[发明专利]快速切换双能X射线源

说明书

发明背景

1.领域

本发明涉及能够切换发射级别的X-射线设备，尤其涉及能够快速切换发射级别从而管可用于使用不同能量进行成像、发荧光以及其它应用的X-射线管系统。

2.发明背景

在国土安全产业中，双能X-射线用于筛选随身携带的行李、筛选托运行李、以及筛选货物。将双能X-射线用于国土安全容许用户区分不同材料，帮助检测走私品、爆炸物和非法材料，以及帮助识别被扫描的对象中的材料。

双能X-射线在医疗产业中用于双能计算机断层扫描(CT)、双能X-射线吸收法、双能成像以及其他应用。在国土安全、医疗市场之外，双能X-射线还用于非破坏性测试、牙科、食品包装、煤炭以及其他产业。

具有多种方法来产生双能X-射线和实施双能分析。在最简单的形式中，使用了两个或多个检测器，一个在另一个的后面，并且滤波器放置在检测器之间。一个检测器接收一个能量范围，并且另一个检测器由于滤波器而接收第二能量范围。可替代地，能量鉴别检测器可用于使能量分离，例如CZT检测器。另一通常使用的方法是改变X-射线源的端输出能量，从而X-射线源发射两个或更多X-射线能量范围。然而另一方法是使用多于一个X-射线管，并且每个X-射线管发射一个或更多能量范围。

双能源的期望特征为能量之间的快速切换速度、高稳定性、小尺寸规格、简单性、最低系统成本、寿命长、高可靠性、以及快速改变每个单独能量的通量的能力。对于某些应用也很期望具有相同焦斑位置。最有价值的多个特征的精确组合取决于应用。

已经提出或开发了具有这些特征的某些特征而不是所有特征的一些方法。

一个方法包括使用两个或多个分离的X-射线管，并且独立运行每个源。这提供了快速切换速度。这种方法的问题是其占据了两个X-射线源的空间，并且每个源具有不同焦斑位置。因而，方案相对较大，并且产生两个不同的焦斑位置。在成像应用中，图像之间的复杂性、对准和重合不良为使用两个单独源的另一问题。

在专利5661774中详述的一个替代方案是使用快速切换X-射线管的能量的电子。该专利的一个应用将用在期望快速切换的医疗和国土安全应用中的双能CT中。此方法的一个问题是难以以高速切换X-射线能量。这需要复杂的电子、提高系统成本并且不利于管的寿命。此方法的另一问题为快速切换导致X-射线源的输出能量中的变化。

专利6188747详述了使用两个独立阳极和两个阴极的X-射线源。因而，其在一个X-射线管中具有两个X-射线源，导致成本、复杂性、重量以及屏蔽性增加。此方法的限制是每个阳极的单元的物理尺寸和斑尺寸位置不同。

解决斑位置问题的一个方法是在X-射线源中使用两个阴极和一个阳极，并且将阴极物理地分离。这在专利7529344和专利7792241中进行了详述，并如图17所示。阴极1处于不同能量，并且阴极1被分离，从而阴极1没有被击穿。利用此方案，每个阴极1具有分离的格栅3。此方法的限制是难以对准阴极1和格栅3，并且更难的是对准斑2。再一问题是生成的X-射线管的物理尺寸。

发明概述

在一个实施方案中，提供了克服之前概括的源的限制的改进X-射线源。此源可提供能量之间的快速切换速度，可将相同或相似波形因数适配到常规单个能源中，可快速改变源的输出通量，是强健的，对寿命有利，最小化电压梯度，并且如果需要，则输出通量和能量可高度稳定。

在双能X-射线的一个实施方案中，源使用室(例如管)内的两个阴极和一个阳极。阴极发射电子，并且来自每个阴极的电子在X-射线源的轴的方向上行进，以撞击阳极。

来自距离阳极最远的阴极的电子源发射电子，所述电子在管的轴的方向上行进，并且穿过或经过距离阳极最近的阴极。电子的方向受到距离阳极最远的阴极的格栅和/或焦点、距离阳极最近的阴极、格栅和/或焦点的影响。这些电子行进经过第二阴极并撞击阳极。来自第二阴极(距离阳极最近)的电子被发射，并且大部分沿X-射线管的中心轴行进。距离阳极最近的格栅和/或焦点影响来自此阴极的电子的方向。控制格栅和/或焦点容许调节斑尺寸和斑位置，以及容许调节X-射线源的每个能量范围的通量。

附图说明

不期望按比例绘制附图。此外，为了说明的目的简化附图。

图1示出传统X-射线源，示出从阴极流到阳极的电子。

图2示出新X-射线源的侧视图，具有两个阴极。

图3示出新源的侧视图，而具有透射靶。

图4示出可输出多个能量的新源的侧视图。

图5示出新源的侧视图，X-射线通量通过源行进回去。