WO2014209158A1 - Multibeam x-ray tube - Google Patents

Multibeam x-ray tube Download PDF

Info

Publication number
WO2014209158A1
WO2014209158A1 PCT/RU2013/000558 RU2013000558W WO2014209158A1 WO 2014209158 A1 WO2014209158 A1 WO 2014209158A1 RU 2013000558 W RU2013000558 W RU 2013000558W WO 2014209158 A1 WO2014209158 A1 WO 2014209158A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
target
ray
electron
sources
output window
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/000558
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Олег Юрьевич МАСЛЕННИКОВ
Игорь Анатольевич ГУЗИЛОВ
Original Assignee
ДЕМИДОВА, Елена Викторовна
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ДЕМИДОВА, Елена Викторовна filed Critical ДЕМИДОВА, Елена Викторовна
Priority to PCT/RU2013/000558 priority Critical patent/WO2014209158A1/en
Priority to RU2014140136/07A priority patent/RU2578675C1/en
Publication of WO2014209158A1 publication Critical patent/WO2014209158A1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/40Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4021Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis involving movement of the focal spot
    • A61B6/4028Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis involving movement of the focal spot resulting in acquisition of views from substantially different positions, e.g. EBCT
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/04Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/06Cathodes
    • H01J35/066Details of electron optical components, e.g. cathode cups
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/06Diaphragms

Definitions

  • the invention relates to the field of electronic technology, in particular, to multi-beam X-ray tubes, providing the ability to obtain a tomographic image of various objects, including for medical purposes for mammography, using multi-beam multi-source electron emission sources to obtain a series of images of the object from different angles for computer tomography and tomosynthesis.
  • multi-cathode multi-beam X-ray tubes for computed tomography for medical purposes, in particular for mammographs, is the need for tomographic analysis with scanning the object in intersecting directions at different angles with the possibility of creating a three-dimensional image of the scanned object, and much attention is paid to ensuring safe thermal regime of the functioning of x-ray tubes and the safety of working with medical devices.
  • a known X-ray tube for generating a variety of X-rays of various intensities (US, 4,823,371, B1), including many cathodes of various sizes with devices for controlling the focal length, providing quick switching between discrete values of the working currents, and the anode located at a distance from the cathodes.
  • the focal spots of individual electron beams are located on the anode in one place, which leads to the formation of a single directed x-ray beam and to the impossibility of conducting tomographic analysis with scanning the object in different directions.
  • a device for x-ray computed tomography (US, 5,195,1 12, B1), containing many stationary electronic sources, including devices for emitting and accelerating the movement of electrons to the stationary ring anode, means for applying an electric potential between each of the many electronic sources and the anode for acceleration the movement of electrons to the anode so that the electrons collide with the anode and generate radiation and that the focal spots are scanned by the installed sections of the anode before As any significant acceleration of electrons takes place, and a detector for generating an image signal and an image forming apparatus.
  • the power of x-ray radiation is limited due to the need to limit thermal loads on the anode, which leads to insufficiently high definition of the recorded signal, weakened by the passage of radiation through various tissues, during the formation of three-dimensional images.
  • a device for generating multiple x-rays and a device for generating an x-ray image for performing non-destructive radiography contains a plurality of electron sources that are two-dimensional and provide electron emission during selective activation of electron sources in accordance with the attached activation signals from the activation means, and a plurality of targets located opposite to the plural source in electrons, and wherein the target generating X-rays with different radiation quality in accordance with a place generating X-rays, and X-ray imaging device comprises a two-dimensional X-ray detector.
  • the device for generating multiple X-rays has a low X-ray power due to the need to limit the thermal load on the stationary targets.
  • Known x-ray tube for circular scanning in tomosynthesis mode (US, 2011002442, A), containing in the casing an anode in the form of a rotating disk with a target on its conical lateral surface and a plurality of cathodes mounted in the casing around the anode in the plane of its rotation, providing many focal spots on the surface of the target, uniformly distributed, for example, on the circular line of the target, and creating x-ray sources when exposed to electrons emerging from the cathodes.
  • the object of examination can be located on the axis of rotation of the anode at a certain distance from the radiation source and subjected to x-ray irradiation performed sequentially in all radiation sources, while the x-ray tube maintains a static position relative to the object, providing the creation of three-dimensional images.
  • an X-ray tube is known with many focal spots of different sizes (US, 5.51-1.105, A), comprising: an anode in the form of a plate with a means of rotation, having a target divided into many regions consisting of different materials, and electron emission sources to generate at least one focal spot in each indicated area of the target and a plurality of focal spots of respectively different sizes in at least one of the areas, and emission sources generate focal spots in different areas and focal spots and of different sizes in the same region adjacent to them, at different radii of the indicated plate of the anode in its peripheral part along a straight line intersecting the specified peripheral part, or along a straight line directed radially on the plate of the anode and crossing the specified peripheral part, to obtain the focus position, which will be the same for all indicated focal spots.
  • emission sources contain means for generating at least one large focal spot and at least one small focal spot in two regions, and for generating large local spots immediately adjacent to each other, and the anode is divided into two parts made of different materials.
  • the tube has a common output window for all focal spots.
  • a technical solution is known for a circular multi-beam X-ray device using a multi-beam X-ray tube having the shape of a circle (US, 8,031,832, B), consisting of at least two segments and several diaphragms, while the focal spots of the tube are located around the circumference.
  • the object of study and the detector are located in the center of the circle.
  • the handset control unit sets the sequence for switching on the rays. Images of tomosynthesis can be obtained without mechanical movements of the emitter.
  • a multipath x-ray emitter is known (US, 7,970,099, B), in which the multipath x-ray tube is made in the form of a polygon, in which focal spots are located along the sides of the polygon.
  • the control unit of the x-ray tube includes alternately separate radiation sources.
  • the device is equipped with several diaphragms that can move along the sides of the polygon and form the direction and angle of the radiation beam. A layered image of the object of study can be obtained without moving the x-ray tube.
  • a general-purpose x-ray tube for stereography (US, 4,596,028, B) containing in the cylindrical body an anode in the form of a rotating disk with a target on its lateral conical surface and N identical independent cathodes forming focal spots of the same size on the target surface, located on the surface of the target in such a way as to obtain on the target of the anode N discrete sources of x-rays at a distance from each other, while any two of these sources zlucheniya form a working pair, so that X-ray radiation which they generate during rotation of the anode are sequentially outputted to the output window located in the end of the tube body in a plane parallel to the plane of rotation of the anode that allows the irradiation of the object to obtain object stereographic pattern in the radiation detector. 13 000558
  • the narrow area of the focal spot on the target, as well as the shape of the focal spot of the electron beam in the form of a circle on the target, that is, the concentration of the energy flux in a small limited area leads to a high density of thermal energy in the focal spot released on the surface target / anode, and a large number of spatially separated windows for X-ray output and the geometric arrangement of X-ray sources along an arc of a circle in a plane that does not intersect the scan object, d barks it impossible to conduct a comprehensive analysis of the tomographic scanning.
  • the present invention is directed to solving the technical problem of creating an x-ray tube, which provides spatial scanning of a stationary object in intersecting directions at different angles by discrete x-rays having a high x-ray density, with a static arrangement of the x-ray tube relative to this object.
  • the task was to provide in a stationary multipath x-ray tube the formation and output from the tube in the intersecting directions of discrete X-rays, covering the stationary object of scanning and having a high energy density necessary for tomographic analysis of the scanned object, by:
  • anode having a disk shape, equipped with a target located on its surface, and a built-in mechanism for the rotation of the anode around its axis of rotation, coinciding with the axis of its symmetry;
  • the anode has the shape of a disk facing a flat surface to the specified system of electron sources, and is isolated from the housing by a high-voltage insulator;
  • the target is located on the indicated flat surface of the anode and has the form of a flat ring centered on the axis of rotation of the anode;
  • the X-ray output window is common for the X-ray output of all N X-ray sources, located in the side wall of the casing is higher than the level of the target plane and is made flat in the form of a rectangle perpendicular to the plane of the target and having the upper side of the rectangle at a level of no more than 35 ° to the plane of the target and the lower side of the rectangle at least 10 ° to the plane of the target;
  • the system of electron sources is adapted for generating and projecting N discrete electron fluxes having a cross-sectional configuration on the target in a periodic pulsed mode, which ensures the formation of N focal spots on the surface of the target, respectively, having the highest electron energy density in the focal spot in the direction perpendicular to outputting x-ray radiation generated by the x-ray source generated in the specified focal spot through the window in output;
  • each collimator additionally contains N stationary collimators having the potential of the anode, placed by an input each close to the corresponding x-ray source having the configuration of the focal spot indicated above the target surface in the region between each one x-ray source and the output window, and each collimator provides radiation selection from the surface of the corresponding single source of x-ray radiation in the direction of the output window and the formation of the specified x-ray radiation in de beam of a pyramidal shape, covering the region of the highest energy density in the beam, conjugated in the middle part with the upper and lower sides of the rectangle of the output window and having a rectangular base covering the area of the object to be scanned.
  • the system of electron sources be made in the form of an electron-optical system that provides, in a periodic pulsed mode, a sequential supply of discrete electron flows to the target, which ensure the formation of focal spots on the target surface in the form of narrow figures extended to the side output windows and oriented along the length in the direction of the same common point for them.
  • the system of electron sources be made in the form of an electron-optical system that provides, in a periodic pulsed mode, a sequential supply of discrete electron flows to the target, which ensure the formation on the target surface focal spots having the shape of ovals close to a rectangle, with a ratio of the lengths of the major axis of the oval and the minor axis of the oval not less than 5: 1, with large axes converging outside the output window in the area of the object to be scanned, with the centers of the indicated ovals N focal spots on the target on one line spaced from the axis of rotation of the anode in the direction of the output window.
  • these centers of the ovals N focal spots were located on the target on the same line, which is a segment of the chord located at an angle of 1-2 ° to the plane of the output window.
  • the tube contains a system of electron sources, made in the form of an electron-optical system, in which:
  • these pulsed N electron sources are placed in the tube body along one straight line at an equal distance from each other above the surface of the target portion closest to the indicated output window, and are adapted to generate and output in the direction of the target plane sequentially in the periodic pulse mode of each one of N electron flows having a circular cross-section;
  • a grounded control electrode adapted for converting each of these N electron streams having a circular cross-section into one of the N configured electron streams, which, when projected onto the target, will form on the target, respectively, one of the N focal spots, having the shape of an oval close to a rectangle, with a ratio of the lengths of the major axis of the oval and the minor axis of the oval not less than 5: 1, with the direction of the major axes converging in about a point common to them outside the exit window, with the centers of the indicated ovals N of the focal spots on the target located on a segment of its chord, spaced from the axis of rotation of the anode in the direction to the exit window.
  • the specified control electrode was placed parallel to the plane of the target and provided with N cascades of through holes located near the indicated outputs of N electron sources and having round inlet openings in the cascade for introducing one of the indicated N electron flows and oval shaped exit openings with large axes oriented towards the output window and converging outside the output window in common point for them, for the output of each one of the indicated N configured, electron flows.
  • N electron sources were made in the form of N cathode nodes containing, respectively:
  • cathode heaters electrically isolated from said cathodes and electrically connected in parallel to each other;
  • these N cathodes are configured to control the cross-sectional area of each of these N electron flows by changing the potential of the corresponding cathode.
  • multi-beam x-ray tube according to the invention is illustrated by an example of its implementation and the accompanying drawings, in which: Figure 1 - multi-beam x-ray tube according to the invention, a longitudinal section aa in figure 2;
  • Figure 2 multi-beam x-ray tube according to the invention, section bb in figure 1;
  • FIG. 3 is a system of electron sources according to the invention, fragment I in FIG. 1;
  • Figure 4 is a system of electron sources according to the invention, a section D-D in Figure 2;
  • 5 is an electrical diagram of a multipath x-ray tube according to the invention;
  • Fig.6 the location of the focal spots on the surface of the target, fragment III in Fig.2; 7 is a system of electron sources according to the invention, view F in FIG. 4, fragment;
  • FIG. 8.9 are diagrams of the formation of a configured electron stream into a system of electron sources according to the invention, transverse and longitudinal sections;
  • Figure 10 is a diagram of the projection of x-ray radiation on the plane of the output window, in the plane of the major axis of the focal spot;
  • 11,12 is a diagram of the selection and formation of an x-ray pyramidal shape, a side view of the target - 11, fragment II in figure 1, and a top view of the target - Fig;
  • Fig. 13 is a diagram showing the output of scanning x-rays formed in the shape of a pyramid using fixed collimators, with the arrangement of focal spots on a chord parallel to the plane of the output window;
  • Fig. 14 is a diagram showing the output of scanning x-rays formed in the shape of a pyramid using fixed collimators, with focal spots being arranged on a chord located at an angle ⁇ to the plane of the output window.
  • the described embodiment of the multi-beam X-ray tube according to the invention is not exhaustive, does not limit the invention and does not go beyond the scope of the claims.
  • a multi-beam x-ray tube according to the invention for scanning a stationary object in intersecting directions with its static position can be performed in the embodiment shown in Fig.1-14.
  • the multi-beam X-ray tube 1 comprises an electron 3 placed in a grounded housing 2: an anode 3 with a flat target 4, an electron source system 5 placed above the surface of the target 4 and generating discrete and generating onto the target surface 4 electron flows causing the formation of 4 discrete X-ray sources on the target, and an X-ray output window 6.
  • the anode 3 is made in the form of a flat disk, with a flat end face 7 facing the indicated system 5 of electron sources, equipped with an integrated mechanism 8 for rotating the anode 3 around its axis of rotation, coinciding with its axis of symmetry , and is isolated from the casing 2 by a high-voltage insulator 9.
  • the built-in mechanism 8 for rotating the anode 3 around its axis For rotation can be made in the form of an electric motor, the rotor 8a of which is located in the casing 2 of the tube 1, in its vacuum part, and the stator 8c is placed outside the housing 2 (Fig. 1).
  • the target 4 (Fig.
  • the system of 5 sources of electrons (Fig. 1,2) is made in the form of an electron-optical system containing N sources of 10 electrons and providing, in a periodic pulsed mode, the generation and projection of 4 N discrete streams of electrons onto the target surface, which ensure the formation on the target surface 4, respectively, N focal spots 11 (FIG. 2) having the highest electron energy density in a direction perpendicular to the direction of output of X-ray radiation generated by the X-ray source 12 ovskogo radiation (Fig.1,2) formed in the location of said focal spot 11 through output window 6 (Fig.1,2).
  • the electron source system 5 can be made in the form of an electron-optical system that provides, in a periodic pulsed mode, a sequential supply of 4 discrete electron streams to the target, providing formation of focal spots 1 1 having the shape of narrow figures on the target surface (FIG. 2 ), extended to the side of the output window 6 and each oriented in length in the direction of one point P, the same for all focal spots 1 1, in the region 13 of the object to be scanned (Fig. 1.2.).
  • the electron source system 5 can be made in the form of an electron-optical system that provides, in a periodic pulsed mode, a sequential supply of 4 discrete electron streams to the target 4, which ensure the formation of 4 focal spots And having the shape of ovals on the surface of the target (FIG.
  • these centers CN of the ovals N of the focal spots 1 1 can be located on the target 4 on one straight line 16a, which is a segment of a chord parallel to the plane of the output window 6 (Fig.13), and in this case, two centers of the N centers of CN focal spots 11 are located on the same circle of the target ring 4.
  • the location and shape of the discrete focal spots 1 1 with centers C on a certain circumference of the target ring 4 according to the invention in combination with the rotation of the anode 3 with a certain speed reduces the thermal load on the anode 3 and allows it to cool in the intervals between the successive pulses of discrete streams electrons to the same point on the target 4.
  • said system of electron sources 5 can be made in the form of an electron-optical system in which these pulsed N electron sources 10 (Fig. 3.4) are placed in the housing 2 of tube 1 along one line, for example, a straight line corresponding to a location line centers C of the focal spots 11, at the same distance from each other above the surface of the part of the target 4, closest to the specified window 6 output (Fig A), and are adapted to generate and output in the direction of the plane of the target 4 sequentially in a periodic pulsed mode of each one of the N streams of electrons 17 ( Figure 4) having a flow cross-section 17 in the shape of circle.
  • these N electron sources 10 can be made in the form of N cathode nodes (Fig.3,4), containing, respectively: - N cathodes 18, configured to control the cross-sectional area of each of these N electron streams 17 by changing the potential of the corresponding cathode 18;
  • a grounded control electrode 22 between the terminals of these N electron sources 10 and the target 4 is placed a grounded control electrode 22.
  • FIG. 5 An electrical diagram of a multi-cathode multi-beam X-ray tube 1 according to the invention is shown in FIG. 5.
  • N cathodes 18 are electrically isolated relative to the ground and from the casing 2 of the tube 1
  • N heaters 19 are electrically isolated from these cathodes 18 and have two leads 19a and 196, the conclusions 19a being grounded to the casing 2 of the tube 1, and the conclusions 196 are electrically connected between a common bus 19c, to which the filament voltage UH is applied
  • N focusing electrodes 20 are electrically connected in parallel to each other, have the same potential and are electrically connected to. cathodes 18. Focusing electrodes 20 are not shown in the diagram, since they have the same potential with cathodes 18
  • control electrode 22 (FIGS. 3,4,6) is adapted to convert each of these N electron streams 17 (FIG. 4) having a cross section of a circle-shaped stream 17 into one of the N configured electron streams 23 (FIG. .7,8,9), providing, upon contact with the target 4, the formation on the target 4, respectively, of one of these N focal spots 11 (Fig. 8,9), having the shape of an oval close to a rectangle, having a length Li of major axis 14 oval and length Lz of the minor axis 15 of the oval with a ratio of L2> 5, with large axes 14 converging outside the window 6 of the output at point P (Fig.
  • the specified control electrode 22 is placed parallel to the plane of the target 4 ( Figure 4) and is equipped with ⁇ cascades 24 through holes (Figs. 3,7,8,9) located near the exits 10a of the indicated N electron sources 10 and having inlet 24 round-shaped inlets 25 (Figs. 7,8,9) for introducing one of these N discrete streams 17 electrons and oval-shaped exit openings 26 (Figs. 7, 8, 9), in which the large axes 26a are oriented towards the output window 6 (Fig. 7) and converge behind the output window 6, for output of each one of these N configured streams of 23 electrons in the direction of the plane of the target 4 (Fig.8.9).
  • the axis of symmetry of the through holes of the cascades 24 of the control electrode 22 coincide with the axis of the openings of the outputs 10a of the indicated N electron sources 10.
  • the choice of the size, shape and orientation of the outlet openings 26 of the control electrode 22 provides a configured electron stream 23 having the corresponding desired shape and orientation of its cross section, which allows focusing in the cascade 24 of through holes of the control electrode 22 to obtain a focal spot 11 on the target surface 4 given shape and area, with a specific orientation on the target 4.
  • the x-ray image is the sum of the shadows of the investigated object on the table 13A of the x-ray detectors (Fig.1,2), obtained from each point of the source 12 of the x-ray radiation.
  • the shadows formed by the radiation of individual points of the source 12 are shifted relative to each other: penumbra appear at the image boundary, and the clarity of the image decreases, the images of small inclusions inside the scan objects are blurred.
  • the projection of the X-ray image depends on the projection size of this value L on the plane of the output window 6 and on the projection size of the width L2 of the radiation source 12 (Fig. 12): with a decrease in the sizes L2 and L, the image clarity increases. Since the location and configuration of N X-ray sources 12 is due to the location and configuration of the corresponding N focal spots 11 on the target 4, which are formed upon the contact of the corresponding N configured electron flows 23 with the target 4, the formation of N focal spots 1 1 in the form of narrow figures in the contact area with the highest concentration of electron energy in their narrow part, for example, elongated ovals facing the major axis towards the output window 6, with the direction of their major axes in one, the same point P in of the region to be scanned (Fig.
  • the X-ray output window 6 (FIG. 1.2) is common for X-ray output of all N X-ray sources 12 generated on the target 4 in the region of said focal spots 11 N configured electron streams 23, while the output window 6 is located in the side the wall 2a of the housing 2 of the tube 1 is higher than the level of the target plane 4 (FIG. 1) and is made flat in the form of a rectangle perpendicular to the plane of the target 4 and having a rectangle at the level of the angle a? not more than 35 ° to the plane of the target 4 and the lower side 6c of the rectangle at the level of the angle not less than 10 ° to the plane of the target 4 (Fig. And).
  • the implementation of the output window 6 provides the output of a discrete scanning x-ray in a certain range of angles ccj and CC2 along the height of the output window 6, corresponding to the most efficient projection of x-rays of the smallest height L and smallest width Ztf Ha the output window 6 from the entire area of the source 12 x-ray along the length Lj.
  • the tube 1 contains N stationary collimators 27 (Fig. 1, 2) having the potential of the anode 3, each placed with its input 28 close to the corresponding X-ray source 12 having the configuration of the focal spot And, above the surface of the target 4 in the region between each one x-ray source 12 and window b output ( Figure 1.2).
  • each collimator 27 provides the selection of x-ray radiation from the entire surface of the corresponding one x-ray source 12 in the direction of the output window 6 (Fig.
  • each of the N x-ray collimators 27 in the form of a pyramidal stream 30 conjugated to the middle part with the upper 6a and lower 6c sides of the rectangle of the output window 6 and having a rectangular base 30a (Fig.11), covering the area 13 of the object to be scanned.
  • the output through the window 6 of the output of x-ray radiation with the highest energy density over the entire height L and the entire width bg of the x-ray beam is provided, and its cross-sectional dimensions are provided that allow the beam to cover the entire scanning area at the highest x-ray energy density inside the specified stream in a pyramidal shape.
  • the implementation of the multi-beam x-ray tube 1 provides:
  • Multipath x-ray tube 1 operates as follows.
  • the anode 3 is at a positive potential U A and rotates at a certain linear speed sufficient to ensure that the heat load of the configured electron stream 23 on the target 4 of the anode 3 does not lead to evaporation of the target material 4 and overheating of the anode 3.
  • a configured electron stream 23 is formed, having, after the cascade 24 is removed from the opening 26, a cross section of predetermined dimensions in the form of a narrow oval with a given ratio of the lengths of its major and minor axes, with a large an axis directed to a certain common point for them outside the output window 6.
  • the calculation of the trajectories of the configured electron flows 23 is shown in FIG. 7.
  • each configured electron stream 23 in the area of the focal spot 11 of its electron beam on the rotating target 4 causes the formation of the corresponding X-ray source 12 having an area, configuration and orientation on the target 4 corresponding to the focal spot 11.
  • the x-ray radiation generated by the source 12 has the highest energy density of the x-ray zlucheniya with the surface of the source 12 in a narrow part of an oval, a width equal to the length of the minor axis of the oval focal spot 15 January 1st.
  • One of the ⁇ fixed collimators 27, having the potential of the anode 3 and each placed with its input 28 close to the corresponding x-ray source 12 above the surface of the target 4 in the region between the x-ray source 12 and the output window 6 (Fig. 11, 12) provides through the input 28 the selection of x-ray radiation from the entire surface of the corresponding one source 12 of x-ray radiation having the configuration of the focal spot 11, in the direction of the output window 6 and the formation at the output 29 of each of the comparatively collimator 27 x-ray radiation in the form of a pyramidal stream 30, covering the region of the highest energy density in the beam, conjugated in the middle part with the upper (6a) and lower (6c) sides of the rectangle of the output window (6) and having a rectangular base (30a) covering the region ( 13) the object to be scanned.
  • the x-ray radiation of the source 12 is a pyramidal x-ray in which the region of the high energy density of the beam is limited in height and width by the planes of the pyramid conjugated with the upper 6a and lower 6c sides of the rectangle of the output window 6, which allows for a high energy density in the beam and, accordingly, high image clarity when scanning an object, and the rectangular base of the pyramid has predetermined dimensions and covers the scanned object, ensuring the safety of the use of a multipath x-ray tube 1 according to the invention.
  • the electron sources 10 are switched on in turn by successively supplying negative potentials U K to the cathode 18 corresponding to this source 10.
  • the x-ray sources 12 are stationary, their size L projected onto the output window 6 is determined only by the linear dimensions of the focal spot 11. Therefore, the exposure time and, accordingly, the image clarity can be increased many times over compared to traditional single-beam x-ray a tube moving around the scan object.
  • the multi-beam X-ray tube 1 allows to create a computer tomograph for mammography examination, which has important advantages:
  • the X-ray output window made in common, together with the collimators, allows you to limit the x-ray irradiation zone to the region in which the scan object is located, and at the same time use only one soldered assembly - one output window, which greatly simplifies the design of the tube.
  • the multi-beam x-ray tube according to the invention can be manufactured using known materials, equipment and technologies, and can be widely used to obtain a tomographic image of various objects, including for medical purposes for mammography, to obtain a series of images of an object from different angles for computed tomography and tomosynthesis.

