DE102010009276A1

DE102010009276A1 - X-ray tube and system for producing X-ray images for dental or orthodontic diagnostics

Info

Publication number: DE102010009276A1
Application number: DE102010009276A
Authority: DE
Inventors: Walter Dr. 71735 Bauer
Original assignee: Duerr Dental SE
Current assignee: Duerr Dental SE
Priority date: 2010-02-25
Filing date: 2010-02-25
Publication date: 2011-08-25
Also published as: WO2011104011A2; WO2011104011A3

Abstract

Eine Röntgenröhre umfasst eine Elektronenkanone (40) zur Erzeugung eines Elektronenstrahls (60) und ein Target (72), das aus einem Targetmaterial besteht und an dem Röntgenstrahlung freigesetzt wird, wenn der Elektronenstrahl (60) entlang einer Einfallsrichtung auf das Target (72) auftrifft. Ferner weist die Röntgenröhre (18) einen Targethalter (74) auf, an dem das Target (72) anliegt und der aus einem Haltermaterial besteht, das eine kleinere Ordnungszahl als das Targetmaterial hat. Erfindungsgemäß hat das Target (72) zumindest in einer Richtung, die senkrecht zur Einfallsrichtung verläuft, eine Breite von weniger als 250 μm, vorzugsweise von weniger als 100 μm, und weiter vorzugsweise von weniger als 50 μm hat.An X-ray tube comprises an electron gun (40) for generating an electron beam (60) and a target (72), which consists of a target material and is released from the X-rays when the electron beam (60) strikes the target (72) along a direction of incidence . The X-ray tube (18) also has a target holder (74) on which the target (72) rests and which consists of a holder material which has a smaller atomic number than the target material. According to the invention, the target (72) has a width of less than 250 μm, preferably less than 100 μm, and more preferably less than 50 μm, at least in one direction that runs perpendicular to the direction of incidence.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die Erfindung betrifft Röntgenröhren, und zwar insbesondere Röntgenröhren des Mikrofokus-Typs. Mit Mikrofokus-Röntgenröhren lassen sich Durchmesser des Brennflecks von weniger als 50 μm erzielen. Die Erfindung betrifft ferner ein System zur Herstellung von Röntgenbildern für die zahnmedizinische oder kieferorthopädische Diagnostik mit einer solchen Röntgenröhre.The invention relates to X-ray tubes, in particular X-ray tubes of microfocus type. With microfocus X-ray tubes, the focal spot diameter can be less than 50 μm. The invention further relates to a system for producing X-ray images for dental or orthodontic diagnostics using such an X-ray tube.

2. Beschreibung des Standes der Technik2. Description of the Related Art

Röntgengeräte werden in der Medizin üblicherweise zur Untersuchung von Körpergewebe, z. B. von Knochen oder Zähnen, und in der Technik zur Untersuchung von Gegenständen, etwa im Rahmen der Materialprüfung, eingesetzt. Die beiden Hauptkomponenten eines Röntgengeräts sind eine Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung und ein Röntgendetektor, der die Intensität der Röntgenstrahlung erfasst, nachdem diese das zu untersuchende Körpergewebe oder den zu untersuchenden Gegenstand durchtreten hat. Das von dem Röntgendetektor erzeugte Bild des Körpergewebes oder des Gegenstands gibt die Verteilung von Strukturen wieder, welche die Röntgenstrahlung unterschiedlich stark absorbieren.X-ray devices are commonly used in medicine for the examination of body tissue, eg. B. of bones or teeth, and used in the art for the investigation of objects, such as in the context of material testing. The two main components of an X-ray machine are an X-ray tube for generating X-ray radiation and an X-ray detector which detects the intensity of the X-radiation after it has passed through the body tissue or object to be examined. The image of the body tissue or the object produced by the X-ray detector reflects the distribution of structures which absorb the X-ray radiation to different degrees.

Eine Röntgenröhre enthält eine Elektronenkanone, die ihrerseits eine Elektronenquelle und Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Feldes umfasst. Die aus der Elektronenquelle austretenden Elektronen werden in dem elektrischen Feld beschleunigt und verlassen die Elektronen als gebündelter Elektronenstrahl. Beim Auftreffen auf ein Target werden die Elektronen schlagartig abgebremst und erzeugen dabei unter anderem Bremsstrahlung, die als Röntgenstrahlung genutzt wird.An x-ray tube includes an electron gun, which in turn comprises an electron source and means for generating an electric field. The electrons emerging from the electron source are accelerated in the electric field and leave the electron as a collimated electron beam. When hitting a target, the electrons are decelerated abruptly, producing, among other things, Bremsstrahlung, which is used as X-rays.

Der Ort, an dem der Elektronenstrahl auf das Target auftrifft und von dem die Röntgenstrahlung ausgeht, wird im Allgemeinen als Brennfleck bezeichnet. Je kleiner der Brennfleck ist, desto schärfer sind die Bilder, die sich mit der Röntgenröhre aufnehmen lassen.The location where the electron beam strikes the target and from which the X-radiation emanates is generally referred to as the focal spot. The smaller the focal spot, the sharper the images that can be captured by the X-ray tube.

Die meisten Röntgenröhren erzeugen Brennflecke, deren Durchmesser etwa 1 bis 2 mm beträgt. Solche großen Brennfleck-Durchmesser sind insbesondere dann erforderlich, wenn die Anwendung des Röntgengeräts sehr hohe Strahlungsleistungen erfordert. In einem solchen Fall kann der Durchmesser des Brennflecks nicht beliebig verkleinert werden, da ansonsten auch bei Durchführung aufwendiger Kühlmaßnahmen das Target durch den Elektronenstrahl thermisch zerstört würde.Most X-ray tubes produce focal spots whose diameter is about 1 to 2 mm. Such large focal spot diameters are particularly necessary when the application of the X-ray device requires very high radiation powers. In such a case, the diameter of the focal spot can not be arbitrarily reduced, since otherwise the target would be thermally destroyed by the electron beam even when carrying out complex cooling measures.

Bei kleineren Strahlungsleistungen bis zu etwa 100 W können hingegen Brennfleck-Durchmesser von weniger als 100 μm (Minifokus-Röntgenröhre) und teilweise sogar von deutlich weniger als 50 μm (Mikrofokus-Röntgenröhre) erreicht werden. Ermöglicht wird dies insbesondere durch eine stärkere Bündelung des auf das Target auftreffenden Elektronenstrahls mit Hilfe von magnetischen oder gelegentlich auch elektrischen Feldern. Diese Röntgenröhren enthalten Targets, deren Abmessungen senkrecht zur Einfallsrichtung des Elektronenstrahls wesentlich größer als der Durchmesser des Brennflecks sind. Häufig sind die Targets keil- oder dachförmigförmig ausgebildet, wobei der Elektronenstrahl auf die Kante des Keils bzw. den First des Daches gerichtet wird. Auf diese Weise kann die Röntgenstrahlung azimutal über einen Winkelbereich hinweg emittiert werden, der im Wesentlichen 360° minus dem Keil- oder Firstwinkel entspricht. Meist liegt der Keil- oder Firstwinkel zwischen etwa 50° und 100°. In der hierzu senkrechten Richtung (elevatorischer Winkel) beträgt der Winkelbereich, in den Röntgenstrahlung emittiert wird, beinahe 180°.With smaller radiation powers of up to about 100 W, however, focal spot diameters of less than 100 μm (mini-focus X-ray tube) and sometimes even significantly less than 50 μm (microfocus X-ray tube) can be achieved. This is made possible in particular by a stronger bundling of the electron beam impinging on the target by means of magnetic or occasionally also electric fields. These X-ray tubes contain targets whose dimensions are substantially larger than the diameter of the focal spot perpendicular to the direction of incidence of the electron beam. Frequently, the targets are wedge-shaped or roof-shaped, the electron beam being directed onto the edge of the wedge or ridge of the roof. In this way, the X-radiation may be emitted azimuthally over an angular range substantially equal to 360 ° minus the wedge or ridge angle. Most of the wedge or ridge angle is between about 50 ° and 100 °. In the direction perpendicular thereto (elevatorischer angle), the angular range in which X-ray radiation is emitted, almost 180 °.

Bei einigen Anwendungen von Röntgengeräten besteht jedoch Bedarf, den azimutalen Winkelbereich, in den Röntgenstrahlung emittiert wird, auszudehnen, und zwar idealerweise bis annähernd 360°. Ein Beispiel für eine derartige Anwendung sind Panorama-Vergrößerungs-Aufnahmen (PVA) für die zahnmedizinische oder kieferorthopädische Diagnostik. Hierbei wird, anders als bei den gängigen Panoramaschichtaufnahmen (PSA), die Röntgenröhre nicht von außen um den Kopf des Patienten herumbewegt, sondern in seine Mundhöhle eingeführt. Um mit den derzeit verfügbaren Röntgenröhren beide Zahnreihen vollständig mit einer einzigen Röntgenaufnahme zu erfassen, muss das Target relativ weit hinten in der Nähe des Rachens des Patienten angeordnet sein, damit die von der Röntgenquelle erzeugte Röntgenstrahlung alle Zähne des Patienten durchtreten kann. Abgesehen von den damit für den Patienten verbundenen Unannehmlichkeiten (Würgreflex etc.) ist eine solche Anordnung der Röntgenquelle auch deswegen ungünstig, weil dadurch die meisten Zähne mit starker Verzerrung auf den Röntgendetektor projiziert werden. Die so aufgenommenen Röntgenbilder müssen deswegen elektronisch relativ aufwendig entzerrt werden.However, in some applications of x-ray equipment, there is a need to extend the azimuthal angular range into which x-ray radiation is emitted, ideally up to approximately 360 °. An example of such an application is panoramic magnification (PVA) imaging for dental or orthodontic diagnostics. In this case, unlike the conventional panoramic shots (PSA), the X-ray tube is not moved around the patient's head from the outside, but introduced into his oral cavity. In order to fully capture both sets of teeth with currently available X-ray tubes with a single X-ray, the target must be located relatively far back near the patient's throat so that the X-rays generated by the X-ray source can pass all of the patient's teeth. Apart from the inconvenience associated with the patient (choking reflex, etc.), such an arrangement of the X-ray source is also unfavorable because it causes most of the teeth to be projected onto the X-ray detector with great distortion. The X-ray images recorded in this way therefore need to be electronically equalized in a relatively complex manner.

Günstiger wäre eine Anordnung des Targets etwa in der geometrischen Mitte des Zahnbogens, weil dann nur die hinteren Backenzähne stärker verzerrt erscheinen würden. Eine solche Anordnung erfordert jedoch, dass die vom Target ausgehende Röntgenstrahlung einen sehr viel größeren azimutalen Winkelbereich überdeckt.Cheaper would be an arrangement of the target approximately in the geometric center of the dental arch, because then only the posterior molars would appear more distorted. However, such an arrangement requires that the X-radiation emanating from the target cover a much larger azimuthal angular range.

Einen großen azimuthalen Winkelbereich überdecken Mikrofokus-Röntgenröhren, bei denen das Target als dünner Film auf einen ebenen Träger aufgesputtert ist. Mit einer solchen Röntgenröhre lässt sich auch der hintere Halbraum praktisch vollständig mit Röntgenstrahlung ausfüllen. In der Ebene, in der das Target aufgesputtert ist (d. h. für Azimuthwinkel von 90° und 270°), kann sich jedoch keine Röntgenstrahlung ausbreiten. Aus diesem Grunde sind derartige Röntgenröhren beispielsweise für PVA-Röntgengeräte nicht geeignet. Denn auf einer Panorama-Aufnahme gäbe es dann stets zwei symmetrisch zur Mitte verlaufende schwarze Streifen, an denen kein Bild der abzubildenden Strukturen entsteht. A large azimuthal angle range covers microfocus X-ray tubes in which the target is sputtered onto a flat support as a thin film. With such an X-ray tube, the rear half space can be almost completely filled with X-rays. However, in the plane in which the target is sputtered (ie for azimuth angles of 90 ° and 270 °), no X-rays can propagate. For this reason, such X-ray tubes, for example, for PVA X-ray devices are not suitable. For on a panoramic image, there would always be two black stripes running symmetrically to the center, at which no image of the structures to be imaged is created.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Röntgenröhre anzugeben, mit der sich sehr kleine Brennfleckdurchmesser erreichen lassen, wobei die Röntgenstrahlung in einen großen azimutalen Winkelbereich hinein emittiert werden soll.The object of the present invention is to provide an X-ray tube with which very small focal spot diameters can be achieved, wherein the X-ray radiation is to be emitted into a large azimuthal angular range.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Röntgenröhre mit einer Elektronenkanone zur Erzeugung eines Elektronenstrahls und mit einem Target. An dem Target wird Röntgenstrahlung freigesetzt, wenn der Elektronenstrahl entlang einer Einfallsrichtung auf das Target auftrifft. Die Röntgenröhre weist ferner einen Targethalter auf, an dem das Target anliegt und der aus einem Haltermaterial besteht, das eine kleinere Ordnungszahl hat als das Targetmaterial, aus dem das Target besteht. Erfindungsgemäß hat das Target zumindest in einer Richtung, die senkrecht zur Einfallsrichtung verläuft, eine Breite von weniger als 250 μm, vorzugsweise von weniger als 100 μm, und weiter vorzugsweise von weniger als 50 μm. Mit einer Breite zwischen 50 μm und 100 μm wird die Röntgenröhre zur Minifokus-Röntgenröhre, und mit einer Breite von weniger als 50 μm zur Mikrofokus-Röntgenröhre.According to the invention, this object is achieved by an X-ray tube with an electron gun for generating an electron beam and with a target. X-rays are released at the target when the electron beam strikes the target along an incident direction. The X-ray tube further comprises a target holder against which the target is abutted and which consists of a holder material having a smaller atomic number than the target material constituting the target. According to the invention, the target has a width of less than 250 μm, preferably less than 100 μm, and more preferably less than 50 μm, at least in one direction that is perpendicular to the direction of incidence. With a width of between 50 μm and 100 μm, the X-ray tube becomes a mini-focus X-ray tube and, with a width of less than 50 μm, the microfocus X-ray tube.

