DE102009044133A1

DE102009044133A1 - Röntgenröhre mit weitem Erfassungsbereich und CT-System

Info

Publication number: DE102009044133A1
Application number: DE102009044133A
Authority: DE
Inventors: Jason S. Whitefish Bay Katcha; Thomas Louis Brookfield Toth; Jiang Brookfield Hsieh; Carey S. Brookfield Rogers; John Scott Price; Baojun Waukesha Li; Yun Zou
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2010-04-08
Also published as: JP2010086960A; US20100080357A1

Abstract

Es ist hierin eine Röntgenröhre (18) offenbart. Die Röntgenröhre (18) enthält eine Anodenanordnung (29), die eingerichtet ist, um im Wesentlichen rings um eine Drehachse (40) zu rotieren. Die Anodenanordnung (29) enthält eine erste Targetfläche (42), die wenigstens teilweise unter einem ersten Winkel alpha, der größer als 70° ist, in Bezug auf die Drehachse (40) angeordnet ist, und eine zweite Targetfläche (46), die wenigstens teilweise unter einem Winkel beta, der größer als 70° ist, in Bezug auf die Drehachse (40) angeordnet ist. Die erste Targetfläche (42) ist eingerichtet, um einen ersten Röntgenstrahl (58) auszusenden, und die zweite Targetfläche (46) ist eingerichtet, um einen zweiten Röntgenstrahl (62) auszusenden. Es ist auch ein CT-System offenbart.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Offenbarung betrifft allgemein eine Röntgenröhre und ein CT-System mit mehreren Targetoberflächen.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Gewöhnlich sendet in einem Computertomographiesystem oder CT-System eine Röntgenröhre ein fächerförmiges Röntgenstrahlbündel oder ein als Konusstrahl geformtes Röntgenstrahlbündel zu einem Subjekt oder Objekt, das auf einem Tisch positioniert ist. Der Strahl trifft, nachdem er durch das Objekt abgeschwächt worden ist, auf eine Detektoranordnung auf. Die Intensität des abgeschwächten Röntgenstrahls, wie er an der Detektoranordnung empfangen wird, hängt gewöhnlich von der Abschwächung des Röntgenstrahls durch das Objekt ab. Jedes Detektorelement der Detektoranordnung erzeugt ein gesondertes elektrisches Signal, das den empfangenen abgeschwächten Röntgenstrahl kennzeichnet.
In bekannten CT-System dritter Generation werden die Röntgenröhre und die Detektoranordnung auf einer Gantry ringsum das Objekt, das abgebildet werden soll, gedreht, so dass sich ein Gantrywinkel, unter dem der fächerförmige oder konusförmige Röntgenstrahl das Objekt schneidet, ständig ändert. Der das Objekt stützende Tisch kann vorgeschoben werden, während sich die Gantry um das gerade abgebildete Objekt herum dreht. Daten, die die Stärke des empfangenen Röntgenstrahls an jedem der Detektorelemente repräsentieren, werden über einen Bereich von Gantrywinkeln hinweg erfasst. Die Daten werden schließlich rekonstruiert, um ein Bild des Objektes zu erzeugen.
Für CT-Systeme der dritten Generation ist es vorteilhaft, für bestimmte Prozeduren ein großes Sichtfeld zu haben. Beispielsweise ermöglicht ein großes Sichtfeld die Erfassung von Daten in wenigeren Gantryumdrehungen, was zu einer schnelleren Akquisitionszeit führt. Gewöhnlich haben Hersteller von CT-Systemen die Größe des Sichtfeldes in einer z-Richtung vergrößert, indem sie die Weite (bzw. Breite) der Detektoranordnung vergrößert haben. Jedoch muss ein herkömmliches CT-System mit einer einzelnen Röntgenröhre und einer weiten Detektoranordnung Beschränkungen überwinden, die durch ein Konusstrahlartefakt für weite Detektoranordnungen verursacht sind. Ferner ist die Weite des Sichtfeldes gewöhnlich deutlich schmäler als die Weite der Detektoranordnung, was dazu führen kann, dass das Objekt einer Röntgendosis ausgesetzt wird, die nicht zu der Erzeugung des Bildes beiträgt. Außerdem stellt ein weiter bzw. breiter Detektor eine deutliche Erhöhung der Kosten des CT-Systems dar. Aus diesen und anderen Gründen ist eine andere Lösung zur Erzielung einer größeren Weite des Sichtfeldes in einem CT-System erwünscht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorstehend erwähnten Unzulänglichkeiten, Nachteile und Probleme werden hierin angegangen, wie dies durch Lesen und Verstehen der folgenden Beschreibung verständlich wird.
In einer Ausführungsform enthält eine Röntgenröhre eine Anodenanordnung, die eingerichtet ist, um im Wesentlichen rings um eine Drehachse zu rotieren. Die Anodenanordnung enthält eine erste Targetoberfläche, die wenigstens teilweise unter einem ersten Winkel, der größer ist als 70°, in Bezug auf die Drehachse angeordnet ist, und eine zweite Targetoberfläche, die wenigstens teilweise unter einem zweiten Winkel, der größer ist als 70°, in Bezug auf die Drehachse angeordnet ist. Die erste Targetoberfläche ist eingerichtet, um einen ersten Röntgenstrahl auszusenden, und die zweite Targetoberfläche ist eingerichtet, um einen zweiten Röntgenstrahl auszusenden.
In einer Ausführungsform enthält ein CT-System eine Gantry, eine Detektoranordnung, die an der Gantry montiert ist, und eine Röntgenröhre, die an der Gantry von der Detektoranordnung im Wesentlichen quer hinüber montiert ist. Die Röntgenröhre enthält eine Anodenanordnung, die eingerichtet ist, um sich im Wesentlichen rings um eine Drehachse zu drehen. Die Anodenanordnung enthält eine erste Targetoberfläche, die wenigstens teilweise unter einem ersten Winkel zwischen 70 und 88 Grad in Bezug auf die Drehachse angeordnet ist, und eine zweite Targetoberfläche, die wenigstens teilweise unter einem zweiten Winkel zwischen 70 und 88 Grad in Bezug auf die Drehachse angeordnet ist. Die erste Targetoberfläche ist dazu eingerichtet, einen ersten Röntgenstrahl auszusenden, während die zweite Targetoberfläche eingerichtet ist, um einen zweiten Röntgenstrahl auszusenden.
