BRPI0708509A2

BRPI0708509A2 - gerador de raios-x múltiplos, e, aparelho de formação de imagem de raios-x múltiplos

Info

Publication number: BRPI0708509A2
Application number: BRPI0708509-5A
Authority: BR
Inventors: Masahiko Okunuki; Osamu Tsujii; Takeo Tsukamoto
Original assignee: Canon Kk
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2011-05-31
Also published as: JP2007265981A; KR101113092B1; US20100329429A1; US8861682B2; CN102129948A; WO2007100105A1; JP4878311B2; KR101113093B1; KR20080095295A; EP1995757A1; US7889844B2; KR20110005726A; BRPI0708509B8; EP2573791A2; BRPI0708509B1; EP1995757B1; US20120140895A1; EP2573791A3; CN102129948B; RU2388103C1

Abstract

GERADOR DE RAJOS-X MULTIPLOS, E, APARELHO DE FORMAçãO DE IMAGEM DE RAIOS-X MULTIPLOS Um aparelho compacto pode formar feixes de raios-X múltiplos com boa controlabilidade. Feixes de elétrons (e) emitidos pelos elementos de emissão de elétrons (15) de uma unidade geradora de feixe de elétrons múltiplos (12) recebem o efeito de lente de um eletrodo de lente (19). Os feixes de elétrons resultantes são acelerados até o nível de potencial final por porções de uma porção alvo do tipo transmissão (13) de um eletrodo anodo (20). Os feixes de raios-X múltiplos (x) gerados pela porção alvo do tipo transmissão (13) passam através de uma placa de blindagem de raios-X (23) e porções de extração de raios-X (24) em uma câmara de vácuo e sãoextraídos das janelas de extração de raios-X (27) de uma porção de parede (25) para a atmosfera.

Description

"GERADOR DE RAIOS-X MÚLTIPLOS, Ε, APARELHO DEFORMAÇÃO DE IMAGEM DE RAIOS-X MÚLTIPLOS"CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a um gerador de raios-Xmúltiplos usado para formação de imagem por raios-X não destrutivo,diagnóstico, e semelhantes, nos campos de equipamento médico eequipamento industrial que usam fontes de raios-X.

FUNDAMENTO DA TÉCNICA

Convencionalmente, um tubo de raios-X usa uma fontetérmica de elétrons como uma fonte de elétrons, e obtém um feixe de elétronsde alta-energia acelerando os elétrons térmicos emitidos a partir de umfilamento aquecido a alta temperatura via um eletrodo Wehnelt, eletrodo deextração, eletrodo de aceleração, e eletrodo de lente. Após modelar o feixe deelétrons em uma forma desejada, o tubo de raios-X gera raios-X irradiandocom o feixe uma porção alvo de raios-X feita de um metal.

Recentemente, uma fonte de elétrons de catodo frio foidesenvolvida como uma fonte de elétrons para substituir esta fonte térmica deelétrons, e estudada extensamente como uma aplicação de uma tela deexibição plana (FPD). Como um catodo frio típico, é conhecida uma fonte deelétrons tipo Spindt que extrai elétrons aplicando um campo elétrico alto àponta de uma agulha com um tamanho de vários IOnm. Há, igualmentedisponível, um emissor de elétrons usando um nanotubo de carbono (CNT)como um material e uma fonte de elétrons tipo condução superficial que emiteelétrons formando uma microestrutura da ordem de nanômetros sobre asuperfície de um substrato de vidro.

As referências de patentes 1 e 2 propõem, como uma aplicaçãodestas fontes de elétrons, uma técnica para extrair raios-X formando um únicofeixe de elétrons usando uma fonte de elétrons tipo Spindt ou uma fonte deelétrons tipo nanotubo de carbono. A referência de patente 3 e a referêncianão de patente 1 apresentam uma técnica de gerar raios-X irradiando umaporção alvo de raios-X com feixes de elétrons de uma fonte de elétronsmúltiplos usando uma pluralidade destas fontes de elétrons de catodo frio.

Referência 1 de patente: patente japonesa 9-180894, em aberto

Referência 2 de patente: patente japonesa 2004-329784, emaberto

Referência 3de patente: patente japonesa 8-264139, em aberto

Referência 1 não de patente: Applied Physics Letters 86,184104 (2005), J. Zhang "Stationary scanning x-ray source based on carbonnanotube field emitters"

APRESENTAÇÃO DA INVENÇÃO

PROBLEMAS QUE A INVENÇÃO DEVE RESOLVER

A Fig. 14 é uma vista mostrando o arranjo de um esquema degeração de raios-X convencional usando feixes de elétrons múltiplos. Em umacâmara de vácuo 1, na qual uma pluralidade de fontes do elétroncompreendendo elementos de emissão de elétrons múltiplos, gera feixes deelétrons e, os feixes de elétron e são colididos sobre uma porção-alvo 2 paragerar raios X. Os raios X gerados são extraídos diretamente para a atmosfera.Entretanto, os raios X gerados da porção-alvo 2 divergem, no vácuo, em todasas direções. Por esta razão, é difícil formar feixes independentes de raios-X χusando a produção de raios X a partir das janelas de extração de raios-X 4 deuma placa de blindagem de raios-X 3 provida sobre o lado da atmosfera,porque os raios X, emitidos de fontes adjacentes de raios-X, são transmitidosatravés das mesmas janelas de extração de raios-X 4.

