專利名稱：電子光學設備、x射線發(fā)射裝置及產(chǎn)生電子束的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生電子束的電子光學設備、 一種x射線發(fā)射裝
置以及一種產(chǎn)生電子束的方法。
背景技術：
未來有關X射線源的高端計算機斷層攝影(CT)和心血管(CV)成像 要求(1)更高的功率/管電流，(2)與對焦斑的尺寸、比率和位置實施主動 控制的能力相結合的更小的焦斑，(3)用于冷卻的以及與CT相關的更短的 時間，(4)更短的掃描架旋轉時間。除此之外，管設計在長度和重量方面 受到限制，從而針對CV應用實現(xiàn)容易的操縱，針對CT應用獲得可實現(xiàn)的 掃描架設置。
采用X射線管內的復雜的熱管理原理給出了實現(xiàn)更高的功率和更快的 冷卻的一個關鍵。在常規(guī)的雙極X射線管中，靶的熱負荷的大約40%都是 由于從靶反向散射的電子導致的，所述電子被朝向所述靶重新加速，并在 焦斑之外再次擊中所述靶。因而，這些電子促使靶的溫度升高，并且導致 離焦輻射。因此，當前開發(fā)的新一代X射線管的一個關鍵部件就是設置于 靶前面的散射電子收集器(SEC)。如果兩種元件，即耙和SEC都處于相同 的電位上，那么通過與單極管設置相結合引入這一部件(SEC)能夠在耙的 上方建立無電場區(qū)域。在這種情況下，靶的熱負荷僅由為管的X射線輸出 做出貢獻的電子決定。反向散射的電子將在集成到了管的冷卻系統(tǒng)當中的 SEC處釋放其能量。
就常規(guī)而言，這一包括SEC的設置增加了陽極和陰極之間的距離，但 是卻沒有為聚焦元件留下空間。與現(xiàn)有的X射線管相比，這將使電子束路 徑急劇擴大，從而使電子束的聚焦更加提前(advanced)。
用于醫(yī)療檢查的新的高端X射線管的一個主要目標在于，在高電壓范圍為U=60-150kV且管電流高達I=2A的范圍內提供可變的小的焦斑尺寸和 位置。此外，必須考慮光程K130mm的情況下管尺寸的限制。
CT或CV成像中的圖像質量問題要求具備在圖像獲取過程中對焦斑尺 寸進行主動控制的可能性。此外，CT中的有助于提高空間分辨率或者減少 偽影的新的成像模態(tài)，例如，動態(tài)焦斑(在切向方向和徑向方向上發(fā)生偏 轉)還需要對焦斑位置實施主動控制的能力。
為了滿足上述和其他要求，可能需要一種改進的用于產(chǎn)生電子束的電 子光學設備、 一種改進的X射線發(fā)射裝置和一種改進的用于產(chǎn)生電子束的 方法。

發(fā)明內容
可以通過根據(jù)獨立權利要求的主題滿足這一需求。在從屬權利要求中 描述了本發(fā)明的有利實施例。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種電子光學設備，其包括下述優(yōu)選
按照所指示的順序沿光軸布置的部件包括發(fā)射器的陰極，所述發(fā)射器具 有用于發(fā)射電子的平坦表面；用于在基本沿所述光軸的方向上對所發(fā)射的 電子進行加速的陽極；用于使經(jīng)過加速的電子發(fā)生偏轉的并且具有第一磁 軛的第一磁四極透鏡；用于使經(jīng)過加速的電子進一步發(fā)生偏轉的并且具有 第二磁軛的第二磁四極透鏡；以及用于使經(jīng)過加速的電子進一步發(fā)生偏轉 的磁偶極透鏡。
本發(fā)明的這一方面是以這樣一種思路為基礎的，即，將由第一磁四極 透鏡和第二磁四極透鏡構成的雙四極透鏡的優(yōu)點與無結構的或只有略微結 構的薄的扁平發(fā)射器的優(yōu)點結合到電子光學設備當中。所述的雙四極透鏡 提供了卓越的聚焦特性。具有用于發(fā)射電子的平坦表面的扁平發(fā)射器使得 所發(fā)射的電子的側向能量分量得到降低，由此還有助于實現(xiàn)所述電子光學 設備的卓越的聚焦特性。此外，為了實現(xiàn)所要求的可變焦斑位置，提供了 用于使所發(fā)射的電子在橫向方向和徑向方向上偏轉的磁偶極透鏡。
在下文中，將詳細說明根據(jù)第一方面的電子光學設備的特征和優(yōu)點。 本文，將電子設備定義為既包括具有作為自由電子源的發(fā)射器的陰極 和用于對所提供的自由電子進行加速從而產(chǎn)生電子束的陽極，又包括用于