Materialien, die für das Target geeignet sind, haben üblicherweise eine hohe Ordnungszahl, da gemäß der Kramerschen Regel die Intensität der erzeugten Bremsstrahlung proportional zur Ordnungszahl ist. Andererseits ist das Absorptionsvermögen für Röntgenstrahlung etwa proportional zur dritten Potenz der Ordnungszahl, so dass geeignete Targetmaterialien die erzeugte Röntgenstrahlung gleichzeitig sehr stark absorbieren. Bei den bisher eingesetzten Targets, die keil- oder dachförmig sind, ist die dem Elektronenstrahl zugewandte Fläche in allen zur Einfallsrichtung senkrechten Richtungen erheblich größer als der Durchmesser des Elektronenstrahls. Da die Röntgenstrahlung nur in solche Richtungen emittiert werden kann, bei denen sie kein Targetmaterial durchtreten muss, ist auch der azimutale Winkelbereich, in den die Röntgenstrahlung bei herkömmlichen Röntgenröhren emittiert wird, entsprechend klein.Materials which are suitable for the target usually have a high atomic number, since, according to Kramer's rule, the intensity of the generated Bremsstrahlung is proportional to the atomic number. On the other hand, the absorption power for X-radiation is approximately proportional to the cube of the atomic number, so that suitable target materials simultaneously absorb the generated X-ray radiation very strongly. In the previously used targets, which are wedge-shaped or roof-shaped, the surface facing the electron beam is considerably larger than the diameter of the electron beam in all directions perpendicular to the direction of incidence. Since the X-ray radiation can only be emitted in those directions in which it does not have to pass through target material, the azimuthal angular range into which the X-ray radiation is emitted in conventional X-ray tubes is correspondingly small.

Dadurch, dass erfindungsgemäß das Target zumindest in einer zur Einfallsrichtung senkrecht verlaufenden Richtung eine Breite hat, die annähernd in der Größenordnung des Elektronenstrahldurchmessers liegt, findet eine Absorption der Röntgenstrahlung in dieser Richtung nicht statt, da kein oder nur sehr wenig Targetmaterial in dieser Richtung die Ausbreitung der Röntgenstrahlung behindert.Due to the fact that, according to the invention, the target has a width at least in a direction perpendicular to the direction of incidence which is approximately of the order of magnitude of the electron beam diameter, absorption of the X-ray radiation in this direction does not take place because no or only very little target material propagates in this direction the x-ray radiation impeded.

Die Breite des Targets in dieser Richtung kann sogar geringer als der Durchmesser des Elektronenstrahls sein, da das Haltermaterial, aus dem der Targethalter besteht, eine kleinere Ordnungszahl als das Targetmaterial hat. Daher wird beim Auftreffen von Elektronen auf das Haltermaterial nur wenig Röntgenstrahlung erzeugt. Andererseits absorbiert das Haltermaterial die dort oder am Target erzeugte Röntgenstrahlung wegen seiner kleineren Ordnungszahl nicht nennenswert, so dass das Target im Haltermaterial teilweise oder vollständig eingebettet sein kann. Dies ist vorteilhaft im Hinblick auf die erforderliche Abfuhr von Wärme, die im Target bei Beschuss mit dem Elektronenstrahl entsteht.The width of the target in this direction may even be smaller than the diameter of the electron beam, since the holder material constituting the target holder has a smaller atomic number than the target material. Therefore, when electrons strike the holder material, little X-radiation is generated. On the other hand, the holder material does not appreciably absorb the X-ray radiation generated there or on the target because of its smaller atomic number, so that the target can be partially or completely embedded in the holder material. This is advantageous in terms of the required dissipation of heat that arises in the target when bombarded with the electron beam.

Als Targetmaterial ist wegen der hohen Ordnungszahl und des hohen Schmelzpunkts insbesondere Wolfram oder Tantal geeignet, während für das Haltermaterial beispielsweise Aluminium, Beryllium oder Kohlenstoff (insbesondere in der Modifikation als Diamant) in Betracht kommt.Tungsten or tantalum is particularly suitable as the target material because of the high atomic number and the high melting point, while for the holder material, for example, aluminum, beryllium or carbon (in particular in the modification as diamond) comes into consideration.

Der Begriff Ordnungszahl wird hier sowohl für die Ordnungszahl im engeren Sinne, also die Zahl der Protonen im Atomkern eines chemischen Elements, als auch im weiteren Sinne als effektive Ordnungszahl verstanden. Die effektive Ordnungszahl wird für Verbindungen und Stoffgemische verwendet und stellt eine Art gewichteter Mittelwert über die in der Verbindung oder dem Stoffgemisch enthaltene Elemente dar, der den Anteil der chemischen Elemente in der Verbindung oder im Stoffgemisch berücksichtigt. Im vorliegenden Zusammenhang wird für Verbindungen oder Stoffgemische die effektive Ordnungszahl durch die Gleichung Z_eff = (f₁·Z₁ ³ + f₂·Z₂ ³ + f₃·Z₃ ³ + ... + f_n·Z_n ³)^1/3 bestimmt, in der f_i den Anteil der Protonen für das Element i innerhalb der Verbindung oder innerhalb des Gemisches und Z_i die Ordnungszahl des betreffenden Elements angibt. Für H₂O beispielsweise wäre Z_eff = (0.2·1³ + 0.8·8³)^1/3, da die Gesamtzahl der Protonen im Molekül 10 und deswegen f₁ = 2/10 und f₃ = 8/10 ist.The term ordinal number is here understood to mean both the atomic number in the strict sense, ie the number of protons in the atomic nucleus of a chemical element, as well as in the broader sense as an effective atomic number. The effective atomic number is used for compounds and mixtures and represents a kind of weighted average over the elements contained in the compound or mixture, taking into account the proportion of chemical elements in the compound or mixture of substances. In the present context, for compounds or mixtures of substances, the effective atomic number is given by the equation Z _eff = (f ₁ * Z ₁ ³ + f ₂ * Z ₂ ³ + f ₃ * Z ₃ ³ + ... + f _n * Z _n ³ ) ^1/3 where f _{i is} the fraction of protons for the element i within the compound or within the mixture and Z _{i is} the atomic number of the element concerned. For H ₂ O, for example, Z _eff = (0.2 · 1 ³ + 0.8 · 8 ³ ) would be ^1/3 , since the total number of protons in the molecule 10 and therefore f ₁ = 2/10 and f ₃ = 8/10.

Eine noch geringere Behinderung der Röntgenstrahlung durch das Target wird erreicht, wenn das Target senkrecht zur Einfallsrichtung des Elektronenstrahls eine maximale Ausdehnung von weniger als 250 μm, vorzugsweise von weniger als 100 μm, und weiter vorzugsweise von weniger als 50 μm hat. In diesem Fall kann das Target nur noch diejenige Röntgenstrahlung absorbieren, die sich entlang der Einfallsrichtung des Elektronenstrahls ausbreitet, sofern das Target entlang dieser Richtung eine nennenswerte Länge hat.Even less obstruction of the X-ray radiation through the target is achieved when the target has a maximum extent of less than 250 μm, preferably less than 100 μm, and more preferably less than 50 μm, perpendicular to the direction of incidence of the electron beam. In this case, the target can only absorb the X-ray radiation that propagates along the direction of incidence of the electron beam, provided that the target has a notable length along this direction.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Target als gerader Drahtabschnitt ausgebildet. Eine solche Ausbildung als Drahtabschnitt hat den Vorteil, dass sich das Target trotz seines sehr geringen Durchmessers noch vergleichsweise gut handhaben lässt. Der Drahtabschnitt kann beispielsweise so angeordnet sein, dass seine Längsachse senkrecht zur Einfallsrichtung des Elektronenstrahls verläuft. In diesem Fall gehen von dem Target Röntgenstrahlungen in alle Richtungen mit Ausnahme der Drahtrichtung (entspricht Azimutwinkeln von 90° und 270°) aus.In one embodiment, the target is formed as a straight wire section. Such a design as a wire section has the advantage that the target can still be handled comparatively well despite its very small diameter. The wire section may be arranged, for example, so that its longitudinal axis is perpendicular to the direction of incidence of the electron beam. In this case, X-rays emanate from the target in all directions except the wire direction (corresponding to azimuth angles of 90 ° and 270 °).

Zur Aufnahme eines drahtförmigen Targets kann der Targethalter eine keilförmige Ausnehmung haben, in der das Target verklemmt ist. Die Justierung des Targets im Targethalter wird dadurch wesentlich vereinfacht, da sich das Target in der keilförmigen Ausnehmung selbst ausrichtet.For receiving a wire-shaped target, the target holder may have a wedge-shaped recess in which the target is jammed. The adjustment of the target in the target holder is thereby substantially simplified, since the target aligns itself in the wedge-shaped recess.

Der Querschnitt des Drahtabschnitts ist vorzugsweise kreisförmig, da auf diese Weise eine besonders geringe Winkelabhängigkeit der Röntgenemission erreicht wird. Vor allem dann, wenn eine bestimmte Winkelabhängigkeit der Röntgenemission gewünscht ist, kann der Querschnitt des Drahtabschnitts aber auch anders als kreisförmig, z. B. quadratisch oder elliptisch, sein.The cross section of the wire section is preferably circular, since in this way a particularly low angular dependence of the X-ray emission is achieved. Especially if a certain angle dependence of the X-ray emission is desired, the cross section of the wire section but also other than circular, z. Square or elliptical.

Wenn das Target in alle zur Einfallsrichtung senkrechten Richtungen eine maximale Ausdehnung von weniger als 250 μm, vorzugsweise von weniger als 100 μm, und weiter vorzugsweise von weniger als 50 μm haben soll, so kann dies mit einem geraden Drahtabschnitt erreicht werden, dessen Längsachse mit der Einfallsrichtung einen sehr kleinen Winkel, nämlich von weniger als 30° und vorzugsweise von weniger als 5° einschließt, oder perfekt mit der Einfallsrichtung fluchtet. In diesem Falle hat das Target senkrecht zur Einfallsrichtung des Elektronenstrahls seine minimalen Abmessungen. Röntgenstrahlung wird deswegen in alle Richtungen, nur nicht entlang der Längsachse des Drahtabschnitts, emittiert.If the target in all directions perpendicular to the direction of incidence has a maximum extent of less than 250 microns, preferably less than 100 microns, and more preferably less than 50 microns, so this can be achieved with a straight wire section whose longitudinal axis with the Incident direction includes a very small angle, namely less than 30 ° and preferably less than 5 °, or perfectly aligned with the direction of incidence. In this case, the target has its minimum dimensions perpendicular to the direction of incidence of the electron beam. X-radiation is therefore emitted in all directions, but not along the longitudinal axis of the wire section.

Verringert werden kann bei einem so ausgerichteten Drahtabschnitt die Winkelabhängigkeit der Röntgenemission, wenn sein zur Elektronenkanone weisendes Ende abgerundet ist, und zwar insbesondere derart, dass das Ende halbkugelförmig ausgebildet ist.The angular dependence of the X-ray emission can be reduced in such a directed wire section when its end facing the electron gun is rounded, in particular such that the end is hemispherical in shape.

Bei einem so ausgerichteten Drahtabschnitt kann der Targethalter eine Bohrung aufweisen, in welcher der Drahtabschnitt aufgenommen ist. Der Drahtabschnitt kann dabei so weit in die Bohrung eingeführt sein, dass das zur Elektronenkanone weisende Ende des Drahtabschnitts zumindest im Wesentlichen bündig mit einer Oberfläche des Targethalters abschließt. Auf diese Weise steht eine größtmögliche Kontaktfläche zur Verfügung, über die im Target entstehende Wärme an den Targethalter abgegeben werden kann.In a wire section thus aligned, the target holder may have a bore in which the wire section is received. The wire section can be inserted so far into the bore that the end facing the electron gun end of the wire section terminates at least substantially flush with a surface of the target holder. In this way, the largest possible contact surface is available over which heat generated in the target can be delivered to the target holder.

Ferner kommt in Betracht, den Drahtabschnitt mit Klemmelementen in der Bohrung zu halten, wobei die Klemmelemente vorzugsweise aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und hohem Schmelzpunkt, z. B. Diamant, bestehen. Alternativ hierzu kann der Drahtabschnitt aber auch durch eine radiale Quetschung in der Bohrung verklemmt sein.Furthermore, it is considered to hold the wire portion with clamping elements in the bore, wherein the clamping elements are preferably made of a material with high thermal conductivity and high melting point, for. As diamond exist. Alternatively, however, the wire section may also be jammed by a radial pinch in the bore.

Wenn die Länge des Drahtabschnitts höchstens das 1.5-fache, vorzugsweise höchstens das 1.1-fache seines Durchmessers beträgt, so geht zwar der Vorteil der leichteren Handhabbarkeit verloren, jedoch nähert sich die Form des Targets immer mehr der eines Punktes an, der in alle Raumrichtungen gleichmäßig Röntgenstrahlung emittiert.If the length of the wire section is at most 1.5 times, preferably at most 1.1 times its diameter, the advantage of easier handling is lost, but the shape of the target more and more approximates that of a point which is uniform in all spatial directions X-rays emitted.

Besonders günstig ist es, wenn das Target durch eine Kugel gebildet wird. Bei Beschuss mit Elektronen emittiert ein kugelförmiges Target Röntgenstrahlung praktisch isotrop in alle Raumrichtungen.It is particularly favorable if the target is formed by a sphere. When bombarded with electrons, a spherical target emits X-rays virtually isotropically in all spatial directions.

Zur Aufnahme eines solchen kugelförmigen Targets kann der Targethalter eine keil- oder besser noch eine kegelstumpfförmige oder pyramidische Ausnehmung aufweisen, in der das Target verklemmt ist. Das wegen seiner geringen Größe nicht einfach zu handhabende Target kann dann bequem in die Ausnehmung eingesetzt werden, in der es sich selbständig ausrichtet und bei Ausüben eines geringen Drucks verklemmt. Da bei einem so kleinen Target die Abfuhr der darin entstehenden Wärme kritisch sein kann, kommt zur Halterung auch eine Verklemmung zwischen Diamantstücken in Betracht, denn diese haben eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit.For receiving such a spherical target, the target holder can have a wedge-shaped or, better still, a frustoconical or pyramidal recess in which the target is jammed. The not easy to handle because of its small size target can then be conveniently inserted into the recess in which it aligns itself and jammed when applying a low pressure. Since in such a small target, the removal of the heat generated in it can be critical, comes to a clamp and jamming between diamond pieces into consideration, because they have a particularly high thermal conductivity.

