專利名稱：用于大視場x射線相襯成像的x射線源的制作方法
技術領域：
本發明屬于X射線相襯成像技術領域，涉及一種X射線源，尤其涉及一種用于大視場X射線相襯成像的X射線源。
背景技術：
X射線成像技術是一種無損檢測技 術，在化學領域、農業領域、生物學領域、醫療領域以及安檢領域已經取得了廣泛的應用。傳統的X射線成像技術的物理機制是通過X射線透過不同厚度和不同物質組成的物體而產生不同的衰減來獲得物體的內部信息。對于原子序數較大的物質而言(例如重金屬、人體的骨骼)，由于對X射線的吸收較大，因此可獲得清晰的圖像。然而對于由輕元素(例如C、H、O、N)構成的物質，如人體的軟組織、活體生物樣本、光學纖維、固體氘-氚燃料以及汽油、酒精等危險品，由于對X射線的吸收很弱，所以傳統的X射線成像技術幾乎探測不到它們的內部結構。X射線相襯成像技術是近幾年發展的新型X射線成像技術，它通過探測X射線透過物體之后相位的變化來探測物體的內部信息，對于輕元素構成的物質而言，和相位信息有關的相位因子通常要比和吸收信息有關的吸收因子大3個數量級以上。因此，對于輕元素物質以及對X射線吸收較弱的物質來說，X射線相襯成像技術可以分辨傳統X射線成像技術無法分辨的圖像。另外，由于X射線相襯成像采用具有一定相干性的X射線源和高分辨率的探測器，因此獲得的圖像具有很高的空間分辨率。目前，X射線相襯成像技術的發展有很多種，早期發展的X射線相襯成像技術通常需要高相干性和高亮度的X射線源，因此需要依賴同步輻射源來實現，從而限制了這項技術的發展和應用。F. Pfeiffer等人在普通的X射線源后放置一個源光柵，使產生的X射線滿足X射線相襯成像對X射線源相干性和亮度的要求，從而使這種基于光柵微分干涉X射線相襯成像技術突破了同步輻射源的限制，可以在普通的X射線源的條件下實現相襯成像。然而這種成像技術中存在一些問題首先，這種源光柵是采用在硅基光柵中填充高Z物質(例如金)的吸收光柵，光柵的制作工藝復雜、難度高，制作成本很高，尤其當X射線的能量增大時，要求這種器件具有更高的深寬比，使制作工藝的復雜程度進一步提高，目前只有國際上少數幾個國家掌握這種技術。其次，在實際應用中通常需要高能量的X射線(例如60keV-120keV),然而現有的源光柵的技術參數通常受到高能X射線的限制，源光柵不能夠完全吸收高能量的X射線，從而導致相位光柵自成像的條紋對比度降低，嚴重影響系統的靈敏度和成像質量。另外一種方法是采用陣列結構X射線源的方法，這種方法通過在X射線管的陽極是多個線發射體間隔排布形成的陣列結構，陣列結構的各個線發射體之間形成溝槽，當電子束轟擊陽極靶的發射面時，只有一部分的電子束轟擊到陽極靶的發射面上，另一部分進入線發射體之間的溝槽中，由于電子轟擊溝槽內產生的X射線被溝槽的側壁吸收，只有轟擊到陽極靶的發射面所產生的X射線才可以發射出去，從而產生可用于X射線微分干涉相襯成像的結構陣列光源。這種結構不需要源光柵便可以實現源光柵的功能，同時可以克服源光柵不能完全吸收高能X射線從而導致圖像質量下降的限制，因此更適用于高能X射線，大大提高X射線的利用效率。然而由于這種結構產生的陣列X射線源在光軸方向上延展分布，從而使陣列X射線源中的每個線發射體到探測面的距離不等，導致成像視場受限。特別在普通實驗室和醫院中，通常需要大視場成像，由于這種陣列X射線源的成像視場受到限制，因此很難應用在大視場X射線相襯成像中。

