BR112016020091B1

BR112016020091B1 - Gerador de raios-x e método para obter uma imagem de raio-x de um objeto

Info

Publication number: BR112016020091B1
Application number: BR112016020091-8A
Authority: BR
Inventors: Mark Evans; Robert Stevens; Gil Travish
Original assignee: Adaptix Limited
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2022-08-30
Also published as: EP3113686B1; CA2939812A1; CN106104745A; AU2015225941A1; GB201403901D0; ES2717251T3; GB2523796A; US10217598B2; KR102410722B1; WO2015132595A1; EP3113686A1; CA2939812C; KR20160129052A; US20160372298A1; AU2015225941B2; CN106104745B; NZ724286A; BR112016020091A2

Abstract

GERADOR DE RAIOS-X. Um gerador de raios-X é fornecido, compreendendo diversos emissores de campo de elétrons (10); um material alvo (20); diversas bobinas de solenoide energizáveis (40); e um circuito temporizador e de potência eletrônica. O gera-dor é capaz de fornecer corrente elétrica a ao menos uma bobina de solenoide individual para criar um campo magnético que faça com que a via (100) de elétrons emitidos do emissor mais próximo à bobina de solenoide energizada sejam desfocalizados e/ou desviados antes que os elétrons atinjam o material alvo; e em que o material alvo compreende um material de baixo número atômi-co e um material de alto número atômico, sendo o material de alto número atô-mico disposto em um padrão regular, de modo que, no uso, os elétrons possam ser destinados ao material de número atômico alto ou baixo.

Description

[1] A presente invenção refere-se, de forma geral, a um gerador de raios-X e a um método de obtenção de uma imagem de raio-X de um objeto e tem particular utilidade, ainda que não exclusiva, em um gerador de raios-X com diversas fontes de raios-X.

[2] Nos últimos anos, houve avanços no desenvolvimento de fontes de raios-X em escala micrométrica, de forma que hoje é possível produzir diversas fontes de raios-X com uma distância típica entre as fontes de raios-X da ordem de 100 μm a 1 cm ou mais.

[3] Um exemplo de tal fonte bidimensional de raios-X é fornecido em WO 2011/017645, intitulado “instrumento para a produção de raios-X para o uso na formação de imagens”.

[4] Fontes bidimensionais de raios-X como em WO 2011/017645 têm todas as suas fontes funcionando simultaneamente, isto é, no momento do início de emissão de campo de raios-X ocorrerão elétrons de superfície em cada um dos emissores de campo e os fótons de raios-X (Bremsstrahlung) serão emitidos simultaneamente de diversos locais conforme os elétrons atingem o material alvo.

[5] O documento US2011/0122992 decreve uma fonte de raios-X em que o ânodo é um cilindro rotatico que permite o controle do ângulo de incidência dos elétrons.

[6] Para determinadas modalidades de imagem de raio-X pode ser desejável poder controlar a sequência da ativação de fontes individuais de raios-X entre as diversas de fontes de raios-X. Por exemplo, pode ser vantajoso ativar as fontes de raios-X de forma sequencial e linha por linha, o que é conhecido como varredura, que é utilizada em muitos aparelhos eletrônicos de formação de imagens.

[7] Um problema bastante conhecido na geração de elétrons e raios-X é o controle da corrente de elétrons e, portanto, do fluxo de raios-X resultante. Em sistemas convencionais, as grades intermediárias de voltagem são usadas às vezes para suprimir a emissão de elétrons. Em outros casos, interruptores de alta voltagem são usados para interromper o potencial. Em outras configurações, como as encontradas em matrizes Spindt, transistores controlam a voltagem moderada fornecida a cada um dos emissores de campo melhorados e um outro estágio é usado para aumentar a voltagem (energia) dos elétrons até o ponto final de energia desejada da fonte de raios-X.

[8] Estender estes métodos a grandes matrizes pode se provar impraticável e caro. As grades podem limitar a densidade do emissor e introduzir uma fonte de geração de arcos e de avaria. As matrizes do transistor podem levar a controles complexos de comutação e as baixas voltagens de emissão podem levar à corrente reduzida devido aos efeitos de carga de espaço. Consequentemente, é desejável inventar um novo mecanismo de controle de produção dos raios-X de matrizes de emissores de elétrons; porém que não dependa de comutação de alta voltagem.

[9] É o objetivo da presente invenção fornecer meios de controlar seletivamente a emissão de raios-X, em que múltiplas fontes de raios-X, que possam ser individualmente ativadas, por meio de um mecanismo que não dependa de comutação de alta voltagem. É ainda objetivo da presente invenção fornecer meios de controle da sequência de ativação de diversas fontes de raios-X, por meio dos quais a sequência de ativação resultante, tal qual mas não limitada à varredura, possa ser sincronizada com o emissor de elétrons e diversos elementos de detecção em que cada elemento de detecção é individualmente controlado de acordo com os requisitos de diagnóstico da aplicação de formação de imagens por raios-X.

