阴极组件及具有该阴极组件的X射线光源与CT设备的制作方法

本发明涉及一种阴极组件，本发明还涉及具有该阴极组件的X射线光源及CT设备。

背景技术：

X射线在工业无损检测、安全检查、医学诊断和治疗等领域具有广泛的应用。特别是，利用X射线的高穿透能力制成的X射线透视成像设备在人们日常生活的方方面面发挥着重要作用。这类设备早期的是胶片式的平面透视成像设备，目前的先进技术是数字化、多视角并且高分辨率的立体成像设备，例如CT(computed tomography)，可以获得高清晰度的三维立体图形或切片图像，是先进的高端应用。

在现有的CT设备中，X射线发生装置需要在滑环上运动，为了提高检查速度，通常X射线发生装置的运动速度非常高，导致设备整体的可靠性和稳定性降低，此外，受运动速度的限制，CT的检查速度也受到了限制，因此检查效率较低。另外，此类设备的X射线源在滑环上运动，导致等效的X射线源焦点变大，从而使得的成像的图片存在运动伪影，清晰度差，对一些较小的违禁品存在漏检的可能性。并且此类设备只能检查静止(或者缓慢运动)的物体，对于运动的物体，几乎无法成三维立体图。

采用热阴极作为电子发射单元，并且对热阴极进行阵列排布，利用热阴极栅极间的电压控制电子的发射，从而控制每一个阴极按顺序发射电子，在阳极上按相应顺序位置轰击靶点，成为分布式X射线源。通过电控开关代替螺旋CT的机械旋转，可以在多个视角快速产生X射线源，从而从过个角度进行快速成像，该方法可大大的提高检查效率；提高图像的清晰度；并且该方案结构简单、系统稳定、可靠性高。

为了提高分布式光源的成像质量，通常要求分布式光源中的光源数量在几十到几百个(根据需要确定)，这就意味着需要大量的阴极。目前的设计方案是将阴极、束流控制电极(栅网)、补偿聚焦电极为一体，如果其中一个阴极(或者阴极组件)出现异常，需要拆卸和更换是非常麻烦的。现在的设计方案在设备的维护与更换方面是非常不方便的。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种更换方便的阴极组件，本发明的另一目的在于提供具有该阴极组件的X射线光源以及CT设备。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一个方面，一种阴极组件，包括陶瓷插头及陶瓷插座；陶瓷插头具有相对设置的第一端和第二端，所述第一端的外端面上设有四个接线端子，且第一端的外周面上设有外凸的定位部，所述陶瓷插头内部形成一内腔，所述内腔的开口位于所述第二端，所述内腔内设置有阴极，所述阴极具有灯丝，所述灯丝具有正极引线和负极引线，所述第二端的端面上设有栅网，所述栅网具有栅压信号线，所述阴极具有阴极表面引线，所述正极引线、负极引线、栅压信号线和阴极表面引线分别电性连接于其中一个所述接线端子；陶瓷插座具有四个接线筒子，所述陶瓷插座能够与所述陶瓷插头的第一端相接触，四个所述接线筒子能够与四个所述接线端子电性连接。

根据本发明的一实施方式，所述陶瓷插头的外表面上设有容纳所述栅压信号线的沟槽。

根据本发明的一实施方式，所述定位部为环形台阶。

根据本发明的一实施方式，所述陶瓷插头的第一端的端面上设有沉孔，所述沉孔内固定设置金属固定环，所述阴极具有多个支撑腿，所述支撑腿固定连接于所述金属固定环，所述金属固定环与其中一个所述接线端子相连接，形成所述阴极表面引线。

根据本发明的一实施方式，所述金属固定环为具有开口的弹性环，且所述金属固定环上具有向外弯折的卡合部，所述沉孔的内壁上设有环形卡槽，所述卡合部卡合于所述环形卡槽，所述金属固定环焊接于所述沉孔内。