5使經(jīng)過加速的自由電子發(fā)生偏轉從而使電子束發(fā)生聚焦和/或偏轉的電子光 學器件。將自由電子被陽極加速到其內的主方向定義為電子光學設備的光 軸。
發(fā)射器具有用于發(fā)射電子的基本平坦的表面。本文，"基本平坦"是指 所述表面不包括顯著的彎曲、開口或突起，其基本是扁平的、光滑的，而 且基本上是無結構的。但是，在所述平坦表面內可能存在精細的結構，例 如，溝槽或凹陷。這樣的結構的深度可以顯著小于所述表面的尺寸。例如， 所述結構的深度可以小于所述表面的長度的10°/。，優(yōu)選小于其1°/。。所述發(fā) 射器可以具有扁平箔的形式?？梢圆捎弥T如鎢或鎢合金的難熔導電材料制
備所述發(fā)射器。
可以通過施加電壓，從而在所述發(fā)生器內感生加熱電流來對所述發(fā)生 器加熱。優(yōu)選感生出使得對所述發(fā)生器的發(fā)射表面均勻加熱的電流?？梢?從陰極的經(jīng)過加熱的表面上發(fā)射電子。由于所述陰極的發(fā)射表面是平面的， 因而能夠均勻地發(fā)射電子。電子離開所述發(fā)射表面的平均方向在整個發(fā)射 表面上的各處都是相同的。
就包括(例如)具有狹縫的鎢線圈或者扁平鎢發(fā)射器的常規(guī)陰極而言， 所述陰極的非平面結構將使陰極和陽極之間的電位發(fā)生嚴重扭曲，從而增 加了電子的橫貫光軸的速度分量，進而增加了電子光學設備的焦斑尺寸。
在根據(jù)本發(fā)明的電子設備中，由于陰極的發(fā)射表面基本是平面的，因 而施加到陰極和陽極之間的電位可以是均勻的，不會因陰極上的結構而扭 曲。相應地，從陰極表面均勻發(fā)射的電子能夠沿設備的光軸或者平行于設 備的光軸受到均勻加速。其能夠促進電子光學設備的焦斑的最小化。
所述陽極可以是任何常規(guī)的用于在陽極和陰極之間生成電位的陽極。 所述的電學陽極可以在圍繞光軸的區(qū)域內具有開口，從而使在所生成的電 位內經(jīng)過加速的電子能夠飛過所述陽極內的這一開口。例如，所述陽極可 以具有中心帶有開口的杯的形式。所述杯可以流注到圍繞所述開口在遠離 所述陰極的方向上延伸的瓶頸內。
所述第一和第二磁四極透鏡可以由電磁裝置構成，其中，按照能夠生 成磁四極場的方式布置所述電磁裝置。例如，可以將四個磁極布置在正方 形的各個角上，從而將兩個磁南極布置在所述正方形的沿對角線相對的角上，而將兩個磁北極布置在其他的角上。
可以將用于所述第一和第二磁透鏡的電磁線圈分別布置在第一和第二磁軛上?？梢圆捎描F磁材料制備所述磁軛，以增強所產(chǎn)生的磁場。所述磁軛可以具有這樣調整的幾何形狀，g卩，使電磁線圈保持在能夠產(chǎn)生磁四極場的位置上。例如，所述磁軛可以具有矩形、正方形或圓形的幾何形狀。所述磁軛可以具有使電磁線圈位于其上的突起。
所述第一和第二磁四極透鏡可以具有基本相同的幾何形狀。優(yōu)選地，將兩個透鏡相對比彼此平行布置。此外，可以使每一透鏡垂直于所述光軸布置。
所述第一和第二磁四極透鏡的作用在于使經(jīng)過加速的電子發(fā)生偏轉，從而使電子束最終聚焦到探頭上。每一四極透鏡創(chuàng)建出具有梯度的磁場。即，在所述磁場內磁場強度存在差異。四極場的等位面可以具有雙曲線的形式。磁四極場的梯度使得所述磁四極場能夠起到使電子束在第一方向上聚焦的作用，同時起到在垂直于所述第一方向的第二方向上散焦的作用。
可以將所述的兩個四極透鏡布置為使其磁場梯度相對于彼此旋轉大約90。。在穿透這兩個磁四極透鏡之后，能夠實現(xiàn)線聚焦，所述線聚焦是指將所述電子束聚焦到具有(例如)大于5的長寬比的細長斑點上。為此，所述第一和第二磁四極透鏡的磁場可以相對于光軸或者相對于經(jīng)過光軸的平面具有對稱性。
可以通過一個或多個磁偶極線圈提供所述磁偶極透鏡。為了獲得均勻的磁偶極場，可以提供兩個磁線圈?？梢詫⑺鰞蓚€磁線圈布置在垂直于所述電子光學設備的光軸的平面內相對于光軸相對的兩個位置上。
