X射线管电子源的制作方法

专利名称：X射线管电子源的制作方法
技术领域：
本发明涉及X射线管，涉及用于X射线源的电子源，以及X射 线成像系统。
背景技术：
X射线管包括电子源，该电子源可以是热离子发射器或者是低 温阴极源、 一些诸如栅格的提取装置，其可以在提取电势和封锁电势 之间切换以控制从发射器提取电子；和阳极，该阳极当被电子撞击时 产生X射线。这样的系统的示例被公开在US 4,274,005和US 5,259,014中。
随着X射线扫描器越来越多的使用，例如用于医疗和安全目的， 越来越期望生产相对便宜并具有较长寿命的X射线管。

发明内容
因此，本发明提供一种用于X射线扫描器的电子源，包括电子 发射装置，限定多个电子源区域；提取栅格，限定多个栅格区域，每 个栅格区域与至少各自的一个源区域相关联；和控制装置，被安排控 制每个栅格区域和各自的源区域之间的相对电势，以使从发射装置提 取电子的位置可在所述源区域之间移动。
提取栅格可包括沿着发射装置被隔开的多个栅格部件。在此情况 下，每个栅格区域可包括一个或更多的栅格部件。
发射装置可包括延长发射器构件，并且栅格部件可沿着该发射器构件被隔开，从而每个源区域位于沿着发射器构件的各自的位置上。
最好控制装置被安排将每个栅格部件连接到相对于发射装置为 正的提取电势或者相对于发射装置为负的抑制电势。更好的是控制装 置被安排将栅格部件连续地以相邻对连接到提取电势以引导每对栅格 部件之间的电子束。更好的是每个栅格部件可被连接到与同其相邻的 任一栅格部件的电势相同的电势，从而它可以是两个不同的所述对的 一部分。
当所述相邻对的每一个被连接到提取电势时，控制装置可被安排 将该对的任一侧的栅格部件或者甚至所有不在该对中的栅格部件连接 到抑制电势。
栅格部件最好包括平行的延长构件，以及发射构件，在这里该发 射构件也是延长构件，最好基本上垂直于栅格部件延伸。
栅格部件可包括金属线(wire)，并且最好是平面的并在大体垂 直于发射器构件的平面内延伸以保护发射器构件免受来自阳极的反向 离子轰击。栅格部件最好与发射装置隔开一个与相邻栅格部件之间的 距离近似相等的距离。
电子源最好还包括多个聚焦部件，其也可被延长并最好平行于栅 格部件，该多个聚焦部件被安排在电子通过栅格部件之后聚焦电子束。 更好的是聚焦部件与栅格部件被对齐从而在任何一对栅格部件之间通 过的电子将在对应的一对聚焦部件之间通过。
最好聚焦部件被安排连接到相对于发射器为负的电势。最好聚焦 部件被安排连接到相对于栅格部件为正的电势。
最好控制装置被安排控制施加到聚焦部件的电势，从而控制电子 束的聚焦。
聚焦部件可包括金属线(wire)，并且可以是平面的，在基本上 垂直于发射器构件的平面内延伸以保护发射器构件免受来自阳极的反 向离子轰击。
栅格部件最好与发射器隔开，从而如果一个或更多的一组相邻栅 格部件被切换到提取电势，则电子将从发射器构件的长度上被提取，该长度比所述栅格部件组的宽度更长。例如栅格部件可与发射器构件 隔开一个至少与相邻栅格部件之间的距离基本上相等的距离，该距离
可以为5mm的数量级。
最好栅格部件被安排至少部分地将提取的电子聚焦成束。
本发明还提供一种X射线管系统，包括根据本发明的电子源和至 少一个阳极。最好该至少一个阳极包括一个延长阳极，其被这样安排 从而由不同栅格部件产生的电子束将碰撞阳极的不同部分。
本发明还提供一种X射线扫描器，包括根据本发明的X射线管 和X射线检测装置，其中，控制装置被安排从所述至少一个阳极上的 各个X射线源点产生X射线，并且从检测装置收集各个数据集。最好 检测装置包括多个检测器。更好的是控制装置被安排控制源区域或栅 格区域的电势，以从所述源区域的多种连续的分组提取电子，每种分 组产生具有不同波长的方波模式的照射，并且控制装置被安排为每次 照射记录检测装置的读数。更好的是控制装置还被安排将数学变换应 用到记录的读数，以重建放置在X射线管和检测器之间的目标的特征。
