WO2015039603A1 - X射线装置以及具有该x射线装置的ct设备 - Google Patents

Abstract

一种外置热阴极分布式X射线装置具备：真空盒（3），四周密封且内部为高真空；多个电子发射单元（1），每个电子发射单元（1）互相独立且排成线形阵列安装在真空盒（3）的侧壁上；阳极（2），安装在真空盒（3）内的中部，在长度方向上与电子发射单元（1）的排列线平行且在宽度方向上与电子发射单元（1）的安装平面形成预定角度的夹角；电源与控制系统（7），具有高压电源（702）、聚焦电源（704）、发射控制装置（703）及控制系统（701），电子发射单元（1）具有：加热灯丝（101）；与加热灯丝（101）连接的阴极（102）；包围阴极（102）与灯丝（101）的绝缘支撑件（103）；聚焦极（104），以位于阴极（102）的上方的方式配置在绝缘支撑件（103）的顶端；连接固定件（105），配置在聚焦极（104）的上方，与真空盒（3）的盒壁密封连接，灯丝引线（106）穿过绝缘支撑件（103）与发射控制装置（703）连接。

Description

X射线装置以及具有该X射线装置的CT设备 技术领域

本发明涉及一种产生分布式X射线的装置，特别涉及在一个X射线光源设备中通过外置方式布置多个独立的热阴极电子发射单元并且利用栅极控制或者阴极控制来产生按照预定顺序变换焦点位置的X射线的外置热阴极分布式X射线装置以及具有该装置的CT设备。

背景技术

一般地，X射线光源是指产生X射线的设备，通常由X射线管、电源与控制系统、冷却及屏蔽等辅助装置等构成，其核心是X射线管。X射线管通常由阴极、阳极、玻璃或陶瓷外壳构成。阴极为直热式螺旋钨丝，在工作时，通过电流，加热到一种高温状态，产生热发射的电子束流，阴极被一个前端开槽的金属罩包围，金属罩使电子聚焦。阳极为在铜块端面镶嵌的钨靶，在工作时，在阳极和阴极之间施加有高压，阴极产生的电子在电场作用下加速运动飞向阳极，并且撞击靶面，从而产生X射线。

X射线在工业无损检测、安全检查、医学诊断和治疗等领域具有广泛的应用。特别是，利用X射线的高穿透能力制成的X射线透视成像设备在人们日常生活的方方面面发挥着重要作用。这类设备早期的是胶片式的平面透视成像设备，目前的先进技术是数字化、多视角并且高分辨率的立体成像设备，例如CT(computed tomography)，可以获得高清晰度的三维立体图形或切片图像，是先进的高端应用。

在现有的CT设备中，X射线源和探测器需要在滑环上运动，为了提高检查速度，通常X射线源和探测器的运动速度非常高，导致设备整体的可靠性和稳定性降低，此外，受运动速度的限制，CT的检查速度也受到了限制。因此，在CT设备中需要一种能够不移动位置就能产生多个视角的X射线源。

为了解决现有CT设备中滑环带来的可靠性、稳定性问题和检查速度问题以及阳极靶点耐热问题，在现有专利文献中提供了一些方法。例如旋转靶X射线源，可以在一定程度上解决阳极靶过热的问题，但是，其结构复杂并且产生X射线的靶点相对于X射线源整体仍然是一个确定的靶点位置。例如，有的技术为了实现固定不动X射线源的多个视角而在一个圆周上紧密排列多个独立的传统X射线源来取代X射线源的运动，虽然这样也能够实现多视角，但是成本高，并且，不同视角的靶点间距大，成像质量(立体分辨率)很差。此外，在专利文献1(US4926452)中提出了一种产生分布式X射线的光源以及方法，阳极靶具有很大的面积，缓解了靶过热的问题，并且，靶点位置沿圆周变化，可以产生多个视角。虽然专利文献1是对获得加速的高能量电子束进行扫描偏转，存在控制 难度大、靶点位置不分立以及重复性差的问题，但仍然是一种能产生分布式光源的有效方法。此外，例如在专利文献2(US20110075802)与专利文献3(WO2011/119629)中提出了一种产生分布式X射线的光源以及方法，阳极靶具有很大的面积，缓解了靶过热的问题，并且，靶点位置分散固定且阵列式排列，可以产生多个视角。此外，采用碳纳米管做为冷阴极，并且对冷阴极进行阵列排布，利用阴极栅极间的电压控制场发射，从而控制每一个阴极按顺序发射电子，在阳极上按相应顺序位置轰击靶点，成为分布式X射线源。但是，存在生产工艺复杂、碳纳米管的发射能力与寿命不高的不足之处。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供一种无需移动光源就能产生多个视角并且有利于简化结构、提高系统稳定性、可靠性、提高检查效率的外置热阴极分布式X射线装置以及具有该外置热阴极分布式X射线装置的CT设备。

为了实现上述目的，本发明提供一种外置热阴极分布式X射线装置，其特征在于，具备：真空盒，四周密封并且内部为高真空；多个电子发射单元，每个电子发射单元互相独立且排成线形阵列安装在所述真空盒的侧壁上；阳极，安装在所述真空盒内部的中间位置，并且，在长度方向上与所述电子发射单元的排列方向平行且在宽度方向上与所述电子发射单元的安装平面形成预定角度的夹角；电源与控制系统，具有与所述阳极连接的高压电源、与所述多个电子发射单元的每一个连接的发射控制装置、用于对各电源进行控制的控制系统，所述电子发射单元具有：加热灯丝；与所述加热灯丝连接的阴极；从所述加热灯丝的两端引出的灯丝引线；绝缘支撑件，包围所述加热灯丝以及所述阴极；聚焦极，以位于所述阴极的上方的方式配置在所述绝缘支撑件的顶端；连接固定件，配置在所述聚焦极的上方，与所述真空盒的盒壁密封连接，所述灯丝引线穿过所述绝缘支撑件与所述发射控制装置连接。

此外，在本发明中的外置热阴极分布式X射线装置中，还具有：高压电源连接装置，将所述阳极和所述高压电源的电缆连接，安装在所述真空盒的靠近所述阳极的一端的侧壁；发射控制装置连接装置，用于连接所述加热灯丝和所述发射控制装置；真空电源，包括在所述电源与控制系统内；真空装置，安装在所述真空盒的侧壁上，利用所述真空电源进行工作，维持所述真空盒内的高真空。

此外，在本发明中的外置热阴极分布式X射线装置中，所述电子发射单元还具有：栅极，安装在所述阴极与所述聚焦极之间并且紧邻阴极；栅极引线，与所述栅极连接，穿过所述绝缘支撑件，与所述发射控制装置连接。