Abstract

A multibeam x-ray tube (1) for scanning a stationary object (13) in intersecting directions while in a static position, containing, positioned in a grounded housing (2): a rotating anode (3) having a flat annular target (4) positioned on the flat side thereof; a system (5) of electron sources, positioned above the surface of the target (4) and containing N sources (10) of electrons for supplying N streams (17) of electrons, said streams having a circular cross section, a control electrode (22) for converting the N streams (17) of electrons into N configured streams (23) of electrons which create, on the working surface (4a) of the target (4), N sources (12) of x-ray radiation in the form of narrow figures similar to a rectangle, which extend in the direction of an output window (6) and which converge to a single point beyond the output window; stationary collimators (27) for selecting radiation from the entire area of a source (12) of x-ray radiation in the direction of the output window (6), and for forming a pyramidally-shaped x-ray beam (30) which encompasses the region of x-ray radiation, having the highest energy density in a beam which adjoins the upper (6a) and lower (6c) sides of the rectangular output window (6), and having a rectangular base (30a) which encompasses the region (13) of the object to be scanned.

Description

Многолучевая рентгеновская трубка Область техники  Multipath X-ray Tube
Изобретение относится к области электронной техники, в частности, к многолучевым рентгеновским трубкам, обеспечивающим возможность получения томографического изображения различных объектов, в том числе в медицинских целях для маммографии, с использованием многолучевых многокатодпых источников электронной эмиссии для получения серии снимков объекта под разными углами для проведения компьютерной томографии и томосинтеза.  The invention relates to the field of electronic technology, in particular, to multi-beam X-ray tubes, providing the ability to obtain a tomographic image of various objects, including for medical purposes for mammography, using multi-beam multi-source electron emission sources to obtain a series of images of the object from different angles for computer tomography and tomosynthesis.
Предшествующий уровень техники  State of the art
Известно, что для получения множества рентгеновских лучей, позволяющих получить серию снимков объекта под разными углами, в рентгеновской трубке в основном используется вариант исполнения рентгеновских трубок с множеством катодов. При этом перемещения многокатодной рентгеновской трубки в пространстве, как в традиционных системах томосинтеза с использованием однолучевого рентгеновского излучателя, не требуется. Замена механического перемещения излучателя электрическим переключением катодов приводит к значительному улучшению качества реконструкции изображения за счёт точного позиционирования фокальных пятен электронной эмиссии в пространстве, полной неподвижности фокусного пятна при экспозиции мишени, что приводит к сокращению общей продолжительности времени обследования до нескольких секунд.  It is known that to obtain a variety of x-rays, allowing you to get a series of images of the object at different angles, in the x-ray tube, an embodiment of x-ray tubes with many cathodes is mainly used. In this case, the movement of a multi-cathode X-ray tube in space, as in traditional tomosynthesis systems using a single-beam X-ray emitter, is not required. Replacing the mechanical movement of the emitter by electric switching of the cathodes leads to a significant improvement in the quality of image reconstruction due to the exact positioning of the focal spots of electron emission in space, the complete immobility of the focal spot during exposure of the target, which reduces the total duration of the examination time to several seconds.
Специфика многокатодных многолучевых рентгеновских трубок для компьютерной томографии применительно к медицинскому назначению, в частности, для маммографов, заключается в необходимости проведения томографического анализа со сканированием объекта в перекрещивающихся направлениях под разными углами с возможностью создания трехмерного изображения сканируемого объекта, и много внимания уделяется обеспечению при этом безопасного теплового режима функционирования рентгеновских трубок и безопасности работы с медицинскими приборами.  The specificity of multi-cathode multi-beam X-ray tubes for computed tomography for medical purposes, in particular for mammographs, is the need for tomographic analysis with scanning the object in intersecting directions at different angles with the possibility of creating a three-dimensional image of the scanned object, and much attention is paid to ensuring safe thermal regime of the functioning of x-ray tubes and the safety of working with medical devices.
Известна рентгеновская трубка для генерации множества рентгеновских излучений различной интенсивности (US, 4,823,371, В1), включающая множество катодов различных размеров с устройствами контроля фокусного расстояния, обеспечивающими быстрое переключение между дискретными значениями рабочих токов, и анод, расположенный на расстоянии от катодов. Однако фокальные пятна отдельных электронных лучей расположены на аноде в одном месте, что приводит к формированию одного направленного рентгеновского луча и к невозможности проведения томографического анализа со сканированием объекта в различных направлениях. A known X-ray tube for generating a variety of X-rays of various intensities (US, 4,823,371, B1), including many cathodes of various sizes with devices for controlling the focal length, providing quick switching between discrete values of the working currents, and the anode located at a distance from the cathodes. However, the focal spots of individual electron beams are located on the anode in one place, which leads to the formation of a single directed x-ray beam and to the impossibility of conducting tomographic analysis with scanning the object in different directions.
Известно устройство рентгенографической компьютерной томографии (US, 5,195,1 12, В1), содержащее множество стационарных электронных источников, включающих устройства для излучения и ускорения движения электронов к стационарному кольцевому аноду, средства для приложения электрического потенциала между каждым из множества электронных источников и анодом для ускорения движения электронов к аноду так, чтобы электроны сталкивались с анодом и генерировали излучение и чтобы фокальные пятна сканировались установленными участками анода перед тем, как любое существенное ускорение электронов будет иметь место, а также детектор для формирования сигнала изображения и устройства для формирования изображения. Однако мощность рентгеновского излучения ограничена из-за необходимости ограничений тепловых нагрузок на анод, что приводит к недостаточно высокой четкости регистрируемого сигнала, ослабленного при прохождении излучения через различные ткани, при формировании трехмерных изображений.  A device for x-ray computed tomography (US, 5,195,1 12, B1), containing many stationary electronic sources, including devices for emitting and accelerating the movement of electrons to the stationary ring anode, means for applying an electric potential between each of the many electronic sources and the anode for acceleration the movement of electrons to the anode so that the electrons collide with the anode and generate radiation and that the focal spots are scanned by the installed sections of the anode before As any significant acceleration of electrons takes place, and a detector for generating an image signal and an image forming apparatus. However, the power of x-ray radiation is limited due to the need to limit thermal loads on the anode, which leads to insufficiently high definition of the recorded signal, weakened by the passage of radiation through various tissues, during the formation of three-dimensional images.
Известно устройство генерирования множества рентгеновских лучей и устройство формирования рентгеновского изображения для осуществления неразрушающей радиографии (RU, 2399907, С1), при этом устройство генерирования множества рентгеновских лучей содержит множество источников электронов, расположенных двумерно и обеспечивающих эмиссию электронов при избирательной активации источников электронов в соответствии с приложенными сигналами активации от средства активации, и множество мишеней, расположенных противоположно множеству источников электронов, и при этом мишени генерируют рентгеновские лучи с различным качеством излучения в соответствии с местом генерирования рентгеновских лучей, а устройство формирования рентгеновского изображения содержит двухмерный детектор рентгеновского излучения. Однако устройство генерирования множества рентгеновских лучей имеет низкую мощность рентгеновского излучения в связи с необходимостью ограничения тепловой нагрузки на неподвижные мишени. Известны технические решения многолучевых многокатодных рентгеновских трубок, в которых для снижения тепловой нагрузки на мишень анод выполнен вращающимся. A device for generating multiple x-rays and a device for generating an x-ray image for performing non-destructive radiography (RU, 2399907, C1), the device for generating multiple x-rays contains a plurality of electron sources that are two-dimensional and provide electron emission during selective activation of electron sources in accordance with the attached activation signals from the activation means, and a plurality of targets located opposite to the plural source in electrons, and wherein the target generating X-rays with different radiation quality in accordance with a place generating X-rays, and X-ray imaging device comprises a two-dimensional X-ray detector. However, the device for generating multiple X-rays has a low X-ray power due to the need to limit the thermal load on the stationary targets. Known technical solutions of multi-beam multi-cathode x-ray tubes, in which to reduce the thermal load on the target, the anode is made rotating.
Известна рентгеновская трубка для кругового сканирования в режиме томосинтеза (US, 2011002442, А), содержащая в корпусе анод в виде вращающегося диска с мишенью на его конической боковой поверхности и множество катодов, закрепленных в корпусе вокруг анода в плоскости его вращения, обеспечивающих множество фокальных пятен на поверхности мишени, равномерно распределенных, например, на круговой линии мишени, и создающих при воздействии выходящих из катодов электронов источники рентгеновского излучения. Объект обследования может быть расположен на оси вращения анода на некотором расстоянии от источника излучения и подвергнут облучению рентгеном, произведенным последовательно во всех источниках излучения, при этом рентгеновская трубка сохраняет относительно объекта статичное положение, обеспечивая создание трехмерных изображений.  Known x-ray tube for circular scanning in tomosynthesis mode (US, 2011002442, A), containing in the casing an anode in the form of a rotating disk with a target on its conical lateral surface and a plurality of cathodes mounted in the casing around the anode in the plane of its rotation, providing many focal spots on the surface of the target, uniformly distributed, for example, on the circular line of the target, and creating x-ray sources when exposed to electrons emerging from the cathodes. The object of examination can be located on the axis of rotation of the anode at a certain distance from the radiation source and subjected to x-ray irradiation performed sequentially in all radiation sources, while the x-ray tube maintains a static position relative to the object, providing the creation of three-dimensional images.
Однако узкая зона расположения фокальных пятен на мишени и, как следствие, высокая плотность тепловой энергии, выделяемой в области источника рентгеновского излучения на поверхности анода, и большое количество пространственно разделенных окон вывода рентгена делает невозможным сканирование крупных объектов, с размерами, сопоставимыми с диаметром анода трубки.  However, the narrow zone of location of focal spots on the target and, as a result, the high density of thermal energy released in the region of the x-ray source on the surface of the anode and the large number of spatially separated x-ray output windows make it impossible to scan large objects with dimensions comparable to the diameter of the tube anode .
Известны технические решения по обеспечению определенного расположения фокального пятна на мишени для исключения перегрева мишени.  Known technical solutions to ensure a specific location of the focal spot on the target to prevent overheating of the target.
Например, известна рентгеновская трубка со множеством фокальных пятен разного размера (US, 5,51 1,105, А), содержащая: анод в виде тарелки со средством ее вращения, имеющий мишень, разделенную на множество областей, состоящих из разных материалов, и источники эмиссии электронов для генерации, по меньшей мере, одного фокального пятна в каждой указанной области мишени и множества фокальных пятен соответственно различных размеров в, по меньшей мере, одной из областей, и источники эмиссии генерируют фокальные пятна в разных областях и фокальные пятна разных размеров в одной области смежной к ним, на разных радиусах указанной тарелки анода в ее периферийной части вдоль прямой линии, пересекающей указанную периферийную часть, или вдоль прямой линии, направленной радиально на тарелке анода и пересекающей указанную периферийную часть, для получения положения фокуса, которое будет одно и то же для всех указанных фокальных пятен. При этом источники эмиссии содержат средства для генерирования, по меньшей мере, одного большого фокального пятна и, по меньшей мере, одного маленького фокального пятна в двух областях, и для генерирования больших локальных пятен немедленно смежными друг к другу, а анод разделен на две части, выполненные из разных материалов. Трубка имеет общее для всех фокальных пятен окно вывода. For example, an X-ray tube is known with many focal spots of different sizes (US, 5.51-1.105, A), comprising: an anode in the form of a plate with a means of rotation, having a target divided into many regions consisting of different materials, and electron emission sources to generate at least one focal spot in each indicated area of the target and a plurality of focal spots of respectively different sizes in at least one of the areas, and emission sources generate focal spots in different areas and focal spots and of different sizes in the same region adjacent to them, at different radii of the indicated plate of the anode in its peripheral part along a straight line intersecting the specified peripheral part, or along a straight line directed radially on the plate of the anode and crossing the specified peripheral part, to obtain the focus position, which will be the same for all indicated focal spots. Wherein emission sources contain means for generating at least one large focal spot and at least one small focal spot in two regions, and for generating large local spots immediately adjacent to each other, and the anode is divided into two parts made of different materials. The tube has a common output window for all focal spots.
Известно техническое решение кругового многолучевого рентгеновского устройства, использующего многолучевую рентгеновскую трубку, имеющую форму в виде круга (US, 8,031,832, В), состоящего, по меньшей мере, из двух сегментов и нескольких диафрагм, при этом фокусные пятна трубки расположены по окружности. Объект исследования и детектор располагаются в центре круга. Блок управления трубкой задаёт последовательность включения лучей. Изображения томосинтеза могут быть получены без механических перемещений излучателя.  A technical solution is known for a circular multi-beam X-ray device using a multi-beam X-ray tube having the shape of a circle (US, 8,031,832, B), consisting of at least two segments and several diaphragms, while the focal spots of the tube are located around the circumference. The object of study and the detector are located in the center of the circle. The handset control unit sets the sequence for switching on the rays. Images of tomosynthesis can be obtained without mechanical movements of the emitter.
Известен многолучевой рентгеновский излучатель (US, 7,970,099, В), в котором многолучевая рентгеновская трубка выполнена в виде многоугольника, в котором фокусные пятна расположены вдоль сторон многоугольника. Блок управления рентгеновской трубки включает поочерёдно отдельные источники излучения. Устройство оснащено несколькими диафрагмами, способными перемещаться вдоль сторон многоугольника и формировать направление и угол пучка излучения. Послойное изображение объекта исследования может быть получено без перемещения рентгеновской трубки.  A multipath x-ray emitter is known (US, 7,970,099, B), in which the multipath x-ray tube is made in the form of a polygon, in which focal spots are located along the sides of the polygon. The control unit of the x-ray tube includes alternately separate radiation sources. The device is equipped with several diaphragms that can move along the sides of the polygon and form the direction and angle of the radiation beam. A layered image of the object of study can be obtained without moving the x-ray tube.
