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Die Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre für ein Mammographiegerät und auf ein mit einer solchen Röntgenröhre ausgestattetes Mammographiegerät.
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Aus der Druckschrift
FR 2 819 140 A1 ist ein Röntgen-CT-Scanner bekannt, der einen Scanner mit einem Abbildungssystem umfasst, das eine Bifokalquelle umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Fächerstrahlen symmetrisch diaphragmisiert und mit einer strengen Parallelität der Vakuumkammer durch zwei verschiedene Titanfenster ausgesendet werden. Die Kathodenanordnung ist für den Betrieb im kontinuierlichen Modus und/oder im gepulsten Modus ausgelegt.
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Aus der Druckschrift
DE 34 37 203 C2 ist ein Röntgendiagnostikgerät für mammographische Röntgenaufnahmen mit einem U-förmigen Träger, an dessen freien Enden eine Röntgenröhre und eine Bildaufnahmeeinrichtung befestigt sind und der um eine parallel zu seinen seitlichen Schenkeln und senkrecht zu seinem diese Schenkel verbindenden Joch liegende Achse schwenkbar gelagert ist, bekannt. Die Röntgenröhre ist in Richtung des sie tragenden Schenkels zwischen zwei Endstellungen verstellbar gelagert, derart, dass in diesen beiden Endstellungen die beiden Bilder eines Stereobildpaares anfertigbar sind.
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Ein im Stand der Technik übliches Mammographiegerät ist schematisch in 9 wiedergegeben. An einer Standsäule 2 ist schwenkbar um eine horizontale Achse 3 ein Träger 4 gelagert, an dem höhenverstellbar ein zugleich als Lagerfläche dienender Röntgendetektor 5 und eine Kompressionsplatte 6 angeordnet sind. Als Röntgenquelle dient eine am Träger 4 angeordnete Röntgenröhre 8, in der als Röntgenemitter eine Drehanode 10 vorgesehen ist, die um eine senkrecht zur Vorder- oder Anlegekante der Lagerfläche orientierte Drehachse 12 drehbar gelagert ist. Die Drehanode 10 weist eine die Drehachse 12 umgebende kegelringförmige Brennringfläche 14 auf. Die von einem Elektronenemitter 16 austretenden und zur Drehanode 10 beschleunigten Elektronen werden im Targetmaterial der Brennringfläche 14 abgebremst und erzeugen dabei Röntgenstrahlen 18, die durch ein Fenster in der Röntgenröhre 8 austreten und mit Hilfe einer Blendenanordnung 20 auf ein diagnostisch nutzbares Röntgenstrahlbündel begrenzt werden.
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Die Brennringfläche 14 ist mit einem Winkel α < 90° gegen die Drehachse 12 geneigt, um mit einem möglichst großen Brennfleck (hohe Leistung) durch Nutzen der unter einem kleinen Winkel aus der Brennringfläche 14 austretenden Röntgenstrahlen 18 einen möglichst kleinen Fokus erzeugen zu können. Dies hat aber zur Folge, dass die von der Vorderkante der Lagerfläche bzw. des Röntgendetektors 5 entfernten Röntgenstrahlen 18a unter einem kleinen Winkel zur Brennringfläche 14 austreten und dementsprechend durch Selbstabsorption eine geringere Intensität aufweisen als die im Bereich der Vorderkante auf den Röntgendetektor 5 auftreffenden Röntgenstrahlen 18b. Diese als Heel-Effekt bezeichnete Abschwächung der Intensität der Röntgenstrahlung in dem von der Brustwand entfernten Randbereich führt zu einer Verschlechterung der Qualität des Röntgenbildes in diesem Bereich, die durch eine Korrektur der Verstärkung nur eingeschränkt kompensiert werden kann.
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Darüber hinaus werden in heutigen Mammographiegeräten Drehanoden 10 verwendet, deren Brennringfläche zwei Brennringe aufweist, die aus voneinander verschiedenen Anodenmaterialien bestehen. Je nachdem, ob ein innerer d. h. näher an der Drehachse 12 liegender Brennring oder ein äußerer, weiter von der Drehachse 12 entfernter Brennring ausgewählt wird, ist der Intensitätsabfall mehr oder weniger ausgeprägt.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Mammographiegeräte besteht darin, dass sich bei Röntgenaufnahmen, bei denen die Brust seitlich versetzt zur Mitte der Lagerplatte auf dieser angeordnet wird, beispielsweise bei Schrägaufnahmen, der Fokus der Röntgenstrahlen nicht mehr in optimaler Position mittig oberhalb der Brust befindet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Röntgenröhre anzugeben, die im Hinblick auf die insbesondere in der Mammographie vorliegenden Aufnahmebedingungen verbessert ist. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zu Grunde, ein mit einer solchen Röntgenröhre versehenes Mammographiegerät anzugeben.
