DE102012221959B4

DE102012221959B4 - X-ray machine

Info

Publication number: DE102012221959B4
Application number: DE102012221959.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Salamon
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2032-12-01
Also published as: DE102012221959A1; WO2014083206A1; EP2926346A1

Abstract

Röntgengerät mit folgenden Merkmalen:einer Röntgenröhre (10), wobei in einem vorderen Ende (18) der Röntgenröhre (10) ein Target (14) zur Erzeugung von Röntgenstrahlung (16), die an dem vorderen Ende (18) der Röntgenröhre (10) aus der Röntgenröhre (10) austritt, angeordnet ist;einer Objekthalterung (44), die ausgelegt ist, um ein zu untersuchendes Objekt (26) in dem Strahlengang der erzeugten Röntgenstrahlung (16) zu halten; undeinem Detektor (30), der ausgelegt ist, um eine Projektion der Röntgenstrahlung (16), mit der das Objekt (26) bestrahlt wird, zu erfassen,wobei die Objekthalterung (44) an dem vorderen Ende (18) der Röntgenröhre (10), in dem das Target (14) in der Röntgenröhre (10) angeordnet ist, an der Röntgenröhre (10) befestigt ist,gekennzeichnet durcheinen Bewegungssensor (60), um eine Bewegung des vorderen Endes (18) der Röntgenröhre (10) zu erfassen, undentweder eine Recheneinrichtung (70), die ausgelegt ist, um eine Auswirkung einer von dem Bewegungssensor (60) erfassten Bewegung auf die durch den Detektor (30) erfasste Projektion zu kompensieren, oder eine mechanische Nachstelleinrichtung (80), die ausgelegt ist, um basierend auf einem Ausgangssignal des Bewegungssensors (60) eine Position des vorderen Endes (18) der Röntgenröhre (10) oder eine Position des Detektors oder beides nachzustellen, um Störungen aufgrund einer Bewegung des vorderen Endes der Röntgenröhre zu kompensieren.X-ray device with the following features: an X-ray tube (10), wherein in a front end (18) of the X-ray tube (10) a target (14) for generating X-ray radiation (16), which at the front end (18) of the X-ray tube (10) emerges from the X-ray tube (10), an object holder (44) which is designed to hold an object (26) to be examined in the beam path of the generated X-ray radiation (16); anda detector (30) configured to detect a projection of the x-ray radiation (16) with which the object (26) is irradiated, the object holder (44) at the front end (18) of the x-ray tube (10) , in which the target (14) is arranged in the x-ray tube (10), is fastened to the x-ray tube (10), characterized by a motion sensor (60) to detect a movement of the front end (18) of the x-ray tube (10), and either computing means (70) configured to compensate for an effect of movement detected by the motion sensor (60) on the projection detected by the detector (30), or mechanical adjustment means (80) configured to based on an output signal of the motion sensor (60) to readjust a position of the front end (18) of the x-ray tube (10) or a position of the detector or both in order to compensate for disturbances due to movement of the front end of the x-ray tube older.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Röntgengerät und insbesondere ein Röntgengerät, das für eine auf einer Direktvergrößerungstechnik basierende hochauflösende Computertomographie geeignet ist.The present invention relates to an x-ray device and in particular an x-ray device which is suitable for high-resolution computed tomography based on a direct magnification technique.

Bei einer Aufnahme mit Direktvergrößerungstechnik sind eine Röntgenquelle, ein Objekt und ein Detektor derart relativ zueinander angeordnet, dass das Objekt oder zumindest Abschnitte des Objekts mit Röntgenstrahlung bestrahlt werden und der Detektor eine Projektion der Röntgenstrahlung, mir der das Objekt bestrahlt wird, erfasst, um eine vergrößerte Darstellung des Objekts oder des Abschnitts des Objekts zu erzeugen. Das Objekt ist dabei näher an der Röntgenquelle angeordnet als der Detektor, so dass sich eine Vergrößerung der Darstellung auf dem Detektor ergibt, die auf bekannte Weise von der Abbildungsgeometrie abhängt.In the case of a recording using direct magnification technology, an x-ray source, an object and a detector are arranged relative to one another in such a way that the object or at least sections of the object are irradiated with x-radiation and the detector detects a projection of the x-ray radiation with which the object is irradiated in order to generate an enlarged representation of the object or of the section of the object. The object is arranged closer to the x-ray source than the detector, so that there is an enlargement of the representation on the detector, which depends in a known manner on the imaging geometry.

Die auf der Direktvergrößerungstechnik basierende hochauflösende Computertomographie ist in ihrer Auflösung einerseits durch die verwendeten Abtastgrößen bezüglich des Detektors, des Manipulators, des Röntgenbrennflecks und der Vergrößerung bestimmt. Andererseits ist die Auflösung und Genauigkeit auch durch die Stabilität der Positionen der Systemkomponenten während der Messdauer zueinander bestimmt. Dabei hängen die Stabilitätsanforderungen für jede einzelne Systemkomponente unterschiedlich stark von der verwendeten Vergrößerung ab. Bewegungen der Komponenten untereinander können die Stabilität beeinträchtigen und zu Verzerrungen bei den aufgenommenen Bildern bzw. Projektionen führen. Kompensationsmethoden, die auf einer zweidimensionalen Translation der beeinträchtigten Projektion basieren, sind nicht in der Lage, diese Verzerrungen zu kompensieren und so die Qualität der Computertomographiemessung trotz Instabilitäten sicherzustellen. Lediglich aufwändige Rekonstruktionsmethoden, die die veränderte Messtrajektorie berücksichtigen können, wie z. B. algebraische Rekonstruktionsalgorithmen , sind in der Lage, den Instabilitätseinfluss zu kompensieren.The resolution of high-resolution computer tomography, which is based on direct magnification technology, is determined on the one hand by the scanning variables used with respect to the detector, the manipulator, the X-ray focal spot and the magnification. On the other hand, the resolution and accuracy is also determined by the stability of the positions of the system components relative to one another during the measurement period. The stability requirements for each individual system component vary depending on the magnification used. Movements of the components with each other can impair the stability and lead to distortions in the captured images or projections. Compensation methods based on a two-dimensional translation of the impaired projection are not able to compensate for these distortions and thus ensure the quality of the computed tomography measurement despite instabilities. Only complex reconstruction methods that can take into account the changed measurement trajectory, such as B. algebraic reconstruction algorithms are able to compensate for the influence of instability.

