[发明专利]用于X射线光栅微分相衬成像的X射线源

说明书

技术领域

本发明属于X射线成像技术领域，涉及一种X射线源，尤其涉及一种用于大视场X射线相衬成像的X射线源。

背景技术

X射线成像技术被广泛应用于医学、生命科学、材料科学及工业无损探测等领域。传统X射线成像技术是根据物体对X射线的吸收衰减特性成像的，它要求物体与周围环境以及物体内不同成分之间吸收衰减系数的差异相对明显。对由金属等重元素物质构成的物体进行检测时其成像效果显著，比如医学影像中对骨骼成像，工业检测中对金属的探测等。而对于以轻元素(碳、氢、氧等)为基础组成的材料和血管、关节软骨等生物软组织，由于它们对X射线吸收很少，不同内部成分之间吸收系数的差别也很小，导致传统X射线成像及CT技术在对轻元素材料和生物软组织进行无损检测时，无法提供足够的图像衬度，限制了该技术在医学、生物学及材料学等领域的应用和发展。

现有的X射线相衬成像采用新的成像机制，通过记录X射线穿过物体后相位的改变量来获取图像的衬度，从根本上解决了传统吸收成像对轻元素物质成像衬度差的问题。X射线属于电磁波，穿过物体后，它的振幅和相位都会发生变化。传统X射线成像记录振幅的变化形成吸收衬度，相衬成像则是记录X射线透过物体的相位变化信息。由轻元素组成的物质对X射线相位的改变是其对X射线振幅改变的10³～10⁵倍。因此，X射线相衬成像记录下的是X射线透过物体后的相位信息，可以对生物软组织这样的弱吸收物质形成很好的图像衬度，同时由于采用了高空间相干的X射线源和高分辨率的探测器，能获得较传统X射线成像技术更高的空间分辨率和图像的对比度。

目前，国内外已发展了多种X射线相衬成像技术，由于早期的X射线相衬成像技术需要依赖同步辐射装置的高相干高亮度X射线源来实现，使该项技术的发展和应用受到了极大的限制。2006年，瑞士保罗谢尔研究所的F.Pfeiffer研究小组利用光栅劳厄效应，在普通X射线管前增加一块吸收光栅，形成具有高空间相干性和高亮度的阵列X射线源，使X射线相衬成像技术摆脱了对微焦斑源或同步辐射源的依赖，在普通X射线管的条件下就可以实现。但是，这一方法在实现上仍存在很大问题，X射线吸收光栅需要在光栅槽中填充高原子序数物质(如金，铅，铋等)阻挡高能X射线的透过，制作工艺难度大，成本高，且当提高使用的X射线能量时，要求吸收光栅具有更高的深宽比，这就进一步提高了工艺的难度。在实际应用中，由于制作技术的限制使吸收光栅不能完全吸收高能量的X射线，从而导致该种成像技术的莫尔条纹对比度降低，严重影响了系统的探测灵敏度和图像质量。另外，由于吸收光栅的深宽比较大，使出射X射线的辐射视野受到一定限制。

另一种采用阵列结构X射线源的方法是通过在X射线管阳极斜面靶上间隔排布形成多个线发射体的阵列结构，各个发射体之间以光栅槽相隔。当电子束轰击阳极靶时，只有一部分电子轰击到线发射体的斜面上，另一部分电子则进入线发射体之间的光栅槽中。由于电子轰击光栅槽内产生的X射线被光栅槽的侧壁所吸收，只有轰击到线发射体斜面靶上的X射线才可以发射出去，从而形成了可用于X射线相衬成像的阵列X射线光源。这种方法不需要吸收光栅，避免了由于不能完全吸收高能X射线而导致的相衬图像质量下降的限制。但是，这种方法产生的阵列X射线源，在发射X射线的光轴方向了有一个延展分布，使得每个线发射体到成像物体之间的距离不等，导致X射线相衬成像的视场受到限制。在普通实验室和医院中，通常需要大视场成像，这种阵列X射线源的由于视场受限而难以适用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有采用吸收光栅方式的阵列X射线源中，吸收光栅制作工艺难度大、成本高的缺陷，以及采用阵列结构阳极靶的X射线源由于成像视场受限难以应用于大视场相衬成像的缺陷，提供一种结构相对简单、制造工艺简单、成本低的应用在高能X射线相衬成像的新型X射线源，由于出射X射线无轴向分布从而彻底解决了视场受限问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于X射线光栅微分相衬成像的X射线源，包括用于发射电子束的环形阴极、用于响应电子束入射而发射X射线的阳极靶、用于加速并会聚电子束的电极结构、用于对环形阴极加热的阴极加热电源、用于给电极结构供电的电极结构电源；

所述环形阴极与阳极靶的靶面相对设置，环形阴极后方设置有对应环形阴极中间位置且与阳极靶的靶面平行的X射线出射窗；阳极靶的靶面与出射X射线的光轴方向垂直；

所述电极结构包括阴极套筒和阳极套筒；所述阳极靶设在所述阳极套筒中；所述环形阴极设在所述阴极套筒中；