CN117479405A - 具有栅极电压单元的x射线源 - Google Patents
具有栅极电压单元的x射线源 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117479405A CN117479405A CN202310924945.1A CN202310924945A CN117479405A CN 117479405 A CN117479405 A CN 117479405A CN 202310924945 A CN202310924945 A CN 202310924945A CN 117479405 A CN117479405 A CN 117479405A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gate
- gate voltage
- voltage
- ray source
- cathode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 238000002594 fluoroscopy Methods 0.000 claims description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 9
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 6
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 3
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002583 angiography Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002591 computed tomography Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000002601 radiography Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000004846 x-ray emission Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
- H05G1/02—Constructional details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
- H01J35/06—Cathodes
- H01J35/066—Details of electron optical components, e.g. cathode cups
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
- H01J35/045—Electrodes for controlling the current of the cathode ray, e.g. control grids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/025—X-ray tubes with structurally associated circuit elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
- H01J35/06—Cathodes
- H01J35/064—Details of the emitter, e.g. material or structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/02—Details
- H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
- H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
- H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
- H01J35/101—Arrangements for rotating anodes, e.g. supporting means, means for greasing, means for sealing the axle or means for shielding or protecting the driving
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
- H05G1/08—Electrical details
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
- H05G1/08—Electrical details
- H05G1/085—Circuit arrangements particularly adapted for X-ray tubes having a control grid
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
- H05G1/08—Electrical details
