X射線裝置以及具有該x射線裝置的ct設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置具備：真空盒，四周密封且內(nèi)部為高真空；多個電子發(fā)射單元，每個電子發(fā)射單元互相獨立且排成線形陣列安裝在真空盒的側(cè)壁上；陽極，安裝在真空盒內(nèi)的中部，在長度方向上與電子發(fā)射單元的排列線平行且在寬度方向上與電子發(fā)射單元的安裝平面形成預(yù)定角度的夾角；電源與控制系統(tǒng)，具有高壓電源、聚焦電源、發(fā)射控制裝置及控制系統(tǒng)，電子發(fā)射單元具有：加熱燈絲；與加熱燈絲連接的陰極；包圍陰極與燈絲的絕緣支撐件；聚焦極，以位于陰極的上方的方式配置在絕緣支撐件的頂端；連接固定件，配置在所述聚焦極的上方，與所述真空盒的盒壁密封連接，燈絲引線穿過絕緣支撐件與發(fā)射控制裝置連接。
【專利說明】X射線裝置以及具有該X射線裝置的CT設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種產(chǎn)生分布式X射線的裝置，特別涉及在一個X射線光源設(shè)備中通過外置方式布置多個獨立的熱陰極電子發(fā)射單元并且利用柵極控制或者陰極控制來產(chǎn)生按照預(yù)定順序變換焦點位置的X射線的外置熱陰極分布式X射線裝置以及具有該裝置的CT設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]一般地，X射線光源是指產(chǎn)生X射線的設(shè)備，通常由X射線管、電源與控制系統(tǒng)、冷卻及屏蔽等輔助裝置等構(gòu)成，其核心是X射線管。X射線管通常由陰極、陽極、玻璃或陶瓷外殼構(gòu)成。陰極為直熱式螺旋鎢絲，在工作時，通過電流，加熱到一種高溫狀態(tài)，產(chǎn)生熱發(fā)射的電子束流，陰極被一個前端開槽的金屬罩包圍，金屬罩使電子聚焦。陽極為在銅塊端面鑲嵌的鎢靶，在工作時，在陽極和陰極之間施加有高壓，陰極產(chǎn)生的電子在電場作用下加速運動飛向陽極，并且撞擊靶面，從而產(chǎn)生X射線。
[0003]X射線在工業(yè)無損檢測、安全檢查、醫(yī)學(xué)診斷和治療等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。特別是，利用X射線的高穿透能力制成的X射線透視成像設(shè)備在人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷姘l(fā)揮著重要作用。這類設(shè)備早期的是膠片式的平面透視成像設(shè)備，目前的先進技術(shù)是數(shù)字化、多視角并且高分辨率的立體成像設(shè)備，例如CT(computed tomography),可以獲得高清晰度的三維立體圖形或切片圖像，是先進的高端應(yīng)用。
[0004]在現(xiàn)有的CT設(shè)備中，X射線源和探測器需要在滑環(huán)上運動，為了提高檢查速度，通常X射線源和探測器的運動速度非常高，導(dǎo)致設(shè)備整體的可靠性和穩(wěn)定性降低，此外，受運動速度的限制，CT的檢查速度也受到了限制。因此，在CT設(shè)備中需要一種能夠不移動位置就能產(chǎn)生多個視角的X射線源。
[0005]為了解決現(xiàn)有CT設(shè)備中滑環(huán)帶來的可靠性、穩(wěn)定性問題和檢查速度問題以及陽極靶點耐熱問題，在現(xiàn)有專利文獻中提供了一些方法。例如旋轉(zhuǎn)靶X射線源，可以在一定程度上解決陽極靶過熱的問題，但是，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且產(chǎn)生X射線的靶點相對于X射線源整體仍然是一個確定的靶點位置。例如，有的技術(shù)為了實現(xiàn)固定不動X射線源的多個視角而在一個圓周上緊密排列多個獨立的傳統(tǒng)X射線源來取代X射線源的運動，雖然這樣也能夠?qū)崿F(xiàn)多視角，但是成本高，并且，不同視角的靶點間距大，成像質(zhì)量(立體分辨率)很差。此外，在專利文獻1 (US4926452)中提出了一種產(chǎn)生分布式X射線的光源以及方法，陽極靶具有很大的面積，緩解了靶過熱的問題，并且，靶點位置沿圓周變化，可以產(chǎn)生多個視角。雖然專利文獻1是對獲得加速的高能量電子束進行掃描偏轉(zhuǎn)，存在控制難度大、靶點位置不分立以及重復(fù)性差的問題，但仍然是一種能產(chǎn)生分布式光源的有效方法。此外，例如在專利文獻2 (US20110075802)與專利文獻3 (W02011/119629)中提出了一種產(chǎn)生分布式X射線的光源以及方法，陽極靶具有很大的面積，緩解了靶過熱的問題，并且，靶點位置分散固定且陣列式排列，可以產(chǎn)生多個視角。此外，采用碳納米管做為冷陰極，并且對冷陰極進行陣列排布，利用陰極柵極間的電壓控制場發(fā)射，從而控制每一個陰極按順序發(fā)射電子，在陽極上按相應(yīng)順序位置轟擊靶點，成為分布式X射線源。但是，存在生產(chǎn)工藝復(fù)雜、碳納米管的發(fā)射能力與壽命不高的不足之處。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決上述課題而提出的，其目的在于提供一種無需移動光源就能產(chǎn)生多個視角并且有利于簡化結(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、提高檢查效率的外置熱陰極分布式X射線裝置以及具有該外置熱陰極分布式X射線裝置的CT設(shè)備。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種外置熱陰極分布式X射線裝置，其特征在于，具備:真空盒，四周密封并且內(nèi)部為高真空；多個電子發(fā)射單元，每個電子發(fā)射單元互相獨立且排成線形陣列安裝在所述真空盒的側(cè)壁上；陽極，安裝在所述真空盒內(nèi)部的中間位置，并且，在長度方向上與所述電子發(fā)射單元的排列方向平行且在寬度方向上與所述電子發(fā)射單元的安裝平面形成預(yù)定角度的夾角；電源與控制系統(tǒng)，具有與所述陽極連接的高壓電源、與所述多個電子發(fā)射單元的每一個連接的發(fā)射控制裝置、用于對各電源進行控制的控制系統(tǒng)，所述電子發(fā)射單元具有:加熱燈絲；與所述加熱燈絲連接的陰極；從所述加熱燈絲的兩端引出的燈絲引線；絕緣支撐件，包圍所述加熱燈絲以及所述陰極；聚焦極，以位于所述陰極的上方的方式配置在所述絕緣支撐件的頂端；連接固定件，配置在所述聚焦極的上方，與所述真空盒的盒壁密封連接，所述燈絲引線穿過所述絕緣支撐件與所述發(fā)射控制裝置連接。
[0008]此外，在本發(fā)明中的外置熱陰極分布式X射線裝置中，還具有:高壓電源連接裝置，將所述陽極和所述高壓電源的電纜連接，安裝在所述真空盒的靠近所述陽極的一端的側(cè)壁；發(fā)射控制裝置連接裝置，用于連接所述加熱燈絲和所述發(fā)射控制裝置；真空電源，包括在所述電源與控制系統(tǒng)內(nèi)；真空裝置，安裝在所述真空盒的側(cè)壁上，利用所述真空電源進行工作，維持所述真空盒內(nèi)的高真空。
[0009]此外，在本發(fā)明中的外置熱陰極分布式X射線裝置中，所述電子發(fā)射單元還具有:柵極，安裝在所述陰極與所述聚焦極之間并且緊鄰陰極；柵極引線，與所述柵極連接，穿過所述絕緣支撐件，與所述發(fā)射控制裝置連接。
[0010]此外，在本發(fā)明中的外置熱陰極分布式X射線裝置中，所述電子發(fā)射單元還具有:聚焦段，安裝在所述聚焦極與所述連接固定件之間；聚焦裝置，以包圍所述聚焦段的方式配置。
[0011]此外，在本發(fā)明中的外置熱陰極分布式X射線裝置中，還具有:聚焦電源，包括在所述電源與控制系統(tǒng)內(nèi)；聚焦裝置連接裝置，用于連接所述聚焦裝置和所述聚焦電源。
[0012]此外，在本發(fā)明中的外置熱陰極分布式X射線裝置中，所述電子發(fā)射單元分兩排安裝在所述真空盒的兩個相對的側(cè)壁上。
[0013]此外，在本發(fā)明中的外置熱陰極分布式X射線裝置中，所述真空盒由玻璃或陶瓷制成。
[0014]此外，在本發(fā)明中的外置熱陰極分布式X射線裝置中，所述真空盒由金屬材料制成。