[10] Em um primeiro aspecto, a invenção fornece um gerador de raios-X, composto por diversos emissores de campo de elétrons; um material alvo disposto de modo a emitir fótons de raios-X quando os elétrons incidirem sobre ele; diversas bobinas de solenoide energizadas posicionadas de forma adjacente aos diversos emissores de campo de elétrons; e um circuito temporizador e de potência eletrônica configurado para fornecer corrente elétrica a ao menos uma bobina de solenoide individual; em que, ao menos uma bobina de solenoide individual é configurável de forma que, quando energizada, seja criado um campo magnético fazendo com que o fluxo dos elétrons emitidos pelo emissor mais próximo de ao menos uma bobina de solenoide energizada individual seja desfocalizada e/ou desviada antes que os elétrons atinjam o material alvo; e em que o material alvo possua uma região absorvente intersticial e um material produtor de fótons de raios-X, sendo o material produtor de fótons de raios-X disposto de forma regular de modo que em uso os elétrons emitidos pelo emissor colidam com o material produtor de fótons de raios-X ao serem desviados e/ou desfocalizados pela bobina de solenoide individual energizada, e na região absorvente intersticial quando não forem desviados e/ou desfocalizados pela bobina de solenoide individual mais próxima ao emissor, ou colidam com a região absorvente intersticial ao serem desviados e/ou desfocalizados pela bobina de solenoide individual energizada e no material produtor de fótons de raios-X quando não forem desviados e/ou desfocalizados pela bobina de solenoide individual mais próxima ao emissor.

[11] Neste sentido, o termo “adjacente” pode incluir quando ao menos algumas das diversas bobinas são dispostas em torno do emissor. Além disso, o termo “adjacente” pode também significar que as bobinas estão dispostas atrás do material alvo em relação aos emissores de campo de elétrons e/ou atrás dos emissores de campo de elétrons em relação ao material alvo. Ou seja, as bobinas podem não estar localizadas dentro do fluxo de elétrons dos emissores ao material alvo, ou adjacente a ela. Pode-se dizer que as bobinas não estão localizadas entre os emissores e o material alvo.

[12] Se os elétrons são desfocalizados ou desviados é algo que é determinado pelo alinhamento da bobina de solenoide em relação ao alinhamento dos emissores do campo que agem como fonte dos elétrons que quando acelerados pela aplicação de voltagem no material do alvo causam a emissão dos raios-X.

[13] Se as bobinas de solenoide estiverem em alinhamento axial com os emissores de campo e a área do alvo, então uma corrente aplicada através das bobinas de solenoide fará com que os elétrons sejam focalizados. Se as bobinas de solenoide estiverem espacialmente dispostas de forma a serem lateralmente deslocadas entre o alinhamento direto dos emissores de campo de elétrons e a área do alvo, uma corrente aplicada através das bobinas de solenoide fará com que os elétrons sejam desfocalizados e desviados.

[14] Foi concluído que deslocar as bobinas de solenoide em relação aos emissores de campo de elétrons reduz a densidade de corrente necessária através das bobinas de solenoide para gerar determinada porcentagem de elétrons para desviar suficientemente do curso que tomariam sem a aplicação de corrente através das bobinas de solenoide. Para esta razão, é desejável que as bobinas de solenoide sejam deslocadas dos emissores de campo de elétrons, embora posicionar as bobinas de solenoide em alinhamento com os emissores de campo de elétron faça com que a invenção funcione da mesma maneira fundamental, porém demandando maior corrente no solenoide. O desvio pode estar na escala de 1-3mm embora outras dimensões de desvio sejam possíveis.

[15] Aqui pode-se entender que a desfocalização pode significar o aumento na área ou no diâmetro do perfil transverso de distribuição de elétrons sob a influência de uma bobina energizada. A razão específica ótico-magnética de desvio para desfocalização ótima depende do tamanho do alvo, distância para o alvo (espaçamento cátodo-ânodo) e da distância do emissor, entre outros fatores. Esta razão ótico-magnética pode ficar entre 1000:1 e 1:1. Na prática, os parâmetros de alvo e bobina são ajustados até que haja uma alta razão de contraste no número de fótons emitidos entre o solenoide nos estados "on" e "off". Esta relação de contraste é tipicamente 1:100, embora outras relações estejam contempladas.

[16] O material produtor de fótons de raios-X pode ser disposto em um padrão espacial. O padrão pode ser regular na natureza, tal como uma grade quadrada, com alvos alto-Z igualmente espaçados; ou em uma disposição triangular. Cada alvo alto-Z pode ser um círculo ou uma elipse. Pode também ser um quadrado ou um retângulo. Uma outra forma (por exemplo, um alvo anular) que possa ser utilizada é um crescente ou outras formas constituídas pela interseção dos círculos, possivelmente dois círculos.

[17] O termo “não desviado e/ou desfocalizado” pode também ser compreendido como “não afetado”.

[18] A relação entre o diâmetro do material produtor de fótons de raios-X e a distância entre os materiais adjacentes de produção de fótons de raios-X nos dois padrões dimensionais pode ser de aproximadamente 1:100.

