DE102010060484B4 - System und Verfahren zum Fokussieren und Regeln/Steuern eines Strahls in einer indirekt geheizten Kathode - Google Patents

Abstract

Indirekt geheizte Kathodenanordnung (52), zu der gehören:
wenigstens eine Elektronenquelle (58), die eine einzelne zylindrische Glühwendel (59) aufweist, um einen ersten Elektronenstrahl (64) zu erzeugen;
ein Emitter (60), der dazu dient, bei Erwärmung durch den ersten Elektronenstrahl (64) einen zweiten Elektronenstrahl (66) hervorzubringen; und
eine Fokussierungselektrode (72), die wenigstens eine Seitenwand (74), eine horizontale Wand (76) und eine zentrale Wand (106) aufweist, die mit der horizontalen Wand (76) verbunden ist, wobei die einzelne zylindrische Glühwendel (59) die zentrale Wand (106) umgibt und wobei die Seitenwand (74), die horizontale Wand (76) und die zentrale Wand (106) gezielt in Bezug auf die einzelne zylindrische Glühwendel (59) positioniert sind, um eine Intensitätsverteilung des auf den Emitter (60) auftreffenden ersten Elektronenstrahls (64) zu steuern.

Description

• HINTERGRUND
• Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen sich allgemein auf Röntgenröhren und spezieller auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fokussierung und Kontrolle eines Strahls in einer indirekt geheizten Kathode.
• Gewöhnlich emittiert in Computertomographie-(CT)-Bildgebungssystemen eine Röntgenstrahlenquelle einen fächerförmigen oder konusförmigen Strahl in Richtung einer Person oder eines Objekts, beispielsweise eines Patienten oder eines Gepäckstücks. Im Folgenden können die Begriffe „Person“ und „Objekt“ ein beliebiges abbildbares Objekt beinhalten. Der Strahl trifft, nachdem er durch das Objekt geschwächt wurde, auf eine Matrix von Strahlungsdetektoren. Die Intensität der an der Detektormatrix aufgefangenen geschwächten Strahlung hängt gewöhnlich von der Schwächung des Röntgenstrahls durch den Patienten ab. Jedes Detektorelement einer Detektormatrix erzeugt ein unabhängiges elektrisches Signal, das den geschwächten Strahl kennzeichnet, der von jedem Detektorelement aufgenommen ist. Die elektrischen Signale werden zur Analyse an ein Datenverarbeitungssystem übertragen. Das Datenverarbeitungssystem verarbeitet die elektrischen Signale, um die Erzeugung eines Bildes durchzuführen.
• Allgemein werden die Röntgenstrahlenquelle und die Detektormatrix in einer Bildgebungsebene um eine Gantry und um den Patienten bzw. die Person gedreht. Außerdem weist die Röntgenstrahlenquelle gewöhnlich eine Röntgenröhre auf, die den Röntgenstrahl auf einen Brennpunkt abstrahlt. Weiter enthält der Röntgenstrahldetektor oder die Detektormatrix gewöhnlich einen Kollimator, um an dem Detektor aufgenommene Röntgenstrahlen zu kollimieren, einen Szintillator, der benachbart zu dem Kollimator angeordnet ist, um Röntgenstrahlen in Lichtenergie umzuwandeln, und Photodioden, um die Lichtenergie von dem benachbarten Szintillator aufzunehmen und daraus elektrische Signale zu erzeugen.
• Außerdem enthalten gegenwärtig verfügbare Röntgenröhren gewöhnlich einen Glühdraht, der Elektronen hervorbringt. Ein Kathodenbecher umgibt den Glühdraht, um die Elektronen in einen Elektronenstrahl zu fokussieren. Der Elektronenstrahl trifft auf eine Anode, was dazu führt, dass diese Röntgenstrahlen emittiert. Nachteilig ist, dass der Glühdraht in diesen Konstruktionen insbesondere im Falle von Hochleistungsanwendungen eine begrenzte Lebensdauer und eine mäßige Abstrahlungsqualität aufweist. Darüber hinaus erfordern Hochleistungsanwendungen eine Erwärmung des Glühdrahts auf eine hohe Temperatur, was zu Verdampfung von Material des Glühdrahts führt. Diese Verdampfung von Material wiederum verkürzt die Lebensdauer des Glühdrahts. Weiter weist der aus dem Emitter austretende Elektronenstrahl im Falle eines Glühdrahtemitters aufgrund der gekrümmten Oberflächen von Spulen eine gewisse anfängliche Transversalgeschwindigkeit auf. Diese anfängliche Geschwindigkeit mindert die Strahlqualität und verhindert, dass der Elektronenstrahl einen klein bemessenen Brennfleck auf dem Target hervorbringt.
• Darüber hinaus verwenden einige gegenwärtig verfügbare Röntgenröhren indirekt geheizte Kathoden. Eine indirekt geheizte Kathode weist allgemein eine Strahlungsquelle auf, die durch einen Elektronenstrahl geheizt wird, der aus einem Glühdraht hervorgebracht ist, der hinter dem Hauptemitter angeordnet ist. Diese Konstruktion führt ungünstigerweise zu einer ungleichförmigen Temperaturverteilung an dem Emitter. Es ist daher erwünscht, eine Konstruktion einer Röntgenröhre entwickeln, die eine lange Emitterlebensdauer und eine verbesserte Strahlqualität aufweist.
• Um eine gleichmäßige Temperatur an dem Emitter zu erzielen, besteht außerdem ein Bedarf, eine indirekt geheizte Kathode zu entwickeln, die in der Lage ist, das auf den Emitter auftreffende Strahlprofil zu beeinflussen.
• US 2008/0187093 A1 beschreibt eine Röntgenröhre mit einer indirekt geheizten Kathodenanordnung und ein Computertomographiesystem mit einer derartigen Röntgenröhre. Die indirekt geheizte Kathodenanordnung weist eine Elektronenquelle zur Erzeugung eines primären Elektronenstrahls und einen Emitter auf, der bei Erwärmung durch den ersten Elektronenstrahl einen sekundären Elektronenstrahl erzeugt. Eine Fokussierungselektrode kann dazu eingerichtet sein, den primären Elektronenstrahl zu steuern und in Richtung des Emitters zu lenken. In einer Ausführungsform ist die Elektronenquelle eine Glühwendel, die in einem Isolator- oder Fokussierbecher untergebracht ist, um den primären Elektronenstrahl in eine gewünschte Richtung auf den Emitter zu lenken.
• US 6 456 691 B2 beschreibt eine Röntgenröhre mit einer indirekt geheizten Kathodenanordnung, die eine Glühwendel aufweist, die hinter einer Kathode mit einem Emitter angeordnet ist, um durch Beaufschlagung der Kathode mit einem primären Elektronenstrahl die Heiztemperatur der Kathode zu steuern und dadurch die Menge an Elektronenemission aus dem Emitter zu regeln. Ein Wehnelt-Zylinder ist dazu vorgesehen und angeordnet, den durch den Emitter emittierten sekundären Elektronenstrahl auf ein Target zur Erzeugung von Röntgenstrahlen zu fokussieren.
• DE 198 00 773 C1 beschreibt eine indirekt geheizte Kathode für eine Röntgenröhre, bei der die Elektronenstrahl-Emissionsfläche von einem im Abstand dahinter angeordneten Heizer erhitzt wird, aus dem austretende Heizelektronen durch ein elektrisches Feld auf die Rückseite der Emissionsfläche beschleunigt werden. In einer Ausführungsform ist der Heizer durch eine spiralförmig in einer Ebene gewickelte Wolframwendel gebildet. Ein Wehnelt-Zylinder dient dazu, den von der Emissionsfläche emittierten Elektronenstrahl auf eine gegenüberliegende Anode zu fokussieren.
• KURZBESCHREIBUNG
