CN104037042A - X射线产生管、x射线产生装置和x射线成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及X射线产生管、X射线产生装置和X射线成像系统。提供一种减少对靶的热损伤的高输出X射线产生管。X射线产生管包含靶、电子源和设置在靶与电子源之间的具有多个电子通过开口的格栅电极。相对于格栅电极处于电子源侧的源侧电子束具有电流密度分布，并且，格栅电极具有开口率分布，使得源侧电子束的电流密度最大的区域与格栅电极的开口率最小的区域对准。

Description

X射线产生管、X射线产生装置和X射线成像系统

技术领域

本发明涉及X射线产生管、X射线产生装置和X射线成像系统的输出功率的改善。

背景技术

X射线产生管是用于医疗诊断或诸如异物检测的非破坏性检查的应用中的X射线产生装置的X射线源。X射线产生管包含用于发射电子束的电子枪、用于加速电子的阳极和用于通过电子的碰撞产生X射线的靶。靶与阳极电连接。

已知，为了获得预先确定的分析分辨率，X射线产生装置包含出于减小在靶上形成的电子束的焦点直径的目的具有静电透镜作用的格栅电极（grid electrode）。

日本专利申请公开No.2011-81930描述了包含设置在电子发射部分与靶之间的用于聚焦电子束的透镜电极的X射线产生装置。

另一方面，当X射线产生管输出X射线时，包含于照射靶的电子束中的电子的动能的约1%被用于X射线，并且，大部分的输入能量被转换成热能，结果是靶的温度上升。

X射线产生管的靶被聚焦的电子束照射，并由此易于在电子束的电流密度分布最大的区域处受到热损伤。

日本审查实用新型申请公开No.H04-3384公开了通过设计阴极结构减少对靶的焦点中心部分的热损伤的方法。日本审查实用新型申请公开No.H04-3384公开了这样一种方法，其中，阴极细丝形成为螺旋形状，并且，细丝的端部位于螺旋细丝的中心部分中，以降低电子束的中心部分的温度，并降低发射的热电子的电子束的电流密度。

发明内容

本发明的目的是，提供能够减少对靶的热损伤并发射具有高输出强度的X射线的X射线产生管。并且，本发明的另一目的是，提供靶具有高的寿命特性并且输出功率高的X射线产生装置和X射线成像系统。

根据本发明的一个实施例，提供一种X射线产生管，该X射线产生管包括：用于通过电子束的照射产生X射线的靶；与靶相对设置的电子源；和具有多个电子通过开口的格栅电极，其中，格栅电极被设置在靶与电子源之间，使得从电子源发射的源侧电子束的一部分通过多个电子通过开口并照射靶，其中，源侧电子束具有电流密度分布，格栅电极具有开口率分布，并且，源侧电子束的电流密度最大的区域与格栅电极的开口率最小的区域对准。

并且，根据本发明的一个实施例，提供一种X射线产生装置，该X射线产生装置包括：本发明的一个实施例的X射线产生管；与靶和电子源中的每一个电连接以输出要在靶与电子源之间施加的管电压的管电压电路；和用于限定格栅电极与靶之间的电压的格栅电势电路。

并且，根据本发明的一个实施例，提供一种X射线成像系统，该X射线成像系统包括：本发明的一个实施例的X射线产生装置；和用于检测从X射线产生装置发射并通过被检体的X射线的X射线检测器。

从下面参照附图对示例性实施例进行的描述，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1A是示出根据本发明的第一实施例的X射线产生管的示意图，图1B是根据本发明的实施例的格栅电极的部分放大图。

图2A和图2B是分别示出靶侧的电子束的电流密度分布的特性图，其中，图2A是参照例的特性图，图2B是本发明的实施例的X射线产生管的特性图。

图3A、图3B、图3C和图3D是根据本发明的其它实施例的格栅电极的示图。

图4是示出根据本发明的实施例的X射线产生管的电极光学系统的概念图。

图5A是示出现有技术的X射线产生管的示意图，图5B是示出图5A的格栅电极的电子通过开口的布局的示图。

图6是示出根据本发明的实施例的X射线产生装置的示图。

图7是示出根据本发明的实施例的X射线成像系统的示图。

具体实施方式

参照附图描述本发明的实施例。

图5A示出作为参照例的现有技术的X射线产生管的结构。本参照例的X射线产生管200包含具有平面上的（planate）电子发射部分的电子源201。只示意性地示出与本发明的实施例比较所需要的部件的布局。在图5A中，省略构成该参照例的X射线产生管的镜筒部分的绝缘管。