Наиболее близким к настоящему изобретению является рентгеновская трубка общего назначения для стереографии (US, 4,596,028, В) содержащая в цилиндрическом корпусе анод в виде вращающегося диска с мишенью на его боковой конической поверхности и N одинаковых независимых катодов, формирующих на поверхности мишени фокальные пятна одинакового размера, расположенные на поверхности мишени таким образом, чтобы получить на мишени анода N дискретных источников рентгеновских лучей на расстоянии друг от друга, при этом любые два из указанных источников излучения формируют рабочую пару так, что рентгеновское излучение, которые они генерируют, при вращении анода последовательно выводится в окно вывода, расположенное в торце корпуса трубки в плоскости, параллельной плоскости вращения анода, что при облучении объекта позволяет получить стереографические картины объекта в детекторе излучения. 13 000558 Closest to the present invention is a general-purpose x-ray tube for stereography (US, 4,596,028, B) containing in the cylindrical body an anode in the form of a rotating disk with a target on its lateral conical surface and N identical independent cathodes forming focal spots of the same size on the target surface, located on the surface of the target in such a way as to obtain on the target of the anode N discrete sources of x-rays at a distance from each other, while any two of these sources zlucheniya form a working pair, so that X-ray radiation which they generate during rotation of the anode are sequentially outputted to the output window located in the end of the tube body in a plane parallel to the plane of rotation of the anode that allows the irradiation of the object to obtain object stereographic pattern in the radiation detector. 13 000558
5 5
Однако в указанных выше рентгеновских трубках узкая зона расположения фокальных пятен на мишени, а также форма фокусного пятна электронного потока в виде круга на мишени, то есть концентрирование потока энергии на малой ограниченной площадке, приводит к высокой плотности тепловой энергии в фокальном пятне, выделяемой на поверхности мишени/анода, а большое количество пространственно разделенных окон вывода рентгена и геометрическое расположение источников рентгена по дуге окружности в плоскости, не пересекающей объект сканирования, делает невозможным проведение всестороннего томографического анализа сканируемого объекта.  However, in the aforementioned x-ray tubes, the narrow area of the focal spot on the target, as well as the shape of the focal spot of the electron beam in the form of a circle on the target, that is, the concentration of the energy flux in a small limited area, leads to a high density of thermal energy in the focal spot released on the surface target / anode, and a large number of spatially separated windows for X-ray output and the geometric arrangement of X-ray sources along an arc of a circle in a plane that does not intersect the scan object, d barks it impossible to conduct a comprehensive analysis of the tomographic scanning.
Таким образом, проблема создания многокатодного рентгеновского излучателя, обеспечивающего высокую плотность рентгеновского облучения в сочетании с возможностью пространственного сканирования объекта при статичном расположении излучателя относительно этого объекта, является весьма актуальной.  Thus, the problem of creating a multi-cathode x-ray emitter, providing a high density of x-ray irradiation in combination with the possibility of spatial scanning of an object with a static location of the emitter relative to this object, is very relevant.
Раскрытие изобретения  Disclosure of invention
Настоящее изобретение направлено на решение технической проблемы создания рентгеновской трубки, обеспечивающей пространственное сканирование неподвижного объекта в перекрещивающихся направлениях под разными углами дискретными рентгеновскими лучами, имеющими высокую плотность рентгеновского излучения, при статичном расположении рентгеновской трубки относительно этого объекта.  The present invention is directed to solving the technical problem of creating an x-ray tube, which provides spatial scanning of a stationary object in intersecting directions at different angles by discrete x-rays having a high x-ray density, with a static arrangement of the x-ray tube relative to this object.
При создании настоящего изобретения была поставлена задача обеспечения в неподвижной многолучевой рентгеновской трубке формирования и вывода из трубки в перекрещивающихся направлениях дискретных рентгеновских лучей, охватывающих неподвижный объект сканирования и имеющих высокую плотность энергии, необходимую для томографического анализа сканируемого объекта, путем:  When creating the present invention, the task was to provide in a stationary multipath x-ray tube the formation and output from the tube in the intersecting directions of discrete X-rays, covering the stationary object of scanning and having a high energy density necessary for tomographic analysis of the scanned object, by:
- использования источников электронов, подающих электронный луч в виде потока электронов с конфигурацией их поперечного сечения, обеспечивающей в их фокальном пятне на мишени конфигурацию источника рентгеновского излучения в форме узкой фигуры, протяженной в сторону окна вывода рентгеновского луча и обеспечивающей наибольшую плотность энергии в потоке электронов в направлении, перпендикулярном направлению вывода рентгеновских лучей;  - the use of electron sources supplying an electron beam in the form of an electron stream with a cross-sectional configuration that provides in their focal spot on the target a configuration of an x-ray source in the form of a narrow figure extended toward the x-ray output window and providing the highest energy density in the electron stream in a direction perpendicular to the direction of output of x-rays;
- последующего отбора рентгеновского излучения в направлении окна вывода со всей площади источника рентгеновского излучения и формирования дискретного сканирующего рентгеновского луча, охватывающего область объекта, подлежащую сканированию; - subsequent selection of x-rays in the direction of the output window from the entire area of the x-ray source and the formation of discrete scanning x-ray, covering the area of the object to be scanned;
размещения источников рентгеновского излучения на мишени, обеспечивающего направление сформированных сканирующих рентгеновских лучей с перекрещиванием их в области, подлежащей сканированию, с площадью поперечного сечения луча, охватывающей область сканирования,  placing the x-ray sources on the target, ensuring the direction of the generated scanning x-rays with their crossing in the area to be scanned, with the cross-sectional area of the beam covering the scanning area,
и при этом было бы обеспечено: and at the same time it would be provided:
- размещение источников электронов между собой на кратчайшем расстоянии, необходимом для обеспечения дискретности электронных лучей и, соответственно, дискретности источников рентгеновского излучения, генерируемых на мишени в области фокальных пятен электронных лучей;  - placement of electron sources among themselves at the shortest distance necessary to ensure the discreteness of electron beams and, accordingly, the discreteness of x-ray sources generated on a target in the region of focal spots of electron beams;
- снижение температурных нагрузок на мишень в точках формирования источников рентгеновского излучения и создание наилучших условий для охлаждения мишени между импульсным воздействием потоков электронов на точки мишени.  - reducing the temperature loads on the target at the points of formation of the x-ray sources and creating the best conditions for cooling the target between the pulsed effects of electron fluxes on the target points.
Поставленная задача была решена созданием многолучевой рентгеновской трубки для сканирования неподвижного объекта в перекрещивающихся направлениях при ее статичном положении, содержащей размещенные в заземленном корпусе:  The problem was solved by creating a multi-beam x-ray tube for scanning a stationary object in intersecting directions with its static position, containing:
- анод, имеющий форму диска, снабженный мишенью, расположенной на его поверхности, и встроенным механизмом вращения анода вокруг его оси вращения, совпадающей с осью его симметрии;  - an anode having a disk shape, equipped with a target located on its surface, and a built-in mechanism for the rotation of the anode around its axis of rotation, coinciding with the axis of its symmetry;
- систему источников электронов, содержащую N источников электронов и обеспечивающую генерирование N дискретных потоков электронов, подлежащих подаче на поверхность мишени для образования на мишени N дискретных источников рентгеновского излучения в областях расположения N фокальных пятен указанных дискретных потоков электронов;  - a system of electron sources containing N electron sources and generating N discrete electron streams to be supplied to the target surface to form N discrete X-ray sources on the target in the locations of N focal spots of said discrete electron streams;
- окно вывода рентгеновского излучения,  - window output x-ray radiation,
отличающейся тем, что:  characterized in that:
- анод имеет форму диска, обращенного плоской поверхностью к указанной системе источников электронов, и изолирован от корпуса высоковольтным изолятором;  - the anode has the shape of a disk facing a flat surface to the specified system of electron sources, and is isolated from the housing by a high-voltage insulator;
- мишень расположена на указанной плоской поверхности анода и имеет форму плоского кольца с центром на оси вращения анода;  - the target is located on the indicated flat surface of the anode and has the form of a flat ring centered on the axis of rotation of the anode;
- окно вывода рентгеновского излучения является общим для вывода рентгеновского излучения всех N источников рентгеновского излучения, размещено в боковой стенке корпуса выше уровня плоскости мишени и выполнено плоским в форме прямоугольника, перпендикулярного плоскости мишени и имеющего верхнюю сторону прямоугольника на уровне не более 35° к плоскости мишени и нижнюю сторону прямоугольника на уровне не менее 10° к плоскости мишени; - the X-ray output window is common for the X-ray output of all N X-ray sources, located in the side wall of the casing is higher than the level of the target plane and is made flat in the form of a rectangle perpendicular to the plane of the target and having the upper side of the rectangle at a level of no more than 35 ° to the plane of the target and the lower side of the rectangle at least 10 ° to the plane of the target;
- система источников электронов приспособлена для генерирования и проецирования на мишень в периодическом импульсном режиме N дискретных потоков электронов, имеющих конфигурацию поперечного сечения, обеспечивающую формирование на поверхности мишени, соответственно, N фокальных пятен, имеющих в фокальном пятне наибольшую плотность энергии электронов в направлении, перпендикулярном направлению вывода рентгеновского излучения, генерируемого источником рентгеновского излучения, сформированным в указанном фокальном пятне, через окно вывода;  - the system of electron sources is adapted for generating and projecting N discrete electron fluxes having a cross-sectional configuration on the target in a periodic pulsed mode, which ensures the formation of N focal spots on the surface of the target, respectively, having the highest electron energy density in the focal spot in the direction perpendicular to outputting x-ray radiation generated by the x-ray source generated in the specified focal spot through the window in output;
- дополнительно содержит N неподвижных коллиматоров, имеющих потенциал анода, размещенных входом каждый вблизи от соответствующего источника рентгеновского излучения, имеющего конфигурацию указанного фокально пятна, над поверхностью мишени в области между каждым одним источником рентгеновского излучения и окном вывода, и при этом каждый коллиматор обеспечивает отбор излучения с поверхности соответствующего одного источника рентгеновского излучения в направлении к окну вывода и формирование указанного рентгеновского излучения в виде луча пирамидальной формы, охватывающей область наибольшей плотности энергии в луче, сопряженной в срединной части с верхней и нижней сторонами прямоугольника окна вывода и имеющей прямоугольное основание, охватывающее область объекта, подлежащую сканированию.  - additionally contains N stationary collimators having the potential of the anode, placed by an input each close to the corresponding x-ray source having the configuration of the focal spot indicated above the target surface in the region between each one x-ray source and the output window, and each collimator provides radiation selection from the surface of the corresponding single source of x-ray radiation in the direction of the output window and the formation of the specified x-ray radiation in de beam of a pyramidal shape, covering the region of the highest energy density in the beam, conjugated in the middle part with the upper and lower sides of the rectangle of the output window and having a rectangular base covering the area of the object to be scanned.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы система источников электронов была выполнена в виде электронно-оптической системы, обеспечивающей в периодическом импульсном режиме последовательную подачу на мишень дискретных потоков электронов, обеспечивающих формирование на поверхности мишени фокальных пятен, имеющих форму узких фигур, протяженных в сторону окна вывода и ориентированных по длине в направлении одной и той же общей для них точки.  Moreover, according to the invention, it is advisable that the system of electron sources be made in the form of an electron-optical system that provides, in a periodic pulsed mode, a sequential supply of discrete electron flows to the target, which ensure the formation of focal spots on the target surface in the form of narrow figures extended to the side output windows and oriented along the length in the direction of the same common point for them.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы система источников электронов была выполнена в виде электронно-оптической системы, обеспечивающей в периодическом импульсном режиме последовательную подачу на мишень дискретных потоков электронов, обеспечивающих формирование на поверхности мишени фокальных пятен, имеющих форму овалов, близких к прямоугольнику, с соотношением длин большой оси овала и малой оси овала не менее, чем 5:1, с большими осями, сходящимися за окном вывода в области объекта, подлежащей сканированию, с расположением центров указанных овалов N фокальных пятен на мишени на одной линии, отстоящей от оси вращения анода в направлении к окну вывода. Moreover, according to the invention, it is advisable that the system of electron sources be made in the form of an electron-optical system that provides, in a periodic pulsed mode, a sequential supply of discrete electron flows to the target, which ensure the formation on the target surface focal spots having the shape of ovals close to a rectangle, with a ratio of the lengths of the major axis of the oval and the minor axis of the oval not less than 5: 1, with large axes converging outside the output window in the area of the object to be scanned, with the centers of the indicated ovals N focal spots on the target on one line spaced from the axis of rotation of the anode in the direction of the output window.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы указанные центры овалов N фокальных пятен были расположены на мишени на одной линии, представляющей собой отрезок хорды, параллельной плоскости окна вывода.  Moreover, according to the invention, it is advisable that these centers of the ovals of N focal spots were located on the target on the same line, which is a segment of the chord parallel to the plane of the output window.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы указанные центры овалов N фокальных пятен были расположены на мишени на одной линии, представляющей собой отрезок хорды, расположенной под углом 1-2° к плоскости окна вывода.  Moreover, according to the invention, it is advisable that these centers of the ovals N focal spots were located on the target on the same line, which is a segment of the chord located at an angle of 1-2 ° to the plane of the output window.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы трубка содержала систему источников электронов, выполненную в виде электронно-оптической системы, в которой:  Moreover, according to the invention, it is advisable that the tube contains a system of electron sources, made in the form of an electron-optical system, in which:
- указанные импульсные N источников электронов размещены в корпусе трубки по одной прямой линии на одинаковом расстоянии друг от друга над поверхностью части мишени, ближайшей к указанному окну вывода, и приспособлены для генерирования и вывода в направлении плоскости мишени последовательно в периодическом импульсном режиме каждого одного из N потоков электронов, имеющего поперечное сечение в форме круга;  - these pulsed N electron sources are placed in the tube body along one straight line at an equal distance from each other above the surface of the target portion closest to the indicated output window, and are adapted to generate and output in the direction of the target plane sequentially in the periodic pulse mode of each one of N electron flows having a circular cross-section;
