DE102020210118A1

DE102020210118A1 - Steuern einer Röntgenröhre

Info

Publication number: DE102020210118A1
Application number: DE102020210118.3A
Authority: DE
Inventors: Josef Deuringer
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2020-08-11
Filing date: 2020-08-11
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2040-08-12
Also published as: US20220053626A1; US11690158B2; DE102020210118B4; CN114080086A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Röntgenröhre (12), die wenigstens eine zwischen einer Anodenelektrode (14) und einer Kathodenelektrode (16) angeordnete Gitterelektrode (18) aufweist, wobei
- mittels einer Fokussiereinheit (24) ein Elektronenstrom (26) von der Kathodenelektrode (16) zur Anodenelektrode (14) fokussiert wird, und
- die wenigstens eine Gitterelektrode (18) mittels einer Schalteinheit (28) in einem ersten Schaltzustand mit einem ersten elektrischen Gitterpotential zum Abschnüren des Elektronenstroms (26) zwischen der Anodenelektrode (14) und der Kathodenelektrode (16) und in einem zweiten Schaltzustand mit einem zweiten, den Elektronenstrom (26) freigebenden elektrischen Gitterpotential beaufschlagt wird.
Erfindungsgemäß wird wenigstens das zweite elektrische Gitterpotential von der Fokussiereinheit (24) bereitgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Röntgenröhre, die wenigstens eine zwischen einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode angeordnete Gitterelektrode aufweist, wobei mittels einer Fokussiereinheit ein Elektronenstrom von der Kathodenelektrode zur Anodenelektrode fokussiert wird, und die wenigstens eine Gitterelektrode mittels einer Schalteinheit in einem ersten Schaltzustand mit einem ersten elektrischen Gitterpotential zum Abschnüren des Elektronenstroms zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode und in einem zweiten Schaltzustand mit einem zweiten, den Elektronenstrom freigebenden elektrischen Gitterpotential beaufschlagt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Schaltungsanordnung zum Steuern einer Röntgenröhre, die wenigstens eine zwischen einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode angeordnete Gitterelektrode aufweist, mit einer Fokussiereinheit zum Fokussieren eines Elektronenstroms von der Kathodenelektrode zur Anodenelektrode, und einer Schalteinheit, die ausgebildet ist, die wenigstens eine Gitterelektrode in einem ersten Schaltzustand mit einem ersten elektrischen Gitterpotential zum Abschnüren des Elektronenstroms zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode und in einem zweiten Schaltzustand mit einem zweiten, den Elektronenstrom freigebenden elektrischen Gitterpotential zu beaufschlagen. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Röntgengerät mit einer Röntgenröhre, die wenigstens eine zwischen einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode angeordnete Gitterelektrode aufweist, und eine mittels einer Anschlussleitung an die Röntgenröhre angeschlossene Schaltungsanordnung zum Steuern einer Röntgenröhre.
Röntgenröhren, Verfahren zu deren Betrieb sowie auch Steuereinrichtungen hierfür sind im Stand der Technik umfänglich bekannt. Röntgenröhren sind eine spezifische Art von Vakuum-Elektronen-Röhren, die vorliegend dazu dienen, in einem bestimmungsgemäßen Betrieb eine Röntgenstrahlung für unterschiedlichste Zwecke erzeugen zu können. Röntgengeräte sind häufig auch Bestandteil von bildgebenden Vorrichtungen, wie sie zum Beispiel in der medizinischen Diagnostik oder auch in der Qualitätssicherung eingesetzt werden. Die Röntgenröhre nutzt dabei in der Regel ein Prinzip, bei dem durch geeignete Einstellung einer elektrischen Spannung zwischen der Kathodenelektrode und der Anodenelektrode die Elektronen nach Art eines Elektronenstroms stark beschleunigt werden und unter vorgegebenen Bedingungen auf die Anodenelektrode auftreffen. Dabei wird Röntgenstrahlung freigesetzt. Das Freisetzen von Röntgenstrahlung kann unter anderem durch einen Auftreffbereich auf der Anode beeinflusst werden, der durch ein Fokussieren des Elektronenstroms zumindest teilweise eingestellt werden kann.
Bei gattungsgemäßen Röntgenröhren kann eine zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode anliegende Anoden-Kathoden-Spannung etwa 60 kV bis etwa 150 kV sein, wenn die Röntgenröhre einpolig ausgebildet ist. Bei einer zweipoligen ausgebildeten Röntgenröhre kann diese Spannung etwa 30 kV bis etwa 75 kV betragen.
Im Stand der Technik ist es üblich, das Fokussieren des Elektronenstroms mittels Magnetfeldern zu realisieren, die mittels einer entsprechenden Magnetfeldeinheit bereitgestellt werden. Zum Unterbrechen des Bereitstellens von Röntgenstrahlung ist es bisher üblich, die wenigstens eine Gitterelektrode mit einem geeigneten elektrischen Potential zu beaufschlagen, sodass zwischen der Gitterelektrode und der Kathodenelektrode eine Gitter-Kathoden-Spannung auftritt, die zum Beispiel in einem Bereich von etwa wenigen hundert Volt bis etwa 4 kV liegen kann. Bei einer derartigen Gitter-Kathoden-Spannung kann ein Abschnüren des Elektronenstroms in der Röntgenröhre erreicht werden, sodass im Wesentlichen keine Elektronen die Anodenelektrode mehr erreichen können. Die Gitter-Kathoden-Spannung, bei der dieser Effekt auftritt, wird gelegentlich auch Abschnürspannung genannt.
Der Bereich der Anodenelektrode, in dem die Elektronen während des Erzeugens von Röntgenstrahlung im Wesentlichen auftreffen, auch Brennfleck genannt, ist vorteilhaft an jeweilige Betriebsarten, insbesondere in Bezug auf das jeweilige bildgebende Verfahren anzupassen. Dadurch kann für eine jeweilige Anwendung eine jeweilige Bildqualität erreicht werden. Zu diesem Zweck kann eine geeignete Fokussierung eingestellt werden, oder es kann auch beispielsweise ein Kompromiss in Bezug auf eine Bildqualität und eine möglichst geringe Belastung der Röntgenröhre eingestellt werden.
