CN116313704A - X射线管阴极聚焦元件 - Google Patents

Abstract

提供了X射线管阴极聚焦元件的各种方法和系统。在一个示例中，聚焦元件被配置有三个电子发射长丝、集成边缘聚焦和偏置电压。集成边缘聚焦可包括具有圆形边缘的连续单个架构，并且聚焦元件的电压可以相对于电子发射长丝的电压被负偏置。

Description

X射线管阴极聚焦元件

技术领域

本文公开的主题的实施方案涉及用于成像系统(例如，X射线成像系统)的X射线生成。

背景技术

在X射线管中，电离辐射通过在真空中经由电场将电子从阴极加速到阳极而产生。电子源自具有流过其中的电流的阴极组件的长丝。长丝可以由流过它的电流加热以从阴极释放电子，并使电子朝向阳极加速。由不同电压的电流加热的附加长丝可以用于将电子束朝向阳极聚焦，并且影响X射线发射点的大小和位置。阴极可以被配置有附加聚焦元件，例如聚焦架构，以进一步影响X射线发射点的大小和位置。

发明内容

在一个实施方案中，一种X射线管阴极包括：阴极基座；绝缘体，所述绝缘体具有与所述阴极基座相邻的第一侧和第二相对侧；聚焦元件，所述聚焦元件与所述绝缘体的所述第二侧相邻，所述聚焦元件具有其中布置有长丝的至少一个通道，以及在所述至少一个通道的任一侧上的至少一个聚焦特征。所述至少一个通道具有圆形通道边缘，并且还包括所述长丝与通道边缘之间的距离，所述距离是至少阈值距离。所述至少一个通道具有相对于施加到布置在所述至少一个通道中的所述长丝的电压而施加到所述至少一个通道的负偏置电压，并且所述长丝通过所述绝缘体与所述聚焦元件绝缘。当电子发射源(例如，长丝)通电时，电子发射可以通过聚焦元件和其偏置电压被引导成单个电子束。在一个示例中，聚焦元件被配置有三个电子发射源，其中每个电子发射源可以被独立地激活以发射电子，并且每个电子发射源的电子发射被引导成对应于每个电子发射源的单个电子束。每个单个电子束可以通过集成边缘聚焦进一步聚焦，集成边缘聚焦可包括不同宽度的多个通道、聚焦特征、横向边缘特征，以及多个通道、聚焦特征和横向边缘特征的圆形边缘。

应当理解，提供上面的简要描述来以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的精选概念。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，该主题的范围由具体实施方式后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

通过阅读以下非限制性实施方案的描述并参考附图，将更好地理解阴极的本发明方法和系统，其中如下：

图1示出了成像系统的示例的框图。

图2示出了可以被包括在图1的成像系统中的X射线管的一部分的横截面图。

图3示出了阴极组件的透视图。

图4示出了阴极组件的横截面图。

图5A示出了包括聚焦元件的阴极杯的俯视图。

图5B示出了包括聚焦元件的阴极杯的横截面图。

图6示出了聚焦元件的横截面图。

图7示出了阴极杯的安装元件的分解图。

图8示出了用于生成电子并将电子聚焦成电子束的方法。

图2至图7是大约按比例示出的，但可以使用其他相对尺寸。

具体实施方式

下面的描述涉及用于X射线管的阴极的聚焦元件。X射线管可以被包括在X射线成像系统中，该成像系统的示例性框图在图1示出。X射线成像系统可以是介入射线照相术成像系统、荧光透视成像系统、乳房X射线摄影成像系统、固定或移动射线照相术(RAD)成像系统、断层摄影成像系统、计算机断层扫描(CT)成像系统等。X射线成像系统包括X射线源或管以生成照射X射线束。X射线管的一个示例的横截面图在图2示出。X射线管包括阳极组件和阴极组件，该阴极组件在图3示出。阴极被配置有在由电流加热时发射电子的长丝。图4示出了阴极组件的横截面图，包括阴极杯和聚焦元件的细节。阴极杯和聚焦元件可以用于将发射的电子聚焦成指向阳极的单个电子束，并且影响X射线发射点的大小和位置。阴极杯和聚焦元件的俯视图和横截面图分别在图5A和图5B示出。图6示出了聚焦元件几何形状的细节以及聚焦元件可如何耦合到阴极杯和阴极组件。阴极杯的元件的分解图在图7示出。图8示出了用于从多个长丝生成电子并将发射的电子聚焦成电子束的方法。

图2至图7示出了具有各种部件的相对定位的示例性构型。至少在一个示例中，如果被示为彼此直接接触或直接耦接，则此类元件可分别被称为直接接触或直接耦接。相似地，至少在一个示例中，彼此邻接或相邻的元件可分别彼此邻接或相邻。例如，设置成彼此共面接触的部件可被称为共面接触。又如，在至少一个示例中，被定位成彼此间隔开并且其间仅具有空间而不具有其他部件的元件可被如此描述引用。又如，被示为位于彼此的上面/下面、位于彼此相对侧、或位于彼此的左侧/右侧之间的元件可相对于彼此被如此描述引用。此外，如图所示，在至少一个示例中，元件的最顶部元件或点可被称为部件的“顶部”，并且元件的最底部元件或点可被称为部件的“底部”。如本文所用，顶部/底部、上部/下部、上面/下面可为相对图的竖直轴而言的，并且可用于描述图中元件相对于彼此的定位。由此，在一个示例中，被示为位于其他元件上面的元件被竖直地定位在其他元件上面。又如，图中所示的元件的形状可被称为具有这些形状(例如，诸如为圆形的、平直的、平面的、弯曲的、倒圆的、倒角的、成角度的等等)。此外，在至少一个示例中，被示为彼此相交的元件可被称为相交元件或彼此相交。另外，在一个示例中，被示为位于另一个元件内或被示为位于另一个元件外的元件可被如此描述引用。

现在转向图1，示出了根据示例性实施方案的成像系统10的实施方案的框图，该成像系统被配置为采集原始图像数据并处理该图像数据以用于进行显示和/或分析。应当理解，各种实施方案可适用于实现X射线管的众多X射线成像系统，诸如X射线射线照相术(RAD)成像系统、X射线乳房X射线摄影成像系统、荧光透视成像系统、断层摄影成像系统或CT成像系统。以下对成像系统10的讨论仅仅是一个这种实施方式的示例，并不旨在在模态方面进行限制。