- между выводами указанных N источников электронов и мишенью размещен заземленный управляющий электрод, приспособленный для преобразования каждого из указанных N потоков электронов, имеющих поперечное сечение в форме круга, в один из N конфигурированных потоков электронов, обеспечивающих при проекции на мишень формирование на мишени, соответственно, одного из N фокальных пятен, имеющих форму овала, близкого к прямоугольнику, с соотношением длин большой оси овала и малой оси овала не менее, чем 5:1, с направлением больших осей сходящимися в общей для них точке за окном вывода, с расположением центров указанных овалов N фокальных пятен на мишени на отрезке ее хорды, отстоящей от оси вращения анода в направлении к окну вывода.  - between the terminals of the indicated N electron sources and the target there is a grounded control electrode adapted for converting each of these N electron streams having a circular cross-section into one of the N configured electron streams, which, when projected onto the target, will form on the target, respectively, one of the N focal spots, having the shape of an oval close to a rectangle, with a ratio of the lengths of the major axis of the oval and the minor axis of the oval not less than 5: 1, with the direction of the major axes converging in about a point common to them outside the exit window, with the centers of the indicated ovals N of the focal spots on the target located on a segment of its chord, spaced from the axis of rotation of the anode in the direction to the exit window.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы указанный управляющий электрод был размещен параллельно плоскости мишени и снабжен N каскадами сквозных отверстий, расположенных вблизи указанных выходов N источников электронов и имеющих в каскаде входные отверстия круглой формы для ввода одного из указанных N потоков электронов и выходные отверстия в форме овалов, у которых большие оси ориентированы в сторону окна вывода и сходятся за окном вывода в общей для них точке, для вывода каждого одного из указанных N конфигурированных,потоков электронов. Moreover, according to the invention, it is advisable that the specified control electrode was placed parallel to the plane of the target and provided with N cascades of through holes located near the indicated outputs of N electron sources and having round inlet openings in the cascade for introducing one of the indicated N electron flows and oval shaped exit openings with large axes oriented towards the output window and converging outside the output window in common point for them, for the output of each one of the indicated N configured, electron flows.
При этом, согласно изобретению, целесообразно, чтобы указанные N источников электронов были выполнены в виде N катодных узлов, содержащих, соответственно :  Moreover, according to the invention, it is advisable that these N electron sources were made in the form of N cathode nodes containing, respectively:
- N катодов, электрически изолированных от корпуса трубки;  - N cathodes electrically isolated from the tube body;
- N подогревателей катодов, электрически изолированных от указанных катодов и электрически соединенных параллельно друг другу;  - N cathode heaters, electrically isolated from said cathodes and electrically connected in parallel to each other;
- N фокусирующих электродов, электрически соединенных с указанными катодами и имеющих выходные отверстия круглой формы,  - N focusing electrodes electrically connected to these cathodes and having round-shaped exit holes,
и при этом указанные N катодов выполнены с возможностью регулирования площади поперечного сечения каждого из указанных N потоков электронов с помощью изменения потенциала соответствующего катода. and while these N cathodes are configured to control the cross-sectional area of each of these N electron flows by changing the potential of the corresponding cathode.
Краткий перечень чертежей  Brief List of Drawings
В дальнейшем многолучевая рентгеновская трубка согласно изобретению проиллюстрирована примером ее выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых: Фиг.1 - многолучевая рентгеновская трубка согласно изобретению, продольный разрез А-А на Фиг.2;  Further, the multi-beam x-ray tube according to the invention is illustrated by an example of its implementation and the accompanying drawings, in which: Figure 1 - multi-beam x-ray tube according to the invention, a longitudinal section aa in figure 2;
Фиг.2 - многолучевая рентгеновская трубка согласно изобретению, разрез В-В на Фиг.1 ;  Figure 2 - multi-beam x-ray tube according to the invention, section bb in figure 1;
Фиг.З - система источников электронов согласно изобретению, фрагмент I на Фиг.1 ; Фиг.4 - система источников электронов согласно изобретению, разрез D-D на Фиг.2; Фиг.5 - электрическая схема многолучевой рентгеновской трубки согласно изобретению;  FIG. 3 is a system of electron sources according to the invention, fragment I in FIG. 1; Figure 4 is a system of electron sources according to the invention, a section D-D in Figure 2; 5 is an electrical diagram of a multipath x-ray tube according to the invention;
Фиг.6 - расположение фокальных пятен на поверхности мишени, фрагмент III на Фиг2; Фиг.7 - система источников электронов согласно изобретению, вид F на Фиг.4, фрагмент;  Fig.6 - the location of the focal spots on the surface of the target, fragment III in Fig.2; 7 is a system of electron sources according to the invention, view F in FIG. 4, fragment;
Фиг. 8,9 - схемы формирования конфигурированного потока электронов в система источников электронов согласно изобретению, поперечный и продольный разрезы; Фиг.10 - схема проецирования рентгеновского излучения на плоскость окна вывода, в плоскости большой оси фокального пятна; FIG. 8.9 are diagrams of the formation of a configured electron stream into a system of electron sources according to the invention, transverse and longitudinal sections; Figure 10 is a diagram of the projection of x-ray radiation on the plane of the output window, in the plane of the major axis of the focal spot;
Фиг.11,12 - схема отбора и формирования рентгеновского луча пирамидальной формы, вид на мишень сбоку - Фиг.11, фрагмент II на Фиг.1, и вид на мишень сверху - Фиг.12;  11,12 is a diagram of the selection and formation of an x-ray pyramidal shape, a side view of the target - 11, fragment II in figure 1, and a top view of the target - Fig;
Фиг.13 - схема вывода сканирующих рентгеновских лучей, сформированных в форме пирамиды с помощью неподвижных коллиматоров, при расположении фокальных пятен на хорде, параллельной плоскости окна вывода;  Fig. 13 is a diagram showing the output of scanning x-rays formed in the shape of a pyramid using fixed collimators, with the arrangement of focal spots on a chord parallel to the plane of the output window;
Фиг.14 - схема вывода сканирующих рентгеновских лучей, сформированных в форме пирамиды с помощью неподвижных коллиматоров, при расположении фокальных пятен на хорде, расположенной под углом β к плоскости окна вывода.  Fig. 14 is a diagram showing the output of scanning x-rays formed in the shape of a pyramid using fixed collimators, with focal spots being arranged on a chord located at an angle β to the plane of the output window.
При этом описанный вариант выполнения многолучевой рентгеновской трубки согласно изобретению не является исчерпывающим, не ограничивает изобретение и не выходит за рамки формулы изобретения.  Moreover, the described embodiment of the multi-beam X-ray tube according to the invention is not exhaustive, does not limit the invention and does not go beyond the scope of the claims.
Наилучший вариант осуществления изобретения  Best Mode for Carrying Out the Invention
Многолучевая рентгеновская трубка согласно изобретению для сканирования неподвижного объекта в перекрещивающихся направлениях при ее статичном положении может быть выполнена в варианте, показанном на Фиг.1-14.  A multi-beam x-ray tube according to the invention for scanning a stationary object in intersecting directions with its static position can be performed in the embodiment shown in Fig.1-14.
Как показано на Фиг.1, многолучевая рентгеновская трубка 1 согласно изобретению содержит размещенные в заземленном корпусе 2: анод 3 с размещенной на нем плоской мишенью 4, систему 5 источников электронов, размещенную над поверхностью мишени 4 и обеспечивающую генерирование и проецирование на поверхность мишени 4 дискретных потоков электронов, вызывающих формирование на мишени 4 дискретных источников рентгеновского излучения, и окно 6 вывода рентгеновского излучения.  As shown in FIG. 1, the multi-beam X-ray tube 1 according to the invention comprises an electron 3 placed in a grounded housing 2: an anode 3 with a flat target 4, an electron source system 5 placed above the surface of the target 4 and generating discrete and generating onto the target surface 4 electron flows causing the formation of 4 discrete X-ray sources on the target, and an X-ray output window 6.
Согласно изобретению, как показано Фиг.1,2, на анод 3 выполнен в форме плоского диска, плоской торцовой поверхностью 7 обращенного к указанной системе 5 источников электронов, снабжен встроенным механизмом 8 вращения анода 3 вокруг его оси За вращения, совпадающей с осью его симметрии, и изолирован от корпуса 2 высоковольтным изолятором 9. При этом встроенный механизм 8 вращения анода 3 вокруг его оси За вращения может быть выполнен в виде электродвигателя, ротор 8а которого расположен в корпусе 2 трубки 1, в ее вакуумной части, а статор 8с размещен снаружи корпуса 2 (Фиг. 1). При этом, согласно изобретению, мишень 4 (Фиг.1 ,2) выполнена в форме плоского кольца с центром на оси За вращения анода 3, и закреплена на плоской торцевой поверхности 7 диска анода 3 так, что рабочая поверхность 4а мишени 4 обращена к системе 5 источников электронов. According to the invention, as shown in Fig. 1.2, the anode 3 is made in the form of a flat disk, with a flat end face 7 facing the indicated system 5 of electron sources, equipped with an integrated mechanism 8 for rotating the anode 3 around its axis of rotation, coinciding with its axis of symmetry , and is isolated from the casing 2 by a high-voltage insulator 9. At the same time, the built-in mechanism 8 for rotating the anode 3 around its axis For rotation can be made in the form of an electric motor, the rotor 8a of which is located in the casing 2 of the tube 1, in its vacuum part, and the stator 8c is placed outside the housing 2 (Fig. 1). Moreover, according to the invention, the target 4 (Fig. 1, 2) is made in the form of a flat ring centered on the axis of rotation of the anode 3, and is fixed on the flat end surface 7 of the disk of the anode 3 so that the working surface 4a of the target 4 is facing the system 5 sources of electrons.
Согласно изобретению, система 5 источников электронов (Фиг.1,2) выполнена в виде электронно-оптической системы, содержащей N источников 10 электронов и обеспечивающей в периодическом импульсном режиме генерирование и проецирование на поверхность мишени 4 N дискретных потоков электронов, обеспечивающих формирование на поверхности мишени 4, соответственно, N фокальных пятен 11 (Фиг.2) имеющих наибольшую плотность энергии электронов в направлении, перпендикулярном направлению вывода рентгеновского излучения, генерируемого источником 12 рентгеновского излучения (Фиг.1,2), сформированном в области расположения указанного фокального пятна 11, через окно 6 вывода (Фиг.1,2).  According to the invention, the system of 5 sources of electrons (Fig. 1,2) is made in the form of an electron-optical system containing N sources of 10 electrons and providing, in a periodic pulsed mode, the generation and projection of 4 N discrete streams of electrons onto the target surface, which ensure the formation on the target surface 4, respectively, N focal spots 11 (FIG. 2) having the highest electron energy density in a direction perpendicular to the direction of output of X-ray radiation generated by the X-ray source 12 ovskogo radiation (Fig.1,2) formed in the location of said focal spot 11 through output window 6 (Fig.1,2).
Согласно изобретению, система 5 источников электронов может быть выполнена в виде электронно-оптической системы, обеспечивающей в периодическом импульсном режиме последовательную подачу на мишень 4 дискретных потоков электронов, обеспечивающих формирование на поверхности мишени 4 фокальных пятен 1 1, имеющих форму узких фигур (Фиг.2), протяженных в сторону окна 6 вывода и ориентированных каждая по длине в направлении одной точки Р, одинаковой для всех фокальных пятен 1 1, в области 13 объекта, подлежащей сканированию (Фиг. 1,2.).  According to the invention, the electron source system 5 can be made in the form of an electron-optical system that provides, in a periodic pulsed mode, a sequential supply of 4 discrete electron streams to the target, providing formation of focal spots 1 1 having the shape of narrow figures on the target surface (FIG. 2 ), extended to the side of the output window 6 and each oriented in length in the direction of one point P, the same for all focal spots 1 1, in the region 13 of the object to be scanned (Fig. 1.2.).
При этом, согласно изобретению, система 5 источников электронов может быть выполнена в виде электронно-оптической системы, обеспечивающей в периодическом импульсном режиме последовательную подачу на мишень 4 дискретных потоков электронов, обеспечивающих формирование на поверхности мишени 4 фокальных пятен И, имеющих форму овалов (Фиг.2,6), близких к прямоугольнику, имеющих длину L\ большой оси 14 овала и длины Li малой оси 15 овала с соотношением L\l Li > 5, с большими осями 14, сходящимися за окном 6 вывода в точке Р области 13 объекта, подлежащей сканированию, с расположением центров CN указанных овалов N фокальных пятен 11 на мишени 4 на одной прямой линии 16 (Фиг.2, 6), отстоящей от оси За вращения анода 3 в направлении к окну 6 вывода. In this case, according to the invention, the electron source system 5 can be made in the form of an electron-optical system that provides, in a periodic pulsed mode, a sequential supply of 4 discrete electron streams to the target 4, which ensure the formation of 4 focal spots And having the shape of ovals on the surface of the target (FIG. 2,6), close to a rectangle, having the length L \ of the major axis 14 of the oval and the length Li of the minor axis 15 of the oval with the ratio L \ l Li> 5, with large axes 14 converging outside the output window 6 at the point P of the area 13 of the object, subject to ska ation, with the location of the centers of said ovals CN N focal spots 11 on the target 4 on a straight line 16 (Figure 2, 6), spaced apart from the axis of rotation behind the anode 3 towards the output window 6.
При этом, согласно изобретению, указанные центры CN овалов N фокальных пятен 1 1 могут быть расположены на мишени 4 на одной прямой линии 16а, представляющей собой отрезок хорды, параллельной плоскости окна 6 вывода (Фиг.13), и при этом по два центра из N центров CN фокальных пятен 11 расположены на одной и той же окружности кольца мишени 4. Moreover, according to the invention, these centers CN of the ovals N of the focal spots 1 1 can be located on the target 4 on one straight line 16a, which is a segment of a chord parallel to the plane of the output window 6 (Fig.13), and in this case, two centers of the N centers of CN focal spots 11 are located on the same circle of the target ring 4.
Согласно изобретению, указанные центры CN овалов N фокальных пятен 1 1 могут быть расположены на мишени 4 на одной прямой линии 16с, представляющей собой отрезок хорды, расположенной под углом β =1-2° к плоскости окна 6 вывода (Фиг.14), и при этом каждый центр из Ν центров C фокальных пятен 1 1 расположен на своей окружности кольца мишени 4, что позволяет улучшить тепловой режим мишени 4 и анода 3.  According to the invention, these centers CN of ovals N of focal spots 1 1 can be located on target 4 on one straight line 16c, which is a segment of a chord located at an angle β = 1-2 ° to the plane of the output window 6 (Fig. 14), and each center of the Ν centers C of focal spots 1 1 is located on its circumference of the target ring 4, which improves the thermal regime of the target 4 and the anode 3.
Так как плотность / тепловой нагрузки на аноде 3 трубки 1 обратно пропорциональна площади S фокального пятна 1 1 электронного луча, согласно изобретению, по форме близкого к прямоугольнику, и S = Lj -L^ и при этом  Since the density / thermal load on the anode 3 of the tube 1 is inversely proportional to the area S of the focal spot 1 1 of the electron beam, according to the invention, in a shape close to a rectangle, and S = Lj -L ^ and
J =— -— , где /- ток катода 18 источника 10 электронов, J = - -—, where / is the current of the cathode 18 of the source of 10 electrons,
I, · L2 I, L 2
то увеличением соотношения L\ILi в диапазоне более, чем 5:1, достигается снижение плотности / тепловой нагрузки на мишень 4 и анод 3 трубки 1. then by increasing the ratio L \ ILi in the range of more than 5: 1, a decrease in the density / thermal load on the target 4 and the anode 3 of the tube 1 is achieved.
Таким образом, расположение и форма дискретных фокальных пятен 1 1 с центрами С на определенной окружности кольца мишени 4 согласно изобретению в сочетании с вращением анода 3 с определенной скоростью обеспечивает снижение тепловой нагрузки на аноде 3 и возможность его охлаждения в промежутках между подачей последовательными импульсами дискретных потоков электронов в одну и ту же точку на мишени 4.  Thus, the location and shape of the discrete focal spots 1 1 with centers C on a certain circumference of the target ring 4 according to the invention in combination with the rotation of the anode 3 with a certain speed reduces the thermal load on the anode 3 and allows it to cool in the intervals between the successive pulses of discrete streams electrons to the same point on the target 4.
