[发明专利]一种环形可寻址冷阴极X射线源器件及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种环形可寻址冷阴极X射线源器件，包括呈环状或多边形状的阳极、阴极，阳极包括阳极基板及透射靶薄膜，阴极包括阴极基板、阴极电极、绝缘层、栅极电极及多个低维纳米冷阴极；阴极基板，阴极电极、绝缘层及栅极电极设置在阴极基板的内壁上，绝缘层设置在阴极电极与栅极电极之间；低维纳米冷阴极设置在阴极电极上；透射靶薄膜设置在阳极基板的外壁上；阳极与阴极之间还设置有若干用于绝缘的隔离件。本发明中的环形可寻址冷阴极X射线源器件能够在没有机械旋转结构的情况下，对物体进行全方位全角度辐照，克服了现有分立式X射线管阵列的成像精度低、控制系统复杂，以及平板X射线源的有限成像角度等问题。

技术领域

本发明涉及X射线源的技术领域，更具体地，涉及一种环形可寻址冷阴极X射线源器件及其制备方法和应用。

背景技术

X射线CT成像在科学研究、工业检测、医疗等领域都有重要应用。常见的X射线CT成像设备采用热阴极X射线管来作为光源，因此需要复杂的机械结构来将光源照射人体的不同部位。冷阴极由于具有响应时间更快，体积更小、能耗更低等优点，因此在X射线CT成像中采用冷阴极X射线源作为光源，能够减少设备的机械结构复杂程度以及缩小其体积。

冷阴极X射线源一般可分为X射线管和平板X射线源两类。目前已有工作报道了采用多个分立的冷阴极X射线管作为CT成像设备的光源，来制备低成本和便携的CT成像设备。然而，关于采用具有可寻址功能的平板X射线源来构建CT成像设备的工作仍未见有报道。后者由于在一个器件中集成了多个能够单独工作的X射线源，因此，具有更高的成像分辨率，更低的X射线剂量，以及更简单的控制系统，从而可进一步提高CT成像的质量以及降低其成本。

近年来，虽然已有具有可寻址功能的平板冷阴极X射线源的相关技术，例如公开号为CN109256310A的中国发明专利，然而，上述现有技术因平板冷阴极X射线源一般制备在平面基板上，因此，其难以在没有可旋转的机械结构帮助下对物体进行全角度全方位辐照，所以仍难以应用在CT成像方面。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的平板冷阴极X射线源难以应用在CT成像方面的问题，提供一种环形可寻址冷阴极X射线源器件及其制备方法和应用，本发明中的环形可寻址冷阴极X射线源器件能够在没有机械旋转结构的帮助下，实现对物体的全角度全方位辐照，从而获得CT图像，且结构简单。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种环形可寻址冷阴极X射线源器件，包括呈环状或多边形状的阳极、阴极；所述阴极包括呈环形或多边形的阴极基板、阴极电极、绝缘层、栅极电极及多个用于发射电子的低维纳米冷阴极；所述阳极包括呈环形或多边形的阳极基板及透射靶薄膜；所述阳极基板设置在阴极基板的内侧；所述阴极电极、绝缘层及栅极电极设置在阴极基板的内壁上，所述绝缘层设置在阴极电极与栅极电极之间；所述低维纳米冷阴极设置在阴极电极上；所述透射靶薄膜设置在阳极基板的外壁上；所述阳极与阴极之间还设置有若干用于绝缘的隔离件。

本发明的可寻址冷阴极X射线源器件工作时，在阳极基板的透射靶薄膜端施加高电压，在需要发光的像素点对应的栅极电极和阴极电极处，分别施加高电压和低电压，以产生足够电场发生场电子发射，发射电子轰击到阳极基板上的透射靶薄膜从而产生X射线；其它不需要发光的像素点所对应的栅极电极和阴极电极，由于不是同时处于高电压和低电压下，因此没有足够电场发射电子。阴极基板、阳极基板皆呈环状或多边形状，从而能够对阳极基板内侧的空间内的任意位置进行X射线的照射，进而达到无需额外的转动装置，也能达到对物体的全角度辐照的效果。

进一步地，所述阴极基板的材质为玻璃、陶瓷、表面镀有绝缘材质的金属中的一种或两种以上的组合。

进一步地，所述阴极电极的材质为铬、金、铜、ITO、AZO中的一种。

进一步地，所述低维纳米冷阴极为氧化锌纳米线、氧化钨纳米线、氧化铜纳米线、硅纳米线、碳纳米管或金属尖锥中的一种。

进一步地，所述栅极电极为铬、金、铜、ITO、AZO中的一种。