ES2912654T3 - Generador de rayos x - Google Patents

Abstract

Un generador (10) de rayos X que comprende una matriz de emisores (20) de campo de electrones para producir trayectorias de electrones (60, 80), material (30) objetivo que comprende material (32) productor de fotones de rayos X configurado para emitir fotones (70) de rayos X en respuesta a la incidencia de los electrones producidos sobre él, una matriz de generadores (40) de campo magnético para afectar las trayectorias de los electrones producidos desde la matriz de emisores (20) de campo de electrones de tal manera que una o más trayectorias de electrones son desviadas lejos del material (32) productor de fotones de rayos X para reducir la producción de fotones de rayos X por la dicha una o más trayectorias de electrones, el generador (10) de rayos X comprende además un circuito (110) de detección dispuesto para medir la cantidad de carga eléctrica emitida por uno o más emisores de electrones, y un controlador (90) para controlar la matriz de generadores (40) de campo magnético en respuesta a la cantidad de carga eléctrica medida, caracterizado porque el controlador (90) está dispuesto para controlar uno o más generadores (40) de campo magnético para reducir así la producción de fotones (70) de rayos X resultantes de una o más trayectorias de electrones cuando la cantidad de carga eléctrica, medida por el circuito (110) de detección en uno o más trayectorias de electrones, excede un umbral predeterminado.

Description

DESCRIPCIÓN

Generador de rayos x

La presente invención se refiere a un generador de rayos X.

En particular, pero no exclusivamente, la invención se refiere a un generador de rayos X que comprende una pluralidad de fuentes de rayos X, con un medio para encender y apagar fuentes de rayos X individuales y controlar de forma variable el período de tiempo durante el cual una fuente de rayos X individual emite rayos X, y a un método de funcionamiento de dicho generador. La invención encuentra una utilidad particular, aunque no exclusiva, en generadores de rayos X de escala de campo cerrado.

En los últimos años, ha habido avances en el desarrollo de fuentes de rayos X de escala de campo cerrado, tal que ahora es posible producir una pluralidad de fuentes de rayos X con una distancia típica entre las fuentes de rayos X del orden de 100 pm a 1 cm o más.

Un ejemplo de tal fuente de rayos X bidimensional se proporciona en el documento WO2011017645A2, donde todas las fuentes se operan simultáneamente, es decir, en el punto de iniciación de la emisión del campo de emisión de rayos X, los electrones de la superficie se producirán en cada uno de los emisores de campo y los fotones de rayos X (bremsstrahlung) se emitirán simultáneamente desde múltiples a medida que los electrones golpean el material objetivo.

Para determinadas modalidades de imágenes de rayos X, puede ser preferible poder controlar la secuencia de activación de fuentes de rayos X individuales dentro de una pluralidad de fuentes de rayos X. Por ejemplo, puede ser ventajoso activar las fuentes de rayos X de forma secuencial y fila por fila, lo que se conoce como escaneo de trama, que se utiliza en muchos dispositivos electrónicos de imágenes.

El documento WO2015132595A1 describe un medio para hacer esto controlando selectivamente el funcionamiento individual de múltiples fuentes de rayos X a través de un mecanismo que no depende de la conmutación de alto voltaje.

El documento US2015/110252A1 divulga una fuente compacta para la generación de rayos X de alto brillo. US2015/092924 A1 divulga objetivos para generar rayos X utilizando haces de electrones, junto con su método de fabricación. Los objetivos comprenden una serie de microestructuras fabricadas a partir de un material objetivo de rayos X dispuesto en estrecho contacto térmico con un sustrato tal que el calor se extrae más eficientemente del material objetivo de rayos X.

Sin embargo, se ha hecho evidente que las fluctuaciones de corriente en las múltiples fuentes de emisión de electrones utilizadas para generar fotones de rayos X pueden traducirse directamente en una variación de flujo en la salida de la señal de radiación de rayos X resultante, reduciendo así la utilidad de la radiación de rayos X para determinar detalles finos en las modalidades de imágenes de rayos X.

Estas fluctuaciones de corriente pueden resultar de una amplia variedad de fenómenos subyacentes que incluyen ruido térmico, ruido eléctrico, fluctuaciones de vacío, física inherente del emisor de electrones y la interacción de diversos de estos factores al mismo tiempo. En las fuentes de emisión mejoradas de campo, las principales preocupaciones pueden ser las fluctuaciones de voltaje y los cambios microscópicos en la superficie del emisor.

Es un objetivo de la presente invención superar estas fluctuaciones de corriente.