Bei vielen Röntgengeräten, insbesondere bei Angiographie, ist dies mit Magnetfeldeinheiten aufgrund der erforderlichen Baugröße in der Regel nur schwer realisierbar. Es gibt daher Bestrebungen, das Fokussieren mittels Magnetfeldern durch ein Fokussieren mittels elektrischen Feldern zu realisieren. Zu diesem Zweck ist es bekannt, die wenigstens eine Gitterelektrode, die beispielsweise zumindest teilweise zwischen der Kathodenelektrode und der Anodenelektrode und/oder zumindest teilweise auch neben der Kathodenelektrode angeordnet ist, mit einem geeigneten elektrischen Potential zum Fokussieren zu beaufschlagen. Insofern umfasst der Begriff „zwischen“ auch eine Anordnung der Gitterelektrode zumindest teilweise in einem Bereich neben der Kathodenelektrode. So kann die Gitterelektrode Begrenzungsbleche neben der Kathodenelektrode, Stege zwischen einer segmentiert ausgebildeten Kathodenelektrode und/oder dergleichen aufweisen. Eine derartige Lehre ist zum Beispiel aus der DE 10 2013 219 173 A1 bekannt, die eine Spannungsversorgung für eine elektrische Fokussierung von Elektronenstrahlen offenbart. Darüber hinaus offenbart die DE 10 2009 035 547 A1 ein Spannungsstellglied, welches für die Einstellung von einer Kathodenspannung einer Röntgenröhre geeignet sein soll.
Auch wenn sich diese Lehren im Stand der Technik grundsätzlich bewährt haben, verbleibt jedoch zumindest ein Problem beim Entladen eines in der Regel vergleichsweise langen Hochspannungskabels zum Ansteuern der Röntgenröhre beim Umschalten von der Abschnürspannung auf eine vorgebbare Gitter-Kathoden-Spannung zum Fokussieren des Elektronenstroms.
Bei den vorgenannten Lehren wird die Funktion des Abschnürens des Elektronenstroms zum Beispiel durch einen Spannungswandler mit einer galvanischen Trennung zum Realisieren einer Potentialtrennung realisiert, zu welchem Zweck zum Beispiel ein entsprechend ausgebildeter Transformator genutzt sein kann, und mit dem die erforderliche Abschnürspannung schnell bereitgestellt werden kann. Mittels eines Kurzschlussschaltelements kann die Gitter-Kathoden-Spannung schnell reduziert werden, beispielsweise auf etwa null V, wodurch auch ein Entladen einer parasitären Kapazität des Anschlusskabels erreicht werden kann. Bei diesem Schaltungskonzept ist eine Ist-Wert-Rückmeldung aufgrund des erforderlichen technischen Aufwands in der Regel nicht realisiert, weshalb die Gitter-Kathoden-Spannung nur mit einer geringen Genauigkeit bereitgestellt werden kann. Für die Abschnürung des Elektronenstroms ist es im Wesentlichen ausreichend, mindestens die Abschnürspannung zu erreichen und zugleich die Isolationsfestigkeit des Systems einzuhalten.
Eine Weiterbildung der vorgenannten Konstruktion sieht eine kathodenseitig mit der Röntgenröhre in Reihe geschaltete Transistorkaskade vor, die gemeinsam gesteuert werden. Werden die Transistoren in einem hochohmigen Betriebszustand betrieben, kann sich aufgrund des Stroms durch die Röntgenröhre eine entsprechende Spannung nach Art einer Gegenkopplung einstellen. Dadurch kann die Abschnürspannung ebenfalls zumindest teilweise bereitgestellt werden, indem nämlich ein entsprechendes elektrisches Potential dieser Spannung auf die Gitterelektrode der Röntgenröhre gegeben wird. Eine Regelung beziehungsweise ein genaues Einstellen der Gitter-Kathoden-Spannung ist hiermit jedoch nicht möglich.
In Bezug auf das Fokussieren mittels eines elektrischen Feldes wurde der vorgenannte Spannungswandler ebenfalls schon eingesetzt. Da an einem Ausgangsanschluss des Spannungswandlers in der Regel eine passive Gleichrichterschaltung vorgesehen ist, kann die Gitter-Kathoden-Spannung nur langsam verändert werden. Eine Zeitkonstante kann unter anderem von einer Gitter-Kathoden-Kapazität sowie auch einem parallel hierzu angeschlossenen Entladewiderstand abhängig sein. Hierdurch kann jedoch nur eine ungenaue Einstellung des Gitterpotentials erreicht werden. Darüber hinaus kann die Entladung mit einem Entladewiderstand entweder zu langen Zeitkonstanten beim Entladen, insbesondere bei einem großen Widerstandswert des Entladewiderstands führen oder zu hohen Verlustleistungen im Entladewiderstand, wenn die Abschnürspannung anliegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nutzung der Gitterelektrode zum Abschnüren des Elektronenstroms sowie auch zum Fokussieren des Elektronenstroms zu verbessern.
Als Lösung werden mit der Erfindung ein Verfahren, eine Schaltungsanordnung sowie ein Röntgengerät gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
In Bezug auf ein gattungsgemäßes Verfahren wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass wenigstens das zweite elektrische Gitterpotential von der Fokussiereinheit bereitgestellt wird.
In Bezug auf eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Schalteinheit und die Fokussiereinheit in Reihe geschaltet sind.
In Bezug auf ein gattungsgemäßes Röntgengerät wird insbesondere vorgeschlagen, dass das Röntgengerät eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung aufweist.
Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, dass es möglich ist, durch eine geeignete Kombination der Schalteinheit und der Fokussiereinheit die Möglichkeit geschaffen werden kann, die Gitter-Kathoden-Spannung beziehungsweise das elektrische Gitterpotential schnell von einer Abschnürspannung beziehungsweise einem Abschnürpotential auf eine vorgebbare Fokussierspannung beziehungsweise ein vorgebbares Fokussierpotential umzuschalten. Dabei kann die Fokussiereinheit ergänzend dazu genutzt werden, eine parasitäre elektrische Kapazität des Anschlusskabels umzuladen beziehungsweise zu entladen. Durch das aktive Umladen der Gitterkapazität beziehungsweise Gitter-Kathoden-Kapazität sowie der Kapazität des Anschlusskabels durch die Schalteinheit und die Fokussiereinheit kann eine Zeitkonstante bei einem Wechsel von Abschnüren des Elektronenstroms zu Fokussieren des Elektronenstroms und damit ein Einfluss des Schaltwechsels auf Eigenschaften des Brennflecks reduziert werden. Darüber hinaus ist es möglich, insbesondere in Bezug auf eine Regelung der Gitter-Kathoden-Spannung beziehungsweise des Gitterpotentials, die Fokussiereinheit an ein elektrisches Potential der Kathodenelektrode zu koppeln, wodurch eine genauere Fokussierung des Elektronenstroms in der Röntgenröhre erreicht werden kann. Dabei kann für eine Regelung eine unidirektionale Übertragung eines Soll-Werts ausreichend sein. Eine Ist-Wert-Übertragung, insbesondere unter Berücksichtigung einer im bestimmungsgemäßen Betrieb hohen Potentialdifferenz, kann somit eingespart werden.