Согласно изобретению, указанная система 5 источников электронов может быть выполнена в виде электронно-оптической системы, в которой указанные импульсные N источников 10 электронов (Фиг. 3,4) размещены в корпусе 2 трубки 1 по одной линии, например прямой линии, соответствующей линии расположения центров С фокальных пятен 11, на одинаковом расстоянии друг от друга над поверхностью части мишени 4, ближайшей к указанному окну 6 вывода (Фиг Л), и приспособлены для генерирования и вывода в направлении плоскости мишени 4 последовательно в периодическом импульсном режиме каждого одного из N потоков 17 электронов (Фиг.4), имеющих поперечное сечение потока 17 в форме круга.  According to the invention, said system of electron sources 5 can be made in the form of an electron-optical system in which these pulsed N electron sources 10 (Fig. 3.4) are placed in the housing 2 of tube 1 along one line, for example, a straight line corresponding to a location line centers C of the focal spots 11, at the same distance from each other above the surface of the part of the target 4, closest to the specified window 6 output (Fig A), and are adapted to generate and output in the direction of the plane of the target 4 sequentially in a periodic pulsed mode of each one of the N streams of electrons 17 (Figure 4) having a flow cross-section 17 in the shape of circle.
При этом, согласно изобретению, указанные N источников 10 электронов могут быть выполнены в виде N катодных узлов (Фиг.3,4), содержащих, соответственно: - N катодов 18, выполненных с возможностью регулирования площади поперечного сечения каждого из указанных N потоков 17 электронов с помощью изменения потенциала соответствующего катода 18; Moreover, according to the invention, these N electron sources 10 can be made in the form of N cathode nodes (Fig.3,4), containing, respectively: - N cathodes 18, configured to control the cross-sectional area of each of these N electron streams 17 by changing the potential of the corresponding cathode 18;
- N подогревателей 19 катодов 18;  - N heaters 19 cathodes 18;
- N фокусирующих электродов 20, имеющих выходные отверстия 21 круглой формы.  - N focusing electrodes 20 having round-shaped outlet openings 21.
Согласно изобретению, между выводами указанных N источников 10 электронов и мишенью 4 размещен заземленный управляющий электрод 22.  According to the invention, between the terminals of these N electron sources 10 and the target 4 is placed a grounded control electrode 22.
Электрическая схема многокатодной многолучевой рентгеновской трубки 1 согласно изобретению представлена на Фиг.5.  An electrical diagram of a multi-cathode multi-beam X-ray tube 1 according to the invention is shown in FIG. 5.
Согласно изобретению, N катодов 18 электрически изолированы относительно земли и от корпуса 2 трубки 1, N подогревателей 19 электрически изолированы от указанных катодов 18 и имеют два вывода 19а и 196, причем выводы 19а заземлены на корпус 2 трубки 1, а выводы 196 соединены электрически между собой общей шиной 19в, на которую подают напряжение накала UH , a N фокусирующих электродов 20 электрически соединены параллельно друг другу, имеют одинаковый потенциал и электрически соединены с. катодами 18. Фокусирующие электроды 20 на схеме не показаны, так как имеют одинаковый с катодами 18 потенциал  According to the invention, N cathodes 18 are electrically isolated relative to the ground and from the casing 2 of the tube 1, N heaters 19 are electrically isolated from these cathodes 18 and have two leads 19a and 196, the conclusions 19a being grounded to the casing 2 of the tube 1, and the conclusions 196 are electrically connected between a common bus 19c, to which the filament voltage UH is applied, and N focusing electrodes 20 are electrically connected in parallel to each other, have the same potential and are electrically connected to. cathodes 18. Focusing electrodes 20 are not shown in the diagram, since they have the same potential with cathodes 18
Согласно изобретению, управляющий электрод 22 (Фиг.3,4,6) приспособлен для преобразования каждого из указанных N потоков 17 электронов (Фиг.4), имеющих поперечное сечение потока 17 в форме круга, в один из N конфигурированных потоков 23 электронов (Фиг.7,8,9), обеспечивающий при контакте с мишенью 4 формирование на мишени 4, соответственно, одного из указанных N фокальных пятен 11 (Фиг.8,9), имеющих форму овала, близкого к прямоугольнику, имеющих длину Li большой оси 14 овала и длины Lz малой оси 15 овала с соотношением L2 > 5, с большими осями 14, сходящимися за окном 6 вывода в точке Р (Фиг. 2,13.14), одинаковой для всех больших осей фокальных пятен 11, в области 13 объекта, подлежащей сканированию, с расположением центров С указанных овалов N фокальных пятен 11 на мишени 4 на одной линии 16 (Фиг.2), отстоящей от оси За вращения анода 3 в направлении к окну 6 вывода , например, на линии 16а, параллельной плоскости окна вывода (Фиг.13) или на линии 16с, расположенной под углом β =1-2° к плоскости окна 6 вывода (Фиг.14) .  According to the invention, the control electrode 22 (FIGS. 3,4,6) is adapted to convert each of these N electron streams 17 (FIG. 4) having a cross section of a circle-shaped stream 17 into one of the N configured electron streams 23 (FIG. .7,8,9), providing, upon contact with the target 4, the formation on the target 4, respectively, of one of these N focal spots 11 (Fig. 8,9), having the shape of an oval close to a rectangle, having a length Li of major axis 14 oval and length Lz of the minor axis 15 of the oval with a ratio of L2> 5, with large axes 14 converging outside the window 6 of the output at point P (Fig. 2,13.14), the same for all major axes of the focal spots 11, in the region 13 of the object to be scanned, with the centers C of the indicated ovals N of the focal spots 11 on the target 4 on the same line 16 (Fig. 2), spaced from the axis of rotation of the anode 3 in the direction of the output window 6, for example, on a line 16a parallel to the plane of the output window (FIG. 13) or on a line 16c located at an angle β = 1-2 ° to the plane of the window 6 output (Fig).
При этом, согласно изобретению, указанный управляющий электрод 22 размещен параллельно плоскости мишени 4 (Фиг.4) и снабжен Ν каскадами 24 сквозных отверстий (Фиг.3,7,8,9), расположенных вблизи выходов 10а указанных N источников 10 электронов и имеющих в каскаде 24 входные отверстия 25 круглой формы (Фиг.7,8,9) для ввода одного из указанных N дискретных потоков 17 электронов и выходные отверстия 26 в форме овалов (Фиг.7,8,9), у которых большие оси 26а ориентированы в сторону окна 6 вывода (Фиг.7) и сходятся за окном 6 вывода, для вывода каждого одного из указанных N конфигурированных потоков 23 электронов в направлении плоскости мишени 4 (Фиг.8,9). При этом оси симметрии сквозных отверстий каскадов 24 управляющего электрода 22 совпадают с осями отверстий выходов 10а указанных N источников 10 электронов. Moreover, according to the invention, the specified control electrode 22 is placed parallel to the plane of the target 4 (Figure 4) and is equipped with Ν cascades 24 through holes (Figs. 3,7,8,9) located near the exits 10a of the indicated N electron sources 10 and having inlet 24 round-shaped inlets 25 (Figs. 7,8,9) for introducing one of these N discrete streams 17 electrons and oval-shaped exit openings 26 (Figs. 7, 8, 9), in which the large axes 26a are oriented towards the output window 6 (Fig. 7) and converge behind the output window 6, for output of each one of these N configured streams of 23 electrons in the direction of the plane of the target 4 (Fig.8.9). In this case, the axis of symmetry of the through holes of the cascades 24 of the control electrode 22 coincide with the axis of the openings of the outputs 10a of the indicated N electron sources 10.
Выбор размеров, формы и ориентации выходных отверстий 26 управляющего электрода 22 обеспечивает получение конфигурированного потока 23 электронов, имеющего соответствующие требуемые форму и ориентацию его поперечного сечения, что позволяет при его фокусировке в каскаде 24 сквозных отверстий управляющего электрода 22 получить на поверхности мишени 4 фокальное пятно 11 заданной формы и площади, с определенной ориентацией на мишени 4.  The choice of the size, shape and orientation of the outlet openings 26 of the control electrode 22 provides a configured electron stream 23 having the corresponding desired shape and orientation of its cross section, which allows focusing in the cascade 24 of through holes of the control electrode 22 to obtain a focal spot 11 on the target surface 4 given shape and area, with a specific orientation on the target 4.
Как известно специалистам в области рентгенографии, рентгеновское изображение представляет собой сумму теней исследуемого объекта на стол 13а детекторов рентгеновского излучения (Фиг.1,2), получаемого от каждой точки источника 12 рентгеновского излучения. При большом размере источника 12 рентгеновского излучения тени, формируемые излучением отдельных точек источника 12, получаются смещенными относительно друг друга: на границе изображения появляются полутени, и четкость изображения падает, изображения мелких включений внутри объектов сканирования получаются размытыми.  As known to specialists in the field of x-ray, the x-ray image is the sum of the shadows of the investigated object on the table 13A of the x-ray detectors (Fig.1,2), obtained from each point of the source 12 of the x-ray radiation. With a large size of the source of X-ray radiation, the shadows formed by the radiation of individual points of the source 12 are shifted relative to each other: penumbra appear at the image boundary, and the clarity of the image decreases, the images of small inclusions inside the scan objects are blurred.
В плоскости, перпендикулярной направлению вывода рентгеновского излучения и проходящей через большую ось 14 фокального пятна И, величина L высоты рентгеновского луча, проецируемая на окно 6 вывода (Фиг.10), определяется выражением L= tga, где - угол наклона высоты рентгеновского луча к плоскости мишени 4.  In a plane perpendicular to the direction of the output of x-ray radiation and passing through the major axis 14 of the focal spot And, the value L of the x-ray height projected onto the output window 6 (Figure 10) is determined by the expression L = tga, where is the angle of inclination of the x-ray height to the plane target 4.
От размера проекции этой величины L на плоскость окна 6 вывода и от размера проекции ширины L2 источника 12 излучения (Фиг.12) зависит чёткость изображения рентгеновского снимка: с уменьшением размеров L2 и L четкость изображения повышается. Так как расположение и конфигурация N источников 12 рентгеновского излучения обусловлено расположением и конфигурацией соответствующих N фокальных пятен 11 на мишени 4, образующихся при контакте соответствующих N конфигурированных потоков 23 электронов с мишенью 4, то формирование в области контакта N фокальных пятен 1 1 в виде узких фигур с наибольшей концентрацией энергии электронов в их узкой части, например удлиненных овалов, обращенных большой осью в сторону окна 6 вывода, с направлением их больших осей в одну, одинаковую для них точку Р в области, подлежащей сканированию (Фиг2), позволяет получить на мишени 4 N источников 12 рентгеновского излучения, имеющих наибольшую плотность рентгеновского излучения в узкой части овалов, перпендикулярной направлению вывода рентгеновского излучения из трубки 1 (Фиг.12,13,14). The projection of the X-ray image depends on the projection size of this value L on the plane of the output window 6 and on the projection size of the width L2 of the radiation source 12 (Fig. 12): with a decrease in the sizes L2 and L, the image clarity increases. Since the location and configuration of N X-ray sources 12 is due to the location and configuration of the corresponding N focal spots 11 on the target 4, which are formed upon the contact of the corresponding N configured electron flows 23 with the target 4, the formation of N focal spots 1 1 in the form of narrow figures in the contact area with the highest concentration of electron energy in their narrow part, for example, elongated ovals facing the major axis towards the output window 6, with the direction of their major axes in one, the same point P in of the region to be scanned (Fig. 2), it is possible to obtain on the target 4 N sources 12 of X-ray radiation having the highest density of X-ray radiation in a narrow part of the ovals, perpendicular to the direction of output of X-ray radiation from the tube 1 (Fig.12,13,14).
Согласно изобретению, окно 6 вывода рентгеновского излучения (Фиг.1.2) является общим для вывода рентгеновского излучения всех N источников 12 рентгеновского излучения, образующихся на мишени 4 в области указанных фокальных пятен 11 N конфигурированных потоков 23 электронов, при этом окно 6 вывода размещено в боковой стенке 2а корпуса 2 трубки 1 выше уровня плоскости мишени 4 (Фиг.1) и выполнено плоским в форме прямоугольника, перпендикулярного плоскости мишени 4 и имеющего верхнюю сторону ба прямоугольника на уровне величины угла а? не более 35° к плоскости мишени 4 и нижнюю сторону 6с прямоугольника на уровне величины угла не менее 10° к плоскости мишени 4 (Фиг. И).  According to the invention, the X-ray output window 6 (FIG. 1.2) is common for X-ray output of all N X-ray sources 12 generated on the target 4 in the region of said focal spots 11 N configured electron streams 23, while the output window 6 is located in the side the wall 2a of the housing 2 of the tube 1 is higher than the level of the target plane 4 (FIG. 1) and is made flat in the form of a rectangle perpendicular to the plane of the target 4 and having a rectangle at the level of the angle a? not more than 35 ° to the plane of the target 4 and the lower side 6c of the rectangle at the level of the angle not less than 10 ° to the plane of the target 4 (Fig. And).
Таким образом, выполнение окна 6 вывода согласно изобретению обеспечивает вывод дискретного сканирующего рентгеновского луча в определенном диапазоне углов ccj и СС2 по высоте окна 6 вывода, соответствующих наиболее эффективному проецированию рентгеновского излучения наименьшей высоты L и наименьшей ширины Ztf Ha окно 6 вывода со всей площади источника 12 рентгеновского излучения по длине Lj .  Thus, the implementation of the output window 6 according to the invention provides the output of a discrete scanning x-ray in a certain range of angles ccj and CC2 along the height of the output window 6, corresponding to the most efficient projection of x-rays of the smallest height L and smallest width Ztf Ha the output window 6 from the entire area of the source 12 x-ray along the length Lj.
При этом, согласно изобретению, трубка 1 содержит N неподвижных коллиматоров 27 (Фиг1,2), имеющих потенциал анода 3, размещенных каждый своим входом 28 вблизи от соответствующего источника 12 рентгеновского излучения, имеющего конфигурацию указанного фокально пятна И, над поверхностью мишени 4 в области между каждым одним источником 12 рентгеновского излучения и окном б вывода (Фиг.1.2). При этом каждый коллиматор 27 обеспечивает отбор рентгеновского излучения со всей поверхности соответствующего одного источника 12 рентгеновского излучения в направлении к окну 6 вывода (Фиг.11) и формирование на выходе 29 каждого из N коллиматоров 27 рентгеновского излучения в виде потока 30 пирамидальной формы, сопряженной в срединной части с верхней 6а и нижней 6с сторонами прямоугольника окна 6 вывода и имеющей прямоугольное основание 30а (Фиг.1,11), охватывающее область 13 объекта, подлежащую сканированию. Moreover, according to the invention, the tube 1 contains N stationary collimators 27 (Fig. 1, 2) having the potential of the anode 3, each placed with its input 28 close to the corresponding X-ray source 12 having the configuration of the focal spot And, above the surface of the target 4 in the region between each one x-ray source 12 and window b output (Figure 1.2). In this case, each collimator 27 provides the selection of x-ray radiation from the entire surface of the corresponding one x-ray source 12 in the direction of the output window 6 (Fig. 11) and the formation at the output 29 of each of the N x-ray collimators 27 in the form of a pyramidal stream 30 conjugated to the middle part with the upper 6a and lower 6c sides of the rectangle of the output window 6 and having a rectangular base 30a (Fig.11), covering the area 13 of the object to be scanned.
Таким образом, согласно изобретению, обеспечивается вывод через окно 6 вывода рентгеновского излучения с наибольшей плотностью энергии по всей высоте L и всей ширине Ьг рентгеновского луча, а также обеспечиваются размеры его поперечного сечения, позволяющие охватывать лучом всю область сканирования при наибольшей плотности энергии рентгеновского луча внутри указанного потока пирамидальной формы.  Thus, according to the invention, the output through the window 6 of the output of x-ray radiation with the highest energy density over the entire height L and the entire width bg of the x-ray beam is provided, and its cross-sectional dimensions are provided that allow the beam to cover the entire scanning area at the highest x-ray energy density inside the specified stream in a pyramidal shape.
Таким образом, выполнение многолучевой рентгеновской трубки 1 согласно изобретению обеспечивает:  Thus, the implementation of the multi-beam x-ray tube 1 according to the invention provides:
- размещение источников 10 электронов между собой на кратчайшем расстоянии, необходимом для обеспечения дискретности электронных лучей и, соответственно, дискретности источников 12 рентгеновского излучения при одновременном снижении тепловой нагрузки на точки мишени 4 и анод 3;  - placement of sources of 10 electrons among themselves at the shortest distance necessary to ensure the discreteness of the electron beams and, accordingly, the discreteness of the sources of X-ray radiation while reducing the heat load on the target 4 and the anode 3;
