FR2912255A1 - Generation de rayons x utilisant l'emission secondaire d'une source d'electrons. - Google Patents

Abstract

Un appareil est fourni pour générer une énergie électromagnétique à haute fréquence (160) en utilisant une source d'électrons (10) à émission secondaire. Une source de rayons X (140) est ainsi fournie ayant un émetteur d'électrons primaire (152), un élément d'émission secondaire (154), et une anode (156). L'émetteur d'électrons primaire (152) fournit un courant d'électrons primaire (26) dirigé vers l'élément d'émission secondaire (154). L'élément d'émission secondaire (154) génère alors un courant d'électrons secondaire (28) qui provoque la génération de rayons X (160) lorsqu'il frappe l'anode (56).

Description

B07-4488FR Société dite : GENERAL ELECTRIC COMPANY Génération de rayons X

utilisant l'émission secondaire d'une source d'électrons Invention de : PRICE John Scott TSAKALAKOS Loucas BUI Pierre André DUNHAM Bruce Matthew Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 6 février 2007 sous le n 11/671.878 Génération de rayons X utilisant l'émission secondaire d'une source d'électrons 5

La présente invention concerne globalement la génération d'énergie électromagnétique à haute fréquence et, plus particulièrement, un appareil utilisant un élément d'émission d'électrons secondaire pour fournir un faisceau d'électrons utilisé 10 pour générer des rayons X. Des systèmes de génération de rayons X comprennent habituellement une cathode génératrice d'électrons et une anode dans un logement hermétique. La cathode fournit un faisceau d'électrons ou courant d'électrons qui est dirigé vers l'anode. De nombreux tubes à rayons X comprennent une structure d'anode tournante 15 pour distribuer la chaleur générée en un point focal. L'anode est habituellement mise en rotation par un moteur à induction ayant un rotor cylindrique construit dans un axe en porte-à-faux. L'axe supporte une anode cible en forme de disque ainsi qu'une structure de stator en fer avec des enroulements de cuivre qui entourent un col allongé du tube à rayons X. Le rotor de l'ensemble d'anode tournante est entraîné par 20 le stator. Une cathode de tube à rayons X fournit un faisceau d'électrons focalisé qui est accéléré à travers un espace de vide anode-vers-cathode et produit des rayons X lors de l'impact avec l'anode. Du fait des hautes températures générées quand le faisceau d'électron frappe la cible, il est souhaitable de faire tourner l'ensemble d'anode à une vitesse de rotation élevée. 25 Une utilisation particulière de tels générateurs de rayons X est dans le champ de l'imagerie de diagnostic. Habituellement, dans les systèmes d'imagerie à tomodensitométrie (TDM), par exemple, une source de rayons X émet un faisceau en éventail vers un sujet ou un objet, comme un patient ou un bagage. Le faisceau, après avoir été atténué par le sujet, frappe un réseau de détecteurs de rayonnements. 30 L'intensité du rayonnement de faisceau atténué reçu au niveau du réseau de détecteurs est habituellement dépendante de l'atténuation du faisceau de rayons X par le sujet. Chaque élément de détecteur du réseau de détecteurs produit un signal électrique séparé indicatif du faisceau atténué reçu par chaque élément de détecteur.

Les signaux électriques sont transmis à un système de traitement de données pour une analyse qui produit finalement une image. Généralement, le tube à rayons X ou générateur et le réseau de détecteurs tournent autour du portique dans un plan d'imagerie et autour du sujet. Des détecteurs à rayons X comprennent habituellement un collimateur pour collimater des faisceaux de rayons X reçus au niveau du détecteur, un scintillateur pour convertir des rayons X en énergie lumineuse adjacent au collimateur, et des photodiodes pour recevoir l'énergie lumineuse du scintillateur adjacent et produire des signaux électriques à partir de celles-ci. Habituellement, chaque scintillateur d'un réseau scintillateur convertit les rayons X en énergie lumineuse. Chaque scintillateur décharge l'énergie lumineuse vers une photodiode qui lui est adjacente. Chaque photodiode détecte l'énergie lumineuse et génère un signal électrique correspondant. Les sorties des photodiodes sont ensuite transmises au système de traitement de données pour une reconstruction d'image.

Afin de générer un faisceau de rayons X d'une force suffisante pour la TDM et d'autres modalités d'imagerie de diagnostic à base de rayons X, les ensembles de cathode des tubes à rayon X fournissent souvent un courant d'électrons de près de 1 A. Les électrons émis depuis une cathode sont accélérés à travers l'espace de vide du tube à rayons X vers l'anode par des tensions de l'ordre de 20 à 150 kVp. Pour obtenir une émission d'électrons à partir d'un émetteur thermoïonique, par exemple, une tension de commande d'environ 10 V est appliquée aux bornes du filament de tungstène, produisant des températures élevées et un courant d'environ 7 A dans le filament. Ainsi, des réglages de la tension et/ou du courant de commande de cathode régulent le courant de tube.

