CN116779398A - X射线阴极聚焦元件 - Google Patents

Abstract

提供了用于X射线成像系统的阴极的各种方法和系统，该阴极包括杯和陶瓷绝缘体，该陶瓷绝缘体具有与围绕该陶瓷绝缘体的该杯上的对应凹坑配合的凸外表面。

Description

X射线阴极聚焦元件

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)的阴极。

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。阴极可被配置有附加聚焦元件，诸如聚焦架构，例如以进一步影响X射线发射点的大小和位置。

发明内容

在一个实施方案中，一种用于x射线设备的阴极包括：杯；和陶瓷绝缘体，该陶瓷绝缘体具有与围绕该陶瓷绝缘体的该杯上的对应凹坑配合的凸外表面。

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

通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述将更好地理解本发明，其中以下：

图1示出了成像系统的示例的框图；

图2示出了可包括在图1的成像系统中的X射线管的一部分的横截面图的示意图；

图3示出了可包括在图1的成像系统中的X射线管的一部分的横截面透视图；

图4示出了可包括在图2的X射线系统管中的阴极的分解图；并且

图5示出了图3的阴极的横截面图。

具体实施方式

下面的描述涉及用于X射线管的阴极的各种实施方案。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(例如，X射线管)以生成照射X射线束。图2中示出X射线管的横截面示意图，并且图3中示出X射线管的横截面透视图。图3的X射线管可以是图2的X射线管的一个实施方案。图2至图3的X射线管包括阳极组件和阴极组件，该阴极组件包括阴极，如图4至图5中进一步详细示出。

图4示出了阴极的分解图，该阴极包括陶瓷绝缘体、钎焊箔、基座和焊盘(统称为阴极元件)。前述阴极元件中的每个阴极元件可包括可用于对准和组装阴极元件的整合定位特征。图5示出了阴极的横截面图，包括陶瓷绝缘体、基座和焊盘的整合定位特征的细节。图2至图5是大致按比例示出的，但可以使用其他相对尺寸。

智能阴极可在成像系统(诸如X射线成像系统)中使用，以提供对卷绕长丝的聚焦并产生具有电极特征的基本上无限焦点形状大小。智能阴极可通过将至少两个基座元件钎焊在一起来制造，其中至少两个基座元件使用填充金属来接合，在该至少两个基座元件之间定位有绝缘体。然后可例如使用组件级处的放电机加工(EDM)，在钎焊元件上机加工为电极提供聚焦的特征。EDM可以允许具有线性形状的多个特征几何形状(例如，其中几何形状的平面以角度相交，而不是弯曲的几何形状)。在EDM以产生特征几何形状之后，可清洁所得智能阴极。例如，智能阴极的表面可以进行喷砂以从EDM工艺去除钎焊溢出物和重铸层。

在一个示例中，定位在至少两个基座元件之间的绝缘体可由陶瓷或其他足够的绝缘材料形成。常规陶瓷绝缘体可包括用于定位榫钉的定位孔和/或切口，以帮助定位陶瓷绝缘体、至少两个基座元件和填充金属。至少两个基座元件通常可包括定位榫钉(例如，当陶瓷绝缘体包括用于定位榫钉的切口时)，以提供用于阴极的整体式夹具，并且还可包括用于压配合操作的孔，该压配合操作用于配合(例如，钎焊在一起)金属基座元件。

然而，常规智能阴极系统存在挑战。例如，用于定位陶瓷绝缘体的榫钉的定位孔和切口可以是应力集中点。当使用智能阴极时，定位孔处的应力可导致阴极开裂，这可使智能阴极不可用。此外，至少两个基座元件可包括定位榫钉处的过量钎焊溢出，这可由于定位榫钉处的过量金属而降低陶瓷绝缘体的绝缘能力。

智能阴极可能由于裂纹而不可用，因为当陶瓷充当至少两个杯元件(诸如基座和焊盘(例如，聚焦元件定位在其上))之间的绝缘体时，施加到焊盘的第一电压可能不再与施加到基座的第二电压绝缘，反之亦然。此外，定位榫钉可包括来自钎焊机加工的过量钎焊溢出，其在智能阴极的清洁期间(例如，经由喷砂)可能未被去除。在制造期间，当配合智能阴极的金属部件时，用于压配合操作的基座和/或焊盘中的孔也可以是应力集中点。

因此，对于具有相对于常规设计减少应力集中点数量的架构的智能阴极，可能需要一种系统。在一个示例中，该架构可提供紧密的公差位置，而无需定位榫钉和/或陶瓷特征，该定位榫钉和/或陶瓷特征通常导致高应力集中点。

在一个实施方案中，该设计包括整合为一体式单构件绝缘体陶瓷的一部分的凸表面。凸表面可以是形成为绝缘体陶瓷表面的一部分的弯曲部，并且可位于周围杯组件特征上的凹坑中。例如，凹坑由基座和焊盘的竖直突出特征形成。使用整合的凹特征和凸特征而不是定位榫钉、用于定位榫钉的切口和定位孔将绝缘体陶瓷装配在基座和焊盘之间可为阴极提供紧密的公差叠加。此外，定位榫钉的排除可允许在钎焊后EDM机加工期间去除较少的材料。因此可去除陶瓷绝缘体中的高应力集中特征，并通过陶瓷中的整体式凸特征和金属部件(例如，基座和焊盘)中的凹特征来提供阴极元件(例如，基座、绝缘体、钎焊箔和焊盘)的维度定位。在多种实施方案中的一个实施方案中，本文所述的系统架构可将常规阴极中出现裂纹的区域中的应力降低约50％。

