專利名稱：X射線產生設備和具有其的x射線成像系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在無損傷X射線成像和診斷中使用的X射線產生設備和一種具有該X射線產生設備的X射線成像系統(tǒng)。
背景技術：
X射線產生設備廣泛用于醫(yī)學診斷和無損傷檢測中，以產生各種結構的圖像，這樣的圖像可以用于檢測結構中的缺陷。通常，醫(yī)學X射線產生設備具有這樣的結構，其中，從被加熱至高溫的陰極絲 (cathode filament)發(fā)射熱電子,然后，使發(fā)射的電子加速,從而與旋轉的陽極祀碰撞，以因此產生X射線。在這樣的熱電子與旋轉的陽極靶碰撞的結構中，產生了大量的X射線。然而，在這樣的設備的情況下，需要幾種周邊裝置，例如，為了加熱陰極絲，可能需要用于使陽極旋轉的旋轉裝置和冷卻裝置，結合起來的結果是實質上增加了 X射線產生設備的體積和重量。從陰極絲發(fā)射的熱電子中的大多數熱電子轉換為熱，剩余的熱電子用于產生X射線。因此，X射線產生設備通常效率很低且展現出很低的分辨率。近年來，已經對場發(fā)射顯示器(FED)型X射線產生設備(下文中，稱為平板型X射線產生設備)展開了研究工作。平面式的X射線產生設備具有這樣的結構，其中，均具有大約幾十納米(nm)的尺寸的針形的發(fā)射器設置在平板上，將高電場施加到發(fā)射器，使得從發(fā)射器發(fā)射的電子受力而與陽極靶碰撞，從而產生X射線。在平板型X射線產生設備中，設備的尺寸很小，且有效地控制了 X射線的產生。然而，難以產生用于X射線成像的被充分準直的X射線的量。具體地講，難以沿彼此平行的方向(即，沿多條平行的路徑)準直X射線。因此，平板型X射線產生設備尚未出于醫(yī)學的目的而得到廣泛地使用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一方面在于提供一種具有產生足以進行X射線成像的大量的X射線的結構的X射線產生設備和包括該X射線產生設備的X射線成像系統(tǒng)。本發(fā)明的另一方面在于提供一種以高密度沿彼此平行的方向準直X射線的X射線產生設備和包括該X射線產生設備的X射線成像系統(tǒng)。本發(fā)明的另一方面在于提供一種獨立地控制設置在平板上的發(fā)射器以均勻地產生X射線的X射線產生設備和包括該X射線產生設備的X射線成像系統(tǒng)。本發(fā)明的又一方面在于提供一種沿彼此平行的方向對從X射線產生設備發(fā)射的X射線進行準直的X射線成像系統(tǒng)。本發(fā)明的另外的方面將在下面的描述中進行一定程度地闡述，且通過描述在一定程度變得明顯，或者可以通過實施本發(fā)明而獲知。根據本發(fā)明的一方面，一種X射線成像系統(tǒng)包括X射線產生設備，X射線產生設備產生并發(fā)射X射線；檢測器，檢測器檢測從X射線產生設備發(fā)射的X射線；至少一個準直器，所述至少一個準直器設置在X射線產生設備和檢測器之間，準直器具有與由X射線產生設備發(fā)射的X射線的前進方向平行的準直軸，從而防止由X射線產生設備發(fā)射的X射線的發(fā)散。準直器可以包括多個毛細管，多個毛細管的準直軸被設置為彼此平行，且每個毛細管可以具有至少一個衍射層，以衍射穿過每個毛細管的X射線。衍射層可以包含從由鎢(W)、鑰(Mo)、鉛(Pb)和鉬(Pt)組成的組中選擇的至少一種。每個毛細管可以包括至少一個傳輸層，以傳輸被衍射層衍射的X射線，衍射層和傳輸層可以從每個毛細管的外部朝向每個毛細管的中部交替地設置，以因此形成分層結構。傳輸層可以包含從由碳(C)、硅(Si)鋁(Al)、聚合物、氮化物和氧化物組成的組中選擇的至少一種。