X射线源和X射线成像设备.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201921818440.2 (22)申请日 2019.10.25 (73)专利权人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园1号 专利权人 同方威视技术股份有限公司 (72)发明人 谭承君黄文会靳清秀唐传祥 刘东海罗群吴沛东张路明 徐丛宋程丁云泽王硕 (74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人 汪洋 (51)Int.Cl. H01J 35/14(2006.01) (54)实用新型名称 X射线源和X射线成像设备 (57)摘要 本公开提供了X射。

2、线源和X射线成像设备。 该 X射线源(100)包括： 壳体(101)， 在壳体内限定真 空空间； 电子束产生装置(110)， 该电子束产生装 置设置在壳体的真空空间内并被配置成发射电 子束(102)； 第一聚焦装置(120)， 该第一聚焦装 置设置在壳体的真空空间内， 用于接收并聚焦来 自电子束产生装置的电子束； 阳极靶(130)， 该阳 极靶设置在壳体的真空空间内， 面向第一聚焦装 置并被配置成在来自第一聚焦装置的聚焦的电 子束的撞击下产生X射线， 该第一聚焦装置被配 置成以可调的第一电位将所接收的电子束聚焦 到阳极靶上， 使得撞击阳极靶的聚焦的电子束在 阳极靶上产生的束斑(103)的尺寸是。

3、能够调整 的。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 210535623 U 2020.05.15 CN 210535623 U 1.一种X射线源(100)， 包括： 壳体(101)， 在壳体内限定真空空间； 电子束产生装置(110)， 该电子束产生装置设置在壳体的真空空间内并被配置成发射 电子束(102)； 第一聚焦装置(120)， 该第一聚焦装置设置在壳体的真空空间内， 用于接收并聚焦来自 电子束产生装置的电子束； 阳极靶(130)， 该阳极靶设置在壳体的真空空间内， 面向第一聚焦装置并被配置成在来 自第一聚焦装置的聚焦的电子束的撞击下产生X射线， 其特征在于， 该第一聚焦装置被配置。

4、成以可调的第一电位将所接收的电子束聚焦到阳极靶上， 使得 撞击阳极靶的聚焦的电子束在阳极靶上产生的束斑(103)的尺寸是能够调整的。 2.根据权利要求1所述的X射线源， 其特征在于， 该X射线源还包括： 第二聚焦装置(150)， 该第二聚焦装置设置在壳体的真空空间内， 并位于电子束产生装 置和第一聚焦装置之间， 以对来自电子束产生装置的电子束进行初始聚焦， 使得被初始聚 焦后的电子束到达第一聚焦装置并由第一聚焦装置进一步聚焦。 3.根据权利要求2所述的X射线源， 其特征在于， 第二聚焦装置被配置成以固定的零电 位对来自电子束产生装置的电子束进行初始聚焦。 4.根据权利要求2所述的X射线源， 其。

5、特征在于， 第二聚焦装置被配置成以可调的第二 电位对来自电子束产生装置的电子束进行初始聚焦。 5.根据权利要求1-4中任一项所述的X射线源， 其特征在于， 阳极靶的工作电压在80kV 300kV的范围内， 所述可调的第一电位在4kV10kV的范围内。 6.根据权利要求1-4中任一项所述的X射线源， 其特征在于， 该X射线源还包括： 控制栅网(140)， 该控制栅网设置在壳体的真空空间内， 并被配置成控制电子束产生装 置的电子束的发射和截止。 7.根据权利要求6所述的X射线源， 其特征在于， 控制栅网进一步被配置成调节电子束 产生装置发射的电子束的电子量。 8.根据权利要求1-4中任一项所述的X。

6、射线源， 其特征在于， 该X射线源还包括： 冷却装置(131)， 该冷却装置被构造成对阳极靶进行冷却。 9.根据权利要求1-4中任一项所述的X射线源， 其特征在于， 该X射线源包括分布式X射 线源， 该分布式X射线源包括设置在壳体的真空空间内的多个所述电子束产生装置和多个所 述第一聚焦装置。 10.根据权利要求9所述的X射线源， 其特征在于， 每个第一聚焦装置以相对于其他第一 聚焦装置独立可调的电位将来自对应的电子束产生装置的电子束聚焦到阳极靶上。 11.一种X射线成像设备， 其特征在于， 该X射线成像设备包括根据权利要求1-10中任一 项所述的X射线源。 权利要求书 1/1 页 2 CN 2。