所述偶極透鏡的作用在于提供基本均勻的磁場，以便使經(jīng)過加速的電子以一定的方式發(fā)生偏轉，進而使電子束在探頭上的焦點發(fā)生移動。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述磁偶極透鏡包括被布置在第二磁四極透鏡的磁軛上的偶極線圈。通過將所述偶極線圈布置在該第二磁軛上，能夠使所述磁偶極場直接疊加到所述第二四極透鏡的磁四極場上。所述第二磁軛既能充當?shù)诙臉O透鏡的磁軛，又能夠充當所述偶極透鏡的磁軛。由此，能夠節(jié)省空間，并且能夠縮小整個電子光學設備的長度。此外，還能夠消除額外的磁軛的重量。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述電子光學設備包括散射電子收集器
(SEC)。所述SEC適于收集在來自所述電子光學設備的經(jīng)加速的電子在發(fā)生撞擊時產(chǎn)生的反向散射電子。所述經(jīng)加速的電子撞擊諸如X射線發(fā)射裝置的陽極圓盤的探頭的表面。這些電子中的一些將被反射。其他的電子從所述探頭釋放次級電子。所有的這些反向散射電子飛離所述探頭，抵達SEC并在該處得到收集。所述SEC可以位于第二四極透鏡的下游，即，處于所述電子光學設備的與所述陰極相對的一端。
可以采用導電材料制備所述SEC。可以向所述SEC施加電壓，從而使所述SEC和所述陽極處于相同的電位上。例如，可以將所述SEC電連接至所述陽極。所述SEC可以具有倒置的杯形式，其中心具有電子束能夠穿過的開口。所述SEC可以延續(xù)至所述陽極杯的瓶頸。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，諸如包括發(fā)射器的陰極、陽極、第一、第二磁四極透鏡和磁偶極透鏡以及任選的散射電子收集器的這些部件中的每一個均具有相對于光軸的對稱性。相對于光軸共軸布置所述的部件。采用這樣的對稱布置能夠簡化所述電子光學設備的設計。此外，還能夠實現(xiàn)所定義的對稱焦斑。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述電子光學設備具有沿光軸小于90mm，優(yōu)選介于70mm和90mm之間的長度?？梢詫⑺鲭娮庸鈱W設備的包括散射電子收集器的長度調整為不大于150mm，優(yōu)選介于120mm和150mm之間?？梢酝ㄟ^采用諸如扁平發(fā)射器的空間節(jié)省扁平部件以及通過有利地布置所述設備的各部件來獲得這一短長度。例如，可以將所述磁偶極透鏡集成到所述第二四極透鏡中，從而節(jié)省了光軸方向上的空間。具有這樣的短長度的電子光學設備尤其適用于諸如CT或CV應用的具有空間或重量限制的應用。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述發(fā)射器的平坦表面是無結構的。換言之，所述發(fā)射器的能夠由其朝向陽極發(fā)射電子的表面是不具有任何凹陷或突起的均勻平面?？梢詮倪@樣的無結構表面均勻地發(fā)射電子。此外，這樣的無結構發(fā)射器表面不會干擾介于包括所述發(fā)射器的陰極和所述陽極之間的電場。尤其是接近所述發(fā)射器的表面的電場不會受到任何結構的干擾。相應地，電場線保持直線，電子在基本不存在任何橫向移動分量的情況下平行于光軸進行加速。電子束未被展寬。這有助于對電子束進行更好的聚焦。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述發(fā)射器的平坦表面存在精細結構。換言之，在所述發(fā)射器的平坦表面內設置有諸如溝槽、狹縫或凹陷的精細結構。這些精細結構可以例如用于將對所述發(fā)射器電加熱的電流限制在所述發(fā)射器內。但是，可以通過選擇這樣的精細結構的尺寸和/或布置使所發(fā)射的電子不會被過度的散射，而且使電場不會過度扭曲。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種X射線發(fā)射裝置，其包括下述沿光軸布置的部件如上所述的電子光學設備；以及陽極圓盤，將其布置為
使經(jīng)過加速的電子撞擊到陽極圓盤的電子接收表面上。
所述陽極圓盤可以具有傾斜表面，來自所述電子光學設備的電子束可以被引導到所述傾斜表面上。撞擊陽極圓盤的表面并且進入陽極材料的電
子將產(chǎn)生X射線輻射。可以通過選擇所述陽極圓盤的傾斜表面的角度使得
