专利名称：快速切换双能x射线源的制作方法
快速切换双能X射线源
背景技术：
I 领域本发明涉及能够切换发射级别的X-射线设备，尤其涉及能够快速切换发射级别从而管可用于使用不同能量进行成像、发荧光以及其它应用的X-射线管系统。2.
背景技术：
在国土安全产业中，双能X-射线用于筛选随身携带的行李、筛选托运行李、以及筛选货物。将双能X-射线用于国土安全容许用户区分不同材料，帮助检测走私品、爆炸物和非法材料，以及帮助识别被扫描的对象中的材料。
双能X-射线在医疗产业中用于双能计算机断层扫描(CT)、双能X-射线吸收法、双能成像以及其他应用。在国土安全、医疗市场之外，双能X-射线还用于非破坏性测试、牙科、食品包装、煤炭以及其他产业。具有多种方法来产生双能X-射线和实施双能分析。在最简单的形式中，使用了两个或多个检测器，一个在另一个的后面，并且滤波器放置在检测器之间。一个检测器接收一个能量范围，并且另一个检测器由于滤波器而接收第二能量范围。可替代地，能量鉴别检测器可用于使能量分离，例如CZT检测器。另一通常使用的方法是改变X-射线源的端输出能量，从而X-射线源发射两个或更多X-射线能量范围。然而另一方法是使用多于一个X-射线管，并且每个X-射线管发射一个或更多能量范围。双能源的期望特征为能量之间的快速切换速度、高稳定性、小尺寸规格、简单性、最低系统成本、寿命长、高可靠性、以及快速改变每个单独能量的通量的能力。对于某些应用也很期望具有相同焦斑位置。最有价值的多个特征的精确组合取决于应用。已经提出或开发了具有这些特征的某些特征而不是所有特征的一些方法。一个方法包括使用两个或多个分离的X-射线管，并且独立运行每个源。这提供了快速切换速度。这种方法的问题是其占据了两个X-射线源的空间，并且每个源具有不同焦斑位置。因而，方案相对较大，并且产生两个不同的焦斑位置。在成像应用中，图像之间的复杂性、对准和重合不良为使用两个单独源的另一问题。在专利5661774中详述的一个替代方案是使用快速切换X-射线管的能量的电子。该专利的一个应用将用在期望快速切换的医疗和国土安全应用中的双能CT中。此方法的一个问题是难以以高速切换X-射线能量。这需要复杂的电子、提高系统成本并且不利于管的寿命。此方法的另一问题为快速切换导致X-射线源的输出能量中的变化。专利6188747详述了使用两个独立阳极和两个阴极的X-射线源。因而，其在一个X-射线管中具有两个X-射线源，导致成本、复杂性、重量以及屏蔽性增加。此方法的限制是每个阳极的单元的物理尺寸和斑尺寸位置不同。解决斑位置问题的一个方法是在X-射线源中使用两个阴极和一个阳极，并且将阴极物理地分离。这在专利7529344和专利7792241中进行了详述，并如图17所示。阴极I处于不同能量，并且阴极I被分离，从而阴极I没有被击穿。利用此方案，每个阴极I具有分离的格栅3。此方法的限制是难以对准阴极I和格栅3，并且更难的是对准斑2。再一问题是生成的X-射线管的物理尺寸。发明概述在一个实施方案中，提供了克服之前概括的源的限制的改进X-射线源。此源可提供能量之间的快速切换速度，可将相同或相似波形因数适配到常规单个能源中，可快速改变源的输出通量，是强健的，对寿命有利，最小化电压梯度，并且如果需要，则输出通量和能
量可高度稳定。在双能X-射线的一个实施方案中，源使用室(例如管)内的两个阴极和一个阳极。阴极发射电子，并且来自每个阴极的电子在X-射线源的轴的方向上行进，以撞击阳极。来自距离阳极最远的阴极的电子源发射电子，所述电子在管的轴的方向上行进， 并且穿过或经过距离阳极最近的阴极。电子的方向受到距离阳极最远的阴极的格栅和/或焦点、距离阳极最近的阴极、格栅和/或焦点的影响。这些电子行进经过第二阴极并撞击阳极。来自第二阴极(距离阳极最近)的电子被发射，并且大部分沿X-射线管的中心轴行进。距离阳极最近的格栅和/或焦点影响来自此阴极的电子的方向。控制格栅和/或焦点容许调节斑尺寸和斑位置，以及容许调节X-射线源的每个能量范围的通量。