Verschiedene weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden für Fachleute auf dem Fachgebiet aus den beigefügten Zeichnungen und deren detaillierter Beschreibung offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematisierte Darstellung, die ein Computertomographiesystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
2 zeigt eine schematisierte Darstellung, die eine Röntgenröhre gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht; und
3 zeigt eine schematisierte Darstellung, die eine Röntgenröhre gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen zu Zwecken der Veranschaulichung spezielle Ausführungsformen veranschaulicht sind, die ausgeführt werden können. Diese Ausführungsformen sind in ausreichenden Einzelheiten beschrieben, um Fachleute in die Lage zu versetzen, die Ausführungsformen auszuführen, wobei es verständlich ist, das andere Ausführungsformen verwendet werden können und dass logische, mechanische, elektrische oder sonstige Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Rahmen der Ausführungsformen abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist folglich nicht in einem den Schutzumfang der Erfindung beschränkenden Sinne aufzufassen.
Bezugnehmend auf 1 ist dort eine schematisierte Darstellung eines Computertomographiesystems oder CT-Systems 10 gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. Das CT-System 10 enthält einen Gantryträger 12, eine Gantry 14, einen Tisch 16, einen bewegbaren Tischteil 17, eine Röntgenröhre 18, eine Detektoranordnung 20 und eine Steuerungseinrichtung 22. Die Gantry 14 ist konfiguriert, um im Innenraum des Gantryträgers 12 zu rotieren. Die Gantry 14 ist eingerichtet, um die Röntgenröhre 18 und die Detektoranordnung 20 zu halten. Die Röntgenröhre 18 ist konfiguriert, um ein erstes Röntgenstrahlbündel 24 und ein zweites Röntgenstrahlbündel 25 in Richtung auf die Detektoranordnung 20 zu emittieren. Die Detektoranordnung 20 weist mehrere (nicht veranschaulichte) Detektorelemente auf. Jedes der mehreren Detektorelemente erzeugt ein elektrisches Signal, das basierend auf der Intensität des ersten und des zweiten Röntgenstrahls 24, 25, die während eines Abtastintervalls empfangen werden, variiert. Der Tisch 16 ist konfiguriert, um ein Subjekt oder Objekt 26, das gescannt wird, zu tragen. Der bewegbare Tischabschnitt 17 ist in der Lage, das Objekt 26 in einer z-Richtung in Bezug auf die Gantry 14, wie durch eine Koordinatenachse 28 angezeigt, zu verschieben. Die Steuerungseinrichtung 22 ist konfiguriert, um die Drehbewegung der Gantry 14, die Verschiebebewegung des bewegbaren Tischteils 17 und die Aktivierung der Röntgenröhre 18 zu steuern.
2 zeigt eine schematisierte Darstellung der Röntgenröhre 18 gemäß einer Ausführungsform. Gemeinsame Bezugszeichen werden verwendet, um Komponenten zu identifizieren, die im Wesentlichen identisch mit denjenigen in 1 sind. Die Röntgenröhre 18 enthält eine Anodenanordnung 29, eine Elektronenquelle 30, eine Hochspannungs-Energieversorgung 32 und einen Elektromagneten 34. Gemäß einer Ausführungsform weist die Anodenanordnung 29 eine erste Anode 36 und eine zweite Anode 38 auf. Die erste Anode 36 und die zweite Anode 38 sind beide konfiguriert, um rings um eine Drehachse 40 zu rotieren. Gemäß einer Ausführungsform verbindet eine Welle 41 die erste Anode 36 starr mit der zweiten Anode 38. Gemäß einer anderen Ausführungsform könnten die erste Anode 36, die zweite Anode 38 und die Welle 41 alle durch eine einzige integrale Komponente ersetzt sein. Ferner sollte es verständlich sein, dass weitere Ausführungsformen mehrere diskrete Anoden aufweisen können, die zueinander im Abstand angeordnet und nicht durch eine Welle miteinander verbunden sind.
Die erste Anode 36 und die zweite Anode 38 sind aus einem Material hergestellt, das dazu bestimmt ist, Röntgenstrahlen zu emittieren, wenn es mit Elektronen bombardiert wird. Ein derartiges Material ist Wolfram, wobei jedoch viele andere Materialien verwendet werden können, wie dies für Fachleute auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist. Die erste Anode 36 ist gestaltet, um eine erste Targetoberfläche 42 zu definieren, die dazu bestimmt ist, durch Elektronen getroffen zu werden, um mehrere Röntgenstrahlen auszusenden. Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Anode 36 derart gestaltet, dass die erste Targetoberfläche 42 unter einem ersten Winkel α in Bezug auf die Drehachse 40 angeordnet ist, wie dies durch eine erste gestrichelte Linie 44 angezeigt ist, die tangential zu der ersten Targetoberfläche 42 verläuft.
Die zweite Anode 38 ist gestaltet, um eine zweite Targetoberfläche 46 zu definieren, die ebenfalls dazu bestimmt ist, durch Elektronen getroffen zu werden, um mehrere Röntgenstrahlen zu emittieren. Die zweite Anode 38 ist von der ersten Anode 36 in der z-Richtung versetzt bzw. beabstandet, wie dies durch eine Koordinatenachse 31 angezeigt ist. In einer ähnlichen Weise wie die erste Anode 36 ist die zweite Anode 38 derart gestaltet, dass die zweite Targetoberfläche 46 unter einem zweiten Winkel β in Bezug auf die Drehachse 40 verläuft, wie dies durch eine zweite gestrichelte Linie 48 angezeigt ist, die tangential zu der zweiten Targetoberfläche 46 verläuft.
