BR112020001779A2 - gerador de raios-x - Google Patents

Abstract

Para alcançar alta qualidade de imageamento de raios-X, deve ser importante ter capacidade para controlar a produção de raios-x em um gerador de raios-X. O mesmo é alcançado por um gerador de raios-X que compreende uma matriz de emissores de campo de elétrons para produzir trajetórias de elétrons, material alvo que compreende material de produção de fóton de raios-X configurado para emitir fótons de raios-X em resposta à incidência de elétrons produzidos sobre o mesmo, uma matriz de geradores de campo magnético para influenciar as trajetórias dos elétrons produzidos da matriz de emissores de campo de elétrons para que uma ou mais trajetórias sejam desviáveis na direção oposta ao material de produção de fóton de raios-X de modo a reduzir a produção de fótons de raios-X pela dita uma ou mais trajetórias de elétrons, sendo que o gerador compreende ainda um circuito de detecção disposto para medir a quantidade de carga elétrica emitida por um ou mais emissores de elétron, e um controlador para controlar a matriz de geradores de campo magnético em resposta à quantidade de carga elétrica medida.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO GERADOR DE RAIOS-X

[001] A presente invenção refere-se a um gerador de raios-X.

[002] Em particular, embora não exclusivamente, a invenção se refere a um gerador de raios-X que compreende uma pluralidade de fontes de raios-X, com um meio para comutar entre ligar (on) e desligar (off) fontes individuais de raios- X e controlar de forma variável o período de tempo durante o qual uma fonte individual de raios-x emite raios-X e para um método de operação de tal gerador. A invenção encontra utilidade particular, embora não exclusiva, em geradores de raios-X com escala de passo próximo.

[003] Nos últimos anos, houve avanços no desenvolvimento de fontes de raios- X em escala de passo próximo, de modo que é possível produzir agora uma pluralidade de fontes de raios-X a uma distância típica entre as fontes de raios- X da ordem de 100 µm a 1 cm ou mais.

[004] Um exemplo dessa fonte de raios-X bidimensional é fornecido no documento número WO2011017645A2, em que todas as fontes são operadas simultaneamente, isto é, no ponto de início da emissão de campo de emissão de raios-X, os elétrons de superfície ocorrerão em cada um dos emissores de campo e fótons de raios-X (bremsstrahlung) serão emitidos simultaneamente de vários locais, à medida que os elétrons atingem o material alvo.

[005] Para certas modalidades de imageamento de raios-X, pode ser preferível ter capacidade para controlar a sequência da ativação de fontes individuais de raios-X dentro de uma pluralidade de fontes de raios-X. Por exemplo, pode ser vantajoso ativar as fontes de raios-X de maneira sequencial e fileira por fileira, conhecida como varredura raster, que é usada em muitos dispositivos de imageamento eletrônico.

[006] O documento número WO2015132595A1 descreve um meio de fazer o mesmo controlando-se seletivamente a operação individual de múltiplas fontes de raios-X através de um mecanismo que não depende de comutação de alta tensão.

[007] No entanto, tornou-se aparente que as flutuações de corrente nas múltiplas fontes de emissão de elétrons usadas para gerar fótons de raios-X podem se traduzir diretamente em variação de fluxo na saída de sinal de radiação de raios-X resultante, reduzindo assim a utilidade da radiação de raios- X na determinação de detalhes finos nas modalidades de imageamento de raios- X.

[008] Essas flutuações de corrente podem resultar de uma ampla variedade de fenômenos subjacentes, incluindo ruído térmico, ruído elétrico, flutuações de vácuo, física inerente ao emissor de elétron e a interação de vários desses fatores ao mesmo tempo. Em fontes de emissão aprimoradas em campo, flutuações de tensão e alterações microscópicas da superfície de emissor podem ser as preocupações primárias.

[009] É um objetivo da presente invenção superar essas flutuações correntes.

[010] Em um primeiro aspecto, a invenção fornece um gerador de raios-X que compreende uma matriz de emissores de campo de elétrons para produzir trajetórias de elétrons, material alvo que compreende material de produção de fóton de raios-X configurado para emitir fótons de raios-X em resposta à incidência de elétrons produzidos sobre o mesmo, uma matriz de geradores de campo magnético para influenciar as trajetórias dos elétrons produzidos da matriz de emissores de campo de elétrons para que uma ou mais trajetórias sejam desviáveis na direção oposta ao material de produção de fóton de raios-X de modo a reduzir a produção de fótons de raios-X pela dita uma ou mais trajetórias de elétrons, sendo que o gerador compreende ainda um circuito de detecção disposto para medir a quantidade de carga elétrica emitida por um ou mais emissores de elétron, e um controlador para controlar a matriz de geradores de campo magnético em resposta à quantidade de carga elétrica medida.

