[發明專利]X射線源及X射線產生方法

有效

• 申請號: 201210563112.9
• 申請日: 2012-12-22
• 公開（公告）號: CN103219211A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 陳垚;鄭海榮;陳婷;桂建保;蔣昌輝
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: H01J35/06
• 分類號: H01J35/06
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 李永華;吳平

【技術領域】

本發明涉及一種X射線源，特別是涉及一種用于醫用/工業CT系統及顯微CT的X射線源及X射線產生方法。

【背景技術】

X射線成像技術，即利用X射線能夠穿透物質并根據穿透物質量的大小進行衰減的性質，通過探測X射線的衰減程度來實現對物體內部結構的無損成像，其包括X射線攝影技術（Radiography）與X射線計算機斷層成像技術（ComputedTomography，CT）。其中，CT技術是通過對物體進行不同視角的射線投影測量而獲取物體橫截面信息的成像技術。CT系統包含X射線源、X射線探測器、機架等主要部件，其中X射線源作X射線的產生裝置，是CT系統的關鍵核心部件之一。

醫用/工業CT及顯微CT等成像系統所需要的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極靶產生X射線的原理。即在真空容器中，由電子源發射的一定流強的電子束流，并在高壓電場的作用下得到加速，轟擊陽極靶。陽極靶通常由原子序數高的金屬構成，電子轟擊陽極靶后減速，通過韌致輻射過程產生X射線。

不斷發展的CT系統對核心部件X射線源提出了更高的要求。CT系統尤其是用于動態成像（如心肺成像）的CT系統，為了減少產生由于被掃描物體或病人由于運動產生的偽影，對X射線源的時間分辨有很高的要求。CT系統出于縮短掃描時間和提高輻射劑量利用率的考慮，也期望X射線源有更高的時間分辨。

傳統的X射線源的設計方案主要有兩種：

（1）傳統的X射線源，采用熱陰極作為電子發射源，通過熱電子發射發射電子，電子受到加速轟擊陽極靶產生X射線。其陰極通常是由鎢制成的燈絲，在通電流時產生熱量，電子受熱獲得能量逸出。電子在電場的加速下，轟擊陽極靶，通過韌致輻射過程產生X射線。

（2）近年來了發展的一種新型的場發射X射線源，采用冷陰極作為電子發射源，即陰極（例如碳納米管薄膜）在高壓電場的作用下，通過場致發射機制產生電子，電子受到加速轟擊陽極靶產生X射線（如專利CN200710025641.2，場致發射陰極X射線管）。該種X射線源通常采用二極式和三極式結構。二極式場發射X射線管采用陰極加陽極的結構，陰極在陽極電壓提供的高壓電場的作用下發射電子，并得到加速轟擊陽極靶從而產生X射線。三極式場發射X射線管在陰極和陽極之間加入獨立的電極，稱為柵極，用于施加場發射所需要的電場。通過打開或關閉柵極電場，可瞬間激活或中斷電子束的發射，可實現X射線的可編程、脈沖式發射。該類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X射線管的常限于采用陽極接正高壓，陰極接地的高壓接入設計。

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

場發射X射線源通過關閉柵極電場或使陰極電極懸空的方法，瞬間中斷電子束的發射，實現X射線的可編程、脈沖式發射。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，即局限于采用陽極接正高壓，陰極接地的設計，這樣使得高壓接入更加復雜。同時，由于陽極靶接入高壓，大大增加了陽極靶散熱的難度。

場發射X射線源的陰極發射區域的大小和形狀是固定不變的，不可以隨要求進行改變，因而依賴于聚焦電極等的配置變化來改變焦斑的特性。同時，該種X射線源常需要由柵極來控制X射線的發射。因此，以上兩點都增加了場發射X射線源的復雜性。

【發明內容】

鑒于上述狀況，有必要提供一種將光陰極作為電子發射源的X射線源。該X射線源能夠克服傳統X射線源時間分辨率有限，無法進行可編程、脈沖式X射線發射的缺點；同時，也克服了場發射X射線源陰極發射區域的大小和形狀無法隨時控制，高壓接入難度大，陽極靶不易散熱和結構相對復雜的缺點。

一種X射線源，包括控制電路、普通光源、光學組件、普通光入射窗、光陰極、電子束聚焦結構、陽極靶、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；

所述普通光源，用于發射特定波長范圍的光線；

所述光學組件，用于對所述普通光源發射的光線進行聚焦；

所述普通光入射窗，設于所述真空容器上，所述普通光入射窗用于透過所述特定波長范圍的光線；

所述光陰極，用于光激發電子；

所述電子束聚焦結構，用于對所述光陰極產生的電子束進行聚焦；