與所述電子光學設備的光軸橫向地，優(yōu)選地垂直于所述電子光學設備的光
軸發(fā)射所述X射線。
可以采用選定的材料制備所述陽極圓盤，以便獲得期望的X射線特性?？梢允顾鲫枠O圓盤圍繞平行于所述電子光學設備的光軸的軸旋轉。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，所述電學陽極和陽極圓盤(=耙)基本上處于相同的電位上。在同樣提供散射電子收集器的情況下，可以將這一 SEC設置到所述陽極的電位上。相應地，所述陽極和陽極圓盤之間的區(qū)域可以不存在任何電場。通過消除處于陽極圓盤的表面附近的電場，能夠避免來自所述陽極圓盤的表面的反向散射電子被再次朝向所述陽極圓盤吸弓l。否則，這些再次受到吸引的反向散射電子將使焦斑徒然展寬，而且還會促使對陽極圓盤的加熱，從而提高了針對陽極圓盤的冷卻要求。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，將包括發(fā)射器的陰極、電學陽極、第一磁四極透鏡、第二磁四極透鏡、任選的散射電子收集器以及陽極圓盤全部連接至水冷卻回路。組合式的水冷卻回路可以用于冷卻除了包括發(fā)射器的陰極之外的所有部件。所述冷卻回路中的水是導電的，但是當所述及的部件優(yōu)選全部處于地電位時，將不必提供另外的用于使所述冷卻回路與所述部件電絕緣的措施。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，從所述發(fā)射器的電子發(fā)射表面到所述陽極
圓盤的電子接收表面的距離小于150mm，優(yōu)選介于120mm和150mm之間。如上文概述，這一點可以通過對構成部件以及部件布置的特定選擇來實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括如上文概述的X射線發(fā)射裝置的醫(yī)療X射線裝置。例如，所述醫(yī)療X射線裝置可以是計算機斷層攝影或心血管成像裝置。如上文概述，這樣的醫(yī)療裝置可以在焦斑尺寸、焦斑尺寸控制、比率和位置、冷卻時間以及與CT相關的掃描架旋轉時間方面具有嚴格的要求。采用上文概述的X射線發(fā)射裝置能夠滿足這些要求。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種產(chǎn)生電子束的方法，所述方法包括如下步驟從發(fā)射器的平坦表面發(fā)射電子；采用陽極在基本平行于光軸的方向上對所述電子進行加速；采用第一磁四極透鏡使經(jīng)過加速的電子發(fā)生偏轉；采用第二磁四極透鏡使經(jīng)過加速的電子進一步發(fā)生偏轉；采用磁偶極透鏡使經(jīng)過加速的電子進一步發(fā)生偏轉。
本發(fā)明的示范性實施例是參考電子光學設備或X射線發(fā)射裝置描述的。當然，必須指出，與不同主題相關的特征的任意組合都是可能的，而且可以將所述設備或裝置的特征相應地應用到根據(jù)本發(fā)明的方法上。
應當注意，本發(fā)明的實施例是參考不同的主題描述的。具體而言，一些實施例是參考設備類權利要求描述的，而其他實施例則是參考方法類權利要求描述的。但是，本領域技術人員將從上述及下述說明中了解到，除了屬于一類主題的特征的任意組合之外，屬于不同主題的特征之間的任意組合，尤其是設備類權利要求的特征和方法類權利要求的特征之間的任意組合也應當被認為在本申請中得到了公開，除非另行明確說明。
本發(fā)明的上述方面以及其他方面、特征和優(yōu)點可以從下文將要描述的實施例的例子中導出并且將參考所述的實施例的例子進行說明。在下文中，將參考實施例的例子更為詳細地描述本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于此。


圖1 a通過垂直于寬度方向的截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的X射線發(fā)射裝置的示意性設置；
圖lb通過垂直于長度方向的截面圖示出了圖la的示意性設置；圖2示出了可以被用作圖la的設置中的第一磁四極透鏡的磁四極透
鏡；
