CN208317089U - 一种面阵多焦点栅控射线源及其ct设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种面阵多焦点栅控射线源及其CT设备。该栅控射线源包括外壳，外壳内设置有灯丝电源、栅控电源及多个X射线管，灯丝电源分别与X射线管的阴极连接，栅控电源分别与X射线管的栅控开关连接。本栅控射线源通过多个栅控开关分别对应控制多个独立的X射线管的曝光时间及放线的快速切换，使得各个X射线管向同一位置按照预设规则产生X射线，从而形成按照预设排列形状排布的多个焦点。本栅控射线源的连续两个X射线管的曝光间隔中没有其它干扰X射线产生，避免了产生过多无效的漏射线而影响成像，并且本栅控射线源产生的X射线的能级基本一致，也避免了对成像造成影响，从而提高了成像质量。

Description

一种面阵多焦点栅控射线源及其CT设备

技术领域

本实用新型涉及一种射线源，尤其涉及一种面阵多焦点栅控射线源(以下简称栅控射线源)，同时也涉及包括该栅控射线源的CT设备，属于辐射成像技术领域。

背景技术

在传统的辐射成像领域，大部分都是由单个X光射线源向一个大面积探测器发射宽束X射线，如图1所示。由于X射线与被测物体之间会发生康普顿效应，使得X射线投影到探测器组件的过程中会产生散射现象，因为探测器面积比较大，很多散射线会直接投射到探测器表面上，从而降低图像的对比度和清晰度，同时也会降低图像细微处的信噪比。

如图2所示，为了降低散射现象对成像的影响，可以采用反向几何成像系统，它采用面阵多焦点射线源，每个焦点轮流向一个小面积探测器发射窄束X射线，从而能够获得一组用于容积成像的数据。因为探测器面积较小，所以投射到探测器表面的散射线很少。

通常，面阵多焦点射线源采用透射阳极靶，它通过电磁偏转，使电子束打在阳极靶的不同位置，在靶面的后面有一个开了很多小孔的由高密度物质组成的限束结构，每个小孔位置可以投射出射线，视为一个“焦点”，靶面其余位置的射线都被限束结构吸收了。这种射线源虽然结构简单，成本低廉，多焦点交替速度快，焦点分布密度高，但是这种射线源的电子束偏转是连续的，在两个“焦点”之间(时间间隔和位置间隔)也是一直产生射线的，在这个过程中产生的射线实际上是不会被用到的，但会通过限束结构上的小孔漏出来，给成像造成干扰。同时，如图3所示，通过电磁偏转使电子束打在阳极靶上，很多电子束和阳极靶之间夹角也不是90°，而且不同位置电子束和阳极靶的夹角也不同，这使得限束结构上不同位置的小孔处投射出的射线会有能级差异，这对成像也会有影响。

发明内容

本实用新型所要解决的首要技术问题在于提供一种面阵多焦点栅控射线源。

本实用新型所要解决的另一技术问题在于提供一种包括上述栅控射线源的CT设备。

为了实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

根据本实用新型实施例的第一方面，提供一种面阵多焦点栅控射线源，包括外壳，所述外壳内设置有灯丝电源、栅控电源及多个X射线管，所述灯丝电源分别与所述X射线管的阴极连接，所述栅控电源分别与所述X射线管的栅控开关连接；

所述灯丝电源用于使每个所述X射线管的阴极产生满足预设数量的电子，所述栅控电源用于控制每个所述X射线管的栅控开关，使得所述X射线管阴极表面产生的电子束按照预设规则轰击对应的阳极产生X射线，形成按照预设排列形状排布的多个焦点。

其中较优地，每个所述X射线管包括有真空腔体、阳极组件、阴极组件及栅控开关；所述阳极组件和所述阴极组件封装于所述真空腔体的内部，并且所述阳极组件位于所述真空腔体的一端，所述阴极组件位于所述真空腔体的另一端，所述栅控开关设置在所述阳极组件和所述阴极组件之间，并且靠近所述阴极组件。