[19] A distância entre áreas adjacentes de materiais de produção de fótons de raios-X pode ser de aproximadamente 1cm.

[20] Cada alvo individual de material produtor de fótons de raios-X pode estar na forma de um círculo com um diâmetro de aproximadamente 100 μm.

[21] O material produtor de fótons de raios-X no material do alvo pode ser tungsténio, embora outros materiais produtores de fótons de raios-X estejam contemplados, como o molibdênio, a prata, o ouro e o rênio. O tungsténio pode ter uma espessura na escala de 1 a 5μm, embora outras espessuras estejam contempladas como de 5 a 10μm, 1 a 10μm, maior que 10μm, e menor que 1μm.

[22] A região absorvente intersticial no material alvo pode ser silicone, embora outros materiais ou combinação de materiais possam ser usados como carbono, grafite, compostos de carbono-grafite, ligas de berílio como berílio-cobre, alumínio e ligas de alumínio. Materiais não condutores e de baixa condutividade como polímeros, fibra de vidro, vidros e cerâmica podem ser úteis. O silicone pode ter uma espessura na escala de 50 a 500 μm, embora outras espessuras estejam contempladas como de 1mm e 100μm a 5mm.

[23] A região absorvente intersticial pode ser adjacente ao alvo de Bremsstrahlung. Esta região absorvente intersticial é uma área que pode incluir um ou mais materiais de número atômico baixo que efetivamente não produzem raios-X de alta energia. A perda de energia pode ainda ocorrer por Bremsstrahlung ou outra perda de energia de colisão, mas a taxa de brilho da energia pode ser mais baixa e, portanto, os fótons resultantes dos raios-X podem ter menos energia. Estes fótons de energia mais baixa não penetram relativamente distante no material. Desta maneira, desviando os elétrons (com a deflexão ou desfocalização ou ambos), a produção dos raios-X pode ser efetivamente interrompida.

[24] A geometria e o tamanho da disposição do material produtor de fótons de raios-X dependerá da geometria dos emissores de campo e é escolhida de forma que para uma densidade de corrente adequada nas voltas da bobina, a desfocalização e/ou deflexão façam com que 99% dos elétrons desviem da rota que teriam tomado na ausência de uma corrente de solenoide e colidam com o material produtor de fótons de raios-X. Este número de 99% foi escolhido de forma que a população remanescente de elétrons (1%) produza um nível de fundo abaixo de outras fontes comuns de barulho e de acordo com efeitos similares em outras modalidades de formação de imagens por raios-X, como efeitos de ascensão de tubos raios-X, difusão e flutuações de dose pico-pico, embora outros valores possam ser usados.

[25] A relação entre o diâmetro do material produtor de fótons de raios-X com a distância entre os materiais produtores de fótons de raios-X nos dois padrões dimensionais pode estar na escala entre 1:50 e 1:200, entretanto, outras escalas são possíveis contanto que a geometria seja suficiente para conter o feixe de elétrons no material produtor de fótons de raios-X (quando o solenoide estiver energizado) e na região absorvente intersticial (quando o solenoide não estiver energizado).

[26] A distância entre áreas adjacentes de materiais produtores de fótons de raios-X pode ser de aproximadamente 1cm, porém outras dimensões são contempladas como aproximadamente iguais ao passo do emissor, aproximadamente igual ao diâmetro do alvo, 100μm a 500μm, 500μm a 1mm, 1 a 10mm, e 10 a 30mm.

[27] Cada alvo individual do material produtor de fótons de raios-X pode ser um círculo de aproximadamente 100μm de diâmetro, embora outras formas e dimensões sejam contempladas conforme discutido acima.

[28] Um método de fabricar a geometria do material produtor de fótons de raios-X é por uma combinação de litografia e de deposição. Devido às espessuras envolvidas, o controle da pressão parcial do gás amortecedor de deposição e/ou o uso de um padrão litográfico duplo (círculos grandes e círculos pequenos) são benéficos, como saberia alguém versado na arte de técnicas de microfabricação.

[29] O material alvo pode ser composto de uma fina folha de material para absorção de raios-X configurada para absorver fótons de raios-X de baixa energia produzidos pela ação de elétrons colidindo com o material produtor de fótons de raios-X, a folha absorvente de raios-X sendo posicionada na superfície traseira do substrato contendo o material do alvo.

[30] A folha absorvente de raios-X pode ser posicionada atrás do material do alvo e usada para absorver fótons de raios-X de baixa energia produzidos pela ação de elétrons colidindo com o material produtor de fótons de raios-X. Esta camada pode conferir "dureza" ou "rigidez" ao espectro absorvendo os raios-X de energia muito baixa que não contribuem para a formação de imagens e iriam aumentar a dose para o paciente ou alvo. É também possível incorporar esta camada de "dureza" à região absorvente intersticial.

[31] A folha fina do material absorvente de raios-X pode conter alumínio de espessura na escala de 0.1 a 1 cm, embora outros materiais e espessuras também estejam contemplados como o cobre, os compostos de alumínio-cobre e as ligas.

