[发明专利]高深宽比X射线标靶及其用途

说明书

公开了高深宽比X射线标靶及其用途。X射线标靶、使用所述X射线标靶的方法以及具有用于执行使用所述X射线标靶的方法的指令的计算机程序产品。所述X射线标靶包括由软X射线产生材料制成的衬底以及由硬X射线产生材料制成的高深宽比结构。所述硬X射线产生材料被嵌入在所述衬底中、形成在所述衬底上、被从所述衬底边缘向外悬臂伸出，或者为其任意组合。所述高深宽比结构包括多个布置在一个或多个网格或阵列中的高深宽比结构，并且所述一个或多个网格或阵列之一中的所述高深宽比结构被布置以形成Hadamard矩阵结构。

本申请要求来自2014年4月18日提交的美国临时专利申请No. 61/981,330的优先权，其全部内容被通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及X射线标靶，X射线标靶被设计成增加将它们合并的成像系 统(诸如X射线断层摄影系统)的分辨率和吞吐量这两者，并且成像系统包括： 用于交替的低和高分辨率扫描的厚的和薄的X射线标靶这两者；用于图像复用 和改进的分辨率的Hadamard图案化标靶；以及由不同的硬X射线产生材料制 成以用于能量依赖的成像的标靶。

背景技术

X射线断层摄影系统能够在不必须损坏样本或对其取横截面的情况下提 供样本的内部结构的图像。由所述系统产生的X射线通过样本并由X射线探测 器探测，以从所述样本的横截面获得吸收图像。所述X射线探测器可以是二维 的，在此情况中能够同时获得多个横截面图像。样本和或X射线源以及探测器 被递增地旋转，并从不同角度获得附加的横截面图像。对以这种方式获得的多 个横截面图像在数学上进行操控，以获得用以重构所述样本的内部的图像的样 本信息。

X射线断层摄影系统的两个重要参数是其分辨率及其吞吐量。分辨率提及 系统能成像出多小的特征，并且吞吐量提及系统能有多快地获取图像。可以通 过增加通过样本的X射线的通量来增加吞吐量，然而，这典型地会减小分辨率。 X射线断层摄影系统的设计因此通常在吞吐量和分辨率之间折衷。尽管学术文 献中已经描述了一些高分辨率系统，但是它们典型地要求不想要地长的图像获 取时间。

在商业X射线断层摄影系统中，X射线典型地通过把高能量电子束朝着 标靶定向而生成。随着这些电子停止移动，它们产生X射线，该X射线被已知 为具有沿连续频谱延展的频率的轫致辐射。此外，一些电子与标靶原子碰撞并 在标靶原子的内壳中击出电子。由这些被击出的电子创建的空缺随后被所述标 靶原子的外壳中的电子填充，进行填充的电子通过自发发射出其能量由内壳电 子和外壳电子的能量级别之间的差所确定的特征X射线而在能量级别上降低。 两种类型的X射线均能够有助于X射线成像，然而特征X射线的通量典型地比 韧致辐射的通量更大得多，且因而特征或硬X射线典型地更有助于X射线吸收图像。

不具有X射线聚焦光学器件的X射线断层摄影系统的分辨率大部分由其 X射线源的有效尺寸决定。对于使用电子束以生成X射线的系统而言，有效的 源尺寸由在其中束电子与标靶接触并在所述标靶中停止移动的体积决定。该相 互作用体积很大程度上由标靶材料的密度和原子量、以及电子束的直径和能量 决定，并且典型地是泪滴形的。

图1示出了用于典型的X射线断层摄影系统100的X射线源。所述源由 电子束105和标靶120组成。所述标靶典型地通过把高原子量和密度的薄金属 膜130(例如，钨)沉积在低原子量和密度的衬底140(例如，硅)上制成。所 述标靶典型地相对于所述电子束105以约45度角度150倾斜。增加电子束105 的能量使X射线标靶120内的相互作用体积(例如，从更小的相互作用体积160 到更大的相互作用体积170)，由此增加在标靶内产生的X射线的通量以及所 述X射线断层摄影系统的吞吐量。然而，增加电子束能量也使所述X射线标靶 的有效源尺寸增加(例如，从更小的有效源尺寸165到更大的有效源尺寸175)， 由此减小了所述X射线断层摄影系统的分辨率。