Unabhängig von der Art der Aufnahme des Targets im Targethalter, z. B. in einer Bohrung oder in einer kegelstumpf- oder keilförmigen Ausnehmung, kann die eigentliche Befestigung des Targets in dem Targethalter durch elektrisches Punktschweißen erfolgen. Durch die Schweißverbindung wird ein besonders guter Wärmeübergang zwischen dem Target und dem Targethalter erreicht.Regardless of the type of recording of the target in the target holder, z. B. in a hole or in a truncated cone or wedge-shaped recess, the actual attachment of the target can be done in the target holder by electric spot welding. Due to the welded connection, a particularly good heat transfer between the target and the target holder is achieved.

Unabhängig von der Form des Targets kann der Targethalter eine zu der Elektronenkanone weisende Stirnfläche aufweisen, die konkav gekrümmt ist, z. B. zylindrisch oder sphärisch.Regardless of the shape of the target, the target holder may be one to the electron gun have facing end face which is concavely curved, z. B. cylindrical or spherical.

Infolge der sehr kleinen Abmessungen des Targets zumindest in einer zur Einfallsrichtung senkrechten Richtung wird es im Allgemeinen schwierig sein, den Elektronenstrahl durch geeignete bauliche Maßnahmen und eine einmalige Justierung so auf das Target zu richten, dass der Brennfleck dauerhaft auf dem Target bleibt.Due to the very small dimensions of the target, at least in a direction perpendicular to the direction of incidence, it will generally be difficult to direct the electron beam onto the target by suitable structural measures and a one-time adjustment so that the focal spot remains permanently on the target.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Röntgenröhre deswegen eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken des Elektronenstrahls sowie einen Brennfleckdetektor auf, der dazu eingerichtet ist, den Ort des Brennflecks zu messen, an dem der Elektronenstrahl auf dem Target oder dem Targethalter auftrifft. Eine Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die Ablenkeinrichtung derart in Abhängigkeit vom Ort des Brennflecks anzusteuern, dass der Elektronenstrahl auf das Target auftrifft.In a preferred embodiment, the X-ray tube according to the invention therefore comprises a deflection device for deflecting the electron beam and a focal spot detector which is adapted to measure the location of the focal spot at which the electron beam impinges on the target or the target holder. A control unit is configured to control the deflection device in such a way depending on the location of the focal spot, that the electron beam impinges on the target.

Die Ablenkeinrichtung, der Brennfleckdetektor und die Steuereinheit bilden auf diese Weise gemeinsam eine Zieleinrichtung, mit der es möglich ist, den Elektronenstrahl zuverlässig auf das sehr kleine Target zu richten, und zwar dauerhaft und unabhängig von Driftbewegungen o. ä., die beispielsweise durch thermische Ausdehnung in der Röntgenröhre entstehen können.The deflection device, the focal spot detector and the control unit together form a target device, with which it is possible to reliably direct the electron beam to the very small target, namely permanently and independently of drift movements o. Ä., For example, by thermal expansion can arise in the x-ray tube.

Um den Ort des Brennflecks zu messen, kann der Brennfleckdetektor eine Detektoreinrichtung zum Detektieren von Röntgenstrahlung und/oder von Sekundärelektronen und/oder von Rückstreuelektronen aufweisen, die beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf das Target und/oder den Targethalter abgestrahlt werden, wobei die Detektoreinrichtung eine Detektorfläche aufweist. Ferner ist der Brennfleckdetektor dazu eingerichtet, die Ablenkeinrichtung derart anzusteuern, dass der Elektronenstrahl scannerartig über das Target und den Targethalter geführt wird, wodurch ein rasterelektronenmikroskopisches Bild des Targets erhalten wird.In order to measure the location of the focal spot, the focal spot detector may comprise a detector device for detecting X-radiation and / or secondary electrons and / or backscattered electrons which are radiated onto the target and / or the target holder upon impact of the electron beam, the detector device comprising a detector surface having. Furthermore, the focal spot detector is set up to control the deflection device in such a way that the electron beam is guided in a scanner-like manner over the target and the target holder, as a result of which a scanning electron microscopic image of the target is obtained.

Die Röntgenröhre integriert somit gewissermaßen ein einfaches Rasterelektronenmikroskop, mit dem ein hochaufgelöstes Bild des Targets und seiner Umgebung erzeugt werden kann. Dieses Bild kann die Steuereinheit der Zieleinrichtung dazu verwenden, um den Elektronenstrahl exakt auf das Target zu richten.The X-ray tube thus effectively integrates a simple scanning electron microscope with which a high-resolution image of the target and its surroundings can be generated. This image can be used by the control unit of the target device to direct the electron beam exactly to the target.

Die Ablenkeinrichtung, mit der der Elektronenstrahl auf das Target gerichtet werden kann, kann dabei Mittel zum Erzeugen magnetischer und/oder elektrischer Felder aufweisen, wie dies an sich im Stand der Technik bekannt ist.The deflection device with which the electron beam can be directed onto the target can have means for generating magnetic and / or electric fields, as is known per se in the prior art.

Die Röntgenröhre kann ferner eine Fokussiereinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, den Elektronenstrahl zu fokussieren. Eine solche Fokussiereinrichtung kann in an sich bekannter Weise einen oder mehrere Elektromagnete umfassen. Besonders günstig ist eine Kombination eines Permanentmagneten mit einem Elektromagneten, wie dies etwa aus der WO 2008/017376 A1 bekannt ist. In diesem Fall erzeugt der Permanentmagnet eine Art Grundfokussierung, während die Feinfokussierung variabel mit dem Elektromagneten eingestellt wird. Anstelle, wie in der vorgenannten Veröffentlichung beschrieben, den Permanentmagneten und den Elektromagneten auf gleicher Höhe anzuordnen, kann der Permanentmagnet und der Elektromagnet vorteilhaft auch in Ausbreitungsrichtung der Elektronen so versetzt zueinander angeordnet sein, dass vom Permanentmagneten erzeugte Magnetfeldlinien zumindest im Wesentlichen außerhalb eines Kerns des Elektromagneten verlaufen.The x-ray tube may further include a focusing device configured to focus the electron beam. Such a focusing device may comprise one or more electromagnets in a manner known per se. Particularly favorable is a combination of a permanent magnet with an electromagnet, such as from the WO 2008/017376 A1 is known. In this case, the permanent magnet generates a kind of basic focusing while the fine focusing is variably adjusted with the electromagnet. Instead, as described in the aforementioned publication, to arrange the permanent magnet and the electromagnet at the same height, the permanent magnet and the electromagnet can advantageously be arranged so offset in the propagation direction of the electrons that generated by the permanent magnet magnetic field lines at least substantially outside a core of the electromagnet run.

Der Brennfleckdetektor kann so ausgebildet sein, dass er nicht nur den Ort, sondern auch den Durchmesser des Brennflecks erfasst. Die Fokussiereinrichtung kann dann in Abhängigkeit von den vom Brennfleckdetektor gemessenen Brennfleckdurchmesser so angesteuert werden, dass der Elektronenstrahl einen gewünschten Durchmesser hat, der z. B. gleich dem minimal möglichen Durchmesser sein kann.The focal spot detector may be configured to detect not only the location but also the diameter of the focal spot. The focusing device can then be controlled in dependence on the focal spot diameter measured by the focal spot detector so that the electron beam has a desired diameter, the z. B. can be equal to the minimum possible diameter.

Eine noch genauere Bestimmung des Durchmessers des Elektronenstrahls ist möglich, wenn der Brennfleckdetektor dazu eingerichtet ist, eine Eigenschaft des rasterelektronenmikroskopischen Bildes des Targets zu messen. Die Steuereinheit ist dann dazu eingerichtet, die Fokussiereinrichtung derart anzusteuern, dass die gemessene Eigenschaft einen vorgegebenen Wert erreicht.An even more accurate determination of the diameter of the electron beam is possible when the focal spot detector is adapted to measure a property of the scanning electron microscope image of the target. The control unit is then configured to control the focusing device such that the measured property reaches a predetermined value.

Diese Steuerung der Fokussiereinrichtung beruht auf der Überlegung, dass einige Eigenschaften, und zwar insbesondere die Kantensteilheit oder eine ähnliche Größe, des rasterelektronenmikroskopischen Bildes des Targets vom Durchmesser des Elektronenstrahls abhängt. Dadurch wird die Messung des Elektronenstrahldurchmessers und damit des Brennflecks in eine relativ einfache Messung einer Bildeigenschaft überführt. Um die optimale Einstellung für die Fokussiereinrichtung aufzufinden, müssen lediglich mehrere unterschiedliche rasterelektronenmikroskopische Bilder des Targets bei verschiedenen Einstellungen der Fokussiereinrichtung aufgenommen werden. Diejenige Einstellung, bei der die gemessene Eigenschaft dem vorgegebenen Wert am nächsten kommt, wird für die nachfolgende Durchleuchtung ausgewählt. Selbstverständlich ist auch eine Interpolation zwischen unterschiedlichen Messwerten möglich. Das Verfahren ähnelt somit der Schärfeeinstellung bei digitalen Kompaktkameras, nur dass hier das mechanische Verfahren von Linsen zur Brennweiteneinstellung ersetzt ist durch die elektrische Ansteuerung der Fokussiereinrichtung, und dass hier natürlich die Art der Bilderzeugung eine andere ist.This control of the focusing device is based on the consideration that some properties, in particular the edge steepness or a similar size, of the scanning electron microscope image of the target depend on the diameter of the electron beam. Thereby, the measurement of the electron beam diameter and hence the focal spot is converted into a relatively simple measurement of an image characteristic. In order to find the optimum setting for the focusing device, only a plurality of different scanning electron microscope images of the target need to be recorded at different settings of the focusing device. The setting in which the measured property comes closest to the predetermined value is selected for the subsequent fluoroscopy. Of course, an interpolation between different measured values is possible. The method is thus similar to the sharpness setting in digital Compact cameras, except that here the mechanical process of lenses for focal length adjustment is replaced by the electrical control of the focusing device, and that here, of course, the type of imaging is another.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist die Röntgenröhre ein Strahlrohr, z. B. einen Glaskolben, in dem der Elektronenstrahl geführt ist, und einen Abschirmtubus auf, der auf das Strahlrohr aufgeschoben und für die Röntgenstrahlung undurchlässig ist. Falls die Detektorfläche Sekundär- oder Rückstreuelektronen detektieren soll, so kann diese vorteilhaft von der Innenseite des Strahlrohrs getragen sein. Die Detektorfläche kann dabei mehrere Teilelemente umfassen, die umfangsmäßig über das Strahlrohr verteilt angeordnet sind, und zwar insbesondere mit mehrzähliger Symmetrie. Alternativ hierzu ist es möglich, das Strahlrohr elektrisch leitfähig auszubilden und insgesamt als Detektorfläche zu verwenden.In another embodiment, the x-ray tube comprises a jet tube, e.g. Example, a glass bulb in which the electron beam is guided, and a Abschirmtubus which is pushed onto the beam tube and is impermeable to X-rays. If the detector surface is to detect secondary or backscattered electrons, this can advantageously be carried by the inside of the beam tube. The detector surface may comprise a plurality of sub-elements, which are distributed circumferentially over the beam tube, in particular with multiple symmetry. Alternatively, it is possible to form the jet tube electrically conductive and to use a total of detector surface.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst die Detektorfläche einen Szintillator, der beim Auftreffen von Röntgenstrahlung Lichtsignale erzeugt. Ferner weist die Detektoreinrichtung einen für die Lichtsignale empfindlichen Photodetektor auf; ggf. ist noch ein Lichtleiter vorhanden, der die Detektorfläche mit dem Photodetektor verbindet. Bei dem Photodetektor kann es sich beispielsweise um eine Photodiode oder um einen Photomultiplier handeln. Falls der Photodetektor elektrische Ausgangssignale erzeugt, die von der Wellenlänge der Lichtsignale abhängen, so ist eine energieaufgelöste Detektion der Röntgenstrahlung möglich. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist die Detektorfläche als Halbleiterdetektor oder organische Photodiode ausgebildet.In another embodiment, the detector surface comprises a scintillator, which generates light signals when X-rays impinge. Furthermore, the detector device has a sensitive to the light signals photodetector on; If necessary, a light guide is still present, which connects the detector surface with the photodetector. The photodetector may be, for example, a photodiode or a photomultiplier. If the photodetector generates electrical output signals which depend on the wavelength of the light signals, an energy-resolved detection of the X-radiation is possible. In other embodiments, the detector surface is formed as a semiconductor detector or organic photodiode.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Elektronenkanone in Abhängigkeit von der von der Detektoreinrichtung gemessenen Intensität zu steuern. Dabei kann zwischen dem Target und der Detektorfläche eine Abschirmung angeordnet sein, welche die auf der Detektorfläche auftreffende Röntgenstrahlung abschwächt.In another embodiment, the control unit is configured to control the electron gun in response to the intensity measured by the detector means. In this case, a shield may be arranged between the target and the detector surface, which attenuates the incident on the detector surface X-ray radiation.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel hat das Strahlrohr eine Röntgenstrahlung teilweise (wenn auch nur geringfügig) absorbierende Wandung, deren Dicke variiert. Die Dickenvariationen sind dabei vorzugsweise derart festgelegt, dass die von der Röntgenröhre erzeugte Röntgenstrahlung eine gewünschte (gegebenenfalls verschwindende) Abhängigkeit von der Emissionsrichtung hat. Insbesondere kann die Dicke der Wandung derart variieren, dass die aus dem Strahlrohr austretende Röntgenstrahlung über alle Winkel, bei denen Röntgenstrahlung aus dem Strahlrohr austritt, die gleiche Intensität hat. Die Dickenschwankungen des Strahlrohrs werden somit für eine Feineinstellung der Intensität der austretenden Röntgenstrahlung verwendet.In a further embodiment, the beam tube has an X-radiation partially (albeit only slightly) absorbing wall whose thickness varies. The thickness variations are preferably set such that the x-ray radiation generated by the x-ray tube has a desired (possibly vanishing) dependence on the emission direction. In particular, the thickness of the wall can vary in such a way that the x-ray radiation emerging from the jet tube has the same intensity over all angles at which x-ray radiation emerges from the jet tube. The thickness variations of the jet pipe are thus used for a fine adjustment of the intensity of the exiting X-ray radiation.