準直器可以包括多個晶格，以對具有特定波長的X射線進行過濾。X射線產生設備可以包括陰極單元，陰極單元具有多個發(fā)射器和柵極，多個發(fā)射器發(fā)射電子，柵極在柵極和發(fā)射器之間形成電場，從而從發(fā)射器發(fā)射電子；陽極單元，陽極單元具有靶，從陰極單元發(fā)射的電子與靶碰撞，以產生X射線。陰極單元可以形成為平面式的形狀，發(fā)射器可以按矩陣設置在平面式的陰極單元的表面處。靶可以形成為粗糙的形狀，以防止X射線的發(fā)散。靶可以具有至少一個衍射層，以使X射線衍射。衍射層可以包含從由鎢(W)、鑰(Mo)、鉛(Pb)和鉬(Pt)組成的組中選擇的至少一種。祀可以包括至少一個傳輸層，以傳輸被衍射層衍射的X射線,衍射層和傳輸層可以交替地設置，以形成粗糙的分層結構。傳輸層可以包含從由碳(C)、硅(Si)鋁(Al)、聚合物、氮化物和氧化物組成的組中選擇的至少一種。發(fā)射器可以是獨立可控的。準直器可以被設置為與X射線產生設備平行，準直器或X射線產生設備可以被設置為可沿彼此平行的方式運動。根據本發(fā)明的另一方面，一種X射線產生設備包括平面式的陰極單元；發(fā)射器，發(fā)射器按矩陣設置在陰極單元的表面處；柵極，柵極分別設置在發(fā)射器之間，使得電子從發(fā)射器發(fā)射；陽極單元，陽極單元在陽極單元和陰極單元之間形成電場，以使從發(fā)射器發(fā)射的電子加速；靶，從發(fā)射器發(fā)射的電子與靶碰撞，以產生X射線；粗糙的部分，粗糙的部分沿與從發(fā)射器發(fā)射的電子被加速所沿的方向平行的方向準直X射線。粗糙的部分可以具有至少一個衍射層，以使X射線衍射。衍射層可以包含從由鎢(W)、鑰(Mo)、鉛(Pb)和鉬(Pt)組成的組中選擇的至少一種。祀可以包括至少一個傳輸層，以傳輸被衍射層衍射的X射線,衍射層和傳輸層可、以交替地設置，以形成粗糙的分層結構。傳輸層可以包含從由碳(C)、硅(Si)鋁(Al)、聚合物、氮化物和氧化物組成的組中選擇的至少一種。發(fā)射器可以是獨立可控的。X射線可以傳輸通過陽極單元并可以從所述X射線產生設備發(fā)射出去。X射線可以傳輸通過陰極單元并可以從所述X射線產生設備發(fā)射出去。根據本發(fā)明的另一方面，一種X射線產生設備包括多個電子產生元件，多個電子 產生元件設置在二維平板上；靶，靶被設置為與電子產生元件相對，從電子產生元件產生的電子與靶碰撞，以產生X射線，其中，靶包括至少一個粗糙的衍射層和至少一個傳輸層，衍射層衍射X射線,傳輸層結合到衍射層的后部，以傳輸被衍射層衍射的X射線。衍射層和傳輸層可以交替地設置。衍射層可以包含從由鎢(W)、鑰(Mo)、鉛(Pb)和鉬(Pt)組成的組中選擇的至少一種。傳輸層可以包含從由碳(C)、硅(Si)鋁(Al)、聚合物、氮化物和氧化物組成的組選擇的至少一種。電子產生元件可以是獨立可控的。衍射層之間的距離可以是彼此相等的。根據本發(fā)明的又一方面，一種X射線成像系統(tǒng)包括X射線產生設備，X射線產生設備產生X射線；檢測器，檢測器檢測從X射線產生設備沿前進方向發(fā)射從而傳輸通過待測對象的X射線；至少一個準直器，準直器對從X射線產生設備發(fā)射的X射線進行準直，其中，準直器設置在X射線產生設備和對象之間或設置在對象和檢測器之間，并具有取向為對沿前進方向傳播的X射線進行準直的準直軸。準直器可以包括多個毛細管，每個毛細管具有設置為彼此平行且與前進方向平行的縱軸，且每個毛細管可以包括至少一個衍射層和至少一個傳輸層，衍射層使穿過每個毛細管的X射線衍射,傳輸層傳輸被衍射層衍射的X射線,衍射層和傳輸層從每個毛細管的外部朝向每個毛細管的中部交替地設置，以形成分層結構。衍射層和傳輸層可以交替地設置，衍射層之間的距離可以是彼此相等的。