Gemäß anderen Ausführungsformen könnte die erste Anode derart gestaltet sein, dass eine erste Targetoberfläche unter mehreren Winkeln in Bezug auf eine Drehachse angeordnet ist, und/oder eine zweite Anode könnte derart gestaltet sein, dass eine zweite Targetoberfläche unter mehreren Winkeln in Bezug auf die Drehachse angeordnet ist. Für Ausführungsformen, in denen die erste Targetoberfläche unter mehreren Winkeln in Bezug auf die Rotationsachse angeordnet ist, kann wenigstens ein Teil der ersten Targetoberfläche unter einem ersten Winkel, der größer ist als 70°, in Bezug auf eine Drehachse angeordnet sein. In gleicher Weise kann für Ausführungsformen, in denen die zweite Targetoberfläche unter mehreren Winkeln in Bezug auf die Drehachse angeordnet ist, wenigstens ein Teil der zweiten Targetoberfläche unter einem ersten Winkel, der größer ist als 70°, in Bezug auf eine Drehachse angeordnet sein. Ge mäß anderen Ausführungsformen kann eine erste Anode auf eine im Wesentlichen lineare Weise oder sowohl auf eine im Wesentlichen gekrümmte Weise als auch auf eine im Wesentlichen lineare Weise verjüngt sein, um eine erste Targetoberfläche zu definieren, und/oder eine zweite Anode kann in einer im Wesentlichen linearen Weise oder sowohl in einer im Wesentlichen gekrümmten Weise als auch in einer im Wesentlichen linearen Weise verjüngt sein.
Gemäß der in 2 veranschaulichten Ausführungsform betragen der erste Winkel α und der zweite Winkel β beide in etwa 80°. Gemäß anderen Ausführungsformen kann der erste Winkel α sich von dem zweiten Winkel β unterscheiden. Beispielsweise können die erste Targetoberfläche 42 und die zweite Targetoberfläche 46 jeweils unter einem anderen Winkel aus dem Bereich von 70° bis 90° in Bezug auf die Drehachse 40 angeordnet sein.
Weiterhin bezugnehmend auf 2 weist die Elektronenquelle 30 einen Heizfaden 51, eine Stromquelle 52 und eine Fokussierelektrode 53 auf. Die Elektronenquelle 30 ist mit der Hochspannungs-Energieversorgung 32 verbunden. Der Faden 51 wird durch die Stromquelle 52 indirekt geheizt, was den Faden 51 veranlasst, eine Vielzahl von Elektronen auszusenden. An die Elektronenquelle 30 wird von der Hochspannungsversorgung 32 aus eine hohe negative Spannung angelegt. Die Fokussierelektrode 53 liefert ein elektrisches Feld, das die mehreren Elektronen beschleunigt. Gemäß der in 2 veranschaulichten Ausführungsform bilden die mehreren Elektronen einen Elektronenstrahl 54, die in Richtung entweder der ersten Targetoberfläche 42 oder der zweiten Targetoberfläche 46 gerichtet werden können. Es sollte verständlich sein, dass entsprechend weiteren Ausführungsformen eine Elektronenquelle mit einem anderen Aufbau eingesetzt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Elektronenquelle 30 konfiguriert sein, um den Elektronenstrahl 54 auf mehreren Niveaus der kinetischen Energie auszusenden. Beispielsweise kann die Elektronenquelle 30 den Elektronenstrahl 54 während eines Teils eines Scanns bei einem ersten kinetischen Energieniveau und während eines anderen Teils des Scanns bei einem zweiten kinetischen Energieniveau aussenden. Das Energieniveau der Röntgenstrahlen, die erzeugt werden, wenn der Elektronenstrahl 54 entweder mit der ersten Targetoberfläche 42 oder mit der zweiten Targetoberfläche 46 in Kontakt tritt, hängt von dem kinetischen Energieniveau des Elektronenstrahls 54 ab. Wenn beispielsweise der Elektronenstrahl 54 ein erstes kinetisches Energieniveau aufweist, erzeugt er Röntgenstrahlen eines ersten Energieniveaus. In gleicher Weise erzeugt ein Elektronenstrahl 54, wenn er ein zweites kinetisches Energieniveau aufweist, Röntgenstrahlen eines zweiten Energieniveaus. Durch Akquisition von Daten mit Röntgenstrahlen bei sowohl dem ersten Röntgenenergieniveau als auch dem zweiten Röntgenenergieniveau ist es möglich, einen weiteren Einblick in die Materialien des (in 1 veranschaulichten) Objektes 26, das gescannt wird, zu gewinnen. Ferner kann die Elektronenquelle 30 gemäß weiteren Ausführungsformen konfiguriert sein, um den Elektronenstrahl 54 mit mehr als zwei unterschiedlichen Niveaus der kinetischen Energie zu erzeugen.
Der Elektromagnet 34 ist zwischen der Elektronenquelle 30 und den Targetflächen 42, 46 positioniert, und der Elektromagnet 34 ist konfiguriert, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, wenn er mit einem elektrischen Strom erregt wird. Der Elektronenstrahl 54, der durch die Elektronenquelle 30 erzeugt wird, verläuft durch das elektromagnetische Feld, das durch den Elektromagneten 34 erzeugt wird. Durch Anpassung des elektrischen Stroms, der durch den Elektromagneten 34 strömt, kann der Weg des Elektronenstrahls 54 eingestellt werden, wie dies für Fachleute allgemein bekannt ist. Beispielsweise ist der Elektromagnet 34 konfiguriert, um den Elektronenstrahl 54 zu veranlassen, seine Richtung zu ändern und einem ersten Pfad 56 zu folgen, so dass der Elektronenstrahl 54 mit der ersten Targetfläche 42 in Kontakt tritt. Ein Anteil der Elektronen in dem Elektronenstrahl 54 wirkt mit der ersten Targetoberfläche 42 unter Bildung eines ersten Röntgenstrahls 58 zusammen, der in Richtung auf die (in 1 veranschaulichte) Detektoranordnung 20 ausgesandt wird. Gemäß einer Ausführungsform kann der Elektromagnet 34 auch dazu verwendet werden, den Elektronenstrahl 54 auszubreiten oder zu spreizen, so dass der Elektronenstrahl 54 mit einem größeren Flächenbereich der ersten Targetfläche 42 oder einem größeren Bereich der zweiten Targetfläche 46 in Kontakt gelangt.