其中较优地，所述阳极组件表面设置有透射阳极靶，所述透射阳极靶采用原子序数高、熔点高的金属材料制成。

其中较优地，所述阴极组件包括聚焦罩与阴极灯丝，所述阴极灯丝设置在所述聚焦罩内部，所述阴极灯丝与所述灯丝电源连接，所述灯丝电源与外部高压电源连接。

其中较优地，所述聚焦罩正对阳极靶面的位置上设置有供电子束通过的开口。

其中较优地，所述栅控射线源的连续两个所述X射线管的曝光间隔中没有其它干扰X射线产生。

其中较优地，所述X射线管排布在一个或多个射线管支架上，并通过所述射线管支架固定在所述外壳内部的预设位置。

其中较优地，所述射线管支架上设置有多个通孔，多个所述X射线管的阳极分别从对应的所述通孔中伸出，并分别固定在所述射线管支架上。

其中较优地，根据所述栅控射线源所需形成的多个焦点，及所述焦点的预设排列形状，调整所述射线管支架的形状、所述通孔的位置及各所述X射线管阳极到所述射线管支架之间的距离。

其中较优地，各所述X射线管的间隔内填充有冷却剂，用于实现对所述栅控射线源的散热；所述冷却剂包括但不限于变压器油或者六氟化硫气体。

其中较优地，所述X射线管包括但不限于阳极接地型的X射线管、阴极接地型的X射线管或者中性点接地型的X射线管。

根据本实用新型实施例的第二方面，提供一种CT设备，所述CT设备包括上述的面阵多焦点栅控射线源。

本实用新型所提供的栅控射线源通过多个栅控开关分别对应控制多个独立的X射线管的曝光时间及放线的快速切换，使得各个X射线管向同一位置(拟定探测器所在位置)按照预设规则产生X射线，从而形成按照预设排列形状排布的多个焦点。本栅控射线源的连续两个X射线管的曝光间隔中没有其它干扰X射线产生，避免了产生过多遗漏射线而影响成像，并且本栅控射线源产生的X射线的能级基本一致，也避免了对成像造成影响，从而提高了成像质量。

附图说明

图1为现有X光射线源的成像原理示意图；

图2为现有反向几何成像原理示意图；

图3为现有面阵多焦点射线源示意简图；

图4为本实用新型所提供的栅控射线源的结构示意图；

图5为本实用新型所提供的栅控射线源中，X射线管的结构示意图；

图6为本实用新型所提供的栅控射线源中，X射线管的外部结构示意图；

图7为本实用新型所提供的栅控射线源中，单个X射线管的原理示意图；

图8为本实用新型所提供的栅控射线源中，X射线管的排布示意图1；

图9为本实用新型所提供的栅控射线源中，焦点的排列示意图1；

图10为本实用新型所提供的栅控射线源中，焦点的排列示意图2；

图11为本实用新型所提供的栅控射线源中，焦点的排列示意图3；

图12为本实用新型所提供的栅控射线源中，焦点的排列示意图4。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术内容做进一步的详细说明。

如图4所示，本实用新型所提供的栅控射线源包括外壳1，在外壳1内设置有灯丝电源2、栅控电源3及多个X射线管4，灯丝电源2分别与每个X射线管4的阴极连接，栅控电源3分别与X射线管4的栅控开关连接；灯丝电源用于使每个X射线管4的阴极表面产生电子，栅控电源3用于控制每个X射线管4的栅控开关，使得各X射线管4阴极产生的满足预设数量的电子束(在一定范围内产生满足需求数量的电子)按照预设规则轰击对应的阳极产生X射线，从而形成按照预设排列形状排布的多个焦点(X射线源的焦点)。其中，按照预设排列形状排布的多个焦点可以位于同一平面或弧面上，还可以位于多个平面或弧面上。

