CN104470177B - X射线装置及具有该x射线装置的ct设备 - Google Patents

Abstract

本发明的二维阵列分布式X射线装置具备：真空盒，四周密封并且内部为高真空；多个电子发射单元，在真空盒的盒壁上以二维排列的方式布置在一个平面上；阳极，具有与多个电子发射单元对应的靶子，在真空盒内以与多个电子发射单元所在的平面平行的方式配置；电源与控制系统，具有与阳极连接的高压电源、与多个电子发射单元的每一个连接的灯丝电源、与多个电子发射单元的每一个连接的栅极控制装置、用于对各电源进行控制的控制系统，阳极包括：阳极板，由金属材料制成并且与电子发射单元的上表面平行；多个靶子，安装在阳极板上并且以分别与电子发射单元的位置对应的方式布置，靶子的底面与阳极板连接并且顶面与阳极板形成预定的角度。

Description

X射线装置及具有该X射线装置的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二维布置多个独立电子发射单元以及在阳极上布置多个对应的靶子并且通过阴极控制或者栅极控制来产生按照预定顺序变换焦点位置的X射线的二维阵列分布式X射线以及具有该X射线装置的CT设备。

背景技术

一般地，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，加热到高温状态，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、多视角并且高分辨率的立体成像设备，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。

在现有的CT设备中，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，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。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。

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（立体分辨率）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、提高检查效率的二维阵列分布式X射线装置及具有该装置的CT设备。

本发明提供一种二维阵列分布式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；多个电子发射单元，在所述真空盒的盒壁上以二维排列的方式布置在一个平面上；阳极，在所述真空盒内以与所述多个电子发射单元所在的平面平行的方式配置；电源与控制系统，具有与所述阳极连接的高压电源、与所述多个电子发射单元的每一个连接的灯丝电源、与所述多个电子发射单元的每一个连接的栅极控制装置、用于对各电源进行控制的控制系统，所述阳极包括：阳极板，由金属材料制成并且与所述电子发射单元的上表面平行；多个靶子，安装在所述阳极板上并且以分别与所述电子发射单元的位置对应的方式布置，所述靶子的底面与所述阳极板连接并且顶面与所述阳极板形成预定的角度。

在本发明的二维阵列分布式X射线装置中，所述靶子是圆形锥台结构、方台结构、多棱台结构或者其它多边形凸起、或者其它不规则凸起。

在本发明的二维阵列分布式X射线装置中，所述靶子是圆形柱台结构、方形柱台结构、或者其它多边形柱台结构。

在本发明的二维阵列分布式X射线装置中，所述靶子是球面结构。

在本发明的二维阵列分布式X射线装置中，所述靶子的顶面是平面、斜面、球面或者其它不规则的表面。

在本发明的二维阵列分布式X射线装置中，所述电子发射单元具有：灯丝；与所述灯丝连接的阴极；具有开口并且包围所述灯丝和所述阴极的绝缘支撑件；从所述灯丝的两端引出的灯丝引线；栅极，以与所述阴极对置的方式配置在所述阴极的上方；连接固定件，与所述绝缘支撑件连接，将所述电子发射单元安装在所述真空盒的壁上，形成真空密封连接，所述栅极具有：栅极架，由金属制成并且在中间形成有开孔；栅网，由金属制成并且固定在所述栅极架的所述开孔的位置；栅极引线，从所述栅极架引出，所述灯丝引线与所述栅极引线穿过所述绝缘支撑件引出到电子发射单元外部，所述灯丝引线与所述灯丝电源连接，所述栅极引线与所述栅极控制装置连接。

在本发明的二维阵列分布式X射线装置中，所述连接固定件连接在所述绝缘支撑件的下端外沿，所述电子发射单元的阴极端位于所述真空盒内，所述电子发射单元的引线端位于所述真空盒外。

