專利名稱：用于放射治療的鎢復(fù)合x-射線靶部組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X-射線靶部組件。所述X-射線靶部組件優(yōu)選用在放療儀上的帶電粒子加速器上。
背景技術(shù)：
已知用來自帶電粒子加速器的電子轟擊X-射線靶部組件能產(chǎn)生X-射線。圖1和圖2表示在由Siemens Medical Solutions of Concord(California)生產(chǎn)，并且以Mevatron和Primus為商標出售的放療儀上使用的已知X-射線靶部組件的實施方案。所述X-射線靶部組件100包括一個不銹鋼筒形外殼102，該外殼由一對管103支撐。
在外殼102內(nèi)部，將一個石墨筒形電子吸收器104安裝在外殼102的中央，并且支撐在外殼102的一個環(huán)狀底部部件106上。所述環(huán)狀底部部件106通過機械固定部件連接在外殼102的底部側(cè)緣上，如插入部件106的開口108和外殼102開口中的螺釘。
如圖2所示，在外殼102內(nèi)形成一個環(huán)形凹槽110。在凹槽110頂部通過銅焊或焊接將外殼102的不銹鋼頂蓋112連接在外殼102的頂部邊緣上。在凹槽110中填充諸如水的冷卻流體，所述流體在管103a中流過，并且進入凹槽110。所述水通過管103b流出凹槽110，并且流出外殼102。因此，臂103a和b可以將冷卻水能夠連續(xù)地輸送到凹槽110中，并且通過水對X-射線靶部組件100進行連續(xù)冷卻。
將一個金靶部116插入中央孔114，并且通過銅焊或焊接固定在孔114的邊緣上。當靶部116受到電子轟擊時，由凹槽110內(nèi)的水冷卻金靶部116的底部。
上述陽極的一個缺陷是，當在一段時間內(nèi)通過脈沖電子束轟擊時，可能在金靶部116上產(chǎn)生疲勞或應(yīng)力開裂。所述裂紋可能導(dǎo)致X-射線靶部組件100中的水泄露，從而使得X-射線靶部組件100無法工作。所述水泄露還會導(dǎo)致對所述放療儀上其他部件的顯著破壞。
上述X-射線靶部組件100的另一個缺陷是，當銅焊合金接觸水時，有可能出現(xiàn)銅焊合金的電蝕。所述腐蝕可能導(dǎo)致在X-射線靶部組件100上出現(xiàn)的漏水裂紋。當所述X-射線靶部組件100處在離子化輻射環(huán)境中時會加速所述腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面涉及X-射線靶部組件，它包括一個外殼，該外殼具有一個凹槽，容納在所述凹槽中的冷卻流體，以及與所述外殼連接的X-射線靶部，其中，所述X-射線靶部不直接接觸所述冷卻流體。
本發(fā)明的第二方面涉及X-射線靶部組件，它包括一個外殼，該外殼具有一個凹槽，與所述外殼連接的X-射線靶部，和容納在所述凹槽中的冷卻流體，其中，通過不容易發(fā)生電蝕的結(jié)合方式，將所述冷卻流體密封在所述凹槽內(nèi)。
本發(fā)明的第三方面涉及連接組件，該組件包括用第一種材料制成的第一部件，和用不同于第一種材料的第二種材料制成的第二部件，其中，所述第一部件與所述第二部件間隔一定間隙。在所述第一部件和第二部件之間的間隙內(nèi)形成高質(zhì)量的電子束焊接。
本發(fā)明的第四方面涉及一種形成高質(zhì)量的電子束結(jié)合的方法，包括對由第一種材料制成的第一部件和由不同于所述第一種材料的第二種材料制成的第二部件進行定位，以便在它們之間形成一個間隙。在所述間隙上施加一個電子束，以便形成不容易被電蝕的高質(zhì)量的焊接。
本發(fā)明的一個或多個方面具有減少X射線靶部組件上的與應(yīng)力相關(guān)的裂紋的優(yōu)點。
本發(fā)明的一個或多個方面具有減少所述X射線靶部組件上冷卻流體泄露的危險的優(yōu)點。
通過結(jié)合附圖對典型實施方案的以下說明，可以了解本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。