Aus der DE 10 2008 005 718 A1 ist eine Anordnung zur dreidimensionalen Elektronenstrahltomografie bekannt, die eine Vakuumkammer, eine Elektronenkanone, ein elektronenoptisches System zur Fokussierung und zweidimensionalen Ablenkung, ein Target, einen Röntgendetektor, Elektronenstrahlblenden und einen Detektorkollimator zur Unterdrückung einer Streustrahlung aufweist. Sensoren zur Messung und Überwachung wichtiger Betriebsparameter sowie Elektronikkomponenten zur Messwerterfassung, Hoch- und Hilfsspannungserzeugung und Strahlführung, sowie Komponenten zur Strahlaufhärtung, Komponenten zur Abschirmung, Liege oder Halterungen für das Untersuchungsobjekt, Kühlvorrichtungen für das Target usw. sind ebenfalls vorgesehen.From the DE 10 2008 005 718 A1 An arrangement for three-dimensional electron beam tomography is known which has a vacuum chamber, an electron gun, an electron-optical system for focusing and two-dimensional deflection, a target, an X-ray detector, electron beam apertures and a detector collimator for suppressing scattered radiation. Sensors for measuring and monitoring important operating parameters as well as electronic components for measured value acquisition, high and auxiliary voltage generation and beam guidance, as well as components for beam hardening, components for shielding, couches or holders for the examination object, cooling devices for the target, etc. are also provided.

Die DE 10 2010 028 511 A1 offenbart eine tragbare Computertomografievorrichtung. Die DE 10 2004 034 241 A1 offenbart ein Röntgendiagnostikgerät zur Mammografie-Untersuchung mit einem entsprechenden Objekttisch. Aus der DE 103 56 601 A1 ist eine Anordnung zur Röntgentomografie mit einem elektronisch abgelenkten Elektronenstrahl bekannt.The DE 10 2010 028 511 A1 discloses a portable computed tomography device. The DE 10 2004 034 241 A1 discloses an X-ray diagnostic device for mammography examination with a corresponding object table. From the DE 103 56 601 A1 an arrangement for X-ray tomography with an electronically deflected electron beam is known.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Röntgengerät zu schaffen, das eine einfache Kompensation von Röhrenbewegungen ermöglicht.The object of the present invention is to provide an x-ray device which enables simple compensation of tube movements.

Ausführungsbeispiele der Erfindung schaffen ein Röntgengerät mit folgenden Merkmalen:

einer Röntgenröhre, wobei in einem vorderen Ende der Röntgenröhre ein Target zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, die an dem vorderen Ende der Röntgenröhre aus der Röntgenröhre austritt, angeordnet ist;
einer Objekthalterung, die ausgelegt ist, um ein zu untersuchendes Objekt in den Strahlengang der erzeugten Röntgenstrahlung zu halten; und
einem Detektor, der ausgelegt ist, um eine Projektion der Röntgenstrahlung, mit der das Objekt bestrahlt wird, zu erfassen,
wobei die Objekthalterung an dem vorderen Ende, in dem das Target in der Röntgenröhre angeordnet ist, an der Röntgenröhre befestigt ist,
einem Bewegungssensor, um eine Bewegung des vorderen Endes der Röntgenröhre zu erfassen, und
entweder einer Recheneinrichtung, die ausgelegt ist, um eine Auswirkung einer von dem Bewegungssensor erfassten Bewegung auf die durch den Detektor erfasste Projektion zu kompensieren, oder einer mechanischen Nachstelleinrichtung, die ausgelegt ist, um basierend auf einem Ausgangssignal des Bewegungssensors eine Position des vorderen Endes der Röntgenröhre oder eine Position des Detektors oder beides nachzustellen, um Störungen aufgrund einer Bewegung des vorderen Endes der Röntgenröhre zu kompensieren.

