WO2024008692A1 - X-ray emission antenna comprising a plurality of x-ray sources - Google Patents

X-ray emission antenna comprising a plurality of x-ray sources Download PDF

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WO2024008692A1
WO2024008692A1 PCT/EP2023/068334 EP2023068334W WO2024008692A1 WO 2024008692 A1 WO2024008692 A1 WO 2024008692A1 EP 2023068334 W EP2023068334 W EP 2023068334W WO 2024008692 A1 WO2024008692 A1 WO 2024008692A1
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WO
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ray
sources
antenna
anode
antenna according
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/068334
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French (fr)
Inventor
Guillaume Royer
Christophe Bourat
Michel CAPLOT
Mickaël JOINET
Pierre Ribault
Gilles Gallet
Original Assignee
Thales
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/02—Constructional details
    • H05G1/04—Mounting the X-ray tube within a closed housing

Definitions

  • X-ray emission antenna comprising a plurality of X-ray sources
  • the present invention relates to the field of X-ray sources.
  • X-rays today have numerous applications in imaging, particularly in the medical field, in industry to carry out non-destructive checks and in security to detect dangerous objects or materials.
  • An X-ray tube generally consists of a vacuum enclosure.
  • the envelope is made up of a metal structure and an electrical insulator.
  • Two electrodes are placed in this envelope.
  • a cathode electrode brought to a negative potential, is equipped with an electron emitter.
  • a second anode electrode brought to a positive potential relative to the first electrode, is associated with a target.
  • the electrons accelerated by the potential difference between the two electrodes, produce a continuous spectrum of ionizing rays by braking (bremsstrahlung) when they strike the target.
  • Metal electrodes are generally large and have sufficiently large radii of curvature to minimize electric fields on their surface.
  • computed tomography also called scanography
  • the X-ray tube is associated with a detector placed facing the beam.
  • the tube and the detector rotate around a table receiving the patient. At each revolution, the table advances following the axis of rotation of the X-ray tube and the detector by a small offset corresponding to the thickness of a patient section.
  • Computer processing makes it possible to reconstruct 2D sections or 3D volumes of the patient's anatomical structures.
  • This system is known under the name “CT-scanner”, “CT” being the English acronym for “Computer Tomography”.
  • CT Computer Tomography
  • the mechanical equipment making it possible to rotate the tube and the detector is bulky and heavy. : in addition, they generate vibrations and noise.
  • X-ray electronic scanning emission sources or antennas see for example FR N°2010947 or WO 2019/011980 A1.
  • these sources include a plurality of point sources arranged around a axis which is for example the translation axis of the table and one or more detectors arranged facing the X-ray beams emitted by the sources.
  • these sources are less voluminous.
  • an object of the invention is an X-ray electronic scanning transmitting antenna comprising a plurality of X-ray sources and a metallic interconnection element providing mechanical support for the X-ray sources so as to maintain in a predetermined position.
  • the interconnection element is electrically connected to a high voltage power supply and to the anode of each X-ray source to apply a voltage difference between the anode and the cathode of each X-ray source and thus accelerate the beam electrons in the vacuum chamber.
  • this interconnection element allows the collimation of the X-ray radiation generated by the anode of each source.
  • the transmitting antenna of the invention has the advantage of being easily repairable when an X-ray source no longer works.
  • the antenna allows rapid identification of the faulty source and its replacement in an extremely rapid time without any other intervention on the other sources.
  • the transmitting antenna of the invention is therefore more robust, has a much lower maintenance cost and a much lower repair time than the X-ray electronic scanning antennas of the prior art.
  • an object of the invention is an X-ray transmitting antenna comprising:
  • X-ray sources each comprising:
  • - a cathode controlled by a switch to emit a beam of electrons within the vacuum enclosure; - an anode comprising a target arranged so that the electron beam impacts the target so as to generate X-ray radiation;
  • a metallic interconnection element providing mechanical support for the X-ray sources so as to maintain them in a predetermined position, said element being adapted to transmit a high voltage to at least the anode of each X-ray source so as to apply a voltage difference between the anode and the cathode of each X-ray source and thus accelerate the electron beam in the vacuum enclosure, said interconnection element partially encapsulating the anode and the vacuum enclosure of each X-ray source and having a plurality of recesses, each of the recesses opening opposite a respective anode so as to collimate the X-ray radiation generated by said respective anode, forming a collimated X-ray beam;
  • the interconnection element is adapted so that the sources are arranged so that a direction of propagation of the electron beams in their enclosure is substantially parallel, a direction of propagation of the beam d
  • the electrons in their enclosure being substantially opposed between two adjacent sources.
  • the interconnection element is adapted so that the sources are arranged in three rows, the electron beams from the sources of each of the rows having a direction of propagation in their enclosure parallel to each other and in the Same direction. More preferably, the directions of propagation of the electron beams of a first row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams of a second row and the directions of propagation of the electron beams of the second row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams of a third row.
  • the antenna comprises a control module configured to switch the switch of each of the X-ray sources according to a predetermined sequence.
  • the cathodes are configured to emit the electron beam in pulse mode by field effect.
  • the interconnection element allows evacuation of a portion of thermal power generated by the anodes during their operation, possibly by liquid cooling.
  • the dielectric material is solid, said antenna comprising a plurality of flexible joints made of dielectric material arranged between the dielectric material and the vacuum enclosure of each X-ray source.
  • the dielectric material is liquid, gaseous or in the form of gel.
  • the interconnection element is made of a metallic conductive material, for example copper or aluminum.
  • the metal layer has a thickness of between 50 and 250 microns.
  • the metal layer has a thickness greater than 500 microns, and has a plurality of openings adapted to carry out additional collimation of the collimated X-ray beams
  • the metal layer is made of lead, tungsten or even molybdenum.
  • the interconnection element is also adapted to transmit a high voltage to the cathode of each source.
  • Another object of the invention is an X-ray scanner device comprising an antenna according to the invention and one or more X-ray detectors arranged facing said antenna in order to detect the collimated X-ray beams emitted by said antenna after they have crossed an area to be imaged, said scanner comprising a high voltage generator electrically connected to said interconnection element via a high voltage connector CN, allowing the mechanical attachment of the high voltage generator to said antenna.
  • FIG.1 A and [Fig. 1 B] schematic views of an electronically scanned X-ray transmitting antenna according to the invention
  • FIG.l C a schematic view of an electronically scanned X-ray transmitting antenna according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 a sectional view along the zy plane of a transmitting antenna according to an embodiment of the invention in which the dielectric material is solid,
  • FIG. 3 a schematic view of an electronically scanned X-ray transmitting antenna according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 4 a schematic representation of a front view along the xy plane of an X-ray scanner device comprising the antenna of the invention
  • Figures 1 A and 1 B are schematic views of an X-ray transmitting antenna 1 with electronic scanning according to the invention. More precisely, Figure 1 A is a perspective representation of the internal structure of the antenna 1.
  • Figure 1 B is a schematic representation in section along a plane zy of the internal structure of the transmitting antenna 1.
  • the transmitting antenna 1 comprises a plurality of X-ray sources S.
  • each source S comprises three main elements:
  • each source is adapted to control remission of the FE electron beam in the EV enclosure of this source, for example in an “on/off” mode. Alternatively, it is possible to control the emission level of the FE electron beam.
  • each cathode and each anode are fixed to the vacuum enclosure EV of their source S.
  • the target C is preferably in a material with a high atomic number such as tungsten (pure or a tungsten alloy) in order to to produce the best X-ray generation efficiency, or in materials with lower atomic numbers, for sources used in the context of X-ray diffraction.
  • a material with a high atomic number such as tungsten (pure or a tungsten alloy) in order to produce the best X-ray generation efficiency, or in materials with lower atomic numbers, for sources used in the context of X-ray diffraction.
  • the anode comprises a target support SC whose role is to dissipate the thermal energy produced by the target during braking of the electron beam.
  • the material of the target support SC is preferably a good thermal conductor.
  • the target and the target support SC each have a shape adapted to allow nesting of the target C in the target support SC. This characteristic allows easier assembly of the target support SC with the target C.
  • the antenna of the invention comprises a metallic interconnection element El which performs a plurality of functions:
  • the element El provides mechanical support for the X-ray sources so as to maintain them in a predetermined position.
  • the vacuum enclosures are fixed to the element El, the latter forming the main mechanical structure of the transmitting antenna.
  • the El element is a rigid structure adapted to mechanically support all of the components of the antenna.
  • the element is a copper or aluminum bar.
  • the predetermined position of the sources S in the antenna depends on the application targeted by the user.
  • the sources S in the antenna are arranged so as to form a straight bar, an arc of a circle, a polygon (see for example Figure 4) or even any polyhedron.
  • the element El is adapted to transmit a high voltage to the anode of each X-ray source to apply a voltage difference between the anode and the cathode of each X-ray source and thus accelerate the electron beam in the vacuum chamber.
  • the element El is in mechanical contact with the anode (the target or the target support) and the interconnection part between the anodes is an electrically conductive material.
  • the cathodes of each source S are all connected to the ground plane CM of the antenna (see below) so as to be at zero electrical potential while the anode of each source, when they are powered up , is at an electric potential raised by the element El.
  • the high voltage source GHT connected to the element El and generating the high voltage is shown in Figure 1 A but it is not included in the antenna 1 of the invention.
  • the element El partially encapsulates the anode and the vacuum enclosure of each X-ray source S. This allows on the one hand the mechanical support of the sources and on the other hand, shielding of the In known manner, the X-ray is generated isotropically by the target C. To perform X-ray imaging with this X-ray, it is necessary to collimate it.
  • the element El has a plurality of recesses TF, each of the recesses opening opposite a respective anode. More precisely, the TF obviously forms a channel in which the The recess thus makes it possible to collimate the X-ray radiation generated by each anode, forming a beam FX collimated X-ray.
  • the shape of the recesses is adapted to obtain an X-ray beam with a predetermined aperture depending on the intended application.
  • the element El allows evacuation of a portion of thermal power generated by the anodes during their operation. Indeed, the anodes heat up considerably when braking the electron beam causing the generation of X-rays - typically at a temperature above 600°C - and the metallic material of the El element constitutes an excellent thermal conductor.
  • the heat evacuated by the element El is dissipated by means known to those skilled in the art, for example by a passive heat sink.
  • the element El comprises a liquid cooling system. More precisely, the element El comprises at least one channel CR in which circulates a fluid F evacuating the heat or a portion of the heat generated by the anodes.
  • the antenna 1 further comprises a metal layer CM which is electrically connected to the cathode of each X-ray source.
  • This metal layer CM forms the external envelope and is the ground plane of the antenna 1.
  • this layer is adapted to allow electrostatic focusing of the electron beam during its propagation in the vacuum enclosure in the case where the cathode/anode distance requires it. Indeed, if the gap between cathode and anode is short (for example a few centimeters), then the impact of the CM layer on the focusing is low. Conversely, if this gap is large, then the CM layer plays an important focusing role. These characteristics allow better X-ray generation efficiency.
