CN103903941B - 阴控多阴极分布式x射线装置及具有该装置的ct设备 - Google Patents

Abstract

本发明的阴控多阴极分布式X射线装置具备：真空盒，四周密封且内部为高真空；多个阴极，互相独立且排列安装在真空盒内部的一端；多个聚焦限流装置，与阴极一一对应排列安装在真空盒内的靠近阴极处，且各聚焦限流装置相互连接；阳极，由金属构成，安装在真空盒内部的另一端，并且，在长度方向上与聚焦限流装置平行且宽度方向与聚焦限流装置形成预定夹角；电源与控制系统，具有多个阴极电源、与聚焦限流装置连接的聚焦与限流装置电源、阳极高压电源、控制装置；可插拔式高压连接装置，将阳极和阳极高压电源的电缆连接，安装在真空盒靠近阳极一端的侧面；多个可插拔式阴极电源连接装置，连接阴极和阴极电源，安装在真空盒靠近阴极一端的侧面。

Description

阴控多阴极分布式X射线装置及具有该装置的CT设备

技术领域

本发明涉及一种产生分布式X射线的装置，特别涉及在一个X射线光源设备中通过布置多个独立热阴极并且通过对阴极进行控制来产生按照预定顺序变换焦点位置的X射线的阴控多阴极分布式X射线装置以及具有该X射线装置的CT设备。

背景技术

X射线光源是指产生X射线的设备，通常由X射线管、电源与控制系统、冷却及屏蔽等辅助装置等构成，其核心是X射线管。X射线管通常由阴极、阳极、玻璃或陶瓷外壳构成。阴极为直热式螺旋钨丝，在工作时，通过电流，加热到约为2000K的工作温度，产生热发射的电子束流，阴极被一个前端开槽的金属罩包围，金属罩使电子聚焦。阳极为在铜块端面镶嵌的钨靶，在工作时，在阳极和阴极之间施加有数十万伏高压，阴极产生的电子在电场作用下加速运动飞向阳极，并且撞击靶面，从而产生X射线。

X射线在工业无损检测、安全检查、医学诊断和治疗等领域具有广泛的应用。特别是，利用X射线的高穿透能力制成的X射线透视成像设备在人们日常生活的方方面面发挥着重要作用。这类设备早期的是胶片式的平面透视成像设备，目前的先进技术是数字化、多视角并且高分辩率的立体成像设备，例如CT（computed tomography），可以获得高清晰度的三维立体图形或切片图像，是先进的高端应用。

在CT设备（包括工业探伤CT、行李物品安检CT、医疗诊断CT等）中，通常是将X射线源放置在受检对象的一侧，在受检对象的另一侧放置接收射线的探测器，当X射线穿过受检物品时，其强度会随受检物品的厚度、密度等信息发生改变，探测器接收到的X射线的强弱包含了受检物品的一个视角方向的结构信息。如果再将X射线源和探测器围绕受检物品转换位置，就可以获得不同视角方向的结构信息。利用计算机系统和软件算法对这些信息进行结构重建，就可以获得受检对象的立体图像。目前的CT设备是将X射线源和探测器固定在围绕受检对象的圆形滑环上，在工作中每运动一圈，就得到受检对象的一个厚度切面的图像，将其称为切片，受检对象再沿厚度方向运动，得到一系列切片，这些切片合起来就是受检对象的三维精细立体结构。因此，在现有的CT设备中，为了获得不同的视角图像信息，就要变换X射线源的位置，因此，X射线源和探测器需要在滑环上运动，为了提高检查速度，通常X射线源和探测器的运动速度非常高。由于X射线源和探测器在滑环上的高速运动，导致设备整体的可靠性和稳定性降低，此外，受运动速度的限制，CT的检查速度也受到了限制。虽然近年来最新一代的CT采用圆周排列的探测器，从而可以使探测器不做运动，但是X射线源仍需要在滑环上运动，此外，可以增加多排探测器，使X射线源运动一周，获得多个切片图像，从而提高CT检查速度，但是，这并没有从根本上解决在滑环上运动带来的问题。因此，在CT设备中需要一种能够不移动位置就能产生多个视角的X射线源。