L'environnement de vide à haute tension dans de nombreux tubes à rayons X présente des considérations supplémentaires pour la conception de la cathode. Certaines tentatives de réduction des demandes de puissance d'une cathode de tube à rayons X ont utilisé des matériaux conçus spécialement ayant un travail de sortie inférieur aux filaments thermoïoniques ordinaires. D'autres ont tenté d'incorporer des réseaux émetteurs de champ (FEA) dans les ensembles de cathode. Néanmoins, l'environnement dur du tube à rayons X peut réduire le rendement avec le temps et limiter la durée de vie de tels émetteurs. Ainsi, ces émetteurs peuvent ne pas être suffisamment robustes pour être utilisés dans des tubes à rayons X du fait de leur sensibilité chimique, électrique et physique ainsi que d'autres effets découlant du rétro-bombardement des ions, de tensions et de courants incontrôlés de l'arc sous vide, et d'autres expositions aux particules et aux rayonnements. Ainsi, il serait souhaitable d'avoir un appareil pour générer des rayons X utilisables dans l'imagerie de diagnostic qui surmontent les inconvénients susmentionnés. En particulier, il serait souhaitable de réduire les exigences en courant et en température des ensembles de cathode pour des générateurs de rayons X tout en gardant une certaine durée de vie dans un environnement de vide à haute tension. La présente invention vise un appareil pour générer des rayons X via des tubes à rayons X, ou d'autres générateurs de rayons X, ayant une cathode d'émission secondaire. En utilisant un élément d'émission secondaire dans une production de faisceau d'électrons, l'émetteur d'électrons primaire d'une cathode peut fonctionner plus efficacement et peut être protégé d'environnements de fonctionnement difficiles. Selon un aspect de la présente invention, un générateur de rayons X comprend une source d'électrons primaire, une commande, un composant d'émission secondaire, et une anode. La commande est configurée pour appliquer un potentiel électrique à la source d'électrons primaire de façon à lui faire émettre un faisceau primaire d'électrons. Le composant d'émission secondaire est positionné dans le trajet de ce faisceau primaire d'électrons. Quand le faisceau primaire d'électrons frappe le composant d'émission secondaire, le composant d'émission secondaire émet un flux secondaire d'électrons. L'anode est configurée pour émettre des rayons X quand le flux secondaire d'électrons frappe l'anode. Selon un autre aspect de la présente invention, un ensemble de cathode est fourni qui a au moins un élément d'émission d'électrons, un élément d'émission secondaire, et une commande. Le ou les éléments d'émission d'électron a deux extrémités, la première extrémité étant configurée pour l'émission d'électrons. L'élément d'émission secondaire est positionné au-dessus de la première extrémité de l'élément d'émission d'électrons et est séparé de celui-ci. Quand la commande applique une première tension à l'élément d'émission d'électrons, un courant d'électrons est généré par la première extrémité de l'élément d'émission d'électrons. L'élément d'émission secondaire amplifie ce courant d'électrons de telle manière qu'il devient suffisant pour la génération de faisceaux de rayons X. Dans un autre aspect de la présente invention, un tube à rayons X pour un système d'imagerie est fourni. Le tube à rayons X a un logement qui enferme une anode et une cathode. La cathode comprend un élément d'émission d'électrons primaire et un élément d'émission d'électrons secondaire qui protège l'élément d'émission d'électrons primaire. L'anode est positionnée dans un chemin d'électrons de la cathode et est configurée pour émettre un faisceau d'énergie électromagnétique à haute fréquence quand un faisceau d'électrons venant de la cathode la frappe. Le faisceau d'énergie électromagnétique à haute fréquence est conditionné pour être utilisé dans un processus d'imagerie TDM. Divers autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront rendus apparents à la description détaillée suivante et aux dessins.

Les dessins illustrent à titre d'exemples quelques modes de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe d'une source d'électrons émettrice de champ selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 2 est une vue en perspective d'une source d'électrons de type réseau, en coupe partielle, selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 3 est une vue en coupe d'une source d'électrons émettrice de champ selon un autre mode de réalisation de la présente invention. La figure 4 est une vue en coupe d'une source d'électrons émettrice de champ selon encore un autre mode de réalisation de la présente invention.

La figure 5 est une vue en coupe d'une source d'électrons thermoïonique selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 6 est une vue en coupe d'une source d'électrons ferroélectrique selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 7 est une vue schématique d'une source de rayons X selon un mode de réalisation de la présente invention. La figure 8 est une vue schématique d'une source de rayons X selon un autre mode de réalisation de la présente invention. La figure 9 est une vue en perspective d'un système d'imagerie TDM incorporant un mode de réalisation de la présente invention.

La figure 10 est un diagramme schématique du système illustré sur la figure 9. La figure 11 est une vue en perspective d'un système de TDM destiné à être utilisé avec un système d'inspection de bagage selon un autre mode de réalisation de la présente invention.