  • this electrostatic focusing is controlled by the arrangement of the CM layer and its thickness, in relation to its distance from the vacuum chambers.
  • a minimum distance D f between the vacuum enclosure of a source S and a portion of the layer CM substantially parallel to a direction y of propagation of the electron beam in this enclosure at vacuum is constant in order to have optimal control of the electrostatic focusing of the electron beam during its propagation in the enclosure at empty.
  • the CM layer has a thickness of between 10 and 50 m for a distance D f of typically 20 mm.
  • the antenna of the invention comprises a dielectric material MD encapsulating the sources S and the element El.
  • the material MD is placed between these elements and the external envelope of the antenna, i.e. i.e. the CM layer.
  • the layer CM is arranged around the dielectric material MD.
  • the MD material is thus arranged to ensure electrical insulation between the layer CM of zero electric potential and the element El which is brought to a high electric potential during operation of the antenna. More precisely, a minimum distance D t between the layer CM and the element El is greater than an electrical breakdown distance through the dielectric material MD. This breakdown distance is determined by standard rules well known to those skilled in the art.
  • the structure of the antenna of the invention allows gentle degradation of the transmission function. Indeed, if one of the X-ray sources S is no longer functional, the choice of structure makes it possible to operate with the other remaining sources before any maintenance.
  • the use of a very high voltage connection distributed to all sources and an on/off switch I for each source S allows rapid identification of the faulty X-ray source and its replacement in an extremely rapid time without any intervention on other sources.
  • the antenna of the invention is therefore more robust, and has a much lower maintenance cost and repair time than the X-ray electronic scanning transmitting antennas of the prior art.
  • the element El plays a role of mechanical support for the sources to maintain them in a predetermined position.
  • all the relative positions of the sources with respect to each other are possible, provided that the X-ray beam FX emitted by each source propagates so as to illuminate the same zone to be imaged ZI ( see figure 4).
  • the only physical limitation to the arrangement of the sources in relation to each other is the need to have mechanical contact between the anode of each source and the interconnection element El.
  • the sources are arranged so as to form a straight bar, that is to say that the direction of propagation of the electron beams in their respective EV enclosure are substantially parallel.
  • the sources are arranged so that the direction of propagation of the electron beam is substantially opposite between two adjacent sources.
  • the sources S are arranged in two rows. In each of the rows, the electron beams are emitted in directions parallel to each other and in the same direction.
  • This arrangement makes it possible to reduce the distance between the FX beams emitted by adjacent sources in the antenna (also called “antenna pitch”). This makes it possible to obtain better image resolution in an imaging device comprising the antenna of the invention.
  • substantially opposite or “substantially parallel”, we mean here opposite or parallel to ⁇ 10°.
  • the pitch of the antenna is represented by the distance p in Figure 1 A.
  • alternating the directions of propagation of the electron beam between two adjacent sources S makes it possible to bring the position of the targets C closer together along of the element El.
  • the sources S occupy a large volume, due in particular to the presence of the dielectric material MD whose dimensions must be sufficient to absorb the potential difference between the cathode CAT and the anode A. These dimensions impose a minimum step between two adjacent sources S and belonging to the same row. Arranging the sources in two rows makes it possible to halve the pitch between two adjacent targets C.
  • the directions of propagation of the electron beams of a first row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams of a second row and the directions of propagation of the beams d
  • the electrons of the second row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams of a third row.
  • Certain rows may have targets emitting an FX beam by reflection, as shown in particular in Figures 1 B and 1 C.
  • other rows may have targets emitting an FX beam by transmission, that is to say that the electron beam hits the target on one of its faces and the FX X-ray beam is emitted from the opposite face.
  • the antenna 1 comprises a control module (not shown) configured to switch the switch of each of the X-ray sources according to a predetermined sequence.
  • a control module (not shown) configured to switch the switch of each of the X-ray sources according to a predetermined sequence.
  • a user programming this control module can adapt the predetermined sequence according to the intended application.
  • This module also makes it easy to identify a faulty source and thus simplifies antenna maintenance.
  • the sources S are cold cathode type X-ray sources.
  • a cold cathode type X-ray source we mean here a source comprising a cathode emitting a beam of electrons by field effect.
  • This type of cathode is for example described in document WO 2006/063982 A1.
  • Cold cathodes do not have the disadvantages of hot cathodes - or thermionic cathode - (expansion or evaporation of electrical conductive elements), they allow very rapid switching between electron emission and shutdown, and above all are much more compact.
  • the use of cold cathode type X-ray sources therefore allows greater compactness of the sources, which makes it possible to reduce the pitch p of the antenna of the invention. This allows an improvement in the resolution of a scanner device comprising the antenna of the invention, such as that presented in Figure 4 for example.
  • the cathodes are configured to emit the electron beam in pulse mode by field effect.
  • pulse speed allows rapid and variable electronic scanning by rapidly switching from one source to another, unlike a conventional rotating scanner where the speed is mechanical and not electronic.
  • this makes it possible to limit the thermal power on the anode of each source. Indeed, for a conventional scanner including an X-ray source, the source operates continuously as soon as the scanner is turned on. Conversely, in the case of the invention, if the transmitting antenna comprises n sources, each of these sources operates 1/n% of the scanner usage time.
  • the EV enclosure of each source S is partially or completely formed from ceramic in order to facilitate electrical insulation between the anode and the cathode.
  • the interconnection element El is also adapted to transmit a high voltage to the cathode of each source, in addition.
  • each X-ray source is bipolar.
  • This variant is not preferred because it requires that the cathode switches be brought to high voltage, which is much more technically complex than the variant in which only the anodes are brought to high voltage by the interconnection element El.
  • the target C has an inclined face Fl.
  • This inclination is preferably obtained for X-ray sources operating in reflection by making a compromise on different physical parameters of the source: the thermal of the anode, the angle of incidence of the electron beam, the quality of the X-ray photon beam and the required focal task.
  • the recesses have a shape adapted so that the FX beam is a collimated fan-shaped beam (or “fan beam” in English).
  • This beam shape combined with one or more linear detectors is advantageous in medical imaging for example because it allows better resolution in the reconstructed image.
  • the recesses have a shape adapted so that the FX beam is a collimated beam in the shape of a cone in order to carry out “Cone Beam Computer Tomgraphy”.
  • the metal layer CM in order to allow additional shielding of the antenna 1 to X-rays generated by the sources S, has a thickness of between 50 and 250 microns.
  • the CM layer is in a metal with a high atomic number Z such as lead, tungsten or molybdenum.
  • the CM layer is adapted to carry out additional collimation of the beams FX.
  • the layer CM has a thickness greater than 500 microns, and has a plurality of openings OF arranged opposite the recesses TF.
  • the shape and size of these OF openings is adapted to carry out additional collimation of the FX beams.
  • the shape and size of these openings OF is such that, after the additional collimation, each of the FX beams is a collimated beam in the shape of a fan (or “fan beam” in English) or cone (or “cone beam” in English).
  • the dielectric material MD is liquid (see Figure 2) including gels, solid or gaseous.
  • the MD material is for example sulfur hexafluoride.
  • a gas insulator has the advantage of being able to return to the initial state (“self-repairing”) in the event of electric arcs in the pressure vessel.
  • Figure 2 schematically illustrates a sectional view along the plane zy of an antenna 1 according to embodiment in which the material MD is solid.
  • a solid insulator has the advantage of being able to connect and disconnect a source from the antenna without having to deal with the problem of loss of sealing of the enclosure in the case of a liquid or gaseous insulator.
  • the use of an MD material requires the use of flexible, electrically insulating J joints placed between the MD dielectric material and the vacuum enclosure of each X-ray source. These J joints make it possible to avoid the appearance of air blades between the enclosures and the solid MD dielectric material which are likely to form electrical breakdown paths between the anode at high voltage and the exterior of the antenna at ground.
  • each source of the antenna 1 of the embodiment of Figure 2 comprises a queusot Q which is a tubular element making it possible to create a vacuum in the enclosure EV.
  • each source S comprises a Wehnelt W, which is a circular electrode used to control the intensity and focus the electron beam generated in the EV enclosure of the source by the Cat cathode.
  • Figure 4 is a schematic representation of a front view along the xy plane of an X-ray scanner device 2 comprising the antenna 1 of the invention.
  • Figures 1 B to 3 are schematic views of the antenna 1 according to the section PP' shown in Figure 4.
  • the scanner 2 comprises one or more detectors Det arranged opposite the antenna 1 in order to detect the FX beams emitted by the antenna after they have passed through an object to be imaged Obj included in the area to be imaged ZI.
  • the area to be imaged corresponds to the field of view covered by the FX beams and detected by the detectors.
  • the scanner typically comprises a table TD movable by translation relative to the antenna 1 and to the detector Det in a direction perpendicular to the image zone (which is along the xy plane in the example of Figure 4), in order to reconstruct a tomographic image of the object to be imaged Obj.
  • the sources S of the antenna are arranged around the translation axis of the table.
  • the element El of the antenna 1 is connected to a high voltage generator GHT via a high voltage connector CN which also allows the mechanical attachment of the generator GHT to the antenna 1.
  • the element El is adapted so that the antenna has five distinct sections SE each comprising seven sources S arranged so as to form a straight bar in the section SE.
  • the sections SE are arranged so as to form a polygonal semi-circle (called “arch” hereinafter).
  • arch polygonal semi-circle
  • This arrangement is advantageous in order to cover a larger field of view of the area to be imaged ZI.
  • the number of sections, the number of sources S in each section and the overall shape of the antenna 1 are given as non-limiting examples.
  • the scanner comprising the antenna of the invention has great modularity (number of sources, shape of the antenna, pitch of the antenna), is less expensive to maintain and has a gentler degradation than scanners comprising X-ray electronic scanning antennas of the prior art.
  • the transmitting antenna of the invention is not necessarily planar. That is to say that according to certain embodiments of the invention, the element El is adapted so that the antenna is split into non-coplanar subassemblies.
  • the antenna can have several sections similar to those in the figure
  • the element El is substantially perpendicular to the arches. It is however essential that, whatever the spatial structure of the antenna, the sources and their focal spots are at equal distances from the translation axis of the scanner.

Abstract

The invention relates to an X-ray antenna (1) comprising: - a plurality of X-ray sources (S) each comprising: o a vacuum chamber (EV); o a cathode (Cat) controlled by a switch (I) to emit an electron beam (FE) within the vacuum chamber; o an anode (A) comprising a target (C) arranged so that the electron beam strikes the target so as to generate X-ray radiation (FX); - a metal interconnection element (EI) providing mechanical support for the X-ray sources so as to hold them in a predetermined position, the element being suitable for transmitting a high voltage to the anode of each X-ray source in order to apply a voltage difference between the anode and cathode of each X-ray source and thus accelerate the electron beam in the vacuum chamber, the interconnection element partially encapsulating the anode and the vacuum chamber of each X-ray source and having a plurality of recesses, each of the recesses (TF) opening out opposite a respective anode so as to collimate the X-ray radiation generated by the respective anode, forming a collimated X-ray beam; - a dielectric material (MD) encapsulating the X-ray sources and the interconnection element; and - a metal layer (CM) around the dielectric material in contact with the cathode of each X-ray source.