[011] Dessa maneira, cada ativação individual da fonte de raios-X continua por um período de tempo determinado dinamicamente, esse período de ativação de raios-X determinado dinamicamente continua até o circuito de detecção determinar que a carga de emissor de elétron associado excede um limite predeterminado. Isso permite o controle individual de cada emissor de elétron (e, portanto, a geração de fótons de raios-X a partir da trajetória de elétrons emitidos por cada emissor de elétron), de modo que, mesmo que a fonte de alimentação de cada emissor seja ligeiramente diferente, produzindo, assim, mais ou menos elétrons e, portanto, raios-x, em comparação com emissores adjacentes, a quantidade total de elétrons e, portanto, raios-x, gerados por cada emissor é controlada.

[012] Em outras palavras, sem esse sistema, se um valor definido de fótons de raios-X for necessário e um temporizador for usado para controlar a geração do mesmo, alguns emissores podem ter um desempenho abaixo do esperado e outros podem ter um desempenho abaixo do esperado sem produzir coletivamente uma taxa constante de fótons. Para evitar a necessidade de gerenciar o fornecimento de potência para cada emissor individual para garantir consistência em todos os emissores, o que seria dispendioso e difícil, o presente sistema fornece uma solução simples, porém eficaz, monitorando-se cada emissor individualmente e controlando-se sua operação (isto é, se está “ligado” ou “desligado”) para gerar raios-x.

[013] O controlador pode estar disposto para controlar um ou mais geradores de campo magnético para reduzir assim a produção de fótons de raios-X que resulta de uma ou mais trajetórias de elétrons quando a quantidade de carga elétrica, medida pelo circuito de detecção na uma ou mais trajetórias, excede um limite predeterminado. A redução pode ser total, pois não são produzidos fótons de raio-X. Cada trajetória de elétrons pode ser atendida por um ou mais geradores de campo magnético.

[014] A quantidade de carga elétrica medida pode ser a integral ou a soma da corrente; Q=∫Idt em que a integral está em um intervalo de tempo. Amplificadores e circuitos sensíveis à carga podem ser usados. Além disso, pode ser que seja medida uma característica da eletricidade fornecida proporcional à corrente e integrada. Outros métodos incluem carregar um capacitor e, em seguida, medir o tempo de descarga através de um ou mais resistores para medir a carga que estava no capacitor.

[015] Pode ser desejado medir a corrente durante um período de tempo específico. Para fazer isso, a corrente ou a carga podem ser medidas dentro desse período (por exemplo, 100 ms). No entanto, como não há uma medição direta simples da corrente, um resistor de detecção pode ser usado para medir a queda de tensão nesse resistor. Se a resistência do resistor de detecção for muito menor que o restante da resistência de sistema, a queda de tensão no resistor de detecção será pequena em comparação à tensão de alimentação e a medição não interromperá o funcionamento do dispositivo.

[016] O circuito de detecção pode estar disposto entre uma fonte de alimentação para o um ou mais emissores de elétron e o emissor de elétron. Pode medir a queda de tensão que pode ser proporcional à corrente fornecida. Pode medir essa queda de tensão através de um resistor de detecção. Alternativamente, ou adicionalmente, o circuito de detecção pode estar disposto entre o um ou mais emissores de elétron e o material alvo. Alternativamente, ou adicionalmente, o circuito de detecção pode estar disposto entre o um ou mais emissores de elétron e uma rede de controle intermediária do emissor e do material alvo. Nessas duas últimas situações, o circuito de detecção pode medir a corrente real.

[017] O circuito de detecção eletrônica pode ser configurado para determinar a carga de emissor de elétron associado por meio da medição de uma corrente de fonte de diodo ou triodo. O circuito de detecção eletrônica pode ser configurado para determinar a carga de emissor de elétron associado por meio da medição de uma corrente de coletor de diodo ou triodo. O circuito de detecção eletrônica pode ser configurado para determinar a carga de emissor de elétron associado por meio da medição de uma corrente de rede de triodos (também conhecida como corrente "barreira" ou "supressor").

