一種產生分布式x射線的設備和方法
【專利摘要】一種產生分布式X射線的設備和方法。在真空中利用熱陰極產生具有一定初始運動能量、運動速度的電子束，對初始的低能電子束進行周期性的掃描，讓其往復偏轉；在電子束前進路徑上，按往復偏轉方向設置限流裝置，通過限流裝置上的陣列式開孔，只讓到達某些特定位置的部分電子束通過，形成順序的、陣列分布的電子束流，利用高壓電場對這些電子束流再次加速，讓其獲得高能量并轟擊長條形陽極靶，在陽極靶上順序產生相應的陣列式分布的焦點和X射線。
【專利說明】一種產生分布式X射線的設備和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及分布式產生X射線，具體涉及一種產生分布式X射線的設備和方法。【背景技術】
[0002]X射線源是指產生X射線的設備，通常由X射線管、電源與控制系統、冷卻及屏蔽等輔助裝置構成，核心是X射線管。X射線管通常由陰極、陽極、玻璃或陶瓷外殼構成。陰極為直熱式螺旋鎢絲，工作時通過電流，加熱到約為2000K的工作溫度，產生熱發射的電子束流，陰極被一個前端開槽的金屬罩包圍，金屬罩使電子聚焦。陽極為銅塊端面鑲嵌的鎢靶，工作時陽極和陰極之間加有數十萬伏高壓，陰極產生的電子在電場作用下加速運動飛向陽極，并撞擊靶面，產生X射線。
[0003]X射線在工業無損檢測、安全檢查、醫學診斷和治療等領域具有廣泛的應用。特別是利用X射線的高穿透能力，制成的X射線透視成像設備在人們日常生活的方方面面發揮著重要作用。這類設備早期的是膠片式的平面透視成像設備，目前的先進技術是數字化的、多視角的、高分辨率的立體成像設備，如CT(Computed Tomography),可以獲得高清晰度的三維立體圖形或切片圖像，是非常先進的高端應用。
[0004]在CT設備中(包括工業探傷CT，行李物品安檢CT，醫療診斷CT等)，通常是將X射線源放置在受檢對象的一側，另一側放置接收射線的探測器。X射線穿過受檢物品時，其強度會隨物品對象的厚度、密度等信息發生改變，探測器接收到的X射線強弱就包含了受檢物品的一個視角方向的結構信息。如果再將X射線源和探測器圍繞受檢物品轉換位置，就可以獲得不同視角方向的結構信息。利用計算機系統和軟件算法對這些信息進行結構重建，就可以獲得受檢物品的立體圖像。目前的CT設備是將X射線源和探測器固定在圍繞受檢對象的圓形滑環上，工作中每運動一圈，就得到受檢對象一個厚度切面的圖像，稱為切片，受檢物品再沿厚度方向運動，得到一系列切片，這些切片和起來就是受檢物品的三維精細立體結構。因此，現有的CT設備中，為了獲得不同的視角圖像信息，就要變換X射線源的位置，因此X射線源和探測器需要在滑環上運動，為了提高檢查速度，通常運動速度非常高。X射線源和探測器在滑環上的高速運動，降低了設備整體的可靠性和穩定性，同時受運動速度的限制，CT的檢查速度也受到了限制。雖然近年來最新一代的CT采用圓周排列的探測器，可以使探測器不做運動，但是X射線源仍需滑環運動。可以增加多排探測器，使X射線源運動一周，獲得多個切片圖像，可以提高CT檢查速度，但是沒有從根本上解決滑環運動帶來的問題。因此CT設備中需要一種能不移動位置就能產生多個視角的X射線源。
[0005]為了提高檢查速度，通常X射線源陰極產生的電子束大功率長時間連續轟擊陽極鎢祀，而靶點面積很小，靶點的散熱也成為了很大的問題。
