CN1085010A - 致电离辐射转换器 - Google Patents

Abstract

一种致电离辐射转换器10，包括一个真空密闭 壳12；一个阴极16；一个阳极18，其限定了针孔20 并包含一个背向阴极的输出磷光材料层；以及聚焦电 极26和30。聚焦电极、阳极和阴极在使用当中，由 于接受致电离辐射输入，迫使光电子由阴极发射，通 过针孔，并回到阳极，从而使光电子撞击在输出磷光 材料层上，以便提供一个代表输入辐射的增强信号。

Description

本发明涉及致电离辐射转换器，诸如图像增强器，且更具体地讲是关于X射线图像增强管。

在本说明书中，术语“致电离辐射”表示与具有至少15电子伏特能量的光子相关的电磁辐射。因此，X射线，伽马射线和一些紫外线是致电离辐射的所有类型。术语“致电离辐射转换器”在其范围内包括致电离辐射图像增强管，但并不只限于这种管且还包括例如致电离辐射检测器。

对于申请人所知的X射线图像增强管包括：一个输入元件或阴极，其形式为设置在靠近管一端的致电离辐射-光电子转换器;一个阳极设置在靠近管的相反一端和中间的聚焦电极。阳极包括一输出磷光材料层，其位于朝向阴极的透明输出窗口的表面上。在使用当中，阴极被X射线照射以在阴极的输入磷光材料层上形成初步的可见图像。由于照射，从阴极发射光电子并由聚焦电极加速和聚焦，以便由撞击的光电子在输出磷光材料层上产生一个增强的可见输出图像。该图像通过透明的输出窗口可以被看到。

已知由X射线图像增强管产生的图像的清晰度与管子的量子检测效率（QDE）和调制传递函数（MTF）的乘积成正比。QDE是对平均每个被吸收的X射线光子所检测的效率的计量，即，使光子在管的输出端可视。MTF是对由管造成的、初步图像空间层次的输出图像在对比度和清晰度方面的减少的测量。

如Malashanko的美国专利5144123所披露的那样，通常趋向于通过在传统的管中改进或消除一些低效率的能量转换过程，来提高传统管的成像质量。但是，这种传统管的成像质量仍受到折射电子镜片的MTF的限制，这些折射电子镜片在所有这类管中使用且其具有固有成像缺陷。例如，输入的X射线穿过阴极，撞击在输出磷光材料上，由这些撞击在输出磷光材料层上的光电子会在图象上产生不希望的背景并使图像变模糊了。

因此本发明的一个目的是提供另一种致电离辐射转换器，通过它可以确信前述的传统转换器的缺陷至少被减轻了。

按照本发明，其提供一种致电离辐射转换器，它包括：

一个真空密闭壳;

一个阴极，设置在靠近壳的一端;

一个阳极，设置在靠近壳的另一端;

阳极限定一个针孔且包括一个背向阴极的撞击电子响应区;和

聚焦装置;

阳极、阴极和聚焦装置在使用中，由于输入的致电离辐射被阴极接收，迫使阴极发射光电子，其朝向针孔的方向运动并通过针孔，随后光电子的运动方向改变以使所说的光电子撞击在撞击电子响应区上，以提供一个代表输入辐射的增强信号。

阳极、阴极和聚焦装置在使用中，产生由阳极分开的第一和第二相反的电场。聚焦装置较佳地包括至少一个位于阴极和阳极之间的中间聚焦电极和至少一个与阳极分开并位于阳极另一侧作为阴极的输出聚焦电极，以在输出聚焦电极与阳极之间产生第二电场，该电场具有与第一电场相反的方向，第一电场是在阴极和阳极之间产生的。

致电离辐射阻挡层装置可设置在阴极和阳极之间，其可透过光电子。阳极较佳地包含有致电离辐射阻挡层装置。例如，阳极可由合适的重金属或处理过的铅玻璃制成。换句话说，阳极可包含一层合适的重金属或铅玻璃，其限定一个孔，该孔与针孔对准。

按照本发明且具有前面描述的折反射电子镜片和阳极结构的转换器的QDE和MTF，可确信比传统转换器的QDE和MTF要好。

一个抗反射面可设置在朝向阴极的阳极表面，且针孔最好为漏斗形。

在按照本发明的转换器的第一实施例中，撞击电子响应区包括一输出磷光材料层。

在第二实施例中，撞击电子响应区还包括一个电荷耦合固体电路（CCD）阵列，该阵列贴近朝向阴极的输出磷光材料层设置。

在第三实施例中，撞击电子响应区包括一电子轰击电荷耦合二极管（ECCD）阵列。

在本发明的范围内还包括一个致电离辐射诊断系统，该系统包含有一个致电离辐射发生器;一个致电离辐射图象增强管;和与致电离辐射图像增强管的输出部分相关联的外部图像检测装置;致电离图像增强管包括一个真空密封壳;一个阴极设置在靠近壳的一端;一个阳极设置在靠近壳的另一端，阳极限定有一个针孔并包括一个背向阴极的撞击电子响应区;和聚焦装置;阳极、阴极和电子聚焦装置在使用当中，由于输入的致电离辐射被阴极接收，迫使阴极发射光电子，其朝向针孔的方向运动并通过针孔，随后光电子改变运动方向以使所说的光电子撞击在撞击电子响应区上，从而在所说的输出部分上提供一个代表输入辐射的增强信号，且该信号被外部图像检测装置所检测。