- H05G1/56—Switching-on; Switching-off
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2235/00—X-ray tubes
- H01J2235/06—Cathode assembly
- H01J2235/062—Cold cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2235/00—X-ray tubes
- H01J2235/06—Cathode assembly
- H01J2235/068—Multi-cathode assembly
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J35/00—X-ray tubes
- H01J35/24—Tubes wherein the point of impact of the cathode ray on the anode or anticathode is movable relative to the surface thereof
- H01J35/26—Tubes wherein the point of impact of the cathode ray on the anode or anticathode is movable relative to the surface thereof by rotation of the anode or anticathode
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
- H05G1/08—Electrical details
- H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
- H05G1/30—Controlling
- H05G1/32—Supply voltage of the X-ray apparatus or tube
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
- H05G1/08—Electrical details
- H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
- H05G1/30—Controlling
- H05G1/46—Combined control of different quantities, e.g. exposure time as well as voltage or current
Landscapes
- X-Ray Techniques (AREA)
Abstract
本发明涉及一种X射线源，具有：用于发射电子的阴极装置；第一阳极区域；第二阳极区域；至少一个高压线缆；以及用于在高压线缆中提供高压以加速电子的高压源，其中高压大于10kV，并且高压源与高压线缆共同形成电容，以提供发电机电流，其中阴极装置具有：具有第一栅极的栅极切换的第一阴极，以及具有第二栅极的栅极切换的第二阴极，其特征在于，设有栅极电压单元，所述栅极电压单元具有用于接收控制信号的接口，并且构成用于根据控制信号通过调节第一栅极处的第一栅极电压和通过调节第二栅极处的第二栅极电压来调节在电容中存在的电荷量从而发电机电流。
Description
技术领域
本发明涉及一种X射线源。
背景技术
传统的X射线源借助于在阴极侧产生的电子在阳极上生成X射线。X射线的特定应用通常需要快速调节X射线，由此例如应该直接关断和/或接通X射线。另一应用涉及X射线的最大能量的变化，以便例如在双能量图像记录中在透视的材料的情况下将与能量相关的衰减用于材料区分。
为了快速切换，传统的X射线源例如具有栅极，所述栅极可以根据栅极电压使在阴极处生成的电子流(管电流)经过、聚焦或截止。这种传统的X射线源借助于栅极电压的快速切换通常导致高压过冲和/或高压欠冲，尤其是当时钟周期小于1ms时。对此的原因典型是，能够提供所述脉冲式栅极电压的传统高压源通常不能足够快地作出反应。在所述应用情况中，脉冲式尤其意味着接通和关断。这尤其在于如下电荷量，所述电荷量在高压源的功率电子装置中在设置的电容或寄生电容中维持，并且通过电容的放电或充电可能导致在栅极电压和/或电流中的较为平坦的边缘。因此，通常不可行的是，使高压源与栅极电压同步。因此，与X射线发射的设置的时钟时间同步的切换通常是不可行的，因为至今的切换时间相对大。
DE 10 2007 042 108 A1涉及一种电子源，所述电子源包括具有电子发射阴极的电子发射器、设为用于电子发射阴极的能量供给的高压单元以及设为用于操控高压单元的低压单元。在高压单元与低压单元之间非电学地、尤其光学地传输数据。
在DE 10 2013 219 173 A1中，描述了一种用于电聚焦电子束的具有高压输出级的可快速调节的高压供给装置。所述高压输出级具有多个放大器元件和包括一系列分压器元件的分压器链，所述放大器元件与第一高压端子串联连接，所述分压器链与第一高压端子连接并且与放大器元件信号连接，使得当经由分压器链施加电压时，在放大器元件的信号输入端与分别相同符号的各下一放大器元件的信号输入端之间产生电压差。
US 11,000,248B2描述了用于双能量成像的方法和系统，其中在一个实施方案中，方法包括以下步骤：借助第一电压控制X射线源以生成第一能量的X射线，借助第二电压控制同一X射线源以生成第二能量的X射线，以及控制X射线源的电流。