[0006]為了解決現有CT設備中滑環帶來的可靠性、穩定性問題，檢查速度問題及陽極靶點耐熱問題，有些專利和文獻提供了一些方法。如旋轉靶X射線源，可以一定程度解決陽極靶過熱的問題。但是結構復雜，且產生X射線的靶點相對X射線源整機，仍然是一個確定的靶點位置。如有的技術為實現固定不動X射線源的多個視角，在一個圓周上緊密排列多個獨立的傳統X射線源來取代X射線源的運動，雖然實現了多視角，但是成本高，且不同視角的靶點間距大，成像質量(立體分辨率)很差。如專利文獻I (US4926452)提供了一種產生分布式X射線的光源方法，陽極靶具有很大的面積，緩解了靶過熱的問題，且靶點位置沿圓周變化，可以產生多個視角。雖然該專利技術是對獲得加速的高能量電子束進行掃描偏轉，存在控制難道大，靶點位置不分立，重復性差的問題，但仍然是一種能產生分布式光源的有效方法。
[0007]如專利文獻2(W02011/119629)提供了一種產生分布式X射線源的光源方法，陽極靶具有很大的面積，緩解了靶過熱的問題，且靶點位置分散固定陣列式排列，可以產生多個視角。采用碳納米管作為冷陰極，進行陣列排布，利用陰極柵極間的電壓控制場發射，從而控制每一個陰極按順序發射電子，在陽極靶上相應順序位置轟擊靶點，成為分布式X射線源。但是存在生產工藝復雜、碳納米管的發射能力與壽命不高的不足之處。

【發明內容】

[0008]鑒于現有技術中的一個或多個問題，提出了一種產生分布式X射線的設備和方法。
[0009]在本發明的一個方面,提出了一種產生分布式X射線的設備，包括:電子槍，產生電子束流；掃描裝置，環繞電子束流設置，產生掃描磁場，以對所述電子束流進行偏轉；限流裝置，具有規則設置的多個孔，當所述電子束流在所述掃描裝置的控制下掃描所述限流裝置時，在所述限流裝置的下方依次、陣列式地輸出符合掃描順序的、與開孔位置對應的脈沖式的電子束；陽極靶，設置在所述限流裝置的下游，通過在陽極靶上施加電壓，使所述限流裝置與所述陽極靶之間形成均勻電場，對所述陣列式的脈沖電子束進行加速；加速后的電子束轟擊所述陽極靶，產生X射線。
[0010]在本發明的另一方面，提出了一種產生分布式X射線的方法，包括步驟:控制電子槍產生電子束流；控制掃描裝置產生掃描磁場，以對所述電子束流進行偏轉；在所述掃描裝置的控制下用所述電子束流掃描限流裝置上規則設置的多個孔，順序輸出陣列式分布的脈沖式電子束；產生電場以對所述陣列式分布的脈沖式電子束進行加速；加速后的電子束轟擊陽極祀，產生X射線。
[0011]根據本發明實施例的上述方案，采用電磁掃描的方式變換束流和焦點位置，速度快，效率高，并且采用在高能量加速前進行限流的設計，既獲得了陣列式分布的束流，又節省了電能，還有效防止限流裝置發熱。
[0012]此外，根據本發明一些實施例的方案，采用熱陰極源，相對于其它設計具有發射電流大、壽命長的優點。
[0013]此外，采用直接對低初始運動能量的電子束流進行掃描的方式，具有易于控制的優點，而且能夠實現更高的掃描速度。
[0014]此外，采用長條型大陽極的設計，有效緩解了陽極過熱的問題，有利于提高光源的功率。
[0015]此外，相對其它分布式X射線光源設備，上述實施例的方案電流大，靶點小，靶點位置分布均勻且重復性好，輸出功率高，工藝簡單，成本低。
[0016] 此外，將本發明實施例的產生分布式X射線的設備應用于CT設備，無需移動光源就能產生多個視角，因此可以省略滑環運動，有利于簡化結構，提高系統穩定性、可靠性，提高檢查效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面的附圖表明了本發明的實施方式。這些附圖和實施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本發明的一些實施例，其中:
[0018]圖1是根據本發明實施例的一種產生分布式X射線的設備的示意圖；
[0019]圖2是描述在根據本發明實施例的設備中電子束流受到磁場的作用運動方向產生偏轉的不意圖；
[0020]圖3是描述在根據本發明實施例的設備中用來掃描限流裝置的鋸齒形掃描電流波形的示意圖；
[0021]圖4是根據本發明實施例的限流裝置的平面結構示意；
