CN103177919A - 电子光学设备、x射线发射装置及产生电子束的方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种电子光学布置、一种X射线发射装置和一种产生电子束的方法。一种电子光学设备（1）包括下述沿光轴（25）布置的部件：具有发射器（3）的阴极，所述发射器（3）具有用于发射电子的基本平坦的表面（9）；用于在基本在所述光轴（25）的方向上对所发射的电子进行加速的阳极（11）；用于使经过加速的电子发生偏转的并且具有第一磁轭（41）的第一磁四极透镜（19）；用于使经过加速的电子进一步发生偏转的并且具有第二磁轭（51）的第二磁四极透镜（21）；以及用于使经过加速的电子进一步发生偏转的磁偶极透镜（23）。

Description

电子光学设备、X射线发射装置及产生电子束的方法

本申请是2007年10月8日提交的申请号为200780037971.1、名称为“电子光学设备、X射线发射装置及产生电子束的方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于产生电子束的电子光学设备、一种X射线发射装置以及一种产生电子束的方法。

背景技术

未来有关X射线源的高端计算机断层摄影（CT）和心血管（CV）成像要求（1）更高的功率/管电流，（2）与对焦斑的尺寸、比率和位置实施主动控制的能力相结合的更小的焦斑，（3）用于冷却的以及与CT相关的更短的时间，（4）更短的扫描架旋转时间。除此之外，管设计在长度和重量方面受到限制，从而针对CV应用实现容易的操纵，针对CT应用获得可实现的扫描架设置。

采用X射线管内的复杂的热管理原理给出了实现更高的功率和更快的冷却的一个关键。在常规的双极X射线管中，靶的热负荷的大约40%都是由于从靶反向散射的电子导致的，所述电子被朝向所述靶重新加速，并在焦斑之外再次击中所述靶。因而，这些电子促使靶的温度升高，并且导致离焦辐射。因此，当前开发的新一代X射线管的一个关键部件就是设置于靶前面的散射电子收集器（SEC）。如果两种元件，即靶和SEC都处于相同的电位上，那么通过与单极管设置相结合引入这一部件（SEC）能够在靶的上方建立无电场区域。在这种情况下，靶的热负荷仅由为管的X射线输出做出贡献的电子决定。反向散射的电子将在集成到了管的冷却系统当中的SEC处释放其能量。

就常规而言，这一包括SEC的设置增加了阳极和阴极之间的距离，但是却没有为聚焦元件留下空间。与现有的X射线管相比，这将使电子束路径急剧扩大，从而使电子束的聚焦更加提前（advanced）。

用于医疗检查的新的高端X射线管的一个主要目标在于，在高电压范围为U=60-150kV且管电流高达I=2A的范围内提供可变的小的焦斑尺寸和位置。此外，必须考虑光程l<130mm的情况下管尺寸的限制。

CT或CV成像中的图像质量问题要求具备在图像获取过程中对焦斑尺寸进行主动控制的可能性。此外，CT中的有助于提高空间分辨率或者减少伪影的新的成像模态，例如，动态焦斑（在切向方向和径向方向上发生偏转）还需要对焦斑位置实施主动控制的能力。

为了满足上述和其他要求，可能需要一种改进的用于产生电子束的电子光学设备、一种改进的X射线发射装置和一种改进的用于产生电子束的方法。

发明内容

可以通过根据独立权利要求的主题满足这一需求。在从属权利要求中描述了本发明的有利实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种电子光学设备，其包括下述优选按照所指示的顺序沿光轴布置的部件：包括发射器的阴极，所述发射器具有用于发射电子的平坦表面；用于在基本沿所述光轴的方向上对所发射的电子进行加速的阳极；用于使经过加速的电子发生偏转的并且具有第一磁轭的第一磁四极透镜；用于使经过加速的电子进一步发生偏转的并且具有第二磁轭的第二磁四极透镜；以及用于使经过加速的电子进一步发生偏转的磁偶极透镜。

