武汉艾崴小型静态CT用多焦点X射线源电子束偏转系统的探索

武汉艾崴第５代全静态电子束ＣＴ（ＥＢＣＴ）能在被检测物体、射线源和探测器均处于静止状态下完成ＣＴ扫描成像。这种ＥＢＣＴ成像方式既可应用于粉体材料、生物活体样品等易形变物体的ＣＴ检测，又可应用于物流包裹、在役管线等的快速ＣＴ检测。高精度的电子束偏转系统是静态ＣＴ成像多焦点射线源的关键技术之一。 BN0安检之家

我们基于麦克斯韦电磁场相互作用理论，探讨了电子束在均匀磁场、小偏转角、近轴区域内的散焦、畸变及灵敏度特性，研究了影响电子束扫描系统焦点位置重复精度的物理参数及电子束在靶平面上的扫描偏转量与偏转线圈电流的线性关系。并设计、加工制作了一种小型高精度多焦点Ｘ射线的电子束偏转扫描系统，实验采用直径０．１ｍｍ标准针规电子束扫描 ＤＲ投影图像序列，验证了电子束偏转系统有良好的偏转线性，偏转量正比于Ｏ点的磁场强度，而与电子束的位置等初始条件无关。实验通过电子束偏转系统控制电子束偏转扫描，获得了熔断式保险管（１００μｍ）的２５０个Ｘ射线视角投影，完成了第５代全静态三维ＣＴ重建图像。 BN0安检之家

自２０世纪７０年代初世界上第１台Ｘ射线ＣＴ投入医学临床应用以来，ＣＴ技术不断进步和发展，目前已出现了５代 ＣＴ。第１代采用单源单探测器平移和旋转的扫描方式；第 ２代为单源多探测器平移和旋转的扫描方式； 第３代为单源多探测器旋转的扫描方式；第 ４代为单（或多）源多探测器仅源单独旋转的扫描方式；第５代为电子束分时扫描投影的扫描方式（亦称静态 ＣＴ），ＣＴ 成像过程中射线源、探测器和被检测物体均静止。在医学领域，由于第５代 ＣＴ扫描速度快，单幅 ＣＴ时间可缩短到ms级，从而可获取心脏等动态脏器的高分辨图像。在工业应用中，第５代ＣＴ机由于消除了滑环等旋转机构，适用于安检行李箱、物流包裹的检测，除扫描速度快、检测效率高的优点外，还可克服目前常规ＣＴ机体积大、成本高等缺点。对于不能移动的在线输油输气管线、核电运行中的高温高压管道回路以及难以安装固定的生物活体或在移动和旋转时其结构易发生变形的生物组织样品等，第５代ＣＴ扫描方式提供了ＣＴ检测手段的可能，从而拓展了ＣＴ的应用范围和领域。 BN0安检之家

第５代ＣＴ一般有两种产生射线视角投影方式。一种方式是基于碳纳米管场发射阴极的分布式电子发射源的 Ｘ 射线源。这种Ｘ射线源的阴极由１列独立的碳纳米管电子发射源组成，这些电子发射源按一定时间序列依次发射电子束，电子束经高压加速后轰击靶面上不同位置，产生按一定空间和时间分布的Ｘ射线束序列，这些 Ｘ射线束序列相对于检测物体可形成不同视角的投影数据，从而实现ＣＴ成像。但这些碳纳米管电子发射源发射电子的能力各异，电子束流强度的一致性难以保证，且要实现多电子源的聚焦存在技术难度，因而这种分布式阴极射线源，仅应用于分辨率要求不高的第５代 ＣＴ 系统。另一种是电子束ＣＴ（ＥＢＣＴ），通过控制电子束扫描偏转高速轰击靶环，产生 Ｘ 射线束序列穿过人体［８－９］。由 于ＥＢＣＴ的电子束是同一电子源发出来经聚焦系统聚焦后轰击在靶环上，因此，ＥＢＣＴ具有焦点小、空间分辨率高、扫描速度快、适应检测对象广等优点。但这种大型医用 ＥＢＣＴ 设备造价贵、维护成本高，如果小型化降低成本后，应用于行李包、在役管线、生物活体样品等难以旋转移动或安装固定易形变的物体 ＣＴ检测，将具有广泛的应用前景。 BN0安检之家

武汉艾崴基于麦克斯韦电磁场相互作用理论，理论上探讨均匀磁场中电子束在小偏转角、近轴区域内的散焦、畸变以及灵敏度特性，研究影响电子束扫描系统焦点位置重复精度的物理参数；设计、加工制作小型高精度微焦点 Ｘ射线的电子束偏转扫描系统，采用直径0.1ｍｍ标准针规电子束扫描 ＤＲ投影图像序列，验证电子束偏转系统有良好的偏转线性；通过电子束偏转系统控制电子束偏转扫描，重建第５代电子束全静态三维ＣＴ图像。 BN0安检之家

一、 原理与系统设计 BN0安检之家

１．１ 阵列式多焦点电子束扫描Ｘ射线源