[0015]此外，在本發(fā)明中的外置熱陰極分布式X射線裝置中，所述多個電子發(fā)射單元排列成直線形或者是分段直線形。
[0016]此外，在本發(fā)明中的外置熱陰極分布式X射線裝置中，所述多個電子發(fā)射單元排列成圓弧形或者是分段圓弧形。
[0017]此外，在本發(fā)明中的外置熱陰極分布式X射線裝置中，所述多個電子發(fā)射單元的排列間隔是均勻的。
[0018]此外，在本發(fā)明中的外置熱陰極分布式X射線裝置中，所述多個電子發(fā)射單元的排列間隔是非均勻的。
[0019]此外，本發(fā)明提供一種CT設(shè)備，其特征在于，所使用的X射線源是如上所述的外置熱陰極分布式X射線裝置。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，主要是提供一種外置熱陰極分布式X射線裝置，在一個光源設(shè)備中產(chǎn)生按某種順序周期變換焦點位置的X射線。本發(fā)明的電子發(fā)射單元采用熱陰極，相對于其它設(shè)計具有發(fā)射電流大、壽命長的優(yōu)點；多個電子發(fā)射單元各自獨立固定在真空盒上，且可直接使用小型的二極或三極電子槍，技術(shù)成熟，成本低，應(yīng)用靈活；采用長條型大陽極的設(shè)計，有效緩解了陽極過熱的問題，有利于提高光源的功率；電子發(fā)射單元可以直線排列，整體成為直線型分布式X射線裝置，電子發(fā)射單元也可以環(huán)形排列，整體成為環(huán)型分布式X射線裝置，應(yīng)用靈活；通過聚焦極的設(shè)計，和外部聚焦裝置的設(shè)計，電子束可是實現(xiàn)非常小的焦點。相對其它分布式X射線光源設(shè)備，本發(fā)明電流大，靶點小，靶點位置分布均勻且重復(fù)性好，輸出功率高，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，成本低。
[0021]將本發(fā)明的分布式X射線光源應(yīng)用于CT設(shè)備，無需移動光源就能產(chǎn)生多個視角，因此可以省略滑環(huán)運動，有利于簡化結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性，提高檢查效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0023]圖2是本發(fā)明中的陽極與電子發(fā)射單元的位置關(guān)系的示意圖。
[0024]圖3是本發(fā)明中的一種電子發(fā)射單元的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0025]圖4是本發(fā)明中的一種發(fā)射控制單元的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0026]圖5是本發(fā)明中的一種具有柵極和聚焦裝置的電子發(fā)射單元的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0027]圖6是本發(fā)明中的一種具有柵極控制的發(fā)射控制單元的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0028]圖7是本發(fā)明中的另一種電子發(fā)射單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖8是本發(fā)明中的圓柱形電子發(fā)射單元的結(jié)構(gòu)的俯視圖，(A)是圓形柵孔的情況，(B)是長方形柵孔的情況。
[0030]圖9是本發(fā)明中的長方體形電子發(fā)射單元的結(jié)構(gòu)俯視圖，(A)是圓形柵孔的情況，(B)是長方形柵孔的情況。
[0031]圖10是本發(fā)明中的陰極的結(jié)構(gòu)示意圖，(A)是平面圓形的陰極，(B)是平面長方形的陰極，(C)是球面圓弧形的陰極，(D)是圓柱弧面形的陰極。
[0032]圖11是本發(fā)明中的柵網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖，(A)是平面型柵網(wǎng)，(B)是球面型柵網(wǎng)，(C)是U槽型柵網(wǎng)。
[0033]圖12是本發(fā)明的利用柵極的控制進行的自動聚焦的示意圖。
[0034]圖13是本發(fā)明中的一種直線型雙排對置布置的外置熱陰極分布式X射線裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖，(A)是電子發(fā)射單元、陽極與真空盒的位置關(guān)系的圖，(B)是電子發(fā)射單元與陽極的位置關(guān)系的圖。
[0035]圖14是本發(fā)明中的一種圓弧型雙排對置布置的外置熱陰極分布式X射線裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0036]圖15是本發(fā)明的二維分布式X射線裝置的主要結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0037]圖16是本發(fā)明中的二維分布式X射線裝置的陽極結(jié)構(gòu)的仰視圖。
[0038]圖17是本發(fā)明中的柵極與陰極分離的電子發(fā)射單元陣列的示意圖，(A)是側(cè)視圖，(B)是各個柵極獨立控制模式的俯視圖，(C)是各個柵極互連并且陰極控制模式的俯視圖。
[0039]圖18是本發(fā)明中的燈絲串聯(lián)的分布式X射線裝置。
[0040]圖19是本發(fā)明的曲面陣列分布式X射線裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0041]圖20是本發(fā)明的曲面陣列分布式X射線裝置的結(jié)構(gòu)的端面示意圖。
[0042]圖21是本發(fā)明中的陽極的不同結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0043]圖22是在本發(fā)明中的環(huán)型分布式X射線裝置的電子發(fā)射單元與陽極的布置關(guān)系的示意圖。
[0044]附圖標(biāo)記說明:
1電子發(fā)射單元 2陽極
3真空盒
4高壓電源連接裝置
5發(fā)射控制裝置連接裝置
6聚焦裝置連接裝置
7電源與控制系統(tǒng)
8真空裝置
E電子束流
X X射線
0圓弧的圓心
101加熱燈絲
102陰極
103絕緣支撐件
104聚焦極
105連接固定件
106燈絲引線
107柵極
108柵極引線
109聚焦段
110聚焦裝置
701控制系統(tǒng)
702高壓電源
703發(fā)射控制裝置 704聚焦電源 70301負(fù)高壓模塊 70302直流模塊 70303 聞壓隔尚變壓器 70304負(fù)電壓模塊 70305 正電壓模塊 70306開關(guān)模塊 801真空泵 802真空閥。

【具體實施方式】
[0045]以下，參照附圖詳細(xì)地對本發(fā)明進行說明。
[0046]圖1是本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置包括多個電子發(fā)射單元1(至少兩個，以后也具體地稱為電子發(fā)射單元11、12、13、14、……)、陽極2、真空盒3、高壓電源連接裝置4、發(fā)射控制裝置連接裝置5、以及電源與控制系統(tǒng)7。此外，電子發(fā)射單元1由加熱燈絲101、陰極102、絕緣支撐件103、聚焦極104、連接固定件105、燈絲引線106等組成。陽極2安裝在真空盒3內(nèi)部的中間，電子發(fā)射單元1與高壓電源連接裝置4安裝在真空盒3的盒壁上并且與真空盒3構(gòu)成整體密封結(jié)構(gòu)。
[0047]圖2是本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置的陽極2與電子發(fā)射單元1的相對位置關(guān)系的示意圖。如圖2所示，多個電子發(fā)射單元1排列在一條直線上，陽極2是與電子發(fā)射單元1的排列相對應(yīng)的長條形狀，并且，陽極2在長度方向上與由多個電子發(fā)射單元1排列而成的直線平行，在寬度方向上，陽極2的面向電子發(fā)射單元1的表面與電子發(fā)射單元1的面向陽極2的表面之間形成預(yù)定角度的夾角。