Além disto, como mostrado na Fig. 15, quando raios X sãoextraídos a partir da janela de extração de raios-X 4 para o lado da atmosfera,provendo uma placa de blindagem de raios-X 6 sobre o lado da atmosfera deuma porção de parede 5 da câmara de vácuo 1, são produzidos muitos raios-Xde escape x2, raios X divergentes xl, que não são colididos sobre um objeto P.Além disso, é difícil formar feixes de raios X múltiplos com intensidadeuniforme por causa do uso de uma pluralidade de fontes de elétronscompreendendo elementos de emissão de elétrons múltiplos ao contrário deuma única fonte convencional de raios-X.

E um objetivo da presente invenção prover um Gerador deraios-X múltiplos, compacto que possa resolver os problemas acima e formarfeixes múltiplos de raios-X com poucos raios X dispersados e uniformidadeexcelente e um aparelho de formação de imagem por raios-X usando ogerador.

MEIOS DE RESOLVER OS PROBLEMAS

A fim de conseguir o objetivo acima, um Gerador de raios-Xmúltiplos, de acordo com a presente invenção, é caracterizado tecnicamentepor compreender uma pluralidade de elementos de emissão de elétrons, meiode aceleração para acelerar os feixes de elétrons emitidos da pluralidade deelementos de emissão de elétrons, e uma porção-alvo que é irradiada com osfeixes de elétrons, onde a porção-alvo é provida em correspondência com osfeixes de elétrons, a porção-alvo compreendendo meio de blindagem de raios-X, e os raios X gerados da porção-alvo sendo extraídos como feixes de raios-X múltiplos para a atmosfera.

EFEITOS DA INVENÇÃO

De acordo com um Gerador de raios-X múltiplos de acordocom a presente invenção, fontes de raios-X usando uma pluralidade deelementos de emissão de elétrons podem formar feixes de raios-X múltiploscujos ângulos de divergência são controlados, com poucos raios X dispersosde escape. O uso de feixes de raios-X múltiplos pode concretizar um aparelhode formação de imagem por raios-X compacto com excelente uniformidadedos feixes.

Outras características e vantagens da presente invenção setornarão aparentes da descrição a seguir considerada em conjunto com osdesenhos de acompanhamento.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Os desenhos de acompanhamento, aqui incorporadosconstituindo parte da especificação, ilustram modos de realização da invençãoe, junto com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.

A Fig. 1 é uma vista mostrando o arranjo de um corpo de fontede raios-X múltiplos de acordo com o primeiro modo de realização;

A Fig. 2 é uma vista, no plano, de um substrato de elemento;

A Fig. 3 é uma vista mostrando o arranjo de um elemento tipoSpindt;

A Fig. 4 é uma vista mostrando o arranjo de um elemento tiponanotubo de carbono;

A Fig. 5 é uma vista mostrando o arranjo de um elemento tipocondução superficial;

A Fig. 6 é um gráfico mostrando as características devoltagem-corrente de elementos de emissão de elétrons múltiplos;

A Fig. 7 é uma vista mostrando o arranjo de uma porção-alvotipo múltipla transmissão tendo uma placa de blindagem de raios-X;

A Fig. 8 é uma vista mostrando o arranjo da porção-alvo tipotransmissão

A Fig. 9 é uma vista mostrando o arranjo da porção-alvo tipomúltipla transmissão tendo a placa de blindagem de raios-X;

A Fig. 10 é uma vista mostrando o arranjo de uma porção-alvotipo transmissão tendo placa de blindagem de raios-X/feixe de elétronsrefletidos;

A Fig. 11 é uma vista mostrando o arranjo de uma placa deblindagem de raios-X provida com uma porção de extração de raios-Xafunilada;

A Fig. 12 é uma vista em perspectiva de um corpo de fonte deraios-X múltiplos compreendendo uma porção-alvo tipo reflexão de acordocom o segundo modo de realização;

A Fig. 13 é uma vista mostrando o arranjo de um aparelho deformação de imagem por raios-X múltiplos de acordo com o terceiro modo derealização;

A Fig. 14 é uma vista mostrando o arranjo de uma fonte deraios-X múltiplos convencional; e

A Fig. 15 é uma vista mostrando uma fonte de raios-Xmúltiplos convencional.

Melhor modo para realizar a invenção

A presente invenção será descrita em detalhe baseado nosmodos de realização mostrados nas Figs. 1 a 13.