不期望按比例绘制附图。此外，为了说明的目的简化附图。图I示出传统X-射线源，示出从阴极流到阳极的电子。图2示出新X-射线源的侧视图，具有两个阴极。图3示出新源的侧视图，而具有透射靶。图4示出可输出多个能量的新源的侧视图。图5示出新源的侧视图，X-射线通量通过源行进回去。图6到图9示出X-射线源的变化，以示出可使用的可能的不同配置。其不期望限制本发明可能的修改，而是期望示出本领域普通技术人员可推导出本发明的多种变化。图6示出新源的侧视图，而阴极如图所示位于管的侧面。图7示出具有旋转阳极的源。图8示出具有不同材料的旋转阳极，从而源可改变能量和靶材料两者。图9示出新源，使用扫描机构来移动电子撞击靶的位置(因而移动生成的X-射线被发射的位置)。靶和扫描可沿线、圆、多个位置或对扫描有利的任何形状。偏转板或线圈14用于将电子引导到期望位置。图10示出新源，具有扫描结构以及检测器15。检测器可为区域检测器、线扫描检测器、斑检测器或任意适合的X-射线接收器。图11示出图10中的检测器，用于采用线扫描或断层图像的行李和/或货物扫描
>J-U装直。图12示出半波科克罗夫特沃尔顿乘法器。图13示出全波科克罗夫特沃尔顿乘法器。图14示出三相乘法器电路。图15示出在阳极周围具有遮蔽/准直16的实施方案。图16示出在阳极周围具有遮蔽/准直16的实施方案，但是在管内部。替代地，此遮蔽可在管外部。图17示出具有两个阴极和一个阳极的双能X-射线源的现有技术。图18示出CT成像系统的示图。图19示出在图18中示出的系统的方框示意图。图20示出使用根据本发明实施方案的非侵入性行李检查系统的CT系统的示图。图21示出具有朝向管中心加速的粒子的新源的变化。一个实例可用于生成中子(例如氘或氚)，或者也可使用其它适合的粒子。每个阴极可发射不同材料，和/或可由不 同材料制成。图22不出一个实施方案的不图，其中将两个能量用于例如电子感应加速器、回旋加速器或使用注入的电子或粒子的其它装置的这种东西。可注入多个不同能量和类型的粒子或电子。图23示出散射扫描车的示图，使用根据本发明一个实施方案的多个能量。图24示出可使用根据本发明一个实施方案的两个或多个能量的散射体成像系统的示图。图25示出用于乳腺放射成像术的实施方案的示图和方框图。图26和图27示出用于射线照相术的一个实施方案的示图。图28示出当适当地塑造时可用于阴极的钨(或其它材料)线圈的示图。图29示出根据本发明第一实施方案的图28中的线圈的示图，但是塑造为环形方式。图30示出用于筛选行李的多视图X-射线系统。A、B、C为各X-射线源。详述在一个实施方案中，如下发明关注用于(使用双能或多能X-射线源的)医疗、安全或其他产业的双能X-射线源。应用包括使用双能或多能范围X-射线源的成像和非成像装置两者。然而，本领域普通技术人员将理解，加速正或负带电原子或亚原子粒子或离子(在下文中称为粒子)的其他装置的变换可采用该实施方式。应注意，在如下说明中，使用了阳极、格栅、阴极以及焦点。具有可通过工业改变的格栅、阳极、阴极以及焦点的各种限定。在本文中，阴极被限定为发射电子(或粒子)的项。阴极可包括灯丝，或阴极可仅为灯丝。在X-射线源(例如热电子、冷、固态、纳米管、基于晶体、光学等)中已知并使用各种阴极。阳极被限定为电子(或粒子)主要冲击的项。多个不同材料经常用于阳极，包括 W、Mo、Cu、Rh、Ni、Cr、Co、Fe、Re、Pd、Ru、Pt、V、Ta、Au、Ag 等。阳极和阴极不是必须要为固体，它们可为气体或等离子体。电子(或粒子)从阴极行进到阳极。格栅被限定为控制电子(或粒子)数量的项。例如，其可将导通或截断电子的数量，或控制来自阴极的电子数量。格栅还可用于影响电子(或粒子)的路径。焦点(未示出)被限定为塑造或影响电子的方向的项，并且典型地其被用做透镜以聚集电子。在某些情况下，焦点还可用于控制电子的数量并影响电子方向。在这种情况下，由于其控制电子的数量和方向，从而其部分充当格栅并部分充当焦点。对于非常快速的切换，格栅和焦点也可被同步以控制电子的数量。因此，应注意，在本专利中，格栅、阳极、阴极以及焦点的使用根据它们的操作被限定，并且不应被在某些产业中使用的严格技术限定所限制。应理解，条件的流动和运动可用于描述控制带电粒子的数量、粒子的方向和路径或两者。