Weiterhin bezugnehmend auf 2 ist der Elektromagnet 34 ferner konfiguriert, um den Elektronenstrahl 54 zu veranlassen, seine Richtung zu ändern und einem zweiten Pfad 60 zu folgen, so dass der Elektronenstrahl 54 mit der zweiten Targetfläche 46 der zweiten Anode 38 in Kontakt tritt. In ähnlicher Weise wie der vorstehend beschriebenen wechselwirkt ein Anteil der Elektronen in dem Elektronenstrahl 54 mit der zweiten Targetfläche 46 unter Erzeugung eines zweiten Röntgenstrahls 62, der zu der (in 1 veranschaulichten) Detektoranordnung 20 hin emittiert wird. Gemäß einer Ausführungsform wird die Richtung, in der der elektrische Strom in dem Elektromagneten 34 strömt, schnell umgeschaltet, so dass der Elektronenstrahl 54 zwischen der ersten Targetfläche 42 und der zweiten Targetfläche 46 wechselt bzw. übergeht. Beispielsweise kann der Elektromagnet 34 gemäß einer Ausführungsform konfiguriert sein, um den Elektronenstrahl 54 zu veranlassen, für etwa 100 Mikrosekunden dem ersten Pfad 56 zu folgen und die erste Targetfläche 42 zu berühren. Anschließend kann der Elektro magnet 34 etwa 5 Mikrosekunden damit verbringen, den Elektronenstrahl 54 von dem ersten Pfad 56 zu dem zweiten Pfad 60 wechseln bzw. übergehen zu lassen. Und anschließend kann der Elektromagnet 34 den Elektronenstrahl 54 veranlassen, etwa 100 Mikrosekunden damit zu verbringen, dem zweiten Pfad 60 zu folgen und die zweite Targetfläche 46 zu berühren.
Wenn der Elektronenstrahl 54 dem ersten Pfad 56 folgt, wird der erste Röntgenstrahl 58 erzeugt. Wenn der Elektronenstrahl 54 dem zweiten Pfad 60 folgt, wird der zweite Röntgenstrahl 62 erzeugt. Der Elektromagnet 34 kann den Elektronenstrahl 54 veranlassen, während eines einzelnen Scanns hunderte oder tausende Male zwischen der ersten Targetfläche 42 und der zweiten Targetfläche 46 hin und her zu wechseln. Durch abwechselnde Umschaltung zwischen einer Akquisition von Daten mit dem ersten Röntgenstrahl 58 und einer Akquisition von Daten mit dem zweiten Röntgenstrahl 62 ist es möglich, Daten zu akquirieren, die einem Sichtfeld entsprechen, das in der z-Richtung weiter oder ausgedehnter ist. Es sollte verständlich sein, dass der Elektromagnet 34 gemäß einem anderen Steuerungsschema den Elektronenstrahl 54 zum Übergang von der ersten Targetfläche 42 zu der zweiten Targetfläche veranlassen kann. Beispielsweise kann der Elektronenstrahl 54 gemäß einer Ausführungsform eine andere Zeitdauer auf entweder der ersten Targetoberfläche 42 oder der zweiten Targetoberfläche 46 verbringen. Außerdem kann der Elektronenstrahl 54 zwischen der ersten Targetfläche 42 und der zweiten Targetfläche 46 in entweder einer längeren oder einer kürzeren Zeit als 5 Mikrosekunden wechseln.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Elektromagnet 34 konfiguriert sein, um den Elektronenstrahl 54 derart zu bewegen, dass dieser zwischen einem Kontakt einer ersten Position 63 und einem Kontakt einer zweiten Position 64 auf der ers ten Targetfläche 42 hin und her wechselt. Der erste Röntgenstrahl 58 entsteht an der Position, an der der Elektronenstrahl 54 mit der ersten Targetfläche 62 in Kontakt tritt. Da die erste Position 63 gegenüber der zweiten Position 64 in der z-Richtung versetzt ist, kann die Maßnahme, dass der Elektronenstrahl 54 veranlasst wird, zwischen der ersten Position 63 und der zweiten Position 64 auf der ersten Targetfläche 42 hin und her zu wechseln, die Akquisition von CT-Daten mit höherer Auflösung in der z-Richtung ermöglichen. Diese Technik wird manchmal als z-Wobbelung bezeichnet. Gemäß weiteren Ausführungsformen wäre es auch möglich, eine z-Wobbelung durchzuführen, wenn der Elektronenstrahl 54 mit der zweiten Targetfläche 46 der zweiten Anode 38 in Kontakt steht, und zwar auf ähnliche Weise wie derjenigen, die vorstehend für den Fall beschrieben ist, dass der Elektronenstrahl 54 mit der ersten Targetfläche 42 in Kontakt steht.
Weiterhin bezugnehmend auf 2 können der erste Winkel α der ersten Targetfläche 42, der zweite Winkel β der zweiten Targetfläche 46 und der Abstand zwischen der ersten Targetfläche 42 und der zweiten Targetfläche 46 ausgewählt sein, um mehrere Parameter zu optimieren. Parameter, die berücksichtigt werden können, enthalten eine Größe oder einen Umfang der ersten und der zweiten Targetflächen 42, 46, die durch den Elektronenstrahl 54 berührt werden, und einen Heel-Effekt.