如图1所示，成像系统10包括被配置为投射穿过对象16的X射线束14的X射线管或X射线源12。对象16可包括人类受检者、行李件或希望被扫描的其他对象。X射线源12可以是产生X射线14的常规X射线管，该X射线具有范围通常为三十(30)keV至二百(200)keV的能量谱。X射线14穿过对象16，并且在被衰减之后撞击在检测器组件18上。检测器组件18中的每个检测器模块产生模拟电信号，当X射线束穿过对象16时，该模拟电信号表示撞击的X射线束的强度，因此表示被衰减的束。在一个实施方案中，检测器组件18是基于闪烁体的检测器组件，然而，也可以设想也可实现直接转换型检测器(例如，CdTe、CZT或Si检测器等)。

处理器20接收来自检测器组件18的信号，并且生成与被扫描的对象16相对应的图像。计算机22与处理器20通信，以使操作员能够使用操作员控制台24来控制扫描参数并查看所生成的图像。也就是说，操作员控制台24包括某种形式的操作员界面，诸如键盘、鼠标、语音激活控制器或允许操作员控制成像系统10并在显示单元26上查看来自计算机22的重构图像或其他数据的任何其他合适的输入装置。另外，操作员控制台24允许操作员将所生成的图像存储在存储设备28中，该存储设备可包括硬盘驱动器、软盘、光盘等。操作员还可以使用操作员控制台24向计算机22提供命令和指令，用于控制向X射线源12提供功率和定时信号的源控制器30。

图2示出了可以被包括在图1的成像系统中的X射线源200的横截面图。例如，X射线源200可以是图1的X射线源12的示例性实施方案，该X射线源由包括阳极组件42和阴极组件44的X射线管40形成。提供了用于在示出的各视图之间进行比较的一组参考轴201，其指示x轴、y轴和z轴。X射线管40由阳极组件42和阴极组件44支撑在包壳或框架46内，该包壳或框架容纳具有靶66的阳极48、轴承组件50和阴极52。框架46限定与环境相比相对低压(例如，真空)的区域，其中可存在高电压。框架46可定位在填充有冷却介质(诸如，油)的外壳(未示出)内，该冷却介质还可提供高电压绝缘。虽然配置有靶66的阳极48在上文被描述为X射线管40的共同部件，但是在替代性X射线管实施方案中阳极48和靶66可以是单独的部件。

在操作中，电子束由阴极组件44产生。具体地讲，阴极52经由一系列电引线56接收一个或多个电信号。电子束占据阴极52与阳极48的靶66之间的空间54。电信号可以是使阴极52以一个或多个能量并以一个或多个频率发射电子束的定时/控制信号。电信号还可至少部分地控制阴极52和阳极48之间的电势。阴极52包括中心绝缘壳体58，掩模60从该中心绝缘壳体延伸。掩模60包封电引线56，所述电引线延伸到安装在掩模60末端的阴极杯62。在一些实施方案中，阴极杯62用作静电透镜，其将从长丝发射的电子聚焦在阴极杯62内以形成电子束。

在CT应用的情况下，当电子束的高速电子从阴极52经由该阴极与形成在阳极48上的靶66之间的例如六十(60)千伏或更高的电势差被引导到该靶时，产生X射线64。X射线64通过形成在框架46中的辐射发射通道68朝向检测器阵列(诸如，图1的检测器组件18)发射。

阳极组件42包括转子72和定子(未示出)，该定子位于X射线管40外部并且围绕转子72，用于在操作期间引起阳极48的旋转。阳极48由轴承组件50旋转支撑，该轴承组件在旋转时还使阳极48绕中心线70旋转。如图所示，阳极48具有环形形状，该阳极在其中心包括用于接收轴承组件50的环形开口74。

可将阳极48制造成包括多种金属或合金，诸如钨、钼、铜或在被电子轰击时有助于轫致辐射(即，减速辐射)的任何材料。可将阳极48的靶66选择成具有相对高的耐火值，以便承受由撞击阳极48的电子生成的热量。此外，阴极组件44与阳极48之间的空间可被抽空，以便使电子与其他原子的碰撞最小化并使电势最大化。

为了避免阳极48在被电子轰击时过热，转子72绕中心线70以高速(例如，90Hz到250Hz)旋转阳极48。除了阳极48在框架46内的旋转之外，在CT应用中，使X射线管40作为整体以通常为1Hz或更快的速率绕对象(诸如图1中的成像系统10的对象16)旋转。

轴承组件50可以具有不同的形式，诸如具有多个合适的滚珠轴承，但是在所示的示例性实施方案中，该轴承组件包括液体金属流体动力轴承，该液体金属流体动力轴承具有足够的承载能力和可接受的声学噪声水平，以便在图1的成像系统10内操作。

一般来讲，轴承组件50包括固定部件(诸如中心轴76)和旋转部件(诸如套筒78，阳极48附接到该套筒)。虽然参照图2将中心轴76描述为轴承组件50的固定部件并且将套筒78描述为轴承组件50的旋转部件，但是本公开的实施方案也适用于其中中心轴76是旋转轴并且套筒78是固定部件的实施方案。在这种构型中，阳极48将随着中心轴76旋转而旋转。

中心轴76可任选地包括腔或冷却剂流动路径80，冷却剂(未示出)(诸如，油)可流过该腔或冷却剂流动路径以冷却轴承组件50。因此，冷却剂使得从X射线管40的阳极48生成的热量能够从该阳极被提取并从X射线管40传递到外部。在跨装式安装的X射线管构型中，冷却剂流动路径80沿着X射线管40的纵向长度(例如，沿着中心线70)延伸。在替代性实施方案中，冷却剂流动路径80可仅延伸穿过X射线管40的一部分，诸如在X射线管40在放置在成像系统中时是悬臂式的构型中。

图3示出了阴极组件320的透视图300，该阴极组件可以是图2的阴极组件44的实施方案。阴极组件320的几何形状将在图4中进一步描述。阴极组件320可包括中心绝缘壳308，掩模(未示出)从该中心绝缘壳延伸，阴极305安装在掩模的端部。阴极305的阴极杯306被配置有聚焦元件302和多个长丝303。在常规阴极的一些实施方案中，阴极杯用作静电透镜，其将从阴极杯内的热离子长丝发射的电子聚焦以形成电子束。图3的实施方案包括阴极杯306内的聚焦元件302，以进一步聚焦从多个长丝303发射的电子以形成电子束。聚焦元件可以是单片结构，其具有至少一个通道(长丝定位于该至少一个通道中)，以及在通道的第一和第二横向侧中的每一者上的至少一个聚焦特征，如图6中进一步描述。