Dieses Konzept der variierenden Wandungsdicke des Strahlrohrs kann auch unabhängig von der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Targets vorteilhaft eingesetzt werden. Die Anmelderin behält sich deswegen vor, isoliert Schutz für eine Röntgenröhre mit einer Elektronenkanone, einem Target und eine die Elektronenkanone und das Target umgebenden Strahlrohr zu beanspruchen, dessen Wandung an dem Target entstehende Röntgenstrahlung teilweise absorbiert und eine variierende Dicke hat. Insbesondere kann die Dicke der Wandung derart variieren, dass die aus dem Strahlrohr austretende Röntgenstrahlung über alle Winkel, bei denen Röntgenstrahlung aus dem Strahlrohr austritt, die gleiche Intensität hat.This concept of the varying wall thickness of the jet pipe can also be advantageously used independently of the design of the target according to the invention. The Applicant therefore reserves the right to claim isolated protection for an X-ray tube with an electron gun, a target, and a beam tube surrounding the electron gun and the target, the wall of which partially absorbs X-radiation produced at the target and has a varying thickness. In particular, the thickness of the wall can vary in such a way that the x-ray radiation emerging from the jet tube has the same intensity over all angles at which x-ray radiation emerges from the jet tube.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist die Röntgenröhre mehrere voneinander getrennte Targets auf, wobei zu einem gegebenen Zeitpunkt der Elektronenstrahl auf jedes beliebige Target (aber nicht auf mehrere Targets gleichzeitig) richtbar ist. Das Vorsehen mehrerer Targets ermöglicht es, ein Objekt aus unterschiedlichen Richtungen zu durchleuchten, ohne dass Bauteile mechanisch verstellt oder ausgetauscht werden müssen.In another embodiment, the x-ray tube has a plurality of separate targets, wherein at any given time the electron beam can be directed to any target (but not multiple targets simultaneously). The provision of multiple targets makes it possible to illuminate an object from different directions, without having to mechanically adjust or replace components.

Die Röntgenröhre kann dabei eine Abschirmung mit mehreren Öffnungen aufweisen, wobei jedem Target eine andere Öffnung zugeordnet ist. Dadurch lässt sich der Bildausschnitt gezielt an das ausgewählte Target anpassen.The x-ray tube may have a shield with a plurality of openings, each target being associated with a different opening. As a result, the image section can be adapted specifically to the selected target.

Das Konzept, in der Röntgenröhre mehrere Targets vorzusehen, kann auch unabhängig von der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines einzelnen Targets vorteilhaft eingesetzt werden. Die Anmelderin behält sich deswegen vor, isoliert Schutz für eine Röntgenröhre mit einer Elektronenkanone zur Erzeugung eines Elektronenstrahls und mit mehreren voneinander getrennten Targets zu beanspruchen, wobei zu einem gegebenen Zeitpunkt der Elektronenstrahl auf jedes beliebige Target richtbar ist. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Röntgengerät mit einer solchen Röntgenröhre und einem Röntgendetektor, wobei die Abbildungsgeometrie derart festgelegt ist, dass auf dem Röntgendetektor entstehende Bilder, die den einzelnen Targets zugeordnet sind, sich nicht überlappen.The concept of providing a plurality of targets in the x-ray tube can also be advantageously used independently of the design of a single target according to the invention. The Applicant therefore reserves the right to claim isolated protection for an X-ray tube with an electron gun for generating an electron beam and with a plurality of separate targets, at which time the electron beam can be directed to any desired target. The invention further provides an X-ray device with such an X-ray tube and an X-ray detector, wherein the imaging geometry is set such that images formed on the X-ray detector that are associated with the individual targets do not overlap.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein System zur Herstellung von Röntgenbildern für die zahnmedizinische oder kieferorthopädische Diagnostik, umfassend eine in einer Mundhöhle eines Patienten anordenbare erfindungsgemäße Röntgenröhre und einen Röntgendetektor. Dieser ist derart anordenbar, dass er sich von außen zumindest um einen Teil des Kieferbogens des Patienten herum erstreckt. Mit dem Röntgendetektor ist darauf auftreffende Röntgenstrahlung erfassbar, nachdem diese Zähne des Patienten durchtreten hat.The invention further provides a system for producing X-ray images for dental or orthodontic diagnostics, comprising an X-ray tube according to the invention that can be arranged in an oral cavity of a patient and an X-ray detector. This can be arranged such that it extends from outside at least around a part of the patient's mandibular arch. With The X-ray detector is incident on the X-ray detectable after these teeth of the patient has passed through the X-ray detector.

Falls das Target als Drahtabschnitt ausgebildet ist, so kann dieser Drahtabschnitt eine Längsachse haben, die koplanar zu Flächennormalen von Ebenen angeordnet ist, in denen sich die Kieferbögen des Patienten erstrecken. Durch diese Ausrichtung der Längsachse, entlang der keine Röntgenstrahlung emittiert wird, ist sichergestellt, dass alle Zähne, Zahnhalteapparate oder sonstige interessierende Teile des Kieferbogens von Röntgenstrahlung durchleuchtet werden.If the target is formed as a wire portion, then this wire portion may have a longitudinal axis coplanar with surface normals of planes in which the patient's mandibular arches extend. This alignment of the longitudinal axis, along which no X-ray radiation is emitted, ensures that all teeth, periodontal apparatus or other parts of interest in the mandibular arch are X-rayed.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of an embodiment with reference to the drawings. Show:

1 einen vertikalen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Röntgenuntersuchungssystem im Einsatz; 1 a vertical section through an inventive X-ray examination system in use;

2 einen horizontalen Schnitt durch das in der 1 gezeigte Röntgenuntersuchungssystem; 2 a horizontal section through the in the 1 X-ray examination system shown;

3 einen schematischen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Röntgenröhre; 3 a schematic axial section through an X-ray tube according to the invention;

4 einen axialen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Target, das in einem Targethalter aufgenommen ist; 4 an axial section through a target according to the invention, which is received in a target holder;

5 eine Draufsicht auf das in der 4 gezeigte Target mit umgebenden Targethalter; 5 a plan view of the in the 4 Target shown with surrounding target holder;

6 ein Blockschaltbild für Mess- und Steuerungskomponenten der erfindungsgemäße Röntgenröhre; 6 a block diagram of measuring and control components of the X-ray tube according to the invention;

7 einen axialen Schnitt durch ein Target und einen dieses haltenden Targethalter gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel; 7 an axial section through a target and this holding the target holder according to another embodiment;

8 eine Draufsicht auf das in der 7 gezeigte Target mit Targethalter; 8th a plan view of the in the 7 shown target with target holder;

9 einen axialen Schnitt durch ein und einen dieses haltenden Targethalter gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei sich der Targethalter an einem Kolben der Röntgenröhre abstützt; 9 an axial section through and one holding this target holder according to another embodiment, wherein the target holder is supported on a piston of the X-ray tube;

10 einen Schnitt entlang der Linie X-X durch den in der 9 gezeigten Teil des Kolbens; 10 a section along the line XX through in the 9 shown part of the piston;

11 einen schematischen Längsschnitt durch eine Röntgenröhre gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem ein Elektronenstrahl auf unterschiedliche Targets gerichtet werden kann. 11 a schematic longitudinal section through an x-ray tube according to another embodiment, in which an electron beam can be directed to different targets.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

1. Aufbau eines PVA-Röntgenuntersuchungssystems1. Construction of a PVA X-ray examination system

Die 1 und 2 zeigen ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Röntgenuntersuchungssystem für die zahnmedizinische und kieferorthopädische Diagnostik in einem vertikalen bzw. horizontalen Schnitt.The 1 and 2 show a total of 10 designated X-ray examination system for dental and orthodontic diagnostics in a vertical or horizontal section.

Das Röntgenuntersuchungssystem 10 weist ein Röntgengerät 12 auf, das über eine Datenleitung 14 mit einem Computer 16 verbunden ist. Anstelle des Computers 16 kann auch eine speziell für das Röntgenuntersuchungssystem 10 entwickelte Auswerteeinheit vorgesehen sein, die über einen Datenspeicher und eine Recheneinheit verfügt.The X-ray examination system 10 has an x-ray machine 12 on, that over a data line 14 with a computer 16 connected is. Instead of the computer 16 may also be a special for the x-ray examination system 10 developed evaluation unit may be provided which has a data memory and a computing unit.

Das Röntgengerät 12 enthält eine erfindungsgemäße Röntgenröhre 18, deren Aufbau im nachfolgenden Abschnitt 2 näher mit Bezug auf die 3 bis 6 erläutert wird. Zum Röntgengerät 12 gehört ferner ein Schutzgehäuse 20, das einen Teil der Röntgenröhre 18 sowie nicht näher dargestellte Komponenten zu deren Ansteuerung umschließt. Außerdem umfasst das Röntgengerät 12 einen Röntgendetektor 22, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als digitaler Röntgendetektor ausgebildet und mit Hilfe einer Halterung 24 an dem Schutzgehäuse 20 befestigt ist. Der Röntgendetektor 22 weist hierzu einen CCD- oder einen CMOS-Sensor auf, dessen Pixel auf einer Sensorfläche 24 angeordnet sind, die sowohl in der Schnittebene gemäß der 1 als auch der Schnittebene gemäß der 2 gekrümmt ist. Die Krümmung in der horizontalen Schnittebene gemäß der 2 ist dabei so gewählt, dass sie in etwa dem typischen Verlauf eines menschlichen Kieferbogens folgt. Beschreiben lässt sich die Sensorfläche 24 des Röntgendetektors 22 durch Bewegung eines Kreisbogens entlang einer etwa parabelförmigen Bahn. Die Sensorfläche 24 des Röntgendetektors 22 kann jedoch auch aus mehreren ebenen oder nur in einer Richtung gekrümmten Segmenten zusammengesetzt sein. Wenn der Röntgendetektor nicht als digitaler Röntgendetektor ausgebildet ist, sondern eine Speicherfolie oder einen klassischen Röntgenfilm aufweist, so ist die Folie oder der Film vorzugsweise nur in einer Ebene parabelförmig oder in anderer Weise gekrümmt, in einer sagittalen Ebene hingegen gerade oder (ggf. mehrfach) abgewinkelt.The X-ray machine 12 contains an X-ray tube according to the invention 18 , their structure in the following section 2 closer with respect to the 3 to 6 is explained. To the X-ray machine 12 also includes a protective housing 20 that is part of the x-ray tube 18 as well as components not shown in detail for their control encloses. In addition, the X-ray machine includes 12 an x-ray detector 22 , which is formed in the illustrated embodiment as a digital X-ray detector and with the aid of a holder 24 on the protective housing 20 is attached. The x-ray detector 22 has for this purpose a CCD or a CMOS sensor whose pixels are on a sensor surface 24 are arranged, both in the sectional plane according to the 1 as well as the cutting plane according to the 2 is curved. The curvature in the horizontal sectional plane according to the 2 is chosen so that it follows roughly the typical course of a human mandibular arch. Describe the sensor surface 24 of the X-ray detector 22 by moving a circular arc along an approximately parabolic path. The sensor surface 24 of the X-ray detector 22 However, it can also be composed of a plurality of planar or only curved in one direction segments. If the x-ray detector is not designed as a digital x-ray detector but has a storage film or a conventional x-ray film, the film or film is preferably parabolic or otherwise curved in only one plane, but straight or (possibly multiple) in a sagittal plane. angled.

Hinter dem Röntgendetektor 22 kann noch eine Abschirmung angeordnet sein (nicht dargestellt), die verhindert, dass sich nicht vom Röntgendetektor absorbierte Röntgenstrahlung im Untersuchungsraum ausbreitet.Behind the x-ray detector 22 can still be arranged a shield (not shown), which prevents that not absorbed by the X-ray detector X-ray propagates in the examination room.

Die von den Pixeln der Sensorfläche 24 erzeugten Signale werden vom Röntgengerät 12 über die Datenleitung 14 an den Computer 16 übermittelt und dort zu einem Röntgenbild aufbereitet, das in einem Speicher, der bei 26 angedeutet ist, abgelegt wird. In dem Computer 16 findet auch die Entzerrung des Röntgenbildes statt, wie sie in der Patentanmeldung DE 10 2009 060 390.5 vom 24.12.2009 der Anmelderin beschrieben ist. The of the pixels of the sensor surface 24 generated signals are from the X-ray machine 12 over the data line 14 to the computer 16 transmitted and there to an X-ray image, which in a memory, at 26 is indicated, is filed. In the computer 16 Also takes place the equalization of the X-ray image, as in the patent application DE 10 2009 060 390.5 of 24.12.2009 the applicant is described.

Wird der aus dem Schutzgehäuse 20 herausragende Teil der Röntgenröhre 18 in die Mundhöhle 28 eines Patienten 30 eingeführt, wie dies insbesondere in der 1 erkennbar ist, so durchtritt in der Röntgenröhre 18 erzeugte Röntgenstrahlung 32 die Zähne 34 und die anliegenden Zahnhalteapparate des Patienten 30 und trifft auf den Röntgendetektor 22. Die Intensität der von den Pixeln des Röntgendetektors 22 erfassten Röntgenstrahlung hängt dabei von der Menge und der Art des Gewebes ab, das die Röntgenstrahlung 32 auf ihrem Weg von der Röntgenröhre 18 zum Röntgendetektor 22 durchtritt.Will the out of the protective housing 20 outstanding part of the x-ray tube 18 into the oral cavity 28 a patient 30 introduced, as in particular in the 1 recognizable, so passes through the x-ray tube 18 generated x-ray radiation 32 the teeth 34 and the adjacent periodontal ligaments of the patient 30 and hits the X-ray detector 22 , The intensity of the pixels of the x-ray detector 22 detected X-rays depends on the amount and type of tissue that the X-rays 32 on her way from the X-ray tube 18 to the X-ray detector 22 passes.

Durch geeignete Auslegung der Röntgenröhre 18 ist sichergestellt, dass der Bereich der elevatorischen Winkel (d. h. der Winkel in der Schnittebene der 1) und der Bereich der azimutalen Winkel (d. h. der Winkel in der Schnittebene der 2), in welche die Röntgenstrahlung 32 emittiert werden, sehr groß sind. Dadurch ist eine vollständige Durchleuchtung aller Zähne 34 und der dazugehörigen Zahnhalteapparate des Patienten 30 sichergestellt. Auf der Sensorfläche 24 des Röntgendetektors 22 entsteht somit ein panoramaartiges Bild des von der Röntgenstrahlung 32 durchtretenen Gewebes.By suitable design of the X-ray tube 18 it is ensured that the range of the elevator angles (ie the angle in the sectional plane of the 1 ) and the range of the azimuthal angles (ie the angle in the sectional plane of the 2 ) into which the X-ray radiation 32 are emitted, are very large. This is a complete fluoroscopy of all teeth 34 and the associated periodontal ligaments of the patient 30 ensured. On the sensor surface 24 of the X-ray detector 22 Thus, a panorama-like image of the X-ray radiation is created 32 penetrated tissue.