Es besteht ein Wunsch, den Elektronenstrahl 54 mit einem größeren Teil der ersten Targetfläche 42 in Kontakt treten zu lassen, um ein Überhitzen der ersten Anode 36 zu vermeiden. Da die erste Targetfläche 42 unter einem ersten Winkel α in Bezug auf die Drehachse 40 angeordnet ist, ist es möglich, den Elektronenstrahl 54 mit einem Bereich der ersten Targetfläche 42 in Kontakt treten zu lassen, der länger ist als die Weite eines Brennflecks des Röntgenstrahls 58 in der z-Richtung. Je doch kann es nicht wünschenswert sein, dass der erste Winkel α dicht bei 90° liegt, weil der Heel-Effekt bewirken kann, dass der erste Röntgenstrahl 58 hinsichtlich seiner Intensität in der z-Richtung variiert. Es sollte verständlich sein, dass, obwohl dieser Absatz den ersten Winkel α beschreibt, die gleiche Logik auf den zweiten Winkel β der zweiten Targetfläche 46 angewandt werden kann.
Es ist folglich festgestellt worden, dass mit einer ersten Targetfläche 42 und einer zweiten Targetfläche 46, die jeweils wenigstens teilweise unter einem Winkel von 70 bis 88°, oder spezieller zwischen 75 und 85°, in Bezug auf eine Drehachse angeordnet sind, ein wirkungsvoller Kompromiss zwischen der Notwendigkeit, einen Elektronenstrahl über einen größeren Bereich einer Targetoberfläche auszubreiten, und der Notwendigkeit, den Heel-Effekt zu minimieren, erhalten werden kann. Eine Ausführungsform enthält eine erste Targetfläche und eine zweite Targetfläche, die jeweils unter einem Winkel von mehr als 70° in Bezug auf eine Drehachse angeordnet sind. Eine Ausführungsform enthält eine erste Targetfläche und eine zweite Targetfläche, die jeweils unter einem Winkel, der größer ist als 75°, in Bezug auf eine Drehachse angeordnet sind. Eine Ausführungsform enthält eine erste Targetfläche und eine zweite Targetfläche, die jeweils unter einem Winkel, der größer ist als 80°, in Bezug auf eine Drehachse angeordnet sind. Eine Ausführungsform enthält eine erste Targetfläche und eine zweite Targetfläche, die jeweils unter einem Winkel zwischen 70° und 88° in Bezug auf eine Drehachse angeordnet sind. Eine Ausführungsform enthält eine erste Targetfläche und eine zweite Targetfläche, die jeweils unter einem Winkel angeordnet sind, der in einem Bereich zwischen 75° und 85° in Bezug auf eine Drehachse liegt.
Bezugnehmend auf 2 kann ein Abstand zwischen der ersten Targetfläche 42 und der zweiten Targetfläche 46 auf der Basis der Geometrie der Röntgenröhre 18 in Bezug auf den (nicht veranschaulichten) Detektor variieren. Es hat sich gezeigt, dass eine Trennung der ersten Targetfläche 42 von der zweiten Targetfläche 46 um einen Abstand in dem Bereich von etwa 50% bis 100% der Weite des Detektors in der z-Richtung einen guten Ausgleich zwischen der Weite eines Sichtfeldes in der z-Richtung und der Bildqualität erzielen kann. Gegenwärtige Detektoren können eine Detektorweite in der z-Richtung von 2 cm bis 16 cm aufweisen. Jedoch wird erwartet, dass zukünftige Detektoren etwa 30 cm weit sein können. Folglich kann es von Vorteil sein, eine erste Targetfläche zu haben, die von einer zweiten Targetfläche um 1 cm bis 30 cm oder mehr, je nach der Geometrie einer Röntgenröhre in Bezug auf den Detektor, getrennt ist. Gemäß einer Ausführungsform mit einer Detektorweite von 17 cm in der z-Richtung ist festgestellt worden, dass ein Abstand zwischen einer ersten Targetfläche und einer zweiten Targetfläche von etwa 9 cm optimal sein kann. Gemäß einer Ausführungsform kann eine erste Targetfläche von einer zweiten Targetfläche um wenigstens 2 cm in einer z-Richtung getrennt sein. Gemäß einer Ausführungsform kann eine erste Targetfläche von einer zweiten Targetfläche um 2 cm bis 30 cm in einer z-Richtung getrennt sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine erste Targetfläche von einer zweiten Targetfläche um wenigstens 6 cm in einer z-Richtung getrennt sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine erste Targetfläche gegenüber einer zweiten Targetfläche um 6 cm bis 12 cm in einer z-Richtung versetzt sein.
2 zeigt, dass die erste Targetfläche 42 im Wesentlichen zu der zweiten Targetfläche 46 hin gewandt ist. Jedoch können andere Ausführungsformen eine erste Targetfläche aufweisen, die von einer zweiten Targetfläche im Wesentlichen weg gewandt ist. Eine erste Targetfläche und eine zweite Targetfläche können gemäß einer Ausführungsform im Wesentlichen konkav ausgebildet sein. Eine erste Targetfläche und eine zweite Targetfläche können gemäß einer weiteren Ausführungsform im Wesentlichen konvex ausgebildet sein.
3 zeigt eine schematisierte Darstellung einer Röntgenröhre 68 gemäß einer anderen Ausführungsform. Die Röntgenröhre 68 repräsentiert eine andere Ausführungsform der Röntgenröhre 18, wie sie in den 1 und 2 veranschaulicht ist. Die Röntgenröhre 68 enthält eine Anodenanordnung 69, eine erste Elektronenquelle 70, eine zweite Elektronenquelle 72, eine erste Hochspannungs-Energieversorgung 74 und eine zweite Hochspannungs-Energieversorgung 76. Die Anodenanordnung 69 weist eine erste Anode 78 und eine zweite Anode 80 auf. Die erste Anode 78 ist im Abstand zu der zweiten Anode 80 in einer z-Richtung, wie sie durch eine Koordinatenachse 82 angezeigt ist, angeordnet. Die erste Anode 78 ist eingerichtet, um rings um eine Drehachse 84 zu rotieren. Die erste Anode 78 ist in einer im Wesentlichen gekrümmten Weise verjüngt ausgebildet, um eine erste Targetfläche 86 zu definieren, die bestimmt ist, um einen ersten Röntgenstrahl 88 zu emittieren, wenn sie durch eine erste Mehrzahl von Elektronen 90 von der ersten Elektronenquelle 70 getroffen wird. Eine erste Strichlinie 92 verläuft tangential zu der ersten Targetfläche 86. Die erste Strichlinie 92 bildet einen ersten Winkel γ in Bezug auf die Drehachse 84. Der erste Winkel γ der ersten Targetfläche 86 in Bezug auf die Drehachse 84 variiert auf der Basis der Position in der z-Richtung. Gemäß der in 3 veranschaulichten Ausführungsform nimmt beispielsweise der erste Winkel γ der ersten Targetfläche 86 in der positiven z-Richtung ab. Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Winkel γ größer als 70° für wenigstens eine Stelle auf der ersten Targetfläche 86. Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine erste Anode in einer im Wesentlichen linearen Weise oder sowohl in einer im Wesentlichen gekrümmten Weise als auch in einer im Wesentlichen linearen Weise verjüngt ausgebildet sein, um eine erste Targetfläche zu definieren.
