CN110911258A - 一种分布式多焦点脉冲x射线光管及ct设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种分布式多焦点脉冲X射线光管及CT设备，所述X射线光管包括：阳极、多个阴极、与多个阴极对应且呈汇聚状态分布的聚焦电极；其中，所述呈汇聚状态分布的聚焦电极能够使得多个阴极发射的电子束向阳极靶中心位置汇聚。在本发明实施例中，由于呈汇聚状态的聚焦电极能够使得多个阴极发射的电子束向阳极靶中心汇聚，因此，多个阴极发射的电子束经各自对应的聚焦电极进行聚焦后入射到所述阳极上后，能够在阳极靶上产生较为密集的多个焦点，进而提高X射线的成像质量，满足不同的成像应用场合。

Description

一种分布式多焦点脉冲X射线光管及CT设备
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种分布式多焦点脉冲X射线光管及CT设备。
背景技术
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)设备，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。
由于CT设备中装备着直流工作的X射线光管、探测器、冷却系统等，X光管和探测器围绕被检物体高速旋转，从而获取被检物体多个角度的影像信息。
然而，现有的X射线光管只有单个点源，无法满足不同的成像应用场合。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种分布式多焦点脉冲X射线光管及CT设备。
第一方面，本发明实施例提供了一种分布式多焦点脉冲X射线光管，包括：
阳极、多个阴极、与多个阴极对应且呈汇聚状态分布的聚焦电极；其中，所述呈汇聚状态分布的聚焦电极能够使得多个阴极发射的电子束向阳极靶中心位置汇聚。
进一步地，所述呈汇聚状态分布的聚焦电极包括：呈凹面分布方式分布的聚焦电极。
进一步地，所述呈汇聚状态分布的聚焦电极包括：呈弧线分布方式分布的聚焦电极。
进一步地，所述呈凹面分布方式分布的聚焦电极包括：呈环形凹面分布方式分布的聚焦电极；
相应地，所述阳极包括与多个聚焦电极对应设置的多个电子束接收面，所述阳极上的多个电子束接收面呈环形凸面分布，且所述阳极上的每个电子束接收面与对应的聚焦电极的聚焦平面平行；其中，所述阳极上的每个电子束接收面上均设置有一个电子束接收孔，用于接收对应的阴极发射的电子束，同时调节电场分布。
进一步地，所述呈凹面分布方式分布的聚焦电极包括：呈环形凹面分布方式分布的聚焦电极；
相应地，所述阳极包括一个电子束接收面，所述电子束接收面与呈环形凹面分布的多个聚焦电极相对设置，所述电子束接收面的中心设置有一个电子束接收孔，所述电子束接收孔用于接收多个阴极发射的电子束。
进一步地，所述呈凹面分布方式分布的聚焦电极包括：呈弧形凹面分布方式分布的聚焦电极；
相应地，所述阳极包括与呈弧形凹面分布的多个聚焦电极相对设置的一个电子束接收面，其中，所述电子束接收面上设置有多个电子束接收孔，每个电子束接收孔，用于接收对应的阴极发射的电子束。
进一步地，所述阳极包括与呈弧形分布的多个聚焦电极相对设置的一个电子束接收面，其中，所述电子束接收面上设置有多个电子束接收孔，每个电子束接收孔，用于接收对应的阴极发射的电子束。
进一步地，所述聚焦电极为圆形、椭圆形或方形孔状电极。
进一步地，所述分布式多焦点脉冲X射线光管，还包括：设置在阴极发射端方向且与阴极发射端间隔预设距离的栅网结构，所述栅网结构，用于控制阴极是否发射电子束，当栅网电压为正时，阴极发射电子束；当栅网电压为负时，阴极截止，不发射电子束。
第二方面，本发明实施例提供了一种CT设备，包括如第一方面所述的分布式多焦点脉冲X射线光管。
由上面技术方案可知，本发明实施例提供的分布式多焦点脉冲X射线光管及CT设备，由于呈汇聚状态的聚焦电极能够使得多个阴极发射的电子束向阳极靶中心汇聚，因此，多个阴极发射的电子束经各自对应的聚焦电极进行聚焦后入射到所述阳极上后，能够在阳极靶上产生较为密集的多个焦点，进而提高X射线的成像质量，满足不同的成像应用场合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的分布式多焦点脉冲X射线光管的剖视图；
