X射線源和成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種X射線源，具有帶有射線出射窗的可抽真空的外殼、用于發(fā)射電子的電子源和用于產(chǎn)生X射線輻射的陽極。另外，本發(fā)明涉及一種具有這種X射線源的成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]對于已知X射線源，在可抽真空的外殼(所謂的X射線管)內(nèi)，在陽極上加速電子，其材料適合于將加速電子的能量轉(zhuǎn)換成X射線輻射。通過可讓X射線通過的出射窗，X射線輻射從X射線源輸出耦合。當(dāng)在成像系統(tǒng)中使用時，輻射典型是被指向待檢查的物體并隨后利用成像X射線探測器測量。主要是在醫(yī)學(xué)成像中，這種系統(tǒng)的應(yīng)用普遍。對于人身體部分的診斷檢查，通常希望利用盡可能低的X射線劑量得到盡可能高的圖像質(zhì)量。為此，盡可能單色的X射線輻射是有利的，其中輻射基本上由特征X射線輻射組成，而僅有盡可能小部分由在寬能量范圍分布的軔致輻射組成。
[0003]在US 7436931B2中描述了一種用于產(chǎn)生單色X射線輻射的X射線源。在此，使用非常薄的陽極，其被安裝在由具有低核電荷數(shù)的材料構(gòu)成的陽極載體上。由此實現(xiàn)通過陽極層形成在狹窄能量范圍內(nèi)的基本上特征X射線輻射。通過低的陽極層厚并通過低的載體核電荷數(shù)，還發(fā)射較少軔致輻射，從而使源僅產(chǎn)生少量的寬帶的X射線輻射。然而，在US7436931B2中公開的技術(shù)方案的難點在于穿過薄的陽極的高能電子。這些電子在陽極載體中被收集，并且通過流經(jīng)載體的冷卻劑傳導(dǎo)能量。在此的缺點是在陽極載體內(nèi)的高熱量生成和在陽極載體中形成軔致輻射的可能性。通過軔致輻射在形成的X射線譜中產(chǎn)生連續(xù)的底色，其延伸至極限能量，該極限能量相當(dāng)于被加速電子的動能。單色特征X射線福射在總頻譜和在輻射劑量中的分量由于該效果而降低。由于高熱量生成和冷卻劑流的必要性，該技術(shù)方案在熱學(xué)技術(shù)方面特別不高效并且機械上復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于產(chǎn)生盡可能單色X射線輻射的X射線源，其能夠避免所述缺點。本發(fā)明另一個要解決的技術(shù)問題是，提供一種具有這種X射線源的成像系統(tǒng)。
[0005]該技術(shù)問題通過在權(quán)利要求1中描述的X射線源和在權(quán)利要求14中描述的成像系統(tǒng)解決。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的X射線源包括具有至少一個使X射線透過的射線出射窗的可抽真空的外殼。它還包括用于沿著電子射線方向發(fā)射電子的電子源、用于產(chǎn)生X射線福射的陽極和用于收集穿過陽極的電子的集電極。集電極是用于在集電極上建立相比陽極電勢的負電勢的電路的一部分。射線出射窗被布置為，使得至少在相對于電子射線方向從130度到230度的角度范圍的子范圍內(nèi)從陽極射出的X射線輻射能夠通過射線出射窗而輸出耦合。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的X射線源能夠產(chǎn)生基本上單色的X射線輻射，因為在陽極主要產(chǎn)生在狹小能量范圍內(nèi)的特征X射線福射。穿過陽極的電子也不太會形成不希望的籾致福射，因為這些電子通過根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的集電極首先被有效地減速，然后被收集。通過集電極捕獲加速電子在電學(xué)上高效，并且在將陽極固定時不需要附加的冷卻劑通道來運走穿過陽極膜的電子的動能。通過在運行中集電極的相對于陽極的負電勢，電子在到達集電極材料前失去一部分動能。由此使在集電極材料中形成的軔致輻射最小化。通過集電極防止了，這些電子在X射線源運行中到達可能產(chǎn)生軔致輻射的其它部件，并且防止了，電子離開X射線源。特別是通過有效攔截，這些電子不與X射線源的外殼發(fā)生相互作用。