Da die Röntgenstrahlung 32 nicht hinter dem Schädel des Patienten 30, sondern in dessen Mundhöhle 28 erzeugt wird, gehört das Röntgenuntersuchungssystem 10 zum Typ der PVA-Systeme, wobei PVA für Panorama-Vergrößerungs-Aufnahme steht.Because the X-rays 32 not behind the patient's skull 30 but in the oral cavity 28 is generated belongs the X-ray examination system 10 to the type of PVA systems, where PVA stands for panoramic magnification recording.

2. Aufbau der Röntgenröhre2. Structure of the X-ray tube

Die 3 zeigt die Röntgenröhre 18 in einem vereinfachten axialen Schnitt.The 3 shows the x-ray tube 18 in a simplified axial section.

Die Röntgenröhre 18 umfasst einen luftdicht verschlossenen Kolben 36, dessen Innenraum 38 evakuiert ist. Hier hat der Kolben 36 die Form eines geraden Kreiszylinders. Um dem auf seiner Außenseite wirkenden Atmosphärendruck besser standhalten zu können, kann der Kolben 36 jedoch auch an seinen Stirnseiten abgerundet sein, wie dies an sich im Stand der Technik bekannt ist. Der Kolben 36 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem wärmebeständigen Glas.The x-ray tube 18 includes a hermetically sealed piston 36 whose interior 38 is evacuated. Here's the piston 36 the shape of a straight circular cylinder. In order to better withstand the atmospheric pressure acting on its outside, the piston can 36 However, also be rounded at its ends, as is known per se in the prior art. The piston 36 consists in the illustrated embodiment of a heat-resistant glass.

An einem in der 3 oben gezeigten Ende des Kolbens 36 ist eine Elektronenkanone 40 angeordnet, die eine Kathode 42, einen Wehnelt-Zylinder 44 und eine Anoden-Lochplatte 46 umfasst. Die Kathode 42 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Wendel aus dünnem Wolframdraht, die mit Hilfe einer Heizspannungsquelle 48 zum Glühen gebracht werden kann. Die Heizspannungsquelle ist hier als Wechselstromquelle ausgebildet, die eine Spannung von wenigen Volt und Stromstärken in der Größenordnung von 1 A erzeugt. Alternativ zur Glühemission an der Kathode 42 kann zur Erzeugung der Elektronen auch auf das Prinzip der Feldemission zurückgegriffen werden, wie dies an sich im Stand der Technik bekannt ist. In diesem Falle wird die Wendel lediglich auf moderate Temperaturen erwärmt und der Austritt der Elektronen aus dem Filament durch ein zusätzliches Extraktionsgitter bewirkt.At one in the 3 End of the piston shown above 36 is an electron gun 40 arranged, which is a cathode 42 , a Wehnelt cylinder 44 and an anode orifice plate 46 includes. The cathode 42 consists in the illustrated embodiment of a coil of thin tungsten wire, using a Heizspannungsquelle 48 can be made to glow. The Heizspannungsquelle is designed here as an AC power source that generates a voltage of a few volts and currents on the order of 1 A. Alternatively to the glow emission at the cathode 42 For generating the electrons, it is also possible to resort to the principle of field emission, as is known per se in the prior art. In this case, the helix is heated only to moderate temperatures and causes the exit of the electrons from the filament by an additional extraction grid.

Zwischen der Kathode 42 und der Anoden-Lochplatte 46 erzeugt eine Gleichspannungsquelle 50 eine Beschleunigungsspannung, die üblicherweise zwischen 60 kV und 160 kV liegt. Die Kathode 42 liegt dabei auf negativem und die Anoden-Lochplatte 46 auf positivem Potential, so dass Elektronen, die infolge der Glühemission an der Kathode 42 austreten, in dem starken elektrischen Feld, das sich zwischen der Kathode 42 und der Anoden-Lochplatte 46 ausbildet, beschleunigt werden.Between the cathode 42 and the anode hole plate 46 generates a DC voltage source 50 an acceleration voltage, which is usually between 60 kV and 160 kV. The cathode 42 lies on negative and the anode perforated plate 46 at positive potential, allowing electrons to glow as a result of the glow emission at the cathode 42 emerge in the strong electric field that is between the cathode 42 and the anode hole plate 46 trains, accelerates.

Der Wehnelt-Zylinder 44 befindet sich auf einem etwas negativeren Potential als die Kathode 42, wobei die Potentialdifferenz mit Hilfe eines Potentiometers 51 eingestellt werden kann. Infolge dieser Potentialdifferenz werden aus der Kathode 42 austretende Elektronen auf ihrem Weg zur Anoden-Lochplatte 46 fokussiert, so dass der größte Teil der Elektronen durch das zentrale Loch in der Anoden-Lochplatte 46 hindurchtreten kann. Dort hat der mit 60 bezeichnete Elektronenstrahl auch seinen kleinsten Durchmesser. Hinter der Anoden-Lochplatte 46 divergiert der Elekronenstrahl 60 wieder.The Wehnelt cylinder 44 is at a slightly more negative potential than the cathode 42 , where the potential difference with the help of a potentiometer 51 can be adjusted. As a result of this potential difference will be from the cathode 42 escaping electrons on their way to the anode perforated plate 46 focused so that most of the electrons pass through the central hole in the anode orifice plate 46 can pass through. There he has with 60 denominated electron beam also its smallest diameter. Behind the anode perforated plate 46 the electron beam diverges 60 again.

Um den Elektronenstrahl 60 wieder zu bündeln, ist hinter der Anoden-Lochplatte 46 eine Fokussiereinrichtung 52 angeordnet, die einen ringförmigen Permanentmagneten 54 und einen steuerbaren, als Elektromagneten ausgebildeten Fokussiermagneten 56 umfasst. Wie in der 3 durch die Buchstaben N und S angedeutet ist, sind die Pole des Permanentmagneten 54 hintereinander entlang einer Längsachse 58 des mit 60 bezeichneten Elektronenstrahls angeordnet. In der kreisförmigen Öffnung des ringförmigen Permanentmagneten 54 entsteht auf diese Weise ein Magnetfeld, das rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse 58 des Elektronenstrahls 60 ist. Die magnetischen Feldlinien in dieser vom Elektronenstrahl 60 durchtretenen Öffnung bewirken eine Verringerung des Strahlquerschnitts, wobei die Elektronen auf eine helixförmige Bahn gezwungen werden.To the electron beam 60 to bundle again is behind the anode perforated plate 46 a focusing device 52 arranged, which is an annular permanent magnet 54 and a controllable, designed as an electromagnet focusing magnet 56 includes. Like in the 3 indicated by the letters N and S, are the poles of the permanent magnet 54 behind one another along a longitudinal axis 58 of with 60 designated electron beam arranged. In the circular opening of the annular permanent magnet 54 arises in this way a magnetic field, the rotationally symmetric with respect to the longitudinal axis 58 of the electron beam 60 is. The magnetic field lines in this of the electron beam 60 penetrated opening cause a reduction in the beam cross-section, the electrons are forced to a helical path.

Zur Feinabstimmung des Strahlquerschnitts ist der steuerbare Fokussiermagnet 56 vorgesehen, der im dargestellten Ausführungsbeispiel hinter dem Permanentmagneten 54 angeordnet ist. Eine Anordnung vor dem Permanentmagneten 54 oder auf gleicher Höhe ist jedoch ebenfalls möglich. Der steuerbare Fokussiermagnet 56 weist in an sich bekannter Weise eine Spule 62 auf, die mit einem ferromagnetischen Kern 64 zusammenwirkt. Das an den Enden des Kerns 64 austretende Magnetfeld hat dabei eine ähnliche Symmetrie wie das Magnetfeld, das von dem ringförmigen Permanentmagneten 54 erzeugt wird. Durch Verändern des die Spule 62 durchfließenden Stromes kann jedoch die Stärke des vom Fokussiermagneten 56 erzeugte Magnetfeldes stufenlos variiert werden, was eine Feineinstellung des Strahldurchmessers ermöglicht. For fine tuning of the beam cross section is the controllable focusing magnet 56 provided, in the illustrated embodiment behind the permanent magnet 54 is arranged. An arrangement in front of the permanent magnet 54 or at the same height is also possible. The controllable focusing magnet 56 has a coil in a conventional manner 62 on that with a ferromagnetic core 64 interacts. That at the ends of the core 64 Exiting magnetic field has a similar symmetry as the magnetic field of the annular permanent magnet 54 is produced. By changing the coil 62 flowing current, however, the strength of the focusing magnet 56 generated magnetic field can be varied continuously, which allows a fine adjustment of the beam diameter.

In Strahlausbreitungsrichtung hinter der Fokussiereinrichtung 52 ist eine Ablenkeinrichtung 66 angeordnet, mit der sich die Richtung des nunmehr fokussierten Elektronenstrahls 60 verändern lässt. Die Ablenkeinrichtung 66 umfasst in an sich bekannter Weise zwei Elektromagneten 68, 70, mit denen sich magnetische Felder erzeugen lassen, deren Feldlinien senkrecht zueinander und zusätzlich senkrecht zur Längsachse 58 des Elektronenstrahls 60 stehen. Infolge der Lorentzkraft erfahren die Elektronen in diesen weitgehend homogenen magnetischen Feldern eine seitwärts wirkende Kraft, wodurch sich die Richtung des Elektronenstrahls 60 verändern lässt. Um die unterschiedliche Ausrichtung der Elektromagnete 68, 70 zu veranschaulichen, sind diese beiden Bauteile nicht im Schnitt, sondern perspektivisch dargestellt. Anstelle von oder zusätzlich zu Elektromagneten können auch Plattenkondensatoren o. ä. eingesetzt werden, mit denen sich homogene elektrische Felder erzeugen lassen, die ebenfalls Ablenkungskräfte auf die den elektrischen Feldern ausgesetzten Elektronen ausüben.In beam propagation direction behind the focusing device 52 is a deflector 66 arranged, with which the direction of the now focused electron beam 60 can change. The deflection device 66 comprises in a conventional manner two electromagnets 68 . 70 with which magnetic fields can be generated whose field lines perpendicular to each other and additionally perpendicular to the longitudinal axis 58 of the electron beam 60 stand. Due to the Lorentz force, the electrons in these largely homogeneous magnetic fields experience a sideways-acting force, which causes the direction of the electron beam 60 can change. To the different orientation of the electromagnets 68 . 70 To illustrate, these two components are not shown in section, but in perspective. Instead of or in addition to electromagnets, it is also possible to use plate capacitors or the like with which homogeneous electric fields can be generated which likewise exert deflecting forces on the electrons exposed to the electric fields.

Mit Hilfe der Ablenkeinrichtung 66 ist es möglich, den fokussierten Elektronenstrahl 60 auf ein kleines Target 72 zu richten, das von einem Targethalter 74 gehalten wird, wie dies im folgenden Abschnitt 3 näher erläutert wird. Die auf dem Target 72 durch Abbremsen der Elektronen entstehende Röntgenstrahlung ist in der 3 mit gepunkteten Pfeilen 32 angedeutet.With the help of the deflection device 66 is it possible to use the focused electron beam 60 on a small target 72 to be directed by a target holder 74 is held, as in the following section 3 is explained in more detail. The on the target 72 X-rays produced by braking the electrons are in the 3 with dotted arrows 32 indicated.

Da zumindest für bestimmte Anwendungen nicht der gesamte Winkelbereich genutzt werden soll, über den die Röntgenstrahlung 32 emittiert wird, ist auf den Kolben 36 ein Abschirmtubus 81 aufschiebbar, der die auftreffende Röntgenstrahlung 32 möglichst vollständig absorbiert. Nur dort, wo der Abschirmtubus 81 eine mit gestrichelten Linien 82 angedeutete Öffnung 83 oder einen Bereich hat, der aus einem für Röntgenstrahlung durchlässigen Material besteht, kann die Röntgenstrahlung 32 aus der Röntgenröhre 18 austreten und auf das Objekt treffen, das von der Röntgenstrahlung 32 durchleuchtet werden soll. Die Öffnung 83 ist dabei so gewählt, dass die Röntgenstrahlung 32 ausschließlich auf den Röntgendetektor 22 fällt. Dies führt bei der in den 1 und 2 gezeigten Geometrie zu einer annähernd bogenförmigen Öffnung 83.Since at least for certain applications not the entire angular range is to be used, over which the X-ray radiation 32 is emitted is on the piston 36 a shielding tube 81 deferrable, the incident X-rays 32 absorbed as completely as possible. Only where the shielding tube 81 one with dashed lines 82 indicated opening 83 or has an area made of X-ray transmissive material, the X-radiation 32 from the x-ray tube 18 emerge and hit the object, that of the X-rays 32 should be illuminated. The opening 83 is chosen so that the X-rays 32 exclusively on the X-ray detector 22 falls. This leads to the in the 1 and 2 shown geometry to an approximately arcuate opening 83 ,

3. Target und Targethalter3. Target and target holder

Der Aufbau des Targets 72 und des Targethalters 74 wird im Folgenden mit Bezug auf die 4 und 5 näher erläutert, die diese beiden Teile in einem axialen Schnitt bzw. in Draufsicht zeigen.The construction of the target 72 and the target holder 74 will be described below with reference to 4 and 5 explained in more detail, showing these two parts in an axial section and in plan view.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Target 72 als dünner kurzer Drahtabschnitt ausgebildet, dessen Durchmesser 40 μm beträgt. Das drahtförmige Target besteht aus einem Material mit hoher Kernladungszahl, da der Wirkungsgrad der Umwandlung der kinetischen Energie der Elektronen in Röntgenbremsstrahlung mit zunehmender Ordnungszahl zunimmt. Elemente wie Platin, Gold, Quecksilber, Blei oder Uran sind hierfür jedoch nur eingeschränkt geeignet, da sie einen relativ niedrigen Schmelzpunkt haben. Besser geeignet sind die Elemente Wolfram oder Tantal, deren Schmelzpunkt bei 3350°C bzw. 2996°C liegt.In this embodiment, the target is 72 designed as a thin short wire section whose diameter is 40 microns. The wire-shaped target is made of a material having a high atomic number, since the efficiency of converting the kinetic energy of the electrons into X-ray braking radiation increases with increasing atomic number. However, elements such as platinum, gold, mercury, lead or uranium are only limitedly suitable for this, since they have a relatively low melting point. More suitable are the elements tungsten or tantalum, whose melting point is 3350 ° C or 2996 ° C.