在本发明的二维阵列分布式X射线装置中，所述连接固定件连接在所述绝缘支撑件的上端，所述电子发射单元整体位于所述真空盒外。

在本发明的二维阵列分布式X射线装置中，所述电子发射单元包括：平板栅极，由绝缘骨架板、栅板、栅网、栅极引线构成；阴极阵列，由多个阴极结构紧密排列构成，每个阴极结构由灯丝、与所述灯丝连接的阴极、从所述灯丝的两端引出的灯丝引线、包围所述灯丝以及所述阴极的绝缘支撑件构成，所述栅板设置于所述绝缘骨架板，并且，所述栅网设置于在所述栅板上形成的开孔的位置，所述栅极引线从所述栅板引出，所述平板栅极位于所述阴极阵列的上方，在垂直方向上，所述各个栅网的圆中心分别与所述阴极阵列的各个阴极的圆中心两两重合，所述平板栅极与所述阴极阵列位于所述真空盒内，所述灯丝引线和所述栅极引线分别通过设置在所述真空盒的盒壁上的灯丝引线过渡端子和栅极引线过渡端子引出到所述真空盒外。

在本发明的二维阵列分布式X射线装置中，所述真空盒由玻璃或陶瓷制成。

在本发明的二维阵列分布式X射线装置中，所述真空盒由金属材料制成。

在本发明的二维阵列分布式X射线装置中，还具有：高压电源连接装置，将所述阳极和所述高压电源的电缆连接，安装在所述真空盒的靠近所述阳极的一端的侧壁；灯丝电源连接装置，用于连接所述灯丝和所述灯丝电源；栅极控制装置连接装置，用于将所述电子发射单元的所述栅极和所述栅极控制装置连接。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。

在本发明的二维阵列分布式X射线装置中，所述多个电子发射单元的二维阵列排布在两个方向上均按直线伸展。

在本发明的二维阵列分布式X射线装置中，所述多个电子发射单元的二维阵列排布在一个方向上按直线伸展，在另一个方向上按弧线伸展。

在本发明的二维阵列分布式X射线装置中，所述栅极控制装置包括控制器、负高压模块、正高压模块以及多个高压开关元件，所述多个高压开关元件的每一个至少包括一个控制端、两个输入端、一个输出端，各端点之间的耐压至少大于所述负高压模块和所述正高压模块所构成的最大电压，所述负高压模块向所述多个高压开关元件的每一个的一个输入端提供稳定的负高压，所述正高压模块向所述多个高压开关元件的每一个的另一个输入端提供稳定的正高压，所述控制器对所述多个高压开关元件的每一个进行独立控制，所述栅极控制装置还具有多个控制信号输出通道，一个所述高压开关元件的输出端与所述控制信号输出通道中的一个连接。

本发明提供一种CT设备，其特征在于，所使用的X射线源是如上所述的二维阵列分布式X射线装置。

根据本发明，提供一种二维阵列分布式X射线装置，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。本发明中的电子发射单元采用热阴极，具有发射电流大、寿命长的优点；通过栅极控制或者阴极控制来控制各个电子发射单元的工作状态，方便灵活；采用大阳极板及靶子的设计，缓解了阳极过热问题，形成靶点聚焦效果，并降低了成本；电子发射单元和对应靶子采用二维阵列排布，X射线平行于阵列平面引出，从射线出射方向看，缩小了靶点分布间距，提高了靶点密度；电子发射单元可以平面二维排布，也可以是弧面二维排布，整体成为直线型分布式X射线装置或环型分布式X射线装置，应用灵活。