电子源201基于提取电极202和向与提取电极202电连接的格栅电极210施加的格栅电势（grid potential）产生源侧电子束230。包含于产生的源侧电子束230中的电子通过由在阳极204与电子源201之间施加的管电压形成的加速电场被加速，以照射靶205。

源侧电子束230的一部分照射格栅电极210，并且，通过格栅电极210的多个电子通过开口211的电子束通过聚焦电极203被聚焦，并作为靶侧电子束231照射靶205。结果，在被靶侧电子束231照射的区域中，在靶205上形成焦点，并由此从焦点发射X射线。

如图5B所示，本参照例的格栅电极210具有在均匀布置图案中形成的多个电子通过开口211。在本说明书中，在电子通过开口的布置上使用的“均匀布置”意指电子通过开口的开口率分布是均匀的。开口率分布由电子通过开口的开口面积或电子通过开口布置密度中的至少一个限定。

如图5A所示，构成X射线产生管200的电极的中心部分被设置为与电子束的中心轴206对准。

在包含具有开口率均匀的多个电子通过开口的格栅电极210的本参照例的X射线产生管200中，当向格栅电极210施加预先确定的格栅电势时，在靶205上形成与作为图2A所示的Gaussian分布的电流密度分布对应的焦点。图2A所示的靶205上的电流密度分布在中心轴206处具有最大电流密度。在这种情况下，作为靶205与中心轴206的交点的电子束中心部分（以下称为焦点中心）在靶205上具有最高温度。源侧电子束230具有电流密度分布的事实意味着，电子束沿源侧电子束230的束直径方向在靶上具有照射密度分布。

因此，在现有技术的X射线产生管200中，必须在焦点中心处达不到耐热极限的范围内设定照射靶205的电子束的电流上限。作为增强照射靶205的电子束的电流上限的方法，存在提高阳极204和靶205的耐热性和散热性的方法、降低靶205上的焦点中心处的电流密度的方法等。

在降低焦点中心处的电流密度的方法中，由于焦点中心处的热负载减小，因此与常规值相比能够提高输入能量的上限。作为降低的方法中的一种，存在增加焦点直径的方法。但是，如果增加焦点直径，那么成像分辨率劣化。

因此，对于获得更高的X射线输出功率而言重要的是，在不增加焦点直径的情况下降低靶205上的焦点中心处的电流密度，以增大对靶205的能量输入的上限。

例如，在日本审查实用新型申请公开No.H04-3384中描述的方法具有电子发射部分的形状的限制和电子束的电流密度分布的产生的限制等。

因此，希望提供减少对靶的热损伤以在不是细丝型的冷阴极和浸渍型热阴极等中也实现更高的输出功率的方法。

（第一实施例）

图1A和图1B是示出根据本发明的第一实施例的X射线产生管100的示图，并且是示出描述本发明所需要的部件的布局的示意图。在图1A中，构成本实施例的X射线产生管的镜筒部分的绝缘管被省略。电子源101和构成X射线产生管100的阳极104固定到绝缘管（未示出）。

另外，本实施例的X射线产生管具有从与靶105的电子入射表面相对的表面提取X射线的透射型结构，但本发明可被应用于反射型X射线产生管。

在上述的参照例的X射线产生管200的格栅电极210中，如图5B所示的那样均匀地布置电子通过开口211。因此，在包含格栅电极210与电子束的中心轴206的交点的中心部分与其周边部分之间不存在开口率差。

相反，本实施例的格栅电极110在包含格栅电极110与源侧电子束130的中心轴106的交点的中心部分处不具有电子通过开口111。换句话说，格栅电极110的结构具有如下开口率分布，在该开口率分布中，包含格栅电极110与源侧电子束130的中心轴106的交点的中心部分与其周边部分相比具有较小的开口率。

格栅电极110可基于开口率分布分成设置在外侧区域外周116与内侧区域外周117之间的外侧区域114和被内侧区域外周117包围的内侧区域115。包含格栅电极110与源侧电子束130的中心轴106的交点的中心部分与被格栅电极110的内侧区域外周117包围的内侧区域115对应。