此外，为了提高检查速度，通常X射线源的阴极产生的电子束大功率长时间连续轰击阳极钨靶，但是，由于靶点面积很小，所以靶点的散热也成为了很大的问题。

为了解决现有CT设备中滑环带来的可靠性、稳定性问题和检查速度问题以及阳极靶点耐热问题，在现有专利文献中提供了一些方法。例如旋转靶X射线源，可以在一定程度上解决阳极靶过热的问题，但是，其结构复杂并且产生X射线的靶点相对于X射线源整体仍然是一个确定的靶点位置。例如，有的技术为了实现固定不动X射线源的多个视角而在一个圆周上紧密排列多个独立的传统X射线源来取代X射线源的运动，虽然这样也能够实现多视角，但是成本高，并且，不同视角的靶点间距大，成像质量（立体分辩率）很差。此外，在专利文献1（US4926452）中提出了一种产生分布式X射线的光源以及方法，阳极靶具有很大的面积，缓解了靶过热的问题，并且，靶点位置沿圆周变化，可以产生多个视角。虽然专利文献1是对获得加速的高能量电子束进行扫描偏转，存在控制难度大、靶点位置不分立以及重复性差的问题，但仍然是一种能产生分布式光源的有效方法。此外，例如在专利文献2（US20110075802）与专利文献3（WO2011/119629）中提出了一种产生分布式X射线的光源以及方法，阳极靶具有很大的面积，缓解了靶过热的问题，并且，靶点位置分散固定且阵列式排列，可以产生多个视角。此外，采用碳纳米管做为冷阴极，并且对冷阴极进行阵列排布，利用阴极栅极间的电压控制场发射，从而控制每一个阴极按顺序发射电子，在阳极上按相应顺序位置轰击靶点，成为分布式X射线源。但是，存在生产工艺复杂、碳纳米管的发射能力与寿命不高的不足之处。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种无需移动光源就能产生多个视角并且有利于简化结构、提高系统稳定性、可靠性、提高检查效率的阴控多阴极分布式X射线装置。

本发明提供一种阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，具备：真空盒，四周密封并且内部为高真空；多个阴极，每个阴极互相独立且排成线形阵列安装在所述真空盒内部的一端，并且，每个阴极具有阴极灯丝、与所述阴极灯丝连接的阴极表面以及从所述阴极灯丝的两端引出的灯丝引线；多个聚焦限流装置，与所述阴极一一对应地排列成线形阵列安装在所述真空盒内的中部靠近所述阴极的位置，并且，各个聚焦限流装置相互连接；阳极，由金属构成，安装在所述真空盒内部的另一端，并且，在长度方向上与所述聚焦限流装置平行且宽度方向与所述聚焦限流装置形成预定角度的夹角；电源与控制系统，具有阴极电源、与相互连接的聚焦限流装置连接的聚焦限流装置电源、阳极高压电源、用于对各电源进行综合逻辑控制的控制装置；可插拔式高压连接装置，用于将所述阳极和所述阳极高压电源连接，安装在所述真空盒的靠近所述阳极一端的侧面；多个可插拔式阴极电源连接装置，用于连接所述阴极和所述阴极电源，安装在所述真空盒的靠近所述阴极一端的侧面。

在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述阴极还具有：阴极壳体，包围所述阴极灯丝以及所述阴极表面，并且，在与所述阴极表面的中心对应的位置设置有束流开孔，在束流开孔的外沿设置有平面结构，在该平面结构的外沿设置有斜面；阴极屏蔽，在所述阴极壳体的外侧，包围所述阴极壳体的除了设置有束流开孔的面之外其它的面，所述灯丝引线穿过所述阴极壳体以及所述阴极屏蔽被引出到所述可插拔式阴极电源连接装置。

在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述阴极壳体以及所述阴极屏蔽为长方体形状，所述阴极表面以及与所述阴极表面的中心对应的所述束流开孔均为长方形。

在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述阴极壳体以及所述阴极屏蔽为长方体形状，所述阴极表面以及与所述阴极表面的中心对应的所述束流开孔为圆形。

在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述阴极壳体以及所述阴极屏蔽为长方体形状，所述阴极表面为球面圆弧形，所述阴极表面的中心对应的所述束流开孔为圆形。

在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述真空盒由玻璃或陶瓷制成。

在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述真空盒由金属制成，真空盒内壁与所述多个阴极、所述聚焦限流装置、所述阳极保持足够的绝缘距离。

在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述可插拔式高压连接装置内部与所述阳极相连接，外部伸出所述真空盒，与所述真空盒壁紧密连接，一起形成真空密封结构。

在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，每个所述可插拔式阴极电源连接装置在所述真空盒内部与所述阴极的所述灯丝引线相连接，外部伸出所述真空盒，与所述真空盒壁紧密连接，一起形成真空密封结构。

在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，还具有：真空电源，包括在所述电源与控制系统内；真空装置，安装在所述真空盒的侧壁上，利用所述真空电源进行工作，维持所述真空盒内的高真空。

在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，还具有：屏蔽与准直装置，安装在所述真空盒的外侧，在可利用的X射线出口位置开有与所述阳极相对应的长条形开口。

在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述屏蔽与准直装置使用铅材料。

在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述聚焦限流装置包括：电场均衡面，由金属制成并且在其中央具有限流孔；聚焦极，由金属制成且为筒状，其尖端正对所述阴极的束流开孔，所述限流孔的尺寸小于或等于所述聚焦极的中心孔。

在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述多个阴极排列成直线型，并且，所述多个聚焦限流装置也排列成直线型。