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION
Titre de l'invention : Antenne d’émission à rayons X comprenant une pluralité de sources de rayons X Title of the invention: X-ray emission antenna comprising a plurality of X-ray sources
Domaine technique : Technical area :
[0001 ] La présente invention concerne le domaine des sources à rayons X. [0001] The present invention relates to the field of X-ray sources.
Technique antérieure : Prior technique:
[0002] Les rayons X ont aujourd'hui de nombreuses applications dans l’imagerie, notamment dans le domaine médical, dans l'industrie pour réaliser des contrôles non destructifs et dans la sécurité pour détecter des objets ou des matériaux dangereux. [0002] X-rays today have numerous applications in imaging, particularly in the medical field, in industry to carry out non-destructive checks and in security to detect dangerous objects or materials.
[0003] Les sources les plus couramment utilisées sont les tubes à rayons X. Un tube à rayons X est généralement constitué d'une enceinte sous vide. L'enveloppe est formée d'une structure métallique et d'un isolant électrique. Dans cette enveloppe, sont disposées deux électrodes. Pour un tube mono-polaire, une électrode cathodique, portée à un potentiel négatif, est équipée d'un émetteur d'électrons. Une seconde électrode anodique, portée à un potentiel positif par rapport à la première électrode est associée à une cible. Les électrons accélérés par la différence de potentiel entre les deux électrodes, viennent produire un spectre continu de rayons ionisants par freinage (bremsstrahlung) lorsqu'ils frappent la cible. Les électrodes métalliques sont généralement de grande taille et possèdent des rayons de courbure suffisamment grands afin de minimiser les champs électriques sur leur surface. [0003] The most commonly used sources are X-ray tubes. An X-ray tube generally consists of a vacuum enclosure. The envelope is made up of a metal structure and an electrical insulator. Two electrodes are placed in this envelope. For a mono-polar tube, a cathode electrode, brought to a negative potential, is equipped with an electron emitter. A second anode electrode, brought to a positive potential relative to the first electrode, is associated with a target. The electrons, accelerated by the potential difference between the two electrodes, produce a continuous spectrum of ionizing rays by braking (bremsstrahlung) when they strike the target. Metal electrodes are generally large and have sufficiently large radii of curvature to minimize electric fields on their surface.
[0004] De façon connue, la tomodensitométrie, également appelée scanographie met en oeuvre un système équipé d’un tube à rayons X émettant un faisceau collimaté en forme d’éventail connu en anglais sous le nom de « fan beam ». Le tube à rayons X est associé à un détecteur disposé en regard du faisceau. Le tube et le détecteur tournent autour d’une table recevant le patient. A chaque tour, la table avance en suivant l’axe de rotation du tube à rayons X et du détecteur d’un petit décalage correspondant à l’épaisseur d’une coupe patient. Un traitement informatique permet de reconstruire des coupes 2D ou des volume 3D des structures anatomiques du patient. Ce système est connu sous le nom de « CT-scanner >>, « CT >> étant l’acronyme anglais de « Computer Tomography >>. [0005] Les équipements mécaniques permettant de faire tourner le tube et le détecteur sont volumineux et lourds. : de plus, ils génèrent vibrations et bruits. [0004] In known manner, computed tomography, also called scanography, uses a system equipped with an X-ray tube emitting a collimated fan-shaped beam known in English as a “fan beam”. The X-ray tube is associated with a detector placed facing the beam. The tube and the detector rotate around a table receiving the patient. At each revolution, the table advances following the axis of rotation of the X-ray tube and the detector by a small offset corresponding to the thickness of a patient section. Computer processing makes it possible to reconstruct 2D sections or 3D volumes of the patient's anatomical structures. This system is known under the name “CT-scanner”, “CT” being the English acronym for “Computer Tomography”. [0005] The mechanical equipment making it possible to rotate the tube and the detector is bulky and heavy. : in addition, they generate vibrations and noise.
[0006] Afin de surmonter ce problème, il existe des sources ou antennes d’émission à balayage électronique à rayons X (voir par exemple FR N°2010947 ou encore WO 2019/011980 A1 ). Au lieu d’avoir un tube à rayons X conventionnel et un ou des détecteurs tournant autour de la table recevant le patient ou l’objet à inspecter comme dans un CT scanner conventionnel, ces sources comprennent une pluralité de sources ponctuelles disposées autour d’un axe qui est par exemple l’axe de translation de la table et un ou des détecteurs disposés en regard des faisceaux de rayons X émis par les sources. Ainsi, ces sources sont moins volumineuses. [0006] In order to overcome this problem, there are X-ray electronic scanning emission sources or antennas (see for example FR N°2010947 or WO 2019/011980 A1). Instead of having a conventional X-ray tube and one or more detectors rotating around the table receiving the patient or the object to be inspected as in a conventional CT scanner, these sources include a plurality of point sources arranged around a axis which is for example the translation axis of the table and one or more detectors arranged facing the X-ray beams emitted by the sources. Thus, these sources are less voluminous.
[0007] La conception d’une antenne d’émission à balayage électronique à rayons X pour scanner stationnaire à rayons X présente un très fort intérêt pour de multiples applications (sécurité, médical, contrôle non destructif ...). [0007] The design of an X-ray electronic scanning transmitting antenna for a stationary X-ray scanner is of very high interest for multiple applications (security, medical, non-destructive testing, etc.).
[0008] Pour concevoir une antenne d’émission à balayage électronique à rayons X, il est impératif de placer des sources ponctuelles de rayons X autour ou le long des zones à imager de sorte à couvrir cette zone avec le rayonnement des sources. En multipliant les sources, on augmente la capacité de balayage électronique. Ces sources fonctionnent à très haute tension (typiquement entre 0 et 500 kV), avec des courants émis variables, permettent l’émission de rayons X par freinage d’un faisceau d'électrons dans un matériau induisant un échauffement rapide et élevé de leur anode. Elles requièrent un positionnement mécanique précis dans l’espace et nécessitent une possibilité de changement rapide d’une source ponctuelle en cas de problème (MTTR rapide (Mean Time To Repair)). Elles ne doivent émettre que dans un angle solide défini par l’imagerie et donc leur rayonnement ne doit passer qu’au travers d’un collimateur, le reste de ce rayonnement doit être absorbée dans un blindage pour des raisons de sécurité. [0008] To design an X-ray electronically scanned transmitting antenna, it is imperative to place point sources of X-rays around or along the areas to be imaged so as to cover this area with the radiation from the sources. By multiplying the sources, we increase the electronic scanning capacity. These sources operate at very high voltage (typically between 0 and 500 kV), with variable emitted currents, allow the emission of X-rays by braking an electron beam in a material inducing rapid and high heating of their anode . They require precise mechanical positioning in space and require the possibility of rapid change of a point source in the event of a problem (rapid MTTR (Mean Time To Repair)). They must only emit in a solid angle defined by the imaging and therefore their radiation must only pass through a collimator, the rest of this radiation must be absorbed in shielding for security reasons.
[0009] Concevoir une source ponctuelle ne suffit donc pas au développement d’une antenne d’émission à balayage électronique à rayons X satisfaisante. [0009] Designing a point source is therefore not sufficient for the development of a satisfactory X-ray electronic scanning transmitting antenna.
[0010] A ce jour, il n’existe aucune antenne d’émission à balayage électronique à rayons X présentant un fonctionnement pleinement satisfaisant. Par exemple, certaines solutions existantes utilisent un seul tube à rayons X comprenant plus d’une dizaine de cathodes et une anode commune à toutes ces cathodes (voir par exemple US 2020/0312601 A1 ). Cependant, lorsqu’une cathode ne fonctionne plus, il est nécessaire de remplacer l’ensemble complet ce qui est coûteux et suboptimal. La compacité de cette solution est limitée. Elle nécessite l’utilisation de pompes ioniques afin d’obtenir et de maintenir un vide poussé dans le tube à rayons X compte tenu de la dimension de ce dernier. [0010] To date, there is no X-ray electronic scanning transmitting antenna exhibiting fully satisfactory operation. For example, some existing solutions use a single X-ray tube comprising more around ten cathodes and an anode common to all these cathodes (see for example US 2020/0312601 A1). However, when a cathode no longer works, it is necessary to replace the entire assembly, which is costly and suboptimal. The compactness of this solution is limited. It requires the use of ionic pumps in order to obtain and maintain a high vacuum in the X-ray tube given its size.
[0011] L’invention vise à pallier certains problèmes de l’art antérieur. A cet effet, un objet de l’invention est une antenne d’émission à balayage électronique à rayons X comprenant une pluralité de sources de rayons X et un élément d’interconnexion métallique assurant le support mécanique des sources de rayons X de manière à les maintenir dans une position prédéterminée. L’élément d’interconnexion est relié électriquement à une alimentation haute tension et à l’anode de chaque source de rayons X pour appliquer une différence de tension entre l’anode et la cathode de chaque source de rayons X et ainsi accélérer le faisceau d’électrons dans l’enceinte à vide. De plus, cet élément d’interconnexion permet la collimation du rayonnement X généré par l’anode de chaque source. [0011] The invention aims to overcome certain problems of the prior art. For this purpose, an object of the invention is an X-ray electronic scanning transmitting antenna comprising a plurality of X-ray sources and a metallic interconnection element providing mechanical support for the X-ray sources so as to maintain in a predetermined position. The interconnection element is electrically connected to a high voltage power supply and to the anode of each X-ray source to apply a voltage difference between the anode and the cathode of each X-ray source and thus accelerate the beam electrons in the vacuum chamber. In addition, this interconnection element allows the collimation of the X-ray radiation generated by the anode of each source.
[0012] Ainsi, l’antenne d’émission de l’invention présente l’avantage d’être aisément réparable lorsqu’une source de rayons X ne fonctionne plus. De plus, l’antenne permet une identification rapide de la source défaillante et son remplacement dans un temps extrêmement rapide sans aucune autre intervention sur les autres sources. L’antenne d’émission de l’invention est donc plus robuste, présente un coût de maintenance et un temps de réparation beaucoup moins élevés que les antennes à balayage électronique à rayons X de l’art antérieur. [0012] Thus, the transmitting antenna of the invention has the advantage of being easily repairable when an X-ray source no longer works. In addition, the antenna allows rapid identification of the faulty source and its replacement in an extremely rapid time without any other intervention on the other sources. The transmitting antenna of the invention is therefore more robust, has a much lower maintenance cost and a much lower repair time than the X-ray electronic scanning antennas of the prior art.