Die zweite Anode 80 ist in einer im Wesentlichen gekrümmten Weise verjüngt ausgebildet, um eine zweite Targetfläche 94 zu definieren, die bestimmt ist, um einen zweiten Röntgenstrahl 95 zu emittieren, wenn sie durch eine zweite Mehrzahl von Elektronen 96 von der zweiten Elektronenquelle 72 getroffen wird. Die zweite Anode 80 ist eingerichtet, um rings um die Drehachse 84 zu rotieren. Eine zweite Strichlinie 97 verläuft tangential zu der zweiten Targetfläche 94. Die zweite Strichlinie 97 bildet einen zweiten Winkel δ in Bezug auf die Drehachse 84. Der zweite Winkel δ der zweiten Targetfläche 94 in Bezug auf die Drehachse 84 variiert basierend auf der Position in der z-Richtung. Beispielsweise nimmt der zweite Winkel δ der zweiten Targetfläche 84 gemäß der in 3 veranschaulichten Ausführungsform in der positiven z-Richtung zu. Gemäß einer Ausführungsform ist der zweite Winkel δ größer als 70° für wenigstens eine Stelle auf der zweiten Targetfläche. Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine zweite Anode in einer im Wesentlichen linearen Weise oder sowohl in einer im Wesentlichen gekrümmten Weise als auch in einer im Wesentlichen linearen Weise verjüngt ausgebildet sein, um eine zweite Targetfläche zu definieren.
Gemäß einer Ausführungsform weist die erste Elektronenquelle 70 einen ersten Heizfaden 98, eine erste Stromquelle 100 und ein erstes Steuergitter 102 auf. Der erste Heizfaden 98 wird durch die erste Stromquelle 100 indirekt geheizt, was ihn veranlasst, die erste Mehrzahl von Elektronen 90 auszusenden. Die erste Hochspannungsversorgung 74 erzeugt eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Heizfaden 98 und der ersten Targetfläche 86, die die erste Mehrzahl Elektronen 90 veranlasst, in Richtung auf die erste Targetfläche 86 beschleunigt zu werden. Das erste Steuergitter 102 umgibt teilweise den ersten Heizfaden 98 und ist mit der ersten Hochspannungsversorgung 74 verbunden. Das erste Steuergitter 102 wird verwendet, um den Fluss der ersten Mehrzahl von Elektronen 90 von dem ersten Heizfaden 98 zu steuern oder zu begrenzen. Wenn beispielsweise das erste Steuergitter 102 auf einem ausreichend hohen negativen Potential gehalten wird, werden alle der ersten Mehrzahl von Elektronen 90 daran gehindert, zu der ersten Targetfläche 86 hin beschleunigt zu werden. Gemäß einer Ausführungsform kann eine erste Mehrzahl von Elektronen einen Elektronenstrahl bilden.
Gemäß einer Ausführungsform weist die zweite Elektronenquelle 72 einen zweiten Heizfaden 104, eine zweite Stromquelle 106 und ein zweites Steuergitter 108 auf. Die zweite Elektronenquelle 72 ist mit der zweiten Hochspannungs-Energieversorgung 76 verbunden und funktioniert in einer ähnlichen Weise wie derjenigen der ersten Elektronenquelle 70, wie vorstehend beschrieben.
Die erste Elektronenquelle 70 und die zweite Elektronenquelle 72 können konfiguriert sein, um abwechselnd aktiviert zu werden. Beispielsweise wird in Zeiträumen, in denen das erste Steuergitter 102 der ersten Mehrzahl Elektronen 90 ermöglicht, mit der ersten Targetfläche 86 in Kontakt zu treten, das zweite Steuergitter 108 auf einem Potential gehalten, das es nicht zulässt, dass irgendwelche der zweiten Mehrzahl von Elektronen 86 mit der zweiten Targetfläche 94 in Kontakt gelangen. In gleicher Weise wird in Zeiträumen, wenn das zweite Steuergitter 108 der zweiten Mehrzahl von Elektronen 96 gestattet, mit der zweiten Targetfläche 94 in Kontakt zu treten, das erste Steuergitter 102 auf einem Potential gehalten, das keinem der ersten Mehrzahl von Elektronen 90 ermöglicht, mit der ersten Targetfläche 86 in Kontakt zu gelangen. Gemäß einer Ausführungsform kann an das erste Steuergitter 102 und das zweite Steuergitter 108 eine (nicht veranschaulichte) gesonderte Schaltung angeschlossen sein, um die Potentiale der Steuergitter 102, 108 genau zu steuern, um die schnelle Umschaltung zwischen dem ersten Röntgenstrahl 88 und dem zweiten Röntgenstrahl 95 zu unterstützen. Beispielsweise kann gemäß einer Ausführungsform die gesonderte Schaltung konfiguriert sein, um zwischen einer Auslösung des ersten Röntgenstrahls 88 und einer Auslösung des zweiten Röntgenstrahls 95 mehr als 1000 Mal pro Sekunde hin- und herzuschalten.
