一种将波束成形信号处理应用于RF调制X射线的装置制造方法及图纸

描述了一种使用射频(RF)调制的场致发射X射线源产生波束成形的X射线辐射的装置和方法。射频RF源产生RF控制信号，该RF控制信号被供应给相位延迟元件阵列以产生多个单独控制的相位延迟的RF信号。然后，将它们(经由匹配电路)直接提供给多个场致发射源中的每一个，以产生各具有与相位延迟的RF信号相同的频率和相位延迟的多个RF调制电子电流或电子束。每一条电子束撞击目标阳极，以产生也与相位延迟的RF信号相同的频率和相位延迟的X射线。通过控制每一个相位延迟元件，可以产生波束成形的X射线辐射图。射线辐射图。射线辐射图。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种将波束成形信号处理应用于RF调制X射线的装置
[0001]优先权文件
[0002]本申请要求于2018年5月25日提交的标题为“A Device for Applying Beamforming Signal Processing to RF Modulated X
‑
Rays(一种将波束成形信号处理应用于RF调制X射线的装置)”的澳大利亚临时专利申请第2018901828号的优先权，其内容通过引用全部并入本文。


[0003]本专利技术总体地涉及用于产生X射线辐射的装置，尤其涉及使用具有场致发射电子源的真空管产生射频调制X射线辐射的装置。

技术介绍

[0004]常规的X射线辐射源将来自加热的阴极的热电子发射用作用于产生X射线的电子源；这种热电子发射直接由热灯丝或灯丝加热的阴极电极产生。这些装置释放电子通量，该电子通量是阴极源温度和来自阳极和真空管中的其他电极(例如聚焦电极和栅极电极)的与阴极相邻出现的施加电场的函数。电子束朝着重金属目标阳极加速，并且撞击产生了受限于电子被加速到的峰值能量的广谱X射线。然后，使用机械准直器将X射线对准并穿过对象。
[0005]常规X射线源产生连续剂量或X射线辐射通量，因此已用于多种成像应用，其包括常规投影射线照相、计算机断层扫描、断层合成、相衬成像和背向散射成像。在常规的投影射线照相、计算机断层扫描和断层合成中，X射线测量基于X射线穿过目标的强度的变化。在计算机断层扫描和断层合成中，X射线源围绕对象旋转，并重建切片以生成三维图像。在相衬成像中，例如通过空间移动检测器或使用检测器中的光栅来测量X射线波长处的空间域相移；由于X射线的波长小，因此该测量具有技术挑战性。在所有这些应用中，X射线辐射被认为是固定的(即在给定的时段内通过对象的通量是恒定的)。
[0006]背向散射X射线成像技术测量的是目标的背向散射的X射线，而不是像投影射线照相中那样的通过的X射线。最近，已经开发了基于背向散射的X射线RADAR。在该系统中，单个热电子源(即，加热的灯丝)产生电子束，然后，使用速调管对电子束进行调制并将其聚焦到阳极目标上的单个焦点上。在该装置中，RF频率的接收器跟踪背向散射的X射线辐射中的调制和相位延迟，以识别背向散射事件的深度。然而，该系统的显著缺点是，它需要大型的真空系统操作速调管和复杂的电子设备来对其进行控制。
[0007]常规X射线源的一个问题是在真空管外部控制或聚焦X射线的能力有限，这是因为该方向受限于物理定位准直仪的能力以及X射线辐射会从准直仪的末端自然散开的事实。因此，X射线辐射的方向控制的限制使其难以在对象内部的小区域内整合(或紧密聚焦)X射线辐射以提供改进的成像或辐射疗法。
[0008]最近，已经开发出场致发射X射线辐射源。基于场致发射的X射线源以与常规X射线相同的方式产生X射线，但是通过在导体表面上施加高电场而不是使用热电子发射器来产
生电子。电子通量是所用的导体、导体表面的尺寸和形状以及电场强度的函数。对于同一导体，电子通量强度与电场强度成正比(一旦超过临界场导通阈值)。通常通过在导体表面上施加电压电位来产生该电场。通过在导体表面上快速施加电压电位，在建立电场的同时会产生相应的精确电子通量。此特性已用于基于场致发射的X射线源，以产生用于高速X射线成像的精确控制的短X射线脉冲。
[0009]场致发射X射线辐射源不需要热量即可产生电子通量，并且通常被称为冷阴极源。降低的热负荷使得多个电子源能够紧密放置在单个真空封壳内。可以将每一个电子源设计为在电学上和热学上与其相邻电子源隔离并独立控制。已经使用场致发射电子源的可单独控制的分布来产生具有焦点分布的X射线辐射源，其被称为多束管。
[0010]多束管在断层合成、计算机断层扫描和轻型背向散射中具有应用。多束管也已用于多焦点多路复用以提高图像分辨率。在所有当前的应用中，多束管用于使用在指定的时段内由固定的电子通量振幅得到的固定的X射线剂量产生一组X射线图像。在断层合成应用中，通量的变化被认为是噪声，并且设计了各源以保持电子通量的振幅稳定。
[0011]最近已经开发出碳纳米管(CNT)用作多束冷阴极源。由于其高的纵横比以及热和导电稳定性，CNT成为理想的场致发射器。基于CNT的多束X射线管在断层成像系统中的最近应用已显示出图像质量的显著提高和系统设计灵活性的增加。
[0012]CNT多束管在单个真空管内产生可独立控制的X射线焦点的空间分布阵列。通过顺序扫描每一个焦点，无需源的移动即可获取成像对象的断层扫描。在不移动X射线源的情况下发生断层扫描，去除了运动引起的模糊，从而导致重建图像中的分辨率增加。与X射线源的物理旋转相比，多束管中X射线焦点的空间分布确定了断层扫描的几何形状。
[0013]希望提供一种与机械准直仪相比能够以更大程度的控制来引导X射线辐射穿过被照射的对象的方法。X射线辐射方向性得到改善的应用可能包括更高分辨率的X射线成像和辐射疗法。
[0014]还希望提供这样一种方法，其中，将X射线辐射的剂量合并在对象的小区域内，同时限制远离该区域的剂量。尽管不可能限制远离目标区域的剂量，但还是希望确保小区域与外部区域的剂量之比足够大，以使得能够进行该小区域的成像或防止破坏性剂量在不在该位置的区域中。
[0015]向小区域施加合并剂量的应用可以包括对从该区域发出的X射线散射进行成像，使用剂量位置进行局部反计算机X线断层扫描，以及针对肿瘤组织进行放射治疗。
[0016]因此，需要提供一种具有改进的方向性控制X射线方向的能力的X射线源装置，或者至少提供一种有用的现有系统的替代方案。

技术实现思路

[0017]根据第一方面，提供了一种X射线辐射束成形设备，所述X射线辐射束成形设备包括：
[0018]容纳在一个或多个真空外壳中的至少三个场致发射电子源和一个或多个关联的电极结构；
[0019]射频(RF)源和RF控制器，被配置为产生多个单独控制的相位延迟的RF信号；
[0020]RF匹配电路，被配置为将所述至少三个场致发射电子源中的每一个与所述多个单
独控制的相位延迟的信号中的一个相匹配，以在所述多个相位延迟的RF信号中的每一个的相同的频率和相位延迟下产生多个RF调制电子电流；
[0021]容纳在所述一个或多个真空外壳中的一个或多个目标阳极，其中，所述一个或多个目标阳极与所述至少三个场致发射电子源之间的电压电位使所述多个RF调制电子电流加速，以在所述多个相位延迟的RF信号中的每一个的相同的频率和相位延迟下产生RF调制X射线辐射，并且
[0022]其中，RF控制器被配置为产生多个单独控制的相位延迟信号，以实现预定义的波束成形辐射图。
[0023]在一些实施例中，所述RF源的频率为至少100MHz。
[0024]在一些实施例中，所述RF源的频率为至少1GHz。
[0025]在一些实施例中，所述至少三个场致发射电子源以小于所述RF源的四分之一波长的间隔隔开。
[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】1.一种X射线辐射束成形设备，包括：容纳在一个或多个真空外壳中的至少三个场致发射电子源和一个或多个关联的电极结构；射频(RF)源和RF控制器，被配置为产生多个单独控制的相位延迟的RF信号；RF匹配电路，被配置为将所述至少三个场致发射电子源中的每一个与所述多个单独控制的相位延迟的信号中的一个相匹配，以在所述多个相位延迟的RF信号中的每一个的相同的频率和相位延迟下产生多个RF调制电子电流；容纳在所述一个或多个真空外壳中的一个或多个目标阳极，其中，所述一个或多个目标阳极与所述至少三个场致发射电子源之间的电压电位使所述多个RF调制电子电流加速，以在所述多个相位延迟的RF信号中的每一个的相同的频率和相位延迟下产生RF调制X射线辐射，并且其中，RF控制器被配置为产生多个单独控制的相位延迟信号，以实现预定义的波束成形辐射图。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述RF源的频率为至少100MHz。3.如权利要求2所述的设备，其中，所述RF源的频率为至少1GHz。4.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述至少三个场致发射电子源以小于所述RF源的四分之一波长的间隔隔开。5.如权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述预定义的波束成形辐射图是通过空间行进的窄X射线波阵面。6.如权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述预定义的波束成形辐射图将所述X射线辐射聚焦到信号空间位置。7.如权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，所述RF源和所述RF控制器包括被配置为将RF控制信号供应给相位延迟元件阵列的RF源，并且所述控制器通过控制所述RF源和所述相位延迟元件阵列的操作实现所述预定义的波束成形辐射图。8.如权利要求7所述的设备，其中，所述相位延迟元件是固定的相位延迟元件。9.如权利要求7所述的设备，其中，所述相位延迟元件是可变的相位延迟元件。10.如权利要求7、8或9所述的设备，其中，所述RF控制器还包括：脉冲发生器，用于用脉冲调制所述RF控制信号，以产生通过空间行进的单峰波阵面或单峰焦点。11.如权利要求7、8或9所述的设备，其中，所述RF源和RF控制器被配置为通过使用多个单独控制的相位延迟电路来产生所述多个单独控制的相位延迟RF信号。12.如权利要求7、8或9所述的设备，其中，所述RF源和RF控制器被配置为通过使用多个相位延迟路径来产生所述多个单独控制的相位延迟RF信号。13.如权利要求7、8或9所述的设备，其中，所述至少三个场致发射电子源布置成阵列，使得每一个单独的场致发射电子源之间的间隔沿着所述阵列具有设定的相移。14.如权利要求1至13中任一项所述的设备，其中，所述一个或多个目标包括至少三个目标阳极，其中，场致发射电子源到目标阳极具有1对1的映射，并且所述至少三个目标阳极以阵列布置，以产生至少三个RF调制的X射线辐射源的阵列。15.如权利要求1至14中任一项所述的设备，其中，所述至少三个场致发射电子源被布
置为线性间隔的阵列。16.如权利要求1至14中任一项所述的设备，其中，所述至少三个场致发射电子源被布置为非线性偏置的间隔的阵列，在所述阵列中偏置与所述调制RF控制信号的波长相关。17.如权利要求1至14中任一项所述的设备，其中，所述至少三个场致发射电子源被布置为多组阵列。18.如权利要求17所述的设备，其中，每组是线性间隔的阵列。19.如权利要求17所述的设备，其中，每组被布置为非线性偏置的间隔的阵列，在所述阵列中偏置与所述调制RF控制信号的波长相关。20.如权利要求1至19中任一项所述的设备，其中，所述至少三个场致发射电子源在单个真空外壳内以阵列布置，所述单个真空外壳被配置为产生多个RF调制的X射线辐射源的单个多束场致发射X射线管。21.如权利要求1至19中任一项所述的设备，其中，所述多个至少三个场致发射电子源均容纳在至少三个分开的真空外壳中，并且均被配置为单个RF调制的X射线辐射源，所述至少三个真空外壳以阵列布置。22.如权利要求1至19中任一项所述的设备，其中，所述至少三个场致发射电子源被布置为多束场致发射X射线管的阵列，所述多束场致发射X射线管产生多个RF调制的X射线辐射源，并且均包括单个真空外壳，所述单个真空外壳容纳有多个场致发射电子源的阵列，每一个所述场致发射电子源均产生多个RF调制的X射线...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖恩，
申请(专利权)人：微X有限公司，
类型：发明
国别省市：