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是本发明的二维分布式X射线装置内部的主要结构的示意图。

图2是本发明中的一种二维分布式X射线装置的阳极结构的仰视图。

图3是本发明中的一种电子发射单元的结构的示意图。

图4是本发明中的另一种电子发射单元的结构的示意图。

图5是本发明中的一种二维分布式X射线装置的结构图。

图6是本发明中的栅极控制装置的结构示意图。

图7是本发明中的栅极与阴极分离的电子发射单元阵列的示意图，（A）是侧视图，（B）是各个栅极独立控制模式的俯视图，（C）是各个栅极互连并且阴极控制模式的俯视图。

图8是本发明中的灯丝串联的分布式X射线装置。

图9是本发明中的一种圆弧型二维分布式X射线装置的内部电子发射单元与阳极的布置示意图。

附图标记说明：

101 灯丝

102 阴极

103 栅极

104 绝缘支撑件

105 灯丝引线

106 栅极架

107 栅网

108 栅极引线

109 连接固定件

201 阳极板

202 靶子

E 电子束流

X X射线

1 电子发射单元

2 阳极

3 真空盒

4 高压电源连接装置

5 灯丝电源连接装置

6 栅极控制装置连接装置

7 电源与控制系统

8 真空装置

9 平板栅极

901 绝缘骨架板

902 栅板

903 栅网

904 栅极引线

10 阴极阵列

1001 灯丝

1002 阴极

1004 绝缘支撑件

1005 灯丝引线

1006 灯丝引线过渡端子

1007 栅极引线过渡端子。

具体实施方式

以下，参照附图详细对本发明进行说明。

如图1～图6所示，本发明的二维阵列分布式X射线装置由多个电子发射单元1（至少四个，以后也具体地称为电子发射单元11a、12a、13a、14a、……、电子发射单元11b、12b、13b、14b、……）、阳极2、真空盒3、高压电源连接装置4、灯丝电源连接装置5、栅极控制装置连接装置6、真空装置8以及电源与控制系统7组成，其中，电子发射单元1由灯丝101、阴极102、栅极103等组成，阳极2由阳极板201和安装在阳极板201上并且与电子发射单元1对应排列的多个靶子202组成。多个电子发射单元1以二维排列的方式配置在一个平面上，并且与阳极板201所在的平面互相平行。电子发射单元1、高压电源连接装置4、真空装置8安装在真空盒3的盒壁上并且与真空盒3构成整体密封结构，阳极2安装在真空盒内。

在图1中示出了一种二维阵列分布式X射线装置内部的电子发射单元1和阳极2的空间布置的结构示意图。电子发射单元1分成两排布置在一个平面上，并且，前后排的电子发射单元1交错排列（参见图1），但是并不限于此，即便前后排的电子发射单元不彼此交错也可以。阳极2布置在电子发射单元1的上方，阳极2上的靶子202与电子发射单元1一一对应，靶子202的顶面指向电子发射单元1，电子发射单元1的中心与靶子202的中心的连线垂直于阳极板201的平面，此连线也是电子发射单元1所发射的电子束流E的运动路径。电子轰击靶子产生X射线，有用的X射线的出射方向平行于阳极板201的平面，并且，各有用的X射线互相平行。

在图2中示出了一种阳极2的结构。阳极2包括：阳极板201；二维阵列分布的多个靶子202。阳极板201为平板，由金属材料制成，并且优选是耐高温的金属材料，与电子发射单元1的上表面即栅极103的表面所构成的平面完全平行，当在阳极2上施加有正的高压时，通常为几十kV到几百kV，典型的例如180kV，从而在阳极板201和电子发射单元1之间形成平行的高压电场。靶子202安装在阳极板201上，其位置以分别与电子发射单元1的位置对应的方式布置，靶子202的表面通常使用耐高温的重金属材料，例如钨或者钨合金。靶子202为圆形锥台结构，高度通常为几mm，例如3mm，直径较大的底面与阳极板201连接，顶面的直径较小，通常为几mm，例如2mm，顶面不与阳极板201平行，通常有一个几度至十几度的小的夹角，便于电子打靶所产生的有用X射线发射出来。所有的靶子202以顶面倾斜方向一致的方式进行布置，也即所有的有用X射线的出射方向一致。靶子的这种结构设计，相当于在阳极板201上长出的小突起，改变了阳极板201的表面的局部电场分布，使得电子束在轰击靶子前具有自动聚焦的效果，使得靶点变小，有利于提高图像质量。在阳极的设计中，阳极板201使用普通金属，只有靶子202的表面为钨或者钨合金，因此降低了成本。

在图3中示出了一种电子发射单元1的具体结构。电子发射单元1包括灯丝101、阴极102、栅极103、绝缘支撑件104、灯丝引线105、连接固定件109，并且，栅极103由栅极架106、栅网107和栅极引线108组成。在图3中，灯丝101、阴极102、栅极103等所处的位置定义为电子发射单元1的阴极端，连接固定件109所处的位置定义为电子发射单元1的引线端。阴极102与灯丝101连接在一起，灯丝101通常采用钨丝，阴极102通常采用热发射电子能力强的材料，如氧化钡、钪酸盐、六硼化镧等。绝缘支撑件104包围灯丝101和阴极102，相当于电子发射单元1的壳体，采用绝缘材料，通常为陶瓷。灯丝引线105与栅极引线108穿过绝缘支撑件104而被从电子发射单元1的引线端引出，灯丝引线105及栅极引线108与绝缘支撑件104之间是真空密封的结构。栅极103安装在绝缘支撑件104的上端（即，配置在绝缘支撑件104的开口上）并且与阴极102对置，栅极103与阴极102的中心上下对齐，栅极103包括栅极架106、栅网107、栅极引线108，栅极架106、栅网107、栅极引线108均为金属制成，通常栅极架106为不锈钢材料，栅网107为钼材料，栅极引线108为不锈钢材料或者可伐材料。