[Primeiro modo de realização]

A Fig. 1 é uma vista mostrando o arranjo de um corpo de fontede raios-X múltiplos 10. Uma unidade de geração de feixe de elétrons 12 eum eletrodo de anodo 20 são arranjados em uma câmara de vácuo 11. Aunidade geradora de feixe de elétrons 12 compreende um substrato deelemento 14 e um arranjo de elemento 16 tendo uma pluralidade de elementosde emissão de elétrons 15 arranjada sobre o substrato de elemento. Umaunidade de sinal de ativação 17 controla a ativação dos elementos de emissãode elétrons 15. Um eletrodo de lente 19 fixado a um membro de isolamento18 é provido para controlar os feixes de elétrons e emitidos dos elementos deemissão de elétrons 15. Altas voltagens são aplicadas aos eletrodos 19 e 20via porções de introdução de alta voltagem 21 e 22.

Uma porção-alvo tipo transmissão 13 sobre a qual os feixes de elétrons e emitidos colidem é discretamente formada sobre o eletrodo deanodo 20, de modo a estar voltada para os feixes de elétron e. A porção-alvotipo transmissão 13 é provida adicionalmente com uma placa de blindagem deraios-X 23 feita de um metal pesado. A placa de blindagem de raios-X 23,nesta câmara de vácuo, tem porções de extração de raios-X 24. Uma porçãode parede 25 da câmara de vácuo 11 é provida com janelas de extração deraios-X 27 tendo películas de transmissão de raios-X 26 localizadas na frentedas porções de extração de raios-X.

Os feixes de elétron e emitidos a partir dos elementos deemissão de elétrons 15 recebem o efeito de lente do eletrodo de lente 19, e sãoacelerados até o nível potencial final por porções da porção-alvo tipotransmissão 13 do eletrodo de anodo 20. Feixes de raios-X χ gerados pelaporção-alvo tipo transmissão 13 passam através das porções de extração deraios-X 24 e são extraídos para a atmosfera via janelas de extração de raios-X27. A pluralidade de feixes de raios-X χ é gerada de acordo com a pluralidadede feixes de elétrons e a partir de uma pluralidade de elementos de emissão deelétrons 15. A pluralidade de feixes de raios-X χ extraída das porções deextração de raios-X 24 forma feixes de raios-X múltiplos.

Os elementos de emissão de elétrons 15 são arranjadosbidimensionalmente sobre o arranjo de elemento 16, como mostrado na Fig.2. Com os avanços recentes na nanotecnologia, é possível formar umaestrutura fina com tamanho de nm em uma posição predeterminada por umprocesso de dispositivo. Os elementos de emissão de elétrons 15 sãofabricados por esta nanotecnologia. As quantidades de emissão de elétronsdos elementos de emissão de elétron 15 são controladas individualmente pelossinais de ativação Sl e S2 (que serão descritos mais tarde) via unidade desinal de ativação 17. Isto é, controlar individualmente as quantidades deemissão de elétrons dos elementos de emissão de elétrons 15 no arranjo deelementos 16 usando-se os sinais de ativação Sl e S2 como sinais de matrizestorna possível controlar individualmente os feixes de raios-XLIGADOS/DESLIGADOS.

A Fig. 3 é uma vista mostrando o arranjo do elemento deemissão de elétron tipo Spindt 15. Membros de isolamento 32 e eletrodos daextração 33 são providos em um substrato de elemento 31 feito de Si.Emissores cônicos 34, cada um deles, feito de um metal ou materialsemicondutor e tendo um diâmetro de ponta de vários 10 nm são formados emranhuras de tamanho em μm nos centros dos eletrodos usando um processo defabricação de dispositivo.

A Fig. 4 é uma vista mostrando o arranjo do elemento deemissão de elétron tipo nanotubo de carbono 15. Como um material para umemissor 35, é usado um nanotubo de carbono compreendendo uma estruturafina de vários IOnm. O emissor 35 é formado no centro de um eletrodo deextração 36.

Quando voltagens de vários 10 a vários 100 V são aplicadasaos eletrodos de extração 33 e 36 do elemento tipo Spindt e do elemento tiponanotubo de carbono, campos elétricos altos são aplicados às pontas dosemissores 34 e 35, emitindo, desse modo, os feixes de elétrons e pelofenômeno de emissão de campo.

A Fig. 5 é uma vista mostrando o arranjo do elemento deemissão de elétrons tipo condução superficial 15. Uma estrutura finacompreendendo nano partículas é formada como um emissor 38 em um vãoem um eletrodo de película fina 37 formado sobre um substrato de elementode vidro 31. Quando uma voltagem excedendo 10 V é aplicada entre oseletrodos deste elemento tipo condução superficial, um campo elétrico alto éaplicado ao vão fino formado por partículas finas entre os eletrodos. Isto geraelétrons de condução. Ao mesmo tempo, os feixes de elétrons e são emitidosno vácuo, e a emissão de elétrons pode ser controlada com uma voltagemrelativamente baixa.

A Fig. 6 mostra as características de voltagem-corrente doelemento tipo Spindt, do elemento tipo nanotubo de carbono e do elementotipo condução superficial. A fim de obter uma corrente de emissão constante,a voltagem obtida corrigindo-se uma voltagem média de ativação Vo comuma voltagem de correção AV é aplicada como uma voltagem de ativação aoselementos de emissão de elétrons 15. Isto pode corrigir variações emcorrentes de emissão dos elementos de emissão de elétron 15.