此外，在本发明中的外置热阴极分布式X射线装置中，所述电子发射单元还具有：聚焦段，安装在所述聚焦极与所述连接固定件之间；聚焦装置，以包围所述聚焦段的方式配置。

此外，在本发明中的外置热阴极分布式X射线装置中，还具有：聚焦电源，包括在所述电源与控制系统内；聚焦装置连接装置，用于连接所述聚焦装置和所述聚焦电 源。

此外，在本发明中的外置热阴极分布式X射线装置中，所述电子发射单元分两排安装在所述真空盒的两个相对的侧壁上。

此外，在本发明中的外置热阴极分布式X射线装置中，所述真空盒由玻璃或陶瓷制成。

此外，在本发明中的外置热阴极分布式X射线装置中，所述真空盒由金属材料制成。

此外，在本发明中的外置热阴极分布式X射线装置中，所述多个电子发射单元排列成直线形或者是分段直线形。

此外，在本发明中的外置热阴极分布式X射线装置中，所述多个电子发射单元排列成圆弧形或者是分段圆弧形。

此外，在本发明中的外置热阴极分布式X射线装置中，所述多个电子发射单元的排列间隔是均匀的。

此外，在本发明中的外置热阴极分布式X射线装置中，所述多个电子发射单元的排列间隔是非均匀的。

此外，本发明提供一种CT设备，其特征在于，所使用的X射线源是如上所述的外置热阴极分布式X射线装置。

根据本发明，主要是提供一种外置热阴极分布式X射线装置，在一个光源设备中产生按某种顺序周期变换焦点位置的X射线。本发明的电子发射单元采用热阴极，相对于其它设计具有发射电流大、寿命长的优点；多个电子发射单元各自独立固定在真空盒上，且可直接使用小型的二极或三极电子枪，技术成熟，成本低，应用灵活；采用长条型大阳极的设计，有效缓解了阳极过热的问题，有利于提高光源的功率；电子发射单元可以直线排列，整体成为直线型分布式X射线装置，电子发射单元也可以环形排列，整体成为环型分布式X射线装置，应用灵活；通过聚焦极的设计，和外部聚焦装置的设计，电子束可是实现非常小的焦点。相对其它分布式X射线光源设备，本发明电流大，靶点小，靶点位置分布均匀且重复性好，输出功率高，结构简单，控制方便，成本低。

将本发明的分布式X射线光源应用于CT设备，无需移动光源就能产生多个视角，因此可以省略滑环运动，有利于简化结构，提高系统稳定性、可靠性，提高检查效率。

附图说明

图1是本发明的外置热阴极分布式X射线装置的结构的示意图。

图2是本发明中的阳极与电子发射单元的位置关系的示意图。

图3是本发明中的一种电子发射单元的结构的示意图。

图4是本发明中的一种发射控制单元的结构的示意图。

图5是本发明中的一种具有栅极和聚焦装置的电子发射单元的结构的示意图。

图6是本发明中的一种具有栅极控制的发射控制单元的结构的示意图。

图7是本发明中的另一种电子发射单元的结构示意图。

图8是本发明中的圆柱形电子发射单元的结构的俯视图，(A)是圆形栅孔的情况，(B)是长方形栅孔的情况。

图9是本发明中的长方体形电子发射单元的结构俯视图，(A)是圆形栅孔的情况，(B)是长方形栅孔的情况。

图10是本发明中的阴极的结构示意图，(A)是平面圆形的阴极，(B)是平面长方形的阴极，(C)是球面圆弧形的阴极，(D)是圆柱弧面形的阴极。

图11是本发明中的栅网的结构示意图，(A)是平面型栅网，(B)是球面型栅网，(C)是U槽型栅网。

图12是本发明的利用栅极的控制进行的自动聚焦的示意图。

图13是本发明中的一种直线型双排对置布置的外置热阴极分布式X射线装置的结构的示意图，(A)是电子发射单元、阳极与真空盒的位置关系的图，(B)是电子发射单元与阳极的位置关系的图。

图14是本发明中的一种圆弧型双排对置布置的外置热阴极分布式X射线装置的结构的示意图。

图15是本发明的二维分布式X射线装置的主要结构的示意图。

图16是本发明中的二维分布式X射线装置的阳极结构的仰视图。

图17是本发明中的栅极与阴极分离的电子发射单元阵列的示意图，(A)是侧视图，(B)是各个栅极独立控制模式的俯视图，(C)是各个栅极互连并且阴极控制模式的俯视图。

图18是本发明中的灯丝串联的分布式X射线装置。

图19是本发明的曲面阵列分布式X射线装置的结构的示意图。

图20是本发明的曲面阵列分布式X射线装置的结构的端面示意图。

图21是本发明中的阳极的不同结构的示意图。

图22是在本发明中的环型分布式X射线装置的电子发射单元与阳极的布置关系的示意图。

附图标记说明：

1电子发射单元；2阳极；3真空盒；4高压电源连接装置；5发射控制装置连接装置；6聚焦装置连接装置；7电源与控制系统；8真空装置；E电子束流；X X射线；O圆弧的圆心；101加热灯丝；102阴极；103绝缘支撑件；104聚焦极；105连接固定件；106灯丝引线；107栅极；108栅极引线；109聚焦段；110聚焦装置；701控制系统；702高压电源；703发射控制装置；704聚焦电源；70301负高压模块；70302直流模块；70303高压隔离变压器；70304负电压模块；70305正电压模块；70306开关模块；801真空泵；802真空阀。

具体实施方式

以下，参照附图详细地对本发明进行说明。

图1是本发明的外置热阴极分布式X射线装置的结构的示意图。如图1所示，本发明的外置热阴极分布式X射线装置包括多个电子发射单元1(至少两个，以后也具体地称为电子发射单元11、12、13、14、……)、阳极2、真空盒3、高压电源连接装置4、发射控制装置连接装置5、以及电源与控制系统7。此外，电子发射单元1由加热灯丝101、阴极102、绝缘支撑件103、聚焦极104、连接固定件105、灯丝引线106等组成。阳极2安装在真空盒3内部的中间，电子发射单元1与高压电源连接装置4安装在真空盒3的盒壁上并且与真空盒3构成整体密封结构。

图2是本发明的外置热阴极分布式X射线装置的阳极2与电子发射单元1的相对位置关系的示意图。如图2所示，多个电子发射单元1排列在一条直线上，阳极2是与电子发射单元1的排列相对应的长条形状，并且，阳极2在长度方向上与由多个电子发射单元1排列而成的直线平行，在宽度方向上，阳极2的面向电子发射单元1的表面与电子发射单元1的面向阳极2的表面之间形成预定角度的夹角。

电子发射单元1用于按要求产生电子束流，安装在真空盒3的侧壁上，通过连接固定件105与真空盒3的侧壁构成密封结构，电子发射单元1整体处于真空盒3之外，电子束流可通过连接固定件105中间的开孔进入真空盒3内部。此外，在图3中示出了电子发射单元1的一种结构，电子发射单元1包括加热灯丝101、阴极102、绝缘支撑件103、聚焦极104、连接固定件105、灯丝引线106。阴极102与加热灯丝101连接在一起，加热灯丝101通常采用钨丝，阴极102通常采用热发射电子能力强的材料，例如，氧化钡、钪酸盐、六硼化镧等。绝缘支撑件103包围加热灯丝101和阴极102，相当于电子发射单元1的部分壳体，采用绝缘材料，通常为陶瓷。灯丝引线106穿过绝缘支撑件103而被引出到电子发射单元1的外部，灯丝引线106与绝缘支撑件103之间为密封结构。聚焦极104安装在绝缘支撑件103的上端，聚焦极104为鼻锥形设计，中间有开孔，并且该开孔的中心与阴极102的中心上下对齐。连接固定件105用于将电子发射单元1与真空盒3密封连接，通常为刀口法兰，中间有开孔，用于使电子束流E从电子发射单元1进入到真空盒3中。绝缘支撑件103、聚焦极104、连接固定件105紧密连接在一起，使电子发射单元1的除连接固定件105的中心开孔外的其他部分形成一个真空密封结构。

此外，电源与控制系统7包括控制系统701、高压电源702、发射控制装置703等。高压电源702通过安装在真空盒3的盒壁上的高压电源连接装置4与阳极2相连接。发射控制装置703通过发射控制装置连接装置5分别与各个电子发射单元1的灯丝引线106连接，通常具有与电子发射单元1的数量相同数量的发射控制单元。在图4中示出了一种发射控制单元的结构，发射控制装置703包括多个发射控制单元，每一个发射控制单元包括负高压模块70301、低压直流模块70302、高压隔离变压器70303。其中，负高压模块70301用于在控制系统701的控制下产生负的高压脉冲，其输出连接到高压隔离变压器70303的原边；低压直流模块70302用于产生对加热灯丝106供电加热的电流，其输出连接到高压隔离变压器 70303的两组并联副边的低压端，并经过变压器绕组，从两组并联副边的高压端输出到灯丝引线106。发射控制装置连接装置5通常为带连接头的电缆，数量与电子发射单元1的数量相同。此外，控制系统701对高压电源702、发射控制装置703的工作状态进行控制。