图4示出了阴极组件320的横截面侧视图400。阴极组件320可包括上文参考图3所述的元件，以及从中心绝缘壳308延伸的脊状结构412、多个电引线405、多个电流馈通件415和多个螺栓423。阴极305可以是具有第一长度404的盘状结构。中心绝缘壳308可以被配置为具有第二长度402的盘状结构，其中脊状结构412从中心绝缘壳308的第一面414延伸长度406。掩模416从中心绝缘壳308的第一面414的中心延伸。掩模416具有长度418，该长度延伸穿过中心绝缘壳308的第二长度402和脊结构412的长度406。长度418包括掩模416从中心绝缘壳308的第二面420突出的第一部分、等于所组合的中心绝缘壳308的第二长度402和脊状结构412的长度406的第二部分，以及从中心绝缘壳308的第一面414延伸的剩余第三部分。

中心绝缘壳308的第一直径428可大于阴极305的第二直径426。掩模416的第三直径424可小于中心绝缘壳308的第一直径428和阴极305的第二直径426。阴极杯306的几何形状将在图5A和图5B中进一步描述。

掩模416包封多个电引线405，该电引线延伸到在掩模416的端部安装在阴极305上的阴极杯306。横截面侧视图400示出六个引线，其中六个引线中的四个引线耦合到三个长丝中的每一个长丝，以经由电流馈通件提供驱动电流。例如，第一引线434可经由第一电流馈通件435耦合到多个长丝303中的长丝。第二引线444可耦合到第二电流馈通件437。第三引线432可耦合到第三电流馈通件445。第四引线446可耦合到第四电流馈通件433。第五引线430可经由电极板耦合到一体式电极(例如，聚焦元件)以提供电流，下文将进一步描述。例如，第五引线430可经由第五电流馈通件431耦合到电极板。第六引线436可耦合到阴极组件320。第一引线434、第二引线444、第三引线432、第四引线446和第五引线430可使用通过经由阴极组件320和第六引线436的电公共连接的电流返回来提供驱动电流。

阴极305可通过多个螺栓423联接到掩模416。阴极杯306可相对于阴极305和阴极组件320的其余部分以角度α栓接。在一个示例中，栓接角度α可为10度。

常规阴极组件通过聚焦从多个源发射的电子而产生要施加到阳极组件上的电子束，从而产生X射线。在一个示例中，电子发射源可以是盘绕的长丝。阴极组件可配置有可由钨形成的多个长丝，每个个别长丝定位在一对高压电流馈通件之间并耦合到该对高压电流馈通件。电流经由电流馈通件被施加到多个长丝，这诱导电子通过热离子发射从长丝释放。多个长丝可以定位在聚焦元件内，该聚焦元件与每个长丝的大小和定位一起可以控制发射的电子的方向以形成单个电子束的聚焦方向和形状。聚焦元件可以被配置有内部架构，该内部架构包括长丝被定位在其中以辅助电子束聚焦的多个通道的量、宽度、高度、深度和构型。

常规阴极聚焦元件(例如，如Lu和Waite的US5623530A中所示)可配置有聚焦突片以将从两个长丝发射的电子引导成每一长丝的个别电子束，每个长丝定位于类似宽度的通道中。当电子被发射并远离两个长丝中的每一个长丝朝向阳极靶移动时，电子可以沿着通道边缘的路径移动通道延伸的距离。在一个实施方案中，通道可以具有类似的宽度并且被配置有边缘聚焦，包括用于长丝被定位在其中的每个通道的尖锐(例如，90度)边缘。通道边缘可以紧邻长丝，例如距离为100μm到300μm。通道边缘还可在阴极电势(例如，等效于阴极组件的电压的电压)下操作，并且可相对于长丝被负偏置(例如，负偏置电势)，这可帮助控制焦斑大小或可以使电子发射网格化。在移动超过通道边缘时，电子可具有与沿着线性路径行进到阳极靶相反的广泛散布。长丝可以相对于聚焦元件的基座定位在类似的竖直高度处，并且可以相对于两个相对边缘中的每一者沿着聚焦元件的宽度具有类似的横向定位。

然而，常规阴极聚焦元件存在许多潜在的挑战。如上所述，虽然盘绕的长丝可以是简单并稳健的电子源，但是常规聚焦元件构型可能降低长丝的使用寿命，并且因此降低阴极的使用寿命。首先，长丝与通道边缘的接近度(例如，长丝与相应通道边缘之间的间隙)可能太近/太小并导致栅极电压超过击穿阈值，超过该击穿阈值，长丝及/或通道边缘可能退化，并且引导到阳极的电子束的准确度和精度两者可能退化。如果在标称操作下，长丝在通道内的位置偏移，使得长丝与通道边缘之间的在长丝一侧上的间隙大于或小于长丝另一侧上的间隙，则可能进一步超过阈值。在另一示例中，如果碎屑颗粒迁移到间隙，则可进一步超过阈值，从而进一步减小间隙距离。施加到通道边缘的电压(其可类似于施加到长丝的电压)可有助于通过电荷排斥来引导发射的电子，然而由于长丝与通道边缘之间的小间隙，长丝可能经历高电压不稳定性。另外，一定距离范围内的间隙允许由通电长丝发射的电子通过通道边缘聚焦而聚焦成单个电子束。尖锐的通道边缘可能具有低的聚焦容差，因为发射的电子可能由于加工缺陷和通道边缘的紧密接近而不期望地偏转。常规阴极聚焦元件还可具有窄成像能力，其中聚焦元件被配置有仅两个长丝，每个长丝定位在具有类似几何形状的通道中。长丝在线圈直径和长丝长度方面可具有不同构型，与较大长丝相比，这可允许当使用较小长丝时以较高分辨率对较小对象或较大对象进行成像。