[0048]電子發(fā)射單元1用于按要求產(chǎn)生電子束流，安裝在真空盒3的側(cè)壁上，通過連接固定件105與真空盒3的側(cè)壁構(gòu)成密封結(jié)構(gòu)，電子發(fā)射單元1整體處于真空盒3之外，電子束流可通過連接固定件105中間的開孔進入真空盒3內(nèi)部。此外，在圖3中示出了電子發(fā)射單元1的一種結(jié)構(gòu)，電子發(fā)射單元1包括加熱燈絲101、陰極102、絕緣支撐件103、聚焦極104、連接固定件105、燈絲引線106。陰極102與加熱燈絲101連接在一起，加熱燈絲101通常采用鎢絲，陰極102通常采用熱發(fā)射電子能力強的材料，例如，氧化鋇、鈧酸鹽、六硼化鑭等。絕緣支撐件103包圍加熱燈絲101和陰極102，相當(dāng)于電子發(fā)射單元1的部分殼體，采用絕緣材料，通常為陶瓷。燈絲引線106穿過絕緣支撐件103而被引出到電子發(fā)射單元1的外部，燈絲引線106與絕緣支撐件103之間為密封結(jié)構(gòu)。聚焦極104安裝在絕緣支撐件103的上端，聚焦極104為鼻錐形設(shè)計，中間有開孔，并且該開孔的中心與陰極102的中心上下對齊。連接固定件105用于將電子發(fā)射單元1與真空盒3密封連接，通常為刀口法蘭，中間有開孔，用于使電子束流E從電子發(fā)射單元1進入到真空盒3中。絕緣支撐件103、聚焦極104、連接固定件105緊密連接在一起，使電子發(fā)射單元1的除連接固定件105的中心開孔外的其他部分形成一個真空密封結(jié)構(gòu)。
[0049]此外，電源與控制系統(tǒng)7包括控制系統(tǒng)701、高壓電源702、發(fā)射控制裝置703等。高壓電源702通過安裝在真空盒3的盒壁上的高壓電源連接裝置4與陽極2相連接。發(fā)射控制裝置703通過發(fā)射控制裝置連接裝置5分別與各個電子發(fā)射單元1的燈絲引線106連接，通常具有與電子發(fā)射單元1的數(shù)量相同數(shù)量的發(fā)射控制單元。在圖4中示出了一種發(fā)射控制單元的結(jié)構(gòu)，發(fā)射控制裝置703包括多個發(fā)射控制單元，每一個發(fā)射控制單元包括負(fù)高壓模塊70301、低壓直流模塊70302、高壓隔離變壓器70303。其中，負(fù)高壓模塊70301用于在控制系統(tǒng)701的控制下產(chǎn)生負(fù)的高壓脈沖，其輸出連接到高壓隔離變壓器70303的原邊；低壓直流模塊70302用于產(chǎn)生對加熱燈絲106供電加熱的電流，其輸出連接到高壓隔離變壓器70303的兩組并聯(lián)副邊的低壓端，并經(jīng)過變壓器繞組，從兩組并聯(lián)副邊的高壓端輸出到燈絲引線106。發(fā)射控制裝置連接裝置5通常為帶連接頭的電纜，數(shù)量與電子發(fā)射單元1的數(shù)量相同。此外，控制系統(tǒng)701對高壓電源702、發(fā)射控制裝置703的工作狀態(tài)進行控制。
[0050]此外，真空盒3是四周密封的空腔殼體，其內(nèi)部為高真空，殼體可以由玻璃或陶瓷等絕緣材料構(gòu)成。在真空盒3的側(cè)壁上(參見圖1)安裝有多個電子發(fā)射單元1，這些電子發(fā)射單元1排列成直線，在內(nèi)部(參見圖1)安裝有長條形的陽極2，陽極2在長度方向上與電子發(fā)射單元1的排列方向平行。真空盒3內(nèi)部的空間足夠電子束流在電場中的運動而不會產(chǎn)生任何阻擋。真空盒3內(nèi)的高真空是通過在高溫排氣爐內(nèi)烘烤排氣獲得的，其真空度通常優(yōu)于10_3Pa，推薦的真空度優(yōu)于10_5Pa。
[0051]此外，推薦的真空盒3的殼體是金屬材料，在采用金屬材料的情況下，電子發(fā)射單元1通過其連接固定件105與真空盒3的壁進行刀口法蘭密封方式的連接，陽極2利用絕緣支撐材料在真空盒3內(nèi)進行固定安裝，并且，陽極2與真空盒3的殼體之間保持足夠的距離，不會產(chǎn)生高壓打火。
[0052]此外，高壓電源連接裝置4用于將陽極2和高壓電源702的電纜連接，安裝在真空盒3的側(cè)壁。高壓電源連接裝置4通常為內(nèi)部帶金屬柱的錐形陶瓷結(jié)構(gòu)，一端與陽極2相連接，另一端與真空盒3的盒壁緊密連接，一起形成真空密封結(jié)構(gòu)。高壓電源連接裝置4內(nèi)部的金屬柱用于使陽極2和高壓電源702的電纜接頭形成電路連接。通常高壓電源連接裝置4與電纜接頭之間設(shè)計為可插拔式結(jié)構(gòu)。
[0053]此外，在本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置中，電子發(fā)射單元1還可以包括柵極107和柵極引線108。在圖5中示出了一種具有柵極和聚焦裝置的電子發(fā)射單元1的結(jié)構(gòu)。如圖5所示，柵極107設(shè)置在陰極102與聚焦極104之間，緊鄰陰極102，柵極107通常為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，外形通常與陰極102的形狀相同，柵極引線108連接于柵極107并且穿過絕緣支撐件103被引出到電子發(fā)射單元1的外部，柵極引線108與絕緣支撐件103之間密封連接，柵極引線108通過發(fā)射控制裝置連接裝置5連接到發(fā)射控制裝置703。
[0054]此外，在本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置中，發(fā)射控制裝置703的發(fā)射控制單元還可以包括負(fù)偏壓模塊70304、正偏壓模塊70305、選擇開關(guān)70306。在圖6中示出了一種具有柵極控制的發(fā)射控制單元的結(jié)構(gòu)。如圖6所示，負(fù)高壓模塊70301用于產(chǎn)生負(fù)高壓，其輸出連接到高壓隔離變壓器70303的原邊；市電連接到高壓隔離變壓器70303的兩組并聯(lián)副邊的低壓端，并經(jīng)過變壓器繞組，從兩組并聯(lián)副邊的高壓端輸出懸浮在高壓上的電源，分別供給到直流模塊70302、負(fù)偏壓模塊70304和正偏壓模塊70305。直流模塊70302產(chǎn)生對加熱燈絲101供電加熱的電流；負(fù)偏壓模塊70304和正偏壓模塊70305分別產(chǎn)生一個負(fù)的電壓和一個正的電壓并輸出到選擇開關(guān)70306的兩個輸入端，選擇開關(guān)70306在控制裝置701的作用下選擇一個電壓輸出到柵極引線108，并最終施加到柵極107上。
[0055]此外，在本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置中，電子發(fā)射單元1還可以包括聚焦段109和聚焦裝置110。如圖5所示，聚焦段109連接在聚焦極104和連接固定件105之間，聚焦極104、聚焦段109和連接固定件105可以是一個金屬件加工而成的整體，也可以三個金屬部件通過焊接連接在一起，聚焦裝置110安裝在聚焦段109外，聚焦裝置110通常是聚焦線包。聚焦裝置110通過聚焦裝置連接裝置6連接到聚焦電源704，聚焦裝置110在聚焦電源704的驅(qū)動下工作，聚焦電源704的工作狀態(tài)受電源與控制系統(tǒng)7的控制。相應(yīng)地，外置熱陰極分布式X射線裝置還包括聚焦裝置連接裝置6，電源與控制系統(tǒng)7還包括聚焦電源704。
[0056]此外，本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置還可以包括真空裝置8和真空電源705，真空裝置8包括真空泵801和真空閥802，真空裝置8安裝在真空盒3的側(cè)壁上。真空泵801在真空電源705的作用下進行工作，用于維持真空盒3內(nèi)的高真空。通常，外置熱陰極分布式X射線裝置在工作時，電子束流轟擊陽極2，陽極2會發(fā)熱并釋放少量氣體，通過使用真空泵801，能夠?qū)⑦@部分氣體快速抽出，從而維持真空盒3內(nèi)部的高真空度。真空泵801優(yōu)選使用真空離子泵。真空閥802通常選用可以承受高溫烘烤的全金屬真空閥門，如全金屬手動插板閥。真空閥802通常處于關(guān)閉狀態(tài)。相應(yīng)地，外置熱陰極分布式X射線裝置的電源與控制系統(tǒng)7還包括真空裝置8的真空電源(Vacc PS) 705。