此外，真空盒3是四周密封的空腔壳体，其内部为高真空，壳体可以由玻璃或陶瓷等绝缘材料构成。在真空盒3的侧壁上(参见图1)安装有多个电子发射单元1，这些电子发射单元1排列成直线，在内部(参见图1)安装有长条形的阳极2，阳极2在长度方向上与电子发射单元1的排列方向平行。真空盒3内部的空间足够电子束流在电场中的运动而不会产生任何阻挡。真空盒3内的高真空是通过在高温排气炉内烘烤排气获得的，其真空度通常优于10^-3Pa，推荐的真空度优于10^-5Pa。

此外，推荐的真空盒3的壳体是金属材料，在采用金属材料的情况下，电子发射单元1通过其连接固定件105与真空盒3的壁进行刀口法兰密封方式的连接，阳极2利用绝缘支撑材料在真空盒3内进行固定安装，并且，阳极2与真空盒3的壳体之间保持足够的距离，不会产生高压打火。

此外，高压电源连接装置4用于将阳极2和高压电源702的电缆连接，安装在真空盒3的侧壁。高压电源连接装置4通常为内部带金属柱的锥形陶瓷结构，一端与阳极2相连接，另一端与真空盒3的盒壁紧密连接，一起形成真空密封结构。高压电源连接装置4内部的金属柱用于使阳极2和高压电源702的电缆接头形成电路连接。通常高压电源连接装置4与电缆接头之间设计为可插拔式结构。

此外，在本发明的外置热阴极分布式X射线装置中，电子发射单元1还可以包括栅极107和栅极引线108。在图5中示出了一种具有栅极和聚焦装置的电子发射单元1的结构。如图5所示，栅极107设置在阴极102与聚焦极104之间，紧邻阴极102，栅极107通常为网状结构，外形通常与阴极102的形状相同，栅极引线108连接于栅极107并且穿过绝缘支撑件103被引出到电子发射单元1的外部，栅极引线108与绝缘支撑件103之间密封连接，栅极引线108通过发射控制装置连接装置5连接到发射控制装置703。

此外，在本发明的外置热阴极分布式X射线装置中，发射控制装置703的发射控制单元还可以包括负偏压模块70304、正偏压模块70305、选择开关70306。在图6中示出了一种具有栅极控制的发射控制单元的结构。如图6所示，负高压模块70301用于产生负高压，其输出连接到高压隔离变压器70303的原边；市电连接到高压隔离变压器70303的两组并联副边的低压端，并经过变压器绕组，从两组并联副边的高压端输出悬浮在高压上的电源，分别供给到直流模块70302、负偏压模块70304和正偏压模块70305。直流模块70302产生对加热灯丝101供电加热的电流；负偏压模块70304和正偏压模块70305分别产生一个负的电压和一个正的电压并输出到选择开关70306的两个输入端，选择开关70306在控制装置701的作用下选择一个电压输出到栅极引线108，并最终施加到栅极107上。

此外，在本发明的外置热阴极分布式X射线装置中，电子发射单元1还可以包括聚焦段109和聚焦装置110。如图5所示，聚焦段109连接在聚焦极104和连接固定件105之 间，聚焦极104、聚焦段109和连接固定件105可以是一个金属件加工而成的整体，也可以三个金属部件通过焊接连接在一起，聚焦装置110安装在聚焦段109外，聚焦装置110通常是聚焦线包。聚焦装置110通过聚焦装置连接装置6连接到聚焦电源704，聚焦装置110在聚焦电源704的驱动下工作，聚焦电源704的工作状态受电源与控制系统7的控制。相应地，外置热阴极分布式X射线装置还包括聚焦装置连接装置6，电源与控制系统7还包括聚焦电源704。

此外，本发明的外置热阴极分布式X射线装置还可以包括真空装置8和真空电源705，真空装置8包括真空泵801和真空阀802，真空装置8安装在真空盒3的侧壁上。真空泵801在真空电源705的作用下进行工作，用于维持真空盒3内的高真空。通常，外置热阴极分布式X射线装置在工作时，电子束流轰击阳极2，阳极2会发热并释放少量气体，通过使用真空泵801，能够将这部分气体快速抽出，从而维持真空盒3内部的高真空度。真空泵801优选使用真空离子泵。真空阀802通常选用可以承受高温烘烤的全金属真空阀门，如全金属手动插板阀。真空阀802通常处于关闭状态。相应地，外置热阴极分布式X射线装置的电源与控制系统7还包括真空装置8的真空电源(Vacc PS)705。

此外，在本发明中也能够使用其他结构的电子发射单元。图7是能够在本发明中使用的另一种电子发射单元的结构示意图。如图7所示，电子发射单元1由加热灯丝101A、阴极102A、栅极103A、绝缘支撑件104A、连接固定件109A等组成。

电子发射单元1利用连接固定件109A与真空盒3的壁构成整体密封结构，但是并不限于此，只要能够将电子发射单元1安装在真空盒3的盒壁上并且使其整体处于真空盒3之外(即，电子发射单元1的阴极端(包括加热灯丝101A、阴极102A、栅极103A)以及电子发射单元1的引线端(包括灯丝引线105A、栅极引线108A、连接固定件109A)都处于真空盒3的外部)，也可以利用其它方式安装。电子发射单元1包括加热灯丝101A、阴极102A、栅极103A、绝缘支撑件104A、灯丝引线105A、连接固定件109A，并且，栅极103A由栅极架106A、栅网107A、栅极引线108A组成。阴极102A与加热灯丝101A连接在一起，加热灯丝101A通常采用钨丝，阴极102A通常采用热发射电子能力强的材料，例如，氧化钡、钪酸盐、六硼化镧等。绝缘支撑件104A包围加热灯丝101A和阴极102A，相当于电子发射单元1的壳体，采用绝缘材料，通常为陶瓷。灯丝引线105A穿过绝缘支撑件104A而被引出到电子发射单元1的下端(但不限于此，只要引出到电子发射单元1的外部即可)，灯丝引线105A与绝缘支撑件104A之间为密封结构。栅极103A安装在绝缘支撑件104A的上端(即，配置在绝缘支撑件104A的开口上)并且与阴极102A对置，优选栅极103A与阴极102A的中心上下对齐。此外，栅极103A包括栅极架106A、栅网107A、栅极引线108A，栅极架106A、栅网107A、栅极引线108A均为金属制成，通常栅极架106A为不锈钢材料，栅网107A为钼材料，栅极引线108A为可伐(合金)材料。栅极引线108A穿过绝缘支撑件104A而被引出到电子发射单元1的下端(但不限于此，只要引出到电子发射单元1的外部即可)，栅极引线108A与绝缘支撑件104A之间为密封结构。灯丝引线105A与栅极引线108A连接到发 射控制装置703。

此外，具体地，关于栅极103A的结构，其主体是一块金属板(例如，不锈钢材料)即栅极架106A，在栅极架106A的中间形成有开孔，该开孔的形状可以是方形或圆形等，在该开孔的位置固定有金属丝网(例如，钼材料)即栅网107A，并且，从金属板的某个位置引出一根引线(例如，可伐合金材料)即栅极引线108A，从而能够将栅极103A连接到一个电位。此外，栅极103A位于阴极102A的正上方，栅极103A的上述开孔的中心与阴极102A的中心对准(即，上下在一条垂线上)，开孔的形状与阴极102A的形状相对应，通常开孔的大小比阴极102A的面积小。但是，只要是电子束流能够通过栅极103A，栅极103A的结构并不限于上述结构。此外，栅极103A与阴极102A之间通过绝缘支撑件104A进行相对位置固定。