Darüber hinaus ermöglicht es die Erfindung, die Schaltungsanordnung auf einfache Weise in ein Röntgengerät zu integrieren. Bauraum und Kosten können durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eingespart werden.
Die Schalteinheit kann dem Grunde nach ein oder mehrere geeignete elektromechanische Schaltelemente aufweisen, um die gewünschte Schaltfunktion zu realisieren. Vorzugsweise weist die Schalteinheit jedoch ein oder mehrere elektronische Schaltelemente, insbesondere Halbleiterschaltelemente, auf, mittels denen die gewünschte Schaltfunktion der Schalteinheit realisiert werden kann. Die Schaltelemente können zum Beispiel durch Transistoren, Thyristoren, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen gebildet sein. Für die vorgesehene Anwendung kann besonders vorteilhaft vorgesehen sein, dass mehrere elektronische Schaltelemente in Reihe geschaltet im Wesentlichen synchron betrieben werden. Dadurch kann auch mit elektronischen Schaltelementen, die lediglich einen Bruchteil der auftretenden Spannung vertragen können, ein Betrieb mit einer deutlich größeren als der maximal zulässigen Betriebsspannung eines jeweiligen Schaltelements erreicht werden. Die Schalteinheit stellt wenigstens einen ersten Schaltzustand bereit, bei dem die wenigstens eine Gitterelektrode mit einem ersten elektrischen Gitterpotential zum Abschnüren des Elektronenstroms zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode beaufschlagt wird. Zu diesem Zweck kann die Schalteinheit an eine entsprechende Betriebsspannungsquelle angeschlossen sein, wobei die Schalteinheit die Betriebsspannungsquelle mit der Röntgenröhre derart koppelt, dass die Betriebsspannungsquelle mindestens die Abschnürspannung zwischen der Gitterelektrode und der Kathodenelektrode bereitstellt. In einem zweiten Schaltzustand der Schalteinheit kann die Gitterelektrode mit einem zweiten, den Elektronenstrom freigebenden elektrischen Gitterpotential beaufschlagt werden, und zwar vorzugsweise das Gitterpotential, welches durch die Fokussiereinheit bereitgestellt wird. Dies kann durch die Reihenschaltung der Schalteinheit mit der Fokussiereinheit erreicht werden.
Dadurch, dass die Schalteinheit und die Fokussiereinheit in Reihe geschaltet sind, kann wenigstens das zweite elektrische Gitterpotential von der Fokussiereinheit bereitgestellt werden. Dadurch kann die Fokussiereinheit einen jeweiligen Schaltwechsel der Schalteinheit unterstützen, wodurch die Funktionalität zuverlässiger realisiert werden kann.
Zum Fokussieren kann eine Gitter-Kathoden-Spannung in einem Bereich von etwa null bis etwa 500 V vorgesehen sein. Diese Spannung kann ebenfalls durch die Betriebsspannungsquelle bereitgestellt sein. Zu diesem Zweck kann die Fokussiereinheit die durch die Betriebsspannungsquelle bereitgestellte Spannung beispielsweise entsprechend anpassen.
In der Regel ist das elektrische Potential der Gitterelektrode gegenüber dem elektrischen Potential der Kathodenelektrode negativ. Darüber hinaus ist in der Regel das elektrische Potential der Anodenelektrode gegenüber der Kathodenelektrode positiv.
Die Schalteinheit kann ein oder mehrere Schaltelemente aufweisen. Bei mehreren Schaltelementen kann vorgesehen sein, dass diese zumindest teilweise in Reihe geschaltet sind, um eine vorgegebene Sperrfähigkeit im ausgeschalteten Schaltzustand der Schalteinheit gewährleisten zu können. Ein Schaltelement kann durch ein oder mehrere Halbleiterschaltelemente gebildet sein. Darüber hinaus kann das Schaltelement auch ein elektromechanisches Schaltelement umfassen, beispielsweise ein Relais, ein Schütz und/oder dergleichen. Dem Grunde nach kann das Halbleiterschaltelement auch durch ein elektromechanisches Schaltelement oder jedes beliebige andere geeignete Schaltelement gebildet sein.
Das Schaltelement, insbesondere das Halbleiterschaltelement, kann durch einen Transistor, insbesondere einen Feldeffekttransistor, vorzugsweise einen Metalloxide Field Effect-Transistor (MOSFET), einen Insulated-Gate Bipolar Transistor (IGBT), aber auch durch Gate-Turn-Off-Thyristor (GTO) und/oder dergleichen oder jeglicher anderer Art von Schaltelement gebildet sein.
Zur Bereitstellung des gewünschten Schaltzustands der Schalteinheit werden die Halbleiterschaltelemente im Schaltbetrieb betrieben. In Bezug auf ein Halbleiterschaltelement unter Nutzung eines Transistors bedeutet der Schaltbetrieb, dass in einem eingeschalteten Schaltzustand zwischen den eine Schaltstrecke bildenden Anschlüssen des Transistors ein sehr kleiner elektrischer Widerstand bereitgestellt wird, sodass ein hoher Stromfluss bei sehr kleiner Restspannung möglich ist.
In einem ausgeschalteten Schaltzustand ist hingegen die Schaltstrecke des Transistors hochohmig, das heißt, sie stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, sodass auch bei hoher, an der Schaltstrecke anliegender elektrischer Spannung im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer, insbesondere vernachlässigbarer, Stromfluss vorliegt. Hiervon unterscheidet sich ein Linearbetrieb bei Transistoren.
Die Steuereinheit ist zumindest an das wenigstens eine Schaltelement, insbesondere das wenigstens eine Halbleiterschaltelement, der Schalteinheit angeschlossen. Vorzugsweise weist die Schalteinheit eine eigene Kommunikationsschnittstelle auf, mittels der sie mit der Steuereinrichtung in Kommunikationsverbindung steht. Dadurch kann mittels der Steuereinrichtung auch ein Schaltwechsel der Schalteinheit gesteuert werden. Die Steuereinheit kann auch weitere Funktionen übernehmen beziehungsweise bereitstellen, insbesondere in Bezug auf die Fokussierspannung, die Abschnürspannung, das Bereitstellen der Betriebsspannung durch die Betriebsspannungsquelle und/oder dergleichen. Die Steuereinheit kann von der Schaltungsanordnung elektrisch isoliert ausgebildet sein und ist vorzugsweise galvanisch getrennt an diese angeschlossen.
Die Steuereinheit selbst kann als separate Baueinheit vorgesehen sein. Vorzugsweise ist sie jedoch Bestandteil der Schaltungsanordnung und besonders bevorzugt in diese integriert angeordnet.