Como fontes de elétrons para a geração de feixes de raios-Xmúltiplos além dos elementos de emissão de elétrons acima, podem serusados elementos tipo MIM (Metal Isolante Metal) e elementos tipo MIS(Metal Isolante Semicondutor). Além disso, podem ser usadas fontes deelétron tipo catodo frio, como uma fonte de elétrons tipo junção PNsemicondutora e uma fonte de elétrons tipo junção Schottky.

Um gerador de raios-X usando este elemento de emissão deelétrons tipo catodo frio como uma fonte de elétrons emite elétrons aplicandouma voltagem baixa ao elemento de emissão de elétrons na temperaturaambiente sem aquecer o catodo. Este gerador não exige conseqüentementenenhum tempo de espera para a geração de raios-X. Além disso, uma vez quenenhuma energia é exigida para aquecer o catodo, uma fonte de raios-X debaixo consumo de energia pode ser fabricada mesmo usando uma fonte deraios-X múltiplos. Uma vez que as correntes destes elementos de emissão deelétron podem ser controladas LIGA/DESLIGA por operação de ativação dealta velocidade usando-se voltagens de ativação, pode ser fabricada uma fontede raios-X tipo arranjo múltiplo, que selecione um elemento de emissão deelétrons para ser acionado e que execute operação de resposta de alta velocidade.

As Figs. 7 a 11 são vistas para explicar um método de formarfeixes de raios-X χ. A Fig. 7 mostra um exemplo de porção-alvo tipo múltiplatransmissão 13. As porções-alvo tipo transmissão 13 correspondendo aoselementos de emissão de elétrons 15 são arranjadas lado a lado na câmara devácuo 11. A fim de formar feixes de raios-X múltiplos x, é necessário extrairda câmara de vácuo 11, separadamente, os raios X gerados irradiando-se aporção-alvo tipo transmissão 13 com um feixe de elétrons e, e o feixe deraios-X χ gerado por um feixe de elétrons e adjacente, sem misturá-los.

Por este motivo, a placa de blindagem de raios-X 23 na câmarade vácuo e a porção-alvo tipo múltipla transmissão 13 são integradas em umaúnica estrutura. As porções de extração de raios-X 24 providas na placa deblindagem de raios-X 23 são arranjadas em posições correspondendo aosfeixes de elétrons e, de modo a extrair os feixes de raios-X x, cada uma delastendo um ângulo da divergência, necessário a partir da porção-alvo tipotransmissão 13.

Uma vez que a porção-alvo tipo transmissão 13 formada poruma película fina de metal tem, geralmente, dissipação de calor baixa, édifícil aplicar grande energia. A porção-alvo tipo transmissão 13 neste modode realização é, no entanto, coberta pela placa de blindagem de raios-X 23,espessa, á exceção das áreas das quais os feixes de raios-X χ são extraídospela irradiação com os feixes de elétrons e, e a porção-alvo tipo transmissão13 e a placa de blindagem de raios-X 23 estão em contato mecânico e térmicouma com a outra. Por este motivo, a placa de blindagem de raios-X 23 temuma função de dissipar o calor gerado pela porção-alvo tipo transmissão 13por condução de calor.

Isto torna possível formar um arranjo de uma pluralidade deporções-alvo tipo transmissão 13 para o qual energia, muito maior do queaquela aplicada a uma porção-alvo tipo transmissão convencional pode seraplicada. Além disso, o uso da placa de blindagem de raios-X 23, espessa,pode melhorar a exatidão da superfície e, portanto, fabricar uma fonte deraios-X múltiplos com características de emissão de raios-X uniformes.

Como mostrado na Fig. 8, a porção-alvo tipo transmissão 13compreende um camada geradora de raios-X 131 e uma camada de suportepara a geração de raios-X 132, e tem excelente funcionalidade com uma altaeficiência na geração de raios-X. A placa de blindagem de raios-X 23 éprovida na camada de suporte para a geração de raios-X 132.A camada geradora de raios-X 131 é feita de um metal pesadocom uma espessura de película de aproximadamente diversos IOnm a váriosμπι para reduzir a absorção dos raios-X quando os feixes de raios-X χ sãotransmitidos através da porção-alvo tipo transmissão 13. A camada de suportepara a geração de raios-X 132 usa um substrato feito de um elemento levepara suportar a camada da película fina da camada geradora de raios-X 131 epara reduzir igualmente a atenuação da intensidade pela absorção dos feixesde raios-X χ melhorando a eficiência de resfriamento da camada geradora deraios-X 131 aquecido pela aplicação dos feixes de elétrons e.

Tem sido geralmente considerado que para a camada desuporte para a geração de raios-X convencional 132, berílio metálico é eficazcomo um material de substrato. No entanto, neste modo de realização, foiusada uma película de Al, AlN, ou SiC com uma espessura deaproximadamente O5Imm a vários mm ou uma combinação dos mesmos. Istoporque este material tem condutibilidade térmica alta e uma característica detransmissão de raios-X excelente, absorve eficazmente feixes de raios-X defeixes de raios-X x, que estão em uma região de energia baixa e contribuipouco para a qualidade de uma imagem de transmissão de raios-X por 50%ou menos, e tem uma função de filtro de mudar a qualidade da radiação dosfeixes de raios-X x.