本发明还提供一种X射线扫描器，包括X射线源，具有多个X 射线源点；X射线检测装置；和控制装置，被安排控制源以从源点的 多种连续的分组产生X射线，每种分组产生具有不同波长的方波模式 的照射，并且控制装置被安排为每次照射记录检测装置的读数。最好 源点被安排成线性阵列。最好检测装置包括检测器的线性阵列，其在 基本上垂直于源点的线性阵列的方向上延伸。更好的是控制装置被安 排为每次照射记录来自每个检测器的读数。这可以使得控制装置能够 使用来自每个检测器的读数来重建目标的各个层的特征。最好控制装 置被安排使用这些读数来建立目标的三维重建。
本发明还包括一种X射线扫描器，包括X射线源，包括源点的 线性阵列；X射线检测装置，包括检测器的线性阵列；和控制装置， 其中，这些线性阵列被安排得基本上彼此垂直，并且控制装置被安排 控制源点或者检测器以多种连续的分组操作，每种分组包括不同数量 的源点或检测器的组，并且控制装置被安排使用数学变换来分析来自检测器的读数以产生目标的三维图像。最好控制装置被安排操作所述 多种分组中的源点，并且对于每种所述分组，来自每个检测器'的读数 同时被采集。另一方面，控制装置可被安排操作所述多种分组中的检 测器，并且对于每种分组，依次激活每个源点以产生各自的读数。


现在将仅参照附图描述本发明的优选实施例，附图中图l显示根据本发明的电子源；图2显示包括图1的电子源的X射线发射器单元；图3是穿过图2的单元的橫向截面，显示该单元内的电子的路径；图4是穿过图2的单元的纵向截面，显示该单元内的电子的路径；图5是包括根据本发明的一些发射器单元的X射线成像系统的示图；图6是根据本发明第二实施例的X射线管的示图；图7是根据本发明第三实施例的X射线管的示图；图8是根据本发明第四实施例的X射线管的透视图；图9是穿过图8的X射线管的截面；图IO是穿过根据本发明第五实施例的X射线管的截面；图11显示形成图10的X射线管的部分的发射器部件；图12是穿过才艮据本发明第六实施例的X射线管的截面；图12a是穿过根据本发明第七实施例的X射线管的纵向截面；图12b是穿过图12a的X射线管的横向截面；图12c是图12a的X射线管的一部分的透视图；图13是根据本发明的第八实施例的X射线扫描系统的示意性表示；图14a、 14b和14c显示图13的系统的操作；图15是根据本发明的第九实施例的X射线扫描系统的示意性表示；图16a和16b显示根据本发明的第十实施例的发射器的发射器层和发热器层；图17显示包括图16a和16b发射器层和发热器层的发射器部件;和图18显示示于图17中的发射器部件的另一种安排。
具体实施方式
参照图1,电子源10包括导电金属抑制器12，具有两个侧面 14和16;和发射器部件18，沿着抑制器侧面14和16之间延伸。一 些栅格线20形式的栅格部件被支撑在抑制器12之上，并在抑制器的 两个侧面14和16之间的缝隙上垂直于发射器部件18而延伸，但是在 平行于发射器部件18的平面内。在此示例中，这些栅格线具有0.5mm 的直径并且被隔开5mm的距离。它们与发射器部件18也隔开大约 5mm。 一些聚焦线22形式的聚焦部件被支撑在栅格线相对于发射器 部件的相反一侧的另一平面内。聚焦线22平行于栅格线20，并彼此 被隔开与栅格线的间隔相同的间隔5mm，每个聚焦线22与各自的一 个栅格线20对齐。聚焦线22与栅格线20隔开大约8mm。如图2所示，源10被装入发射器单元25的外壳24，同时抑制器 12被支撑在外壳24的底部24a上。聚焦线22被支撑在平行于发射器 部件18延伸的两个支撑横杆26a和26b上，并且与抑制器12隔开， 该支撑横杆被安装在外壳24的底部24a上。支撑横杆26a和26b是导 电的以使所有的聚焦线22被一起电连接。支撑横杆之一 26a被连接到 连接器28，该连接器28凸出穿过外壳24的底部24a以为聚焦线22 提供电连接。每个栅格线20向下沿着抑制器12的一侧16延伸并被连 接到各自的电连接器30，这些电连接器为每个栅格线20提供分离的 电连接。阳极32净皮支撑在外壳24的侧壁24b和24c之间。该阳极32形 成为典型地由镀鴒或镀银的铜杆，并且平行于发射器部件18延伸。栅 格线20和聚焦线22因此在发射器部件18和阳极32之间延伸。阳极 32的电连接器34延伸通过外壳24的侧壁24b。发射器部件18被支撑在抑制器12的末端12a和12b并且通过经 由外壳24的另外的连接器36和38供应给其的电流而被加热。