[发明专利]大区域可单独寻址的多束x射线系统

说明书

关于联邦政府资助的研发的声明

本发明的至少一些方面是在no.N00014-98-1-0597的合同下由政府支持进行。政府对本发明具有一定的权力。

技术领域

本发明涉及一种用于产生和控制x射线辐射的方法和装置。例如，本发明涉及一种从发射器阵列或者矩阵产生电子发射的方法和装置。发射的电子直接撞击大区域靶上的不同位置，以从不同的源产生多个x射线束，从而提供改进的成像能力，包括动态成像。

背景技术

在下面的本发明的背景技术的描述中，参考某些结构和方法，然而，这样的参考没有必要解释为承认这些结构和方法在可应用的法定规定下有资格作为现有技术。申请人保留权力来证明，任何参考的主题相对于本发明不够成现有技术。

术语“纳米结构的”或者“纳米结构”材料由那些熟悉该领域的人来用于表示包括具有小于100nm的颗粒尺寸的纳米颗粒的材料，诸如纳米管(例如，碳纳米管)。这些类型的材料表现为显示在多种应用中具有上升的兴趣的某些特性。

目前的x射线管包括具有单个(或者两个)焦点的靶(其中，电子轰击靶，且产生x射线)，单个阴极或者两个阴极。电子通常从阴极热电子发射，且聚焦为撞击靶上的小区域。为了在大区域上成像或者诊断的目的，物体或者x射线管(或者两者)必须在该区域上移动。

这样的x射线使用的一个例子包括计算机断层(CT)。图1(a-d)描绘了CT扫描器100的总的结构，其中，x射线源102(通常x射线管)围绕要被成像的物体104旋转(由箭头所示的方向)。数据可以由与x射线源102协调移动的单个检测器106(如图1a所示)、与x射线源102协调移动的多个检测器106(如图1b和1c所示)，或者多个固定的检测器106(如图1d所示)来采集。目前的CT设计的结果为，扫描器通常较大，具有复杂的机械系统。扫描器可以由x射线管的旋转速度和设备的尺寸和重量来限制。这最后的限制可以反作用于诸如跳动的心脏之类的运动部分的清晰图像的捕获。

动态三维(3D)图像可以通过所谓的“第五代CT扫描器”来获得。第五代CT扫描器200的一个例子在图2中显示。电子束202由真空系统206中的固定的电子枪204产生。电子束202由聚焦线圈208聚焦，且由偏转线圈210扫描，以便应用的磁场越过几个固定的金属靶环212中的任何一个来定位电子束202，x射线从这些固定的金属靶环发射。发射的x射线214朝着要被成像的目标216投射，且由固定的检测器218检测，以及由数据采集系统220处理。尽管这样的系统能够产生动态3D图像，但是扫描器200很大，且制造昂贵。

除了目前的CT扫描器的设计限制以外，目前的x射线源使用加热的金属丝作为电子源。由于热电子发射机理，所以要求很高的工作温度，通常在1000-1500℃的量级。该高的工作温度导致诸如金属丝的短的使用寿命、慢的响应时间(即，在发射前加热金属丝的时间)、高能耗和大装置尺寸之类的问题。

此外，由于热电子发射机理的基本物理现象，电子是在各个方向上发射的。在x射线管应用中，可以应用额外的电场来使电子在靶上聚焦，但是具有伴随的复杂性和成本。此外，这样的聚焦电子束的传统技术具有某些缺点，诸如对聚焦点的均匀性和尺寸的限制。

碳纳米管材料已经显示为是极好的电子场致发射材料。在这个方面，尤其是当与其它传统的电子发射材料相比时，碳纳米管材料已经显示为具有低的电子发射域值应用场值，以及高的发射的电子电流密度能力。

共同拥有的美国专利No._____(序列号No.09/296572，题目为“Device Comprising Carbon Nanotube Field Emitter Structureand Process for Forming Device”)整个披露了一种基于碳纳米管的电子发射器结构，该美国专利的披露物通过引证在此引入。

共同拥有的美国专利No._____(序列号No.09/351537，题目为“Device Comprising Thin Fil mCarbon Nanotube Electron FieldEmitter Structure”)整个披露了一种具有高的发射的电流密度的碳纳米管场致发射器结构，该美国专利的披露物通过引证在此引入。

题目为“Method for Fabrication of Patterned Carbon NanotubeFilms”的共同拥有的美国专利No.6277318整个披露了一种将附着的构图碳纳米管薄膜制造在基片上的方法，该美国专利的披露物通过引证在此引入。