發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術采用源光柵的方式中，源光柵制造復雜、難度大的缺陷，以及采用陣列結構X射線源 成像視場受到限制，因此很難應用在大視場X射線相襯成像中的缺陷，提供一種能應用在大視場X射線相襯成像中、克服陣列結構陽極的視場限制、制造成本低、制作工藝簡單可靠的用于大視場X射線相襯成像的X射線源。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種用于大視場X射線相襯成像的X射線源，包括用于發射電子束的電子源和響應于電子束入射而發射X射線的陽極靶，所述陽極靶為一體結構的柱體，所述陽極靶頂端設有發射面，所述發射面由多個呈階梯狀排布且相互平行的傾斜發射面單元組成；相鄰的所述發射面單元之間的階梯間側壁與陽極靶發射面之間的夾角a為50° -120°，且該階梯間側壁與陽極靶發射面的主光軸之間的夾角^為大于等于90°。所述用于大視場X射線相襯成像的X射線源中，所述發射面在陽極靶發射面的主光軸的垂直方向上的投影是一個連續的整體。所述用于大視場X射線相襯成像的X射線源中，所述發射面在陽極靶發射面的主光軸的垂直方向上的投影是間隔平行排布的，相鄰所述發射面單元的投影之間的間隙為10-70微米。所述用于大視場X射線相襯成像的X射線源中，所述發射面單元之間設有間隔槽。所述用于大視場X射線相襯成像的X射線源中，所述間隔槽的側壁與陽極靶的發射面夾角為50° -120°。所述用于大視場X射線相襯成像的X射線源中，所述間隔槽的深度為30-300微米、寬度為10-70微米。所述用于大視場X射線相襯成像的X射線源中，所述間隔槽的槽底為平面或弧面。所述用于大視場X射線相襯成像的X射線源中，所述發射面與X射線出射窗中心和陽極靶發射面中心連線之間的夾角9為5° -30°。所述用于大視場X射線相襯成像的X射線源中，所述發射面單元的橫向寬度為50-200微米，發射面單元的長度為0. 5-2毫米，相鄰發射面單元之間的高度差為15-70微米。所述用于大視場X射線相襯成像的X射線源中，所述射面單元的橫向寬度為50-150微米，發射面單元的長度為0. 6-1. 5毫米，相鄰發射面單元之間的高度差為15-50微米。本發明是在柱狀的陽極靶上制作出階梯結構的發射面，階梯結構的發射面是由多個呈階梯狀排布且相互平行的傾斜發射面單元組成，相鄰的所述發射面單元之間的階梯間側壁與陽極靶發射面之間的夾角a為50° -120°，該結構產生的X射線陣列源在光軸方向的延展長度最小，當X射線管陰極產生電子轟擊到階梯結構陽極發射面時，每個階梯表面的發射面相當于獨立的線發射體，可以產生一維分布的陣列結構X射線源，每個線發射體產生的X射線都具有滿足X射線相襯成像的相干長度，多個線發射體產生的X射線源在空間上滿足幾何疊加關系，不同的線發射體產生的X射線不具有空間相干性，從而克服陣列結構陽極的視場限制的缺陷，在相同的輻射劑量條件下，這種階梯結構X射線陽極的成像視場要比陣列結構陽極的成像視場大4倍以上。本發明通過在X射線陽極靶的發射面上制作階梯形狀結構發射面，不使用源光柵便可以實現源光柵的功能。和源光柵技術相比，本發明具有如下幾個優點1、制作工藝簡單，避免了制作源光柵復雜的工藝問題；2、制造成本較低，不需要使用源光柵的價格昂貴器件；3、本發明可以適用于高能X射線，克服了源光柵在高能X射線應用中的缺點。