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Hinsichtlich des Mammographiegerätes wird die genannte Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, gemäß denen im Mammographiegerät eine erfindungsgemäße Röntgenröhre eingebaut ist. Gemäß diesen Merkmalen umfasst die Röntgenröhre eine Drehanodenanordnung, die zumindest zwei eine gemeinsame Drehachse umgebende und voneinander in Richtung dieser Drehachse beabstandete und gegeneinander geneigt angeordnete, die Gestalt eines Kegelringes aufweisende Brennringflächen umfasst, denen jeweils wenigstens ein Elektronenemitter zugeordnet ist.
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Auf diese Weise können zeitlich nacheinander oder simultan einander sich überlagernde Röntgenstrahlbündel erzeugt werden, bei denen ein Heel-Effekt an unterschiedlichen und voneinander beabstandeten Bereichen der Röntgenstrahlbündel auftritt, so dass durch Überlagerung der beiden Röntgenstrahlbündel eine Vergleichmäßigung oder Homogenisierung der Intensität der Röntgenstrahlung über die gesamte Nutzfläche des Röntgendetektors erzielt werden kann.
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Darüber hinaus können mit einer einzigen Röntgenröhre Röntgenstrahlen erzeugt werden, deren Foki oder Brennflecke räumlich voneinander beabstandet sind, so dass je nachdem, welcher der Elektronenemitter angesteuert wird, die Lage des Fokus besser an die jeweils vorliegende Aufnahmegeometrie angepasst werden kann.
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Durch die Möglichkeit, mit einer Röntgenröhre durch sequentielles Ansteuern wenigstens zwei Röntgenstrahlbündel zu erzeugen, die von voneinander beabstandeten Brennflecken ausgehen, können Stereoaufnahmen ohne mechanische Bewegung der Röntgenröhre durchgeführt werden.
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Das sequentielle Ansteuern der Brennringflächen kann außerdem in sehr kurzen Zeitabständen analog zu einer Sprungfokusansteuerung erfolgen, so dass die thermische Belastung auf zwei Brennringflächen verteilt wird und es dementsprechend möglich ist, die Röntgenröhre mit einer höheren Leistung zu betreiben.
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Ebenso ist es möglich, sogenannte Dual-Energy-Aufnahmen durchzuführen, ohne dass es einer Umschaltung der zwischen Brennringfläche und Elektronenemitter anliegenden Hochspannung bedarf, wenn die zumindest zwei Brennringflächen/Elektronenemitter-Paare mit unterschiedlichen Hochspannungen betrieben werden. Auf diese Weise entfallen durch Umschalten der Hochspannung verursachte kapazitive Lade- bzw. Entladeströme.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Brennringflächen spiegelsymmetrisch zu einer zwischen ihnen senkrecht zur Drehachse orientierten Symmetrieebene angeordnet. Dadurch werden jeweils Röntgenstrahlbündel erzeugt, die eine zueinander spiegelsymmetrische Intensitätsverteilung aufweisen und auf diese Weise bei Überlagerung eine besonders gleichmäßige Intensitätsverteilung auf dem Detektor erzeugen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.