如图5和图6所示，每个X射线管4包括有真空腔体401、阳极组件402、阴极组件403及栅控开关404；阳极组件402和阴极组件403封装于真空腔体401的内部，并且阳极组件402位于真空腔体401的一端，阴极组件403位于真空腔体401的另一端，从而分别形成X射线管的阳极和阴极；每个X射线管4的阳极和阴极分别与外部高压电源连接，用于使X射线管4的阳极和阴极之间能够具有几十、上百千伏的电压差。栅控开关404设置在阳极组件402和阴极组件403之间，并且靠近阴极组件。其中，阳极组件402(图中未示出)的表面设置有透射阳极靶，该透射阳极靶的阳极靶面平行于水平面；透射阳极靶可以采用金属钨等原子序数高、熔点高的金属材料制成。透射阳极靶的阳极靶面的一侧用于接收阴极组件发射的电子束的轰击，阳极靶面的另一侧用于将阳极靶面产生的X射线投射出去，从而形成一个焦点。阴极组件403(图中未示出)包括聚焦罩与阴极灯丝，阴极灯丝设置在聚焦罩内部，聚焦罩由金属材料制成，在聚焦罩正对阳极靶面的位置上设置有开口，该开口为电子束通道，用于限制电子束的发散。

每个X射线管的阴极灯丝分别与灯丝电源2连接，将灯丝电源2与外部高压电源连接，通过外部高压电源控制灯丝电源2的电流大小，在灯丝电源2的作用下，将阴极灯丝加热到预设温度(如2000℃～3000℃)，使得阴极灯丝表面产生满足预设数量的电子(足够多活跃的电子)。其中，阴极灯丝可以由高熔点的钨丝制成。同样将栅控电源3与外部高压电源连接，通过栅控电源3控制各个栅控开关404处于导通或断开状态；具体的，如图7所示，以单个阳极接地型X射线管为例，当栅控电源3控制栅控开关404处于导通状态时，并且通过栅控电源3可以给栅控开关404施加一个反向电压(如反向电压为-130KV)，栅控开关404被施加的反向电压大于X射线管的阴极的电压(如阴极的电压为-120KV)，从而抑制阴极灯丝表面产生的满足预设数量的电子飞向阳极组件表面的透射阳极靶；当栅控开关404被施加的反向电压足够大时，阴极灯丝表面产生的满足预设数量的电子会全部被抑制在阴极灯丝表面而不能飞向阳极组件表面的透射阳极靶。当栅控电源3控制栅控开关404处于断开状态时，栅控开关404被施加的反向电压消失，使得X射线管的阴极与阳极之间形成压差，此时阴极灯丝表面产生的大量电子会在较大的电势能作用下形成电子束飞向阳极组件表面的透射阳极靶，并直接轰击透射阳极靶的阳极靶面，产生X射线，并从透射孔投射出去，从而形成一个焦点。

因此，本栅控射线源产生的多个焦点中，每个焦点对应于一个单独的X射线管，每个X射线管的放线通断通过该X射线管的栅控开关控制。通过各X射线管的栅控开关控制X射线管逐个曝光放线，并且每个X射线管的阴极飞向透射阳极靶的电子束与阳极靶面垂直，从而保证了各X射线管产生的射线的能级一致。

在本实用新型所提供的栅控射线源中，如图4所示，多个X射线管4排布在一个或多个射线管支架5(图中未示出)上，并通过射线管支架5固定在外壳1内部的预设位置上，并且外壳1正对各个X射线管4阳极的一侧可以采用原子序数小的轻质铍材料(也可以称为铍窗)密封。具体的，在射线管支架5上设置有多个通孔，多个X射线管4的阳极分别从射线管支架5的通孔中伸出，并且，多个X射线管4分别通过法兰固定在射线管支架5上。其中，各X射线管4的阴极位于射线管支架5的一侧，并朝向外壳1的内侧；各X射线管4的阳极位于射线管支架5的另一侧，并朝向外壳1的外侧(朝向小面积探测器)。

当X射线管4排布在一个或多个射线管支架5上时，可以根据本栅控射线源所需形成的按照预设排列形状排布的多个焦点，调整射线管支架5的形状、射线管支架5上的通孔的位置及各X射线管4阳极到射线管支架5之间的距离。例如，如图8和图9所示，假设本栅控射线源所需形成的多个焦点的排列形状为矩阵且位于同一平面，可以采用矩形射线管支架5，并在该射线管支架5上设置多个通孔，多个通孔的位置与多个焦点的位置对应；将多个X射线管4的阳极分别从射线管支架5的通孔中伸出，多个X射线管4分别通过法兰固定在射线管支架5上，并保证各X射线管4的阳极到射线管支架5之间的距离相同。通过控制各X射线管4的栅控开关404，使得各X射线管4阴极表面产生的电子束按照预设规则轰击对应的阳极产生X射线，从而形成矩阵式排列的多个焦点。