Résumé de l’invention : Summary of the invention:
[0013] A cet effet, un objet de l’invention est une antenne d’émission à rayons X comprenant : [0013] For this purpose, an object of the invention is an X-ray transmitting antenna comprising:
- une pluralité de sources de rayons X comprenant chacune : - a plurality of X-ray sources each comprising:
- une enceinte à vide; - a vacuum enclosure;
- une cathode contrôlée par un interrupteur pour émettre un faisceau d’électrons au sein de l’enceinte à vide ; - une anode comprenant une cible agencée pour que le faisceau d’électrons impacte la cible de manière à générer un rayonnement X;- a cathode controlled by a switch to emit a beam of electrons within the vacuum enclosure; - an anode comprising a target arranged so that the electron beam impacts the target so as to generate X-ray radiation;
- un élément d’interconnexion métallique assurant le support mécanique des sources de rayons X de manière à les maintenir dans une position prédéterminée, ledit élément étant adapté pour transmettre une haute tension à au moins l’anode de chaque source de rayons X de manière à appliquer une différence de tension entre l’anode et la cathode de chaque source de rayons X et ainsi accélérer le faisceau d’électrons dans l’enceinte à vide, ledit élément d’interconnexion encapsulant partiellement l’anode et l’enceinte à vide de chaque source de rayons X et présentant une pluralité d’évidements, chacun des évidements débouchant en regard d’une anode respective de manière à collimater le rayonnement X généré par ladite anode respective, en formant un faisceau collimaté à rayons X ; - a metallic interconnection element providing mechanical support for the X-ray sources so as to maintain them in a predetermined position, said element being adapted to transmit a high voltage to at least the anode of each X-ray source so as to apply a voltage difference between the anode and the cathode of each X-ray source and thus accelerate the electron beam in the vacuum enclosure, said interconnection element partially encapsulating the anode and the vacuum enclosure of each X-ray source and having a plurality of recesses, each of the recesses opening opposite a respective anode so as to collimate the X-ray radiation generated by said respective anode, forming a collimated X-ray beam;
- un matériau diélectrique encapsulant les sources de rayons X et l’élément d’interconnexion ; - a dielectric material encapsulating the X-ray sources and the interconnection element;
- une couche métallique autour du matériau diélectrique en contact avec la cathode de chaque source de rayons X. - a metallic layer around the dielectric material in contact with the cathode of each X-ray source.
[0014] De manière préférentielle, l’élément d’interconnexion est adapté pour que les sources soient disposées de manière à ce qu’une direction de propagation des faisceaux d’électrons dans leur enceinte soit sensiblement parallèle, un sens de propagation du faisceau d’électrons dans leur enceinte étant sensiblement opposé entre deux sources adjacentes. [0014] Preferably, the interconnection element is adapted so that the sources are arranged so that a direction of propagation of the electron beams in their enclosure is substantially parallel, a direction of propagation of the beam d The electrons in their enclosure being substantially opposed between two adjacent sources.
[0015] De manière préférentielle, l’élément d’interconnexion est adapté pour que les sources soient disposées en trois rangées, les faisceaux d’électrons des sources de chacune des rangées présentant une direction de propagation dans leur enceinte parallèles entre elles et dans le même sens. De manière encore préférentielle, les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une première rangée forment un angle de 90° avec les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une deuxième rangée et les directions de propagation des faisceaux d’électrons de la deuxième rangée forment un angle de 90° avec les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une troisième rangée. [0016] De manière préférentielle, l’antenne comprend un module de pilotage configuré pour commuter l’interrupteur de chacune des sources de rayons X selon une séquence prédéterminée. [0015] Preferably, the interconnection element is adapted so that the sources are arranged in three rows, the electron beams from the sources of each of the rows having a direction of propagation in their enclosure parallel to each other and in the Same direction. More preferably, the directions of propagation of the electron beams of a first row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams of a second row and the directions of propagation of the electron beams of the second row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams of a third row. [0016] Preferably, the antenna comprises a control module configured to switch the switch of each of the X-ray sources according to a predetermined sequence.
[0017] De manière préférentielle, les cathodes sont configurées pour émettre le faisceau d’électrons en régime impulsionnel par effet de champ. [0017] Preferably, the cathodes are configured to emit the electron beam in pulse mode by field effect.
[0018] De manière préférentielle, l’élément d’interconnexion permet une évacuation d’une portion d’une puissance thermique générée par les anodes lors de leur fonctionnement, éventuellement par un refroidissement liquide. [0018] Preferably, the interconnection element allows evacuation of a portion of thermal power generated by the anodes during their operation, possibly by liquid cooling.
[0019] De manière préférentielle, le matériau diélectrique est solide, ladite antenne comprenant une pluralité de joints souples en matériau diélectrique disposés entre le matériau diélectrique et l’enceinte à vide de chaque source à rayons X. Alternativement, le matériau diélectrique est liquide, gazeux ou sous la forme de gel. [0019] Preferably, the dielectric material is solid, said antenna comprising a plurality of flexible joints made of dielectric material arranged between the dielectric material and the vacuum enclosure of each X-ray source. Alternatively, the dielectric material is liquid, gaseous or in the form of gel.
[0020] De manière préférentielle, l’élément d’interconnexion est dans un matériau conducteur métallique, par exemple en cuivre ou en aluminium. Preferably, the interconnection element is made of a metallic conductive material, for example copper or aluminum.
[0021] De manière préférentielle, la couche métallique présente une épaisseur comprise entre 50 et 250 microns. Alternativement, la couche métallique présente une épaisseur supérieure à 500 microns, et présente une pluralité d’ouvertures adaptées pour effectuer une collimation additionnelle des faisceaux collimatés à rayons X Preferably, the metal layer has a thickness of between 50 and 250 microns. Alternatively, the metal layer has a thickness greater than 500 microns, and has a plurality of openings adapted to carry out additional collimation of the collimated X-ray beams
[0022] De manière préférentielle, la couche métallique est en plomb, en tungstène ou encore en molybdène. Preferably, the metal layer is made of lead, tungsten or even molybdenum.
[0023] De manière préférentielle, l’élément d’interconnexion est en outre adapté pour transmettre une haute tension à la cathode de chaque source. [0023] Preferably, the interconnection element is also adapted to transmit a high voltage to the cathode of each source.
[0024] Une autre objet de l’invention est un dispositif scanner à rayons X comprenant une antenne selon l’invention et un ou des détecteurs de rayons X disposés en regard de ladite antenne afin de détecter les faisceaux collimaté à rayons X émis par ladite antenne après qu’ils aient traversés une zone à imager, ledit scanner comprenant un générateur de haute tension relié électriquement audit élément d’interconnexion par l’intermédiaire d’un connecteur haute tension CN, permettant la fixation mécanique du générateur de haute tension à ladite antenne. Brève description des figures : Another object of the invention is an X-ray scanner device comprising an antenna according to the invention and one or more X-ray detectors arranged facing said antenna in order to detect the collimated X-ray beams emitted by said antenna after they have crossed an area to be imaged, said scanner comprising a high voltage generator electrically connected to said interconnection element via a high voltage connector CN, allowing the mechanical attachment of the high voltage generator to said antenna. Brief description of the figures:
[0025] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement : Other characteristics, details and advantages of the invention will emerge on reading the description made with reference to the appended drawings given by way of example and which represent, respectively:
[0026] [Fig.1 A] et [Fig. 1 B] des vues schématiques d’une antenne d’émission à rayons X à balayage électronique selon l’invention, [0026] [Fig.1 A] and [Fig. 1 B] schematic views of an electronically scanned X-ray transmitting antenna according to the invention,
[0027] [Fig.l C] une vue schématique d’une antenne d’émission à rayons X à balayage électronique selon un mode de réalisation de l’invention, [0027] [Fig.l C] a schematic view of an electronically scanned X-ray transmitting antenna according to one embodiment of the invention,
[0028] [Fig. 2], une vue en coupe selon le plan zy d’une antenne d’émission selon un mode de réalisation de l’invention dans lequel le matériau diélectrique est solide,[0028] [Fig. 2], a sectional view along the zy plane of a transmitting antenna according to an embodiment of the invention in which the dielectric material is solid,
[0029] [Fig. 3] une vue schématique d’une antenne d’émission à rayons X à balayage électronique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,[0029] [Fig. 3] a schematic view of an electronically scanned X-ray transmitting antenna according to a second embodiment of the invention,
[0030] [Fig. 4], une représentation schématique d’une vue de face selon le plan xy d’un dispositif scanner à rayons X comprenant l’antenne de l’invention, [0030] [Fig. 4], a schematic representation of a front view along the xy plane of an X-ray scanner device comprising the antenna of the invention,
[0031] Dans les figures, sauf contre-indication, les éléments ne sont pas à l’échelle.[0031] In the figures, unless contraindicated, the elements are not to scale.
Description détaillée : Detailed description :
[0032] Les figures 1 A et 1 B sont des vues schématiques d’une antenne d’émission à rayons X 1 à balayage électronique selon l’invention. Plus précisément, la figure 1 A est une représentation en perspective de la structure interne de l’antenne 1 .[0032] Figures 1 A and 1 B are schematic views of an X-ray transmitting antenna 1 with electronic scanning according to the invention. More precisely, Figure 1 A is a perspective representation of the internal structure of the antenna 1.
La figure 1 B est une représentation schématique en coupe selon un plan zy de la structure interne de l’antenne d’émission 1 . Afin d’effectuer un balayage électronique de la zone à contrôler, l’antenne d’émission 1 selon l’invention comprend une pluralité de sources S de rayons X. De manière connue en soi, chaque source S comprend trois éléments principaux : Figure 1 B is a schematic representation in section along a plane zy of the internal structure of the transmitting antenna 1. In order to carry out electronic scanning of the area to be monitored, the transmitting antenna 1 according to the invention comprises a plurality of X-ray sources S. In a manner known per se, each source S comprises three main elements:
- une enceinte à vide EV ; - an EV vacuum enclosure;
- une cathode Cat contrôlée par un interrupteur I pour émettre un faisceau d’électrons FE au sein de l’enceinte à vide ; - a Cat cathode controlled by a switch I to emit an FE electron beam within the vacuum enclosure;
- une anode A comprenant une cible C agencée pour que le faisceau d’électrons impacte la cible de manière à générer un rayonnement X (noté F dans la figure 1 B). [0033] L’interrupteur I de la cathode de chaque source est adapté pour contrôler rémission du faisceau d’électrons FE dans l’enceinte EV de cette source par exemple selon un mode « on/off ». Alternativement, il est possible de contrôler le niveau d’émission du faisceau d’électrons FE. Dans l’invention, chaque cathode et chaque anode sont fixées à l’enceinte à vide EV de leur source S. La cible C est de préférence dans un matériau à fort numéro atomique tel que le tungstène (pur ou un alliage de tungstène) afin de produire le meilleur rendement de génération de rayons X, ou dans des matériaux à plus faible numéro atomique, pour des sources utilisées dans le cadre de la diffraction des rayons X. - an anode A comprising a target C arranged so that the electron beam impacts the target so as to generate X radiation (denoted F in Figure 1 B). The switch I of the cathode of each source is adapted to control remission of the FE electron beam in the EV enclosure of this source, for example in an “on/off” mode. Alternatively, it is possible to control the emission level of the FE electron beam. In the invention, each cathode and each anode are fixed to the vacuum enclosure EV of their source S. The target C is preferably in a material with a high atomic number such as tungsten (pure or a tungsten alloy) in order to to produce the best X-ray generation efficiency, or in materials with lower atomic numbers, for sources used in the context of X-ray diffraction.