[018] O alvo pode ainda compreender material de produção de não fóton no qual a uma ou mais trajetórias de elétrons pode ser desviado pelos geradores de campo magnético de modo a reduzir a produção de fótons de raios-X pela dita uma ou mais trajetórias de elétrons. O material de produção de não fóton pode compreender, ou ser, material de absorção intersticial. O termo "material de produção de não fóton" também pode ser entendido como "material de emissão de não fóton". Esses termos contemplam a possibilidade de que alguns fótons possam ser emitidos, mas a uma taxa substancialmente mais baixa (pela ordem de várias magnitudes) do que produzida/emitida pelo material de produção de fótons. É possível que o material de produção de não fóton compreenda uma combinação de materiais com uma primeira parte de materiais de baixo número atômico que produz menos e fótons de menor energia do que seria o caso nas outras áreas alvo. Esses fótons são então absorvidos em uma segunda parte que tem materiais com alto número atômico. Na prática, um único material de espessura suficiente também pode servir como material de produção de não fóton. É ainda entendido que os fótons podem ser produzidos para qualquer material que seja emitido em todas as direções. Alguns fótons podem ser produzidos que viajam em uma direção oposta à da direção das trajetórias de elétrons. Esses fótons “invertidos” podem não contribuir para o fluxo do imageamento e, portanto, não são preocupantes.

[019] O gerador de raios-X pode estar disposto de modo que a geração de raios- x pode ser controlável sem alterar um fornecimento de potência à matriz de emissores de campo de elétrons. Em outras palavras, sem comutação de alta tensão, como desligar a potência fornecida a um ou mais emissores de elétron.

[020] Os geradores de campo magnético podem ser bobinas solenoides energizáveis. Outros tipos de geradores de campo magnético são contemplados, como ímãs permanentes e mecanismos para mover os mesmos em relação às trajetórias dos elétrons/emissores de elétron.

[021] Os geradores de campo magnético podem desfocar as trajetórias dos elétrons.

[022] O material de produção de fóton de raios-X no material alvo pode estar disposto em um padrão regular de áreas distintas. A matriz de emissores de elétron pode estar disposta de maneira bidimensional. Da mesma forma, o material alvo pode ser bidimensional.

[023] A razão do diâmetro de uma área distinta de material alvo para a distância entre áreas distintas adjacentes de material alvo no padrão regular pode ser aproximadamente 1:100. Outras faixas são contempladas, como entre 1:50 e 1:200.

[024] Cada área distinta do material alvo pode ser um círculo que tem um diâmetro de aproximadamente 100 µm. Outros formatos são contemplados, como octogonal e hexagonal.

[025] O material alvo pode ser tungstênio ou outro material que tem um número atômico relativamente alto, como molibdênio, ouro e liga de tungstênio. O termo "relativamente alto" pode significar maior que o do elemento ferro.

[026] O material alvo pode ter uma espessura na faixa de 3 a 12 µm, embora outras faixas sejam contempladas.

[027] O material de produção de não fóton pode ser silício, embora outros materiais de baixo número atômico ou combinações de materiais atômicos baixos possam ser usados, como compósitos de carbono, grafite, carbono- grafite, ligas de berílio, como ligas de berílio-cobre, alumínio e alumínio. O termo "relativamente baixo" pode significar menor que o do elemento ferro e/ou menor que o material alvo atômico "relativamente alto" descrito acima.

[028] O silício, ou outro material atômico baixo, pode ter uma espessura na faixa de 50 a 500 µm, embora outras faixas sejam contempladas. O silício, ou outro material atômico baixo, pode ser um substrato no qual o material atômico alto é incorporado.

[029] O material alvo pode ainda compreender uma lâmina fina de material de absorção de raios-X posicionado no lado oposto dos emissores de campo de elétrons, isto é, atrás do alvo. Essa lâmina fina pode compreender alumínio e pode ter uma espessura na faixa de 0,1 cm a 1 cm, embora outros materiais e espessuras também sejam contemplados, como cobre, compósitos e ligas de alumínio-cobre. Essa lâmina pode absorver fótons de raios-X de energia muito baixa produzidos pela ação de elétrons que colidem com o material de alto número atômico. Essa camada pode permitir o "endurecimento" ou o "enrijecimento" do espectro absorvendo-se os raios-x de energia muito baixa que não contribuem para a formação de imagem, mas, de outro modo, aumentam a dose para o paciente ou alvo. Também é possível incorporar essa camada de "endurecimento" na região de baixo material atômico.

[030] Uma pluralidade de lentes magnéticas pode ser posicionada adjacente à pluralidade de geradores de campo magnético, sendo que as lentes magnéticas estão dispostas de modo que, em uso, concentrem o fluxo do campo em direção ao centro da matriz de emissor.

[031] O controlador também pode controlar cada gerador de campo magnético. Alternativamente, um controlador separado pode ser empregado para esse fim. O controle pode estar em relação à sua situação de operação (ligado/desligado) e/ou sua localização em relação aos emissores de elétron.

[032] O controlador pode ser configurado para que geradores de campo magnético adjacentes sejam operáveis em uma sequência raster dentro de 1 ms a 5 ms um do outro.