本发明人在此提出了一种X射线管阴极聚焦元件，该X射线管阴极聚焦元件被配置有电子发射源(例如，长丝)定位在其中的至少一个通道，在该通道的任一横向侧上具有至少一个聚焦特征。阴极聚焦元件还包括集成边缘聚焦和偏置电压。施加到通道边缘的偏置电压可以在-100V与-1000V之间，这可以抑制电子从长丝的侧面和背面发射，从而限制发射的电子通过通道聚焦。用于整个聚焦元件架构的偏置电压可以等于施加到通道边缘的偏置电压，但是不同于施加到长丝的电压和施加到阴极基座的电压。另外，通道与相应长丝之间的间隙距离可增加到至少阈值距离。例如，阈值距离可以是至少600μm。负偏置电压以及通道边缘与长丝之间的较大间隙可允许阴极组件被配置有各种大小的长丝，并且因此被配置有各种大小的通道。不同大小的长丝的实现方式可以允许在一系列分辨率和对象大小上聚焦。另外，较大的间隙可减轻长丝与通道之间的电子应力，当存在电子应力时，电子应力可能降低控制电子束形状和/或轨迹的能力，并且可能导致高电压不稳定性。圆形通道边缘可以进一步帮助聚焦发射的电子。

聚焦元件可以被定位成第一侧与电极板的第一侧相邻，其中电极板被配置成第二侧与绝缘体相邻。绝缘体可定位在电极板与阴极基座之间，从而分离阴极基座和电极板的电压。电极板可以耦合到向电极板提供电压的电极电流馈通件。当电极板耦合到聚焦元件时，施加到电极板的电压被施加到聚焦元件上。在一个示例中，聚焦元件可以被配置有三个通道，每个通道具有定位在其中的长丝。长丝可以在长丝的任一端耦合到两个电流馈通件。在当前实施方案中，在长丝的每个端处的电流馈通件被集成到聚焦元件中，并且因此也接收施加到电极板的相同电压。这种设计可以减少构成阴极组件320的单独零件的数量，该零件可以在制造期间分开放置。与偏置电压减小或引导电子束的宽度的量相比，在长丝的每个端处施加到电流馈通件的偏置电压可以使焦斑的长度减小少量。因此，聚焦元件主要聚焦电子束的宽度。

图5A和图5B分别示出了阴极杯306的俯视图500和侧视图550，该阴极杯被配置有多个电子源(诸如多个长丝303)、聚焦元件302、电极板532、绝缘体534和阴极基座536。提供了用于在各视图之间进行比较的一组参考轴530，从而指示y轴、x轴和z轴。在一些示例中，y轴可平行于重力方向(例如，竖直方向)，x轴平行于水平方向，z轴垂直于y轴和x轴两者。阴极杯306可以是由金属(例如，镍或可伐合金)形成的中空矩形壳，该中空矩形壳具有围绕多个长丝303和聚焦元件302的开放顶部和开放底部，这将在下面进一步描述。阴极杯306可具有平行于z轴的宽度501和平行于x轴的长度503。宽度501可以大于长度503。平行于y轴的阴极杯306的高度505可足以包围上文列出的阴极杯306的大部分内部部件。聚焦元件302的高度507可延伸超过阴极杯306的高度505。高度507可以小于高度505的四分之一。阴极杯306可包括沿着阴极杯306的一个面的宽度501的突出中空矩形部分514，其中突出部分514具有封闭的顶部。突出部分514可具有宽度509、长度511和高度513。宽度509和长度511可各自分别小于宽度501和长度503的四分之一。高度513可以是高度505的大约一半。突出部分514可以覆盖第五电流馈通件431，在图5A中未示出。

阴极杯306可被配置有多个电子源，本文称为“长丝”303，该电子源包括第二小长丝502、第一中长丝504和第三大长丝506。小长丝502和中长丝504的直径515可以大致相等。大长丝506的直径517可以大于小长丝502和中长丝504中的每一者的直径515。小长丝502的长度519可短于中长丝504的长度521，并且该中长丝的长度又可短于大长丝506的长度523。每个长丝可以是由金属(例如，钨)形成的线圈，该线圈定位在被配置为控制电子束的方向和形状的一对高压电流馈通件之间。虽然每个长丝可耦合到一对电流馈通件，但电流馈通件中的一者或两者可耦合到引线，如上文参考图4所描述。例如，如以上在图4中所述和如图5B中所示，中长丝504耦合到第一电流馈通件435和第三电流馈通件445。大长丝506耦合到第四电流馈通件433。因此，对于多个长丝303中的三个长丝，形成到多个引线405中的引线的五个连接。

每个电流馈通件可以被配置有包在绝缘套中的腿，例如，第三电流馈通件445的腿可以包在腿部绝缘体535中。电流可经由电流馈通件施加到长丝，这可引起通过热离子发射产生电子。以此方式，每个长丝可独立于绝缘体而绝缘，其中绝缘体将阴极基座与聚焦元件绝缘，并且腿绝缘体535将长丝与聚焦元件和阴极基座绝缘。

阴极杯306还可以被配置有聚焦元件302，该聚焦元件可以由难熔金属形成，例如可伐合金或铌。聚焦元件302可具有第一长度552、第一宽度554和高度556。聚焦元件302可在顶部配置有圆形边缘，这将在图6中进一步描述，从而产生可短于第一长度552的第二顶部长度和可短于第一宽度554的第二顶部宽度。聚焦元件302的底面可被配置有中空空间560，这将在图6中进一步描述。聚焦元件302可以被配置有单独的通道以容纳每个长丝。每个通道可以具有与聚焦元件302的平面平行的开口槽。例如，中长丝504可以定位在第一通道520内，该第一通道可以具有第一长度522、第二长度524、宽度526和高度528。第一长度522可以是在中长丝504下方高度528a的通道的长度，并且第二长度524可以是在中长丝504处和上方高度528b的通道的长度。用于小长丝502和大长丝506的每个通道的尺寸可以类似地被配置有在长丝处和上方的通道的第二长度，该第二长度可以比长丝下方的通道的第一长度长。小长丝502可定位在第二通道544内，该第二通道可具有第三长度508和宽度510以及第四长度和高度，如图6中进一步描述。大长丝506可定位在第三通道548内，该第三通道可具有第四长度512和宽度516以及第五长度和高度，如图6中进一步描述。每个通道的尺寸可以被配置为使得在通道边缘与长丝之间存在至少阈值距离的间隙。在一个示例中，阈值距离可以是至少600μm，也就是说，在每个通道边缘与相应长丝之间可以存在600μm的长度。每个通道还可以被配置有与长丝的每个端相邻的横向长丝对准通道。例如，第一通道520可被配置有第一对准通道540和第二对准通道542，这可允许将中长丝504定位在第一通道520内。对准通道可以相对于彼此具有类似的宽度和类似的高度。第一对准通道540的长度543可短于第二对准通道542的长度546。聚焦元件302的底面可被配置有突出唇缘562，该突出唇缘可沿聚焦元件302的非圆形长度和宽度以高度564延伸。下文参考图6描述聚焦元件302的构型的其他细节。