[0034] Selon le mode de réalisation illustré en figures 1 A et 1 B, l’anode comprend un support cible SC ayant pour rôle de dissiper l’énergie thermique produite par la cible lors du freinage du faisceau d’électrons. Aussi, le matériau du support cible SC est de préférence un bon conducteur thermique. According to the embodiment illustrated in Figures 1 A and 1 B, the anode comprises a target support SC whose role is to dissipate the thermal energy produced by the target during braking of the electron beam. Also, the material of the target support SC is preferably a good thermal conductor.
[0035] De manière préférentielle, comme cela est illustré dans la figure 1 B, la cible et le support cible SC présentent chacun une forme adaptée pour permettre un emboîtement de la cible C dans le support cible SC. Cette caractéristique permet un assemblage plus aisé du support cible SC avec la cible C. [0035] Preferably, as illustrated in Figure 1 B, the target and the target support SC each have a shape adapted to allow nesting of the target C in the target support SC. This characteristic allows easier assembly of the target support SC with the target C.
[0036] A la différence des antennes d’émission à balayage électronique à rayons X de l’art antérieur, l’antenne de l’invention comprend un élément d’interconnexion El métallique qui réalise une pluralité de fonctions : Unlike the X-ray electronic scanning transmitting antennas of the prior art, the antenna of the invention comprises a metallic interconnection element El which performs a plurality of functions:
- une fonction d’alimentation très haute tension des sources S de rayons X - a very high voltage power supply function for the X-ray sources S
- une fonction de maintien mécanique des sources S - a mechanical maintenance function for sources S
- une fonction de collimation du rayonnement X généré par chaque source S et le blindage du rayonnement X en dehors de cette collimation - a collimation function of the X-rays generated by each source S and the shielding of the X-rays outside this collimation
- une fonction thermique, pour refroidir l’anode des sources S - a thermal function, to cool the anode of the S sources
- une fonction de sécurité des personnes afin d’éviter toute décharge électrique à son contact. - a personal safety function to prevent any electric shock upon contact.
[0037] En effet, l’élément El assure le support mécanique des sources de rayons X de manière à les maintenir dans une position prédéterminée. Pour cela, les enceintes à vide sont fixées à l’élément El, ce dernier formant la structure mécanique principale de l’antenne d’émission. L’élément El est une structure rigide adaptée pour supporter mécaniquement l’ensemble des composants de l’antenne. A titre d’exemple, l’élément est un barreau en cuivre ou en aluminium. [0037] Indeed, the element El provides mechanical support for the X-ray sources so as to maintain them in a predetermined position. For this, the vacuum enclosures are fixed to the element El, the latter forming the main mechanical structure of the transmitting antenna. The El element is a rigid structure adapted to mechanically support all of the components of the antenna. For example, the element is a copper or aluminum bar.
[0038] La position prédéterminée des sources S dans l’antenne dépend de l’application visée par l’utilisateur. A titre d’exemple, les sources S dans l’antenne sont agencées de manière à former une barrette droite, un arc de cercle, un polygone (voir par exemple figure 4) ou encore un polyèdre quelconque. The predetermined position of the sources S in the antenna depends on the application targeted by the user. For example, the sources S in the antenna are arranged so as to form a straight bar, an arc of a circle, a polygon (see for example Figure 4) or even any polyhedron.
[0039] De plus, l’élément El est adapté pour transmettre une haute tension à l’anode de chaque source de rayons X pour appliquer une différence de tension entre l’anode et la cathode de chaque source de rayons X et ainsi accélérer le faisceau d’électrons dans l’enceinte à vide. Pour cela, l’élément El est en contact mécanique avec l’anode (la cible ou le support cible) et la partie d’interconnexion entre les anodes est un matériau conducteur électrique. En effet, les cathodes de chaque source S sont toutes reliées au plan de masse CM de l’antenne (voir plus loin) de manière à être à un potentiel électrique nul alors que l’anode de chaque source, lors de leur mise sous tension, est à un potentiel électrique élevé par l’élément El. La source de haute tension GHT reliée à l’élément El et générant la haute tension est représentée dans la figure 1 A mais elle n’est pas comprise dans l’antenne 1 de l’invention. [0039] Furthermore, the element El is adapted to transmit a high voltage to the anode of each X-ray source to apply a voltage difference between the anode and the cathode of each X-ray source and thus accelerate the electron beam in the vacuum chamber. For this, the element El is in mechanical contact with the anode (the target or the target support) and the interconnection part between the anodes is an electrically conductive material. Indeed, the cathodes of each source S are all connected to the ground plane CM of the antenna (see below) so as to be at zero electrical potential while the anode of each source, when they are powered up , is at an electric potential raised by the element El. The high voltage source GHT connected to the element El and generating the high voltage is shown in Figure 1 A but it is not included in the antenna 1 of the invention.
[0040] Comme illustré dans les figures 1 A et 1 B, l’élément El encapsule partiellement l’anode et l’enceinte à vide de chaque source S de rayons X. Ceci permet d’une part le support mécanique des sources et d’autre part un blindage du rayonnement X généré par freinage par la cible C. L’élément permet de plus la tenue en tension entre l’intérieur de l’antenne et l’extérieur. De manière connue, le rayonnement X est généré de manière isotrope par la cible C. Pour effectuer de l’imagerie par rayons X avec ce rayonnement X, il est nécessaire de le collimater. Pour cela, l’élément El présente une pluralité d’évidements TF, chacun des évidements débouchant en regard d’une anode respective. Plus précisément l’évidemment TF forme un canal dans lequel les rayons X peuvent se propager et non pas être bloqué par le blindage que réalise l’élément El de par la nature même du matériau qui le compose. L’évidement permet ainsi de collimater le rayonnement X généré par chaque anode, en formant un faisceau FX collimaté à rayons X. La forme des évidements est adaptée pour obtenir un faisceau à rayons X avec une ouverture prédéterminée en fonction de l’application visée. [0040] As illustrated in Figures 1 A and 1 B, the element El partially encapsulates the anode and the vacuum enclosure of each X-ray source S. This allows on the one hand the mechanical support of the sources and on the other hand, shielding of the In known manner, the X-ray is generated isotropically by the target C. To perform X-ray imaging with this X-ray, it is necessary to collimate it. For this, the element El has a plurality of recesses TF, each of the recesses opening opposite a respective anode. More precisely, the TF obviously forms a channel in which the The recess thus makes it possible to collimate the X-ray radiation generated by each anode, forming a beam FX collimated X-ray. The shape of the recesses is adapted to obtain an X-ray beam with a predetermined aperture depending on the intended application.
[0041] Compte tenu du contact mécanique entre l’élément d’interconnexion El métallique et l’anode, l’élément El permet une évacuation d’une portion d’une puissance thermique générée par les anodes lors de leur fonctionnement. En effet, les anodes chauffent considérablement lors du freinage du faisceau d’électrons entraînant la génération des rayons X -typiquement à une température supérieure à 600°C- et le matériau métallique de l’élément El constitue un excellent conducteur thermique. La chaleur évacuée par l’élément El est dissipée par des moyens connus de l’homme de l’art, par exemple par un dissipateur thermique passif. [0041] Taking into account the mechanical contact between the metallic interconnection element El and the anode, the element El allows evacuation of a portion of thermal power generated by the anodes during their operation. Indeed, the anodes heat up considerably when braking the electron beam causing the generation of X-rays - typically at a temperature above 600°C - and the metallic material of the El element constitutes an excellent thermal conductor. The heat evacuated by the element El is dissipated by means known to those skilled in the art, for example by a passive heat sink.
[0042] Préférentiellement, comme illustré en figure 1C, selon un mode de réalisation de l’invention, l’élément El comprend un système de refroidissement liquide. Plus précisément, l’élément El comprend au moins un canal CR dans lequel circule un fluide F évacuant la chaleur ou une portion de la chaleur générée par les anodes. [0042] Preferably, as illustrated in Figure 1C, according to one embodiment of the invention, the element El comprises a liquid cooling system. More precisely, the element El comprises at least one channel CR in which circulates a fluid F evacuating the heat or a portion of the heat generated by the anodes.
[0043] L’antenne 1 comprend en outre, une couche métallique CM qui est reliée électriquement à la cathode de chaque source de rayons X. Cette couche métallique CM forme l’enveloppe externe et est le plan de masse de l’antenne 1 . En outre, cette couche est adaptée pour permettre une focalisation électrostatique du faisceau d’électrons lors de sa propagation dans l’enceinte à vide dans le cas où la distance cathode/anode le requiert. En effet, si le gap entre cathode et anode est court (par exemple quelques centimètres), alors l’impact de la couche CM sur la focalisation est faible. A l’inverse, si ce gap est important, alors la couche CM joue un rôle important de focalisation. Ces caractéristiques permettent un meilleur rendement de génération de rayons X. Plus précisément, cette focalisation électrostatique est contrôlée par la disposition de la couche CM et son épaisseur, par rapport à sa distance aux enceintes à vide. De manière préférentielle, comme illustré en figure 1 B, une distance minimale Df entre l’enceinte à vide d’une source S et une portion de la couche CM sensiblement parallèle à une direction y de propagation du faisceau d’électrons dans cette enceinte à vide est constante afin d’avoir un contrôle optimal de la focalisation électrostatique du faisceau d’électrons lors de sa propagation dans l’enceinte à vide. Dans ce mode de réalisation, de manière préférentielle, la couche CM présente une épaisseur comprise entre 10 et 50 m pour une distance Df de 20 mm typiquement. The antenna 1 further comprises a metal layer CM which is electrically connected to the cathode of each X-ray source. This metal layer CM forms the external envelope and is the ground plane of the antenna 1. In addition, this layer is adapted to allow electrostatic focusing of the electron beam during its propagation in the vacuum enclosure in the case where the cathode/anode distance requires it. Indeed, if the gap between cathode and anode is short (for example a few centimeters), then the impact of the CM layer on the focusing is low. Conversely, if this gap is large, then the CM layer plays an important focusing role. These characteristics allow better X-ray generation efficiency. More precisely, this electrostatic focusing is controlled by the arrangement of the CM layer and its thickness, in relation to its distance from the vacuum chambers. Preferably, as illustrated in Figure 1 B, a minimum distance D f between the vacuum enclosure of a source S and a portion of the layer CM substantially parallel to a direction y of propagation of the electron beam in this enclosure at vacuum is constant in order to have optimal control of the electrostatic focusing of the electron beam during its propagation in the enclosure at empty. In this embodiment, preferably, the CM layer has a thickness of between 10 and 50 m for a distance D f of typically 20 mm.
