[发明专利]X射线管内电子流的控制方法和实施该方法的X射线装置

说明书

本发明涉及一种X射线管内电子流的控制方法，所述电子流是处在X射线管内的一个电子发射极和一个阳极之间的电子束，所述电子发射极在X射线管工作期间被持续加热，并且为所述电子发射极配有相应的聚焦电极，其中的电子束打在阳极的一个焦点上，而且在所述电子发射极和阳极之间加有射线管电压，在聚焦电极上加有一个电位。本发明还涉及一种实施该方法的装置。

在当今的X射线管中，作为发射电子的器件，即电子发射极，几乎完全使用被连续加热的钨丝电极。射线管电流，即在给定的射线管电压下由电子发射极发出的电子流是由钨丝电极的温度确定的，而该温度可通过钨丝电极的加热电流进行调节。由于钨丝电极的热容量低，所以在保持焦点的相应尺寸的情况下，可以通过改变加热电流，快速地改变射线管电流，这对一系列医疗拍摄X照片方面的技术是必要的。对连续加热的例如用材料LaB₆制成的低温发射极，其电子逸出功低于钨，并且通常比钨丝电极有明显较高的热容量，所以射线管电流的变化不能达到和钨丝电极相同的速度，从而使低温发射极无法广泛使用。在许多新型X射线管中，例如在具有中央发射极的旋转塞X射线管中，或者在具有斜射电子枪的X射线管中，圆形发射极具有较小的发射表面以及较高的发射电流，以产生一个具有至少是近似于圆形横截面的电子束。公知的钨丝电极不适用于这种X射线管的结构。但是合适的低温发射极不能承受快速的温度变化，而这对于医疗上的拍摄技术中迅速改变射线管电流是必需的。如果要使用低温发射极，则对射线管电流的控制，即对电子流的调整必须采用不同于改变加热电流的其他方式进行。这种方式可以通过一个附加的电极，例如一个插入的栅极、一个文纳尔圆筒电极或者一个聚焦电极实现，该电极可设定在一个与电子发射极不同的电位上。但是这种结构的缺点是，由于附加电极会产生电位失真，这同时也影响到电子束的聚焦，所以以上所述的这种结构仅适用于选择性地接通和切断电子流和射线管电流，但是不能够控制它变化，同时又不致由于附加电极上的电位以及射线管电流，对聚焦和焦点的尺寸产生不希望的影响。

本发明的任务是，提供上述类型的一种方法和一种装置，它在恒定聚焦，即焦点尺寸恒定的情况下可实现可变的电流控制。

根据本发明，对以上关于方法的任务的解决方案是，提供一种X射线管内电子流的控制方法，所述电子流是处在X射线管内的一个电子发射极和一个阳极之间的电子束，所述电子发射极在X射线管工作期间被持续加热，并且为所述电子发射极配有相应的聚焦电极，其中的电子束打在阳极的一个焦点上，而且在所述电子发射极和阳极之间加有射线管电压，其中加在聚焦电极上的电位以一个脉冲频率在根据所需焦点尺寸和/或射线管电压选择的一个导通电压和一个能切断通向阳极的电子流的截止电压之间变化，并且为了控制所述电子流，对脉冲宽度进行调制。

本发明所述的方法对X射线管提供了一种调制脉冲宽度的电流控制法。其中加在聚焦电极上的电位以一个脉冲频率在两个固定的电压之间变化，其中的一个是导通电压，在该电压的作用下聚焦电极产生电场，使得电子发射极上发出的电子飞向阳极，另一个是截止电压，在该电压的作用下聚焦电极产生电场，使得电子发射极上发出的电子完全被阳极屏蔽。根据本发明，对导通电压进行适当选择，可调整到特定的聚焦状态，也就是说，在阳极上产生所需尺寸的焦点。因此，所需尺寸的焦点是根据导通电压的高低进行选择的。此外，在射线管电压可调的X射线管内，导通电压的高低取决于相应的射线管电压的大小，所以在选择导通电压的高低时同样应当考虑该电压。

加在电子发射极和阳极之间的电子束可交替性地接通和切断，其中在接通时，由于必要情况考虑到实际射线管电压，根据所要求的焦点尺寸选择导通电压，从而在阳极上产生所需尺寸的焦点。对射线管电流的有效值，即时间平均值的控制是通过脉冲宽度调制进行的，也就是说，其方式是根据所要求的射线管电流，对导通电压施加在聚焦电极过程中的时间间隔的长短进行调节。通过这种方式，本发明无需影响焦点的大小便可改变射线管电流。这种方式和所使用的电子发射极的类型无关，也就是说，也可使用被连续加热的低温发射极。一种明显的结果是，由于采用了脉冲宽度调制，也可以快速改变射线管电流，以满足一系列医疗图像的拍摄要求，同时并不影响焦点的大小。

射线管电流的调整始终无需考虑射线管电压和/或焦点尺寸，这种方案已经公开在美国专利说明书US 5617464中。