在本实 施例中，发射器18由以下构成担当发射器的钨线芯、芯上的镍覆盖 层、以及具有对于镍的低功函(workfunction)的稀土氧化物层。然而， 其它发射器类型也可被使用，诸如简单鴒线。参照图3，为了产生电子束40，发射器部件18被电接地并被加 热以使其发射电子。抑制器持有典型地为3-5V的不变的电压以防止外 来电场对电子在不期望的方向上加速。 一对相邻的栅格线20a和20b 被连接到在1V和4kV之间比发射器更加为正的电势。其它的栅格线 被连接到-100V的电势。所有的聚焦线22保持在1和4kV之间比栅格 线更加为正的电势。所有的栅格线20远离提取对抑制中的20a和20b，并且甚至相 当大地阻止了在发射器部件18的大部分长度上电子向着阳极的发射。 这是因为它们处于相对于发射器18为负的电势，并且因此栅格线20 和发射器18之间的电场的方向趋向于强迫发射的电子向后回到发射 器18。然而，处于相对于发射器18为正电势的提取对20a和20b吸 引发射的电子离开发射器18，从而产生电子束40,其在提取线20a 和20b之间通过并继续向着阳极32前进。因为栅格线20与发射器部 件18的间隔，从发射器部件18的长度x发射的电子被拖到一起成为 通过线对20a和20b之间的束，该长度x比两个栅格线20a和20b之 间的间隔大得多。栅格线20因而不仅用来提取电子而且用来将电子聚 集在一起成为束40。发射器18的电子将在其上被提取的长度取决于 栅格线20的间隔、以及提取对20a、 20b与其余栅格线20之间的电势 差。在从两个提取栅格线20a和20b之间通过之后，束40被吸引向 聚焦线的对应对22a和22b并从它们之间通过。该束向着在聚焦线22 和阳极32之间的焦点线fl会聚，并随后在此向着阳极32发散。聚焦 线22的正电势可被改变以改变焦点线fl的位置从而改变当束碰撞阳 极32时束的宽度。和阳极32的纵向方向观看，电子束40 再次向着聚焦线22和阳极之间的焦点线f2会聚，焦点线f2的位置主 要取决于发射器18和阳极32之间产生的电场力。向后参照图2，为了产生一个移动的电子束，连续的相邻栅格线 20的对可被快速连续地连接到提取电势，从而改变阳极32上X射线 将被产生的位置。电子被从其提取的、发射器18的长度x比栅格线20之间的间隔 大得多这一事实有许多优点。对于给定的最小束间隔，即电子束的两 个相邻位置之间的距离，电子可被从其为每个束提取的、发射器18 的长度比该最小束间隔大得多。这是因为发射器18的每一部分可发射 电子，这些电子可在多个不同的位置被拖进电子束。这允许了发射器 18与传统源相比在相对较低的温度下运行来提供相等的束流。另一方 面，如果相同的温度被用在传统源中，则大得多的，乘以最多至7的 因子的束流可被产生。此外，源的亮度在发射器18的长度上的变化被 抹掉，从而作为结果，从发射器18的不同部分提取的束的强度变化被 大大地减少。参照图5，X射线扫描器50以传统几何结构被设立并包括发射器 单元25的阵列，该阵列被安排在围绕中心扫描器Z轴的弧上，并被 定向以便向扫描器Z轴发射X射线。环状传感器52被放置在发射器 内，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 偏置，以使从发射器单元发射的X射线经过离它们最近的传感器，穿 过Z轴，并被离它们最远的传感器检测到。扫描器由控制系统控制， 该控制系统运行由图5中的功能块所表示的一些功能。系统控制块54 控制，并从图像显示单元56、 X射线管控制块58和图像重建块60接 收数据。X射线管控制块58控制聚焦控制块62、栅格控制块64和高 电压供应68，该聚焦控制块62控制在每个发射器单元25中的聚焦线 22的电势，该栅格控制块64控制在每个发射器单元25中的单独的栅 格线20的电势，该高电压供应68为每个发射器块的阳极32供电以及 为发射器部件18供电。图像重建块60控制传感器控制块70并从其接收数据，该传感器控制块70依次控制传感器52并从其接收数据。在操作中，将被扫描的目标沿Z轴通过，X射线束沿着每个发射 器单元依次扫过以使其绕着目标旋转，并且来自每个单元中每个X射 线源位置的穿过目标的X射线被传感器检测到。