3MHU X射线CT球管的研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京真空电子技术研究所 作者:冯海平

  本文介绍了3MHU X射线CT球管的设计过程,包括了电子枪、旋转阳极靶、高速轴承以及高效散热管壳的设计;实际制成了样管并进行测试,从测试结果验证此设计方案的可行性和正确性。

  X 射线计算机断层扫描成像(Computerized Tomography,简称CT)设备对人体进行非侵入性高解析度成像,清晰显示人体内部的病灶信息,已成为现代医学诊断和现代社会卫生保健不可或缺的重要组成部分。CT球管作为CT机中X射线的产生装置,是CT设备的重要组成部分。为满足CT设备各项性能的要求,CT球管必须具有较高的热容量(单、双排CT设备使用的CT球管热容量通常在2~3.5MHu,64排CT设备使用的CT球管热容量在5~8MHu)和较高的转速。

  国外CT球管的研制和生产厂商主要有美国瓦里安(Varian)、当力(Dunlee)、通用电气(GeneralElectric,GE)、德国西门子(Siemens)、荷兰飞利浦(Philips)、日本东芝(Toshiba)等;国内的发展尚处于不成熟阶段,其生产设备和技术水平与国外对比还有很大差距。我们针对市场需求,最大地开展了2~3.5 MHu热容量CT球管的研制工作。

  本文主要介绍了3MHu热容量CT球管的设计过程和整管的测试结果;设计过程包括电子枪的设计、旋转阳极靶和转子的设计、高转速轴承和旋转系统的设计以及CT球管散热系统的设计。CT球管在工作时,大量电子轰击阳极靶盘产生大量热量,阳极靶的热量主要通过热辐射由管壳吸收,所以在设计过程中要考虑到阳极靶的材料的选择、阳极靶结构的设计、高转速系统动平衡快速调试以及高效散热管壳的设计。

  1、研制目标

  主要技术指标如表1所示。

表1 主要技术指标

3MHU X射线CT球管的研究

  2、电子枪的设计

  本管电子枪在设计时采用直热式双阴极结构,采用陶瓷绝缘结构来提高极间耐压;阴极灯丝为单螺旋纯钨丝结构,分别为小焦点( )阴极、大焦点(■)阴极;大小焦点均采用杯状聚焦极对电子束成形。采用专业电子光学计算软件(CST)对CT球管电子枪进行仿真设计,仿真的计算结果如图1所示。

3MHU X射线CT球管的研究

图1 CT球管电子轨迹图

  根据计算结果得出的电参数和结构尺寸如表2所示。

表2 电参数和结构尺寸

3MHU X射线CT球管的研究

  从计算结果可以看出,所设计的电子枪参数满足本管的指标要求。

  5、结束语

  本文介绍了3MHU 热容量CT球管的设计方案,包括电子枪、旋转阳极靶、高速旋转系统和管壳散热系统等专题设计以及实际制管测试情况。从测试结果可以看出此方案满足设计要求,解决了CT球管制管的关键技术,后期还需要进一步完善制管工艺,进行临床试验。

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