DE102012211287B3

DE102012211287B3 - Method for operating X-ray tube, involves controlling electrodes of electric deflection- and focusing system by control device, where electric deflection- and focusing system is positioned between emitter and anode

Info

Publication number: DE102012211287B3
Application number: DE201210211287
Authority: DE
Inventors: Jörg Freudenberger; Dieter Matuszok; Dr. Ferger Thomas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2032-06-30

Abstract

The method involves controlling the electrodes of an electric deflection- and focusing system (8) by a control device (12), where the deflection- and focusing system is positioned between an emitter and an anode (10) and is composed of two electrode pairs. The extension of the focal spot in the longitudinal direction (24) of the electrodes of the former pair and the deflection of the focal spot in the longitudinal direction of the electrodes of the former pair are predetermined by requirements of the potentials on the electrodes of the latter electrode pair in relation to reference potential.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Röntgenröhre umfassend einen Emitterkopf mit einer Stirnfläche und mit einer Mittellängsachse, einen Emitter und eine Anode, wobei mit Hilfe des Emitters und der Anode im Betrieb ein Elektronenstrahl generiert wird, der auf der Anode einen Brennfleck ausbildet.The invention relates to a method for operating an X-ray tube comprising an emitter head with an end face and having a central longitudinal axis, an emitter and an anode, wherein an electron beam is generated in operation with the aid of the emitter and the anode, which forms a focal spot on the anode.

In modernen Computertomographie-Systemen kommen Röntgenröhren zum Einsatz, bei denen die Größe, die Form und die Position des sogenannten Brennfleckes auf der Anode mittels elektrischer oder magnetischer Felder relativ genau vorgegeben werden. Entsprechende Röntgenröhren sind beispielsweise in der DE 10 2010 061 584 A1 oder der US 6 438 207 B1 beschrieben.In modern computer tomography systems, X-ray tubes are used, in which the size, the shape and the position of the so-called focal spot on the anode are specified relatively accurately by means of electric or magnetic fields. Corresponding X-ray tubes are for example in the DE 10 2010 061 584 A1 or the US Pat. No. 6,438,207 B1 described.

Zudem ist es bekannt, den Elektronenstrahl in einer Röntgenröhre eines Computertomographen synchron mit der Ausleserate des Röntgendetektors des Computertomographen abzulenken und somit die Position des Brennfleckes des Elektronenstrahls auf der Anode der Röntgenröhre in seiner Position zu verändern. Auf diese Weise lässt sich die Auflösung des Computertomographie-Systems erhöhen und Bildartefakte können reduziert werden. Die Ablenkung des Elektronenstrahls wird dabei mittels magnetischer Felder sowie einer entsprechenden Steuerelektronik vorgenommen. Ungünstig ist dabei der Umstand, dass bei jeder Ablenkung des Elektronenstrahls Verzerrungen des Strahlquerschnitts auftreten, aufgrund derer es zu einer unerwünschten Verformung und Vergrößerung des Brennfleckes kommt, was wiederum zu einer Verringerung der Bildqualität führt.In addition, it is known to deflect the electron beam in an X-ray tube of a computer tomograph synchronously with the readout rate of the X-ray detector of the computed tomography and thus to change the position of the focal spot of the electron beam on the anode of the X-ray tube in its position. In this way, the resolution of the computed tomography system can be increased and image artifacts can be reduced. The deflection of the electron beam is carried out by means of magnetic fields and a corresponding control electronics. Unfavorable is the fact that with each deflection of the electron beam distortions of the beam cross-section occur, due to which there is an undesirable deformation and enlargement of the focal spot, which in turn leads to a reduction in image quality.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Röntgenröhre anzugeben.Proceeding from this, the object of the invention is to provide an improved method for operating an X-ray tube.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.This object is achieved by a method having the features of claim 1. The dependent claims include in part advantageous and in part self-inventive developments of this invention.

Das Verfahren dient zum Betrieb einer Röntgenröhre, welche einen Emitterkopf mit einer Stirnfläche und mit einer Mittellängsachse, einen Emitter und eine Anode umfasst, wobei mit Hilfe des Emitters und der Anode im Betrieb ein Elektronenstrahl generiert wird, der auf der Anode einen Brennfleck ausbildet. Mittels einer Steuereinrichtung werden hierbei die Elektroden eines elektrischen Ablenk- und Fokussiersystems angesteuert, welches zwischen Emitter und Anode positioniert ist und welches aus einem ersten Elektrodenpaar und einem zweiten Elektrodenpaar aufgebaut ist, wobei einerseits die Ausdehnung des Brennfleckes in Längsrichtung der Elektroden des ersten Elektrodenpaares und andererseits die Ablenkung des Brennfleckes in Längsrichtung der Elektroden des ersten Elektrodenpaares durch Vorgabe der Potentiale an den Elektroden des zweiten Elektrodenpaares bezogen auf ein an der Stirnfläche anliegendes Bezugspotential vorgegeben wird. Dadurch ist die Breite des Brennfleckes, also die Ausdehnung in Längsrichtung der Elektroden des ersten Elektrodenpaares, einstellbar und in guter Näherung unabhängig davon lässt sich der Brennfleck entlang einer Geraden parallel zur Längsachse der Elektroden des ersten Elektrodenpaares verschieben, ohne dass sich dabei die Form und/oder die Größe des Brennfleckes auf der Anode wesentlich verändert.The method is used to operate an X-ray tube, which comprises an emitter head with an end face and with a central longitudinal axis, an emitter and an anode, wherein with the aid of the emitter and the anode in operation an electron beam is generated, which forms a focal spot on the anode. By means of a control device in this case the electrodes of an electric deflection and focusing are controlled, which is positioned between emitter and anode and which is composed of a first pair of electrodes and a second pair of electrodes, on the one hand, the extension of the focal spot in the longitudinal direction of the electrodes of the first pair of electrodes and on the other the deflection of the focal spot in the longitudinal direction of the electrodes of the first electrode pair is predetermined by predetermining the potentials at the electrodes of the second electrode pair relative to a reference potential applied to the end face. Thus, the width of the focal spot, so the extension in the longitudinal direction of the electrodes of the first pair of electrodes, adjustable and in a good approximation regardless of the focal spot along a straight line parallel to the longitudinal axis of the electrodes of the first pair of electrodes can move without affecting the shape and / or the size of the focal spot on the anode changed significantly.