至今实现的线缆放电开关通常基于多个半导体开关的串联电路。由于半导体开关的有限的截止电压，通常需要多个半导体开关、尤其晶体管连同操控装置，这又得出具有大体积的部件。
当将X射线用于双能量图像记录时，与前面描述的快速(接通和关断)切换相反，栅极电压在时钟周期中在两个高压电势之间来回切换。在这种双能量图像记录中，根据管电流和/或在小的管电流的情况下，用于电压下降的时间相对长或电压变化速度相对小。尤其在小的管电流的情况下，高压的时间变化的时间段特别长。因此，尤其在小的管电流的情况下，快速的电压变换是不可能的。在高压的时间变化的时间段中，优选地不由传统的X射线源发射X射线，因为通过所述以变化的最大能量发射的X射线所施加的X射线剂量典型地不利于图像记录，从而不必要地放射。然而，如果所述X射线仍然放射，则所述X射线可能导致图像变差和/或没有临床用处的患者剂量。如果例如对应于比较小的电压变化速度降低图像记录频率，则在围绕检查对象旋转的X射线源的情况下，这可能导致在双能量图像记录中的较少的位置扫描。
EP 3 823 002 A1公开了一种旋转阳极X射线源。除了旋转阳极X射线管的主阴极以外，在旋转阳极X射线管中还设有辅助阴极。辅助阴极的电子聚焦到阳极区域上，以生成不与在主阴极处生成的可使用的X射线交叉的X射线。
发明内容
本发明所基于的目的在于，提出一种用于快速切换X射线辐射的X射线源。
所述目的通过一种根据本发明的X射线源来实现。有利的设计方案在下面的说明书中描述。
根据本发明的X射线源具有：
-用于发射电子的阴极装置，
-第一阳极区域，
-第二阳极区域，
-至少一个高压线缆，以及
-用于在高压线缆中提供高压以加速电子的高压源，
其中高压线缆将高压源和阴极装置连接，以供给高压，
其中高压大于10kV，并且高压源与高压线缆共同形成电容，以提供发电机电流，
其中阴极装置具有：
-具有第一栅极的栅极切换的第一阴极，用于根据处于高压电势的第一栅极电压产生发射的电子的第一流；以及
-具有第二栅极的栅极切换的第二阴极，用于根据处于高压电势的第二栅极电压产生发射的电子的第二流，
其特征在于，
-设有栅极电压单元，所述栅极电压单元具有用于接收控制信号的接口，并且构成用于根据控制信号通过调节第一栅极处的第一栅极电压和通过调节第二栅极处的第二栅极电压来调节在电容中存在的电荷量，从而调节发电机电流。
根据一个实施方式，栅极切换的第一阴极设立用于借助于可产生的第一电子流在X射线源的第一阳极区域中生成第一X射线，用于对象的透视，
其中栅极切换的第二阴极设立用于借助于可产生的第二电子流在X射线源的第二阳极区域中生成第二X射线，
其中第一阳极区域和第二阳极区域不相交，并且
其中第二阳极区域对准X射线屏，使得要透视的对象屏蔽第二X射线。
根据一个实施方式，第一阳极区域是第一阳极的一部分，并且第二阳极区域是第二阳极的一部分，其中第一阳极和第二阳极是热解耦的。
根据一个实施方式，第一阳极和栅极控制的第一阴极设置在X射线源的抽真空的第一X射线管壳体内，其中第二阳极和栅极控制的第二阴极设置在X射线源的抽真空的第二X射线管壳体内，并且其中第一X射线管壳体的真空和第二X射线管壳体的真空彼此分离。
根据一个实施方式，第二X射线管壳体包括射频放大器管或热容优化的固定阳极管。
根据一个实施方式，栅极电压单元具有用于产生栅极电压的栅极电压源和栅极电压开关，其中栅极电压开关构成用于通过切换栅极电压开关在第一栅极与第二栅极之间传递栅极电压。
根据一个实施方式，栅极电压单元具有用于产生可施加在第一栅极处的第一栅极电压的第一栅极电压源和用于产生可施加在第二栅极处的第二栅极电压的第二栅极电压源，使得第一栅极电压能够与第二栅极电压无关地调节。
根据一个实施方式，栅极切换的第二阴极构成用于根据第二栅极电压扩宽第二电子流。
根据一个实施方式，栅极电压单元构成用于确定第二电子流的幅值，并且根据所确定的幅值来调节第一栅极电压和第二栅极电压。
根据一个实施方式，栅极电压单元构成用于根据高压的时间变化调节第一栅极电压和第二栅极电压。
根据一个实施方式，栅极电压单元构成用于通过将发电机电流基本上保持恒定来调节第一栅极电压和第二栅极电压，以避免在高压时的过冲或欠冲。
根据一个实施方式，栅极电压单元构成用于调节第一栅极电压和第二栅极电压，以提供第一电子流和/或第二电子流的矩形脉冲。
根据一个实施方式，栅极电压单元构成用于在小于1ms、优选地小于200μs的时钟周期中调节第一栅极电压和第二栅极电压。
X射线源的一个优点是，尤其地，高压源注意到恒定的负荷，从而在借助于高压源改变高压和/或管电流时，可以克服惯性。
附图说明
下面根据在附图中示出的实施例更详细地描述和阐述本发明。原则上，在以下附图描述中基本上保持相同的结构和单元用与在相应的结构或单元首次出现时相同的附图标记命名。
附图示出：
图1示出根据本发明的X射线源，
图2示出X射线源的第一实施例，
图3示出X射线源的第二实施例，以及
图4至图7示出X射线源根据调节的不同的示例性的表现。
具体实施方式
图1示出根据本发明的X射线源10。
X射线源10具有用于发射电子的阴极装置11、第一阳极区域12、第二阳极区域13、至少一个高压线缆14和用于在高压线缆14中提供高压Ux-ray以加速电子e-的高压源15。
X射线源10设为用于对象的成像检查。对象可以是材料和/或患者。成像检查可以是血管造影、计算机断层扫描和/或X射线照相。替选地或附加地，成像检查可以是材料检验和/或海关检查。