聚焦元件302位于电极板532上，该电极板可以耦合到图4的第五电流馈通件431，该第五电流馈通件容纳在图5A和图5B中的突出部分514中。第五电流馈通件431可将电压递送到电极板532，然后该电极板可将电压传递到聚焦元件302，从而在聚焦元件302上施加电荷。在一个示例中，聚焦元件302的电压可以在-100V与-1000V之间。在另一示例中，聚焦元件302的电压可以在-100与-500V之间。电极板532可以具有长度574、宽度576和高度578，并且被配置有圆形边缘，如图7进一步所示。电极板532可以被配置为具有中空中心的环，该环具有第一壁厚547和第二壁厚545，其中第一壁厚547可以大于第二壁厚545。电极板532还可以被配置有突出唇缘572，该突出唇缘的高度等于聚焦元件302突出唇缘562的高度564，从而跨越电极板532的非圆形长度574和宽度576。

电极板532安置在绝缘体534上，该绝缘体可以由陶瓷形成。绝缘体534可具有类似于电极板532的长度574的长度和类似于电极板532的宽度576的宽度，以及可大于电极板的所组合的高度578和564的高度580。类似于电极板532，绝缘体534可以被配置为具有中空中心的环，该环具有第一壁厚547和第二壁厚545。在一个示例中，第一壁厚547可以等于第二壁厚545。在第二示例中，第一壁厚547可不同于(例如，大于或小于)第二壁厚545。第一壁厚547和第二壁厚545可在绝缘体534的制造期间基于热传导和电压隔离的平衡来调整。

绝缘体534位于电极板532与阴极基座536之间。阴极基座536可由金属形成，例如钢或可伐合金。阴极基座可具有长度582、等于电极板532的宽度576的第一宽度、第二宽度584和第三宽度586。绝缘体534可用于将聚焦元件302与阴极基座536分离，这可减小腿绝缘体535上的来自网格电压的应力，这在常规阴极中是典型的。

第一宽度可以沿着长度582的部分582a延伸，逐渐变细到第二宽度584，然后该第二宽度沿着长度582的部分582b向外展开到第三宽度586。第三宽度586可沿长度582的部分582c延伸。第一宽度可大于第二宽度584并且小于第三宽度586。在一个示例中，阴极基座536的所有边缘可以是圆形的。

阴极基座536可具有三层高度，第一高度590可向上倾斜到第二高度592，该第二高度可以阶梯方式配置到第三高度594。第一高度590可在阴极杯306的突出部分514下方延伸，具有圆形开口以供第五电流馈通件431穿过，如图7所示。绝缘体534可搁置在第二高度592的顶部上。具有长度582d的第三高度594可以向上延伸到绝缘体534的开放空间、电极板532以及聚焦元件302的中空空间560中。如图6至图7中进一步示出，阴极基座536可被配置有容纳腿的中空腔室，例如腔室581可容纳连接到中长丝504的第三电流馈通件445的腿。中空腔室可延伸第三高度594的整个高度，并且腿可延伸中空空间560的高度，如图6中进一步描述。阴极基座536还可被配置有安装件，例如安装件577，该安装件可将阴极基座536联接到图3至图4的阴极杯306和阴极305。在一个示例中，可以有三个安装件，一个安装件沿着每个长度582和第一宽度大致居中，而沿着第三宽度586没有安装件。阴极基座536的其中第二宽度584沿着部分582b向外展开到第三宽度586的区域可包括多个螺栓壳体，其中诸如多个螺栓423的螺栓可相对于阴极组件320的其余部分以角度α将阴极杯306栓接到掩模416，如图4所示。

转向图6，示出了聚焦元件302、电极板532、绝缘体534和阴极基座536的横截面侧视图600。聚焦元件302可以被配置为具有电子发射长丝的连续单个架构(例如，单片结构)网格电极，该电子发射长丝被定位在具有将发射的电子聚焦成单个电子束的几何形状的至少三个通道中的每一个通道中。聚焦元件302可以具有碗形，例如，与聚焦元件的中心相比，聚焦元件的侧面可以具有更高的高度。例如，聚焦元件可具有大于第二内部高度635的第一侧高度633。

聚焦元件几何形状可包括在第一宽度554的相对端上的第一横向边缘特征602和第二横向边缘特征604。第一横向边缘特征602和第二横向边缘特征604中的每一者可被配置有横向凹部606，该横向凹部可帮助聚焦电子束。第一横向边缘特征602和第二横向边缘特征604的每个横向凹部606定位在比相邻长丝的竖直高度更高的竖直高度处，其中凹部竖直高度被定义为从凹部的底部点到聚焦元件302的第一面的距离。例如，第一横向边缘特征602的横向凹部606可定位在高度623处，该高度可大于第一通道520的第三高度608。横向凹部606的边缘可以是圆形的。

小长丝502、中长丝504和大长丝506中的每一者被定位在单独的通道中，其中通道可以在与单独长丝相同的平面中具有四个环绕壁，如图5B中所描述。每个长丝通道的四个壁中的每一个壁可以具有不同的高度。长丝高度被定义为相对于竖直轴从长丝的圆周上的最低点到聚焦元件的第一面的竖直距离，该第一面与绝缘体的第二侧相邻。例如，第一通道520的沿着宽度526的第一高度和第二高度可以等于如图5B中所描述的高度528b。具有第二长度524的第一通道520的第一侧可具有第三高度608，如图5B中所描述，而第一通道520的与第一侧相对的第二侧可具有小(例如，可忽略的)壁高。容纳小长丝502的第二通道544可以沿着宽度516具有类似的第一高度和类似的第二高度，并且沿着通道的第三长度508具有大致相等的高度612。容纳大长丝506的第三通道548可具有与第一通道520类似的通道高度，其中沿着具有长度512的第一侧的第一高度616大于沿着与第一侧相对的也具有长度512的第二侧的第二高度614。

如图5B中所描述，通道可具有与长丝相邻并且在该长丝上方的第一部分和在该长丝下方的第二部分。如图5B所示，第二部分的长度可以大于第一部分的长度，并且对于长度和宽度具有统一的高度。对于三个通道中的每一个通道，通道的第二部分可以具有不同的高度。例如，第一通道520的第二部分可以具有高度610，第二通道544的第二部分可以具有高度618，并且第三通道548的第二部分可以具有高度620。相对于通道宽度，长丝可大致定位在相应通道的中心处。例如，每个长丝可定位在距通道壁中的每一个通道壁的距离622处。在一个示例中，距离622可以是至少600μm。