Die Größe oder die Ausdehnung, die Form und die Position des Brennfleckes werden dementsprechend mit Hilfe eines elektrostatischen Feldes vorgegeben, welches durch die Elektroden und daran angelegte Spannungen generiert wird. Eine jede erwünschte Änderung der Größe, der Form und/oder der Position wird durch eine entsprechende Änderung der angelegten Spannungen und damit durch eine Änderung des elektrischen Feldes bewirkt. Die Nutzung eines elektrischen Ablenk- und Fokussiersystems erlaubt eine im Vergleich zu einem magnetischen Ablenk- und Fokussiersystem kompaktere Bauweise und eine wesentlich flexiblere Ausnutzung des Bauraumes der Röntgenröhre.The size or extent, shape and position of the focal spot are accordingly set by means of an electrostatic field generated by the electrodes and voltages applied thereto. Any desired change in size, shape and / or position is effected by a corresponding change in the applied voltages and thus by a change in the electric field. The use of an electric deflection and focusing system allows a more compact compared to a magnetic deflection and focusing system and a much more flexible utilization of the installation space of the X-ray tube.

Bevorzugt wird zudem die Ausdehnung des Brennfleckes auf der Anode in Längsrichtung der Elektroden des zweiten Elektrodenpaares, also die Länge des Brennfleckes, durch Vorgabe der Potentiale an den Elektroden des ersten Elektrodenpaares bezogen auf das Bezugspotential vorgegeben und/oder variiert. Die Ausdehnung wird dabei z. B. im Rahmen eines Justageprozesses eingestellt und somit für den weiteren Betrieb vorgegeben oder aber die Ausdehnung wird von einem Bediener für einen jeden Messprozess oder Untersuchungsprozess, bei dem die Röntgenröhre eingesetzt wird, in Abhängigkeit der jeweiligen Anforderungen individuell eingestellt und vorgegeben. Infolge der Kombination sind dann die Breite und die Länge des Brennfleckes auf der Anode in erster Näherung unabhängig voneinander einstellbar und in guter Näherung unabhängig davon ist die Position des Brennfleckes vorgebbar. Weist der Brennfleck also beispielsweise eine elliptische Form auf, so lassen sich dementsprechend die Länge der Hauptachse und die Länge der Nebenachse unabhängig voneinander variieren, bei Bedarf sogar so weit, dass die Hauptachse zur Nebenachse wird und umgekehrt die Nebenachse zur Hauptachse.In addition, the extent of the focal spot on the anode in the longitudinal direction of the electrodes of the second electrode pair, ie the length of the focal spot, is preferably predetermined and / or varied by predetermining the potentials at the electrodes of the first electrode pair relative to the reference potential. The expansion is z. B. set as part of an adjustment process and thus given for further operation or the extent is set and specified by an operator for each measurement process or investigation process in which the X-ray tube is used, depending on the particular requirements. As a result of the combination, the width and the length of the focal spot on the anode can then be adjusted independently of one another to a first approximation and, to a good approximation, irrespective of this, the position of the focal spot can be predetermined. Thus, if the focal spot has, for example, an elliptical shape, then the length of the main axis and the length of the minor axis can be varied independently of one another, if necessary even so far that the major axis becomes the minor axis and vice versa the secondary axis to the major axis.

Das Ablenk- und Fokussiersystem der Röntgenröhre dient dabei insbesondere nicht nur zur einfachen Fokussierung und/oder Ablenkung des Elektronenstrahls, ähnlich dem Konzept bei einigen Kathodenstrahlröhren, sondern darüber hinaus auch zur Kompensation der unerwünschten Beeinflussung des Elektronenstrahls durch die Variation der Potentiale zur Ablenkung des Elektronenstrahls. Als unerwünschte Beeinflussung sind hierbei zum Beispiel Effekte wie Änderungen der Strahldivergenz, Streueffekte, Verzerrungen oder die randseitige Aufspaltung des Elektronenstrahls in mehrere Elektronenstrahlen, auch Schweifbildung genannt, zu verstehen, aufgrund derer sich die Form und die Größe des Brennfleckes ändert. Mit Hilfe des Ablenk- und Fokussiersystems werden solche Effekte zumindest teilweise kompensiert, so dass eine verzerrungsfreie Ablenkung des Elektronenstrahls ermöglicht ist. Die Steuereinrichtung ist dabei derart eingerichtet, dass die für die Kompensation notwendigen Anpassungen der Potentiale an den Elektroden automatisch erfolgt.The deflection and focusing of the X-ray tube is used in particular not only for easy focusing and / or deflection of the Electron beam, similar to the concept in some cathode ray tubes, but also to compensate for the unwanted influence of the electron beam by the variation of the potentials for deflecting the electron beam. As unwanted influence here are, for example, effects such as changes in the beam divergence, scattering effects, distortions or the edge splitting of the electron beam in a plurality of electron beams, also called tail formation to understand, due to which changes the shape and size of the focal spot. With the help of the deflection and focusing such effects are at least partially compensated, so that a distortion-free deflection of the electron beam is possible. In this case, the control device is set up in such a way that the necessary adjustments for the compensation of the potentials at the electrodes take place automatically.