因此，可从智能阴极设计中消除常规使用的定位榫钉，与本文所述的用于智能阴极的系统相比，该常规使用的定位榫钉使用额外的部件和操作。本文公开的系统还使用整体式特征提供阴极元件的精确对准。榫钉定位特征被与阴极陶瓷成一整体的定位特征所取代，这可减少应力集中点。当定位夹具是分开的时，产生整体式特征(例如，自夹具)可减少定位夹具到金属部件的钎焊。消除定位榫钉(在金属部件上)和对应的陶瓷特征可消除钎焊开裂并减少钎焊溢出。

本文公开的用于智能阴极的系统的技术优势包括增加的智能阴极电压稳定性。可通过防止陶瓷开裂和减少钎焊溢出来增加金属件(例如，至少两个基座元件)之间的电压绝缘。商业优势可包括减少机加工时间和各个部件的对应复杂性(例如，由于定位榫钉和相关联加工程序的去除)。

在进一步讨论具有整合定位特征的智能阴极系统之前，示出了其中可实现阴极的示例性成像系统。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、行李件或期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，并且因此表示衰减的束。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，还可以设想到也可实现直接转换型检测器(例如，CdTe、CZT、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。操作员还可使用操作员控制台24向计算机22提供命令和指令，以用于控制向X射线源12提供功率和定时信号的源控制器30。

图2示出了可包括在图1的成像系统中的X射线源200的横截面示意图。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。此外，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，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，该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之间的例如六万(60000)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围绕其中心线70旋转。因此，中心线70限定阳极48和轴承组件50的旋转轴线。如图所示，阳极48具有环形形状，该阳极在其中心包含用于接收轴承组件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至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或更快的速率围绕对象(诸如图1中的成像系统10的对象16)旋转。

可以形成轴承组件50的不同实施方案，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)和旋转部分(诸如套筒78，阳极48附接到该套筒)。虽然相对于图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。在这样的构型中，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。在另选实施方案中，冷却剂流动路径80可仅延伸穿过X射线管40的一部分，诸如在其中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示出了可为图2的X射线管40的实施方案的X射线管300的横截面透视图。X射线管300的与图2的X射线管40的元件等效的元件被类似地编号。提供了用于在示出的各视图之间进行比较的一组参考轴301，其指示x轴、y轴和z轴。

X射线管300可包括图2所示的阳极组件42和阴极组件44，以及收集器组件390。如上所述，当靶被从阴极52发射的电子撞击时，阳极组件42可生成X射线。X射线管300可包括第一靶66a和第二靶66b，该第一靶和该第二靶可定位在阳极48的相对端部上。阳极48可由轴承组件50支撑以旋转，并且可由转子72和定子旋转，从而将电子热负荷分布在第一靶66a和第二靶66b中的每一者上。

阴极组件44可包括主绝缘体358、下延伸部360、屏蔽件365和阴极杯62。主绝缘体358可与中心绝缘壳体58等效，并且下延伸部360可与掩模60等效。屏蔽件365可屏蔽阴极52的部件，诸如在图5中进一步描述的长丝和聚焦元件，使其免受反向散射电子的影响。如先前参考图2所述，阴极组件44可以变化的能级向靶(例如，第一靶66a和/或第二靶66b)提供电子。

收集器组件390可包括电子收集器392和窗口368。窗口368可与图2的辐射发射通道68等效，通过该辐射发射通道发射由阳极组件42生成的X射线。电子收集器392可将窗口368保持在框架46中的适当位置，并且可进一步吸收反向散射电子。

如上所述，智能阴极(在本文称为“阴极”)需要一种系统，其架构与常规设计相比减少了应力集中点的数量，常规设计可包括定位切口和定位榫钉。与常规智能阴极相比，本文所述的阴极可具有增加的高压稳定性和增加的使用寿命。本文所述的阴极系统包括位于陶瓷绝缘体上的整体式凸表面以及由基座和定位在陶瓷绝缘体任一侧上的焊盘形成的凹坑。整体式凸表面可位于凹坑中以对准阴极系统的元件(例如，陶瓷绝缘体、焊盘、基座和用于接合前述元件的钎焊箔)。因此，与具有定位孔和定位榫钉的常规阴极相比，本文所述的系统因此可导致应力点减少的阴极。因此，可相对增加阴极的使用寿命，并且可降低制造复杂性。

图4示出了阴极400的元件的分解图。在一个示例中，阴极400可以是图2至图3的阴极52。提供了用于在示出的各视图之间进行比较的一组参考轴401，其指示x轴、y轴和z轴。图4示出了阴极52的一些但不是全部元件。例如，阴极52还可包括聚焦元件，该聚焦元件包括长丝，在加热长丝时从长丝发射电子(例如，如图5所示)。聚焦元件还可将所发射的电子聚焦成撞击图2的阳极48的靶66的电子束。