[0022]圖5是如圖4所示的根據本發明實施例的限流裝置的剖面結構示意；
[0023]圖6是根據本發明的實施例當電子束流經過限流裝置時的空間分布與強度變化； [0024]圖7是描述一個周期內掃描電流、電子束流、X射線焦點相對限流裝置和陽極的位置關系的示意圖；以及
[0025]圖8是根據本發明另一實施例的產生分布式X光源裝置的剖面及局部示意圖。【具體實施方式】
[0026]下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對于本領域普通技術人員顯而易見的是:不必采用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的結構、電路、材料或方法。
[0027]在整個說明書中，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個示例”或“示例”的提及意味著:結合該實施例或示例描述的特定特征、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和/或子組合將特定的特征、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，這里使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的項目的任何和所有組合。
[0028]針對現有技術中存在的一個或多個技術問題，本發明的實施例提供了一種產生分布式X射線的設備和方法。例如，在真空中利用電子槍的熱陰極產生具有一定初始運動能量、運動速度的電子束。然后，對初始的低能電子束進行周期性的掃描，讓其往復偏轉。在電子束前進路徑上，按往復偏轉方向設置限流裝置，通過限流裝置上的陣列式開孔，只讓到達某些特定位置的部分電子束通過，形成順序的、陣列分布的電子束流。接下來，利用高壓電場對這些電子束流再次加速，讓其獲得高能量并轟擊陽極靶，從而在陽極靶上順序產生相應的陣列式分布的焦點和X射線。根據本發明的實施例，采用電磁掃描的方式變換束流和焦點位置，速度快，效率高，并且采用在高能量加速前進行限流的設計，既獲得了陣列式分布的束流，又節省了電能，還有效防止限流裝置發熱。
[0029]例如,根據一個實施例的產生分布式X射線的設備包括電子槍、掃描裝置、真空盒、限流裝置、陽極靶、電源及控制系統等。電子槍與真空盒頂部連接在一起。電子槍產生具有初始運動能量、運動速度的電子束流進入真空盒。安裝在真空盒頂部外側的掃描裝置產生周期性的磁場，使電子束流產生周期性的偏轉。電子束流前向運動一定距離后，到達設置在真空盒中部的限流裝置。限流裝置上的陣列式開孔只讓處于恰當位置的部分電子束通過，在限流裝置下方形成順序的、陣列分布的電子束流。設置在真空盒底部的陽極靶具有很高的電壓，在限流裝置與陽極靶間形成加速電場。通過限流裝置的順序的、陣列分布電子束流受到該電場加速，獲得高能量，并轟擊陽極祀，在陽極靶上順序產生相應的陣列式分布的X射線焦點和X射線。電源及控制系統對電子槍、掃描裝置、陽極靶等提供相應的工作電流和高壓，控制系統對整個設備的正常工作提供人機操作界面和邏輯管理、流程控制。
[0030]圖1是根據本發明實施例的一種產生分布式X射線的設備的示意圖。如圖1所示，根據本發明實施例的產生分布式X射線的設備包括電子槍1、掃描裝置2、真空盒3、限流裝置4、陽極靶5、以及電源與控制系統6。電子槍I與真空盒3的上端連接。掃描裝置2安裝在真空盒3的上端外側，真空盒3內的中部安裝有限流裝置4。例如限流裝置具有規則的多個開孔。陽極靶5例如為長條狀，安裝在真空盒3內的下端，陽極靶5與限流裝置4平行，且具有基本相同的長度。在其他實施例中，長條狀陽極靶5的長度可以與板狀的限流裝置4的長度不同，例如大于和/或寬于限流裝置，形狀上，長條狀陽極靶5也可以是與限流裝置4相對的面為長條狀平面，而背面可以是設計有其它形狀設計的非平面結構，如散熱片式結構或加強筋式結構，從而提供更好的強度、更大的熱容量、更為優良的散熱性能等。