下面参照附图，仅通过举例的方式对本发明作进一步的描述，其中：

图1为按照本发明取X射线图像增强管形式的一个致电离辐射转换器的轴向截面图;

图2是图1中所示管的第一实施例仅取阳极和输出窗口的放大的轴向剖面图;

图3是图1所示管的第二实施例只是阳极和输出窗口类似的视图;

图4是本发明的第三实施例的只是阳极和聚焦电极类似的视图;

图5是由根据本发明包括X射线图象增强管的X射线诊断系统的框图。

图1中由参考标号10总表示根据本发明的采用X射线图象增强管形式的一致电离辐射转换器。

管10包括一个管状真空阶梯式的壳12，其限定出一个内腔14并保持该内腔基本为真空状态。壳的一端设置有一个X射线一光电子转换器或阴极16。阴极取凸球面形，包括一X光感光输入磷光材料外层16.1和光电材料内层16.2。

靠近壳12的另一端安置了一环形，碟状阳极18，它是由适当处理的铝玻璃制成，形成了一个致电离辐射阻挡层。最好如图2所示，阳极确定了一漏斗状中心针孔20，它位于阴极16曲率的中心。抗反射面21在阳极18朝向阴极的面上。在阳极18背向阴极16的面22上，有一光反射面23和采取输出磷光材料层24形式的一撞击电子响应区。

如图1所示，设在阴极16和阳极18之间的环形聚焦电极26确定了一轴向孔28。最好如图2所示，在透明玻璃输出窗口30上，提供一个透明SnO₂输出聚焦电极32。在玻璃窗口30背向阳极的面和在电极32朝向阳极的面上分别覆盖有抗反射涂层34和36。

使用中，电源装置38是用于保持阴极16和电极32为零伏电压，同时，使阳极18的电压基本上高于聚焦电极26的电压。所以，在阳极18方向上的加速和会聚电场是在阴极16和阳极18之间产生的。另外，在相反方向上的第二电场是在聚焦电极32和阳极18之间产生的。

在使用时，阴极16被从X射线发生器52发出的X射线照射（如图5所示），并且X射线通过被测物体54。X射线使层16.1（如图1所示）发射可见光子并且这些光子形成了初步的图像。这些光子依次使光电阻极16.2发射光电子。这些光电子由前面所述的加速和会聚电场向针孔20加速、会聚。这些电子然后通过针孔进入前面所述的在阳极18和电极32之间的第二电场。这个电场首先使这些电子减速，然后停止并反转电子的运动方向，并且将电子聚焦在基本上平的输出磷光材料层24上。输出磷光材料然后发射可见光，其构成一增强的、但缩小的输出图像。

在阳极18和阴极16间的加速电场形成了一个会聚电子锈镜，它引起了色差和球面差。它们被在依照本发明的转换器的阳极18和输出聚焦电极32之间的均匀反转和减速的电场所基本消除，其结果是焦面实际上是平的，图像变形很小并且提高了在其整个区域上的聚焦度。

此外，光由输出磷光材料24，从电子撞击的表面向窗口30发射。向反方向发射的光也有效地被反射面23反射过来。在普通X射线增强管中，必须在输出磷光材料上淀积一个不透明阻挡层，以阻止从输出磷光材料发射的光到达朝向输出磷光材料的感光光电阴极。这一阻挡层吸收了电子束的能量，并散射穿透阻挡层撞击到输出磷光材料的电子。如果阻挡层是高度反射的，那么在阻挡层和磷光材料之间的多次反射降低对比度。如果阻挡层不是反射的，输出的光势必被大大减弱。这种分辨率或亮度，或者两者的损失在依照本发明的管的电子撞击响应区24内被减小了。

此外，阳极18阻止了可以穿透阴极16的输入的X射线向输出磷光材料层24的透射。因此由这种穿过的X射线引起的不需要的背景或模糊在依照本发明的管的电子撞击响应区所呈现的输出图像中被减弱了，这一撞击区背向阴极16。

如图5所示，可见的输出图像被摄像机56记录下来，这个摄像机通过数据传输线58和计算机60相连。输出图像可以实时地显示在监视器62上，或者与图像相关的数据可以被计算机60记录、储存和处理，以便随后进行显示和/或诊断。