图I示出传统X-射线发生器。其包括阴极I、阳极4以及格栅电极3。焦点电极未示出，但是每个阴极可具有零个、一个或多个焦点电极。电子2从阴极行进到阳极。电子主要沿管轴行进，并且撞击阳极。格栅用于控制电子流动并且可用于影响电子的方向。在此情况下，粒子为电子，但是可使用任何带电粒子。例如，氘或氚离子可用于生成中子。图2示出本发明的优选实施方案。电子2被阴极I发射。在此情况下，阴极6在阴极的中心具有孔。孔可以管或室的轴中心。阴极I电子2行进穿过阴极6。电子光学被设计为使得某些或所有电子不撞击阴极6，而是继续穿过阴极6朝向阳极。格栅电极和/或焦点电极用于将电子导向管的中心轴，从而电子穿过阴极6。可理解，本领域普通技术人员可提出多个变型和方法来控制电子，从而它们没有被阴极6阻止。在本实例中，阴极6具有通过中心的孔。然而，阴极可被布置在一侧或偏离室的轴，如图6所示，并且来自阴极I的电子将通过阴极6，而不穿过阴极6。在这两种情况下，来自两个阴极的电子沿X-射线管的轴的方向行进到阳极。应注意，系统可建构为不具有格栅，其中阴极提供电子，并且阴极或焦点可用于控制发射的电子的数量。电子继续经过阴极6，并且撞击阳极4。在优选实施方案中，阴极6与阴极I处于不同电势，并且阴极6发射电子5，其撞击阳极4。格栅7用于控制来自阴极6的通量，以及塑造电子光学，从而来自两个阴极的电子2、5撞击阳极。替代地，格栅7和/或焦点(未示出)的组合可用于塑造电子2、5的方向。电子光学可用于聚焦电子，从而在阳极4上的撞击位置中具有重叠。替代地，如果其为优选的，电子光学可在斑位置之间产生位移。可由电子光学控制生成的斑从每个阴极偏移的形状、位置以及尺寸。在一个实施方案中，DC电源用于对格栅和阴极充电。理想地，使用对阴极和格栅两者充电的一个电源，或替代地，可使用分离电源。在优选实施方案中，电源将每个阴极设定在固定功率级。在优选实施方案中，到阴极的功率被设计为非常稳定并且被闭环理想地控制。电源也设定格栅和焦点(当使用格栅和/或焦点时)上的适当电压。通过改变格栅电压，其在优选实施方案中由电源控制，可控制来自阴极的电子的输出流动。由于阴极上的恒定功率，此方法提供用于非常快速切换的能力，以及X-射线管的高可靠性。应注意，对本领域普通技术人员可以具有多个变化，例如使用用于每个阴极和格栅的一个或多个分离电源，使用AC或DC以对阴极中的任意灯丝充电，使用分离电源以对格栅提供变化，使用格栅上的不同控制机构，使用同步或异步的触发器机构等等。应理解，如同本发明描述的电源的控制功能可被实施为硬件、软件或这两者的组合。例如，与非瞬时性计算机可读介质通信的处理器可被配置为实施用于操作根据上述说明的带电粒子源的方法。例如，处理器可被配置为施加上述电压，以实施所述功能。具体地，处理器可使得电源将不同电压差施加到阴极、格栅以及阳极，以引起上述带电粒子的流动。关于阴极，阴极I可为本领域普通技术人员公知的传统阴极，或其可为与阴极6、8类似的阴极。阴极6、8被设计为使得电子经过或穿过阴极。本阴极的实例可包括像塑造为类似垫圈的钨电线、线圈、单晶体或金属一样简单的某些东西。在优选实施方案中，方法将采用钨电线，将其缠绕成与图28所示的传统灯丝类似的弹簧，将其弯曲成与图29类似的圆形，将其安装为使得端部闭合，并且使用某些支撑物来将灯丝夹持在适当位置。如果期望更具刚性的灯丝，可使用更粗的钨电线。、
阴极不是必须仅使用灯丝或固态金属。可使用生成电子的其它方法，例如采用垫圈形材料，将其用铯覆盖，并且将其用激光光学激励。为了非常高的性能和长的寿命，另一方法是使用储备式阴极，但是塑造为容许电子穿过或通过阴极。如可理解的，本领域普通技术人员可提出多个不同方法来建构阴极6、8，并且使用各种处理，例如高温度处理，真空处理等等，以建构并处理阴极用于X-射线管的实例配置将为发射160kv和80kv的管的实例配置。多种配置是可能的。在这种情况下，可能的配置包括具有处于_160kv的阴极1，处于-SOkv的阴极6以及处于地电位的阳极。替代的阴极I可处于地电位，阴极6可处于+SOkv，并且阳极可处于+160kv。再一配置为具有处于_80kv的阴极I,处于地电位的阴极6以及处于+80kv的阳极。管的输出能量可通过调节阴极与阳极之间的电势被控制。