本發明還解決了現有的陣列結構X射線源對成像視場受限的問題。在理論上階梯結構陽極X射線源可以比陣列結構X射線源的成像視場大4倍以上。與此同時，本發明的X射線源還可以提供足夠大的X射線劑量。本發明可以解決微焦斑X射線源的劑量不足問題。雖然微焦斑X射線源可以提供高的空間相干性，但由于微焦斑X射線源的發射體面積非常小，導致微焦斑X射線源的輻射劑量很小，因此很難應用于普通醫院中的人體醫療X射線成像。本發明陽極靶中的每個階梯面可以提供高的空間相干性，多個階梯發射面的幾何疊加可以提供大的X射線輻射劑量。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖I是本發明實施例I的結構示意圖；圖2是本發明實施例I的俯視圖；圖3是本發明實施例2的結構示意圖；圖4是本發明實施例2的俯視圖；圖5是本發明實施例3的結構示意圖；圖6是本發明實施例3的俯視圖；圖7是本發明實施例4的結構示意圖；圖8是本發明實施例4的俯視圖。
具體實施例方式為了對本發明的技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本發明的具體實施方式
。一種用于大視場X射線相襯成像的X射線源，包括用于發射電子束的電子源和響應于電子束入射而發射X射線的陽極靶。本發明的X射線源的兩部分一電子源和陽極靶中，電子源與現有技術的結構相同，作用和技術效果相同，在此不再贅述，而陽極靶是本發明重點改進的。以下對本發明中陽極靶的結構、相應的技術效果進行詳細描述。實施例I、如圖1、2所示，本發明的所述陽極靶為一體結構的柱體，即陽極靶不采用現有技術中的陣列排布方式，而是一個整體的不分離的柱體結構。陽極靶是由普通的用于產生X射線的陽極材料如鎢、鑰等高Z元素材料制成的柱體結構。陽極靶采用微納加工技術方法進行制造，例如刻蝕技術、高精密微機械加工方法。所述陽極靶頂端設有用于發射X射線的發射面1，電子源發出的電子束轟擊陽極靶的發射面1，發射面I響應而發射出X射線，發射的X射線從X射線出射窗5中射出，照射物體進行X射線相襯成像。所述發射面I由多個呈階梯狀排布且相互平行的傾斜發射面單元10組成；每個發射面單元10即為一個線發射體，多個線發射體呈現階梯狀連續排列，如圖2所示，階梯狀連續排列是指多個發射面單元10在陽極靶發射面的主光軸的垂直方向上的投影形成一個連續的整體，沒有間隙。X射線出射窗5與陽極靶發射面的主光軸垂直，即多個所述發射面單元在X射線出射窗5的平行方向上的投影形成一個連續的整體。陽極靶發射面的主光軸為X射線的主光軸。
相鄰的所述發射面單元10之間的階梯間側壁2與陽極靶發射面I之間的夾角α為50。-120°，且該階梯間側壁2與陽極靶發射面I的主光軸之間的夾角β為大于等于90°。由于所述發射面I與X射線出射窗5中心和陽極靶發射面I中心連線之間的夾角Θ為5° -30°。夾角α、β、Θ是對發射面單元10、階梯間側壁2相對位置的限定，保證了階梯間側壁2不被電子束轟擊。陽極祀發射面I的主光軸、X射線的主光軸都是在X射線出射窗5的垂直方向上，相鄰的所述發射面單元10之間的階梯間側壁2與陽極靶發射面I的主光軸之間的夾角β為大于等于90°，根據夾角β的不同，形成不同的結構，本實施例中選擇相鄰的所述發射面單元10之間的階梯間側壁2與陽極靶發射面I的主光軸之間的夾角β等于90°，這種情況的結構使得電子束不能轟擊到階梯間側壁2，只能轟擊到發射面I上。避免了電子束發射到側壁上導致X射線空間相干性變差的問題。