準直器可以包括多個晶格，以對沿前進方向傳播的具有特定波長的X射線進行過濾。準直器被定向為其準直軸可以設置為與由X射線產生設備發(fā)射的X射線的前進方向平行，準直器或X射線產生設備可以被設置為可沿彼此平行的方向運動。X射線產生設備可以包括陰極單元，陰極單元具有多個發(fā)射器和柵極，發(fā)射器發(fā)射電子，柵極在柵極和發(fā)射器之間形成電場，以使電子從發(fā)射器發(fā)射；陽極單元，陽極單元具有靶，靶與從陰極單元發(fā)射的電子碰撞，以產生X射線。靶可以包括由不同的材料制成的多個層。所述多個層可以包括至少一個衍射層和至少一個傳輸層，衍射層使X射線衍射，傳輸層傳輸X射線，衍射層和傳輸層可以交替地設置，以形成粗糙的分層結構。


通過下面結合附圖對實施例進行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他的方面將變得明顯且更易于理解，在附圖中圖I是示出根據本發(fā)明的實施例的X射線產生設備的原理性構造的示圖；圖2是圖I中示出的靶的放大圖；圖3是示出沿與陽極單元或陰極單元垂直的方向準直通過圖2中示出的靶產生的X射線所依據的原理的示圖；圖4是示出透射通過X射線產生設備的陽極單元并從X射線產生設備發(fā)射的X射線的示圖；
圖5是示出透射通過X射線產生設備的陰極單元并從X射線產生設備發(fā)射的X射線的示圖；圖6是示出根據本發(fā)明的實施例的X射線成像系統(tǒng)的原理性構造的示圖；圖7是組成圖6的準直器的毛細管的放大圖；圖8是在穿過圖7中示出的毛細管之一的同時準直X射線所依據的原理的示圖。
具體實施例方式提供下面參照附圖所進行的描述以有助于對由權利要求及其等同物限定的本發(fā)明的示例性實施例的綜合性理解。這樣的描述包括了有助于理解的各種具體的細節(jié)，但是這些具體的細節(jié)僅應被認為是示例性的。因此，本領域普通技術人員應該理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以對這里描述的實施例進行各種改變和修改。此外，出于清楚和簡明的考慮，省略了公知的功能和構造的描述?，F在將詳細說明本發(fā)明的實施例，在附圖中示出的本發(fā)明的實施例的示例，其中，相同的標號始終指示相同的元件。圖I是示出根據本發(fā)明的實施例的X射線產生設備的原理性構造的示圖。如圖I中所示，X射線產生設備10包括陰極單元20，陰極單元20具有多個發(fā)射器22和多個柵極24，多個發(fā)射器22發(fā)射電子，多個柵極24將強電場施加到各個發(fā)射器22，以使電子從發(fā)射器發(fā)射；陽極單元30，陽極單元30具有靶34，從陰極單元20發(fā)射的電子與靶34碰撞，以產生X射線。陰極單元20具有平面式的陰極基板21 ;多個發(fā)射器22，多個發(fā)射器22按矩陣方式設置在陰極基板21的表面處；柵極24，柵極24分別設置在發(fā)射器22之間，以將電場施加到發(fā)射器22，從而從發(fā)射器22發(fā)射電子；電子控制器26，電子控制器26獨立地控制發(fā)射器22。陰極基板21由展現出高電絕緣性的玻璃或硅制成。Spindt型電子產生元件可以用作各個發(fā)射器22。Spindt型電子產生元件被形成為圓錐形狀。Spindt型電子產生元件的尖端具有大約幾十nm的直徑。可選擇地，具有幾十nm的微結構的碳納米管型電子產生元件可以用作各個發(fā)射器22。當將幾十至幾百V的電壓施加到Spindt型電子產生元件或納米管型電子產生元件時，根據電場發(fā)射現象從電子產生元件的尖端發(fā)射電子。除了 Spindt型電子產生元件和碳納米管型電子產生元件之外，還可以將各種電子產生元件用作發(fā)射器22。