来自传感器52的用 于扫描中的每个X射线源点的数据被记录为各个数据集。可分析来自 X射线源位置的每次旋转的数据集以产生穿过目标的平面的图像。当 目标沿着Z轴通过时，束被重复地旋转以建立整个目标的三维断层图 像。参照图6，在本发明的第二实施例中，栅格部件120和聚焦部件 122被形成为平带。部件120和122如在第一实施例中一样被放置， 但是所述带的平面垂直于发射器部件118和阳极132，并且平行于发 射器部件118被安排发射电子的方向。这种安排的优点是通过电子 束140碰撞阳极132而产生并被往回向着发射器发射的离子170在它 们到达发射器前很大程度上被部件120和122阻挡。少量的直接沿着 电子束140的路径往回行进的离子172将到达发射器，但是由于反向 离子轰击而引起的对于发射器的全部伤害被充分地减少。在一些情况 下，可能仅仅栅格部件120或者仅仅聚焦部件122成为平的就足够了。在图6的实施例中，带120和122的宽度基本上等于它们隔开的 距离，即大约5mm。然而，应该理解的是，它们实质上可以更宽。参照图7，在本发明的第三实施例中，栅格部件220和聚焦部件 222比在第一实施例中隔开得更接近。这使得超过两个的栅格部件 220a、 220b和220c的组(在显示的示例中是三个)，可被切换到提 取电压以形成提取栅格中的提取窗口。在此情况下，提取的窗口的宽 度近似等于三个部件的组220的宽度。栅格部件220与发射器218的 间隔近似等于提取窗口的宽度。通过单独的切换，聚焦部件也被连接 到正电势，从而每个聚焦部件可被连接到正电势或者负电势。最适合 于聚焦电子束的两个聚焦部件222a和222b被连接到正聚焦电势。其 余的聚焦部件222被连接到负电势。在此情况下，在需要用来聚焦的 两个聚焦部件之间存在一个聚焦部件222c，该聚焦部件也被连接到正聚焦电势。
参照图8和图9，根据本发明的第四实施例的电子源包括多个发 射器部件318，仅有一个发射器部件被显示，每个发射器部件由鴒金 属带形成，其通过将电流通过它而被加热。在所述带中心的区域318a 镀钍以减少来自其表面的电子的热发射的功函。抑制器312包括具有 沟313的金属块，沟313沿着金属块的下侧(发射器部件318位于其 中)延伸。 一行孔315沿着抑制器312设置，每个孔315与各个发射 器部件318的镀杜区域318a对齐。(仅有一个被显示的) 一系列栅格 部件320在抑制器312中的孔315之上延伸，即相对于发射器部件318， 在孔315的相反一侧。每个栅格部件320也具有穿过其的孔321,其 与各个抑制器孔315对齐以使离开发射器部件318的电子可作为束行 进穿过孔315和321。发射器部件318被连接到电连接器319，栅格部 件320被连接到电连接器330，凸出穿过底部构件324(未在图8中示 出)的连接器319和330允许电流通过发射器部件318,并且允许栅 格部件320的电势净皮控制。
在操作中，由于发射器部件318和围绕的抑制器电极312之间的 电势差，其典型小于10V，所以电子从发射器部件318的镀钍区域318a 被提取。取决于可被单独控制的、位于抑制器312之上的各个栅格部 件320的电势，这些电子将或者向着栅格部件320被提取，或者它们 将留在与发射点相邻的地方。
如果栅格部件320持有相对于发射器部件318的正电势(例如+ 300V)，提取的电子将向着栅格部件320加速并且大多数将穿过在抑 制器12中的孔315之上的栅格320中设置的孔321。这形成了进入栅 格320之上的外部场的电子束。
当栅格部件320持有相对于发射器部件318的负电势(例如-300V)时，提取的电子将被从栅格排斥并将留在与发射点相邻的地方。 这使得任何来自源的外部电子发射削减到0。
可设立该电子源以形成类似于图5所示的扫描系统的一部分，同 时每个栅格部件330的电势被单独控制。这提供了一种包括栅格控制的电子源的扫描器，其中，源的有效源位置在电子控制下可以按与参
照图5如上所述的方式相同的方式在空间中改变。