- формирование потока 23 электронов с конфигурацией их поперечного сечения, обеспечивающей в их фокальном пятне 11 на мишени конфигурацию источника 12 рентгеновского излучения в форме узкой фигуры, протяженной в сторону окна 6 вывода рентгеновского луча 30 и обеспечивающей наибольшую плотность энергии в потоке электронов в направлении, перпендикулярном направлению вывода рентгеновских лучей;  - the formation of a stream of 23 electrons with the configuration of their cross section, providing in their focal spot 11 on the target the configuration of the x-ray source 12 in the form of a narrow figure, extended towards the window 6 of the output of the x-ray beam 30 and providing the highest energy density in the electron stream in the direction perpendicular the direction of the output of x-rays;
- размещение источников 12 рентгеновского излучения на мишени, обеспечивающего направление сформированных сканирующих рентгеновских лучей 30 с перекрещиванием их в одной точке области 13, подлежащей сканированию, с минимальной площадью поперечного сечения сканирующего луча 30, охватывающей область сканирования,  - the location of the sources of X-ray radiation 12 on the target, providing the direction of the generated scanning x-rays 30 with their crossing at one point of the region 13 to be scanned, with a minimum cross-sectional area of the scanning beam 30, covering the scanning region,
- формирование источников 12 рентгеновского излучения в наилучших условиях охлаждения мишени 4 и анода 3 между импульсным воздействием потоков 23 электронов на одни и те же точки мишени 4; - вывод из неподвижной трубки 1 в перекрещивающихся направлениях дискретных рентгеновских лучей 30, охватывающих неподвижный объект сканирования и имеющих высокую плотность энергии, необходимую для томографического анализа сканируемого объекта; - the formation of sources of X-ray radiation 12 in the best cooling conditions of the target 4 and the anode 3 between the pulsed action of the fluxes of 23 electrons on the same points of the target 4; - withdrawal from the fixed tube 1 in the intersecting directions of discrete x-rays 30, covering the stationary object of scanning and having a high energy density necessary for tomographic analysis of the scanned object;
- отбор рентгеновского излучения в направлении окна 6 вывода со всей площади источника 12 рентгеновского излучения с формированием рентгеновского луча 30, имеющего пирамидальную форму, характеризующуюся наименьшей высотой L и наименьшей шириной Ьг проекции этого луча на плоскость окна 6 вывода.  - selection of x-ray radiation in the direction of the output window 6 from the entire area of the x-ray source 12 with the formation of an x-ray beam 30 having a pyramidal shape, characterized by the smallest height L and the smallest width bj of the projection of this beam onto the plane of the output window 6.
Многолучевая рентгеновская трубка 1 согласно изобретению работает следующим образом.  Multipath x-ray tube 1 according to the invention operates as follows.
Первоначально на все катоды 18 подают положительный потенциал смещения U см > токи катодов 18 при этом отсутствуют. Initially, all cathodes 18 are supplied with a positive bias potential U cm > the currents of the cathodes 18 are absent.
Анод 3 находится под положительным потенциалом UA и вращается с определенной линейной скоростью, достаточной для того, чтобы тепловая нагрузка конфигурированного потока 23 электронов на мишень 4 анода 3 не приводила к испарению материала мишени 4 и перегрева анода 3. The anode 3 is at a positive potential U A and rotates at a certain linear speed sufficient to ensure that the heat load of the configured electron stream 23 on the target 4 of the anode 3 does not lead to evaporation of the target material 4 and overheating of the anode 3.
При работе многолучевой рентгеновской трубки 1 на катоды 18 поочередно поступают импульсы отрицательной полярности с амплитудой Uu , причем Uu < 2UCM, что приводит к появлению эмиссионного тока. В этом состоянии потенциал катода 18 является отрицательным относительно земли: i/* = U M - UU . During operation of the multipath X-ray tube 1, negative polarity pulses with amplitude Uu are alternately fed to cathodes 18, with Uu <2UC M , which leads to the appearance of an emission current. In this state, the potential of the cathode 18 is negative with respect to earth: i / * = UM - UU.
При поступлении на катод 18 импульса отрицательной полярности Uu электроны катода 18 под действием электрического поля в пространстве между катодом 18 и анодом 3 начинают перемещаться по направлению к аноду 3.  When a negative polarity pulse Uu arrives at the cathode 18, the electrons of the cathode 18 under the influence of an electric field in the space between the cathode 18 and the anode 3 begin to move towards the anode 3.
При этом происходит формирование одного из N дискретных потоков 17 электронов, генерируемого в импульсном режиме источником 10 электронов, соответственно, в направлении к одной, соответствующей ему, точке на мишени 4 и имеющего поперечное сечение потока 17 в форме круга.  When this occurs, the formation of one of the N discrete streams of 17 electrons generated in a pulsed mode by a source of 10 electrons, respectively, in the direction of one corresponding to it, a point on the target 4 and having a cross section of the stream 17 in the form of a circle.
Затем, при прохождении потока 17 электронов через каскад 24 сквозных отверстий управляющего электрода 22, формируется конфигурированный поток 23 электронов, имеющий после вывода из отверстия 26 каскада 24 поперечное сечение заданных размеров в форме узкого овала с заданным соотношением длин его большой и малой осей, с большой осью, направленной в определенную общую для них точку за окном 6 вывода. Сформированный таким образом конфигурированный поток 23 электронов при его контакте с поверхностью мишени 4 обеспечивает образование в определенной области мишени 4, соответствующей указанному источнику 10 электронов, фокального пятна 11, имеющего заданную форму, размеры и ориентацию на мишени 4, с центром С/ фокального пятна 11 в определенной точке заданной линии 16 расположения центров всех N фокальных пятен 11, например, в заданной точке на отрезке хорды 16а, параллельной плоскости окна 6 вывода, или на отрезке хорды 16а, имеющей с плоскостью окна 6 вывода угол β = 1-2°. Расчет траекторий конфигурированных потоков 23 электронов представлен на фиг. 7. Then, when the electron stream 17 passes through the cascade 24 of through holes of the control electrode 22, a configured electron stream 23 is formed, having, after the cascade 24 is removed from the opening 26, a cross section of predetermined dimensions in the form of a narrow oval with a given ratio of the lengths of its major and minor axes, with a large an axis directed to a certain common point for them outside the output window 6. The thus configured stream 23 electrons upon its contact with the surface of the target 4 provides the formation in a specific area of the target 4, corresponding to the specified source 10 of electrons, a focal spot 11 having a given shape, size and orientation on the target 4, with the center C / focal spot 11 at a certain point on a given line 16 the location of the centers of all N focal spots 11, for example, at a given point on a segment of the chord 16a parallel to the plane of the output window 6, or on a segment of the chord 16a having an angle β = 1-2 ° with the plane of the output window 6. The calculation of the trajectories of the configured electron flows 23 is shown in FIG. 7.
Воздействие каждого конфигурированного потока 23 электронов в области расположения фокального пятна 11 его электронного луча на вращающейся мишени 4 вызывает формирование соответствующего источника 12 рентгеновского излучения, имеющего площадь, конфигурацию и ориентацию на мишени 4, соответствующие фокальному пятну 11. При этом, в соответствии с наиболее плотным распределением энергии электронов в узкой части овала фокального пятна 11, рентгеновское излучение, генерируемое источником 12, имеет наибольшую плотность энергии рентгеновского излучения с поверхности источника 12 в узкой части овала, шириной, равной длине малой оси 15 овала фокального пятна 1 1.  The impact of each configured electron stream 23 in the area of the focal spot 11 of its electron beam on the rotating target 4 causes the formation of the corresponding X-ray source 12 having an area, configuration and orientation on the target 4 corresponding to the focal spot 11. Moreover, in accordance with the most dense the distribution of electron energy in a narrow part of the oval of the focal spot 11, the x-ray radiation generated by the source 12 has the highest energy density of the x-ray zlucheniya with the surface of the source 12 in a narrow part of an oval, a width equal to the length of the minor axis of the oval focal spot 15 January 1st.
Один из Ν неподвижных коллиматоров 27, имеющих потенциал анода 3 и размещенных каждый своим входом 28 вблизи от соответствующего источника 12 рентгеновского излучения над поверхностью мишени 4 в области между источником 12 рентгеновского излучения и окном 6 вывода (Фиг.11,12), обеспечивает через вход 28 отбор рентгеновского излучения со всей поверхности соответствующего одного источника 12 рентгеновского излучения, имеющего конфигурацию указанного фокально пятна 11, в направлении к окну 6 вывода и формирование на выходе 29 каждого из Ν коллиматоров 27 рентгеновского излучения в виде потока 30 пирамидальной формы, охватывающей область наибольшей плотности энергии в луче, сопряженной в срединной части с верхней (6а) и нижней (6с) сторонами прямоугольника окна (6) вывода и имеющей прямоугольное основание (30а), охватывающее область (13) объекта, подлежащую сканированию.  One of the Ν fixed collimators 27, having the potential of the anode 3 and each placed with its input 28 close to the corresponding x-ray source 12 above the surface of the target 4 in the region between the x-ray source 12 and the output window 6 (Fig. 11, 12), provides through the input 28 the selection of x-ray radiation from the entire surface of the corresponding one source 12 of x-ray radiation having the configuration of the focal spot 11, in the direction of the output window 6 and the formation at the output 29 of each of the ли collimator 27 x-ray radiation in the form of a pyramidal stream 30, covering the region of the highest energy density in the beam, conjugated in the middle part with the upper (6a) and lower (6c) sides of the rectangle of the output window (6) and having a rectangular base (30a) covering the region ( 13) the object to be scanned.
сопряженной в срединной части с верхней 6а и нижней 6с сторонами прямоугольника окна 6 вывода и имеющей прямоугольное основание 30а (Фиг.1), охватывающее область 13 объекта, подлежащую сканированию. Таким образом, рентгеновское излучение источника 12 представляет собой рентгеновский луч пирамидальной формы, в котором область высокой плотности энергии луча ограничена по высоте и ширине плоскостями пирамиды, сопряженной с верхней 6а и нижней 6с сторонами прямоугольника окна 6 вывода, что позволяет обеспечить высокую плотность энергии в луче и, соответственно, высокую четкость изображения при сканировании объекта, а прямоугольное основание пирамиды имеет заданные размеры и охватывает сканируемый объект, обеспечивая безопасность использования многолучевой рентгеновской трубки 1 согласно изобретению. mated in the middle part with the upper 6a and lower 6c sides of the rectangle of the output window 6 and having a rectangular base 30a (Figure 1), covering the area 13 of the object to be scanned. Thus, the x-ray radiation of the source 12 is a pyramidal x-ray in which the region of the high energy density of the beam is limited in height and width by the planes of the pyramid conjugated with the upper 6a and lower 6c sides of the rectangle of the output window 6, which allows for a high energy density in the beam and, accordingly, high image clarity when scanning an object, and the rectangular base of the pyramid has predetermined dimensions and covers the scanned object, ensuring the safety of the use of a multipath x-ray tube 1 according to the invention.
При использовании многолучевой многокатодной трубки 1 согласно изобретению для томографического исследования внутренней структуры объекта с помощью сканирования проводят последовательное многократное просвечивание этого объекта рентгеновскими лучами 30 в пересекающихся направлениях, обусловленных направлением вывода последовательно рентгеновского излучения с поверхности N источников 12 рентгеновского излучения, имеющих узкую форму, ориентированную длиной в направлении окна 6 вывода, в одну точку Р области 13 сканирования (Фиг.1.2).  When using the multi-beam multi-cathode tube 1 according to the invention for tomographic study of the internal structure of an object by scanning, sequential multiple exposing of this object by x-rays 30 in intersecting directions, caused by the direction of sequential output of x-ray radiation from the surface N of x-ray sources 12 having a narrow shape oriented length in the direction of the output window 6, at one point P of the scanning area 13 (Figure 1.2).
При этом источники 10 электронов включаются по очереди посредством последовательной подачи отрицательных потенциалов UK на соответствующий этому источнику 10 катод 18. In this case, the electron sources 10 are switched on in turn by successively supplying negative potentials U K to the cathode 18 corresponding to this source 10.
Затем производится компьютерная обработка полученных N рентгеновских снимков с целью создания 3-х мерного образа объекта сканирования.  Then, computer processing of the obtained N x-ray images is performed in order to create a 3-dimensional image of the scanning object.
При сравнении экспериментальных данных по созданию томографических образов, полученных с помощью многолучевой рентгеновской трубки 1 согласно изобретению, и образов, получаемых ранее во взаимно пересекающихся направлениях с помощью однолучевых трубок, движущихся вокруг объекта сканирования, было установлено следующее:  When comparing the experimental data on the creation of tomographic images obtained using the multi-beam X-ray tube 1 according to the invention, and images obtained previously in mutually intersecting directions using single-beam tubes moving around the object of scanning, the following was established:
1) Существующие методы компьютерной обработки образов позволяют получить как 3D, так и посрезовое изображение объекта сканирования с помощью движущегося источника рентгеновского излучения. При этом при движении источника рентгеновского излучения во время снимка вокруг объекта сканирования происходит увеличение размера L источника рентгеновского излучения до размера LQ : LB =V X Т, где V - линейная скорость источника рентгена, Т - время экспозиции объекта, что, соответственно, приводит к снижению чёткости изображения. 2) Для увеличения четкости изображения при использовании однолучевой трубки необходимо уменьшать либо скорость движения источника рентгена, либо время экспозиции. Уменьшение первого увеличивает время снятия томограммы, уменьшение второго влияет отрицательно на чёткость изображения. 1) Existing methods of computer image processing allow you to get both 3D and cross-sectional image of the scan object using a moving x-ray source. In this case, when the X-ray source moves during the image around the scanning object, the size L of the X-ray source increases to the size LQ: LB = VX T, where V is the linear velocity of the x-ray source, T is the exposure time of the object, which, accordingly, leads to a decrease sharpness of the image. 2) To increase the clarity of the image when using a single-beam tube, it is necessary to reduce either the speed of the x-ray source or the exposure time. Reducing the first increases the time it takes to take a tomogram; decreasing the second affects the image clarity negatively.
3) В многолучевой рентгеновской трубке 1 согласно изобретению источники 12 рентгеновского излучения неподвижны, их проецируемый на окно 6 вывода размер L определяется только линейными размерами фокального пятна 11. Поэтому время экспозиции и, соответственно, чёткость изображения может быть увеличена многократно по сравнению с традиционной однолучевой рентгеновской трубкой, движущейся вокруг объекта сканирования.  3) In the multi-beam x-ray tube 1 according to the invention, the x-ray sources 12 are stationary, their size L projected onto the output window 6 is determined only by the linear dimensions of the focal spot 11. Therefore, the exposure time and, accordingly, the image clarity can be increased many times over compared to traditional single-beam x-ray a tube moving around the scan object.
Многолучевая рентгеновская трубка 1 согласно изобретению позволяет создать компьютерный томограф для маммографического обследования, обладающий важными преимуществами:.  The multi-beam X-ray tube 1 according to the invention allows to create a computer tomograph for mammography examination, which has important advantages:
1) при построении 3D изображения используются в заданной последовательности все N источников рентгеновского излучения, каждый из которых обеспечивает создание соответствующего ему рентгеновского снимка объекта в одном из пересекающихся между собой направлений, что позволяет получить ряд последовательных образов объекта сканирования и, после обработки этих образов с помощью компьютера, получить 3D образ или посрезовое изображение этого объекта;  1) when constructing 3D images, all N sources of X-ray radiation are used in a given sequence, each of which ensures the creation of a corresponding X-ray image of the object in one of the intersecting directions, which allows you to get a number of consecutive images of the scan object and, after processing these images using computer, get a 3D image or a mid-section image of this object;
2) при одинаковых токе катода источника электронов и размере L рентгеновского излучения использование узкой формы фокального пятна, близкой к прямоугольнику, протяженной в направлении окна вывода, варьирование величин углов и а? позволяет увеличить на мишени длину