图2为图1所示的分布式多焦点脉冲X射线光管的侧视图；
图3为图1所示的分布式多焦点脉冲X射线光管的俯视光源束流轨迹示意图；
图4是图1所示的分布式多焦点脉冲X射线光管的侧视光源束流轨迹示意图；
图5为本发明一实施例提供的另一种分布式多焦点脉冲X射线光管的剖视图；
图6为图5所示的分布式多焦点脉冲X射线光管的侧视图；
图7为图1所示的分布式多焦点脉冲X射线光管的光源束流轨迹示意图；
图8为图5所示的分布式多焦点脉冲X射线光管的光源束流轨迹示意图；
图9为本发明一实施例提供的又一种分布式多焦点脉冲X射线光管的示意图；
图10为现有技术中的多焦点脉冲X射线光管的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的分布式多焦点脉冲X射线光管，包括：阳极、多个阴极、与多个阴极对应且呈汇聚状态分布的聚焦电极；其中，所述呈汇聚状态分布的聚焦电极能够使得多个阴极发射的电子束向阳极靶中心位置汇聚。
在本实施例中，需要说明的是，图10为现有技术中直线排列的多焦点X光管结构示意图，从图10中可以看出，该结构的阴极和阳极平行排列，受限于阴极、阴极组件、聚焦电极的尺寸，阴极与阴极之间的间距较大，从而使得在阳极上获得的焦点间距也较大，不满足一些对焦点密度要求较高的应用场合。为解决该问题，本实施例提供了分布式多焦点脉冲X射线光管，在本实施例提供的分布式多焦点脉冲X射线光管中，聚焦电极呈汇聚状态分布，呈汇聚状态分布的聚焦电极能够使得多个阴极发射的电子束向阳极靶中心位置汇聚，进而能够在阳极靶上产生较为密集的多个焦点。
在本实施例中，需要说明的是，多个聚焦电极的分布方式为能够使得多个阴极发射的电子束在阳极靶上的焦点呈聚集状态的分布方式。例如，多个聚焦电极的分布方式可以为呈任意形状的凹面分布，如图1、图2、图5和图6所示，多个聚焦电极呈凹面分布，这种呈凹面分布方式的聚焦电极能够使得多个阴极发射的电子束向阳极靶中心位置汇聚，进而能够在阳极靶上产生较为密集的多个焦点，因而实现在阳极靶上产生密集焦点的目的。在本实施例中，上述任意形状的凹面是指：环形凹面、弧形凹面、不规则形凹面等等。此外，除了呈任意形状的凹面分布以外，多个聚焦电极的分布方式还可以呈弧线分布，如图9所示，在这种分布前提下，多个阴极发射的电子束在阳极靶上的焦点也会呈聚集状态，因而可以在阳极靶上产生较为密集的多个焦点。
由上面技术方案可知，本发明实施例提供的分布式多焦点脉冲X射线光管，由于呈汇聚状态的聚焦电极能够使得多个阴极发射的电子束向阳极靶中心汇聚，因此，多个阴极发射的电子束经各自对应的聚焦电极进行聚焦后入射到所述阳极上后，能够在阳极靶上产生较为密集的多个焦点，进而提高X射线的成像质量，满足不同的成像应用场合。
下面通过几个具体实施例来介绍几种常见的聚焦电极分布方式以及对应的阳极结构。在介绍下述几个实施例之前，需要特别说明的是，虽然下面几个实施例均介绍了与不同聚焦电极分布方式分别对应的阳极结构，但是并不代表在相应的聚焦电极分布方式下必须采用下述实施例对应限定的阳极结构。下面几个实施例只是给出了与聚焦电极分布方式更为匹配或更为优选的阳极结构，但是并不具有限制作用。在实际应用时，不管多个聚焦电极以何种预设分布方式分布，均可根据需要采用合适的阳极结构，本发明对此不作限定。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述凹面分布方式包括：环形凹面分布方式；相应地，所述阳极包括与多个聚焦电极对应设置的多个电子束接收面，所述阳极上的多个电子束接收面呈环形凸面分布，且所述阳极上的每个电子束接收面与对应的聚焦电极的聚焦平面平行；其中，所述阳极上的每个电子束接收面上均设置有一个电子束接收孔，用于接收对应的阴极发射的电子束，同时调节电场分布。
在本实施例中，如图1和图2所示，多个聚焦电极呈环形凹面分布。相应地，针对呈环形凹面分布的聚焦电极结构，本实施例还提出了一种与该聚焦电极分布方式对应的阳极结构。在本实施例中，如图2所示，阳极包括与多个聚焦电极对应设置的多个电子束接收面，所述多个电子束接收面呈环形凸面分布(与呈环形凹面分布的聚焦电极相对应，这种结构的阳极可以称为楔形阳极)，且每个电子束接收面与对应的聚焦电极的聚焦平面平行，这样能够使得阳极的电子束接收面与聚焦面是平行的，这样可以保证电场不会畸变，使得电子束能够按照预设的直线轨迹打在阳极靶上。