Der Targethalter 74 hat bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt die Gestalt eines geraden Kreiszylinders, dessen zur Elektronenkanone 40 weisende Stirnseite als Halbkalotte ausgebildet ist. Der Targethalter 74 ist mit einer Bohrung 78 versehen, die sich entlang der Symmetrieachse des Targethalters 74 erstreckt. In diese Bohrung 78 ist das dünne drahtförmige Target 72 so eingesetzt, dass es möglichst flächig an dem Targethalter 74 anliegt. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass das Target 72 in den Targethalter 74 eingequetscht wird. Ein guter Wärmeübergang zwischen dem Target 72 und dem Targethalter 74 ist deswegen wichtig, weil etwa 99% der kinetischen Energie der auf das Target 72 auftreffenden Elektronen in Wärme umgewandelt wird. Wenn auf eine Flüssigkeitskühlung verzichtet werden soll, müssen deswegen die Beschleunigungsspannung und der Kathodenstrom so abgestimmt werden, dass das Target 72 möglichst nicht schmilzt, zumindest jedoch nicht verdampft. Im Allgemeinen wird die Leistung der Röntgenröhre deswegen auch auf Werte von weniger als etwa 100 W beschränkt sein.The target holder 74 has in this embodiment, the overall shape of a straight circular cylinder, whose to the electron gun 40 facing end side is designed as a half-calotte. The target holder 74 is with a hole 78 provided along the axis of symmetry of the target holder 74 extends. In this hole 78 is the thin wire-shaped target 72 used so that it is as flat as possible on the target holder 74 is applied. This is preferably achieved in that the target 72 in the target holder 74 is squeezed. A good heat transfer between the target 72 and the target holder 74 is important because about 99% of the kinetic energy is on the target 72 incident electrons is converted into heat. If liquid cooling is to be dispensed with, then the acceleration voltage and the cathode current must be adjusted so that the target 72 preferably does not melt, but at least not evaporated. In general, therefore, the power of the x-ray tube will also be limited to values less than about 100 watts.

Der Targethalter 74 besteht aus einem Material, das eine geringere Ordnungszahl hat als das Material, aus dem das Target 72 besteht. Geeignet hierfür sind beispielsweise Aluminium, Beryllium oder Kohlenstoff, und zwar wegen seiner besonders hohen Wärmeleitfähigkeit insbesondere die Modifikation als Diamant. Um eine auch eine hohe elektrische Leitfähigkeit zu erhalten und damit ein Aufladen des Targethalters 74 zu verhindern, kann der Diamant auch mit Metallatomen dotiert sein.The target holder 74 consists of a material that has a lower atomic number than the material from which the target is made 72 consists. Suitable for this purpose are, for example, aluminum, beryllium or carbon, and because of its particularly high thermal conductivity in particular the modification as a diamond. In order to obtain a high electrical conductivity and thus a charging of the target holder 74 To prevent the diamond may also be doped with metal atoms.

Die Bohrung 78 im Targethalter 74 fluchtet dabei zumindest im Wesentlichen mit der Einfallsrichtung des Elektronenstrahls 60. Somit trifft der Elektronenstrahl 60 die ihm zugewandte Stirnseite des drahtförmigen Targets 72, wie dies im vergrößerten Ausschnitt A rechts neben der 4 erkennbar ist. Senkrecht zur Einfallsrichtung des Elektronenstrahls 60 ist die Abmessung des Targets 72 folglich gleich dem Drahtdurchmesser, der in der Draufsicht der 5 mit d bezeichnet ist. Wie aus dem Ausschnitt A hervorgeht, ist bei diesem Ausführungsbeispiel angenommen, dass der Durchmesser des Elektronenstrahls 60 etwas kleiner als der Drahtdurchmesser d ist.The hole 78 in the target holder 74 Aligns at least substantially with the direction of incidence of the electron beam 60 , Thus, the electron beam hits 60 the end face of the wire-shaped target facing it 72 as shown in the enlarged detail A right next to the 4 is recognizable. Perpendicular to the direction of incidence of the electron beam 60 is the dimension of the target 72 Consequently, equal to the wire diameter, in the plan view of 5 is denoted by d. As is apparent from the section A, it is assumed in this embodiment that the diameter of the electron beam 60 slightly smaller than the wire diameter d.

Da die Ordnungszahl des Materials des Targethalters 74 kleiner ist als die des Materials, aus dem das Target 72 besteht, wird die beim Abbremsen der Elektronen am Target 72 erzeugte Röntgenstrahlung vom Targethalter 74 nur geringfügig absorbiert. Dabei wird ausgenutzt, dass die Absorption für Röntgenstrahlung annähernd proportional ist zur dritten Potenz der Ordnungszahl. Umgekehrt absorbiert das Target 72 die an seiner Stirnseite erzeugte Röntgenstrahlung relativ stark. Durch die drahtförmige Ausbildung des Targets und Anordnung längs der Einfallrichtung des Elektronenstrahls 60 wird jedoch nur diejenige Röntgenstrahlung vom Target 72 absorbiert, die entlang der Längsrichtung des drahtförmigen Targets 72 emittiert wird. In alle anderen Richtungen hingegen kann sich die Röntgenstrahlung praktisch ungehindert ausbreiten, wie dies in der 3 durch gepunktete Pfeile 32 angedeutet ist. Die zur Elektronenkanone 40 weisende Stirnseite des Targets 72 stellt somit eine praktisch punktförmige Quelle für Röntgenstrahlung 32 dar, die in alle Raumrichtungen mit Ausnahme der Längsrichtung des drahtförmigen Targets 72 Röntgenstrahlung 32 emittiert.As the atomic number of the material of the target holder 74 smaller than that of the material that makes up the target 72 is the braking of the electrons at the target 72 generated x-ray radiation from the target holder 74 only slightly absorbed. It is exploited that the absorption for X-rays is approximately proportional to the third power of the atomic number. Conversely, the target absorbs 72 the X-ray radiation generated on its front side relatively strong. Due to the wire-shaped formation of the target and arrangement along the direction of incidence of the electron beam 60 However, only the X-rays from the target 72 absorbed along the longitudinal direction of the wire-shaped target 72 is emitted. In all other directions, however, the X-rays can spread virtually unhindered, as in the 3 by dotted arrows 32 is indicated. The to the electron gun 40 pointing front of the target 72 thus provides a practically punctiform source of X-radiation 32 in all spatial directions except the longitudinal direction of the wire-shaped target 72 X-rays 32 emitted.

Damit die Röntgenstrahlung 32 möglichst gleichmäßig in alle Raumrichtungen emittiert wird, kann die zur Elektronenkanone 40 weisende Stirnseite des Targets 72 halbkugelförmig abgerundet sein, wie dies in dem vergrößerten Ausschnitt A rechts neben der 4 gezeigt ist.So that the X-rays 32 As evenly as possible is emitted in all spatial directions, can the electron gun 40 pointing front of the target 72 be hemispherical rounded, as shown in the enlarged section A to the right of the 4 is shown.

Wie bereits erwähnt, sollte die im Target 72 erzeugte Wärme möglichst gut in den umgebenden Targethalter 74 abfließen können. Da sich das dünne drahtförmige Target 72 nicht ohne weiteres in die Bohrung 78 einpressen lässt, wird es im Allgemeinen sinnvoll sein, die Bohrung 78 mit einem etwas größeren Durchmesser auszuführen und das Target 72 dann in der Bohrung durch Punktschweißen an einer oder mehreren Stellen zu befestigen.As already mentioned, that should be in the target 72 generated heat as well as possible into the surrounding target holder 74 can drain away. Because the thin wire-shaped target 72 not readily in the hole 78 It will generally make sense to drill the hole 78 with a slightly larger diameter and the target 72 then fix in the hole by spot welding at one or more locations.

In Betracht kommt auch eine Verklemmung des drahtförmigen Targets 72 in einer Bohrung 78 mit größerem Durchmesser unter Verwendung von Klemmelementen, die beispielsweise aus Diamant bestehen können. Dies ist neben der 4 in einem vergrößerten Ausschnitt B gezeigt, wobei die Klemmelemente mit der Bezugsziffer 84 angedeutet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Klemmelemente 84 um den Umfang des Targets 72 verteilt; auch eine Art isostatische Aufnahme mit drei Klemmelementen 84, die in Winkeln von 120° über den Umfang des Targets 72 verteilt sind, kommt selbstverständlich in Betracht. Die Klemmelemente 84 können auch keilförmig ausgebildet sein.A jamming of the wire-shaped target is also possible 72 in a hole 78 with larger diameter using clamping elements, which may for example consist of diamond. This is next to the 4 shown in an enlarged detail B, wherein the clamping elements with the reference numeral 84 are indicated. In the illustrated embodiment, four clamping elements 84 around the perimeter of the target 72 distributed; also a kind of isostatic recording with three clamping elements 84 at angles of 120 ° over the circumference of the target 72 Of course, they are considered. The clamping elements 84 can also be wedge-shaped.

Bei der in den 4 und 5 gezeigten Ausbildung des Targets 72 bleibt der Brennfleck, d. h. der Ort, an dem der auftreffende Elektronenstrahl 60 Röntgenstrahlung erzeugt, selbst dann im Wesentlichen auf den Durchmesser des drahtförmigen Targets 72 beschränkt, wenn der Durchmesser des auftreffenden Elektronenstrahls 60 größer als der Durchmesser des Targets 72 ist. In diesem Fall treffen Elektronen, die nicht am Target 72 abgebremst werden, auf den umgebenden Targethalter 74 oder die Klemmelemente 84. Da sowohl das Material des Targethalters 74 als auch das Material der Klemmelemente 84 eine niedrigere Ordnungszahl haben, entsteht dort erheblich weniger Röntgenstrahlung als am Target 72. Der Brennfleck wird dann lediglich an seinem Umfang etwas verschmiert, wobei aber der größte Teil der Röntgenstrahlung von dem als praktisch punktförmig anzusehenden Target 72 ausgeht.In the in the 4 and 5 shown training of the target 72 remains the focal spot, ie the place where the incident electron beam 60 X-radiation is generated, even then substantially to the diameter of the wire-shaped target 72 limited if the diameter of the incident electron beam 60 greater than the diameter of the target 72 is. In this case, electrons do not hit the target 72 be braked on the surrounding target holder 74 or the clamping elements 84 , Because both the material of the target holder 74 as well as the material of the clamping elements 84 have a lower atomic number, there arises considerably less X-radiation than at the target 72 , The focal spot is then smeared somewhat only at its periphery, but most of the X-radiation is from the target, which is considered to be practically punctiform 72 emanates.

4. Zielführung des Elektronenstrahls4. Route guidance of the electron beam

Wegen der winzigen Abmessungen des Targets 72 senkrecht zur Einfallsrichtung ist es schwierig, die Ausbreitungsrichtung des Elektronenstrahls 60 allein mit baulichen Maßnahmen und einer sorgfältigen Justierung so einzustellen, dass dieser stets mittig auf das Target 72 trifft. Driftvorgänge, etwa aufgrund thermischer Verformung oder Materialdegradationen, die durch die energiereiche Röntgenstrahlung verursacht werden, können schnell dazu führen, dass der einmal eingestellte Elektronenstrahl nach einiger Zeit nicht mehr das Target 72 trifft.Because of the tiny dimensions of the target 72 perpendicular to the direction of incidence, it is difficult to determine the propagation direction of the electron beam 60 to be adjusted with structural measures and a careful adjustment so that it is always centered on the target 72 meets. Drifting, for example due to thermal deformation or material degradation caused by the high-energy X-ray radiation, can quickly lead to the once set electron beam after some time no longer the target 72 meets.

Deswegen weist die Röntgenröhre 18 eine Zieleinrichtung auf, mit der sich der Elektronenstrahl 60 durch Steuern (open loop control) oder Regeln (closed loop control) zuverlässig auf das Target 72 richten lässt. Zu dieser Zieleinrichtung gehört die Ablenkeinrichtung 66, die vorstehend bereits mit Bezug auf die 3 erläutert wurde. Ferner umfasst die Zieleinrichtung einen Brennfleckdetektor, mit dem zumindest der Ort, vorzugsweise auch der Durchmesser, des Brennflecks gemessen werden kann, an dem der Elektronenstrahl 60 auf das Target 72 oder den diesen umgebenden Targethalter 74 auftrifft.That's why the X-ray tube points 18 a target device with which the electron beam 60 by controlling (open loop control) or rules (closed loop control) reliably on the target 72 to judge. To this target device includes the deflection 66 already mentioned above with reference to the 3 was explained. Furthermore, the target device comprises a focal spot detector, with which at least the location, preferably also the diameter, of the focal spot can be measured, at which the electron beam 60 on the target 72 or the surrounding target holder 74 incident.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Brennfleckdetektor eine Detektoreinrichtung mit zwei Platten 86, die so zwischen dem Kolben 36 und dem Abschirmtubus 81 angeordnet sind, dass sie zumindest dann, wenn der Elektronenstrahl 60 auf das Target 72 auftrifft, der Röntgenstrahlung 32 ausgesetzt sind. In the illustrated embodiment, the focal spot detector comprises a detector device with two plates 86 that way between the piston 36 and the shielding tube 81 are arranged to be at least when the electron beam 60 on the target 72 impinges, the X-ray radiation 32 are exposed.

Die Platten 86 sind mit einem Szintillatormaterial 92 beschichtet, das bei Auftreffen von Röntgenquanten Lichtquanten erzeugt. Diese werden einem Lichtleiter 88 zugeführt, der mit einem Photodetektor 87, z. B. einer Photodiode oder einem Photomultiplier, verbunden ist. Bei Verwendung eines Photomultipliers als Photodetektor oder einer wellenlängenabhängig arbeitenden Photodiode ist es möglich, auch Rückschlüsse auf die Energie der Röntgenquanten zu ziehen, welche im Szintillatormaterial 92 in Lichtquanten umgewandelt wurden.The plates 86 are with a scintillator material 92 coated, which generates light quanta upon impact of X-ray quanta. These become a light guide 88 supplied with a photodetector 87 , z. B. a photodiode or a photomultiplier is connected. When using a photomultiplier as a photodetector or a wavelength-dependent working photodiode, it is possible to draw conclusions about the energy of the X-ray quantum, which in the scintillator material 92 were converted into light quanta.