[0057]此外，在本發(fā)明中也能夠使用其他結(jié)構(gòu)的電子發(fā)射單元。圖7是能夠在本發(fā)明中使用的另一種電子發(fā)射單元的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖7所示，電子發(fā)射單元1由加熱燈絲101A、陰極102A、柵極103A、絕緣支撐件104A、連接固定件109A等組成。
[0058]電子發(fā)射單元1利用連接固定件109A與真空盒3的壁構(gòu)成整體密封結(jié)構(gòu)，但是并不限于此，只要能夠?qū)㈦娮影l(fā)射單元1安裝在真空盒3的盒壁上并且使其整體處于真空盒3之外(S卩，電子發(fā)射單元1的陰極端(包括加熱燈絲101A、陰極102A、柵極103A)以及電子發(fā)射單元1的引線端(包括燈絲引線105A、柵極引線108A、連接固定件109A)都處于真空盒3的外部)，也可以利用其它方式安裝。電子發(fā)射單元1包括加熱燈絲101A、陰極102A、柵極103A、絕緣支撐件104A、燈絲引線105A、連接固定件109A，并且，柵極103A由柵極架106A、柵網(wǎng)107A、柵極引線108A組成。陰極102A與加熱燈絲101A連接在一起，加熱燈絲101A通常采用鎢絲，陰極102A通常采用熱發(fā)射電子能力強的材料，例如，氧化鋇、鈧酸鹽、六硼化鑭等。絕緣支撐件104A包圍加熱燈絲101A和陰極102A，相當(dāng)于電子發(fā)射單元1的殼體，采用絕緣材料，通常為陶瓷。燈絲引線105A穿過絕緣支撐件104A而被引出到電子發(fā)射單元1的下端(但不限于此，只要引出到電子發(fā)射單元1的外部即可)，燈絲引線105A與絕緣支撐件104A之間為密封結(jié)構(gòu)。柵極103A安裝在絕緣支撐件104A的上端(即，配置在絕緣支撐件104A的開口上)并且與陰極102A對置，優(yōu)選柵極103A與陰極102A的中心上下對齊。此外，柵極103A包括柵極架106A、柵網(wǎng)107A、柵極引線108A，柵極架106A、柵網(wǎng)107A、柵極引線108A均為金屬制成，通常柵極架106A為不銹鋼材料，柵網(wǎng)107A為鑰材料，柵極引線108A為可伐(合金)材料。柵極引線108A穿過絕緣支撐件104A而被引出到電子發(fā)射單元1的下端(但不限于此，只要引出到電子發(fā)射單元1的外部即可)，柵極引線108A與絕緣支撐件104A之間為密封結(jié)構(gòu)。燈絲引線105A與柵極引線108A連接到發(fā)射控制裝置703。
[0059]此外，具體地，關(guān)于柵極103A的結(jié)構(gòu)，其主體是一塊金屬板(例如，不銹鋼材料)即柵極架106A，在柵極架106A的中間形成有開孔，該開孔的形狀可以是方形或圓形等，在該開孔的位置固定有金屬絲網(wǎng)(例如，鑰材料)即柵網(wǎng)107A，并且，從金屬板的某個位置引出一根引線(例如，可伐合金材料)即柵極引線108A，從而能夠?qū)艠O103A連接到一個電位。此夕卜，柵極103A位于陰極102A的正上方，柵極103A的上述開孔的中心與陰極102A的中心對準(zhǔn)(即，上下在一條垂線上)，開孔的形狀與陰極102A的形狀相對應(yīng)，通常開孔的大小比陰極102A的面積小。但是，只要是電子束流能夠通過柵極103A，柵極103A的結(jié)構(gòu)并不限于上述結(jié)構(gòu)。此外，柵極103A與陰極102A之間通過絕緣支撐件104A進行相對位置固定。
[0060]此外，具體地，關(guān)于連接固定件109A的結(jié)構(gòu)，推薦的，其主體是一個圓形刀口法蘭，中間形成有開孔，該開孔的形狀可以是方形或圓形等，在開孔的位置與絕緣支撐件104A的上端外沿密封連接，如焊接連接，刀口法蘭的外沿形成有螺釘孔，可以通過螺栓連接將電子發(fā)射單元1固定在真空盒3的壁上，其刀口與真空盒3的壁之間形成真空密封連接。這是一種方便拆卸的靈活結(jié)構(gòu)，當(dāng)多個電子發(fā)射單元1中的某一個發(fā)生故障時，可以靈活更換。需要指出的是，連接固定件109A的功能是實現(xiàn)絕緣支撐件104A與真空盒3之間的密封連接，可以有多種靈活的方式，如通過金屬法蘭過渡的焊接，或者玻璃高溫熔融密封連接，或者陶瓷金屬化后與金屬的焊接等方式。
[0061]此外，電子發(fā)射單元1可以是圓柱形的結(jié)構(gòu)，即，絕緣支撐件104A為圓柱形，而陰極102A、柵極架106A、柵網(wǎng)107A可以同時為圓形或者同時為長方形。在圖8中示出了一種圓柱形的電子發(fā)射單元1的俯視圖，其中，(A)示出了陰極102A、柵極架106A、柵網(wǎng)107A同時為圓形的結(jié)構(gòu)，(B)示出了陰極102A、柵極架106A、柵網(wǎng)107A同時為長方形的結(jié)構(gòu)。此夕卜，對于圓形陰極，為了使陰極102A的表面產(chǎn)生的電子實現(xiàn)更好的匯聚效果，通常優(yōu)選將陰極102A的表面加工成球面圓弧形(如圖10(C)所示)。陰極102A的表面的直徑通常為幾mm，例如直徑2mm，在柵極架106A上所安裝的柵網(wǎng)107A的開孔的直徑通常為幾mm，例如直徑1mm。此外，從柵極103A到陰極102A的表面的距離通常為零點幾mm到幾mm,例如2mm。此外，對于長方形陰極，為了使陰極102A的表面產(chǎn)生的電子實現(xiàn)更好的匯聚效果，通常優(yōu)選的是圓柱弧面形，這樣有利于窄邊方向的電子束流進一步會聚。通常弧面長度為幾mm到幾十mm,寬度為幾mm,例如長10mm、寬2mm。與此相應(yīng)地，柵網(wǎng)107A為長方形，優(yōu)選其寬度為1mm、長度為10mm。在圖10中示出了陰極102A分別為平面圓形、平面長方形、球面圓弧形、圓柱弧面形這四種結(jié)構(gòu)的情況。
[0062]此外，電子發(fā)射單元1也可以是長方體型結(jié)構(gòu)，即，絕緣支撐件104A為長方體，而陰極102A、柵極架106A、柵網(wǎng)107A可以同時為圓形，或者同時為長方形。在圖9中示出了一種長方體形的電子發(fā)射單元1的俯視圖，其中(A)示出了陰極102A、柵極架106A、柵網(wǎng)107A同時為圓形的結(jié)構(gòu)，(B)示出了陰極102A、柵極架106A、柵網(wǎng)107A同時為長方形的結(jié)構(gòu)。需要指出的是，圖8以及圖9中的斜紋線是為了便于區(qū)分各個不同的部件，不是表示剖面。
[0063]此外，具體地，關(guān)于柵網(wǎng)107A的結(jié)構(gòu)，如圖11所示，可以是平面型，也可以是球面型，還可以是U槽型，推薦的是球面型，這是因為球面型的柵網(wǎng)會使得電子束具有更好的聚焦效果。
[0064]此外，如果發(fā)射控制裝置703只改變相鄰的電子發(fā)射單元中的一個電子發(fā)射單元的柵極的狀態(tài)，在同一時刻，相鄰的電子發(fā)射單元只有一個進行電子發(fā)射而形成電子束流時，則該電子發(fā)射單元的柵極兩側(cè)的電場對該電子束流具有自動聚焦的效果。如圖12所示，圖中的用電子發(fā)射單元1與陽極2之間的箭頭表示電子運動的方向(逆電力線方向)。在圖12中，陽極2為高電壓+160kV，大電場的在電子發(fā)射單元1與陽極2之間的箭頭都是從電子發(fā)射單元1指向陽極2，也就是說，只要電子發(fā)射單元1發(fā)射出電子束流，則電子束流都會向陽極2運動?？疾祀娮影l(fā)射單元1的表面的局部電場狀態(tài)，在相鄰的電子發(fā)射單元12、13、14中，電子發(fā)射單元13的柵極103A的電壓由一 500V變?yōu)?2000V，則電子發(fā)射單元13進入電子發(fā)射狀態(tài)，相鄰的電子發(fā)射單元12和電子發(fā)射單元14的柵極103A的電壓仍然為一 500V,如果電子發(fā)射單兀12、14存在電子發(fā)射，則電子從電子發(fā)射單兀12和電子發(fā)射單元14的柵極103A向電子發(fā)射單元13的柵極103A運動，但是，由于在電子發(fā)射單元12、14不存在電子發(fā)射，所以，從電子發(fā)射單元13發(fā)射出來的電子束受到了從電子發(fā)射單元13指向相鄰的電子發(fā)射單元12和電子發(fā)射單元14的電場的作用而受到擠壓，因此，具有自動聚焦效果。