Embodiments of the invention create an X-ray device with the following features:

an X-ray tube, a target for generating X-ray radiation which emerges from the X-ray tube at the front end of the X-ray tube being arranged in a front end of the X-ray tube;
an object holder which is designed to hold an object to be examined in the beam path of the generated X-rays; and
a detector which is designed to detect a projection of the X-rays with which the object is irradiated,
the object holder being attached to the x-ray tube at the front end in which the target is arranged in the x-ray tube,
a motion sensor to detect movement of the front end of the X-ray tube, and
either a computing device that is designed to compensate for an effect of a movement detected by the motion sensor on the projection detected by the detector, or a mechanical adjusting device that is designed to determine a position of the front end of the x-ray tube based on an output signal of the motion sensor or adjust a position of the detector or both to compensate for disturbances due to movement of the front end of the X-ray tube.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung wird somit eine Objekthalterung und somit das Objekt an das Ende der Röntgenröhre angekoppelt, in dem das Target zur Erzeugung der Röntgenstrahlung angeordnet ist. Somit bewegt sich die Objekthalterung mit diesem Ende der Röntgenröhre und es findet keine Relativbewegung zwischen dem Objekt (d.h. der Probe) und diesem Ende der Röntgenröhre statt. Geht man davon aus, dass sich das Target, das in diesem Ende in der Röntgenröhre befestigt ist, mit diesem Ende der Röntgenröhre bewegt, so findet auch keine Relativbewegung zwischen Objekt und Target statt. Das Target beinhaltet den Fokus der Projektion (Abbildungsgeometrie) und der Abstand zwischen Objekt und Target ist in der Regel deutlich geringer als der Abstand zwischen Objekt und Detektor, um eine gewünschte Vergrößerung zu implementieren. Somit haben Veränderungen des Abstands zwischen dem Target und dem Objekt einen großen Einfluss auf die Abbildungsgeometire. Solche Veränderungen werden gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung verhindert oder zumindest reduziert, so dass verbleibende Störungen aufgrund einer Bewegung der Röntgenröhre leichter kompensiert werden können.In embodiments of the invention, an object holder and thus the object are thus coupled to the end of the X-ray tube in which the target for generating the X-ray radiation is arranged. The object holder thus moves with this end of the X-ray tube and there is no relative movement between the object (ie the sample) and this end of the x-ray tube instead. If one assumes that the target, which is attached in this end in the X-ray tube, moves with this end of the X-ray tube, then there is no relative movement between the object and the target. The target contains the focus of the projection (imaging geometry) and the distance between the object and the target is generally significantly less than the distance between the object and the detector in order to implement a desired magnification. Thus changes in the distance between the target and the object have a great influence on the imaging geometries. Such changes are prevented or at least reduced according to exemplary embodiments of the invention, so that remaining disturbances due to movement of the x-ray tube can be compensated for more easily.

Eine Bewegung des vorderen Endes der Röntgenröhre (beispielsweise aufgrund einer Änderung der Länge der Röhre aufgrund einer thermischen Ausdehnung der Röhre) bewirkt bei Ausführungsbeispielen der Erfindung lediglich eine einfache laterale Verschiebung auf dem Detektor bzw. eine Veränderung des Abstandes zwischen Target und Detektor. Solche Verschiebungen bzw. Veränderungen des Abstands zwischen Target und Detektor haben jedoch einen deutlich geringeren Einfluss auf die Abbildungsgeometrie als eine Veränderung des Abstandes zwischen Target und Objekt. Somit können Störungen aufgrund einer einfachen lateralen Verschiebung bzw. aufgrund einer Veränderung des Abstandes zwischen Target und Detektor einfacher kompensiert werden.A movement of the front end of the X-ray tube (for example due to a change in the length of the tube due to a thermal expansion of the tube) only causes a simple lateral displacement on the detector or a change in the distance between target and detector in exemplary embodiments of the invention. Such shifts or changes in the distance between the target and the detector, however, have a significantly smaller influence on the imaging geometry than a change in the distance between the target and the object. Thus, disturbances due to a simple lateral shift or due to a change in the distance between the target and the detector can be compensated more easily.

Bei Ausführungsbeispielen kann die Röntgenröhre in einem von dem vorderen Ende beabstandeten Bereich an einer Basis des Röntgengeräts befestigt sein, wobei die Objekthalterung an dem vorderen Ende der Röntgenröhre und nicht an der Basis befestigt ist. Bei Ausführungsbeispielen ist der Objekthalter vorzugsweise derart starr an dem vorderen Ende der Röntgenröhre befestigt, dass jede Bewegung des vorderen Endes der Röntgenröhre eine entsprechende Bewegung der Objekthalterung bewirkt. Dies kann erreicht werden, indem die Objekthalterung über starre Mittel an dem vorderen Ende der Röhre befestigt ist, so dass jegliche Bewegung des vorderen Endes der Röntgenröhre, beispielsweise durch eine Verformung der Röntgenröhre, in eine gleiche Bewegung des Objekthalters umgesetzt wird. Eine solche Verformung kann beispielsweise aufgrund einer Ausdehnung bei einer Erwärmung oder aufgrund einer Schrumpfung bei einer Abkühlung auftreten.In embodiments, the x-ray tube may be attached to a base of the x-ray device in a region spaced from the front end, the object holder being attached to the front end of the x-ray tube and not to the base. In exemplary embodiments, the object holder is preferably rigidly attached to the front end of the x-ray tube in such a way that every movement of the front end of the x-ray tube causes a corresponding movement of the object holder. This can be achieved by attaching the object holder to the front end of the tube via rigid means, so that any movement of the front end of the X-ray tube, for example due to a deformation of the X-ray tube, is converted into an equal movement of the object holder. Such deformation can occur, for example, due to expansion when heated or due to shrinkage when cooling.

