X射线扫描器及其控制系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2010年1月27日、申请号为201080015462. 0(国际申请号为 PCT/GB2010/050125)、发明名称为"X射线扫描器及其控制系统"的发明专利申请的分案申 请。
技术领域
[0002] 本发明涉及X射线管，涉及用于X射线管的电子源，涉及X射线扫描器及其控制系 统，以及涉及X射线成像系统。
【背景技术】
[0003] X射线管包括：可以是热电子发射器或者冷阴极源的电子源；被布置为控制从发 射器提取电子的某种形式的提取装置，诸如栅极（grid);以及在被电子撞击时产生X射线 的阳极。在US4, 274, 005和US5, 259, 014中公开了这种系统的示例。
[0004] 随着X射线扫描器的日益使用，例如用于医学和安全目的，变得日益期望制造出 相对廉价的并且具有长使用寿命的X射线管。
【发明内容】
[0005] 相应地，本发明提供了一种用于X射线扫描器的电子源，其包括发射器支撑块。电 子发射区可以在该支撑块上形成并且被布置为发射电子。电连接器可以被布置为将电流源 连接到电子发射区。可以布置加热部件以加热支撑块。
[0006] 本发明还提供一种用于X射线扫描器的控制系统。该系统可以包括：输入 (input)，该输入被布置为接收用于识别要激活多个电子发射器中的哪一个的输入信号。该 系统可以被布置为产生多个输出，每个输出被布置为控制所述发射器之一的操作。在一些 实施例中，每个输出可以处于被布置为激活其相应的发射器的第一状态、被布置为去激活 所述发射器的第二状态，或者被布置为将所述发射器置于浮置状态的第三状态。
[0007] 本发明还提供一种用于X射线扫描器的控制系统，该系统包括输入装置，该输入 装置被布置为接收用于识别要激活多个电子发射器中的哪一个的输入信号，并且产生多个 输出，所述多个输出中的每一个被布置为控制所述发射器之一的操作。该系统还可以包括 输出监视部件，被布置为监视每个输出，并且所述监视部件可以被布置生成用于指示任一 输出是否超过预定阈值的反馈信号。
[0008] 本发明还提供一种用于X射线扫描器的控制系统，该系统包括输入装置，该输入 装置被布置为接收用于识别要激活多个电子发射器中的哪一个的输入信号，并且产生多个 输出，所述多个输出中的每一个被布置为控制所述发射器之一的操作，其中，每个输出可以 处于被布置为激活其相应的发射器的第一状态、被布置为去激活所述发射器的第二状态。 该系统还可以包括消隐部件，所述消隐部件被布置为将所有输出固定在第二状态，而不管 输入信号指示它们名义上应处于哪一个状态。
【附图说明】
[0009] 现在将参照附图仅仅借助于示例的方式来描述本发明的优选实施例，在附图中：
[0010] 图1是根据本发明的实施例的X射线扫描器的示意图；
[0011] 图2a是图1的扫描器的发射器元件的顶部透视图；
[0012] 图2b是图2a的发射器元件的底部透视图；
[0013]图3是通过图1的系统的X射线发射器单元的横切面；
[0014] 图4是图3的发射器的平面图；
[0015] 图5是图3的发射器单元的控制装置的输出级形成部分的图；
[0016] 图6是图3的发射器的控制装置的电路图；
[0017]图7、8和9是示出在三种不同操作模式下图6的控制装置的操作的时序图；
[0018] 图10是本发明的另一实施例的输出级形成部分的图；
[0019] 图11a和lib是根据本发明的另一实施例的发射器元件的顶部和底部透视图；以 及
[0020] 图12是通过包括图11a和lib的发射器元件的电子源单元的横切面。
【具体实施方式】
[0021] 参照图1，X射线扫描器50包括X射线发射器单元25的阵列，所述X射线发射器 单元25的阵列在中心扫描器Z轴周围以弧形布置，并且被定向为以便朝向扫描器Z轴发射 X射线。传感器52的环被放置在发射器的内部，向内指向扫描器Z轴。传感器52和发射器 单元25沿着Z轴彼此偏移使得从发射器单元发射的X射线绕过最靠近它们的传感器而穿 过Z轴，并且通过与它们最远的传感器检测。