X射线源10尤其提供具有最大能量超过10keV和/或小于200keV的X射线。最大能量尤其取决于在阴极装置11与第一阳极区域12或第二阳极区域13之间的加速电压Ux-ray。加速电压Ux-ray尤其与高压相关联。如果X射线源10单极地构成，则加速电压Ux-ray尤其对应于高压。在X射线源10的双极的构成方案和对称的高压源的情况下，最大能量通常是高压的量值的两倍。常见的加速电压Ux-ray在40kV和150kV之间的范围内，例如为70kV、80kV和/或120kV。
高压源15构成用于提供高压。高压源15尤其在高压线缆中提供高压，以加速电子e-。
高压线缆14将高压源15和阴极装置11连接。高压线缆14尤其在阴极装置11处可脱开地连接。通过与高压线缆14的连接，高压源15可以将阴极装置11与高压连接。高压大于10kV。
高压源15与高压线缆14共同形成电容，并且构成用于提供发电机电流。该电容尤其包含可以随时间变化的电荷量。借此，发电机电流的电流流动(幅值和时间)对应于电荷量的变化。因此，电容存储一定的电流，所述电流在X射线源的运行中规律地变化。最大电荷量尤其取决于高压线缆14的几何构造、尤其取决于导体横截面和/或导体长度。
阴极装置11具有栅极切换的第一阴极16和栅极切换的第二阴极18。第一阴极16具有第一栅极17，并且构成用于根据处于高压电势的第一栅极电压UG1产生发射的电子的第一流。第二阴极18具有第二栅极19，并且构成用于根据处于高压电势的第二栅极电压UG2产生发射的电子的第二流。发射的电子的第一流可以称为第一管电流和/或发射的电子的第二流可以称为第二管电流。
第一阴极16具有第一电子发射器。第二阴极18具有第二电子发射器。在图1中，第一电子发射器是热离子发射器，并且第二电子发射器同样是热离子发射器。两个阴极16、18都具有加热电流源，用于加热这两个热离子发射器，其中发射电子e-。第一电子发射器和第二电子发射器分别借助自身的加热电流源运行。替选地，串联电路也是可行的。替选于此，第一电子发射器和第二电子发射器可以并联连接。
在图1中示出的实施方式的一个改进方案涉及电子发射器的设计方案。电子发射器中的一个电子发射器或两个电子发射器可以原则上构成为场效应发射器。场效应发射器中的电子发射典型地通过施加栅压(Gatespannung)引起，所述栅压通过在纳米小管的尖部中出现的电场从所述纳米管中提取电子e-，由此形成电子流。除了借助于栅压进行切换以外，还可以借助于第一栅极17和/或第二栅极19实现生成的电子流的截止。场效应发射器典型地具有多个纳米小管，例如由碳或硅或钼制成的纳米小管。原则上可设想，第一阴极16和第二阴极18相同地构造。替选地，第一阴极16与第二阴极18可能在电子发射器的类型和/或电子发射器的最大电流方面不同。
第一栅极17和/或第二栅极19是能够实现控制发射的电子流的电极。电极可以具有栅格形的结构。替选地，电极可以由各一个聚焦头形成，第一阴极16和第二阴极18分别插入所述聚焦头中。通过施加的第一栅极电压(Gitterspannung)UG1或通过施加的第二栅极电压UG2，第一栅极17和/或第二栅极19可以相对于电子发射器的电势带负电或正电。当栅极17、19的电势位于电子发射极的电势与阳极区域12、13的电势之间时，与栅极17、19的电势更负从而截止电子流时相比，栅极17、19更容易穿透。第一栅极电压UG1和第二栅极电压UG2尤其在高压的电势周围以1kV至6kV波动。如果第一栅极电压UG1和/或第二栅极电压UG2小于1kV，例如为200V至500V，则对应的栅极17、19将相应的发射的电子流聚焦或散焦。
聚焦尤其意味着焦斑的缩小。散焦尤其意味着焦斑的扩大。聚焦或散焦可以尤其通过相应的阴极16、18的几何设计方案、尤其通过聚焦头的几何设计方案，分别与栅极电压UG1、UG2的接通或关断(Anschalten oder Aufschalten)结合地进行。
X射线源10还具有栅极电压单元20。栅极电压单元20具有用于接收控制信号的接口21。栅极电压单元20构成用于根据控制信号通过调节第一栅极17处的第一栅极电压UG1和通过调节第二栅极19处的第二栅极电压UG2调节在电容中存在的电荷量，从而调节发电机电流。
调节电荷量或发电机电流尤其意味着：X射线源10运行成，使得电荷量或发电机电流不以不受控制的方式构建或减少。调节电荷量或发电机电流包括在考虑要减少的电荷量的情况下通过增大第一电子流和/或第二电子流来减少电容中的电荷量，这典型地相应地改变发电机电流。调节电荷量或发电机电流包括在考虑要构建的电荷量的情况下通过减小第一电子流和/或第二电子流来构建电容中的电荷量。第一电子流和/或第二电子流的增大或减少尤其通过对应地调节第一栅极电压UG1或第二栅极电压UG2来进行。
接口21可以有线地或无线地构成。控制信号可以是模拟的或数字的。接口21可以构成用于接收模拟控制信号或数字控制信号。附加地，接口21可以构成用于向回发送状态信号和/或测量值。
控制信号尤其取决于X射线的应用类型和/或成像检查。控制信号尤其可以在根据X射线的应用的协议中和/或在成像检查的协议中确定。
控制信号尤其包括实际值或期望值。控制信号可以仅包括单个实际值或多个不同类型的实际值和/或多个过去的实际值。控制信号可以仅包括下一期望值或多个不同类型的期望值和/或多个未来的期望值。控制信号尤其描述加速电压Ux-ray、高压、第一电子流、第二电子流、第一栅极电压UG1、第二栅极电压UG2、加热电流和/或上述值的组合。控制信号典型地是随时间可变的。