[0065]需要指出的是，本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置工作于高真空狀態(tài)，高真空的獲得和維持方法可以是:將陽極2在真空盒3內(nèi)完成安裝，將高壓電源連接裝置4及真空裝置8在真空盒3的壁上完成密封連接，在真空盒3側(cè)壁的電子發(fā)射單元連接處先用盲板法蘭密封，使真空盒3整體形成一個密封結(jié)構(gòu)；然后將該結(jié)構(gòu)置于真空爐中烘烤去氣，真空閥802連接外部真空抽氣系統(tǒng)，目的在于去除各部件的材料所吸附的氣體；然后，在常溫潔凈環(huán)境中，從真空閥802向真空盒3內(nèi)注入氮氣，形成保護環(huán)境，再打開電子發(fā)射單元連接處的盲板法蘭并安裝電子發(fā)射單元，逐個進行；所有電子發(fā)射單元安裝好后，從真空閥802連接外部真空抽氣系統(tǒng)抽氣，并再次進行烘烤排氣，使真空盒3的內(nèi)部為高真空；在烘烤排氣的過程中可進行各個電子發(fā)射單元的陰極的激活；烘烤排氣完成后，關(guān)閉真空閥802，使真空盒3內(nèi)部保持高真空；外置熱陰極分布式X射線裝置工作過程中，陽極釋放的少量氣體由真空泵801抽除，維持真空盒3內(nèi)部的高真空。當(dāng)某一個電子發(fā)射單元損壞或者到壽命需要更換時，從真空閥802往真空盒3內(nèi)部注入氮氣形成保護；在最短時間內(nèi)，拆下需要更換的電子發(fā)射單元，安裝新的電子發(fā)射單元；真空閥802連接外部真空抽氣設(shè)備，對真空盒3抽真空；當(dāng)真空盒3內(nèi)部再次達到高真空時，關(guān)閉真空閥802，使真空盒3內(nèi)部保持聞?wù)婵铡?br> [0066]此外，需要特別指出的是，在本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置中，電子發(fā)射單元1可以排列在真空盒3的一個側(cè)壁上，也可以在真空盒3的兩個相對側(cè)壁上按相同的延展方向同時排列。在圖13中示出了一種直線形雙排對置布置的外置熱陰極分布式X射線裝置的結(jié)構(gòu)，(A)是電子發(fā)射單元1、陽極2與真空盒3的位置關(guān)系的圖，(B)是電子發(fā)射單元1與陽極2的位置關(guān)系的圖。如圖13 (A)所示，多個電子發(fā)射單元1分兩排分別布置在真空盒3的兩個相對側(cè)壁上，陽極2布置在真空盒3內(nèi)的中部。如圖13 (B)所示，陽極2與兩排電子發(fā)射單元1所相對的面均為斜面，電子發(fā)射單元1產(chǎn)生的電子束流E受到電子發(fā)射單元1與陽極2之間的電場加速，轟擊陽極2的斜面，產(chǎn)生X射線，有用的X射線的出射方向為陽極2斜面的傾斜方向。因為兩排電子發(fā)射單元1相對布置，所以，陽極2有兩個斜面，兩個斜面產(chǎn)生的X射線向相同的方向出射。
[0067]此外，需要特別指出的是，本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置可以是直線型排列，也可以是圓弧型排列，從而滿足不同的應(yīng)用需求。在圖14中示出了本發(fā)明的圓弧型外置熱陰極分布式X射線裝置的電子發(fā)射單元1和陽極2的位置關(guān)系的示意圖。兩排電子發(fā)射單元1沿圓周布置，分別布置在真空盒3的兩個相對側(cè)面上，這兩個側(cè)面互相平行，電子發(fā)射單元1排列的延展方向為弧線，布置的弧度大小可以根據(jù)需要確定。陽極2布置在真空盒3內(nèi)的中部，即兩排相對的電子發(fā)射單元1的中間，陽極2面對兩排電子發(fā)射單元1的表面均為斜面，兩斜面的傾斜方向均指向圓弧的中心0。電子束流E從電子發(fā)射單元1的上表面發(fā)射出來，受到陽極2與電子發(fā)射單元1之間的高壓電場加速，最終轟擊陽極2，在陽極2的兩個斜面上形成兩排圓弧形排列的系列X射線靶點，有用的X射線的出射方向指向圓弧的中心。關(guān)于圓弧型外置熱陰極分布式X射線裝置的真空盒3，與電子發(fā)射單元1的布置和陽極2的形狀對應(yīng)地也是圓弧型，或者稱為環(huán)形。圓弧型分布式X射線裝置的出射X射線都指向圓弧的圓心，能夠應(yīng)用于需要射線源圓形排列的情況。
[0068]此外，需要特別指出的是，在外置熱陰極分布式X射線裝置中，各電子發(fā)射單元的排列可以是直線形，也可以是例如L形或者U形等分段直線形，此外，各電子發(fā)射單元的排列可以是弧形，還可以是分段弧線形，例如，由不同直徑的弧形段連接而成的曲線或者直線段與弧線段的組合等。
[0069]此外，需要特別指出的是，在本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置中，各電子發(fā)射單元的排列間距可以是均勻的，也可以是非均勻的。
[0070]此外，在本發(fā)明中也能夠采用二維陣列分布的方式來配置電子發(fā)射單元，由此，能夠得到二維陣列分布式X射線裝置。如圖15、16所示，二維陣列分布式X射線裝置具有多個電子發(fā)射單元1 (至少四個，以后也具體地稱為電子發(fā)射單元lla、12a、13a、14a、……、電子發(fā)射單元lib、12b、13b、14b、……)，電子發(fā)射單元可以是如前所述的電子發(fā)射單元的任意一種，陽極2由陽極板201和安裝在陽極板201上并且與電子發(fā)射單元1對應(yīng)排列的多個靶子202組成，但是，陽極2并不限于該結(jié)構(gòu)，使用本領(lǐng)域內(nèi)通常的陽極即可。此外，多個電子發(fā)射單元1以二維排列的方式配置在真空盒3的一個側(cè)壁上，并且與陽極板201所在的平面互相平行。此外，如前所述那樣，電子發(fā)射單元1整體處于真空盒3的外部，而陽極2設(shè)置在真空盒3的內(nèi)部。
[0071]在圖15中示出了電子發(fā)射單元1和陽極2的空間布置的結(jié)構(gòu)示意圖(此處，省略了真空盒3的圖示)。電子發(fā)射單元1分成兩排布置在一個平面(即，真空盒3的一個側(cè)壁)上，并且，前后排的電子發(fā)射單元1交錯排列(參見圖15)，但是并不限于此，即便前后排的電子發(fā)射單元不彼此交錯也可以。陽極2上的靶子202與電子發(fā)射單元1 一一對應(yīng)，靶子202的頂面指向電子發(fā)射單元1，電子發(fā)射單元1的中心與靶子202的中心的連線垂直于陽極板201的平面，此連線也是電子發(fā)射單元1所發(fā)射的電子束流E的運動路徑。電子轟擊靶子產(chǎn)生X射線，有用的X射線的出射方向平行于陽極板201的平面，并且，各有用的X射線互相平行。
[0072]在圖16中示出了陽極2的一種結(jié)構(gòu)。陽極2包括:陽極板201 ;二維陣列分布的多個靶子202。陽極板201為平板，由金屬材料制成，并且優(yōu)選是耐高溫的金屬材料，與電子發(fā)射單元1的上表面所構(gòu)成的平面完全平行，當(dāng)在陽極2上施加有正的高壓時，通常為幾十kV到幾百kV，典型的例如180kV，從而在陽極板201和電子發(fā)射單元1之間形成平行的高壓電場。靶子202安裝在陽極板201上，其位置以分別與電子發(fā)射單元1的位置對應(yīng)的方式布置，靶子202的表面通常使用耐高溫的重金屬材料，例如鎢或者鎢合金。靶子202為圓形錐臺結(jié)構(gòu)，高度通常為幾_，例如3_，直徑較大的底面與陽極板201連接，頂面的直徑較小，通常為幾_，例如2_，頂面不與陽極板201平行，通常有一個幾度至十幾度的小的夾角，便于電子打靶所產(chǎn)生的有用X射線發(fā)射出來。所有的靶子202以頂面傾斜方向一致的方式進行布置，也即所有的有用X射線的出射方向一致。靶子的這種結(jié)構(gòu)設(shè)計，相當(dāng)于在陽極板201上長出的小突起，改變了陽極板201的表面的局部電場分布，使得電子束在轟擊靶子前具有自動聚焦的效果，使得靶點變小，有利于提高圖像質(zhì)量。在陽極的設(shè)計中，陽極板201使用普通金屬，只有靶子202的表面為鎢或者鎢合金，因此降低了成本。