[0044] De plus, l’antenne de l’invention comprend un matériau diélectrique MD encapsulant les sources S et l’élément El. Le matériau MD est disposé entre ces éléments et l’enveloppe externe de l’antenne, c’est-à-dire la couche CM. Autrement dit, la couche CM est agencée autour du matériau diélectrique MD. Le matériau MD est agencé ainsi pour assurer une isolation électrique entre la couche CM de potentiel électrique nul et l’élément El qui est porté à un potentiel électrique élevé lors du fonctionnement de l’antenne. Plus précisément, une distance Dt minimale entre la couche CM et l’élément El est supérieure à une distance de claquage électrique au travers du matériau diélectrique MD. Cette distance de claquage est déterminée par des règles standards bien connues de l’homme de l’art. [0044] Furthermore, the antenna of the invention comprises a dielectric material MD encapsulating the sources S and the element El. The material MD is placed between these elements and the external envelope of the antenna, i.e. i.e. the CM layer. In other words, the layer CM is arranged around the dielectric material MD. The MD material is thus arranged to ensure electrical insulation between the layer CM of zero electric potential and the element El which is brought to a high electric potential during operation of the antenna. More precisely, a minimum distance D t between the layer CM and the element El is greater than an electrical breakdown distance through the dielectric material MD. This breakdown distance is determined by standard rules well known to those skilled in the art.
[0045] La structure de l’antenne de l’invention permet une dégradation douce de la fonction d’émission. En effet, si une des sources S de rayons X n’est plus fonctionnelle, le choix de la structure permet de fonctionner avec les autres sources restantes avant toute maintenance. De plus, l’utilisation d’une connexion très haute tension distribuée à toutes les sources et d’un interrupteur I marche/arrêt pour chaque source S permet une identification rapide de la source de rayons X défaillante et son remplacement dans un temps extrêmement rapide sans aucune intervention sur les autres sources. L’antenne de l’invention est donc plus robuste, et présente un coût de maintenance et un temps réparation beaucoup moins élevé que les antennes d’émission à balayage électronique à rayons X de l’art antérieur. The structure of the antenna of the invention allows gentle degradation of the transmission function. Indeed, if one of the X-ray sources S is no longer functional, the choice of structure makes it possible to operate with the other remaining sources before any maintenance. In addition, the use of a very high voltage connection distributed to all sources and an on/off switch I for each source S allows rapid identification of the faulty X-ray source and its replacement in an extremely rapid time without any intervention on other sources. The antenna of the invention is therefore more robust, and has a much lower maintenance cost and repair time than the X-ray electronic scanning transmitting antennas of the prior art.
[0046] Comme évoqué précédemment, l’élément El joue un rôle de support mécanique des sources pour les maintenir dans une position prédéterminée. Dans l’antenne de l’invention, toutes les positions relatives des sources les unes par rapport aux autres sont possibles, à condition que le faisceau FX de rayons X émis par chaque source se propage de manière à illuminer une même zone à imager ZI (voir figure 4). La seule limitation physique à l’agencement des sources les unes par rapport aux autres est la nécessité d’avoir un contact mécanique entre l’anode de chaque source et l’élément d’interconnexion El. Selon un mode de réalisation, comme illustré en figure 1 A, les sources sont aménagées de manière à former une barrette droite, c’est-à-dire que la direction de propagation des faisceaux d’électrons dans leur enceinte EV respective sont sensiblement parallèles. De manière préférentielle, dans ce mode de réalisation, les sources sont agencées pour que le sens de propagation du faisceau d’électrons soit sensiblement opposé entre deux sources adjacentes. Autrement, dit, les sources S sont disposées en deux rangées. Dans chacune des rangées, les faisceaux d’électrons sont émis dans des directions parallèles entre elles et dans le même sens. Cette disposition permet de réduire la distance entre les faisceaux FX émis par des sources adjacentes dans l’antenne (aussi appelée « pas de l’antenne »). Ceci permet d’obtenir une meilleure résolution d’image dans un dispositif d’imagerie comprenant l’antenne de l’invention. Par « sensiblement opposé » ou « sensiblement parallèle », on entend ici opposé ou parallèle à ±10°. Le pas de l’antenne est représenté par la distance p dans la figure 1 A. Plus précisément, le fait d’alterner les sens de propagation du faisceau d’électrons entre deux sources S adjacentes permet de rapprocher la position des cibles C le long de l’élément El. En effet, les sources S occupent un volume important, dû notamment à la présence du matériau diélectrique MD dont les dimensions doivent être suffisantes pour encaisser la différence de potentiel entre la cathode CAT et l’anode A. Ces dimensions imposent un pas minimum entre deux sources S adjacentes et appartenant à une même rangée. Le fait de disposer les sources en deux rangées permet de diviser par deux le pas entre deux cibles C adjacentes. As mentioned previously, the element El plays a role of mechanical support for the sources to maintain them in a predetermined position. In the antenna of the invention, all the relative positions of the sources with respect to each other are possible, provided that the X-ray beam FX emitted by each source propagates so as to illuminate the same zone to be imaged ZI ( see figure 4). The only physical limitation to the arrangement of the sources in relation to each other is the need to have mechanical contact between the anode of each source and the interconnection element El. According to one mode embodiment, as illustrated in Figure 1 A, the sources are arranged so as to form a straight bar, that is to say that the direction of propagation of the electron beams in their respective EV enclosure are substantially parallel. Preferably, in this embodiment, the sources are arranged so that the direction of propagation of the electron beam is substantially opposite between two adjacent sources. In other words, the sources S are arranged in two rows. In each of the rows, the electron beams are emitted in directions parallel to each other and in the same direction. This arrangement makes it possible to reduce the distance between the FX beams emitted by adjacent sources in the antenna (also called “antenna pitch”). This makes it possible to obtain better image resolution in an imaging device comprising the antenna of the invention. By “substantially opposite” or “substantially parallel”, we mean here opposite or parallel to ±10°. The pitch of the antenna is represented by the distance p in Figure 1 A. More precisely, alternating the directions of propagation of the electron beam between two adjacent sources S makes it possible to bring the position of the targets C closer together along of the element El. Indeed, the sources S occupy a large volume, due in particular to the presence of the dielectric material MD whose dimensions must be sufficient to absorb the potential difference between the cathode CAT and the anode A. These dimensions impose a minimum step between two adjacent sources S and belonging to the same row. Arranging the sources in two rows makes it possible to halve the pitch between two adjacent targets C.
[0047] De façon plus générale, il est possible de prévoir plus de deux rangées de sources afin de réduire encore le pas entre les cibles. Par exemple, lorsque trois rangées sont prévues, il est possible de décaler les directions des faisceaux d'électrons d’environ 90°. Plus précisément, dans ce cas, les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une première rangée forment un angle de 90° avec les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une deuxième rangée et les directions de propagation des faisceaux d’électrons de la deuxième rangée forment un angle de 90° avec les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une troisième rangée. [0048] Certaines rangées peuvent posséder des cibles émettant un faisceau FX par réflexion, comme représenté notamment sur les figures 1 B et 1 C. d’autres rangées peuvent posséder des cibles émettant un faisceau FX par transmission, c’est-à-dire que le faisceau d’électrons frappe la cible sur une de ses faces et le faisceau de rayons X FX est émis à parti de la face opposée. More generally, it is possible to provide more than two rows of sources in order to further reduce the spacing between the targets. For example, when three rows are provided, it is possible to shift the directions of the electron beams by approximately 90°. More precisely, in this case, the directions of propagation of the electron beams of a first row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams of a second row and the directions of propagation of the beams d The electrons of the second row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams of a third row. [0048] Certain rows may have targets emitting an FX beam by reflection, as shown in particular in Figures 1 B and 1 C. other rows may have targets emitting an FX beam by transmission, that is to say that the electron beam hits the target on one of its faces and the FX X-ray beam is emitted from the opposite face.
[0049] De manière préférentielle, l’antenne 1 comprend un module de pilotage (non représenté) configuré pour commuter l’interrupteur de chacune des sources de rayons X selon une séquence prédéterminée. Ainsi, un utilisateur programmant ce module de pilotage peut adapter la séquence prédéterminée en fonction de l’application visée. Ce module permet aussi de facilement identifier une source défectueuse et ainsi simplifie la maintenance de l’antenne. Preferably, the antenna 1 comprises a control module (not shown) configured to switch the switch of each of the X-ray sources according to a predetermined sequence. Thus, a user programming this control module can adapt the predetermined sequence according to the intended application. This module also makes it easy to identify a faulty source and thus simplifies antenna maintenance.
[0050] De manière préférentielle, les sources S sont des sources à rayons X de type cathode froide. Pour clarification, par « une source à rayons X de type cathode froide », on entend ici une source comprenant une cathode émettant un faisceau d'électrons par effet de champ. Ce type de cathode est par exemple décrit dans le document WO 2006/063982 A1 . Les cathodes froides n'ont pas les inconvénients des cathodes chaudes -ou cathode thermoïoniques- (dilatation ou évaporation d’éléments conducteurs électriques), elles permettent des commutations très rapides entre émission d’électrons et arrêt, et sont surtout beaucoup plus compactes. L’utilisation des sources à rayons X de type cathode froide permet donc une plus grande compacité des sources, ce qui permet de réduire le pas p de l’antenne de l’invention. Ceci permet une amélioration de la résolution d’un dispositif scanner comprenant l’antenne de l’invention, comme celui présenté en figure 4 par exemple. Preferably, the sources S are cold cathode type X-ray sources. For clarification, by “a cold cathode type X-ray source”, we mean here a source comprising a cathode emitting a beam of electrons by field effect. This type of cathode is for example described in document WO 2006/063982 A1. Cold cathodes do not have the disadvantages of hot cathodes - or thermionic cathode - (expansion or evaporation of electrical conductive elements), they allow very rapid switching between electron emission and shutdown, and above all are much more compact. The use of cold cathode type X-ray sources therefore allows greater compactness of the sources, which makes it possible to reduce the pitch p of the antenna of the invention. This allows an improvement in the resolution of a scanner device comprising the antenna of the invention, such as that presented in Figure 4 for example.