Un exemple de la présente invention est décrit dans un système de tomodensitométrie (TDM) à soixante-quatre tranches "de troisième génération". Néanmoins, l'homme de l'art appréciera que la présente invention peut également être appliquée pour être utilisée avec d'autres modalités d'imagerie, comme une imagerie par projection de rayons X, des systèmes d'inspection de bagages, ainsi que d'autres systèmes ou configurations TDM multi-tranches. De plus, la présente invention va être décrite par rapport à la génération, la détection et/ou la conversion de rayons X. Néanmoins, l'homme de l'art appréciera en outre que la présente invention peut aussi être appliquée pour la génération, la détection, et/ou la conversion d'une autre énergie électromagnétique à haute fréquence. En se référant à la figure 1, une vue en coupe d'une source d'électrons 10 est représentée. Comme illustré, la source d'électrons 10 est un réseau émetteur de champ, bien que d'autres types de sources d'électrons puissent aussi incorporer des fonctions et avantages de la présente invention. La source d'électrons 10 a une base ou couche de substrat 12, de préférence formée d'un matériau conducteur ou semi-conducteur comme une substance à base de silicium. Ainsi, la couche de substrat 12 est de préférence rigide et opaque. Une couche isolante 14 est déposée sur le substrat 12, pour séparer la couche d'émission secondaire 16 de celui-ci. La couche isolante 14 est de préférence formée de SiO2 ou de quelque autre matériau ayant des propriétés diélectriques similaires. Un canal ou ouverture 18 est formé dans la couche isolante 14, par un processus de fabrication comme par gravure et action chimique. La couche d'émission secondaire 16 est disposée sur la couche isolante 14 et couvre le canal 18 de celle-ci. La couche d'émission secondaire 16 peut être formée d'une feuille fine ou d'un film d'un matériau émetteur d'électrons secondaire qui produit un débit d'électrons secondaires lors de l'impact d'un électron primaire. En général, tous les matériaux qui ont une production d'électrons secondaires élevée peuvent convenir. De tels matériaux sont habituellement caractérisés en ce qu'ils ont une affinité électronique négative (NEA) élevée. Une substance particulièrement avantageuse pour utiliser dans l'émission secondaire est le diamant. Le diamant et d'autres substances semblables au diamant ont une production d'électrons secondaires élevée, sont relativement résistant à la contamination chimique, et fonctionnent efficacement, avec un faible bruit noir à hautes températures. On appréciera, néanmoins, que la couche d'émission secondaire 16 peut prendre plusieurs autres formations structurelles (cristalline, polycristalline, ou d'autres formes), peut être orientée ou formée différemment par rapport au substrat 12, et peut être formé de multiples autres matériaux (comme l'AIN, le BN, les substances à base de Ga1AIN, et les substances à base d'AINSiC). La couche d'émission secondaire 16 peut aussi être dopée avec des dopant de type p-ou n- pour améliorer la production d'émission secondaire. Similairement, dans des exemples dans lesquels une amplification élevée d'un courant d'électrons primaire est souhaitable, un certain nombre de couches d'émission secondaire 16 peuvent se recouvrir ou être autrement placées en série pour fournir un production d'électrons secondaires supplémentaire à la source d'électrons 10.

Une pluralité d'émetteurs 20 sont formés sur le substrat 12 dans le canal 18. Comme montré, les émetteurs 20 sont des émetteurs à nanotubes de carbone, bien que d'autres émetteurs soient possibles. Par exemple, une couche d'une substance ayant une faible valeur de travail ou un NEA élevé peut être substituée à ou utilisée en combinaison avec des émetteurs à nanotubes 20. En variante, des nanofilaments inorganiques ou métalliques peuvent aussi être utilisés au lieu, ou en liaison avec des émetteurs 20. Une commande 22 est reliée pour établir une tension entre le substrat 12 et la couche d'émission secondaire 16. La couche d'émission secondaire 16 est donc recouverte ou couverte avec une couche métallique très fine 24. Comme illustré, le revêtement métallique 24 couvre à la fois les surfaces supérieure et inférieure de la couche d'émission secondaire 16, bien que le revêtement métallique 24 puisse couvrir seulement une surface, comme le "dessous" ou côté d'électrons primaires. En variante, le revêtement 24 peut être lithographié ou imprimé dans un motif spécifique sur la couche d'émission secondaire 16. Par exemple, le revêtement métallique 24 peut être déposé sur la couche d'émission secondaire 16 de telle manière qu'il ne couvre pas, ne cache pas, ou n'obstrue pas le courant d'électrons à travers celle-ci ou de telle manière qu'il disperse des évènements de formation d'arc. Le champ électrique causé par la tension de commande 22 induit l'émission d'un faisceau d'électrons primaire 26 depuis les émetteurs 20. Le faisceau d'électrons primaire 26 est accéléré à travers le canal 18 par la différence de potentiel électrique et arrive sur la couche d'émission secondaire 16. De ce point de vue, le canal 18 est de préférence un espace de vide et un revêtement métallique 24 est de préférence suffisamment fin pour laisser passer le faisceau d'électrons 26 à travers. Quand elle est frappée par le courant d'électrons primaire 26, la couche d'émission secondaire 16 amplifie le faisceau et émet un faisceau d'électrons secondaire 28 plus fort que le faisceau d'électrons primaire 26. Dans des modes de réalisation dans lesquels la couche d'émission secondaire 16 est un film de diamant, le faisceau d'électrons secondaire 28 peut être un courant d'électrons 10 à 100 fois plus fort que celui du faisceau d'électrons primaire 26.