圖3示出了可以被用作圖la的設置中的第二磁四極透鏡的包括磁偶極
透鏡的磁四極透鏡；
圖4示出了指示采用根據(jù)本發(fā)明的X射線發(fā)射裝置能夠獲得的針對不
同管電流的面積最小化焦斑的長度和寬度的圖；圖5顯現(xiàn)出CT應用的不同焦斑；
圖6顯現(xiàn)出通過向根據(jù)本發(fā)明的X發(fā)射裝置的磁偶極透鏡施加特定電流所獲得的不同焦斑位置；
圖7示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的計算機斷層攝影裝置。
具體實施例方式
附圖中的圖示是示意性的。應當注意，在不同的附圖中，為類似或等同的元件提供相同的附圖標記或者采用僅第一位與對應的附圖標記不同的附圖標記。
未來的X射線醫(yī)療檢查對與快速的位置變化相結合的焦斑尺寸和形狀有精密復雜的要求。由于光程通常為130mm的空間限制和實現(xiàn)SEC的最佳熱管理方面的原因，需要比通常在X射線管中所采用的好得多的電子光學器件。
圖la和lb示出了根據(jù)本發(fā)明的X射線發(fā)射裝置1的實施例。所提出的能夠達到上述要求的X射線發(fā)射裝置包括具有作為電子源的扁平發(fā)射器3的陰極和透鏡系統(tǒng)5。
斑點控制的目標在于以一定的方式在陽極圓盤7的傾斜部分上形成線聚焦(細長斑點)，使得有效的X射線源在從X射線出射窗口觀看時在寬度和長度尺寸上具有基本相等的尺寸。為此，必須根據(jù)陽極傾斜角(通常為8°)使斑點長度相對于寬度擴大一定的倍數(shù)(通常為8)。
必須使光學器件、具有發(fā)射器3的陰極以及透鏡系統(tǒng)5都是最佳的，這樣才能達到反映最新現(xiàn)有技術的X射線管的高要求。第一個基本步驟是降低所發(fā)射的電子的切向能量分量。這一點是通過從陰極3內的扁平、光滑的無結構鎢或鎢合金箔發(fā)射器發(fā)射電子實現(xiàn)的，其中，通過施加的電流對所述發(fā)射器直接加熱。所述發(fā)射器3具有朝向陽極11的平坦表面9。
通過具有處于高電位的環(huán)的陰極杯13給出了在長度和寬度方向上的第 一預聚焦元件。進入電學陽極開口的入口 15充當具有各向同性散焦效應的 第二光學元件。其具有通常為20mm的入口直徑，并且在瓶頸17內擴大到 30mm,從而為非嚴格的電子束成形提供空間。
將主要的光學部件，即，包括第一磁四極透鏡19和第二磁四極透鏡21 的雙磁四極透鏡圍繞瓶頸17大致放置到陰極3和靶陽極圓盤7之間的中間 位置。所述主要的光學部件由陰極側的第一四極透鏡19和陽極側的集成有 偶極透鏡23的第二四極透鏡21構成，從而使焦斑能夠在x/z方向上，艮口， 在垂直于X射線裝置1的光軸25的平面內移動。所述第一磁四極透鏡19 在焦斑的長度方向上聚焦，而在焦斑的寬度方向上散焦。之后，通過下述 第二四極透鏡21使電子束在寬度方向上聚焦，而在長度方向上散焦。在組 合的情況下，所述的兩個順次布置的磁四極透鏡保證在焦斑的兩個方向上 的凈聚焦效應，這在圖1中也給出了演示。雙磁四極透鏡的這一工作模式 在耙陽極圓盤7上獲得所需要的長寬比通常介于7和10之間的窄的線聚焦。
此外，通過這一原理將保留占據(jù)陰極3和靶陽極圓盤7之間的總距離 的40%以上的無電場、因而無光的區(qū)域29，以容納用于進行散射電子的熱 管理的散射電子收集器31。
在圖lb中，區(qū)域(a)指示了發(fā)射和加速長度，區(qū)域(b)指示了聚焦 和束成形長度，而區(qū)域(c)指示了散射電子收集器和熱管理長度。
圖2示出了第一磁四極透鏡19的頂視圖。正方形的磁軛41包括指向 所述正方形的中心的突起43。在這四個突起43中的每個上提供了磁線圈 45。
類似地，圖3示出了第二磁四極透鏡21的頂視圖。正方形的磁軛51 包括指向所述正方形的中心的突起53。在這四個突起53中的每個上提供了 磁線圈55。此外，將用于形成磁偶極透鏡23的磁線圈57布置在所述正方 形的磁軛51的每一縱向臂的中央。
所公開的設置需要大約130mm的束路徑長度，該長度顯著大于普通的 雙極管中的束路徑長度(》20mm)，但是該設置仍然允許將管制造得足夠小、 足夠輕，以用于CV應用，以及適于裝配到普通的CT掃描架上。