在本发明提供的阴控多阴极分布式X射线装置中，所述多个阴极排列成圆弧型，并且，所述多个聚焦限流装置也与所述多个阴极对应地排列成圆弧型，所述阳极为锥面弧形，并且，按照所述阴极、所述聚焦限流装置、所述阳极的顺序相应布置，并且所述阳极的外沿弧线所在的平面是与所述多个阴极所在的第一个平面和所述多个聚焦限流装置所在的第二个平面平行的第三个平面，所述阳极的内沿与所述聚焦限流装置的距离比所述阳极的外沿与所述聚焦限流装置的距离远。

本发明提供一种CT设备，其中，具备如上所述的阴控多阴极分布式X射线装置。

本发明的阴控多阴极分布式X射线装置具有多个独立阴极、多个聚焦限流装置、阳极、真空盒、可插拔式高压连接装置、多个可插拔式阴极电源连接装置、电源及控制系统。其中，阴极、聚焦限流装置、阳极安装在真空盒内，高压连接装置、阴极电源连接装置安装在真空盒壁上，与真空盒一起形成整体密封结构。阴极在阴极灯丝的加热作用下产生电子，通常，聚焦限流装置相对于阴极具有百伏级的负电压，将电子限制在阴极内。控制系统按照所设定控制逻辑，使各个阴极电源依次给各个阴极一个千伏级的负高压脉冲，在接收到负高压脉冲的阴极的内部电子快速飞向聚焦限流装置，被聚焦成小斑点束流，并通过限流孔，进入到聚焦限流装置与阳极之间的高压加速电场区，受到几十到上百千伏的电场加速，获得能量，最终轰击阳极，产生X射线。由于有多个独立阴极阵列排布，所以，电子束流的产生位置以及轰击阳极所产生的X射线也是相应阵列排布的。

在本发明的阴控多阴极分布式X射线装置中，在一个光源设备中产生按某种顺序周期变换焦点位置的X射线。本发明采用热阴极源，相对于其它设计具有发射电流大、寿命长的优点；多个独立阴极排成一个线形阵列，每个阴极独立并且都采用独立的阴极电源进行控制，方便灵活；与每个阴极对应的聚焦限流装置排列成直线且互相连接，处于稳定的小负电压电位，易于控制；阴极与聚焦限流装置间有一定的距离，易于加工生产；采用长条型大阳极的设计，有效缓解了阳极过热的问题，有利于提高光源的功率；阴极可以直线排列，整体成为直线型分布式X射线装置，阴极也可以弧型排列，整体成为弧型分布式X射线装置，应用灵活。相对其它分布式X射线光源设备，本发明电流大、靶点小、靶点位置分布均匀且重复性好，输出功率高，结构简单，控制方便。

将本发明的分布式X射线光源应用于CT设备，无需移动光源就能产生多个视角，因此可以省略滑环运动，有利于简化结构，提高系统稳定性、可靠性，提高检查效率。

附图说明

图1是本发明的阴控多阴极分布式X射线装置的示意图。

图2是本发明中的一种独立阴极的结构的示意图。

图3是本发明中的一种聚焦限流装置的结构的示意图。

图4是本发明中的一种长方形阴极的结构的示意图，（A）为侧面图，（B）为俯视图。

图5是本发明中的采用了长方形阴极的分布式X射线装置的部分侧面的结构的示意图。

图6是本发明实施方式中的阴极、聚焦限流装置与阳极的相对位置关系的概略示意图。

图7是示出圆弧型布置的分布式X射线装置的结构的示意图。

附图标记说明：

1、11、12、13、14、15 阴极

2、21、22、23、24、25 聚焦限流装置

3 阳极

4 真空盒

5 可插拔式高压连接装置

6、61、62、63、64、65 可插拔式阴极电源连接装置

7 电源与控制系统

8 真空装置

9 屏蔽与准直装置

E 电子束流

X X射线

C 阳极与聚焦限流装置所成夹角。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明进行说明。

图1是本发明的阴控多阴极分布式X射线装置的示意图。如图1所示，本发明的阴控多阴极分布式X射线装置具有多个阴极1（至少两个，以后也具体地称为阴极11、12、13、14、15、……）、与多个阴极1相对应的多个聚焦限流装置2（以后也具体地称为聚焦限流装置21、22、23、24、25、……）、阳极3、真空盒4、可插拔式高压连接装置5、多个可插拔式阴极电源连接装置6以及电源与控制系统7。

多个阴极1、多个聚焦限流装置2、阳极3安装在真空盒4的内部，多个阴极1排列在一条直线上，多个聚焦限流装置2的每一个分别与每个阴极1对应，也排列成一条直线，这两条直线彼此平行并且都平行于阳极3的表面，可插拔式高压连接装置5以及可插拔式阴极电源连接装置6安装在真空盒4的盒壁上，与真空盒4构成整体密封结构。