7、10535623 U 2 X射线源和X射线成像设备 技术领域 0001 本公开的实施例一般地涉及X射线检测领域， 尤其涉及焦点尺寸或位置可调的X射 线源和X射线成像设备。 背景技术 0002 X射线在工业无损检测、 安全检查、 医学诊断和治疗等领域具有广泛的应用。 产生X 射线的装置可以称为X射线源或X射线发生器， 其包括阴极和阳极， 由阴极产生电子束流， 电 子束流被阴极与阳极之间的高压电场加速， 并撞击阳极靶点， 从而产生X射线。 0003 对于常规的X射线源来说， 尤其是对于包括阴极阵列的分布式X射线源来说， 由于 安装的机械误差以及各个阴极自身的差异， 安装好后的每个源的焦点尺寸、 焦。

8、点位置等参 数为固定值， 且有可能不满足成像系统的使用要求， 不能调整， 灵活性差。 实用新型内容 0004 为了克服现有技术存在的上述和其它问题和缺陷中的至少一种， 提出了本公开。 0005 根据本公开的一个方面， 提出了一种X射线源， 包括： 壳体， 在壳体内限定真空空 间； 电子束产生装置， 该电子束产生装置设置在壳体的真空空间内并被配置成发射电子束； 第一聚焦装置， 该第一聚焦装置设置在壳体的真空空间内， 用于接收并聚焦来自电子束产 生装置的电子束； 阳极靶， 该阳极靶设置在壳体的真空空间内， 面向第一聚焦装置并被配置 成在来自第一聚焦装置的聚焦的电子束的撞击下产生X射线， 该第一聚焦。

9、装置被配置成以 可调的第一电位将所接收的电子束聚焦到阳极靶上， 使得撞击阳极靶的聚焦的电子束在阳 极靶上产生的束斑的尺寸是能够调整的。 0006 在一些实施例中， X射线源还包括第二聚焦装置， 该第二聚焦装置设置在壳体的真 空空间内， 并位于电子束产生装置和第一聚焦装置之间， 以对来自电子束产生装置的电子 束进行初始聚焦， 使得被初始聚焦后的电子束到达第一聚焦装置并由第一聚焦装置进一步 聚焦。 0007 在一些实施例中， 第二聚焦装置被配置成以固定的零电位对来自电子束产生装置 的电子束进行初始聚焦。 0008 在一些实施例中， 第二聚焦装置被配置成以可调的第二电位对来自电子束产生装 置的电子束。

10、进行初始聚焦。 0009 在一些实施例中， 阳极靶的工作电压在80kV300kV的范围内， 所述可调的第一电 位在4kV10kV的范围内。 0010 在一些实施例中， X射线源还包括控制栅网， 该控制栅网设置在壳体的真空空间 内， 并被配置成控制电子束产生装置的电子束的发射和截止。 0011 在一些实施例中， 控制栅网进一步被配置成调节电子束产生装置发射的电子束的 电子量。 0012 在一些实施例中， X射线源还包括冷却装置， 该冷却装置被构造成对阳极靶进行冷 说明书 1/4 页 3 CN 210535623 U 3 却。 0013 在一些实施例中， 该X射线源包括分布式X射线源， 该分布式X。

11、射线源包括设置在壳 体的真空空间内的多个所述电子束产生装置和多个所述第一聚焦装置。 0014 在一些实施例中， 每个第一聚焦装置以相对于其他第一聚焦装置独立可调的电位 将来自对应的电子束产生装置的电子束聚焦到阳极靶上。 0015 根据本公开的另一方面， 提供了一种X射线成像设备， 其包括在本公开的任一实施 例中描述的X射线源。 0016 通过下文中参照附图对本公开所作的详细描述， 本公开的其它目的和优点将显而 易见， 并可帮助对本公开有全面的理解。 附图说明 0017 通过参考附图能够更加清楚地理解本公开的特征和优点， 附图是示意性的而不应 理解为对本公开进行任何限制， 在附图中： 0018 。

12、图1为示出根据本公开的一个示例性实施例的X射线源的布置的示意图； 0019 图2为示出根据本公开的另一个示例性实施例的X射线源的布置的示意图； 0020 图3为示出根据本公开的示例性实施例的通过调整聚焦装置上的电位对电子束在 阳极靶上产生的束斑进行的调整的原理示意图； 以及 0021 图4为示出根据本公开的又一个示例性实施例的X射线源的布置的示意图。 具体实施方式 0022 下面将结合本公开实施例中的附图， 对本公开实施例中的技术方案进行清楚、 完 整的描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于 本公开中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳。