栅极电压单元20可以包括逻辑单元，所述逻辑单元构成用于处理控制信号。处理控制信号可以包括计算至少一个另外的实际值和/或期望值和/或调节第一栅极17处的第一栅极电压UG1和调节第二栅极19处的第二栅极电压UG2。控制信号的处理典型地可重复地通过在程序代码机构中实现处理步骤进行。逻辑单元尤其可以执行程序代码机构。
例如，根据控制信号，栅极电压单元10可以配置成，使得在快速切换X射线期间，高压源15观察到相同的或恒定的负荷。即，在所述情况下，由高压源15提供的高压功率直接在两个阴极16与18之间部分地或全部地分布。如果X射线源以不同的方式运行，尤其如果高压降低，其中在传统的X射线源的高压源中构建相对大的电荷量，那么第二阴极18可以接收(aufnehmen)附加的电荷量或发电机电流的一部分，并且以第二电子流的形式减少。
原则上可设想，根据本发明的原理也可应用于多于两个栅极控制的阴极，从而也可应用于多于两个电子发射器。例如，阴极装置可以具有三个栅极控制的阴极，其中两个阴极构成用于产生发射的电子的第一流和发射的电子的第二流，其中第一电流可以高于第二电流。这两个阴极典型地可以在高电流与低电流之间切换，并且当例如第三阴极承担(übernimmen)所述电流时，这两个阴极可以分别不引导电流。此外有利地，在切换所述两个阴极处的电流时，第三阴极可以承担这种电流，使得发电机电流保持基本上恒定。
栅极电压单元20优选地构成用于在小于1ms、优选地小于200μs的时钟周期中调节第一栅极电压UG1和第二栅极电压UG2。
图1中的实施例此外示出，栅极切换的第一阴极16设立用于借助于可产生的第一电子流在X射线源10的第一阳极区域12中生成第一X射线，用于对象的透视。栅极切换的第二阴极18设立用于借助于可产生的第二电子流在X射线源10的第二阳极区域13中生成第二X射线。
第一阳极区域12和第二阳极区域13不相交。第一阳极区域12和第二阳极区域13尤其不同并且不重叠。第二阳极区域12对准X射线屏22，使得要透视的对象屏蔽第二X射线。X射线屏22例如具有铅。
第一阳极区域12和/或第二阳极区域13尤其通过第一电子流或第二电子流在位置方面确定。第一电子流在第一阳极区域12中构成第一焦斑，在其中可以生成X射线。第二电子流在第二阳极区域13中构成，在其中可以生成X射线。换言之，阴极装置11、尤其第一阴极16和/或第二阴极18确定第一电子流或第二电子流在哪个位置和/或以何种面积射在阳极上，由此在位置上确定第一阳极区域12和第二阳极区域13。例如，如果阳极是固定阳极，则尤其只要电子流不由阴极装置11改变，第一阳极区域12和第二阳极区域13相对于阴极装置11并且相对于阳极是位置固定的。例如，如果阳极是旋转阳极，则第一阳极区域12和第二阳极区域13相对于阴极装置11是位置固定的，但是相对于阳极不是位置固定的，因为通过阳极的旋转，第一阳极区域12和第二阳极区域13与旋转同步地一起移动。因此，在阳极上形成圆形的焦点轨迹。
阳极的前侧尤其在第一阳极区域12和/或第二阳极区域13或焦点轨迹的区域中具有钨和/或钼。例如，阳极在背侧具有用于前侧的散热的石墨。图1示出具有阳极盘的旋转阳极。阳极盘通常具有大于0°的阳极角。阳极的背向阴极装置11的背侧可以具有扩大表面的结构。
图2示出X射线源10的第一实施例。
栅极电压单元20具有用于产生栅极电压UG、UG1、UG2的栅极电压源和栅极电压开关24。栅极电压开关24构成用于通过切换栅极电压开关24在第一栅极17与第二栅极19之间传递栅极电压UG、UG1、UG2。在所述情况下，第一栅极电压UG1可以根据第二栅极电压UG2调节。换言之，第一栅极电压UG1和第二栅极电压UG2来回切换，使得最终在相应的栅极17、19施加相同的电势差。因此，相应的栅极17、19可以交替地仅执行相同的功能，例如截止或聚焦。
替选于在图2中示出的实施例，栅极电压单元20可以具有用于产生可施加在第一栅极17处的第一栅极电压UG1的第一栅极电压源和用于产生可施加在第二栅极19处的第二栅极电压UG2的第二栅极电压源，使得第一栅极电压UG1能够独立于第二栅极电压UG2调节。即，所述实施方式克服之前描述的限制，因为在相应的栅极17、19处可以施加不同的电势差，使得可以使第一电子流聚焦，但是可以使第二电子流散焦或扩宽。因此，所述改进方案是尤其有利的，因为由此栅极切换的第二阴极18可以构成用于根据第二栅极电压UG2扩宽第二电子流，以便减少在第二阳极区域中通过第二电子流造成的热负荷。
图3以示意图示出X射线源10的第二实施例。
在下文中尤其讨论与在图1和图2中示出的实施例的区别：第一阳极区域12是第一阳极25的一部分。第二阳极区域13是第二阳极26的一部分。第一阳极25和第二阳极26是热解耦的。通过热解耦可以有利地降低用于透视对象的那个阳极由X射线辐射产生的热负荷，而通过图1和图2中两个阳极区域12、13的热耦合接收同一阳极中的全部损失热量。在所述实施例中，第二阳极26箭袋形地构成，从而本身形成X射线屏22。
图3还示出，第一阳极25和栅极控制的第一阴极16设置在X射线源10的抽真空的第一X射线管壳体27内。第二阳极26和栅极控制的第二阴极18设置在X射线源10的抽真空的第二X射线管壳体28内。第一X射线管壳体27的真空和第二X射线管壳体28的真空彼此分离。这种改进方案尤其是有利的，因为由此可以将第二X射线管壳体28与第一X射线管壳体27在空间上分开地安装。例如，第二X射线管壳体28可以设为高压源15的功率电子装置的部件。因此，如果仅安装第一阳极25而不附加地安装第二阳极26，则第一X射线管壳体27可以更小。特别有利地，第二X射线管壳体28包括射频放大器管或热容优化的固定阳极管。
