[發明專利]具有可加熱場致發射電子發射器的X射線管和操作其的方法

在審

• 申請號: 201280058403.0
• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN103959422A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: A·K·多卡尼亞;G·福格特米爾;P·K·巴赫曼
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: H01J35/06
• 分類號: H01J35/06
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 劉瑜;王英

技術領域

本發明涉及一種X射線管、一種包括這樣的X射線管的醫療X射線設備以及一種操作這樣的X射線管的方法。

背景技術

X射線照相裝置可以用于各種醫療、分析或其他應用。例如，X射線管可以用于發射X射線以透射要分析的對象，其中，隨后探測透射的X射線，并可以從探測的X射線吸收導出被分析對象的特性。

對于下一代X射線照相裝置而言，可以期望大電流與電子束的小焦斑相組合以實現高空間分辨率。例如，為了使諸如心臟的運動器官的圖像的運動誘發的模糊最小化，可以期望有高的時間分辨率，這尤其可能取決于用于采集圖像的X射線源的開關時間等。

在X射線源中，電子從作為電子發射器的陰極被發射，并被電場向著陽極加速。常規上，熱陰極用于熱電子發射，其中，將陰極加熱到極高的溫度，使得陰極中電子的能量可以超過用于陰極的材料的逸出功，使得電子可以從熱陰極的表面逃逸，并且之后可以向著陽極加速自由的電子。

然而，空間和時間分辨率要求的上述組合可以致使常規熱陰極分別由于其非高斯射束和慢響應時間的原因而變得更不適合。此外，常規電子發射器一般不適于X射線管的小型化。

使用場致發射效應的電子發射器似乎滿足以上空間和時間分辨率要求，并且具有成為用于下一代X射線管的理想電子源的潛力。

例如，WO2010/131209A1描述了一種X射線源，其具有使用場致發射的多個電子發射器。

然而，已經發現，電子的場致發射可能取決于多種參數，這可能導致不穩定的電子發射。

發明內容

需要允許改善電子發射特性的一種X射線管、一種包括X射線管的醫療X射線設備和一種操作X射線管的方法。具體而言，需要穩定的電子發射。

這樣的需求可以由獨立權利要求中定義的X射線管、醫療X射線設備和方法來滿足。在從屬權利要求中定義了本發明的實施例。

根據本發明的第一方面，提出了一種X射線管，其包括電子發射器、場發生器和加熱器裝置。所述電子發射器包括具有電子發射表面的襯底。這一表面具有粗糙度，所述電子發射表面適于在施加電場時，從這個表面的電子的場致發射。所述場發生器適于生成與所述電子發射器的所述電子發射表面毗鄰的電場，以誘發所述電子發射表面的電子的場致發射。所述加熱器裝置適于與電子的場致發射同時地加熱所述電子發射表面。

根據本發明的另一方面，提出了一種操作上文結合第一方面定義的X射線管的方法。該方法包括生成與所述電子發射表面毗鄰的電場，以誘發所述電子發射表面的場致發射，并且優選與其同時地向所述加熱器裝置供應能量，以加熱所述電子發射表面。作為選項，可以在生成電場之前向所述加熱器裝置供應能量，以預先處理所述電子發射表面。

所述電子發射器的所述電子發射表面可以包括碳納米管(CNT)。這樣的碳納米管可以被涂覆到電子發射器襯底的表面上，并可以提供具有高粗糙度的電子發射表面，因為碳納米管可以具有僅幾納米的直徑，但長度長得多，使得多個納米管可以像針一樣從所述電子發射表面伸出，由此支持由于場效應導致的電子發射。

可以將碳納米管直接涂覆到電子發射器襯底的表面上。可以不使用中間層和/或粘結劑來將碳納米管附著到電子發射器襯底的表面。

在操作X射線管期間，可以將所述電子發射表面加熱到超過100℃但低于溫度上限的提高的溫度，在所述溫度上限處，熱電子發射變得大于總電子發射的10％或大于場誘發的電子發射的10％。例如，所述加熱器裝置可以適于將電子發射表面加熱到100攝氏度(℃)和1000攝氏度(℃)之間的，優選200℃和900℃之間的溫度。已經發現，將電子發射表面加熱到遠超環境溫度但優選遠低于發生顯著熱電子發射的溫度的這種提高的溫度，在將場效應用于電子發射時，提高了穩定的電子發射特性。所述電子發射表面的加熱應當顯著低于發生顯著熱電子發射的溫度，因為加熱僅僅進一步優化了場致發射。將所述電子發射表面加熱到的提高的溫度應當保持低于這樣的溫度：在該溫度下，從電子發射表面或CNT的熱電子發射是顯著的。優選地，這樣的熱電子發射保持低于總發射的10％。

所述加熱器裝置可以是適于直接或間接加熱電子發射器襯底的電子發射表面的任何裝置。可以應用任何類型的加熱機制。例如，可以使用利用例如紅外光源或激光器的輻射加熱來加熱所述電子發射表面。或者，可以應用通過介質的熱傳遞，例如通過承載被加熱液體的通道或介質的熱傳遞。