本发明的这一方面是以这样一种思路为基础的，即，将由第一磁四极透镜和第二磁四极透镜构成的双四极透镜的优点与无结构的或只有略微结构的薄的扁平发射器的优点结合到电子光学设备当中。所述的双四极透镜提供了卓越的聚焦特性。具有用于发射电子的平坦表面的扁平发射器使得所发射的电子的侧向能量分量得到降低，由此还有助于实现所述电子光学设备的卓越的聚焦特性。此外，为了实现所要求的可变焦斑位置，提供了用于使所发射的电子在横向方向和径向方向上偏转的磁偶极透镜。

在下文中，将详细说明根据第一方面的电子光学设备的特征和优点。

本文，将电子设备定义为既包括具有作为自由电子源的发射器的阴极和用于对所提供的自由电子进行加速从而产生电子束的阳极，又包括用于使经过加速的自由电子发生偏转从而使电子束发生聚焦和/或偏转的电子光学器件。将自由电子被阳极加速到其内的主方向定义为电子光学设备的光轴。

发射器具有用于发射电子的基本平坦的表面。本文，“基本平坦”是指所述表面不包括显著的弯曲、开口或突起，其基本是扁平的、光滑的，而且基本上是无结构的。但是，在所述平坦表面内可能存在精细的结构，例如，沟槽或凹陷。这样的结构的深度可以显著小于所述表面的尺寸。例如，所述结构的深度可以小于所述表面的长度的10%，优选小于其1%。所述发射器可以具有扁平箔的形式。可以采用诸如钨或钨合金的难熔导电材料制备所述发射器。

可以通过施加电压，从而在所述发生器内感生加热电流来对所述发生器加热。优选感生出使得对所述发生器的发射表面均匀加热的电流。可以从阴极的经过加热的表面上发射电子。由于所述阴极的发射表面是平面的，因而能够均匀地发射电子。电子离开所述发射表面的平均方向在整个发射表面上的各处都是相同的。

就包括（例如）具有狭缝的钨线圈或者扁平钨发射器的常规阴极而言，所述阴极的非平面结构将使阴极和阳极之间的电位发生严重扭曲，从而增加了电子的横贯光轴的速度分量，进而增加了电子光学设备的焦斑尺寸。

在根据本发明的电子设备中，由于阴极的发射表面基本是平面的，因而施加到阴极和阳极之间的电位可以是均匀的，不会因阴极上的结构而扭曲。相应地，从阴极表面均匀发射的电子能够沿设备的光轴或者平行于设备的光轴受到均匀加速。其能够促进电子光学设备的焦斑的最小化。

所述阳极可以是任何常规的用于在阳极和阴极之间生成电位的阳极。所述的电学阳极可以在围绕光轴的区域内具有开口，从而使在所生成的电位内经过加速的电子能够飞过所述阳极内的这一开口。例如，所述阳极可以具有中心带有开口的杯的形式。所述杯可以流注到围绕所述开口在远离所述阴极的方向上延伸的瓶颈内。

所述第一和第二磁四极透镜可以由电磁装置构成，其中，按照能够生成磁四极场的方式布置所述电磁装置。例如，可以将四个磁极布置在正方形的各个角上，从而将两个磁南极布置在所述正方形的沿对角线相对的角上，而将两个磁北极布置在其他的角上。

可以将用于所述第一和第二磁透镜的电磁线圈分别布置在第一和第二磁轭上。可以采用铁磁材料制备所述磁轭，以增强所产生的磁场。所述磁轭可以具有这样调整的几何形状，即，使电磁线圈保持在能够产生磁四极场的位置上。例如，所述磁轭可以具有矩形、正方形或圆形的几何形状。所述磁轭可以具有使电磁线圈位于其上的突起。

所述第一和第二磁四极透镜可以具有基本相同的几何形状。优选地，将两个透镜相对比彼此平行布置。此外，可以使每一透镜垂直于所述光轴布置。

所述第一和第二磁四极透镜的作用在于使经过加速的电子发生偏转，从而使电子束最终聚焦到探头上。每一四极透镜创建出具有梯度的磁场。即，在所述磁场内磁场强度存在差异。四极场的等位面可以具有双曲线的形式。磁四极场的梯度使得所述磁四极场能够起到使电子束在第一方向上聚焦的作用，同时起到在垂直于所述第一方向的第二方向上散焦的作用。可以将所述的两个四极透镜布置为使其磁场梯度相对于彼此旋转大约90°。在穿透这两个磁四极透镜之后，能够实现线聚焦，所述线聚焦是指将所述电子束聚焦到具有（例如）大于5的长宽比的细长斑点上。为此，所述第一和第二磁四极透镜的磁场可以相对于光轴或者相对于经过光轴的平面具有对称性。