根据本发明的一实施方式，所述沉孔内设有位于所述灯丝与支撑腿之间的陶瓷绝缘环。

根据本发明的一实施方式，阴极焊接于所述内腔内。

根据本发明的一实施方式，所述陶瓷插座上设有用于排出所述陶瓷插头内的空气的透气孔。

根据本发明的一实施方式，所述陶瓷插头为圆柱形，所述第一端的外端面上还设有一定位孔，四个所述接线端子以及所述定位孔沿陶瓷插头的轴线呈圆周均布。

根据本发明的另一个方面，一种X射线光源，包括：

真空室；

阳极靶，设置于所述真空室内；

安装固定板，设置于所述真空室内并与所述阳极靶相间隔设置，所述安装固定板上设有多个安装孔；

聚焦电极，设置于所述阳极靶与安装固定板之间，所述聚焦电极上设有多个供电子通过的并且与所述安装孔相重合的聚焦贯通孔；

补偿电极，设置于所述聚焦电极与安装固定板之间，所述补偿电极上设有多个供电子通过的补偿贯通孔，所述补偿贯通孔与所述聚焦贯通孔位置相重合，以使电子依次穿过补偿贯通孔和聚焦贯通孔；

多个上述的阴极组件，可拆卸地固定连接于所述安装孔内，其中所述阴极组件的陶瓷插头的定位部与所述安装孔相配合以定位阴极组件。

根据本发明的一实施方式，所述聚焦电极与补偿电极之间设有陶瓷压板。

根据本发明的一实施方式，所述安装固定板上设有用于锁紧所述阴极组件的锁紧装置。

根据本发明的一实施方式，所述锁紧装置包括：

第一卡座，固定设置于所述安装固定板；

第二卡座，固定设置于所述安装固定板并与所述第一卡座分别位于安装孔的两侧；

压板，其一端枢接于所述第一卡座，所述压板能够处于一锁紧状态以及一解锁状态，压板处于锁紧状态时，该压板的另一端能够与所述第二卡座相卡合，且压板能够压触所述阴极组件的陶瓷插座，压板处于解锁状态时，该压板与第二卡座相脱离并远离所述陶瓷插座。

根据本发明的一实施方式，所述压板为框架型结构，所述陶瓷插座具有环形凸缘，所述压板能够套设于所述陶瓷插座并压触所述环形凸缘。

根据本发明的另一个方面，一种CT设备，包括上述的X射线光源。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

本发明的阴极组件，通过将陶瓷插头与陶瓷插座相插接即可完成组装，在更换阴极组件时，可以直接将其从X射线光源上取下，无需对X射线光源的聚焦电极和补偿电极进行操作，安装更换过程方便快捷，减少了安装更换所需的人工成本，便于设备的维护和更换。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明一实施方式的阴极组件的结构剖面示意图；

图2是图1中陶瓷插头的后视图；

图3是图1中陶瓷插座的后视图；

图4是图1中的陶瓷插头从另一角度剖切时的剖面示意图；

图5是本发明另一实施方式的阴极组件中的陶瓷插头的结构示意图；

图6是本发明一实施方式的X射线光源的结构示意图；

图7是图6中阴极组件的安装示意图；

图8是组件安装固定后的后视示意图。

图中：1、陶瓷插头；10、定位部；11、接线端子；12、栅网；13、沟槽；14、栅压信号线；15、沉孔；17、内腔；18、阴极；181、灯丝；182、正极引线；183、负极引线；184、支撑腿；185、陶瓷绝缘环；186、金属固定环；187、卡合部；19、定位孔；2、陶瓷插座；21、接线筒子；22、透气孔；23、环形凸缘；3、真空室；4、阳极靶；5、安装固定板；51、安装孔；6、聚焦电极；61、聚焦贯通孔；7、补偿电极；71、补偿贯通孔；81、第一卡座；82、第二卡座；83、压板；84、固定螺丝；91、高压连接装置；92、高压连接装置；93、高压电源；94、补偿聚焦电源；100、阴极组件。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

参见图1至图4，本发明实施方式公开了一种阴极组件100，该阴极组件100应用于X射线光源以及具有该光源的CT设备中。阴极组件100为热阴极，通电加热后，能够发射电子，并通过其发生的电子产生X射线。本实施方式的阴极组件100包括陶瓷插头1以及陶瓷插座2。陶瓷插头1和陶瓷插座2是相互分离的独立部件，两者可以插装在一起。