Die Fokussiereinheit kann beispielsweise wenigstens ein einstellbares resistives Element aufweisen, beispielsweise einen Transistor, der im Linearbetrieb betrieben wird, oder dergleichen. Dadurch ist es möglich, unter Nutzung der Betriebsspannungsquelle beziehungsweise der durch diese bereitgestellte Betriebsversorgungsspannung die gewünschte Gitter-Kathoden-Spannung zum Fokussieren bereitzustellen.
Durch die Reihenschaltung der Schalteinheit und der Fokussiereinheit kann somit erreicht werden, dass die Fokussiereinheit mittels der Schalteinheit im ersten Schaltzustand deaktiviert werden kann, wohingegen sie im zweiten Schaltzustand der Schalteinheit aktiviert werden kann. Dabei kann die Fokussiereinheit den Schaltwechsel zwischen dem ersten und den zweiten Schaltzustand zumindest teilweise unterstützen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass das erste und/oder das zweite elektrische Gitterpotential abhängig von einer zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode vorgegebenen elektrischen Anoden-Kathoden-Spannung eingestellt wird. Diese Ausgestaltung kann berücksichtigen, dass sich nicht nur die elektrische Abschnürspannung beziehungsweise das elektrische Abschnürpotential sondern auch die Gitter-Kathoden-Spannung zum Fokussieren beziehungsweise die Fokussierspannung beziehungsweise das Fokussierpotential von der Anoden-Kathoden-Spannung abhängig sein kann. So kann vorgesehen sein, dass die Abschnürspannung mit zunehmender Anoden-Kathoden-Spannung ebenfalls zunimmt. Grundsätzlich kann dies auch für die Fokussierspannung vorgesehen sein. Dadurch kann die Funktion der Erfindung insgesamt weiter verbessert werden.
Darüber hinaus erlaubt es diese Ausgestaltung, die Erfindung an eine Vielzahl von unterschiedlichen Röntgengeräten beziehungsweise Röntgenröhren sowie auch an Anwendungen spezifisch anpassen zu können. Ebenso kann hierdurch eine Anpassung an spezifische Betriebszustände erreicht werden, um beispielsweise eine gewünschte Röntgenstrahlung bereitstellen zu können. Insbesondere wird die Erfindung hinsichtlich der Flexibilität weiter verbessert.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Fokussieren des Elektronenstroms mittels der Fokussiereinheit geregelt wird. Dadurch kann auch bei variierenden Betriebsbedingungen eine im Wesentlichen konstante Einstellung zum Erzeugen der Röntgenstrahlung erreicht werden. Zu diesem Zweck kann die Schaltungsanordnung eine entsprechende Regelschaltung umfassen, die mit einem geeigneten Messsensor gekoppelt ist. Der Messsensor kann zum Beispiel die emittierte Röntgenstrahlung erfassen und ein geeignetes Sensorsignal für die Schaltungsanordnung bereitstellen. Die Schaltungsanordnung kann dieses Sensorsignal auswerten und das Einstellen des Gitterpotentials abhängig hiervon vornehmen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass bei einem Schaltwechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand eine Betriebsspannung für die Schalteinheit und/oder die Fokussiereinheit angepasst wird. Diese Ausgestaltung erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn für die Schalteinheit und die Fokussiereinheit die gleiche Betriebsspannung der Betriebsspannungsquelle genutzt wird. Dabei kann die Feststellung genutzt werden, dass der Betrag der Abschnürspannung in der Regel deutlich größer als der Betrag der Fokussierspannung ist. Mit dem Umschalten der Betriebsspannung beziehungsweise mit dem Anpassen der Betriebsspannung kann folglich erreicht werden, dass Schaltverluste insbesondere unter Berücksichtigung der hier vorliegenden hohen elektrischen Spannungen reduziert werden können. Zugleich kann damit der Schaltwechsel zwischen dem ersten und den zweiten Schaltzustand unterstützt werden, sodass der Schaltwechsel schneller durchgeführt werden kann.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Fokussiereinheit eine Reihenschaltung aus einem elektrischen Widerstand und einem Transistor aufweist und ein Mittelanschluss dieser Reihenschaltung mit der wenigstens einen Gitterelektrode elektrisch gekoppelt ist. Auf diese Weise kann ein einstellbares elektrisches Gitterpotential besonders einfach bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann durch diese Schaltungsstruktur eine hohe Zuverlässigkeit erreicht werden, weil die gewünschte Funktion mit wenigen Bauteilen bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus kann durch ein entsprechendes Ansteuern des Transistors auch ein Schaltwechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand unterstützt werden. Dies ist bei dieser Ausgestaltung besonders einfach möglich. Die Fokussiereinheit kann an die Steuereinheit angeschlossen sein und von dieser ein Einstellsignal für das elektrische Gitterpotential erhalten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Gitterelektrode mit dem Mittelanschluss über einen am Mittelanschluss angeschlossenen Dämpfungswiderstand elektrisch gekoppelt ist. Diese Ausgestaltung berücksichtigt, dass unerwünschte kapazitive Effekte, beispielsweise die Kapazität der Anschlussleitung, nicht nur beim Einstellen des elektrischen Potentials der Gitterelektrode wirksam werden können, sondern diese sich auch unter Umständen ungünstig auf die Schaltungsanordnung auswirken können. Durch den Dämpfungswiderstand kann erreicht werden, dass insbesondere bei einem Schaltwechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand auftretende Stromimpulse gedämpft werden können. Dadurch können die Betätigungssicherheit sowie auch die Zuverlässigkeit weiter erhöht werden. Besonders vorteilhaft erweist sich diese Ausgestaltung jedoch auch zur Reduzierung von Problemen in Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit, insbesondere in Bezug auf die Aussendung von Funkstörungen, die hierdurch reduziert werden können. Durch geeignete Auswahl eines Widerstandswerts des elektrischen Widerstands kann zugleich eine hohe Schaltgeschwindigkeit während eines Schaltwechsels und/oder auch eine große Einstellgeschwindigkeit beim Fokussieren erreicht werden.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn eine Betriebsspannungsquelle ausgebildet ist, die Betriebsspannung zum Versorgen der Fokussiereinheit abhängig von einem Schaltzustand der Schalteinheit bereitzustellen. Gerade bei der Reihenschaltung der Schalteinheit und der Fokussiereinheit kann dadurch der Schaltwechsel nicht nur unterstützt werden, sondern insbesondere im Betriebszustand des zweiten Schaltzustands, bei dem das Fokussieren des Elektronenstroms aktiviert ist, kann im bestimmungsgemäßen Betrieb eine Verlustleistung der Fokussiereinheit reduziert werden. Dies erlaubt es, nicht nur elektrische Energie einzusparen, sondern zugleich auch die Baugröße zu reduzieren, weil Bauteile, insbesondere in Bezug auf die Fokussiereinheit, sowie auch Bauvolumen, insbesondere in Bezug auf die Kühlfunktionalität, reduziert werden können.