图4至图7示出X射线源10根据通过栅极电压单元20的调节的表现。所述表现针对四个特征值说明，即可用于透视对象的可使用的X射线x-ray的幅值。x-ray不包含可以借助于第二阴极18生成的X射线。I1表示第一电子流的幅值，所述第一电子流始于第一阴极16，并且从所述第一电子流可以在第一阳极区域12中生成可使用的X射线x-ray。I2表示第二电子流的幅值，所述第二电子流始于第二阴极18，并且从所述第二电子流可以在第二阳极区域13中生成要在X射线屏22中吸收的X射线。发电机电流基本上对应于I1和I2的总和。Ux-ray表示加速电压的量值，所述加速电压如在上文中详述地那样取决于高压。
所有示出的图4至图7示出，栅极电压单元20根据本发明构成用于调节第一栅极电压UG1和第二栅极电压UG2，以提供第一电子流和/或第二电子流的矩形脉冲。
图4示出在如下情况下X射线源10的示例性的表现，即当栅极电压单元20构成用于调节第一栅极电压UG1和第二栅极电压UG2以避免在高压时的过冲或欠冲时，其方式为：将发电机电流保持基本上恒定。从中可见，加速电压Ux-ray同样可以保持恒定。通过调节第一栅极电压UG1和第二栅极电压UG2，第一电子流I1可关断，而没有高压的过冲。因此，X射线源10可以优选地以快速切换或脉冲的方式运行。因此，X射线源10尤其能够实现所谓的数字剂量调制，所述数字剂量调制不需要对由高压源15提供的高压进行所谓的模拟改变。另一优点涉及电子发射器的操控，所述电子发射器尤其在作为热离子发射器的实施方案中不能足够快地关断，而是为此可能需要数百ms。因此，根据本发明，X射线也可以与电子发射器的惯性无关地控制。
在图4中借助于Ux-ray叠加的虚线表明传统的X射线源10的表现，在所述传统的X射线源10中，在没有根据本发明调节栅极电压UG1、UG2的情况下，在X射线辐射关断时，高压过冲。
图5示出在关断X射线和高压时X射线源10的示例性的表现。在电容中保持的电荷量借助于第二阴极18和在其中生成的第二电子流I2放电。在没有高压电路的放电的情况下，在传统的光栅控制的X射线源中，高压仅相对慢地减小。借此，根据现有技术，具有不同高压的快速X射线脉冲序列是不可行的。
图6示出在如下情况下X射线源10的示例性的表现，即当栅极电压单元20构成用于确定第二电子流的幅值并且根据所确定的幅值调节第一栅极电压UG1和第二栅极电压UG2时。在所述情况下，通过如下方式恒定地调节X射线，即借助于第二电子流I2减少电容的过量的电荷量。
图6还示出，栅极电压单元20构成用于根据高压的时间变化调节第一栅极电压UG1和第二栅极电压UG2。
图7示出在图6中示出的实施例的一个改进方案。在此，第一栅极电压UG1和第二栅极电压UG2调节成，使得在高压的上升沿或下降沿从而加速电压Ux-ray的上升沿或下降沿的情况下，第一电子流I1、从而X射线x-ray完全截止。
以类似的方式，栅极电压单元20可以将第一栅极电压UG1和第二栅极电压UG2调节成，使得在设定第一电子流和/或第二电子流的焦点期间，第一电子流I1、从而X射线x-ray完全截止。
尽管本发明的细节已经通过优选的实施例详细地图解说明和描述，然而本发明不通过所公开的示例限制，并且本领域技术人员能够从中推导出其他变型方案，而不脱离本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种X射线源(10)，所述X射线源(10)具有：
-用于发射电子的阴极装置(11)，
-第一阳极区域(12)，
-第二阳极区域(13)，
-至少一个高压线缆(14)，以及
-用于在所述高压线缆(14)中提供高压以加速电子(e-)的高压源(15)，
其中所述高压线缆(14)将所述高压源(15)和所述阴极装置(11)连接，以供给所述高压，
其中所述高压大于10kV，并且所述高压源(15)与所述高压线缆(14)共同形成电容，以提供发电机电流，
其中所述阴极装置(11)具有：
-具有第一栅极(17)的栅极切换的第一阴极(16)，用于根据处于高压电势的第一栅极电压(UG1)产生发射电子的第一流；以及
-具有第二栅极(19)的栅极切换的第二阴极(18)，用于根据处于高压电势的第二栅极电压(UG1)产生发射电子的第二流，
其特征在于，
-设有栅极电压单元(20)，所述栅极电压单元(20)具有用于接收控制信号的接口，并且构成用于根据所述控制信号通过调节所述第一栅极(17)处的第一栅极电压(UG1)和通过调节所述第二栅极(19)处的第二栅极电压(UG2)调节在所述电容中存在的电荷量，从而调节发电机电流。
2.根据权利要求1所述的X射线源(10)，
其中所述栅极切换的第一阴极(16)设立用于借助于可产生的第一电子流在所述X射线源(10)的第一阳极区域(12)中生成第一X射线，用于对象的透视，
其中所述栅极切换的第二阴极(18)设立用于借助于可产生的第二电子流在所述X射线源(10)的第二阳极区域(13)中生成第二X射线，
其中所述第一阳极区域(12)和所述第二阳极区域(13)不相交，并且
其中所述第二阳极区域(12)对准X射线屏(22)，使得要透视的对象屏蔽所述第二X射线。
3.根据上述权利要求中任一项所述的X射线源(10)，
其中所述第一阳极区域(12)是第一阳极(25)的一部分，并且所述第二阳极区域(13)是第二阳极(26)的一部分，并且其中所述第一阳极(25)和所述第二阳极(26)是热解耦的。
4.根据权利要求3所述的X射线源(10)，
其中所述第一阳极(25)和所述栅极控制的第一阴极(16)设置在所述X射线源(10)的抽真空的第一X射线管壳体(27)内，其中所述第二阳极(26)和所述栅极控制的第二阴极(18)设置在所述X射线源(10)的抽真空的第二X射线管壳体(28)内，并且其中所述第一X射线管壳体(27)的真空和所述第二X射线管壳体(28)的真空彼此分离。