• Zusammenfassend ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine indirekt geheizte Kathodenanordnung geschaffen. Die indirekt geheizte Kathodenanordnung weist mindestens eine Elektronenquelle auf, die eine einzelne zylindrische Glühwendel aufweist, um einen ersten Elektronenstrahl zu erzeugen, einen Emitter, der dazu dient, bei Erwärmung durch den ersten Elektronenstrahl einen zweiten Elektronenstrahl hervorzubringen, und eine Fokussierungselektrode, die wenigstens eine Seitenwand, eine horizontale Wand und eine zentrale Wand aufweist, die mit der horizontalen Wand verbunden ist, wobei die einzelne zylindrische Glühwendel die zentrale Wand umgibt und wobei die Seitenwand, die horizontale Wand und die zentrale Wand gezielt in Bezug auf die einzelne zylindrische Glühwendel positioniert sind, um eine Intensitätsverteilung des auf den Emitter auftreffenden ersten Elektronenstrahls zu steuern.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Röntgenröhre geschaffen. Die Röntgenröhre enthält ein Röhrengehäuse und eine indirekt geheizte Kathodenanordnung, zu der gehören: wenigstens eine Elektronenquelle, die eine einzelne zylindrische Glühwendel aufweist, um einen ersten Elektronenstrahl zu erzeugen; ein Emitter, der dazu dient, bei Erwärmung durch den ersten Elektronenstrahl einen zweiten Elektronenstrahl hervorzubringen; und eine Fokussierungselektrode, die wenigstens eine Seitenwand, eine horizontale Wand und eine zentrale Wand aufweist, die mit der horizontalen Wand verbunden ist, wobei die einzelne zylindrische Glühwendel die zentrale Wand umgibt und wobei die Seitenwand, die horizontale Wand und die zentrale Wand gezielt in Bezug auf die einzelne zylindrische Glühwendel positioniert sind, um eine Intensitätsverteilung des auf den Emitter auftreffenden ersten Elektronenstrahls zu steuern. Darüber hinaus enthält die Röntgenröhre eine Anode, um Röntgenstrahlen zu erzeugen, wenn der zweite Elektronenstrahl auf diese auftrifft.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Computertomographiesystem geschaffen. Das Computertomographiesystem enthält eine Gantry und eine Röntgenröhre, die mit der Gantry verbunden ist. Die Röntgenröhre enthält ein Röhrengehäuse und eine indirekt geheizte Kathodenanordnung, zu der gehören: wenigstens eine Elektronenquelle, die eine einzelne zylindrische Glühwendel aufweist, um einen ersten Elektronenstrahl zu erzeugen; ein Emitter, der dazu dient, bei Erwärmung durch den ersten Elektronenstrahl einen zweiten Elektronenstrahl hervorzubringen; und eine Fokussierungselektrode, die wenigstens eine Seitenwand, eine horizontale Wand und eine zentrale Wand aufweist, die mit der horizontalen Wand verbunden ist, wobei die einzelne zylindrische Glühwendel die zentrale Wand umgibt und wobei die Seitenwand, die horizontale Wand und die zentrale Wand gezielt in Bezug auf die einzelne zylindrische Glühwendel positioniert sind, um eine Intensitätsverteilung des auf den Emitter auftreffenden ersten Elektronenstrahls zu steuern/regeln. Die Röntgenröhre enthält ferner eine Anode, um Röntgenstrahlen zu erzeugen, wenn der zweite Elektronenstrahl auf diese auftrifft. Darüber hinaus enthält das Computertomographiesystem einen Röntgenstrahlcontroller, um an die Röntgenröhre Leistungs- und Zeitsteuerungssignale auszugeben.
• Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Elektronenstrahls in einer indirekt geheizten Kathodenanordnung geschaffen, die wenigstens eine Elektronenquelle, die eine einzelne zylindrische Glühwendel aufweist, und einen Emitter aufweist. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: Anlegen einer ersten Spannung, um die wenigstens eine Elektronenquelle zu erwärmen, um einen ersten Elektronenstrahl zu erzeugen; Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen der wenigstens einen Elektronenquelle und einem Emitter, um die kinetische Energie des ersten Elektronenstrahls zu steigern; und Lenken und Regulieren einer Intensitätsverteilung des ersten Elektronenstrahls in Richtung des Emitters mittels einer Fokussierungselektrode, die wenigstens eine Seitenwand, eine horizontale Wand und eine zentrale Wand aufweist, die mit der horizontalen Wand verbunden ist, wobei die einzelne zylindrische Glühwendel die zentrale Wand umgibt und wobei die Seitenwand, die horizontale Wand und die zentrale Wand gezielt in Bezug auf die einzelne zylindrische Glühwendel positioniert werden, um eine Intensitätsverteilung des auf den Emitter auftreffenden ersten Elektronenstrahls zu steuern. Darüber hinaus enthält das Verfahren ein Erzeugen eines zweiten Elektronenstrahls durch Richten des ersten Elektronenstrahls auf den Emitter.
• Figurenliste
• Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlicher, in denen übereinstimmende Teile durchgängig mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind:
• 1 zeigt eine anschauliche Ansicht eines CT-Bildgebungssystems;
• 2 zeigt ein Blockschaltbild des in 1 veranschaulichten CT-Bildgebungssystems;
• 3 veranschaulicht schematisch eine exemplarische Röntgenröhre, die als solche nicht die Aspekte der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, umfasst;
• 4 veranschaulicht schematisch eine weitere exemplarische Röntgenröhre, die als solche nicht die Aspekte der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, umfasst;
• 5 zeigt in einer Querschnittsansicht eine exemplarische indirekt geheizte Kathodenanordnung zum Einsatz in der Röntgenröhre nach 3, die nicht vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, umfasst ist;
• 6 zeigt eine detaillierte Ansicht einer Fokussierungselektrode für die Verwendung in der exemplarischen indirekt geheizten Kathodenanordnung nach 5;
• 7 zeigt in einer Querschnittsansicht eine weitere exemplarische indirekt geheizte Kathodenanordnung gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht;
• 8 zeigt eine detaillierte Ansicht einer Fokussierungselektrode für die Verwendung in der exemplarischen indirekt geheizten Kathodenanordnung nach 7 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht; und
• 9 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein Verfahren zum Fokussieren eines Strahls und zum Regeln/Steuern des Elektronenstrahls in den indirekt geheizten Kathoden nach 7 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Strahlsteuerungsvorrichtung für eine indirekt geheizte Kathode, die dazu eingerichtet ist, in einer Röntgenröhre verwendet zu werden. Geschaffen sind eine Röntgenröhre und ein Computertomographiesystem, das die exemplarische indirekt geheizte Kathodenanordnung enthält, sowie ein Verfahren zur Strahlfokussierung und zum Steuern des Elektronenstrahls in der indirekt geheizten Kathodenanordnung.