Com referência à Fig. 7, os ângulos de divergência dos feixesde raios-X χ são determinados pelas condições de abertura das porções deextração de raios-X 24 arranjadas na câmara de vácuo 11. Em alguns casos, énecessário ajustar os ângulos de divergência dos feixes de raios-X χdependendo das condições de formação de imagem. Com referência à Fig. 9,a fim cumprir esta exigência, este aparelho inclui dois meios de blindagem.Isto é, além da placa de blindagem de raios-X 23 na câmara de vácuo, umaplaca de blindagem de raios 41 X é provida fora da câmara de vácuo 11. Uma vezque é fácil substituir a placa de blindagem 41 provida na atmosfera, umângulo de divergência pode ser selecionado arbitrariamente para o feixe deraios-X χ de acordo com as condições de irradiação para um objeto.

A seguinte condição é necessária para impedir que feixes deraios-X de fontes adjacentes de raios-X escapem para fora se provendo aplaca de blindagem de raios-X 23 na câmara de vácuo Ilea placa deblindagem de raios-X 41 fora da câmara de vácuo 11. Isto é, as placas deblindagem de raios-X 23 e 41 e as porções de extração de raios-X 24 precisamser ajustadas para manter a relação de d > 2D-tan α onde d é a distância entreos feixes de raios-X x, D é a distância entre a porção-alvo tipo transmissão 13e a placa de blindagem de raios-X 41, e α é o ângulo de radiação do feixe deraios-X χ que sai da placa de blindagem de raios-X 23.

Quando o feixe de elétrons de alta energia e atinge a porçãoalvo do tipo transmissão 13, não apenas os elétrons refletidos, mas tambémraios-X são dispersos na direção de reflexão. Esses raios-X e feixes deelétrons são considerados como causas de escape de raios-X das fontes deraios-X e de descarga fina com uma alta voltagem.

A fig. 10 mostra uma contramedida para este problema. Umaplaca de blindagem contra raios-X/feixe de elétrons refletidos 43 tendo furosde feixe de elétrons incidente 42 é provida sobre o lado de elemento deemissão de elétrons 15 da porção alvo tipo transmissão 13. Os feixes deelétrons e emitidos pelo elemento de emissão de elétrons 15 passam atravésdos furos de feixe de elétrons incidentes 42 da placa de blindagem de feixe deelétrons refletidos/ raios-X 43 e atingem a porção alvo tipo transmissão 13.Com esta estrutura, a placa de blindagem de raios-X/feixe de elétronsrefletidos 43 pode bloquear raios-X, elétrons refletidos, e elétrons secundáriosgerados sobre o lado de fonte de elétron da superfície da porção alvo tipotransmissão 13.

Quando feixes de raios-X χ forem formados pela irradiação daporção alvo tipo transmissão 13 com os feixes de elétrons de alta energia e, adensidade dos feixes de raios-X χ não é limitada pela densidade deempacotamento dos elementos de emissão de elétrons 15. Esta densidade édeterminada pelas placas de blindagem de raios-X 23 e 41 para extrair osfeixes de raios-X separados χ de fontes de raios-X múltiplos geradas geradospela porção alvo tipo transmissão 13.

A Tabela 1 mostra os efeitos de blindagem de metais pesados(Ta, W e PB) contra feixes de raios-X com energias de 50keV, 62keV e82keV, assumindo que as energias dos feixes de raios-X χ gerados quando aporção alvo tipo transmissão 13 é irradiada com feixes de elétrons e de100keV.

Tabela 1 Espessura de material de blindagem

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Como um critério de blindagem entre os feixes de raios-X χgerados pela porção alvo tipo transmissão 13, um fator de atenuação de 1/100é um valor apropriado como uma quantidade que não influencia imagens deraios-X. Obviamente, uma placa de metal pesado, tendo uma espessura de 5 aIOmm, é necessária como uma placa de blindagem para obter este fator deatenuação.

Quando este esquema for aplicado a um corpo de fontes deraios-X múltiplos usando os feixes de elétrons e de cerca de IOOkeV, éapropriado estabelecer espessuras Dl e D2 da placa de blindagem de raios-X/feixe de elétrons refletido 43 e placa de blindagem de raios-X 23 mostradasna fig. 11 para 5 a 1 Omm. Em adição, formar as porções de extração de raios-X da placa de blindagem de raios-X 23 em um vácuo em janelas afuniladastorna possível melhorar o efeito de blindagem.

[Segundo modo de realização]

Fig. 12 é uma vista mostrando o arranjo do segundo modo derealização, que é a estrutura de um corpo de fonte de raios-X múltiplos 10'compreendendo uma porção alvo tipo transmissão 13. Esta estruturacompreende uma unidade geradora de feixe de elétrons 12' e um eletrodoanodo 20' compreendendo a porção alvo tipo transmissão 13 e uma placa deblindagem de raios-X/feixe de elétron refletidos 43' incluindo furos de feixede elétron incidente 42' e porções de extração de raios-X 24' em uma câmarade vácuo 11'.