[32] A diversidade de bobinas de solenoide energizáveis pode incluir bobinas de cobre, fabricadas com voltas galvanizadas de pequenas folhas de cobre.

[33] Outros materiais e métodos de fabricação também podem ser usados como as bobinas enroladas com fios de alumínio, bobinas enroladas de folhas condutoras separadas por folhas isolantes (tais como Mylar (RTM)), uma única volta feita de condutores grossos também pode ser usadas, bem como os chamados "espirais de Tesla" ou bobinas planas.

[34] As bobinas de solenoide podem ser ligadas com folhas retangulares de cobre de alto índice de utilização, as folhas podem ter 5 micron por 10 microns, embora outros tamanhos de folha sejam úteis.

[35] Em uma representação, o comprimento do solenoide será coberto por 100 voltas e a espessura será constituída de até 10 camadas, cada uma de 10 voltas embora outras disposições sejam úteis. As camadas podem ser conectadas em série, o que é mais comum na otimização do solenoide. Em uma representação, as camadas serão ligadas paralelamente para uma resposta mais rápida e melhor suprimento de corrente mais alta/voltagem mais baixa.

[36] Em uma representação trinta e seis bobinas de solenoide são dispostas em um arranjo bidimensional 6x6. Esta representação tem a vantagem de que com uma distância de 1cm entre os solenoides é possível fabricar todas as trinta e seis bobinas em uma bolacha de 4” (100mm) conforme largamente utilizado no processamento de semicondutores eletrônicos. Outras representações contendo sessenta e quatro bobinas dispostas em uma grade 8 x 8 ou quarenta e nove bobinas dispostas em uma grade 7x7 também são úteis.

[37] A matriz pode ser entendida como um mosaico. O número de bobinas pode depender do tamanho total e, portanto, do número total de emissores. Por exemplo, para uma fonte de painel de radiologia geral 42x42 cm, pode haver aproximadamente 1764 emissores. Alternativamente, pode haver uma fonte de 40x40cm com 1600 emissores. Isto pode exigir até 1680 ou mais bobinas.

[38] A energia pode ser fornecida às trinta e seis bobinas de solenoide por meio de trinta e seis linhas de controle. Isto pode ser conseguido com o uso de dois dispositivos multiplex 1 x 32 (MUXs) que agem como uma grande matriz de comutação sob o controle de um microprocessador ou de um microcontrolador. Outros mecanismos e dispositivos de comutação seriam conhecidos daqueles versados em comutação de potência eletrônica e serviriam ao mesmo propósito de poder fornecer energia independentemente a cada solenoide para obter a sequência de varredura adequada de acordo com a modalidade de formação de imagem sendo utilizada.

[39] É desejável que haja diversas abordagens de design para a implementação de uma matriz adequada de geradores de campo magnético de forma que os elétrons emitidos possam ser desviados ou desfocalizados. É também desejável que abordagens eletrostáticas possam ser usadas, mas com o desafio adicional de introduzir condutores entre a região do cátodo e do ânodo (alvo) que deixaria o projeto propenso a avaria. Consequentemente, em uma representação de campos magnéticos, produzidos com bobinas e moldados por lentes férricas, são empregados.

[40] Em uma apresentação os emissores de elétrons serão formados por um cristal piroelétrico com uma superfície superior e um filme condutor revestindo a superfície do cristal piroelétrico. O cristal piroelétrico inclui diversos emissores de campo formados como regiões expostas em escala micrométrica no cristal piroelétrico com uma ou mais pontas ou arestas afiadas. O cristal piroelétrico é alternativamente aquecido e resfriado durante um período de vários minutos com um aquecedor/resfriador adjacente ao cristal pirotécnico de forma que a polarização espontânea de carga ocorra no cristal pirotécnico. A polarização de carga espontânea faz com que um campo elétrico perpendicular surja nas faces superior e inferior do cristal pirotécnico, caso em que na superfície exposta do cristal piroelétrico o campo elétrico é melhorado pelas pontas e arestas afiadas, causando assim emissão de campo de elétrons de superfície daquele local. Os raios-X são produzidos quando os elétrons emitidos atingem um material do alvo situado adjacente à face de emissão.

[41] O cristal pirotécnico pode incluir ou consistir em niobato de litio.

[42] Em uma apresentação alternativa, o emissor de elétron pode ter uma fonte não piroelétrica.

[43] O emissor de elétron pode ser um emissor realçado de campo, um cátodo frio, um cátodo termiônico ou um fotocátodo.

[44] Diversas lentes magnéticas podem ser posicionadas junto às diversas bobinas de solenoide energizada, sendo as lentes magnéticas dispostas de tal modo que, quando em uso, as lentes concentrem o fluxo de campo em direção ao centro da matriz do emissor.

[45] O circuito temporizador e eletrônico de potência pode ser configurado de tal modo que forneça corrente aos solenoides individuais em uma sequência de varredura.

[46] O gerador de raios-X pode ser configurado de modo que as bobinas de solenoide adjacentes sejam energizáveis dentro de 1 ms a 5ms uma da outra.