如图4所示，通过沿中心轴增加阴极，多个能量输出范围，或者加速状态的进一步区分是可能的。通过使用与图4详述的方法类似的方法，输出可为两个、三个或多个能量。本领域普通技术人员可理解，使用成段加速区域可容许被更多控制的电子加速，因而额外加速区域可被增加以更好的控制电子加速。在优选实施方案中，格栅控制电子从每个阴极流动，以及将电子向管的中心轴引导。在优选实施方案中，焦点也用于将电子向管的中心轴进一步聚焦。来自阴极6的格栅和焦点将塑造并且聚焦来自阴极6和阴极I两者的电子。对于本领域普通技术人员，本配置的变化是可能的。例如，格栅可用于控制和塑造电子的方向，从而不使用焦点。通过改变从每个阴极发射的电子的数量，来自每个能量范围的通量的量可被从脉冲到脉冲进行分离地控制。将通过激励一个阴极、在一个能量范围具有阳极发射X-射线，停止电子从此阴极流动，接着激励第二阴极，导致来自第二能量的X-射线，以进行正常操作。在本优选实施方案中，使用格栅来打开和关闭电子流动到阳极，此将完成。由于每个阴极可独立运行，从而其也能够具有通过两个阴极同时发射的电子，导致被同时发射的两个能量的X-射线。不使用格栅而改变输出通量的另一方法将脉冲到脉冲的(或以某些其他频率)改变由每个阴极发射的电子的数量。本实施方案的益处在于其克服了之前的源的多种限制。源可产生非常快速的切换，可以以相同或相似波形因数适配到相似能量传统X-射线管，可快速改变通量的量，并包括具有根据能量和通量产生高度稳定的X-射线的电势的良好发生器。本方法的另一益处在于其可修改，以升级存在的X-射线源，从而新源可具有统一或非常类似的波形因数。可被开发的此源具有多个变化。例如，可输出多于两个能量范围。使用图4示出的方法，可通过系统输出三个、四个或更多端点能量级。阳极可为旋转阳极、固定阳极、传输阳极或反射阳极。能够用某些阳极材料(或滤波器)组合某些能量，如图7和图8所示。不同材料、材料的不同组合、多个材料位置可用在旋转靶上，如图8所示。在传统靶和旋转靶两者中，不同滤波材料可用在靶的背面上。多个变化对于本领域普通技术人员是可能的。扫描处于不同能量的X-射线束可通过公知地、并用于工业的方法来实现，使用偏转板或线圈14，其变化如图9所示。在图10中，扫描源由可为一个或多个线扫描检测器、区域检测器、能量鉴别检测器、斑、无机发光材料、直接检测或某些其它X-射线检测器的检测器15示出。使用图10中的源的实例应用示出于图11，系统被设立以筛选货物、行李或感兴趣的项。在此情况下，示出沿行李隧道的视图，扫描了行李和货物，如图11所示。在此情况下，多个双能源用于捕获图像数据，用于断层或平板重建。行李将沿隧道运动以捕获断层或平板图像数据。图21描绘了使用本发明的实施方案的替代方法。在此情况下，阴极1、6发射粒子，并且这些粒子在阳极48处的中间碰撞。在此情况下，阳极也具有孔，从而粒子彼此撞击。其的实例可在两个阴极中发射氘，并且导致的碰撞将产生中子。再一个变化如图22所示，其中阳极发射电子或其它粒子。在此情况下，实施方案被用作多能电子源。在高切换速度下或利用本实施方案所提供的特征，其可被例如电子感应加速器、回旋加速器或可使用多个能量粒子或电子的装置的这些东西使用。
图18和图19示出系统将如何在医疗CT应用中工作的更详细的说明。参见图18，计算机断层扫描(CT)成像系统17示出为包括由“第三代” CT扫描器表示的台架20。台架20具有向位于台架20的相对侧的检测器组件或准直仪53投射一束X-射线32的双能X-射线源18。在本发明的某些实施方案中，X-射线源18包括固定靶或旋转靶。现参见图19，检测器组件53由多个检测器34和数据获取系统(DAS)33形成。多个检测器34感测穿过内科病人19的投射的X-射线，并且在之后的处理中DAS 33将数据转换成数字信号。每个检测器34产生模拟电信号，其表示冲击X-射线束和之后在束穿过病人19时减弱的束的密度。在扫描以获取X-射线投射数据期间，台架20和安装在其上的元件绕旋转52的中心旋转。台架20的旋转和X-射线源18的操作由CT系统17的控制机构35所管理。控制机构35包括将功率和计时信号提供到X-射线源18的X-射线控制器36和生成器37、以及控制台架20的旋转速度和位置的台架电机控制器38。