第一聚焦特征624定位在第一通道520与第二通道544之间，并且第二聚焦特征626定位在第二通道544与第三通道548之间。第一聚焦特征624和第二聚焦特征626中的每一者可以被配置有将从任一侧上的长丝发射的电子聚焦成用于聚焦元件302的单个电子束的几何形状。第一通道520、第二通道544和第三通道548以及因此第一长丝504、第二长丝502和第三长丝506可以聚焦特征的宽度间隔开。例如，第一通道520和第二通道544可以定位成以宽度628间隔开，并且第二通道544和第三通道548可以定位成以宽度630间隔开。如上所述，当长丝以相应通道宽度居中时，每个长丝之间的距离可以大于每个通道之间的距离。第一横向边缘特征602和第二横向边缘特征604以及第一聚焦特征624和第二聚焦特征626被配置为连续单个架构。

聚焦元件302的聚焦元件几何形状(包括通道壁、横向边缘特征和聚焦特征)被配置有集成边缘聚焦，其中聚焦元件的边缘(例如，边缘632)是圆形的，例如具有至少120μm的半径，这与限定为具有小于80μm的半径的锋利边缘(例如，两个直平面的90度相交)相反。在一个示例中，聚焦元件几何形状的所有边缘被配置为圆形边缘。

如图5B所描述，聚焦元件302可以被配置有位于长丝的平面下方的中空空间560，绝缘腿可以穿过该中空空间。中空区域可具有高度634和宽度636。

如上所述，长丝可以以聚焦特征的宽度横向间隔开。第一通道的长丝、第二通道的长丝和第三通道的长丝中的每一者具有相对于相邻长丝的不相等的横向间距，其中横向间距被定义为相对于水平轴在第一长丝直径的中心点到第二长丝直径的中心点之间的横向距离。具体地说，可定位在中长丝与大长丝之间的小长丝502可从聚焦元件302的总宽度(例如，等于第一宽度554)的中心偏移。从撞击阳极靶(诸如图2的阳极48的靶66)的电子束发射的离子可能最有可能撞击聚焦特征的中心。因此，通过将小长丝定位在聚焦特征的中心点的左侧，可以防止长丝的潜在退化。在一个示例中，小长丝可以与聚焦元件的边缘相距距离638，其中距离638小于聚焦元件302的总宽度的一半。中长丝可定位在小长丝502左侧的距离640处，而大长丝可定位在小长丝502右侧的距离642处。

为了将从通电长丝发射的电子聚焦成单个电子束，考虑长丝的大小和位置两者，因为每个长丝的大小和位置可能影响发射的电子的方向。长丝可以被定位在不同的竖直高度处以将电子发射引导成单个电子束，其中长丝竖直高度被定义为从长丝的圆周上的最低点到聚焦元件302的与绝缘体534的第二侧相邻的第一面的距离。在一个示例中，中长丝504可以相对于聚焦元件302的中空空间560的顶部定位在高度610处。高度610可大于大长丝506所定位的高度620，高度620可大于小长丝502所定位的高度618。

当经由电流馈通向长丝施加电压以加热长丝并发射电子时，每个长丝的腿(例如，中长丝504的第一电流馈通件435和第三电流馈通件445的腿)可(例如)通过腿绝缘体535绝缘，以使损失到环境的电荷最小化并且将电流馈通件电荷与施加在聚焦元件302上的电荷、电极板532的电荷和阴极基座536的电荷隔离，下文将进一步描述。

为了进一步将从每个长丝发射的电子聚焦成单个电子束，经由电极板532向聚焦元件302施加偏置电压，本文称为“网格电压”。例如，相对于施加到阴极基座的电荷，施加到聚焦元件302的网格电压可以是在-100V与-1000V之间的负电压。在另一示例中，网格电压可以在-200V到-400V之间。向聚焦元件302施加网格电压可以用于抑制电子从长丝的侧面和背面发射。绝缘体534可定位在电极板532与阴极基座536之间，以便抑制电极板532与阴极基座536之间的电压传递。

图7示出了容纳在阴极杯306中的安装部件的分解图700。除了前述聚焦元件302、电极板532、绝缘体534和阴极基座536之外，阴极杯306还可容纳第一间隔板702和第二间隔板704。在一个示例中，第一间隔板702和第二间隔板704由钎焊箔形成。绝缘体534以及第一间隔板702和第二间隔板704可沿这每个元件的长度574具有第三壁厚706。绝缘体534以及第一间隔板702和第二间隔板704还可以被配置有两个凹口708、710，该两个凹口可以沿着每个元件的宽度576居中并且可以跨越绝缘体534的高度580以及第一间隔板702和第二间隔板704的第三高度，该第三高度小于电极板532的高度。凹口708、710可以将电极板532、绝缘体534和阴极基座536联接。第一间隔板702可以夹在电极板532与绝缘体534之间。第二间隔板704可以夹在绝缘体534与阴极基座536之间。第一间隔板702和第二间隔板704两者可以被配置有与彼此、电极板532、绝缘体534以及阴极基座536类似的尺寸和几何形状，包括长度574和宽度576。第一间隔板702和第二间隔板704可以是具有与绝缘体534和阴极基座536类似的内部尺寸的环状结构，沿着宽度576具有第一壁厚547和第二壁厚545，其中第一壁厚547可以大于第二壁厚545。环状结构可允许阴极基座536的第三高度594突出穿过间隔板702、704、绝缘体534和电极板532的中心。

图8描绘了用于响应于源控制器请求而生成和聚焦X射线束的示例性方法800。方法800可以在X射线源(诸如图1的X射线源12)处实现，该X射线源适用于配置有阴极的X射线管，包括聚焦元件(诸如图3至图7的聚焦元件302)。聚焦元件可以被配置有不同宽度的至少三个通道、布置在至少三个通道中的每一个通道中的长丝、至少两个聚焦特征、至少两个横向边缘特征，并且聚焦元件的所有边缘是圆形的。用于执行方法800的指令可以由控制器(诸如图1的源控制器30)基于由源控制器经由计算机22从操作员控制台24接收的指令来执行。