由于發射面單元10呈階梯狀且是連續排布，則發射面I就產生了一維分布的陣列結構X射線，形成了陣列結構X射線源，每個發射面單元10發出的X射線都具有滿足X射線相襯成像的相干長度，多個發射面單元10產生的X射線源在空間上滿足幾何疊加關系，且不同的發射面單元10產生的X射線不具有空間相干性，從而克服了現有技術中陣列結構陽極的視場限制缺陷，在相同的輻射劑量條件下，本發明陽極靶的成像視場要比陣列結構陽極的成像視場大4倍以上。根據X射線源的要求，所述發射面單元10的橫向寬度要求為50-200微米，發射面單元10的長度要求為O. 5-2毫米，相鄰發射面單元10之間的高度差要求為15-70微米。發射面單元10橫向寬度、長度以及相鄰發射面單元10之間的高度差是發射面I的重要指標，只有在上述數據范圍內設計的陽極靶，才能更好滿足X射線源的需求，使得每個發射面單元10發出的X射線都具有滿足X射線相襯成像的相干長度，多個發射面單元10產生的X射線源在空間上滿足幾何疊加關系，且不同的發射面單元10產生的X射線不具有空間相干性，從而克服了現有技術中陣列結構陽極的視場限制缺陷。優選所述射面單元的橫向寬度為50-150微米，優選發射面單元10的長度為O. 6-1. 5毫米，優選相鄰發射面單元10之間的高度差為15-50微米。實施例2，如圖3、4所示，本實施例是在實施例I的基礎上進行改進的一個實施方式。其中陽極靶的發射面I也是由多個呈階梯狀連續排布且相互平行的傾斜發射面單元10組成，且發射面I在陽極靶發射面的主光軸的垂直方向上的投影是一個連續的整體。本實施例與實施例I的不同是選擇相鄰的所述發射面單元10之間的階梯間側壁2與陽極靶發射面I的主光軸之間的夾角β大于90°，即階梯間側壁2向陽極靶的發射面I后方彎折，則電子束發射方向上看，相鄰的所述發射面單元10之間的階梯間側壁2就遮蔽在發射面單元10之后，避免了電子束發射到側壁上導致X射線空間相干性變差的問題。本實施例中其余結構同實施例1，在此不再贅述。實施例3，如圖5、6所示，本實施例是在實施例I的基礎上的另一個改進的實施方式。除了實施例1、2中多個發射面單元10在陽極靶發射面的主光軸的垂直方向上的投影形成一個連續的整體外，本實施例的所述發射面I在陽極靶發射面的主光軸的垂直方向上的投影是間隔平行排布的，但要求相鄰所述發射面單元1 0的投影之間的間隙為10-70微米。投影間隔排布是所述發射面單元10之間設有間隔槽3而形成的。間隔槽3具體設置在發射面單元10的一側邊緣與階梯間側壁2之間，即間隔槽3的橫向位置是位于發射面單元10和階梯間側壁2之間，間隔槽3側壁可以與階梯間側壁2在同一平面內，也可以不在同一平面內。間隔槽3的作用是可以吸收多余的X射線。所述間隔槽3的側壁與陽極靶的發射面I夾角為50° -120°。由于間隔槽3是階梯間側壁2下方，優選間隔槽3側壁和階梯間側壁2在同一平面內，即間隔槽3側壁是階梯間側壁2向下延伸形成的，則間隔槽3的側壁與陽極靶的發射面I夾角與階梯間側壁2與陽極靶發射面I之間的夾角α相同。本實施例中，間隔槽3側壁、梯間側壁與陽極靶發射面I的主光軸之間的夾角β為等于90°，即間隔槽3的槽壁垂直于X射線的主光軸，間隔槽3的整個槽體在深度方向上是垂直于X射線的主光軸的。間隔槽3的橫截面為U形、V形或其他的一側開口的任意形狀。所述間隔槽3的深度為30-300微米、寬度為10-70微米，這樣的間隔槽3具有將多余的X射線吸收的優點。所述間隔槽3的槽底優選為平面或弧面。平面中包括與間隔槽槽壁垂直的平面、與間隔槽槽壁不垂直的斜面。本實施例中其余結構同實施例1，在此不再贅述。實施例4，如圖7、8所示，本實施例是在實施例3的基礎上的一個改進的實施方式。主要結構的不同是間隔槽3的方向，本實施例中間隔槽3側壁、梯間側壁與陽極靶發射面I的主光軸之間的夾角β為大于90°，即間隔槽3的槽壁不垂直于X射線的主光軸，間隔槽3的槽體向發射面單元10后方彎折，在電子束照射時，由于側壁2被完全遮擋，大部分電子束轟擊到靶面10而產生X射線，小部分轟擊到側壁的電子產生的X射線則可以被間隔槽3所吸收。