• Mit Bezugnahme auf 1 und 2 ist ein Computertomographie-(CT)-Bildgebungssystem 10 veranschaulicht. Das CT-Bildgebungssystem 10 enthält eine Gantry 12. Die Gantry 12 weist eine Röntgenstrahlenquelle 14 auf, die gewöhnlich eine Röntgenröhre ist, die ein Bündel von Röntgenstrahlen 16 auf eine Detektormatrix 18 projiziert, die entgegengesetzt zu der Röntgenröhre auf der Gantry 12 angeordnet ist. In einem Ausführungsbeispiel kann die Gantry 12 mehrere Röntgenstrahlenquellen aufweisen, die Röntgenstrahlen projizieren. Die Detektormatrix 18 wird durch mehrere Detektoren 20 gebildet, die die projizierten Röntgenstrahlen gemeinsam erfassen, die ein bildgebend aufzunehmendes Objekt, beispielsweise einen Patienten 22, durchqueren. Während eines Scandurchgangs zum Akquirieren von Röntgenstrahlprojektionsdaten drehen sich die Gantry 12 und die daran angebrachten Komponenten um eine Rotationsachse 24. Während das CT-Bildgebungssystem 10 mit Bezug auf einen Patienten 22 gezeigt ist, sollte es verständlich sein, dass das CT-Bildgebungssystem 10 auch außerhalb des Gebiets der Medizin verwendet werden kann. Beispielsweise kann das CT-Bildgebungssystem 10 genutzt werden, um den Inhalt geschlossener Gegenstände zu erkunden, z.B. Gepäck, Pakete, usw., und um Schmuggelware beispielsweise Explosivstoffe und/oder Gefahrenstoffe zu entdecken.
• Die Drehung der Gantry 12 und der Betrieb der Röntgenstrahlenquelle 14 werden durch eine Steuervorrichtung 26 des CT-Systems 10 gesteuert. Die Steuervorrichtung 26 enthält einen Röntgenstrahlcontroller 28, der Leistungs- und Zeittaktsignale an die Röntgenstrahlenquelle 14 ausgibt, und einen Gantryantriebscontroller 30, der die Drehgeschwindigkeit und Position der Gantry 12 steuert. Ein Datenakquisitionssystem (DAS) 32 in der Steuervorrichtung 26 tastet von den Detektoren 20 stammende analoge Daten ab und wandelt die Daten in digitale Signale um, um diese anschließend zu verarbeiten. Ein Bildrekonstruktor 34 nimmt abgetastete und digitalisierte Röntgenstrahldaten von dem DAS 32 auf und führt eine Hochgeschwindigkeitsrekonstruktion durch. Das rekonstruierte Bild wird als Eingabe an einen Computer 36 ausgegeben, der das Bild in einem Massenspeichergerät 38 speichert.
• Darüber hinaus nimmt der Rechner 36 auch Steuerbefehle und Scanparameter von einem Anwender über eine Konsole 40 entgegen, die ein Eingabegerät, beispielsweise eine (in 1-2 nicht gezeigte) Tastatur aufweisen kann. Ein zugeordnetes Display 42 ermöglicht der Bedienperson, das rekonstruierte Bild und sonstige von dem Rechner 36 ausgegebene Daten zu beobachten. Die durch die Bedienperson eingegebenen Steuerbefehle und Parameter werden von dem Rechner 36 verwendet, um an das DAS 32, den Röntgenstrahlcontroller 28 und den Gantryantriebscontroller 30 Betriebs- und Signaldaten auszugeben. Darüber hinaus betätigt der Rechner 36 einen Tischantriebscontroller 44, der einen motorisch angetriebenen Tisch 46 steuert, um den Patienten 22 und die Gantry 12 zu positionieren. Insbesondere bewegt der Tisch 46 Bereiche des Patienten 22 durch einen Gantrytunnel 48. Es ist zu beachten, dass der Rechner 36 in speziellen Ausführungsbeispielen betreiben kann einen Förderbandsystemcontroller 44, der ein Förderbandsystem 46 steuert, um ein Objekt, beispielsweise ein Gepäckstück oder einen Koffer sowie die Gantry 12 zu positionieren. Insbesondere bewegt das Förderbandsystem 46 das Objekt durch den Gantrytunnel 48.
• Wie zuvor festgestellt, ist die Röntgenstrahlenquelle gewöhnlich eine Röntgenröhre, die mindestens eine Kathode und eine Anode aufweist. Die Kathode kann eine direkt geheizte Kathode oder eine indirekt geheizte Kathode sein. Typischerweise wird die Kathode im Falle gegenwärtig verfügbarer indirekt geheizter Kathoden durch Wärmeleitung geheizt, die von einer direkt geheizten Glühwendel oder einem Hilfsglühdraht ausgeht. Darüber hinaus können indirekt geheizte Kathoden auch durch einen Vakuumelektronenstrahl erwärmt werden, der durch einen Hilfsemitter erzeugt wird, beispielsweise durch einen Glühdraht. Nachteilig ist, dass Strahlungsströme, die durch derartige indirekt geheizte Kathoden erzeugt werden, aufgrund des hohen Widerstands der Glühwendel im Allgemeinen schwächer als gewünscht sind. Darüber hinaus sind die gegenwärtig verfügbaren indirekt geheizten Kathoden nicht in der Lage, die Intensitätsverteilung des Elektronenstrahls zu steuern, der auf einen Emitter auftrifft, mit der Folge einer unerwünschten Intensitätsverteilung des Elektronenstrahls. Dementsprechend wird eine exemplarische Röntgenröhre vorgeschlagen, bei der die Röntgenröhre eine exemplarische indirekt geheizte Kathodenanordnung enthält, die dazu eingerichtet ist, die Nachteile der gegenwärtig verfügbaren indirekt geheizten Kathodenanordnungen zu vermeiden.
• 3 veranschaulicht schematisch eine exemplarische Röntgenröhre 50 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung. In einem Ausführungsbeispiel kann die Röntgenröhre 50 die (in 1-2 gezeigte) Röntgenstrahlenquelle 14 sein. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel enthält die Röntgenröhre 50 eine exemplarische indirekt geheizte Kathodenanordnung 52, die in einem Röhrengehäuse 56 angeordnet ist. Weiter enthält die Röntgenröhre 50 eine Anode 54, die in dem Röhrengehäuse 56 angeordnet ist. Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung weist die indirekt geheizte Kathodenanordnung 52 mindestens eine Elektronenquelle 58 auf. Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann die wenigstens eine Elektronenquelle 58 einen kalten Feldemitter, eine thermionische Elektronenquelle oder eine Kombination davon beinhalten. Es ist zu beachten, dass die Elektronenquelle 58 eine einzelne Elektronenquelle, eine duale Elektronenquelle, eine Mehrfachelektronenquelle oder Kombinationen davon beinhalten kann. In einem Ausführungsbeispiel kann die Elektronenquelle 58 wenigstens eine Glühwendel enthalten. Die Glühwendel kann eine einzelne Glühwendel, eine duale Glühwendel, eine Mehrfachglühwendel oder Kombinationen davon beinhalten.
• Es ist zu beachten, dass die Elektronenquelle 58, falls die Elektronenquelle 58 eine thermionische Elektronenquelle ist, dazu eingerichtet sein kann, in Reaktion auf einen durch die Elektronenquelle 58 strömenden Elektronenstrom Elektronen zu erzeugen. Der Fluss des Elektronenstroms erhöht die Temperatur der Elektronenquelle 58 aufgrund der elektrischen Erwärmung.
• Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann die thermionische Elektronenquelle, z.B. die Elektronenquelle 58, aus einem Material hergestellt sein, das einen hohen Schmelzpunkt aufweist und in der Lage ist, bei hohen Temperaturen stabile Elektronenemission hervorzubringen. Weiter kann die Elektronenquelle 58 aus Materialien hergestellt sein, die in der Lage sind, auf eine Erwärmung hin Elektronen hervorzubringen, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, aus Wolfram, thoriertem Wolfram, Wolfram-Rhenium, Molybdän und dergleichen. Außerdem kann die Elektronenquelle 58 anhand eines Erdalkalimetalls oder eines Oxids des Erdalkalimetalls hergestellt sein, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, Bariumoxid, Kalziumoxid, Strontiumoxid und dergleichen.