5.根据权利要求4所述的X射线源(10)，
其中所述第二X射线管壳体(28)包括射频放大器管或热容优化的固定阳极管。
6.根据上述权利要求中任一项所述的X射线源(10)，
其中所述栅极电压单元(20)具有用于产生栅极电压(UG，UG1，UG2)的栅极电压源和栅极电压开关(24)，其中所述栅极电压开关(24)构成用于通过切换所述栅极电压开关(24)在所述第一栅极(17)与所述第二栅极(19)之间传递所述栅极电压(UG，UG1，UG2)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的X射线源(10)，
其中所述栅极电压单元(20)具有用于产生可施加在所述第一栅极(17)处的第一栅极电压(UG1)的第一栅极电压源和用于产生可施加在所述第二栅极(19)处的第二栅极电压(UG2)的第二栅极电压源，使得所述第一栅极电压(UG1)能够与所述第二栅极电压(UG2)无关地调节。
8.根据权利要求7所述的X射线源(10)，
其中所述栅极切换的第二阴极(18)构成用于根据所述第二栅极电压(UG2)扩宽所述第二电子流。
9.根据上述权利要求中任一项所述的X射线源(10)，
其中所述栅极电压单元(20)构成用于确定所述第二电子流的幅值，并且根据所确定的幅值来调节所述第一栅极电压(UG1)和所述第二栅极电压(UG2)。
10.根据上述权利要求中任一项所述的X射线源(10)，
其中所述栅极电压单元(20)构成用于根据所述高压的时间变化调节所述第一栅极电压(UG1)和所述第二栅极电压(UG2)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的X射线源(10)，
其中所述栅极电压单元构成用于调节所述第一栅极电压(UG1)和所述第二栅极电压(UG2)以避免高压时的过冲或欠冲，其方式为：将所述发电机电流保持基本上恒定。
12.根据上述权利要求中任一项所述的X射线源(10)，
其中所述栅极电压单元(20)构成用于调节所述第一栅极电压(UG1)和所述第二栅极电压(UG2)，以提供所述第一电子流和/或所述第二电子流的矩形脉冲。
13.根据上述权利要求中任一项所述的X射线源(10)，
其中所述栅极电压单元(20)构成用于在小于1ms、优选地小于200μs的时钟周期中调节所述第一栅极电压(UG1)和所述第二栅极电压(UG2)。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP22187539.6A EP4312244A1 (de) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | Röntgenstrahlenquelle mit einer gitterspannungseinheit |
| EP22187539.6 | 2022-07-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117479405A true CN117479405A (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=82781008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310924945.1A Pending CN117479405A (zh) | 2022-07-28 | 2023-07-26 | 具有栅极电压单元的x射线源 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240038477A1 (zh) |
| EP (1) | EP4312244A1 (zh) |
| CN (1) | CN117479405A (zh) |
| DE (1) | DE102023205382A1 (zh) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5546408A (en) * | 1978-09-29 | 1980-04-01 | Toshiba Corp | X-ray device |
| DE102007042108B4 (de) | 2007-09-05 | 2010-02-11 | Siemens Ag | Elektronenquelle mit zugehöriger Messwerterfassung |
| DE102013219173B4 (de) | 2013-09-24 | 2016-03-03 | Siemens Aktiengesellschaft | Spannungsversorgung für elektrische Fokussierung von Elektronenstrahlen |
| US11000248B2 (en) | 2019-10-03 | 2021-05-11 | GE Precision Healthcare LLC | Systems and methods for accelerating transitions for dual energy computed tomography imaging |