Das Röntgengerät weist ferner einen Bewegungssensor auf, um eine Bewegung des vorderen Endes der Röntgenröhre zu erfassen. Das Konzept einer mechanischen Erfassung der Bewegungen ermöglicht zum einen eine Kompensation der Bewegungseffekte durch eine nachträgliche Referenzierung und Bearbeitung der Projektion, d.h. der Darstellung auf dem Detektor, und zum anderen auch eine direkte Kompensation durch Aktuatoren oder entsprechende Manipulationseinrichtungen. Eine Recheneinrichtung ist vorgesehen, die ausgelegt ist, um eine Auswirkung einer von dem Bewegungssensor erfassten Bewegung auf die durch den Detektor erfasste Projektion zu kompensieren, oder das Röntgengerät weist eine mechanische Nachstelleinrichtung auf, um eine Auswirkung einer von dem Bewegungssensor erfassten Bewegung auf die Position des vorderen Endes der Röntgenröhre zu kompensieren, d.h. um die Position des vorderen Endes der Röntgenröhre stabil zu halten. Zudem kann eine mechanische Kompensation der Instabilität Detektorseitig mit verringerten Genauigkeitsanforderungen erfolgen.The x-ray device also has a motion sensor to detect a movement of the front end of the x-ray tube. The concept of a mechanical detection of the movements enables, on the one hand, compensation of the movement effects by subsequent referencing and processing of the projection, i.e. the representation on the detector, and on the other hand direct compensation by actuators or corresponding manipulation devices. A computing device is provided, which is designed to compensate for an effect of a movement detected by the motion sensor on the projection detected by the detector, or the x-ray device has a mechanical adjustment device for an effect of a movement detected by the motion sensor on the position of the to compensate for the front end of the X-ray tube, ie to keep the position of the front end of the X-ray tube stable. In addition, the instability on the detector side can be mechanically compensated with reduced accuracy requirements.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren sind gleiche Elemente oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so dass, wo nicht erforderlich, wiederholte Erläuterungen der jeweiligen Elemente weggelassen werden. Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht eines Röntgengerätes;
2 eine schematische Darstellung einer Projektionsverschiebung eines Röntgengerätes;
3 eine schematische Seitenansicht eines Röntgengerätes mit Kompensationsmechanismen;
4 eine schematische Seitenansicht eines Vergleichsbeispiels, bei dem eine Objekthalterung an einer Systembasis angebracht ist; und
5 eine schematische Darstellung einer Projektion bei dem in 4 gezeigten Vergleichsbeispiel.

Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. In the figures, the same elements or elements with the same function are designated with the same reference numerals, so that repeated explanations of the respective elements are omitted where not necessary. Show it:

1 a schematic side view of an X-ray machine;
2 a schematic representation of a projection shift of an X-ray device;
3 a schematic side view of an X-ray device with compensation mechanisms;
4 is a schematic side view of a comparative example in which an object holder is attached to a system base; and
5 a schematic representation of a projection in the 4 shown comparative example.

Wie eingangs bereits ausgeführt wurde, ist die auf der Direktvergrößerungstechnik basierende hochauflösende Computertomographie in ihrer Auflösung einerseits durch die verwendeten Abtastgrößen bezüglich Detektor, Manipulator, Röntgenbrennfleck und Vergrößerung bestimmt und andererseits durch die Stabilität der Position der Systemkomponenten zueinander während der Messdauer (t). Dabei hängen die Stabilitätsanforderungen für jede einzelne Systemkomponente unterschiedlich stark von der verwendeten Vergrößerung ab. Aufgrund des der Abbildung zugrunde liegenden Strahlensatzes sind kleinste Positionsänderungen zwischen Quelle und Objekt von großem Einfluss, wohingegen Bewegungen des Detektors um ein Vielfaches stärker ausfallen können, ohne störend in Erscheinung zu treten.As already mentioned at the beginning, the resolution of the high-resolution computed tomography based on the direct magnification technique is determined on the one hand by the scanning variables used with regard to the detector, manipulator, x-ray focal spot and magnification and on the other hand by the stability of the position of the system components relative to one another during the measurement period (t). The stability requirements for each individual system component vary depending on the magnification used. Due to the radiation set on which the image is based, the smallest changes in position between the source and the object are of great influence, whereas movements of the detector can be many times stronger without being disruptive.

4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Vergleichsbeispiels eines Röntgengeräts herkömmlicher Bauart, bei dem eine Röntgenröhre 10 an einer Systembasis 12, beispielsweise einer steinernen Trägerplatte, angebracht ist. Die Röntgenröhre 10 weist auf bekannte Weise ein Target 14 auf, das mit Elektronen beschossen wird und dabei Röntgenstrahlung abgibt. Das Target 14 kann beispielsweise durch die Anode der Röntgenstrahlröhre gebildet sein. Das Target 14 beinhaltet bezüglich der Projektion (Abbildungsgeometrie) den Fokus und ist in den Figuren lediglich als Spitze des Strahlkegels der erzeugten Röntgenstrahlung 16 gezeigt. Genauer gesagt ist der Fokus der Projektion der Brennfleck, der einen Punkt auf dem Target darstellt, nämlich dort, wo der Elektronenstrahl auftrifft. Im Folgenden wird das Target 14 zum Teil auch einfach als „Fokus“ bezeichnet. 4 shows a schematic side view of a comparative example of an X-ray device of conventional design, in which an X-ray tube 10 at a system base 12 , for example a stone support plate, is attached. The X-ray tube 10 has a target in a known manner 14 which is bombarded with electrons and emits X-rays. The target 14 can be formed, for example, by the anode of the X-ray tube. The target 14 contains the focus with respect to the projection (imaging geometry) and is only in the figures as the tip of the beam cone of the generated X-rays 16 shown. More specifically, the focus of the projection is the focal spot, which represents a point on the target, namely where the electron beam strikes. The following is the target 14 sometimes referred to simply as "focus".