La figure 2 montre une vue de dessus en perspective d'un réseau 30 de la source d'électrons de la figure 1. Le réseau 30 de la figure 2 a un substrat ou base 32, visible en coupe, et une couche isolante 34 formée dessus. Comme illustré, le substrat 32 est commun à tous les émetteurs 38 du réseau 30. Un certain nombre de canaux 36 sont formés sur la couche isolante 34 et sont remplis avec des rangées d'émetteurs 38.

Une couche d'émission secondaire 40 est montrée en coupe partielle, et couvre le réseau 30 entier. Comme présenté ci-dessus, la couche d'émission secondaire 40 est de préférence une substance ayant un NEA élevé et peut être couverte ou partiellement couverte avec un revêtement métallique 42. En fabrication, le réseau 30 et les rangées d'émetteurs 38 de celui-ci peuvent être relativement petits. C'est à dire que les réseaux émetteurs de champ peuvent avoir une taille jusqu'à quelques millimètres et les émetteurs une taille de quelques micromètres. Comme illustré, la couche d'émission secondaire 40 couvre tous les émetteurs 38 du réseau, fournissant une protection aux émetteurs 38 contre le rétrobombarbement par des ions, les arcs électriques, et d'autres phénomènes associés à des environnements comme les tubes à rayons X. Néanmoins, la couche d'émission secondaire 40 peut aussi fournir une protection contre d'autres effets, comme la contamination chimique et l'endommagement physique associés à d'autres utilisations du réseau 30. Tout en fournissant une telle protection aux émetteurs 38, la couche d'émission secondaire 40 peut fonctionner simultanément comme électrode de grille pour tous les émetteurs 38 du réseau 30 pour provoquer l'émission d'électrons depuis les émetteurs 38. L'épaisseur de la couche d'émission secondaire 40 peut varier de 0,01 m à des centaines de micromètres, les couches les plus fines fournissant une meilleure production d'électrons secondaires et les couches les plus épaisses fournissant une protection améliorée.