如图10所示，假设本栅控射线源所需形成的多个焦点的排列形状为曲线且位于同一平面上，可以采用弧形或矩形射线管支架5，并在该射线管支架5上设置多个通孔，多个通孔的位置与多个焦点的位置对应；将多个X射线管4的阳极分别从射线管支架5的通孔中伸出，多个X射线管4分别通过法兰固定在射线管支架5上，并保证各X射线管4的阳极到射线管支架5之间的距离相同。通过控制各X射线管4的栅控开关404，使得各X射线管4阴极表面产生的电子束按照预设规则轰击对应的阳极产生X射线，从而形成曲线式排列的多个焦点。

如图11和12所示，假设本栅控射线源所需形成的多个焦点的排列形状为阵列且位于两个平面或弧面上，可以采用一个弧形、矩形或阶梯型射线管支架5，并在该射线管支架5上设置多个通孔，多个通孔的位置与多个焦点的位置对应；将多个X射线管4的阳极分别从射线管支架5的通孔中伸出，多个X射线管4分别通过法兰固定在射线管支架5上，并保证与同一平面或弧面上的焦点对应的X射线管4的阳极到射线管支架5之间的距离相同，而与其中一个平面或弧面上的焦点对应的X射线管4的阳极到射线管支架5之间的距离大于或小于与另一个平面或弧面上的焦点对应的X射线管4的阳极到射线管支架5之间的距离。通过控制各X射线管4的栅控开关404，使得各X射线管4阴极表面产生的电子束按照预设规则轰击对应的阳极产生X射线，从而形成阵列式排列的多个焦点。其中，可以采用在射线管支架5通孔内侧(X射线管4的阳极伸入侧)与X射线管4的阳极卡接位置设置不同厚度的垫片，实现X射线管4的阳极到射线管支架5之间具有不同距离。

如图11和12所示，假设本栅控射线源所需形成的多个焦点的排列形状为阵列且位于两个平面或弧面上，还可以采用两个弧形或矩形射线管支架5，并在该射线管支架5上设置多个通孔，多个通孔的位置与多个焦点的位置对应；将多个X射线管4的阳极分别从射线管支架5的通孔中伸出，多个X射线管4分别通过法兰固定在射线管支架5上，并保证同一个弧形或矩形射线管支架5上的X射线管4的阳极到该射线管支架5之间的距离相同，一个弧形或矩形射线管支架5上的X射线管4的阳极到该射线管支架5之间的距离大于或小于另一个弧形或矩形射线管支架5上的X射线管4的阳极到该射线管支架5之间的距离。通过控制各X射线管4的栅控开关404，使得各X射线管4阴极表面产生的电子束按照预设规则轰击对应的阳极产生X射线，从而形成阵列式排列的多个焦点。

其中，预设规则指的是焦点的放线扫描控制方式，可以是逐行放线扫描，即通过控制各X射线管4的栅控开关404，使得各X射线管4逐行曝光放线；还可以是逐列放线扫描，即通过控制各X射线管4的栅控开关404，使得各X射线管4逐列曝光放线；还可以逐面放线扫描，即通过控制各X射线管4的栅控开关404，使得各X射线管4逐面曝光放线；也可以跨行、跨列或跨面放线扫描，即通过控制各X射线管4的栅控开关404，使得各X射线管4跨行、跨列或跨面曝光放线；焦点的具体放线扫描控制方式可根据实际应用方式做不同的控制方式设计。

为了实现对本栅控射线源的散热，可以在各X射线管4的间隔范围内填充冷却剂，冷却剂可以是可流动的高压绝缘材料，例如变压器油(高压绝缘油)或者六氟化硫气体(SF6)，其中以变压器油效果最佳。

本栅控射线源不仅可以适用于阳极接地型的X射线管，还可以适用于阴极接地型的X射线管或者中性点接地型的X射线管。在阴极接地型的X射线管的情况下，阴极及聚焦罩被接地，且向透射阳极靶施加正的高电压。在中性点接地型的X射线管的情况下，向阴极及聚焦罩施加负的高电压，向透射阳极靶施加正的高电压。