此外，具体地，关于栅极103的结构，其主体是一块金属板（例如，不锈钢材料）即栅极架106，在栅极架106的中间形成有开孔，该开孔的形状可以是方形或圆形等，在该开孔的位置固定有金属丝网（例如，钼材料）即栅网107，并且，从金属板的某个位置引出一根引线（例如，不锈钢材料）即栅极引线108，能够将栅极103连接到一个电位。此外，栅极103位于阴极102的正上方，栅极的上述开孔的中心与阴极102的中心对准（即，上下在一条垂线上），开孔的形状与阴极102的形状相对应，但是开孔的大小比阴极102的面积小。但是，只要是电子束流能够通过栅极103，栅极103的结构并不限于上述结构。此外，栅极103与阴极102之间通过绝缘支撑件104进行相对位置固定。

此外，具体地，关于连接固定件109的结构，推荐的，其主体是一个圆形刀口法兰，中间形成有开孔，该开孔的形状可以是方形或圆形等，在开孔的位置与绝缘支撑件104的下端外沿密封连接，如焊接连接，刀口法兰的外沿形成有螺钉孔，可以通过螺栓连接将电子发射单元1固定在真空盒3的盒壁上，其刀口与真空盒3的盒壁之间形成真空密封连接。这是一种方便拆卸的灵活结构，当多个电子发射单元1中的某一个发生故障时，可以灵活更换。需要指出的是，连接固定件109的功能是实现绝缘支撑件104与真空盒3之间的密封连接，可以有多种灵活的方式，如通过金属法兰过渡的焊接，或者玻璃高温熔融密封连接，或者陶瓷金属化后与金属的焊接等方式。

在图4中示出了另一种电子发射单元1的具体结构。电子发射单元1包括灯丝101、阴极102、栅极103、绝缘支撑件104、灯丝引线105、栅极引线108和连接固定件109。阴极102与灯丝101连接在一起，栅极103位于阴极102的正上方，外形与阴极102相同，贴近阴极102的上表面，绝缘支撑件104包围灯丝101和阴极102，从灯丝101两端引出的灯丝引线105与从栅极103引出的栅极引线108穿过绝缘支撑件104而被引出到电子发射单元1的外部，灯丝引线105及栅极引线108与绝缘支撑件104之间是真空密封的结构。

在图5中示出了一种二维阵列分布式X射线装置的整体结构。真空盒3是四周密封的空腔壳体，内部为高真空；电子发射单元1用于按要求产生电子束流，安装在真空盒3的盒壁上；阳极2用于形成平行高压加速电场和产生X射线，安装在真空盒3的内部；高压电源连接装置4用于连接阳极2和高压电源702的电缆，安装在真空盒3的靠近阳极2的一端的侧壁上；灯丝电源连接装置5用于连接灯丝引线105和灯丝电源704，灯丝电源连接装置5通常是多根两端带接头的多芯电缆；栅极控制装置连接装置6用于连接电子发射单元1的栅极引线108和栅极控制装置703，栅极控制装置连接装置6通常是多根两端带接头的同轴电缆。此外，本发明的二维阵列分布式X射线装置还可以包括真空装置8，真空装置8在真空电源705的作用下进行工作，用于维持真空盒3内的高真空，安装在真空盒3的侧壁上。

此外，电源与控制系统7包括控制系统701、高压电源702、栅极控制装置703、灯丝电源704、真空电源705等。高压电源702通过真空盒3的盒壁上的高压电源连接装置4与阳极2相连接。栅极控制装置703通过栅极控制装置连接装置6分别与各个栅极引线108连接，通常具有与电子发射单元1的数量相同数量的独立的栅极引线108，栅极控制装置703的输出路数与栅极引线108的数量相同。灯丝电源704通过灯丝电源连接装置5分别与各个灯丝引线105连接，通常具有与电子发射单元1的数量相同数量组的独立的灯丝引线105（即，如上所述那样，每一个电子发射单元都具有一组灯丝引线，2条，分别连接于灯丝的两端），灯丝电源704具有与灯丝引线105相同数量的输出回路。真空电源705与真空装置8连接。控制系统701对高压电源702、栅极控制装置703、灯丝电源704、真空电源705等的工作状态进行控制和综合管理。