Figure imgf000022_0001
источника рентгеновского излучения и, соответственно, увеличить площадь поверхности, воспринимающей тепло потока электронов, снизить тепловую нагрузку на вращающийся анод при обеспечении неизменной чёткости изображения рентгеновского снимка и увеличить долговечность рентгеновской трубки;
2) under the same current and the electron source cathode size L x-ray use narrow focal spot shape close to a rectangle that extends towards the withdrawal box, and variation magnitudes and angles? allows you to increase the length of the target
Figure imgf000022_0001
X-ray source and, accordingly, increase the surface area that receives the heat of the electron flow, reduce the heat load on the rotating anode while ensuring constant image clarity of the X-ray image and increase the durability of the X-ray tube;
3) окно вывода рентгеновского излучения, выполненное общим, совместно с коллиматорами позволяет ограничить зону облучения рентгеновским излучением областью, в которой находится объект сканирования, и при этом использовать только один паяный узел - одно окно вывода, что значительно упрощает конструкцию трубки.  3) the X-ray output window, made in common, together with the collimators, allows you to limit the x-ray irradiation zone to the region in which the scan object is located, and at the same time use only one soldered assembly - one output window, which greatly simplifies the design of the tube.
Специалистам в области рентгенографии должно быть понятно, что в многолучевую рентгеновскую трубку согласно изобретению могут быть внесены различные модификации и усовершенствования, не выходящие за рамки формулы изобретения. Specialists in the field of radiography should be clear that in the multipath x-ray tube according to the invention can be introduced various modifications and improvements, not beyond the scope of the claims.
Промышленная применимость  Industrial applicability
Многолучевая рентгеновская трубка согласно изобретению может быть изготовлена с использованием известных материалов, оборудований и технологий, и может найти широкое применение для получения томографического изображения различных объектов, в том числе в медицинских целях для маммографии, для получения серии снимков объекта под разными углами для проведения компьютерной томографии и томосинтеза.  The multi-beam x-ray tube according to the invention can be manufactured using known materials, equipment and technologies, and can be widely used to obtain a tomographic image of various objects, including for medical purposes for mammography, to obtain a series of images of an object from different angles for computed tomography and tomosynthesis.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Многолучевая рентгеновская трубка для сканирования неподвижного объекта в перекрещивающихся направлениях при ее статичном положении, содержащая размещенные в заземленном корпусе: 1. A multi-beam x-ray tube for scanning a stationary object in intersecting directions with its static position, comprising:
- анод, имеющий форму диска, снабженный мишенью, расположенной на его поверхности, и встроенным механизмом вращения анода вокруг его оси вращения, совпадающей с осью его симметрии;  - an anode having a disk shape, equipped with a target located on its surface, and a built-in mechanism for the rotation of the anode around its axis of rotation, coinciding with the axis of its symmetry;
- систему источников электронов, содержащую N источников электронов и обеспечивающую генерирование N дискретных потоков электронов, подлежащих подаче на поверхность мишени для образования на мишени N дискретных источников рентгеновского излучения в областях расположения N фокальных пятен указанных дискретных потоков электронов;  - a system of electron sources containing N electron sources and generating N discrete electron streams to be supplied to the target surface to form N discrete X-ray sources on the target in the locations of N focal spots of said discrete electron streams;
- окно вывода рентгеновского излучения,  - window output x-ray radiation,
отличающаяся тем, что: characterized in that:
- анод (3) имеет форму диска, обращенного плоской поверхностью (7) к указанной системе (5) источников электронов, и изолирован от корпуса (2) высоковольтным изолятором;  - the anode (3) has the shape of a disk facing a flat surface (7) to the indicated system (5) of electron sources, and is isolated from the housing (2) by a high-voltage insulator;
- мишень (4) расположена на указанной плоской поверхности анода (3) и имеет форму плоского кольца с центром на оси (За) вращения анода (3);  - the target (4) is located on the indicated flat surface of the anode (3) and has the shape of a flat ring centered on the axis (3) of rotation of the anode (3);
- окно (6) вывода рентгеновского излучения является общим для вывода рентгеновского излучения (30) всех N источников (12) рентгеновского излучения, размещено в боковой стенке корпуса (2) выше уровня плоскости мишени (4) и выполнено плоским в форме прямоугольника, перпендикулярного плоскости мишени (4) и имеющего верхнюю сторону (6а) прямоугольника на уровне угла не более 35° к плоскости мишени (4) и нижнюю сторону (6с) прямоугольника на уровне угла не менее 10° к плоскости мишени (4);  - the X-ray output window (6) is common for the X-ray output (30) of all N X-ray sources (12), is located in the side wall of the housing (2) above the level of the target plane (4) and is made flat in the shape of a rectangle perpendicular to the plane target (4) and having a rectangle upper side (6a) at an angle level of no more than 35 ° to the target plane (4) and a rectangle having a top side (6a) at a corner level of at least 10 ° to the target plane (4);
- система (5) источников электронов приспособлена для генерирования и проецирования на мишень в периодическом импульсном режиме N дискретных потоков электронов, имеющих конфигурацию поперечного сечения, обеспечивающую формирование на поверхности мишени (4), соответственно, N фокальных пятен (11), имеющих в фокальном пятне (11) наибольшую плотность энергии электронов в направлении, перпендикулярном направлению вывода рентгеновского излучения (30), 23 - the system (5) of electron sources is adapted to generate and project N discrete streams of electrons having a cross-sectional configuration on the target in a periodic pulsed mode, which ensures the formation of N focal spots (11) on the target surface (4), respectively, having a focal spot (11) the highest electron energy density in the direction perpendicular to the direction of output of x-ray radiation (30), 23
генерируемого источником (12) рентгеновского излучения, сформированном в указанном фокальном пятне (1 1), через окно (6) вывода; generated by the x-ray source (12) generated in said focal spot (1 1) through the output window (6);
- дополнительно содержит N неподвижных коллиматоров (27), имеющих потенциал анода (3), размещенных входом каждый вблизи от соответствующего источника (12) рентгеновского излучения, имеющего конфигурацию указанного фокально пятна (11), над поверхностью мишени (4) в области между каждым одним источником (12) рентгеновского излучения и окном (6) вывода, и при этом каждый коллиматор (27) обеспечивает отбор излучения с поверхности соответствующего одного источника (12) рентгеновского излучения в направлении к окну (6) вывода и формирование указанного рентгеновского излучения (30) в виде луча пирамидальной формы, охватывающей область наибольшей плотности энергии в луче, сопряженной в срединной части с верхней (6а) и нижней (6с) сторонами прямоугольника окна (6) вывода и имеющей прямоугольное основание (30а), охватывающее область (13) объекта, подлежащую сканированию.  - additionally contains N fixed collimators (27) having the potential of the anode (3) placed by the input each near the corresponding source (12) of X-ray radiation having the configuration of the focal spot (11) indicated above the target surface (4) in the region between each one an X-ray source (12) and an output window (6), and each collimator (27) selects radiation from the surface of the corresponding one X-ray source (12) in the direction of the output window (6) and generates the specified X-ray Yenov radiation (30) in the form of a pyramidal beam, covering the region of the highest energy density in the beam, conjugated in the middle part with the upper (6a) and lower (6c) sides of the rectangle of the output window (6) and having a rectangular base (30a) covering the region (13) the object to be scanned.
2. Трубка по п.1, отличающаяся тем, что система (5) источников электронов выполнена в виде электронно-оптической системы, обеспечивающей в периодическом импульсном режиме подачу на мишень (4) дискретных потоков (23) электронов, обеспечивающих формирование на поверхности (4а) мишени (4) фокальных пятен (11), имеющих форму узких фигур, протяженных в сторону окна (6) вывода и ориентированных по длине в направлении одной и той же общей для них точки за окном (6) вывода .  2. The tube according to claim 1, characterized in that the system (5) of electron sources is made in the form of an electron-optical system that provides, in a periodic pulsed mode, the discrete streams (23) of electrons that provide formation on the surface (4a) to the target (4); ) targets (4) of focal spots (11), having the shape of narrow figures, extended towards the output window (6) and oriented along the length in the direction of the same common point for them outside the output window (6).
3. Трубка по п.2, отличающаяся тем, что система (5) источников электронов выполнена в виде электронно-оптической системы, обеспечивающей в периодическом импульсном режиме подачу на мишень (4) дискретных потоков (23) электронов, обеспечивающих формирование на поверхности мишени (4) фокальных пятен (11), имеющих форму овалов, близких к прямоугольнику, с соотношением длин большой оси (14) овала и малой оси (15) овала не менее, чем 5:1, с большими осями (14), сходящимися за окном (6) вывода в области объекта (13), подлежащей сканированию, с расположением центров (С) указанных овалов N фокальных пятен (11) на мишени (4) на одной прямой линии (16), отстоящей от оси вращения анода (3) в направлении к окну (6) вывода. 3. The tube according to claim 2, characterized in that the system (5) of electron sources is made in the form of an electron-optical system that provides, in a periodic pulsed mode, a discrete stream (23) of electrons, which form on the surface of the target, is supplied to the target (4) ( 4) focal spots (11) having the shape of ovals close to a rectangle, with the ratio of the lengths of the major axis (14) of the oval and the minor axis (15) of the oval not less than 5: 1, with large axes (14) converging outside the window (6) output in the area of the object (13) to be scanned, with the location of the centers (C) these ovals N focal spots (11) on the target (4) on one straight line (16), spaced from the axis of rotation of the anode (3) in the direction of the output window (6).
4. Трубка по п.З, отличающаяся тем, что указанные центры (С) овалов N фокальных пятен (11) расположены на мишени (4) на одной прямой линии (16а) , представляющей собой отрезок хорды, параллельной плоскости окна (6) вывода. 4. A tube according to claim 3, characterized in that the said centers (C) of the ovals N of the focal spots (11) are located on the target (4) on one straight line (16a), which is a segment of the chord parallel to the plane of the output window (6) .
5. Трубка по п.З, отличающаяся тем, что указанные центры (С) овалов N фокальных пятен (11) расположены на мишени (4) на одной прямой линии (16с), представляющей собой отрезок хорды, расположенной под углом 1-2° к плоскости окна (6) вывода.  5. A tube according to claim 3, characterized in that the said centers (C) of the ovals N of the focal spots (11) are located on the target (4) in one straight line (16c), which is a piece of the chord located at an angle of 1-2 ° to the plane of the window (6) output.
6. Трубка по п.З, отличающаяся тем, что содержит систему (5) источников электронов, выполненную в виде электронно-оптической системы, в которой:  6. The tube according to claim 3, characterized in that it contains a system (5) of electron sources, made in the form of an electron-optical system, in which:
- указанные импульсные N источников (10) электронов размещены в корпусе (2) трубки (1) по одной прямой линии на одинаковом расстоянии друг от друга над поверхностью части мишени (4), ближайшей к указанному окну (6) вывода, и приспособлены для генерирования и вывода в направлении плоскости (4а) мишени (4) последовательно в периодическом импульсном режиме каждого одного из N потоков (17) электронов, имеющего поперечное сечение в форме круга;  - these pulsed N sources (10) of electrons are placed in the body (2) of the tube (1) in one straight line at the same distance from each other above the surface of the target part (4) closest to the specified output window (6), and are adapted to generate and outputting in the direction of the plane (4a) of the target (4) sequentially in a periodic pulsed mode of each one of the N electron flows (17) having a circular cross-section;
- между выводами указанных N источников (10) электронов и мишенью размещен заземленный управляющий электрод (22), приспособленный для преобразования каждого из указанных N потоков (17) электронов, имеющих поперечное сечение в форме круга, в один из N конфигурированных потоков (23_ электронов, обеспечивающих при проекции на мишень (4) формирование на мишени (4) , соответственно, одного из N фокальных пятен (11), имеющих форму овала, близкого к прямоугольнику, с соотношением длин большой оси (14) овала и малой оси (15) овала не менее, чем 5:1, с направлением больших осей (14) сходящимися в одной общей для них точке за окном (6) вывода, с расположением центров (С) указанных овалов N фокальных пятен (11) на мишени (4) на отрезке ее хорды, отстоящей от оси (За) вращения анода (3) в направлении к окну (6) вывода.  - between the terminals of the indicated N sources (10) of electrons and the target there is a grounded control electrode (22) adapted to convert each of these N flows (17) of electrons having a circular cross-section into one of N configured flows (23_ electrons, providing, when projected onto the target (4), the formation on the target (4), respectively, of one of the N focal spots (11), having the shape of an oval close to a rectangle, with the ratio of the lengths of the major axis (14) of the oval and the minor axis (15) of the oval no less than 5: 1, with a direction of pain of their axes (14) converging at one point common to them outside the exit window (6), with the location of the centers (C) of the indicated ovals N focal spots (11) on the target (4) on a segment of its chord that is separated from the axis of rotation (3a) anode (3) in the direction of the output window (6).
7. Трубка по п.6, отличающаяся тем, что указанный управляющий электрод (22) размещен параллельно плоскости (4а) мишени (4) и снабжен N каскадами (24) сквозных отверстий, расположенных вблизи указанных выходов N источников (1-) электронов и имеющих в каскаде (24) входные отверстия (25) круглой формы для ввода одного из указанных N потоков (17) электронов и выходные отверстия (26) в форме овалов, имеющих большие оси (26а), ориентированные в сторону окна (6) вывода и сходящиеся за окном (6) вывода в общей для них точке, для вывода каждого одного из указанных ^конфигурированных потоков (23) электронов. 7. The tube according to claim 6, characterized in that said control electrode (22) is placed parallel to the plane (4a) of the target (4) and is equipped with N cascades (24) of through holes located near the indicated outputs of N sources (1-) of electrons and having circular inlet openings (25) in the cascade (24) for inputting one of said N electron flows (17) and oval shaped outlets (26) having large axes (26a) oriented towards the output window (6) and converging outside the output window (6) at a point common to them, for outputting each one of the indicated ^ configured electron flows (23).
8. Трубка по п.4, отличающаяся тем, что указанные N источников (10) электронов выполнены в виде N катодных узлов, содержащих, соответственно:  8. The tube according to claim 4, characterized in that the said N sources (10) of electrons are made in the form of N cathode nodes containing, respectively:
- N катодов (18), электрически изолированных от корпуса (2) трубки (1);  - N cathodes (18) electrically isolated from the body (2) of the tube (1);
- N подогревателей (19) катодов (18), электрически изолированных от указанных катодов (18) и электрически соединенных параллельно друг другу;  - N heaters (19) of cathodes (18), electrically isolated from these cathodes (18) and electrically connected in parallel to each other;
- N фокусирующих электродов (20), электрически соединенных с указанными катодами (18) и имеющих выходные отверстия (21) круглой формы,  - N focusing electrodes (20), electrically connected to these cathodes (18) and having round-shaped exit holes (21),
и при этом указанные N катодов (18) выполнены с возможностью регулирования площади поперечного сечения каждого из указанных N потоков (17) электронов с помощью изменения потенциала соответствующего катода (18). and while these N cathodes (18) are configured to control the cross-sectional area of each of these N electron streams (17) by changing the potential of the corresponding cathode (18).
PCT/RU2013/000558 2013-06-28 2013-06-28 Multibeam x-ray tube WO2014209158A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2013/000558 WO2014209158A1 (en) 2013-06-28 2013-06-28 Multibeam x-ray tube
RU2014140136/07A RU2578675C1 (en) 2013-06-28 2013-06-28 Multibeam x-ray tube