此外，具体地，关于连接固定件109A的结构，推荐的，其主体是一个圆形刀口法兰，中间形成有开孔，该开孔的形状可以是方形或圆形等，在开孔的位置与绝缘支撑件104A的上端外沿密封连接，如焊接连接，刀口法兰的外沿形成有螺钉孔，可以通过螺栓连接将电子发射单元1固定在真空盒3的壁上，其刀口与真空盒3的壁之间形成真空密封连接。这是一种方便拆卸的灵活结构，当多个电子发射单元1中的某一个发生故障时，可以灵活更换。需要指出的是，连接固定件109A的功能是实现绝缘支撑件104A与真空盒3之间的密封连接，可以有多种灵活的方式，如通过金属法兰过渡的焊接，或者玻璃高温熔融密封连接，或者陶瓷金属化后与金属的焊接等方式。

此外，电子发射单元1可以是圆柱形的结构，即，绝缘支撑件104A为圆柱形，而阴极102A、栅极架106A、栅网107A可以同时为圆形或者同时为长方形。在图8中示出了一种圆柱形的电子发射单元1的俯视图，其中，(A)示出了阴极102A、栅极架106A、栅网107A同时为圆形的结构，(B)示出了阴极102A、栅极架106A、栅网107A同时为长方形的结构。此外，对于圆形阴极，为了使阴极102A的表面产生的电子实现更好的汇聚效果，通常优选将阴极102A的表面加工成球面圆弧形(如图10(C)所示)。阴极102A的表面的直径通常为几mm，例如直径2mm，在栅极架106A上所安装的栅网107A的开孔的直径通常为几mm，例如直径1mm。此外，从栅极103A到阴极102A的表面的距离通常为零点几mm到几mm，例如2mm。此外，对于长方形阴极，为了使阴极102A的表面产生的电子实现更好的汇聚效果，通常优选的是圆柱弧面形，这样有利于窄边方向的电子束流进一步会聚。通常弧面长度为几mm到几十mm，宽度为几mm，例如长10mm、宽2mm。与此相应地，栅网107A为长方形，优选其宽度为1mm、长度为10mm。在图10中示出了阴极102A分别为平面圆形、平面长方形、球面圆弧形、圆柱弧面形这四种结构的情况。

此外，电子发射单元1也可以是长方体型结构，即，绝缘支撑件104A为长方体，而阴极102A、栅极架106A、栅网107A可以同时为圆形，或者同时为长方形。在图9中示出了一种长方体形的电子发射单元1的俯视图，其中(A)示出了阴极102A、栅极架106A、栅网107A同时为圆形的结构，(B)示出了阴极102A、栅极架106A、栅网107A同时为长方 形的结构。需要指出的是，图8以及图9中的斜纹线是为了便于区分各个不同的部件，不是表示剖面。

此外，具体地，关于栅网107A的结构，如图11所示，可以是平面型，也可以是球面型，还可以是U槽型，推荐的是球面型，这是因为球面型的栅网会使得电子束具有更好的聚焦效果。

此外，如果发射控制装置703只改变相邻的电子发射单元中的一个电子发射单元的栅极的状态，在同一时刻，相邻的电子发射单元只有一个进行电子发射而形成电子束流时，则该电子发射单元的栅极两侧的电场对该电子束流具有自动聚焦的效果。如图12所示，图中的用电子发射单元1与阳极2之间的箭头表示电子运动的方向(逆电力线方向)。在图12中，阳极2为高电压+160kV，大电场的在电子发射单元1与阳极2之间的箭头都是从电子发射单元1指向阳极2，也就是说，只要电子发射单元1发射出电子束流，则电子束流都会向阳极2运动。考察电子发射单元1的表面的局部电场状态，在相邻的电子发射单元12、13、14中，电子发射单元13的栅极103A的电压由－500V变为+2000V，则电子发射单元13进入电子发射状态，相邻的电子发射单元12和电子发射单元14的栅极103A的电压仍然为－500V，如果电子发射单元12、14存在电子发射，则电子从电子发射单元12和电子发射单元14的栅极103A向电子发射单元13的栅极103A运动，但是，由于在电子发射单元12、14不存在电子发射，所以，从电子发射单元13发射出来的电子束受到了从电子发射单元13指向相邻的电子发射单元12和电子发射单元14的电场的作用而受到挤压，因此，具有自动聚焦效果。

需要指出的是，本发明的外置热阴极分布式X射线装置工作于高真空状态，高真空的获得和维持方法可以是：将阳极2在真空盒3内完成安装，将高压电源连接装置4及真空装置8在真空盒3的壁上完成密封连接，在真空盒3侧壁的电子发射单元连接处先用盲板法兰密封，使真空盒3整体形成一个密封结构；然后将该结构置于真空炉中烘烤去气，真空阀802连接外部真空抽气系统，目的在于去除各部件的材料所吸附的气体；然后，在常温洁净环境中，从真空阀802向真空盒3内注入氮气，形成保护环境，再打开电子发射单元连接处的盲板法兰并安装电子发射单元，逐个进行；所有电子发射单元安装好后，从真空阀802连接外部真空抽气系统抽气，并再次进行烘烤排气，使真空盒3的内部为高真空；在烘烤排气的过程中可进行各个电子发射单元的阴极的激活；烘烤排气完成后，关闭真空阀802，使真空盒3内部保持高真空；外置热阴极分布式X射线装置工作过程中，阳极释放的少量气体由真空泵801抽除，维持真空盒3内部的高真空。当某一个电子发射单元损坏或者到寿命需要更换时，从真空阀802往真空盒3内部注入氮气形成保护；在最短时间内，拆下需要更换的电子发射单元，安装新的电子发射单元；真空阀802连接外部真空抽气设备，对真空盒3抽真空；当真空盒3内部再次达到高真空时，关闭真空阀802，使真空盒3内部保持高真空。

此外，需要特别指出的是，在本发明的外置热阴极分布式X射线装置中，电子 发射单元1可以排列在真空盒3的一个侧壁上，也可以在真空盒3的两个相对侧壁上按相同的延展方向同时排列。在图13中示出了一种直线形双排对置布置的外置热阴极分布式X射线装置的结构，(A)是电子发射单元1、阳极2与真空盒3的位置关系的图，(B)是电子发射单元1与阳极2的位置关系的图。如图13(A)所示，多个电子发射单元1分两排分别布置在真空盒3的两个相对侧壁上，阳极2布置在真空盒3内的中部。如图13(B)所示，阳极2与两排电子发射单元1所相对的面均为斜面，电子发射单元1产生的电子束流E受到电子发射单元1与阳极2之间的电场加速，轰击阳极2的斜面，产生X射线，有用的X射线的出射方向为阳极2斜面的倾斜方向。因为两排电子发射单元1相对布置，所以，阳极2有两个斜面，两个斜面产生的X射线向相同的方向出射。

此外，需要特别指出的是，本发明的外置热阴极分布式X射线装置可以是直线型排列，也可以是圆弧型排列，从而满足不同的应用需求。在图14中示出了本发明的圆弧型外置热阴极分布式X射线装置的电子发射单元1和阳极2的位置关系的示意图。两排电子发射单元1沿圆周布置，分别布置在真空盒3的两个相对侧面上，这两个侧面互相平行，电子发射单元1排列的延展方向为弧线，布置的弧度大小可以根据需要确定。阳极2布置在真空盒3内的中部，即两排相对的电子发射单元1的中间，阳极2面对两排电子发射单元1的表面均为斜面，两斜面的倾斜方向均指向圆弧的中心O。电子束流E从电子发射单元1的上表面发射出来，受到阳极2与电子发射单元1之间的高压电场加速，最终轰击阳极2，在阳极2的两个斜面上形成两排圆弧形排列的系列X射线靶点，有用的X射线的出射方向指向圆弧的中心。关于圆弧型外置热阴极分布式X射线装置的真空盒3，与电子发射单元1的布置和阳极2的形状对应地也是圆弧型，或者称为环形。圆弧型分布式X射线装置的出射X射线都指向圆弧的圆心，能够应用于需要射线源圆形排列的情况。