[0073]此外，在本發(fā)明中，電子發(fā)射單元可以是柵極和陰極分離的結(jié)構(gòu)。在圖17中示出了一種柵極和陰極分離的電子發(fā)射單元陣列。在圖17中，平板柵極9由絕緣骨架板901、柵板902、柵網(wǎng)903、柵極引線904組成。如圖所示，柵板902設(shè)置于絕緣骨架板901，并且，柵網(wǎng)903設(shè)置于在柵板902上形成的開孔的位置，柵極引線904從柵板902引出。陰極陣列10由多個陰極結(jié)構(gòu)緊密排列組成，每個陰極結(jié)構(gòu)由燈絲1001、陰極1002、絕緣支撐件1004構(gòu)成。平板柵極9處于陰極陣列10的上方并且這二者的距離很小，通常為幾mm，例如3mm。由柵板902、柵網(wǎng)903、柵極引線904構(gòu)成的柵極結(jié)構(gòu)與陰極結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)，并且，從垂直方向觀察，各個柵網(wǎng)903的圓中心與各個陰極1002的圓中心兩兩重合。
[0074]此外，如圖17 (B)所示，在本發(fā)明中，柵極結(jié)構(gòu)可以是各個柵極引線獨立引出并且由柵極控制裝置獨立進行狀態(tài)控制的結(jié)構(gòu)。陰極陣列10的各個陰極1002可以處于相同電位例如接地，每一個柵極在負(fù)幾百伏與正幾千伏兩個狀態(tài)切換，例如在一 500V和+2000V之間切換，從而控制各個電子發(fā)射單元的工作狀態(tài)，例如，某個柵極在某時刻為一 500V，則該柵極與對應(yīng)的陰極之間的電場為負(fù)電場，從陰極發(fā)射的電子被限制在陰極的表面，在下一時刻柵極電壓變?yōu)?2000V時，該柵極與對應(yīng)陰極之間的電場變?yōu)檎妶?，從陰極發(fā)射的電子向柵極運動并且穿過柵網(wǎng)，發(fā)射到柵極與陽極之間的加速電場中，獲得加速并且最終轟擊陽極，在對應(yīng)的靶子位置產(chǎn)生X射線。
[0075]此外，如圖17(C)所示，柵極也可以是各個柵極引線并聯(lián)，處于同一電位，由燈絲電源來控制各個電子發(fā)射單元的工作狀態(tài)。例如所有的柵極處于一 500V，各個陰極燈絲獨立引出，每個陰極燈絲的兩個端點之間的電壓差恒定，每個陰極的整體電壓在0V與一 2500V兩個狀態(tài)之間切換。在某時刻，陰極處于0V電位，柵極與陰極之間為負(fù)電場，從陰極發(fā)射的電子被限制在陰極的表面，在下一時刻，陰極的電壓變?yōu)橐?2500V，柵極與對應(yīng)陰極之間的電場變?yōu)檎妶?，從陰極發(fā)射的電子向柵極運動并且穿過柵網(wǎng)，發(fā)射到柵極與陽極之間的加速電場中，獲得加速并且最終轟擊靶子，在對應(yīng)的靶子位置產(chǎn)生X射線。
[0076]此外，在本發(fā)明的二維分布式X射線裝置中，各電子發(fā)射單元的燈絲引線可以是各自獨立連接到燈絲電源的各個輸出端，也可以是串聯(lián)連接之后整體連接到燈絲電源的一個輸出端。在圖18中示出一種電子發(fā)射單元的燈絲引線串聯(lián)連接到燈絲電源的示意圖。在電子發(fā)射單元的燈絲引線串聯(lián)連接的系統(tǒng)中，通常陰極都處于相同的電位，各個柵極引線需要獨立弓I出，通過柵極控制裝置來控制電子發(fā)射單元的工作狀態(tài)。
[0077]此外，在本發(fā)明中，電子發(fā)射單元的陣列可以是二排也可以是多排。
[0078]此外，在本發(fā)明的中，陽極的靶子可以是圓形錐臺結(jié)構(gòu)，也可以是圓柱結(jié)構(gòu)，可以方臺結(jié)構(gòu)，還可以是多棱臺結(jié)構(gòu)，或者其它多邊形凸起，或者其它不規(guī)則凸起等結(jié)構(gòu)。
[0079]此外，在本發(fā)明中，陽極的靶子的頂面可以是平面，也可以是斜面、還可以是球面、或者其它不規(guī)則的表面。
[0080]此外，在本發(fā)明中，電子發(fā)射單元的二維陣列排布可以是兩個方向均為直線伸展，也可以是一個方向為直線伸展而另一個方向為弧線伸展，也可以是一個方向為直線伸展而另一個方向為分段直線伸展，還可以是一個方向為直線伸展而另一個方向為分段弧形伸展等多種組合形式。
[0081]此外，在本發(fā)明中，電子發(fā)射單元的二維陣列排布可以是兩個方向間隔均勻一致的，可以是每個方向間隔均勻而兩個方向間隔不一致的，也可以是一個方向間隔均勻而另一個方向間隔不均勻的，還可以是兩個方向的間隔都不均勻的。
[0082]此外，在本發(fā)明中，電子發(fā)射單元也能夠以曲面陣列分布的方式設(shè)置，由此，能夠得到曲面陣列分布式X射線裝置。圖19是本發(fā)明的曲面陣列分布式X射線裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖20是本發(fā)明的曲面陣列分布式X射線裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)的端面示意圖。圖21是本發(fā)明的陽極的不同結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0083]如圖所示，多個電子發(fā)射單元1 (至少四個，以后也具體地稱為電子發(fā)射單元11a、
llb、12a、12b、13a、13b、14a、14b、......)在曲面上沿著軸線方向面向軸線0排列多排，此夕卜，陽極2布置在曲面的軸線0上。此外，如前所述那樣，電子發(fā)射單元1安裝在真空盒3的盒壁上，并且整體處于真空盒3的外部，而陽極2安裝在真空盒內(nèi)。
[0084]此外，上述的曲面包括圓柱面和圓環(huán)面。圖20是本發(fā)明的一種曲面陣列分布式X射線裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的端面示意圖，具體地說，在圖20中示出了一種圓柱面陣列分布式X射線裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖。電子發(fā)射單元1在圓柱面上沿著軸線方向排列多排，并且，電子發(fā)射單元1的上表面(電子發(fā)射面)面向軸線0。陽極2布置在圓柱的軸線0上。通常，電子發(fā)射單元1處于相同的低電位，陽極2處于高電位，在陽極2與電子發(fā)射單元1之間構(gòu)成正電場，電場從各電子發(fā)射單元1的表面向陽極2的軸線匯聚，電子束流E從電子發(fā)射單元1向陽極2的軸線運動，轟擊陽極2，最終產(chǎn)生X射線。
[0085]此外，上述的電子發(fā)射單元1在曲面上沿著軸線方向面向軸線排列多排，多排電子發(fā)射單元可以是前后排對齊，也可以是推薦的前后排位置錯開，使得每一個電子發(fā)射單元產(chǎn)生的電子束轟擊陽極的位置是不重合的。
[0086]此外，陽極2具有中空管道狀的結(jié)構(gòu)，能夠使冷卻劑在其內(nèi)部流動。在圖21中示出了本發(fā)明中的一種陽極及其支撐件的結(jié)構(gòu)。陽極2由陽極支撐件201A、陽極管道202A、陽極靶面203A組成。陽極支撐件201A安裝在陽極管道202A上并且與高壓電源連接裝置4的頂端(小端)連接在一起，用于對陽極2進行支撐以及固定。陽極管道202A是陽極2的主體結(jié)構(gòu)，兩端分別與兩個冷卻連接裝置9A的一端連接，并且內(nèi)部與冷卻連接裝置9A連通，成為冷卻劑的循環(huán)流動的通道。陽極管道202A通常選用耐高溫的金屬材料，有多種結(jié)構(gòu)方式，推薦為圓形的管道。此外，在某些情況下，例如陽極熱功率較小的情況下，陽極2也可以是非中空管道的柱形結(jié)構(gòu)。此外，陽極靶面203A是電子束轟擊陽極管道202A的位置，在細(xì)微結(jié)構(gòu)上有多種設(shè)計，例如，如圖21 (1)所示，陽極管道202A的外圓面就是電子束的轟擊位置，在此種情況下，陽極管道202A整體采用耐高溫重金屬材料，例如，鎢或者鎢合金，如圖21 (2)所示，陽極管道202A的外圓被切除一部分而形成一個小的斜平面，該斜平面成為電子束的轟擊位置，該斜平面的傾斜方向為有用的X射線的出射方向，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計有利于有用的X射線的方向一致引出，優(yōu)選的是，如圖21 (3)所示，在陽極管道202A的外表面專門設(shè)計有陽極靶面203A，陽極靶面203A采用耐高溫重金屬材料，例如鎢或者鎢合金，厚度不小于20 μ m (微米)，通過電鍍、粘貼、焊接或者其它方式被固定在陽極管道202A的外沿加工出的小斜平面上，在此種情況下，陽極管道202A可以采用普通金屬材料，從而能夠降低成本。