Vorzugsweise weist die Fokussiereinheit einen Vorwiderstand zum Anschließen an die Betriebsspannungsquelle auf. Der Vorwiderstand kann der elektrische Widerstand sein, der zum Transistor der Fokussiereinheit in Reihe geschaltet ist. Der Vorwiderstand kann es ermöglichen, die Fokussiereinheit in einen vorgebbaren definierten Betriebszustand zu bringen, sodass bei hoher Zuverlässigkeit eine genaue Regelung des Gitterpotentials der Gitterelektrode erreicht werden kann.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass am Vorwiderstand eine Inversdiode parallelgeschaltet angeschlossen ist. Durch die Inversdiode ist es möglich, die Betriebsspannungsquelle zumindest während eines Schaltwechsels zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand unterstützend hinzuzuziehen. Dadurch kann die Betriebsspannungsquelle ergänzend zur Unterstützung des Umladens der parasitären Kapazitäten des Anschlusskabels und/oder der Gitter-Kathoden-Kapazität genutzt werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass zur Fokussiereinheit und/oder zur Schalteinheit ein Kondensator parallelgeschaltet ist. Auch hierdurch kann ein Schaltwechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand unterstützt werden. Insbesondere wenn sowohl die Fokussiereinheit als auch die Schalteinheit jeweils einen parallelgeschalteten Kondensator aufweisen, kann der Schaltvorgang vom ersten Schaltzustand zum zweiten Schaltzustand deutlich unterstützt werden. Es ist dann nämlich möglich, dass diese Kondensatoren ein Teil der elektrischen Ladung aufnehmen beziehungsweise bereitstellen, die für den jeweiligen Schaltwechsel erforderlich ist. Besonders vorteilhaft erweist sich diese Ausgestaltung in Verbindung mit der Inversdiode, wodurch ein besonders schnelles Überführen von elektrischer Ladung aus der Anschlussleitung und/oder der Gitterelektrode in den wenigstens einen Kondensator ermöglicht werden kann. Der Schaltwechsel kann dadurch weiter beschleunigt werden.
In Bezug auf das Röntgengerät wird ferner vorgeschlagen, dass das Röntgengerät einen Spannungssensor zum Erfassen einer elektrischen Anoden-Kathoden-Spannung und zum Bereitstellen eines Spannungssensorsignals für die Schaltungsanordnung aufweist. Durch den Spannungssensor ist es möglich, die Schaltungsanordnung abhängig von der erfassten Anoden-Kathoden-Spannung einzustellen und dadurch die Funktion der Schaltungsanordnung weiter zu verbessern beziehungsweise zu optimieren. Beispielsweise kann die Abschnürspannung und/oder die Fokussierspannung abhängig vom Spannungssensorsignal eingestellt werden und/oder sogar geregelt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Röntgengerät einen Fokussiersensor zum Erfassen einer Fokussierung des Elektronenstroms von der Kathodenelektrode zur Anodenelektrode und zum Bereitstellen eines Fokussierungssensorsignals für die Schaltungsanordnung aufweist. Dies ermöglicht es, eine Regelung für die Fokussierspannung bereitzustellen, sodass durch die Schaltungsanordnung vorzugsweise im Wesentlichen die optimale jeweilige Fokussierspannung beziehungsweise das Fokussierpotential bereitgestellt werden kann. Die Funktion der Erfindung kann dadurch weiter verbessert werden. Der Fokussiersensor kann dazu zum Beispiel eine emittierte Röntgenstrahlung erfassen. Zu diesem Zweck kann ferner die Schaltungsanordnung ausgebildet sein, dass Fokussierungssensorsignal entsprechend auszuwerten.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren angegebenen Vorteile und Wirkungen gelten gleichermaßen für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sowie das mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ausgerüstete Röntgengerät und umgekehrt. Verfahrensmäßig formulierte Merkmale können somit auch vorrichtungsmäßig formuliert sein und umgekehrt.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Die vorhergehend in der Beschreibung angegebenen Merkmale, Merkmalskombinationen sowie auch die in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung umfasst beziehungsweise als offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen und erzeugbar sind. Die anhand der Ausführungsbeispiele dargestellten Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen können für sich genommen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen der Erfindung darstellen, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher sollen die Ausführungsbeispiele auch andere Kombinationen als die in den erläuterten Ausführungsformen umfassen. Darüber hinaus können die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen der Erfindung ergänzt sein.

Es zeigt die einzige 1 eine schematische Schaltbilddarstellung eines Röntgengeräts mit einer an eine Schaltungsanordnung angeschlossenen Röntgenröhre.

1 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung ein Röntgengerät 10 mit einer Röntgenröhre 12, die eine Anodenelektrode 14 und eine Kathodenelektrode 16 aufweist, die in einem evakuierten Gefäß angeordnet sind. Zwischen der Anodenelektrode 14 und der Kathodenelektrode 16 ist eine Gitterelektrode 18 angeordnet. Die Anodenelektrode 14 ist mit einem Anschluss 52, die Gitterelektrode mit einem Anschluss 50 und die Kathodenelektrode 16 mit zwei Anschlüssen 46, 48 elektrisch verbunden. Die Kathodenelektrode 16 weist zu Beheizungszwecken zwei Anschlüsse auf, nämlich die Anschlüsse 46 und 48, über die die Kathodenelektrode 16 elektrisch mit einer Energie versorgt werden kann, um die Kathodenelektrode 16 im bestimmungsgemäßen Betrieb auf eine vorgebbare Temperatur aufzuheizen, damit die gewünschte Elektronenemission erreicht werden kann. Zu diesem Zweck sind die Anschlüsse 46, 48 mit einer elektrischen Heizenergiequelle 54 elektrisch verbunden.
Die Anschlüsse 48, 52 sind ferner elektrisch mit einer Spannungsquelle 56 verbunden, die eine Anoden-Kathoden-Spannung 72 bereitstellt, die im Wesentlichen auch zwischen der Kathodenelektrode 16 und der Anodenelektrode 14 anliegt. Ein Anodenpotential der Anodenelektrode 14 ist in der Regel größer als ein Kathodenpotential der Kathodenelektrode 16.
Abhängig von einem elektrischen Gitterpotential an der Gitterelektrode 18 werden aus Kathodenmaterial der Kathodenelektrode 16 austretende Elektronen einen Elektronenstrom 26 bildend zur Anodenelektrode 14 beschleunigt. Beim Auftreffen der Elektronen auf die Anodenelektrode 14, die in der Regel als rotierende Elektrode ausgebildet ist, wird Röntgenstrahlung erzeugt und durch die Röntgenröhre 12 abgegeben.