此外，如图6所示，栅极控制装置703包括控制器70301、负高压模块70302、正高压模块70303、多个高压开关元件switch1、switch2、switch3、switch4、…。多个高压开关元件的每一个至少包含一个控制端（C）、两个输入端（In1与In2）、一个输出端（Out），各端点之间的耐压最少要大于负高压模块70302和正高压模块70303所构成的最大电压（即，如果负高压输出－500V并且正高压输出+2000V，那么各端点间的耐压至少要大于2500V）。控制器70301具有多路独立输出，每一路连接到一个高压开关元件的控制端。负高压模块70302提供一个稳定的负高压，通常为负几百伏，范围可以是0V至－10kV，推荐的为－500V，该负高压连接到各个高压开关元件的一个输入端，此外，正高压模块70303提供一个稳定的正高压，通常为正几千伏，范围可以是0V至+10kV，推荐的为+2000V，该正高压连接到各个高压开关元件的另一个输入端。各高压开关元件的输出端分别连接到控制信号输出通道channel1a、channel1b、channel2a、channel2b、channel3a、channel3b、…而汇合成多路控制信号进行输出。控制器70301控制各高压开关元件的工作状态，使得各输出通道的控制信号为负高压或者正高压。

此外，电源与控制系统7能够在不同的使用条件下对灯丝电源704的各个输出回路的电流大小进行调节，从而调节各灯丝101给阴极102的加热温度，用来改变各电子发射单元1的发射电流大小，最终调节各次X射线发射的强度。此外，也可以调节栅极控制装置703的各个输出通道的正高压控制信号的强度，从而改变各电子发射单元1的发射电流大小，最终调节各次X射线发射的强度。此外，也可以对各电子发射单元1的工作时序和组合工作模式进行编程灵活控制。

需要特别指出的是，在本发明的二维分布式X射线装置中，电子发射单元可以是栅极和阴极分离的结构。在图7中示出了一种栅极和阴极分离的电子发射单元阵列。在图7中，平板栅极9由绝缘骨架板901、栅板902、栅网903、栅极引线904组成。如图所示，栅板902设置于绝缘骨架板901，并且，栅网903设置于在栅板902上形成的开孔的位置，栅极引线904从栅板902引出。阴极阵列10由多个阴极结构紧密排列组成，每个阴极结构由灯丝1001、阴极1002、绝缘支撑件1004构成。平板栅极9处于阴极阵列10的上方并且这二者的距离很小，通常为几mm，例如3mm。由栅板902、栅网903、栅极引线904构成的栅极结构与阴极结构一一对应，并且，从垂直方向观察，各个栅网903的圆中心与各个阴极1002的圆中心两两重合。平板栅极9与阴极阵列10处于真空盒3内，灯丝引线1005和栅极引线904通过设置在真空盒3的盒壁上的灯丝引线过渡端子1006和栅极引线过渡端子1007引出到真空盒的外部。

此外，如图7（B）所示，在本发明中，栅极结构可以是各个栅极引线独立引出并且由栅极控制装置独立进行状态控制的结构。阴极阵列10的各个阴极1002可以处于相同电位例如接地，每一个栅极在负几百伏与正几千伏两个状态切换，例如在－500V和+2000V之间切换，从而控制各个电子发射单元的工作状态，例如，某个栅极在某时刻为－500V，则该栅极与对应的阴极之间的电场为负电场，从阴极发射的电子被限制在阴极的表面，在下一时刻栅极电压变为+2000V时，该栅极与对应阴极之间的电场变为正电场，从阴极发射的电子向栅极运动并且穿过栅网，发射到栅极与阳极之间的加速电场中，获得加速并且最终轰击阳极，在对应的靶子位置产生X射线。

此外，如图7（C）所示，栅极也可以是各个栅极引线并联，处于同一电位，由灯丝电源来控制各个电子发射单元的工作状态。例如所有的栅极处于－500V，各个阴极灯丝独立引出，每个阴极灯丝的两个端点之间的电压差恒定，每个阴极的整体电压在0V与－2500V两个状态之间切换。在某时刻，阴极处于0V电位，栅极与阴极之间为负电场，从阴极发射的电子被限制在阴极的表面，在下一时刻，阴极的电压变为－2500V，栅极与对应阴极之间的电场变为正电场，从阴极发射的电子向栅极运动并且穿过栅网，发射到栅极与阳极之间的加速电场中，获得加速并且最终轰击靶子，在对应的靶子位置产生X射线。