[0051] De manière préférentielle, les cathodes sont configurées pour émettre le faisceau d’électrons en régime impulsionnel par effet de champ. L’utilisation du régime impulsionnel permet un balayage électronique rapide et variable en commutant rapidement d’une source à l’autre, à l’inverse d’un scanner conventionnel en rotation où la vitesse est mécanique et non électronique. En outre, cela permet de limiter la puissance thermique sur l’anode de chaque source. En effet, pour un scanner conventionnel comprenant une source de rayons-X, la source fonctionne en continu dès lors que le scanner est mis en marche. A l’inverse, dans le cas de l’invention, si l’antenne d’émission comporte n sources, chacune de ces sources fonctionne 1/n % du temps d’utilisation du scanner. [0051] Preferably, the cathodes are configured to emit the electron beam in pulse mode by field effect. The use of pulse speed allows rapid and variable electronic scanning by rapidly switching from one source to another, unlike a conventional rotating scanner where the speed is mechanical and not electronic. In addition, this makes it possible to limit the thermal power on the anode of each source. Indeed, for a conventional scanner including an X-ray source, the source operates continuously as soon as the scanner is turned on. Conversely, in the case of the invention, if the transmitting antenna comprises n sources, each of these sources operates 1/n% of the scanner usage time.
[0052] Selon un mode de réalisation, l’enceinte EV de chaque source S est partiellement ou complètement formée à partir de céramique afin de faciliter une isolation électrique entre l'anode et la cathode. [0052] According to one embodiment, the EV enclosure of each source S is partially or completely formed from ceramic in order to facilitate electrical insulation between the anode and the cathode.
[0053] Selon une variante de l’invention, l’élément d’interconnexion El est en outre adapté pour transmettre une haute tension à la cathode de chaque source, en plus. Ainsi, chaque source de rayons-X est bipolaire. Cette variante n’est pas préférée car elle nécessite que les interrupteurs des cathodes soient portés à la haute tension ce qui est bien plus complexe techniquement que la variante dans laquelle seules les anodes sont portés à haute tension par l’élément d’interconnexion El. [0053] According to a variant of the invention, the interconnection element El is also adapted to transmit a high voltage to the cathode of each source, in addition. Thus, each X-ray source is bipolar. This variant is not preferred because it requires that the cathode switches be brought to high voltage, which is much more technically complex than the variant in which only the anodes are brought to high voltage by the interconnection element El.
[0054] Comme illustré la figure 1 B, de manière préférentielle, la cible C présente une face inclinée Fl. Cette inclinaison est préférablement obtenue pour des sources à rayons X fonctionnant en réflexion en réalisant un compromis sur différents paramètres physiques de la source : la thermique de l’anode, l’angle d’incidence du faisceau d’électrons, la qualité du faisceau de photons X et la tâche focale requise. [0054] As illustrated in Figure 1 B, preferably, the target C has an inclined face Fl. This inclination is preferably obtained for X-ray sources operating in reflection by making a compromise on different physical parameters of the source: the thermal of the anode, the angle of incidence of the electron beam, the quality of the X-ray photon beam and the required focal task.
[0055] De manière préférentielle, les évidements présentent une forme adaptée pour que le faisceau FX soit un faisceau collimaté en forme d’éventail (ou « fan beam » en anglais). Cette forme de faisceau combinée à un ou des détecteurs linéaires est avantageuse en imagerie médicale par exemple car elle permet une meilleure résolution dans l’image reconstruite. [0055] Preferably, the recesses have a shape adapted so that the FX beam is a collimated fan-shaped beam (or “fan beam” in English). This beam shape combined with one or more linear detectors is advantageous in medical imaging for example because it allows better resolution in the reconstructed image.
[0056] Alternativement, les évidements présentent une forme adaptée pour que le faisceau FX soit un faisceau collimaté en forme de cône afin de réaliser de la « Cone Beam Computer Tomgraphy ». Alternatively, the recesses have a shape adapted so that the FX beam is a collimated beam in the shape of a cone in order to carry out “Cone Beam Computer Tomgraphy”.
[0057] Selon un premier mode de réalisation, comme illustré en figures 1 B-2, afin de permettre un blindage additionnel de l’antenne 1 aux rayons X générés par les sources S, la couche métallique CM présente une épaisseur comprise entre 50 et 250 microns. Dans ce mode de réalisation, la couche CM est dans un métal à numéro atomique Z élevé comme du plomb, du tungstène ou du molybdène. [0058] Selon un deuxième mode de réalisation illustré en figure 3, en plus des fonctions de blindage additionnel et de focalisation électrostatique du faisceau d’électrons réalisées dans le premier mode de réalisation, la couche CM est adaptée pour effectuer une collimation additionnelle des faisceaux FX. Pour cela, dans le second mode de réalisation, la couche CM présente une épaisseur supérieure à 500 microns, et présente une pluralité d’ouvertures OF agencées en regard des évidements TF. La forme et la dimension de ces ouvertures OF est adaptée pour effectuer la collimation additionnelle des faisceaux FX. De préférence, la forme et la dimension de ces ouvertures OF est telle que, après la collimation additonnelle, chacun des faisceaux FX soit un faisceau collimaté en forme d’éventail (ou « fan beam » en anglais) ou de cône (ou « cone beam » en anglais). [0057] According to a first embodiment, as illustrated in Figures 1 B-2, in order to allow additional shielding of the antenna 1 to X-rays generated by the sources S, the metal layer CM has a thickness of between 50 and 250 microns. In this embodiment, the CM layer is in a metal with a high atomic number Z such as lead, tungsten or molybdenum. [0058] According to a second embodiment illustrated in Figure 3, in addition to the functions of additional shielding and electrostatic focusing of the electron beam carried out in the first embodiment, the CM layer is adapted to carry out additional collimation of the beams FX. For this, in the second embodiment, the layer CM has a thickness greater than 500 microns, and has a plurality of openings OF arranged opposite the recesses TF. The shape and size of these OF openings is adapted to carry out additional collimation of the FX beams. Preferably, the shape and size of these openings OF is such that, after the additional collimation, each of the FX beams is a collimated beam in the shape of a fan (or “fan beam” in English) or cone (or “cone beam” in English).
[0059] Dans l’antenne de l’invention, le matériau diélectrique MD est liquide (voir figure 2) y compris les gels, solide ou gazeux. Dans le mode de réalisation dans lequel le matériau MD est gazeux, le matériau MD est par exemple de l’hexafluorure de soufre. Un isolant gazeux présente l’avantage de pouvoir revenir à l’état initial (« auto-réparant ») en cas d’arcs électriques dans l’enceinte sous pression. [0059] In the antenna of the invention, the dielectric material MD is liquid (see Figure 2) including gels, solid or gaseous. In the embodiment in which the MD material is gaseous, the MD material is for example sulfur hexafluoride. A gas insulator has the advantage of being able to return to the initial state (“self-repairing”) in the event of electric arcs in the pressure vessel.
[0060] La figure 2 illustre schématiquement une vue en coupe selon le plan zy d’une antenne 1 selon mode de réalisation dans lequel le matériau MD est solide. Un isolant solide présente l’avantage de pouvoir connecter et déconnecter une source de l’antenne sans avoir à gérer la problématique de perte d’étanchéité de l’enceinte dans le cas d’un isolant liquide ou gazeux. L’utilisation d’un matériau MD requiert l’utilisation de joints J isolants électriques, souples, et disposés entre le matériau diélectrique MD et l’enceinte à vide de chaque source à rayons X. Ces joints J permettent d’éviter l’apparition de lames d’air entre les enceintes et le matériau diélectrique MD solide qui sont susceptibles de former des chemins de claquage électrique entre l’anode à la haute tension et l’extérieur de l’antenne à la masse. [0060] Figure 2 schematically illustrates a sectional view along the plane zy of an antenna 1 according to embodiment in which the material MD is solid. A solid insulator has the advantage of being able to connect and disconnect a source from the antenna without having to deal with the problem of loss of sealing of the enclosure in the case of a liquid or gaseous insulator. The use of an MD material requires the use of flexible, electrically insulating J joints placed between the MD dielectric material and the vacuum enclosure of each X-ray source. These J joints make it possible to avoid the appearance of air blades between the enclosures and the solid MD dielectric material which are likely to form electrical breakdown paths between the anode at high voltage and the exterior of the antenna at ground.
[0061] En plus des éléments représentés dans les figures 1 A et 1 B, chaque source de l’antenne 1 du mode de réalisation de la figure 2 comprend un queusot Q qui est un élément tubulaire permettant de faire le vide dans l’enceinte EV. Préférentiellement, comme illustré dans la figure 2, chaque source S comprend un Wehnelt W, qui est une électrode circulaire permettant de contrôler l’intensité et de focaliser le faisceau d’électrons généré dans l’enceinte EV de la source par la cathode Cat. [0061] In addition to the elements represented in Figures 1 A and 1 B, each source of the antenna 1 of the embodiment of Figure 2 comprises a queusot Q which is a tubular element making it possible to create a vacuum in the enclosure EV. Preferably, as illustrated in Figure 2, each source S comprises a Wehnelt W, which is a circular electrode used to control the intensity and focus the electron beam generated in the EV enclosure of the source by the Cat cathode.
[0062] La figure 4 est une représentation schématique d’une vue de face selon le plan xy d’un dispositif scanner 2 à rayons X comprenant l’antenne 1 de l’invention. On note que les figures 1 B à 3 sont des vues schématiques de l’antenne 1 selon la coupe PP’ représentée en figure 4. Le fonctionnement détaillé d’un tel scanner sort du cadre de l’invention et peut être retrouvée en détail dans la demande FR N°2010947 par exemple. Brièvement, on précise que le scanner 2 comprend un ou des détecteurs Det disposés en regard de l’antenne 1 afin de détecter les faisceaux FX émis par l’antenne après qu’ils aient traversé un objet à imager Obj compris dans la zone à imager ZI. La zone à imager correspond au champ de vue couvert par les faisceaux FX et détectés par les détecteurs. En outre, le scanner comprend typiquement une table TD déplaçable par translation par rapport à l’antenne 1 et au détecteur Det selon une direction perpendiculaire à la zone à image (qui est selon le plan xy dans l’exemple de la figure 4), afin de reconstruire une image tomographique de l’objet à imager Obj. Préférentiellement, pour une meilleure reconstruction, les sources S de l’antenne sont disposées autour de l’axe de translation de la table. Enfin, l’élément El de l’antenne 1 est relié à un générateur de haute tension GHT par l’intermédiaire d’un connecteur haute tension CN qui permet aussi la fixation mécanique du générateur GHT à l’antenne 1 . [0062] Figure 4 is a schematic representation of a front view along the xy plane of an X-ray scanner device 2 comprising the antenna 1 of the invention. Note that Figures 1 B to 3 are schematic views of the antenna 1 according to the section PP' shown in Figure 4. The detailed operation of such a scanner goes beyond the scope of the invention and can be found in detail in application FR N°2010947 for example. Briefly, it is specified that the scanner 2 comprises one or more detectors Det arranged opposite the antenna 1 in order to detect the FX beams emitted by the antenna after they have passed through an object to be imaged Obj included in the area to be imaged ZI. The area to be imaged corresponds to the field of view covered by the FX beams and detected by the detectors. In addition, the scanner typically comprises a table TD movable by translation relative to the antenna 1 and to the detector Det in a direction perpendicular to the image zone (which is along the xy plane in the example of Figure 4), in order to reconstruct a tomographic image of the object to be imaged Obj. Preferably, for better reconstruction, the sources S of the antenna are arranged around the translation axis of the table. Finally, the element El of the antenna 1 is connected to a high voltage generator GHT via a high voltage connector CN which also allows the mechanical attachment of the generator GHT to the antenna 1.