[033] Alternativamente, ou adicionalmente, o controlador pode ser configurado para operar um número de geradores de campo magnético simultaneamente. Isso pode reduzir o campo que cada gerador de campo magnético deve produzir, o que pode simplificar o manuseio da corrente de pico e facilitar a dissipação de calor. Além disso, pode ajudar a localizar os campos na região de emissor e reduzir o campo parasitário em emissores adjacentes.

[034] O controlador pode ser configurado para operar um número de geradores de campo magnético simultaneamente como sincronizados por um sinal de relógio.

[035] Em um segundo aspecto, a invenção fornece um método de obtenção uma imagem de raios-X de um objeto que compreende as etapas de fornecer gerador de raios-X, de acordo com o primeiro aspecto; fornecer um detector de raios-X; e operar o dito gerador através do qual fótons de raios-X passam através de um objeto posicionado entre a matriz de fonte de raios-X e o detector de raios- X.

[036] O circuito de detecção pode medir a quantidade de carga elétrica emitida por o um ou mais emissores de elétron, e o controlador pode controlar a matriz de geradores de campo magnético em resposta à quantidade de carga elétrica medida.

[037] O controlador pode controlar a matriz de geradores de campo magnético, de modo que a quantidade de carga emitida por cada emissor de elétron seja predeterminada. Em outras palavras, o controlador pode parar a emissão de carga de um emissor de elétron quando a quantidade já emitida atingir um limite predeterminado.

[038] Se os elétrons estão desfocados ou desviados, pode ser determinado pelo alinhamento dos geradores de campo magnético em relação ao alinhamento dos emissores de campo de elétrons. Se os geradores de campo magnético estiverem alinhados axialmente com os emissores de campo de elétrons e a área alvo, então uma corrente aplicada através dos geradores de campo magnético pode fazer com que os elétrons sejam focados. Se os geradores de campo magnético estiverem dispostos espacialmente para serem deslocados lateralmente entre o alinhamento direto dos emissores de campo de elétrons e a área alvo, então uma corrente aplicada através dos mesmos poderá fazer com que os elétrons sejam desfocados e desviados.

[039] Foi constatado que a compensação dos geradores de campo magnético em relação aos emissores de campo de elétrons pode reduzir a densidade de corrente necessária através de geradores de campo magnético que são bobinas solenoides, para fazer com que uma determinada porcentagem de elétrons se desvie suficientemente do curso que tomariam sem corrente aplicada através das bobinas solenoides. Por esse motivo, pode ser benéfico que as bobinas solenoides sejam deslocadas dos emissores de campo de elétrons, embora o posicionamento das bobinas solenoides em alinhamento com os emissores de campo de elétrons possa fazer com que a invenção opere da mesma maneira fundamental, mas que exige uma corrente solenoide mais alta. Um benefício adicional das bobinas de deslocamento é que isso pode facilitar uma trajetória de saída clara para os raios-x, visto que os geradores de campo magnético não obstruem a trajetória. O deslocamento preferido é uma função do gerador de campo magnético e da geometria alvo e pode estar na faixa de 1 a 3 mm, embora outras dimensões de deslocamento sejam possíveis.

[040] O termo "desfocagem" pode significar o aumento na área ou no diâmetro do perfil transversal de distribuição de elétron sob a influência de um gerador de campo magnético. A razão específica de deslocamento para desfocagem que é ideal é dependente do tamanho do alvo, da distância para o alvo (espaçamento entre cátodo e ânodo) e do passo de emissor, entre outros fatores. Na prática, os geradores de campo magnético e os parâmetros alvo podem ser ajustados até que haja uma alta razão de contraste no número de fótons emitidos entre os estados de solenoide "ligado" e "desligado". Essa razão é tipicamente de 1:100, embora outras razões sejam úteis.

[041] Será entendido que as trajetórias dos elétrons podem ser desviadas ativa ou passivamente pelos geradores de campo magnético para colidir com o material de produção de fótons de raios-X. Em outras palavras, podem ser tanto as trajetórias não desviadas quanto as trajetórias desviadas de elétrons que podem ser destinados para o material de produção de raios-X.

[042] O supracitado e outras características, recursos e vantagens da presente invenção se tornarão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada, tomada em combinação com o desenho anexo, o qual ilustra, a título de exemplo, os princípios da invenção. Essa descrição é dada a título de exemplo apenas, sem limitar o escopo da invenção. A Figura de referência citada abaixo se refere ao desenho anexo.

[043] A Figura 1 é uma representação esquemática de um gerador de raios-X;

[044] A Figura 2 é uma representação esquemática de um emissor de elétron e bobinas solenoides associadas; e

[045] A Figura 3 é um exemplo de circuito.