En su primer aspecto, la invención proporciona un generador de rayos X que comprende una matriz de emisores de campo de electrones para producir trayectorias de electrones, material objetivo que comprende material productor de fotones de rayos X configurado para emitir fotones de rayos X en respuesta a la incidencia de los electrones producidos sobre él, una matriz de generadores de campo magnéti

desde la matriz de emisores de campo de electrones, tal que una o más trayectorias de electrones sean desviables fuera del material productor de fotones de rayos X para reducir la producción de fotones de rayos X por dicha una o más trayectorias de electrones, el generador de rayos X comprende además un circuito de detección dispuesto para medir la cantidad de carga eléctrica emitida por uno o más emisores de electrones, y un controlador para controlar la matriz de generadores de campo magnético en respuesta a la cantidad de carga eléctrica medida.

De esta manera, cada activación individual de la fuente de rayos X continúa durante un período de tiempo determinado dinámicamente, continuando este período de activación de rayos X determinado dinámicamente hasta que el circuito de detección determina que la carga del emisor de electrones asociado excede un umbral predeterminado. Esto permite el control individual de cada emisor de electrones (y, por lo tanto, la generación de fotones de rayos X a partir de la trayectoria de los electrones emitidos por cada emisor de electrones), de modo que incluso si la fuente de potencia para cada emisor es ligeramente diferente y, por lo tanto, produce más o menos electrones y, por lo tanto, rayos X, en comparación con emisores adyacentes, se controla la cantidad total de electrones y, por lo tanto, de rayos X generados por cada emisor.

En otras palabras, sin este sistema, si se requiere un valor establecido de fotones de rayos X y se utiliza un temporizador para controlar la generación de los mismos, algunos emisores pueden tener un rendimiento inferior y algunos pueden tener un rendimiento superior sin producir colectivamente una tasa constante de fotones. Para evitar tener que administrar la fuente de potencia a cada emisor individual para garantizar la consistencia entre todos los emisores, lo que sería costoso y difícil, el presente sistema proporciona una solución simple pero efectiva al monitorear cada emisor individualmente y controlar su funcionamiento (es decir, si está "encendido" o "apagado") para generar rayos X.

El controlador está dispuesto para controlar uno o más generadores de campo magnético para reducir así la producción de fotones de rayos X resultantes de una o más trayectorias de electrones cuando la cantidad de carga eléctrica, medida por el circuito de detección en la una o más trayectorias de electrones, excede un umbral predeterminado. La reducción puede ser total ya que no se producen fotones de rayos X. Cada una de las trayectorias de los electrones puede ser servida por uno o más generadores de campo magnético.

La cantidad de carga eléctrica medida puede ser la integral o la suma de la corriente; Q=Jldt donde la integral es sobre un intervalo de tiempo. Se pueden utilizar amplificadores y circuitos sensibles a la carga. Además, puede ser que se mida una característica de la electricidad suministrada que sea proporcional a la corriente e integrada. Otros métodos incluyen cargar un condensador y luego la medición del tiempo de descarga a través de una o más resistencias para medir la carga que estaba en el condensador.

Se puede desear medir la corriente durante un período de tiempo específico. Para hacer esto, se puede medir la corriente o la carga dentro de ese período de tiempo (por ejemplo, 100 ms). Sin embargo, debido a que no hay una medición directa simple de la corriente, se puede utilizar una resistencia de detección para medir la caída de voltaje a través de esa resistencia. Si la resistencia de la resistencia de detección es mucho más pequeña que el resto de la resistencia del sistema, la caída de voltaje a través de la resistencia de detección será pequeña en comparación con la fuente de voltaje y la medición no interrumpirá el funcionamiento del dispositivo.

El circuito de detección puede estar dispuesto entre una fuente de potencia para el uno o más emisores de electrones y el emisor de electrones. Se puede medir la caída de voltaje que puede ser proporcional a la corriente suministrada. Se puede medir esta caída de voltaje a través de una resistencia de detección. Alternativamente, o adicionalmente, el circuito de detección puede estar dispuesto entre el uno o más emisores de electrones y el material objetivo. Alternativamente, o adicionalmente, el circuito de detección puede estar dispuesto entre el uno o más emisores de electrones y una rejilla de control intermedia del emisor y el material objetivo. En estas dos últimas situaciones, el circuito de detección puede medir la corriente real.

El circuito de detección electrónico puede estar configurado para determinar la carga del emisor de electrones asociado por medio de la medición de una fuente de corriente de diodo o triodo. El circuito de detección electrónico puede estar configurado para determinar la carga del emisor de electrones asociada por medio de la medición de una corriente de sumidero de diodo o triodo. El circuito de detección electrónica puede estar configurado para determinar la carga del emisor de electrones asociado por medio de la medición de una corriente de rejilla de triodo (también conocida como "puerta" o "supresor").