[47] Com relação a isto, o circuito temporizador e eletrônico de força pode ser configurado de tal modo que forneça corrente a diversas bobinas de solenoide simultaneamente.

[48] O gerador de raios-X pode também incluir um dispositivo de controle de entrada para fornecer corrente a diversas bobinas de solenoide simultaneamente com base em uma seleção de uma região de interesse.

[49] Assim, o técnico de raios-X pode selecionar a região de interesse ou o software pode automaticamente selecioná-la. Então, os emissores correspondentes que cobrem pelo menos a região de interesse podem ser ativados enquanto os emissores que não estão, ou na totalidade, ou estão em pequeno número, dentro da região de interesse são deixados desligados (inativos). O software de controle pode determinar que emissores são parte da região de interesse.

[50] Alternativamente, o operador pode manualmente selecionar uma fração do painel para ativar. Por exemplo, o operador pode escolher usar somente o lado esquerdo ou o quarto direito superior do painel. As partes restantes do painel permaneceriam, então, inativas.

[51] O software pode escolher ativar somente um emissor sim outro não, por exemplo, conforme pode ser usado em uma varredura "scout" rápida, de baixa resolução.

[52] Com relação ao uso de diversos emissores simultaneamente, isto é um problema, em geral, de acelerar a varredura total, evitando no entanto sobreposições (em um único quadro). A varredura pode ser multiplexada dividindo o painel em regiões em que a emissão de dois emissores em cantos opostos das regiões não se sobrepõe se ativada. Cada região pode ser operada paralelamente. Se for calculado que quatro regiões não vão se sobrepor, as quatro bobinas podem ser ativadas simultaneamente e cada bobina incrementada.

[53] O circuito temporizador e eletrônico de força pode ser configurado de tal modo que forneça corrente a diversas bobinas de solenoide simultaneamente, conforme sincronizado por um sinal de relógio externo.

[54] Cada emissor de elétron pode incluir um cristal pirotécnico disposto de modo a emitir elétrons quando termicamente ciciado.

[55] Em um segundo aspecto, a invenção fornece um método de obter uma imagem de raio-X de um objeto, compreendendo as etapas de fornecimento de um gerador de raios-X de acordo com o primeiro aspecto; fornecendo um detector de raios-X; e operando tal gerador de modo que os fótons de raios-X passem através de um objeto posicionado entre a matriz da fonte de raios-X e o detector de raios-X.

[56] O acima descrito e outras características, aspectos e vantagens da presente invenção ficarão aparentes a partir da seguinte descrição detalhada, tomada em conjunto com os desenhos anexos que ilustram, por meio de exemplos, os princípios da invenção. Esta descrição é fornecida somente a títulos de exemplo, sem limitar o escopo da invenção. As figuras de referência citadas abaixo referem-se aos desenhos anexos.

[57] A figura 1 é uma representação esquemática de um gerador de raios-X;

[58] A figura 2 é uma representação esquemática do fluxo de elétrons e fótons de raios- X onde as bobinas do solenoide estão em alinhamento axial com os emissores de campo e a área do alvo e o solenoide está desligado e os elétrons emitidos da fonte estão focalizados no material alvo;

[59] A figura 3 é uma representação esquemática do fluxo de elétrons e fótons de raios- X onde as bobinas do solenoide estão em alinhamento axial com os emissores de campo e a área do alvo e o solenoide está ligado e os elétrons emitidos da fonte são desviados no material alvo;

[60] A figura 4 é uma representação esquemática do fluxo de elétrons e fótons de raios- X onde as bobinas do solenoide não estão em alinhamento axial com os emissores de campo e a área do alvo e o solenoide está ligado e os elétrons emitidos da fonte estão desfocalizados no material alvo; e

[61] A figura 5 é uma representação esquemática do fluxo de elétrons e fótons de raios- X onde as bobinas do solenoide não estão em alinhamento axial com os emissores de campo e a área do alvo e o solenoide está desligado e os elétrons emitidos da fonte estão focalizados em direção ao material alvo;

[62] A presente invenção será descrita com relação a certos desenhos, mas a invenção não se limita a tanto, mas somente pelas reivindicações. Os desenhos descritos são somente um diagrama esquemático e não geram limitação. Cada desenho pode não incluir todas as características da invenção e não deve consequentemente necessariamente ser considerado uma representação da invenção. Nos desenhos, o tamanho de alguns dos elementos pode estar exagerado e não adequado à escala para fins ilustrativos. As dimensões e as dimensões relativas não correspondem às reduções reais à prática da invenção.

[63] Além disso, os termos primeiro, segundo, terceiro e afins na descrição e nas reivindicações são utilizados para distinção entre elementos similares e não necessariamente para descrever uma sequência, quer temporariamente, espacialmente, hierarquicamente ou de qualquer outra maneira. Deve-se compreender que os termos usados são intercambiáveis nas circunstâncias adequadas e que a operação é possível em outras sequências além das aqui descritas ou ilustradas.