[0087]此外，在本發(fā)明中，上述的軸線可以是直線，也可以是圓弧，整體成為線狀分布式X射線裝置或者環(huán)狀分布式X射線裝置，以滿足不同的應(yīng)用需求。在圖22中示出了一種環(huán)狀分布的電子發(fā)射單元和陽極布置的效果圖。陽極2布置在一個平面圓周上，電子發(fā)射單元1布置在陽極2的下方，兩排電子發(fā)射單元1按陽極2的方向成圓周排列，同時排列在以陽極2的中心為軸線的圓弧面上，即每個電子發(fā)射單元1的表面指向陽極2的軸線。電子束流E從電子發(fā)射單元1發(fā)射出來，受到陽極2與電子發(fā)射單元1之間的高壓電場加速，轟擊陽極2的下沿靶面，在陽極2上形成圓形排列的陣列X射線靶點，有用的X射線的出射方向都指向陽極2所在圓周的圓心。環(huán)狀分布式X射線裝置的真空盒3與其內(nèi)部的電子發(fā)射單元1的布置和陽極2的形狀對應(yīng)也是一種環(huán)型結(jié)構(gòu)。環(huán)狀分布式X射線裝置可以是一個完整的環(huán)，也可以是一段環(huán)長，可以應(yīng)用于需要射線源圓形排列的場合。
[0088]此外，在本發(fā)明中，電子發(fā)射單元的陣列可以是兩排也可以是多排。
[0089]此外，在本發(fā)明中對電子發(fā)射單元的描述中，“獨立”是指每個電子發(fā)射單元具有獨立發(fā)射電子束流的能力，在具體結(jié)構(gòu)上可以是分立的結(jié)構(gòu)，也可以是某種關(guān)聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。
[0090]此外，本發(fā)明的曲面陣列分布式X射線裝置的描述中，“曲面”是指各種形式的曲面，包括圓柱面、圓環(huán)面、橢圓面、或者分段直線構(gòu)成的曲面，例如正多邊形柱面或者分段弧線構(gòu)成的曲面等，推薦的是如前面所述的圓柱面和圓環(huán)面。
[0091]此外，本發(fā)明中對陽極布置位置的描述中，“軸線”是指電子發(fā)射單元所布置的各種形式的曲面的真實軸線或者形式軸線，例如圓柱面的軸線是指圓柱的中心軸線，圓環(huán)面的軸線是指圓環(huán)內(nèi)部的中心軸線，橢圓曲面的軸線是指靠近該段橢圓的近軸軸線，正多邊形柱面的軸線是指正多邊形的中心所構(gòu)成的軸線。
[0092]此外，在本發(fā)明中，陽極內(nèi)部管道切面可以是圓形孔、方形孔、多邊形孔、帶散熱片結(jié)構(gòu)的內(nèi)齒輪狀孔、或者能增加散熱面積的其它形狀。
[0093]此外，在本發(fā)明中，電子發(fā)射單元的曲面陣列排布在一個排列方向為曲線而在另一個排列方向為直線、分段直線、弧線、分段弧線、或者直線段與弧線段的組合。
[0094]此外，在本發(fā)明中，電子發(fā)射單元的曲面陣列排布可以是兩個方向間隔均勻一致的，可以是每個方向間隔均勻，兩個方向間隔不一致的，也可以是一個方向間隔均勻，另一個方向間隔不均勻的，還可以是兩個方向的間隔都不均勻的。
[0095]此外，在本發(fā)明中，真空盒的外形整體上可以是長方體形，也可以是圓柱體形，也可以是圓環(huán)體形，還可以是其它不影響電子發(fā)射單元與陽極的相對布置關(guān)系的其它結(jié)構(gòu)。
實施例
[0096](系統(tǒng)組成)
如圖1?圖6所示，本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置由多個電子發(fā)射單元1、陽極2、真空盒3、高壓電源連接裝置4、發(fā)射控制裝置連接裝置5、聚焦裝置連接裝置6、真空裝置8以及電源與控制系統(tǒng)7組成。多個電子發(fā)射單元1排成線形陣列安裝在真空盒3的一個側(cè)壁上，每個電子發(fā)射單元1互相獨立，長條形的陽極2安裝在真空盒3內(nèi)的中部，在線型排列方向上，陽極2與電子發(fā)射單元1的排列線互相平行，在線型排列的垂直切面，陽極2與電子發(fā)射單元1的上表面形成一個小的夾角。電子發(fā)射單元1包括加熱燈絲101、陰極102、柵極107、絕緣支撐件103、聚焦極104、聚焦段109、連接固定件105、燈絲引線106、柵極引線108、聚焦裝置110。高壓電源連接裝置4安裝在真空盒3的側(cè)壁上，內(nèi)部與陽極2相連，外部以可插拔的形式連接高壓電纜。發(fā)射控制裝置連接裝置5將每一個電子發(fā)射單元1的燈絲引線106和柵極引線108連接到發(fā)射控制裝置703的每一個發(fā)射控制單元。真空裝置8安裝在真空盒3的側(cè)壁上，真空裝置8包括真空泵801和真空閥802。電源與控制系統(tǒng)7包括控制系統(tǒng)701、高壓電源702、發(fā)射控制裝置703、聚焦電源704、真空電源705等多個模塊，通過電力電纜和控制電纜與系統(tǒng)的多個電子發(fā)射單元1的加熱燈絲101、柵極107以及陽極2、真空裝置8等部件相連接。其中發(fā)射控制裝置703由多個(與電子發(fā)射單元1的數(shù)量相同)相同的發(fā)射控制單元構(gòu)成，每一個發(fā)射控制單元由負(fù)高壓模塊70301、直流模塊70302、高壓隔離變壓器70303、負(fù)偏壓模塊70304、正偏壓模塊70305、選擇開關(guān)70306組成。
[0097](工作原理)
在本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置中，電源與控制系統(tǒng)7對聚焦電源704、發(fā)射控制裝置703與高壓電源702進行控制。發(fā)射控制裝置703的各個單元開始工作，負(fù)高壓模塊70301產(chǎn)生負(fù)高壓輸出到高壓隔離變壓器70303的原邊，使得高壓隔離變壓器70303副邊的一組并聯(lián)端懸浮在高壓上，即直流模塊70302、負(fù)偏壓模塊70304、正偏壓模塊70305、選擇開關(guān)70306均處于一個相同的負(fù)高壓上，直流模塊70302產(chǎn)生一個懸浮于此負(fù)高壓上的直流電流供給到加熱燈絲101，加熱燈絲101將陰極102加熱到高溫(例如，50(T200(TC)發(fā)射狀態(tài)，陰極102在其表面產(chǎn)生大量電子。負(fù)偏壓模塊70304和正偏壓模塊70305分別產(chǎn)生一個懸浮于負(fù)高壓上的負(fù)電壓和正電壓，選擇開關(guān)70306通常將負(fù)電壓選通連接到柵極107。在電子發(fā)射單元1內(nèi)，燈絲101、陰極102與柵極107均處于負(fù)高壓，通常為負(fù)的幾千伏到負(fù)的幾十千負(fù)，而聚焦極104連接聚焦段109并通過連接固定件105連接到真空盒3的側(cè)壁，處于接地電位，所以，在柵極107與聚焦極104之間形成一個小的加速電場。但是，柵極107相對陰極102還具有一個更低的負(fù)電壓，因此，陰極102產(chǎn)生的電子不能通過柵極107，被柵極107限制在陰極102的表面。高壓電源702使陽極2處于非常高的正高壓，通常為正的幾十千伏到幾百千伏，在電子發(fā)射單元1(也即真空盒3的側(cè)壁，通常接地電位)與陽極2之間形成正的大加速電場。
