阴控多阴极分布式x射线装置的制造方法
【专利说明】阴控多阴极分布式X射线装置
[0001]本申请是下述申请的分案申请:
发明名称:阴控多阴极分布式X射线装置及具有该装置的CT设备申请日:2012年12月31日申请号:201210588832.0。
技术领域
[0002]本发明涉及一种产生分布式X射线的装置，特别涉及在一个X射线光源设备中通过布置多个独立热阴极并且通过对阴极进行控制来产生按照预定顺序变换焦点位置的X射线的阴控多阴极分布式X射线装置。
【背景技术】
[0003]X射线光源是指产生X射线的设备，通常由X射线管、电源与控制系统、冷却及屏蔽等辅助装置等构成，其核心是X射线管。X射线管通常由阴极、阳极、玻璃或陶瓷外壳构成。阴极为直热式螺旋钨丝，在工作时，通过电流，加热到约为2000K的工作温度，产生热发射的电子束流，阴极被一个前端开槽的金属罩包围，金属罩使电子聚焦。阳极为在铜块端面镶嵌的钨靶，在工作时，在阳极和阴极之间施加有数十万伏高压，阴极产生的电子在电场作用下加速运动飞向阳极，并且撞击靶面，从而产生X射线。
[0004]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、多视角并且高分辩率的立体成像设备，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。
[0005]在CT设备(包括工业探伤CT、行李物品安检CT、医疗诊断CT等)中，通常是将X射线源放置在受检对象的一侧，在受检对象的另一侧放置接收射线的探测器，当X射线穿过受检物品时，其强度会随受检物品的厚度、密度等信息发生改变，探测器接收到的X射线的强弱包含了受检物品的一个视角方向的结构信息。如果再将X射线源和探测器围绕受检物品转换位置，就可以获得不同视角方向的结构信息。利用计算机系统和软件算法对这些信息进行结构重建，就可以获得受检对象的立体图像。目前的CT设备是将X射线源和探测器固定在围绕受检对象的圆形滑环上，在工作中每运动一圈，就得到受检对象的一个厚度切面的图像，将其称为切片，受检对象再沿厚度方向运动，得到一系列切片，这些切片合起来就是受检对象的三维精细立体结构。因此，在现有的CT设备中，为了获得不同的视角图像信息，就要变换X射线源的位置，因此，X射线源和探测器需要在滑环上运动，为了提高检查速度，通常X射线源和探测器的运动速度非常高。由于X射线源和探测器在滑环上的高速运动，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。虽然近年来最新一代的CT采用圆周排列的探测器，从而可以使探测器不做运动，但是X射线源仍需要在滑环上运动，此外，可以增加多排探测器，使X射线源运动一周，获得多个切片图像，从而提高CT检查速度，但是，这并没有从根本上解决在滑环上运动带来的问题。因此，在CT设备中需要一种能够不移动位置就能产生多个视角的X射线源。
[0006]此外，为了提高检查速度，通常X射线源的阴极产生的电子束大功率长时间连续轰击阳极钨勒，但是，由于靶点面积很小，所以靶点的散热也成为了很大的问题。
[0007]为了解决现有CT设备中滑环带来的可靠性、稳定性问题和检查速度问题以及阳极靶点耐热问题，在现有专利文献中提供了一些方法。例如旋转靶X射线源，可以在一定程度上解决阳极靶过热的问题，但是，其结构复杂并且产生X射线的靶点相对于X射线源整体仍然是一个确定的靶点位置。例如，有的技术为了实现固定不动X射线源的多个视角而在一个圆周上紧密排列多个独立的传统X射线源来取代X射线源的运动，虽然这样也能够实现多视角，但是成本高，并且，不同视角的靶点间距大，成像质量(立体分辩率)很差。此外，在专利文献I (US4926452)中提出了一种产生分布式X射线的光源以及方法，阳极靶具有很大的面积，缓解了靶过热的问题，并且，靶点位置沿圆周变化，可以产生多个视角。虽然专利文献I是对获得加速的高能量电子束进行扫描偏转，存在控制难度大、靶点位置不分立以及重复性差的问题，但仍然是一种能产生分布式光源的有效方法。此外，例如在专利文献2 (US20110075802)与专利文献3 (W02011/119629)中提出了一种产生分布式X射线的光源以及方法，阳极靶具有很大的面积，缓解了靶过热的问题，并且，靶点位置分散固定且阵列式排列，可以产生多个视角。此外，采用碳纳米管做为冷阴极，并且对冷阴极进行阵列排布，利用阴极栅极间的电压控制场发射，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。但是，存在生产工艺复杂、碳纳米管的发射能力与寿命不高的不足之处。
【发明内容】
[0008]本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种无需移动光源就能产生多个视角并且有利于简化结构、提高系统稳定性、可靠性、提高检查效率的阴控多阴极分布式X射线装置。