[64] Além disso, os termos superior, inferior, sobre, sob e afins na descrição e nas reivindicações são usados para fins de descrição e não necessariamente para descrever as posições relativas. Deve-se compreender que os termos usados são intercambiáveis nas circunstâncias adequadas e que a operação é possível em outras orientações além das aqui descritas ou ilustradas.

[65] Deve ser observado que o termo “compreendendo”, usado nas reivindicações, não deve ser interpretado como restrito aos meios listados; não excluindo assim outras elementos ou etapas. Deve, então, ser interpretado como especificação da presença das características afirmadas, etapas ou componentes conforme mencionados, não devendo no entanto obstar a presença ou inclusão de um ou mais aspectos, etapas ou componentes ou grupos destes. Assim, o escopo da expressão "um dispositivo incluindo os meios A e B" não deve ser limitado a dispositivos compostos somente pelos componentes A e B. Isso significa que em relação à presente invenção, os únicos componentes relevantes do dispositivo são A e B.

[66] Similarmente, deve ser observado que o termo “conectado”, usado na descrição, não deve ser interpretado como restrito a conexões diretas somente. Assim, o escopo da expressão "um dispositivo A conectado a um dispositivo B" não deve ser limitado a dispositivos ou sistemas em que uma saída de dispositivo A é diretamente conectada a uma entrada de dispositivo B. Isso significa que existe uma via entre uma saída de A e uma entrada de B que pode ser uma via incluindo outros meios ou dispositivos. “Conectado” pode significar que dois ou mais elementos estão em contato físico ou elétrico direto, ou que dois ou os mais elementos não estão em contato direto um com o outro mas ainda assim cooperam ou interagem um com o outro. Por exemplo, a conectividade sem fio está contemplada.

[67] A referência ao longo desta especificação a uma "representação" ou "um aspecto" significa que determinado aspecto, estrutura ou característica descrita em conexão com a representação ou aspecto está incluída em ao menos uma representação ou aspecto da presente invenção. Assim, a presença das frases "em uma representação" ou "em um aspecto" em diversos locais nessa especificação não se referem necessariamente sempre à mesma representação ou ao mesmo aspecto, mas podem referir-se a diferentes representações ou aspectos. Além disso, os aspectos, estruturas ou características particulares de qualquer representação ou aspecto da invenção podem ser combinadas de qualquer maneira adequada, conforme evidente para alguém com razoável habilidade na arte desta revelação, em uma ou mais representações ou aspectos.

[68] Similarmente, seria desejável que na descrição diversos aspectos da invenção sejam às vezes agrupados em uma única representação, figura ou descrição para o fim de simplificar a revelação e ajudar na compreensão de um ou vários aspectos da invenção. Este método de revelação, entretanto, não deve ser interpretada de modo a refletir uma intenção de que a invenção reivindicada necessite de mais aspectos além dos expressamente mencionados em cada reivindicação. Além disso, a descrição de qualquer desenho ou aspecto individual não deve necessariamente ser considerada uma representação da invenção. Antes, conforme as reivindicações seguintes refletem, os aspectos da invenção estão em menos do que todas as características de apenas uma das representações reveladas acima. Assim, as reivindicações que seguem a descrição detalhada estão expressamente incorporados nesta descrição detalhada, com cada reivindicação independente como uma representação em separado desta invenção.

[69] Além disso, enquanto algumas representações aqui descritas incluem algumas características incluídas em outras representações, combinações de características de diferentes representações devem estar dentro do escopo da invenção e formam ainda outras representações, conforme pode ser entendido por aqueles versados nesta arte. Por exemplo, nas reivindicações seguintes, qualquer das representações reivindicadas pode ser usada em qualquer combinação.

[70] Na descrição aqui fornecida são fornecidos diversos detalhes específicos. Entretanto, fica entendido que as representações da invenção podem ser praticadas sem esses detalhes específicos. Em outros exemplos, os métodos, as estruturas e as técnicas largamente conhecidas não foram mostradas em detalhe para não obscurecer uma compreensão desta descrição.

[71] Na discussão da invenção, a menos que indicado em contrário, a revelação de valores alternativos para o limite superior ou inferior de intervalo permitido para um parâmetro, em conjunto com a indicação de que um dos referidos valores tem prevalência sobre o outro, deve ser interpretada como uma declaração implícita de que cada valor intermediário de tal parâmetro, localizado entre a mais preferencial e menos preferencial das alternativas, é em si preferível ao mencionado valor menos preferencial bem como a todo valor entre tal valor menos preferencial e o referido valor intermediário.

[72] O uso do termo “pelo menos um” pode significar somente um em determinadas circunstâncias.

[73] Os princípios da invenção serão agora descritos por uma descrição detalhada pelo menos um desenho relativo a características exemplares da invenção. Fica claro que outros arranjos podem ser configurados de acordo com o conhecimento de pessoas versadas na arte sem partir do conceito fundamental ou ensinamento técnico da invenção, ficando a invenção limitada somente pelos termos das reivindicações em anexo.

[74] Na figura 1 uma representação esquemática dos componentes usados em uma representação do gerador de raios-X é mostrada.