可以通过一个或多个磁偶极线圈提供所述磁偶极透镜。为了获得均匀的磁偶极场，可以提供两个磁线圈。可以将所述两个磁线圈布置在垂直于所述电子光学设备的光轴的平面内相对于光轴相对的两个位置上。

所述偶极透镜的作用在于提供基本均匀的磁场，以便使经过加速的电子以一定的方式发生偏转，进而使电子束在探头上的焦点发生移动。

根据本发明的实施例，所述磁偶极透镜包括被布置在第二磁四极透镜的磁轭上的偶极线圈。通过将所述偶极线圈布置在该第二磁轭上，能够使所述磁偶极场直接叠加到所述第二四极透镜的磁四极场上。所述第二磁轭既能充当第二四极透镜的磁轭，又能够充当所述偶极透镜的磁轭。由此，能够节省空间，并且能够缩小整个电子光学设备的长度。此外，还能够消除额外的磁轭的重量。

根据本发明的另一实施例，所述电子光学设备包括散射电子收集器（SEC）。所述SEC适于收集在来自所述电子光学设备的经加速的电子在发生撞击时产生的反向散射电子。所述经加速的电子撞击诸如X射线发射装置的阳极圆盘的探头的表面。这些电子中的一些将被反射。其他的电子从所述探头释放次级电子。所有的这些反向散射电子飞离所述探头，抵达SEC并在该处得到收集。所述SEC可以位于第二四极透镜的下游，即，处于所述电子光学设备的与所述阴极相对的一端。

可以采用导电材料制备所述SEC。可以向所述SEC施加电压，从而使所述SEC和所述阳极处于相同的电位上。例如，可以将所述SEC电连接至所述阳极。所述SEC可以具有倒置的杯形式，其中心具有电子束能够穿过的开口。所述SEC可以延续至所述阳极杯的瓶颈。

根据本发明的另一实施例，诸如包括发射器的阴极、阳极、第一、第二磁四极透镜和磁偶极透镜以及任选的散射电子收集器的这些部件中的每一个均具有相对于光轴的对称性。相对于光轴共轴布置所述的部件。采用这样的对称布置能够简化所述电子光学设备的设计。此外，还能够实现所定义的对称焦斑。

根据本发明的另一实施例，所述电子光学设备具有沿光轴小于90mm，优选介于70mm和90mm之间的长度。可以将所述电子光学设备的包括散射电子收集器的长度调整为不大于150mm，优选介于120mm和150mm之间。可以通过采用诸如扁平发射器的空间节省扁平部件以及通过有利地布置所述设备的各部件来获得这一短长度。例如，可以将所述磁偶极透镜集成到所述第二四极透镜中，从而节省了光轴方向上的空间。具有这样的短长度的电子光学设备尤其适用于诸如CT或CV应用的具有空间或重量限制的应用。

根据本发明的另一实施例，所述发射器的平坦表面是无结构的。换言之，所述发射器的能够由其朝向阳极发射电子的表面是不具有任何凹陷或突起的均匀平面。可以从这样的无结构表面均匀地发射电子。此外，这样的无结构发射器表面不会干扰介于包括所述发射器的阴极和所述阳极之间的电场。尤其是接近所述发射器的表面的电场不会受到任何结构的干扰。相应地，电场线保持直线，电子在基本不存在任何横向移动分量的情况下平行于光轴进行加速。电子束未被展宽。这有助于对电子束进行更好的聚焦。

根据本发明的另一实施例，所述发射器的平坦表面存在精细结构。换言之，在所述发射器的平坦表面内设置有诸如沟槽、狭缝或凹陷的精细结构。这些精细结构可以例如用于将对所述发射器电加热的电流限制在所述发射器内。但是，可以通过选择这样的精细结构的尺寸和/或布置使所发射的电子不会被过度的散射，而且使电场不会过度扭曲。

