[發(fā)明專(zhuān)利]X射線源及X射線產(chǎn)生方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210563112.9
• 申請(qǐng)日: 2012-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103219211A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳垚;鄭海榮;陳婷;桂建保;蔣昌輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): H01J35/06
• 分類(lèi)號(hào): H01J35/06
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 李永華;吳平

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種X射線源，特別是涉及一種用于醫(yī)用/工業(yè)CT系統(tǒng)及顯微CT的X射線源及X射線產(chǎn)生方法。

【背景技術(shù)】

X射線成像技術(shù)，即利用X射線能夠穿透物質(zhì)并根據(jù)穿透物質(zhì)量的大小進(jìn)行衰減的性質(zhì)，通過(guò)探測(cè)X射線的衰減程度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的無(wú)損成像，其包括X射線攝影技術(shù)（Radiography）與X射線計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)（ComputedTomography，CT）。其中，CT技術(shù)是通過(guò)對(duì)物體進(jìn)行不同視角的射線投影測(cè)量而獲取物體橫截面信息的成像技術(shù)。CT系統(tǒng)包含X射線源、X射線探測(cè)器、機(jī)架等主要部件，其中X射線源作X射線的產(chǎn)生裝置，是CT系統(tǒng)的關(guān)鍵核心部件之一。

醫(yī)用/工業(yè)CT及顯微CT等成像系統(tǒng)所需要的X射線能量范圍通常從幾十千電子伏特到幾百千電子伏特，其裝備的X射線源通常采用高速電子束轟擊陽(yáng)極靶產(chǎn)生X射線的原理。即在真空容器中，由電子源發(fā)射的一定流強(qiáng)的電子束流，并在高壓電場(chǎng)的作用下得到加速，轟擊陽(yáng)極靶。陽(yáng)極靶通常由原子序數(shù)高的金屬構(gòu)成，電子轟擊陽(yáng)極靶后減速，通過(guò)韌致輻射過(guò)程產(chǎn)生X射線。

不斷發(fā)展的CT系統(tǒng)對(duì)核心部件X射線源提出了更高的要求。CT系統(tǒng)尤其是用于動(dòng)態(tài)成像（如心肺成像）的CT系統(tǒng)，為了減少產(chǎn)生由于被掃描物體或病人由于運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的偽影，對(duì)X射線源的時(shí)間分辨有很高的要求。CT系統(tǒng)出于縮短掃描時(shí)間和提高輻射劑量利用率的考慮，也期望X射線源有更高的時(shí)間分辨。

傳統(tǒng)的X射線源的設(shè)計(jì)方案主要有兩種：

（1）傳統(tǒng)的X射線源，采用熱陰極作為電子發(fā)射源，通過(guò)熱電子發(fā)射發(fā)射電子，電子受到加速轟擊陽(yáng)極靶產(chǎn)生X射線。其陰極通常是由鎢制成的燈絲，在通電流時(shí)產(chǎn)生熱量，電子受熱獲得能量逸出。電子在電場(chǎng)的加速下，轟擊陽(yáng)極靶，通過(guò)韌致輻射過(guò)程產(chǎn)生X射線。

（2）近年來(lái)了發(fā)展的一種新型的場(chǎng)發(fā)射X射線源，采用冷陰極作為電子發(fā)射源，即陰極（例如碳納米管薄膜）在高壓電場(chǎng)的作用下，通過(guò)場(chǎng)致發(fā)射機(jī)制產(chǎn)生電子，電子受到加速轟擊陽(yáng)極靶產(chǎn)生X射線（如專(zhuān)利CN200710025641.2，場(chǎng)致發(fā)射陰極X射線管）。該種X射線源通常采用二極式和三極式結(jié)構(gòu)。二極式場(chǎng)發(fā)射X射線管采用陰極加陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)，陰極在陽(yáng)極電壓提供的高壓電場(chǎng)的作用下發(fā)射電子，并得到加速轟擊陽(yáng)極靶從而產(chǎn)生X射線。三極式場(chǎng)發(fā)射X射線管在陰極和陽(yáng)極之間加入獨(dú)立的電極，稱(chēng)為柵極，用于施加場(chǎng)發(fā)射所需要的電場(chǎng)。通過(guò)打開(kāi)或關(guān)閉柵極電場(chǎng)，可瞬間激活或中斷電子束的發(fā)射，可實(shí)現(xiàn)X射線的可編程、脈沖式發(fā)射。該類(lèi)射線源通常采用一定的聚焦電極用于約束電子束，從而獲得更小的焦斑。由于柵極的存在，此類(lèi)X射線管的常限于采用陽(yáng)極接正高壓，陰極接地的高壓接入設(shè)計(jì)。

采用熱電子發(fā)射原理的傳統(tǒng)X射線源，由于熱陰極無(wú)法驟然升溫或冷卻，電子束流不能隨時(shí)通斷，因而時(shí)間分辨率有限，無(wú)法進(jìn)行可編程、脈沖式的X射線發(fā)射。由于無(wú)法進(jìn)行X射線的精確曝光，也就無(wú)法得到輻射劑量的百分百利用率。

場(chǎng)發(fā)射X射線源通過(guò)關(guān)閉柵極電場(chǎng)或使陰極電極懸空的方法，瞬間中斷電子束的發(fā)射，實(shí)現(xiàn)X射線的可編程、脈沖式發(fā)射。然而，這樣的X射線控制方式，大大限制了X射線源的高壓接入方式，即局限于采用陽(yáng)極接正高壓，陰極接地的設(shè)計(jì)，這樣使得高壓接入更加復(fù)雜。同時(shí)，由于陽(yáng)極靶接入高壓，大大增加了陽(yáng)極靶散熱的難度。

場(chǎng)發(fā)射X射線源的陰極發(fā)射區(qū)域的大小和形狀是固定不變的，不可以隨要求進(jìn)行改變，因而依賴(lài)于聚焦電極等的配置變化來(lái)改變焦斑的特性。同時(shí)，該種X射線源常需要由柵極來(lái)控制X射線的發(fā)射。因此，以上兩點(diǎn)都增加了場(chǎng)發(fā)射X射線源的復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

鑒于上述狀況，有必要提供一種將光陰極作為電子發(fā)射源的X射線源。該X射線源能夠克服傳統(tǒng)X射線源時(shí)間分辨率有限，無(wú)法進(jìn)行可編程、脈沖式X射線發(fā)射的缺點(diǎn)；同時(shí)，也克服了場(chǎng)發(fā)射X射線源陰極發(fā)射區(qū)域的大小和形狀無(wú)法隨時(shí)控制，高壓接入難度大，陽(yáng)極靶不易散熱和結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜的缺點(diǎn)。

一種X射線源，包括控制電路、普通光源、光學(xué)組件、普通光入射窗、光陰極、電子束聚焦結(jié)構(gòu)、陽(yáng)極靶、X射線出射窗及真空容器；

所述控制電路，用于控制所述普通光源的工作狀態(tài)；

所述普通光源，用于發(fā)射特定波長(zhǎng)范圍的光線；

所述光學(xué)組件，用于對(duì)所述普通光源發(fā)射的光線進(jìn)行聚焦；

所述普通光入射窗，設(shè)于所述真空容器上，所述普通光入射窗用于透過(guò)所述特定波長(zhǎng)范圍的光線；

所述光陰極，用于光激發(fā)電子；

所述電子束聚焦結(jié)構(gòu)，用于對(duì)所述光陰極產(chǎn)生的電子束進(jìn)行聚焦；