从电子源101发射的源侧电子束130沿电子束的束径方向具有电流密度分布。在本说明书中，源侧电子束130具有电流密度分布的事实意味着，电子束沿源侧电子束130的束径方向在靶上具有照射密度分布。在本实施例的X射线产生管100中，源侧电子束130具有最大电流密度的区域与电子束的中心轴106对准。

格栅电极110在与电子源101相对的表面上具有带有图1B所示的开口率分布的多个电子通过开口。在本说明书中，格栅电极110具有开口率分布的事实意味着电子束沿源侧电子束130的束径方向具有开口率分布。源侧电子束130具有最大电流密度的中心轴106被定位为与格栅电极110具有最小开口率的区域115对准。

当向构成本实施例的X射线产生管100的电极施加适当的电势时，在靶105上形成与在图2B中由虚线示出的电子照射密度对应的电流密度分布。图2B所示的大礼帽型分布与照射靶105的靶侧电子束131的电流密度分布对应。

在本说明书中，焦点被定义为具有靶侧电子束131的电流密度分布的最大值的15%或更高的电流密度的区域。焦点直径是与具有靶侧电子束131的电流密度分布的最大值的15%或更高的电流密度的区域对应的束径方向的宽度。

如果靶侧电子束131的焦点的形状是以中心轴106为中心的圆，那么焦点直径与圆的直径匹配。

在图2A和图2B所示的示图中，纵轴代表靶侧电子束131的电流密度，横轴代表到靶105的电子入射表面侧的焦点中心的位置。

不管靶105上的位置如何，照射电流到靶105上的X射线强度的转换效率都基本上恒定。因此，从X射线产生管200和X射线产生管100发射的X射线关于靶上的位置的强度分布与图2A和图2B所示的电流密度分布类似。

X射线强度分布可被测量如下。具有预先确定的开口的针孔掩模（未示出）被设置在X射线发射窗口前面10cm处，并且，包含以二维阵列布置的X射线检测元件的X射线检测器（未示出）进一步设置于针孔掩模前面40cm处。这里，参照X射线发射窗口的法线，每当改变针孔掩模的位置时记录由X射线检测器检测的强度，以由此获得X射线强度分布。

在本说明书中，指示靶侧电子束131的最大强度值的15%或更高的强度的范围被定义为电子束的焦点。并且，图2A中的和图2B中的分别与X射线产生管200和X射线产生管100的焦点直径对应。

根据本发明，由于格栅电极110具有带有开口率分布的电子通过开口111，因此，靶侧电流密度分布从正态分布轮廓变为所谓的大礼帽型轮廓。结果，本发明的X射线产生管可确保焦点中心区域中的靶105的耐热性，并且可增强靶105的输出强度。

更具体而言，本发明的X射线产生管100具有这样的特征，即，格栅电极110具有被配置为使得具有源侧电子束130的最大电流密度的区域与格栅电极110的具有最小开口率的区域对准的多个电子通过开口111。

格栅电极110在包含格栅电极110与源侧电子束130的中心轴106的交点的中心部分中与在其周边上相比具有更小的开口率，由此，输入到靶105的能量也变少。

仅需要布置格栅电极110的电子通过开口111，使得格栅电极110与源侧电子束130的中心轴106相交的中心部分中的开口率比其周边部分中的开口率小。

可通过电子通过开口111的表面密度分布或电子通过开口111的开口面积分布中的至少一个形成格栅电极110的开口率分布。

图3A、图3B、图3C和图3D示出图1A和图1B所示的实施例的格栅电极110的变更例。

图3A所示的实施例与图1B所示的实施例的不同在于，通过具有正六角形的外侧区域外周116限定外侧区域114。本实施例的格栅电极110与图1B所示的实施例类似地具有由电子通过开口111的表面密度分布限定的开口率分布，并具有开口率比外侧区域114低的内侧区域115。

图3B所示的实施例与图1B所示的实施例的不同在于，内侧区域115具有开口面积比外侧区域114中的电子通过开口112小的电子通过开口113。本实施例的格栅电极110具有由电子通过开口111的开口面积分布限定的开口率分布，并具有开口率比外侧区域114低的内侧区域115。