图4示出了阴极400的基座组件的元件，包括基座10、第一钎焊箔420、绝缘体430、第二钎焊箔440和焊盘450。当组装阴极400时(例如，如图5所示)，前述阴极元件中的每个阴极元件可竖直堆叠，使得第一钎焊箔420可与绝缘体430和基座10面共享接触，并且第二钎焊箔440可与绝缘体430(例如，在绝缘体430的与第一钎焊箔420相对的面上)和焊盘450面共享接触。

在本实施方案中，绝缘体430是陶瓷绝缘体(例如，由陶瓷形成)。在其他实施方案中，绝缘体430可由使基座10与焊盘450充分绝缘的材料形成。绝缘体430可具有带有中空中心的矩形环形状。例如，绝缘体430可具有带有弯曲边缘的矩形形状和在绝缘体430的中心带有弯曲边缘的矩形切口。绝缘体430可具有与第三腿436相对的第一腿432和与第四腿438相对的第二腿434。第一腿432可具有第一宽度431并且第三腿436可具有大于第一宽度431的第二宽度433。第一腿432和第三腿436可具有第一长度435并且第二腿434和第四腿438可具有第二长度437，其中第一长度435大于第二长度437。绝缘体430可具有第一高度428，该第一高度围绕绝缘体430的圆周是等效的。

绝缘体430可包括整体式凸外表面，该整体式凸外表面可与金属杯的对应凹坑配合，如下文进一步描述。凸外表面可包括分别位于第二腿434和第四腿438上的第一弯曲部439a和第二弯曲部439b。第一弯曲部439a和第二弯曲部439b在尺寸、形状和沿着相应腿的布置方面可以是等效的。第一弯曲部439a和第二弯曲部439b中的每一者可分别与第二腿434和第四腿438无缝地整合，其中绝缘体430被制造为包括第一弯曲部439a和第二弯曲部439b的单个件。为简洁起见，本文将描述第一弯曲部439a的细节，并且也可适用于第二弯曲部439b。

第一弯曲部439a可具有沿着第二腿434的第二长度437居中的一体式凸波形。该一体式凸波形可包括位于该形状的中心处的第三宽度402以及位于该第三宽度402的任一侧上的第四宽度404。第三宽度402可大于第四宽度404，并且第四宽度404可小于第一宽度431。此外，第三宽度402可大于第二宽度433。位于任一侧上的第三宽度402和第四宽度404中的每一者弯曲地连接，从而形成第一弯曲部439a的一体式凸波形。

阴极400还包括第一钎焊箔420和第二钎焊箔440，该第一钎焊箔和该第二钎焊箔可用于将绝缘体430分别联接(例如，经由钎焊)到基座10和焊盘450。第一钎焊箔420和第二钎焊箔440可以是具有与绝缘体430类似尺寸的环状结构。第一钎焊箔420和第二钎焊箔440的尺寸可等于绝缘体430的尺寸(例如，第一长度435、第二长度437、第一宽度431和第二宽度433)。另选地，第一钎焊箔420和第二钎焊箔440的尺寸可成比例地小于绝缘体430的尺寸。例如，第一钎焊箔420和第二钎焊箔440可保持环状结构，其中对应于绝缘体430的第一腿432的第一腿的宽度小于对应于绝缘体430的第三腿436的第三腿的第二宽度。

第一钎焊箔420和第二钎焊箔440还可包括位于相应钎焊箔的第二腿和第四腿上的一体式凸波形，当第一钎焊箔420和第二钎焊箔440定位在绝缘体430的任一侧上时，该一体式凸波形与第一弯曲部439a和第二弯曲部439b对准。第一钎焊箔420、第二钎焊箔440和绝缘体430的一体式凸波形可装配到由基座10和焊盘450的整合定位元件形成的金属杯凹坑中。

基座10可由金属(诸如例如镍、钢、可伐合金或铌)形成，并且可具有包括第一层级410a和第二层级410b的连续阶梯式架构。第一层级410a可具有沿着第五腿412和与第五腿412相对的第七腿416的第一长度435。第一层级410a还可具有沿着第六腿414和与第六腿414相对的第八腿418的第二长度437。另选地，第一层级410a的尺寸可成比例地小于绝缘体430的尺寸。例如，第一层级410a的相应腿的长度可小于第一长度435和第二长度437，而对应于绝缘体430的第一腿432的第一腿的宽度小于对应于绝缘体430的第三腿436的第三腿的第二宽度。第一层级410a可具有第二高度408，该第二高度可小于或等于绝缘体430的第一高度428，并且小于第二层级410b的第三高度409。第一层级410a还可包括沿着第七腿416的下延伸部419。下延伸部419可与图3的下延伸部360等效，并且可将阴极400联接到阴极组件44。