需要说明的是，图1和图2只是以四个阴极为例进行说明，并不具有限制作用，所述阴极的数量可以为任意多个，如四个、六个、八个、十个、十六个等等。
此外，需要补充说明的是，针对呈环形凹面分布的聚焦电极结构，与其对应的阳极结构除了图1和图2所示的多个电子束接收面呈环形凸面分布(也即楔形阳极结构)的结构形式以外，在其他实施例中，阳极的多个电子束接收面还可以为环形平面分布(也即由原来的凸面变成平面)，而其他结构不变，例如在这种情况下也是每个电子束接收面上均设置有一个电子束接收孔，用于接收对应的阴极发射的电子束。由上面分析可知，在其他实施例中，所述预设分布方式包括：环形凹面分布；相应地，所述阳极包括与多个聚焦电极对应设置的多个电子束接收面，所述阳极上的多个电子束接收面呈环形平面分布；其中，所述阳极上的每个电子束接收面上均设置有一个电子束接收孔，用于接收对应的阴极发射的电子束。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，提出了与图1和图2不同的阳极结构，在本实施例，多个聚焦电极仍然呈环形凹面分布方式进行分布，但是阳极的结构发生了较大变化。在本实施例中，如图5和图6所示，阳极只包括一个电子束接收面，该电子束接收面与呈环形凹面分布的多个聚焦电极相对设置，且该电子束接收面的中心只设置有一个电子束接收孔，该电子束接收孔用于接收多个阴极发射的电子束。
下面结合图3、图4、图7和图8说明一下，本实施例提供的阳极结构的优势，其中，图3、图4、图7为图1所示的阳极结构产生的光源束流轨迹示意图，图8为图5所示的阳极结构产生的光源束流轨迹示意图。对于图3、图4和图7为所示的光源束流轨迹示意图来说，假设阳极靶的倾角为20°，那么2号电子枪与4号电子枪的入射角(与靶面法向的夹角)会变为0°和40°，而1号和3号电子枪的电子束与靶面作用则是斜入射，除了与靶面的夹角为20°外，还会向X方向分别偏离+20°和-20°，这使得每个阴极发射出的电子束与阳极靶相互作用的角度均不一样，从而会改变X射线的剂量分布和强度，不利于成像。为解决该问题，在本实施例中，调整了阳极的结构，使得阳极只包括一个电子束接收面，该电子束接收面与呈环形凹面分布的多个聚焦电极相对设置，且使得该电子束接收面的中心只设置有一个电子束接收孔，该电子束接收孔用于接收多个阴极发射的电子束，通过这样的阳极结构的调整，由于多个阴极发射的电子束均需要通过位于电子束接收面中心的电子束接收孔进入阳极，因此使得阴极的电子束的轨迹均发生了一定的偏转，使得电子束与阳极靶作用的角度变化有所改善。通过改进后的图8和改进前的图7的对比可以发现，在阴极、聚焦电极旋转相同角度的情况下，电子束与阳极靶的入射角θ得到了明显的改善。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述凹面分布方式包括：弧形凹面分布方式；
相应地，所述阳极包括与呈弧形凹面分布的多个聚焦电极相对设置的一个电子束接收面，其中，所述电子束接收面上设置有多个电子束接收孔，每个电子束接收孔，用于接收对应的阴极发射的电子束。
在本实施例中，多个聚焦电极呈弧形凹面分布方式进行分布，与此聚焦电极分布方式相对应的阳极结构为：阳极包括与呈弧形凹面分布的多个聚焦电极相对设置的一个电子束接收面，其中，所述电子束接收面上设置有多个电子束接收孔，每个电子束接收孔，用于接收对应的阴极发射的电子束。通过这种处理方式，多个阴极发射的电子束经各自对应的聚焦电极进行聚焦后入射到所述阳极上后，能够在阳极靶上产生较为密集的多个焦点，进而提高X射线的成像质量。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，多个聚焦电极的分布方式为弧线分布，如图9所示，与此聚焦电极分布方式相对应的阳极结构为：阳极包括与呈弧形分布的多个聚集电极相对设置的一个电子束接收面，其中，所述电子束接收面上设置有多个电子束接收孔，每个电子束接收孔，用于接收对应的阴极发射的电子束。通过这种处理方式，多个阴极发射的电子束经各自对应的聚焦电极进行聚焦后入射到所述阳极上后，能够在阳极靶上产生较为密集的多个焦点，进而提高X射线的成像质量。基于上述实施例的内容，在本实施例中，需要说明的是，阴极可以采用圆形或者长方形的钡钨阴极，聚焦电极可以为圆形、椭圆形或方形孔状电极。阴极和聚焦电极均处于零电位，栅网用以控制阴极发射，平时栅网处于负电压状态，当需要发射电子时，给栅网一个正脉冲，从阴极引出电子。阳极处于140～300kV的高压，从阴极引出的电子被聚焦电极聚焦后与阳极相互作用，最终产生X射线。