[046] A presente invenção será descrita em relação a certos desenhos, mas a invenção não é limitada aos mesmos, mas somente pelas reivindicações. Os desenhos descritos são apenas esquemáticos e não são limitantes. Cada desenho pode não incluir todo os recursos da invenção e, portanto, não deve necessariamente ser considerado como uma modalidade da invenção. Nos desenhos, o tamanho de alguns dos elementos pode ser exagerado e não desenhado em escala por propósitos ilustrativos. As dimensões e as dimensões relativas não correspondem às reduções reais para a prática da invenção.

[047] Além disso, os termos primeiro, segundo, terceiro e similares na descrição e nas reivindicações, são usados para distinguir entre elementos similares e não necessariamente para descrever uma sequência, quer temporal, espacialmente, em classificação ou de qualquer outra maneira. Deve ser compreendido que os termos usados dessa forma são intercambiáveis sob circunstâncias apropriadas e que operação é possível em sequências diferentes das descritas ou ilustradas no presente documento.

[048] Além disso, os termos parte superior, parte inferior, sobre, sob e similares na descrição e nas reivindicações são usados para fins descritivos e não necessariamente para descrever posições relativas. Deve ser compreendido que os termos usados desse modo são intercambiáveis sob circunstâncias apropriadas e que operação é possível em orientações diferentes das descritas ou ilustradas no presente documento.

[049] Deve ser observado que o termo “compreender”, usado nas reivindicações, não deve ser interpretado como sendo restrito aos meios listados depois do mesmo; o mesmo não exclui outros elementos ou etapas. O mesmo, desse modo, deve ser interpretado como especificando a presença dos recursos, totalidade, etapas ou componentes enumerados como denominados, mas não exclui a presença ou adição de um ou mais outros recursos, totalidades, etapas ou componentes, ou grupos dos mesmos. Assim, o escopo da expressão “um dispositivo que compreende meio A e B” não deve ser limitado a dispositivos que consistem apenas nos componentes A e B. O mesmo significa que, com respeito à presente invenção, os únicos componentes relevantes do dispositivo são A e B.

[050] De modo similar, deve ser observado que o termo “conectado”, usado na descrição, não deve ser interpretado como sendo restrito a conexões diretas apenas. 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 está diretamente conectada a uma entrada do dispositivo B. A mesma significa que existe uma trajetória entre uma saída de A e uma entrada de B que pode ser uma trajetória que inclui outros dispositivos ou meios. “Conectado” pode significar que dois ou mais elementos estão em contato físico ou elétrico direto, ou que dois ou mais elementos não estão em contato direto entre si, mas ainda assim cooperam ou interagem entre si. Por exemplo, conectividade sem fio é contemplada.

[051] A referência ao longo deste relatório descritivo a “uma modalidade” ou “um aspecto” significa que um recurso, estrutura ou característica particular descrito em conexão com a modalidade ou aspecto é incluído em pelo menos uma modalidade ou aspecto da presente invenção. Desse modo, os surgimentos das expressões “em uma (01) modalidade”, “em uma modalidade” ou “em um aspecto” em vários locais ao longo deste relatório descritivo não são necessariamente referentes à mesma modalidade ou aspecto, mas podem se referir a modalidades ou aspectos diferentes. Além disso, os recursos, estruturas ou características particulares de qualquer modalidade ou aspecto da invenção podem ser combinados em qualquer maneira adequada, como ficaria evidente para uma pessoa de habilidade comum na técnica a partir dessa revelação, em uma ou mais modalidades ou aspectos.

[052] De modo similar, deve ser reconhecido que na descrição vários recursos da invenção são algumas vezes agrupados em uma única modalidade, Figura ou descrição da mesma com o propósito de agilizar a revelação e auxiliar na compreensão de um ou mais dos vários aspectos inventivos. Esse método de revelação, no entanto, não deve ser interpretado como refletindo uma intenção de que a invenção reivindicada exige mais recursos do que estão expressamente enumerados em cada reivindicação. Além disso, a descrição de qualquer desenho ou aspecto individual não deve necessariamente ser considerada como sendo uma modalidade da invenção. Em vez disso, como as reivindicações a seguir refletem, aspectos inventivos estão em menos do que todos os recursos de uma única modalidade revelada anteriormente. Assim, as reivindicações que seguem a descrição detalhada são incorporadas expressamente aqui nessa descrição detalhada, sendo que cada reivindicação permanece por si só como uma modalidade separada desta invenção.

[053] Além disso, embora algumas modalidades descritas no presente documento incluam alguns recursos incluídos em outras modalidades, combinações de recursos de modalidades diferentes são entendidos como estando dentro do escopo da invenção, e formam, contudo, modalidades adicionais, como será compreendido pelas pessoas versadas na técnica. Por exemplo, nas reivindicações a seguir, qualquer uma das modalidades reivindicadas pode ser usada em qualquer combinação.