需要特别指出的是，在本发明的二维分布式X射线装置中，各电子发射单元的灯丝引线可以是各自独立连接到灯丝电源的各个输出端，也可以是串联连接之后整体连接到灯丝电源的一个输出端。在图8中示出一种电子发射单元的灯丝引线串联连接到灯丝电源的示意图。在电子发射单元的灯丝引线串联连接的系统中，通常阴极都处于相同的电位，各个栅极引线需要独立引出，通过栅极控制装置来控制电子发射单元的工作状态。

需要特别指出的是，在本发明的二维分布式X射线装置中，电子发射单元可以是直线型排列也可以是圆弧型排列，以满足不同的应用需求。在图9中示出了一种圆弧型二维分布式X射线装置的电子发射单元和阳极的布置效果图。多个电子发射单元1在一个平面上按圆周内外圈进行布置，布置的弧度大小可以是整个圆周或者一段弧长，可以按要求灵活布置。阳极2布置在电子发射单元1的上方，阳极2所在的平面与电子发射单元1的布置平面互相平行，阳极2上的靶子202与电子发射单元1的位置一一对应，靶子202的顶面倾角均统一指向圆形阵列的圆心。电子束流从电子发射单元1的上表面发射出来，受到阳极2与电子发射单元1之间的高压电场加速，轰击阳极2上的靶子202，在阳极2上形成圆弧形排列的阵列X射线靶点，有用的X射线的出射方向都指向圆弧的圆心。关于圆弧型二维分布式X射线装置的真空盒，与其内部的电子发射单元1的布置和阳极2的形状对应也是一种环型结构，长度可以是一周或者一段。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。

需要特别指出的是，在本发明的二维分布式X射线装置中，电子发射单元的阵列可以是二排也可以是多排。

此外，需要特别指出的是，在本发明的二维分布式X射线装置中，阳极的靶子可以是圆形锥台结构，也可以是圆柱结构，可以方台结构，还可以是多棱台结构，或者其它多边形凸起，或者其它不规则凸起等结构。

此外，需要特别指出的是，在本发明的二维分布式X射线装置中，阳极的靶子的顶面可以是平面，也可以是斜面、还可以是球面、或者其它不规则的表面。

此外，需要特别指出的是，在本发明的二维分布式X射线装置中，电子发射单元的二维阵列排布可以是两个方向均为直线伸展，也可以是一个方向为直线伸展而另一个方向为弧线伸展，也可以是一个方向为直线伸展而另一个方向为分段直线伸展，还可以是一个方向为直线伸展而另一个方向为分段弧形伸展等多种组合形式。

此外，需要特别指出的是，在本发明的二维分布式X射线装置中，电子发射单元的二维阵列排布可以是两个方向间隔均匀一致的，可以是每个方向间隔均匀而两个方向间隔不一致的，也可以是一个方向间隔均匀而另一个方向间隔不均匀的，还可以是两个方向的间隔都不均匀的。

实施例

（系统组成）

如图1～图6所示，二维分布式X射线装置由多个电子发射单元1、阳极2、真空盒3、高压电源连接装置4、灯丝电源连接装置5、栅极控制装置连接装置6、真空装置8、以及电源与控制系统7组成。多个电子发射单元1以二维排列的方式布置在一个平面上，并且，安装在真空盒3的盒壁上，每个电子发射单元1互相独立，长条形的阳极2处于电子发射单元1的上方，安装在真空盒3内的上端，与电子发射单元1所在的平面互相平行。电子发射单元1包括灯丝101、阴极102、栅极103、绝缘支撑件104、灯丝引线105和连接固定件109，并且，栅极103由栅极架106、栅网107和栅极引线108组成。此外，阳极2由阳极板201和靶子202组成。靶子202安装在阳极板201上，其位置以分别与电子发射单元1的位置对应的方式布置，所有的靶子202顶面的倾斜方向一致并且是有用的X射线的出射方向。高压电源连接装置4安装在真空盒3的靠近阳极2的一端，内部与阳极2相连接，外部连接于高压电源702，灯丝电源连接装置5将每一个电子发射单元1的灯丝引线105连接到灯丝电源704。灯丝电源连接装置5为多根两端带有连接头的两芯电缆。栅极控制装置连接装置6将各电子发射单元1的栅极引线108连接到栅极控制装置703。栅极控制装置连接装置6为多根两端带有连接头的高压同轴电缆。真空装置8安装在真空盒3的侧壁上。电源与控制系统7包括控制系统701、高压电源702、栅极控制装置703、灯丝电源704、真空电源705等多个模块，通过电力电缆和控制电缆与系统的多个电子发射单元1的灯丝101、栅极103、以及阳极2、真空装置8等部件相连接。