基于上述实施例的内容，在本实施例中，所述分布式多焦点脉冲X射线光管，还包括：设置在阴极发射端方向且与阴极发射端间隔预设距离的栅网结构，所述栅网结构，用于控制阴极是否发射电子束，当栅网电压为正时，阴极发射电子束；当栅网电压为负时，阴极截止，不发射电子束。举例来说，阳极处于80kV～300kV的高压状态，阴极和聚焦电极处于零电位，平时栅网结构处于负电压状态，工作时给栅网结构一个脉冲正电压，阴极的电子在栅网电压的牵引下向阳极漂移，最终与阳极相互作用产生X射线。
本发明另一实施例提供了一种CT设备，包括如上面实施例提供的分布式多焦点脉冲X射线光管。
由于本实施例提供的CT设备包括上述实施例提供的分布式多焦点脉冲X射线光管，因此，本实施例提供的CT设备具有和上述实施例类似的有益效果，故这里不再赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种分布式多焦点脉冲X射线光管，其特征在于，包括：阳极、多个阴极、与多个阴极对应且呈汇聚状态分布的聚焦电极；其中，所述呈汇聚状态分布的聚焦电极能够使得多个阴极发射的电子束向阳极靶中心位置汇聚。
2.根据权利要求1所述的分布式多焦点脉冲X射线光管，其特征在于，所述呈汇聚状态分布的聚焦电极包括：呈凹面分布方式分布的聚焦电极。
3.根据权利要求1所述的分布式多焦点脉冲X射线光管，其特征在于，所述呈汇聚状态分布的聚焦电极包括：呈弧线分布方式分布的聚焦电极。
4.根据权利要求2所述的分布式多焦点脉冲X射线光管，其特征在于，所述呈凹面分布方式分布的聚焦电极包括：呈环形凹面分布方式分布的聚焦电极；
相应地，所述阳极包括与多个聚焦电极对应设置的多个电子束接收面，所述阳极上的多个电子束接收面呈环形凸面分布，且所述阳极上的每个电子束接收面与对应的聚焦电极的聚焦平面平行；其中，所述阳极上的每个电子束接收面上均设置有一个电子束接收孔，用于接收对应的阴极发射的电子束，同时调节电场分布。
5.根据权利要求2所述的分布式多焦点脉冲X射线光管，其特征在于，所述呈凹面分布方式分布的聚焦电极包括：呈环形凹面分布方式分布的聚焦电极；
相应地，所述阳极包括一个电子束接收面，所述电子束接收面与呈环形凹面分布的多个聚焦电极相对设置，所述电子束接收面的中心设置有一个电子束接收孔，所述电子束接收孔用于接收多个阴极发射的电子束。
6.根据权利要求2所述的分布式多焦点脉冲X射线光管，其特征在于，所述呈凹面分布方式分布的聚焦电极包括：呈弧形凹面分布方式分布的聚焦电极；
相应地，所述阳极包括与呈弧形凹面分布的多个聚焦电极相对设置的一个电子束接收面，其中，所述电子束接收面上设置有多个电子束接收孔，每个电子束接收孔，用于接收对应的阴极发射的电子束。
7.根据权利要求3所述的分布式多焦点脉冲X射线光管，其特征在于，所述阳极包括与呈弧形分布的多个聚焦电极相对设置的一个电子束接收面，其中，所述电子束接收面上设置有多个电子束接收孔，每个电子束接收孔，用于接收对应的阴极发射的电子束。
8.根据权利要求1～7任一项所述的分布式多焦点脉冲X射线光管，其特征在于，所述聚焦电极为圆形、椭圆形或方形孔状电极。
9.根据权利要求1～7任一项所述的分布式多焦点脉冲X射线光管，其特征在于，还包括：设置在阴极发射端方向且与阴极发射端间隔预设距离的栅网结构，所述栅网结构，用于控制阴极是否发射电子束，当栅网电压为正时，阴极发射电子束；当栅网电压为负时，阴极截止，不发射电子束。
10.一种CT设备，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的分布式多焦点脉冲X射线光管。
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