并且，本实施例的格栅110与图1B所示的实施例的不同还在于，外侧区域114被设置在分别具有大致正方形形状的外侧区域外周116与内侧区域外周117之间。

图3C和图3D所示的实施例中的每一个与图1B所示的实施例的不同在于，在格栅110的圆周方向和径向方向，内侧区域115关于外侧区域114具有由电子通过开口111的表面密度和开口面积分布限定的开口率分布。

从可控制束形成的观点看，优选基于电子通过开口111的表面密度和开口面积分布形成开口率分布的图3C和图3D所示的实施例中的每一个的格栅电极110，原因是可形成连续的开口率分布。

作为电子源101，使用可从X射线产生管100的外面控制电子发射量的电子源。可用于电子源101的电子源选自包含金属丝型、氧化物丝型和浸渍型的热阴极以及碳纳米管型、spindt型和MIM型的冷阴极的组。

从具有预先确定的面积的电子发射表面的对称性或均匀性的观点看，优选对电子源101使用浸渍型热阴极的实施例。

提取电极102是被设置为用于在电子发射源的前面形成电场以控制来自电子源101的电子发射量的中间电极。本实施例的提取电极102与格栅电极110电连接。格栅电极110是被设置在电子发射源101前面以形成从电子源101发射的源侧电子束的束轮廓的中间电极。格栅电极110和提取电极102不必具有相同的电势，并且，格栅电极110和提取电极102可分别与不同的电压源连接。

格栅电极110可被设置在电子源101与靶105之间的任意位置处，但考虑到由照射电子导致的发热，格栅电极110优选被设置在提取电极102的附近。在本发明中，具有带有开口率分布的多个电子通过开口的格栅电极可被设置为聚焦透镜电极。

包含于图1A所示的X射线产生管100中的靶105是透射型靶。

透射型靶使用诸如金箔的自支撑的薄膜结构、或者靶层被设置在被靶侧电子束131照射的表面上并且靶层被由透射材料制成的透射基板支撑的叠层结构。具有叠层结构的透射型靶包含设置在与格栅电极相对的透射基板侧的靶层。

具有叠层结构的透射型靶的透射基板由具有至少比包含于靶层中的靶金属小的原子序数的轻元素制成。对于透射材料，使用铍、碳化硅或金刚石等。

由金刚石制成的透射基板（以下，称为金刚石基板）由于其诸如高X射线透射率（原子序数为6，比重低）、高热导率（1600W/（mK））和高的耐热性（分解温度为1200℃或更高）的物理性能而特别优选作为透射型靶的透射基板。

对于金刚石基板，使用通过高温高压合成方法等获得的单晶金刚石或通过以微晶金刚石为原材料的烧结方法或化学气相沉积方法等获得的多晶金刚石。

透射基板的外部形状是具有表面和相对表面的平板。例如，采用长方体或盘形。关于盘形透射基板，通过将直径设为大于或等于2mm且小于或等于10mm，能够设置可形成必要的焦点直径的靶层。

通过将金刚石基板的厚度设为大于或等于0.5mm且小于或等于2mm，能够确保放射线透过率。如果使用具有长方体形状的金刚石基板，那么上述的直径范围可被读作长方体的表面的短边长度和长边长度。

靶层包含具有高的原子序数、高的熔点和高的比重的金属元素，并且至少包含选自例如包含钽、钨、钼、银、金和铼的组的金属。从与透射基板兼容的观点看，更优选靶层包含选自包含钽、钼和钨的组的至少一种类型的金属，所述金属的碳化物的形成的标准自由能变为负的。另外，靶层可由具有单一成分的纯金属或合金成分形成，或者可由诸如金属的碳化物、氮化物或氧氮化物的金属化合物形成。

靶层的厚度选自大于或等于1μm且小于或等于12μm的范围。分别基于确保X射线输出强度和降低界面应力的观点，确定靶层的厚度的下限和上限。更优选在大于或等于3μm且小于或等于9μm的范围内设定厚度。

出于构成X射线产生管100的阳极104的目的，阳极部件、钎焊（brazing）填充剂金属和导电电极（未示出）与靶105电连接。导电电极是确保与阳极部件的电连接所需要设置的导电部件。对于导电电极，使用诸如锡、银或铜的金属、或金属氧化物等。