• Darüber hinaus kann die Elektronenquelle 58 in einem Ausführungsbeispiel, falls die Elektronenquelle 58 eine thermionische Elektronenquelle ist, erwärmt werden, indem an die wenigstens eine Elektronenquelle 58 über eine (nicht in 3 gezeigte) Glühwendelanschlussleitung eine Spannung angelegt wird. In speziellen Ausführungsbeispielen kann eine (in 3 nicht gezeigte) erste Spannungsquelle genutzt werden, um die Spannung an den Enden der Elektronenquelle 58 anzulegen. Die durch die Elektronenquelle 58 hervorgebrachten Elektronen können allgemein als ein erster Elektronenstrahl 64 bezeichnet werden. In dem hier verwendeten Sinne kann der Begriff „Elektronenstrahl“ sich auf einen Strom von Elektronen beziehen, die weitgehend übereinstimmende Geschwindigkeiten aufweisen.
• Der erste Elektronenstrahl 64, der den Strom von Elektronen aufweist, die durch die Elektronenquelle 58 hervorgebracht sind, kann auf einen Emitter 60 auftreffen. Gemäß exemplarischen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann zwischen der Elektronenquelle 58 und dem Emitter 60 eine Hochspannungsdifferenz angelegt werden, um die Elektronen in dem ersten Elektronenstrahl 64 in Richtung des Emitters 60 zu beschleunigen. In speziellen Ausführungsbeispielen kann eine (in 3 nicht gezeigte) zweite Spannungsquelle verwendet werden, um die Hochspannungsdifferenz zwischen der Elektronenquelle 58 und dem Emitter 60 anzulegen. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann die Hochspannungsdifferenz zwischen der Elektronenquelle 58 und dem Emitter 60 mittels der ersten Spannungsquelle angelegt werden. Beispielsweise kann die erste Spannungsquelle eine Anzahl Spannungsabgriffe aufweisen, um ein Bereitstellen mehrerer gewünschter Spannungen zu erleichtern.
• Wie im Vorausgehenden festgestellt, führt die zwischen der Elektronenquelle 58 und dem Emitter 60 angelegte Hochspannungsdifferenz zu einer Beschleunigung von Elektronen in dem ersten Elektronenstrahl 64 in Richtung des Emitters 60. Spezieller steigert die zwischen der Elektronenquelle 58 und dem Emitter 60 angelegte Hochspannungsdifferenz die kinetische Energie der Elektronen in dem ersten Elektronenstrahl 64. Wenn die Elektronen auf den Emitter 60 auftreffen, wird diese kinetische Energie in thermische Energie umgewandelt, was zu einer Temperatursteigerung des Emitters 60 führt. Beispielsweise kann der Emitter 60 in speziellen Ausführungsbeispielen durch den auftreffenden ersten Elektronenstrahl 64 bis zu etwa 2500 Grad Celsius erwärmt werden. Der erwärmte Emitter 60 beginnt seinerseits mit dem Aussenden von Elektronen, die allgemein als ein zweiter Elektronenstrahl 66 bezeichnet werden können. Spezieller kann der Emitter 60 bei Auftreffen des ersten Elektronenstrahls 64 den zweiten Elektronenstrahl 66 erzeugen. Der zweite Elektronenstrahl 66 trifft auf das (auch als Anode bezeichnete) Target 54 auf, um Röntgenstrahlen 68 hervorzubringen.
• Wenn der zweite Elektronenstrahl 66 auf das Target 54 trifft, entsteht in dem Target 54 außerdem eine große Wärmemenge. Nachteilig ist, dass die in dem Target 54 erzeugte Wärme ausreichend stark sein kann, um das Target 54 zu schmelzen. Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann ein rotierendes Target genutzt werden, um das Problem der Wärmeentwicklung in dem Target 54 zu vermeiden. Spezieller kann das Target 54 in einem Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet sein, zu rotieren, so dass der zweite auf das Target 54 treffende Elektronenstrahl 66 nicht zum Schmelzen des Targets 54 führt, da der zweite Elektronenstrahl 66 nicht an derselben Stelle auf das Target trifft. In noch einem Ausführungsbeispiel kann das Target 54 ein stationäres Target beinhalten. Das Target 54 kann aus einem Material hergestellt sein, das in der Lage ist, der Wärme standzuhalten, die durch den Aufprall des zweiten Elektronenstrahls 66 erzeugt wird. Beispielsweise kann das Target 54, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, auf Materialien wie Wolfram, Molybdän oder Kupfer basieren.
• Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann der zweite Elektronenstrahl 66 ausgehend von dem Emitter 60 in Richtung des Targets 54 beschleunigt werden. Spezieller kann der zweite Elektronenstrahl 66 ausgehend von dem Emitter 60 in Richtung des Targets 54 durch ein Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen dem Emitter 60 und dem Target 54 beschleunigt werden. In einem Ausführungsbeispiel kann über eine Hochspannungsdurchführung 78 eine Hochspannung im Bereich von etwa 40 kV bis ungefähr 450 kV angelegt werden, um zwischen dem Emitter 60 und dem Target 54 eine Potentialdifferenz zu errichten. In einem Ausführungsbeispiel kann zwischen dem Emitter 60 und dem Target 54 eine Hochspannung von etwa 140 kV angelegt werden, um die Elektronen in dem zweiten Elektronenstrahl 66 in Richtung des Targets 54 zu beschleunigen. Darüber hinaus kann ein Fokussierbecher 80 verwendet werden, um den zweiten Elektronenstrahl 66 zu fokussieren, während der zweite Elektronenstrahl 66 in Richtung des Targets 54 beschleunigt wird. Wie in 3 veranschaulicht, kann der Fokussierbecher 80 benachbart zu dem Emitter 60 angeordnet sein. Die durch das Target 54 erzeugten Röntgenstrahlen 68 können von der Röntgenröhre 50 ausgehend durch eine Öffnung, die allgemein als ein Röntgenstrahlfenster 70 bezeichnet sein kann, in Richtung eines (in 3 nicht gezeigten) Objekts gelenkt werden.
• Wie weiter in 3 zu sehen, kann die indirekt geheizte Kathodenanordnung 52 gemäß einer Ausführungsform, die als solche nicht vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, umfasst ist, ferner eine Fokussierungselektrode 72 enthalten. Die Fokussierungselektrode 72 kann dazu eingerichtet sein, den ersten Elektronenstrahl 64, der auf den Emitter 60 trifft, zu steuern/regeln. Spezieller kann die Fokussierungselektrode 72 dazu eingerichtet sein, eine Intensitätsverteilung des ersten Elektronenstrahls 64 zu steuern/regeln, die auf den Emitter 60 trifft. Weiter kann die Fokussierungselektrode 72 in einem Ausführungsbeispiel die Elektronenquelle 58 umgeben.
• Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann die Fokussierungselektrode 72 außerdem Wärme abschirmen, die durch die Elektronenquelle 58 erzeugt wird. Außerdem weist die Fokussierungselektrode 72 in einer gegenwärtig in Erwägung gezogenen Konstruktion eine Seitenwand 74 und eine horizontale Wand 76 auf. In einem Ausführungsbeispiel kann die Seitenwand 74 zylindrisch sein. Die Seitenwand 74 kann ferner dazu eingerichtet sein, als ein Strahlungsschirm zu wirken, um dadurch Strahlungsverluste an die Umgebung zu verringern. In einem Ausführungsbeispiel kann die horizontale Wand 76 dazu eingerichtet sein, der Seitenwand 74 Halt zu verleihen. Die Abmessungen der Seitenwand 74 und der horizontalen Wand 76 können variiert werden, um den ersten auf den Emitter 60 auftreffenden Elektronenstrahl 64 zu regulieren und zu fokussieren. Darüber hinaus kann die horizontale Wand 76 auch als ein Hitzeschild verwendet werden.
• Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann ein für hohe Temperaturen geeignetes feuerfestes Metall genutzt werden, um die Fokussierungselektrode 72 zu bilden. Beispielsweise kann die Fokussierungselektrode 72, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, auf Materialien wie Molybdän, Wolfram oder Tantal basieren. Außerdem kann die Fokussierungselektrode 72 in einem Ausführungsbeispiel als eine einstückige Konstruktion ausgebildet sein. In einer Abwandlung kann die Fokussierungselektrode 72 durch Hartverlöten der Seitenwand 74 mit der horizontalen Wand 76 ausgebildet werden. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann die Seitenwand 74 an die horizontale Wand 76 geschweißt sein, um die Fokussierungselektrode 72 zu bilden.
• Darüber hinaus kann die Fokussierungselektrode 72 gemäß einem exemplarischen Aspekt der vorliegenden Erfindung bei einem Spannungspotential gehalten werden, das geringer ist als ein Spannungspotential der Elektronenquelle 58. Dementsprechend kann zwischen der Fokussierungselektrode 72 und der Elektronenquelle 58 eine Spannung angelegt sein, so dass die Fokussierungselektrode 72 bei einem Spannungspotential gehalten wird, das geringer ist als das Spannungspotential der Elektronenquelle 58. Das geringere Spannungspotential der Fokussierungselektrode 72 verhindert, dass die durch die Elektronenquelle 58 hervorgebrachten Elektronen sich in Richtung der Fokussierungselektrode 72 bewegen und dadurch die Elektronen in Richtung des Emitters 60 fokussieren. Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann ein vertikaler Träger 75, der mit einer Isolatorbasis 86 verbunden ist, verwendet werden, um die Fokussierungselektrode 72 zu tragen. Der Abstand zwischen der Elektronenquelle 58 und der Fokussierungselektrode 72 kann das Fokussieren von Elektronen in Richtung des Emitters 60 beeinflussen. Dementsprechend kann die Länge des vertikalen Trägers 75 verändert werden, um den Abstand zwischen der Elektronenquelle 58 und der Fokussierungselektrode 72 zu ändern, um die Fokussierung des ersten Elektronenstrahls 64 zu verbessern.
• Außerdem kann die indirekt geheizte Kathodenanordnung 52 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung einen Hitzeschild 82 enthalten. Wie in 3 veranschaulicht, umgibt der Hitzeschild 82 die Fokussierungselektrode 72. Spezieller kann der Hitzeschild 82 in einem Ausführungsbeispiel in einem radialen Abstand von etwa 0,5 mm von der Fokussierungselektrode 72 entfernt angeordnet sein. In der gegenwärtig in Erwägung gezogenen Konstruktion ist der Hitzeschild 82 mit dem vertikalen Träger 75 verbunden. Der Hitzeschild 82 ist dazu eingerichtet, die umgebenden Teile in der indirekt geheizten Kathodenanordnung 52 von der Wärme abzuschirmen, die durch die Elektronenquelle 58 erzeugt wird. Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann ein für hohe Temperaturen geeignetes höchstschmelzendes Metall genutzt werden, um den Hitzeschild 82 zu bilden. In einem nicht als beschränkend zu bewertenden Beispiel kann der Hitzeschild 82 unter Verwendung von Molybdän ausgebildet werden. Weiter kann die horizontale Wand 76 in einer Konstruktion von der Fokussierungselektrode 72 entfernt angeordnet sein. In einer solchen Konstruktion kann die Seitenwand 74 in der Fokussierungselektrode 72 durch den Hitzeschild 82 getragen sein.
• 4 veranschaulicht schematisch eine weitere exemplarische Röntgenröhre 90 gemäß einer Ausführungsform, die als solche nicht vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, umfasst ist. In dem Ausführungsbeispiel nach 4 ist ein Hitzeschild 84 benachbart zu der Fokussierungselektrode 72 angeordnet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Hitzeschild 84 mit der Isolatorbasis 86 verbunden. Außerdem ist zu beachten, dass der Hitzeschild 84 bei einem Spannungspotential gehalten werden kann, das im Wesentlichen einem Spannungspotential der Fokussierungselektrode 72 ähnelt. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann der Hitzeschild 84 bei einem Spannungspotential gehalten werden, das im Wesentlichen einem Spannungspotential des Emitters 60 ähnelt.
• Mit Bezug auf 5, die eine Ausführungsform zeigt, die als solche nicht vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, umfasst ist, wird eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer indirekt geheizten Kathodenanordnung 100 für den Einsatz in der Röntgenröhre 50 nach 3 und der Röntgenröhre 90 nach 4 erläutert. Wie zuvor festgestellt, weist die indirekt geheizte Kathodenanordnung 100 mindestens eine Elektronenquelle auf. In dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Elektronenquelle mindestens eine Glühwendel 59 auf. Die Glühwendel 59 kann, wie zuvor festgestellt, eine einzelne Glühwendel, eine duale Glühwendel oder eine Mehrfachglühwendel sein. Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung können die Glühwendeln 59 anhand eines Materials hergestellt sein, das Elektronen hervorbringt, wenn es elektrisch erhitzt wird. Beispielsweise können die Glühwendeln 59, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, aus einem Material wie Wolfram, thoriertes Wolfram, Wolfram-Rhenium oder Molybdän hergestellt sein. Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann eine erste Spannungsquelle 102 genutzt werden, um an den Enden der Glühwendeln 59 eine Spannung anzulegen, um Elektronen hervorzubringen, die den ersten Elektronenstrahl 64 bilden.
• In noch einem Ausführungsbeispiel kann in der exemplarischen indirekt geheizten Kathodenanordnung 100 eine ebene Glühwendel verwendet werden. Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung können die Glühwendeln 59 auf eine hohe Temperatur von etwa 2400 Grad Celsius widerstandserhitzt werden. Die erste Spannungsquelle 102 kann beispielsweise verwendet werden, um die Glühwendeln 59 zu erwärmen. Es ist zu beachten, dass die erste Spannungsquelle 102 eine Gleichstrom-(DC)-Spannungsquelle oder eine Wechselstrom-(AC)-Spannungsquelle beinhalten kann. Wie zuvor festgestellt, enthält die indirekt geheizte Kathodenanordnung 100 den Emitter 60, der bei Auftreffen des ersten Elektronenstrahls 64 den zweiten Elektronenstrahl 66 emittiert. Die aus den Glühwendeln 59 hervorgebrachten Elektronen, d.h. der erste Elektronenstrahl 64, kann mittels der exemplarischen Fokussierungselektrode 72 in Richtung des Emitters 60 fokussiert oder gelenkt werden. Spezieller kann eine zweite Spannungsquelle 104 verwendet werden, um eine Potentialdifferenz zwischen den Glühwendeln 59 und dem Emitter 60 anzulegen, um den Strom von Elektronen in dem ersten Elektronenstrahl 64 in Richtung des Emitters 60 zu beschleunigen.
• Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann die Potentialdifferenz zwischen den Glühwendeln 59 und dem Emitter 60, die durch die zweite Spannungsquelle 104 bereitgestellt wird, geregelt/gesteuert sein, um ein thermisches Abdriften in dem Emitter 60 zu vermeiden. Zu thermischem Abdriften in dem Emitter 60 kann es kommen, wenn von dem Emitter 60 stammende Wärme zurück zu den Glühwendeln 59 strömt, was zu einer positiven Rückkopplung führt. Das thermische Abdriften lässt sich vermeiden, indem die Elektronenquelle, z.B. die Glühwendeln 59, in einem raumladungsbegrenzten Modus betrieben wird, anstelle eines temperaturbegrenzten Modus. Der raumladungsbegrenzte Modus wird gebildet, wenn die Emission von Elektronen aus der Elektronenquelle durch ein an einer Oberfläche der Elektronenquelle gebildetes elektrisches Feld beschränkt ist, anstatt durch die Temperatur der Elektronenquelle, z.B. der Glühwendeln 59.
• Wie weiter in 5 zu sehen, weist die Fokussierungselektrode 72, wie zuvor festgestellt, die Seitenwand 74 und die horizontale Wand 76 auf. In einem Ausführungsbeispiel stützt die horizontale Wand 76 die Seitenwand 74. Wie zuvor erwähnt, kann die Fokussierungselektrode 72 dazu eingerichtet sein, den ersten Elektronenstrahl 64 zu kontrollieren und in Richtung des Emitters 60 zu fokussieren. Spezieller kann das Fokussieren des ersten Elektronenstrahls 64 gemäß exemplarischen Aspekten der vorliegenden Erfindung, durch ein Variieren der Abmessungen der Seitenwand 74 und der horizontalen Wand 76 relativ zu den Glühwendeln 59 erreicht werden.
• Darüber hinaus kann eine dritte Spannungsquelle 105 verwendet werden, um eine Potentialdifferenz zwischen den Glühwendeln 59 und der Fokussierungselektrode 72 anzulegen, um zu verhindern, dass sich die Elektronen, die durch die Glühwendeln 59 hervorgebracht sind, in Richtung der Fokussierungselektrode 72 bewegen und dadurch die Elektronen in Richtung des Emitters 60 fokussieren. In noch einem Ausführungsbeispiel können das durch die erste Spannungsquelle 102 bereitgestellte Spannungspotential und die durch die zweite Spannungsquelle 104 und die dritte Spannungsquelle 105 bereitgestellten Potentialdifferenzen mittels einer einzigen Spannungsquelle erreicht werden. Die einzelne Spannungsquelle kann eine Anzahl Spannungsabgriffe aufweisen, um die Bereitstellung einer Anzahl von gewünschten Spannungspotentialen und Potentialdifferenzen, z.B. jene, die durch die erste Spannungsquelle 102, die zweite Spannungsquelle 104 und die dritte Spannungsquelle 105 bereitgestellt sind, zu erleichtern.
• Mit Bezugnahme auf 6 wird eine detaillierte Ansicht 110 der Fokussierungselektrode 72 nach 5 gezeigt, die eine Beziehung zwischen den Abmessungen der Seitenwand 74, der horizontalen Wand 76 und der Glühwendeln 59 veranschaulicht. Die Glühwendeln 59 sind als von der Seitenwand 74 und der horizontalen Wand 76 umgeben dargestellt. Wie zuvor mit Bezug auf 5 festgestellt, können die Abmessungen der Fokussierungselektrode 72 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung variiert werden, um die Intensitätsverteilung eines Elektronenstrahls, z.B. des ersten Elektronenstrahls 64, zu regulieren. Einige der Abmessungen, die variiert werden können, sind z.B. eine Höhe 124 der Seitenwand, ein Abstand 134 zwischen den Seitenwänden 74, ein Abstand 126 zwischen den Glühwendeln 59 und der horizontalen Wand 76, ein Abstand 136 zwischen den Glühwendeln 59 und der Seitenwand 74, ein Abstand 112 zwischen einem Innendurchmesser von Glühwendeln 59 und ein Abstand 114 zwischen einem Außendurchmesser der Glühwendeln 59. Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung können einige oder sämtliche dieser Abmessungen verändert werden, um die Intensitätsverteilung der Elektronen zu regulieren, die von den Glühwendeln 59 abgesandt werden, und die dazu eingerichtet sind, auf einen Emitter, z.B. den Emitter 60 (siehe 5) aufzutreffen.
• In einem Beispiel kann die Höhe 124 der Seitenwand 74 im Bereich von etwa 0,5 mm bis ungefähr 10 mm liegen, und der Abstand 134 zwischen den Seitenwänden 74 kann in Abhängigkeit von der Glühwendelabmessung variiert werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Abstand 136 zwischen der Seitenwand 74 und der Glühwendel 59 in einem Bereich von etwa 0,1 mm bis ungefähr 5 mm variiert werden. In noch einem Ausführungsbeispiel kann der Abstand 126 zwischen der Glühwendel 59 und der horizontalen Wand 76 von ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 20 mm variiert werden. In ähnlicher Weise kann der Abstand 112 zwischen dem Innendurchmesser der Glühwendeln 59 in einem Bereich von etwa 1 mm bis ungefähr 20 mm variiert werden, und der Abstand 114 zwischen dem Außendurchmesser der Glühwendeln 59 kann in einem Bereich von etwa 1 mm bis ungefähr 50 mm oder nach Bedarf variiert werden.
• Außerdem kann die Fokussierung der Elektronen in dem ersten Elektronenstrahl 64, der auf den Emitter 60 auftrifft, gesteigert werden, indem die Höhe 124 der Seitenwand 74 größer bemessen wird. In einer Abwandlung kann ein Verringern der Höhe der Seitenwand 74 eine Verringerung der Fokussierung von auf den Emitter 60 auftreffenden Elektronen zur Folge haben. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein Fokussieren des ersten Elektronenstrahls 64 auch durch Verändern des Abstands 136 zwischen der Glühwendel 59 und der Seitenwand 74 verändert werden. Spezieller gilt, dass je kleiner der Abstand 136 zwischen den Glühwendeln 59 und der Seitenwand 74 ist, um so stärker ist die Fokussierung von Elektronen, die auf den Emitter 60 auftreffen. In ähnlicher Weise wird auf eine Vergrößerung des Abstands 136 zwischen den Glühwendeln 59 und der Seitenwand 74 hin die Fokussierung von auf den Emitter auftreffenden Elektronen vermindert. Außerdem vermindert eine Vergrößerung des Abstands 126 zwischen den Glühwendeln 59 und der horizontalen Wand 76 die Fokussierung von auf den Emitter 60 auftreffenden Elektronen.
• Mit Bezugnahme auf 7 wird eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer indirekt geheizten Kathodenanordnung 120 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung erläutert. Wie zuvor festgestellt, weist die indirekt geheizte Kathodenanordnung 120 mindestens eine Glühwendel 59 auf, die dazu eingerichtet ist, Elektronen abzustrahlen, um den ersten Elektronenstrahl 64 zu bilden. Die indirekt geheizte Kathodenanordnung 120 enthält den Emitter 60, der bei Auftreffen des ersten Elektronenstrahls 64 den zweiten Elektronenstrahl 66 emittiert. Gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung können die Elektronen, die durch die Glühwendeln 59 hervorgebracht werden, mittels einer exemplarischen Fokussierungselektrode 73 fokussiert oder in Richtung des Emitters 60 gelenkt werden. In dem in 7 veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Fokussierungselektrode 73 zusätzlich zu der Seitenwand 74 und zu der horizontalen Wand 76 außerdem eine zentrale Wand 106 auf. In einem Ausführungsbeispiel ist die zentrale Wand 106 von den Glühwendeln 59 umgeben. Die zentrale Wand 106 kann anhand eines für hohe Temperaturen geeigneten höchstschmelzenden Metalls, beispielsweise Molybdän, Wolfram oder Tantal, hergestellt sein. Außerdem kann die Fokussierungselektrode 73, die die zentrale Wand 106 aufweist, in einem Ausführungsbeispiel als eine einstückige Konstruktion ausgebildet sein. In einer Abwandlung kann die Fokussierungselektrode 73 durch Hartverlöten der Seitenwand 74 und der zentralen Wand 106 mit der horizontalen Wand 76 ausgebildet werden. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann die Seitenwand 74 und die zentrale Wand 106 an die horizontale Wand 76 geschweißt sein, um die Fokussierungselektrode 73 zu bilden.
