[发明专利]基于场发射阴极的多焦点固定阳极X射线管

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种X射线管，具体的涉及一种基于场发射阴极的X射线管。

 

背景技术

在强电场下，电子可以通过隧道效应穿过材料表面势垒发生放电现象。随着纳米技术的发展，人们使用纳米管研制出了场发射电子源，然后利用该电子源研制X射线源。该X射线源的基本技术原理如下：纳米管在外加强电场的作用下产生场致发射, 然后电子在电场的加速下轰击阳极产生X 射线。采用纳米管后的X 射线源具有许多优点: 无需加热灯丝，可以随时开启，时间响应快，脉冲频率高，寿命比热灯丝更长。

为了实现高频率脉冲发射，带有栅极的场发射阴极X射线管由以下几部分组成：基于纳米管材料的场发射阴极1、控制X射线管工作的栅极2、控制电子束聚焦的聚焦电极3、接受电子轰击产生X光子的阳极4，如图1所示。

由于场发射阴极X射线管具有脉冲频率高、时间响应快等优点，我们用它设计了一个医用静态CT扫描仪系统。该扫描仪的成像系统由环形X射线源和环形探测器组成，取代了传统CT扫描仪的X射线源和探测器的旋转（如图2所示）。其中，环形X射线由多个场发射阴极X射线源模块组成，包含准直器，每个X射线源模块对应一个准直器狭缝，X射线从狭缝中射出。

采用图1所示的X射线管，每个X射线管只有一个焦点，故只能提供一个角度的投影数据（见图3）。然而CT成像，需要很多个角度的投影数据才能实现断层图像重建（采用解析算法需要的投影角度数为10³量级，采用迭代算法需要的投影角度数为10²量级）。这就意味着，如果采用图1所示的X射线管，则医用静态CT扫描仪需要与投影角度数相同的X射线管。这不但增加了医用静态CT扫描仪X射线管的数目，而且为工程实现设置了障碍。因为X射线管需要具有适当的热容量，所以其阳极的直径必须大于某个尺寸，进而使得X射线管的直径不能小于某个值（比如5cm）。这样，在环形X射线源直径已经确定的情况下（比如100cm），所能够使用的X射线管的数目就受到限制（按照上面参数计算，大约能放置60个），有可能不能满足成像需求。

 

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明旨在提供一种能够增加单个X射线管能够提供的投影角度数，从而减少医用静态CT扫描仪所需要的X射线管数目的基于场发射阴极的多焦点固定阳极X射线管。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于场发射阴极的多焦点固定阳极X射线管，包括基于纳米管材料的场发射阴极、控制X射线管工作的栅极、控制电子束聚焦的聚焦电极和接受电子轰击产生X光子的阳极，其还包括一对用于加载电压形成偏转电场的偏转电极，所述的一对偏转电极设置在所述场发射阴极与阳极之间。

进一步的，所述栅极采用脉冲方式工作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的基于场发射阴极的多焦点固定阳极X射线管将会拥有一个以上的焦点，这样可以显著增加单个X射线管能够提供的投影角度数，从而减少静态CT扫描仪对场发射阴极X射线管数目的需求，使得静态CT扫描仪的工程实现更容易。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中纳米管冷阴极X射线管示意图。

图2为医用静态CT扫描仪X射线源和探测器结构示意图。

图3为X射线源发射X光子的成像示意图。

图4为本发明的结构示意图。

图5为本发明的多焦点固定阳极X射线管工作示意图；其中图5（a）为多焦点固定阳极X射线管工作时偏转电场与栅极电场的时序图，图5（b）在图5（a）时序下电子束打靶示意图。

 

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。