参照图IO，在本发明的第五实施例中，电子源类似于图8和图9 的电子源，同时对应的部分由相同的标号增加100来指示。在本实施 例中，发射器部件318被放置在抑制器盒内的单个加热的线丝418代 替。 一系列栅格部件420被用来确定用于外部电子束440的有效源点 的位置。由于电势差会因为电流通过线318而沿着线318的长度出现， 所以电子提取的效率将随着位置而变化。
为了减少这些变化，可使用如图11所示的二次氧化物发射器 500。该发射器500包括低功函发射器材料502，诸如覆盖在导电管504 上的锶钡氧化物，该导电管504最好是镍的。鴒线506被用玻璃或陶 资粒子508覆盖并随后穿过管504。当被使用在图10的源中时，镍管 504持有相对于抑制器412的适合的电势并且电流通过钨线506。当线 506发热时，辐射的热能加热镍管504。这依次加热了发射器材料502， 其开始发射电子。在此情况下，发射器电势相对于抑制器电极412被 固定，因而确保沿着发射器500长度的均匀的提取效率。此外，由于 镍的良好的热传导性，例如由制造期间的厚度变化或者由老化过程引 起的鴒线506的任何温度改变被平衡，导致发射器500的所有区域的 更均匀的电子提取。
参照图12，在本发明的第六实施例中， 一种栅格控制的电子发射 器，包括典型地为10x3 x3mm的小镍块600，其一面601(例如10 x3mm)被诸如锶钡氧化物的低功函氧化物材料602涂覆。通过安装 上电馈通(feedthrough ) 606，镍块600持有相对于围绕的抑制器电 极604为例如+ 60V和+ 300V之间的电势。 一个或更多的鴒线608穿 过镍块600中的绝缘洞610。典型地，这是通过在将钨线穿过镍块600 中的洞610之前将其用玻璃或陶瓷粒子612涂覆而被实现的。线网614 被电连接到抑制器604并在镍块600的涂覆表面601之上延伸，从而 线网建立了与表面601之上的抑制器604相同的电势。
当电流通过鵠线608时，线发热并将热能辐射到围绕的镍块600。镍块600发热因而使氧化物覆盖层602变热。在大约900摄氏度，氧 化物覆盖层602成为有效的电子发射器。
如果，使用绝缘馈通606，镍块600持有相对于抑制器电极604 为负(例如-60V)的电势，则来自氧化物602的电子将通过线网614 被提取，该线网614与抑制器604被整合在外部真空中。如果镍块600 持有相对于抑制器电极604为正(例如+ 60V)的电势，则通过网614 的电子发射将被切断。由于镍块600和钨线608的电势通过绝缘粒子 612而彼此绝缘，所以鴒线608通常可被固定在与抑制器电极604的 电势接近的电势。
使用具有一个或更多的用于加热这批块600的钨线608的多个氧 化物覆盖的发射器块600，可创建多发射器电子源，其中每个发射器 可被单独地开启或关闭。这使得电子源能够被用在例如类似于图5的 扫描器系统中。
参照图12a、 12b和12c,在本发明的第七实施例中， 一种多发射 器源，包括绝缘氧化铝块600a、 600b和600c的组件，其支撑多个镍 发射器片603a，镍发射器片603a每个覆盖有氧化物602a。这些块包 括长矩形的上部块600a、对应地成型的下部块600c、和净皮夹在上部块 和下部块之间并在它们之间具有缝隙的两个中间块600b ，两个中间块 之间的缝隙形成沿着所述组件延伸的沟605a。鵠发热器线圏608a在 块600a、 600b和600c的整个长度上沿着沟605a延伸。镍片603a是 矩形的，并跨过上部块600a的上表面601a沿其长度相隔一定距离延 伸。镍片603a被隔开，从而彼此电绝缘。
抑制器604a沿着块600a、 600b和600c的侧面延伸并支撑镍发 射器片603a之上的线网614a。抑制器还支撑一些聚焦线616a，这些 聚焦线616a就位于网614a之上并跨过平行于镍片603a的源而延伸， 每个线位于两个相邻的镍片603a之间。聚焦线616a和网614a被电连 接到抑制器604a并因而处于相同的电势。