Die Röntgenröhre 10 weist ein vorderes Ende 18 und ein hinteres Ende 20 auf, wobei das Target 14 naturgemäß am vorderen Ende 18 in der Röntgenröhre angeordnet ist. Die von dem Target 14 erzeugte Röntgenstrahlung 16 tritt an dem vorderen Ende 18 aus der Röntgenröhre aus. Wie in 4 gezeigt ist, ist die Röntgenröhre 10 in einem dem hinteren Ende 20 zugewandte Bereich über entsprechende Befestigungsmittel 22 an der Systembasis 12 angebracht. Ferner ist an der Systembasis 12 eine Objekthalterung 24 angebracht, die ausgebildet ist, um ein Objekt 26 in die von dem Target 14 erzeugte Röntgenstrahlung 16 zu halten. Des Weiteren ist an der Systembasis 12 ein Detektor 30 angebracht, der ausgelegt ist, um eine Projektion der Röntgenstrahlung 16 zu erfassen.The X-ray tube 10 has a front end 18 and a rear end 20 on, the target 14 naturally at the front end 18 is arranged in the X-ray tube. That from the target 14 generated x-rays 16 occurs at the front end 18 out of the x-ray tube. As in 4 is shown is the x-ray tube 10 in a the rear end 20 facing area using appropriate fasteners 22 at the system base 12 appropriate. It is also at the system base 12 an object holder 24 attached, which is designed to an object 26 into that of the target 14 generated x-rays 16 to keep. Furthermore is at the system base 12 a detector 30 attached, which is designed to a projection of the X-rays 16 capture.

Die Röntgenröhre 10, die Objekthalterung 24 und der Detektor 30 sind starr an der Systembasis 12 angebracht. Wie in 4 gezeigt ist, ist das von der Objekthalterung 24 gehaltene Objekt 26 in einem Abstand FOA (Fokus-Objekt-Abstand) von dem Target 14 angeordnet, und der Detektor 30 ist in einem Abstand FDA (Fokus-Detektor-Abstand) von dem Target 14 angeordnet. Die Vergrößerung des Systems, wie es in Figuren gezeigt ist, beträgt somit M=FDA/FOA.The X-ray tube 10 who have favourited Object holder 24 and the detector 30 are rigid at the system base 12 appropriate. As in 4 shown is from the object holder 24 held object 26 at a distance FOA (focus-object distance) from the target 14 arranged, and the detector 30 is at a distance FDA (focus-detector-distance) from the target 14 arranged. The magnification of the system, as shown in the figures, is thus M = FDA / FOA.

Röntgengeräte für die Computertomographie mittels einer Direktvergrößerungstechnik weisen in der Regel Fokussierspulen auf, die einen besonderen Einfluss auf die Stabilität, insbesondere bei für höchste Auflösungen in der Regel verwendete Röntgenröhren, aufweisen können. Die dabei verwendete hohe Fokussierleistung kann, wie in 4 angedeutet ist, einen starken Temperaturanstieg um 20°C bis 80°C, z.B. 60°C, zur Folge haben, weshalb die Röntgenröhre einer thermischen Ausdehnung unterworfen sein kann, beispielsweise eine Verlängerung (in Richtung der Abstände FOA und FDA). Somit kann trotz der starren Befestigung der Röntgenröhre und der Objekthalterung eine Relativbewegung zwischen dem vorderen Ende 18 der Röntgenröhre und dem Objekt 26 auftreten. Sofern die Position des Targets, also die Fokusposition, mit dieser thermischen Verformung korreliert, führt das zu einer veränderten Abbildung des Objekts 26 auf dem Detektor 30 und somit zu einer Inkonsistenz in dem Computertomographie-Datensatz. Besonders kritisch sind dabei eine aus der Röhrenausdehnung resultierende Vergrößerungsänderung sowie der sich ändernde Abbildungswinkel, der zu einer Verzerrung der Projektion führt.X-ray devices for computer tomography using a direct magnification technique generally have focusing coils which can have a particular influence on the stability, in particular in the case of X-ray tubes which are generally used for the highest resolutions. The high focusing power used can, as in 4 is indicated, result in a sharp temperature rise of 20 ° C to 80 ° C, for example 60 ° C, which is why the X-ray tube can be subjected to thermal expansion, for example an extension (in the direction of the distances FOA and FDA). Thus, despite the rigid attachment of the x-ray tube and the object holder, a relative movement between the front end 18 the x-ray tube and the object 26 occur. If the position of the target, that is to say the focus position, correlates with this thermal deformation, this leads to a changed image of the object 26 on the detector 30 and thus an inconsistency in the computed tomography data set. A change in magnification resulting from the expansion of the tube and the changing imaging angle, which leads to a distortion of the projection, are particularly critical.