13、动前提下所获得的所有其他 实施例， 都属于本公开保护的范围。 0023 另外， 在下面的详细描述中， 为便于解释， 阐述了许多具体的细节以提供对本公开 内容的实施例的全面理解。 然而明显地， 一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下 也可以被实施。 在其他情况下， 公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。 0024 图1示意性地示出了根据本公开的一个示例性实施例的X射线源的布置。 如图所 示， 示例性的X射线源100主要包括壳体101和布置在壳体101内的电子束产生装置110、 第一 聚焦装置120和阳极靶130。 在壳体101内限定或形成真空空间， 因此壳体101也可以称为真 空腔。 。

14、电子束产生装置110产生电子束， 并且， 例如朝向阳极靶130， 发射电子束102。 第一聚 焦装置120在壳体的真空空间内定向成接收来自电子束产生装置110的电子束， 并朝向阳极 靶130聚焦电子束， 被聚焦的电子束被位于壳体101内(例如， 位于电子束产生装置与阳极靶 之间， 或位于第一聚焦装置与阳极靶之间)的高压电场加速， 并获得能量撞击阳极靶点， 在 阳极靶130上产生束斑或焦点103， 使得阳极靶130在聚焦的电子束的撞击下产生X射线。 可 以通过控制该电场的大小来调整撞击阳极靶的电子束的能量。 0025 示例性地， X射线源可以为X射线管或加速器。 当X射线源为X射线管时， 电子束。

15、产生 装置为阴极； 当X射线源为加速器时， 电子束产生装置包括电子枪和加速管， 此时， X射线源 还可包括微波功率源和波导等部件。 在一些示例中， 阳极靶可以由钨、 铜、 银和钯中的至少 说明书 2/4 页 4 CN 210535623 U 4 一种制成。 0026 为了将电子束聚焦到阳极靶上， 通常在聚焦装置上施加电压以对电子束进行成形 和聚焦。 在常规X射线源中， 聚焦装置上的电压或电位是固定的， 因此不能调整焦点尺寸、 焦 点位置等参数。 而在本公开的实施例中， X射线源的第一聚焦装置能够以可调的第一电位将 所接收的电子束聚焦到阳极靶上， 即在第一聚焦装置上施加的电压或其上电位是可以调整。

16、 或可控的， 从而以可调或可控的方式对电子束进行聚焦， 从而通过调整第一聚焦装置上的 电压或电位能够调整聚焦电子束的焦点， 进而调整其在阳极靶上产生的束斑103的尺寸 (如， 面积)或位置， 避免因制造或组装误差等而出现X射线源的焦点不满足成像要求的情 况， 提高成像质量和灵活性。 此外， 可以通过调整第一聚焦装置上的电压或电位来调整聚焦 电子束在阳极靶上产生的束斑的尺寸或位置， 使得该束斑具有较小的尺寸和/或撞击阳极 靶上的合适靶点位置， 为后续被检物的X射线探测图像以可调的方式实现较高的空间分辨 率和图像细腻度奠定了基础。 0027 图2示出了通过调整第一聚焦装置120上的电压或电位来调整。

17、聚焦电子束在阳极 靶130上产生的束斑的示例。 图2中的(A)、 (B)、 (C)分别示出了在第一聚焦装置120施加不同 的电压或电位V1、 V2、 V3的情况下， 电子束被聚焦的状态及其在阳极靶130上产生的不同尺 寸的束斑； 示例性地， V1V2V3， 在图2中的(A)中电子束以焦点位于阳极靶后方的方式撞 击阳极靶， 在图2中的(B)中电子束以焦点位于阳极靶上的方式撞击阳极靶， 而在图2中的 (C)中电子束以焦点位于阳极靶前方的方式撞击阳极靶， 从而电子束在阳极板上产生的束 斑具有不同的尺寸。 此外， 通过适当地布置第一聚焦装置的定向， 还可以改变电子束在阳极 板上产生的束斑的位置/尺寸。。