图像重显装置39从DAS 33接收被抽样和被数字化的X-射线数据，并执行高速重显。重显图像被应用为到将图像存储到大容量存储器装置40中的计算机27的输入。计算机27也从操作器经由具有某些形式的操作器接口(例如键盘、鼠标、声控控制器或任意其它适合的输入设备)的控制台29接收命令和扫描参数。相关显示器28容许操作器观察来自计算机27的重显图像和其它数据。供应指令和参数的操作器由计算机27使用，以将控制信号和信息提供到DAS 33、X-射线控制器36以及台架电机控制器38。此夕卜，计算机27操作平台电机控制器26，其控制电动平台25以定位病人19和台架20。具体地，平台25通过图18的台架开口 21全部或部分地移动病人19。系统17可以以本文中详述的多个配置的一个操作。在操作中，电势被施加到阳极与阴极之间，并且使得从阴极发射的电子经由电势向阳极加速。对于双能成像，格栅被控制为使得一个能量首先输入，其经由格栅关闭，接着通过改变适当的格栅电压，下一能量输出。源能够非常快速的切换速度，并且其也能够改变来自每个能量的通量。因而，系统快速切换能量和通量，以捕获双能X-射线图像数据。如果期望，系统可被设计为改变斑尺寸。在数据捕获之后或期间，图像被滤波、重显以及分析。应注意，检测器不是必须捕获两个能量中的数据，而是可用于捕获单个能量或两个能量中的数据。图20示出包/行李CT系统，其使用旋转台架代替图10和图11示出的固定源。现参见图20，包/行李检查系统41包括其中具有开口 68的可旋转台架48，包或多件行李可穿过可旋转台架。可旋转台架48容纳了双能X-射线源42以及检测器组件49。也设置了传送器系统53，并且包括由结构47支撑的传送带52，以自动地并持续地通过待被扫描的开口 41来传递包或行李件45。靶43经由传送带51馈送通过开口 68，接着获取成像数据，并且传送带51以被控制并且持续的方式从开口 68移除包43。结果是，邮政检查员、行李管理者以及其它保卫人员可非侵入地检查包43的内容的爆炸物、刀具、枪支、走私品等。一个实例中的系统17和/或41的实施方式包括多个元件，例如一个或多个电子元件、硬件元件和/或计算机软件元件。多个这种元件可在系统17和/或41的实施方式中被组合或被分开。系统17和/或41的实施方式的示例元件采用和/或包括写入多个编程语言的任意一个或以多个编程语言的任意一个实施的一组和/或一系列计算机指令，如本领域普通技术人员所理解的。一个实例中的系统17和/或41的实施方式包括任意(例如水平、倾斜或垂直)方向，本发明的说明书和附图示出了系统17和/或41的实施方式的示例方向，用于说明的目的。一个实例中的系统17和/或系统41的实施方式采用一个或多个计算机可读信号 承载介质。一个实例中的计算机可读信号承载介质存储软件、固件和/或汇编语言，以执行一个或多个实施方式的一个或多个部分。用于系统17和/或系统41的实施方式的计算机可读信号承载介质的一个实例包括显像器39的可记录数据存储介质、和/或计算机27的大容量存储器40。用于一个实例中的系统17和/或系统41的实施方式的计算机可读信号承载介质包括一个或多个磁、电、光学、生物学和/或原子数据存储介质。例如，计算机可读信号承载介质的实施方式包括软盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、硬盘驱动器和/或电子存储器。在另一个实例中，计算机可读信号承载介质的实施方式包括经由网络传输的被调制的载波信号，该网络包括或与系统17和/或系统41的实施方式耦合，该网络例如为一个或多个电话网络、局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)、因特网和/或无线网络。图23绘示用于散射扫描车的X-射线源。这里，双能或多能源59可用于从扫描提供的附加散射扫描能量。车58具有多个检测器56、57。飞斑机构54包括源59和调制盘55。车58可被配置为从车的任一侧发射X-射线。典型操作将扫描一个像素和一个能量，接着使用下一能量扫描下一位置。这导致具有不同能量的两个图像。