例如，可以使用金屬-絕緣體-金屬(MTM)型元件和金屬-絕緣體-半導體(MIS)型元件。此外，可以使用所有的冷陰極型電子產生元件，諸如半導體PN結型元件，肖特基(Schottky)結型元件和由納米碳纖維制成的碳基薄膜元件。電子控制器26可以使用例如矩陣式信號來獨立地控制從發(fā)射器22發(fā)射的電子的量，以實現從發(fā)射器22發(fā)射的電子的量的開關控制。使用冷陰極型電子產生元件作為發(fā)射器22的X射線產生設備10在不加熱陰極單元20的情況下將電壓提供到室溫的電子產生元件，以發(fā)射電子。因此，可以不需要產生X射線的等待時間。此外，可以不需要加熱陰極單元20的功率，因此，與加熱陰極方法相比更有效率地發(fā)射X射線。因為電子控制器26導通/截止各個發(fā)射器22，所以可以選擇性地驅動發(fā)射器22，并可以實現高 速響應。陽極單元30具有平面式的陽極基板31、保持在高電壓的陽極32和與從陰極單元20發(fā)射的電子碰撞的祀34。陽極基板31的形狀形成為與陰極基板21的形狀對應。以與陰極基板21的形式相同的形式，陽極基板31由展現出高電絕緣性的玻璃或硅制成。施加有高電壓的陽極32使從發(fā)射器22發(fā)射的電子加速，使得電子與靶34碰撞。圖2是圖I中示出的靶的放大圖。如圖I和圖2中所示，靶34被形成為微圓錐的或棱錐的粗糙的形狀。因為靶34被形成為粗糙的形狀，所以靶34的與從發(fā)射器22發(fā)射的電子碰撞的有效碰撞面積增加(這是因為從發(fā)射器22發(fā)射的電子傾斜地與靶34的粗糙的表面碰撞，而不是垂直地與靶34的粗糙的表面碰撞)，產生的X射線的量因此增加，并因此改善了陽極單元30的冷卻效率。粗糙的表面33與垂直于陽極單元30或陰極單元20的直線L之間的角a基本上可以在從0. I度至2度的范圍內，以得到沿與圖I的陽極單元30或陰極單元20基本垂直的方向前進的X射線。此外，粗糙的靶34具有交替地設置的多個層36。所述多個層36包括產生X射線的產生層37、使產生的X射線衍射的衍射層39和傳輸被衍射的X射線的傳輸層。產生層37位于靶34的最外層，即，與電子初始碰撞的部分。產生層37由原子序數足夠大以容易地在初始碰撞時產生X射線的元素制成。產生層37可以由鎢(W)或鑰(Mo)制成。衍射層39結合到產生層37的后部，以使從產生層37產生的X射線衍射。衍射層39由原子序數足夠大以基于X射線的入射方向沿特定的方向衍射或反射X射線的元素制成。衍射層39可以由鎢(W)、鑰(Mo)、鉛(Pb)或鉬(Pt)制成。傳輸層38結合到衍射層39的后部，以傳輸被衍射層39衍射的X射線。傳輸層38由原子序數足夠小以不反射或吸收X射線的元素制成。傳輸層38可以由碳(C)、硅(Si)或鋁(Al)制成?？蛇x擇地，傳輸層38可以由聚合物、氮化物或氧化物制成。在傳輸層38的后部處可以選擇性地設置有另外的衍射層39和傳輸層38。傳輸層38設置在衍射層39之間，因這樣的結構使得在產生層37和衍射層39之間或在衍射層39之間穿過的X射線衍射。因為靶34被形成為具有衍射層39和傳輸層38交替地布置的粗糙的分層結構，所以沿與平面式的陽極單元30或陰極單元20垂直的方向準直從靶34透射的X射線。靶34準直X射線，從而雖然X射線不與陽極單元30或陰極單元20的平面完全垂直，但是X射線近似垂直于陽極單元30或陰極單元20的平面。圖3是示出沿與陽極單元或陰極單元垂直的方向準直通過圖2中示出的靶產生的X射線所依據的原理的示圖。如圖3中所示，由加速的電子與產生層37碰撞而產生的X射線穿過交替地設置在產生層37的后方的衍射層39和傳輸層38，結果，沿與平面式的陽極單元30或陰極單元20近似垂直的方向準直X射線。