Vorteilhaft ist es außerdem, den Brennfleck in einem Betriebsmodus mit einer vorgegebenen Form und Ausdehnung und unter Beibehaltung dieser Form und dieser Ausdehnung hin und her zu bewegen, wobei der Brennfleck in Längsrichtung der Elektroden des ersten Elektrodenpaares hin und her bewegt wird. Eine so betriebene Röntgenröhre lässt sich dann beispielsweise für ein Computertomographie-System der eingangs genannten Art nutzen, wobei allerdings im Gegensatz zum Stand der Technik eine verzerrungsfreie Ablenkung des Elektronenstrahls realisiert wird, sodass hierdurch eine verbesserte Qualität der so generierbaren Bilddaten erreicht wird. Die einzelnen Potentiale an den Elektroden, an der Anode, am Emitterkopf und am Emitter werden dann so eingestellt, dass für den Brennfleck die gewünschte Form, Ausdehnung und Position auf der Anode vorgegeben wird, sodass trotz einer bei Computertomographen gängigen Rotationsbewegung der Röntgenröhre während eines Untersuchungsvorgangs der Brennfleck im ortsfesten Laborsystem des Patienten jeweils für ein Zeitintervall Δt ortsfest sowie form- und größenkonstant bleibt. Dadurch lässt sich eine besonders gute Ortsauflösung erreichen, wie sie z. B. bei modernen Computertomographie-Anlagen für die Mammographie benötigt werden.It is also advantageous to move the focal spot in an operating mode with a predetermined shape and extent and while maintaining this shape and this extension back and forth, wherein the focal spot in the longitudinal direction of the electrodes of the first electrode pair is moved back and forth. An x-ray tube operated in this way can then be used, for example, for a computed tomography system of the type mentioned at the outset, however, in contrast to the prior art, a distortion-free deflection of the electron beam is realized, thereby achieving an improved quality of the image data that can thus be generated. The individual potentials at the electrodes, at the anode, at the emitter head and at the emitter are then adjusted so that the desired shape, extent and position on the anode is specified for the focal spot, so that despite a conventional X-ray tube rotational movement during a test procedure the focal spot in the stationary laboratory system of the patient in each case for a time interval .DELTA.t remains stationary and shape and size constant. This makes it possible to achieve a particularly good spatial resolution, as z. As needed in modern computed tomography systems for mammography.

Zweckdienlich ist es außerdem, das Massepotential der Röntgenröhre im Betrieb an der Anode anzulegen und als Bezugspotential für die Potentiale an den Elektroden das an der Stirnfläche des Emitterkopfes anliegende Potential vorzugeben.In addition, it is expedient to apply the ground potential of the x-ray tube to the anode during operation and to predetermine the potential applied to the end face of the emitter head as the reference potential for the potentials at the electrodes.

Vorzugsweise wird darüber hinaus mittels der Steuereinrichtung ein variierbarer Röhrenstrom durch Vorgabe einer gemeinsamen Spannung für die Stirnfläche und den Emitter bezogen auf ein Massepotential vorgegeben, wobei der Emitter hierzu an der ebenen Stirnfläche des Emitterkopfes anliegt und/oder mit dieser elektrisch leitend verbunden ist. Der Emitter ist dabei beispielsweise als ein dünnes Plättchen aus einem Material gefertigt, bei dem eine günstige Elektronen-Austrittsarbeit gegeben ist. Über die Ausdehnung des Emitters in Längsrichtung der Elektroden des ersten Elektrodenpaares einerseits und der Längsrichtung der Elektroden des zweiten Elektrodenpaares andererseits lässt sich dann die Fläche vorgeben, aus der der Hauptanteil der Elektronen im Betrieb austritt.Preferably, by means of the control device, a variable tube current is predetermined by specifying a common voltage for the end face and the emitter relative to a ground potential, the emitter for this purpose abuts against the flat end face of the emitter head and / or is electrically conductively connected thereto. The emitter is made for example as a thin plate of a material in which a favorable electron work function is given. By way of the extent of the emitter in the longitudinal direction of the electrodes of the first electrode pair on the one hand and the longitudinal direction of the electrodes of the second electrode pair on the other hand, it is then possible to specify the surface from which the majority of the electrons exit during operation.

Ein weiterer Vorteil des hier beschriebenen Konzepts liegt darin, dass dieses sehr flexibel ist und die Vorgabe relativ kleiner Brennfleck-Ausdehnungen im Bereich von 100–300 μm über einen großen Bereich von Röhrenspannungen von 50–90 kV erlaubt, ohne dass dazu Potentialdifferenzen größer ±6 kV zwischen dem Fokuskopf und den Elektroden nötig sind. Somit sind einerseits viele verschiedene Einsatzmöglichkeiten gegeben und andererseits werden an die Steuerung keine unvertretbaren hohen technischen Anforderungen gestellt.Another advantage of the concept described here is that it is very flexible and allows the specification of relatively small focal spot extensions in the range of 100-300 μm over a wide range of tube voltages of 50-90 kV, without potential differences greater than ± 6 kV between the focus head and the electrodes are necessary. Thus, on the one hand many different uses are given and on the other hand, no unreasonable high technical requirements are placed on the controller.