第二层级410b可定位在第一长度435的中心中并且偏离第二长度437的中心，使得第五腿412的第五宽度411小于第七腿416的第六宽度413，并且第六腿414和第八腿418具有第七宽度422。第七宽度422可小于第五腿412的第五宽度411和第七腿416的第六宽度413。第五宽度411可等于第一宽度431并且第七宽度422可大于第四宽度404且小于绝缘体430的第三宽度402。另选地，第七宽度422可等于第四宽度404。在各种实施方案中，第一层级410a可成比例地大于绝缘体430，使得第一层级410a可具有与上述相同的相对腿长度和宽度并且大于绝缘体430。因此，当绝缘体430定位在第一层级410a的顶部时，在绝缘体430与第二层级410b之间可存在间隙，如关于图5进一步描述。

第二层级410b可具有沿着第五腿412和第七腿416的第三长度415，以及沿着第六腿414和第七腿416的第四长度417。第三长度415可比第一长度435小第二层级410b的任一侧上的第七宽度422的总和。第四长度417可比第二长度437小第五宽度411和第六宽度413的总和。

如上文简要描述的，基座10可包括凹坑基座，绝缘体430的整体式凸外表面可与该凹坑基座配合。例如，凹坑基座可以是金属杯凹坑的第一部分，第一钎焊箔420、第二钎焊箔440和绝缘体430的一体式凸波形可装配在该第一部分内。基座10可包括分别位于第六腿414和第八腿418上的第一凹坑基座406a和第二凹坑基座406b。第一凹坑基座406a和第二凹坑基座406b在尺寸、形状和沿着相应腿的布置方面可以是等效的。第一凹坑基座406a和第二凹坑基座406b中的每一者可分别与第六腿414和第八腿418无缝地整合，其中基座10被制造为包括第一凹坑基座406a和第二凹坑基座406b的单个件。为简洁起见，本文将描述第一凹坑基座406a的细节，并且也可适用于第二凹坑基座406b。

第一凹坑基座406a可具有沿着第六腿414的第二长度437居中的一体式矩形。该一体式矩形可包括第五长度405的第八宽度403。第八宽度403可与第七宽度422相加，以将基座10在第一凹坑基座406a处的总宽度延伸为大于第七宽度422并且大于第三宽度402。另外，第一凹坑基座406a可包括在最外侧腿(例如，远离基座10的中心，如线460所示)处具有第四高度407的唇缘。该唇缘沿与第二层级410b相同的方向延伸。第四高度407可大于基座10的第一层级410a的第二高度408。当第一钎焊箔420和绝缘体430被定位在基座10的顶部时(例如，图4所示的分解视图沿着线460朝向基座10折叠)，第一弯曲部439a可搁置在第一凹坑基座406a上并被唇缘部分地包封，如参考图5进一步示出和描述的。

第二层级410b的第三高度409可大于绝缘体430的第一高度428与第一钎焊箔420和第二钎焊箔440的高度之和。因此，第二层级410b可延伸穿过绝缘体430和焊盘450的中空部分。因此，绝缘体430可定位在基座10和焊盘450之间，并且周向地围绕基座10的第二层级410b。

焊盘450可为环形的，具有连接直边和中空中心的圆角。焊盘450可由金属(诸如例如镍、钢、可伐合金或铌)形成。焊盘450的尺寸可等于绝缘体430的尺寸(例如，第一长度435、第二长度437、第一宽度431和第二宽度433)。另选地，焊盘450的尺寸可成比例地大于绝缘体430的尺寸。例如，焊盘450可保持环状结构，其中对应于绝缘体430的第一腿432的第一腿的宽度小于对应于绝缘体430的第三腿436的第三腿的第二宽度。

焊盘450可包括与第十一腿456相对的第九腿452和与第十二腿458相对的第十腿454。第九腿452可具有第九宽度451，并且第十一腿456可具有大于第九宽度451的第十宽度453。第九腿452和第十一腿456可具有第一长度435，并且第十腿454和第十二腿458可具有第二长度437。焊盘450可包括沿着第九腿452、第十腿454、第十一腿456和第十二腿458中的每一者的焊接特征，聚焦元件可焊接到该焊接特征，如图5所示。每个焊接特征可延伸大于焊盘450的第五高度448的高度。

如上文简要描述的，焊盘450可包括凹坑覆盖件，绝缘体430的整体式凸外表面可与该凹坑覆盖件配合。例如，凹坑覆盖件可以是金属杯凹坑的第二部分，第一钎焊箔420、第二钎焊箔440和绝缘体430的一体式凸波形可装配在该第二部分内。焊盘450可包括分别位于第十腿454和第十二腿458的焊接特征上的第一凹坑覆盖件459a和第二凹坑覆盖件459b。例如，第一凹坑覆盖件459a和第一凹坑基座406a可形成第一凹坑，绝缘体430的第一弯曲部439a可与该第一凹坑配合。第一凹坑覆盖件459a和第二凹坑覆盖件459b在尺寸、形状和沿着相应腿的布置方面可以是等效的。第一凹坑覆盖件459a和第二凹坑覆盖件459b中的每一者可分别与第十腿454和第十二腿458无缝地整合，其中焊盘450被制造为包括第一凹坑覆盖件459a和第二凹坑覆盖件459b的单个件。为了简洁，将在本文描述第一凹坑覆盖件459a的细节，并且也可适用于第二凹坑覆盖件459b。