從產生層37產生的X射線不具有預定或一致的規(guī)則的方向性，因此沿所有的方向發(fā)射。在X射線沿所有的方向發(fā)射的過程中，一些X射線在穿過位于產生層37和衍射層39之間的傳輸層38或位于衍射層39之間的傳輸層38的同時被衍射，沿特定的方向前進，因與衍射層39的碰撞而反射一次或多次，并逐漸成為沿與平面式的陽極單元30或陰極單元20近似垂直的方向前進。如上所述，粗糙的表面33幾乎與垂直于陽極單元30或陰極單元20的直線LI平行。因此，在從產生層37產生的X射線中，沿與粗糙表面33基本平行的方向發(fā)射的X射線BI被反復地衍射、反射和透射。結果。X射線BI沿與陽極單元30或陰極單元20基本垂直的方向前進，并經陽極基板31和陽極32從X射線產生設備10發(fā)射。另一方面，在從產生層37產生的X射線中，與粗糙的表面33成預定角度或更大的角度的X射線B2因在衍射層39之間的碰撞而被反射多次，結果，X射線B2大幅損失能量。因此，X射線B2不是從X射線產生設備10發(fā)射而是被吸收。按照這樣的方式，靶34形成為具有粗糙的分層結構，因而有效地實現了 X射線的沿與陽極單元30或陰極單元20大致垂直的方向的準直。此外，根據本發(fā)明的另一實施例，在X射線的準直的過程中，利用了衍射現象，以對具有特定波長的X射線進行準直。X射線的衍射現象基于布拉格定律(Bragg’ s law)。nX A = 2XdXsin 0 (n是整數，A是X射線的波長，d是衍射層的原子晶格中的平面之間的距離，0是入射的X射線和衍射層之間的角度)。如果0增加，則X射線和衍射層39之間的角度增加，結果，X射線沒有被衍射而是被反射。因此，將e限制在預定的范圍內或小于預定的范圍，且將衍射層39的原子晶格中的平面之間的距離d固定為一特定值，結果，衍射的X射線的波長\受0和d的值的限定。因此，可以調節(jié)衍射層39的原子晶格中的平面之間的距離d，以僅對具有落入期望的波長段內的波長的X射線進行準直。在這樣的情況下，可能需要均等地保持衍射層39的原子晶格中的平面之間的距離山以防止出現相消干涉現象。當使用具有特定的波長的X射線時，可以得到關于對象的精確的圖像信息。 圖4是示出透射通過X射線產生設備的陽極單元并從X射線產生設備發(fā)射的X射線的示圖，圖5是示出透射通過X射線產生設備的陰極單元并從X射線產生設備發(fā)射的X射線的示圖。X射線產生設備可以使用透射通過陽極單元30或透射通過陰極單元20的X射線。當使用透射通過陽極單元30的X射線時，如圖4中所示，從發(fā)射器22發(fā)射的電子被陽極32加速，并與靶34的產生層37碰撞。在電子與產生層37碰撞時產生的X射線穿過組成粗糙的分層結構的衍射層39和傳輸層38，沿X射線透射通過靶34所沿的方向(與陽極單元30或陰極單元20垂直的方向)前進，順序透射通過靶34、陽極32和陽極基板31，并從X射線產生設備10發(fā)射。陽極32和陽極基板31由諸如玻璃或硅的材料形成，這樣的材料令人滿意地(即，在沒有顯著的反射或吸收的情況下)透射X射線。當使用透射通過陰極單元20的X射線時，如圖5中所示，從發(fā)射器22發(fā)射的電子被陽極32加速，并與靶34的產生層37碰撞。此時產生的X射線穿過組成粗糙的分層結構的衍射層39和傳輸層38，或者被衍射層39反射，沿X射線被靶34反射所沿的方向(與陽極單元30或陰極單元20垂直的方向)前進，透射通過陰極單元20，并從X射線產生設備10發(fā)射。陰極基板21由令人滿意地透射X射線的諸如玻璃或硅的材料形成。