Es können auch mehrere Sätze von ebenen oder gekrümmten Platten 86 mit Szintillatormaterial 92 und diesen zugeordneten Photodetektoren 87 vorgesehen sein. Werden diese Platten 86 beispielsweise mit mehrzähliger Symmetrie über den Umfang des Kolbens 36 verteilt, so lassen sich Aussagen über das Winkelspektrum der erzeugten Röntgenstrahlung 32 machen.There may also be several sets of flat or curved plates 86 with scintillator material 92 and their associated photodetectors 87 be provided. Will these plates 86 for example, with multiple symmetry over the circumference of the piston 36 distributed, so can statements about the angle spectrum of the generated X-rays 32 do.

Insbesondere dann, wenn das Szintillatormaterial 92 sehr nahe am Target 72 angeordnet ist, kann es zweckmäßig sein, das Szintillatormaterial 92 durch eine zusätzlich auf die Platten aufgebrachte Absorberschicht oder durch Maßnahmen gleicher Wirkung vor zu intensiver Röntgenstrahlung 32 zu schützen.In particular, when the scintillator material 92 very close to the target 72 is arranged, it may be appropriate to the scintillator material 92 by an additionally applied to the plates absorber layer or by measures of the same effect against too intense X-radiation 32 to protect.

Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die mit Szintillatormaterial 92 beschichteten Platten 86 nicht außerhalb, sondern innerhalb des Kolbens 36 angeordnet. Wird der Photodetektor direkt an das Szintillatormaterial 92 herangeführt, so kann auf den Lichtleiter 88 verzichtet werden.In other embodiments, those with scintillator material 92 coated plates 86 not outside, but inside the piston 36 arranged. Will the photodetector directly to the scintillator material 92 brought on, so can on the light guide 88 be waived.

Alternativ oder zusätzlich zu einer oder mehreren Platten 86 mit Szintillatormaterial 92 können auch Sammelelektroden 90, die vorzugsweise aus einem für Röntgenstrahlung 32 durchlässigen Metall bestehen, im Innenraum 38 des Kolbens 36 angeordnet sein. In der 3 liegen sich zwei solche Sammelelektroden 90 diametral gegenüber; weitere Paare von Sammelelektroden können zusätzlich über den Umfang des Kolbens 36 verteilt sein. Die Sammelelektroden 90 haben die Aufgabe, Rückstreu- und Sekundärelektroden, die vom Target 72 ausgehen, zu erfassen und als Stromsignale detektierbar zu machen.Alternatively or in addition to one or more plates 86 with scintillator material 92 can also collectors 90 preferably made of one for X-radiation 32 permeable metal, in the interior 38 of the piston 36 be arranged. In the 3 lie two such collecting electrodes 90 diametrically opposite; additional pairs of collecting electrodes may be added over the circumference of the bulb 36 be distributed. The collecting electrodes 90 have the task of backscatter and secondary electrodes from the target 72 go out to detect and make detectable as current signals.

Alternativ oder zusätzlich hierzu kann der Kolben 38 81 als Träger für eine Sammelelektrode verwendet werden, mit der Sekundär- oder Rückstreuelektronen erfasst werden können. Die Sammelelektrode wird dann z. B. durch eine auf die Innenseite des Kolbens 36 aufgebrachte elektrisch leitende Beschichtung, die in der 3 bei 99 angedeutet ist, oder ein elektrisch getrennt kontaktierbares Blech gebildet. Alternativ kann auch der Kolben 36 direkt als Sammelelektrode verwendet werden, wenn er zumindest innen elektrisch leitfähig ist und das Target über eine getrennte elektrische Kontaktierung verfügt, die bei 95 angedeutet ist.Alternatively or additionally, the piston 38 81 be used as a support for a collecting electrode, with the secondary or backscattered electrons can be detected. The collecting electrode is then z. B. by a on the inside of the piston 36 applied electrically conductive coating in the 3 at 99 is indicated, or an electrically separately contactable sheet formed. Alternatively, the piston can 36 be used directly as a collecting electrode, if it is at least electrically conductive and the target has a separate electrical contact, which at 95 is indicated.

Die 6 zeigt in Form eines Blockschaltbildes, wie die Detektoreinrichtung des Brennfleckdetektors mit einer Steuereinheit 91 verbunden sind, die ihrerseits die Fokussiereinrichtung 52 und die Ablenkeinrichtung 66 mit den Elektromagneten 68, 70 ansteuert. Unterstellt ist in diesem Ausführungsbeispiel, dass die Detektoreinrichtung des Brennfleckdetektors wie vorstehend erläutert ein Szintillatormaterial 92 und einen optisch damit verbundenen Photodetektor 87 sowie mehrere Sammelelektroden 90, 99 aufweist, die mit geeigneten Auswerteschaltungen für die Bestimmung der Zahl der auftreffenden Elektronen verbunden sind. Die Steuereinheit 91 steuert die Fokussiereinrichtung 52 und vor allem die Elektromagneten 68, 70 der Ablenkeinrichtung 66 so an, dass der Elektronenstrahl 60 auf das Target 72 auftrifft.The 6 shows in the form of a block diagram, as the detector device of the focal spot detector with a control unit 91 are connected, in turn, the focusing device 52 and the deflector 66 with the electromagnets 68 . 70 controls. In this exemplary embodiment, it is assumed that the detector device of the focal spot detector, as explained above, is a scintillator material 92 and an optically associated photodetector 87 as well as several collecting electrodes 90 . 99 which are connected to suitable evaluation circuits for the determination of the number of impinging electrons. The control unit 91 controls the focusing device 52 and especially the electromagnets 68 . 70 the deflection device 66 so on, that the electron beam 60 on the target 72 incident.

Dies kann beispielsweise in der Weise erfolgen, dass der Elektronenstrahl 60 scannerartig über das Target 72 und den umgebenden Targethalter 74 geführt wird. Sobald der Elektronenstrahl 60 das Target 72 trifft, messen die Detektoreinrichtungen des Brennfleckdetektors eine starke Erhöhung der Röntgenstrahlung und/oder der Rückstreu- und Sekundärelektronen. Hat der Elektronenstrahl 60 einmal das Target 72 getroffen und somit sein Ziel erreicht, so kann durch eine einfache Regelung gewährleistet werden, dass die Ablenkeinrichtung 66 fortan so angesteuert wird, dass die detektierte Röntgenstrahlung und/oder die detektierten Rückstreu- und Sekundärelektronen eine maximale Intensität haben.This can be done for example in such a way that the electron beam 60 scanner-like over the target 72 and the surrounding target holder 74 to be led. Once the electron beam 60 the target 72 the measuring means of the focal spot detector measure a strong increase of the X-radiation and / or the backscatter and secondary electrons. Has the electron beam 60 once the target 72 met and thus achieved its goal, it can be ensured by a simple scheme that the deflection 66 is controlled so that the detected X-ray and / or the detected backscatter and secondary electrons have a maximum intensity.

Ferner kann in entsprechender Weise auch die Fokussiereinrichtung 52 so von der Steuereinheit 91 angesteuert werden, dass die Intensität der erzeugten Röntgenstrahlung und/oder der detektierten Rückstreuelektronen maximal ist.Furthermore, in a corresponding manner, the focusing device 52 so from the control unit 91 be controlled so that the intensity of the generated X-ray radiation and / or the detected backscattered electrons is maximum.

Anstelle einer maximalen Intensität kann auch eine andere Regelgröße dem Regelkreis zugrunde gelegt werden, z. B. ein bestimmter kleinerer Intensitätswert. Die Steuereinheit 91 kann deswegen mit dem Computer 16 verbunden sein, über den eine Bedienperson mit Hilfe einer Tastatur oder einer anderen Eingabeeinrichtung die Regelgröße zumindest in gewissen Grenzen festlegen kann.Instead of a maximum intensity, another control variable can also be used as the basis for the control loop, eg. B. a certain smaller intensity value. The control unit 91 can therefore with the computer 16 be connected, via which an operator using a keyboard or other input device can set the control variable, at least within certain limits.

Die Zieleinrichtung kann auch als eine Art Rasterelektronenmikroskop eingesetzt werden, bei dem ja ebenfalls ein dünner Elektronenstrahl scannerartig über ein abzutastendes Objekt geführt wird. Aus der Erfassung der vom Objekt austretenden oder rückgestreuten Elektronen ergibt sich dort ein rasterelektronenmikroskopisches Bild des Objektes. Bei der Röntgenröhre 18 ist das Objekt durch das Target 72 und den Targethalter 74 gegeben. Das rasterelektronenmikroskopische Bild des Targets 72 und des umgebenden Targethalters 74 wird dazu verwendet, den Ort des Targets 72 zu erkennen, um darauf dauerhaft den Elektronenstrahl 60 fokussieren zu können. The target device can also be used as a kind of scanning electron microscope, in which a thin electron beam is likewise guided scanner-like over an object to be scanned. From the detection of the electrons emerging or backscattered by the object, a scanning electron microscopic image of the object results there. At the x-ray tube 18 is the object through the target 72 and the target holder 74 given. The scanning electron micrograph of the target 72 and the surrounding target holder 74 is used to the place of the target 72 to recognize it permanently on the electron beam 60 to be able to focus.

Ermöglicht der Brennfleckdetektor eine energieaufgelöste Detektion der Röntgenstrahlung, so kann auch die charakteristische Röntgenstrahlung des Targetmaterials 72 erkannt und zur Steuerung oder Regelung des Elektronenstrahls 60 verwendet werden. Auf diese Weise lässt sich das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern.If the focal spot detector permits energy-resolved detection of the X-ray radiation, the characteristic X-ray radiation of the target material can also be used 72 detected and for controlling the electron beam 60 be used. In this way, the signal-to-noise ratio can be improved.

Um eine optimale Fokussierung des Elektronenstrahls mit Hilfe der Fokussiereinrichtung 52 zu erzielen, kann die Fokussierung schrittweise durchgestimmt werden, wobei bei jeder Fokussierung durch Abscannen ein rasterelektronenmikroskopisches Bild des Targets 72 und des umgebenden Targethalters 74 erzeugt wird. Für die spätere Erzeugung von Röntgenstrahlen wird diejenige Fokussierung gewählt, bei der das Bild des Targets 72 eine Eigenschaft hat, die einem vorgegebenen Wert möglichst nahe kommt. Bei dieser Eigenschaft kann es sich z. B. um die Kantensteilheit handeln, die als erste (oder ggf. auch höhere Ableitung) des Intensitätsverlaufs definiert ist. Je abrupter sich die Intensität dort, wo auf dem Bild der Umfang des Targets 72 erkennbar ist, ändert, desto schärfer erscheint das Bild des Targets, und desto kleiner muss der Durchmesser des Elektronenstrahls bei der Aufnahme des rasterelektronenmikroskopischen Bildes gewesen sein.To achieve optimal focusing of the electron beam with the aid of the focusing device 52 In order to achieve the focusing can be tuned step by step, with each focusing by scanning a scanning electron microscope image of the target 72 and the surrounding target holder 74 is produced. For the later generation of X-rays, that focusing is chosen in which the image of the target 72 has a property that comes as close as possible to a given value. This property may be z. B. to act on the edge steepness, which is defined as the first (or possibly higher derivative) of the intensity profile. The more abruptly the intensity there, where in the picture the circumference of the target 72 is recognizable, the sharper the image of the target appears, and the smaller the diameter of the electron beam must have been when taking the scanning electron microscope image.

Es kommen jedoch auch andere Eigenschaften des Bildes in Betracht, die zur Steuerung der Fokussiereinrichtung herangezogen werden können. Wird als Eigenschaft beispielsweise der Kontrast gewählt, der einen maximalen Wert annehmen soll, so führt dies zu einer Fokussierung des Elektronenstrahls, bei der die erzeugte Röntgenstrahlung eine maximale Intensität hat.However, there are also other properties of the image into consideration, which can be used to control the focusing device. If, for example, the contrast is chosen as the property which should assume a maximum value, this leads to a focusing of the electron beam, in which the generated X-radiation has a maximum intensity.

5. Weitere Ausführungsbeispiele5. Further embodiments

Die Detektoreinrichtung des Brennfleckdetektors, d. h. das Szintillatormaterial 92, der Photodetektor 87 sowie die Sammelelektroden 90 und 99, können auch dazu verwendet werden, um die Intensität der erzeugten Röntgenstrahlung 32 zu messen und die Heizspannungsquelle 48 und/oder den Wehnelt-Zylinder 44 so anzusteuern, dass die gemessene Intensität sich möglichst weitgehend einer vorgegebenen Sollintensität annähert. Bei bekannter Intensität der Röntgenstrahlung und bekannter Größe und Anordnung der Öffnungen in der Abschirmung 81 lässt sich dann das Dosis-Flächenprodukt berechnen, das vor allem bei medizinischen Anwendungen eingehalten werden muss.The detector device of the focal spot detector, ie the scintillator material 92 , the photodetector 87 as well as the collecting electrodes 90 and 99 , can also be used to increase the intensity of the generated X-rays 32 to measure and the Heizspannungsquelle 48 and / or the Wehnelt cylinder 44 to control so that the measured intensity approaches as closely as possible a predetermined target intensity. With known intensity of X-radiation and known size and arrangement of the openings in the shield 81 can then calculate the dose area product, which must be complied with, especially in medical applications.

Die 7 und 8 zeigen in an die 4 und 5 angelehnten Darstellungen einen Targethalter 74 mit darin. aufgenommenen Target 72 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel in einem axialen Schnitt bzw. einer Draufsicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Target 72 ebenfalls als dünner Drahtabschnitt ausgebildet, wobei jedoch die Längsrichtung des Drahtabschnitts senkrecht zur Einfallsrichtung des Elektronenstrahls 60 verläuft. Das Target 72 ist dabei beispielsweise auf der Oberfläche des Targethalters 74 durch Punktschweißen befestigt oder zur Verbesserung des Wärmeübergangs in eine keilförmige Vertiefung 97 eingelegt, wie dies in dem vergrößerten Schnitt D erkennbar ist, der lediglich das zur Elektronenkanone 40 weisende Ende des Targethalters 74 mit dem darin aufgenommenen Target 72 zeigt. Die Länge l des Targets 72 beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 500 μm und der Durchmesser d des Targets 72 40 μm.The 7 and 8th show in the 4 and 5 a leaned representations a target holder 74 with it. recorded target 72 according to another embodiment in an axial section and a plan view, respectively. In this embodiment, the target is 72 also formed as a thin wire section, but wherein the longitudinal direction of the wire portion perpendicular to the direction of incidence of the electron beam 60 runs. The target 72 is for example on the surface of the target holder 74 fixed by spot welding or to improve the heat transfer in a wedge-shaped depression 97 inserted, as can be seen in the enlarged section D, the only to the electron gun 40 pointing end of the target holder 74 with the target received therein 72 shows. The length l of the target 72 is in this embodiment, 500 microns and the diameter d of the target 72 40 μm.