[0031]根據本發明的實施例，電子槍I用來產生具有初始運動速度和能量的電子束流10。電子槍的結構例如包括:陰極，用于發射電子；聚焦極，用于限制電子束流，形成小尺寸束流斑點和較好的前向運動一致性；陽極，用于電子的加速和引出。根據本發明的實施例，電子槍I具體為熱陰極電子槍，它具有較大的電子束流發射能力，且使用壽命長。熱陰極電子槍的陰極通常由燈絲加熱到1000~2000°C，陰極發射電流密度可達到幾A/cm2，通常陽極接地，陰極處于負高壓，陰極高壓通常為負幾kV到負十幾kV。
[0032]根據本發明的實施例，掃描裝置2可以包括無鐵芯的掃描線包或者帶鐵芯的掃描磁鐵，主要作用是在掃描電流的驅動下產生掃描磁場，從而使經過其中心的電子束流10的前進方向產生偏轉。圖2表示了電子束流10受到磁場的作用前進方向產生偏轉的效果示意圖。磁場B的強度越大，則電子束流10前進時產生的偏轉角Θ越大，電子束流10運動到限流裝置4時，在限流裝置4上相對于中心的偏移量L也就越大，L與B存在著對應關系:L=L(B)，也就是說通過控制B的大小就可以控制電子束流在限流裝置4上的偏移量L。而磁場B的大小由掃描電流Is的大小決定，即B = B(Is),通常為正比關系，從而通過控制掃描電流Is的大小就可以控制電子束流10在限流裝置4上的偏移量L。
[0033]根據本發明的實施例，電子束的掃描通常采用鋸齒形掃描電流，理想的掃描電流是從負到正線性平穩變化，到正最大時立刻變為負最大，然后再重復周期性變化，產生的磁場波形也與電流波形相似。圖3表示了一種鋸齒形掃描電流的波形。
[0034]根據本發明的實施例，真空盒3是四周密封的空腔殼體，內部為高真空,殼體主要是絕緣材料，如玻璃或陶瓷等。真空盒3的上端開有供電子束流輸入的接口，中部安裝有限流裝置4，下端安裝有陽極靶5。上端與中部之間的空腔足夠電子束被掃描后的偏轉運動，不會對偏轉所形成的三角形區域內的電子束流產生任何阻擋。中部與下端之間的空腔足夠電子束流平行運動，不會對限流裝置4與陽極靶5之間的矩形區域內的電子束流10產生任何阻擋。真空盒3內的高真空通過在高溫排氣爐內烘烤排氣獲得，真空度通常優于10_5Pa。
[0035]根據本發明的實施例，真空盒3的殼體也可以是金屬材料，如不銹鋼等。真空盒3的殼體為金屬材料時，與內部的限流裝置4及陽極靶5保持一定的距離，從而使真空盒3、限流裝置4、陽極靶5三者之間保持電氣絕緣，同時不會影響限流裝置4與陽極靶5之間的電場分布。
[0036]根據本發明的實施例，限流裝置4是中間具有陣列開孔的長條形金屬平板。圖4表示了一種限流裝置4的平面結構示意圖。限流裝置4上有一系列陣列排布的開孔4-a，4-b，4-c，。。。。，開孔的數目不少于兩個。開孔是為了讓部分電子束流通過，推薦每個開孔的形狀為長方形，形狀大小一致，排列為一條直線。每個開孔寬度D尺寸范圍為0.3mm-3mm,推薦為0.5mm-lmm,以便通過的電子束流具有較小的束斑，同時也具有一定的束流強度。每個開孔長度H尺寸范圍為2_-10_，推薦為4_，可以在不影響X射線靶點的情況下增加通過開孔的電子束流的強度。每個開孔之間的距離W要求不小于2R，R為電子束流10投影到限流裝置4上的束斑半徑，從而使得工作過程中，電子束流10投影到限流裝置4上的束斑隨磁場B的大小左右移動，但是電子束斑只能覆蓋其中一個開孔，某個確定時刻電子束流都只能通過限流裝置上的一個開孔，也即通過限流裝置4開孔進入到限流裝置4與陽極靶5間高壓電場進行加速運動的電子束流都集中在一個開孔位置，最終轟擊陽極靶5形成一個X射線靶點。隨著時間的變化，電子束斑在限流裝置4上進行移動，電子束斑覆蓋的開孔位置也會移動到下一個，電子束流就會通過下一個開孔，并相應地在陽極靶5上形成下一個X射線靶點。 [0037]圖5表示了一種限流裝置的側切面結構示意圖。限流裝置4的平板具有一定的厚度，每個開孔在電子束流偏轉方向上的切面的延長線相交于磁場B的中心，便于每個開孔都讓相同數量的電子束流通過。