[0098]在需要產(chǎn)生X射線的情況下，電源與控制系統(tǒng)7按照指令或者預(yù)先設(shè)定程序使發(fā)射控制裝置703的某一個發(fā)射控制單元的選擇開關(guān)70306的輸出由負(fù)電壓切換為正電壓，并且按照時序來變換分別與各電子發(fā)射單元1相連接的各發(fā)射控制單元的選擇開關(guān)70306的輸出信號。例如，在時刻1，發(fā)射控制裝置703的第一發(fā)射控制單元的選擇開關(guān)70306的輸出由負(fù)電壓切換為正電壓，在對應(yīng)的電子發(fā)射單元11內(nèi)，柵極107與陰極102之間的電場變?yōu)檎妶觯娮訌年帢O102的表面向柵極107運動，透過柵網(wǎng)進入到柵極107與聚焦極104之間的加速電場獲得第一次加速，聚焦極104的鼻錐形狀使電子束在第一次加速過程中自動聚集，電子束的直徑變小，電子束進入聚焦段109內(nèi)部后，受到外部聚焦裝置110施加的聚焦磁場作用，電子束的直徑進一步變小。小直徑的電子束通過連接固定件105中心的孔進入真空盒3內(nèi)部，受到電子發(fā)射單元11與陽極2之間的大加速電場加速，獲得能量，轟擊陽極2，在陽極2上產(chǎn)生一個靶點21，并且，在靶點21的位置產(chǎn)生X射線的發(fā)射。在時刻2，發(fā)射控制裝置703的第二發(fā)射控制單元的選擇開關(guān)70306的輸出由負(fù)電壓切換為正電壓，對應(yīng)的電子發(fā)射單元12發(fā)射電子，在陽極2上產(chǎn)生靶點22，并且在靶點22位置產(chǎn)生X射線的發(fā)射。在時刻3，發(fā)射控制裝置703的第三發(fā)射控制單元的選擇開關(guān)70306的輸出由負(fù)電壓切換為正電壓，對應(yīng)的電子發(fā)射單元13發(fā)射電子，在陽極2上產(chǎn)生靶點23，并且在靶點23位置產(chǎn)生X射線的發(fā)射，依次類推，然后靶點24位置產(chǎn)生X射線的發(fā)射，然后靶點25位置產(chǎn)生X射線的發(fā)射……，并且循環(huán)往復(fù)。因此，電源與控制系統(tǒng)7利用發(fā)射控制裝置703使各個電子發(fā)射單元1按照預(yù)定時序交替地進行工作而發(fā)射電子束，并且，在陽極2的不同位置交替地產(chǎn)生X射線，從而成為分布式X射線源。
[0099]此外，陽極2受到電子束流轟擊時釋放的氣體被真空泵801實時抽走，真空盒3內(nèi)維持高真空，這樣有利于長時間穩(wěn)定運行。電源與控制系統(tǒng)7除了對各電源進行控制以使按照設(shè)定程序驅(qū)動各個部件協(xié)調(diào)工作，同時可以通過通訊接口和人機界面接收外部命令，對系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)進行修改和設(shè)定，更新程序和進行自動控制調(diào)整。
[0100]此外，通過將本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線裝置應(yīng)用于CT設(shè)備，從而能夠得到系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性好并且檢查效率高的CT設(shè)備。
[0101](效果)
本發(fā)明主要是提供一種外置熱陰極分布式X射線裝置，在一個光源設(shè)備中產(chǎn)生按照預(yù)定順序周期性地變換焦點位置的X射線。本發(fā)明的電子發(fā)射單元采用熱陰極，相對于其它設(shè)計具有發(fā)射電流大、壽命長的優(yōu)點；多個電子發(fā)射單元各自獨立固定在真空盒上，且可直接使用小型的二極或三極電子槍，技術(shù)成熟，成本低，應(yīng)用靈活；采用長條型大陽極的設(shè)計，有效緩解了陽極過熱的問題，有利于提高光源的功率；電子發(fā)射單元可以直線排列，整體成為直線型分布式X射線裝置，電子發(fā)射單元也可以環(huán)形排列，整體成為環(huán)型分布式X射線裝置，應(yīng)用靈活；通過聚焦極的設(shè)計，和外部聚焦裝置的設(shè)計，電子束可是實現(xiàn)非常小的焦點。相對其它分布式X射線光源設(shè)備，本發(fā)明電流大，靶點小，靶點位置分布均勻且重復(fù)性好，輸出功率高，結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，成本低。
[0102]此外，將本發(fā)明的外置熱陰極分布式X射線光源應(yīng)用于CT設(shè)備，無需移動光源就能產(chǎn)生多個視角，因此可以省略滑環(huán)運動，有利于簡化結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性，提高檢查效率。
[0103]如上所述，對本申請發(fā)明進行了說明，但是并不限于此，應(yīng)該理解為能夠在本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)對上述實施方式進行各種組合以及各種變更。
【權(quán)利要求】
1.一種X射線裝置，其特征在于，具備: 真空盒，四周密封并且內(nèi)部為高真空； 多個電子發(fā)射單元，在所述真空盒的側(cè)壁上以在曲面上沿所述曲面的軸線方向面向所述軸線排列多排的方式配置，并且，每個電子發(fā)射單元的整體處于所述真空盒之外；以及陽極，由金屬構(gòu)成并且以布置在所述軸線上的方式配置在所述真空盒內(nèi)部的中間位置， 來自所述電子發(fā)射單元的電子束流轟擊所述陽極，從而在所述陽極的靶點位置產(chǎn)生X射線的發(fā)射。
2.如權(quán)利要求1所述的X射線裝置，其特征在于， 還具備:電源與控制系統(tǒng)，具有與所述陽極連接的高壓電源、與所述多個電子發(fā)射單元的每一個連接的發(fā)射控制裝置、用于對各電源進行控制的控制系統(tǒng)， 所述電子發(fā)射單元具有:加熱燈絲；與所述加熱燈絲連接的陰極；從所述加熱燈絲的兩端引出的燈絲引線；絕緣支撐件，包圍所述加熱燈絲以及所述陰極；聚焦極，以位于所述陰極的上方的方式配置在所述絕緣支撐件的頂端；連接固定件，配置在所述聚焦極的上方，與所述真空盒的盒壁密封連接， 所述燈絲引線穿過所述絕緣支撐件與所述發(fā)射控制裝置連接， 所述陽極包括:陽極管道，由金屬構(gòu)成并且具有中空的管狀形狀；陽極支撐件，配置在所述陽極管道上；陽極靶面，設(shè)置在所述陽極管道的外表面并且與所述電子發(fā)射單元相面對。
3.如權(quán)利要求2所述的X射線裝置，其特征在于， 還具有:高壓電源連接裝置，將所述陽極和所述高壓電源的電纜連接，安裝在所述真空盒的靠近所述陽極的一端的側(cè)壁；發(fā)射控制裝置連接裝置，用于連接所述加熱燈絲和所述發(fā)射控制裝置；真空電源，包括在所述電源與控制系統(tǒng)內(nèi)；真空裝置，安裝在所述真空盒的側(cè)壁上，利用所述真空電源進行工作，維持所述真空盒內(nèi)的高真空。
4.如權(quán)利要求2所述的X射線裝置，其特征在于， 所述電子發(fā)射單元還具有:柵極，安裝在所述陰極與所述聚焦極之間并且緊鄰陰極；柵極引線，與所述柵極連接，穿過所述絕緣支撐件，與所述發(fā)射控制裝置連接。
5.如權(quán)利要求2所述的X射線裝置，其特征在于， 所述電子發(fā)射單元還具有:聚焦段，安裝在所述聚焦極與所述連接固定件之間；聚焦裝置，以包圍所述聚焦段的方式配置。
6.如權(quán)利要求5所述的X射線裝置，其特征在于， 還具有:聚焦電源，包括在所述電源與控制系統(tǒng)內(nèi)；聚焦裝置連接裝置，用于連接所述聚焦裝置和所述聚焦電源。
7.如權(quán)利要求2所述的X射線裝置，其特征在于， 所述電子發(fā)射單元安裝在所述真空盒的兩個相對的側(cè)壁上。
8.如權(quán)利要求2所述的X射線裝置，其特征在于， 所述真空盒由玻璃或陶瓷制成。
9.如權(quán)利要求2所述的X射線裝置，其特征在于， 所述真空盒由金屬材料制成。
10.如權(quán)利要求2所述的X射線裝置，其特征在于， 所述陽極靶面是所述陽極管道的外圓被切除一部分而形成的斜平面。
11.如權(quán)利要求2所述的X射線裝置，其特征在于， 所述陽極靶面是在將所述陽極管道的外圓切除一部分所形成斜平面上形成有重金屬材料鎢或者鎢合金而形成的。
12.如權(quán)利要求1?11的任意一項所述的X射線裝置，其特征在于， 所述軸線為直線或者分段直線。
13.如權(quán)利要求1?11的任意一項所述的X射線裝置，其特征在于， 所述軸線為圓弧或者分段圓弧。
14.如權(quán)利要求1?11的任意一項所述的X射線裝置，其特征在于， 所述多個電子發(fā)射單元的排列間隔是均勻的。
15.如權(quán)利要求1?11的任意一項所述的X射線裝置，其特征在于， 所述多個電子發(fā)射單元的排列間隔是非均勻的。
16.一種CT設(shè)備，其特征在于， 所使用的X射線源是權(quán)利要求1?15的任意一項所述的X射線裝置。
【文檔編號】H05G1/02GK104470172SQ201310600023
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】唐傳祥, 唐華平, 陳懷璧, 黃文會, 張化一, 鄭曙昕 申請人:清華大學(xué), 同方威視技術(shù)股份有限公司