第一凹坑覆盖件459a可具有沿着第十腿454的第二长度437居中的一体式凸形。该一体式凸形可包括第九宽度455，该第九宽度可小于或等于第一凹坑基座406a的第八宽度403并且大于第一弯曲部439a的第三宽度402。第九宽度455可弯曲地联接到第十腿454，从而形成一体式凸形。另外，第一凹坑覆盖件459a可包括朝向绝缘体430延伸的具有第六高度457的唇缘，该第六高度可大于第一凹坑覆盖件459a的第七高度461。当焊盘450定位在第二钎焊箔440的顶部时(绝缘体430、第一钎焊箔420和基座10已按图4所示的顺序定位在该第二钎焊箔下方)，第一凹坑覆盖件459a可搁置在第一弯曲部439a上，该第一弯曲部可搁置在第一凹坑基座406a上。因此，第一弯曲部439a可由第一凹坑基座406a的唇缘从下方部分地包封并且由第一凹坑覆盖件459a的唇缘从上方部分地包封，如参考图5进一步示出和描述的。

第一钎焊箔420、绝缘体430、第二钎焊箔440和焊盘450的环状结构可允许基座10的第二层级410b突出穿过第二钎焊箔440、绝缘体430和第一钎焊箔420的中心。因此，绝缘体430可周向地围绕基座10的第二层级410b。在一个示例中，第二层级410b的顶部可与第二钎焊箔440的顶部齐平。在另一示例中，第二层级410b可延伸穿过焊盘450，如图5中进一步所示。

焊盘450、基座10、第一钎焊箔420、第二钎焊箔440和绝缘体430中的每一者可由同一方或不同方制造。此外，焊盘450、基座10、第一钎焊箔420、第二钎焊箔440和绝缘体430可使用焊炬钎焊、感应钎焊、电阻钎焊或另一种钎焊方法钎焊在一起，其中焊盘450、基座10和绝缘体通过填充金属(例如，第一钎焊箔420和第二钎焊箔440)接合。例如，第一钎焊箔420和第二钎焊箔440可用于经由钎焊将绝缘体联接到基座10和焊盘450。

图5示出了图4的阴极400的横截面图500，如由沿图4中的虚线5-5截取的横向切割所限定。类似的部件与在图3中类似地编号，并且包括基座10、绝缘体430和焊盘450。图5所示的实施方案还包括聚焦元件575。提供了用于在示出的各视图之间进行比较的一组参考轴501，其指示x轴、y轴和z轴。

聚焦元件575可以是单个连续架构，该单个连续架构具有大小被设计成使得热离子长丝可定位在其中的至少一个通道，并且在至少一个通道的任一横向侧上具有至少一个聚焦特征。在一个示例中，聚焦元件575可使用EDM和五轴铣削机加工来机加工。聚焦元件的聚焦特征和通道可具有圆角和边缘以及平滑几何形状，这与以线性角度相交的拐角相反。可以使用其他方法来机加工聚焦元件，这允许圆形边缘和平滑几何形状。

如图5所示，聚焦元件575可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个通道中。聚焦元件575可具有碗形状，例如，与聚焦元件的中心相比，聚焦元件的侧面可具有更高的高度。

聚焦元件几何形状可包括在第六长度519的相对端上的第一横向边缘特征502和第二横向边缘特征504。第一横向边缘特征502和第二横向边缘特征504中的每一者可被配置有横向凹部506，该横向凹部可帮助聚焦电子束。横向凹部506的边缘可以是圆形的。聚焦元件575还可包括定位在聚焦元件架构的通道中的至少一个热离子长丝。图5的实施方案包括定位在第一通道中的小长丝、定位在第二通道中的中长丝和定位在第三通道中的大长丝。在其他实施方案中，长丝可具有相同或不同的尺寸。此外，长丝可各自相对于基座10的第二层级410b的顶部定位在相应通道内的不同高度处。相对于通道宽度，每个长丝可大致定位在相应通道的中心处。诸如第一聚焦特征528和第二聚焦特征530的附加聚焦特征可沿着聚焦元件575的第六长度519定位在通道中的每个通道之间。第一聚焦特征528和第二聚焦特征530中的每一者可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575的单个电子束的几何形状。因此，通道可以由相应通道之间的聚焦特征的宽度间隔开。

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可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线(例如，x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。通过将中长丝定位在聚焦特征的中心点的左侧，可防止长丝的潜在退化。

聚焦元件575可被配置有位于长丝平面下方的中空空间532，长丝的绝缘腿可穿过该中空空间。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，每个长丝的腿可例如通过腿绝缘体被绝缘，以使损失到环境的电荷最小化并将电流馈通电荷与施加在聚焦元件575上的电荷、基座10的第一电荷和焊盘450的第二电荷隔离。