[0038]圖6表示了電子束流經過限流裝置4時的變化。電子槍I連續產生圓斑狀的電子束流進入真空盒，受到掃描裝置4的作用，電子束流的行進方向發生周期性的偏轉，在一個周期內，電子束流在限流裝置4上束斑疊加，形成圖6上部分所示的電子束流強度在限流裝置4上方從左至右的均勻分布，由于限流裝置4上有陣列式分布的開孔，所以在限流裝置4下方形成圖6下部分所示的周期柱狀分布，每一個電子束從左至右依次產生，具有與限流板開孔相同的陣列式分布。每一個時刻只有一個，一個周期內，從左到右每個位置依次產生一個。
[0039]優選的，限流裝置4與電子槍I的陽極具有相同的電壓，以便電子槍I產生的電子束流I O向限流裝置4運動時，除了受掃描磁場的影響發生偏轉外，不會受其它因素的影響而改變路徑。根據其他的實施例，限流裝置4與電子槍I的陽極之間也可以具有不同的電壓，這可以根據不同的應用場合和需求而定。
[0040]根據本發明的實施例，陽極靶5為長條形金屬，安裝在真空盒3的下端，在長度方向上與限流裝置4平行，在寬度方向上與限流裝置4形成一個小夾角。陽極靶5在長度方向上與限流裝置4完全平行(如圖1所示)。陽極靶5上加有正的高壓電壓，從而在陽極靶5和限流裝置4之間形成平行的高壓電場，穿過限流裝置4的電子束流受到高壓電場的加速，沿著電場方向運動，最終轟擊陽極祀5,產生X射線11。[0041]圖7是描述一個周期內掃描電流、電子束流、X射線焦點相對限流裝置和陽極的位置關系的示意圖。如圖7所示，因為能穿過限流裝置4的電子束流是陣列式依次分布的，所以電子束流10轟擊陽極靶5，產生的X射線及X射線焦點也是在陽極靶上陣列式分布的，。在一個周期內，掃描電流Is(B)從負向最大向正向最大成線性緩慢變化，產生與掃描電流Is(B)相似的變化磁場B，不同的掃描電流Is (B)使電子束流投射到限流板的不同位置。大部分時刻，電子束流10被限流裝置4阻擋，但是某些時刻電子束流能恰好通過限流裝置4上的開孔。如在tn時刻，掃描電流大小為In，使得電子束流10投射在限流裝置的4-n開孔位置，透過去的電子束流成為I’，透過去的電子束流受到限流裝置4與陽極靶5間平行高壓電場加速，獲得高能量，并最終轟擊在陽極靶5上與限流孔4-n對應的位置5-n，產生X射線，位置5-n成為X射線的焦點。因為限流裝置上的開孔是陣列式分布的，因此陽極靶5上產生的X射線也具有陣列式分布的焦點。
[0042]圖8表示了一種分布式X射線光源設備的側切面結構。根據本發明的其他實施例，陽極靶5在窄邊方向上與限流裝置4成一個小夾角，如圖8所示。陽極靶5上的高壓通常為幾十kV-幾百kV，陽極靶產生的X射線在與入射電子束成90度角的方向上強度最大，為射線可利用方向。陽極靶5傾斜一個小角，通常幾度至十幾度，一方面有利于有用X射線的出射，另一方面，較寬的電子束流，投射到陽極靶上，但是從X射線出射方向看，產生的射線焦點卻較小，相當于縮小了焦點尺寸。根據本發明的實施例，陽極靶5推薦采用耐高溫的金屬鎢材料。根據本發明的其他實施例，陽極靶5也可以采用其他材料，例如鑰等。
[0043]根據本發明的實施例，電源與控制系統6對分布式X光源設備的各關鍵部件提供必要的電源和工作控制。如圖1所示，電源與控制系統6包括電子槍電源61、聚焦電源62、掃描電源63、真空電源64和陽極電源65。