El objetivo puede comprender además material no productor de fotones sobre el cual los generadores de campo magnético pueden desviar la una o más trayectorias de electrones para reducir la producción de fotones de rayos X por dichas una o más trayectorias de electrones. El material no productor de fotones puede comprender, o ser, material de absorción intersticial. El término "material no productor de fotones" también puede entenderse como "material no emisor de fotones". Estos términos contemplan la posibilidad de que puedan ser emitidos algunos fotones pero a una tasa sustancialmente menor (en el orden de varias magnitudes) que la producida/emitida por el material productor de fotones. Es posible que el material no productor de fotones comprenda una combinación de materiales con una primera parte de materiales de bajo número atómico que producen menos fotones y de menor energía que sería el caso en las otras áreas objetivo. Estos fotones luego son absorbidos en una segunda parte que tiene materiales de alto número atómico. En la práctica, un único material de espesor suficiente también puede servir como material no productor de fotones. Se entiende además que se pueden producir fotones para cualquier material que se emite en todas direcciones. Se pueden producir algunos fotones que viajan en una dirección opuesta a la dirección de las trayectorias de los electrones. Estos fotones "hacia atrás" pueden no contribuir al flujo de imágenes y, por lo tanto, no son motivo de preocupación.

El generador de rayos X puede estar dispuesto tal que la generación de rayos X pueda ser controlable sin alterar la fuente de potencia a la matriz de emisores de campo de electrones. En otras palabras, sin conmutación de alto voltaje, tal como desconectar la potencia suministrada a uno o más emisores de electrones.

Los generadores de campo magnético pueden ser bobinas de solenoide energizadas. Se contemplan otros tipos de generadores de campo magnético tales como imanes permanentes y mecanismos para moverlos en relación con las trayectorias de los electrones/emisores de electrones.

Los generadores de campo magnético pueden desenfocar las trayectorias de los electrones.

El material productor de fotones de rayos X en el material objetivo puede estar dispuesto en un patrón regular de áreas discretas. La matriz de emisores de electrones puede estar dispuesta de manera bidimensional. Asimismo, el material objetivo puede ser bidimensional.

La relación del diámetro de un área discreta de material objetivo a la distancia entre áreas discretas adyacentes de material objetivo en el patrón regular puede ser de aproximadamente 1:100. Se contemplan otros rangos tal como entre 1:50 y 1:200.

Cada área discreta de material objetivo puede ser un círculo que tenga un diámetro de aproximadamente 100 pm. Se contemplan otras formas tal como octogonal y hexagonal.

El material objetivo puede ser tungsteno u otro material que tenga un número atómico relativamente alto, tal como molibdeno, oro y aleación de tungsteno. El término "relativamente alto" puede significar más alto que el del elemento hierro.

El material objetivo puede tener un espesor en el rango de 3 a 12 pm aunque se contemplan otros rangos.

El material no productor de fotones puede ser silicio, aunque pueden ser utilizados otros materiales de número atómico bajo o combinaciones de materiales atómicos bajos tales como carbono, grafito, compuestos de carbongrafito, aleaciones de berilio tales como berilio-cobre, aluminio y aleaciones de aluminio. El término "relativamente bajo" puede significar más bajo que el del elemento hierro y/o más bajo que el material objetivo atómico "relativamente alto" descrito anteriormente.

El silicio, u otro material atómico tan bajo, puede tener un espesor en el rango de 50 a 500 pm, aunque se contemplan otros rangos. El silicio, u otro material atómico tan bajo, puede ser un sustrato en el que se incrusta el material de alto contenido atómico.

El material objetivo puede comprender además una delgada lámina de material absorbente de rayos X colocada en el lado opuesto de los emisores de campo de electrones, es decir, detrás del objetivo. Esta lámina delgada puede comprender aluminio y puede tener un espesor del orden de 0.1 cm a 1 cm aunque también se contemplan otros materiales y espesores tal como cobre, compuestos de aluminio-cobre y aleaciones. Esta lámina puede absorber fotones de rayos X de muy baja energía producidos por la acción de los electrones que inciden en el material de alto número atómico. Esta capa puede permitir el "endurecimiento" o la "rigidez" del espectro al absorber los rayos X de muy baja energía que no contribuyen a la formación de la imagen pero que, por el contrario, aumentan la dosis para el paciente o el objetivo. También es posible incorporar esta capa de "endurecimiento" en la región de material atómico bajo.

Una pluralidad de lentes magnéticas puede ser colocada adyacente a la pluralidad de generadores de campo magnético, estando las lentes magnéticas dispuestas de tal manera que en uso ellas concentran el flujo de campo hacia el centro de la matriz de emisores.