钎焊填充剂金属具有相对于阳极部件支撑靶105的功能以及相互电连接靶层与阳极部件的功能。钎焊填充剂金属是包含金、银、铜和锡等的合金。合金的成分根据要接合的部件被适当地选择，使得可确保诸如透射基板、导电电极和阳极部件的不同类型的材料之间的粘接性。

然后，考虑到抑制靶105的焦点中心处的热损伤，参照图4描述格栅电极110的更优选的布局。图4示意性地示出在从电子源101到靶105的路径中聚焦电子束的实施例。

X射线产生管100可通过设置在格栅电极110与靶105之间的聚焦透镜120调整从电子源101发射的电子束的焦点直径。图4的聚焦透镜120可由一个聚焦透镜电极构成，或者可由多个电极构成。

图4示出形成电子光学系统的X射线产生管100的主要部分，该电子光学系统具有靶侧电子束131的束径变得最小的交叉点（crossover）124。图4示出由聚焦透镜120及其静电参数唯一确定的多个电子光学虚拟点。本实施例至少在具有交叉点124上与图1A和图1B所示的实施例不同。

并且，聚焦透镜120的静电参数包含构成聚焦透镜120的电极的位置、形状和电势。聚焦透镜120的电极的形状包含电子通过开口的形状和电极的厚度。

聚焦透镜120在与虚拟设置在无限远处的对象的图像形成点对应的聚焦透镜120的前方和后方分别具有透镜焦点。在本说明书中，位于电子源101侧的透镜焦点被称为后方透镜焦点123a，并且，位于靶105侧的透镜焦点被称为前方透镜焦点123b。

在电子源101侧唯一地限定相对于聚焦透镜120与交叉点124共轭的点。与交叉点124共轭的该点被称为交叉点共轭点122。以相同的方式，在电子源101侧唯一地限定相对于聚焦透镜120与靶105上的焦点中心共轭的点。与焦点中心共轭的该点被称为焦点中心共轭点121。交叉点共轭点122与虚拟指示的阴极位置对应并且一般被称为虚拟阴极。

通过适当地设定聚焦透镜120的静电参数，如图4所示，能够在前方透镜焦点123b与靶105之间形成靶侧电子束131的束径变得最小的交叉点124。

在本实施例中，考虑到相对于聚焦透镜120的距离，交叉点共轭点122比焦点中心共轭点121远。另外，格栅电极110被设置在交叉点共轭点122与焦点中心共轭点121之间。

优选设置具有接近焦点中心共轭点121的位置的开口率分布的格栅电极110。原因在于，通过该布局，能够以高的再现性形成格栅电极110投影到靶105的开口形状，并由此降低靶105上的焦点中心处的电流密度。

因此，为了降低靶105上的焦点中心处的电流密度，更优选将具有开口率分布的格栅电极110设置为与焦点中心共轭点121的位置对准。

并且，可通过计算构成X射线产生管100的部件的介电常数、电极电势、尺寸和布局关系被模型化的静电场，识别诸如图4所示的交叉点124、交叉点共轭点122和焦点中心共轭点121的虚拟点。

（第二实施例）

图6示出根据本发明的实施例的向X射线透射窗口13的前方提取X射线束的X射线装置10。本实施例的X射线产生装置10在具有X射线透射窗口13的外壳容器11内包含作为X射线源的X射线产生管100和用于驱动X射线产生管100的驱动电路5。

驱动电路5在X射线产生管100的电子源与阳极之间施加管电压，以在靶105与电子发射部分之间形成静电场。通过根据靶层的厚度和靶金属的元素类型适当地设定管电压，能够选择成像所需要的放射线的类型。

优选用于容纳X射线产生管100和驱动电路5的外壳容器11具有足以用作容器的强度和优异的散热性。作为其结构材料，使用诸如黄铜、铁或不锈钢的金属材料。

在本实施例中，绝缘液体填充于外壳容器11中的除X射线产生管100和驱动电路5以外的空间中。绝缘液体是具有电绝缘性的液体，并扮演在外壳容器11中保持电绝缘的角色和作为用于冷X射线产生管100的介质的角色。作为绝缘液体，优选使用诸如矿物油、硅酮油和全氟化油的电绝缘油。