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Eine besonders effiziente Vergleichmäßigung der Intensität der Röntgenstrahlung auf dem Röntgendetektor wird erzielt, wenn die Drehachse der Drehanodenanordnung parallel zur Vorderkante der Lagerplatte angeordnet ist. Außerdem kann bei einer solchen Anordnung durch Auswahl der aktiven Brennringfläche die Lage des Fokus quer zur Vorderkante der Lagerplatte bzw. des Röntgendetektors verändert und damit die Projektionsgeometrie bei seitlich auf der Lagerplatte angeordneter Brust verbessert werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Mammographiegerätes sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele verwiesen. Es zeigen:
- 1 eine in ein Mammographiegerät eingebaute Röntgenröhre gemäß der Erfindung in einer vereinfachten Prinzipdarstellung in einer Ansicht von vorne,
- 2 das in 1 dargestellte Mammographiegerät in einer Draufsicht von oben,
- 3 eine alternative Ausgestaltung des Mammographiegerätes ebenfalls in einer schematischen Prinzipdarstellung,
- 4 eine Röntgenröhre gemäß der Erfindung mit voneinander abgewandten Brennringflächen,
- 5 eine Drehanodenanordnung in einer Teildarstellung bei der die Brennringflächen mit voneinander verschiedenen Anodenmaterialien beschichtet sind,
- 6 zwei einander gegenüberliegende Brennringflächen auf denen Brennflecke mit unterschiedlichen Durchmessern erzeugt werden,
- 7 eine Röntgenröhre, deren Drehanodenanordnung vier voneinander beabstandete Brennringflächen aufweist,
- 8 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausgestaltung eines Mammographiegerätes gemäß der Erfindung,
- 9 ein Mammographiegerät gemäß dem Stand der Technik in einer vereinfachten Seitenansicht.
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Gemäß 1 umfasst eine Röntgenröhre 22 gemäß der Erfindung eine Drehanodenanordnung 24, die zwei eine gemeinsame Drehachse 25 umgebende Brennringflächen 26, 28 aufweist, die um den Abstand a voneinander in Richtung der Drehachse 25 beabstandet sind. Die Brennringflächen 26, 28 sind einander zugewandt und gegeneinander geneigt und zueinander spiegelsymmetrisch zu einer zwischen ihnen senkrecht zur Drehachse 25 orientierten Symmetrieebene 29 angeordnet. Die Brennringflächen 26, 28 haben die Gestalt eines Kegelringes mit einem Kegelwinkel 2α und sind jeweils auf einem Anodenteller 30, 32 angeordnet, die auf einer gemeinsamen Welle 34 gelagert sind.
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Jeder kegelringförmigen Brennringfläche 26, 28 sind zwei Elektronenemitter 36a, b bzw. 38a, b zugeordnet, die ihrerseits auf den jeweiligen Brennringflächen 26 bzw. 28 einem inneren Brennring 40a bzw. 42a bzw. einem äußeren Brennring 40b bzw. 42b zugeordnet sind.
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Die von den Elektronenemittern 36a, b emittierten und zur Brennringfläche 26 beschleunigten Elektronen erzeugen jeweils ein Röntgenstrahlbündel 44, dessen unter einem kleinen Austrittswinkel aus der Brennringfläche 26 austretender Randstrahl 46 auf Grund des Heel-Effektes eine geringere Intensität aufweist als der unter einem großen Winkel austretende Randstrahl 48. Ebenso weist ein von der Brennringfläche 28 ausgehendes Röntgenstrahlbündel 50 einen mit einem kleinen Austrittswinkel und geringerer Intensität austretenden Randstrahl 52 und einen mit einem großen Austrittswinkel und größerer Intensität austretenden Randstrahl 54 auf. In der Figur sind dabei die unterschiedlichen Lagen der den Elektronenemittern 36a, b und 38a, b jeweils zugeordneten Brennflecke auf den Brennringflächen 26 bzw. 28 nicht berücksichtigt und entsprechend vereinfacht ist jeweils nur ein Röntgenstrahlbündel 44 bzw. 50 eingezeichnet.
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Die Brennringflächen 26, 28 sind nun gegeneinander derart geneigt, dass sich die aus der Brennringfläche 28 mit kleinem Austrittswinkel austretenden und durch den Heel-Effekt abgeschwächten Röntgenstrahlen mit den mit großer Intensität von der gegenüberliegenden Brennringfläche 24 unter einem großen Winkel austretenden Röntgenstrahlen überlagern. Entsprechend überlagern sich die mit großem Winkel zur Brennringfläche 28 austretenden Röntgenstrahlen mit Röntgenstrahlen die aus der Brennringfläche 26 mit niedrigem Winkel und dementsprechend abgeschwächter Intensität austreten, so dass bei Überlagerung der beiden Röntgenstrahlbündel 44, 50 die Intensität der durch eine Kompressionsplatte 58 hindurchtretenden und auf einen zugleich als Lagerfläche dienenden Röntgendetektor 60 auftreffenden Röntgenstrahlung vergleichmäßigt wird.