方法800开始于802，其中X射线源可以从源控制器接收‘开启’请求。响应于‘开启’请求，可在804将第一电压施加到经由分别耦合的引线耦合到长丝的多个电流馈通件中的每一个电流馈通件。在806，可经由耦合到长丝的电流馈通件将第一电压施加到长丝。另外，可在808经由电极板将第二电压施加到聚焦元件。耦合到电引线的电流馈通件可以耦合到电极板，该电极板与聚焦元件共面接触。第一电压与第二电压之间的电荷差可以使得聚焦元件相对于阴极基座和长丝被负偏置。由于电极板通过绝缘体与阴极基座间隔开并且腿是单独绝缘的，所以第一电压和第二电压可以保持与它们所施加到的元件隔离。在810，施加到电流馈通件的第一电压可加热电流馈通件所耦合到的长丝，从而使得在812经由热离子发射产生电子。在一个示例中，一次可以使一个长丝通电(例如，具有经由相应的电流馈通件施加的电压)。在814，来自加热的长丝的电子发射可以通过相对负偏置的聚焦元件引导成单个电子束。单个电子束可以通过聚焦元件的圆形边缘以及聚焦特征和横向边缘特征的几何形状(包括横向边缘特征中的每一个横向边缘特征中的至少一个凹部)进一步聚焦。至少一个凹部可包括圆形凹部边缘以帮助聚焦发射的电子。单个电子束可以在816撞击阳极靶，使得在818由X射线管生成X射线束。方法800结束。

如上所述配置的X射线阴极聚焦元件(例如，具有三个电子发射长丝、集成边缘聚焦和偏置电压)的技术效果在于，可以保持或增加电子发射长丝和聚焦元件的使用寿命，并且可以扩大成像系统聚焦能力在一系列分辨率和对象大小上的范围。

本公开还为一种X射线管阴极提供支持，所述阴极包括：阴极基座；绝缘体，所述绝缘体具有与所述阴极基座相邻的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；聚焦元件，所述聚焦元件与所述绝缘体的所述第二侧相邻，所述聚焦元件具有其中布置有长丝的至少一个通道，以及在所述至少一个通道的任一侧上的至少一个聚焦特征。在系统的第一示例中，所述至少一个通道具有圆形通道边缘。在系统的可选地包括第一示例的第二示例中，第一示例还包括所述长丝与所述至少一个通道的边缘之间的至少阈值距离。在系统的可选地包括第一和第二示例中的一者或两者的第三示例中，所述阈值距离是600μm。在系统的可选地包括第一至第三示例中的一者或多者或每一者的第四示例中，所述至少一个通道具有相对于施加到布置在相应通道中的所述长丝的电压而施加到所述至少一个通道的负偏置电压。在系统的可选地包括第一至第四示例中的一者或多者或每一者的第五示例中，所述长丝通过所述绝缘体与所述聚焦元件的所述电压绝缘。在系统的可选地包括第一至第五示例中的一者或多者或每一者的第六示例中，在所述至少一个通道的任一侧上的所述至少一个聚焦特征与所述至少一个通道组合形成连续单个架构碗形，其中所述聚焦元件的侧面与所述聚焦元件的中心相比具有更高的高度。在系统的可选地包括第一至第六示例中的一者或多者或每一者的第七示例中，所述聚焦元件包括具有圆形凹部边缘的横向凹部。在系统的可选地包括第一至第七示例中的一者或多者或每一者的第八示例中，所述至少一个通道包括第一通道、第二通道和第三通道，其中所述第二通道位于所述第一通道与所述第三通道之间，并且其中所述第一通道的长丝、所述第二通道的长丝和所述第三通道的长丝中的每一者具有长丝高度，其中所述长丝高度被定义为相对于竖直轴从所述长丝的圆周上的最低点到所述聚焦元件的第一面的竖直距离，所述第一面与所述绝缘体的所述第二侧相邻，并且每个通道的所述长丝高度是不同的。在系统的可选地包括第一至第八示例中的一者或多者或每一者的第九示例中，所述第一通道的所述长丝、所述第二通道的所述长丝和所述第三通道的所述长丝中的每一者具有相对于相邻长丝的不相等的横向间距，其中横向间距被定义为相对于水平轴在第一长丝直径的中心点到第二长丝直径的中心点之间的横向距离。在系统的可选地包括第一至第九示例中的一者或多者或每一者的第十示例中，所述第一通道的所述长丝与所述第二通道的所述长丝之间的横向间距不同于[大于或小于]所述第二通道的所述长丝与所述第三通道的所述长丝之间的所述横向间距。在系统的可选地包括第一至第十示例中的一者或多者或每一者的第十一示例中，所述第二通道的所述长丝从所述聚焦元件的宽度的中心点横向偏移。

本发明还为一种成像系统提供支持，所述成像系统包括：阳极组件；和阴极组件，所述阴极组件被配置为将电子束聚焦在所述阳极组件上，其中所述阴极组件包括单片聚焦元件，所述单片聚焦元件具有：至少一个通道和布置在所述至少一个通道中的长丝；位于两个横向边缘特征中的每一个横向边缘特征处的至少一个凹部；和定位在所述两个横向边缘特征之间的至少两个聚焦特征。在系统的第一示例中，所述两个横向边缘特征的每个凹部定位在相对于竖直轴的第一竖直高度处，所述第一竖直高度大于相邻长丝的第二竖直高度。在系统的可选地包括第一示例的第二示例中，第一电压被施加到所述单片聚焦元件并且第二电压被施加到所述长丝，其中所述第二电压不同于所述第一电压。在系统的可选地包括第一和第二示例中的一者或两者的第三示例中，所述至少一个通道包括第一通道、第二通道和第三通道，其中所述第二通道定位在所述第一通道与所述第三通道之间，并且其中所述第二通道的第二长丝定位在第三高度处，其中所述第三高度小于所述第三通道的第三长丝的第四高度，并且所述第一通道的第一长丝定位在第五高度处，其中所述第五高度大于所述第四高度。在系统的可选地包括第一至第三示例中的一者或多者或每一者的第四示例中，所述第一通道的所述长丝、所述第二通道的所述长丝和所述第三通道的所述长丝各自具有不同的直径和长度，并且所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道相对于彼此各自具有不同的宽度。