La figure 3 montre une vue en coupe d'une variante de réalisation de la présente invention incorporant ce qui est connu comme une émission d'électrons du type "Spindt". La source d'électrons 50 comprend un substrat 52 opaque conducteur, une première couche isolante 54, une électrode ou couche de grille 56, une seconde couche isolante 58, et une couche d'émission secondaire 60. Une ouverture 62 est formée dans la première couche isolante 54, à travers la couche de grille 56 et la seconde couche isolante 58. Une pointe d'émetteur 64 du type en cône est positionnée dans l'ouverture 62 et orientée de telle manière que les électrons 66 émis depuis celle-ci sont dirigés vers la couche d'émission secondaire 60. Quand ils sont groupés sur un premier réseau d'émetteurs de champ (non illustré), les émetteurs illustrés sur la figure 3 ont habituellement un substrat, un isolant, et des couches de grille communs, bien que chaque émetteur soit logé dans un ouverture individuelle. La pointe d'émetteur 64 est un émetteur du type Spindt, et dans certains modes de réalisation, peut être formée de molybdène métallique, bien que d'autres substances et revêtements soient aussi utilisables. Par exemple, la pointe d'émetteur 64 peut être recouverte de particules d'oxyde mélangées à faible travail de sortie. Quand une tension d'émission primaire, représentée comme la source de tension 72, est appliquée, un champ électrique au niveau de l'électrode ou de la couche de grille 56 provoque l'émission par la pointe d'émetteur 64 d'un flux primaire d'électrons. La couche de grille 56 accélère le flux d'électrons 66 à travers l'ouverture 62. De ce point de vue, l'ouverture 62 peut être un espace de vide. Une tension d'émission secondaire 74 est appliquée entre le substrat 52 et un revêtement conducteur, ou une couche métallique 70 de la couche d'émission secondaire 60. Quand la tension d'émission secondaire 74 est appliquée à la couche d'émission secondaire 60, et le flux primaire des électrons 66 arrive dessus, la couche d'émission secondaire 60 émet un flux secondaire d'électrons 68, plus fort que le flux primaire d'électrons. Ainsi, la couche d'émission secondaire 60 est physiquement et électriquement séparée de la couche de grille 56. Une telle configuration peut aussi être utilisée avec les autres configurations et modes de réalisation décrits ici, comme le mode de réalisation à émetteur à nanotubes représenté sur les figures 1 et 2. La figure 4 montre une autre variante de réalisation de la présente invention, dans laquelle une source d'électrons 80 est configurée pour focaliser les émissions d'électrons qui en proviennent. La source d'électrons 80 est représentée dans une vue en coupe partielle pour illustrer une courbure 94 de celle-ci. Comme illustré, une couche de substrat 82, une couche isolante 84, et une couche d'émission secondaire 86 sont courbées de telle manière qu'un courant d'électrons primaire 90 provenant des émetteurs 88 et un courant d'électrons secondaire 92 venant de la couche d'émission secondaire 86 tendent à converger. De préférence, la courbure 94 peut être concave et choisie pour provoquer une convergence ou focalisation souhaitée pour une distance particulière, comme une distance d'accélération d'électrons de cathode à anode d'un tube à rayons X (présenté ci-dessus). Comme cela est connu, faire varier l'aire de l'anode sur laquelle un courant d'électrons arrive fait varier les caractéristiques du faisceau de rayons X qui en résulte. En variante, certains modes de réalisation de la présente invention peuvent avoir seulement un substrat 82 courbé pour focaliser le courant d'électrons primaire 90 et d'autres modes de réalisation peuvent avoir seulement une couche d'émission secondaire 86 courbée pour focaliser le courant d'électrons secondaire 92. En outre, alors que seulement une seule rangée d'émetteurs 88 est illustrée, la courbure 94 peut s'étendre à toutes les rangées multiples d'émetteurs dans un réseau d'émetteurs de champ (non illustré) et un tel réseau peut être courbé dans plus d'une dimension. La figure 5 représente un autre mode de réalisation de la présente invention dans lequel la source d'électrons primaire d'un générateur d'électrons 100 est un filament d'émission thermoïonique 102. Comme cela est connu, les filaments thermoïoniques 102 émettent des électrons quand un courant élevé s'écoule à travers eux, augmentant la température du filament 102. Ainsi, des filaments sont généralement formés pour avoir une partie de bobine 104 pour maximiser l'émission d'électrons dans le générateur d'électrons 100. Habituellement, les filaments thermoïoniques sont formés de tungstène, bien que d'autres matériaux et combinaison de matériaux soient possibles. Les émetteurs à filament de tungstène fonctionnent habituellement à environ 4,5 eV, bien que les filaments puissent être combinés avec ou remplacés par des matériaux travaillant à des valeurs inférieures, comme 3,0 eV et au-dessous. Par exemple, les filaments de tungstène peuvent être revêtus avec des particules d'oxyde mélangées à faible valeur de travail.

Les filaments thermoïoniques 102 sont habituellement logés dans un isolateur ou coupe de focalisation 106, pour diriger le courant d'électrons primaire 108 hors du générateur d'électrons dans une direction souhaitée, comme illustré. Ainsi, une couche d'émission secondaire 110 peut être placée au-dessus de la coupe de focalisation 106 pour fournir un courant d'électrons secondaire 116 quand il est heurté par le courant d'électrons primaire 108. Comme présenté ci-dessus, une couche d'émission secondaire 110 peut être formée de diamant 112, une substance comme du diamant, ou un autre matériau ayant une NEA élevée. Avec l'incorporation de la couche d'émission secondaire 110, un courant appliqué au filament 102 peut être inférieur à ce qui serait normalement exigé pour produire une intensité de faisceau de rayons X souhaitée. En d'autres termes, un courant d'électrons primaire 108 du filament 102 peut être lui-même insuffisant pour produire l'intensité de faisceau de rayons X souhaitée. Le courant d'électrons secondaires 116, néanmoins, sera suffisant pour produire l'intensité de faisceau de rayons X souhaitée.

La couche d'émission secondaire 110 peut aussi avoir un revêtement conducteur ou métallique ou une revêtement partiel 114. Ainsi, une tension de commande peut être appliquée pour accélérer le courant d'électrons primaire 108 vers la couche d'émission secondaire 110. Dans d'autres modes de réalisation, la couche d'émission secondaire peut ne pas comporter de revêtement métallique ou peut être positionnée différemment par rapport au filament 102. Par exemple, dans certains modes de réalisation, la couche d'émission secondaire 110 peut être positionnée dans la coupe de focalisation 106. La figure 6 illustre un autre mode de réalisation de la présente invention utilisant l'émission ferroélectrique. La partie d'émission primaire 120 d'un émetteur ferroélectrique 118 comprend généralement une couche de matériau de type ferroélectrique ou céramique 122, comme, par exemple, du PZT (substances à base de PbZrTiO) ou du PLZT (substances à base de PbLaZrTiO). Dans certains modes de réalisation de disques, la couche de matériau ferroélectrique peut être d'approximativement 300-500 micromètres d'épaisseur, alors que des modes de réalisation de film fin peuvent incorporer des matériaux de protection (non illustrés) et utiliser des couches ferroélectriques ayant 0,75 à 1,0 micromètre d'épaisseur. Comme illustré, la couche ferroélectrique 122 a une électrode arrière conductrice 124 sur un côté et une électrode de grille 126 ayant un motif sur un autre côté. L'électrode de grille 126 peut être imprimée pour former des rangées comme illustré, et chaque rangée peut avoir approximativement 200 micromètres de large et être éloignée des autres rangées de 5 à 200 micromètres. Les électrodes arrière et de grille 124, 126 peuvent être formées d'une variété de substances, comprenant le platine et l'argent. Dans certains modes de réalisation, une couche de protection (non illustrée) peut être déposée entre les électrodes 124, 126 et la couche ferroélectrique 122.