由于新源59可快速切换能量和通量，从而检测器56、57的捕获率可潜在增加以得到期望的解决。此外，来自不同能量的通量可被动态调节以将产生的图像信号提高到噪声。图24示出散射扫描X-射线体成像装置。使用此新源59提供取代电流源的能力，因而提供捕捉多能C-射线图像的能力。示出了相关检测器61和被扫描的人62。除了图24示出的散射扫描成像之外，散射扫描成像的多个不同变化是可能的。除了提供双能或多能之外，还能够通过例如从侧到侧调节斑位置，以增加来自系统的信息。图25示出乳腺放射成像术系统的绘图表示。系统基本包括X-射线乳腺放射成像术单元64、检测器63以及成像工作站66以及图像库65。X-射线乳腺放射成像术单元64包括X-射线发生器以及源59，其可具有如同在本文中详述的多个配置。利用本发明，输出能量、通量、阳极材料、多个阳极材料、斑尺寸以及用于X-射线的滤波器的X-射线管可改变，以得到生成图像的期望特征输出。通过调节斑位置，或通过具有两个或多个斑位置，能够使用此源来提供受限角断层摄影术/X射线分层摄影术。具有各种不同方式来这样做，例如利用电子光学、焦点、偏转板或线圈14，或通过物理地移动源。图26示出传统射线照相术成像系统。在本系统中，病人116可被朝前或朝后移动，并且源59和检测器105可被调节。一个或多个检测器105用于捕获图像。双能X-射线源59可在这些情况中使用，以一个、两个或多个能量提供非常稳定的输出能量。由于利用所有其它配置，从而管能量、阳极材料、通量、斑尺寸以及滤波器可被调节，以得到系统的期望特征输出。通过改变斑尺寸，可改变系统分辨率。此外，通过移动电子斑位置，能够产生受限角断层摄影术/X射线分层摄影法。用于产生3D信息的实例方法将用于使用不同斑位置捕获图像，例如利用电子光学、焦点、偏转板或线圈14，或通过物理地移动源。图27中示出的另一实例示出X-射线荧光镜和射线照相术设备的操作，其中操作者215从X-射线荧光镜和射线照相术设备的背面接近桌面板207。首先，X-射线荧光镜和射线照相术设备被设定在水平姿势。由于机构以X-射线管59和图像接收系统205彼此独立运动的方式组成，从而使得X-射线管59的焦点位置和图像接收系统的图像增强器206的管轴通过控制器彼此相符。接着，X-射线从X-射线管59照射出去，并且形成在监测器上的X-射线图像通过准直仪202在视图的必要领域中被调节。然后，主体人211被放在桌面板207上。接着，X-射线被再次照射。在观察在监测器上形成的X-射线荧光镜图像的同时，操作者215操作控制器的控制板上的手柄，并在X-Y方向上移动桌面板207，从而主体人211的目标部分可位于监测器上的中心处。此时，如果需要，则实施X-射线斑射线照相术。 X-射线被关闭。依据被诊断的部分，通过主体人211的身体表面上的目标部分中的照明灯做标记。接着，桌面板207被移动到接近主框架204上方的支撑柱203的位置，并且支撑X-射线管59的支撑柱203在桌面板207的径向上移动到下侧。此时，支撑柱203所占据的空间变开阔。因此，操作者215能够从设备的背侧接近距离桌面板207非常近的位置。因此，除了 X-射线荧光镜诊断之外，还能够同时实施其它诊断，例如内窥镜诊断以及超声诊断。在X-射线荧光镜和射线照相术设备中，图像接收系统205可接近距离桌面板207的上侧的一端(主体人的顶部)例如38厘米的一个位置。操作者215在助手或护士 I帮助下监测主体人的头部的荧光镜图像的同时，接近桌面板207的前侧或后侧并且实施内镜检查。可替代地，如下文实施泌尿器官的检查(利用造影剂的肾和尿道系统的射线照相术)。在主体人的腿被布置在桌面板211的上侧上的同时，接近桌面板207的护士将造影剂注射到主体人的静脉，并且X-射线验收工程师定期实施斑-射线照相术。为了实施这些检查，操作者215、助手、护士和X-射线验收工程师必须在主体人211周围准备对其的检查。因此，在此X-射线荧光镜和射线照相术设备中，当支撑柱203在桌面板207的径向上移动时，能够制造空间。此外，能够将桌面板207的背侧部分移动到主框架204上方的支撑柱附近的位置。因此，操作者205可到达桌面板207的一端以实施检查工作。