3 zeigt die erste Targetfläche 86, wie sie im Wesentlichen von der zweiten Targetfläche 94 wegzeigt. Jedoch können weitere Ausführungsformen eine erste Targetfläche aufweisen, die im Wesentlichen zu der zweiten Targetfläche hin zeigt. Eine erste Targetfläche und eine zweite Targetfläche können gemäß einer Ausführungsform im Wesentlichen konkav sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform können eine erste Targetfläche und eine zweite Targetfläche im Wesentlichen konvex ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Elektronenquelle 70 konfiguriert sein, um die erste Mehrzahl von Elektronen 90 bei zwei oder mehreren kinetischen Energieniveaus auszusenden. Wenn die erste Mehrzahl von Elektronen 90 Elektronen auf einem niedrigeren kinetischen Energieniveau aufweist, weist der erste Röntgenstrahl 88 Röntgenstrahlung geringerer Energie auf. Ähnlich weist für den Fall, dass die erste Mehrzahl Elektronen 90 Elektronen auf einem höheren kinetischen Energieniveau aufweist, der erste Röntgenstrahl 88 Röntgenstrahlen höherer Energie auf. Durch Akquisation von Daten mit Röntgenstrahlen auf zwei oder mehreren Energieniveaus ist es möglich, einen weiteren Einblick in ein Objekt, das gescannt wird, zu erhalten. Die erste Elektronenquelle 70 kann konfiguriert sein, um schnell zwischen dem Aussenden der ersten mehreren Elektronen 90 bei dem geringeren kinetischen Energieniveau und dem Aussenden der ersten mehreren Elektronen 90 bei dem höheren kinetischen Energieniveau viele Male während einer Gantryumdrehung umzuschalten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die erste Elektronenquelle 70 konfiguriert sein, um die ersten mehreren Elektronen 90 auf dem geringeren kinetischen Energieniveau auszusenden, während ein Datensatz akquiriert wird, und anschließend die ersten mehreren Elektronen 90 auf dem höheren kinetischen Energieniveau auszusenden, während ein anderer Datensatz akquiriert wird. Es sollte verständlich sein, dass die zweite Röntgenquelle 72 ebenfalls konfiguriert sein kann, um die zweiten mehreren Elektronen 96 auf zwei oder mehreren kinetischen Energieniveaus in einer ähnlichen Weise wie diejenige, die für die erste Elektronenquelle 70 beschrieben ist, auszusenden.
Der Abstand zwischen einer ersten Targetfläche und einer zweiten Targetfläche kann von der Geometrie eines speziellen CT-Systems abhängig sein. Beispielsweise kann eine Ausführungsform eine erste Targetfläche aufweisen, die mehr als 3 cm weg von einer zweiten Targetfläche in einer z-Richtung versetzt angeordnet ist. Eine Ausführungsform kann eine erste Targetfläche aufweisen, die mehr als 6 cm weg von einer zweiten Targetfläche in einer z-Richtung versetzt angeordnet ist. Eine Ausführungsform kann eine erste Targetfläche aufweisen, die zwischen 4 cm und 30 cm von einer zweiten Targetfläche in einer z-Richtung versetzt angeordnet ist. Eine Ausführungsform kann eine erste Targetfläche aufweisen, die zwischen 6 cm und 12 cm von einer zweiten Targetfläche in einer z-Richtung versetzt angeordnet ist.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine Anode gestaltet sein, um sowohl eine erste Targetfläche als auch eine zweite Targetfläche zu definieren. Die Anode würde rings um eine Drehachse drehbar sein, und die erste und die zweite Targetfläche würden in einer z-Richtung im Abstand zueinander angeordnet sein. Jede Targetfläche kann unter einem im Wesentlichen konstanten Winkel in Bezug auf die Drehachse angeordnet sein, oder jede Targetfläche kann unter mehreren Winkeln in Bezug auf die Drehachse angeordnet sein.
Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, wozu auch die Herstellung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentfähige Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
Es ist hierin eine Röntgenröhre 18 offenbart. Die Röntgenröhre 18 enthält eine Anodenanordnung 29, die eingerichtet ist, um im Wesentlichen rings um eine Drehachse 40 zu rotieren. Die Anodenanordnung 29 enthält eine erste Targetfläche 42, die wenigstens teilweise unter einem ersten Winkel α, der größer als 70° ist, in Bezug auf die Drehachse 40 angeordnet ist, und eine zweite Targetfläche 46, die wenigstens teilweise unter einem Winkel β, der größer als 70° ist, in Bezug auf die Drehachse 40 angeordnet ist. Die erste Targetfläche 42 ist eingerichtet, um einen ersten Röntgenstrahl 58 auszusenden, und die zweite Targetfläche 46 ist eingerichtet, um einen zweiten Röntgenstrahl 62 auszusenden. Es ist auch ein CT-System offenbart.