根据本发明的另一方面，提供了一种X射线发射装置，其包括下述沿光轴布置的部件：如上所述的电子光学设备；以及阳极圆盘，将其布置为使经过加速的电子撞击到阳极圆盘的电子接收表面上。

所述阳极圆盘可以具有倾斜表面，来自所述电子光学设备的电子束可以被引导到所述倾斜表面上。撞击阳极圆盘的表面并且进入阳极材料的电子将产生X射线辐射。可以通过选择所述阳极圆盘的倾斜表面的角度使得与所述电子光学设备的光轴横向地，优选地垂直于所述电子光学设备的光轴发射所述X射线。

可以采用选定的材料制备所述阳极圆盘，以便获得期望的X射线特性。可以使所述阳极圆盘围绕平行于所述电子光学设备的光轴的轴旋转。

根据本发明的另一实施例，所述电学阳极和阳极圆盘（=靶）基本上处于相同的电位上。在同样提供散射电子收集器的情况下，可以将这一SEC设置到所述阳极的电位上。相应地，所述阳极和阳极圆盘之间的区域可以不存在任何电场。通过消除处于阳极圆盘的表面附近的电场，能够避免来自所述阳极圆盘的表面的反向散射电子被再次朝向所述阳极圆盘吸引。否则，这些再次受到吸引的反向散射电子将使焦斑徒然展宽，而且还会促使对阳极圆盘的加热，从而提高了针对阳极圆盘的冷却要求。

根据本发明的另一实施例，将包括发射器的阴极、电学阳极、第一磁四极透镜、第二磁四极透镜、任选的散射电子收集器以及阳极圆盘全部连接至水冷却回路。组合式的水冷却回路可以用于冷却除了包括发射器的阴极之外的所有部件。所述冷却回路中的水是导电的，但是当所述及的部件优选全部处于地电位时，将不必提供另外的用于使所述冷却回路与所述部件电绝缘的措施。

根据本发明的另一实施例，从所述发射器的电子发射表面到所述阳极圆盘的电子接收表面的距离小于150mm，优选介于120mm和150mm之间。如上文概述，这一点可以通过对构成部件以及部件布置的特定选择来实现。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括如上文概述的X射线发射装置的医疗X射线装置。例如，所述医疗X射线装置可以是计算机断层摄影或心血管成像装置。如上文概述，这样的医疗装置可以在焦斑尺寸、焦斑尺寸控制、比率和位置、冷却时间以及与CT相关的扫描架旋转时间方面具有严格的要求。采用上文概述的X射线发射装置能够满足这些要求。

根据本发明的另一方面，提供了一种产生电子束的方法，所述方法包括如下步骤：从发射器的平坦表面发射电子；采用阳极在基本平行于光轴的方向上对所述电子进行加速；采用第一磁四极透镜使经过加速的电子发生偏转；采用第二磁四极透镜使经过加速的电子进一步发生偏转；采用磁偶极透镜使经过加速的电子进一步发生偏转。

本发明的示范性实施例是参考电子光学设备或X射线发射装置描述的。当然，必须指出，与不同主题相关的特征的任意组合都是可能的，而且可以将所述设备或装置的特征相应地应用到根据本发明的方法上。

应当注意，本发明的实施例是参考不同的主题描述的。具体而言，一些实施例是参考设备类权利要求描述的，而其他实施例则是参考方法类权利要求描述的。但是，本领域技术人员将从上述及下述说明中了解到，除了属于一类主题的特征的任意组合之外，属于不同主题的特征之间的任意组合，尤其是设备类权利要求的特征和方法类权利要求的特征之间的任意组合也应当被认为在本申请中得到了公开，除非另行明确说明。

本发明的上述方面以及其他方面、特征和优点可以从下文将要描述的实施例的例子中导出并且将参考所述的实施例的例子进行说明。在下文中，将参考实施例的例子更为详细地描述本发明，但是本发明不限于此。