12圖4示出了作為管電流的函數(shù)的采用50mn^的發(fā)射面積得到的最小焦 點。顯然，相對于管電流而言，與當今用于醫(yī)療檢查的每種其他X射線管 相比，這些焦點明顯很小?？梢匀菀椎赝ㄟ^僅控制兩個磁四極透鏡19、 21 的線圈電流而通過以給定的管電流下獨立地改變長度和寬度來擴大這些最 小焦斑。
己經(jīng)做過實驗來研究電子發(fā)射發(fā)射器對光學特性有多強的影響。就采 用具有50mm2的無結構發(fā)射表面的發(fā)射器的X射線發(fā)射裝置而言，可以獲 得0.2mm的焦斑寬度和0.23mm的焦斑長度。就采用具有50mm2的略微結 構的發(fā)射表面并且在寬度方向上具有20x4(nim的狹縫的發(fā)射器的X射線發(fā) 射裝置而言，可以獲得0.3mm的焦斑寬度和0.46mm的焦斑長度。通過釆 用精細結構的發(fā)射器能夠獲得的斑點尺寸明顯更大，其中，所述精細結構 的發(fā)射器具有與無結構發(fā)射器相同的發(fā)射面積，但是其采用了具有20個寬 度為40jim的狹縫的曲折(meander)設計來建立電流路徑。對于最小的斑 點而言，焦斑寬度擴大了 50%,焦斑長度擴大了 100%。對所述長度有更強 的影響是由從在寬度方向上取向的狹縫內壁發(fā)射的電子導致的。
對于通常采用的線圈發(fā)射器而言，甚至急劇增加了這一效應對于僅 為240mA的管電流和120kV而言，最小的投射焦斑面積(對于8。的傾斜角 為0.513x0.946mm2 = 0.485mm2)超過所述無結構發(fā)射器設置的十倍。
為了進一步演示所述電子光學原理的可能性，圖5示出了三個被調整 至適合近期CV和CT應用的尺寸的焦斑。圖5a示出了用于CV應用的IEC 03焦斑；圖5b示出了用于CT應用的0.75x0.9mm2的焦斑；圖5c示出了用 于CT應用的1.30xl.45mm2的焦斑。
圖6示出了利用集成在第二磁軛上的偶極在X和Z方向上移動的焦斑。
最后，圖7示出了計算機斷層攝影設備100，其又被稱為CT掃描器， 可以在其內使用上述X射線發(fā)射裝置。CT掃描器100包括掃描架101，其 可以圍繞旋轉軸102旋轉。利用電動機103驅動掃描架101。
附圖標記105表示諸如上述X射線發(fā)射裝置的輻射源，其發(fā)射多色輻 射107。 CT掃描器100還包括窗孔系統(tǒng)106，其使從X射線源105發(fā)射的 X輻射形成輻射束107。還可以通過過濾元件(未示出)改變從輻射源105 發(fā)射的輻射束的譜分布，其中，所述過濾元件靠近所述窗孔系統(tǒng)106布置?？梢砸龑л椛涫?07，使其穿透感興趣區(qū)域110a，例如，所述感興趣 區(qū)域可以是患者110的頭部110a，其中，所述輻射束107可以是錐形或者 扇形束107。
將患者110安置在掃描床112上。將患者的頭部110a布置到掃描架101 的中央?yún)^(qū)域，所述中央?yún)^(qū)域代表CT掃描器100的檢查區(qū)域。在穿過感興趣 區(qū)域110a之后，輻射束107撞擊到輻射探測器115上。為了能夠抑制X輻 射被患者頭部110a散射并在傾斜的角度下撞擊到X射線探測器上，提供了 一種未示出的防散射濾線柵。優(yōu)選將所述防散射濾線柵安置到探測器115 的正前面。
將X射線探測器115布置到與X射線管105相對的掃描架101上。探 測器115包括多個探測元件115a，其中，每一探測元件115a能夠對己經(jīng)穿 過患者110的頭部110a的X射線光子進行探測。
在掃描感興趣區(qū)域110a的過程中，使X射線源105、窗孔系統(tǒng)106和 探測器115與掃描架101 —起沿箭頭117指示的旋轉方向旋轉。為了實現(xiàn) 掃描架101的旋轉，將電動機103連接至電動機控制單元120，所述電動機 控制單元120本身又連接至數(shù)據(jù)處理裝置125。數(shù)據(jù)處理裝置125包括可以 通過硬件和/或通過軟件實現(xiàn)的重建單元。所述重建單元適合基于在各種觀 察角度下獲得的多幅2D圖像重建3D圖像。
此外，數(shù)據(jù)處理裝置125還充當控制單元，其與電動機控制單元120 通信，以便使掃描架101的移動與掃描床112的移動相協(xié)調。通過電動機 113執(zhí)行掃描床112的直線位移，電動機113也連接至電動機控制單元120。