• Mit Bezugnahme auf 8 wird eine detaillierte Ansicht 121 der Fokussierungselektrode 73 von 7 unterbreitet, die eine Beziehung zwischen den Abmessungen der Seitenwand 74, der zentralen Wand 106, der horizontalen Wand 76 und der Glühwendeln 59 veranschaulicht. Wie zuvor festgestellt, können die Abmessungen der Fokussierungselektrode 73 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung variiert werden, um die Intensitätsverteilung eines Elektronenstrahls, z.B. des ersten Elektronenstrahls 64 zu regulieren. Mit speziellem Bezug auf die zentrale Wand 106 gehören zu einigen der Abmessungen, die variiert werden können, eine Höhe 122 der zentralen Wand 106, eine Breite 132 der zentralen Wand 106, ein Abstand 130 zwischen der zentralen Wand 106 und den Glühwendeln 59, und ein Abstand 128 zwischen der Seitenwand 74 und der zentralen Wand 106.
• In einem Beispiel kann die Breite 132 der zentralen Wand 106 in einem Bereich von etwa 0,5 mm bis ungefähr 10 mm oder nach Bedarf variiert werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Höhe 122 der zentralen Wand 106 in einem Bereich von etwa 0 mm bis ungefähr 10 mm variiert werden. In noch einem Ausführungsbeispiel kann der Abstand 130 zwischen der zentralen Wand 106 und den Glühwendeln 59 in einem Bereich von etwa 0,1 bis ungefähr 10 mm variiert werden.
• 9 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein Verfahren 140, das dazu dient, einen Elektronenstrahl in einer indirekt geheizten Kathode zu regulieren, gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung. Spezieller dient das Verfahren dazu, den Elektronenstrahl zu fokussieren und zu steuern/regeln, der durch wenigstens eine Elektronenquelle, z.B. die Elektronenquelle 58 (siehe 3), in Richtung eines Emitters, z.B. dem Emitter 60 (siehe 7), abgestrahlt wird. Das Verfahren beginnt in Schritt 142, wo an die Elektronenquelle 58 eine Spannung angelegt werden kann, um einen ersten Elektronenstrahl zu erzeugen, z.B. den ersten Elektronenstrahl 64 (siehe 3). Beispielsweise kann eine Spannungsquelle, z.B. die erste Spannungsquelle 102 (siehe 7) genutzt werden, um die Spannung an die Elektronenquelle 58 anzulegen, um den ersten Elektronenstrahl 64 zu erzeugen.
• Daran anschließend kann eine Potentialdifferenz zwischen der Elektronenquelle und dem Emitter angelegt werden, um die Elektronen in dem ersten Elektronenstrahl in Richtung des Emitters zu beschleunigen, wie durch Schritt 144 angedeutet. Beispielsweise kann eine zweite Spannungsquelle, z.B. die zweite Spannungsquelle 104 (siehe 7), genutzt werden, um die Potentialdifferenz zwischen der Elektronenquelle und dem Emitter anzulegen, um die kinetische Energie des ersten Elektronenstrahls zu steigern.
• Darüber hinaus kann die Intensitätsverteilung des ersten Elektronenstrahls reguliert werden, indem der erste Elektronenstrahl mittels einer Fokussierungselektrode in Richtung des Emitters gelenkt wird, wie in Schritt 146 dargestellt. Spezieller kann der erste Elektronenstrahl mittels einer Fokussierungselektrode in Richtung des Emitters gelenkt werden. Wie zuvor festgestellt, kann eine Fokussierungselektrode (siehe 7), die eine Seitenwand, eine zentrale Wand und eine horizontale Wand aufweist, verwendet werden. Die Abmessungen der Seitenwand, der zentralen Wand und der horizontalen Wand können verändert werden, um den von der Elektronenquelle, z.B. den Glühwendeln, stammenden ersten Elektronenstrahl zu regulieren und in Richtung des Emitters zu fokussieren. Außerdem kann in Schritt 148 ein zweiter Elektronenstrahl erzeugt werden, indem der erste Elektronenstrahls auf den Emitter geworfen wird. Die hohe kinetische Energie von Elektronen in dem ersten Elektronenstrahl führt dazu, dass die Elektronen in dem ersten Elektronenstrahl mit hoher Energie auf den Emitter auftreffen, so dass dadurch die Temperatur des Emitters steigt. Beispielsweise kann der Emitter in speziellen Ausführungsbeispielen bis zu ungefähr 2500 Grad Celsius erwärmt werden. Der erwärmte Emitter kann dazu eingerichtet sein, Elektronen abzustrahlen, die im Wesentlichen einen zweiten Elektronenstrahl repräsentieren. Der zweite Elektronenstrahl kann dazu eingerichtet sein, auf eine Anode aufzutreffen, um Röntgenstrahlen hervorzubringen.
• Die vielfältigen Ausführungsbeispiele der indirekt geheizten Kathode für die Verwendung in einer Röntgenröhre, wie sie oben beschrieben sind, weisen mehrere Vorteile auf, beispielsweise Beständigkeit und eine verbesserte Qualität des Elektronenstrahls. Weiter ist die exemplarische indirekt geheizte Kathode in der Lage, die Intensität des Elektronenstrahls zu regulieren. Darüber hinaus lässt sich die auf den Emitter aufgebrachte Strahlenergie mittels der exemplarischen indirekt geheizten Kathode regulieren. Zusätzlich stellt die Konstruktion der exemplarischen indirekt geheizten Kathode auch sicher, dass die gesamte Elektronenstrahlenergie effizient genutzt wird, um den Emitter zu erwärmen, ohne die umgebende Kathodenanordnung zu erhitzen, und trägt außerdem dazu bei, eine gewünschte Temperaturverteilung auf der Emitterfläche zu erzielen, von der der zweite Elektronenstrahl hervorgebracht wird. Außerdem ermöglicht die Konstruktion der exemplarischen indirekt geheizten Kathode den Einsatz eines gekrümmten Emitters. Der gekrümmte Emitter kann es ferner erleichtern, eine Röntgenröhre mit einem hohen Emissionsstrom und einer kleineren Brennfleckabmessung zu konstruieren.
• Während hierin lediglich spezielle Merkmale der Erfindung veranschaulicht und beschrieben wurden, erschließen sich dem Fachmann viele Abwandlungen und Veränderungen. Es ist daher selbstverständlich, dass die beigefügten Patentansprüche sämtliche Abwandlungen und Veränderungen abdecken sollen, die in den wahren Schutzbereich der Erfindung fallen.
• Geschaffen ist eine indirekt geheizte Kathodenanordnung 52. Die indirekt geheizte Kathodenanordnung 52 weist mindestens eine Elektronenquelle 58 auf, um einen ersten Elektronenstrahl 64 zu erzeugen, einen Emitter 60, der dazu dient, bei Erwärmung durch den ersten Elektronenstrahl (64) einen zweiten Elektronenstrahl 66 hervorzubringen, und eine Fokussierungselektrode 72, um den ersten Elektronenstrahl 64 zu steuern und in Richtung des Emitters 60 zu lenken.
• Bezugszeichenliste