[0009]本发明提供一种阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，具备:真空盒，四周密封并且内部为高真空；多个阴极，每个阴极互相独立且安装在所述真空盒内部的一端；多个聚焦限流装置，与所述阴极一一对应地安装在所述真空盒内的中部靠近所述阴极的位置，并且，各个聚焦限流装置相互连接形成电场均衡面；阳极，安装在所述真空盒内部的另一端；电源系统，为所述多个阴极、多个聚焦限流装置和阳极提供电源。
[0010]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述电源系统包括:电源与控制系统，具有多个阴极电源、与相互连接的聚焦限流装置连接的聚焦限流装置电源、阳极高压电源、用于对各电源进行综合逻辑控制的控制装置；可插拔式高压连接装置，用于将所述阳极和所述阳极高压电源连接，安装在所述真空盒的靠近所述阳极一端的侧面；多个可插拔式阴极电源连接装置，用于连接所述阴极和所述阴极电源，安装在所述真空盒的靠近所述阴极一端的侧面。
[0011]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述阴极还具有:阴极壳体，包围所述阴极灯丝以及所述阴极表面，并且，在与所述阴极表面的中心对应的位置设置有束流开孔，在束流开孔的外沿设置有平面结构，在该平面结构的外沿设置有斜面；阴极屏蔽，在所述阴极壳体的外侧，包围所述阴极壳体的除了设置有束流开孔的面之外其它的面，所述灯丝引线穿过所述阴极壳体以及所述阴极屏蔽被引出到所述可插拔式阴极电源连接装置。
[0012]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述阴极壳体以及所述阴极屏蔽为长方体形状，所述阴极表面以及与所述阴极表面的中心对应的所述束流开孔均为长方形。
[0013]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述阴极壳体以及所述阴极屏蔽为长方体形状，所述阴极表面以及与所述阴极表面的中心对应的所述束流开孔为圆形。
[0014]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述阴极壳体以及所述阴极屏蔽为长方体形状，所述阴极表面为球面圆弧形，所述阴极表面的中心对应的所述束流开孔为圆形。
[0015]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述真空盒由玻璃或陶瓷制成。
[0016]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述真空盒由金属制成，真空盒内壁与所述多个阴极、所述聚焦限流装置、所述阳极保持足够的绝缘距离。
[0017]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述可插拔式高压连接装置内部与所述阳极相连接，外部伸出所述真空盒，与所述真空盒壁紧密连接，一起形成真空密封结构。
[0018]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，每个所述可插拔式阴极电源连接装置在所述真空盒内部与所述阴极的所述灯丝引线相连接，外部伸出所述真空盒，与所述真空盒壁紧密连接，一起形成真空密封结构。
[0019]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，还具有:真空电源，包括在所述电源与控制系统内；真空装置，安装在所述真空盒的侧壁上，利用所述真空电源进行工作，维持所述真空盒内的高真空。
[0020]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，还具有:屏蔽与准直装置，安装在所述真空盒的外侧，在可利用的X射线出口位置开有与所述阳极相对应的长条形开口。
[0021]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述屏蔽与准直装置使用铅材料。
[0022]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述聚焦限流装置包括:电场均衡面，由金属制成并且在其中央具有限流孔；聚焦极，由金属制成且为筒状，其尖端正对所述阴极的束流开孔，所述限流孔的尺寸小于或等于所述聚焦极的中心孔。
[0023]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述多个阴极排列成直线型，并且，所述多个聚焦限流装置也排列成直线型。
[0024]在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述多个阴极排列成圆弧型，并且，所述多个聚焦限流装置也排列成圆弧型，所述阳极为锥面弧形，并且按照阴极、聚焦限流装置、阳极的顺序相应布置，且阳极的外沿弧线所在平面是与所述多个阴极所在的第一个平面和所述多个聚焦限流装置所在的第二个