附图说明

图1a通过垂直于宽度方向的截面图示出了根据本发明的X射线发射装置的示意性设置；

图1b通过垂直于长度方向的截面图示出了图1a的示意性设置；

图2示出了可以被用作图1a的设置中的第一磁四极透镜的磁四极透镜；

图3示出了可以被用作图1a的设置中的第二磁四极透镜的包括磁偶极透镜的磁四极透镜；

图4示出了指示采用根据本发明的X射线发射装置能够获得的针对不同管电流的面积最小化焦斑的长度和宽度的图；

图5显现出CT应用的不同焦斑；

图6显现出通过向根据本发明的X发射装置的磁偶极透镜施加特定电流所获得的不同焦斑位置；

图7示意性示出了根据本发明的计算机断层摄影装置。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。应当注意，在不同的附图中，为类似或等同的元件提供相同的附图标记或者采用仅第一位与对应的附图标记不同的附图标记。

未来的X射线医疗检查对与快速的位置变化相结合的焦斑尺寸和形状有精密复杂的要求。由于光程通常为130mm的空间限制和实现SEC的最佳热管理方面的原因，需要比通常在X射线管中所采用的好得多的电子光学器件。

图1a和1b示出了根据本发明的X射线发射装置1的实施例。所提出的能够达到上述要求的X射线发射装置包括具有作为电子源的扁平发射器3的阴极和透镜系统5。

斑点控制的目标在于以一定的方式在阳极圆盘7的倾斜部分上形成线聚焦（细长斑点），使得有效的X射线源在从X射线出射窗口观看时在宽度和长度尺寸上具有基本相等的尺寸。为此，必须根据阳极倾斜角（通常为8°）使斑点长度相对于宽度扩大一定的倍数（通常为8）。

必须使光学器件、具有发射器3的阴极以及透镜系统5都是最佳的，这样才能达到反映最新现有技术的X射线管的高要求。第一个基本步骤是降低所发射的电子的切向能量分量。这一点是通过从阴极3内的扁平、光滑的无结构钨或钨合金箔发射器发射电子实现的，其中，通过施加的电流对所述发射器直接加热。所述发射器3具有朝向阳极11的平坦表面9。

通过具有处于高电位的环的阴极杯13给出了在长度和宽度方向上的第一预聚焦元件。进入电学阳极开口的入口15充当具有各向同性散焦效应的第二光学元件。其具有通常为20mm的入口直径，并且在瓶颈17内扩大到30mm，从而为非严格的电子束成形提供空间。

将主要的光学部件，即，包括第一磁四极透镜19和第二磁四极透镜21的双磁四极透镜围绕瓶颈17大致放置到阴极3和靶阳极圆盘7之间的中间位置。所述主要的光学部件由阴极侧的第一四极透镜19和阳极侧的集成有偶极透镜23的第二四极透镜21构成，从而使焦斑能够在x/z方向上，即，在垂直于X射线装置1的光轴25的平面内移动。所述第一磁四极透镜19在焦斑的长度方向上聚焦，而在焦斑的宽度方向上散焦。之后，通过下述第二四极透镜21使电子束在宽度方向上聚焦，而在长度方向上散焦。在组合的情况下，所述的两个顺次布置的磁四极透镜保证在焦斑的两个方向上的净聚焦效应，这在图1中也给出了演示。双磁四极透镜的这一工作模式在靶阳极圆盘7上获得所需要的长宽比通常介于7和10之间的窄的线聚焦。

此外，通过这一原理将保留占据阴极3和靶阳极圆盘7之间的总距离的40%以上的无电场、因而无光的区域29，以容纳用于进行散射电子的热管理的散射电子收集器31。

在图1b中，区域（a）指示了发射和加速长度，区域（b）指示了聚焦和束成形长度，而区域（c）指示了散射电子收集器和热管理长度。

图2示出了第一磁四极透镜19的顶视图。正方形的磁轭41包括指向所述正方形的中心的突起43。在这四个突起43中的每个上提供了磁线圈45。

类似地，图3示出了第二磁四极透镜21的顶视图。正方形的磁轭51包括指向所述正方形的中心的突起53。在这四个突起53中的每个上提供了磁线圈55。此外，将用于形成磁偶极透镜23的磁线圈57布置在所述正方形的磁轭51的每一纵向臂的中央。

