшем изобретение поясняется чертежами и описанием их. На фиг.1 показана конструкция предложенной рентгеновской диагностической трубки импульсного типа, на фиг.2 - вид по А фиг.1, на фиг.3 - функциональная схема работы импульсной рентгеновской трубки.The invention is further illustrated by drawings and a description thereof. Figure 1 shows the design of the proposed x-ray diagnostic tube of a pulse type, figure 2 is a view according to A of figure 1, figure 3 is a functional diagram of the operation of a pulsed x-ray tube.

Рентгеновская диагностическая трубка импульсного типа имеет вакуумированную стеклянную колбу 1 с давлением остаточных газов 10^-6-10^-7 мм рт.ст. Внутри колбы 1 закреплены анод 2 и катод 3. Анод 2 выполнен из вольфрама в виде стержня с заостренным торцом 4. Над остроконечным выступом 4 анода 2 стеклянная трубка 1 имеет форму полусферы 5. Основание анода 2 соединено токопроводом 6, проходящим через стекло колбы 1, с контактным кольцом 7, предназначенным для подключения анода 2 к высоковольтному генератору импульсного типа. Токопровод 6 и контактное кольцо 7 изготовлены из металла, например меди. Катод 3 расположен вокруг остроконечного выступа 4 анода 2. Катод имеет металлический (например, медный) держатель 8 цилиндрической формы с четырьмя площадками 9, на которых закреплены игольчатые выступы 10, изготовленные из вольфрама. Держатель 8 закреплен посредством четырех металлических стержней 11 (например, медных), которые соединяют держатель 8 с контактным кольцом 12, изготовленным, например, из меди. Контактное кольцо 12 предназначено для подключения катода 3 к импульсному высоковольтному генератору. Внутрь колбы 1 введен световод 13, изготовленный из кварцевого стекла. Световод 13 и анод 2 расположены коаксиально. Оптический выход 14 световода 13 направлен на остроконечные выступы 10 катода 3. Оптический вход 15 световода 13 выходит из колбы 1 и соединен с лазером 16, генерирующим коротковолновое излучение, например в голубой части видимого спектра. Над оптическим выходом 14 световода 13 поверхность полусферы 5 колбы 1 покрыта светоотражающим слоем 17. Это сделано для усиления фотонной бомбардировки игольчатых выступов 10 катода 3 с целью увеличения интенсивности фотоэлектронной эмиссии электронов.The pulsed-type X-ray diagnostic tube has an evacuated glass flask 1 with a residual gas pressure of 10 ^-6 -10 ^-7 mm Hg. Anode 2 and cathode 3 are fixed inside the bulb 1. The anode 2 is made of tungsten in the form of a rod with a pointed end 4. Above the pointed protrusion 4 of the anode 2, the glass tube 1 has the shape of a hemisphere 5. The base of the anode 2 is connected by a conductor 6 passing through the glass of the bulb 1, with a contact ring 7, designed to connect the anode 2 to a high-voltage pulse-type generator. The conductor 6 and the contact ring 7 are made of metal, such as copper. The cathode 3 is located around the pointed protrusion 4 of the anode 2. The cathode has a metal (for example, copper) holder 8 of a cylindrical shape with four pads 9 on which the needle protrusions 10 made of tungsten are fixed. The holder 8 is fixed by four metal rods 11 (for example, copper), which connect the holder 8 with a slip ring 12 made, for example, of copper. The contact ring 12 is designed to connect the cathode 3 to a pulsed high-voltage generator. An optical fiber 13, made of quartz glass, is introduced inside the bulb 1. The light guide 13 and the anode 2 are located coaxially. The optical output 14 of the light guide 13 is directed to the pointed protrusions 10 of the cathode 3. The optical input 15 of the light guide 13 exits the bulb 1 and is connected to a laser 16 generating short-wave radiation, for example, in the blue part of the visible spectrum. Above the optical output 14 of the light guide 13, the surface of the hemisphere 5 of the bulb 1 is covered with a reflective layer 17. This is done to enhance the photon bombardment of the needle protrusions 10 of the cathode 3 in order to increase the intensity of photoelectron emission of electrons.

Импульсная рентгеновская трубка входит в комплект рентгеновского аппарата; она используется с целью получения изображений высокого разрешения, например при исследовании деструкции костной ткани, вызванной вибрационной болезнью.A pulsed x-ray tube is included with the x-ray machine; it is used to obtain high-resolution images, for example, in the study of bone destruction caused by vibrational disease.

Стеклянная колба 1 импульсной рентгеновской трубки находится в рентгенозащитном кожухе 18 рентгенодиагностического аппарата, закрепленного на штативе 19, как показано на фиг.3. Полусфера 5 колбы 1 находится перед выходным окном 20 кожуха 18. Выходное окно 20 изготовлено из рентгенопрозрачного материала, например оргстекла. Трубка соединена через контактные кольца 7 и 12 с импульсным источником высокого напряжения 21, включаемым с пульта управления 22. Синхронно с высоковольтным генератором включается лазер 16, облучающий через световод 13 катодные иглы 10. Объект съемки 23, например кисть руки пациента, находится на деке 24 предметного стола 25. Объект съемки 23 облучается рентгеновским пучком 26, вершина которого совмещена с остроконечным выступом 4 анодного стержня 2. Регистрация изображения производится на рентгеновскую кассету 27.The glass bulb 1 of the pulsed x-ray tube is located in the x-ray protective casing 18 of the x-ray diagnostic apparatus, mounted on a tripod 19, as shown in Fig.3. The hemisphere 5 of the bulb 1 is located in front of the exit window 20 of the casing 18. The exit window 20 is made of X-ray transparent material, such as plexiglass. The tube is connected via slip rings 7 and 12 to a high-voltage pulse source 21, which is switched on from the control panel 22. A laser 16 is turned on synchronously with the high-voltage generator, which irradiates the cathode needles 10 through the light guide 13. The subject 23, for example, the patient’s hand, is located on deck 24 the subject table 25. The subject 23 is irradiated with an X-ray beam 26, the apex of which is aligned with the pointed protrusion 4 of the anode rod 2. The image is recorded on the X-ray cartridge 27.

Claims

1. An X-ray diagnostic tube of a pulsed type, containing a cylindrical evacuated glass flask with a hemispherical output window, inside of which there is fixed an anode made in the form of a rod, a cathode connected to a high-voltage pulse source, and a fiber located coaxially to the anode, whose optical output is directed to the cathode and the optical input is connected to a laser, characterized in that the anode rod is made of tungsten and has a pointed protrusion around which the cathode is located, shaped in the form of a holder of a cylindrical shape with needle projections made of tungsten fixed on it, while the surface of the hemisphere of the bulb is covered with a reflective layer above the optical output of the fiber.

2. The tube according to claim 1, characterized in that the laser emits in the blue region of the spectrum.