【摘要】：自倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來,X射線已被廣泛應(yīng)用于安全檢查,醫(yī)學(xué)成像,疾病治療等領(lǐng)域。作為X射線儀器的核心部件,X射線管質(zhì)量性能的優(yōu)劣決定著儀器的性能。傳統(tǒng)X射線管采用熱陰極生成電子,由于熱陰極自身的固有特性,熱陰極x射線管具有體積重量大,功耗高,調(diào)制時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。冷陰極x射線管根據(jù)場(chǎng)致發(fā)射效應(yīng)產(chǎn)生自由電子,極大的克服了熱陰極X射線管的缺點(diǎn),因此在高分辨率成像,動(dòng)態(tài)X射線攝影,儀器小型化等方面有著很好的應(yīng)用前景。冷陰極X射線源在常溫下即可發(fā)射電子且可實(shí)現(xiàn)多個(gè)電子源緊密放置,以此為基礎(chǔ),本課題研究的平板X射線源是在一個(gè)器件內(nèi)集成可尋址的冷陰極X射線源陣列的新型X射線源,其陰極采用ZnO納米線為材料根據(jù)場(chǎng)致發(fā)射原理產(chǎn)生電子,再經(jīng)電場(chǎng)加速后轟擊透射式陽極靶產(chǎn)生X射線。與傳統(tǒng)X射線源控制單一焦點(diǎn)產(chǎn)生光子的方法不同,平板X射線源內(nèi)含有眾多電子源且每一個(gè)電子源都可以獨(dú)立工作,能夠?qū)崿F(xiàn)指定區(qū)域出光。作為一種新的器件,目前平板X射線源仍處于研究開發(fā)階段,要想將其實(shí)現(xiàn)需要解決的問題有很多,為此我們采用基于蒙特卡羅方法的EGSnrc/BEAMnrc仿真模擬軟件對(duì)平板X射線源的光束特性進(jìn)行研究,期望為平板X射線源的制備提供理論支持。計(jì)算中,我們假設(shè)每個(gè)電子源發(fā)射器具有相同的特性,探測(cè)器采集到的總的射束信息為每個(gè)電子源的累加,然后我們將模擬計(jì)算出的能譜與實(shí)際測(cè)量的能譜進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了本文提出方法的有效性。此外,本研究還分析了不同的玻璃厚度、鎢靶厚度和陽極電壓等參數(shù)對(duì)平板X射線源射線束質(zhì)量的影響,并以曝光量、半價(jià)層和平均能量作為射線束質(zhì)量的三個(gè)重要參數(shù)對(duì)不同鎢膜厚度下的射束進(jìn)行了定量分析,實(shí)驗(yàn)分析出在不同陽極電壓下陽極鎢膜的最理想厚度。在成像仿真體模制備方面,我們的研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)和制作出一個(gè)既在形態(tài)學(xué)方面又在物理學(xué)方面與真實(shí)人體相似的腦出血仿真體模,并希望將其應(yīng)用于新系統(tǒng)的評(píng)估校正及成像算法的研究。為此我們以真實(shí)人體的腦部CT圖像為參考,采用模具制作的方法,以聚氯乙烯和增塑劑混合液為材料高度模仿人體頭部組織的結(jié)構(gòu)和CT值,最后通過螺旋CT掃描的方式對(duì)制作出的仿真體模進(jìn)行了質(zhì)量驗(yàn)證。結(jié)果表明,通過本文提出的方案制作出的腦出血仿真體模在大小,結(jié)構(gòu)和組織CT方面均與真實(shí)人體高度相似,且出血點(diǎn)的設(shè)計(jì)更符合成像研究,可將其應(yīng)用于平板X射線源系統(tǒng)的評(píng)估校正及成像算法的研究。
【圖文】：

由于制備簡(jiǎn)單，技術(shù)相對(duì)成熟，至今絕大部分Ｘ射線管依然采用熱陰極逡逑結(jié)構(gòu)，近百年來一直沒有大的突破。由于這種Ｘ射線管通過射線管陰極鎢絲在逡逑高溫下（＞１０００°Ｃ）產(chǎn)生電子，因此被稱為熱陰極Ｘ射線管，，其結(jié)構(gòu)如圖１－１逡逑所示，螺旋鎢絲作為陰極，陽極為金屬靶，真空環(huán)境下陰極經(jīng)電流加熱使電子逡逑獲得足夠的能量克服其表面勢(shì)壘成為自由電子，自由電子再經(jīng)電場(chǎng)加速后撞擊逡逑陽極靶面產(chǎn)生Ｘ射線。然而，該過程中僅有約１％電子能量轉(zhuǎn)化為Ｘ射線，絕大逡逑部分能量轉(zhuǎn)化為了熱量［３］，因此，為了防止熱量積累而引起的高溫?fù)p毀陽極靶，逡逑需要對(duì)陽極靶進(jìn)行散熱處理，如采用旋轉(zhuǎn)式陽極靶等。逡逑邐±邋高壓發(fā)生栝邋二邐逡逑＊真２逡逑一邋■逡逑Ｂａ邋ｒ邋Ｚ邋）逡逑邐邐邐邐Ｊ邐邐邐逡逑—邐１５料逡逑／邋外ｕｒｎ逡逑圖１－１傳統(tǒng)熱陰極Ｘ射線管原理圖。逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ａ邋ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ邋ｈｏｔ邋ｃａｔｈｏｄｅ邋Ｘ－ｒａｙ邋ｔｕｂｅ．逡逑１逡逑

逑射原理作為冷陰極Ｘ管的物理原理，生成自由電子的方式不同于熱陰極電子源，逡逑其原理如圖１－２所示：在陰極電子源所在的空間中加入強(qiáng)電場(chǎng)，通過外加強(qiáng)電逡逑場(chǎng)在固體表面形成電子隧道效應(yīng)而將物體內(nèi)部的電子拉到真空中。在場(chǎng)致發(fā)射逡逑的過程中，人們無需通過加熱給予電子源材料內(nèi)部的電子額外的能量，而是依逡逑靠外加強(qiáng)電場(chǎng)來抑制陰極材料的表面勢(shì)壘，使材料的表面勢(shì)壘的勢(shì)能降低，并逡逑使材料的表面勢(shì)壘的寬度變窄，當(dāng)表面勢(shì)壘的寬度縮窄到與電子的德布羅意波逡逑長(zhǎng)相近時(shí)，這時(shí)電子的隧道效應(yīng)就會(huì)起重要的作用，致使電子源內(nèi)部大量的電逡逑子可以突破表面勢(shì)壘逸出到真空中成為自由電子，場(chǎng)致電子發(fā)射是一種在常溫逡逑條件下就可以產(chǎn)生大量自由電子的有效方法［６］。在場(chǎng)致電子發(fā)射過程中，外部逡逑所加電場(chǎng)越強(qiáng)，陰極材料的表面勢(shì)壘的勢(shì)能就會(huì)越低、寬度也會(huì)越窄，從電子逡逑源內(nèi)部逸出的電子也就越多
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O434.1;TP391.41

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本文編號(hào)：2672697