Das hier beschriebene Verfahren eignet sich insbesondere für Röntgenröhren mit einer an das Verfahren angepassten konstruktiven Gestaltung. Zweckmäßig ist dabei eine Ausgestaltung der Röntgenröhre, bei der die Anordnung von Elektroden aus einem ersten Elektrodenpaar und einem zweiten Elektrodenpaar aufgebaut ist und insbesondere ausschließlich durch diese vier Elektroden gebildet wird, bei der jeweils die Elektroden eines Elektrodenpaares identisch gestaltet sind und bei der die Elektroden des ersten Elektrodenpaares und des zweiten Elektrodenpaares unterschiedlich gestaltet sind. Außerdem sind die Elektroden bevorzugt symmetrisch zur Mittellängsachse angeordnet und jede Elektrode weist in ihrer jeweiligen Längsrichtung die größte Ausdehnung auf, wobei die Längsrichtungen der Elektroden eines Elektrodenpaares parallel zueinander ausgerichtet sind und wobei die Längsrichtungen der Elektroden des ersten Elektrodenpaares senkrecht zu den Längsrichtungen der Elektroden des zweiten Elektrodenpaares ausgerichtet sind. Auf diese Weise wird eine sehr einfache Anordnung von Elektroden realisiert, deren Herstellung ohne größere technische Hürden zu bewerkstelligen ist und die es erlaubt, ein variierbares elektrisches Feld zu generieren, mit dessen Hilfe die Form, die Größe und die Position des Brennfleckes auf der Anode vorgegeben und variiert wird.The method described here is particularly suitable for X-ray tubes with a design adapted to the method. In this case, an embodiment of the x-ray tube is expedient in which the arrangement of electrodes is constructed from a first electrode pair and a second electrode pair and in particular is formed exclusively by these four electrodes, in which the electrodes of an electrode pair are designed identically and in which the electrodes of the first electrode pair and the second electrode pair are designed differently. In addition, the electrodes are preferably arranged symmetrically to the central longitudinal axis and each electrode has the greatest extent in their respective longitudinal direction, wherein the longitudinal directions of the electrodes of a pair of electrodes are aligned parallel to each other and wherein the longitudinal directions of the electrodes of the first pair of electrodes perpendicular to the longitudinal directions of the electrodes of the second Pair of electrodes are aligned. In this way, a very simple arrangement of electrodes is realized whose production can be accomplished without major technical hurdles and which makes it possible to generate a variable electric field, with the aid of which determines the shape, size and position of the focal spot on the anode and varies.

Weiter ist eine Gestaltungsvariante der Röntgenröhre zweckdienlich, bei der die Elektroden des ersten Elektrodenpaares balkenförmig mit einem rechteckigen Querschnitt ausgestaltet sind und/oder bei der die Elektroden des zweiten Elektrodenpaares als gerade Zylinder mit einem Kreissegment als Grundfläche ausgestaltet sind, wobei die beiden ebenen Zylindermantel-Teilflächen einander zugewandt angeordnet sind. Die Gestaltung der Elektroden, insbesondere des zweiten Elektrodenpaares, wird dabei vorzugsweise an den jeweiligen Anwendungszweck, zum Beispiel die Form des Emitterkopfes, angepasst. Dementsprechend sind auch abweichende Grundformen für die Elektroden vorgesehen, wie beispielsweise ein Zylinder mit einer Ellipse als Grundfläche oder ein Prisma für die Elektroden des zweiten Elektrodenpaares.Further, a design variant of the X-ray tube is expedient, in which the electrodes of the first pair of electrodes are designed bar-shaped with a rectangular cross-section and / or in which the electrodes of the second pair of electrodes are designed as a straight cylinder with a circle segment as the base, wherein the two flat cylinder jacket partial surfaces are arranged facing each other. The design of the electrodes, in particular of the second electrode pair, is preferably adapted to the particular application, for example, the shape of the emitter head. Accordingly, different basic shapes are provided for the electrodes, such as a cylinder with an ellipse as the base or a prism for the electrodes of the second electrode pair.

Bevorzugt wird außerdem eine Ausgestaltungsvariante, bei der der Abstand zwischen den Elektroden des zweiten Elektrodenpaares um den Faktor 3 bis 15 und insbesondere um den Faktor 6 bis 8 größer ist als die Ausdehnung des Emitters in Längsrichtung der Elektroden des ersten Elektrodenpaares oder eine Variante, bei der der Abstand zwischen den Elektroden des zweiten Elektrodenpaares um den Faktor 1 bis 3 größer ist als die Ausdehnung dieser Elektroden in Richtung der Mittellängsachse oder eine Variante, bei der der Abstand zwischen den Elektroden des ersten Elektrodenpaares um den Faktor 1 bis 3 größer ist als die Ausdehnung des Emitters in Längsrichtung der Elektroden des zweiten Elektrodenpaares oder eine Variante, bei der die Ausdehnung des Emitters in Längsrichtung der Elektroden des zweiten Elektrodenpaares um den Faktor 1 bis 3 größer ist als die Ausdehnung der Elektroden des ersten Elektrodenpaares in Richtung der Mittellängsachse oder eine Variante, bei der der Abstand zwischen einer Oberfläche des Emitters und einer Oberfläche der Anode um den Faktor 1,2 bis 1,5 größer ist als der Abstand zwischen den Elektroden des zweiten Elektrodenpaares. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltung bei der alle der genannten Bedingungen erfüllt sind, da sich diese als besonders günstig erwiesen hat.Also preferred is a design variant in which the distance between the electrodes of the second electrode pair by a factor of 3 to 15 and in particular by a factor of 6 to 8 is greater than the extension of the emitter in the longitudinal direction of the electrodes of the first pair of electrodes or a variant in which the distance between the electrodes of the second pair of electrodes by a factor of 1 to 3 is greater than the extension of these electrodes in the direction of the central longitudinal axis or a variant in which the distance between the electrodes of the first pair of electrodes by a factor of 1 to 3 is greater than the extension the emitter in the longitudinal direction of the electrodes of the second electrode pair or a variant in which the extension of the emitter in the longitudinal direction of the electrodes of the second electrode pair by a factor of 1 to 3 is greater than the extension of the electrodes of the first pair of electrodes in the direction of the central longitudinal axis or a variant, at the abst and between a surface of the emitter and a surface of the anode by a factor of 1.2 to 1.5 is greater than the distance between the electrodes of the second electrode pair. However, particularly preferred is an embodiment in which all of the conditions mentioned are met, since this has proved to be particularly favorable.

Einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Röntgenröhre entsprechend ist die Ausdehnung der Elektroden des ersten Elektrodenpaares in ihrer Längsrichtung um den Faktor 4 bis 6 größer als die Ausdehnung dieser Elektroden in Richtung der Mittellängsachse oder die Ausdehnung der Elektroden des ersten Elektrodenpaares in ihrer Längsrichtung ist um den Faktor 4 bis 6 größer als die Ausdehnung dieser Elektroden in Längsrichtung der Elektroden des zweiten Elektrodenpaares oder der Abstand zwischen den Elektroden des ersten Elektrodenpaares ist um den Faktor 20 bis 24 größer als die Ausdehnung dieser Elektroden in Richtung der Mittellängsachse oder der Abstand zwischen einer Oberfläche des Emitters und einer Oberfläche der Anode ist um den Faktor 22 bis 24 größer als die Ausdehnung der Elektroden des ersten Elektrodenpaares in Richtung der Mittellängsachse oder aber mehrere dieser Bedingungen sind erfüllt. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung bei der alle der genannten Bedingungen erfüllt sind, da sich diese Variante als besonders günstig herausgestellt hat.According to a further preferred embodiment of the x-ray tube, the expansion of the electrodes of the first electrode pair in their longitudinal direction by a factor of 4 to 6 is greater than the extension of these electrodes in the direction of the central longitudinal axis or the expansion of the electrodes of the first electrode pair in its longitudinal direction by a factor of 4 to 6 greater than the extension of these electrodes in the longitudinal direction of the electrodes of the second electrode pair or the distance between the electrodes of the first pair of electrodes is larger by a factor of 20 to 24 than the extension of these electrodes in the direction of the central longitudinal axis or the distance between a surface of the emitter and A surface of the anode is larger by a factor of 22 to 24 than the extension of the electrodes of the first pair of electrodes in the direction of the central longitudinal axis or more of these conditions are met. Particularly preferred is an embodiment in which all of the conditions mentioned are met, since this variant has proven to be particularly favorable.

Zweckdienlich ist darüber hinaus eine Variante der Röntgenröhre, bei der die Ausdehnung der Elektroden des zweiten Elektrodenpaares in ihrer Längsrichtung um den Faktor 1 bis 3 größer ist als die Ausdehnung dieser Elektroden in Richtung der Mittellängsachse oder bei der die Ausdehnung der Elektroden des zweiten Elektrodenpaares in Richtung der Mittellängsachse um den Faktor 1 bis 3 größer ist als die Ausdehnung dieser Elektroden in Längsrichtung der Elektroden des ersten Elektrodenpaares oder bei der der Abstand zwischen den Elektroden des zweiten Elektrodenpaares um den Faktor 1 bis 3 größer ist als die Ausdehnung dieser Elektroden in Richtung der Mittellängsachse oder bei der der Abstand zwischen der Oberfläche des Emitters und der Oberfläche der Anode um den Faktor 2 bis 4 größer ist als die Ausdehnung der Elektroden des zweiten Elektrodenpaares in Richtung der Mittellängsachse oder bei der mehrere dieser Bedingungen erfüllt sind. Bevorzugt ist auch hier insbesondere eine Variante bei der alle diese Bedingungen erfüllt sind und weiter bevorzugt ist eine Ausgestaltung bei der alle diese und alle zuvor genannten Bedingungen erfüllt sind. Gerade letztere Variante erlaubt eine besonders kompakte Bauweise und gleichzeitig eine sehr präzise Vorgabe von Form, Größe und Position des Brennfleckes auf der Anode.In addition, a variant of the x-ray tube is expedient in which the expansion of the electrodes of the second electrode pair in their longitudinal direction by a factor of 1 to 3 is greater than the extension of these electrodes in the direction of the central longitudinal axis or in the extension of the electrodes of the second electrode pair in the direction The central longitudinal axis by a factor of 1 to 3 is greater than the extension of these electrodes in the longitudinal direction of the electrodes of the first pair of electrodes or in which the distance between the electrodes of the second pair of electrodes by a factor of 1 to 3 is greater than the extension of these electrodes in the direction of the central longitudinal axis or wherein the distance between the surface of the emitter and the surface of the anode by a factor of 2 to 4 is greater than the extension of the electrodes of the second pair of electrodes in the direction of the central longitudinal axis or a plurality of these conditions are met. Here, too, a variant in which all of these conditions are fulfilled is preferred, and an embodiment in which all of these and all the aforementioned conditions are met is also preferred. Especially the latter variant allows a particularly compact design and at the same time a very precise specification of the shape, size and position of the focal spot on the anode.