Quand une tension pulsée ou commutée 128 est appliquée à l'électrode arrière 124, la couche ferroélectrique 122 entre dans un état d'émission d'électrons. Quand une tension d'accélération est appliquée à une couche de métal fin ou collecteur 130, le flux primaire d'électrons 134 est attiré vers celui-ci. De préférence, le collecteur 130 est suffisamment fin pour ne pas interférer avec le flux du flux primaire d'électrons 134. Une couche d'émission secondaire 132 est déposée sur le collecteur 130 pour amplifier le flux primaire d'électrons 134 et fournir un flux d'électrons secondaire 136. En se référant maintenant à la figure 7, un tube de génération de rayons X 140, comme pour un système de TDM, est illustré. Principalement, le tube à rayons X 140 comprend un ensemble de cathode 142 et un ensemble d'anode 144 logés dans un logement 146. L'ensemble d'anode 144 comprend un rotor 158 configuré pour faire tourner un disque d'anode tournant 156, comme cela est connu. Quand elle est frappée par un courant d'électrons 162 venant de l'ensemble de cathode 142, l'anode 156 émet un faisceau de rayons X 160. L'ensemble de cathode 142 comprend une source d'électrons 148 positionnée en place par une structure de support 150. La source d'électrons 148 comprend un ensemble d'émetteur primaire 152 et un élément d'émission secondaire 154. L'ensemble d'émetteur primaire 152 peut produire un courant d'électrons primaire par un réseau d'émetteurs de champ ou un émetteur ferroélectrique, comme décrit ci-dessus. Comme illustré, la couched'émission secondaire 154 est positionnée de façon à protéger l'ensemble d'émetteur primaire 152 de l'environnement de vide dans le tube à rayons X. De ce point de vue, la couche d'émission secondaire 154 peut être fabriquée ou montée pour venir en prise de manière sûre avec la structure de support 150. De plus, du fait des caractéristiques d'amplification du flux d'électrons de la couche d'émission secondaire 154, le tube à rayons X 140 peut produire des faisceaux de rayons X 160 avec des exigences en puissance d'entrée inférieures. Ainsi, si un faisceau de rayons X d'une intensité donnée est souhaité, une tension de commande 164 peut être appliquée au tube 140 qui produirait autrement une faisceau de rayons X d'une intensité plus faible. Par exemple, si une tension de commande typique pour une FEA commune est de 100V pour produire un faisceau de rayons X d'une intensité donnée, la tension de commande pour la présente invention pour produire la même intensité de faisceau de rayons X peut être de seulement 10V ou moins. Similairement, la figure 8 montre un tube à rayons X 170 ayant un ensemble d'anode 174 et un ensemble de cathode 172 enfermés dans un logement 176 dans lequel l'ensemble de cathode 172 utilise un filament d'émission thermoïonique 178. Comme décrit ci-dessus, une structure de support 182 positionne le filament 178 pour diriger un flux d'électrons de celui-ci vers l'anode 186. Un élément d'émission secondaire 180 est positionné sur ou près de la structure de support 182, au-dessus du filament 178 pour protéger le filament 178 de l'environnement du tube. En tant que tel, le filament 178 peut être composé de matériaux moins durables qui sont plus efficaces pour l'émission d'électrons et la génération de rayons X. De plus, une commande 190 peut être configurée pour appliquer un courant inférieur au filament 178 pour obtenir un flux d'électrons 184 (via l'élément d'émission secondaire 180) suffisant pour une intensité de faisceau de rayons X souhaitée 188. La figure 9 montre, un système d'imagerie à tomodensitométrie (TDM) 210 comprenant un portique 212 représentatif d'un scanner TDM de "troisième génération". Le portique 212 a une source de rayons X 214 qui projette un faisceau de rayons X 216 vers un ensemble de détecteurs ou collimateur 218 sur le côté opposé du portique 212. La source de rayons X 214 comprend un tube à rayons X ayant une cathode faite de l'un quelconque des modes de réalisation décrits ci-dessus. En se référant maintenant à la figure 10, l'ensemble de détecteurs 218 est formé d'une pluralité de détecteurs 220 et de systèmes d'acquisition de données (SAD) 232. La pluralité de détecteurs 220 détecte les rayons X projetés qui passe à travers un patient 222, et le SAD 232 convertit les données en signaux numériques pour un traitement ultérieur. Chaque détecteur 220 produit un signal électrique analogique qui représente l'intensité d'un faisceau de rayons X incident et donc le faisceau atténué quand il est passé à travers le patient 222. Pendant un scan pour acquérir des données de projection de rayons X, le portique 212 et les composants montés dessus tournent autour d'un centre de rotation 224. La rotation du portique 212 et le fonctionnement de la source de rayons X 214 sont pilotés par un mécanisme de commande 226 du système de TDM 210. Le mécanisme de commande 226 comprend une commande de rayons X 228 qui fournit le courant, la commande, et les signaux de temps à la source de rayons X 214 et une commande de moteur de portique 230 qui commande la vitesse de rotation et la position du portique 212. La commande de rayons X 228 est de préférence programmée pour prendre en compte les propriétés d'amplification du faisceau d'électrons d'un tube à rayons X de la présente invention lors de la détermination d'une tension ou d'un courant à appliquer pour produire une intensité et un temps de faisceau de rayons X souhaités. Ainsi, la commande 228 fournit une intégration informatique des exigences de courant inférieures d'un générateur de rayons X utilisant une émission secondaire. Un reconstructeur d'images 234 reçoit des données de rayons X échantillonnées et numérisées venant du SAD 232 et réalise une reconstruction à grande vitesse. L'image reconstruite est appliquée à l'entrée d'un ordinateur 236 qui stocke l'image dans une mémoire de masse 238. L'ordinateur 236 reçoit aussi des commandes et des paramètres de scannage venant d'un opérateur via une console 240 qui constitue une interface utilisateur, comme un clavier, une souris, une commande vocale, ou tout autre appareil d'entrée convenable. Un affichage 242 associé permet à l'opérateur d'observer l'image reconstruite et d'autres données venant de l'ordinateur 236. Les commandes et les paramètres fournis par l'opérateur sont utilisés par l'ordinateur 236 pour fournir des signaux de commande et une information au SAD 232, à la commande de rayons X 228 et à la commande de moteur de portique 230. De plus, l'ordinateur 236 actionne une commande de moteur de table 244 qui commande une table motorisée 246 pour positionner le patient 222 et le portique 212. La table 246 déplace les patients 222 à travers une ouverture de portique 248 de la figure 9 entièrement ou en partie. La figure 11 représente une autre mise en oeuvre de la présente invention.