（第三实施例）

下面，参照图7，描述包含本发明的X射线产生管100的X射线成像系统1的结构例子。

系统控制装置2一体化地控制X射线产生装置10和用于检测X射线的放射线检测装置6。驱动电路5在系统控制装置2的控制下向X射线产生管100输出各种控制信号。在本实施例中，驱动电路5与X射线产生管100一起容纳在用于容纳X射线产生装置10的外壳容器中，但驱动电路5可被设置在外壳容器外面。由驱动电路5输出的控制信号控制从X射线产生装置10发射的X射线束的发射状态。

从X射线产生装置10发射的X射线束在其照射范围通过具有可动光阑的准直器单元（未示出）调整之后照射到X射线产生装置10的外面，穿过被检体4，并被检测器8检测。检测器8将检测的X射线转换成图像信号，并将图像信号输出到信号处理部分7。

在系统控制装置2的控制下，信号处理部分7对图像信号执行预先确定的信号处理并将经处理的图像信号输出到系统控制装置2。

基于经处理的图像信号，系统控制装置2向显示装置3输出用于控制显示装置3以显示图像的显示信号。

显示装置3在屏幕上将基于显示信号的图像显示为被检体4的拍摄图像。

X射线成像系统1可被用于工业产品的非破坏性检查、或者人体或动物的病理学诊断。

以下参照例子更具体地描述本发明的结构、作用和效果。

（例子1）

参照图1A描述例子1的X射线产生管100。各部件具有除了格栅电极110的电子通过开口111以外关于中心轴106对称的形状。具有2mm的直径的一般使用的平面浸渍型阴极被用于阴极101，并且，图1B所示的具有75μm的厚度的格栅电极110被设置在与阴极101分开0.8mm的位置处。

格栅电极110的电子通过开口111分别具有300μm的直径并按350μm节距（pitch）的格子图案被布置，但在位于中心轴106上的中心部分处不存在开口。

提取电极102被设置在格栅电极110的与电子源101相对的表面的后侧，并与格栅电极110电连接。提取电极沿X射线的中心轴106的方向具有直径为5mm且厚度为3mm的开口。考虑耐热性，对格栅电极110和提取电极102使用钼。

聚焦电极103被设置在与提取电极102分开4mm的位置处，并具有厚度为5mm且直径为10mm的开口。使用不锈钢作为聚焦电极103的材料。

阳极104被设置在与聚焦电极103分开40mm的位置处。另外，由于高能量流入，因此，考虑散热性和X射线透射率，金刚石被设置在中心轴106上，并且在金刚石周围使用铜。并且，在金刚石上，形成由具有5μm的厚度的钨制成的膜作为靶105。以这种方式，能够构建可通过设置在靶105正下方的金刚石将从靶105产生的X射线提取到外面的透射型靶。

在如上面描述的那样配置的X射线产生管100中，向电子源101施加0V的电压，向提取电极102和格栅电极110施加200V的电压，向聚焦电极103施加2000V的电压，并且，向阳极104和靶105施加75kV的电压。然后，确认了：焦点的靶侧电流密度分布轮廓形成为在图2B所示的中心部分处少量凹陷，即，能够抑制焦点中心处的电流密度。因此，提取电极的电压增加以使电流上升到靶105的热极限。结果，能够输入最大达1.7kW的能量。

作为比较例，制造包括具有分别具有300μm的直径并且以350μm的节距的格子图案均匀布置的电子通过开口211的格栅电极210的X射线产生管200。

比较例的X射线产生管200具有图2A所示的Gaussian分布的X射线强度。输入到比较例的X射线产生管200中的靶205的最大能量值为1.5kW。

从以上可以理解，例子1的X射线产生管100能够获得比比较例的X射线产生管200高约13%的X射线输出功率。

（例子2）

作为格栅电极110，制备除了如图3A所示的那样以蜂窝图案布置的电子通过开口111以外与例子1类似的格栅电极，并且进一步与例子1类似地制造X射线产生管以执行测试。结果，在本例子中，也获得图2B所示的X射线强度分布，并且，能够执行达1.7kW的能量输入。