[0008]根據(jù)本發(fā)明布置射線出射窗，使得X射線輻射能夠通過該窗口輸出耦合，其至少在角度范圍相對于電子射線方向從130度到230度的子范圍內(nèi)從陽極射出。輸出耦合因此根據(jù)本發(fā)明發(fā)生在陽極的面對到達的電子射線的一側(cè)，其中通過窗口輸出耦合的X射線輻射可以包括與電子射線的反向方向直至+/-50度的角度范圍。通過反向輸出耦合，實現(xiàn)特征X射線輻射與連續(xù)軔致輻射的特別高的比值，因為軔致輻射的很大部分在電子射線方向，而特征X射線輻射在正方向和反方向上的分量基本對稱。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的成像系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的X射線源、用于容納待檢查對象的裝置和X射線探測器。成像系統(tǒng)的優(yōu)點類似于關(guān)于X射線源給出的優(yōu)點。在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，待檢查對象在此可以是人身體、動物身體或身體一部分。用于容納待檢查對象的裝置于是例如是患者臥榻或用于容納身體部分的裝置。然而，成像系統(tǒng)也可以被構(gòu)造為用于測量部件。在該情況下，用于容納待檢查對象的裝置可以是用于部件的固定物。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的成像系統(tǒng)的優(yōu)點在醫(yī)學(xué)成像中特別明顯，因為在對人身體部分進行診斷檢查時，以盡可能低的射線負擔(dān)實現(xiàn)盡可能高的圖像質(zhì)量并由此實現(xiàn)盡可能精確的醫(yī)學(xué)診斷特別重要。在使用盡可能單色的X射線源時，能夠?qū)崿F(xiàn)特別好的圖像質(zhì)量。單色的X射線源的優(yōu)點在乳房成像和血管成像領(lǐng)域特別大，因為在該方法中檢查這樣的身體部分，在所述身體部分中必須反映X射線輻射衰減的的微小區(qū)別。在使用單色的X射線輻射的情況下，在近似的圖像質(zhì)量下或者降低患者的輻射負擔(dān)，或者可以避免另外使用對健康有害的X射線造影劑。
[0011]從權(quán)利要求1的從屬權(quán)利要求中得到根據(jù)本發(fā)明的X射線源的優(yōu)選構(gòu)造和擴展。相應(yīng)地，X射線源可以具有以下附加特征:
[0012]集電極可以沿著電子射線方向比在電子動能為150keV下的電子平均穿透深度更厚地構(gòu)造。電子在X射線源中被加速到的最大動能在多數(shù)X射線源中處于直至150keV的范圍。如果將集電極構(gòu)造為其在該電子能量范圍中厚于電子平均穿透深度，則在運行X射線源時由集電極截獲大部分具有該最大能量的電子。如果集電極如前所述還在負電勢下運行，則電子在到達集電極材料之前被減速，而相應(yīng)地更大部分的電子被集電極所收集。通過集電極收集的電子的部分在該實施方式中占至少l-1/e，由此超過63%。
[0013]所描述的集電極的材料可以包括導(dǎo)電材料，例如不銹鋼和/或銅。集電極可以沿著電子射線方向具有至少Imm的厚度。優(yōu)選選擇厚度，使到達集電極的電子以所殘留的動能基本上不能穿透集電極的厚度。
[0014]集電極在電子射線方向上可以具有凹陷。這樣的凹陷有利于在集電極上可靠地收集加速電子，并且防止電子側(cè)漏到X射線源外殼。形成集電極的凹陷是有用的，因為一部分電子在陽極散射，并因此改變其飛行方向。具有凹陷的集電極特別適合收集盡可能多的散射電子。
[0015]所描述的凹陷可以構(gòu)造成梯形。替代地，凹陷也可以構(gòu)造成矩形、U形或半圓形。它可以具有至少3cm的深度，特別優(yōu)選可以是在5cm與15cm之間的深度。
[0016]可以將射線出射窗布置為，使得至少在相對電子射線方向從170度到190度的角度范圍的子范圍內(nèi)從陽極射出的X射線輻射能夠穿過射線出射窗輸出耦合。在該實施方式中，僅輸出耦合以與電子射線的反方向成角度+/-10度離開陽極的X射線輻射。通過該狹窄的角度范圍，能夠?qū)崿F(xiàn)特征X射線輻射與干擾的連續(xù)軔致輻射更好的比例。
[0017]在該實施方式的另一種變化中，電子源可以在中間區(qū)域具有孔，用于使輸出耦合的X射線輻射穿過。電子源特別是可以構(gòu)造成環(huán)形的源。在中間區(qū)域，反面待輸出耦合的X射線輻射可以穿透電子源，并穿過該區(qū)域從陽極到達射線出射窗。于是射線出射窗可以特別有利地被布置為，使得僅來自陽極的相對于電子射線方向成175度至185度角度的X射線輻射能夠通過射線出射窗輸出耦合。
[0018]X射線源可以包括至少一個控制電極，用于將電子加速和/或聚集到