如图1至图3所示，在本实施方式中，陶瓷插头1具有相对的第一端和第二端，该第一端和第二端分别为陶瓷插头1的尾部及头部。在第一端的外端面上设有四个接线端子11，在第一端的外周面上还设有外凸的定位部10，在本实施方式中的定位部10为环形台阶，但不以此为限，例如也可为外凸的非连续性的突出部等结构。该陶瓷插头1的内部形成一内腔17，该内腔17的开口位于第二端，在内腔17内设有阴极18，该阴极18具有灯丝181，灯丝181用于加热阴极18，灯丝181具有正极引线182和负极引线183。阴极18还具有固定支撑腿184，用于焊接于定位环186上从而固定阴极18，阴极支撑腿184与阴极发射面是电气连接的，同时将阴极支撑腿184的引线引出，形成阴极表面引线。在第二端的端面上设有栅网12，该栅网12具有栅压信号线14。正极引线182、负极引线183、栅压信号线14和阴极表面引线分别电性连接于其中一个接线端子11上。

该栅网12用于控制阴极18是否发射电子。当栅网12处于负偏压时，阴极18截止，不发射电子，当栅网12处于正偏压时，阴极18可以发射电子。

进一步而言，如图2所示，该陶瓷插头1为圆柱形，在第一端的外端面上还设有一个定位孔19，这四个接线端子11与该定位孔19共同沿着陶瓷插头1的轴线成圆周分布。该定位孔19可以用于陶瓷插头1和陶瓷插座2之间的定位。

如图1及图2所示，该陶瓷插座2具有四个接线筒子21，这四个接线筒子21的位置与四个接线端子11的位置相对应，该陶瓷插座2能够与陶瓷插头1的第一端相接触，当两者接触时，这四个接线端子11能够插入到接线筒子21中，从而使得接线端子11和接线筒子21电性连接，接线筒子21连接外界电线后，该阴极组件就可以开始工作。在陶瓷插座2上也可以设置与陶瓷插头1上位置相同的定位孔，从而避免两者连接时插错。在陶瓷插座2上还可以设置透气孔22，该透气孔22贯通陶瓷插座2并垂直与第一端的外端面。在抽气时，可以通过透气孔22将陶瓷插头1内的空气尽快排空。

如图4所示，该陶瓷插头1的外表面上可以开设有容纳栅压信号线14的沟槽13，该沟槽13可以在陶瓷插头1上直接磨制而成，沟槽13的深度只需要保证容纳栅压信号线14即可。栅压信号线14位于沟槽13之后，可以对该栅压信号线14进行电器隔离，同时保护栅压信号线，避免其受到磕碰。

参见图1及图4，在陶瓷插头1的第一端端面上设有一个沉孔15，该沉孔15内固定设置有一个金属固定环186，该阴极18可以具有多个支撑腿184，该支撑腿184从内腔17延伸至沉孔15中之后，再固定连接在该金属固定环186上。该金属固定环186可连接至其中任意一个接线端子11上。通过调节支撑腿184的长度，可以改变阴极18在内腔17中的高度，从而调节阴极到栅网之间的距离。

进一步而言，在本实施方式中，该金属固定环186是焊接在沉孔15内的。在焊接时，首先使沉孔15的内壁金属化，然后将金属固定环186与沉孔15进行焊接。其中，本实施方式的金属固定环186还可以进一步为具有开口的弹性环，而在该金属固定环186上再设置向外弯折的卡合部187，而在沉孔15内部则设置有环形卡槽。该金属固定环186放入沉孔15之后，能够在自身弹力的作用下扩张，使得金属固定环的卡合部187与环形卡槽相卡合，然后即可完成金属固定环186的焊接工作，从而使得金属固定环固定更可靠。如此一来，即使金属固定环186焊接部位由于高温熔化失效，该金属固定环186仍然会留在沉孔15中，保证系统的可靠性。

由图1、图2及图4可知，在沉孔15还还可以设置位于灯丝181与支撑腿184之间的陶瓷绝缘环185，该陶瓷绝缘环185能够间隔开灯丝181和支撑腿184，防止两者发生短路，如此一来可以减小灯丝181与支撑腿184之间的间隙，使两者靠的比较近，有利于减小沉孔15的尺寸。由于支撑腿184穿过陶瓷后达到沉孔15，然后焊接到固定环上，由于支撑腿细小，热传导速率较慢，阴极工作起来后通过支撑腿传递到定位环上的热量也较低，可以保证阴极工作起来后固定支撑腿与定位环的温度较低，极大地提高了系统的可靠性。