4 zeigt schematisch Bewegungsvektoren a für das vordere Ende 18 der Röntgenröhre, Bewegungsvektoren b für das Objekt 26 und Bewegungsvektoren c für den Detektor 30. Eine Bewegung a des vorderen Endes 18 der Röntgenröhre 10, beispielsweise aufgrund einer Erwärmung durch Fokussierspulen kann eine Fokusdrift 32, wie sie in 5 gezeigt ist, zur Folge haben. Die Objekthalterung 24, die das Objekt 26 hält, folgt dieser Bewegung nicht, so dass der Fokusdrift 32 zu einer deutlich höheren Abbildungsdrift 34 der Projektion auf den Detektor 30 führt. Neben einer solchen erhöhten Abbildungsdrift aufgrund des von der Vergrößerung abhängigen Winkels α kann eine entsprechende Ausdehnung auch eine Verringerung des Abstands FOA zur Folge haben, was wiederum in einer veränderten Vergrößerung resultiert, was ebenfalls Verzerrungen der Projektion auf dem Detektor 30 zur Folge hat. 4 schematically shows motion vectors a for the front end 18 the x-ray tube, motion vectors b for the object 26 and motion vectors c for the detector 30 , A movement a of the front end 18 the x-ray tube 10 , for example due to heating by focusing coils, a focus drift 32 as in 5 is shown. The object holder 24 that the object 26 stops, does not follow this movement, so the focus drift 32 to a significantly higher image drift 34 the projection onto the detector 30 leads. In addition to such an increased imaging drift due to the angle α, which is dependent on the magnification, a corresponding expansion can also result in a reduction in the distance FOA, which in turn results in a changed magnification, which likewise distorts the projection on the detector 30 has the consequence.

Basierend auf den obigen Überlegungen haben die Erfinder erkannt, dass eine einfachere Kompensation von Röhrenbewegungen, beispielsweise in der Computertomographie, möglich ist, indem die Objekthalterung nicht an der Systembasis angebracht wird, sondern an dem vorderen Ende der Röntgenröhre, in dem das Target, und somit der Fokus, in der Röntgenröhre angeordnet ist.Based on the above considerations, the inventors have recognized that easier compensation of tube movements, for example in computer tomography, is possible by not attaching the object holder to the system base, but to the front end of the x-ray tube in which the target, and thus the focus in which the x-ray tube is placed.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Röntgengerätes. Wie in 1 gezeigt ist, ist eine Objekthalterung 44, die ausgelegt ist, um ein Objekt 26 in die Röntgenstrahlung 16 zu halten, an dem vorderen (ersten) Ende 18, also dem dem Detektor 30 zugewandten Ende oder vorderen Ende, der Röntgenröhre 10 befestigt. Entsprechende Befestigungsmittel sind in 1 schematisch mit dem Bezugszeichen 46 bezeichnet. Unterschiedliche bekannte Mittel können verwendet werden, um die Objekthalterung 44 starr an dem vorderen Ende 18 der Röntgenröhre 10 zu befestigen. Beispielsweise kann die Objekthalterung 44 unter Verwendung eines Flansches, der sich um den Umfang der Röntgenröhre erstreckt, an dem vorderen Ende 18 der Röntgenröhre befestigt sein. Die Objekthalterung 44 kann beispielsweise an das vordere Ende 18 der Röntgenröhre 10 oder einen dort befindlichen Flansch angeschraubt sein. Die Befestigung der Objekthalterung 44 an dem vorderen Ende der Röntgenröhre ist derart, dass jede Bewegung des vorderen Endes der Röntgenröhre eine entsprechende Bewegung der Objekthalterung bewirkt. Selbst eine Bewegung des vorderen Endes 18 der Röntgenröhre 10 aufgrund einer Ausdehnung oder Schrumpfung derselben in Längsrichtung hat somit keine Änderung des Abstands FOA zur Folge. 1 shows a schematic representation of an X-ray device. As in 1 is an object holder 44 that is designed to be an object 26 into the x-rays 16 to hold at the front (first) end 18 , that is the detector 30 facing end, or front end, of the x-ray tube 10 attached. Appropriate fasteners are in 1 schematically with the reference symbol 46 designated. Different known means can be used to fix the object 44 rigid at the front end 18 the x-ray tube 10 to fix. For example, the object holder 44 using a flange that extends around the circumference of the x-ray tube at the front end 18 attached to the x-ray tube. The object holder 44 can for example to the front end 18 the x-ray tube 10 or be screwed on a flange located there. The attachment of the object holder 44 at the front end of the x-ray tube is such that each Movement of the front end of the x-ray tube causes a corresponding movement of the object holder. Even a movement of the front end 18 the x-ray tube 10 due to an expansion or contraction thereof in the longitudinal direction, the distance FOA does not change.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die Objekthalterung und/oder die Befestigungsmittel aus einem thermisch stabilen Material gebildet, so dass sich die Befestigungsmittel und die Objekthalterung im für die Benutzung relevanten Temperaturbereich thermisch nicht verformen. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Befestigungsmittel und die Objekthalterung aus einem Keramikmaterial gebildet sein.In exemplary embodiments of the invention, the object holder and / or the fastening means are formed from a thermally stable material, so that the fastening means and the object holder do not thermally deform in the temperature range relevant for use. In exemplary embodiments of the invention, the fastening means and the object holder can be formed from a ceramic material.