在图3中，表示的是阳极另一种结构，它由参考标号300表示，它构成了依照本发明的管的第二实施例的一部分。管的剩余部分和参考图1和图2所描述的管相同。阳极300包括一环形导电支架302。确定一小孔305的以合适重金属层304形式设置的致电离辐射阻挡层被置于支架朝向阴极的表面上。确定孔307的抗反射层306叠设在层304上。电荷耦合固体电路CCD阵列308被置于层304和输出磷光材料层310之间。漏斗形针孔312被确定在插入物314中。孔305和307与针孔312对准。

包括阳极300的管的工作和管10的工作大体相似，除了由输出磷光材料层310发射的光子由电荷耦合固体电路CDD阵列308探测和接收以外。代表输入辐射的电信号在输出端316上提供。在这个实施例中，输出窗口30和聚焦电极32不必是透明的。

在图4中，还表示了阳极的又一个变换的结构，它由参考标号400表示而且其构成了按照本发明的管的第三实施例的一部分。管的剩余部分和参考图1、图2描述的管相同，除了输出窗口30被省略以外，而聚焦电极402还被保留。

阳极400的结构不同于图3中的阳极结构之处在于，在图3中，阳极300的电荷耦合固体电路阵列308和输出磷光材料层310被一个电子轰击电荷耦合二极管（EBCCD）阵列404代替。代表输入辐射的一电子输出信号在输出端406上提供。

当阳极300或400之一被使用时，在图5表示的系统中的摄像机56被省略掉。通过数据通信链路，输出端316或输出端406与计算机58的合适接口（在图中没有显示）或一电视监视器（没有显示在图中）相连接。

可以理解在不离开附加的权利要求的范围和实质的情况下，按照本发明的转换器在细节上会有许多变化。

Claims (14)

1、一种致电离辐射转换器，它包括：

一个真空密闭壳；

一个阴极，设置在靠近壳体的一端；

一个阳极，设置在靠近壳体的另一端；

阴极限定一个针孔并包括一个背向阴极的撞击电子响应区；和

电子聚焦装置；

电子聚焦装置、阳极和阴极在使用当中，由于输入的致电离辐射被阴极接收，迫使光电子由阴极发射，朝向针孔的方向运动并通过针孔，随后所说光电子的运动方向改变以使光电子撞击在撞击电子响应区上，从而提供一个代表输入辐射的增强信号。

2、按照权利要求1所说的致电离辐射转换器，其中阳极、阴极和聚焦装置在使用当中产生由阳极分开的两个相反的电场，以便使所说的光电子从阴极运动通过针孔并撞击在撞击电子响应区上。

3、按照权利要求1或2所述的致电离辐射转换器，它包括致电离辐射阻挡层装置，其透射光电子并设置在阳极和阴极之间。

4、按照权利要求3所述的致电离辐射转换器，其中阳极是由合适的材料制成的以作为致电离辐射阻挡层装置。

5、按照权利要求3所述的致电离辐射转换器，其中阳极包括一个导电支架和一个合适的材料层以作为致电离辐射阻挡层装置，所说的层限定一个孔且该层设置在位于阴极和撞击电子响应区之间的支架上，并使孔对准针孔。

6、按照前面任何一个权利要求所述的致电离辐射转换器，包括在阳极面向阴极的表面上的一个抗反射面。

7、按照前面任何一个权利要求所述的致电离辐射转换器，其中针孔为漏斗形。

8、按照前述任何一个权利要求所述的致电离辐射转换器，其中撞击电子响应区包括一输出磷光材料层。

9、按照权利要求8所述的致电离辐射转换器，其中撞击电子响应区还包括一个电荷耦合固体电路（CCD）阵列，该阵列贴近朝向阴极的输出磷光材料层设置。

10、按照权利要求1至7任何一个所述的致电离辐射转换器，其中撞击电子响应区包括一个电子轰击电荷耦合二极管（ECCD）阵列。

11、一个致电离辐射诊断系统，它包括一个致电离辐射发生器;一个致电离辐射图像增强管;和与致电离辐图像增强管的输出部分相关联的外部图象检测装置;致电离图像增强管包括一个真空密闭壳;（一个阴极设置在靠近壳的一端;）一个阳极设置在靠近壳的另一端，阳极限定一个针孔并包括一个背向阴极的撞击电子响应区;和电子聚焦装置;阳极、阴极和电子聚焦装置在使用当中，由于输入的致电离辐射被阴极接收，迫使光电子由阴极发射，按朝向针孔的方向运动并通过针孔，随后其改变运动方向以使所说的光电子撞击在撞击电子响应区上，从而在所说的输出部分提供一个代表输入辐射的增强信号，且该信号被外部图像检测装置所检测。

12、一种基本上参照附图在这里描述的致电离辐射转换器。

13、一种基本上参照附图在这里描述的X射线图像增强器。

14、一种基本上参照附图在这里描述的致电离辐射诊断系统。

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