El controlador también puede controlar cada generador de campo magnético. Alternativamente, se puede emplear un controlador separado para este propósito. El control puede estar en relación con su estado de funcionamiento (encendido/apagado) y/o su ubicación relativa a los emisores de electrones.

El controlador puede ser configurado de tal manera que los generadores de campo magnético adyacentes sean operables en una secuencia de trama dentro 1 ms a 5 ms entre sí.

Alternativamente, o adicionalmente, el controlador puede ser configurado para operar un número de generadores de campo magnético simultáneamente. Esto puede reducir el campo que tiene que producir cada generador de campo magnético, lo que puede simplificar el manejo de la corriente máxima y facilitar la disipación del calor. Además, puede ayudar a localizar los campos en la región del emisor y reducir el campo parásito en los emisores adyacentes.

El controlador puede ser configurado para operar simultáneamente un número de generadores de campo magnético sincronizados por una señal de reloj.

En su otro aspecto, la invención proporciona un método para obtener una imagen de rayos X de un objeto, que comprende los pasos de proporcionar un generador de rayos X de acuerdo con el primer aspecto; proporcionar un detector de rayos X; y operar dicho generador de rayos X mediante el cual los fotones de rayos X pasan a través de un objeto situado entre la matriz de fuente de rayos X y el detector de rayos X.

El circuito de detección está dispuesto para medir la cantidad de carga eléctrica emitida por el uno o más emisores de electrones, y el controlador puede controlar la matriz de generadores de campo magnético en respuesta a la cantidad de carga eléctrica medida.

El controlador está dispuesto para controlar la matriz de generadores de campo magnético de manera que la cantidad de carga emitida por cada emisor de electrones esté predeterminada. En otras palabras, el controlador puede detener la emisión de carga de un emisor de electrones cuando la cantidad ya emitida alcanza un umbral predeterminado.

Si los electrones están desenfocados o desviados puede determinarse por la alineación de los generadores de campo magnético con relación a la alineación de los emisores de campo de electrones. Si los generadores de campo magnético están alineados axialmente con los emisores de campo de electrones y el área objetivo, entonces una corriente aplicada a través de los generadores de campo magnético puede hacer que los electrones se enfoquen. Si los generadores de campo magnético están dispuestos espacialmente para estar descentrados lateralmente entre la alineación directa de los emisores de campo de electrones y el área objetivo, entonces una corriente aplicada a través de ellos puede hacer que los electrones se desenfoquen y desvíen.

Se ha descubierto que el descentramiento de los generadores de campo magnético en relación con los emisores de campo de electrones puede reducir la densidad de corriente requerida a través de los generadores de campos magnéticos, que son bobinas de solenoide, para hacer que un determinado porcentaje de electrones se desvíe lo suficiente del curso que tomarían sin corriente aplicada a través de las bobinas de solenoide. Por esta razón, puede ser beneficioso que las bobinas de solenoide estén descentradas de los emisores de campo de electrones, aunque el posicionamiento de las bobinas de solenoide en alineación con los emisores de campo de electrones puede hacer que la invención funcione de la misma manera fundamental, pero requiriendo una corriente de solenoide más alta. Un beneficio adicional de las bobinas descentradas es que esto puede facilitar una trayectoria de salida clara para los rayos X, ya que los generadores de campo magnético no obstruyen la trayectoria. El descentramiento preferido es una función del generador de campo magnético y la geometría del objetivo y puede estar en el rango de 1-3 mm, aunque son posibles otras dimensiones de descentramiento.

El término "desenfoque" puede significar el incremento bien sea del área o del diámetro del perfil transversal de la distribución de electrones bajo la influencia de un generador de campo magnético. La relación específica de descentramiento a desenfoque que es óptima puede depender del tamaño del objetivo, la distancia del objetivo (espaciado entre cátodo y ánodo) y el paso del emisor, entre otros factores. En la práctica, los generadores de campo magnético y los parámetros objetivo pueden ajustarse hasta que haya una alta relación de contraste en el número de fotones emitidos entre los estados "encendido" y "apagado" del solenoide. Esta proporción es típicamente 1:100, aunque son útiles otras proporciones.

Se entenderá que las trayectorias de los electrones pueden ser desviadas activa o pasivamente por los generadores de campo magnético para incidir en el material productor de fotones de rayos X. En otras palabras, pueden ser las trayectorias no desviadas o las trayectorias desviadas de los electrones los que pueden dirigirse al material productor de rayos X.

Las anteriores y otras características, rangos y ventajas de la presente invención resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, tomada en conjunto con el dibujo adjunto, que ilustran, a modo de ejemplo, los principios de la invención. Esta descripción se da únicamente a modo de ejemplo, sin limitar el alcance de la invención. La figura de referencia citada a continuación se refiere al dibujo adjunto.