Na unidade geradora de feixe de elétrons 12', feixes de elétrons e emitidos pelos elementos de emissão de elétrons 15 passam atravésde um eletrodo de lente e são acelerados para alta energia. Os feixes deelétrons acelerados passam através dos furos de feixe de elétron incidente 42'da placa de blindagem de raios-X/feixe de elétron refletidos 43' e sãoaplicados à porção alvo tipo transmissão 13'. Os raios-X gerados pela porçãoalvo tipo transmissão 13' são extraídos como feixes de raios-X χ das porçõesde extração de raios-X 24' da placa de blindagem de raios-X/feixe de elétronrefletidos 43'. Uma pluralidade de feixes de raios-X χ forma múltiplos feixesde raios-X. A placa de blindagem de raios-X/feixe de elétron refletidos 43'pode suprimir grandemente a dispersão de elétrons refletidos que causadescarga de alta voltagem.

Como no arranjo mostrado na fig. 9, no qual os ângulos deirradiação dos feixes de raios-X χ são ajustados pelo uso da placa deblindagem de raios-X 23 na câmara de vácuo Ilea placa de blindagem deraios-X 41 fora da câmara de vácuo 11, no arranjo mostrado na fig. 12, osângulos de irradiação dos feixes de raios-X χ podem ser ajustados pelo uso daplaca de blindagem de raios-X 41 fora da câmara de vácuo 11.

O segundo modo de realização exemplificou uma aplicação dapresente invenção à porção alvo tipo reflexão 13' com uma estrutura planar.Entretanto, a presente invenção também pode ser aplicada a um corpo defonte de raios-X múltiplos, no qual a unidade geradora de feixe de elétrons12', o eletrodo anodo 20', e a porção alvo tipo reflexão são arranjados emuma forma arqueada. Por exemplo, a colocação da porção alvo tipo reflexão13' em uma forma arqueada, centrada sobre um objeto e provendo as placasde blindagem de raios-X 23 e 41, pode reduzir extremamente a região doescape de raios-X x2 na técnica anterior mostrada na fig. 15. Observe que estearranjo também pode ser aplicado à porção alvo tipo transmissão 13 damesma maneira.

Como descrito acima, o segundo modo de realização podeextrair o feixe de raios-X independente χ que tem uma alta relação S/N commuito poucos raios-X dispersos ou raios-X de escape, dos raios-X geradospela irradiação da porção alvo tipo reflexão 13' com os feixe de elétrons e. Ouso deste feixe de raios-X χ pode, portanto, executar formação de imagem porraios-X com elevado contaste e alta qualidade de imagem.

[Terceiro modo de realização]

A fig. 13 mostra uma vista do arranjo de um aparelho deformação de imagem por raios-X múltiplos. Este aparelho de formação deimagem tem uma unidade de medição de intensidade de raios-X múltiplos 52incluindo um detector de raios-X do tipicamente, de transmissão 51, que écolocado em frente ao corpo de fonte de raios-X múltiplos 10 mostrado na fig.1. Este aparelho tem ainda um detector de raios-X 53 colocado através de umobjeto (não mostrado). A unidade medidora de intensidade de raios-Xmúltiplos 52 e o detector de raios-X 53 são conectados a uma unidade decontrole 56 via unidades de processamento de sinal de detecção 54 e 55,respectivamente. Em adição, a saída da unidade de controle 56 é conectada auma unidade de sinal de ativação 17 via um circuito de ativação de elementode emissão de elétron 57. Saídas da unidade de controle 56 são,respectivamente, conectadas a porção de introdução de alta voltagem 21 e 22de um eletrodo de lente 20 via unidades de controle de alta voltagem 58 e 59.

Como no primeiro modo de realização, o corpo de fonte deraios-X múltiplos 10 gera uma pluralidade de feixe de raios-X χ pelairradiação de uma porção alvo tipo transmissão 13 com uma pluralidade defeixes de elétrons e extraídos de uma unidade geradora de feixe de elétrons12. A pluralidade de feixe de raios-X gerados χ é extraída como feixes deraios-X múltiplos em direção à unidade de medição de intensidade de raios-Xmúltiplos 52 na atmosfera, via janelas de extração de raios-X 27 providas emuma porção de parede 25. Os feixes de raios-X múltiplos (a pluralidade defeixe de raios-X x) são colididos sobre um objeto após serem transmitidosatravés do detector de raios-X do tipo transmissão 51 da unidade de mediçãode intensidade de raios-X múltiplos 52. Os feixes de raios-X múltiplostransmitidos através do objeto são detectados pelo detector de raios-X 53,obtendo, assim, uma imagem de transmissão de raios-X do objeto.

Nos elementos de emissão de elétrons 15 arranjados sobre umarranjo ordenado de elementos 16, ocorrem ligeiras variações nascaracterísticas de corrente-voltagem entre os elementos de emissão deelétrons 15. As variações na corrente de emissão conduzem a variações nadistribuição de intensidade de feixes de raios-X múltiplos, resultando emirregularidade de contraste no momento de formação de imagem de raios-X.Portanto, é necessário uniformizar correntes de emissão nos elementos deemissão de elétrons 15.