此外，需要特别指出的是，在外置热阴极分布式X射线装置中，各电子发射单元的排列可以是直线形，也可以是例如L形或者U形等分段直线形，此外，各电子发射单元的排列可以是弧形，还可以是分段弧线形，例如，由不同直径的弧形段连接而成的曲线或者直线段与弧线段的组合等。

此外，需要特别指出的是，在本发明的外置热阴极分布式X射线装置中，各电子发射单元的排列间距可以是均匀的，也可以是非均匀的。

此外，在本发明中也能够采用二维阵列分布的方式来配置电子发射单元，由此，能够得到二维阵列分布式X射线装置。如图15、16所示，二维阵列分布式X射线装置具有多个电子发射单元1(至少四个，以后也具体地称为电子发射单元11a、12a、13a、14a、……、电子发射单元11b、12b、13b、14b、……)，电子发射单元可以是如前所述的电子发射单元的任意一种，阳极2由阳极板201和安装在阳极板201上并且与电子发射单元1对应排列的多个靶子202组成，但是，阳极2并不限于该结构，使用本领域内通常的阳极即可。此外，多个电子发射单元1以二维排列的方式配置在真空盒3的一个侧壁上，并且与阳极板201所在的平面互相平行。此外，如前所述那样，电子发射单元1整体处于真空盒3的外部，而阳 极2设置在真空盒3的内部。

在图15中示出了电子发射单元1和阳极2的空间布置的结构示意图(此处，省略了真空盒3的图示)。电子发射单元1分成两排布置在一个平面(即，真空盒3的一个侧壁)上，并且，前后排的电子发射单元1交错排列(参见图15)，但是并不限于此，即便前后排的电子发射单元不彼此交错也可以。阳极2上的靶子202与电子发射单元1一一对应，靶子202的顶面指向电子发射单元1，电子发射单元1的中心与靶子202的中心的连线垂直于阳极板201的平面，此连线也是电子发射单元1所发射的电子束流E的运动路径。电子轰击靶子产生X射线，有用的X射线的出射方向平行于阳极板201的平面，并且，各有用的X射线互相平行。

在图16中示出了阳极2的一种结构。阳极2包括：阳极板201；二维阵列分布的多个靶子202。阳极板201为平板，由金属材料制成，并且优选是耐高温的金属材料，与电子发射单元1的上表面所构成的平面完全平行，当在阳极2上施加有正的高压时，通常为几十kV到几百kV，典型的例如180kV，从而在阳极板201和电子发射单元1之间形成平行的高压电场。靶子202安装在阳极板201上，其位置以分别与电子发射单元1的位置对应的方式布置，靶子202的表面通常使用耐高温的重金属材料，例如钨或者钨合金。靶子202为圆形锥台结构，高度通常为几mm，例如3mm，直径较大的底面与阳极板201连接，顶面的直径较小，通常为几mm，例如2mm，顶面不与阳极板201平行，通常有一个几度至十几度的小的夹角，便于电子打靶所产生的有用X射线发射出来。所有的靶子202以顶面倾斜方向一致的方式进行布置，也即所有的有用X射线的出射方向一致。靶子的这种结构设计，相当于在阳极板201上长出的小突起，改变了阳极板201的表面的局部电场分布，使得电子束在轰击靶子前具有自动聚焦的效果，使得靶点变小，有利于提高图像质量。在阳极的设计中，阳极板201使用普通金属，只有靶子202的表面为钨或者钨合金，因此降低了成本。

此外，在本发明中，电子发射单元可以是栅极和阴极分离的结构。在图17中示出了一种栅极和阴极分离的电子发射单元阵列。在图17中，平板栅极9由绝缘骨架板901、栅板902、栅网903、栅极引线904组成。如图所示，栅板902设置于绝缘骨架板901，并且，栅网903设置于在栅板902上形成的开孔的位置，栅极引线904从栅板902引出。阴极阵列10由多个阴极结构紧密排列组成，每个阴极结构由灯丝1001、阴极1002、绝缘支撑件1004构成。平板栅极9处于阴极阵列10的上方并且这二者的距离很小，通常为几mm，例如3mm。由栅板902、栅网903、栅极引线904构成的栅极结构与阴极结构一一对应，并且，从垂直方向观察，各个栅网903的圆中心与各个阴极1002的圆中心两两重合。

此外，如图17(B)所示，在本发明中，栅极结构可以是各个栅极引线独立引出并且由栅极控制装置独立进行状态控制的结构。阴极阵列10的各个阴极1002可以处于相同电位例如接地，每一个栅极在负几百伏与正几千伏两个状态切换，例如在－500V和+2000V之间切换，从而控制各个电子发射单元的工作状态，例如，某个栅极在某时刻为－500V，则该栅极与对应的阴极之间的电场为负电场，从阴极发射的电子被限制在阴极的 表面，在下一时刻栅极电压变为+2000V时，该栅极与对应阴极之间的电场变为正电场，从阴极发射的电子向栅极运动并且穿过栅网，发射到栅极与阳极之间的加速电场中，获得加速并且最终轰击阳极，在对应的靶子位置产生X射线。

此外，如图17(C)所示，栅极也可以是各个栅极引线并联，处于同一电位，由灯丝电源来控制各个电子发射单元的工作状态。例如所有的栅极处于－500V，各个阴极灯丝独立引出，每个阴极灯丝的两个端点之间的电压差恒定，每个阴极的整体电压在0V与－2500V两个状态之间切换。在某时刻，阴极处于0V电位，栅极与阴极之间为负电场，从阴极发射的电子被限制在阴极的表面，在下一时刻，阴极的电压变为－2500V，栅极与对应阴极之间的电场变为正电场，从阴极发射的电子向栅极运动并且穿过栅网，发射到栅极与阳极之间的加速电场中，获得加速并且最终轰击靶子，在对应的靶子位置产生X射线。

此外，在本发明的二维分布式X射线装置中，各电子发射单元的灯丝引线可以是各自独立连接到灯丝电源的各个输出端，也可以是串联连接之后整体连接到灯丝电源的一个输出端。在图18中示出一种电子发射单元的灯丝引线串联连接到灯丝电源的示意图。在电子发射单元的灯丝引线串联连接的系统中，通常阴极都处于相同的电位，各个栅极引线需要独立引出，通过栅极控制装置来控制电子发射单元的工作状态。

此外，在本发明中，电子发射单元的阵列可以是二排也可以是多排。

此外，在本发明的中，阳极的靶子可以是圆形锥台结构，也可以是圆柱结构，可以方台结构，还可以是多棱台结构，或者其它多边形凸起，或者其它不规则凸起等结构。

此外，在本发明中，阳极的靶子的顶面可以是平面，也可以是斜面、还可以是球面、或者其它不规则的表面。

此外，在本发明中，电子发射单元的二维阵列排布可以是两个方向均为直线伸展，也可以是一个方向为直线伸展而另一个方向为弧线伸展，也可以是一个方向为直线伸展而另一个方向为分段直线伸展，还可以是一个方向为直线伸展而另一个方向为分段弧形伸展等多种组合形式。

此外，在本发明中，电子发射单元的二维阵列排布可以是两个方向间隔均匀一致的，可以是每个方向间隔均匀而两个方向间隔不一致的，也可以是一个方向间隔均匀而另一个方向间隔不均匀的，还可以是两个方向的间隔都不均匀的。