对于图12的实施例，发射器线圏608a加热发射器片603a，从而 氧化物层可发射电子。片603a持有相对于抑制器的正电势，例如+60V，但是被个别地连接到相对于抑制器604a的负电势，例如-60V， 以^f吏它们发射。如图12a中可被最好地看到的，当任何一个片603a 发射电子时，通过在片603a的任一侧的两个聚焦线616a，这些电子 被聚焦成束607a。这是因为发射器片603a和阳极之间的电场线在它 们在聚焦线616a之间通过的地方稍微向内收缩。
参照图13，在本发明的第八实施例中，X射线源700被安排从一 系列X射线源点702中的每个产生X射线。这些可由一个或更多的阳 极以及根据上述任何实施例的一些电子源组成。X射线源点702可被 单独开启或关闭。单个X射线检测器704被提供，并且将被成像的目 标706被放置在X射线源和检测器之间。目标706的图像随后使用下 述Hadamard变换^皮建立。
参照图14a至图14c，源点702被分成相等数量的相邻点702的 组。例如，在图14a显示的分组中，每组包括单个源点702。在交替 的组中的源点702随后被同时激活，从而在图14a的分组中，交替的 源点702a被激活，而在激活的源点702a之间的每个源点702b未^皮激 活。这产生了具有与两个源点702a和702b的宽度相等的波长的方波 照射模式。对于该照射模式，由检测器704测量的X射线照射的量被 记录。随后如图14b中显示的另一照射模式被使用，其中，每组源点 702包括两个相邻源点，并且交替的组702c被再次激活，同时介于其 间的组702d未被激活。这产生了如图14b所示的具有与四个源点702 的宽度相等的波长的方波照射模式。在检测器704, X射线照射的量 被再次记录。该过程随后如图14c所示使用四个源点的组702以及还 用大量的其它组尺寸被重复。当所有的组尺寸已被使用并且各个与不 同的方波照射波长相关联的测量被采集时，这些结果可被用于使用 Hadamard变换，来重建位于源点702的行与检测器704之间目标706 的2D层的完整图像剖面。此配置的优点是取代于源点被单独激活， 在任何时间，源点702的一半被激活， 一半未,皮激活。因此，本方法 的信噪比要比在其中源点702被单独激活来沿着源点阵列扫描的方法 的信噪比大得多。还可使用在目标的 一侧的单个源点和在目标的另 一侧的检测器
的线性阵列来进行Hadamard变换分析。在此情况下，取代于激活不 同尺寸的组中的源，单个源被不断地激活，并且来自检测器的读数被 按不同尺寸的组釆集，该不同尺寸的组对应于上述源点702的组。目 标的图像的分析和重建类似于用于图13的安排的分析和重建。
参照图15，在此配置的变体中，图13的单个检测器由在垂直于 源点802的线性阵列的方向上延伸的检测器804的线性阵列代替。源 点802和检测器804的阵列限定三维体积805，三维体积805由将在 源点阵列的末端的源点802a和802b连接到在检测器阵列的末端的检 测器804a和804b的线807所限制。该系统确切地如图13中的系统被 操作，除了对于示出的源点的方波分组，每个检测器804的X射线照 射被记录。对于每个检测器，体积805内的目标806的一层二维图像 能够被重建，所述的各个层随后被组合以形成目标806的完整三维图 像。
参照图16a、图16b、图17和图18，在又一个实施例中，发射 器部件916包括AIN发射器层917，有低功函发射器918被形成在 其上，和发热器层919,其由铝氮化物(AIN)底层920和铂(Pt)发 热器部件922组成，经由互连片924连接。导电弹簧926随后将AIN 底层920连接到电路板928。铝氮化物(AIN)是高导热性、坚固的 陶瓷材料，并且AIN的热扩散系数与铂(Pt)热扩散系数紧密匹配。 这些性质导致了用于X射线管应用中、如图16a和图16b所示的集成 发热器电子发射器916的设计。
典型地，Pt金属被形成具有10-100孩i米的厚度、l-3mm宽的 轨，以在室温下给出5至50ohms范围内的轨电阻。通过将电流通过 轨，轨将开始加热并且此热能被直接散发到AIN底层中。由于AIN 的出色的导热性，AIN的加热在底层上非常均匀，典型地达到10至 20度之内。取决于电流和周围环境，超过1100摄氏度的稳定的底层 温度可4皮实现。由于AIN和Pt都4氐抗氧的攻击，所以这样的温度可 在底层处于空气中的情况下被实现。然而，对于X射线管应用，底层典型地被在真空中加热。