所公开的设置需要大约130mm的束路径长度，该长度显著大于普通的双极管中的束路径长度（＞＞20mm），但是该设置仍然允许将管制造得足够小、足够轻，以用于CV应用，以及适于装配到普通的CT扫描架上。

图4示出了作为管电流的函数的采用50mm²的发射面积得到的最小焦点。显然，相对于管电流而言，与当今用于医疗检查的每种其他X射线管相比，这些焦点明显很小。可以容易地通过仅控制两个磁四极透镜19、21的线圈电流而通过以给定的管电流下独立地改变长度和宽度来扩大这些最小焦斑。

已经做过实验来研究电子发射发射器对光学特性有多强的影响。就采用具有50mm²的无结构发射表面的发射器的X射线发射装置而言，可以获得0.2mm的焦斑宽度和0.23mm的焦斑长度。就采用具有50mm²的略微结构的发射表面并且在宽度方向上具有20×40μm的狭缝的发射器的X射线发射装置而言，可以获得0.3mm的焦斑宽度和0.46mm的焦斑长度。通过采用精细结构的发射器能够获得的斑点尺寸明显更大，其中，所述精细结构的发射器具有与无结构发射器相同的发射面积，但是其采用了具有20个宽度为40μm的狭缝的曲折（meander）设计来建立电流路径。对于最小的斑点而言，焦斑宽度扩大了50%，焦斑长度扩大了100%。对所述长度有更强的影响是由从在宽度方向上取向的狭缝内壁发射的电子导致的。

对于通常采用的线圈发射器而言，甚至急剧增加了这一效应：对于仅为240mA的管电流和120kV而言，最小的投射焦斑面积（对于8°的倾斜角为0.513×0.946mm²=0.485mm²）超过所述无结构发射器设置的十倍。

为了进一步演示所述电子光学原理的可能性，图5示出了三个被调整至适合近期CV和CT应用的尺寸的焦斑。图5a示出了用于CV应用的IEC03焦斑；图5b示出了用于CT应用的0.75×0.9mm²的焦斑；图5c示出了用于CT应用的1.30×1.45mm²的焦斑。

图6示出了利用集成在第二磁轭上的偶极在X和Z方向上移动的焦斑。

最后，图7示出了计算机断层摄影设备100，其又被称为CT扫描器，可以在其内使用上述X射线发射装置。CT扫描器100包括扫描架101，其可以围绕旋转轴102旋转。利用电动机103驱动扫描架101。

附图标记105表示诸如上述X射线发射装置的辐射源，其发射多色辐射107。CT扫描器100还包括窗孔系统106，其使从X射线源105发射的X辐射形成辐射束107。还可以通过过滤元件（未示出）改变从辐射源105发射的辐射束的谱分布，其中，所述过滤元件靠近所述窗孔系统106布置。

可以引导辐射束107，使其穿透感兴趣区域110a，例如，所述感兴趣区域可以是患者110的头部110a，其中，所述辐射束107可以是锥形或者扇形束107。

将患者110安置在扫描床112上。将患者的头部110a布置到扫描架101的中央区域，所述中央区域代表CT扫描器100的检查区域。在穿过感兴趣区域110a之后，辐射束107撞击到辐射探测器115上。为了能够抑制X辐射被患者头部110a散射并在倾斜的角度下撞击到X射线探测器上，提供了一种未示出的防散射滤线栅。优选将所述防散射滤线栅安置到探测器115的正前面。

将X射线探测器115布置到与X射线管105相对的扫描架101上。探测器115包括多个探测元件115a，其中，每一探测元件115a能够对已经穿过患者110的头部110a的X射线光子进行探测。

在扫描感兴趣区域110a的过程中，使X射线源105、窗孔系统106和探测器115与扫描架101一起沿箭头117指示的旋转方向旋转。为了实现扫描架101的旋转，将电动机103连接至电动机控制单元120，所述电动机控制单元120本身又连接至数据处理装置125。数据处理装置125包括可以通过硬件和/或通过软件实现的重建单元。所述重建单元适合基于在各种观察角度下获得的多幅2D图像重建3D图像。