Von Vorteil ist des Weiteren eine Ausgestaltung der Röntgenröhre, bei der der Emitterkopf eine Stirnfläche aufweist, bei der der Emitter elektrisch leitend mit der Stirnfläche verbunden ist und bei der beide Elektroden des ersten Elektrodenpaares sowie beide Elektroden des zweiten Elektrodenpaares an der Stirnfläche anliegen, wobei bevorzugt zwischen den Elektroden und dem Emitterkopf eine elektrische Isolierung vorgesehen ist, sodass für den Emitterkopf, oder zumindest die Stirnfläche, und jede Elektrode ein eigenes Potential bezogen auf ein Massepotential vorgegeben werden kann. Für den Emitterkopf ist dabei z. B. eine zylinderförmige Grundform vorgesehen, wobei das in der Röntgenröhre generierte elektrische Feld zusätzlich mit Hilfe der Stirnfläche des zylinderförmigen Emitterkopfes, also einer Kreisfläche, und deren Potential variabel vorgegeben wird.Furthermore, an embodiment of the x-ray tube is advantageous, in which the emitter head has an end face in which the emitter is electrically conductively connected to the end face and in which both electrodes of the first electrode pair and both electrodes of the second electrode pair abut against the end face, preferably an electrical insulation is provided between the electrodes and the emitter head, so that for the emitter head, or at least the end face, and each electrode its own potential relative to a ground potential can be specified. For the emitter head is z. B. provided a cylindrical basic shape, wherein the generated in the X-ray tube electric field is additionally set variable by means of the end face of the cylindrical emitter head, ie a circular area, and their potential.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a schematic drawing. Show:

1 in einer Seitenansicht eine Röntgenröhre mit einem Emitterkopf und einer Anode, 1 in a side view of an X-ray tube with an emitter head and an anode,

2 in einer perspektivischen Draufsicht den Emitterkopf, 2 in a perspective top view of the emitter head,

3 in einer perspektivischen Seitenansicht den Emitterkopf, 3 in a perspective side view of the emitter head,

4 in einer Seitenansicht den Emitterkopf und die Anode und 4 in a side view the emitter head and the anode and

5 in einer perspektivischen Rückansicht den Emitterkopf und die Anode. 5 in a perspective rear view of the emitter head and the anode.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

Die nachfolgend exemplarisch beschriebene Röntgenröhre 2 dient zur Generierung von Röntgenstrahlung in einer nicht dargestellten Computertomographie-Anlage, mittels derer ein bildgebendes Verfahren nach an sich bekannter Art und Weise realisiert wird. Dazu umfasst die Röntgenröhre 2, wie in 1 angedeutet, einen Emitterkopf 4 mit einem daran befestigten Emitter 6, ein Ablenk- und Fokussiersystem 8, eine Anode 10, sowie eine Steuereinrichtung 12.The X-ray tube described below by way of example 2 serves to generate X-radiation in a computed tomography system, not shown, by means of which an imaging method is realized in a conventional manner. This includes the X-ray tube 2 , as in 1 implied an emitter head 4 with an emitter attached to it 6 , a deflection and focusing system 8th , an anode 10 , as well as a control device 12 ,

Der Emitter 6 sowie das Ablenk- und Fokussiersystem 8 sind am Emitterkopf 4 befestigt, der eine zylindrische Grundform aufweist. An der der Anode 10 zugewandten Stirnseite oder Stirnfläche 14 des Emitterkopfes 4 ist der Emitter 6 mittig, also symmetrisch um die Mittellängsachse 16 der Zylinderform des Emitterkopfes 4, positioniert, wobei der Emitter 6 als quaderförmiges Plättchen mit einer Kantenlänge von 2 mm ausgebildet und elektrisch leitend mit dem Emitterkopf 4 verbunden ist. Infolgedessen liegen der Emitter 6 und die Stirnfläche 14 des Emitterkopfes 4 stets auf demselben elektrischen Potential.The emitter 6 as well as the deflection and focusing system 8th are at the emitter head 4 attached, which has a cylindrical basic shape. At the anode 10 facing end face or end face 14 of the emitter head 4 is the emitter 6 in the middle, that is symmetrical about the central longitudinal axis 16 the cylindrical shape of the emitter head 4 , positioned, with the emitter 6 formed as a parallelepiped plate with an edge length of 2 mm and electrically conductive with the emitter head 4 connected is. As a result, the emitter is lying 6 and the frontal area 14 of the emitter head 4 always at the same electrical potential.

Das Ablenk- und Fokussiersystem 8 wird, wie in 2 und 3 gezeigt, durch ein erstes Elektrodenpaar 18 und ein zweites Elektrodenpaar 20 gebildet, welche beide am Emitterkopf 4, genauer an der Stirnfläche 14, befestigt sind, wobei die Elektroden der Elektrodenpaare 18, 20 jeweils gegen die Stirnfläche 14 isoliert sind, und mittels der Steuereinrichtung 12 einzeln und unabhängig voneinander angesteuert werden.The deflection and focusing system 8th will, as in 2 and 3 shown by a first pair of electrodes 18 and a second electrode pair 20 formed, both at the emitter head 4 , more precisely on the face 14 , are attached, wherein the electrodes of the electrode pairs 18 . 20 each against the face 14 are isolated, and by means of the control device 12 individually and independently controlled.

Die beiden Elektroden des ersten Elektrodenpaares 18 sind balkenförmig gestaltet und weisen einen rechteckigen Querschnitt mit einer Kantenlänge von etwa 1 mm auf, wobei die größte Ausdehnung der Elektroden in einer ersten Längsrichtung 22 senkrecht zur Mittellängsachse 16 gegeben ist und wobei die beiden Elektroden symmetrisch um die Mittellängsachse 16 und mit einem Abstand von jeweils etwa 2,2 mm zur Mittellängsachse 16 angeordnet sind.The two electrodes of the first electrode pair 18 are bar-shaped and have a rectangular cross section with an edge length of about 1 mm, wherein the largest dimension of the electrodes in a first longitudinal direction 22 perpendicular to the central longitudinal axis 16 is given and wherein the two electrodes are symmetrical about the central longitudinal axis 16 and with a distance of about 2.2 mm to the central longitudinal axis 16 are arranged.