（工作原理）

在本发明的二维分布式X射线装置中，电源与控制系统7对灯丝电源704、栅极控制装置703以及高压电源702进行控制。在灯丝电源704的作用下，灯丝101将阴极102加热到1000~2000℃，阴极102在表面产生大量电子，栅极控制装置703使各个栅极103处于负电压，例如－500V，在各个电子发射单元1的栅极103与阴极102之间形成负电场，电子被限制在阴极102的表面，高压电源702使阳极2处于非常高的正高压，例如+180kV，在电子发射单元1与阳极2之间形成正的加速电场。在需要产生X射线时，电源与控制系统7按照指令或者设定程序使栅极控制装置703的某一路输出由负电压切换为正电压，并且，按时序变换各路输出信号，例如，在时刻1，栅极控制装置703的输出通道channel1a由－500V变为+2000V，在对应的电子发射单元11a内，栅极103与阴极102之间的电场变为正电场，电子从阴极102的表面向栅极103运动，透过栅网107进入到电子发射单元11a与阳极2之间的正向电场，获得加速，变为高能量，最终轰击靶子21a，在靶子21a位置产生X射线发射；在时刻2，栅极控制装置703的输出通道channel1b由－500V变为+2000V，对应的电子发射单元11b发射电子，轰击靶子21b，并在靶子21b位置产生X射线发射；在时刻3，栅极控制装置703的输出通道channel2a由－500V变为+2000V，对应的电子发射单元12a发射电子，轰击靶子22a，并在靶子22a位置产生X射线发射；在时刻4，栅极控制装置703的输出通道channel2b由－500V变为+2000V，对应的电子发射单元12b发射电子，轰击靶子22b，并在靶子22b位置产生X射线发射；依次类推，然后靶子23a产生X射线，然后靶点23b产生X射线……，循环往复。因此，电源与控制系统7利用栅极控制装置703使各个电子发射单元1按照预定时序交替进行工作而发射电子束，并且，在不同的靶子位置交替产生X射线，成为分布式X射线源。

靶子202受到电子束流轰击时释放的气体被真空装置8实时抽走，在真空盒3的内部维持高真空，有利于长时间稳定运行。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协调工作，同时可以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，通过将本发明的二维阵列分布式X射线光源应用于CT设备，从而能够得到系统稳定性及可靠性好并且检查效率高的CT设备。

（有益效果）

本发明主要是提供一种二维阵列分布式X射线装置，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。本发明中的电子发射单元采用热阴极，具有发射电流大、寿命长的优点；通过栅极控制或者阴极控制来控制各个电子发射单元的工作状态，方便灵活；采用大阳极板及靶子的设计，缓解了阳极过热问题，形成靶点聚焦效果，并降低了成本；电子发射单元和对应靶子采用二维阵列排布，X射线平行于阵列平面引出，从射线出射方向看，缩小了靶点分布间距，提高了靶点密度；电子发射单元可以平面二维排布，也可以是弧面二维排布，整体成为直线型分布式X射线装置或环型分布式X射线装置，应用灵活。

此外，将本发明的二维阵列分布式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。

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。

Claims (14)

1.一种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；

多个电子发射单元，在所述真空盒的盒壁上以二维排列的方式布置在一个平面上；

阳极，在所述真空盒内以与所述多个电子发射单元所在的平面平行的方式配置；

电源与控制系统，具有与所述阳极连接的高压电源、与所述多个电子发射单元的每一个连接的灯丝电源、与所述多个电子发射单元的每一个连接的栅极控制装置以及用于对各电源进行控制的控制系统，