Un système d'inspection de paquets/bagages 250 comprend un portique tournant ayant une ouverture 254 à travers laquelle des paquets ou des bagages peuvent passer. Le portique tournant loge une source d'énergie électromagnétique à haute fréquence 256 ainsi qu'un ensemble de détecteurs 258. La source d'énergie électromagnétique à haute fréquence 256 est configurée pour utiliser l'émission d'électrons secondaire lors de la génération de faisceaux d'énergie électromagnétique à haute fréquence, selon les aspects et modes de réalisation de la présente invention présentés ci-dessus. Un système de convoyeur 260 est aussi fourni et comprend une bande de convoyeur 262 supportée par une structure 264 pour faire passer automatiquement et continûment des paquets ou des bagages 266 à travers l'ouverture 254 pour les scanner. Les objets 266 sont alimentés à travers l'ouverture 254 par la bande de convoyeur 262, les données d'imagerie sont ensuite acquises, et la bande de convoyeur 262 enlève les paquets 266 de l'ouverture 254 d'une manière commandée et continue. Il en résulte que les inspecteurs des postes, les porteurs de bagage et autres personnels de sécurité peuvent de manière non invasive inspecter le contenu des bagages 266 pour y rechercher des explosifs, des couteaux, des armes à feu, de la contrebande, etc. Par conséquent, il a été montré que les divers aspects et modes de réalisation de la présente invention fournissent des ensembles de cathode protégés qui nécessitent une tension et/ou un courant réduit pour produire des faisceaux d'électrons suffisants pour la génération de rayons X dans un certain nombre d'environnement fonctionnels. Une contribution technique de l'appareil décrit est de fournir une commande mise en oeuvre par ordinateur qui détermine une tension ou un courant à appliquer à un tube à rayons X pour générer une intensité de faisceau de rayons X, en prenant en compte les caractéristiques d'amplification de faisceau d'électrons de celui-ci. Ainsi, dans un mode de réalisation de la présente invention, un générateur de rayons X comprend une source d'électrons primaire, une commande, un composant d'émission secondaire, et une anode. La commande est configurée pour appliquer un potentiel électrique à la source d'électrons primaire pour que la source d'électrons primaire émette un faisceau primaire d'électrons. Le composant d'émission secondaire est positionné dans le chemin du faisceau primaire d'électrons et émet un flux secondaire d'électrons quand il est frappé par le faisceau primaire d'électrons. L'anode est configurée pour émettre des rayons X quand le flux secondaire d'électrons frappe l'anode. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, un ensemble de cathode est décrit. L'ensemble de cathode comprend au moins un élément d'émission d'électrons, un élément d'émission secondaire, et une commande. L'élément d'émission d'électrons a une première extrémité configurée pour l'émission d'électrons et une seconde extrémité. L'élément d'émission secondaire est positionné au-dessus de la première extrémité de l'élément d'émission d'électrons et est séparé de celui-ci. La commande est configurée pour appliquer une première tension à l'élément d'émission d'électrons, générant ainsi un courant d'électrons depuis la première extrémité de l'élément d'émission d'électrons. L'élément d'émission secondaire amplifie ce courant d'électrons de telle manière qu'il devient suffisant pour la génération de faisceaux de rayons X. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, un tube à rayons X pour un système d'imagerie a un logement qui enferme une anode et une cathode. La cathode comprend un élément d'émission d'électrons primaire et un élément d'émission d'électrons secondaire qui protège l'élément d'émission d'électrons primaire. L'anode est positionnée dans un chemin d'électrons de la cathode et est configurée pour émettre un faisceau d'énergie électromagnétique à haute fréquence conditionné pour être utilisé dans un processus d'imagerie TDM quand un faisceau d'électrons venant de la cathode frappe dessus.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Générateur de rayons X, comprenant : une source d'électrons primaire (10) ; une commande (22) configurée pour appliquer un potentiel électrique à la source d'électrons primaire (10) pour lui faire émettre un flux primaire d'électrons (26) depuis la source d'électrons primaire (10) ; un composant d'émission secondaire (16) positionné dans un chemin du flux primaire d'électrons (26) et configuré pour émettre un flux secondaire d'électrons (28) quand il est frappé par le flux primaire d'électrons (26) ; et une anode (156) configurée pour émettre des rayons X (160) quand elle est frappée par le flux secondaire d'électrons (28).