[75] Os elétrons são emitidos da fonte de emissor de elétron 10. O emissor de elétrons pode ser formado por um cristal piroelétrico de nonato de lítio 80 com uma superfície superior e um filme condutor revestindo a superfície superior do cristal piroelétrico. O cristal piroelétrico inclui diversos emissores de campo formados como regiões expostas em escala micrométrica no cristal piroelétrico com uma ou mais pontas ou arestas afiadas. O cristal piroelétrico é alternativamente aquecido e resfriado durante um período de vários minutos com um aquecedor/resfriador 90 adjacente ao cristal pirotécnico de forma que a polarização espontânea de carga ocorra no cristal pirotécnico. A polarização de carga espontânea faz com que um campo elétrico perpendicular surja nas faces superior e inferior do cristal pirotécnico, caso em que, na superfície exposta do cristal piroelétrico, o campo elétrico é melhorado pelas pontas e arestas afiadas, causando assim emissão de campo de elétrons de superfície daquele local. Os raios-X são produzidos quando os elétrons emitidos golpeiam um material do alvo situado adjacente à face de emissão.

[76] Os elétrons viajam para um material alvo que compreende diversos alvos de tungsténio 20 contidos dentro de um substrato de silicone 30. Adjacente aos alvos de tungsténio 20 há diversas bobinas de solenoide 50 com cada bobina individual 40 com corrente fornecida por uma fonte de energia 60. A fonte de energia 60 é configurada de modo que em uso as bobinas de solenoide adjacentes sejam energizáveis dentro de 1 ms a 5 ms uma da outra.

[77] Uma representação esquemática na Figura 2 mostra o fluxo de elétrons 100 e fótons de raios-X 110 onde as bobinas do solenoide 40 estão em alinhamento axial com os emissores 10 e as bobinas de solenoide 40 estão desligadas e os elétrons da fonte emissora 10 colidem no alvo de tungsténio 20.

[78] Nesta representação, o material de filtro de alumínio 70 está posicionado entre o alvo 20 e o solenoide 40, entretanto o princípio de operação é o mesmo de quando o material de filtro de alumínio 70 está posicionado atrás do solenoide 40 conforme mostrado na Figura 1.

[79] Os fótons de raios-X 110 produzidos quando os elétrons 100 colidem com o material alvo 20 passam pelo material de filtro de alumínio 70 que absorve os fótons de raios-X de baixa energia (ou fracos), de forma que os fótons de raios-X que passam o solenoide 40 são somente os fótons de raios-X de alta energia (ou fortes) 120.

[80] Uma representação esquemática na Figura 3 mostra o fluxo de elétrons 100 e fótons de raios-X 110 onde as bobinas do solenoide 40 estão em alinhamento axial com os emissores 10 e as bobinas de solenoide 40 estão ligadas e elétrons 100 emitidos da fonte 10 são desviados do material 20 alvo produtor de fótons de raios-X em direção à região absorvente intersticial 30.

[81] Isto funciona essencialmente da mesma maneira que na Figura 2 exceto que neste caso é fornecida energia à bobina de solenoide 40. No estado "on" a bobina de solenoide desvia os elétrons 100 para fora do material alvo 20. Assim, os fótons de raios-X produzidos 110 são relativamente poucos fótons de raios-X e com baixa energia (ou fracos) (130) que são sobretudo absorvidos no material de filtro 70 resultando em menor passagem (menos que 1% dos fótons de raios-X em comparação com o estado "off") pelo solenoide 40 e ficando disponíveis para um processamento subsequente de imagens de raios-X 120.

[82] Uma representação esquemática na Figura 4 mostra o fluxo de elétrons 100 e fótons de raios-X 110 onde as bobinas do solenoide 40 não estão em alinhamento axial com os emissores 10 e as bobinas de solenoide 40 estão ligadas e elétrons 100 emitidos da fonte 10 são desfocalizados do material alvo 20 contido dentro do substrato 30.

[83] Aqui, o solenoide 40 desfocaliza o feixe de elétrons 100 para fora do material alvo 20, o que resulta em relativamente menos fótons de raios-X de alta energia 110 em relação ao maior número de fótons de raios-X de baixa energia (130) que são absorvidos pelo material de filtro de alumínio 70. Os fótons de raios-X 110 que emergem do material de filtro de raios-X 70 passam pelo solenoide 40 e ficam disponíveis para um processamento subsequente de imagens de raios-X 120.

[84] Uma representação esquemática na Figura 5 mostra o fluxo de elétrons 100 e fótons de raios-X 110 onde as bobinas do solenoide 40 não estão em alinhamento axial com os emissores 10 e as bobinas de solenoide 40 estão desligadas e elétrons 100 emitidos da fonte 10 são focalizados em direção ao material alvo 20.

[85] Aqui as bobinas de solenoide 40 focalizam o feixe de elétrons 100 em direção ao material alvo 20 resultando em maior número de fótons de raios-X 110 que passam pelo material de filtro de alumínio 70 e emergem 120 no outro lado do solenoide 40.