| EP3823002A1 (en) | 2019-11-14 | 2021-05-19 | Koninklijke Philips N.V. | Constant discharge current bleeder |
-
2022
- 2022-07-28 EP EP22187539.6A patent/EP4312244A1/de active Pending
-
2023
- 2023-06-09 DE DE102023205382.9A patent/DE102023205382A1/de active Pending
- 2023-07-26 CN CN202310924945.1A patent/CN117479405A/zh active Pending
- 2023-07-27 US US18/360,101 patent/US20240038477A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4312244A1 (de) | 2024-01-31 |
| DE102023205382A1 (de) | 2024-02-08 |
| US20240038477A1 (en) | 2024-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9412552B2 (en) | Multi-source radiation generating apparatus and radiographic imaging system | |
| US8320521B2 (en) | Method and system for operating an electron beam system | |
| US8666024B2 (en) | Multi-X-ray generating apparatus and X-ray imaging apparatus | |
| US6178226B1 (en) | Method for controlling the electron current in an x-ray tube, and x-ray system operating according to the method | |
| US8588372B2 (en) | Apparatus for modifying electron beam aspect ratio for X-ray generation | |
| CN100375583C (zh) | 切换焦点的x射线球管的高速调制的系统及方法 | |
| US5617464A (en) | Cathode system for an x-ray tube | |
| US6181771B1 (en) | X-ray source with selectable focal spot size | |
| US20110085641A1 (en) | Multi x-ray generator and multi x-ray imaging apparatus | |
| US8358741B2 (en) | Device and method to control an electron beam for the generation of x-ray radiation, in an x-ray tube | |
| US4823371A (en) | X-ray tube system | |
| US9253864B2 (en) | Apparatus and methods to control an electron beam of an X-ray tube | |
| US11664184B2 (en) | Electron gun driver | |
| JP4338352B2 (ja) | Ｘ線管及びそれを用いたｘ線装置 | |
| CN117479405A (zh) | 具有栅极电压单元的x射线源 | |
| Tan et al. | Beam and image experiment of beam deflection electron gun for distributed X-ray sources | |
| US20220406555A1 (en) | Constant discharge current bleeder | |
| US20030210764A1 (en) | Pulsed power application for x-ray tube | |
| JP2007324068A (ja) | Ｘ線発生用電源装置 | |
| Gui et al. | Design of electrostatic focusing lens for an X-ray source with carbon nanotube cathode | |
| US20230300964A1 (en) | Cnt x-ray tube control system with dummy load | |
| JP2004095196A (ja) | Ｘ線管 | |
| JP2001023556A (ja) | Ｘ線管 | |
| CN117727608A (zh) | X射线产生装置及其控制方法、x射线系统 | |
| GB2300966A (en) | X-ray tube with self biasing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |