X射线源和成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种X射线源，具有带有射线出射窗的可抽真空的外壳、用于发射电子的电子源和用于产生X射线辐射的阳极。另外，本发明涉及一种具有这种X射线源的成像系统。
【背景技术】
[0002]对于已知X射线源，在可抽真空的外壳(所谓的X射线管)内，在阳极上加速电子，其材料适合于将加速电子的能量转换成X射线辐射。通过可让X射线通过的出射窗，X射线辐射从X射线源输出耦合。当在成像系统中使用时，辐射典型是被指向待检查的物体并随后利用成像X射线探测器测量。主要是在医学成像中，这种系统的应用普遍。对于人身体部分的诊断检查，通常希望利用尽可能低的X射线剂量得到尽可能高的图像质量。为此，尽可能单色的X射线辐射是有利的，其中辐射基本上由特征X射线辐射组成，而仅有尽可能小部分由在宽能量范围分布的轫致辐射组成。
[0003]在US 7436931B2中描述了一种用于产生单色X射线辐射的X射线源。在此，使用非常薄的阳极，其被安装在由具有低核电荷数的材料构成的阳极载体上。由此实现通过阳极层形成在狭窄能量范围内的基本上特征X射线辐射。通过低的阳极层厚并通过低的载体核电荷数，还发射较少轫致辐射，从而使源仅产生少量的宽带的X射线辐射。然而，在US7436931B2中公开的技术方案的难点在于穿过薄的阳极的高能电子。这些电子在阳极载体中被收集，并且通过流经载体的冷却剂传导能量。在此的缺点是在阳极载体内的高热量生成和在阳极载体中形成轫致辐射的可能性。通过轫致辐射在形成的X射线谱中产生连续的底色，其延伸至极限能量，该极限能量相当于被加速电子的动能。单色特征X射线福射在总频谱和在辐射剂量中的分量由于该效果而降低。由于高热量生成和冷却剂流的必要性，该技术方案在热学技术方面特别不高效并且机械上复杂。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是，提供一种用于产生尽可能单色X射线辐射的X射线源，其能够避免所述缺点。本发明另一个要解决的技术问题是，提供一种具有这种X射线源的成像系统。
[0005]该技术问题通过在权利要求1中描述的X射线源和在权利要求14中描述的成像系统解决。
[0006]根据本发明的X射线源包括具有至少一个使X射线透过的射线出射窗的可抽真空的外壳。它还包括用于沿着电子射线方向发射电子的电子源、用于产生X射线福射的阳极和用于收集穿过阳极的电子的集电极。集电极是用于在集电极上建立相比阳极电势的负电势的电路的一部分。射线出射窗被布置为，使得至少在相对于电子射线方向从130度到230度的角度范围的子范围内从阳极射出的X射线辐射能够通过射线出射窗而输出耦合。
[0007]根据本发明的X射线源能够产生基本上单色的X射线辐射，因为在阳极主要产生在狭小能量范围内的特征X射线福射。穿过阳极的电子也不太会形成不希望的籾致福射，因为这些电子通过根据本发明构造的集电极首先被有效地减速，然后被收集。通过集电极捕获加速电子在电学上高效，并且在将阳极固定时不需要附加的冷却剂通道来运走穿过阳极膜的电子的动能。通过在运行中集电极的相对于阳极的负电势，电子在到达集电极材料前失去一部分动能。由此使在集电极材料中形成的轫致辐射最小化。通过集电极防止了，这些电子在X射线源运行中到达可能产生轫致辐射的其它部件，并且防止了，电子离开X射线源。特别是通过有效拦截，这些电子不与X射线源的外壳发生相互作用。
[0008]根据本发明布置射线出射窗，使得X射线辐射能够通过该窗口输出耦合，其至少在角度范围相对于电子射线方向从130度到230度的子范围内从阳极射出。输出耦合因此根据本发明发生在阳极的面对到达的电子射线的一侧，其中通过窗口输出耦合的X射线辐射可以包括与电子射线的反向方向直至+/-50度的角度范围。通过反向输出耦合，实现特征X射线辐射与连续轫致辐射的特别高的比值，因为轫致辐射的很大部分在电子射线方向，而特征X射线辐射在正方向和反方向上的分量基本对称。
[0009]根据本发明的成像系统包括根据本发明的X射线源、用于容纳待检查对象的装置和X射线探测器。成像系统的优点类似于关于X射线源给出的优点。在医学成像领域，待检查对象在此可以是人身体、动物身体或身体一部分。用于容纳待检查对象的装置于是例如是患者卧榻或用于容纳身体部分的装置。然而，成像系统也可以被构造为用于测量部件。在该情况下，用于容纳待检查对象的装置可以是用于部件的固定物。
[0010]根据本发明的成像系统的优点在医学成像中特别明显，因为在对人身体部分进行诊断检查时，以尽可能低的射线负担实现尽可能高的图像质量并由此实现尽可能精确的医学诊断特别重要。在使用尽可能单色的X射线源时，能够实现特别好的图像质量。单色的X射线源的优点在乳房成像和血管成像领域特别大，因为在该方法中检查这样的身体部分，在所述身体部分中必须反映X射线辐射衰减的的微小区别。在使用单色的X射线辐射的情况下，在近似的图像质量下或者降低患者的辐射负担，或者可以避免另外使用对健康有害的X射线造影剂。
[0011]从权利要求1的从属权利要求中得到根据本发明的X射线源的优选构造和扩展。相应地，X射线源可以具有以下附加特征:
[0012]集电极可以沿着电子射线方向比在电子动能为150keV下的电子平均穿透深度更厚地构造。电子在X射线源中被加速到的最大动能在多数X射线源中处于直至150keV的范围。如果将集电极构造为其在该电子能量范围中厚于电子平均穿透深度，则在运行X射线源时由集电极截获大部分具有该最大能量的电子。如果集电极如前所述还在负电势下运行，则电子在到达集电极材料之前被减速，而相应地更大部分的电子被集电极所收集。通过集电极收集的电子的部分在该实施方式中占至少l-1/e，由此超过63%。
[0013]所描述的集电极的材料可以包括导电材料，例如不锈钢和/或铜。集电极可以沿着电子射线方向具有至少Imm的厚度。优选选择厚度，使到达集电极的电子以所残留的动能基本上不能穿透集电极的厚度。
[0014]集电极在电子射线方向上可以具有凹陷。这样的凹陷有利于在集电极上可靠地收集加速电子，并且防止电子侧漏到X射线源外壳。形成集电极的凹陷是有用的，因为一部分电子在阳极散射，并因此改变其飞行方向。具有凹陷的集电极特别适合收集尽可能多的散射电子。
[0015]所描述的凹陷可以构造成梯形。替代地，凹陷也可以构造成矩形、U形或半圆形。它可以具有至少3cm的深度，特别优选可以是在5cm与15cm之间的深度。
[0016]可以将射线出射窗布置为，使得至少在相对电子射线方向从170度到190度的角度范围的子范围内从阳极射出的X射线辐射能够穿过射线出射窗输出耦合。在该实施方式中，仅输出耦合以与电子射线的反方向成角度+/-10度离开阳极的X射线辐射。通过该狭窄的角度范围，能够实现特征X射线辐射与干扰的连续轫致辐射更好的比例。
[0017]在该实施方式的另一种变化中，电子源可以在中间区域具有孔，用于使输出耦合的X射线辐射穿过。电子源特别是可以构造成环形的源。在中间区域，反面待输出耦合的X射线辐射可以穿透电子源，并穿过该区域从阳极到达射线出射窗。于是射线出射窗可以特别有利地被布置为，使得仅来自阳极的相对于电子射线方向成175度至185度角度的X射线辐射能够通过射线出射窗输出耦合。
[0018]X射线源可以包括至少一个控制电极，用于将电子加速和/或聚集到