O detector de raios-X do tipo transmissão 51 da unidade demedição de intensidade de raios-X múltiplos 52 é um detector usando umsemicondutor. O detector de raios-X do tipo transmissão 51 absorve partes defeixes de raios-X múltiplos e converte os mesmos em sinais elétricos. Ocircuito de controle de comutador 54 converte, então, os sinais elétricosobtidos em dados digitais. A unidade de controle armazenar os dados digitaiscomo os dados de intensidade da pluralidade de raios-X x.

A unidade de controle 56 armazenar dados de correção para oelemento de emissão de elétrons 15 que correspondem às características devoltagem-corrente dos elementos de emissão de elétrons 15 na fig. 6, edetermina os valores ajustados de voltagem de correção para os elementos deemissão de elétrons 15 pela comparação dos dados de correção com os dadosde intensidade de detecção de feixes de raios-X múltiplos. Voltagens deativação ativar sinais Sl e S2 obtidos pela unidade de sinal de ativação 17controlada pelo circuito de ativação de elemento de emissão de elétrons 57são corrigidas pelo uso destas voltagens de correção. Isto torna possíveluniformizar correntes de emissão nos elementos de emissão de elétrons 15 euniformizar as intensidades dos feixes de raios-X χ nos feixes de raios-Xmúltiplos.

O método de correção de intensidade de raios-X usando odetector de raios-X do tipo transmissão 51 pode medir uma intensidade deraios-X a despeito de um objeto e, assim, pode corrigir as intensidades dosfeixes de raios-X χ em tempo real durante formação de imagem de raios-X.

Independentemente do método de correção acima, é possíveltambém corrigir as intensidades de feixes de raios-X múltiplos pelo uso dodetector de raios-X 53 para formação de imagem. O detector de raios-X 53usa um detector de raios-X do tipo bidimensional como um formação deimagem de estado-sólido CCD ou um formação de imagem usando silícioamorfo, e pode medir as distribuições de intensidade dos respectivos feixes de raios-X.

De modo a corrigir as intensidades dos feixes de raios-X χpelo uso do detector de raios-X 53, basta extrair o feixe de elétron e pelaativação do único elemento de emissão de elétrons 15 e detectarsincronamente a intensidade do feixe de raios-X gerado χ pelo uso do detectorde raios-X 53. Neste caso, é possível medir eficazmente as distribuições deintensidade de feixes de raios-X múltiplos com um sinal de detecção dodetector de raios-X 53 para formação de imagem. Este sinal de detecção éconvertido em um sinal digital pela unidade de processamento de sinal dedetecção de raios-X 55. O sinal é, então, armazenado na unidade de controle 56.

Esta operação é efetuada para todos os elementos de emissãode elétrons 15. Os dados resultantes são, então, armazenados como dados de5 distribuição de intensidade de todos os feixes de raios-X múltiplos na unidadede controle 56. Apo mesmo tempo, valores de correção para ativação devoltagens para os elementos de emissão de elétrons 15 são determinados pelouso de parte ou do valor integral das distribuições de intensidade de feixes deraios-X múltiplos.

No momento de formação de imagem de raios-X do objeto, ocircuito de ativação de elemento de emissão de elétrons múltiplos 57 ativa oselementos de emissão de elétrons 15 de acordo com os valores de correçãopara voltagens de ativação. A efetivação desta série de operações comocalibração de aproximadamente, periódica pode uniformizar as intensidadesdos feixes de raios-X x.

A descrição acima exemplificou o caso no qual os elementosde emissão de elétrons 15 são individualmente ativados para medirintensidades de raios-X. Entretanto, é possível acelerar medição pelairradiação simultânea com feixes de raios-X χ de uma pluralidade de porçõessobre o detector de raios-X 53 sobre as quais os feixes de raios-X χ não sãosobrepostos.

Adicionalmente este método de correção tema distribuição deintensidade de cada feixe de raios-X χ como dado e, assim, pode ser usadopara corrigir irregularidade nos feixes de raios-X x.

O aparelho de formação de imagem de raios-X usando o corpode fonte de raios-X múltiplos 10 deste modo de realização pode implementaruma fonte de raios-X planar com um tamanho de objeto pelo arranjo dosfeixes de raios-X χ da maneira acima e, assim, o tamanho do aparelho podeser reduzido pela colocação do corpo de fonte de raios-X múltiplos 10próximo ao detector de raios-X 53. Em adição, como descrito acima, para osfeixes de raios-X x, intensidades de irradiação de raios-X e regiões deirradiação podem ser arbitrariamente selecionadas pela designação decondições de ativação para o circuito de ativação de elemento de emissão deelétrons 57 e regiões do elemento a serem ativadas.

Adicionalmente, o aparelho de formação de imagem de raios-X múltiplos pode selecionar os ângulos de irradiação dos feixes de raios-X χpela mudança da placa de blindagem de raios-X 41 provida fora da câmara devácuo 11, mostrada na fig. 9. Por conseguinte, o feixe ótimo de raios-X χpode ser obtido de acordo com as condições de formação de imagem como adistância entre o corpo de fonte de raios-X múltiplos 10 e um objeto e umaresolução.