權利要求
1.一種用于大視場X射線相襯成像的X射線源，包括用于發射電子束的電子源和響應于電子束入射而發射X射線的陽極靶，其特征在于，所述陽極靶為一體結構的柱體，所述陽極靶頂端設有發射面，所述發射面由多個呈階梯狀排布且相互平行的傾斜發射面單元組成；相鄰的所述發射面單元之間的階梯間側壁與陽極靶發射面之間的夾角α為50° -120°，且該階梯間側壁與陽極靶發射面的主光軸之間的夾角β為大于等于90°。
2.根據權利要求I所述的用于大視場X射線相襯成像的X射線源，其特征在于，多個所述發射面單元在陽極靶發射面的主光軸的垂直方向上的投影形成一個連續的整體。
3.根據權利要求I所述的用于大視場X射線相襯成像的X射線源，其特征在于，多個所述發射面單元在陽極靶發射面的主光軸的垂直方向上的投影是間隔平行排布的，相鄰所述發射面單元的投影之間的間隙為10-70微米。
4.根據權利要求I所述的用于大視場X射線相襯成像的X射線源，其特征在于，所述發射面單元之間設有間隔槽。
5.根據權利要求4所述的用于大視場X射線相襯成像的X射線源，其特征在于，所述間隔槽的側壁與陽極靶的發射面之間的夾角為50° -120°。
6.根據權利要求4所述的用于大視場X射線相襯成像的X射線源，其特征在于，所述間隔槽的深度為30-300微米、寬度為10-70微米。
7.根據權利要求4所述的用于大視場X射線相襯成像的X射線源，其特征在于，所述間隔槽的槽底為平面或弧面。
8.根據權利要求I所述的用于大視場X射線相襯成像的X射線源，其特征在于，所述發射面與X射線出射窗中心和陽極靶發射面中心連線之間的夾角Θ為5° -30°。
9.根據權利要求I所述的用于大視場X射線相襯成像的X射線源，其特征在于，所述發射面單元的橫向寬度為50-200微米,發射面單元的長度為O. 5-2毫米,相鄰發射面單元之間的高度差為15-70微米。
10.根據權利要求9所述的用于大視場X射線相襯成像的X射線源，其特征在于，所述射面單元的橫向寬度為50-150微米,發射面單元的長度為O. 6-1. 5毫米,相鄰發射面單元之間的高度差為15-50微米。
全文摘要
本發明公開了一種用于大視場X射線相襯成像的X射線源，包括用于發射電子束的電子源和響應于電子束入射而發射X射線的陽極靶，所述陽極靶為一體結構的柱體，所述陽極靶頂端設有發射面，所述發射面由多個呈階梯狀排布且相互平行的傾斜發射面單元組成；相鄰的所述發射面單元之間的階梯間側壁與陽極靶發射面之間的夾角α為50°-120°，且該階梯間側壁與陽極靶發射面的主光軸之間的夾角β為大于等于90°。本發明提供一種能應用在大視場X射線相襯成像中、克服陣列結構陽極的視場限制、制造成本低、制作工藝簡單可靠的用于大視場X射線相襯成像的X射線源。
文檔編號H01J35/08GK102768931SQ201210265909
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月30日 優先權日2012年7月30日
發明者劉鑫, 杜楊, 林丹櫻, 牛憨笨, 郭金川, 黃建衡 申請人:深圳大學