УСТРОЙСТВО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И КТ-ОБОРУДОВАНИЕ, СОДЕРЖАЩЕЕ ЕГО Российский патент 2019 года по МПК H01J35/06 

Область техники

Настоящее изобретение относится к устройству для генерирования распределенного рентгеновского излучения и, в частности, к устройству распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей для генерирования рентгеновского излучения, изменяющегося в положениях фокусных точек в соответствии с заданной последовательностью путем управления катодом или управления сеткой при расположении нескольких независимых блоков эмиссии электронов двумерным образом и расположении нескольких соответствующих зеркал на аноде в одном оборудовании источника рентгеновского излучения, и к КТ-оборудованию, содержащему устройство рентгеновского излучения.

Предпосылки изобретения

В общем, устройство рентгеновского излучения относится к оборудованию, генерирующему рентгеновское излучение, и обычно состоит из рентгеновской трубки, системы питания и управления и охлаждающих, защитных и других вспомогательных устройств с рентгеновской трубкой в качестве центральной части. Рентгеновская трубка обычно состоит из катода, анода и стеклянной или керамической оболочки. Катод, непосредственно нагреваемый спиральной вольфрамовой нитью накала, при работе нагревается электрическим током до высокотемпературного состояния, чтобы генерировать термоионный эмиссионный ток электронного луча, и окружен металлической крышкой, которая имеет на переднем конце решетку канавок и вызывает фокусирование электронов. В торец медного блока в качестве анода встроено вольфрамовое зеркало анода; при работе между катодом и анодом прикладывается высокое напряжение, и электроны, генерируемые катодом, под действием электрического поля движутся с ускорением для полета на анод и ударяются о поверхность зеркала анода, генерируя тем самым рентгеновское излучение.

Рентгеновское излучение широко применяется в таких областях, как неразрушающий контроль, проверка на безопасность и постановка диагноза и лечение в медицине. В частности, оборудование рентгеноскопической визуализации, в котором используется высокая проникающая способность рентгеновского излучения, играет важную роль в каждом аспекте повседневной жизни людей. На ранней стадии это оборудование представляет собой плоское оборудование рентгеноскопической визуализации пленочного типа, а в настоящее время эволюционирует в современное оборудование цифровой стереоскопической визуализации с несколькими углами зрения и высоким разрешением, такое как КТ (компьютерная томография), которое позволяет получать трехмерные изображения или изображения срезов с высокой четкостью и относится к усовершенствованным высокотехнологичным устройствам.

В существующем КТ-оборудовании источник и детектор рентгеновского излучения должны перемещаться на коллекторном кольце и обычно имеют крайне высокую скорость движения, чтобы повысить скорость детектирования, что приводит в результате к снижению надежности и устойчивости всего оборудования, и, кроме того, за счет ограничения скорости движения ограничивается и скорость детектирования КТ. Следовательно, в КТ-оборудовании требуется источник рентгеновского излучения, способный создавать несколько углов зрения без движения в положении.

Для того чтобы решить проблемы надежности, устойчивости, а также скорости детектирования, создаваемые коллекторным кольцом, и проблемы термического сопротивления участка зеркала анода в нынешнем КТ-оборудовании, в имеющейся патентной литературе предложены некоторые способы. Например, в определенной степени решить проблемы перегрева зеркала анода может источник рентгеновского излучения с вращающимся анодом, который, однако, является сложным по конструкции и генерирует рентгеновское излучение с участком зеркала анода, который по-прежнему является определенным положением участка зеркала анода относительно всего источника рентгеновского излучения. Например, в некоторых технологиях для реализации нескольких углов зрения для иммобилизованного источника рентгеновского излучения несколько независимых обычных источников рентгеновского излучения жестко расположены на одной окружности, и хотя таким образом несколько углов зрения могут быть реализованы, стоимость высока, расстояние среди участков зеркала анода для разных углов зрения велико, и качество визуализации (стереоскопическое разрешение) очень низкое. Кроме того, в патентной литературе 1 (документ US4926452) предлагается источник излучения и способ для генерирования распределенного рентгеновского излучения, в которых зеркало анода является очень большим по площади, тем самым снижая проблему перегрева зеркала анода и, кроме того, для создания нескольких углов зрения изменяется положение участка зеркала по окружности. Согласно патентной литературе 1, требуется выполнять отклонение сканирования ускоренного электронного луча высокой энергии, и техническое решение в этой литературе имеет проблемы, связанные с огромной трудностью управления, не дискретным положением участка зеркала анода и низкой повторяемостью, но все же обеспечивает эффективный способ создания источника распределенного излучения. Кроме того, например, в патентной литературе 2 (документ US20110075802) и патентной литературе 3 (документ WO2011/119629) предлагаются источник излучения и способ генерирования распределенного рентгеновского излучения, в которых зеркало анода является очень большим по площади, тем самым снижая проблему перегрева зеркала анода и, кроме того, положения участков зеркала анода дискретно фиксированы в матричном расположении, что может создать несколько углов зрения. Кроме того, в качестве холодных катодов используются углеродные нанотрубки, расположенные матрицей, напряжение на сетках катодов используется для управления автоэлектронной (полевой) эмиссией, чтобы, таким образом, последовательно управлять каждым катодом для последовательного испускания электронов и их ударения об участки зеркала на аноде в соответствующей последовательности положений и получения источника распределенного рентгеновского излучения. Однако остаются не устраненными такие недостатки, как сложный технологический процесс производства, низкая эмиссионная способность и короткий срок службы нанотрубок.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению предлагается решение вышеупомянутых проблем, и целью настоящего изобретения является создание устройств распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей, способного создать несколько углов зрения без движения источника излучения и обеспечить упрощение конструкции и повышение устойчивости и надежности системы, а также эффективности детектирования, и создание КТ-оборудования, содержащего это устройство.

Предлагается устройство распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей, характеризующееся тем, что содержит:

вакуумную камеру, уплотненную по периферии и содержащую внутри высокий вакуум; несколько блоков эмиссии электронов, расположенных в плоскости на стенке вакуумной камеры с двумерным расположением; анод, выполненный в вакуумной камере таким образом, чтобы быть параллельным плоскости, в которой расположены несколько блоков эмиссии электронов; и систему питания и управления, содержащую высоковольтный источник питания, подключенный к аноду, источник питания нити накала, соединенный с каждым из нескольких блоков эмиссии электронов, устройство управления сеткой, соединенное с каждым из нескольких блоков эмиссии электронов, и систему управления, используемую для управления каждым источником питания. Анод содержит пластину анода, изготовленную из металлического материала и параллельную верхним поверхностям блоков эмиссии электронов, и несколько зеркал анода, установленных на пластине анода и расположенных таким образом, чтобы находиться напротив положений блоков эмиссии электронов; при этом нижние поверхности зеркал анода соединены с пластиной анода, а верхние поверхности зеркал анода образуют с пластиной анода заданный угол.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению зеркала анода имеют конструкцию усеченного кругового конуса, квадратной стойки или многореберной стойки или представляют собой другие многоугольные выступы или другие выступы неправильной формы.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению зеркала анода имеют конструкцию цилиндрической стойки, квадратной стойки или других многоугольных стоек.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению зеркала анода имеют конструкцию сферической поверхности.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению верхние поверхности зеркал анода представляют собой плоские, наклонные или сферические или другие поверхности неправильной формы.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению каждый из блоков эмиссии электронов содержит нить накала, катод, соединенный с нитью накала, изолирующий опорный элемент, имеющий отверстие и окружающий нить накала и катод, выводы нити накала, выходящие с двух концов нити накала; сетку, выполненную над катодом таким образом, чтобы находиться напротив катода; соединительный и фиксирующий элемент, соединенный с изолирующим опорным элементом для установки блоков эмиссии электронов на стенке вакуумной камеры для образования вакуумного герметичного соединения, при этом сетка содержит: каркас сетки, изготовленный из металла и имеющий отверстие, выполненное в средине, собственно сетку, изготовленную из металла и зафиксированную в месте расположения отверстия каркаса сетки, и вывод сетки, выходящий от каркаса сетки; при этом выводы нити накала и вывод сетки проходят через изолирующий опорный элемент и выходят наружу блока эмиссии электронов; при этом выводы нити накала соединены с источником питания нити накала, а вывод сетки соединен с устройством управления сеткой.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению соединительные и фиксирующие элементы соединены на наружных краях нижних концов изолирующих опорных элементов; катодные концы блоков эмиссии электронов расположены внутри вакуумной камеры, и выводные концы блоков эмиссии электронов расположены снаружи вакуумной камеры.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению соединительные и фиксирующие элементы соединены на верхних концах изолирующих опорных элементов, и блоки эмиссии электронов расположены полностью снаружи вакуумной камеры.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению каждый из блоков эмиссии электронов содержит плоскую пластинчатую сетку, состоящую из изолирующей каркасной пластины, сеточной пластины, собственно сетки и вывода сетки, и матрицу катода, образованную близко расположенными несколькими конструкциями катодов, при этом каждая из конструкций катодов состоит из нити накала, катода, соединенного с нитью накала, выводов нити накала, выходящих от двух концов нити накала, и изолирующего опорного элемента, окружающего нить накала и катод; при этом сеточная пластина выполнена на изолирующей каркасной пластине; собственно сетка выполнена в месте расположения отверстия, выполненного в сеточной пластине; вывод сетки выходит из сеточной пластины; плоская пластинчатая сетка расположена над матрицей катода; центры кругов собственно сеток соответственно совпадают с центрами кругов катодов матрицы катодов в паре в вертикальном направлении; плоская пластинчатая сетка и матрица катода расположены внутри вакуумной камеры; выводы нити накала и вывод сетки выходят наружу вакуумной камеры соответственно через переходную клемму вывода нити накала и переходную клемму вывода сетки.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению вакуумная камера изготовлена из стекла или керамики.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению вакуумная камера изготовлена из металлического материала.

Устройство распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению дополнительно содержит: соединительное устройство высоковольтного источника питания, соединяющее анод с высоковольтным источником питания и установленное на боковой стенке в одном конце вакуумной камеры, ближнем к аноду; соединительные устройства источника питания нити накала катодов, используемые для соединения нити накала с источником питания нити накала; соединительные устройства устройства управления сеткой, используемые для соединения сеток блоков эмиссии электронов с устройством управления сеткой; источник вакуума, включенный в систему питания и управления; и вакуумное устройство, установленное на боковой стенке вакуумной камеры и действующее путем использования источника вакуума для поддерживания высокого вакуума внутри вакуумной камеры.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению двумерная матрица нескольких блоков эмиссии электронов расположена таким образом, чтобы проходить линейно в обоих из двух направлений.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению двумерная матрица нескольких блоков эмиссии электронов расположена таким образом, чтобы проходить линейно в одном направлении и проходить дугообразно в другом направлении.

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению устройство управления сеткой содержит контроллер, модуль отрицательного высокого напряжения, модуль положительного высокого напряжения и несколько элементов переключения высокого напряжения, при этом каждый из нескольких элементов переключения высокого напряжения содержит по меньшей мере один конец для управления, два входных конца и один выходной конец; выдерживаемое напряжение на концах по меньшей мере выше максимального напряжения, создаваемого модулем отрицательного высокого напряжения и модулем положительного высокого напряжения; модуль отрицательного высокого напряжения подает стабильное отрицательное высокое напряжение на один входной конец каждого из нескольких элементов переключения высокого напряжения, а модуль положительного высокого напряжения подает стабильное положительное высокое напряжение на другой входной конец каждого из нескольких элементов переключения высокого напряжения; контроллер независимо управляет каждым из нескольких элементов переключения высокого напряжения; устройство управления сеткой дополнительно содержит несколько выходных каналов сигналов управления; и выходной конец одного из элементов переключения высокого напряжения соединен с одним из выходных каналов сигналов управления.

Согласно настоящему изобретению предлагается КТ-оборудование, отличающееся тем, что используемый источник рентгеновского излучения представляет собой устройство распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей, как описано выше.

Согласно настоящему изобретению предлагается устройство распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей для генерирования рентгеновского излучения, периодически изменяющегося по положениям фокусных точек в соответствии с определенной последовательностью в одном оборудовании источника излучения. В настоящем изобретении благодаря термоэлектронным катодам, выполненным в блоках эмиссии электронов, достигаются преимущества больших токов эмиссии и продолжительного срока службы; благодаря управлению сеткой или управлению катодом для управления рабочим состоянием каждого блока эмиссии электронов достигаются удобство и гибкость; благодаря конструкции большой пластины анода и зеркал анода снижается проблема перегрева анода, создается эффект фокусировки участков зеркала анода и снижается стоимость; благодаря расположению двумерной матрицы, выполненному для блоков эмиссии электронов и соответствующих зеркал анода, рентгеновское излучение выводится параллельно плоскости матрицы, таким образом, если смотреть с направлений выхода рентгеновского излучения, интервал распределения участков зеркала анода уменьшается, а плотность участков зеркала анода соответственно повышается; и блоки эмиссии электронов могут иметь плоское двумерное расположение или двумерное расположение на изогнутой поверхности, чтобы образовать в целом линейное устройство распределенного рентгеновского излучения или кольцевое устройство распределенного рентгеновского излучения, благодаря чему достигается гибкость применения.

Благодаря применению устройства распределенного рентгеновского излучения согласно настоящему изобретению в КТ-оборудовании могут создаваться несколько углов зрения без движения источника излучения, следовательно, движение коллекторного кольца может быть упущено, что является выгодным для упрощения конструкции и повышения устойчивости и надежности системы, а также эффективности детектирования.

Краткое описание графических материалов

На фиг. 1 приведено схематическое представление основной внутренней конструкции устройства распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению.

На фиг. 2 представлен вид снизу конструкции анода устройства распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению.

На фиг. 3 приведено схематическое представление конструкции блока эмиссии электронов согласно настоящему изобретению.

На фиг. 4 приведено схематическое представление конструкции еще одного блока эмиссии электронов согласно настоящему изобретению.

На фиг. 5 приведено схематическое изображение конструкции устройства распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению.

На фиг. 6 приведено схематическое представление конструкции устройства управления сеткой согласно настоящему изобретению.

На фиг. 7 приведено схематическое представление матрицы блоков эмиссии электронов с разделенными сетками и катодами в соответствии с настоящим изобретением; где (A) – вид сбоку, (B) – вид сверху каждой сетки в режиме независимого управления, и (C) – вид сверху сеток в межсоединении в режиме управления катодом.

На фиг. 8 показано устройство распределенного рентгеновского излучения с последовательно соединенными нитями накала согласно настоящему изобретению.

На фиг. 9 приведено схематическое представление расположения блоков эмиссии электронов и анода внутри устройства распределенного рентгеновского излучения с дугообразно проходящей двумерной матрицей согласно настоящему изобретению.

Перечень позиций на фигурах:

101: нить накала; 102: катод; 103: сетка; 104: изолирующий опорный элемент; 105: вывод нити накала; 106: каркас сетки; 107: собственно сетка; 108: вывод сетки; 109: соединительный и фиксирующий элемент; 201: пластина анода; 202: зеркало анода; E: ток электронного луча; X: рентгеновское излучение; 1: блок эмиссии электронов; 2: анод; 3: вакуумная камера; 4: соединительное устройство высоковольтного источника питания; 5: соединительное устройство источника питания нити канала; 6: соединительное устройство устройства управления сеткой; 7: система питания и управления; 8: вакуумное устройство; 9: плоская пластинчатая сетка; 901: изолирующая каркасная пластина; 902: сеточная пластина; 903: собственно сетка; 904: вывод сетки; 10: матрица катода; 1001: нить накала; 1002: катод; 1004: изолирующий опорный элемент; 1005: вывод нити накала; 1006: переходная клемма вывода нити накала; 1007: переходная клемма вывода сетки.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Далее приводится подробное описание настоящего изобретения со ссылками на графические материалы.

Как показано на фиг. 1—6, устройство распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению состоит из нескольких блоков 1 эмиссии электронов (числом по меньшей мере четыре, конкретно именуемых блоками 11a, 12a, 13a, 14a, … эмиссии электронов и блоками 11b, 12b, 13b, 14b, … эмиссии электронов), анода 2, вакуумной камеры 3, соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания, соединительных устройств 5 источника питания нити накала, соединительных устройств 6 устройства управления сеткой, вакуумного устройства 8 и системы 7 питания и управления, при этом каждый блок 1 эмиссии электронов состоит из нити 101 накала, катода 102, сетки 103 и т. п.; а анод 2 состоит из пластины 201 анода и нескольких зеркал анода, установленных на пластине 201 анода и расположенных соответственно блокам 1 эмиссии электронов. Несколько блоков 1 эмиссии электронов выполнены на одной плоскости с двумерным расположением и параллельны плоскости, в которой расположена пластина 201 анода. Блоки 1 эмиссии электронов, соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания и вакуумное устройство 8 установлены на стенке вакуумной камеры 3 и образуют с вакуумной камерой 3 полностью герметичную конструкцию; а анод 2 установлен в вакуумной камере.

На фиг. 1 приведено схематическое представление конструкции, касающейся пространственного расположения блоков 1 эмиссии электронов и анода 2 внутри устройства распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей. Блоки 1 эмиссии электронов расположены на одной плоскости в два ряда, при этом блоки 1 эмиссии электронов в переднем и заднем рядах расположены вразбежку (см. фиг. 1), но данное расположение этим не ограничивается: возможно также, чтобы блоки эмиссии электронов в переднем и заднем рядах располагались не вразбежку относительно друг друга. Анод 2 расположен над блоками 1 эмиссии электронов; зеркала 202 на аноде 2 точно соответствуют блокам 1 эмиссии электронов; верхние поверхности зеркал 202 анода обращены к блокам 1 эмиссии электронов; и соединительные линии между центрами блоков 1 эмиссии электронов и центрами зеркал 1 анода проходят вертикально к плоскости пластины 201 анода и, кроме того, являются путями движения токов Е электронных лучей, испускаемых блоками 1 эмиссии электронов. Электроны ударяются о зеркала анода для генерирования рентгеновского излучения, направления выходов доступного рентгеновского излучения параллельны плоскости пластины 201 анода, и все доступные рентгеновские лучи параллельны друг другу.

На фиг. 2 показана конструкция анода 2. Анод 2 содержит пластину 201 анода и несколько зеркал 202 с двумерным матричным расположением. Пластина 201 анода представляет собой плоскую пластину, изготовленную из металлического материала, предпочтительно, из металлического материала, устойчивого к высокой температуре, и полностью параллельна плоскости, образованной верхними поверхностями блоков 1 эмиссии электронов, т. е. поверхностями сеток 103; и когда к аноду 2 прикладывается положительное высокое напряжение, обычно находящееся в диапазоне от десятков киловольт до нескольких сотен киловольт и, как правило, например, равное 180 кВ, между пластиной 201 анода и блоками 1 эмиссии электронов создаются параллельные электрические поля высокого напряжения. Зеркала 202 анода установлены на пластине 201 анода в местах, соответствующих местам расположения блоков 1 эмиссии электронов, и для поверхностей зеркал 202 анода обычно используется тяжелый металл, устойчивый к высокой температуре, такой как вольфрам или вольфрамовый сплав. Зеркала 202 анода имеют конструкцию усеченного кругового конуса, обычно имеющего высоту в несколько миллиметров, например 3 мм, имеющего нижнюю поверхность, имеющую больший диаметр, соединенную с пластиной 201 анода, и имеющего верхнюю поверхность, имеющую меньший диаметр, обычно величиной несколько в миллиметров, например 2 мм, при этом верхняя поверхность не параллельна пластине 201 анода и, как правило, образует с пластиной 201 анода небольшой прилежащий угол от нескольких градусов до десятков градусов, тем самым обеспечивая выход доступного рентгеновского излучения, генерируемого, когда электроны ударяются о зеркала анода. Все зеркала 202 анода расположены таким образом, что верхние поверхности имеют одинаковое направление наклона, то есть направления выхода всех рентгеновский лучей одинаковы. Такое решение конструкции зеркал анода эквивалентно тому, что с пластины 201 анода поднимаются выступы, и изменяет локальное распределение электрических полей на поверхности пластины 201 анода, позволяя электронным лучам до удара о зеркала анода обретать эффект автоматической фокусировки, тем самым уменьшая участки зеркала анода и обеспечивая повышение качества картины. В конструкции анода для пластины 201 анода выбирают обычный металл, а вольфрам или вольфрамовый сплав используется только для поверхностей зеркал 202 анода, следовательно, снижается стоимость.

На фиг. 3 показана конкретная конструкция блока 1 эмиссии электронов. Блок 1 эмиссии электронов состоит из нити 101 накала, катода 102, сетки 103, изолирующего опорного элемента 104, выводов 105 нити накала и соединительного и фиксирующего элемента 109; а сетка 103 состоит из каркаса 106 сетки, собственно сетки 107 и вывода 108 сетки. На фиг. 3 положения, в которых находятся нить 101 накала, катод 102, сетка 103 и т. п., определены как катодный конец блока 1 эмиссии электронов, а положение, в котором находится соединительный и фиксирующий элемент 109, определено как выводной конец блока 1 эмиссии электронов. Катод 102 соединен с нитью 101 накала, при этом в качестве нити 101 накала обычно используется вольфрамовая нить накала, а для катода 102 обычно используются материал с высокой способностью в части термоэлектронной эмиссии электронов, такой как оксид бария, соль скандия и гексаборид лантана. Изолирующий опорный элемент 104, окружающий нить 101 накала и катод 102, эквивалентен оболочке блока 1 эмиссии электронов, и для него используется материал, обычно представляющий собой керамику. Выводы 105 нити накала и вывод 108 сетки проходят через изолирующий опорный элемент 104 и выходят из выводного конца блока 1 эмиссии электронов; между выводами 105 нити накала, а также выводом 108 сетки и изолирующим опорным элементом 104 присутствует вакуумная герметичная конструкция. Сетка 103 установлена на верхнем конце изолирующего опорного элемента 104 (т. е., выполнена на отверстии изолирующего опорного элемента 104) и находится напротив катода 102; центр сетки 103 и центр катода 102 выровнены в вертикальном направлении; и сетка 103 содержит каркас 106 сетки, собственно сетку 107 и вывод 108 сетки, при этом каркас 106 сетки, собственно сетка 107, вывод 108 сетки все изготовлены из металла, обычно из нержавеющей стали для каркаса 106 сетки, молибдена для собственно сетки 107 и нержавеющей стали или материала ковар для вывода 108 сетки.

Кроме того, в частности в отношении конструкции сеток 103, каждая из сеток 103 имеет основной элемент из металлической пластинки (например, из нержавеющей стали), т. е. каркас 106 сетки, имеющий отверстие, выполненное посредине, при этом форма отверстия может быть квадратной или круглой и т. п.; металлическая проволочная сетка (т. е., из молибдена), т. е. собственно сетка 107, закреплена в месте расположения отверстия; и один вывод (например, из нержавеющей стали), т. е. вывод 108 сетки, выходит из определенного положения металлической пластинки, позволяя подсоединить сетку 103 к потенциалу. Кроме того, сетки 103 расположены прямо над катодами 102; центры отверстий сеток 103 выровнены с центрами катодов 102 (т. е., оба центра расположены на одной вертикальной линии); форма каждого отверстия соответствует форме каждого катода 102; но размер каждого отверстия меньше площади каждого катода 102. Однако конструкции сеток 103 не ограничиваются вышеописанной конструкцией, пока токи электронных лучей могут проходить через сетки 103. Кроме того, сетки 103 и катоды 102 закреплены в положении друг напротив друга посредством изолирующих опорных элементов 104.

Кроме того, в частности в отношении конструкции соединительных и фиксирующих элементов 109, рекомендуется, чтобы каждый соединительный и фиксирующий элемент 109 имел основной элемент в виде круглого фланца с ножевой опорой с отверстием, выполненным посредине; форма отверстия может быть квадратной или круглой и т. п.; наружный край на нижнем конце каждого изолирующего опорного элемента 104 в месте расположения отверстия находится в герметичном соединении (например, соединении сваркой); в наружном крае фланца с ножевой опорой выполнены отверстия под винт, чтобы блок 1 эмиссии электронов мог крепиться на стенке вакуумной камеры 3 болтовым соединением, тем самым образуя вакуумное герметичное соединение между ножевой опорой и стенкой вакуумной камеры 3. Эта конструкция является гибкой и легко отсоединяется и при отказе одного из нескольких блоков 1 эмиссии электронов может гибко заменяться. Следует отметить, что функция соединительных и фиксирующих элементов 109 заключается в обеспечении герметичного соединения между изолирующими опорными элементами 104 и вакуумной камерой 3, и доступны также различные гибкие средства, такие как сварка с металлическим фланцем как переход, или герметичное соединение, реализованное посредством высокотемпературного плавления стекла, или сваркой между металлизированной керамикой и металлом и т. п.

На фиг. 4 показана конкретная конструкция еще одного блока 1 эмиссии электронов. Блок 1 эмиссии электронов содержит нить 101 накала, катод 102, сетку 103, изолирующий опорный элемент 104, выводы 105 нити накала, каркас 109 сетки и соединительный и фиксирующий элемент 109. Катод 102 и нить 101 накала соединены; сетка 103 находится прямо над катодом 102 и идентична катоду 102 по внешней форме и плотно прижата к верхней поверхности катода 102; изолирующий опорный элемент 104 окружает нить 101 накала и катод 102; выводы 105 нити накала, выходящие от двух концов нити 101 накала, и вывод 108 сетки, выходящий от сетки 103, проходят через изолирующий опорный элемент 104 и далее наружу блока 1 эмиссии электронов; и между выводами нити накала, а также выводом 108 сетки и изолирующим опорным элементом 104 присутствует вакуумная герметичная конструкция.

На фиг. 5 показана конструкция, выполненная как одно целое, устройства распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей. Вакуумная камера 3 представляет собой оболочку полости, уплотненную по периферии и имеющую внутри высокий вакуум; блоки 1 эмиссии электронов используются для генерирования токов электронных лучей, как требуется, и установлены на стенке вакуумной камеры 3; анод 2 используется для создания параллельных электрических полей высокого напряжения и генерирования рентгеновского излучения и установлен внутри вакуумной камеры 3; соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания используется для соединения анода и кабеля высоковольтного источника 702 питания и установлено на боковой стенке в одном конце вакуумной камеры 3, ближнем к аноду 2; соединительные устройства 5 источника питания нити накала используются для соединения выводов 105 нити накала и источника 704 питания нити накала и обычно представляют собой несколько многожильных кабелей с соединителями на обоих концах; и соединительные устройства 6 устройства управления сеткой используются для соединения выводов 108 сеток блоков 1 эмиссии электронов и устройства 703 управления сеткой 703 и обычно представляют собой несколько коаксиальных кабелей с соединителями на обоих концах. Кроме того, устройство распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению может также содержать вакуумное устройство 8, работающее под действием источника 705 вакуума для поддерживания высокого вакуума в вакуумной камере 3 и установленное на боковой стенке вакуумной камеры 3.

Кроме того, система 7 питания и управления содержит систему 701 управления, высоковольтный источник 702 питания, устройство 703 управления сеткой, источник 704 питания нити накала, источник 705 вакуума и т. п. Высоковольтный источник 702 питания соединен с анодом 2 посредством соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания, установленного на стенке вакуумной камеры 20. Устройство 703 управления сеткой соответственно соединено с каждым выводом 106 сетки посредством соединительных устройств 6 устройства управления сеткой; число независимых выводов 108 сетки, обычно предусматриваемое, является таким же, как число блоков 1 эмиссии электронов; а число наружных путей устройства 703 управления сеткой является таким же, как число наружных путей выводов 108 сетки. Источник 704 питания нити накала соответственно соединен с каждым выводом 105 нити накала посредством соединительных устройств 5 источника питания нити накала; число групп независимых выводов 105 нити накала, обычно предусматриваемое, является таким же, как число блоков 1 эмиссии электронов (то есть, как уже отмечалось, каждый блок эмиссии электронов имеет группу из двух выводов нити накала, соответственно, соединенных с двумя концами нити накала); и источник 704 питания нити накала содержит выходные цепи, число которых такое же, как число выводов 105 нити накала. Источник 705 вакуума соединен с вакуумным устройством 8. Система 701 управления осуществляет контроль и полное управление рабочими состояниями высоковольтного источника 702 питания, устройства 703 управления сеткой, источника 704 питания нити накала, источника 705 вакуума и т. п.

Кроме того, как показано на фиг. 6, устройство 703 управления сеткой содержит контроллер 70301, модуль 70302 отрицательного высокого напряжения, модуль 70303 положительного высокого напряжения и несколько элементов switch1, switch2, switch3 и switch4, ... переключения высокого напряжения. Каждый из нескольких элементов переключения высокого напряжения содержит по меньшей мере один конец для управления (C), два входных конца (In1 и In2) и один выходной конец (Out), и выдерживаемое напряжение на всех концах по меньшей мере выше максимального напряжения, создаваемого модулем 70302 отрицательного высокого напряжения и модулем 70303 положительного высокого напряжения (то есть, если выходное отрицательное высокое напряжение равно -500 В, а выходное положительное высокое напряжение равно +2000 В, выдерживаемое напряжение на всех концах равно по меньшей мере более 2500 В). Контроллер 70301 содержит несколько путей независимых выходов, при этом каждый путь соединен с концом для управления одного элемента переключения высокого напряжения. Модуль 70302 отрицательного высокого напряжения подает стабильное выходное отрицательное высокое напряжение величиной обычно в несколько сотен вольт в пределах от 0 В до -10 кВ (рекомендуется -500 В), и отрицательное высокое напряжение подсоединено к одному входному концу каждого элемента переключения высокого напряжения; кроме того, модуль 70303 положительного высокого напряжения подает стабильное выходное положительное высокое напряжение величиной обычно в несколько сотен вольт в пределах от 0 В до +10 кВ (рекомендуется +2000 В), и положительное высокое напряжение подсоединено к другому входному концу каждого элемента переключения высокого напряжения. Выходной конец каждого из элементов переключения высокого напряжения соответственно соединен с одним из выходных каналов channel1a, channel1b, channel2a, channel2b, channel3a, channel3b, … сигналов управления для объединения, чтобы создать несколько путей сигналов управления для выдачи. Контроллер 70301 управляет рабочим состоянием каждого элемента переключения высокого напряжения, чтобы сигнал управления каждого выходного канала был либо отрицательным высоким напряжением, либо положительным высоким напряжением.

Кроме того, система 7 питания и управления может регулировать величину тока каждой выходной цепи источника 704 питания накала катода при разных условиях использования, тем самым регулируя температуру нагрева каждой нити 101 накала для каждого катода 102 для изменения величины тока эмиссии каждого блока 1 эмиссии электронов и, в конечном итоге, для регулирования интенсивности рентгеновского излучения, испускаемого каждый раз. Кроме того, положительное высокое напряжение каждого выходного канала устройства 703 управления сеткой может регулироваться и для управления мощностью сигнала, тем самым изменяя величину тока эмиссии каждого блока 1 эмиссии электронов и, в конечном итоге, для регулирования интенсивности рентгеновского излучения, испускаемого каждый раз. Кроме того, для гибкого управления могут также программироваться временная последовательность работы и комбинационный режим работы каждого блока 1 эмиссии электронов.

Следует особенно отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению сетки и катоды в блоках эмиссии электронов могут быть разделенными по конструкции. На фиг. 7 показана матрица блоков эмиссии электронов, у которых сетки и катоды разделены. На фиг. 7 каждая плоская пластинчатая сетка 9 состоит из изолирующей каркасной пластины 901, сеточной пластины 902, собственно сетки 903 и вывода 904 сетки. Как показано на фиг. 7, сеточные пластины 902 выполнены на изолирующих каркасных пластинах 901; кроме того, собственно сетки 903 выполнены в местах, в которых в сеточных пластинах 902 выполнены отверстия; и от сеточных пластин отходят выводы 904 сетки. Каждая матрица катода образована несколькими близко расположенными конструкциями катода, при этом каждая конструкция катода состоит из нити 1001 накала, катода 1002 и изолирующего опорного элемента 1004. Плоские пластинчатые сетки 9 расположены над матрицами 10 катодов на очень малом расстоянии, обычно составляющим несколько миллиметров, например 3 мм. Конструкции сеток, состоящие из сеточных пластин 902, собственно сеток 903 и выводов 904 сеток точно соответствуют конструкциям катодов, и, кроме того, если смотреть в вертикальном направлении, центры кругов собственно сеток 903 и центры кругов катодов 1002 совпадают в паре. Плоские пластинчатые сетки 9 и матрицы 10 катодов расположены в вакуумной камере 3, и выводы 1005 нитей накала и выводы 904 сеток выходят наружу вакуумной камеры через переходную клемму 1006 вывода нити накала и переходную клемму 1007 вывода сетки на стенке вакуумной камеры 3.

Кроме того, как показано на фиг. 7(В), в настоящем изобретении конструкция сетки может выполняться такой, что каждый вывод сетки выводится, и его состояние независимо управляется устройством управления сеткой. Каждый катод 1002 матрицы 10 катодов может находиться под одним и тем же потенциалом, например под потенциалом земли, и каждая сетка переключается между несколькими вольтами отрицательного напряжения и несколькими тысячами вольт положительного напряжения, например, между-500 В и +2000 В, тем самым управляя рабочим состоянием каждого блока эмиссии электронов; например, если определенная сетка в определенный момент времени находится под напряжением -500 В, электрическое поле между сеткой и соответствующим катодом представляет собой отрицательное электрическое поле, и электроны, испускаемые катодом, ограничиваются на поверхности катода; а когда в следующий момент времени напряжение на сетке изменяется на +2000 В, электрическое поле между сеткой и соответствующим катодом изменяется на положительное электрическое поле, электроны, испускаемые катодом, движутся к сетке и проходят через собственно сетку, чтобы попасть в электрическое поле ускорения между сеткой и анодом, которым разгоняются и в конечном итоге ударяются об анод для создания рентгеновского излучения в положении соответствующего зеркала анода.

Кроме того, как показано на фиг. 7(C), сетки могут также находиться в параллельном соединении с каждым выводом сетки и под одним и тем же потенциалом, и источник питания нити накала используется для управления рабочим состоянием каждого блока эмиссии электронов. Например, все сетки находятся под напряжением -500 В, нить накала каждого катода выводится независимо, разность напряжений между двумя концевыми точками нити накала каждого катода является постоянной, и общее напряжение каждого катода переключается между двумя состояниями: 0 В и 2500 В. В определенный момент времени катоды находятся под потенциалом 0 В, между сетками и катодами существуют отрицательные электрические поля, электроны, испускаемые из катодов, ограничиваются на поверхностях катодов; в следующий момент времени напряжение катодов изменяется на -2500 В, электрические поля, существующие между сетками и катодами, изменяются на положительные электрические поля, электроны, испускаемые катодами, движутся к сеткам и проходят через собственно сетки, чтобы попасть в электрические поля ускорения между сетками и анодами, которыми разгоняются и в конечном итоге ударяются о зеркала анода для создания рентгеновского излучения в положениях соответствующих зеркал.

Следует особо отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению выводы нити накала каждого блока эмиссии электронов могут соответственно и независимо подключаться к каждому выводному концу источника питания нити накала, или совместно подключаться к одному выводному концу источника питания нити накала после последовательного соединения. На фиг. 8 приведено схематическое представление, на котором показано, что выводы нити накала блоков эмиссии электронов подключены к источнику питания нити накала последовательно. В системе с последовательным соединением выводов нити накала блоков эмиссии электронов катоды обычно находятся под одним и тем же потенциалом, каждый вывод сетки необходимо вывести независимо, и устройство управления сеткой используется для управления рабочими состояниями блоков эмиссии электронов.

Следует особо отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению блоки эмиссии электронов могут иметь либо линейное, либо дугообразное расположение, чтобы отвечать разным требованиям конкретного случая применения. На фиг. 9 приведено схематическое изображение, показывающее эффект расположения блоков эмиссии электронов и анода в устройстве распределенного рентгеновского излучения с дугообразно проходящей двумерной матрицей. Несколько блоков 1 эмиссии электронов расположены на одной плоскости во внутреннем и наружном кругах по окружности; радианом для расположения может быть вся окружность или отрезок сегмента дуги; и блоки 1 эмиссии электронов могут располагаться гибко в зависимости от потребности. Анод 2 расположен над блоками 1 эмиссии электронов; плоскость, в которой находится анод 2, параллельна плоскости, в которой расположены блоки 1 эмиссии электронов; зеркала 202 на аноде 2 точно соответствуют блокам 1 эмиссии электронов по положению; и углы наклона верхних поверхностей зеркал 202 анода одинаково направлены на центр круга круглой матрицы. Токи электронных лучей испускаются с верхних поверхностей блоков 1 эмиссии электронов и разгоняются под действием электрических полей высокого напряжения между анодом 2 и блоками 1 эмиссии электронов, чтобы в конечном итоге удариться о зеркала 202 на аноде 2 для образования нескольких участков зеркал анода для рентгеновского излучения, расположенных по форме дуги на аноде 2; и доступное рентгеновское излучение направлено на центр дуги в направлении выхода. Что касается вакуумной камеры устройства распределенного рентгеновского излучения с дугообразно проходящей двумерной матрицей, она имеет кольцевую конструкцию, соответствующую расположению блоков 1 эмиссии электронов и форме анода 2 внутри; и длиной вакуумной камеры может быть либо вся окружность, либо ее сегмент. Все рентгеновское излучение, выходящее из устройства распределенного рентгеновского излучения с дугообразно проходящей двумерной матрицей, направлено на центр круга дуги, и это решение может быть применимым для случая, когда требуется кольцевое расположение источников излучения.

Следует особенно отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению блоки эмиссии электронов могут располагаться в два или более рядов.

Кроме того, следует особенно отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению зеркала анода могут иметь конструкцию усеченного кругового конуса, цилиндра, квадратной стойки или многореберной стойки или могут представлять собой другие многоугольные выступы или другие выступы неправильной формы и другие конструкции.

Кроме того, следует особенно отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению верхние поверхности зеркал анода могут представлять собой плоские, наклонные или сферические поверхности или другие поверхности неправильной формы.

Следует особо отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению двумерная матрица блоков эмиссии электронов может располагаться так, чтобы проходить линейно в обоих из двух направлений, или проходить линейно в одном направлении и проходить по дуге в другом направлении, или проходить линейно в одном направлении и проходить сегментно-линейно в другом направлении, или проходить линейно в одном направлении и проходить по сегментной дуге в другом направлении, или проходить в других различных комбинированных формах.

Кроме того, следует особенно отметить, что в устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению двумерная матрица блоков эмиссии электронов может располагаться с одинаковым и постоянным интервалом в обоих направлениях, или с одинаковым интервалом в каждом направлении, но с интервалом, отличающимся в двух направлениях, или с одинаковым интервалом в одном направлении, но неодинаковым в другом направлении, или с неодинаковым интервалом в обоих из двух направлений.

Варианты осуществления

(Состав системы)

Как показано на фиг. 1—6, устройство распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей состоит из несколько блоков 1 эмиссии электронов, анода 2, вакуумной камеры 3, соединительного устройства 4 высоковольтного источника питания, соединительных устройств 5 источника питания нити накала катодов, соединительных устройств 6 устройства управления сеткой, вакуумного устройства 8 и системы 7 питания и управления. Несколько блоков 1 эмиссии электронов расположены в одной плоскости с двумерным расположением, установлены на стенке вакуумной камеры 3 и являются индивидуально независимыми друг от друга; при этом удлиненный анод 2 находится над блоками 1 эмиссии электронов, установлен на верхнем конце в вакуумной камере 3 и параллелен плоскости, в которой расположены блоки 1 эмиссии электронов. Каждый из блоков 1 эмиссии электронов содержит нить 101 накала, катод 102, сетку 103, изолирующий опорный элемент 104, выводы 105 нити накала и соединительный и фиксирующий элемент 109; при этом сетка 103 состоит из каркаса 106 сетки, собственно сетки 107 и вывода 108 сетки. Кроме того, анод 2 состоит из пластины 201 анода и зеркал 202 анода. Зеркала 202 анода установлены на пластине 201 анода в положениях, расположенных соответственно положениям блоков 1 эмиссии электронов, и наклонные направления верхних поверхностей зеркал 202 анода являются постоянными и представляют собой направления выхода доступного рентгеновского излучения. Соединительное устройство 4 высоковольтного источника питания установлено в одном конце вакуумной камеры 3, ближнем к аноду 2, и внутренне соединено с анодом 2 и наружно соединено с высоковольтным источником питания; при этом соединительные устройства 5 источника питания нити накала соединяют выводы 105 нити накала каждого блока 1 эмиссии электронов с источником 704 питания нити накала. Соединительные устройства 5 источника питания нити накала представляют собой несколько двужильных кабелей с соединителями на обоих концах. Соединительные устройства 6 устройства управления сеткой соединяют выводы 108 сеток всех блоков 1 эмиссии электронов с устройством 703 управления сеткой. Соединительные устройства 6 устройства управления сеткой представляют собой несколько высоковольтных коаксиальных кабелей с соединителями на обоих концах. Вакуумное устройство 8 установлено на боковой стенке вакуумной камеры 3. Система 7 питания и управления содержит систему 701 управления, высоковольтный источник 702 питания, устройство 703 управления сеткой, источник 704 питания нити накала, источник вакуума и несколько других модулей и силовыми и контрольными кабелями соединена с нитями 101 накала 101 и сетками 103 нескольких блоков 1 эмиссии электронов, а также с анодом 2, вакуумным устройством 9 и другими компонентами системы.

(Принцип действия)

В устройстве распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению система 7 питания и управления управляет источником 704 питания нити накала, устройством 703 управления сеткой и высоковольтным источником питания 702. Под действием источника 704 питания нити накала нити 101 накала нагревают катоды 102 до температуры от 1000℃ до 2000℃, и на поверхностях катодов 102 генерируется большое количество электронов; устройство 703 управления сеткой обеспечивает прикладывание к каждой сетке 103 отрицательного напряжения, например, -500 В, и между сеткой 103 и катодом каждого блока 1 эмиссии электронов создается отрицательное электрическое поле, которое ограничивает электроны на поверхностях катодов 102; высоковольтный источник 702 питания обеспечивает прикладывание к аноду 2 очень высокого положительного напряжения, например, +180 кВ, и между блоками 1 эмиссии электронов и анодом 2 образуются положительные электрические поля ускорений. В случаях, если необходимо генерирование рентгеновского излучения, система 7 питания и управления обеспечивает переключение пути выхода устройства 703 управления сеткой с отрицательного напряжения на положительное напряжение по команде или введенной в память программе и изменяет каждый путь выходных сигналов в соответствии с временной последовательностью; например, в момент времени 1 выходной канал channel1a устройства 703 управления сеткой изменяется с -500 В на +2000 В, электрическое поле между сеткой 103 и катодом 102 в соответствующем блоке 11 эмиссии электронов изменяется на положительное электрическое поле, электроны движутся к сетке 103 с поверхности катода 102 и проходят через собственно сетку 107 и попадают в электрическое поле между блоком 11а эмиссии электронов и анодом 2, где разгоняются и приобретают высокую энергию, чтобы в конечном итоге удариться о зеркало 21a для генерирования рентгеновского излучения в положении зеркала 21a анода; в момент времени 2 выходной канал channel1b устройства 703 управления сеткой изменяется с -500 В на +2000 В, соответствующий блок 11b эмиссии электронов испускает электроны для ударения о зеркало 21b анода и обеспечения эмиссии рентгеновского излучения в положении зеркала 21b анода; в момент времени 3 выходной канал channel2a устройства 703 управления сеткой изменяется с -500 В на +2000 В, соответствующий блок 12а эмиссии электронов испускает электроны для ударения о зеркало 22a анода и обеспечения эмиссии рентгеновского излучения в положении зеркала 22a анода; в момент времени 4 выходной канал channel2b устройства 703 управления сеткой изменяется с -500 В на +2000 В, соответствующий блок 12b эмиссии электронов испускает электроны для ударения о зеркало 22b анода и обеспечения эмиссии рентгеновского излучения в положении зеркала 22b анода и т. д. Следовательно, система 7 питания и управления использует устройство 703 управления сеткой для обеспечения поочередной работы каждого блока 1 эмиссии электронов в соответствии с предварительно заданной временной последовательностью для эмиссии электронного луча, и, кроме того, рентгеновское излучение по очереди генерируется в разных положениях зеркал анода, что создает источник распределенного рентгеновского излучения.

Кроме того, газы, высвобождаемые зеркалами 202 анода, когда о зеркала анода ударяются токи электронных лучей, отводятся в реальном времени вакуумным устройством 8 для поддерживания высокого вакуума внутри вакуумной камеры 3, что является выгодным для долгосрочной стабильной работы. Помимо управления каждым источником питания для приведения каждого компонента в совместную работу в соответствии с введенной в память программой, система 7 питания и управления может одновременно получать через коммуникационный порт и человеко-машинный интерфейс внешнюю команду, изменять и устанавливать ключевые параметры системы, обновлять программу и выполнять автоматическое управление и регулирование.

Кроме того, при применении устройства распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей согласно настоящему изобретению для КТ-оборудования КТ-оборудование может обрести высокую системную устойчивость и надежность, и высокую эффективность детектирования.

(Преимущественные эффекты)

Согласно настоящему изобретению предлагается, главным образом, устройство распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей для генерирования рентгеновского излучения, периодически изменяющегося в положениях фокусных точек в соответствии с определенной последовательностью в одном оборудовании источника излучения. В настоящем изобретении благодаря термоэлектронным катодам, выполненным в блоках эмиссии электронов, достигаются преимущества больших токов эмиссии и продолжительного срока службы; благодаря управлению сеткой или управлению катодом для управления рабочим состоянием каждого блока эмиссии электронов достигаются удобство и гибкость; благодаря конструкции большой пластины анода и зеркал анода снижается проблема перегрева анода, создается эффект фокусировки участков зеркала анода и снижается стоимость; благодаря расположению двумерной матрицы, выполненному для блоков эмиссии электронов и соответствующих зеркал анода, рентгеновское излучение выводится параллельно плоскости матрицы, таким образом, если смотреть с направлений выхода рентгеновского излучения, интервал распределения участков зеркала анода уменьшается, а плотность участков зеркала анода соответственно повышается; и блоки эмиссии электронов могут иметь или плоское двумерное расположение или двумерное расположение на изогнутой поверхности, чтобы образовать в целом линейное устройство распределенного рентгеновского излучения или кольцевое устройство распределенного рентгеновского излучения, благодаря чему достигается гибкость применения.

Кроме того, согласно настоящему изобретению при применении устройства распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей в КТ-оборудовании могут создаваться несколько углов зрения без движения источника излучения, следовательно, движение коллекторного кольца может быть опущено, что является выгодным для упрощения конструкции и повышения устойчивости и надежности системы, а также эффективности детектирования.

Как уже отмечалось, описаны примерные варианты осуществления настоящего изобретения, но настоящее изобретение ими не ограничивается, и следует понимать, что возможны различные изменения в пределах сущности и объема настоящего изобретения.

Устройство распределенного рентгеновского излучения с двумерной матрицей содержит: вакуумную камеру (3), уплотненную по периферии и содержащую внутри высокий вакуум; несколько блоков (1) эмиссии электронов, расположенных в плоскости на стенке вакуумной камеры (3) с двумерным расположением; анод (2), содержащий зеркала (202) анода, соответствующие нескольким блокам (1) эмиссии электронов, и выполненный в вакуумной камере (3) таким образом, чтобы быть параллельным плоскости, в которой расположены несколько блоков (1) эмиссии электронов; и систему (7) питания и управления, содержащую высоковольтный источник (702) питания, соединенный с анодом (2), источник (704) питания нити накала, соединенный с каждым из нескольких блоков (1) эмиссии электронов, устройство (703) управления сеткой, соединенное с каждым из нескольких блоков (1) эмиссии электронов, и систему (701) управления, используемую для управления каждым источником питания, при этом анод содержит пластину (201) анода, изготовленную из металлического материала и параллельную верхним поверхностям блоков (1) эмиссии электронов, и несколько зеркал (202), установленных на пластине (201) анода и расположенных так, чтобы соответствовать положениям блоков (1) эмиссии электронов соответственно; при этом нижние поверхности зеркал (202) анода соединены с пластиной (201) анода, а верхние поверхности зеркал (202) анода образуют с пластиной (201) анода заданный угол. Технический результат - повышение устойчивости и эффективности детектирования. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство рентгеновского излучения, отличающееся тем, что содержит:

вакуумную камеру, уплотненную по периферии и содержащую внутри высокий вакуум;

несколько блоков эмиссии электронов, расположенных в плоскости на стенке вакуумной камеры с двумерным расположением;

анод, находящийся в вакуумной камере и выполненный таким образом, чтобы быть параллельным плоскости, в которой расположены несколько блоков эмиссии электронов,

при этом блок эмиссии электронов содержит: плоскую пластинчатую сетку, состоящую из изолирующей каркасной пластины, сеточной пластины, собственно сетки и вывода сетки, и матрицу катода, образованную близко расположенными несколькими конструкциями катодов, при этом каждая конструкция катода состоит из нити накала, катода, соединенного с нитью накала, вывода нити накала, выходящего от двух концов нити накала, и изолирующего опорного элемента, окружающего нить накала и катод,

при этом сеточная пластина выполнена на изолирующей каркасной пластине и собственно сетка выполнена в месте расположения отверстия, образованного в сеточной пластине, вывод сетки выходит из сеточной пластины,

плоская пластинчатая сетка расположена над матрицей катода, центр собственно сетки и центр катода совпадают в паре в вертикальном направлении,

плоская пластинчатая сетка и матрица катода расположены в вакуумной камере и вывод нити накала и вывод сетки соответственно выходят наружу вакуумной камеры через переходную клемму вывода нити накала и переходную клемму вывода сетки, обе из которых выполнены на стенке вакуумной камеры.

2. Устройство рентгеновского излучения по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит:

систему питания и управления, содержащую высоковольтный источник питания, соединенный с анодом, источник питания нити накала, соединенный с каждым из нескольких блоков эмиссии электронов, устройство управления сеткой, соединенное с каждым из нескольких блоков эмиссии электронов, и систему управления, используемую для управления каждым источником питания, при этом

анод содержит пластину анода, изготовленную из металлического материала и параллельную верхней поверхности блока эмиссии электронов, и несколько зеркал анода, установленных на пластине анода и расположенных таким образом, чтобы находиться напротив положений блоков эмиссии электронов; и

нижняя поверхность зеркала анода соединена с пластиной анода, а верхняя поверхность зеркала анода образует с пластиной анода заданный угол.

3. Устройство рентгеновского излучения по п. 2, отличающееся тем, что

зеркала анода имеют конструкцию усеченного кругового конуса, квадратной стойки или многореберной стойки или других многоугольных выступов или других выступов неправильной формы.

4. Устройство рентгеновского излучения по п. 2, отличающееся тем, что

зеркала анода имеют конструкцию цилиндрической стойки, квадратной стойки или других многоугольных стоек.

5. Устройство рентгеновского излучения по п. 2, отличающееся тем, что

зеркала анода имеют конструкцию сферической поверхности.

6. Устройство рентгеновского излучения по п. 2, отличающееся тем, что

верхняя поверхность зеркала анода представляет собой плоскую, наклонную или сферическую поверхность или другие поверхности неправильной формы.

7. Устройство рентгеновского излучения по п. 2, отличающееся тем, что

блок эмиссии электронов содержит нить накала, катод, соединенный с нитью накала, изолирующий опорный элемент, имеющий отверстие и окружающий нить накала и катод, вывод нити накала, выходящий с двух концов нити накала; сетку, выполненную над катодом таким образом, чтобы находиться напротив катода; соединительный и фиксирующий элемент, соединенный с изолирующим опорным элементом для установки блоков эмиссии электронов на стенке вакуумной камеры для образования вакуумного герметичного соединения, при этом

сетка содержит каркас сетки, изготовленный из металла и имеющий отверстие, выполненное в средине, собственно сетку, изготовленную из металла и зафиксированную в месте расположения отверстия каркаса сетки, вывод сетки, выходящий от каркаса сетки; и

вывод нити накала и вывод сетки проходят через изолирующий опорный элемент и выходят наружу блока эмиссии электронов, вывод нити накала соединен с источником питания нити накала и вывод сетки соединен с устройством управления сеткой.

8. Устройство рентгеновского излучения по п. 7, отличающееся тем, что

соединительный и фиксирующий элемент соединен на наружном крае нижнего конца изолирующего опорного элемента, катодный конец блока эмиссии электронов расположен внутри вакуумной камеры, а выводной конец блока эмиссии электронов расположен снаружи вакуумной камеры.

9. Устройство рентгеновского излучения по п. 7, отличающееся тем, что

соединительный и фиксирующий элемент соединен на верхнем конце изолирующего опорного элемента, а блок эмиссии электронов расположен полностью снаружи вакуумной камеры.

10. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 2-9, отличающееся тем, что дополнительно содержит

соединительное устройство высоковольтного источника питания, соединяющее анод с кабелем высоковольтного источника питания и установленное на боковой стенке в одном конце вакуумной камеры, ближнем к аноду; соединительное устройство источника питания нити накала, используемое для соединения нити накала с источником питания нити накала; соединительное устройство устройства управления сеткой, используемое для соединения сетки блока эмиссии электронов с устройством управления сеткой; источник вакуума, включенный в систему питания и управления; и вакуумное устройство, установленное на боковой стенке вакуумной камеры и действующее путем использования источника вакуума для поддерживания высокого вакуума внутри вакуумной камеры.

11. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что

матрица, образованная расположением нескольких блоков эмиссии электронов, является линейной в двух направлениях или линейной в одном направлении и сегментно-линейной в другом направлении.

12. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что

матрица, образованная расположением нескольких блоков эмиссии электронов, является линейной в одном направлении и дугообразной или сегментно-дугообразной в другом направлении.

13. Устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 1-9, отличающееся тем, что

устройство управления сеткой содержит контроллер, модуль отрицательного высокого напряжения, модуль положительного высокого напряжения и несколько элементов переключения высокого напряжения, при этом

каждый из нескольких элементов переключения высокого напряжения содержит по меньшей мере один конец для управления, два входных конца и один выходной конец и выдерживаемое напряжение на всех концах по меньшей мере выше максимального напряжения, создаваемого модулем отрицательного высокого напряжения и модулем положительного высокого напряжения;

модуль отрицательного высокого напряжения подает стабильное отрицательное высокое напряжение на один входной конец каждого из нескольких элементов переключения высокого напряжения;

модуль положительного высокого напряжения подает стабильное положительное высокое напряжение на другой входной конец каждого из нескольких элементов переключения высокого напряжения;

контроллер независимо управляет каждым из нескольких элементов переключения высокого напряжения;

устройство управления сеткой дополнительно содержит несколько выходных каналов сигналов управления; и

выходной конец одного из элементов переключения высокого напряжения соединен с одним из выходных каналов сигналов управления.

14. КТ-оборудование, отличающееся тем, что

используемый в нем источник рентгеновского излучения представляет собой устройство рентгеновского излучения по любому из пп. 1-13.