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2013/000558 WO2014209158A1 (en) 2013-06-28 2013-06-28 Multibeam x-ray tube

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014209158A1 true WO2014209158A1 (en) 2014-12-31

Family

ID=52142352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/000558 WO2014209158A1 (en) 2013-06-28 2013-06-28 Multibeam x-ray tube

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2578675C1 (en)
WO (1) WO2014209158A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2585673A (en) * 2019-07-10 2021-01-20 The Nottingham Trent Univ A sample inspection system
US11404235B2 (en) 2020-02-05 2022-08-02 John Thomas Canazon X-ray tube with distributed filaments

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019117757A1 (en) * 2017-12-15 2019-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "МТ" (ООО "НТЦ-МТ") Multi-beam x-ray tube with rotating anode
RU178295U1 (en) * 2017-12-15 2018-03-29 Акционерное общество "МЕДИЦИНСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ Лтд" (АО "МТЛ") Rotating Anode Multipath X-ray Tube

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4596028A (en) * 1982-08-06 1986-06-17 Thomson-Csf General purpose X-ray tube for stereography
US20100091939A1 (en) * 2008-10-02 2010-04-15 Franz Fadler Circular multi-beam x-ray device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4878311B2 (en) * 2006-03-03 2012-02-15 キヤノン株式会社 Multi X-ray generator
JP5294653B2 (en) * 2008-02-28 2013-09-18 キヤノン株式会社 Multi X-ray generator and X-ray imaging apparatus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4596028A (en) * 1982-08-06 1986-06-17 Thomson-Csf General purpose X-ray tube for stereography
US20100091939A1 (en) * 2008-10-02 2010-04-15 Franz Fadler Circular multi-beam x-ray device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2585673A (en) * 2019-07-10 2021-01-20 The Nottingham Trent Univ A sample inspection system
GB2585673B (en) * 2019-07-10 2022-05-04 The Nottingham Trent Univ A sample inspection system
US11404235B2 (en) 2020-02-05 2022-08-02 John Thomas Canazon X-ray tube with distributed filaments

Also Published As

Publication number Publication date
RU2578675C1 (en) 2016-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9991085B2 (en) Apparatuses and methods for generating distributed x-rays in a scanning manner
RU2635372C2 (en) Multi-cathode distributed x-ray apparatus with cathode control and computer-tomographic device with mentioned apparatus
JP6523301B2 (en) Electron source, X-ray source, apparatus using the X-ray source
JP3909048B2 (en) X-ray CT apparatus and X-ray tube
US6229870B1 (en) Multiple fan beam computed tomography system
US8537965B2 (en) Cone-beam CT
US7580500B2 (en) Computer tomography system having a ring-shaped stationary X-ray source enclosing a measuring field
US9934932B2 (en) System and method for multi-source X-ray-based imaging
US8693638B2 (en) X-ray tube
US20100002829A1 (en) Cone-beam ct
US20110075802A1 (en) Field emission x-ray source with magnetic focal spot screening
CN103081024B (en) Utilize the x-ray imaging of pixelated detectors
JP2009538500A (en) X-ray tube where the electron beam is processed simultaneously with the rotating anode motion
JP2005245559A (en) X-ray ct apparatus and x-ray device
RU2578675C1 (en) Multibeam x-ray tube
JP6104526B2 (en) X-ray tube and X-ray CT apparatus
JP5295503B2 (en) X-ray generator and X-ray CT apparatus
US7643606B2 (en) X-ray computed tomography apparatus with light beam-controlled x-ray source
US7317785B1 (en) System and method for X-ray spot control
JP6377370B2 (en) X-ray tube apparatus and X-ray CT apparatus
JPS631698B2 (en)
NZ753547B2 (en) X-ray source
JP2014007085A (en) Rotary anode x-ray tube and x-ray ct device using the same
JPH04253847A (en) X-ray tomograph

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2014140136

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13888404

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 09.05.2016)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13888404

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1