18、 0028 在如图1所示的X射线源中， 可以通过外部电源160经由连接器161向阳极靶施加合 适的工作电压， 可以通过外部电源170经由连接器171向第一聚焦装置120施加合适的工作 电压， 外部电源170包括可调电压源。 在一些示例中， 在阳极靶施加的工作电压在80kV 300kV的范围内， 在第一聚焦装置上施加的可调的第一电位可以在4kV10kV的范围内。 0029 如图1所示， X射线源还可以包括控制栅网140， 其设置在壳体101的真空空间内， 例 如位于电子束产生装置110的电子出射口处， 用于控制电子束产生装置110的电子束的发射 和截止。 例如， 当向控制栅网合适的电压(例如负电。

19、压， 其绝对值可以大于电子束产生装置 上的电压的绝对值， 即在控制栅网上施加的电压相对于电子束产生装置上的电压是负压)， 没有电子被发射到阳极靶上， 因此X射线源不产生X射线； 并且在控制栅网上施加的电压相 对于电子束产生装置上的电压是正压时， 电子束产生装置发射的电子通过控制栅网引出， 由聚焦装置聚焦以撞击阳极靶， 以产生X射线。 可以通过调整控制栅网上的电压来调节电子 束产生装置发射的电子束的电子量， 从而调节X射线的产量。 0030 如图3所示， X射线源100还可以包括冷却装置131， 其用于对阳极靶130进行冷却。 例如， 冷却装置可以由导热性较好的冷却体制成， 以及时带走由于电子束。

20、撞击阳极靶而在 阳极靶中产生的热量。 冷却装置可以贴附或接触阳极靶背离电子束撞击面的一侧。 0031 在图3图示的实施例中， X射线源100还包括设置在壳体101的真空空间内的第二聚 焦装置150。 第二聚焦装置150可以位于电子束产生装置110和第一聚焦装置120之间， 以对 来自电子束产生装置120的电子束进行初始聚焦， 使得被初始聚焦后的电子束到达第一聚 焦装置120并由第一聚焦装置进一步聚焦， 由此进一步提高聚焦精度。 说明书 3/4 页 5 CN 210535623 U 5 0032 在一些示例中， 第二聚焦装置上的电位可以时固定电位， 如零电位。 在其它实施例 中， 第二聚焦装置也。

21、可以可调的第二电位对来自电子束产生装置的电子束进行初始聚焦， 由此进一步提高聚焦精度。 如图3所示， 可以通过外部电源180经由连接器181向第二聚焦装 置150施加合适的工作电压， 如固定电压或可调电压。 可以理解， 虽然在图3的实施例中示出 了两级聚焦装置(第一聚焦装置120和第二聚焦装置150)， 在实际操作中， 可以根据需要设 置更多级聚焦装置， 以满足不同的聚焦/成像需求。 0033 图4示出了根据本公开的又一个示例性实施例的X射线源的布置。 在图4中， X射线 源包括分布式X射线源， 其包括设置在壳体101的真空空间内的多个(例如， 两个或更多个) 电子束产生装置110和相应的多个。

22、第一聚焦装置120， 多个电子束产生装置110作为阴极成 阵列排布， 可以通过控制栅网上施加的电压控制电子的发射， 从而控制各个电子束产生装 置按顺序发射电子， 在阳极靶上按相应顺序位置轰击靶点， 成为分布式X射线源， 其可以极 大地提高检查效率， 提高图像的清晰度， 并且其结构简单、 系统稳定、 可靠性高。 0034 在一些实施例中， 各个第一聚焦装置上施加的电压或电位是独立可调的， 使得每 个第一聚焦装置以相对于其他第一聚焦装置独立可调的电位将来自对应的电子束产生装 置的电子束聚焦到阳极靶上， 这可以克服由于阴极一致性差、 安装误差等带来的问题， 进一 步提高聚焦灵活性和精度。 0035 本公开的实施例还提供了一种X射线成像设备， 其包括前述X射线源， 从而能够以 焦点可调或可控的方式对物体进行精确地成像。 0036 尽管已经示出和描述了本公开的实施例， 对于本领域的普通技术人员而言， 可以 理解在不脱离本公开的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化， 本公开的范围由 所附权利要求及其等同物限定。 说明书 4/4 页 6 CN 210535623 U 6 图1 图2 说明书附图 1/3 页 7 CN 210535623 U 7 图3 说明书附图 2/3 页 8 CN 210535623 U 8 图4 说明书附图 3/3 页 9 CN 210535623 U 9 。