此外，阴极1用于产生电子，安装在真空盒4内部的一端（在此处定义为下端，参见图1）。此外，在图2中示出了阴极1的一种结构，包括：阴极灯丝101；阴极表面102；阴极壳体103；阴极屏蔽104；灯丝引线105。如图2所示，阴极表面102与阴极灯丝101连接在一起，并且它们被阴极壳体103包围，在阴极壳体103的与阴极表面102的中心对应的位置设置有束流开孔，在阴极壳体103的外侧，在除了设置有束流开孔的面之外，其它的面被阴极屏蔽104包围，灯丝引线105从阴极灯丝101的两端引出并且穿过阴极壳体103和阴极屏蔽104。阴极灯丝101通常采用钨丝，阴极表面102通常采用热发射电子能力强的材料，能够采用例如氧化钡、钪酸盐、六硼化镧等。阴极壳体103由金属材料制造，与阴极灯丝101的一端电连接，在阴极壳体103的设置有束流开孔的面，在束流开孔的外沿设计有平面结构，便于束流开孔处以及周围的电场集中，在该平面结构的外沿设置有斜面，便于相邻阴极间的电场平缓过渡。阴极屏蔽104采用绝缘耐高温材料，能够采用例如陶瓷，用于阴极机械强度的保护和相邻阴极间的绝缘，在阴极屏蔽104的底部开设有供两根灯丝引线105通过的两个开孔。但是，供两根灯丝引线105通过的开孔不限于设置在阴极屏蔽104的底部，只要设置在能够使灯丝引线105通过的位置即可。在阴极进行工作时，在阴极电源的作用下，阴极灯丝101将阴极表面102加热到1000～2000℃，阴极表面102产生大量电子，通常阴极壳体103的束流开孔处的电场为负，电子被限制在阴极壳体103内，若电源与控制系统7使阴极电源产生一个负的高压脉冲，通常为负的2kV～10kV，例如负的5kV，则束流开孔处的电场变为正电场，电子从束流开孔发射出去，成为发射电子束流E，发射电流密度可达到几A/cm²。

此外，聚焦限流装置2用于对电子束流进行聚焦并限制其尺寸的大小，安装在真空盒4的内部，靠近阴极1。图3示出单个聚焦限流装置2的一种结构。聚焦限流装置2由聚焦极201、限流孔202和电场均衡面203组成。聚焦限流装置2是全金属结构。聚焦极201由金属制造并且为筒状，此外，其尖端正对阴极1的束流开孔，电场从阴极壳体103的上表面的束流开孔及其周围平面向聚焦限流装置2的聚焦极201的尖端会聚，形成聚焦电场，对从阴极1发射出来的电子束流产生聚焦作用。此外，电场均衡面203由金属制造，限流孔202位于其中央。限流孔202的尺寸小于或等于筒状的聚焦极201的中心孔的尺寸，电子束流通过聚焦极201的中心孔进入聚焦限流装置2，进行短暂的前向漂移运动，到达限流孔202时，边缘的、前向性差的电子被限流孔202周围的限流结构（即，电场均衡面203的除了限流孔202以外的部分）阻挡，因此，只有前向性好、集中在小尺寸范围的电子束流通过限流孔202进入聚焦限流装置2与阳极3之间的高压电场。此处，优选限流孔202的中心轴与聚焦极201的中心轴相同，由此，能够使前向性更好的电子束流通过限流孔202而进入聚焦限流装置2与阳极3之间的高压电场。聚焦限流装置2的与阳极3相对的电场均衡面203是一个平面，在长度方向（即，在图1以及图3中的左右方向）上与阳极3的表面平行，以便在聚焦限流装置2与阳极3之间形成电力线彼此平行并且垂直于阳极3的高压电场。聚焦限流装置2被聚焦限流装置的电源施加一个负电压－V，用于在阴极壳体103的束流开孔处形成反向电场（即，束流开孔处的电场为负），从而限制阴极表面102的热电子飞出阴极壳体103。

此外，如上所述对聚焦限流装置2的结构进行了说明，但是，聚焦限流装置2的结构不限于此，只要能够起到聚焦以及限流的作用，也可以是其它结构，例如，多个聚焦限流装置2的电场均衡面203一体形成，并且，每隔预定的距离形成限流孔202。这样，能够减少制造聚焦限流装置2以及制造X射线装置的工序，并且降低制造成本。

此外，阴极1可以是外方内圆的结构，即，阴极壳体103和阴极屏蔽104为长方体形状，阴极表面102为圆形，阴极壳体103的上表面的束流开孔为圆形。此外，为了使阴极表面102产生的电子实现更好的会聚效果，通常，阴极表面102被加工成球面圆弧形。阴极表面102的直径通常为几mm到十mm，例如直径为4mm，阴极壳体103的束流开孔的直径通常为几mm，例如直径为2mm。对应的聚焦限流装置2的聚焦极201为圆筒形状并且限流孔202也为圆形，通常，聚焦极201的直径与阴极壳体103的束流开孔直径相当，例如，聚焦极201的内孔直径为1.5mm，限流孔202的直径为1mm。从聚焦限流装置2的聚焦极201到限流孔202的距离通常为几mm，例如距离为4mm。