圖1表示已知X射線靶部組件的分解示意圖；圖2表示圖1所示X射線靶部組件的剖視圖；圖3表示本發(fā)明的X射線靶部組件的實施方案的分解示意圖；圖4表示圖3所示X射線靶部組件的剖視圖；圖5示意性地表示本發(fā)明的、采用圖3-4所示X射線靶部組件的X射線發(fā)生器的實施方案；圖6-7表示由圖1-6所示X射線靶部組件產(chǎn)生的6MV光子的各種劑量分布曲線；和圖8-9表示由圖1-5所示X射線靶部組件產(chǎn)生的23MV光子的各種劑量分布曲線。
具體實施例方式
下面將結(jié)合圖3和4說明根據(jù)本發(fā)明實施方案的用于包括醫(yī)學(xué)放療在內(nèi)的各種用途的X射線靶部組件。X射線靶部組件200在某些方面類似于X射線靶部組件100，因此，用類似編號表示類似部件。
X-射線靶部組件200包括一個不銹鋼筒形外殼202，該外殼由一對管103支撐。在外殼202內(nèi)部，將一個石墨筒形電子吸收器104安裝在外殼202的中央，并且支撐在外殼202的一個環(huán)狀底部部件106上。所述環(huán)狀底部部件106通過機械固定部件連接在外殼202上，如插入部件106的開口108和外殼202開口中的螺釘。
如圖4所示，在外殼202內(nèi)形成一個環(huán)形凹槽210。在凹槽210頂部，通過諸如電子束焊接的工藝將外殼202的銅質(zhì)散熱頂部蓋子212連接在外殼202的頂部邊緣上，通過這種焊接方法形成不容易受到電蝕的接縫。所述連接需要具有高質(zhì)量，這意味著具有良好的滲透，并且沒有形成空隙或裂紋。在通過電子束焊接工藝在外殼202和頂部蓋子212的不類似的金屬部件之間形成焊接接縫時，操縱一臺電子束焊接機，以便將電子束導(dǎo)向在外殼202和頂部蓋子212之間形成的環(huán)形間隙的一部分，此時的定位如圖4所示。將外殼202放置在旋轉(zhuǎn)平臺上，以便整個環(huán)形間隙都被電子束焊接。在工作時，所述電子束具有能量為大約110-140keV的電子。所述電子束的電流在大約7-10A范圍內(nèi)，并且所述電子束的直徑小于1毫米。所述間隙的尺寸小于0.1毫米，并且所述環(huán)形間隙旋轉(zhuǎn)的速度為80-100厘米/分鐘。
所述銅質(zhì)頂部蓋子212的形狀是環(huán)狀的，其外徑大約為30毫米。頂部蓋子212的最大厚度大約為4毫米。如圖4所示，頂部蓋子212具有一個底部環(huán)形凹槽213，該凹槽的內(nèi)徑大約為13毫米，外徑大約為23毫米，高度大約為2毫米。所述頂部蓋子還包括一個中央環(huán)形凹槽215，該凹槽的直徑大約為6毫米，深度大約為2毫米。
一旦將頂部蓋子212放置在外殼202的頂部，由凹槽210和213合在一起形成一個凹槽217。通過管103a-b在組合的凹槽217中填充諸如水的冷卻流體，填充方式與上文所述用水填充凹槽110的方式相同。將圓片216形式的鎢X射線靶部插入中央圓形凹槽215。圓片216的直徑大約為6毫米，厚度大約為1毫米。通過銅焊材料將圓片216連接在凹槽215的邊緣和底部。由于凹槽217中的水不直接接觸鎢圓片216，當圓片216受到電子轟擊時，所述水通過頂部蓋子212間接冷卻鎢圓片216的底部。頂部蓋子212起著散熱器的作用，并且起著防止銅焊材料發(fā)生電蝕的屏障作用。另外，本身很少發(fā)生的出現(xiàn)在鎢圓片216上的疲勞或應(yīng)力裂紋，不會導(dǎo)致冷卻水的泄露，因為所述冷卻水裝在頂部蓋子212和外殼202內(nèi)。
應(yīng)當指出的是，鎢材料的圓片216在機械性能上優(yōu)于金材料的圓片116，因為它具有高出4倍的抗疲勞強度和高出3倍的熔點溫度。所使用的鎢材料的量是經(jīng)過選擇的，以便產(chǎn)生與上文所述金X射線靶部116相同的輸出。
如圖5所示，本發(fā)明的X射線發(fā)生器300包括如上文所述的X射線靶部組件200，和一個粒子源，如帶電粒子加速器302。帶電粒子加速器302能加速電子304，以便電子撞擊鎢X射線靶部216，由此導(dǎo)致X射線306的產(chǎn)生。例如，上述X射線發(fā)生器可用在放療儀上。