（例子3）

作为格栅电极110，制造图3B所示的格栅电极110，其中，电子通过开口111被设置在与图5B相同的位置，但中心部分附近的开口的直径不同。除了中心开口和沿上下方向和左右方向与中心开口相邻的四个开口分别具有100μm的直径且与中心开口斜对角相邻的四个开口分别具有200μm的直径以外，该格栅电极110与图5B的格栅电极相同。制备该格栅电极110，并且，与例子1类似地制造X射线产生管，以执行测试。结果，在本例子中，也能够执行达1.7kW的能量输入。

虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (19)

1.一种X射线产生管，包括：

靶，所述靶用于通过电子束的照射产生X射线；

电子源，所述电子源与所述靶相对地被设置；和

格栅电极，所述格栅电极具有多个电子通过开口，

其中，所述格栅电极被设置在所述靶与所述电子源之间，使得从所述电子源发射的源侧电子束的一部分通过所述多个电子通过开口并照射所述靶，

其中，所述源侧电子束具有电流密度分布，

其中，所述格栅电极具有开口率分布，并且，

其中，所述源侧电子束的电流密度最大的区域与所述格栅电极的开口率最小的区域对准。

2.根据权利要求1的X射线产生管，其中，所述源侧电子束具有电流密度分布，所述电子束沿源侧电子束的束径方向在所述靶上具有照射密度分布。

3.根据权利要求1的X射线产生管，其中，所述格栅电极沿束径方向具有开口率分布。

4.根据权利要求1的X射线产生管，

其中，所述格栅电极使得所述源侧电子束的一部分通过所述多个电子通过开口，以在所述格栅电极的靶侧形成靶侧电子束，并且，

其中，所述靶侧电子束的束中心处的电流密度比所述源侧电子束的束中心处的电流密度低。

5.根据权利要求1的X射线产生管，其中，所述开口率分布包含多个电子通过开口的表面密度分布或多个电子通过开口的开口面积分布中的至少一个。

6.根据权利要求5的X射线产生管，其中，所述开口率分布是由所述多个电子通过开口的表面密度分布和所述多个电子通过开口的开口面积分布形成的。

7.根据权利要求1的X射线产生管，其中，所述格栅电极还包含电子源的提取电极。

8.根据权利要求1的X射线产生管，其中，所述X射线产生管还包含用于聚焦所述源侧电子束的聚焦透镜电极。

9.根据权利要求8的X射线产生管，

其中，在所述聚焦透镜电极与所述靶之间，所述聚焦透镜电极具有作为所述靶侧电子束的束径变得最小处的虚拟点的交叉点，

其中，所述聚焦透镜电极在与所述交叉点共轭的位置处还具有交叉点共轭点，

其中，所述聚焦透镜电极还在所述电子源侧在与所述靶上的焦点中心共轭的位置处具有焦点中心共轭点，并且，

其中，所述格栅电极被设置在从所述交叉点共轭点到所述焦点中心共轭点的位置处。

10.根据权利要求9的X射线产生管，其中，所述格栅电极被定位成与所述焦点中心共轭点重叠。

11.根据权利要求1的X射线产生管，其中，所述电子源包含浸渍热阴极。

12.根据权利要求1的X射线产生管，其中，所述靶包括透射型靶，所述透射型靶包含设置在与所述格栅电极相对的侧的靶层和用于支撑所述靶层的透射基板。

13.根据权利要求12的X射线产生管，其中，所述透射基板包含金刚石基板。

14.根据权利要求13的X射线产生管，其中，所述金刚石基板具有500μm～2mm的基板厚度。

15.根据权利要求13的X射线产生管，其中，所述金刚石基板包含多晶金刚石和单晶金刚石之一。

16.根据权利要求12的X射线产生管，其中，所述靶层至少包含选自包含钽、钨、钼、银、金和铼的组的金属。

17.根据权利要求12的X射线产生管，其中，所述靶层的厚度大于或等于1μm且小于或等于12μm。

18.一种X射线产生装置，包括：

根据权利要求1的X射线产生管；

管电压电路，所述管电压电路与靶和电子源中的每一个电连接以输出要在靶和电子源之间施加的管电压；和

格栅电势电路，所述格栅电势电路用于限定格栅电极与靶之间的电压。

19.一种X射线成像系统，包括：

根据权利要求18的X射线产生装置；和

X射线检测器，所述X射线检测器用于检测从X射线产生装置发射并通过被检体的X射线。