1

10: Computertomographiesystem (CT-System)
12: Gantryträger
14: Gantry
16: Tisch
17: Bewegbarer Tischteil
18: Röntgenröhre
20: Detektoranordnung
22: Steuerungseinrichtung
24: Erster Röntgenstrahl
25: Zweiter Röntgenstrahl
26: Subjekt oder Objekt
28: Koordinatenachse

2

18: Röntgenröhre
29: Anodenanordnung
30: Elektronenquelle
31: Koordinatenachse
32: Hochspannungs-Energieversorgung
34: Elektromagnet
36: Erste Anode
38: Zweite Anode
40: Drehachse
41: Welle
42: Erste Targetfläche
44: Erste Strichlinie
46: Zweite Targetfläche
48: Zweite Strichlinie
α: Erster Winkel
β: Zweiter Winkel
51: Heizfaden
52: Stromquelle
53: Fokussierelektrode
54: Elektronenstrahl
56: Erster Pfad
58: Erster Röntgenstrahl
60: Zweiter Pfad
62: Zweiter Röntgenstrahl
63: Erste Position
64: Zweite Position

3

68: Röntgenröhre
69: Anodenanordnung
70: Erste Elektronenquelle
72: Zweite Elektronenquelle
74: Erste Hochspannungs-Energieversorgung
76: Zweite Hochspannungs-Energieversorgung
78: Erste Anode
80: Zweite Anode
82: Koordinatenachse
84: Drehachse
86: Erste Targetfläche
88: Erster Röntgenstrahl
90: Erste mehrere Elektronen
92: Erste Strichlinie
94: Zweite Targetfläche
95: Zweiter Röntgenstrahl
96: Zweite mehrere Elektronen
97: Zweite Strichlinie
98: Erster Heizfaden
100: Erste Stromquelle
102: Erstes Steuergitter
104: Zweiter Heizfaden
106: Zweite Stromquelle
108: Zweites Steuergitter
γ: Erster Winkel
δ: Zweiter Winkel

Claims

Röntgenröhre (18), die aufweist: eine Anodenanordnung (29), die eingerichtet ist, um im Wesentlichen rings um eine Drehachse (40) zu rotieren, wobei die Anodenanordnung (29) eine erste Targetfläche (42), die wenigstens teilweise unter einem ersten Winkel (α), der größer als 70° ist, in Bezug auf die Drehachse (40) angeordnet ist, und eine zweite Targetfläche (46) aufweist, die wenigstens teilweise unter einem zweiten Winkel (β), der größer als 70° ist, in Bezug auf die Drehachse (40) angeordnet ist; wobei die erste Targetfläche (42) eingerichtet ist, um einen ersten Röntgenstrahl (58) auszusenden, und die zweite Targetfläche (46) eingerichtet ist, um einen zweiten Röntgenstrahl (62) auszusenden.
Röntgenröhre (18) nach Anspruch 1, wobei die Anodenanordnung (29) ferner eine Anode aufweist, die sowohl die erste Targetfläche (42) als auch die zweite Targetfläche (46) definiert.
Röntgenröhre (18) nach Anspruch 1, wobei die Anodenanordnung (29) ferner eine erste Anode (36), die die erste Targetfläche (42) definiert, und eine zweite Anode (38) aufweist, die die zweite Targetfläche (46) definiert.
Röntgenröhre (18) nach Anspruch 3, wobei die erste Anode (36) und die zweite Anode (38) über eine Welle (41) miteinander verbunden sind.
Röntgenröhre (18) nach Anspruch 1, wobei die zweite Targetfläche (46) um mehr als 2 cm von der ersten Targetfläche (42) entfernt in einer z-Richtung versetzt angeordnet ist.
Röntgenröhre (18) nach Anspruch 1, wobei die erste Targetfläche (42) unter einem im Wesentlichen konstanten Winkel in Bezug auf die Drehachse (40) angeordnet ist.
Röntgenröhre (18) nach Anspruch 1, wobei die erste Targetfläche (42) unter mehreren Winkeln in Bezug auf die Drehachse (40) angeordnet ist.
Röntgenröhre (18) nach Anspruch 1, die ferner eine Elektronenquelle (30) aufweist, die konfiguriert ist, um einen Elektronenstrahl (54) in Richtung auf wenigstens eine von der ersten Targetfläche (42) und der zweiten Targetfläche (46) auszusenden.
Röntgenröhre (18) nach Anspruch 1, die ferner einen Elektromagneten (34) aufweist, der zwischen der Elektronenquelle (30) und der ersten Targetfläche (42) positioniert ist, wobei der Elektromagnet (34) konfiguriert ist, um den Elektronenstrahl (54) abzulenken.
Röntgenröhre (18) nach Anspruch 9, wobei der Elektromagnet (34) ferner konfiguriert ist, um den Elektronenstrahl (54) zu veranlassen, zwischen einem Kontakt mit der ersten Targetfläche (42) und einem Kontakt mit der zweiten Targetfläche (46) alternierend zu wechseln.
Röntgenröhre (18) nach Anspruch 9, wobei der Elektromagnet (34) ferner konfiguriert ist, um den Elektronenstrahl (54) zwischen einer ersten Position (63) auf der ersten Targetfläche (42) und einer zweiten Position (64) auf der ersten Targetfläche (42) zu überführen, wobei die zweite Position (64) von der ersten Position (63) in einer z-Richtung versetzt liegt.
Röntgenröhre (18) nach Anspruch 1, die ferner eine erste Elektronenquelle (70), die konfiguriert ist, um erste mehrere Elektronen (90) in Richtung der ersten Targetfläche auszusenden, und eine zweite Elektronenquelle (72) aufweist, die konfiguriert ist, um zweite mehrere Elektronen (96) in Richtung der zweiten Targetfläche (46) auszusenden.
CT-System (10), das aufweist: eine Gantry (14); eine Detektoranordnung (20), die an der Gantry (14) montiert ist; und eine Röntgenröhre (18), die an der Gantry (14) von der Detektoranordnung (20) aus im Wesentlichen quer montiert ist, wobei die Röntgenröhre (18) aufweist: eine Anodenanordnung (29), die eingerichtet ist, um im Wesentlichen rings um eine Drehachse (40) zu rotieren, wobei die Anodenanordnung (29) eine erste Targetfläche (42), die wenigstens teilweise unter einem ersten Winkel (α) zwischen 70 und 88° in Bezug auf die Drehachse (40) angeordnet ist, und eine zweite Targetfläche (46) aufweist, die wenigstens teilweise unter einem zweiten Winkel (β) zwischen 70 und 88° in Bezug auf die Drehachse (40) angeordnet ist; wobei die erste Targetfläche (42) eingerichtet ist, um einen ersten Röntgenstrahl (58) auszusenden, und die zweite Targetfläche (46) eingerichtet ist, um einen zweiten Röntgenstrahl (62) auszusenden.
CT-System (10) nach Anspruch 13, wobei die erste Targetfläche (42) im Wesentlichen zu der zweiten Targetfläche (46) hin gewandt ist.
CT-System (10) nach Anspruch 13, wobei die erste Targetfläche (42) im Wesentlichen von der zweiten Targetfläche (46) weg gewandt ist.