[054] Na descrição fornecida no presente documento, inúmeros detalhes específicos são apresentados. No entanto, é compreendido que modalidades da invenção podem ser praticadas sem esses detalhes específicos. Em outros casos, métodos, estruturas e técnicas bem conhecidas não foram mostrados em detalhes a fim de não para obscurecer uma compreensão dessa descrição.

[055] Na discussão da invenção, a menos que declarado o contrário, a revelação de valores alternativos para o limite superior ou inferior da faixa permitida de um parâmetro, acoplado a uma indicação que um dos ditos valores é mais altamente preferido ao outro, deve ser interpretado como um afirmação implícita de que cada valor intermediário do dito parâmetro, que esteja entre a mais preferida e a menos preferida das ditas alternativas, é ele próprio preferido ao dito valor menos preferido e também a cada valor que esteja entre o dito valor menos preferido e o dito valor intermediário.

[056] O uso do termo “pelo menos um” pode significar apenas um em certas circunstâncias. O uso do termo “qualquer” pode significar “todos” e/ou “cada um” em certas circunstâncias.

[057] Os princípios da invenção serão descritos agora por uma descrição detalhada de pelo menos um desenho em relação aos recursos exemplificativos da invenção. Está claro que outras disposições podem ser configuradas de acordo com o conhecimento de pessoas versadas na técnica sem que se afaste do conceito subjacente ou ensinamento técnico da invenção, sendo que a invenção é limitada apenas pelos termos das reivindicações anexas.

[058] Na Figura 1, um gerador 10 é mostrado em formato esquemático, que compreende uma matriz de emissores de elétron 20 e uma fonte de alimentação

200. Em uso, um emissor individual de elétron pode produzir uma trajetória de elétrons 60, 80. Se a trajetória de elétrons 60 atinge uma área de material de produção de fóton de raios-X 32 localizado no alvo 30, então os fótons de raios- X 70 são produzidos. No entanto, se a trajetória dos elétrons 80 atinge uma área de material de absorção 34 localizado no alvo 30, então nenhum fóton de raios- X é produzido.

[059] As trajetórias dos elétrons podem ser controladas por geradores de campo magnético 40 dispostos "atrás" do alvo 30, em relação aos emissores de elétron 20. É possível que os geradores de campo magnético 40 estejam em vez de, ou bem como, dispostos "atrás" dos emissores de elétron 20, em relação ao alvo 30. Os mesmos podem ser imediatamente adjacentes aos emissores.

[060] Uma rede de controle 50 pode estar localizada entre os emissores de elétron 20 e o material alvo 30. Isso pode ser usado para controlar o campo de emissão.

[061] O gerador 10 inclui um controlador 90 conectado pelas linhas de controle 120, 130 aos emissores de elétron 20 e aos geradores de campo magnético 40. O controlador 90 pode controlar cada emissor de elétron 20 e cada gerador de campo magnético 40 independente e individualmente.

[062] Além disso, o gerador 10 inclui um circuito de detecção eletrônico 110 (mostrado em linhas pontilhadas) para medir a quantidade de carga elétrica emitida por um ou mais dentre os emissores de elétron 20. Essa carga elétrica pode ser determinada pela medição de uma ou mais quedas de tensão através de um resistor de detecção e de uma corrente fornecida. Esse circuito pode ser conectado entre a fonte de alimentação 200 e os emissores 20. Alternativamente, ou adicionalmente, pode ser conectado entre o alvo 30 no caso de uma disposição de diodo, ou a rede de controle 50 no caso de uma disposição de triodo e os emissores 20.

[063] Os geradores de campo magnético podem compreender sessenta e quatro bobinas solenoides, dispostas em uma matriz bidimensional 8 x 8. Nessa disposição, com um passo de 1 cm entre os solenoides, é possível colocar os mesmos "atrás" (em relação aos emissores de elétrons 20) dos emissores de raios-X. É possível contemplar uma disposição geral de emissores de raios-X m x n, com uma disposição de bobinas de i x j. Em um exemplo, a disposição da bobina é m+1 x n+1 (isto é, i=m+1 e j=n+1). As matrizes geralmente estão localizadas a uma distância específica dos emissores de raios-X, garantindo que o campo magnético gerado pelas bobinas seja suficiente para desviar ou focar/desfocar os feixes de elétrons, conforme necessário. Outras modalidades,

como uma rede 7 x 7, também são contempladas. As matrizes podem ser maiores, como uma rede de 40 x 40 de emissores de raios-X, em conjunto com uma matriz de bobinas de 41 x 41. Outras configurações de emissores de raio- X e geradores magnéticos são contempladas. Os raios-x podem se afastar do alvo entre as bobinas.