當如上所述地使用透射通過陰極單元20的X射線時，可以在沒有限制的情況下將用于冷卻陽極32的冷卻設備42結合到陽極單元30的后部，可以增加與電子加速性能相關的陽極32的厚度。在下文中，將詳細描述根據本發(fā)明的實施例的包括X射線產生設備10的X射線成像系統(tǒng)100。圖6是示出根據本發(fā)明的實施例的X射線成像系統(tǒng)的原理構造的示圖。如圖6中所示，X射線成像系統(tǒng)包括X射線產生設備10，X射線產生設備10產生并發(fā)射X射線；檢測器60，檢測器60檢測從X射線產生設備10發(fā)射的X射線；準直器80，準直器80設置在X射線產生設備10和檢測器60之間，以防止從X射線產生設備10發(fā)射的X射線發(fā)散。準直器80在從X射線產生設備10發(fā)射X射線之后且在X射線入射到對象之前對X射線進行準直(使X射線基本平行)，或者在X射線穿過對象90之后且在X射線入射到檢測器60之前對X進行準直。準直器80沒有使X射線完全準直，但是相對于X射線的入射角實質上減小了 X射線的發(fā)射角，使得入射到對象90或檢測器60的X射線與檢測器60的平面基本垂直。入射角和發(fā)射角相對于與準直器80或檢測器60的平面垂直的方向傾斜。還應該注意的是，與準直器80的平面垂直的方向實際上是X射線以最小的衰減穿過準直器的方向(X射線的前進方向)，在下文中，該方向被稱為準直器的軸向。例如，減小檢測器60的入射角意味著入射到檢測器60的X射線變得更靠近于與檢測器60的平面垂直的方向。準直器80位于X射線產生設備10和檢測器60之間。更具體地講，至少一個準直器80或者設置在X射線產生設備10和對象90之間，或者設置在對象90和檢測器60之間。隨著從X射線產生設備10發(fā)射的X射線變得遠離X射線產生設備10，X射線的分辨率降低。即，當從X射線產生設備10發(fā)射的X射線與垂直于X射線產生設備10的直線L2形成角P時，X射線和直線L2之間的初始距離dl很小。然而，隨著X射線變得遠離X射線產生設備10，在X射線和直線L2之間的距離d2增加(即，X射線隨著X射線從產生設備10開始前進而偏離直線L2)，這導致可由這樣的X射線形成的任意圖像的分辨率的降低。這種情況等同地適用于透射通過對象90并入射到檢測器60的X射線。準直器80設置在X射線產生設備10和對象90之間或在對象90和檢測器60之間，使得準直器80的軸向與垂直于X射線產生設備10的方向平行，并與垂直于檢測器60的方向平行，以因此改善對前進中的X射線進行準直的程度(因而使它們變得更為平行)，并因此基本上防止了分辨率的降低。
因此，在本發(fā)明的另一實施例中，可以將多個準直器80設置在X射線產生設備10和檢測器60之間，以改善分辨率。然而，當前進中的X射線穿過準直器80時，一些X射線被準直器80吸收，這將在下面進行描述。因為這樣的吸收，所以在具體的實施例中限制了使用的準直器80的數量，從而確保余留用于照射對象90的足夠的量的X射線到達檢測器60，并以期望的分辨率得到對象90的完整圖像。因此，根據使用的目的和期望量的分辨率，可以調節(jié)設置在X射線產生設備10和檢測器60之間的準直器80的數量。 另外，準直器80的軸向被設置為與垂直于X射線產生設備10的方向平行，從而僅僅與X射線產生設備10基本垂直地前進的X射線穿過準直器80。X射線產生設備10和準直器80可以連接到運動裝置11和81，使X射線產生設備10和準直器80沿彼此平行的方向做微小的運動或移位。當準直器80和X射線產生設備10固定時，僅僅得到關于對象90的特征部分的圖像。另一方面，當準直器80或X射線產生設備10彼此配合地進行微小的運動或位移(例如，以最終繞對象90完整地移動360度的方式)時，針對對象90的所有的部分均得到了圖像。同時，準直器80包括均具有被設置為與X射線的前進方向基本平行的縱軸的多個