Die beiden Elektroden des zweiten Elektrodenpaares 20 sind genau wie die Elektroden des ersten Elektrodenpaares 18 identisch gestaltet, weisen jedoch im Gegensatz zu diesen die Form eines geraden und etwa 7 mm hohen Zylinders auf, dessen Grundfläche durch ein Kreissegment gegeben ist. Sie sind ebenfalls symmetrisch zur Mittellängsachse 16 angeordnet, allerdings mit einem Abstand von jeweils etwa 7,5 mm zur Mittellängsachse 16. Die ebenen Zylindermantel-Teilflächen der Elektroden des zweiten Elektrodenpaares 20 sind einander zugewandt und die größte Ausdehnung der beiden Elektroden ist in einer zweiten Längsrichtung 24 senkrecht zur ersten Längsrichtung 22 und senkrecht zur Mittellängsachse 16 gegeben. Die die ebenen Zylindermantel-Teilflächen ergänzenden gekrümmten Zylindermantel-Teilflächen der Elektroden des zweiten Elektrodenpaares 20 weisen dieselbe Krümmung auf, wie die Zylindermantelfläche des Emitterkopfes 4, so dass, aufgrund der Anordnung der beiden Elektroden des zweiten Elektrodenpaares 20, die Zylindermantelfläche des Emitterkopfes 4 in Richtung der Mittellängsachse 16 zumindest über einen begrenzten Bereich des Umfanges durch die Elektroden des zweiten Elektrodenpaares 20 nahezu nahtlos fortgesetzt ist.The two electrodes of the second electrode pair 20 are just like the electrodes of the first electrode pair 18 However, in contrast to these have the shape of a straight and about 7 mm high cylinder whose base is given by a circular segment. They are also symmetrical to the central longitudinal axis 16 arranged, but with a distance of about 7.5 mm to the central longitudinal axis 16 , The flat cylinder jacket partial surfaces of the electrodes of the second electrode pair 20 are facing each other and the largest dimension of the two electrodes is in a second longitudinal direction 24 perpendicular to the first longitudinal direction 22 and perpendicular to the central longitudinal axis 16 given. The curved cylinder jacket partial surfaces of the electrodes of the second electrode pair which complement the flat cylinder jacket partial surfaces 20 have the same curvature as the cylindrical surface of the emitter head 4 , so that, due to the arrangement of the two electrodes of the second electrode pair 20 , the cylinder surface of the emitter head 4 in the direction of the central longitudinal axis 16 at least over a limited area of the circumference through the electrodes of the second electrode pair 20 has continued almost seamlessly.

Der Stirnfläche 14 des Emitterkopfes 4 gegenüberliegend ist eine Anodenstirnfläche 26 der ebenfalls zylinderförmig gestalteten Anode 10 angeordnet, welche in einem Abstand von etwa 22 mm parallel zur Stirnfläche 14 des Emitterkopfes 4 ausgerichtet ist und auf welcher sich im Betrieb ein durch den Elektronenstrahl hervorgerufener Brennfleck BF ausbildet. Durch Vorgabe von Spannungen zwischen der Anode 10, an der ein Massepotential angelegt wird, und jeder Elektrode des ersten Elektrodenpaares 18, jeder Elektrode des zweiten Elektrodenpaares 20 sowie der Stirnfläche 14 des Emitterkopfes 4, und damit auch dem Emitter 6, wird mittels der Steuereinrichtung 12 der durch den Elektronenstrahl gegebene Elektronenstrahlstrom, die Form und die Ausdehnung des Brennfleckes BF sowie die Ablenkung des Brennfleckes BF, genauer die Verschiebung des Brennfleckes BF entlang der ersten Längsrichtung 22, vorgegeben.The face 14 of the emitter head 4 opposite is an anode face 26 the likewise cylindrical shaped anode 10 arranged, which at a distance of about 22 mm parallel to the end face 14 of the emitter head 4 is aligned and on which forms in the operation caused by the electron beam focal spot BF. By specifying voltages between the anode 10 at which a ground potential is applied and each electrode of the first electrode pair 18 , each electrode of the second electrode pair 20 as well as the face 14 of the emitter head 4 , and therefore also the emitter 6 is, by means of the control device 12 the electron beam current given by the electron beam, the shape and the extent of the focal spot BF and the deflection of the focal spot BF, more precisely the displacement of the focal spot BF along the first longitudinal direction 22 , given.