[0063] A titre d’exemple, dans l’illustration de la figure 4, l’élément El est adapté pour que l’antenne présente cinq sections SE distinctes chacune comprenant sept sources S disposées de manière à former une barrette droite dans la section SE. Dans le mode de réalisation de la figure 4, les sections SE sont agencées de manière à former un demi-cercle polygonal (nommé « arche » ci après). Cet aménagement est avantageux afin de couvrir un champ de vue plus important de la zone à imager ZI. Il est entendu que le nombre de section, le nombre de source S dans chaque section et la forme globale de l’antenne 1 sont donnés à titre d’exemples non limitatifs. Ainsi, le scanner comprenant l’antenne de l’invention présente une grande modularité (nombre de sources, forme de l’antenne, pas de l’antenne), est moins coûteux à entretenir et présente une dégradation plus douce que les scanners comprenant des antennes à balayage électronique à rayons X de l’art antérieur. [0063] By way of example, in the illustration of Figure 4, the element El is adapted so that the antenna has five distinct sections SE each comprising seven sources S arranged so as to form a straight bar in the section SE. In the embodiment of Figure 4, the sections SE are arranged so as to form a polygonal semi-circle (called “arch” hereinafter). This arrangement is advantageous in order to cover a larger field of view of the area to be imaged ZI. It is understood that the number of sections, the number of sources S in each section and the overall shape of the antenna 1 are given as non-limiting examples. Thus, the scanner comprising the antenna of the invention has great modularity (number of sources, shape of the antenna, pitch of the antenna), is less expensive to maintain and has a gentler degradation than scanners comprising X-ray electronic scanning antennas of the prior art.
[0064] L’antenne de d’émission l’invention n’est pas nécessairement planaire. C’est- à-dire que selon certains modes de réalisation de l’invention, l’élément El est adapté pour que l’antenne soit scindée en sous-ensembles non coplanaires.The transmitting antenna of the invention is not necessarily planar. That is to say that according to certain embodiments of the invention, the element El is adapted so that the antenna is split into non-coplanar subassemblies.
Aussi, l’antenne peut comporter plusieurs sections similaires à celles de la figureAlso, the antenna can have several sections similar to those in the figure
4, de manière à former plusieurs arches distinctes. Dans ce cas, l’élément El est sensiblement perpendiculaire aux arches. Il est cependant essentiel que, quelque soit la structure spatiale de l’antenne, les sources et leur tâches focales soient à égales distances de l’axe de translation du scanner. 4, so as to form several distinct arches. In this case, the element El is substantially perpendicular to the arches. It is however essential that, whatever the spatial structure of the antenna, the sources and their focal spots are at equal distances from the translation axis of the scanner.

Claims

Revendications Claims
1 . Antenne d’émission (1 ) à rayons X comprenant : 1. X-ray transmitting antenna (1) comprising:
- une pluralité de sources (S) de rayons X comprenant chacune : o une enceinte à vide (EV) ; o une cathode (Cat) contrôlée par un interrupteur (I) pour émettre un faisceau d’électrons (FE) au sein de l’enceinte à vide ; o une anode (A) comprenant une cible (C) agencée pour que le faisceau d’électrons impacte la cible de manière à générer un rayonnement X (X) ;- a plurality of X-ray sources (S) each comprising: o a vacuum enclosure (EV); o a cathode (Cat) controlled by a switch (I) to emit a beam of electrons (FE) within the vacuum chamber; o an anode (A) comprising a target (C) arranged so that the electron beam impacts the target so as to generate X-ray radiation (X);
- un élément d’interconnexion (El) métallique assurant le support mécanique des sources de rayons X de manière à les maintenir dans une position prédéterminée, ledit élément étant adapté pour transmettre une haute tension à au moins l’anode de chaque source de rayons X de manière à appliquer une différence de tension entre l’anode et la cathode de chaque source de rayons X et ainsi accélérer le faisceau d’électrons dans l’enceinte à vide, ledit élément d’interconnexion encapsulant partiellement l’anode et l’enceinte à vide de chaque source de rayons X et présentant une pluralité d’évidements, chacun des évidements (TF) débouchant en regard d’une anode respective de manière à collimater le rayonnement X généré par ladite anode respective, en formant un faisceau (FX) collimaté à rayons X ;- a metallic interconnection element (El) providing mechanical support for the X-ray sources so as to maintain them in a predetermined position, said element being adapted to transmit a high voltage to at least the anode of each X-ray source so as to apply a voltage difference between the anode and the cathode of each X-ray source and thus accelerate the electron beam in the vacuum enclosure, said interconnection element partially encapsulating the anode and the enclosure empty of each X-ray source and having a plurality of recesses, each of the recesses (TF) opening opposite a respective anode so as to collimate the x-ray collimated;
- un matériau diélectrique (MD) encapsulant les sources de rayons X et l’élément d’interconnexion ; - a dielectric material (MD) encapsulating the X-ray sources and the interconnection element;
- une couche métallique (CM) autour du matériau diélectrique en contact avec la cathode de chaque source de rayons X. - a metallic layer (CM) around the dielectric material in contact with the cathode of each X-ray source.
2. Antenne selon la revendication 1 , dans laquelle l’élément d’interconnexion est adapté pour que les sources soient disposées de manière à ce qu’une direction de propagation des faisceaux d’électrons dans leur enceinte (EV) soient sensiblement parallèles, un sens de propagation du faisceau d’électrons dans leur enceinte (EV) étant sensiblement opposé entre deux sources adjacentes.2. Antenna according to claim 1, in which the interconnection element is adapted so that the sources are arranged so that a direction of propagation of the electron beams in their enclosure (EV) are substantially parallel, a direction of propagation of the electron beam in their enclosure (EV) being substantially opposite between two adjacent sources.
3. Antenne selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l’élément d’interconnexion est adapté pour que les sources (S) soient disposées en trois rangées, les faisceaux d’électrons des sources de chacune des rangées présentant une direction de propagation dans leur enceinte (EV) parallèles entre elles et dans le même sens. 3. Antenna according to claim 1 or 2, in which the interconnection element is adapted so that the sources (S) are arranged in three rows, the electron beams from the sources of each of the rows having a direction of propagation in their enclosure (EV) parallel to each other and in the same direction.
4. Antenne selon la revendication précédente, dans laquelle les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une première rangée forment un angle de 90° avec les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une deuxième rangée et les directions de propagation des faisceaux d’électrons de la deuxième rangée forment un angle de 90° avec les directions de propagation des faisceaux d’électrons d’une troisième rangée. 4. Antenna according to the preceding claim, in which the directions of propagation of the electron beams of a first row form an angle of 90° with the directions of propagation of the electron beams of a second row and the directions of propagation electron beams of the second row form an angle of 90° with the propagation directions of the electron beams of a third row.
5. Antenne selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un module de pilotage configuré pour commuter l’interrupteur de chacune des sources de rayons X selon une séquence prédéterminée. 5. Antenna according to any one of the preceding claims, comprising a control module configured to switch the switch of each of the X-ray sources according to a predetermined sequence.
6. Antenne selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les cathodes sont configurées pour émettre le faisceau d’électrons en régime impulsionnel par effet de champ. 6. Antenna according to any one of the preceding claims, in which the cathodes are configured to emit the electron beam in pulse mode by field effect.
7. Antenne selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’élément d’interconnexion permet une évacuation d’une portion d’une puissance thermique générée par les anodes lors de leur fonctionnement, éventuellement par un refroidissement liquide. 7. Antenna according to any one of the preceding claims, in which the interconnection element allows evacuation of a portion of thermal power generated by the anodes during their operation, possibly by liquid cooling.
8. Antenne selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau diélectrique est solide, ladite antenne comprenant une pluralité de joints souples en matériau diélectrique disposés entre le matériau diélectrique et l’enceinte à vide de chaque source à rayons X. 8. Antenna according to any one of the preceding claims, in which the dielectric material is solid, said antenna comprising a plurality of flexible joints made of dielectric material arranged between the dielectric material and the vacuum enclosure of each X-ray source.
9. Antenne selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le matériau diélectrique est liquide, gazeux ou sous la forme de gel. 9. Antenna according to any one of claims 1 to 7, in which the dielectric material is liquid, gaseous or in the form of gel.
10. Antenne selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’élément d’interconnexion est dans un matériau conducteur métallique, par exemple en cuivre ou en aluminium. 10. Antenna according to any one of the preceding claims, in which the interconnection element is in a metallic conductive material, for example copper or aluminum.
11 .Antenne selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la couche métallique présente une épaisseur comprise entre 50 et 250 microns. 11. Antenna according to any one of the preceding claims, in which the metal layer has a thickness of between 50 and 250 microns.
12. Antenne selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle la couche métallique présente une épaisseur supérieure à 500 microns, et présente une pluralité d’ouvertures adaptées pour effectuer une collimation additionnelle des faisceaux collimatés à rayons X12. Antenna according to any one of claims 1 to 10, in which the metal layer has a thickness greater than 500 microns, and has a plurality of openings adapted to carry out additional collimation of the collimated X-ray beams
13. Antenne selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche métallique est en plomb, en tungstène ou encore en molybdène. 13. Antenna according to any one of the preceding claims, in which the metallic layer is made of lead, tungsten or even molybdenum.
14. Antenne selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’élément d’interconnexion (El) est en outre adapté pour transmettre une haute tension à la cathode de chaque source. 14. Antenna according to any one of the preceding claims, in which the interconnection element (El) is further adapted to transmit a high voltage to the cathode of each source.
15. Dispositif scanner à rayons X (2) comprenant une antenne selon l’une quelconque des revendications précédente et un ou des détecteurs de rayons X (Det) disposés en regard de ladite antenne afin de détecter les faisceaux (FX) collimaté à rayons X émis par ladite antenne après qu’ils aient traversés une zone à imager (ZI), ledit scanner comprenant un générateur de haute tension (GHT) relié électriquement audit élément d’interconnexion par l’intermédiaire d’un connecteur haute tension CN, permettant la fixation mécanique du générateur de haute tension à ladite antenne. 15. X-ray scanner device (2) comprising an antenna according to any one of the preceding claims and one or more X-ray detectors (Det) arranged opposite said antenna in order to detect the beams (FX) collimated with X-rays emitted by said antenna after they have crossed a zone to be imaged (ZI), said scanner comprising a high voltage generator (GHT) electrically connected to said interconnection element via a high voltage connector CN, allowing the mechanical attachment of the high voltage generator to said antenna.
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