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In 1 ist außerdem schematisch eine Blendenanordnung 62 dargestellt, die die austretenden Röntgenstrahlbündel 44 und 50 auf die Abmessungen des unterhalb der Lagerfläche befindlichen Röntgendetektors 60 begrenzt. Blendenanordnung 62, Abstand a und Kegelwinkel 2α sind derart bemessen, dass eine mittig auf der Lagerfläche des Röntgendetektors 60 gelagerte Brust B innerhalb der beiden Röntgenstrahlbündel 44 und 50 angeordnet ist.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 sind die Anodenteller 30, 32 auf einer gemeinsamen Welle 34 angeordnet. Dadurch ist der Aufbau vereinfacht. Grundsätzlich können jedoch die Anodenteller auch auf getrennten Wellen angeordnet sein, die jeweils mit einem eigenen Drehantrieb verbunden sind.
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In der Draufsicht gemäß 2 ist zu erkennen, dass die Drehachse 29 im Bereich der Vorderkante 64 des Röntgendetektors 60 parallel zu dieser angeordnet ist. In der Figur sind außerdem schematisch die von den Elektronenemittern 36a, b bzw. 38a, b jeweils erzeugten Brennflecke 66a, b bzw. 68a, b angedeutet, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur ein Elektronenemitter und ein Brennfleck dargestellt ist. Im Beispiel der 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der der Abstand a zwischen den Brennringflächen 26, 28 gegenüber dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel vergrößert ist. Eine solche Ausführungsform ist insbesondere für ein Mammographiegerät geeignet, bei dem die Kompressionsplatte 58, wie dies in der Figur durch den Doppelpfeil 70 veranschaulicht ist, in unterschiedlichen Positionen quer zu einer senkrecht auf der Lagerfläche des Röntgendetektors 60 orientierten Mittenebene positioniert und arretiert werden kann, die im dargestellten Beispiel mit der Symmetrieebene 29 der Drehanodenanordnung 24 zusammenfällt. Hierzu kann die Kompressionsplatte 58 entweder parallel zur Drehachse 25 verschiebbar an einer den Röntgendetektor 60 aufnehmenden Träger 72 gelagert oder entnehmbar und in verschiedenen vorgegebenen Positionen an diesem Träger 72 fixierbar sein.
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Dieser Träger 72 wiederum kann für Schrägaufnahmen schwenkbar an einer in der Fig. nicht dargestellten Standsäule gelagert sein, wobei entweder die Röntgenröhre 22 ebenfalls am Träger 72 angeordnet ist oder bei einem tomosynthesefähigen Mammographiegerät unabhängig vom Träger 72 schwenkbar an einer in 3 nicht dargestellten Standsäule 2 (9) gelagert ist.
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Je nach Stellung der Kompressionsplatte 58 wird entweder die Brennringfläche 26 oder die Brennringfläche 28 angesteuert. Ergänzend zu einer solchen Verstellbarkeit der Kompressionsplatte 58 quer zur Symmetrieebene 29 kann auch in gleicher Weise eine Verstellbarkeit des Röntgendetektors 60 vorgesehen sein.
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Im Ausführungsbeispiel der 4 sind die Brennringflächen 26, 28 voneinander abgewandt und ebenfalls gegeneinander geneigt und spiegelsymmetrisch zur Symmetrieebene 29 auf einem gemeinsamen Anodenblock 74 angeordnet.
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Gemäß 5 bestehen die Brennringe 40a bzw. 42a und 40b bzw. 42b der Brennringflächen 26 bzw. 28 aus unterschiedlichen Anodenmaterialien. Dabei können die inneren Brennringe 40a und 42a und die äußeren Brennringe 40b und 42b der voneinander beabstandeten Brennringflächen 26 bzw. 28 jeweils das gleiche Anodenmaterial aufweisen. Alternativ hierzu können auch die Anodenmaterialien vertauscht sein, so dass der innere Brennring 40a der Brennringfläche 26 aus dem gleichen Anodenmaterial besteht wie der äußere Brennring 42b der anderen Brennringfläche 28.