Eine Änderung des Abstands FDA findet noch statt, jedoch hat diese aufgrund der Abbildungsgeometrie deutlich geringere Auswirkungen hinsichtlich einer Verzerrung der Projektion auf dem Detektor 30.The FDA distance is still changing, but due to the imaging geometry, this has a significantly smaller impact on the distortion of the projection on the detector 30 ,

Wie in 2 gezeigt ist, bewirkt eine Bewegung des vorderen Endes 18 der Röntgenröhre 10 senkrecht zu der Längserstreckung derselben, also senkrecht zu der Achse TargetObjekt-Detektor, eine Fokusdrift 32. Dieser Fokusdrift 32 resultiert in einer entsprechenden Bewegung 52 der Objekthalterung 44 und somit des Objekts 26. Somit hat die Bewegung des vorderen Endes 18 der Röntgenröhre eine deutlich geringere Abbildungsdrift auf dem Detektor zur Folge, wie durch die Abbildungsdrift 54 in 2 gezeigt ist.As in 2 shown causes the front end to move 18 the x-ray tube 10 perpendicular to the longitudinal extent of the same, i.e. perpendicular to the axis of the target-object detector, a focus drift 32 , This focus drift 32 results in a corresponding movement 52 the object holder 44 and thus the object 26 , Thus, the movement of the front end 18 the X-ray tube results in a significantly lower image drift on the detector, as by the image drift 54 in 2 is shown.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht somit eine deutlich reduzierte Abbildungsdrift, indem die Objekthalterung an dem vorderen Ende der Röntgenröhre befestigt wird, verglichen mit einem klassischen Fall, bei dem die Objekthalterung an der Systembasis befestigt ist. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird eine einfache Kompensation, die auf der Translation von einzelnen Projektionen basiert, möglich, durch die Entwicklung des beschriebenen neuartigen Manipulationskonzepts, das eine Relativbewegung der Probe zur Röntgenröhre weitgehend verhindert, indem der Objekthalter (bzw. Probenhalter) an dem vorderen also dem Detektor zugewandten Ende der Röntgenröhre befestigt ist. Wie beschrieben wurde, erfolgt durch die Ankopplung des Objekts an die Röhre und deren Bewegung keine Veränderung der Abbildungsgeometrie, die einen starken Einfluss auf die Vergrößerung hätte. Eine Instabilität führt zu einer einfachen lateralen Verschiebung auf dem Detektor sowie im Fall einer höheren Ausdehnung der Röntgenröhre zur Veränderung des Fokus-Detektor-Abstandes, nicht aber zu einer weitaus einflussreicheren Veränderung des Fokus-Objekt-Abstandes. Dies wird bewirkt, indem der Bewegungsvektor des Objekts mit dem Bewegungsvektor des vorderen Endes der Röntgenröhre gekoppelt wird.The procedure according to the invention thus enables a significantly reduced image drift in that the object holder is attached to the front end of the X-ray tube, compared to a classic case in which the object holder is attached to the system base. The procedure according to the invention enables simple compensation, which is based on the translation of individual projections, through the development of the novel manipulation concept described, which largely prevents a relative movement of the sample to the X-ray tube, that is, by the object holder (or sample holder) on the front the end of the X-ray tube facing the detector is attached. As has been described, the coupling of the object to the tube and its movement do not change the imaging geometry, which would have a strong influence on the magnification. An instability leads to a simple lateral shift on the detector and, in the case of a larger extension of the X-ray tube, to a change in the focus-detector distance, but not to a far more influential change in the focus-object distance. This is accomplished by coupling the motion vector of the object to the motion vector of the front end of the x-ray tube.

3 zeigt eine erfindungsgemäße Röntgenröhre, bei der gleiche Elemente wiederum mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Ein Bewegungssensor 60, beispielsweise in der Form eines Beschleunigungssensors oder dergleichen, ist an dem vorderen Ende 18 der Röntgenröhre 10 angeordnet, um eine Bewegung des Endes 18 der Röntgenröhre 10 zu erfassen. Der Bewegungssensor ist mit einer Recheneinrichtung 70 gekoppelt, die wiederum mit dem Detektor 30 gekoppelt ist. Durch den Bewegungssensor 60 können Bewegungen des vorderen Endes 18 der Röntgenröhre 10, die wiederum einen Fokusdrift 32, wie er in 2 gezeigt ist, zur Folge haben können, erfasst werden. Die Auswirkung dieser Bewegung, z.B. der Fokusdrift 32, auf die Projektion auf dem Detektor 30, beispielsweise die Abbildungsdrift 54, können dann mittels der Recheneinrichtung 70 kompensiert werden. Eine solche Kompensation kann beispielsweise im Nachhinein durch eine Korrektur der Bilder oder durch eine Weitergabe der geänderten Geometrie an einen Rekonstruktionsalgorithmus, der die Bilder rekonstruiert, erfolgen. 3 shows an X-ray tube according to the invention, in which the same elements are again designated by the same reference numerals. A motion sensor 60 , for example in the form of an acceleration sensor or the like, is at the front end 18 the x-ray tube 10 arranged to move the end 18 the x-ray tube 10 capture. The motion sensor is with a computing device 70 coupled, which in turn is connected to the detector 30 is coupled. Through the motion sensor 60 can move the front end 18 the x-ray tube 10 which in turn has a focus drift 32 as he is in 2 shown can result in being recorded. The impact of this movement, such as focus drift 32 , on the projection on the detector 30 , for example the image drift 54 , can then by means of the computing device 70 be compensated. Such compensation can be done afterwards, for example, by correcting the images or by forwarding the changed geometry to a reconstruction algorithm that reconstructs the images.