La figura 1 es una representación esquemática de un generador de rayos X;

La figura 2 es una representación esquemática de un emisor de electrones y bobinas de solenoide asociadas; y

La figura 3 es un circuito de ejemplo.

La presente invención se describirá con respecto a ciertos dibujos, pero la invención no se limita a ellos sino únicamente a las reivindicaciones. Los dibujos descritos son solo esquemáticos y no son limitantes. Cada dibujo puede no incluir todas las características de la invención y, por lo tanto, no debe considerarse necesariamente como una realización de la invención. En los dibujos, el tamaño de algunos de los elementos puede ser exagerado y no estar dibujado a escala con fines ilustrativos. Las dimensiones y las dimensiones relativas no corresponden a reducciones reales a la práctica de la invención.

Además, los términos primero, segundo, tercero y similares en la descripción y en las reivindicaciones se utilizan para distinguir entre elementos similares y no necesariamente para describir una secuencia, ya sea temporal, espacial, en clasificación o de cualquier otra manera. Debe entenderse que los términos así utilizados son intercambiables bajo circunstancias apropiadas y que la operación es posible en otras orientaciones que las descritas o ilustradas aquí.

Además, los términos arriba, abajo, encima, debajo y similares en la descripción y las reivindicaciones se utilizan con fines descriptivos y no necesariamente para describir posiciones relativas. Debe entenderse que los términos así utilizados son intercambiables bajo circunstancias apropiadas y que la operación es posible en otras orientaciones que las descritas o ilustradas aquí.

Debe notarse que el término "que comprende", utilizado en las reivindicaciones, no debe interpretarse como restringido a los medios enumerados a continuación; no excluye otros elementos o pasos. Por lo tanto, debe interpretarse como que especifica la presencia de las características indicadas, números enteros, pasos o componentes referidos a los que se hace referencia, pero no excluye la presencia o adición de una o más características, números enteros, pasos o componentes, o grupos de los mismos. Por lo tanto, el alcance de la expresión "un dispositivo que comprende medios A y B" no debe limitarse a los dispositivos que constan únicamente de los componentes A y B. Esto significa que, con respecto a la presente invención, los únicos componentes relevantes del dispositivo son A y B.

De manera similar, debe notarse que el término "conectado", utilizado en la descripción, no debe interpretarse como restringido a conexiones directas solamente. Por lo tanto, el alcance de la expresión "un dispositivo A conectado a un dispositivo B" no debe limitarse a dispositivos o sistemas en donde una salida del dispositivo A está directamente conectada a una entrada del dispositivo B. Significa que existe una trayectoria entre una salida de A y una entrada de B que puede ser una trayectoria que incluye otros dispositivos o medios. "Conectado" puede significar que dos o más elementos están en contacto físico o eléctrico directo, o que dos o más elementos no están en contacto directo entre sí, pero aun así cooperan o interactúan entre sí. Por ejemplo, se contempla la conectividad inalámbrica.

Las apariciones de las frases "en una realización" o "en una realización" en varios lugares a lo largo de esta especificación no se refieren necesariamente a la misma realización, sino que pueden referirse a diferentes realizaciones. Además, las características, estructuras o características particulares de cualquier realización de la invención pueden combinarse de cualquier manera adecuada, como sería evidente para un experto en la materia a partir de esta divulgación, en una o más realizaciones.

De manera similar, debe apreciarse que en la descripción varias características de la invención a veces se agrupan en una sola realización, figura o descripción de la misma con el fin de racionalizar la divulgación y ayudar en la comprensión. Este método de divulgación, sin embargo, no debe interpretarse como reflejo de una intención de que la invención reivindicada requiera más características de las que se mencionan expresamente en cada reivindicación. Además, la descripción de cualquier dibujo individual no debe considerarse necesariamente una realización de la invención. Más bien, cada realización de la invención tiene que incluir al menos todas las características de una reivindicación independiente. Por lo tanto, las reivindicaciones que siguen a la descripción detallada se incorporan expresamente en esta descripción detallada, con cada reivindicación dependiente se mantiene por sí misma como una realización independiente de esta invención.

Además, aunque algunas realizaciones descritas aquí incluyen algunas características incluidas en otras realizaciones, las combinaciones de características de diferentes realizaciones están destinadas a estar dentro del alcance de la invención y forman aún otras realizaciones, como entenderán los expertos en la técnica. Por ejemplo, en las siguientes reivindicaciones, cualquiera de las realizaciones reivindicadas puede ser utilizada en cualquier combinación.