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Im Ausführungsbeispiel der 6 ist eine Drehanodenanordnung 24 veranschaulicht, bei der auf den Brennringflächen 26 und 28 von den Elektronenemittern 38a und 38b bzw. 36a und 36b Brennflecke mit 66a und 66b bzw. 68a und 68b mit unterschiedlicher Größe erzeugt werden, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel die die inneren Brennringe bildenden Brennflecke 66a, 68a und die die äußeren Brennringe bildenden Brennflecke 66b, 68b jeweils gleich groß sind. Alternativ hierzu können jedoch auch der innere Brennfleck 66a der Brennringfläche 26 und der äußere Brennfleck 68b der gegenüberliegenden Brennringfläche 28 die gleiche Größe aufweisen.
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Gemäß 7 ist eine Anordnung vorgesehen, bei der auf einem gemeinsamen Anodenblock 80 vier Brennringflächen 82, 84, 86 und 88 jeweils paarweise spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind.
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In allen Ausführungsbeispielen können außerdem für die zwischen den Elektronenemittern und der ihnen jeweils zugeordneten Brennringfläche anliegenden Hochspannung für unterschiedliche Elektronenemitter/Brennringflächen-Paare verschiedene Werte eingestellt werden, wenn diese sequentiell betrieben werden.
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Alternativ zu den in den Ausführungsbeispielen spiegelsymmetrisch zueinander angeordneten Brennringflächen, bei denen die Winkel α, mit denen diese gegen die Drehachse geneigt sind, gleich groß sind, sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen die Winkel α voneinander verschieden sind. Bei einer solchen Anordnung können durch Auswahl der aktiven Brennringfläche die Abmessungen des Röntgenstrahlbündels variiert werden. So kann beispielsweise für die Aufnahme einer kleinen Brust die Brennringfläche mit dem größeren Winkel α angesteuert werden, um auf diese Weise das Röntgenstrahlbündel auf das notwendige Ausmaß zu begrenzen, und die Strahlenbelastung durch Direkt- und Streustrahlung zu minimieren.
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Im Prinzipbild gemäß 8 werden bei einem Mammographiegerät gemäß der Erfindung die Position der Kompressionsplatte 58 relativ zur Symmetrieebene 29 automatisch erfasst, und es wird ein entsprechendes Positionssignal P1 an eine Steuereinrichtung 90 weitergegeben. In gleicher Weise wird die Position des ebenfalls in unterschiedlichen Positionen relativ zur Symmetrieachse positionierbaren Röntgendetektors 60 erfasst und ein entsprechendes Positionssignal P2 an die Steuereinrichtung 90 weitergeleitet. Abhängig von den Positionen der Kompressionsplatte 58 bzw. des Röntgendetektors 60 werden in der Steuereinrichtung 90 Steuersignale S für die Röntgenröhre 22 generiert, mit denen die für diese Positionen jeweils vorgesehenen Elektronenemitter/Brennring-Paare automatisch angesteuert werden.
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Außerdem können über externe Eingabegeräte, im Beispiel veranschaulicht durch eine Tastatur 92 sowie einen Fußschalter 94, Steuerbefehle U1 und U2 eingegeben werden, mit denen Steuersignale S generiert werden, mit denen vom Benutzer für unterschiedliche Aufnahmebedingungen ausgewählte Elektronenemitter/Brennring-Paare ausgewählt und sequentiell oder gleichzeitig angesteuert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Standsäule
- 3
- Achse
- 4
- Träger
- 5
- Röntgendetektor
- 6
- Kompressionsplatte
- 8
- Röntgenröhre
- 10
- Drehanode
- 12
- Drehachse
- 14
- Brennringfläche
- 16
- Elektronenemitter
- 18
- Röntgenstrahl
- 20
- Blendenanordnung
- 22
- Röntgenröhre
- 24
- Drehanodenanordnung
- 25
- Drehachse
- 26,28,82,84,86,88
- Brennringfläche
- 29
- Symmetrieebene
- 30,32
- Anodenteller
- 32
- Anodenteller
- 34
- Welle
- 36a,b;
- 38a,b Elektronenemitter
- 40a,b
- innerer Brennring
- 42a,b
- äußerer Brennring
- 44,50
- Röntgenstrahlbündel
- 46,48,52,54
- Randstrahl
- 58
- Kompressionsplatte
- 60
- Röntgendetektor
- 62
- Blendenanordnung
- 64
- Vorderkante
- 66a,b,
- 68a,b Brennfläche
- 70
- Doppelpfeil
- 72
- Träger
- 74
- Anodenblock
- 80
- Anodenblock
- 90
- Steuereinrichtung
- α
- Winkel
- a
- Abstand
- B
- Brust