本领域技术人员应当理解的是，该阴极18连接与陶瓷插头1的方式并不限制，也可以不存在支撑腿184。如图5所示为本发明另一实施方式的阴极组件，该实施方式中，阴极18直接焊接在内腔17中。

本发明的阴极组件100结构简单紧凑，在维修更换时，拆装比较方便，仅拆装阴极组件即可，不需要对X射线光源的补偿电极和聚焦电极做任何拆卸。显著地降低了维护及安装成本，提高了维护便利性，延长了设备的使用寿命。

如图6所示为本发明一实施方式的X射线光源的结构示意图。该X射线光源是分布式光源，除了包括多个本发明实施方式的阴极组件100之外，还包括真空室3、阳极靶4、安装固定板5、聚焦电极6和补偿电极7。

阳极靶4、阴极组件100、安装固定板5、聚焦电极6和补偿电极7均设置在该真空室3中，阳极靶4和安装固定板5大致相平行，安装固定板5与阳极靶4呈间隔设置。聚焦电极6位于安装固定板5和阳极靶4之间，而补偿电极7则位于聚焦电极6与安装固定板5之间，阳极靶4、聚焦电极6、补偿电极7以及安装固定板5之间的相互间隔的距离可以根据需要进行调整，在补偿电极7和聚焦电极6之间可以设置陶瓷压板以实现补偿电极7和聚焦电极6的定位。阳极靶4通过高压连接装置91与真空室3外部的高压电源93相连接，而聚焦电极6和补偿电极7通过高压连接装置92连接至位于真空室3外部的补偿聚焦电源94。

在安装固定板5上设有多个安装孔51，在聚焦电极6上设有多个供电子通过的并且与所述安装孔51同轴的聚焦贯通孔61，在补偿电极7上设有多个供电子通过的补偿贯通孔71，补偿贯通孔71与聚焦贯通孔61是同轴的，以使电子依次穿过补偿贯通孔71和聚焦贯通孔61。

阴极组件100可拆卸地固定连接于安装孔51内，当连接阴极组件100时，在阴极组件100的陶瓷插头1上的定位部10与安装孔51相配合，从而达到定位阴极组件100的目的。本领域技术人员应当理解的是，该阴极组件100连接至安装孔51内的方式并不限制。在本实施方式中，该安装固定板5上设有用于锁紧阴极组件100的锁紧装置。该锁紧装置包括第一卡座81、第二卡座82以及压板83。

第一卡座81和第二卡座82通过固定螺丝84固定设置与安装固定板5上，并且，该第一卡座81和第二卡座82分别位于安装孔51的两侧，该压板83的一端枢接与第一卡座81上，并且，该压板83能够处于一锁紧状态以及一解锁状态。当压板83处于锁紧状态时，该压板83的另一端能够与第二卡座82相卡合，此时，压板83能够压触阴极组件100的陶瓷插座2，从而将阴极组件100固定连接在安装固定板5上。而当压板83处于解锁状态时，压板83与第二卡座82相脱离并远离陶瓷插座2，这样就可以将阴极组件100从安装固定板5上取下。

进一步而言，在本实施方式中，该压板83为框架型结构，而在陶瓷插座2上具有环形凸缘23，该压板83能够套设于陶瓷插座2上并压触该环形凸缘23。

本发明实施方式的X射线光源在使用时，阴极18处于地电位，栅网12、聚焦电极6、补偿电极7处于低正压，在补偿电极7上施加合适的电压用于调整栅网12两端的电场强度，从而保证电子穿过栅网12后具有最小的发射度增长，使得束流的聚焦更加容易，通过适当的提高补偿电极7的电压还可以减小栅网12对电子的俘获率，提高电子利用率。通过调整聚焦电极的电压，可以将束流聚焦到合适的尺寸。该阴极18发射的电子依次穿过栅网12、补偿电极7上的补偿贯通孔71以及聚焦电极6上的聚焦贯通孔61，最后到达阳极靶4。该阳极靶4处于正高压，电子的能量在阳极靶4处转换为X射线。

如果要更换阴极组件100，只需要将锁紧装置的压板83解锁，此时即可将阴极组件100从安装固定板5上取下，然后更换新的阴极组件，在此过程中不需要对聚焦电极和补偿电极做任何改动，安装更换过程方便快捷，减少了安装更换所需的人工成本，便于设备的维护和更换。

本发明还公开了一种CT设备，该CT设备包括本发明实施方式的X射线光源。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。