在實踐中，本發(fā)明的X射線靶部組件200與結(jié)合圖1-2所披露的已知X射線靶部組件100相比具有優(yōu)點。具體地講，圖6-7表示在受到6MeV電子撞擊時，這兩種X射線靶部組件的相對劑量分布。圖8-9表示在受到23MeV電子撞擊時，這兩種X射線靶部組件的相對劑量分布。從圖中可以看出，鎢X射線靶部組件200所產(chǎn)生的結(jié)果基本上相當于金X射線靶部組件100的結(jié)果。因此，本發(fā)明從韌致輻射方面產(chǎn)生了幾乎與金X射線靶部組件相同的劑量分布，而又沒有改變原有金X射線靶部組件的任何其他主要射線部件。
當然，除了上述實施例之外，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，還存在其他實施方案變化形式。
權(quán)利要求
1.一種X-射線靶部組件，它包括一個外殼，該外殼具有一個凹槽；容納在所述凹槽中的冷卻流體；與所述外殼連接的X-射線靶部，其中，所述X-射線靶部不直接接觸所述冷卻流體。
2.如權(quán)利要求1所述的X-射線靶部組件，其中，所述外殼還包括位于所述凹槽上面，并且與所述冷卻流體接觸的散熱器。
3.如權(quán)利要求2所述的X-射線靶部組件，其中，所述散熱器包括位于所述凹槽上面，并且與所述冷卻流體接觸的第二凹槽。
4.如權(quán)利要求2所述的X-射線靶部組件，其中，所述X-射線靶部與所述散熱器連接。
5.如權(quán)利要求4所述的X-射線靶部組件，其中，所述X-射線靶部通過銅焊材料與所述散熱器連接。
6.如權(quán)利要求1所述的X-射線靶部組件，其中，所述X-射線靶部由鎢制成。
7.如權(quán)利要求2所述的X-射線靶部組件，其中，所述散熱器由銅制成，所述X-射線靶部由鎢制成。
8.如權(quán)利要求7所述的X-射線靶部組件，其中，所述外殼由鋼材制成。
9.如權(quán)利要求1所述的X-射線靶部組件，其中，所述冷卻流體包括水。
10.如權(quán)利要求1所述的X-射線靶部組件，其中，通過一種不容易被電蝕的結(jié)合將所述冷卻流體密封在所述凹槽內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10所述的X-射線靶部組件，其中，所述結(jié)合是通過電子束焊接形成的。
12.如權(quán)利要求1所述的X-射線靶部組件，其中，還包括靠近所述凹槽的石墨電子吸收器。
13.一種X-射線發(fā)生器，包括一個加速粒子的粒子源；和一個X-射線靶部組件，包括一個外殼，該外殼具有一個凹槽；容納在所述凹槽中的冷卻流體；與所述外殼連接的X-射線靶部，其中，所述X-射線靶部不直接接觸所述冷卻流體，并且，所述粒子撞擊所述X-射線靶部，以便從所述X-射線靶部上發(fā)出X-射線。
14.如權(quán)利要求13所述的X-射線發(fā)生器，其中，所述X-射線靶部由鎢制成。
15.如權(quán)利要求13所述的X-射線發(fā)生器，其中，所述冷卻流體包括水。
16.如權(quán)利要求13所述的X-射線發(fā)生器，其中，通過一種不容易被電蝕的結(jié)合將所述冷卻流體密封在所述凹槽內(nèi)。
17.如權(quán)利要求16所述的X-射線發(fā)生器，其中，所述結(jié)合是通過電子束焊接形成的。
18.如權(quán)利要求13所述的X-射線發(fā)生器，其中，所述粒子源包括一個帶電粒子加速器，而所述粒子是電子。
19.一種X-射線靶部組件，它包括一個外殼，該外殼具有一個凹槽；與所述外殼連接的X-射線靶部；容納在所述凹槽中的冷卻流體，其中，通過不容易發(fā)生電蝕的結(jié)合方式，將所述冷卻流體密封在所述凹槽內(nèi)。
20.如權(quán)利要求19所述的X-射線靶部組件，其中，所述結(jié)合是通過電子束焊接形成的。
21.如權(quán)利要求19所述的X-射線靶部組件，其中，所述外殼還包括位于所述凹槽上面，并且與所述冷卻流體接觸的散熱器。
22.如權(quán)利要求21所述的X-射線靶部組件，其中，所述散熱器包括位于所述凹槽上面，并且與所述冷卻流體接觸的第二凹槽。