此外，优选的是，阴极是内外长方形结构，即，阴极壳体103、阴极屏蔽104为长方体形状并且阴极表面102以及与阴极表面102的中心对应的束流开孔均为长方形。多个阴极1线性排列的方向为单个阴极的窄边（长方形的宽），垂直于阴极1的排列方向为宽边（长方形的长）。在图4中示出长方形阴极的一种结构，（A）为侧面图，（B）为俯视图。阴极表面102为长方形，优选的是圆柱弧面，这有利于窄边方向的电子束流进一步会聚。通常弧面长度为几mm到十几mm，宽度为几mm，例如弧面长度为10mm、宽度为3mm。关于阴极壳体103的上表面的束流开孔的尺寸，宽度W优选为2mm，长度D优选为8mm。此外，对应的聚焦限流装置2的聚焦极201为长方体筒状并且限流孔202为长方形，并且，多个聚焦限流装置2按照多个阴极1的布置相应线形排列，优选聚焦极201的内孔尺寸为长8mm、宽1.5mm，优选限流孔202的尺寸为长8mm、宽1mm，优选聚焦极201到限流孔202的距离为4mm。

此外，阳极3为长条形金属，安装在真空盒4的内部的另一端（在此处定义为上端，参见图1），在长度方向上与聚焦限流装置2平行，并且，在宽度方向上与聚焦限流装置2形成一个小的夹角。阳极3在长度方向上与聚焦限流装置2完全平行（如图1所示），在阳极3上施加有正的高压电压，通常为几十kV～几百kV，典型的如180kV，从而在阳极3和聚焦限流装置2之间形成平行的高压电场，穿过了限流孔202的电子束流受到高压电场的加速，沿着电场方向运动，最终轰击阳极3，从而产生X射线。此外，优选阳极3采用耐高温的金属钨材料。

此外，在图5中示出采用了长方形阴极1的分布式X射线装置的部分侧面结构（在此处，将图中的左右方向作为宽度方向，将与纸面垂直的方向作为长度方向，长度方向也即阴极1线形排列的方向）。在图6中概略地示出了阴极1、聚焦限流装置2与阳极3之间的相对位置关系，（A）表示宽度方向，（B）表示长度方向。如图5以及图6所示，阳极3的宽度方向与聚焦限流装置2形成一个小的夹角C。电子束流轰击阳极3所产生的X射线在与入射的电子束流成90度角的方向上强度最大，该方向成为射线可利用方向。阳极3相对于聚焦限流装置2倾斜预定的小的角度C，通常为几度至十几度，这样有利于X射线的出射，另一方面，较宽的电子束流（此处，将电子束流的宽度记作T）例如T=8mm的电子束流投射到阳极3上，但是，从X射线的出射方向看，所产生的射线焦点H却较小，例如H=1mm，这相当于缩小了焦点尺寸。

此外，真空盒4是四周密封的空腔壳体，内部为高真空，壳体优选为绝缘材料，例如玻璃或陶瓷等，但也可以是不锈钢等金属材料。并且，真空盒4的盒壁与阴极1、聚焦限流装置2、阳极3保持足够的绝缘距离。在真空盒4的内部，多个阴极1安装在其下端并排列成直线，在中部，靠近阴极1的阵列安装有多个聚焦限流装置2，每个聚焦限流装置2与阴极1的位置对应，同样排列成直线，并且，相邻的聚焦限流装置2的电场均衡面203彼此连接而形成一个平面，在上端安装有长条形的阳极3，并且，在长度方向上，阳极3、聚焦限流装置2、阴极1这三者彼此平行。真空盒4的内部的空间足够电子束流在电场中的运动，不会产生任何阻挡。真空盒4内的高真空是通过在高温排气炉内烘烤排气而获得的，真空度通常优于10^-5Pa。

此外，可插拔式高压连接装置5用于将阳极3和高压电源的电缆连接，安装在真空盒4的靠近阳极3一端的侧面。可插拔式高压连接装置5内部与阳极3连接，外部伸出到真空盒4之外，与真空盒4的盒壁紧密连接，一起形成真空密封结构。

可插拔式阴极电源连接装置6（也将可插拔式阴极电源连接装置61、62、63、64、65……统称为可插拔式阴极电源连接装置6）用于将阴极1和阴极电源连接，安装在真空盒4的靠近阴极1一端的侧面。可插拔式阴极电源连接装置6具有与阴极1相同的数量和排列方式，每一个阴极电源连接装置6在真空盒4内部与阴极1的灯丝引线105相连接，外部到伸出真空盒4之外，与真空盒4的盒壁紧密连接，一起形成真空密封结构。

