多波束场致发射X-射线系统和相关方法，该系统包括阴极元件、与所述多个阴极元件相隔开的阳极组件，以及位于多个阴极元件和阳极组件之间的萃取门。该方法包括：在萃取门和至少其中一个阴极元件之间应用电位差，可使得各个阴极元件来发射电子；测量阴极元件的发射特性，并根据所测发射特性，调节萃取门和至少其中一个阴极元件之间的电位差。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主题在此总体上涉及X-射线成像。具体而言，本专利技术主题涉及多波束场致发射X-射线系统和相关的控制系统和方法。
技术介绍
X-射线照射广泛用来检查材料的内部结构，应用领域包括诸如医疗诊断、安全检查、工业检查。X-射线也可用于照射治疗(例如，破坏肿瘤或医疗器械消毒)。在简单成像方法中，X-射线光子被发射并透过物体。记录装置在一定时间内收集的所发射的X-射线光子构成了静态投影影像，影像带有结构特征重叠。比较先进的成像方法，诸如层析或计算机断层X线摄影(CT)，使用来自不同观察角度用于影像重构的多投影成像，或增强对比度的多帧影像。典型的CT扫描仪可通过X-射线管围绕物体高速转动来达到多个观察角度。这种设备要求使用大型的复杂构架，结果使得目前的医疗CT扫描仪限定到每秒旋转大约三次。由于构架转动的原因，X-射线源就必须在圆轨道上移动。此外，影像采集也限定在X-射线影像的序列记录上。多波束X-射线源可从不同观察角度获得物体投影影像，无需所述X-射线源的机械移动，影像采集速度还可更快。然而，虽然多波束X-射线源具有这些优点，但多波束源不能独自解决潜在的问题，即需要对许多独立源元件进行控制，以及产生电子的元件性能的可能下降导致X射线源输出改变，这些需要监测，而且必要时需要修正。为此，人们期望一种多波束X-射线源，这种X-射线源可提供更一致、更能预测的X-射线输出，其具有良好系统集成和接口能力。
技术实现思路
本专利技术提供了可控制多波束场致发射X射线系统的系统和方法。一方面，提供了实施X-射线扫描的方法。可提供一种多波束场致发射X-射线系统，该系统包括多个阴极元件、与所述多个阴极元件相隔开的阳极组件、以及布置在多个阴极元件和阳极组件之间的萃取门。采用这种系统时，在萃取门和至少其中一个阴极元件之间应用电位差，以便各个阴极元件发射电子。测量多个阴极元件的发射特性，并根据所测发射特性，调整萃取门和至少其中一个阴极元件之间的电位差。另一方面，提供一种多波束场致发射X-射线系统。该系统包括多个阴极元件、与所述多个阴极元件相隔开的阳极组件、位于多个阴极元件和阳极组件之间的萃取门、以及电子控制系统。电子控制系统可设置成控制在萃取门和至少一个阴极元件之间应用电位差，以便各个阴极元件发射电子，测量多个阴极元件的发射特性，并根据所测发射特性，调整萃取门和至少其中一个阴极元件之间的电位差。附图说明结合附图阅读如下详细说明，可更容易地了解本专利技术主题的特性和优点，所示附图仅通过解释性和非限定性示例给出，附图包括图I为根据本专利技术主题的实施例的多波束场致发射X-射线系统剖面图；图2A和2B为根据本专利技术主题的两个实施例的多波束场致发射X-射线系统中使用的场致发射X-射线源剖面图；图2C为根据本专利技术主题的一个实施例的多波束场致发射X-射线系统的剖面透视图； 图3为曲线图，示出了场致发射阴极在应用电势差范围内的发射特性；图4A和4B为根据本专利技术主题的实施例的多波束场致发射X-射线系统中使用的场致发射X-射线源示意图；图5为根据本专利技术主题的实施例的多波束场致发射X-射线系统的示意图；图6A和6B为流程图，示出了控制本专利技术主题实施例多波束场致发射X-射线系统的两种方法的步骤；以及图7A到7C为根据本专利技术主题的实施例各种布局中的场致发射阴极侧视图。具体实施例方式本专利技术主题提供了控制多波束场致发射X-射线系统的系统和方法。一方面，本专利技术主题提供了多波束场致发射X-射线系统，图中标号为10。