此外，在本发明中，电子发射单元也能够以曲面阵列分布的方式设置，由此，能够得到曲面阵列分布式X射线装置。图19是本发明的曲面阵列分布式X射线装置的结构示意图。图20是本发明的曲面阵列分布式X射线装置内部结构的端面示意图。图21是本发明的阳极的不同结构的示意图。

如图所示，多个电子发射单元1(至少四个，以后也具体地称为电子发射单元11a、11b、12a、12b、13a、13b、14a、14b、……)在曲面上沿着轴线方向面向轴线O排列多排，此外，阳极2布置在曲面的轴线O上。此外，如前所述那样，电子发射单元1安装在真空盒3的盒壁上，并且整体处于真空盒3的外部，而阳极2安装在真空盒内。

此外，上述的曲面包括圆柱面和圆环面。图20是本发明的一种曲面阵列分布式X射线装置的内部结构的端面示意图，具体地说，在图20中示出了一种圆柱面阵列分布式X射线装置的内部结构的示意图。电子发射单元1在圆柱面上沿着轴线方向排列多排，并且，电子发射单元1的上表面(电子发射面)面向轴线O。阳极2布置在圆柱的轴线O上。通常，电子发射单元1处于相同的低电位，阳极2处于高电位，在阳极2与电子发射单元1之间构成正电场，电场从各电子发射单元1的表面向阳极2的轴线汇聚，电子束流E从电子发射单元1向阳极2的轴线运动，轰击阳极2，最终产生X射线。

此外，上述的电子发射单元1在曲面上沿着轴线方向面向轴线排列多排，多排电子发射单元可以是前后排对齐，也可以是推荐的前后排位置错开，使得每一个电子发射单元产生的电子束轰击阳极的位置是不重合的。

此外，阳极2具有中空管道状的结构，能够使冷却剂在其内部流动。在图21中示出了本发明中的一种阳极及其支撑件的结构。阳极2由阳极支撑件201A、阳极管道202A、阳极靶面203A组成。阳极支撑件201A安装在阳极管道202A上并且与高压电源连接装置4的顶端(小端)连接在一起，用于对阳极2进行支撑以及固定。阳极管道202A是阳极2的主体结构，两端分别与两个冷却连接装置9A的一端连接，并且内部与冷却连接装置9A连通，成为冷却剂的循环流动的通道。阳极管道202A通常选用耐高温的金属材料，有多种结构方式，推荐为圆形的管道。此外，在某些情况下，例如阳极热功率较小的情况下，阳极2也可以是非中空管道的柱形结构。此外，阳极靶面203A是电子束轰击阳极管道202A的位置，在细微结构上有多种设计，例如，如图21(1)所示，阳极管道202A的外圆面就是电子束的轰击位置，在此种情况下，阳极管道202A整体采用耐高温重金属材料，例如，钨或者钨合金，如图21(2)所示，阳极管道202A的外圆被切除一部分而形成一个小的斜平面，该斜平面成为电子束的轰击位置，该斜平面的倾斜方向为有用的X射线的出射方向，这种结构设计有利于有用的X射线的方向一致引出，优选的是，如图21(3)所示，在阳极管道202A的外表面专门设计有阳极靶面203A，阳极靶面203A采用耐高温重金属材料，例如钨或者钨合金，厚度不小于20μm(微米)，通过电镀、粘贴、焊接或者其它方式被固定在阳极管道202A的外沿加工出的小斜平面上，在此种情况下，阳极管道202A可以采用普通金属材料，从而能够降低成本。

此外，在本发明中，上述的轴线可以是直线，也可以是圆弧，整体成为线状分布式X射线装置或者环状分布式X射线装置，以满足不同的应用需求。在图22中示出了一种环状分布的电子发射单元和阳极布置的效果图。阳极2布置在一个平面圆周上，电子发射单元1布置在阳极2的下方，两排电子发射单元1按阳极2的方向成圆周排列，同时排列在以阳极2的中心为轴线的圆弧面上，即每个电子发射单元1的表面指向阳极2的轴线。电子束流E从电子发射单元1发射出来，受到阳极2与电子发射单元1之间的高压电场加速，轰击阳极2的下沿靶面，在阳极2上形成圆形排列的阵列X射线靶点，有用的X射线的出射方向都指向阳极2所在圆周的圆心。环状分布式X射线装置的真空盒3与其内部的电子发射单元1 的布置和阳极2的形状对应也是一种环型结构。环状分布式X射线装置可以是一个完整的环，也可以是一段环长，可以应用于需要射线源圆形排列的场合。

此外，在本发明中，电子发射单元的阵列可以是两排也可以是多排。

此外，在本发明中对电子发射单元的描述中，“独立”是指每个电子发射单元具有独立发射电子束流的能力，在具体结构上可以是分立的结构，也可以是某种关联连接的结构。

此外，本发明的曲面阵列分布式X射线装置的描述中，“曲面”是指各种形式的曲面，包括圆柱面、圆环面、椭圆面、或者分段直线构成的曲面，例如正多边形柱面或者分段弧线构成的曲面等，推荐的是如前面所述的圆柱面和圆环面。

此外，本发明中对阳极布置位置的描述中，“轴线”是指电子发射单元所布置的各种形式的曲面的真实轴线或者形式轴线，例如圆柱面的轴线是指圆柱的中心轴线，圆环面的轴线是指圆环内部的中心轴线，椭圆曲面的轴线是指靠近该段椭圆的近轴轴线，正多边形柱面的轴线是指正多边形的中心所构成的轴线。

此外，在本发明中，阳极内部管道切面可以是圆形孔、方形孔、多边形孔、带散热片结构的内齿轮状孔、或者能增加散热面积的其它形状。

此外，在本发明中，电子发射单元的曲面阵列排布在一个排列方向为曲线而在另一个排列方向为直线、分段直线、弧线、分段弧线、或者直线段与弧线段的组合。

此外，在本发明中，电子发射单元的曲面阵列排布可以是两个方向间隔均匀一致的，可以是每个方向间隔均匀，两个方向间隔不一致的，也可以是一个方向间隔均匀，另一个方向间隔不均匀的，还可以是两个方向的间隔都不均匀的。

此外，在本发明中，真空盒的外形整体上可以是长方体形，也可以是圆柱体形，也可以是圆环体形，还可以是其它不影响电子发射单元与阳极的相对布置关系的其它结构。

(系统组成)

如图1～图6所示，本发明的外置热阴极分布式X射线装置由多个电子发射单元1、阳极2、真空盒3、高压电源连接装置4、发射控制装置连接装置5、聚焦装置连接装置6、真空装置8以及电源与控制系统7组成。多个电子发射单元1排成线形阵列安装在真空盒3的一个侧壁上，每个电子发射单元1互相独立，长条形的阳极2安装在真空盒3内的中部，在线型排列方向上，阳极2与电子发射单元1的排列线互相平行，在线型排列的垂直切面，阳极2与电子发射单元1的上表面形成一个小的夹角。电子发射单元1包括加热灯丝101、阴极102、栅极107、绝缘支撑件103、聚焦极104、聚焦段109、连接固定件105、灯丝引线106、栅极引线108、聚焦装置110。高压电源连接装置4安装在真空盒3的侧壁上，内部与阳极2相连，外部以可插拔的形式连接高压电缆。发射控制装置连接装置5将每一个电子发射单元1的灯丝引线106和栅极引线108连接到发射控制装置703的每一个发射控制单元。真空装置8安装在真空盒3的侧壁上，真空装置8包括真空泵801和真空阀802。电源与控制系统7包括控制 系统701、高压电源702、发射控制装置703、聚焦电源704、真空电源705等多个模块，通过电力电缆和控制电缆与系统的多个电子发射单元1的加热灯丝101、栅极107以及阳极2、真空装置8等部件相连接。其中发射控制装置703由多个(与电子发射单元1的数量相同)相同的发射控制单元构成，每一个发射控制单元由负高压模块70301、直流模块70302、高压隔离变压器70303、负偏压模块70304、正偏压模块70305、选择开关70306组成。