本实用新型所提供的栅控射线源通过多个栅控开关分别对应控制多个独立的X射线管的曝光时间及放线的快速切换，使得各个X射线管向同一位置(拟定探测器所在位置)按照预设规则产生X射线，从而形成按照预设排列形状排布的多个焦点。本栅控射线源的连续两个X射线管的曝光间隔中没有其它干扰X射线产生，避免了产生过多遗漏射线而影响成像，并且本栅控射线源产生的X射线的能级基本一致，也避免了对成像造成影响，从而提高了成像质量。

本实用新型还提供了一种CT设备，该CT设备包含有上述的栅控射线源，从而避免产生过多无效的漏射线而影响成像，提高了CT设备的成像质量。CT设备的其它结构(除了本栅控射线源以外的结构)及工作原理为现有技术，在此不再赘述。

以上对本实用新型所提供的面阵多焦点栅控射线源及其CT设备进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本实用新型实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本实用新型专利权的保护范围。

Claims (12)

1.一种面阵多焦点栅控射线源，其特征在于包括外壳，所述外壳内设置有灯丝电源、栅控电源及多个X射线管，所述灯丝电源分别与所述X射线管的阴极连接，所述栅控电源分别与所述X射线管的栅控开关连接；

所述灯丝电源用于使每个所述X射线管的阴极产生满足预设数量的电子，所述栅控电源用于控制每个所述X射线管的栅控开关，使得所述X射线管阴极表面产生的电子束按照预设规则轰击对应的阳极产生X射线，形成按照预设排列形状排布的多个焦点。

2.如权利要求1所述的面阵多焦点栅控射线源，其特征在于：

每个所述X射线管包括有真空腔体、阳极组件、阴极组件及栅控开关；所述阳极组件和所述阴极组件封装于所述真空腔体的内部，并且所述阳极组件位于所述真空腔体的一端，所述阴极组件位于所述真空腔体的另一端，所述栅控开关设置在所述阳极组件和所述阴极组件之间，并且靠近所述阴极组件。

3.如权利要求2所述的面阵多焦点栅控射线源，其特征在于：

所述阳极组件表面设置有透射阳极靶，所述透射阳极靶采用原子序数高、熔点高的金属材料制成。

4.如权利要求3所述的面阵多焦点栅控射线源，其特征在于：

所述阴极组件包括聚焦罩与阴极灯丝，所述阴极灯丝设置在所述聚焦罩内部，所述阴极灯丝与所述灯丝电源连接，所述灯丝电源与外部高压电源连接。

5.如权利要求4所述的面阵多焦点栅控射线源，其特征在于：

所述聚焦罩正对阳极靶面的位置上设置有供电子束通过的开口。

6.如权利要求1所述的面阵多焦点栅控射线源，其特征在于：

所述栅控射线源的连续两个所述X射线管的曝光间隔中没有其它干扰X射线产生。

7.权利要求1所述的面阵多焦点栅控射线源，其特征在于：

所述X射线管排布在一个或多个射线管支架上，并通过所述射线管支架固定在所述外壳内部的预设位置。

8.如权利要求7所述的面阵多焦点栅控射线源，其特征在于：

所述射线管支架上设置有多个通孔，多个所述X射线管的阳极分别从对应的所述通孔中伸出，并分别固定在所述射线管支架上。

9.如权利要求8所述的面阵多焦点栅控射线源，其特征在于：

根据所述栅控射线源所需形成的多个焦点，及所述焦点的预设排列形状，调整所述射线管支架的形状、所述通孔的位置及各所述X射线管阳极到所述射线管支架之间的距离。

10.如权利要求1所述的面阵多焦点栅控射线源，其特征在于：

各所述X射线管的间隔内填充有冷却剂，用于实现对所述栅控射线源的散热；所述冷却剂包括但不限于变压器油或者六氟化硫气体。

11.如权利要求1所述的面阵多焦点栅控射线源，其特征在于：

所述X射线管包括但不限于阳极接地型的X射线管、阴极接地型的X射线管或者中性点接地型的X射线管。

12.一种CT设备，其特征在于包括权利要求1～11中任意一项所述的面阵多焦点栅控射线源。