[064] Existem vários métodos para gerar e controlar os campos magnéticos necessários. No caso de bobinas e fontes de alimentação atuais, vários mecanismos de controle podem ser considerados por exemplo. As bobinas solenoides podem ser energizadas por acionamento individual de bobina ICs que podem controlar a quantidade de energia absorvida e o magnetismo gerado por cada bobina. A natureza e a função desses ICs seriam acionadas pelo controlador 90. As bobinas solenoides podem ser operadas individualmente ou em grupos de quatro para formar um quadrupolo. Outras configurações ou combinações de bobinas podem ser usadas para gerar o campo magnético necessário.

[065] Um método alternativo para isso pode ser uma linha individual de energia, através do uso de dispositivos multiplexadores, que atuam como uma grande matriz de comutação. Outros mecanismos e dispositivos podem servir ao mesmo objetivo de poder fornecer potência independentemente a cada solenoide para alcançar a sequência de varredura desejada de acordo com a modalidade de imagem que é realizada.

[066] Em uma configuração mostrada na Figura 2 (sem escala), quatro bobinas solenoides 40A, 40B, 40C, 40D estão dispostas em torno de cada emissor de elétron 20 com dois acima de 40A, 40B e dois abaixo de 40C, 40D. Também é possível incluir outras quatro bobinas solenoides 40E, 40F, 40G, 40H, de modo que haja quatro acima e quatro abaixo do emissor. Essa disposição pode fornecer supressão de campo adicional fora da região pretendida de emissor.

[067] As bobinas podem ser polarizadas em várias disposições (+/-) para direcionar o feixe de elétrons em várias direções diferentes. Por exemplo, as bobinas 40F, 40A, 40C e 40D podem ser polarizadas em + 2,8A, com as bobinas 40E, 40B, 40D e 40G sendo polarizadas em -2,8A.

[068] Os emissores de elétron podem ser formados por um cristal piroelétrico com uma superfície superior e um filme condutor que reveste a superfície superior do cristal piroelétrico. O cristal piroelétrico pode incluir uma pluralidade de emissores de campo formados como regiões expostas em escala de micrômetro no cristal piroelétrico que tem um ou mais picos ou sulcos agudos. O cristal piroelétrico pode ser alternadamente aquecido e resfriado por um período de vários minutos com um aquecedor/resfriador adjacente ao cristal piroelétrico, de modo que possa ocorrer polarização espontânea de carga no cristal piroelétrico. A polarização de carga espontânea pode causar um campo elétrico perpendicular nas faces superior e inferior do cristal piroelétrico; nesse caso, na superfície exposta do cristal piroelétrico, o campo elétrico pode ser aprimorado pelos picos ou sulcos agudos, causando assim a emissão de campo de elétrons de superfície a partir desse local. O cristal piroelétrico pode ser niobato de lítio.

[069] A aceleração/velocidade dos elétrons pode ser afetada controlando-se a diferença de potencial entre o cátodo e o ânodo no aparelho, ou se um portão for incluído controlando-se a diferença de potencial entre o cátodo, a barreira e o ânodo.

[070] Um exemplo de circuito de detecção 110 é mostrado esquematicamente na Figura 3. As bobinas 40 são controláveis pelo controlador 90 através da linha de controle 130. O controlador 90 recebe informações através da linha 100 de um circuito comparador 170 que, por sua vez, recebe uma entrada de um circuito de integração 150. O circuito comparador também compara a carga total medida, como recebida do circuito de integração 150 com o valor limite fornecido por um meio de armazenamento em memória ou componente de estado sólido 140. O circuito comparador pode compreender amplificadores operacionais, transistores e uma combinação de resistores e capacitores.

[071] O circuito de integração 150 recebe informações do resistor de medição de corrente 160, que é conectado entre a fonte de alta tensão 200 e um emissor de elétron 20. A tensão através desse resistor de medição de corrente (detecção) é integrada pelo circuito de integração 150. O circuito de integração pode compreender amplificadores operacionais, transistores e uma combinação de resistores/capacitores.

O emissor (cátodo) 20 emite elétrons que são atraídos para o alvo (ânodo). Uma barreira opcional 180 pode estar disposta entre o emissor 20 e as bobinas 40. As bobinas 40 são controladas pelo controlador 90 e podem atuar para desviar o fluxo de elétrons para longe, ou em direção a um material alvo específico em resposta ao controlador ter sido informado pelo circuito comparador 170 que a quantidade necessária (limite) de carga foi dissipada pelo emissor de elétron.

Até que esse limite seja atingido, a trajetória de elétrons pode seguir uma rota diferente, para atingir um material alvo diferente, conforme controlado pelo fluxo criado ou não criado pelas bobinas em resposta às instruções do controlador.