(工作原理)

在本发明的外置热阴极分布式X射线装置中，电源与控制系统7对聚焦电源704、发射控制装置703与高压电源702进行控制。发射控制装置703的各个单元开始工作，负高压模块70301产生负高压输出到高压隔离变压器70303的原边，使得高压隔离变压器70303副边的一组并联端悬浮在高压上，即直流模块70302、负偏压模块70304、正偏压模块70305、选择开关70306均处于一个相同的负高压上，直流模块70302产生一个悬浮于此负高压上的直流电流供给到加热灯丝101，加热灯丝101将阴极102加热到高温(例如，500～2000℃)发射状态，阴极102在其表面产生大量电子。负偏压模块70304和正偏压模块70305分别产生一个悬浮于负高压上的负电压和正电压，选择开关70306通常将负电压选通连接到栅极107。在电子发射单元1内，灯丝101、阴极102与栅极107均处于负高压，通常为负的几千伏到负的几十千伏，而聚焦极104连接聚焦段109并通过连接固定件105连接到真空盒3的侧壁，处于接地电位，所以，在栅极107与聚焦极104之间形成一个小的加速电场。但是，栅极107相对阴极102还具有一个更低的负电压，因此，阴极102产生的电子不能通过栅极107，被栅极107限制在阴极102的表面。高压电源702使阳极2处于非常高的正高压，通常为正的几十千伏到几百千伏，在电子发射单元1(也即真空盒3的侧壁，通常接地电位)与阳极2之间形成正的大加速电场。

在需要产生X射线的情况下，电源与控制系统7按照指令或者预先设定程序使发射控制装置703的某一个发射控制单元的选择开关70306的输出由负电压切换为正电压，并且按照时序来变换分别与各电子发射单元1相连接的各发射控制单元的选择开关70306的输出信号。例如，在时刻1，发射控制装置703的第一发射控制单元的选择开关70306的输出由负电压切换为正电压，在对应的电子发射单元11内，栅极107与阴极102之间的电场变为正电场，电子从阴极102的表面向栅极107运动，透过栅网进入到栅极107与聚焦极104之间的加速电场获得第一次加速，聚焦极104的鼻锥形状使电子束在第一次加速过程中自动聚集，电子束的直径变小，电子束进入聚焦段109内部后，受到外部聚焦装置110施加的聚焦磁场作用，电子束的直径进一步变小。小直径的电子束通过连接固定件105中心的孔进入真空盒3内部，受到电子发射单元11与阳极2之间的大加速电场加速，获得能量，轰击阳极2，在阳极2上产生一个靶点21，并且，在靶点21的位置产生X射线的发射。在时刻2，发射控制装置703的第二发射控制单元的选择开关70306的输出由负电压切换为正电压，对应的电子发射单元12发射电子，在阳极2上产生靶点22，并且在靶点22位置产生X射线的发射。在时刻3，发射控制装置703的第三发射控制单元的选择开关70306的输出由负电压切 换为正电压，对应的电子发射单元13发射电子，在阳极2上产生靶点23，并且在靶点23位置产生X射线的发射，依次类推，然后靶点24位置产生X射线的发射，然后靶点25位置产生X射线的发射……，并且循环往复。因此，电源与控制系统7利用发射控制装置703使各个电子发射单元1按照预定时序交替地进行工作而发射电子束，并且，在阳极2的不同位置交替地产生X射线，从而成为分布式X射线源。

此外，阳极2受到电子束流轰击时释放的气体被真空泵801实时抽走，真空盒3内维持高真空，这样有利于长时间稳定运行。电源与控制系统7除了对各电源进行控制以使按照设定程序驱动各个部件协调工作，同时可以通过通讯接口和人机界面接收外部命令，对系统的关键参数进行修改和设定，更新程序和进行自动控制调整。

此外，通过将本发明的外置热阴极分布式X射线装置应用于CT设备，从而能够得到系统稳定性及可靠性好并且检查效率高的CT设备。

(效果)

本发明主要是提供一种外置热阴极分布式X射线装置，在一个光源设备中产生按照预定顺序周期性地变换焦点位置的X射线。本发明的电子发射单元采用热阴极，相对于其它设计具有发射电流大、寿命长的优点；多个电子发射单元各自独立固定在真空盒上，且可直接使用小型的二极或三极电子枪，技术成熟，成本低，应用灵活；采用长条型大阳极的设计，有效缓解了阳极过热的问题，有利于提高光源的功率；电子发射单元可以直线排列，整体成为直线型分布式X射线装置，电子发射单元也可以环形排列，整体成为环型分布式X射线装置，应用灵活；通过聚焦极的设计，和外部聚焦装置的设计，电子束可是实现非常小的焦点。相对其它分布式X射线光源设备，本发明电流大，靶点小，靶点位置分布均匀且重复性好，输出功率高，结构简单，控制方便，成本低。

此外，将本发明的外置热阴极分布式X射线光源应用于CT设备，无需移动光源就能产生多个视角，因此可以省略滑环运动，有利于简化结构，提高系统稳定性、可靠性，提高检查效率。

如上所述，对本申请发明进行了说明，但是并不限于此，应该理解为能够在本发明宗旨的范围内对上述实施方式进行各种组合以及各种变更。

Claims (34)

1. 一种X射线装置，其特征在于，具备：

   真空盒，四周密封并且内部为高真空；

   多个电子发射单元，每个电子发射单元互相独立且排成线形阵列安装在所述真空盒的侧壁上；

   阳极，安装在所述真空盒内部的中间位置，并且，在长度方向上与所述电子发射单元的排列方向平行且在宽度方向上与所述电子发射单元的安装平面形成预定角度的夹角。
2. 如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，

   每个电子发射单元的整体处于所述真空盒之外；来自所述电子发射单元的电子束流轰击所述阳极，从而在所述阳极的靶点位置产生X射线的发射。
3. 如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，

   多个电子发射单元，在所述真空盒的侧壁上以二维排列的方式布置，并且，每个电子发射单元的整体处于所述真空盒之外；以及

   来自所述电子发射单元的电子束流轰击所述阳极，从而在所述阳极的靶点位置产生X射线的发射。
4. 如权利要求3所述的X射线装置，其特征在于，

   所述电子发射单元以二维排列的方式安装在所述真空盒的两个相对的侧壁上。
5. 如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，

   多个电子发射单元，在所述真空盒的侧壁上以在曲面上沿所述曲面的轴线方向面向所述轴线排列多排的方式配置，并且，每个电子发射单元的整体处于所述真空盒之外；以及

   阳极，由金属构成并且以布置在所述轴线上的方式配置在所述真空盒内部的中间位置，

   来自所述电子发射单元的电子束流轰击所述阳极，从而在所述阳极的靶点位置产生X射线的发射。
6. 如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，所述X射线装置还具有：

   电源与控制系统，具有与所述阳极连接的高压电源、与所述多个电子发射单元的每一个连接的发射控制装置、用于对各电源进行控制的控制系统，

   所述电子发射单元具有：加热灯丝；与所述加热灯丝连接的阴极；从所述加热灯丝的两端引出的灯丝引线；绝缘支撑件，包围所述加热灯丝以及所述阴极；聚焦极，以位于所述阴极的上方的方式配置在所述绝缘支撑件的顶端；连接固定件，配置在所述聚焦极的上方，与所述真空盒的盒壁密封连接，