参照图17，热反射器930位于靠近AIN底层920的被加热的一
侧以改进热效率，减少通过辐射的热传输的热损失。在本实施例中，
热屏障930由覆盖着一薄层金的云母片形成。在金的下面添加钛层提 高对于云母的附着力。
为了产生电子， 一系列Pt带932^:沉积在AIN底层920上相对 于发热器922的AIN底层的对面，同时它们的末端绕着底层的侧面延 伸并在底层的下侧结束，在那里它们形成片924。典型地，这些带932 将使用Pt墨和随后的热烘烤被沉积。Pt带932随后在其中心区域用 一薄层Sr:Ba:Ca碳酸盐混合物918覆盖。当碳酸盐材料被加热到典型 地超过700才聂氏度的温度时，它将分解成Sr:Ba:Ca氧化物-低功函材 料，这些材料是在典型的700-卯0摄氏度下非常有效的电子源。
为了产生电子束，Pt带932被连接到电源以将从Sr:Ba:Ca氧化 物提取的束电流提供到真空中。在本实施例中，这是通过使用诸如图 17所述的组件而被实现的。这里， 一套弹簧926提供到片924的电连 接以及到AIN底层的机械连接。尽管可使用钼或其它材料，但是最好 这些弹簧由钨制成。这些弹簧926根据电子发射器组件916的热扩散 而弯曲，提供可靠的互连方法。
弹簧的底部最好位于具有较差的热传导性但是具有较好的电传 导性的薄壁管934内，该薄壁管934提供到下面的陶瓷电路板928的 电连接。典型地，该下面的电路板928将为以逐个发射器为基础而单 独控制的控制/电源信号提供真空馈通。电路板最好由具有低除气性质 的材料制成，诸如氧化铝陶瓷。
如图18所示，另一种配置颠倒薄壁管934和弹簧组件926，从而 管934在高温运行并且弹簧926在低温运行。由于在较低温度下弹簧 的蠕动减少，这可以给予弹簧材料更大的选择。
此设计优选地使用如图16a和16b所示的在上发射表面和底部互 连点924之间的AIN底层920上包裹的或穿洞的Pt互连924。另一方 面，可使用弹夹(clip)安排将电源连接到AIN底部的上表面。清楚的是其它选择的装配方法可被使用，包括悍接装配、高温焊 接装配和诸如卡榫和圏状弹簧的机械连接。
AIN是一种宽带隙半导体材料，半导体注入接点在Pt和AIN之 间形成。为了减少可在高运行温度下出现的注入电流，将注入接点转 换为阻隔接点是有利的。这可通过例如在镀Pt的处理之前、生长AIN 底层920的表面上的铝氧化物层而被实现。
另一方面， 一些其它材料可被使用来代替Pt，诸如鴒或镍。典型 地，这样的金属在其火处理期间可被烧结进陶乾，以给出结实的混合 物装置。
在一些情况下，将AIN底层上的金属用诸如Ni的第二金属进行 覆盖是有利的。例如，这可以帮助延长氧化物发射器的寿命或者控制 发热器的阻抗。
在又一实施例中，发热器部件922被形成在发射器块917的背部， 从而图16a的发射器块917的下侧即如图16b所示。图16a和图16b 中显示的导电片924那么就是相同的组件，并且提供到连接器部件926 的电接点。
权利要求
1.一种用于X射线扫描器的电子源，包括电子发射装置，限定多个电子源区域；提取栅格，限定多个栅格区域，每个所述栅格区域与一个各自的源区域相关联；和控制装置，被安排控制每个所述栅格区域和各自的源区域之间的相对电势，以使从所述发射装置从其提取电子的位置可在所述源区域之间移动，其中多个源区域形成在各个发射构件上，这些发射构件彼此电绝缘，并且所述控制装置被安排改变所述发射构件的电势以控制所述相对电势。
2. 根据权利要求l的电子源，其中所述栅格被安排持有不变的电势。
3. 根据权利要求2的电子源，进一步包括聚焦部件，其也被安排 持有不变的电势。
4. 根据权利要求3的电子源，其中，所述聚焦部件被安排持有与 所述栅格相同的电势。
5. 根据权利要求3或4的电子源，其中，所述聚焦部件被安排为， 在所述发射器构件的每个相邻对之间，但是与其向前隔开，存在一个 聚焦部件。
6. 根据任何前述权利要求的电子源，其中，所述控制装置被安排 依次激活每个源区域。
7. 根据任何前述权利要求的电子源，其中，所述控制装置被安排 控制所述源区域的电势，以从所述源区域的多种连续的分组提取电子， 每种分组产生具有不同波长的方波模式的照射。