电源与控制系统7对阴控多阴极分布式X射线装置的各部件提供所需的电源和工作控制。电源与控制系统7包含：用于对阴极1供电的多个阴极电源PS1、PS2、PS3、PS4、PS5、……；用于对聚焦限流装置2供电的聚焦限流装置电源－V.；用于对阳极3供电的阳极高压电源+H.V.；以及控制装置等。控制装置对各电源进行综合逻辑控制，从而控制整个系统的正常工作，并且还能够提供外部控制接口和人机操作界面。典型的，可以通过控制系统编程，对每个阴极电源的输出灯丝电流大小和阴极负高压脉冲大小进行程序设置和负反馈自动调整，实现每个阴极产生的电子束流被加速并打靶后，所产生的X射线强度一致，此外，还可以通过控制系统编程，根据各个阴极电源输出负高压脉冲的顺序，决定每一个阴极的工作时序，可以是单个阴极顺序工作（例如，第1个→第2个→第3个→第4个→第5个→……），也可以是多个间隔阴极顺序工作（例如，（第1、5、9个）→（第2、6、10个）→（第3、7、11个）→……）等多种程序设定方案。此外，关于用于对阴极供电的阴极电源，在上述的方式中是多个（即，多个阴极电源PS1、PS2、PS3、PS4、PS5、……），但是，也可以不是多个而是一个阴极电源分为多路并且分别对各个阴极进行供电。

进而，阴控多阴极分布式X射线装置还可以包括真空装置8。真空装置8安装在真空盒4的侧壁上，在真空电源的作用下进行工作，用于维持真空盒4内的高真空。通常分布式X射线装置在工作时，电子束流轰击阳极3，从而阳极3会发热并释放少量气体，在本发明中，能够使用真空装置8将这部分气体快速抽出，维持真空盒4内部的高真空度。此外，优选真空装置8使用真空离子泵。相应地，阴控多阴极分布式X射线装置的电源与控制系统7还包括用于对真空装置8供电的电源Vacc PS。

进而，阴控多阴极分布式X射线装置还可以包括屏蔽与准直装置9。屏蔽与准直装置9安装在真空盒4的外侧，用于屏蔽不需要的X射线，在可利用的X射线出口位置开设有与阳极3相对应的长条形的开口，在该开口处，沿X射线出射方向设置有用于在长度方向、宽度方向以及图5中的上下方向将X射线限制于所需要应用的范围内的部分（参照图5），此外，优选屏蔽与准直装置9由铅材料制成。

需要特别指出的是，在上述阴控多阴极分布式X射线装置中，多个阴极1可以是直线型排列，但是也可以是圆弧型排列，从而满足不同的应用需求。图7是一种圆弧型阴控多阴极分布式X射线装置的结构的示意图，（A）为立体图，（B）为端面图。按照从上向下的顺序，在第一个平面内多个阴极1布置为圆弧形，对应的多个聚焦限流装置2在与第一个平面平行的第二个平面内布置为圆弧形，并且，在上下位置关系上各个聚焦限流装置2与各个阴极1一一对应。此外，锥面弧形的阳极3布置在聚焦限流装置2的下方，在弧线方向上与第一个平面平行，在径向上与第一个平面形成一个预定的夹角C，夹角C通常为几度到十几度，并且，倾斜方向为阳极内沿向下倾斜（如图7 的（B）所示）。即，阳极3的内沿与聚焦限流装置2的距离比阳极3的外沿与聚焦限流装置2的距离远。电子束流从阴极1发射出来，受到聚焦限流装置2的聚焦和限流后进入聚焦限流装置与阳极之间，受到高压电场加速，轰击阳极3，在阳极3上形成的圆弧形排列的一系列的焦点31、32、33、34、35、……有用X射线的出射方向指向圆弧的圆心。圆弧型分布式X射线装置的出射X射线都指向圆弧的圆心，可以应用于需要射线源圆形排列的场合。

（系统组成）

如图1～图7所示，本发明的阴控多阴极分布式X射线装置具有多个阴极1、多个聚焦限流装置2、阳极3、真空盒4、可插拔式高压连接装置5、多个可插拔式阴极电源连接装置6以及电源与控制系统7，此外，还可以进一步具有真空装置8以及屏蔽与准直装置9。多个阴极1排成线形阵列安装在真空盒4内部的下端，每个阴极1互相独立，多个聚焦限流装置2安装在真空盒4内的中部靠近阴极1的位置，聚焦限流装置2与阴极1一一对应，也排列成线形阵列，所有的聚焦限流装置2相互连接，长条形的阳极3安装在真空盒4内的上端，阴极1的阵列、聚焦限流装置2的阵列、阳极3这三者互相平行。可插拔式高压连接装置5安装在真空盒4上端，其内部与阳极3相连，外部可接高压电缆，多个可插拔式阴极电源连接装置6安装在真空盒4下端，可插拔式阴极电源连接装置6内部与阴极1相连，外部可通过电缆连接到每个阴极电源。真空装置8安装在真空盒4的侧壁上。电源与控制系统7包括多个阴极电源PS1、PS2、PS3、PS4、PS5、……、聚焦限流装置电源－V.、真空电源Vacc PS、阳极高压电源+H.V.、控制装置等多个模块，通过电力电缆和控制电缆分别与多个阴极1、多个聚焦限流装置2、真空装置8、阳极3等部件相连接。