在CT掃描器100的工作過程中，掃描架101旋轉，與此同時，使掃描 床112平行于旋轉軸102直線移動，由此執(zhí)行對感興趣區(qū)域110a的螺旋掃 描。應當注意，也可能執(zhí)行圓形掃描，在圓形掃描中，在平行于旋轉軸102 的方向上沒有位移，而是僅使掃描架101圍繞旋轉軸102旋轉。由此，可 以以高準確度測量頭部110a的各切片?？梢酝ㄟ^在針對每一離散的掃描床 位置已經(jīng)執(zhí)行至少一半的掃描架旋轉之后平行于轉動軸102以離散步進循 序地移動掃描床112來獲得對患者頭部的更大的三維表示。 . 將探測器115耦合至前置放大器118，所述前置放大器118本身又耦合 至數(shù)據(jù)處理裝置125。在多個不同的X射線投影數(shù)據(jù)集的基礎上，所述處理裝置125能夠重建患者頭部110a的3D表示，其中，所述多個不同的X 射線投影數(shù)據(jù)集是在不同的投影角度下獲取的。
為了觀察到患者頭部U0a的經(jīng)重建的3D表示，提供了耦合至數(shù)據(jù)處 理裝置125的顯示器126。此外，還可以通過打印機127打印出所述3D表 示的透視圖的任意切片，其中，打印機127也耦合至數(shù)據(jù)處理裝置125。此 外，還可以將數(shù)據(jù)處理裝置125耦合至圖片存檔及通信系統(tǒng)128 (PACS)。
應當注意，可以相對于計算機斷層攝影設備100本地布置監(jiān)視器126、 打印機127和/或其他在CT掃描器100內提供的裝置?；蛘撸梢允惯@些 部件遠離CT掃描器100，例如，使其處于機構或醫(yī)院內的其他地方，或者 處于通過一個或多個諸如因特網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)等的可配置網(wǎng)絡鏈接到所述 CT掃描器100的完全不同的場所。
綜合所有上文討論的事實，應當指出，所提出的包括無結構的扁平發(fā) 射器乃至精細結構的扁平發(fā)射器以及兩個磁四極透鏡的新的電子光學原理 提供了醫(yī)療X射線檢查所需的所有特征，同時因其尺寸小巧，又不會超出 幾何空間和重量的限制。所述電子光學原理包括介于70-90mm的長度內的 無結構的或者精細結構的薄的扁平發(fā)射器以及在陽極側磁軛上帶有偶極線 圈的磁雙四極透鏡，并且從發(fā)射器到靶的總光程介于120mm和150mm之 間。雙四極透鏡和耙之間的50-60mm的長度是沒有透鏡的，而可以包括散 射電子收集器(SEC)。
例如，對于醫(yī)療X射線應用需要100-1600mA的管電流和70-140kV的 高電壓而言，這一原理可以提供例如寬度介于0.2-1.3mm之間可變，并且焦 斑長度介于0.23-1.45mm之間的任意值的焦斑。此夕卜，有可能沿徑向方向和 切向方向快速移動這些焦點，這樣可以得到更高的空間分辨率。
可以將本發(fā)明應用于任何具有這樣的特點的領域，即，必須將電子聚 焦成與高電流結合獲得可變的焦斑尺寸、形狀和位置，但是光學元件只能 得到有限的空間。
應當注意，術語"包括"不排除其他元件或步驟，單數(shù)冠詞并不排除 復數(shù)。同樣，可以對結合不同實施例描述的各元件進行組合。還應當注意， 權利要求中的附圖標記不應理解為對權利要求的范圍的限定。
為了扼要概括上文所述的本發(fā)明的實施例，應當聲明為了滿足高端X射線管的高電子光學要求，需要比標準的管內采用的原理更好的原理。一 種實現(xiàn)這一目的的解決方案是通過使扁平電子發(fā)射器與帶有集成的磁偶極
透鏡的磁雙四極透鏡結合而給出的。可以在大約130mm的光程內實現(xiàn)這一 設置，其中，所有的聚焦元件都處于發(fā)射器所在的一半內，因此，可以將 這一設置切實地應用于CV和CT應用所采用的高端管。這一電子光學原理 提供了下述優(yōu)點1)將高電流電子束聚焦成所需的垂直于光軸的線形小焦 斑，該焦斑通常具有7-10的長寬比，2)在大的kV和mA范圍內保持聚焦 特性，3)獨立控制焦斑的寬度和長度，4)主動控制焦斑的尺寸和位置。
權利要求