X-射线荧光镜和射线照相术设备的一个实施方案如上文所述而组成。当图像被捕获时，一个双能图像可被捕获。类似地，通过适当地选择能量和/或滤波器，可完成K-边缘成像。替代地，可使用不同斑尺寸。用于夹持X-射线管的支撑柱被夹持在主框架的一侧上，并且支撑柱和图像接收系统彼此机械连接并在桌面板的径向上移动，或替代地支撑柱和图像接收系统在桌面板的径向上独立移动。当支撑柱移动时，支撑柱所占据的空间变开阔，此外桌面板可移动到接近主框架上方的支撑柱的位置。因此，在操作者保持在容易地体定向的同时，操作者能够接近桌面板的一端并且容易地对主体人做出诊断。图30示出X-射线源的另一个实例，但是在多视图X-射线系统中，其用在安全检查站处。可使用一个或多个X-射线源59。如果系统使用三个图像，位置A、B、C为源的潜在位置。典型地，每个X-射线发生器59将具有相关检测器250。在这种情况下，行李将沿隧道251传送，由传送器252所承载。 这些先前实例提供了可如何使用不同源的某些实例，并且本领域普通技术人员将认识到具有多种不同变化，包括使用扫描电子束、XRF应用、XRD应用、XRF或XRD成像以及使用双能或多能或能量范围X-射线的任何应用，在安全检查站、双能汽车扫描装置、k-边缘成像、X射线分层摄影法、X线断层摄影术、微焦点成像、多斑尺寸成像或合成X线体层成像(tomosynthesis)中所使用的传统单视图X-射线。与本文的实施方案相关，但是本领域普通技术人员均知道的是，进行捕获、滤波、再现、分析以及显示生成图像、测量或从装置输出以使用双能X-射线源的相关检测器、计算机以及硬件和软件。在某些情况下提到了这个，但是本领域普通技术人员均知道。关于电源，用于源的电源可由本领域普通技术人员以多种不同方式构建。
得到期望电压的一种方式是通过运出倍压器的适当乘数水平。半波科克罗夫特沃尔顿(CW)乘法器示出在图12中，用于较高电流的全波乘法器示出在图13中，并且三相乘法器示出在图14中。用于双能X-射线管的再一个实施方案，电源可为具有在彼此顶部上堆迭的多个变压器的佩舍尔设计。理想地，对于非常稳定的源输出，在每级具有闭环反馈机构。因而，输出级运出适当乘数水平，并且加速级和/或阴极上的生成电压被测量，并且闭环反馈用于控制每级。附加加速级也可加入以保证电子的平滑加速。尽管已经仅关联有限数量的实施方案描述了本发明，然而应容易理解，本发明不限于这些公开的实施方案。然而，本发明可被修改以并入这里没有描述的任意数量的变化、替代、替换或等同布置，而是与本发明的精神和范围相当。此外，本发明可应用于将正或负带电粒子、亚原子粒子或离子的加速的任何装置。因此，尽管已经描述了本发明的各实施方案，然而应理解本发明的方案可包括所述实施方案的仅仅某些实施方案。因此，本发明不被看作受上述说明的限制，而是仅由所附权利要求书的范围所限制。
权利要求
1.一种源装置，包括 室; 第一阴极，被布置在所述室内； 第二阴极，被布置在所述室内；以及 阳极，被布置在所述室内， 其中所述第一阴极在至少部分沿所述室的轴的方向上与所述阳极间隔开第一距离，所述第二阴极在至少部分沿所述室的轴的方向上与所述阳极间隔开第二距离，并且其中所述第一距离小于所述第二距离。
2.如权利要求I所述的源，其中所述第一阴极包括开口，由所述第二阴极发射的带电粒子能够穿过该开口。
3.如权利要求2所述的源，其中所述开口面向所述室的轴。
4.如权利要求I所述的源，其中所述第一阴极被布置为至少部分脱离所述室的轴。
5.如权利要求4所述的源，其中所述第二阴极被布置为至少部分在所述室的轴上。
6.如权利要求I所述的源，还包括格栅，被配置为控制带电粒子在所述室中的运动。
7.如权利要求I所述的源，还包括 第一格栅，被配置为控制带电粒子在所述第一阴极与所述阳极之间的运动；以及 第二格栅，被配置为控制带电粒子在所述第二阴极与所述第一阴极之间的运动。
8.如权利要求7所述的源，其中所述第一格栅和所述第二格栅被配置为将所述带电粒子从所述第一阴极和所述第二阴极导向所述阳极上的单斑位置。
9.如权利要求7所述的源，其中所述第一格栅被配置为将所述带电粒子从所述第一阴极导向所述阳极上的第一单斑位置并将所述带电粒子从所述第二阴极导向所述阳极上的第二单斑位置。