中空区域在聚焦元件575与基座10的第二层级410b的顶部之间提供间隙区域。此外，由于基座10的第二层级410b的第三长度415小于绝缘体430和焊盘450的第一长度435，并且小于聚焦元件575的第六长度519，因此间隙区域围绕基座10的第二层级410b的侧面延伸。横向间隙540因此存在于基座10的第二层级410b与绝缘体430，第二层级410b与焊盘450，以及第二层级410b与聚焦元件575之间(例如，围绕第二层级410b的圆周)。第二层级410b与焊盘450之间的横向间隙540的宽度等于绝缘体430与第二层级410b之间的横向间隙540的宽度。横向间隙540可具有围绕第二层级410b的圆周等距离的第一宽度。横向间隙540在第二层级410b和聚焦元件575之间可为圆形，使得第二层级410b和聚焦元件575之间的横向间隙540的宽度小于绝缘体430和第二层级410b之间的横向间隙540的宽度。

如图4所述，基座10和焊盘450可分别配置有凹坑基座和凹坑覆盖件，该凹坑基座和该凹坑覆盖件形成金属杯凹坑，绝缘体430上的整体式凸表面可位于该金属杯凹坑中。第一金属杯凹坑可由第一凹坑覆盖件459a和第一凹坑基座406a形成，并且第二金属杯凹坑可由第二凹坑覆盖件459b和第二凹坑基座406b形成。因此，第一金属杯凹坑和第二金属杯凹坑的结构在尺寸和形状上可以是等效的。第一弯曲部439a可装配在第一金属杯凹坑内，第二弯曲部439b可装配在第二金属杯凹坑内，如图5所示。

高度510包括第四高度407、第二高度408、第一高度428、第六高度457和第七高度461。宽度520包括第三宽度402、第八宽度403、第七宽度422和第九宽度455。当组装时，阴极400包括定位在绝缘体430的顶部并与绝缘体430面共享接触的焊盘450以及定位在基座10的顶部并与基座10面共享接触的绝缘体430。如图4所述，第一钎焊箔420和第二钎焊箔440可被定位在绝缘体430的任一侧上(例如，分别定位在基座10与绝缘体430之间以及定位在绝缘体430与焊盘450之间)。第一钎焊箔420和第二钎焊箔440中的每一者的高度可以是相当薄的，因此在图5中未示出。因此，阴极基座(例如，焊盘450、第一钎焊箔420、绝缘体430、第二钎焊箔440和焊盘450)的高度可以是第二高度408、第一高度428和第七高度461的总和。

如先前所述，第一凹坑覆盖件459a和第二凹坑覆盖件459b各自具有唇缘，该唇缘可朝向基座10延伸并因此部分地围绕绝缘体430。例如，第一凹坑覆盖件459a可具有第一唇缘515a，并且第二凹坑覆盖件459b可具有第二唇缘515b。第一唇缘515a和第二唇缘515b中的每一者可具有第六高度457，该第六高度大于第七高度461(例如，相应凹坑覆盖件结构的其余部分的第七高度)。每个相应唇缘的顶部(例如，靠近聚焦元件575)可与焊盘450的顶部对准。

第一凹坑基座406a和第二凹坑基座406b可分别具有第三唇缘515c和第四唇缘515d。第三唇缘515c和第四唇缘515d中的每一者可具有第四高度407，该第四高度大于第二高度408(例如，基座10的第一层级410a的第二高度)。每个相应唇缘的底部(例如，远离聚焦元件575)可与基座10的底部对准。

此外，第一唇缘515a、第二唇缘515b、第三唇缘515c和第四唇缘515d中的每一者可从阴极400的中心向外延伸横向距离(例如，如中心轴线535所示)。例如，第三唇缘515c可具有第八宽度403，该第八宽度在与第七宽度422相加时，可使基座10在第一凹坑基座406a处的总宽度延伸至大于第七宽度422并且大于第三宽度402，从而部分地包围绝缘体430。类似于第一唇缘515a，第三唇缘515c可使基座10的第四高度407延伸至大于基座10的第一层级410a的第二高度408。因此，第一金属杯凹坑和第二金属杯凹坑中的每一者的凹坑覆盖件的相应唇缘与凹坑基座之间的距离517可小于绝缘体430的第一高度428。

以这种方式，可制造一种用于X射线成像系统的阴极，其中包括基座、第一钎焊箔、绝缘体、第二钎焊箔和焊盘中的每一者的阴极元件可在不使用定位榫钉和定位孔和/或在其内定位定位榫钉的切口的情况下对准和配合。因此可减少绝缘体的应力点，并且可增加阴极的使用寿命。阴极因此可具有增加的可靠性和X射线束发射性能。如本文所述的用于成像系统的阴极的技术效果是增加的阴极的电子聚焦能力、阴极的高电压稳定性以及增加的制造的阴极的产率。