此外，数据处理装置125还充当控制单元，其与电动机控制单元120通信，以便使扫描架101的移动与扫描床112的移动相协调。通过电动机113执行扫描床112的直线位移，电动机113也连接至电动机控制单元120。

在CT扫描器100的工作过程中，扫描架101旋转，与此同时，使扫描床112平行于旋转轴102直线移动，由此执行对感兴趣区域110a的螺旋扫描。应当注意，也可能执行圆形扫描，在圆形扫描中，在平行于旋转轴102的方向上没有位移，而是仅使扫描架101围绕旋转轴102旋转。由此，可以以高准确度测量头部110a的各切片。可以通过在针对每一离散的扫描床位置已经执行至少一半的扫描架旋转之后平行于转动轴102以离散步进循序地移动扫描床112来获得对患者头部的更大的三维表示。

将探测器115耦合至前置放大器118，所述前置放大器118本身又耦合至数据处理装置125。在多个不同的X射线投影数据集的基础上，所述处理装置125能够重建患者头部110a的3D表示，其中，所述多个不同的X射线投影数据集是在不同的投影角度下获取的。

为了观察到患者头部110a的经重建的3D表示，提供了耦合至数据处理装置125的显示器126。此外，还可以通过打印机127打印出所述3D表示的透视图的任意切片，其中，打印机127也耦合至数据处理装置125。此外，还可以将数据处理装置125耦合至图片存档及通信系统128（PACS）。

应当注意，可以相对于计算机断层摄影设备100本地布置监视器126、打印机127和/或其他在CT扫描器100内提供的装置。或者，可以使这些部件远离CT扫描器100，例如，使其处于机构或医院内的其他地方，或者处于通过一个或多个诸如因特网、虚拟专用网等的可配置网络链接到所述CT扫描器100的完全不同的场所。

综合所有上文讨论的事实，应当指出，所提出的包括无结构的扁平发射器乃至精细结构的扁平发射器以及两个磁四极透镜的新的电子光学原理提供了医疗X射线检查所需的所有特征，同时因其尺寸小巧，又不会超出几何空间和重量的限制。所述电子光学原理包括介于70-90mm的长度内的无结构的或者精细结构的薄的扁平发射器以及在阳极侧磁轭上带有偶极线圈的磁双四极透镜，并且从发射器到靶的总光程介于120mm和150mm之间。双四极透镜和靶之间的50-60mm的长度是没有透镜的，而可以包括散射电子收集器（SEC）。

例如，对于医疗X射线应用需要100-1600mA的管电流和70-140kV的高电压而言，这一原理可以提供例如宽度介于0.2-1.3mm之间可变，并且焦斑长度介于0.23-1.45mm之间的任意值的焦斑。此外，有可能沿径向方向和切向方向快速移动这些焦点，这样可以得到更高的空间分辨率。

可以将本发明应用于任何具有这样的特点的领域，即，必须将电子聚焦成与高电流结合获得可变的焦斑尺寸、形状和位置，但是光学元件只能得到有限的空间。

应当注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，单数冠词并不排除复数。同样，可以对结合不同实施例描述的各元件进行组合。还应当注意，权利要求中的附图标记不应理解为对权利要求的范围的限定。

为了扼要概括上文所述的本发明的实施例，应当声明：为了满足高端X射线管的高电子光学要求，需要比标准的管内采用的原理更好的原理。一种实现这一目的的解决方案是通过使扁平电子发射器与带有集成的磁偶极透镜的磁双四极透镜结合而给出的。可以在大约130mm的光程内实现这一设置，其中，所有的聚焦元件都处于发射器所在的一半内，因此，可以将这一设置切实地应用于CV和CT应用所采用的高端管。这一电子光学原理提供了下述优点：1）将高电流电子束聚焦成所需的垂直于光轴的线形小焦斑，该焦斑通常具有7-10的长宽比，2）在大的kV和mA范围内保持聚焦特性，3）独立控制焦斑的宽度和长度，4）主动控制焦斑的尺寸和位置。

Claims (11)