2. Générateur de rayons X selon la revendication 1, dans lequel la commande (22) est en outre configurée pour appliquer un potentiel électrique à la source d'électrons primaire (10) en réponse à une demande de génération de rayons X, de telle manière que le flux primaire d'électrons (26) seul est insuffisant pour générer une émission de rayons X (160) demandée à partir de l'anode (156).

3. Générateur de rayons X selon la revendication 1, dans lequel le composant d'émission secondaire (16) est conçu pour émettre le flux secondaire d'électrons (28) ayant un courant supérieur à un courant du flux primaire d'électrons (26).

4. Générateur de rayons X selon la revendication 1, dans lequel le composant d'émission secondaire (16) est au moins en partie formé d'une substance semblable à du diamant.

5. Générateur de rayons X selon la revendication 1, dans lequel la source d'électrons primaire (10) est un réseau (30) émetteur de champ, un émetteur ferroélectrique (136), ou un émetteur thermoïonique (100).

6. Générateur de rayons X selon la revendication 5, dans lequel la source d'électrons primaire (10) est un réseau (30) émetteur de champ présentant sur un substrat (12) un dépôt d'émetteurs (64) à cône du type Spindt, de nanotubes de carbone (18) de nanofilaments inorganiques (18), ou d'un matériau ayant une valeur de travail faible (18, 64).

7. Générateur de rayons X selon la revendication 6, dans lequel le substrat (12) est opaque.

8. Générateur de rayons X selon la revendication 1, dans lequel au moins la source d'électrons primaire (10) ou le composant d'émission secondaire (16) a une courbure convexe (94) conçue pour focaliser un faisceau d'électrons (90, 92) venant de celui-ci.

9. Générateur de rayons X selon la revendication 1, dans lequel le composant d'émission secondaire (16) forme une électrode de grille (24) de la source d'électrons primaire (10) et est positionné pour protéger la source d'électrons primaire (10) des particules dispersées et du rétro-bombardement des ions.

10. Générateur de rayons X selon la revendication 1 incorporé dans un système de TDM (210), le système de TDM comprenant : un portique (212) ayant une ouverture (248) pour recevoir un sujet (222) destiné à être scanné ; un réseau scintillateur (218) ayant une pluralité de cellules scintillatrices (220) dans lequel chaque cellule (220) est configurée pour détecter les rayons X (160) venant de l'anode (156), passant à travers le sujet (222) ; un réseau de photodiodes (218) couplé optiquement au réseau scintillateur (218) et comprenant une pluralité de photodiodes (220) configurées pour détecter la lumière sortant d'une cellule scintillatrice (220) correspondante ; un système d'acquisition de données (SAD) (232) connecté au réseau de photodiodes (220) et configuré pour recevoir les sorties des photodiodes ; et un reconstructeur d'image (234) connecté au SAD (232) et configuré pour reconstruire une image du sujet (222) à partir des sorties de photodiodes reçues par le SAD (232).