Dazu wird zunächst der sogenannte Arbeitspunkt zum Beispiel 1 kW (oder 3 kW) und damit auch die Spannung an der Stirnfläche 14, hier –70 kV bezogen auf das an der Anode 10 anliegende Massepotential, für die Röntgenröhre 2 festgelegt. Dann wird über die Spannungen an den Elektroden die Form und die Ausdehnung des Brennfleckes BF auf der Anode 10 vorgegeben, wobei in diesem Beispielfall an den Elektroden des ersten Elektrodenpaares 18 je eine Spannung von 150 V (bzw. –500 V), bezogen auf das an der Stirnfläche 14 anliegendes Bezugspotential, für eine Ausdehnung des Brennfleckes BF in zweiter Längsrichtung 24 von etwa 270 μm und eine Spannung von jeweils 800 V (bzw. –1,1 kV) an den beiden Elektroden des zweiten Elektrodenpaares 20 zur Vorgabe einer Ausdehnung in erster Längsrichtung 22 von 300 μm vorgegeben werden. Die Ablenkung des so voreingestellten Brennfleckes BF erfolgt schließlich durch eine zusätzliche Spannung an den Elektroden des zweiten Elektrodenpaares, wobei die Spannungen an den Elektroden des zweiten Elektrodenpaares 20, also die Spannungen zur Ablenkung des Brennfleckes BF in erster Längsrichtung 22 und die Spannungen zur Vorgabe der Ausdehnung des Brennfleckes BF in erster Längsrichtung 22, superponiert werden. Zur Ablenkung des Brennfleckes BF aus einer Mittenlage symmetrisch zur Mittelängsachse 16 um etwa 1 mm ist bei dem hier gewählten Arbeitspunkt eine zusätzliche Spannung von etwa 3,6 kV von Nöten, so dass in der Summe an einer Elektrode des zweiten Elektrodenpaares 20 4,4 kV (bzw. 2,5 kV) und an der anderen Elektrode –2,8 kV (bzw. –4,7 kV) anliegen.For this purpose, the so-called operating point, for example, 1 kW (or 3 kW) and thus the voltage at the end face 14 , here -70 kV relative to that at the anode 10 applied ground potential, for the x-ray tube 2 established. Then, via the voltages at the electrodes, the shape and the extent of the focal spot BF on the anode 10 predetermined, in this example, at the electrodes of the first electrode pair 18 each a voltage of 150 V (or -500 V), based on that at the end face 14 applied reference potential, for an extension of the focal spot BF in the second longitudinal direction 24 of about 270 microns and a voltage of 800 V (or -1.1 kV) at the two electrodes of the second electrode pair 20 for specifying an extension in the first longitudinal direction 22 be specified by 300 microns. The deflection of the so preset focal spot BF finally takes place by an additional voltage at the electrodes of the second electrode pair, wherein the voltages at the electrodes of the second electrode pair 20 , So the voltages for the deflection of the focal spot BF in the first longitudinal direction 22 and the voltages for specifying the extent of the focal spot BF in the first longitudinal direction 22 to be superposed. For deflecting the focal spot BF from a central position symmetrical to the central longitudinal axis 16 By about 1 mm at the operating point selected here, an additional voltage of about 3.6 kV is needed, so that in total at one electrode of the second electrode pair 20 4.4 kV (or 2.5 kV) and at the other Electrode -2.8 kV (or -4.7 kV) abut.

Aufgrund der gewählten Ausgestaltung der Röntgenröhre 2 und insbesondere des Ablenk- und Fokussiersystems 8 bleibt die Form und die Größe des Brennfleckes BF bei der Ablenkung des Elektronenstrahls in sehr guter Näherung erhalten und die Ausdehnungen in erster und in zweiter Längsrichtung 22, 24 variieren im Ausführungsbeispiel bei einer Ablenkung bis zu 1 mm um weniger als 4%. Außerdem zeigen die Brennfleckabmessungen eine nur geringe Abhängigkeit von der Potentialdifferenz zwischen der Stirnfläche 14 und der Anode 10, also der Röhrenspannung. Selbst bei einer Variation der Röhrenspannung in einem Bereich von 30 bis 100 kV bleiben die relativen Änderungen in einem Bereich von unter 15%.Due to the selected configuration of the x-ray tube 2 and in particular the deflection and focusing system 8th the shape and size of the focal spot BF is very well approximated when the electron beam is deflected and the dimensions in the first and in the second longitudinal direction 22 . 24 vary in the embodiment in a deflection up to 1 mm by less than 4%. In addition, the focal spot dimensions show only a small dependence on the potential difference between the end face 14 and the anode 10 , that is the tube voltage. Even with a variation of the tube voltage in a range of 30 to 100 kV, the relative changes remain in a range of less than 15%.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiment described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with each other in other ways, without departing from the subject matter of the invention.

Claims

Method for operating an X-ray tube ( 2 ) comprising an emitter head ( 4 ) with an end face ( 14 ) and with a central longitudinal axis ( 16 ), an emitter ( 6 ) and an anode ( 10 ), with the aid of the emitter ( 6 ) and the anode ( 10 ) is generated in operation an electron beam on the anode ( 10 ) forms a focal spot (BF), characterized in that by means of a control device (BF) 12 ) the electrodes of an electric deflection and focusing system ( 8th ), which between emitter ( 6 ) and anode ( 10 ) and which of a first pair of electrodes ( 18 ) and a second pair of electrodes ( 20 ), wherein on the one hand the extension of the focal spot (BF) in the longitudinal direction ( 22 ) of the electrodes of the first electrode pair ( 18 ) and on the other hand, the deflection of the focal spot (BF) in the longitudinal direction ( 22 ) of the electrodes of the first electrode pair ( 18 ) by specifying the potentials at the electrodes of the second electrode pair ( 20 ) relative to a at the end face ( 14 ) applied reference potential is specified.

A method according to claim 1, characterized in that the extension of the focal spot (BF) in the longitudinal direction ( 24 ) of the electrodes of the second electrode pair ( 20 ) by specifying the potentials at the electrodes of the first electrode pair ( 18 ) is varied with respect to the reference potential.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the focal spot (BF) is moved back and forth in a predetermined expansion mode of operation while maintaining that extension, the focal spot (BF) being longitudinally displaced (BF). 22 ) of the electrodes of the first electrode pair ( 18 ) is moved back and forth.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that at the anode ( 10 ) a ground potential is applied.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that by means of the control device ( 12 ) a variable tube current by specifying a common voltage for the end face ( 14 ) and the emitter ( 6 ) is given based on a ground potential, wherein the emitter ( 6 ) with the end face ( 14 ) of the emitter head ( 4 ) is electrically connected.