[0022] 参照图2a和图2b，每个发射器单元25包括电子发射器元件116,电子发射器元件 116包含在其顶面120上的具有低功函数的发射器118的氮化铝（A1N)发射器支撑块117 和在其底面121上的铂（Pt)加热器元件122。发射器118由涂覆了高发射涂层的基于铂的 墨（ink)形成，并且该加热器元件也是由基于铂的墨形成的。发射器覆盖块117的表面120 上、沿其长度隔开的、离散的被间隔分开的区域，并且导电材料的连接带123从块117的一 侧周围的每一个发射器118向块117的下侧121延伸，在那里它们形成连接器垫（pad) 124。 连接带还彼此间隔开，使得每个发射器118与其它发射器118电隔离。氮化铝（A1N)是高 热导率、强硬的陶瓷材料并且A1N的热膨胀系数与铂（Pt)的热膨胀系数紧密地匹配。由于 氧化铝（A1203)具有类似的属性，所以它也可以用于基底。这些属性导致适合用于X射线管 应用的集成的加热器-电子发射器元件的设计。
[0023] A1N是一种宽带隙半导体材料并且在铂和A1N之间形成半导体注入接触 (injecting contact)。为减少在高操作温度时可能发生的注入电流，有利地利用阻挡接触 (blocking contact)来取代注入接触。例如，这可以通过在钼金属化的制造之前在A1N基 底120的表面上生长铝氧化层来实现。在A1N和铂发射器之间提供氧化层形成合适的阻挡 接触。
[0024] 可替代地，可以使用诸如钨或者镍之类的多种其它材料来代替铂。典型地，可以在 陶瓷焙烧（firing)过程期间将这样的金属烧结到陶瓷中，以便产生坚固的混合器件。
[0025] 在某些情形下，有利地利用诸如镍之类的第二金属对A1N基底上的金属进行涂 覆。例如，这可以有助于延长氧化物发射器的使用寿命或者控制加热器的电阻。
[0026] 为形成该实施例的加热器元件122,将铂金属形成为1-3_宽、厚度为10-200微 米的轨道，以给出在室温下处于5-200欧姆的范围内的轨道电阻。有利的是，将加热器电压 限制在低于100V以避免对基底的上表面120的发射器垫118的电串扰。通过使电流通过 轨道，该轨道将开始加热并且该热能量直接地耗散到A1N基底中。由于A1N优异的热导率， A1N的受热在基底上非常均匀，典型地到10到20度内。依赖于电流流动以及周围环境，可 以实现超过1100C的稳定的基底温度。由于A1N和铂二者可抵抗氧气的侵蚀（attack)，所 以在空气中利用该基底可以实现这样的温度。然而，对于X射线管应用，典型地在真空中加 热基底。
[0027] 通过印刷以所需的图案（pattern)将发射器垫118、加热器元件122、和连接带123 施加到基底块117的表面。通过借助于多重印刷施加若干层墨来形成连接器垫124使得它 们比连接带123厚。以相同的方式构造在加热器元件122端部的连接器。然后将基底块 117加热到大约1100C以将墨烧结到基底块117的表面中。然后利用具有有机粘结剂的乳 剂形式的钡：锶：钙碳酸盐材料对发射器垫118进行涂覆。可以使用电泳沉积或者丝网印 刷来施加该涂层。当发射器元件116在它被使用之前进行安装时，使用加热器元件122来 将基底块117加热到超过700C，这使得碳酸盐材料首先喷射（eject)出有机粘结剂材料，然 后从碳酸盐转换为氧化物形式。这个过程被称为激活。在发射器垫涂层中剩余的最活跃的 材料则是氧化钡，并且可以在大约850-950C的操作温度上实现超过ImA/mm2的电子发射密 度。
[0028] 参照图3,每个发射器单元25包括：发射器元件116 ;电路板310,其提供对发射器 元件116的电控制；栅极312,被布置为控制从每个发射器垫118进行的电子提取；以及聚 焦元件314,被布置为将提取的电子束聚焦到阳极311的目标区域上。典型地，底层电路板 310将为在逐个发射器的基础上单独控制的控制/功率信号提供真空馈通（feedthrus)。最 好利用诸如氧化铝陶瓷之类的低漏气（outgassing)属性的材料来制成该电路板。
[0029] 发射器元件116借助于加有弹簧的（sprung)连接元件316连接到电路板310。这 提供了在电路板310