8. 根据任何前述权利要求的电子源，其中，所述多个发射构件包 括在绝缘发射器块上支撑的多个发射器片。
9. 根据权利要求8的电子源，还包括在所述绝缘块上形成的一层 导电材料，用于提供到所述发射器片的电连接。
10. 根据权利要求9的电子源，其中，所述发射器片被贴在导电 材料层上。
11. 根据权利要求8至10中任何一个的电子源，还包括与所述发 射器块相邻的加热部件。
12. 根据权利要求11的电子源，其中，所述加热部件包括一块绝 缘材料，该绝缘材料具有覆盖于其上的一层导电材料以形成加热部件。
13. 根据权利要求8至12中任何一个的电子源，还包括 一个连 接部件，其为每个发射器片提供电连接；和多个弹簧，提供所述连接部件和所述发射器块之间的多个电连接。
14. 根据权利要求13的电子源，其中，所述多个弹簧被安排适应 由热膨胀引起的所述连接部件和发射器片的相对移动。
15. 根据任何前述权利要求的电子源，其中，所述提取栅格包括 沿着发射装置被隔开的多个栅格部件。
16. 根据权利要求15的电子源，其中，所述斥册格部件包括多个平 行的延长构件。
17. 根据权利要求15或16的电子源，其中，所述栅格部件包括 金属线。
18， 一种X射线管，包括根据任何前述权利要求的电子源和至少 一个阳极。
19. 根据权利要求18的X射线管，其中，所述至少一个阳极包 括一个延长的阳极，其被安排为由不同栅格部件产生的电子束将碰撞 阳极的不同部分。
20. —种X射线扫描器，包括根据权利要求18或权利要求19的 X射线管，和X射线检测装置，其中，所述控制装置被安排从所述至 少一个阳极上的各个X射线源点产生X射线，并且从所述检测装置收 集各个数据集。
21. 根据权利要求20的X射线扫描器，其中，所述检测装置包 括多个检测器。
22. 根据权利要求20或权利要求21的X射线扫描器，其中，所 述控制装置被安排控制源区域的电势，以从所述源区域的多种连续的 分组提取电子，每种分组产生具有不同波长的方波模式的照射，并且控制装置被安排为每次照射记录检测装置的读数。
23. 根据权利要求22的X射线扫描器，其中，所述控制装置还 被安排将数学变换应用到被记录的读数以重建放置在X射线管和检测 器之间的目标的特征。
24. 根据权利要求21至23中任何一个的X射线扫描器，其中， 所述多个源点被安排成线性阵列。
25. 根据权利要求24的X射线扫描器，其中，所述检测装置包 括检测器的线性阵列，其在基本上垂直于源点的线性阵列的方向上延 伸。
26. 根据权利要求25的X射线扫描器，其中，所述控制装置被安排为对每次照射记录来自每个检测器的读数。
27. 根据权利要求26的X射线扫描器，其中，所述控制装置被 安排使用来自每个检测器的读数来重建目标的各个层的特征。
28. 根据权利要求27的X射线扫描器，其中，所述控制装置被 安排使用这些读数来建立目标的三维重建。
29. 根据权利要求25至28中任何一个的X射线扫描器，其中， 所述控制装置被安排操作所述多种分组中的源点，以及对每种所述分 组同时采集来自每个检测器的读数。
30. 根据权利要求25至28中任何一个的X射线扫描器，其中， 所述控制装置被安排操作所述多种分组中的检测器，以及对于每种分 组依次激活每个源点以产生各自的读数。
全文摘要
本发明涉及一种X射线管电子源。该X射线管包括包围在抑制器(14、16)中的发射器线(18)。提取栅格包括垂直于发射器线延伸的一些平行线(20)，聚焦栅格包括平行于栅格线(20)并以与栅格线(20)相等的间隔被隔开的一些线(22)。栅格线通过开关被连接到正提取电势或者负抑制电势，并且开关被控制从而在任何时间一对相邻的栅格线(22)被一起连接以形成产生电子束的提取对。通过将不同的栅格线对切换到提取电势，束的位置被移动。
文档编号H01J35/06GK101635245SQ20091014704
公开日2010年1月27日 申请日期2004年4月23日 优先权日2003年4月25日
发明者安东尼斯 保罗·德, 拉塞尔·D.·卢加, 爱德华·J.·摩顿 申请人:Cxr有限公司