Die beim Auftreffen des Elektronenstrahls 60 erzeugte Röntgenstrahlung wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel nahezu gleichmäßig in alle Raumrichtungen emittiert. Nur Röntgenstrahlung, die entlang der Längsachse des Targets 72 emittiert wird, wird vom Target 72 stark absorbiert. Folglich emittiert ein solches Target 72 keine Röntgenstrahlung für Azimutwinkel von 90° und 270°. Dafür kann sich, anders als bei dem in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel, Röntgenstrahlung entlang der Einfallrichtung des Elektronenstrahls 60, d. h. mit einem Azimutwinkel von 360°, ausbreiten, was für bestimmte Anwendungen der Röntgenröhre 18 vorteilhaft sein kann.The impact of the electron beam 60 X-ray radiation generated in this exemplary embodiment is emitted almost uniformly in all spatial directions. Only X-rays that are along the longitudinal axis of the target 72 is emitted from the target 72 strongly absorbed. Consequently, such a target emits 72 no X-rays for azimuth angles of 90 ° and 270 °. This can, unlike that in the 4 and 5 shown embodiment, X-radiation along the direction of incidence of the electron beam 60 , ie with an azimuth angle of 360 °, propagate what for certain applications of the x-ray tube 18 may be advantageous.

Je mehr man die Länge l des Targets 72 verkürzt, desto geringer ist die Absorption der Röntgenstrahlung entlang der Längsrichtung des Targets 72. Im Grenzfall kleiner werdender Längen l nähert sich die Form des Targets 72 immer mehr einem kurzen Kreiszylinder oder einem Kubus mit einer Kantenlänge von weniger als 100 μm und vorzugsweise von weniger als 50 μm an.The more you get the length l of the target 72 shortened, the lower the absorption of the X-ray along the longitudinal direction of the target 72 , In the limit of decreasing lengths, the shape of the target approaches 72 more and more a short circular cylinder or a cube with an edge length of less than 100 microns, and preferably less than 50 microns of.

Um die Winkelabhängigkeit der emittierten Röntgenstrahlung weiter zu verringern, kann das Target 72 die Form einer kleinen Kugel erhalten, wie dies bei dem in den 9 und 10 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. In diesem Fall beträgt der Durchmesser d = 25 μm, so dass die maximale Ausdehnung des Targets für alle Richtungen senkrecht zur Einfallsrichtung weniger als 50 μm beträgt.In order to further reduce the angular dependence of the emitted X-radiation, the target can 72 get the shape of a small ball, as in the in the 9 and 10 illustrated embodiment is the case. In this case, the diameter d = 25 microns, so the maximum Extension of the target for all directions perpendicular to the direction of incidence is less than 50 microns.

Bei diesem Ausführungsbeispiel hat der Targethalter 74 im Wesentlichen die Form einer Kugel, die sich über einen Zapfen 98 an dem Kolben 36 abstützt. Der kugelförmige Targethalter 74 ist dabei mit einer kegelstumpfförmigen Ausnehmung 96 zur Aufnahme des kugelförmigen Targets 72 versehen. Eine solche kegelstumpfförmige Ausnehmung 96 hat den Vorteil, dass sich das Target 72 von alleine in der Ausnehmung 96 zentriert; gegebenenfalls kann sogar auf eine Befestigung durch Punktschweißen o. ä. verzichtet werden, wenn die Klemmwirkung, die vom Targethalter 74 auf das Target 72 ausgeübt wird, ausreichend groß ist.In this embodiment, the target holder 74 essentially the shape of a sphere extending over a pin 98 on the piston 36 supported. The spherical target holder 74 is doing with a frusto-conical recess 96 for receiving the spherical target 72 Mistake. Such a frusto-conical recess 96 has the advantage of being the target 72 by itself in the recess 96 centered; Optionally, even a fixing by spot welding o. Ä. Be waived if the clamping action of the target holder 74 on the target 72 is exercised, is sufficiently large.

Da durch verschiedene Bauteile, etwa die Platte 86 mit dem Szintillatormaterial 92 und die Beschichtung 99 auf dem Abschirmtubus 81, Röntgenstrahlung 32 wenn auch nur geringfügig absorbiert wird, kann die ursprünglich vorhandene weitgehend winkelunabhängige Intensitätsverteilung etwas gestört werden. Um hier einen Ausgleich zu schaffen, kann die Wandung des Kolbens 36, die ebenfalls zu einem geringen Teil Röntgenstrahlung 32 absorbiert, eine lokal variierende Dicke aufweisen. Die Dickenschwankungen werden dabei so festgelegt, dass sich außerhalb des Kolbens 36 die gewünschte winkelunabhängige Intensitätsverteilung ergibt. Entsprechendes gilt natürlich auch für den Fall, dass eine gezielte anisotrope, d. h. winkelabhängige Intensitätsverteilung gewünscht ist. In der 9 ist eine solche gezielt eingebrachte Dickenschwankung bei ΔD angedeutet.Because of various components, such as the plate 86 with the scintillator material 92 and the coating 99 on the shielding tube 81 , X-ray radiation 32 even if only slightly absorbed, the originally present largely angle-independent intensity distribution can be somewhat disturbed. To compensate here, the wall of the piston can 36 , which also contains a small part of X-radiation 32 absorbed, have a locally varying thickness. The thickness variations are determined so that outside the piston 36 gives the desired angle-independent intensity distribution. The same applies, of course, for the case that a targeted anisotropic, ie angle-dependent intensity distribution is desired. In the 9 is such a deliberately introduced thickness variation indicated at ΔD.

Dieses Prinzip kann auch auf den Targethalter 74 angewendet werden, der ebenfalls einen kleinen Teil der durchtretenden Röntgenstrahlung 32 absorbiert. Eine spezielle Formgebung des Targethalters 74 kann zur Einstellung einer gewünschten Intensitätsverteilung im Winkelraum beitragen.This principle can also apply to the target holder 74 also apply a small portion of the transmitted X-radiation 32 absorbed. A special shape of the target holder 74 can contribute to setting a desired intensity distribution in the angular space.

Die 11 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem in der Röntgenröhre 18 nicht nur ein Target 72 mit Targethalter 74, sondern insgesamt fünf Targets 72 mit jeweils zugeordneten Targethaltern 74 angeordnet sind. Mit Hilfe der Ablenkeinrichtung 66 lässt sich der Elektronenstrahl 60 auf jedes der fünf Targets 72 richten. Dadurch ist es möglich, mit einer einzigen Röntgenröhre 18 Röntgenquellen an unterschiedlichen Orten zu erzeugen. Da zum Ablenken des Elektronenstrahls 60 keine Teile bewegt werden müssen, können zwei oder mehr Röntgenaufnahmen sehr schnell hintereinander aus unterschiedlichen Perspektiven aufgenommenen werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Gefahr besteht, dass sich das Objekt 100 zwischen den Aufnahmen bewegt, wie dies etwa bei Anwendungen in der (zahn)medizinischen Diagnose der Fall ist.The 11 shows a modified embodiment in which in the X-ray tube 18 not just a target 72 with target holder 74 but a total of five targets 72 each with associated target holders 74 are arranged. With the help of the deflection device 66 lets the electron beam 60 on each of the five targets 72 judge. This makes it possible with a single x-ray tube 18 To generate X-ray sources at different locations. As for deflecting the electron beam 60 No parts have to be moved, two or more X-ray images can be recorded very quickly in quick succession from different perspectives. This is particularly advantageous when there is a risk that the object 100 moves between shots, as is the case with applications in (dental) medical diagnosis.

Bei jeder Röntgenaufnahme entsteht auf dem Röntgendetektor 22 ein Bild, das in der 11 jeweils durch einen hinter dem Röntgendetektor 22 gezeichneten Doppelpfeil angedeutet ist. Bei geeigneter Festlegung der die Abbildungsgeometrie festlegenden Abmessungen kann dabei erreicht werden, dass sich die einzelnen Bilder nicht auf dem Röntgendetektor überlappen, wie dies in der 11 gezeigt ist. Dadurch kann beispielsweise ein Arzt das gleiche Objekt auf einem Bildträger aus zwei oder mehr unterschiedlichen Perspektiven betrachten.Every X-ray takes place on the X-ray detector 22 a picture that is in the 11 each by one behind the X-ray detector 22 drawn double arrow is indicated. By suitably determining the dimensions defining the imaging geometry, it can be achieved that the individual images do not overlap on the X-ray detector, as shown in FIG 11 is shown. This allows, for example, a doctor to view the same object on an image carrier from two or more different perspectives.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2008/017376 A1 [0036]
DE 102009060390 [0066]

Claims

X-ray tube with a) an electron gun ( 40 ) for generating an electron beam ( 60 ), b) a target ( 72 ), which consists of a target material and is released at the X-ray radiation when the electron beam ( 60 ) along a direction of incidence on the target ( 72 ) and with c) a target holder ( 74 ) where the target ( 72 ) and which consists of a holder material having a smaller atomic number than the target material, characterized in that the target ( 72 ) has a width of less than 250 microns at least in one direction, which is perpendicular to the direction of incidence.

X-ray tube according to claim 1, characterized in that the target ( 72 ) perpendicular to the direction of incidence of the electron beam has a maximum extension of less than 250 microns.

X-ray tube according to claim 1 or 2, characterized in that the target ( 72 ) is formed as a straight wire section.

X-ray tube according to claim 3, characterized in that the target holder ( 72 ) a wedge-shaped recess ( 97 ), in which the wire section is jammed.

X-ray tube according to claim 2 and claim 3, characterized in that the wire section has a longitudinal axis which encloses with the direction of incidence an angle of less than 30 °, preferably of less than 3 °.

X-ray tube according to claim 5, characterized in that the electron gun ( 40 ) facing end of the wire section is rounded.

X-ray tube according to one of claims 5 to 7, characterized in that the target holder ( 74 ) a hole ( 78 ), in which the wire section is received.

X-ray tube according to claim 7, characterized in that the wire section with clamping elements in the bore ( 78 ) is jammed.

X-ray tube according to one of claims 3 to 8, characterized in that the length of the wire section is at most 1.5 times, preferably at most 1.1 times, its maximum diameter.

X-ray tube according to claim 1 or 2, characterized in that the target ( 72 in 9 ) is formed as a ball.

X-ray tube according to claim 10, characterized in that the target holder ( 74 ) a frusto-conical recess ( 96 ), in which the target ( 72 ) is jammed.

X-ray tube according to one of the preceding claims, characterized in that the target ( 72 ) by electric spot welding with the target holder ( 74 ) connected is.

X-ray tube according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises: a) a deflection device ( 66 ) for deflecting the electron beam ( 60 ), b) a focal spot detector ( 86 . 87 . 88 . 90 . 92 . 99 ) which is adapted to measure the location of the focal spot at which the electron beam ( 60 ) on the target ( 72 ) or the target holder ( 74 ) and a c) control unit ( 91 ) arranged to deflect the deflector ( 66 ) in such a way depending on the location of the focal spot to control that the electron beam ( 60 ) on the target ( 72 ).

X-ray tube according to claim 13, characterized in that the focal spot detector a) comprises a detector device ( 86 . 87 . 88 . 90 . 92 . 99 ) for detecting X-ray radiation and / or secondary electrons and / or backscattered electrons which, upon impact of the electron beam on the target ( 72 ) and / or the target holder ( 74 ), wherein the detector device has a detector surface ( 92 . 90 . 99 ), and that the focal spot detector is further b) arranged to the deflection device ( 66 ) such that the electron beam ( 60 ) like a scanner over the target ( 72 ) and the target holder ( 74 ), whereby a scanning electron microscope image of the target ( 72 ).

X-ray tube according to claim 13 or 14, characterized in that a) the X-ray tube ( 18 ) a focusing device ( 52 ), which is adapted to the electron beam ( 60 ), b) the focal spot detector ( 86 . 87 . 88 . 90 . 92 . 99 ) is set up, a property, in particular the edge steepness, of the scanning electron microscope image of the target ( 72 ) and that c) the control unit ( 91 ), the focusing device ( 52 ) in such a way that the measured property of the image reaches a predetermined value.

X-ray tube according to claim 14 or 15, characterized in that the X-ray tube ( 18 ) a jet pipe ( 36 ), in which the electron beam ( 60 ), and a Abschirmtubus ( 81 ) having, on the jet pipe ( 36 ) and for X-ray radiation ( 32 ) is impermeable.

X-ray tube according to claim 16, characterized in that the detector surface ( 99 ) from the inside of the jet pipe ( 36 ), or that the jet pipe ( 36 ) is electrically conductive and the detector surface of the jet pipe ( 36 ) is formed.

X-ray tube according to one of claims 14 to 17, characterized in that the detector surface is a scintillator ( 92 ), which upon impact of X-radiation ( 32 ) Generates light signals, and that the detector device further comprises a photodetector sensitive to the light signals ( 87 ) and a light guide ( 88 ), the detector surface ( 92 ) with the photodetector ( 87 ) connects.

X-ray tube according to one of the preceding claims, characterized in that the X-ray tube ( 18 ) a jet pipe ( 36 ) having an X-ray slightly absorbing wall whose thickness varies.

X-ray tube according to claim 19, characterized in that the thickness of the wall varies such that the out of the jet pipe ( 36 ) emitted X-radiation ( 32 ) over all angles at which X-rays from the beam pipe ( 36 ), which has the same intensity.

X-ray tube according to one of the preceding claims, characterized by a plurality of separate targets ( 72 in 11 ), at which time the electron beam ( 60 ) is directable to any target.

A system for producing X-ray images for dental or orthodontic diagnostics, comprising: a) an oral cavity ( 28 ) of a patient ( 30 ) mountable X-ray tube ( 18 ) according to one of the preceding claims, and b) an X-ray detector ( 22 ) which can be arranged in such a way that it at least extends around a part of the patient's mandibular arch from the outside ( 30 ) and with which on the X-ray detector ( 32 ) incident X-radiation is detectable after these teeth ( 34 ) of the patient ( 30 ) has passed through.