[发明专利]用于大视场X射线相衬成像的X射线源

说明书

技术领域

本发明属于X射线相衬成像技术领域,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射线成像技术是一种无损检测技术，在化学领域、农业领域、生物学领域、医疗领域以及安检领域已经取得了广泛的应用。传统的X射线成像技术的物理机制是通过X射线透过不同厚度和不同物质组成的物体而产生不同的衰减来获得物体的内部信息。对于原子序数较大的物质而言（例如重金属、人体的骨骼），由于对X射线的吸收较大，因此可获得清晰的图像。然而对于由轻元素（例如C、H、O、N）构成的物质，如人体的软组织、活体生物样本、光学纤维、固体氘-氚燃料以及汽油、酒精等危险品，由于对X射线的吸收很弱，所以传统的X射线成像技术几乎探测不到它们的内部结构。

X射线相衬成像技术是近几年发展的新型X射线成像技术，它通过探测X射线透过物体之后相位的变化来探测物体的内部信息，对于轻元素构成的物质而言，和相位信息有关的相位因子通常要比和吸收信息有关的吸收因子大3个数量级以上。因此，对于轻元素物质以及对X射线吸收较弱的物质来说，X射线相衬成像技术可以分辨传统X射线成像技术无法分辨的图像。另外，由于X射线相衬成像采用具有一定相干性的X射线源和高分辨率的探测器，因此获得的图像具有很高的空间分辨率。

目前，X射线相衬成像技术的发展有很多种，早期发展的X射线相衬成像技术通常需要高相干性和高亮度的X射线源，因此需要依赖同步辐射源来实现，从而限制了这项技术的发展和应用。F.Pfeiffer等人在普通的X射线源后放置一个源光栅，使产生的X射线满足X射线相衬成像对X射线源相干性和亮度的要求，从而使这种基于光栅微分干涉X射线相衬成像技术突破了同步辐射源的限制，可以在普通的X射线源的条件下实现相衬成像。然而这种成像技术中存在一些问题：首先，这种源光栅是采用在硅基光栅中填充高Z物质（例如金）的吸收光栅，光栅的制作工艺复杂、难度高，制作成本很高，尤其当X射线的能量增大时，要求这种器件具有更高的深宽比，使制作工艺的复杂程度进一步提高，目前只有国际上少数几个国家掌握这种技术。其次，在实际应用中通常需要高能量的X射线（例如60keV-120keV）,然而现有的源光栅的技术参数通常受到高能X射线的限制，源光栅不能够完全吸收高能量的X射线，从而导致相位光栅自成像的条纹对比度降低，严重影响系统的灵敏度和成像质量。

另外一种方法是采用阵列结构X射线源的方法，这种方法通过在X射线管的阳极是多个线发射体间隔排布形成的阵列结构，阵列结构的各个线发射体之间形成沟槽，当电子束轰击阳极靶的发射面时，只有一部分的电子束轰击到阳极靶的发射面上，另一部分进入线发射体之间的沟槽中，由于电子轰击沟槽内产生的X射线被沟槽的侧壁吸收，只有轰击到阳极靶的发射面所产生的X射线才可以发射出去，从而产生可用于X射线微分干涉相衬成像的结构阵列光源。这种结构不需要源光栅便可以实现源光栅的功能，同时可以克服源光栅不能完全吸收高能X射线从而导致图像质量下降的限制，因此更适用于高能X射线，大大提高X射线的利用效率。然而由于这种结构产生的阵列X射线源在光轴方向上延展分布，从而使阵列X射线源中的每个线发射体到探测面的距离不等，导致成像视场受限。特别在普通实验室和医院中，通常需要大视场成像，由于这种阵列X射线源的成像视场受到限制，因此很难应用在大视场X射线相衬成像中。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术采用源光栅的方式中，源光栅制造复杂、难度大的缺陷，以及采用阵列结构X射线源成像视场受到限制，因此很难应用在大视场X射线相衬成像中的缺陷，提供一种能应用在大视场X射线相衬成像中、克服阵列结构阳极的视场限制、制造成本低、制作工艺简单可靠的用于大视场X射线相衬成像的X射线源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于大视场X射线相衬成像的X射线源，包括用于发射电子束的电子源和响应于电子束入射而发射X射线的阳极靶，所述阳极靶为一体结构的柱体，所述阳极靶顶端设有发射面，所述发射面由多个呈阶梯状排布且相互平行的倾斜发射面单元组成；相邻的所述发射面单元之间的阶梯间侧壁与阳极靶发射面之间的夹角α为50°-120°，且该阶梯间侧壁与阳极靶发射面的主光轴之间的夹角β为大于等于90°。

所述用于大视场X射线相衬成像的X射线源中，所述发射面在阳极靶发射面的主光轴的垂直方向上的投影是一个连续的整体。