Em outras palavras, o campo/fluxo magnético criado pelos geradores de campo magnético pode "alcançar através" da parte de trás do alvo e afetar a direção de uma ou mais trajetórias de elétrons.

Claims (24)

REIVINDICAÇÕES

1. GERADOR DE RAIO-X caracterizado pelo fato de que compreende uma matriz de emissores de campo de elétrons para produzir trajetórias de elétrons, material alvo que compreende material de produção de fóton de raios-X configurado para emitir fótons de raios-X em resposta à incidência de elétrons produzidos sobre o mesmo, uma matriz de geradores de campo magnético para influenciar as trajetórias dos elétrons produzidos da matriz de emissores de campo de elétrons para que uma ou mais trajetórias sejam desviáveis na direção oposta ao material de produção de fóton de raios-X de modo a reduzir a produção de fótons de raios-X pela dita uma ou mais trajetórias de elétrons, sendo que o gerador compreende ainda um circuito de detecção disposto para medir a quantidade de carga elétrica emitida por um ou mais emissores de elétron, e um controlador para controlar a matriz de geradores de campo magnético em resposta à quantidade de carga elétrica medida.

2. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador está disposto para controlar um ou mais geradores de campo magnético para reduzir assim a produção de fótons de raios-X que resulta de uma ou mais trajetórias de elétrons quando a quantidade de carga elétrica, medida pelo circuito de detecção na uma ou mais trajetórias, excede um limite predeterminado.

3. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que o circuito de detecção está disposto entre uma fonte de alimentação para o um ou mais emissores de elétron e o um ou mais emissores de elétron.

4. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma rede de controle de campo de emissão localizada entre os emissores de elétron e o material alvo, e o circuito de detecção está disposto entre uma fonte de alimentação para o um ou mais emissores de elétron e a rede de controle.

5. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o alvo compreende ainda material de produção de não fóton no qual a uma ou mais trajetórias de elétrons pode ser desviado pelos geradores de campo magnético de modo a reduzir a produção de fótons de raios-X pela dita uma ou mais trajetórias de elétrons.

6. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o mesmo está disposto de modo que a geração de raios-x é controlável sem alterar um fornecimento de potência à matriz de emissores de campo de elétrons.

7. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os geradores de campo magnético são bobinas solenoides energizáveis.

8. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os geradores de campo magnético desfocam as trajetórias dos elétrons.

9. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material de produção de fóton de raios-X no material alvo está disposto em um padrão regular de áreas distintas.

10. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a razão do diâmetro de uma área distinta de material alvo para a distância entre áreas distintas adjacentes de material alvo no padrão regular é aproximadamente 1:100.

11. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 e 10, caracterizado pelo fato de que cada área distinta de material alvo é um círculo que tem um diâmetro de aproximadamente 100 µm.

12. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material alvo tem uma espessura na faixa de 3 a 12µm.

13. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 12, em que quando direta ou indiretamente dependente da reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o material de produção de não fóton é silício.

14. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o silício tem um espessura na faixa de 50 a 500 µm.

15. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o material alvo compreende ainda uma lâmina fina de material de absorção de raios-X posicionado no lado oposto dos emissores de campo de elétrons.

16. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o material de absorção de raios-X compreende alumínio de espessura na faixa de 0,1 cm a 1 cm.

17. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de lentes magnéticas é posicionada adjacente à pluralidade de geradores de campo magnético, sendo que as lentes magnéticas estão dispostas para que, em uso, concentrem o fluxo de campo em direção ao centro da matriz de emissor.

18. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o controlador também controla cada gerador de campo magnético.

19. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para que geradores de campo magnético adjacentes sejam operáveis em uma sequência raster dentro de 1 ms a 5 ms um do outro.

20. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18 e 19, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para operar um número de geradores de campo magnético simultaneamente.

21. GERADOR DE RAIO-X, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para operar um número de geradores de campo magnético simultaneamente conforme sincronizado por um sinal de relógio.

22. MÉTODO DE OBTENÇÃO DE UMA IMAGEM DE raios-X DE UM OBJETO caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de fornecer gerador de raios-X, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores; fornecer um detector de raios-X; e operar o dito gerador através do qual fótons de raios-X passam através de um objeto posicionado entre a matriz de fonte de raios-X e o detector de raios-X.

23. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o circuito de detecção mede a quantidade de carga elétrica emitida por o um ou mais emissores de elétron, e o controlador controla a matriz de geradores de campo magnético em resposta à quantidade de carga elétrica medida.

24. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 22 e 23, caracterizado pelo fato de que o controlador controla a matriz de geradores de campo magnético para que a quantidade de carga emitida por cada emissor de elétron seja predeterminada.