1、一種電子光學設備(1)，其包括下述沿光軸(25)布置的部件包括發(fā)射器(3)的陰極，其中，所述發(fā)射器具有用于發(fā)射電子的基本平坦的表面(9)；用于在基本沿所述光軸(25)的方向上對所發(fā)射的電子進行加速的陽極(11)；用于使經(jīng)過加速的電子發(fā)生偏轉的并且具有第一磁軛(41)的第一磁四極透鏡(19)；用于使經(jīng)過加速的電子進一步發(fā)生偏轉的并且具有第二磁軛(51)的第二磁四極透鏡(21)；以及用于使經(jīng)過加速的電子進一步發(fā)生偏轉的磁偶極透鏡(23)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的設備，其中，所述磁偶極透鏡(23)包括布 置在所述第二磁軛(51)上的偶極線圈(57)。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的設備，還包括散射電子收集器(31)。
4、 根據(jù)權利要求1到3之一所述的設備，其中，所述部件中的每一個 均具有相對于所述光軸(25)的對稱性，并且其中，將所述部件相對于所 述光軸(25)共軸布置。
5、 根據(jù)權利要求1到4之一所述的設備，其中，所述設備(1)具有 沿所述光軸(25)小于90mm的長度。
6、 根據(jù)權利要求1到5之一所述的設備，其中，所述發(fā)射器(3)的 平坦表面(9)是無結構的。
7、 根據(jù)權利要求1到5之一所述的設備，其中，所述發(fā)射器(3)的 平坦表面(9)存在精細結構。
8、 一種X射線發(fā)射裝置，其包括下述沿光軸(25)布置的部件 根據(jù)權利要求1到7之一所述的電子光學設備(1);以及 陽極圓盤(7)，將其布置為使經(jīng)過加速的電子撞擊到所述陽極圓盤(7)的電子接收表面上。
9、 根據(jù)權利要求8所述的X射線發(fā)射裝置，其中，所述陽極(11)和 所述陽極圓盤(7)基本處于相同的電位上。
10、 根據(jù)權利要求8或9所述的X射線發(fā)射裝置，其中，將所述陽極 (11)、所述第一磁四極透鏡(19)、所述第二磁四極透鏡(21)、任選的所述散射電子收集器(31)和所述陽極圓盤(7)全部連接至水冷卻回路。
11、 根據(jù)權利要求8到10之一所述的X射線發(fā)射裝置，其中，從所述 發(fā)射器(3)的電子發(fā)射表面(9)到所述陽極圓盤(7)的所述電子接收表 面之間的距離小于150mm。
12、 一種包括根據(jù)權利要求8到11之一所述的X射線發(fā)射裝置的醫(yī)療 X射線裝置。
13、 一種產(chǎn)生電子束的方法，所述方法包括如下步驟 從發(fā)射器(3)的平坦表面(9)發(fā)射電子；采用陽極(11)在基本平行于光軸(25)的方向上對所述電子進行加速；采用第一磁四極透鏡(19)使經(jīng)過加速的電子發(fā)生偏轉； 采用第二磁四極透鏡(21)使經(jīng)過加速的電子進一步發(fā)生偏轉； 采用磁偶極透鏡(23)使經(jīng)過加速的電子進一步發(fā)生偏轉。
全文摘要
描述了一種電子光學布置、一種X射線發(fā)射裝置和一種產(chǎn)生電子束的方法。一種電子光學設備(1)包括下述沿光軸(25)布置的部件具有發(fā)射器(3)的陰極，所述發(fā)射器(3)具有用于發(fā)射電子的基本平坦的表面(9)；用于在基本在所述光軸(25)的方向上對所發(fā)射的電子進行加速的陽極(11)；用于使經(jīng)過加速的電子發(fā)生偏轉的并且具有第一磁軛(41)的第一磁四極透鏡(19)；用于使經(jīng)過加速的電子進一步發(fā)生偏轉的并且具有第二磁軛(51)的第二磁四極透鏡(21)；以及用于使經(jīng)過加速的電子進一步發(fā)生偏轉的磁偶極透鏡(23)。
文檔編號H01J35/00GK101523544SQ200780037971
公開日2009年9月2日 申請日期2007年10月8日 優(yōu)先權日2006年10月13日
發(fā)明者S·胡特曼, S·霍爾茨阿普費爾, W·馬林 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司