   所述灯丝引线穿过所述绝缘支撑件与所述发射控制装置连接。
7. 如权利要求6所述的X射线装置，其特征在于，

   还具有：高压电源连接装置，将所述阳极和所述高压电源的电缆连接，安装在所述真空盒的靠近所述阳极的一端的侧壁；发射控制装置连接装置，用于连接所述加热灯丝和所述发射控制装置；真空电源，包括在所述电源与控制系统内；真空装置，安装在所述真空盒的侧壁上，利用所述真空电源进行工作，维持所述真空盒内的高真空。
8. 如权利要求6所述的X射线装置，其特征在于，

   所述电子发射单元还具有：栅极，以与所述阴极对置的方式配置在所述阴极的上方，安装在所述阴极与所述聚焦极之间并且紧邻阴极；栅极引线，与所述栅极连接，穿过所述绝缘支撑件，与所述发射控制装置连接。
9. 如权利要求6所述的X射线装置，其特征在于，

   所述电子发射单元还具有：聚焦段，安装在所述聚焦极与所述连接固定件之间；聚焦装置，以包围所述聚焦段的方式配置。
10. 如权利要求9所述的X射线装置，其特征在于，

    还具有：聚焦电源，包括在所述电源与控制系统内；聚焦装置连接装置，用于连接所述聚焦装置和所述聚焦电源。
11. 如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，

    所述电子发射单元分两排安装在所述真空盒的两个相对的侧壁上。
12. 如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，

    所述真空盒由玻璃或陶瓷制成。
13. 如权利要求1所述的X射线装置，其特征在于，

    所述真空盒由金属材料制成。
14. 如权利要求6～13的任意一项所述的X射线装置，其特征在于，

    所述多个电子发射单元排列成直线形或者分段直线形。
15. 如权利要求6～13的任意一项所述的X射线装置，其特征在于，

    所述多个电子发射单元排列成圆弧形或者分段弧线形。
16. 如权利要求6～13的任意一项所述的X射线装置，其特征在于，

    所述多个电子发射单元的排列间隔是均匀的。
17. 如权利要求6～13的任意一项所述的X射线装置，其特征在于，

    所述多个电子发射单元的排列间隔是非均匀的。
18. 如权利要求2所述的X射线装置，其特征在于，

    还具备：电源与控制系统，具有与所述阳极连接的高压电源、与所述多个电子发射单元的每一个连接的发射控制装置、用于对各电源进行控制的控制系统，

    所述阳极在长度方向上与所述电子发射单元的排列方向平行且在宽度方向上与所述电子发射单元的安装平面形成预定角度的夹角，

    所述电子发射单元具有：加热灯丝；与所述加热灯丝连接的阴极；灯丝引线，从所述加热灯丝的两端引出并且与所述发射控制装置连接；栅极，以与所述阴极对置的方式配 置在所述阴极的上方；绝缘支撑件，具有开口，并且，包围所述加热灯丝以及所述阴极；连接固定件，连接在所述绝缘支撑件的上端外沿，

    所述栅极具有：栅极架，由金属制成并且在中间形成有开孔；栅网，由金属制成并且固定在所述栅极架的所述开孔的位置；栅极引线，从所述栅极架引出并且与所述发射控制装置连接，

    所述栅极以与所述阴极对置的方式配置在所述绝缘支撑件的所述开口上，

    所述灯丝引线以及所述栅极引线穿过所述绝缘支撑件从所述电子发射单元引出到外部，

    所述连接固定件与所述真空盒的盒壁密封连接。
19. 如权利要求18所述的X射线装置，其特征在于，

    还具有：高压电源连接装置，将所述阳极和所述高压电源的电缆连接，安装在所述真空盒的靠近所述阳极的一端的侧壁；发射控制装置连接装置，用于将所述加热灯丝以及所述栅极引线和所述发射控制装置连接；真空电源，包括在所述电源与控制系统内；真空装置，安装在所述真空盒的侧壁上，利用所述真空电源进行工作，维持所述真空盒内的高真空。
20. 如权利要求18或19所述的X射线装置，其特征在于，

    所述绝缘支撑件为圆柱形，所述栅极架、所述阴极以及所述栅网为圆形。
21. 如权利要求18或19所述的X射线装置，其特征在于，

    所述绝缘支撑件为圆柱形，所述栅极架、所述阴极以及所述栅网为长方形。
22. 如权利要求18或19所述的X射线装置，其特征在于，

    所述绝缘支撑件为长方体形，所述栅极架、所述阴极以及所述栅网为圆形。
23. 如权利要求18或19所述的X射线装置，其特征在于，

    所述绝缘支撑件为长方体形，所述栅极架、所述阴极以及所述栅网为长方形。
24. 如权利要求18或19所述的X射线装置，其特征在于，

    所述栅网为平面形、球面形或者U槽形。
25. 如权利要求3所述的X射线装置，其特征在于，

    所述阳极包括：阳极板，由金属材料制成并且与所述电子发射单元的上表面平行；多个靶子，安装在所述阳极板上并且以分别与所述电子发射单元的位置对应的方式布置，

    所述靶子的底面与所述阳极板连接并且顶面与所述阳极板形成预定的角度。
26. 如权利要求1或3所述的X射线装置，其特征在于，

    所述电子发射单元包括：平板栅极，由绝缘骨架板、栅板、栅网、栅极引线构成；阴极阵列，由多个阴极结构紧密排列构成，每个阴极结构由灯丝、与所述灯丝连接的阴极、从所述灯丝的两端引出的灯丝引线、包围所述灯丝以及所述阴极的绝缘支撑件构成，

    所述栅板设置于所述绝缘骨架板，并且，所述栅网设置于在所述栅板上形成的开孔的位置，所述栅极引线从所述栅板引出，

    所述平板栅极位于所述阴极阵列的上方，在垂直方向上，所述栅网的中心与所述阴极的中心两两重合，

    所述灯丝引线和所述栅极引线分别与所述发射控制装置连接，

    所述阳极包括：阳极板，由金属材料制成并且与所述电子发射单元的上表面平行；多个靶子，安装在所述阳极板上并且以分别与所述电子发射单元的位置对应的方式布置，

    所述靶子的底面与所述阳极板连接并且顶面与所述阳极板形成预定的角度。
27. 如权利要求1、3、4、6至13、25和26的任意一项所述的X射线装置，其特征在于，

    所述多个电子发射单元排列的阵列在两个方向上均为直线、或者一个方向为直线另一个方向为分段直线。
28. 如权利要求1、3、4、6至13、25和26的任意一项所述的X射线装置，其特征在于，

    所述多个电子发射单元排列的阵列在一个方向上为直线并且在另一个方向上为弧线或者分段弧线。
29. 如权利要求1或5所述的X射线装置，其特征在于，

    所述阳极包括：阳极管道，由金属构成并且具有中空的管状形状；阳极支撑件，配置在所述阳极管道上；阳极靶面，设置在所述阳极管道的外表面并且与所述电子发射单元相面对。
30. 如权利要求29所述的X射线装置，其特征在于，

    所述阳极靶面是所述阳极管道的外圆被切除一部分而形成的斜平面。
31. 如权利要求29所述的X射线装置，其特征在于，

    所述阳极靶面是在将所述阳极管道的外圆切除一部分所形成斜平面上形成有重金属材料钨或者钨合金而形成的。
32. 如权利要求5、29至32的任意一项所述的X射线装置，其特征在于，

    所述轴线为直线或者分段直线。
33. 如权利要求5、29至32的任意一项所述的X射线装置，其特征在于，

    所述轴线为圆弧或者分段圆弧。
34. 一种CT设备，其特征在于，

    所使用的X射线源是权利要求1～33的任意一项所述的X射线装置。

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