[0044]例如，電子槍電源61給電子槍I提供燈絲電流和負高壓。掃描電源63給掃描裝置提供掃描電流，使得電子槍I產生的電子束流按照圖3所示的掃描波形對限流裝置4進行掃描。
[0045]聚焦電源62向聚焦裝置7提供電源，使得電子槍I產生的電子束流在進入真空盒時具有更好的品質特性，如束斑更小、電流密度更大、前向運動一致性更高等。
[0046]真空電源64與真空裝置8連接，控制真空裝置8并向其供電。真空裝置8安裝在真空盒上，在真空電源的作用下工作，用于維持真空盒內的高真空。陽極電源65給陽極靶5提供正高壓并且對陽極高壓工作進行邏輯控制。
[0047]根據本發明的實施例，分布式X光源設備還可以包括聚焦裝置7。聚焦裝置7由束流管道和管道外的聚焦線包組成，束流管道安裝在電子槍I與真空盒3之間。聚焦裝置7在聚焦電源63的作用下工作，可以使電子槍I產生的電子束流在進入真空盒時具有更好的品質特性，如束斑更小、電流密度更大、前向運動一致性更高等。
[0048]根據本發明的實施例，分布式X光源設備還可以包括真空裝置8。真空裝置8安裝在真空盒上，在真空電源64的作用下工作，用于維持真空盒內的高真空。通常分布式X光源設備在工作時，電子束轟擊限流裝置4和陽極靶5，限流裝置4和陽極靶5會發熱并釋放少量氣體，使用真空裝置8可以將這部分氣體快速抽出，維持真空盒內部的高真空度。真空裝置8優選使用真空離子泵。
[0049]根據本發明的實施例，分布式X光源設備還可以包括可插拔高壓連接裝置9。可插拔高壓連接裝置9安裝在真空盒的下端，內部與陽極靶5相連接，外部伸出真空盒，與真空盒一起形成密封結構。可插拔高壓連接裝置9用于將高壓電源快速連接到陽極靶5。
[0050]根據本發明的實施例，分布式X光源設備還可以包括屏蔽與準直裝置12，如圖8所示。屏蔽與準直裝置12安裝在真空盒的外側，用于屏蔽不需要的X射線，在可利用的X射線出口位置開有與陽極相對應的長條形開口，在開口處，沿X射線出射方向有一定的長度和寬度設計，以便將X射線限制在所需要應用的范圍內，屏蔽與準直裝置12推薦使用鉛材料。根據本發明的實施例，分布式X光源設備的電源與控制系統6還相應的包括聚焦裝置的電源和真空裝置的電源等。
[0051]如圖1和圖8所示，一種分布式X射線光源設備包括:電子槍1、掃描裝置2、真空盒3、限流裝置4、陽極靶5、聚焦裝置7、真空裝置8、可插拔高壓連接裝置9、屏蔽與準直裝置12、以及電源與控制系統6。
[0052]根據一些實施例，電子槍I采用熱陰極電子槍。電子槍I出口與聚焦裝置7的真空管道一端連接。真空管道另一端與真空盒3的上端連接，真空管道的外側安裝有聚焦線包。真空盒3上端外側安裝有掃描裝置2，真空盒3內的中部安裝有限流裝置4，真空盒3的中部側面安裝有真空裝置8，長條狀的陽極靶5以及與陽極靶5相連的可插拔高壓連接裝置9安裝在真空盒3內的下端，陽極靶5與限流裝置4平行，且具有基本相同的長度。電源與控制系統6包括電子槍電源61、聚焦電源62、掃描電源63、真空電源64、陽極電源65、等多個模塊，通過電力電纜和控制電纜與系統的電子槍1、聚焦裝置7、掃描裝置2、真空裝置8、陽極靶5等部件相連。
[0053]在工作過程中，在電源與控制系統6的作用下，電子槍電源61，聚焦電源62、掃描電源63、真空電源64、陽極高壓電源65等按照設定的程序，分別開始工作。電子槍電源61給電子槍燈絲供電，電子槍I的燈絲將陰極加熱到非常高的溫度，產生大量熱發生電子。同時，電子槍電源61給電子槍陰極提供一個IOkV的負高壓，使得電子槍陰極和電子槍陽極之間形成一個小高壓加速電場，熱發射電子受到電場的作用，向電子槍陽極加速運動，形成電子束流10。
[0054]電子束流向電子槍陽極運動時受到電子槍聚焦極的作用，聚攏形成小束斑束流，并從電子槍陽極中心孔穿過，成為具備初始運動能量(IOkV)和運動速度的電子束流。電子束流向前進入真空管道，受到聚焦裝置7的作用，束斑直徑進一步縮小，成為小斑點高密度電子束流。電子束流再向前進入真空盒3，在真空盒頂部受到掃描裝置2的作用，運動方向產生周期性偏轉。偏轉的電子束流向前運動到限流裝置4處，大部分受到限流裝置4的阻擋，被限流裝置4吸收，當偏轉位置合適時，部分電子束流恰好可以通過限流裝置4上的開孔，進入到限流裝置4與陽極靶5之間的高壓電場中，受到高壓電場的作用，沿電場方向運動，即從出限流裝置4開始向陽極垂直運動，最后獲得高能量，如160kV，并轟擊在陽極靶5上，產生X射線11。
[0055]由于在一個掃描周期中，電子束流依次通過陣列排布的限流裝置4開孔，因此依次有電子束流在陽極靶的對應位置轟擊陽極靶，依次產生陣列排布的X射線和X射線靶點，從而實現了分布式X射線光源。陽極靶受到電子束流轟擊時釋放的氣體被真空裝置8實時抽走，真空盒內維持高真空，有利于長時間穩定運行。
[0056] 屏蔽和準直裝置12屏蔽無用方向上的X射線，讓可用方向上的X射線通過，并且將X射線限定在預定的范圍內。
[0057]電源與控制系統6除了控制各電源按設定程序驅動各個部件協調工作，同時可以通過通訊接口和人機界面接收外部命令，對系統的關鍵參數進行修改和設定，更新程序和進行自動控制調整。
[0058]根據本發明的實施例，在一個光源設備中產生按某種順利周期變換焦點位置的X射線。此外，采用熱陰極源，相對于其它設計具有發射電流大、壽命長的優點。此外，采用直接對低初始運動能量的電子束流進行掃描的方式，具有易于控制的優點，而且能夠實現更高的掃描速度。此外，采用電磁掃描的方式變換束流和焦點位置，速度快，效率高。此外，采用在高能量加速前進行限流的設計，既獲得了陣列式分布的束流，又節省了電能，還有效防止限流裝置發熱。此外，采用長條型大陽極的設計，有效緩解了陽極過熱的問題，有利于提高光源的功率。此外，相對其它分布式X射線光源設備，本發明實施例的設備電流大，靶點小，靶點位置分布均勻且重復性好，輸出功率高，工藝簡單，成本低。將本發明實施例的分布式X射線光源應用于CT設備，無需移動光源就能產生多個視角，因此可以省略滑環運動，有利于簡化結構，提高系統穩定性、可靠性，提高檢查效率
[0059]以上的詳細描述通過使用方框圖、流程圖和/或示例，已經闡述了產生分布式X射線的設備和方法的眾多實施例。在這種方框圖、流程圖和/或示例包含一個或多個功能和/或操作的情況下，本領域技術人員應理解，這種方框圖、流程圖或示例中的每一功能和/或操作可以通過各種硬件、軟件、固件或實質上它們的任意組合來單獨和/或共同實現。在一個實施例中，本發明的實施例所述主題的若干部分，例如控制過程，可以通過專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)、數字信號處理器(DSP)、或其他集成格式來實現。然而，本領域技術人員應認識到，這里所公開的實施例的一些方面在整體上或部分地可以等同地實現在集成電路中，實現 為在一臺或多臺計算機上運行的一個或多個計算機程序(例如，實現為在一臺或多臺計算機系統上運行的一個或多個程序)，實現為在一個或多個處理器上運行的一個或多個程序(例如，實現為在一個或多個微處理器上運行的一個或多個程序)，實現為固件，或者實質上實現為上述方式的任意組合，并且本領域技術人員根據本公開，將具備設計電路和/或寫入軟件和/或固件代碼的能力。此外，本領域技術人員將認識到，本公開所述的控制過程能夠作為多種形式的程序產品進行分發，并且無論實際用來執行分發的信號承載介質的具體類型如何，本公開所述主題的示例性實施例均適用。信號承載介質的示例包括但不限于:可記錄型介質，如軟盤、硬盤驅動器、緊致盤(CD)、數字通用盤(DVD)、數字磁帶、計算機存儲器等；以及傳輸型介質，如數字和/或模擬通信介質(例如，光纖光纜、波導、有線通信鏈路、無線通信鏈路等)。