（工作原理）

在阴控多阴极分布式X射线装置中，根据电源与控制系统7的控制，使多个阴极电源PS1、PS2、PS3、PS4、PS5、……、聚焦限流装置电源－V.、真空电源Vacc PS、阳极高压电源+H.V.等按照设定的程序分别开始工作。阴极电源对阴极灯丝101供电，阴极灯丝101将阴极表面102加热到非常高的温度，产生大量热发射电子；聚焦限流装置电源－V.对相互连接的聚焦限流装置2施加200V的负电压，在每个阴极1的束流开孔处形成一个反向电场，限制阴极表面102的热电子飞出阴极壳体103。阳极高压电源+H.V.对阳极3提供160kV的正高压，在聚焦限流装置2的阵列与阳极3之间形成正向的高压电场。时刻1：电源与控制系统7控制阴极电源PS1产生一个2kV的负高压脉冲并将其提供给阴极11，阴极11的整体电压脉冲式跌落，使得阴极11与聚焦限流装置21之间的电场瞬间转变为正向电场，阴极11的阴极壳体内的热电子从束流开孔处发射出来，飞向聚焦限流装置21的聚焦极，热电子在运动过程中受到聚焦作用，变成小尺寸的电子束流，绝大部分进入聚焦极的中心孔，短暂漂移运动后到达限流孔，边缘的、前向性差的电子被限流孔周围的限流结构阻挡，只有集中在小尺寸范围内、一致向前的电子通过限流孔，进入正向的高压电场并被加速而获得能量，最终轰击阳极3，产生X射线，X射线的焦点位置是阴极11的阴极表面102、聚焦限流装置21的聚焦极201、限流孔202这三者的连线在阳极3上的投影，即焦点31。时刻2：与时刻1类似，电源与控制系统7控制阴极电源PS2产生一个2kV的负高压脉冲并将其提供给阴极12，阴极12的整体电压脉冲式跌落，使得阴极12与聚焦限流装置22之间的电场瞬间转变为正向电场，阴极12的阴极壳体内的热电子从束流开孔处发射出来，飞向聚焦限流装置22的聚焦极，热电子在运动过程中受到聚焦作用，变成小尺寸的电子束流，绝大部分进入聚焦极的中心孔，短暂漂移运动后到达限流孔，边缘的、前向性差的电子被限流孔周围的限流结构阻挡，只有集中在小尺寸范围内、一致向前的电子通过限流孔，进入正向的高压电场并且被加速而获得能量，最终轰击阳极3，产生X射线，X射线的焦点位置是阴极12的阴极表面102、聚焦限流装置22的聚焦极201、限流孔202这三者的连线在阳极3上的投影，即焦点32。类似地，在时刻3，阴极13获得脉冲负高压，产生电子束，被聚焦限流装置23聚焦、限流，进入高压电场区被加速，轰击阳极3，产生X射线，焦点位置为33；在时刻4为焦点位置34；在时刻5为焦点位置35；……直到最后一个阴极发射束流，产生最后一个焦点位置，完成一个工作周期。在下一个周期，再重复从焦点位置31、32、33、34、……依次产生X射线。

阳极3受到电子束流轰击时释放的气体被真空装置8实时抽走，使真空盒4内维持高真空，有利于长时间稳定运行。屏蔽与准直装置9屏蔽无用方向上的X射线，让可用方向上的X射线通过，并且将X射线限定在预定的范围内。电源与控制系统7除了控制各电源按设定程序驱动各个部件进行协调工作之外，还能够通过通讯接口和人机界面接收外部命令，对系统的关键参数进行修改和设定，更新程序和进行自动控制调整。

此外，能够将本发明的阴控多阴极分布式X射线装置应用于CT设备，由此，能够得到一种在X射线装置不移动位置的情况下就能产生多个视角的CT设备。

（效果）

本发明提供一种阴控多阴极分布式X射线装置，在一个光源设备中产生按预定顺序周期性变换焦点位置的X射线。本发明采用热阴极源，相对于其它设计具有发射电流大、寿命长的优点；多个独立阴极排成线形阵列，并且，每个阴极都独立并且采用独立的阴极电源进行控制，方便灵活；与每个阴极对应的聚焦限流装置排列成直线并且互相连接，处于稳定的小负电压电位，易于控制；阴极与聚焦限流装置间有较大的距离，易于加工生产；采用长条型大阳极的设计，有效缓解了阳极过热的问题，有利于提高光源的功率；阴极可以直线排列，整体成为直线型分布式X射线装置，阴极也可以弧形排列，整体成为弧型分布式X射线装置，应用灵活。相对于其它分布式X射线光源设备，在本发明中，电流大且靶点小，靶点位置分布均匀且重复性好，输出功率高，结构简单，控制方便。此外，在将本发明的分布式X射线光源应用于CT设备的情况下，无需移动光源就能产生多个视角，因此，可以省略滑环运动，有利于简化结构，提高系统稳定性、可靠性，提高检查效率。