所述阳极包括：阳极板，由金属材料制成并且与所述电子发射单元的上表面平行；多个靶子，安装在所述阳极板上并且以分别与所述电子发射单元的位置对应的方式布置，

所述靶子的底面与所述阳极板连接并且顶面与所述阳极板形成预定的角度。

2.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，

所述靶子是圆形锥台结构、方台结构、多棱台结构或者其它多边形凸起、或者其它不规则凸起。

3.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，

所述靶子是圆形柱台结构、方形柱台结构、或者其它多边形柱台结构。

4.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，

所述靶子是球面结构。

5.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，

所述靶子的顶面是平面、斜面、球面或者其它不规则的表面。

6.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，

所述电子发射单元具有：灯丝；与所述灯丝连接的阴极；具有开口并且包围所述灯丝和所述阴极的绝缘支撑件；从所述灯丝的两端引出的灯丝引线；栅极，以与所述阴极对置的方式配置在所述阴极的上方；连接固定件，与所述绝缘支撑件连接，将所述电子发射单元安装在所述真空盒的壁上，形成真空密封连接，

所述栅极具有：栅极架，由金属制成并且在中间形成有开孔；栅网，由金属制成并且固定在所述栅极架的所述开孔的位置；栅极引线，从所述栅极架引出，

所述灯丝引线与所述栅极引线穿过所述绝缘支撑件引出到电子发射单元外部，所述灯丝引线与所述灯丝电源连接，所述栅极引线与所述栅极控制装置连接。

7.如权利要求6所述的X射线装置，其特征在于，

所述连接固定件连接在所述绝缘支撑件的下端外沿，所述电子发射单元的阴极端位于所述真空盒内，所述电子发射单元的引线端位于所述真空盒外。

8.如权利要求6所述的X射线装置，其特征在于，

所述连接固定件连接在所述绝缘支撑件的上端，所述电子发射单元整体位于所述真空盒外。

9.如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，

所述电子发射单元包括：平板栅极，由绝缘骨架板、栅板、栅网、栅极引线构成；阴极阵列，由多个阴极结构紧密排列构成，每个阴极结构由灯丝、与所述灯丝连接的阴极、从所述灯丝的两端引出的灯丝引线、包围所述灯丝以及所述阴极的绝缘支撑件构成，

所述栅板设置于所述绝缘骨架板，并且，所述栅网设置于在所述栅板上形成的开孔的位置，所述栅极引线从所述栅板引出，

所述平板栅极位于所述阴极阵列的上方，在垂直方向上，所述栅网的中心与所述阴极的中心两两重合，

所述平板栅极与所述阴极阵列位于所述真空盒内，所述灯丝引线和所述栅极引线分别通过设置在所述真空盒的盒壁上的灯丝引线过渡端子和栅极引线过渡端子引出到所述真空盒外。

10.如权利要求6~9的任一项所述的X射线装置，其特征在于，

还具有：高压电源连接装置，将所述阳极和所述高压电源的电缆连接，安装在所述真空盒的靠近所述阳极的一端的侧壁；灯丝电源连接装置，用于连接所述灯丝和所述灯丝电源；栅极控制装置连接装置，用于将所述电子发射单元的所述栅极和所述栅极控制装置连接；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1~9的任一项所述的X射线装置，其特征在于，

所述多个电子发射单元排列的阵列在两个方向上均为直线、或者一个方向为直线另一个方向为分段直线。

12.如权利要求1~9的任一项所述的X射线装置，其特征在于，

所述多个电子发射单元排列的阵列在一个方向上为直线并且在另一个方向上为弧线或者分段弧线。

13.如权利要求1~9的任一项所述的X射线装置，其特征在于，

所述栅极控制装置包括控制器、负高压模块、正高压模块以及多个高压开关元件，

所述多个高压开关元件的每一个至少包括一个控制端、两个输入端以及一个输出端，各端点之间的耐压至少大于所述负高压模块和所述正高压模块所构成的最大电压，

所述负高压模块向所述多个高压开关元件的每一个的一个输入端提供稳定的负高压，

所述正高压模块向所述多个高压开关元件的每一个的另一个输入端提供稳定的正高压，

所述控制器对所述多个高压开关元件的每一个进行独立控制，

所述栅极控制装置还具有多个控制信号输出通道，

一个所述高压开关元件的输出端与所述控制信号输出通道中的一个连接。

14.一种CT设备，其特征在于，

所使用的X射线源是权利要求1～13的任意一项所述的X射线装置。