毛細管。圖7是組成圖6的準直器的毛細管的放大圖。如圖7中所示，多個毛細管82的縱軸被布置為彼此平行。每個毛細管82包括至少一個衍射層84，至少一個衍射層84使穿過至少一個衍射層84的X射線衍射；至少一個傳輸層86，至少一個傳輸層86傳輸X射線。衍射層84和傳輸層86從每個毛細管84的外部朝向每個毛細管82的中部交替地設置。即，衍射層84和傳輸層86形成分層結構。傳輸層86設置在對應的衍射層84之間，以用作在衍射層84之間通過的X射線被衍射所通過的路徑。衍射層84由原子序數足夠大以基于X射線的入射方向沿特定的方向衍射或反射X射線的元素制成。衍射層84可以由鎢(W)、鑰(Mo)、鉛(Pb)或鉬(Pt)制成。傳輸層86由原子序數足夠小以不反射或吸收X射線的元素制成。傳輸層86可以由碳(C)、硅(Si)或鋁(Al)制成?？蛇x擇地，傳輸層86可以由聚合物、氮化物或氧化物制成。每個毛細管82被構造為具有分層結構，其中，衍射層84和傳輸層86交替地設置，從而沿與檢測器60或X射線產生設備10的平面垂直的方向準直X射線，S卩，與毛細管82的縱軸平行地準直X射線。圖8是在穿過圖7中示出的毛細管之一的同時準直X射線所依據的原理的示圖。如圖8中所示，入射到毛細管82的X射線被沿與毛細管82的縱向(軸向)平行的方向準直，然后被發(fā)射。如上所述，毛細管82的縱軸與垂直于X射線產生設備10的直線L2基本平行。因此，在入射到毛細管82的X射線中沿與毛細管82的縱軸近似平行的方向前進的X射線B3反復地衍射、反射和透射。出現這種情況是因為在入射的X射線和衍射層34之間的角小于某一預定的量(諸如前面說明的參照圖3描述的角0)。結果，X射線B3沿與毛細管82的縱軸基本平行的方向前進，并從準直器80發(fā)射。另一方面，在入射到毛細管82的X射線中與毛細管82形成預定的角度的角0或更大的角度的角的X射線B4因在衍射層84之間的碰撞而被反射，結果，X射線B4大幅損失能量。因此，X射線B4不是從準直器80發(fā)射而是被吸收。按照這樣的方式，由均具有分層結構的毛細管82組成準直器80，以有效地將X射線準直為與準直器80的軸向基本平行。此外，在X射線的準直的過程中利用了衍射現象，以對具有特定波長的X射線進行準直,X射線的衍射現象基于如前所述的布拉格定律(Bragg’ s law),因此,將省略其描述。準直器80可以包括多個晶格來替代毛細管82。晶格過濾并發(fā)射具有特定波長的X射線，因此得到關于對象的精確的圖像信息。通過上面的描述明顯可知，X射線成像系統(tǒng)產生足以進行X射線成像的大量的X射線，并以高密度沿彼此平行的方向對X射線進行準直，因而改善了分辨率。
雖然已經示出并描述了本發(fā)明的一些實施例，但是本領域技術人員應該理解的是，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以在這些實施例中進行改變，在權利要求及其等同物中限定了本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種X射線成像系統(tǒng)，其特征在于 X射線產生設備(10)，X射線產生設備產生并發(fā)射沿前進方向的X射線； 檢測器(60)，檢測器￠0)被定位為檢測從X射線產生設備發(fā)射的前進中的X射線； 至少一個準直器(80)，所述至少一個準直器(80)設置在X射線產生設備和檢測器之間的路徑中，這樣的準直器具有取向為與所述前進方向基本平行的準直軸，從而防止從X射線產生設備發(fā)射的X射線隨著X射線朝向所述檢測器前進而發(fā)散。
2.根據權利要求I所述的X射線成像系統(tǒng)，其特征在于 準直器(80)包括具有被設置為彼此平行且與X射線的前進方向平行的縱軸的多個毛細管(82)， 每個毛細管具有至少一個衍射層(84)，以使穿過毛細管的不與X射線的前進方向基本平行的X射線衍射。