如上所述，对本申请发明进行了说明，但是并不限于此，应该理解为能够在本发明宗旨的范围内进行各种变更。例如，阳极不限于上述实施方式中所使用的阳极，只要能够形成多个靶点位置并且散热优良的阳极都能应用于本发明，此外，阴极也不限于在本发明的实施方式中所应用的阴极结构，只要是能够发射X射线的阴极都能够应用于本发明。

Claims (15)

1.一种阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，具备：

真空盒，四周密封并且内部为高真空；

多个阴极，每个阴极互相独立且排成线形阵列安装在所述真空盒内部的一端，并且，每个阴极具有阴极灯丝、与所述阴极灯丝连接的阴极表面以及从所述阴极灯丝的两端引出的灯丝引线；

多个聚焦限流装置，与所述阴极一一对应地排列成线形阵列安装在所述真空盒内的中部靠近所述阴极的位置，并且，各个聚焦限流装置相互连接；

阳极，由金属构成，安装在所述真空盒内部的另一端，并且，在长度方向上与所述聚焦限流装置平行且宽度方向与所述聚焦限流装置形成预定角度的夹角；

电源与控制系统，具有阴极电源、与相互连接的聚焦限流装置连接的聚焦限流装置电源、阳极高压电源、用于对各电源进行综合逻辑控制的控制装置；

可插拔式高压连接装置，用于将所述阳极和所述阳极高压电源连接，安装在所述真空盒的靠近所述阳极一端的侧面；以及

多个可插拔式阴极电源连接装置，用于连接所述阴极和所述阴极电源，安装在所述真空盒的靠近所述阴极一端的侧面，

所述聚焦限流装置包括：电场均衡面，由金属制成并且在其中央具有限流孔；聚焦极，由金属制成且为筒状，其尖端正对所述阴极的束流开孔，

所述限流孔的尺寸小于或等于所述聚焦极的中心孔。

2.如权利要求1所述的阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，

所述阴极还具有：阴极壳体，包围所述阴极灯丝以及所述阴极表面，并且，在与所述阴极表面的中心对应的位置设置有束流开孔，在束流开孔的外沿设置有平面结构，在该平面结构的外沿设置有斜面；阴极屏蔽，在所述阴极壳体的外侧，包围所述阴极壳体的除了设置有束流开孔的面之外其它的面，

所述灯丝引线穿过所述阴极壳体以及所述阴极屏蔽被引出到所述可插拔式阴极电源连接装置。

3.如权利要求2所述的阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，

所述阴极壳体以及所述阴极屏蔽为长方体形状，所述阴极表面以及与所述阴极表面的中心对应的所述束流开孔均为长方形。

4.如权利要求2所述的阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，

所述阴极壳体以及所述阴极屏蔽为长方体形状，所述阴极表面以及与所述阴极表面的中心对应的所述束流开孔为圆形。

5.如权利要求2所述的阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，

所述阴极壳体以及所述阴极屏蔽为长方体形状，所述阴极表面为球面圆弧形，所述阴极表面的中心对应的所述束流开孔为圆形。

6.如权利要求1或2所述的阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，

所述真空盒由玻璃或陶瓷制成。

7.如权利要求1或2所述的阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，

所述真空盒由金属材料制成。

8.如权利要求1或2所述的阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，

所述可插拔式高压连接装置内部与所述阳极相连接，外部伸出所述真空盒，与所述真空盒壁紧密连接，一起形成真空密封结构。

9.如权利要求1或2所述的阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，

每个所述可插拔式阴极电源连接装置在所述真空盒内部与所述阴极的所述灯丝引线相连接，外部伸出所述真空盒，与所述真空盒壁紧密连接，一起形成真空密封结构。

10.如权利要求1或2所述的阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，

还具有：真空电源，包括在所述电源与控制系统内；真空装置，安装在所述真空盒的侧壁上，利用所述真空电源进行工作，维持所述真空盒内的高真空。

11.如权利要求1或2所述的阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，

还具有：屏蔽与准直装置，安装在所述真空盒的外侧，在可利用的X射线出口位置开有与所述阳极相对应的长条形开口。

12.如权利要求11所述的阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，

所述屏蔽与准直装置使用铅材料。

13.如权利要求1或2所述的阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，

所述多个阴极排列成直线型，并且，所述多个聚焦限流装置也对应地排列成直线型。

14.如权利要求1或2所述的阴控多阴极分布式X射线装置，其特征在于，

所述多个阴极排列成圆弧型，并且，所述多个聚焦限流装置也与所述多个阴极对应地排列成圆弧型，

所述阳极为锥面弧形，并且，所述阴极、所述聚焦限流装置与所述阳极依次布置，并且所述阳极的外沿弧线所在的平面是与所述多个阴极所在的第一个平面和所述多个聚焦限流装置所在的第二个平面平行的第三个平面，所述阳极的内沿与所述聚焦限流装置的距离比所述阳极的外沿与所述聚焦限流装置的距离远。

15.一种CT设备，其特征在于，

具备权利要求1～14的任意一项所述的阴控多阴极分布式X射线装置。