Erfindungsgemäß ist alternativ eine mechanische Nachstelleinrichtung 80 vorgesehen sein, um basierend auf dem Ausgangssignal des Bewegungssensors 60 die Position des vorderen Endes 18 der Röntgenröhre 10 oder die Position des Detektors einzustellen. Eine solche mechanische Nachstelleinrichtung kann entweder direkt mit dem Bewegungssensor 60 gekoppelt sein, oder, wie in 3 gezeigt ist, über die Recheneinrichtung 70 mit dem Bewegungssensor 60 gekoppelt sein. Die Nachstelleinrichtung 80 kann konfiguriert sein, um die Position des vorderen Endes der Röntgenröhre, die Position des Detektors oder beides nachzustellen.Alternatively, a mechanical adjusting device is according to the invention 80 be provided to based on the output signal of the motion sensor 60 the position of the front end 18 the x-ray tube 10 or adjust the position of the detector. Such a mechanical adjustment device can either directly with the motion sensor 60 be coupled, or, as in 3 is shown via the computing device 70 with the motion sensor 60 be coupled. The adjustment device 80 can be configured to adjust the position of the front end of the x-ray tube, the position of the detector, or both.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit auf einfache Art und Weise eine Kompensation von Störungen, die in einem Röntgenbild eines Objekts aufgrund einer Bewegung eines dem Detektor zugewandten Ende der Röntgenröhre bewirkt werden. Die Erfindung basiert dabei auf der Erkenntnis, dass entsprechende Bewegungen des vorderen Endes der Röntgenröhre eine entsprechende Bewegung des Targets und somit des Fokus der Abbildungsgeometrie zur Folge haben. Somit kann verhindert werden, dass Relativbewegungen zwischen dem Objekt und dem Target auftreten, wenn die Objekthalterung an dem vorderen Ende der Röntgenröhre befestigt wird.The present invention thus makes it possible in a simple manner to compensate for disturbances which are caused in an x-ray image of an object due to a movement of an end of the x-ray tube facing the detector. The invention is based on the knowledge that corresponding movements of the front end of the X-ray tube result in a corresponding movement of the target and thus of the focus of the imaging geometry. Thus, relative movements between the object and the target can be prevented from occurring when the object holder is attached to the front end of the X-ray tube.

Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Röntgenröhre zylinderförmig sein, wobei die Objekthalterung im Bereich des vorderen Endes an einem Umfangsabschnitt der zylinderförmigen Röntgenröhre befestigt sein kann, beispielsweise mittels eines Flansches. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Objekthalterung an der vorderen Endfläche der Röntgenröhre an einem Abschnitt, an dem keine Röntgenstrahlung aus der Röntgenröhre austritt, befestigt sein. Die Objekthalterung ist derart im Bereich des dem Objekt zugewandten Endes der Röntgenröhre angeordnet, dass keine Relativbewegung zwischen diesem Ende der Röntgenröhre und dem Objekt stattfindet. Die Objekthalterung ist dergestalt ausgelegt, dass keine für den Einsatz signifikante thermische Verformung auftreten kann. Bei den Ausführungsbeispielen der Erfindung kann dies durch geeignete Materialien und eine gewichtsoptimierte Auslegung erfolgen.In exemplary embodiments of the invention, the x-ray tube can be cylindrical, the object holder being able to be fastened in the region of the front end to a peripheral section of the cylindrical x-ray tube, for example by means of a flange. In alternative embodiments, the object holder can be attached to the front end face of the x-ray tube at a section where no x-ray radiation emerges from the x-ray tube. The object holder is arranged in the region of the end of the X-ray tube facing the object in such a way that there is no relative movement between this end of the X-ray tube and the object. The object holder is designed in such a way that no thermal deformation significant for the application can occur. In the exemplary embodiments of the invention, this can be done using suitable materials and a weight-optimized design.

Die vorliegende Erfindung schafft somit einen Lösungsansatz, der eine einfache Kompensation von Röhrenbewegungen beispielsweise bei der Computertomographie ermöglicht, insbesondere im Zusammenhang mit einem System, das auf einer Transmissionsröhre basiert.The present invention thus provides a solution which enables simple compensation of tube movements, for example in computer tomography, in particular in connection with a system based on a transmission tube.

Claims

X-ray device with the following features: an X-ray tube (10), wherein in a front end (18) of the X-ray tube (10) a target (14) for generating X-ray radiation (16), which at the front end (18) of the X-ray tube (10) emerges from the X-ray tube (10), is arranged; an object holder (44), which is designed to hold an object to be examined (26) in the beam path of the generated X-ray radiation (16); and a detector (30) configured to detect a projection of the x-ray radiation (16) with which the object (26) is irradiated, the object holder (44) at the front end (18) of the x-ray tube (10 ), in which the target (14) is arranged in the x-ray tube (10), is fastened to the x-ray tube (10), characterized by a motion sensor (60) for movement of the front end (18) of the x-ray tube (10) and either a computing device (70), which is designed to compensate for an effect of a movement detected by the motion sensor (60) on the projection detected by the detector (30), or a mechanical adjusting device (80), which is designed to adjust a position of the front end (18) of the x-ray tube (10) or a position of the detector or both based on an output signal of the motion sensor (60) to compensate for disturbances due to movement of the front end of the x-ray tube compensate.

X-ray machine after Claim 1 , in which the x-ray tube (10) is fastened to a base (12) of the x-ray device in a region spaced from the front end (18).

X-ray machine after Claim 2 , wherein the object holder (44) is attached to the front end (18) of the X-ray tube (10) and not to the base (12).

X-ray machine according to one of the Claims 1 to 3 , in which the object holder (44) is rigidly attached to the front end (18) of the x-ray tube (10) such that any movement of the front end (18) of the x-ray tube (10) causes a corresponding movement of the object holder (44).

X-ray machine according to one of the Claims 1 to 4 , in which the object holder and / or a fastening means by means of which the object holder is fastened to the front end of the X-ray tube are formed from a thermally stable material.