例如，参照图1，2八和28，多波束场致发射X-射线系统10可包括多个X-射线束焦点105，这些焦点由各个场致发射X-射线源100生成。在图2A所示示例性布局中，每个X-射线源100包括阴极元件110，每个阴极元件又包括一个衬底112，其带有置于绝缘材料116 (例如玻璃或陶瓷)上的碳纳米管(CNT)场致发射薄膜114。美国专利6，553，096介绍了这种场致发射阴极的示例，这种阴极至少部分地是由含纳米结构的材料构成，该专利内容被全部纳入本文作为引用。电子萃取门120可通过间隔元件118与阴极元件110的表面隔开，按预定距离进行布置。例如，萃取门120可是一种金属网结构，布置在距离阴极元件110大约50到500 μ m之间，并与所述阴极元件110平行。萃取门120与阴极元件110 (特别是衬底112)之间采用绝缘。所有的X-射线源100可共享一个通用萃取门120，或者采用多个单独萃取门或分段门，下面将详细介绍。萃取门120和阴极元件110之间应用电位差，通过场致发射产生电子。具体来讲，将调节阴极元件110和萃取门120之间电位差调节到某个发射阈或高于该发射阈，从而控制电子的发射。如果电位差低于该发射阈，则不会产生有效发射。如图3所示，这种发射特性可通过Fowler-Nordheim(F-N)方程进行近似描述。在某些近似法中，所发射的电子电流同所应用的电位差的指数成比例(即，ι-v-相关)。因为指数相关，对所应用电位的精确调节有助于获得预期电流或保持稳定电子发射电流。此外，各个发射体的I-V-相关性在阴极之间是不同的。此外，再次参照图2A，聚焦结构130可以与阴极元件110和萃取门120隔开，以便将所发射的电子束聚焦到阳极140上(例如，由钨靶材组成的阳极)。阳极140可以是一种反射靶或透射靶。聚焦可以是被动的(即，提供给聚焦结构130的电位与萃取门120相同)或是主动的(即，在不同电位上使用一个或多个聚焦平面)，电压则由聚焦电压源132提供。聚焦电压源132可以独立于在萃取门120和阴极元件110之间应用电位差的电源，或者，也可连接到一个公共源上。阳极140可由相对于阴极元件110的正电位供电，并位于与阴极元件110的预定距离上。例如，阴极元件110和阳极140之间的距离可选择足够大到可提供所期望的电绝缘。通过从阴极元件110中提取电子并将所述电子加速到阳极140上，从而产生X-射线。此外，图2B示出了 X-射线系统10的另一个实施例，在这个实施例中，阳极侧准直仪142可位于阳极140和X-射线窗160之间，特别是在外部准直仪无法使用的布局中。 在任一种配置中，阴极元件110、萃取门120和阳极140都可布置在真空室150内。如图2C所示，真空室150可以是一种狭长形线性管，所有的X-射线源100可装入其内。再次参照图2A和2B，真空室150可以包括电气穿导器件152，可使真空室内的各个部件实现电气连接。具体来说，电子控制系统200可以连接到一个或多个阴极元件110或萃取门120上。如上所述，为了从各个场致发射源萃取电子，电子控制系统200可以在阴极元件110和萃取门120之间施加电位差。例如，电子控制系统200可以连接到阴极元件110和萃取门120上，特别用来在两个部件之间施加电位差。另一种方式是，萃取门120可连接地，而电子控制系统200则在阴极元件110上建立负电位。对于大量的阴极元件来讲，一般会认为，因为真空室150内电子控制系统200和电穿导器件152需要使用许多通道，所以电气连接变得很复杂。具体来讲，对于N个阴极元件来讲，会要求使用最低数量的N+1通道和连接装件(例如，每个阴极元件110 —个，每个萃取门120 —个，加上聚焦结构130的任何附加的穿导连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·斯普瑞恩格，莫里茨·贝克曼，程远，休曼·扎法瑞，
申请(专利权)人：欣雷系统公司，
类型：
国别省市：
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