1.一种电子光学设备（1），其包括下述沿光轴（25）布置的部件：

包括发射器（3）的阴极，其中，所述发射器具有用于均匀地发射电子束中的电子的无结构的或精细结构的表面（9），使得所发射的电子的侧向能量分量得到降低；

用于在基本沿所述光轴（25）的方向上对所发射的电子进行加速的阳极（11）；

用于使经过加速的电子发生偏转以聚焦所述电子束的并且具有第一磁轭（41）的第一磁四极透镜（19），所述第一磁四极透镜还具有用于在第一方向上聚焦所述电子束并且在垂直于所述第一方向的第二方向上散焦所述电子束的磁四极梯度；

用于使经过加速的电子进一步发生偏转以聚焦所述电子束的并且具有第二磁轭（51）的第二磁四极透镜（21），所述第二磁四极透镜还具有用于在所述第二方向上聚焦所述电子束并且在所述第一方向上散焦所述电子束的磁四极梯度；以及

用于使经过加速的电子进一步发生偏转的磁偶极透镜（23）；

其中，所述第一磁四极透镜的磁四极梯度和所述第二磁四极透镜的磁四极梯度相对于彼此旋转大约90°，并且其中，所述第一磁四极透镜和所述第二磁四极透镜的顺次组合提供了在所述电子束的焦斑的第一方向和第二方向两者上的净聚焦效应。

2.根据权利要求1所述的电子光学设备，其中，所述磁偶极透镜（23）包括布置在所述第二磁轭（51）上的偶极线圈（57）。

3.根据权利要求1或2所述的电子光学设备，还包括散射电子收集器（31）。

4.根据权利要求1到3之一所述的电子光学设备，其中，所述部件中的每一个均具有相对于所述光轴（25）的对称性，并且其中，将所述部件相对于所述光轴（25）共轴布置。

5.根据权利要求1到4之一所述的电子光学设备，其中，所述设备（1）具有沿所述光轴（25）小于90mm的长度。

6.一种X射线发射装置，其包括下述沿光轴（25）布置的部件：

根据权利要求1到5之一所述的电子光学设备（1）；以及

阳极圆盘（7），将其布置为使经过加速的电子撞击到所述阳极圆盘（7）的电子接收表面上。

7.根据权利要求6所述的X射线发射装置，其中，所述阳极（11）和所述阳极圆盘（7）基本处于相同的电位上。

8.根据权利要求6到7之一所述的X射线发射装置，其中，将所述阳极（11）、所述第一磁四极透镜（19）、所述第二磁四极透镜（21）、任选的所述散射电子收集器（31）和所述阳极圆盘（7）全部连接至水冷却回路。

9.根据权利要求6到8之一所述的X射线发射装置，其中，从所述发射器（3）的电子发射表面（9）到所述阳极圆盘（7）的所述电子接收表面之间的距离小于150mm。

10.一种包括根据权利要求6到9之一所述的X射线发射装置的医疗X射线装置。

11.一种产生电子束的方法，所述方法包括如下步骤：

从发射器（3）均匀地发射电子束中的电子，其中，所述发射器具有用于发射电子的无结构的或精细结构的表面（9），使得所发射的电子的侧向能量分量得到降低；

采用阳极（11）在基本平行于光轴（25）的方向上对所述电子进行加速；

采用第一磁四极透镜（19）使经过加速的电子发生偏转以聚焦所述电子束，所述第一磁四极透镜还具有用于在第一方向上聚焦所述电子束并且在垂直于所述第一方向的第二方向上散焦所述电子束的磁四极梯度；

采用第二磁四极透镜（21）使经过加速的电子进一步发生偏转以聚焦所述电子束，所述第二磁四极透镜还具有用于在所述第二方向上聚焦所述电子束并且在所述第一方向上散焦所述电子束的磁四极梯度；以及

采用磁偶极透镜（23）使经过加速的电子进一步发生偏转；

其中，所述第一磁四极透镜的磁四极梯度和所述第二磁四极透镜的磁四极梯度相对于彼此旋转大约90°，并且其中，所述第一磁四极透镜和所述第二磁四极透镜的顺次组合提供了在所述电子束的焦斑的第一方向和第二方向两者上的净聚焦效应。

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