本公开还提供了对一种用于X射线设备的阴极的支持，该阴极包括：杯；和陶瓷绝缘体，该陶瓷绝缘体具有与围绕该陶瓷绝缘体的该杯上的对应凹坑配合的凸外表面。在该系统的第一示例中，该杯包含金属，并且其中该陶瓷绝缘体仅具有中心开口以及具有至少90度圆曲率的通孔或外部凹部。在该系统的任选地包括该第一示例的第二示例中，该陶瓷绝缘体具有带有弯曲边缘的大致矩形形状，并且其中该中心开口是在该陶瓷绝缘体的中心带有弯曲内边缘的矩形切口。在该系统的任选地包括该第一示例和该第二示例中的一者或两者的第三示例中，该陶瓷绝缘体具有与第三腿相对的第一腿和与第四腿相对的第二腿，其中该第一腿具有第一宽度，该第三腿具有大于该第一宽度的第二宽度，并且该第一腿和该第三腿具有第一长度并且该第二腿和该第四腿具有第二长度，其中该第一长度大于该第二长度。在该系统的任选地包括该第一示例至该第三示例中的一者或多者或每一者的第四示例中，该凸外表面包括分别位于该第二腿和该第四腿上的第一弯曲表面和第二弯曲表面。在该系统的任选地包括该第一示例至该第四示例中的一者或多者或每一者的第五示例中，该第一弯曲表面定位在该第二长度的中心处。在该系统的任选地包括该第一示例至该第五示例中的一者或多者或每一者的第六示例中，该第一弯曲表面具有一体式凸波形，该一体式凸波形带有位于中心点处的第三宽度以及沿着该第二长度位于该第三宽度的任一侧上的第四宽度。在该系统的任选地包括该第一示例至该第六示例中的一者或多者或每一者的第七示例中，该第三宽度大于该第一宽度并且该第四宽度小于该第一宽度。在该系统的任选地包括该第一示例至该第七示例中的一者或多者或每一者的第八示例中，该阴极还包括靠近该陶瓷绝缘体的第一面的第一钎焊箔和靠近该陶瓷绝缘体的第二面的第二钎焊箔，该第一面与该第二面相对。在该系统的任选地包括该第一示例至该第八示例中的一者或多者或每一者的第九示例中，该第一钎焊箔和该第二钎焊箔各自具有与该陶瓷绝缘体的该凸外表面的该第一弯曲表面和该第二弯曲表面等效的弯曲部。在该系统的任选地包括该第一示例至该第九示例中的一者或多者或每一者的第十示例中，该杯包括靠近该陶瓷绝缘体的该第一面的基座和靠近该陶瓷绝缘体的该第二面的焊盘。在该系统的任选地包括该第一示例至该第十示例中的一者或多者或每一者的第十一示例中，该基座具有与第七腿相对的第五腿和与第八腿相对的第六腿，其中该第五腿、该第六腿和该第八腿具有第五宽度，该第七腿具有大于该第五宽度的第六宽度，并且该第五腿和该第七腿具有第三长度并且该第六腿和该第八腿具有第四长度，其中该第三长度大于该第四长度。在该系统的任选地包括该第一示例至该第十一示例中的一者或多者或每一者的第十二示例中，该基座包括沿着该第七腿的第五长度的下延伸部，用于将该阴极联接到该x射线设备的x射线管。在该系统的任选地包括该第一示例至该第十二示例中的一者或多者或每一者的第十三示例中，该基座包括位于该第六腿和该第八腿中的每一者上的凹坑基座，其中该第六腿上的第一凹坑基座与该陶瓷绝缘体的该第二腿上的该第一弯曲表面竖直对准，并且该第八腿上的第二凹坑基座与该陶瓷绝缘体的该第四腿上的该第二弯曲表面竖直对准。在该系统的任选地包括该第一示例至该第十三示例中的一者或多者或每一者的第十四示例中，该第一凹坑基座和该第二凹坑基座是等效的。

本公开还提供了对一种用于X射线设备的阴极组件的支持，该阴极组件包括：阴极杯，该阴极杯被配置为将电子束聚焦在阳极组件上；屏蔽件，该屏蔽件被配置为屏蔽该阴极组件的部件，使其免受反向散射电子的影响；掩模，该掩模包封电引线；杯，该杯由焊盘和基座形成；和陶瓷绝缘体，该陶瓷绝缘体具有与围绕该陶瓷绝缘体的该杯上的对应凹坑配合的凸外表面。在该系统的第一示例中，该系统还包括：靠近该陶瓷绝缘体的第一面的第一钎焊箔和靠近该陶瓷绝缘体的第二面的第二钎焊箔，该第一面与该第二面相对，并且该第一钎焊箔和该第二钎焊箔具有与该陶瓷绝缘体的该凸外表面配合的凸外表面。

本公开还提供对一种成像系统的支持，该成像系统包括：收集器组件；阳极组件；和阴极组件，该阴极组件被配置为将电子束聚焦在该阳极组件上，其中该阴极组件包括杯和陶瓷绝缘体，该陶瓷绝缘体具有与围绕该陶瓷绝缘体的该杯上的对应凹坑配合的凸外表面。在该系统的第一示例中，该收集器组件包括窗口和电子收集器，通过该窗口发射由该阳极组件生成的x射线，该电子收集器用于在该成像系统内吸收反向散射电子。在该系统的任选地包括该第一示例的第二示例中，该阳极组件包括该电子束聚焦于其上的至少一个靶、转子和支承臂。

图2至图5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联接，则此类元件可分别被称为直接接触或直接联接。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线而言的，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那些形状(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。