En la descripción proporcionada aquí, se exponen numerosos detalles específicos. Sin embargo, se entiende que las realizaciones de la invención pueden ser practicadas sin estos detalles específicos, siempre que incluyan al menos todas las características de una reivindicación independiente. En otros casos, los métodos, estructuras y técnicas bien conocidos no se han mostrado en detalle para no oscurecer la comprensión de esta descripción.

En la discusión de la invención, a menos que se indique lo contrario, la divulgación de valores alternativos para el límite superior o inferior del rango permitido de un parámetro, junto con una indicación de que uno de dichos valores es más altamente preferido que el otro, debe interpretarse como una declaración implícita de que cada valor intermedio de dicho parámetro, que se encuentra entre el más preferido y el menos preferido de dichas alternativas, es en sí mismo preferido a dicho valor menos preferido y también a cada valor situado entre dicho valor menos preferido y dicho valor intermedio.

El uso del término "al menos uno" puede significar solo uno en determinadas circunstancias. El uso del término "cualquiera" puede significar "todos" y/o "cada uno" en determinadas circunstancias.

Los principios de la invención se describirán ahora mediante una descripción detallada de al menos un dibujo relacionado a características de ejemplo de la invención. Está claro que pueden configurarse otras disposiciones de acuerdo con el conocimiento de los expertos en la materia sin apartarse del concepto subyacente o enseñanza técnica de la invención, siendo limitada la invención únicamente por los términos de las reivindicaciones adjuntas.

En la Figura 1, se muestra un generador 10 en formato esquemático que comprende una matriz de emisores 20 de electrones y una fuente 200 de potencia. En uso, un emisor de electrones individual puede producir una trayectoria de electrones 60, 80. Si la trayectoria de los electrones 60 impacta un área de material 32 productor de fotones de rayos X situado en el objetivo 30, entonces se producen fotones 70 de rayos X. Sin embargo, si la trayectoria de los electrones 80 impacta un área de material 34 de absorción situada en el objetivo 30, entonces no se producen fotones de rayos X.

Las trayectorias de los electrones pueden ser controladas por generadores 40 de campo magnético dispuestos "detrás" del objetivo 30, en relación con los emisores 20 de electrones. Es posible que los generadores 40 de campo magnético estén en lugar de, o también como dispuestos, "detrás" de los emisores 20 de electrones, en relación con el objetivo 30. Pueden estar inmediatamente adyacentes a los emisores.

Una rejilla 50 de control puede estar ubicada entre los emisores 20 de electrones y el material 30 objetivo. Esto puede ser utilizado para controlar el campo de emisión.

El generador 10 incluye un controlador 90 conectado por líneas 120, 130 de control a los emisores 20 de electrones y generadores 40 de campo magnético. El controlador 90 puede controlar cada emisor 20 de electrones y cada generador 40 de campo magnético de forma independiente e individual.

Además, el generador 10 incluye un circuito 110 de detección electrónico (mostrado en líneas discontinuas) para medir la cantidad de carga eléctrica emitida por uno o más de los emisores 20 de electrones. Esta carga eléctrica puede determinarse midiendo cualquier una o más caídas de voltaje a través de una resistencia de detección y la corriente suministrada. Este circuito puede estar conectado entre la fuente 200 de potencia y los emisores 20. Alternativamente, o adicionalmente, puede estar conectado entre el objetivo 30 en el caso de una disposición de diodo, o la rejilla 50 de control en el caso de una disposición de triodo, y los emisores 20.

Los generadores de campo magnético pueden comprender sesenta y cuatro bobinas de solenoide, dispuestas en una matriz bidimensional de 8 * 8. En esta disposición, con un paso de 1 cm entre los solenoides, es posible colocarlos "detrás" (respecto a los emisores 20 de electrones) de los emisores de rayos X. Es posible contemplar una disposición general de m x n emisores de rayos x, con una disposición de bobina de i x j. En un ejemplo, la disposición de bobina es m 1 x n 1 (es decir, i=m 1 y j=n 1). Las matrices generalmente se ubican a una distancia específica de los emisores de rayos X, asegurando que el campo magnético generado por las bobinas sea suficiente para desviar o enfocar/desenfocar los haces de electrones según sea necesario. Otras realizaciones tales como una rejilla de 7 x 7 también se contemplan. Las matrices pueden ser más grandes, tal como una rejilla de 40 x 40 de emisores de rayos X junto con una matriz de bobinas de 41 x 41. Se contemplan otras configuraciones de emisores de rayos X y generadores magnéticos. Los rayos X pueden alejarse del objetivo entre las bobinas.

