[发明专利]X射线源及X射线产生方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种X射线源，特别是涉及一种用于医用/工业CT系统及显微CT的X射线源及X射线产生方法。

【背景技术】

X射线成像技术，即利用X射线能够穿透物质并根据穿透物质量的大小进行衰减的性质，通过探测X射线的衰减程度来实现对物体内部结构的无损成像，其包括X射线摄影技术（Radiography）与X射线计算机断层成像技术（ComputedTomography，CT）。其中，CT技术是通过对物体进行不同视角的射线投影测量而获取物体横截面信息的成像技术。CT系统包含X射线源、X射线探测器、机架等主要部件，其中X射线源作X射线的产生装置，是CT系统的关键核心部件之一。

医用/工业CT及显微CT等成像系统所需要的X射线能量范围通常从几十千电子伏特到几百千电子伏特，其装备的X射线源通常采用高速电子束轰击阳极靶产生X射线的原理。即在真空容器中，由电子源发射的一定流强的电子束流，并在高压电场的作用下得到加速，轰击阳极靶。阳极靶通常由原子序数高的金属构成，电子轰击阳极靶后减速，通过韧致辐射过程产生X射线。

不断发展的CT系统对核心部件X射线源提出了更高的要求。CT系统尤其是用于动态成像（如心肺成像）的CT系统，为了减少产生由于被扫描物体或病人由于运动产生的伪影，对X射线源的时间分辨有很高的要求。CT系统出于缩短扫描时间和提高辐射剂量利用率的考虑，也期望X射线源有更高的时间分辨。

传统的X射线源的设计方案主要有两种：

（1）传统的X射线源，采用热阴极作为电子发射源，通过热电子发射发射电子，电子受到加速轰击阳极靶产生X射线。其阴极通常是由钨制成的灯丝，在通电流时产生热量，电子受热获得能量逸出。电子在电场的加速下，轰击阳极靶，通过韧致辐射过程产生X射线。

（2）近年来了发展的一种新型的场发射X射线源，采用冷阴极作为电子发射源，即阴极（例如碳纳米管薄膜）在高压电场的作用下，通过场致发射机制产生电子，电子受到加速轰击阳极靶产生X射线（如专利CN200710025641.2，场致发射阴极X射线管）。该种X射线源通常采用二极式和三极式结构。二极式场发射X射线管采用阴极加阳极的结构，阴极在阳极电压提供的高压电场的作用下发射电子，并得到加速轰击阳极靶从而产生X射线。三极式场发射X射线管在阴极和阳极之间加入独立的电极，称为栅极，用于施加场发射所需要的电场。通过打开或关闭栅极电场，可瞬间激活或中断电子束的发射，可实现X射线的可编程、脉冲式发射。该类射线源通常采用一定的聚焦电极用于约束电子束，从而获得更小的焦斑。由于栅极的存在，此类X射线管的常限于采用阳极接正高压，阴极接地的高压接入设计。

采用热电子发射原理的传统X射线源，由于热阴极无法骤然升温或冷却，电子束流不能随时通断，因而时间分辨率有限，无法进行可编程、脉冲式的X射线发射。由于无法进行X射线的精确曝光，也就无法得到辐射剂量的百分百利用率。

场发射X射线源通过关闭栅极电场或使阴极电极悬空的方法，瞬间中断电子束的发射，实现X射线的可编程、脉冲式发射。然而，这样的X射线控制方式，大大限制了X射线源的高压接入方式，即局限于采用阳极接正高压，阴极接地的设计，这样使得高压接入更加复杂。同时，由于阳极靶接入高压，大大增加了阳极靶散热的难度。

场发射X射线源的阴极发射区域的大小和形状是固定不变的，不可以随要求进行改变，因而依赖于聚焦电极等的配置变化来改变焦斑的特性。同时，该种X射线源常需要由栅极来控制X射线的发射。因此，以上两点都增加了场发射X射线源的复杂性。

【发明内容】

鉴于上述状况，有必要提供一种将光阴极作为电子发射源的X射线源。该X射线源能够克服传统X射线源时间分辨率有限，无法进行可编程、脉冲式X射线发射的缺点；同时，也克服了场发射X射线源阴极发射区域的大小和形状无法随时控制，高压接入难度大，阳极靶不易散热和结构相对复杂的缺点。

一种X射线源，包括控制电路、普通光源、光学组件、普通光入射窗、光阴极、电子束聚焦结构、阳极靶、X射线出射窗及真空容器；

所述控制电路，用于控制所述普通光源的工作状态；

所述普通光源，用于发射特定波长范围的光线；

所述光学组件，用于对所述普通光源发射的光线进行聚焦；

所述普通光入射窗，设于所述真空容器上，所述普通光入射窗用于透过所述特定波长范围的光线；

所述光阴极，用于光激发电子；

所述电子束聚焦结构，用于对所述光阴极产生的电子束进行聚焦；