本公开还为一种用于X射线成像系统的阴极提供支持，所述阴极包括：聚焦元件，所述聚焦元件具有与电极板相邻定位的第一侧；和绝缘体，所述绝缘体具有与所述电极板相邻定位的第一侧和与阴极基座相邻的第二相对侧；其中所述聚焦元件具有定位在不同宽度的相应通道中的不同大小的至少三个长丝，其中所述至少三个长丝中的每一者耦合到两个电流馈通件，每个电流馈通件被配置有延伸穿过所述聚焦元件的中心中空空间、所述电极板、所述绝缘体和所述阴极基座的腿。在系统的第一示例中，所述腿的延伸穿过所述聚焦元件的所述中心中空空间、所述电极板、所述绝缘体和所述阴极基座的一部分独立于所述绝缘体而绝缘。在系统的可选地包括第一示例的第二示例中，施加到所述聚焦元件的第一电压在-200V到-400V之间，其中施加到所述聚焦元件的所述第一电压相对于施加到所述至少三个长丝的第二电压被负偏置。

如本文所用，以单数形式列举并且以单词“一”或“一个”开头的元件或步骤应当被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明此类排除。此外，对本公开的“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除也包含所叙述特征的附加实施方案的存在。此外，除非明确地相反说明，否则“包含”、“包括”或“具有”具有特定特性的元件或多个元件的实施方案可包括不具有该特性的附加此类元件。术语“包括”和“在...中”用作相应的术语“包含”和“其中”的简明语言等同形式。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，而不旨在对其对象施加数字要求或特定位置次序。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使相关领域中的普通技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明可取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果此类其他示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构元素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有微小差别的等效结构元素，则此类其他示例旨在落入权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于X射线管的阴极，所述阴极包括：

阴极基座；

绝缘体，所述绝缘体具有与所述阴极基座相邻的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；

聚焦元件，所述聚焦元件与所述绝缘体的所述第二侧相邻，所述聚焦元件具有其中布置有长丝的至少一个通道，以及在所述至少一个通道的任一侧上的至少一个聚焦特征。

2.根据权利要求1所述的阴极，其中所述至少一个通道具有圆形通道边缘。

3.根据权利要求1所述的阴极，所述阴极还包括所述长丝与所述至少一个通道的边缘之间的至少阈值距离。

4.根据权利要求3所述的阴极，其中所述阈值距离是600μm。

5.根据权利要求1所述的阴极，其中所述至少一个通道具有相对于施加到布置在相应通道中的所述长丝的电压而施加到所述至少一个通道的负偏置电压。

6.根据权利要求5所述的阴极，其中所述长丝通过所述绝缘体与所述聚焦元件的所述电压绝缘。

7.根据权利要求1所述的阴极，其中在所述至少一个通道的任一侧上的所述至少一个聚焦特征与所述至少一个通道组合形成连续单个架构碗形，其中所述聚焦元件的侧面与所述聚焦元件的中心相比具有更高的高度。

8.根据权利要求1所述的阴极，其中所述聚焦元件包括具有圆形凹部边缘的横向凹部。

9.根据权利要求1所述的阴极，其中所述至少一个通道包括第一通道、第二通道和第三通道，其中所述第二通道位于所述第一通道与所述第三通道之间，并且其中所述第一通道的长丝、所述第二通道的长丝和所述第三通道的长丝中的每一者具有长丝高度，其中所述长丝高度被定义为相对于竖直轴从所述长丝的圆周上的最低点到所述聚焦元件的第一面的竖直距离，所述第一面与所述绝缘体的所述第二侧相邻，并且每个通道的所述长丝高度是不同的。

10.根据权利要求9所述的阴极，其中所述第一通道的所述长丝、所述第二通道的所述长丝和所述第三通道的所述长丝中的每一者具有相对于相邻长丝的不相等的横向间距，其中横向间距被定义为相对于水平轴在第一长丝直径的中心点到第二长丝直径的中心点之间的横向距离。

11.根据权利要求9所述的阴极，其中所述第一通道的所述长丝与所述第二通道的所述长丝之间的横向间距不同于[大于或小于]所述第二通道的所述长丝与所述第三通道的所述长丝之间的所述横向间距。

12.根据权利要求9所述的阴极，其中所述第二通道的所述长丝从所述聚焦元件的宽度的中心点横向偏移。

13.一种成像系统，所述成像系统包括：

阳极组件；和

阴极组件，所述阴极组件被配置为将电子束聚焦在所述阳极组件上，其中所述阴极组件包括单片聚焦元件，所述单片聚焦元件具有：

至少一个通道和布置在所述至少一个通道中的长丝；

位于两个横向边缘特征中的每一个横向边缘特征处的至少一个凹部；和

定位在所述两个横向边缘特征之间的至少两个聚焦特征。

14.根据权利要求13所述的成像系统，其中所述两个横向边缘特征的每个凹部定位在相对于竖直轴的第一竖直高度处，所述第一竖直高度大于相邻长丝的第二竖直高度。

15.根据权利要求13所述的成像系统，其中第一电压被施加到所述单片聚焦元件并且第二电压被施加到所述长丝，其中所述第二电压不同于所述第一电压。

16.根据权利要求13所述的成像系统，其中所述至少一个通道包括第一通道、第二通道和第三通道，其中所述第二通道定位在所述第一通道与所述第三通道之间，并且其中所述第二通道的第二长丝定位在第三高度处，其中所述第三高度小于所述第三通道的第三长丝的第四高度，并且所述第一通道的第一长丝定位在第五高度处，其中所述第五高度大于所述第四高度。

17.根据权利要求16所述的成像系统，其中所述第一通道的所述长丝、所述第二通道的所述长丝和所述第三通道的所述长丝各自具有不同的直径和长度，并且所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道相对于彼此各自具有不同的宽度。

18.一种用于X射线成像系统的阴极，所述阴极包括：

聚焦元件，所述聚焦元件具有与电极板相邻定位的第一侧；和

绝缘体，所述绝缘体具有与所述电极板相邻定位的第一侧和与阴极基座相邻的第二相对侧；其中

所述聚焦元件具有定位在不同宽度的相应通道中的不同大小的至少三个长丝，其中所述至少三个长丝中的每一者耦合到两个电流馈通件，每个电流馈通件被配置有延伸穿过所述聚焦元件的中心中空空间、所述电极板、所述绝缘体和所述阴极基座的腿。

19.根据权利要求18所述的阴极，其中所述腿的延伸穿过所述聚焦元件的所述中心中空空间、所述电极板、所述绝缘体和所述阴极基座的一部分独立于所述绝缘体而绝缘。

20.根据权利要求18所述的阴极，其中施加到所述聚焦元件的第一电压在-200V到-400V之间，其中施加到所述聚焦元件的所述第一电压相对于施加到所述至少三个长丝的第二电压被负偏置。

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