Existen varios métodos para generar y controlar los campos magnéticos requeridos. En el caso de bobinas y fuentes de potencia de corriente, se pueden considerar, por ejemplo, varios mecanismos de control. Las bobinas de solenoide pueden ser potencializadas a través de accionamiento de bobinas individuales ICs, que pueden controlar la cantidad de potencia extraída, así como el magnetismo generado por cada bobina. La naturaleza y función de estos ICs serían accionadas por el controlador 90. Las bobinas de solenoide pueden ser operadas individualmente o en grupos de cuatro para formar un cuadrupolo. Pueden ser utilizadas otras configuraciones o combinaciones de bobinas para generar el campo magnético requerido.

Un método alternativo a éste podría ser una línea de potencia individual, mediante el uso de dispositivos multiplexores, que actúan como una gran matriz de conmutación. Otros mecanismos y dispositivos podrían servir para el mismo propósito de ser capaces de proporcionar potencia de forma independiente a cada solenoide para lograr la secuencia de escaneo deseada de acuerdo con la modalidad de imagen que se esté realizando.

En una configuración mostrada en la Figura 2 (no a escala), cuatro bobinas 40A, 40B, 40C, 40D de solenoide están dispuestas alrededor de cada emisor 20 de electrones con dos arriba 40A, 40B y dos debajo 40C, 40D. También es posible incluir otras cuatro bobinas 40E, 40F, 40G, 40H de solenoide tal que haya cuatro arriba y cuatro debajo del emisor. Esta disposición puede proporcionar más supresión de campo fuera de la región del emisor previsto.

Las bobinas pueden estar polarizadas en varias disposiciones (+/-) para dirigir el haz de electrones en varias direcciones diferentes. Por ejemplo, las bobinas 40F, 40a , 40C y 40D pueden estar polarizadas a 2.8A, con bobinas 40E, 40B, 40D y 40G estando polarizadas a -2.8A.

Los emisores de electrones pueden estar formados por un cristal piroeléctrico con una superficie superior y una película conductora que recubre la superficie superior del cristal piroeléctrico. El cristal piroeléctrico puede incluir una pluralidad de emisores de campo formados como regiones expuestas a escala micrométrica en el cristal piroeléctrico que tiene uno o más picos o crestas afiladas. El cristal piroeléctrico se puede calentar y enfriar alternativamente durante un período de varios minutos con un calentador/enfriador adyacente al cristal piroeléctrico para que se produzca la polarización espontánea de la carga en el cristal piroeléctrico. La polarización espontánea de la carga puede causar que surja un campo eléctrico perpendicular en las caras superior e inferior del cristal piroeléctrico, en cuyo caso, en la superficie expuesta del cristal piroeléctrico, el campo eléctrico puede ser potenciado por los picos o crestas afilados, causando así la emisión de campo de electrones de la superficie de esa ubicación. El cristal piroeléctrico puede ser niobato de litio.

La aceleración/velocidad de los electrones puede verse afectada por el control de la diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo en el aparato, o si se incluye una puerta por el control de la diferencia de potencial entre el cátodo, la puerta y el ánodo.

Un circuito 110 de detección de ejemplo se muestra esquemáticamente en la Figura 3. Las bobinas 40 son controlables por el controlador 90 a través de la línea 130 de control. El controlador 90 recibe información a través de la línea 100 de un circuito 170 comparador que, a su vez, recibe una entrada de un circuito 150 integrador. El circuito comparador también compara la carga total medida, tal como se recibe del circuito 150 integrador, con el valor umbral proporcionado por un medio de almacenamiento de memoria o componente 140 de estado sólido. El circuito comparador puede comprender amplificadores operacionales, transistores y una combinación de resistencias y condensadores.

El circuito 150 integrador recibe información de la resistencia 160 de medición de corriente, que está conectada entre la fuente 200 voltaje alto y un emisor 20 de electrones. El voltaje a través de esta resistencia de medición (detección) de corriente está integrado por el circuito 150 integrador. El circuito integrador puede comprender amplificadores operacionales, transistores y una combinación de resistencias/condensadores. El emisor (cátodo) 20 emite electrones que son atraídos hacia el objetivo (ánodo). Una puerta 180 opcional puede ser dispuesta entre el emisor 20 y las bobinas 40. Las bobinas 40 están controladas por el controlador 90 y actúan para desviar el flujo de electrones hacia o fuera de un material objetivo particular en respuesta a que el controlador ha sido informado por el circuito 170 comparador de que la cantidad requerida (umbral) de carga ha sido disipada por el emisor de electrones. Hasta que se alcanza ese umbral, la trayectoria de los electrones puede seguir una ruta diferente, para encontrar un material objetivo diferente, según lo controlado por el flujo creado, o no creado, por las bobinas en respuesta a las instrucciones del controlador. En otras palabras, el campo/flujo magnético creado por los generadores de campo magnético puede "llegar a través" desde detrás del objetivo y afectar la dirección de una o más trayectorias de electrones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un generador (10) de rayos X que comprende una matriz de emisores (20) de campo de electrones para producir trayectorias de electrones (60, 80), material (30) objetivo que comprende material (32) productor de fotones de rayos X configurado para emitir fotones (70) de rayos X en respuesta a la incidencia de los electrones producidos sobre él, una matriz de generadores (40) de campo magnéti