[0060]雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由于本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限于任何前述的細節，而應在隨附權利要求所限定的精神和范圍內廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等效范圍內的全部變化和改型都應為隨附權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種產生分布式X射線的設備，包括: 電子槍，產生電子束流； 掃描裝置，環繞電子束流設置，產生掃描磁場，以對所述電子束流進行偏轉； 限流裝置，具有規則設置的多個孔，當所述電子束流在所述掃描裝置的控制下掃描所述限流裝置時，在所述限流裝置的下方依次、陣列式地輸出符合掃描順序的、與開孔位置對應的脈沖式的電子束； 陽極靶，設置在所述限流裝置的下游，通過在陽極靶上施加電壓，使所述限流裝置與所述陽極靶之間形成均勻電場，對所述陣列式的脈沖電子束進行加速； 加速后的電子束轟擊所述陽極靶，產生X射線。
2.如權利要求1所述的設備，還包括真空盒，設置在所述電子槍的下游，連接電子槍，包圍所述限流裝置和所述陽極靶，使所述電子束的產生和運動環境為高真空。
3.如權利要求2所述的設備，還包括電源與控制裝置，給所述的電子槍、所述的掃描裝置、所述的陽極靶提供電源并進行工作控制。
4.如權利要求3所述的設備，其中，所述限流裝置具體為具有多個孔的長條形金屬板。
5.如權利要求4所述的設備，其中，所述陽極靶具體為具有與所述限流裝置相近長度的長條形金屬板 。
6.如權利要求5所述的設備，其中，所述陽極靶采用鎢材料制成。
7.如權利要求5所述的設備，其中，所述陽極靶具體為長度方向上與所述限流裝置平行，寬度方向上與所述限流裝置形成一個小夾角。
8.如權利要求3所述的設備，還包括聚焦裝置，設置在所述電子槍與所述真空盒的連接處，對所述電子槍產生的電子束流進行聚焦，縮小電子束流的光斑。
9.如權利要求3所述的設備，還包括真空裝置，設置在真空盒上，使真空盒內部維持高真空。
10.如權利要求9所述的設備，其中，所述真空裝置具體為真空離子泵。
11.如權利要求3所述的設備，還包括可插拔高壓連接裝置，設置在所述真空盒的下端，內部連接所述陽極靶，外部伸出所述真空盒，對所述電源與控制裝置及所述陽極靶進行快速連接。
12.如權利要求3所述的設備，還包括屏蔽與準直裝置，設置在所述真空盒的外側，其中，所述屏蔽與準直裝置開有與所述陽極靶對應的長條形準直口。
13.如權利要求12所述的設備，其中，所述屏蔽與準直裝置采用鉛材料制成。
14.一種產生分布式X射線的方法，包括步驟: 控制電子槍產生電子束流； 控制掃描裝置產生掃描磁場，以對所述電子束流進行偏轉； 在所述掃描裝置的控制下用所述電子束流掃描限流裝置上規則設置的多個孔，順序輸出陣列式分布的脈沖式電子束； 產生電場以對所述陣列式分布的脈沖式電子束進行加速； 加速后的電子束轟擊陽極靶，產生X射線。
15.如權利要求14所述的方法，其中，所述限流裝置具體為具有多個孔的長條形金屬板。
16.如權利要求14所述的方法，其中，所述陽極靶具體為具有與所述限流裝置相近長度的長條形金屬板。
【文檔編號】H01J35/14GK103903940SQ201210581566
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優先權日:2012年12月27日
【發明者】李元景, 劉耀紅, 劉晉升, 唐華平, 唐傳祥, 陳懷璧, 閆忻水 申請人:清華大學, 同方威視技術股份有限公司