Claims

1. GERADOR DE RAIOS-X, caracterizado pelo fato de que é composto por diversos emissores de campo de elétrons (10), o gerador de raios-x configurado para acelerar os elétrons (100) através da aplicação de uma voltagem, o gerador de raios-x compreendendo ainda múltiplas fontes de raios-x de material alvo (20) disposto de modo a emitir fótons de raios-x (110) quando os elétrons (100) incidirem sobre o material alvo (20); em que o gerador de raios-x inclui um meio de controlar seletivamente a emissão de raios-x de fontes de raios-x individualmente ativáveis para desligar a produção de raios-x, o meio compreendendo diversas bobinas de solenoide (50) energizadas posicionadas de forma adjacente aos diversos emissores de campo de elétrons (10), e um circuito temporizador e de potência eletrônica (60) configurado para fornecer corrente elétrica a ao menos uma bobina de solenoide individual (40); em que, ao menos uma bobina de solenoide individual (40) é configurável de forma que, quando energizada, seja criado um campo magnético fazendo com que o fluxo dos elétrons (100) emitidos pelo emissor mais próximo de ao menos uma bobina de solenoide energizada individual (40) seja desfocalizada e/ou desviada antes que os elétrons (100) atinjam o material alvo (20); e em que o material alvo (20) possua uma região absorvente intersticial (30), a região absorvente intersticial (30) sendo uma área que compreende um ou mais materiais de número atômico baixo que efetivamente não produzem raios-x de alta energia (120), e um material produtor de fótons de raios-x (110), sendo o material produtor de fótons de raios-x (110) disposto em padrão regular de modo que em uso os elétrons (100) emitidos pelo emissor colidam com o material produtor de fótons de raios-x ao serem desviados e/ou desfocalizados pela bobina de solenoide individual (40) energizada e na região absorvente intersticial (30) quando não forem desviados e/ou desfocalizados pela bobina de solenoide individual (40) mais próxima ao emissor, ou colidam com a região absorvente intersticial (30) ao serem desviados e/ou desfocalizados pela bobina de solenoide individual (40) energizada (40) e no material produtor de fótons de raios-x (110) quando não forem desviados e/ou desfocalizados pela bobina de solenoide individual (40) mais próxima ao emissor.

2. GERADOR DE RAIOS-X, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação entre o diâmetro do material produtor de fótons de raios-x (110) e a distância entre os materiais adjacentes produtores de fótons de raios-x (110) no padrão regular é de aproximadamente 1:100.

3. GERADOR DE RAIOS-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que cada alvo individual do material produtor de fótons de raios-x (110) é um círculo com diâmetro de aproximadamente 100 μm.

4. GERADOR DE RAIOS-X, de acordo com alguma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material produtor de fótons de raios-x (110) no material alvo (20) é tungsténio.

5. GERADOR DE RAIOS-X, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o tungsténio tem uma espessura na escala de 1 a 5μm.

6. GERADOR DE RAIOS-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a região absorvente intersticial (30) no material alvo (20) é silicone.

7. GERADOR DE RAIOS-X, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado^ pelo fato de que o silicone tem uma espessura na escala de 50 a 500μm.

8. GERADOR DE RAIOS-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende uma fina folha de material para absorção de raios-x (70) configurada para absorver fótons de raios-x de baixa (130) energia produzidos pela ação de elétrons (100) colidindo com o material produtor de fótons de raios-x (110), a folha absorvente de raios-x (70) é posicionada à parte traseira do substrato contendo o material alvo (20).

9. GERADOR DE RAIOS-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as diversas bobinas de solenoide energizadas (50) incluem bobinas de cobre, fabricadas com voltas galvanizadas de pequenas folhas de cobre.

10. GERADOR DE RAIOS-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as diversas lentes magnéticas são posicionadas de forma adjacente às diversas bobinas de solenoide energizadas (50), ficando as lentes magnéticas dispostas de tal modo que, em uso, a lente concentre o fluxo de campo em direção ao centro da matriz emissora.

11. GERADOR DE RAIOS-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o circuito temporizador e de potência eletrônica (60) seja configurado de modo que em uso forneça corrente aos solenoides individuais (40) em uma sequência de varredura.

12. GERADOR DE RAIOS-X, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o circuito temporizador e de potência eletrônica (60) está configurado de modo que as bobinas de solenoide individuais (40) adjacentes sejam energizáveis dentro de 1 ms a 5ms uma da outra.

13. GERADOR DE RAIOS-X, de acordo com as reivindicações 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o circuito temporizador e de potência eletrônica (60) seja configurado para fornecer corrente a diversas bobinas de solenoide (50) simultaneamente.

14. GERADOR DE RAIOS-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que cada emissor de elétrons (10) compreende um cristal piroelétrico (80) disposto de forma a emitir elétrons (100) quando ciciado termicamente.

15. MÉTODO PARA OBTER UMA IMAGEM DE RAIO-X DE UM OBJETO caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de fornecimento de um gerador de raios-x de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores; fornecendo um detector de raios-x; e operando tal gerador de modo que os fótons de raios-x (110) passem através de um objeto posicionado entre a matriz da fonte de raios-x e o detector de raios-x.