la matriz de emisores (20) de campo de electrones de tal manera que una o más trayectorias de electrones son desviadas lejos del material (32) productor de fotones de rayos X para reducir la producción de fotones de rayos X por la dicha una o más trayectorias de electrones, el generador (10) de rayos X comprende además un circuito (110) de detección dispuesto para medir la cantidad de carga eléctrica emitida por uno o más emisores de electrones, y un controlador (90) para controlar la matriz de generadores (40) de campo magnético en respuesta a la cantidad de carga eléctrica medida, caracterizado porque el controlador (90) está dispuesto para controlar uno o más generadores (40) de campo magnético para reducir así la producción de fotones (70) de rayos X resultantes de una o más trayectorias de electrones cuando la cantidad de carga eléctrica, medida por el circuito (110) de detección en uno o más trayectorias de electrones, excede un umbral predeterminado.

2. El generador (10) de rayos X de la reivindicación 1, que comprende además una fuente de potencia para el uno o más emisores de electrones; con al menos una de las dos opciones siguientes: (1) en donde el circuito (110) de detección está dispuesto entre la fuente de potencia para el uno o más emisores de electrones y el uno o más emisores de electrones, o (2) el generador comprende además una rejilla (50) de control del campo de emisión ubicada entre los emisores de electrones y el material objetivo y en donde el circuito de detección está dispuesto entre la fuente de potencia para el uno o más emisores de electrones y la rejilla (50) de control.

3. El generador (10) de rayos X de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el material (30) objetivo comprende además material no productor de fotones sobre el cual una o más trayectorias de electrones pueden ser desviados por los generadores (40) de campo magnético para para reducir la producción de fotones de rayos X por dicha una o más trayectorias de electrones, siendo el material no productor de fotones un material de bajo número atómico

4. El generador (10) de rayos X de acuerdo con cualquier de la reivindicación anterior, dispuesto de tal manera que la generación de rayos X sea controlable sin alterar la fuente de potencia a la matriz de emisores (20) de campo de electrones.

5. El generador (10) de rayos X de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde los generadores (40) de campo magnético son bobinas (40A-H) de solenoide energizables.

6. El generador (10) de rayos X de acuerdo con cualquiera reivindicación anterior, en donde los generadores (40) de campo magnético desenfocan las trayectorias de los electrones.

7. El generador (10) de rayos X de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el material (32) productor de fotones de rayos X en el material (30) objetivo está dispuesto en un patrón regular de áreas discretas.

8. Un generador (10) de rayos X de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el material (30) objetivo comprende además una delgada lámina de material absorbente de rayos X situada en el lado lejos de los emisores de campo de electrones.

9. Un generador de rayos X de acuerdo con la reivindicación 8, en donde el material absorbente de rayos X comprende aluminio con un espesor en el rango de 0.1 cm a 1 cm.

10. Un generador (10) de rayos X de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde una pluralidad de lentes magnéticas está situada adyacente a la pluralidad de generadores (40) de campo magnético, las lentes magnéticas están dispuestas tal que en uso concentran el flujo de campo hacia el centro de la matriz de emisores.

11. Un generador (10) de rayos X de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en donde el controlador (90) también controla cada generador de campo magnético.

12. Un generador de rayos X de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el controlador (90) está configurado para operar un número de generadores de campo magnético simultáneamente como sincronizado por una señal de reloj.

13. Un método para obtener una imagen de rayos X de un objeto, que comprende los pasos de proporcionar un generador (10) de rayos X de acuerdo con cualquier reivindicación anterior; proporcionar un detector de rayos X; y operar dicho generador (10) de rayos X mediante el cual los fotones de rayos X pasan a través de un objeto situado entre la matriz de fuente de rayos X y el detector de rayos X.

14. El método de la reivindicación 13, en donde el circuito (110) de detección mide la cantidad de carga eléctrica emitida por el uno o más emisores de electrones, y el controlador (90) controla la matriz de generadores (40) de campo magnético en respuesta a la cantidad de carga eléctrica medida.

15. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 13 y 14, en donde el controlador (90) controla la matriz de generadores (40) de campo magnético de manera que la cantidad de carga emitida por cada emisor de electrones está predeterminada.