[发明专利]一种将波束成形信号处理应用于RF调制X射线的装置

说明书

描述了一种使用射频(RF)调制的场致发射X射线源产生波束成形的X射线辐射的装置和方法。射频RF源产生RF控制信号，该RF控制信号被供应给相位延迟元件阵列以产生多个单独控制的相位延迟的RF信号。然后，将它们(经由匹配电路)直接提供给多个场致发射源中的每一个，以产生各具有与相位延迟的RF信号相同的频率和相位延迟的多个RF调制电子电流或电子束。每一条电子束撞击目标阳极，以产生也与相位延迟的RF信号相同的频率和相位延迟的X射线。通过控制每一个相位延迟元件，可以产生波束成形的X射线辐射图。

优先权文件

本申请要求于2018年5月25日提交的标题为“A Device for ApplyingBeamforming Signal Processing to RF Modulated X-Rays(一种将波束成形信号处理应用于RF调制X射线的装置)”的澳大利亚临时专利申请第2018901828号的优先权，其内容通过引用全部并入本文。

技术领域

本发明总体地涉及用于产生X射线辐射的装置，尤其涉及使用具有场致发射电子源的真空管产生射频调制X射线辐射的装置。

背景技术

常规的X射线辐射源将来自加热的阴极的热电子发射用作用于产生X射线的电子源；这种热电子发射直接由热灯丝或灯丝加热的阴极电极产生。这些装置释放电子通量，该电子通量是阴极源温度和来自阳极和真空管中的其他电极(例如聚焦电极和栅极电极)的与阴极相邻出现的施加电场的函数。电子束朝着重金属目标阳极加速，并且撞击产生了受限于电子被加速到的峰值能量的广谱X射线。然后，使用机械准直器将X射线对准并穿过对象。

常规X射线源产生连续剂量或X射线辐射通量，因此已用于多种成像应用，其包括常规投影射线照相、计算机断层扫描、断层合成、相衬成像和背向散射成像。在常规的投影射线照相、计算机断层扫描和断层合成中，X射线测量基于X射线穿过目标的强度的变化。在计算机断层扫描和断层合成中，X射线源围绕对象旋转，并重建切片以生成三维图像。在相衬成像中，例如通过空间移动检测器或使用检测器中的光栅来测量X射线波长处的空间域相移；由于X射线的波长小，因此该测量具有技术挑战性。在所有这些应用中，X射线辐射被认为是固定的(即在给定的时段内通过对象的通量是恒定的)。

背向散射X射线成像技术测量的是目标的背向散射的X射线，而不是像投影射线照相中那样的通过的X射线。最近，已经开发了基于背向散射的X射线RADAR。在该系统中，单个热电子源(即，加热的灯丝)产生电子束，然后，使用速调管对电子束进行调制并将其聚焦到阳极目标上的单个焦点上。在该装置中，RF频率的接收器跟踪背向散射的X射线辐射中的调制和相位延迟，以识别背向散射事件的深度。然而，该系统的显著缺点是，它需要大型的真空系统操作速调管和复杂的电子设备来对其进行控制。

常规X射线源的一个问题是在真空管外部控制或聚焦X射线的能力有限，这是因为该方向受限于物理定位准直仪的能力以及X射线辐射会从准直仪的末端自然散开的事实。因此，X射线辐射的方向控制的限制使其难以在对象内部的小区域内整合(或紧密聚焦)X射线辐射以提供改进的成像或辐射疗法。

最近，已经开发出场致发射X射线辐射源。基于场致发射的X射线源以与常规X射线相同的方式产生X射线，但是通过在导体表面上施加高电场而不是使用热电子发射器来产生电子。电子通量是所用的导体、导体表面的尺寸和形状以及电场强度的函数。对于同一导体，电子通量强度与电场强度成正比(一旦超过临界场导通阈值)。通常通过在导体表面上施加电压电位来产生该电场。通过在导体表面上快速施加电压电位，在建立电场的同时会产生相应的精确电子通量。此特性已用于基于场致发射的X射线源，以产生用于高速X射线成像的精确控制的短X射线脉冲。

场致发射X射线辐射源不需要热量即可产生电子通量，并且通常被称为冷阴极源。降低的热负荷使得多个电子源能够紧密放置在单个真空封壳内。可以将每一个电子源设计为在电学上和热学上与其相邻电子源隔离并独立控制。已经使用场致发射电子源的可单独控制的分布来产生具有焦点分布的X射线辐射源，其被称为多束管。