23.如權(quán)利要求21所述的X-射線靶部組件，其中，所述X-射線靶部與所述散熱器連接。
24.如權(quán)利要求23所述的X-射線靶部組件，其中，所述X-射線靶部通過銅焊材料與所述散熱器連接。
25.如權(quán)利要求19所述的X-射線靶部組件，其中，所述X-射線靶部由鎢制成。
26.如權(quán)利要求21所述的X-射線靶部組件，其中，所述散熱器由銅制成，所述X-射線靶部由鎢制成。
27.如權(quán)利要求26所述的X-射線靶部組件，其中，所述外殼由鋼材制成。
28.如權(quán)利要求19所述的X-射線靶部組件，其中，所述冷卻流體包括水。
29.如權(quán)利要求19所述的X-射線靶部組件，其中，還包括靠近所述凹槽的石墨電子吸收器。
30.一種X-射線發(fā)生器，包括一個加速粒子的粒子源；和一個X-射線靶部組件，包括一個外殼，該外殼具有一個凹槽；與所述外殼連接的X-射線靶部，其中，所述粒子撞擊所述X-射線靶部，以便從所述X-射線靶部上發(fā)出X-射線；和容納在所述凹槽中的冷卻流體，其中，通過不容易發(fā)生電蝕的結(jié)合方式，將所述冷卻流體密封在所述凹槽內(nèi)。
31.如權(quán)利要求30所述的X-射線發(fā)生器，其中，所述結(jié)合是通過電子束焊接形成的。
32.如權(quán)利要求30所述的X-射線發(fā)生器，其中，所述X-射線靶部由鎢制成。
33.如權(quán)利要求30所述的X-射線發(fā)生器，其中，所述冷卻流體包括水。
34.如權(quán)利要求30所述的X-射線發(fā)生器，其中，所述粒子源包括一個帶電粒子加速器，而所述粒子是電子。
35.一種連接組件，該組件包括用第一種材料制成的第一部件；用不同于第一種材料的第二種材料制成的第二部件，其中，所述第一部件與所述第二部件間隔一定間隙；和在所述第一部件和第二部件之間的間隙內(nèi)形成的高質(zhì)量的電子束焊接。
36.如權(quán)利要求35所述的連接組件，其中，所述第一種材料是鋼材。
37.如權(quán)利要求35所述的連接組件，其中，所述第二種材料是銅。
38.如權(quán)利要求36所述的連接組件，其中，所述第二種材料是銅。
39.如權(quán)利要求35所述的連接組件，其中，所述間隙的尺寸小于0.1毫米。
40.一種形成高質(zhì)量的電子束結(jié)合的方法，包括對由第一種材料制成的第一部件和由不同于所述第一種材料的第二種材料制成的第二部件進行定位，以便在它們之間形成一個間隙；和在所述間隙上施加一個電子束，以便形成不容易被電蝕的高質(zhì)量的焊接。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述電子束具有能量值為大約110keV-140keV的電子。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述電子束具有值為大約7-10A的電流。
43.如權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述電子束的直徑小于1毫米。
44.如權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述間隙的尺寸小于0.1毫米。
45.如權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述第一種材料是鋼材，而所述第二種材料是銅。
全文摘要
一種X－射線靶部組件，它包括一個外殼，該外殼具有一個凹槽，容納在所述凹槽中的冷卻流體，以及與所述外殼連接的X－射線靶部，其中，所述X－射線靶部不直接接觸所述冷卻流體。
文檔編號H01J35/00GK1509778SQ0315974
公開日2004年7月7日 申請日期2003年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月24日
發(fā)明者B·D·埃利, T·H·施泰因伯格, B D 埃利, 施泰因伯格 申請人:美國西門子醫(yī)療解決公司