10

CT-Bildgebungssystem

12

Gantry

14

Röntgenstrahlenquelle

16

Röntgenstrahlen

18

Detektormatrix

20

Mehrere Detektoren

22

Patient

24

Rotationszentrum

26

Steuervorrichtung

28

Röntgenstrahlcontroller

30

Gantryantriebscontroller

32

Datenakquisitionssystem

34

Bildrekonstruktor

36

Computer

38

Massenspeichergerät

40

Konsole

42

Display

44

Tischantriebscontroller

46

Förderbandsystem/ Tisch

48

Gantrytunnel

50

Röntgenröhre

52

Indirekt geheizte Kathodenanordnung

54

Anode/Target

56

Röhrengehäuse

58

Elektronenquelle

59

Glühwendeln

60

Emitter

64

Erster Elektronenstrahl

66

Zweiter Elektronenstrahl

68

Röntgenstrahlen

70

Röntgenstrahlfenster

72

Fokussierungselektroden

73

Fokussierungselektrode

74

Seitenwand

75

Vertikaler Träger

76

Horizontale Wand

78

Hochspannungsdurchführung

80

Fokussierbecher

82

Hitzeschild

84

Hitzeschild

86

Isolatorbasis

90

Röntgenröhre

100

Schnittansicht einer indirekt geheizten Kathodenanordnung

102

Erste Spannungsquelle

104

Zweite Spannungsquelle

105

Dritte Spannungsquelle

106

Zentrale Wand

110

Detaillierte Ansicht einer Fokussierungselektrode

112

Abstand zwischen dem Innendurchmesser der Glühwendeln

114

Abstand zwischen dem Außendurchmesser der Glühwendeln

120

Schnittansicht von Fokussierungselektroden

121

Detaillierte Ansicht einer Fokussierungselektrode

122

Höhe einer zentralen Wand

124

Höhe einer Seitenwand

126

Abstand zwischen Glühwendeln und horizontaler Wand

128

Abstand zwischen zentraler Wand und Seitenwand

130

Abstand zwischen Glühwendeln und zentraler Wand

132

Breite einer zentralen Wand

134

Abstand zwischen den Seitenwänden

136

Abstand zwischen den Glühwendeln und Seitenwand

140

Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern und Fokussieren eines Strahls in einer indirekt geheizten Kathodenanordnung

142-148

Schritte eines Verfahrens zum Steuern und Fokussieren eines Strahls in einer indirekt geheizten Kathodenanordnung

Claims (8)

1. Indirekt geheizte Kathodenanordnung (52), zu der gehören: wenigstens eine Elektronenquelle (58), die eine einzelne zylindrische Glühwendel (59) aufweist, um einen ersten Elektronenstrahl (64) zu erzeugen; ein Emitter (60), der dazu dient, bei Erwärmung durch den ersten Elektronenstrahl (64) einen zweiten Elektronenstrahl (66) hervorzubringen; und eine Fokussierungselektrode (72), die wenigstens eine Seitenwand (74), eine horizontale Wand (76) und eine zentrale Wand (106) aufweist, die mit der horizontalen Wand (76) verbunden ist, wobei die einzelne zylindrische Glühwendel (59) die zentrale Wand (106) umgibt und wobei die Seitenwand (74), die horizontale Wand (76) und die zentrale Wand (106) gezielt in Bezug auf die einzelne zylindrische Glühwendel (59) positioniert sind, um eine Intensitätsverteilung des auf den Emitter (60) auftreffenden ersten Elektronenstrahls (64) zu steuern.
2. Indirekt geheizte Kathodenanordnung (52) nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Elektronenquelle (58) auf einer einzelnen Elektronenquelle oder auf mehreren Elektronenquellen basiert, und wobei die wenigstens eine Elektronenquelle auf einer thermionischen Elektronenquelle oder auf einem kalten Feldemitter basiert.
3. Indirekt geheizte Kathodenanordnung (52) nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Elektronenquelle (58) ein Spannungspotential aufweist, das sich von einem Spannungspotential des Emitters (60) unterscheidet, und wobei die Fokussierungselektrode (72) ein Spannungspotential aufweist, das sich von einem Spannungspotential der wenigstens einen Elektronenquelle (58) unterscheidet.
4. Indirekt geheizte Kathodenanordnung (52) nach Anspruch 1, wobei die Fokussierungselektrode (72) die wenigstens eine Elektronenquelle (58) umgibt.
5. Indirekt geheizte Kathodenanordnung (52) nach Anspruch 1, ferner mit einem Hitzeschild (82), wobei der Hitzeschild (82) die Fokussierungselektrode (72) umgibt.
6. Röntgenröhre (50), zu der gehören: ein Röhrengehäuse (56); eine indirekt geheizte Kathodenanordnung (52), die aufweist: wenigstens eine Elektronenquelle (58), die eine einzelne zylindrische Glühwendel (59) aufweist, um einen ersten Elektronenstrahl (64) zu erzeugen; einen Emitter (60), der dazu dient, bei Erwärmung durch den ersten Elektronenstrahl (64) einen zweiten Elektronenstrahl (66) hervorzubringen; eine Fokussierungselektrode (72), die wenigstens eine Seitenwand (74), eine horizontale Wand (76) und eine zentrale Wand (106) aufweist, die mit der horizontalen Wand (76) verbunden ist, wobei die einzelne zylindrische Glühwendel (59) die zentrale Wand (106) umgibt und wobei die Seitenwand (74), die horizontale Wand (76) und die zentrale Wand (106) gezielt in Bezug auf die einzelne zylindrische Glühwendel (59) positioniert sind, um eine Intensitätsverteilung des auf den Emitter (60) auftreffenden ersten Elektronenstrahls (64) zu steuern; und eine Anode (54), um Röntgenstrahlen zu erzeugen (68), wenn der zweite Elektronenstrahl (66) auf sie trifft.
7. Computertomographiesystem (10), umfassend: eine Gantry (12); eine mit der Gantry (12) verbundene Röntgenröhre (50), zu der gehören: ein Röhrengehäuse (56); eine indirekt geheizte Kathodenanordnung (52), die aufweist: wenigstens eine Elektronenquelle (58), die eine einzelne zylindrische Glühwendel (59) aufweist, um einen ersten Elektronenstrahl (564) zu erzeugen; einen Emitter (60), der dazu dient, bei Erwärmung durch den ersten Elektronenstrahl (64) einen zweiten Elektronenstrahl (66) hervorzubringen; eine Fokussierungselektrode (72), die wenigstens eine Seitenwand (74), eine horizontale Wand (76) und eine zentrale Wand (106) aufweist, die mit der horizontalen Wand (76) verbunden ist, wobei die einzelne zylindrische Glühwendel (59) die zentrale Wand (106) umgibt und wobei die Seitenwand (74), die horizontale Wand (76) und die zentrale Wand (106) gezielt in Bezug auf die einzelne zylindrische Glühwendel (59) positioniert sind, um eine Intensitätsverteilung des auf den Emitter (60) auftreffenden ersten Elektronenstrahls (64) zu steuern; eine Anode (54), um Röntgenstrahlen zu erzeugen (68), wenn der zweite Elektronenstrahl (66) auf sie trifft; und einen Röntgenstrahlcontroller (28), um an die Röntgenröhre (50) Leistungs- und Zeitsteuerungssignale auszugeben.
8. In einer indirekt geheizten Kathodenanordnung (52) mit wenigstens einer Elektronenquelle (58), die eine einzelne zylindrische Glühwendel (59) aufweist, und einem Emitter (60), Verfahren zum Steuern eines Elektronenstrahls, mit den Schritten: Anlegen einer ersten Spannung, um die wenigstens eine Elektronenquelle (58) zu erwärmen, um einen ersten Elektronenstrahl (64) zu erzeugen; Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen der wenigstens einen Elektronenquelle (58) und dem Emitter (60), um die kinetische Energie des ersten Elektronenstrahls (64) zu steigern; Lenken und Beeinflussen einer Intensitätsverteilung des ersten Elektronenstrahls (64) in Richtung des Emitters (60) mittels einer Fokussierungselektrode (72), die wenigstens eine Seitenwand (74), eine horizontale Wand (76) und eine zentrale Wand (106) aufweist, die mit der horizontalen Wand (76) verbunden ist, wobei die einzelne zylindrische Glühwendel (59) die zentrale Wand (106) umgibt und wobei die Seitenwand (74), die horizontale Wand (76) und die zentrale Wand (106) gezielt in Bezug auf die einzelne zylindrische Glühwendel (59) positioniert werden, um eine Intensitätsverteilung des auf den Emitter (60) auftreffenden ersten Elektronenstrahls (64) zu steuern; und Erzeugen eines zweiten Elektronenstrahls (66) durch Richten des ersten Elektronenstrahls (64) auf den Emitter (60) .

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