10.如权利要求I所述的源，还包括电源，被配置为在所述第一阴极与所述阳极之间供应第一电势差并在所述第二阴极与所述阳极之间供应第二电势差。
11.如权利要求10所述的源，其中所述第一电势差和所述第二电势差在大小或极性上不同。
12.如权利要求I所述的源，其中所述第一阴极和所述第二阴极被配置为沿所述室的轴的方向上发射带电粒子。
13.如权利要求I所述的源，其中所述室为管。
14.如权利要求I所述的源，还包括焦点，被配置为控制带电粒子在所述室中的流动。
15.如权利要求I所述的源，还包括偏转板，被配置为控制带电粒子在所述室中的流动。
16.如权利要求I所述的源，还包括线圈，被配置为控制带电粒子在所述室中的流动。
17.如权利要求I所述的源，其中所述第一阴极和所述第二阴极被配置为发射电子。
18.一种X-射线源，包括 室，具有轴； 第一阴极，被布置在所述室内并被配置为发射带电粒子； 第二阴极，被布置在所述室内并被配置为发射带电粒子； 阳极，位于所述管内；第一格栅，被配置为使得来自所述第一阴极的所述带电粒子至少部分沿所述室的轴运动；以及 第二格栅，被配置为使得来自所述第二阴极的所述带电粒子至少部分沿所述室的轴运动。
19.如权利要求18所述的源，其中所述第一阴极包括开口，来自所述第二阴极的带电粒子能够穿过该开口。
20.如权利要求19所述的源，其中所述开口面向所述室的轴。
21.如权利要求18所述的源，其中所述第一阴极被布置为至少部分脱离所述室的轴。
22.如权利要求21所述的源，其中所述第二阴极被布置为至少部分在所述室的轴上。
23.如权利要求18所述的源，其中所述第一格栅和所述第二格栅被配置为将所述带电粒子从所述第一阴极和所述第二阴极导向所述阳极上的单斑位置。
24.如权利要求18所述的源，还包括电源，被配置为在所述第一阴极与所述阳极之间供应第一电势差并在所述第二阴极与所述阳极之间供应第二电势差。
25.如权利要求24所述的源，其中所述第一电势差和所述第二电势差在大小或极性上不同。
26.如权利要求18所述的源，其中所述室为管。
27.如权利要求18所述的源，还包括焦点，被配置为控制带电粒子在所述室中的流动。
28.如权利要求18所述的源，还包括偏转板，被配置为控制带电粒子在所述室中的流动。
29.如权利要求18所述的源，还包括线圈，被配置为控制带电粒子在所述室中的流动。
30.如权利要求18所述的源，其中所述第一阴极和所述第二阴极被配置为发射电子。
31.一种X-射线机，包括 一种X-射线源，所述源包括 管； 第一阴极，被布置在所述管内并被配置为发射电子，所述第一阴极包括开口 ； 第二阴极，被布置在所述管内并被配置为发射电子； 阳极，被布置在所述管内； 格栅，被配置为引导来自所述第二阴极的带电粒子穿过所述第一阴极中的所述开口 ；以及 X-射线检测器。
32.—种操作带电粒子源的方法，该方法包括 在室中的第一阴极和阳极之间施加第一电压差； 在所述室中的第二阴极和所述阳极之间施加第二电压差； 在所述第一阴极和第一格栅之间施加第三电压差，以容许通过所述第一阴极发射所述带电粒子；以及 在所述第二阴极和第二格栅之间施加第四电压差，以容许通过所述第二阴极发射所述带电粒子， 其中所述第三电压和所述第四电压在不同的时间被施加。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述第一电势差和所述第二电势差在大小或极性上不同。
全文摘要
用于国土安全、医疗、非破坏性测试、以及其它市场的一种双能X射线源包括电源以及单个X-射线管。该X-射线管包括两个阴极以及单个阳极。来自阴极的电子主要沿X-射线管的轴行进，并且撞击阳极。格栅和/或焦点线圈引导电子从而电子可经过阴极。阴极保持在不同电势，从而管可快速切换能量，并且可快速切换来自每个阴极的输出通量。
文档编号H01J35/06GK102640252SQ201080048364
公开日2012年8月15日 申请日期2010年11月2日 优先权日2009年11月2日
发明者C·查瑞特, D·雷诺兹 申请人:Xr科学有限责任公司