3.根據權利要求2所述的X射線成像系統(tǒng)，其特征在于 每個毛細管(82)包括至少一個傳輸層(86)，以傳輸被衍射層衍射的X射線， 衍射層和傳輸層從每個毛細管的外部朝向每個毛細管的中部交替地設置，以形成分層結構。
4.根據權利要求I所述的X射線成像系統(tǒng)，其特征在于 準直器包括多個晶格(33)，以過濾具有特定波長的X射線。
5.根據權利要求I所述的X射線成像系統(tǒng)，其特征在于X射線產生設備包括 陰極單元(20)，陰極單元具有多個發(fā)射器(22)和柵極(24)，所述多個發(fā)射器(22)發(fā)射電子，所述柵極(24)在柵極和發(fā)射器之間形成電場，從而從發(fā)射器發(fā)射電子； 陽極單元(30)，陽極單元具有靶(34)，從陰極單元發(fā)射的電子與靶碰撞，以產生X射線。
6.根據權利要求5所述的X射線成像系統(tǒng)，其特征在于 陰極單元形成為平面式的形狀，發(fā)射器以矩陣形式設置在平面式的陰極單元的表面處。
7.根據權利要求6所述的X射線成像系統(tǒng)，其特征在于 靶形成為粗糙的形狀(33)，以防止X射線的發(fā)散。
8.根據權利要求7所述的X射線成像系統(tǒng)，其特征在于 靶具有至少一個衍射層(39)，以使X射線衍射。
9.根據權利要求8所述的X射線成像系統(tǒng)，其特征在于 靶包括至少一個傳輸層(38)，以傳輸被衍射層衍射的X射線， 衍射層和傳輸層交替地設置，以形成粗糙的分層結構(33)。
10.根據權利要求9所述的X射線成像系統(tǒng)，其特征在于 所述多個發(fā)射器能夠被單獨地控制。
11.根據權利要求I所述的X射線成像系統(tǒng)，其特征在于 準直器或X射線產生設備被設置為能夠以準直器的準直軸保持與X射線的前進方向基本平行的方式運動。
12.—種X射線產生設備，其特征在于 平面式的陰極單元(20)；多個發(fā)射器(22)，發(fā)射器以矩陣形式設置在陰極單元的表面處； 多個柵極(24)，柵極分別設置在發(fā)射器之間，以使電子從發(fā)射器發(fā)射； 陽極單元(30)，陽極單元在陽極單元和陰極單元之間形成電場，以使從發(fā)射器發(fā)射的電子沿前進方向朝向陽極單元加速； 革巴(34),從發(fā)射器發(fā)射的電子與祀碰撞，以產生X射線； 粗糙的部分(33)，粗糙的部分沿與前進方向平行的方向準直X射線。
13.根據權利要求12所述的X射線產生設備，其特征在于 粗糙的部分具有至少一個衍射層(39)，以使X射線衍射。
14.根據權利要求13所述的X射線產生設備，其特征在于 靶包括至少一個傳輸層(38)，以傳輸被衍射層衍射的X射線， 衍射層和傳輸層交替地設置，以形成粗糙的分層結構。
15.根據權利要求12所述的X射線產生設備，其特征在于 所述多個發(fā)射器能夠被單獨地控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種X射線產生設備和具有其的X射線成像系統(tǒng)，該X射線成像系統(tǒng)產生足以進行X射線成像的大量的X射線，并以高密度沿彼此平行的方向準直X射線。該X射線成像系統(tǒng)包括X射線產生設備，以產生并發(fā)射X射線；檢測器，以檢測從X射線產生設備發(fā)射的X射線；至少一個準直器，設置在X射線產生設備和檢測器之間，以防止從X射線產生設備發(fā)射的X射線的發(fā)散。
文檔編號H01J35/24GK102636950SQ201210029578
公開日2012年8月15日 申請日期2012年2月8日 優(yōu)先權日2011年2月9日
發(fā)明者金基如 申請人:三星電子株式會社