A presente invenção não está limitada aos modos de realizaçãoacima e várias mudanças e modificações podem se feitas dentro do espírito eescopo da presente invenção. Por conseguinte, para informar o público sobreo escopo da presente invenção as reivindicações a seguir foram feitas.

Este pedido reivindica prioridade do pedido de patenteprovisório japonês 2006-57.846, depositado em 3 de março de 2006, e pedidode patente japonês 2007-50.942, depositado em 1 de março de 2007, cujosconteúdos integrais são aqui incorporados pela referência.

Claims

1. Gerador de raios-X múltiplos, caracterizado pelo fato decompreender uma pluralidade de elementos de emissão de elétrons, meios deaceleração para acelerar feixes de elétrons emitidos pela mencionadapluralidade de elementos de emissão de elétrons, e uma porção alvo que éirradiada com os feixes de elétrons, onde a mencionada porção alvo é providaem correspondência com os feixes de elétrons, a mencionada porção alvocompreende meios de blindagem de raios-X, e raios-X gerados damencionada porção alvo são extraídos como feixes de raios-X múltiplos paraa atmosfera.

2. Gerador de raios-X múltiplos de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do controle de voltagem ser efetuado sobre osmencionados elementos de emissão de elétron compreendendo fontes deelétrons de catodo frio com base em uma condição de irradiação de feixes deraios-X para permitir controle de Liga/Desliga sobre cada feixe de raios-Xformando os feixes de raios-X múltiplos.

3. Gerador de raios-X múltiplos de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato dos mencionados meios de blindagem de raios-Xincluir dois meios de blindagem, um dos quais é configurado para sersubstituído na atmosfera.

4. Gerador de raios-X múltiplos de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato dos mencionados meios de blindagem de raios-Xque a mencionada porção alvo compreende incluir uma função de dissiparcalor gerado na mencionada porção alvo.

5. Gerador de raios-X múltiplos de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de outro meio de blindagem para suprimir raios-Xdispersos e feixes de elétrons refletidos ser acoplado à mencionada porçãoalvo, e o mencionado outro meio de blindagem compreender um furoincidente para um feixe de elétron.

6. Gerador de raios-X múltiplos de acordo com a reivindicação-3, caracterizado pelo fato da mencionada porção alvo e os mencionados doismeios de blindagem serem arranjados em uma forma arqueada centrada sobreuma posição na qual um objeto deve ser colocado.

7. Gerador de raios-X múltiplos de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato da mencionada porção alvocompreender uma porção alvo tipo transmissão.

8. Gerador de raios-X múltiplos de acordo com a reivindicação-7, caracterizado pelo fato da mencionada porção alvo do tipo transmissãocompreender uma camada geradora de raios-X compreendendo um metalpesado e uma camada de suporte de geração de raios-X compreendendo umelemento leve com uma boa característica de transmissão de raios-X.

9. Gerador de raios-X múltiplos de acordo com a reivindicação-8, caracterizado pelo fato da mencionada camada de suporte de geração deraios-X incluir uma função de filtro de mudar uma qualidade de radiação dosraios-X gerados pela camada de geração de raios-X, e compreender ummaterial com elevada condutividade termal.

10. Gerador de raios-X múltiplos de acordo com areivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato da camada de suporte de geraçãode raios-X usar um substrato compreendendo um dentre Al, AlN, e SiC ouuma combinação dos mesmos.

11. Gerador de raios-X múltiplos de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato da mencionada porção alvocompreender uma porção alvo do tipo reflexão.

12. Gerador de raios-X múltiplos de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de uma distância d entre osfeixes de raios-X múltiplos ter uma relação de d > 2d*tan a, onde D é umadistância da mencionada porção alvo até uma posição de extração paraextração do feixe de raios-X múltiplos para a atmosfera e α ser um ângulo deradiação de um feixe de raios-X do mencionado meio de blindagem de raios-X.

13. Gerador de raios-X múltiplos de acordo com qualquer umadas reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato das intensidades dos feixesde raios-X múltiplos serem controladas por voltagens de ativação paraelementos de emissão de elétrons múltiplos com base nos dados de correção.

14. Gerador de raios-X múltiplos de acordo com areivindicação 13, caracterizado pelo fato dos dados de correção serem obtidospor medição usando uma unidade de medição de intensidade de raios-Xmúltiplos tipo transmissão correspondente aos feixes de raios-X múltiplos.

15. Gerador de raios-X múltiplos de acordo com areivindicação 13, caracterizado pelo fato dos dados de correção serem obtidospor medição ao sincronizar um sinal de geração para cada um dos feixes deraios-X múltiplos com um sinal de detecção de um detector de raios-X paraformação de imagem.

16. Aparelho de formação de imagem de raios-X múltiplosusando um gerador de raios-X múltiplos como definido em uma dasreivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de detectar, formar imagem ediagnosticar uma imagem de transmissão de raios-X dos feixes de raios-Xobtida pela irradiação de um objeto com os feixes de raios-X múltiplos.