Durch das Gitterpotential an der Gitterelektrode 18 kann die Funktion der Röntgenröhre 12 beeinflusst werden. So ist es einerseits möglich, die Gitterelektrode 18 mit einem ersten elektrischen Gitterpotential zu beaufschlagen, mit welchem ein Abschnüren des Elektronenstroms 26 zwischen der Anodenelektrode 14 und der Kathodenelektrode 16 erreicht werden kann. Das erste elektrische Gitterpotential wird auch als Abschnürpotential bezeichnet. Entsprechend ergibt sich eine Gitter-Kathoden-Spannung, die demzufolge als Abschnürspannung bezeichnet wird. Die Abschnürspannung kann bei Röntgenröhren beispielsweise in einem Bereich von etwa null bis etwa 4 kV liegen. In der vorliegenden Ausgestaltung liegt die Abschnürspannung bei mehr als etwa 500 V, beispielsweise etwa 3,5 kV oder sogar mehr. In der Regel ist das Gitterpotential zumindest für das Abschnüren des Elektronenstroms 26 negativ gegenüber dem Kathodenpotential der Kathodenelektrode 16.
Das erste elektrische Gitterpotential wird in der Regel so gewählt, dass ein sicheres zuverlässiges Abschnüren des Elektronenstroms 26 erreicht werden kann, ohne eine elektrische Isolation im Röntgengerät 10 zu beschädigen. In vielen Fällen trägt die maximal zulässige Gitter-Kathoden-Spannung etwa 4 kV, weshalb das Röntgengerät 10 mit seinen Komponenten für diese Spannung entsprechend ausgebildet ist.
Während des Abschnürens des Elektronenstroms 26 wird im Wesentlichen keine Röntgenstrahlung erzeugt, weil der Elektronenstrom 26 im Wesentlichen unterdrückt ist.
Darüber hinaus kann die Gitterelektrode 18 mit einem zweiten elektrischen Gitterpotential beaufschlagt werden, welches ein Freigeben, insbesondere Fokussieren, des Elektronenstroms 26 erlaubt. Eine entsprechende Gitter-Kathoden-Spannung wird auch als Fokussierspannung bezeichnet. Mit der Fokussierspannung ist es möglich, nicht nur den Elektronenstrom 26, vorzugsweise gesteuert, freizugeben, sondern zugleich auch das Fokussieren des Elektronenstroms 26 in Bezug auf das Auftreffen auf die Anodenelektrode 14 zu steuern. Dadurch kann zum Beispiel in vorgebbarer Weise ein Brennfleck 58 auf der Anodenelektrode 14 erreicht werden. Dadurch kann das Erzeugen von Röntgenstrahlung über einen weiten Bereich beeinflusst werden.
An die elektrischen Anschlüsse 46, 48, 50 ist ein erster Anschluss an einer Anschlussleitung 20 angeschlossen. Ein gegenüberliegender Anschluss der Anschlussleitung 20 ist an elektrische Anschlüsse 60, 62, 64 angeschlossen.
An die elektrischen Anschlüsse 60, 62 ist die Heizenergiequelle 54 angeschlossen. An die elektrischen Anschlüsse 62, 64 ist eine Schaltungsanordnung 22 angeschlossen, mittels der das elektrische Gitterpotential für die Gitterelektrode 18 in vorgebbarer Weise bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus ist aus 1 ersichtlich, dass die Anschlussleitung 20 eine Leitungskapazität aufweist, die in der 1 symbolisch durch einen Kondensator 66 dargestellt ist. Der Kondensator 66 umfasst ferner eine Gitter-Kathoden-Kapazität der Röntgenröhre 12, die in der 1 jedoch nicht weiter dargestellt ist. Die Kapazität 66 kann zum Beispiel eine Kapazität von etwa 4 nF aufweisen. Für das Steuern der Röntgenröhre in Bezug auf das Abschnüren des Elektronenstroms 26 sowie das Fokussieren des Elektronenstroms 26 nur über die Gitterelektrode 18 ist dies, wie im Folgenden noch erläutert werden wird, relevant.
Für das Fokussieren wird vorliegend eine Gitter-Kathoden-Spannung von etwa null bis etwa 500 V benötigt. Je nach Konstruktion der Röntgenröhre 12 kann diese Spannung auch abweichend sein, ebenso wie die Abschnürspannung.
Zum Bereitstellen des Gitterpotentials weist die Schaltungsanordnung 22 eine Betriebsspannungsquelle 38 auf, die einen Innenwiderstand 68 aufweist, über den Elemente und Baugruppen der Schaltungsanordnung 22 mit elektrischer Energie für den bestimmungsgemäßen Betrieb versorgt werden.
Die Schaltungsanordnung 22 umfasst ferner eine Fokussiereinheit 24, die in Reihe zu einer Schalteinheit 28 geschaltet ist. Diese Reihenschaltung aus der Fokussiereinheit 24 und der Schalteinheit 28 ist über den Innenwiderstand 68 an die Betriebsspannungsquelle 38 angeschlossen und wird von dieser mit einer Betriebsspannung beaufschlagt.
Die Schalteinheit 28 stellt vorliegend zwei Schaltzustände bereit, nämlich einen ausgeschalteten Schaltzustand als ersten Schaltzustand und einen eingeschalteten Schaltzustand als zweiten Schaltzustand. Im eingeschalteten Schaltzustand liegt die Betriebsspannung im Wesentlichen an der Fokussiereinheit 24 an. Die Fokussiereinheit 24 stellt, wie im Folgenden noch erläutert werden wird, eine Gitter-Kathoden-Spannung bereit, die es erlaubt, den Elektronenstrom 26 in vorgebbarer Weise fokussieren zu können.
Im zweiten Schaltzustand der Schalteinheit 28, in dem die Schalteinheit 28 im ausgeschalteten Schaltzustand ist, ist die Fokussiereinheit 24 im Wesentlichen deaktiviert, sodass zwischen der Gitterelektrode 18 und der Kathodenelektrode 16 etwa die Betriebsspannung der Betriebsspannungsquelle 38 bereitgestellt wird. Dabei ist zu beachten, dass in diesem Betriebszustand zumindest in einem eingeschwungenen Zustand im Wesentlichen kein elektrischer Strom fließt. Wenn also die Betriebsspannung etwa 3,5 kV beträgt, so liegt diese Betriebsspannung im ausgeschalteten Schaltzustand der Schalteinheit 28 auch zwischen der Gitterelektrode 18 und der Kathodenelektrode 16 an. Diese Spannung ist vorliegend negativ, damit das Gitterpotential kleiner als das Kathodenpotential ist. In diesem Schaltzustand wird folglich ein Abschnüren des Elektronenstroms 26 erreicht, sodass im Wesentlichen keine Elektronen mehr die Anodenelektrode 18 erreichen und somit das Erzeugen von Röntgenstrahlung im Wesentlichen unterbrochen ist.