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，对本发明的“一个实施方案”的引用不旨在被解释为排除也包含所引用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射线设备的阴极，所述阴极包括：

杯；和

陶瓷绝缘体，所述陶瓷绝缘体具有与围绕所述陶瓷绝缘体的所述杯上的对应凹坑配合的凸外表面。

2.根据权利要求1所述的阴极，其中所述杯包含金属，并且其中所述陶瓷绝缘体仅具有中心开口以及具有至少90度圆曲率的通孔或外部凹部。

3.根据权利要求2的阴极，其中所述陶瓷绝缘体具有带有弯曲边缘的大致矩形形状，并且其中所述中心开口是在所述陶瓷绝缘体的中心带有弯曲内边缘的矩形切口。

4.根据权利要求2所述的阴极，其中所述陶瓷绝缘体具有与第三腿相对的第一腿和与第四腿相对的第二腿；其中

所述第一腿具有第一宽度，所述第三腿具有大于所述第一宽度的第二宽度；并且

所述第一腿和所述第三腿具有第一长度并且所述第二腿和所述第四腿具有第二长度，其中所述第一长度大于所述第二长度。

5.根据权利要求4所述的阴极，其中所述凸外表面包括分别位于所述第二腿和所述第四腿上的第一弯曲表面和第二弯曲表面。

6.根据权利要求5所述的阴极，其中所述第一弯曲表面定位在所述第二长度的中心处。

7.根据权利要求5所述的阴极，其中所述第一弯曲表面具有一体式凸波形，所述一体式凸波形带有位于中心点处的第三宽度以及沿着所述第二长度位于所述第三宽度的任一侧上的第四宽度。

8.根据权利要求7所述的阴极，其中所述第三宽度大于所述第一宽度并且所述第四宽度小于所述第一宽度。

9.根据权利要求5所述的阴极，其中所述阴极还包括靠近所述陶瓷绝缘体的第一面的第一钎焊箔和靠近所述陶瓷绝缘体的第二面的第二钎焊箔，所述第一面与所述第二面相对。

10.根据权利要求9所述的阴极，其中所述第一钎焊箔和所述第二钎焊箔各自具有与所述陶瓷绝缘体的所述凸外表面的所述第一弯曲表面和所述第二弯曲表面等效的弯曲部。

11.根据权利要求9所述的阴极，其中所述杯包括靠近所述陶瓷绝缘体的所述第一面的基座和靠近所述陶瓷绝缘体的所述第二面的焊盘。

12.根据权利要求11所述的阴极，其中所述基座具有与第七腿相对的第五腿和与第八腿相对的第六腿；其中

所述第五腿、所述第六腿和所述第八腿具有第五宽度，所述第七腿具有大于所述第五宽度的第六宽度；并且

所述第五腿和所述第七腿具有第三长度并且所述第六腿和所述第八腿具有第四长度，其中所述第三长度大于所述第四长度。

13.根据权利要求12所述的阴极，其中所述基座包括沿着所述第七腿的第五长度的下延伸部，用于将所述阴极联接到所述x射线设备的x射线管。

14.根据权利要求12所述的阴极，其中所述基座包括位于所述第六腿和所述第八腿中的每一者上的凹坑基座，其中所述第六腿上的第一凹坑基座与所述陶瓷绝缘体的所述第二腿上的所述第一弯曲表面竖直对准，并且所述第八腿上的第二凹坑基座与所述陶瓷绝缘体的所述第四腿上的所述第二弯曲表面竖直对准。

15.根据权利要求14所述的阴极，其中所述第一凹坑基座和所述第二凹坑基座是等效的。

16.一种用于x射线设备的阴极组件，所述阴极组件包括：

阴极杯，所述阴极杯被配置为将电子束聚焦在阳极组件上；

屏蔽件，所述屏蔽件被配置为屏蔽所述阴极组件的部件，使其免受反向散射电子的影响；

掩模，所述掩模包封电引线；

杯，所述杯由焊盘和基座形成；和

陶瓷绝缘体，所述陶瓷绝缘体具有与围绕所述陶瓷绝缘体的所述杯上的对应凹坑配合的凸外表面。

17.根据权利要求16所述的阴极组件，所述阴极组件还包括靠近所述陶瓷绝缘体的第一面的第一钎焊箔和靠近所述陶瓷绝缘体的第二面的第二钎焊箔，所述第一面与所述第二面相对，并且所述第一钎焊箔和所述第二钎焊箔具有与所述陶瓷绝缘体的所述凸外表面配合的凸外表面。

18.一种成像系统，所述成像系统包括：

收集器组件；

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杯和陶瓷绝缘体，所述陶瓷绝缘体具有与围绕所述陶瓷绝缘体的所述杯上的对应凹坑配合的凸外表面。

19.根据权利要求18所述的成像系统，其中所述收集器组件包括窗口和电子收集器，通过所述窗口发射由所述阳极组件生成的x射线，所述电子收集器用于在所述成像系统内吸收反向散射电子。

20.根据权利要求18所述的成像系统，其中所述阳极组件包括所述电子束聚焦于其上的至少一个靶、转子和支承臂。