Im zweiten Schaltzustand der Schalteinheit 28, nämlich dem eingeschalteten Schaltzustand, wird die Fokussiereinheit 24 mit der Betriebsspannung beaufschlagt. Die Fokussiereinheit 24 stellt dann ein entsprechendes elektrisches Gitterpotential bereit, damit nicht nur der Elektronenstrom 26 freigegeben wird, sondern auch eine entsprechende vorgebbare Fokussierung des Elektronenstroms 26 beim Auftreffen auf die Anodenelektrode 14 erreicht werden kann.
Zu diesem Zweck umfasst die Fokussiereinheit 24 zumindest eine Reihenschaltung aus einem elektrischen Widerstand 30, der zugleich auch als ein Vorwiderstand in Bezug auf Anschließen der Betriebsspannungsquelle 38 dienen kann, und einem Transistor 32, der vorliegend durch einen Feldeffekttransistor, und zwar einen selbstsperrenden n-Kanal MOSFET gebildet ist. Je nach Ausgestaltung kann hier jedoch auch ein anderer Transistor zum Einsatz kommen, insbesondere auch ein bipolarer Transistor.
Der Transistor 32 weist vorliegend einen Gate-Anschluss auf, der nicht bezeichnet ist und der an eine ebenfalls nicht dargestellte Treiberschaltung angeschlossen ist, die den Gate-Anschluss mit einem vorgebbaren elektrische Gate-Potential beaufschlagt, sodass an einem Mittelanschluss 34 dieser Reihenschaltung im Wesentlichen das vorgebbare elektrische Gitterpotential bereitgestellt werden kann. Zu diesem Zweck wird der Transistor 32 in einem Linearbetrieb betrieben, sodass sich am Mittelanschluss 34 abhängig von der jeweiligen Einstellung des Gate-Potentials am Transistor 32 das jeweilige Gitterpotential einstellt. Wie aus der Darstellung in der 1 ersichtlich ist, wird durch das Einschalten der Schalteinheit 28 die Fokussiereinheit 24 aktiviert und durch das Ausschalten deaktiviert.
Bei einem Schaltwechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand beziehungsweise zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Schaltzustand der Schalteinheit 28 können erhebliche elektrische Potentialsprünge am Mittelanschluss 34 auftreten. Unter Berücksichtigung der Kapazität 66 kann dies zumindest bei der Fokussiereinheit 24 problematisch sein beziehungsweise eine aufwendige Konstruktion erfordern.
Um die Wirkung der Kapazität 66 zu reduzieren, weist die Schaltungsanordnung 22 daher einen Dämpfungswiderstand 36 auf, der zwischen dem Mittelanschluss 34 und dem elektrischen Anschluss 62 zwischengeschaltet ist. Durch geeignete Wahl des elektrischen Widerstandswerts kann somit die Auswirkung der Kapazität 66 reduziert werden, ohne dass die Schalteigenschaften wesentlich beeinflusst werden.
Auch wenn der elektrische Widerstand 36 vorliegend zwischen dem Mittelanschluss 34 und dem elektrischen Anschluss 62 vorgesehen ist, so kann er alternativ oder ergänzend auch zwischen einem Anschluss der Schalteinheit 28 an ein elektrisches Bezugspotential 70 und dem Anschluss 64 angeordnet sein, ohne die Funktion im Wesentlichen zu beeinträchtigen.
Tritt ein Wechsel des Schaltzustands vom ausgeschalteten Schaltzustand zum eingeschalteten Schaltzustand der Schalteinheit 28 auf, so kann dies dazu führen, dass während des Schaltwechsels am Transistor 32 im Wesentlichen die Betriebsspannung der Betriebsspannungsquelle 38 anliegt. Durch eine schnelle Regelung erhöht sich jedoch die Leitfähigkeit des Transistors 32 nahezu schlagartig, sodass das elektrische Potential am Mittelanschluss 34 auf einen Wert zum Fokussieren des Elektronenstroms 26 ansteigt. Dies erfordert auch ein Entladen der Kapazität 66.
Um den Schaltwechsel zu unterstützen, ist sowohl zur Fokussiereinheit 24 als auch zur Schalteinheit 28 jeweils ein Kondensator 42, 44 parallelgeschaltet. Im Zusammenhang mit der Inversdiode 40, die parallel am elektrischen Widerstand 30 ausgeschlossen ist, kann somit eine zusätzliche Wirkung während des Umschaltens erreicht werden, sodass eine elektrische Belastung hinsichtlich des Transistors 32 reduziert werden kann. Das Einschalten der Schalteinheit 28 ermöglicht es also, mittels der Kondensatoren 42, 44 eine Spannungsteilerfunktionalität im ausgeschalteten Schaltzustand bereitzustellen, die beim Einschalten der Schalteinheit 28 dazu genutzt werden kann, das Entladen der Kapazität 66 zu unterstützen. Diesem Zweck dient auch die Inversdiode 40, die für diesen Fall den elektrischen Widerstand 30, der auch als Vorwiderstand genutzt werden kann, überbrückt.
Beim Ausschalten der Schalteinheit 28 wird die Fokussiereinheit 24 deaktiviert und der Kondensator 44 über den Transistor 32 aufgeladen. Zugleich wird auch die Kapazität 66 über den Dämpfungswiderstand 36 aufgeladen. Der Kondensator 42 dient in diesem Fall als zusätzliche Energiequelle und unterstützt das Aufladen der Kondensatoren 44 und der Kapazität 66.
In der vorliegenden Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass die Betriebsspannungsquelle 38 zum Bereitstellen der Betriebsspannung umgeschaltet werden kann. Das Umschalten der Betriebsspannung kann zusammen mit dem Umschalten der Schalteinheit 28 erfolgen. Dies erlaubt es, Schaltverluste insbesondere in Bezug auf die Fokussiereinheit 24 zu reduzieren. So kann für den eingeschalteten Schaltzustand der Schalteinheit 28 vorgesehen sein, dass die Betriebsspannungsquelle 38 eine Betriebsspannung in einem Bereich von etwa 500 V bereitstellt, wohingegen die Betriebsspannungsquelle 38 im ausgeschalteten Schaltzustand der Schalteinheit 28 eine Betriebsspannung von etwa 3,5 kV bereitstellt.
In der vorliegenden Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, dass eine nicht dargestellte Treibereinheit für den Transistor 32 mit dem Bezugspotential 70 elektrisch gekoppelt ist. Da das elektrische Potential des Source-Anschlusses des Transistors 32 vorliegend vom Schaltzustand der Schalteinheit 28 abhängig ist, kann der Gate-Anschluss des Transistors 32 über eine entsprechende Diodenentkopplungsschaltung entkoppelt werden. Dadurch kann die Überlastung des Gate-Anschlusses in Bezug auf eine Spannungsbeaufschlagung vermieden werden. Dies ist jedoch in der 1 nicht dargestellt.
Mit dem durch die Kondensatoren 42, 44 gebildeten kapazitiven Spannungsteiler kann eine Spannungsaufteilung in Bezug auf die Fokussiereinheit 24, insbesondere den Transistor 32, und der Schalteinheit 28 erreicht werden. Darüber hinaus kann auch ein Spannungsanstieg am Transistor 32 beim Einschalten der Schalteinheit 28 besser begrenzt werden. Ein Spannungsverlauf am Kondensator 42 ist im Wesentlichen stetig.
Auch wenn vorliegend die Schalteinheit 28 mit dem Bezugspotential 70 elektrisch gekoppelt ist, kann die Reihenschaltung aus der Fokussiereinheit 24 und der Schalteinheit 28 grundsätzlich auch vertauscht sein, ohne die Funktion der Erfindung dadurch zu beeinträchtigen. Bei einer solchen Anordnung kann beispielsweise auch die Inversdiode 40 eingespart werden.
Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausgestaltung das Bezugspotential 70 auf das negative elektrische Potential der Betriebsspannungsquelle 38 bezogen. Dem Grunde nach Bezugspotential jedoch auch am positiven elektrischen Potential der Betriebsspannungsquelle 38 angeschlossen sein. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es jedoch zweckmäßig, wenn eine Ansteuerung des Transistors 32 und der Schalteinheit 28 potentialgetrennt beziehungsweise potentialfrei erfolgen kann.
Eine Regelung eines genau einzustellenden Gitterfokussierpotentials kann durch die Schaltungsanordnung 22 erfolgen. Es ist nur jeweils ein Soll-Wert über eine Potentialtrennung zu übertragen.
Die Erfindung erlaubt es, die Betriebsspannungsquelle 38 mit der Schaltungsanordnung 22 im Röntgengerät 10 anzuordnen. Die Betriebsspannungsquelle 38 kann beispielsweise einen Transistor mit einer Gleichrichtung umfassen, der im Röntgengerät 10 angeordnet ist. Darüber hinaus sind weitere Kombinationen technisch möglich. Ist die Schaltungsanordnung 22 im Röntgengerät 10 integriert angeordnet, können hierdurch auch Leitungskapazitäten, insbesondere die Kapazität 66, reduziert sein.
Die Ausführungsbeispiele dienen ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013219173 A1 [0006]
DE 102009035547 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Steuern einer Röntgenröhre (12), die wenigstens eine zwischen einer Anodenelektrode (14) und einer Kathodenelektrode (16) angeordnete Gitterelektrode (18) aufweist, wobei - mittels einer Fokussiereinheit (24) ein Elektronenstrom (26) von der Kathodenelektrode (16) zur Anodenelektrode (14) fokussiert wird, und - die wenigstens eine Gitterelektrode (18) mittels einer Schalteinheit (28) in einem ersten Schaltzustand mit einem ersten elektrischen Gitterpotential zum Abschnüren des Elektronenstroms (26) zwischen der Anodenelektrode (14) und der Kathodenelektrode (16) und in einem zweiten Schaltzustand mit einem zweiten, den Elektronenstrom (26) freigebenden elektrischen Gitterpotential beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens das zweite elektrische Gitterpotential von der Fokussiereinheit (24) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite elektrische Gitterpotential abhängig von einer zwischen der Anodenelektrode (14) und der Kathodenelektrode (16) vorgegebenen elektrischen Anoden-Kathoden-Spannung (72) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fokussieren des Elektronenstroms (26) mittels der Fokussiereinheit (24) geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Schaltwechsel zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand eine Betriebsspannung für die Schalteinheit (28) und/oder die Fokussiereinheit (24) angepasst wird.
Schaltungsanordnung (22) zum Steuern einer Röntgenröhre (12), die wenigstens eine zwischen einer Anodenelektrode (14) und einer Kathodenelektrode (16) angeordnete Gitterelektrode (18) aufweist, mit: - einer Fokussiereinheit (24) zum Fokussieren eines Elektronenstroms (26) von der Kathodenelektrode (16) zur Anodenelektrode (14), und - einer Schalteinheit (28), die ausgebildet ist, die wenigstens eine Gitterelektrode (18) in einem ersten Schaltzustand mit einem ersten elektrischen Gitterpotential zum Abschnüren des Elektronenstroms (26) zwischen der Anodenelektrode (14) und der Kathodenelektrode (16) und in einem zweiten Schaltzustand mit einem zweiten, den Elektronenstrom (26) freigebenden elektrischen Gitterpotential zu beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (28) und die Fokussiereinheit (24) in Reihe geschaltet sind.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinheit (24) eine Reihenschaltung aus einem elektrischen Widerstand (30) und einem Transistor (32) aufweist und ein Mittelanschluss (34) dieser Reihenschaltung mit der wenigstens einen Gitterelektrode (18) elektrisch gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterelektrode (18) mit dem Mittelanschluss (34) über einen am Mittelanschluss (34) angeschlossenen Dämpfungswiderstand (36) elektrisch gekoppelt ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betriebsspannungsquelle (38) ausgebildet ist, eine Betriebsspannung zum Versorgen der Fokussiereinheit (24) abhängig von einem Schaltzustand der Schalteinheit (28) bereitzustellen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinheit (24) einen Vorwiderstand (30) zum Anschließen an die Betriebsspannungsquelle (38) aufweist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Vorwiderstand (30) eine Inversdiode (40) parallelgeschaltet angeschlossen ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinheit (24) einen Transistor aufweist, der zum Vorwiderstand (30) in Reihe geschaltet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fokussiereinheit (24) und/oder zur Schalteinheit (28) ein Kondensator (42, 44) parallelgeschaltet ist.
Röntgengerät (10) mit einer Röntgenröhre (12), die wenigstens eine zwischen einer Anodenelektrode (14) und einer Kathodenelektrode (16) angeordnete Gitterelektrode (18) aufweist, und einer mittels einer Anschlussleitung (20) an die Röntgenröhre (12) angeschlossenen Schaltungsanordnung (22) zum Steuern der Röntgenröhre (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (22) nach einem der Ansprüche 5 bis 12 ausgebildet ist.
Röntgengerät nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Spannungssensor zum Erfassen einer elektrischen Anoden-Kathoden-Spannung (72) und zum Bereitstellen eines Spannungssensorsignals für die Schaltungsanordnung (22).
Röntgengerät nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch einen Fokussierungssensor zum Erfassen einer Fokussierung eines Elektronenstroms von der Kathodenelektrode (16) zur Anodenelektrode (14) und zum Bereitstellen eines Fokussierungssensorsignals für die Schaltungsanordnung (22).