EP2926346A1 - Röntgengerät - Google Patents

Röntgengerät

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Publication number
EP2926346A1
EP2926346A1 EP13811400.4A EP13811400A EP2926346A1 EP 2926346 A1 EP2926346 A1 EP 2926346A1 EP 13811400 A EP13811400 A EP 13811400A EP 2926346 A1 EP2926346 A1 EP 2926346A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ray tube
ray
target
detector
movement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13811400.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Salamon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2926346A1 publication Critical patent/EP2926346A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—HANDLING OF PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K7/00—Gamma- or X-ray microscopes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/112—Non-rotating anodes
    • H01J35/116—Transmissive anodes

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray apparatus, and more particularly to an X-ray apparatus suitable for direct-magnification based high-resolution computed tomography.
  • an X-ray source, an object and a detector are arranged relative to each other such that the object or at least portions of the object are irradiated with X-radiation and the detector detects a projection of the X-radiation irradiating the object to produce an enlarged representation of the object or portion of the object.
  • the object is arranged closer to the X-ray source than the detector, so that an enlargement of the representation results on the detector, which depends in a known manner on the imaging geometry.
  • the high-resolution computed tomography based on the direct magnification technique is determined on the one hand by the used scanning variables with respect to the detector, the manipulator, the X-ray focal spot and the magnification.
  • the resolution and accuracy is also determined by the stability of the positions of the system components during the measurement period to each other.
  • the stability requirements for each individual system component depend to varying degrees on the magnification used. Movements of the components among each other can affect the stability and lead to distortions in the recorded images or projections. Compensation methods based on a two-dimensional translation of the degraded projection are unable to compensate for these distortions and thus compromise the quality of computed tomography measurement despite instabilities. Only elaborate reconstruction methods, which can take into account the changed measurement trajectory, such as algebraic reconstruction algorithms, are able to compensate for the instability influence.
  • the object of the present invention is to provide an X-ray apparatus which allows easy compensation of tube movements.
  • Embodiments of the invention provide an X-ray apparatus having the following features: an X-ray tube, wherein in a front end of the X-ray tube, a target for generating X-ray radiation exiting the X-ray tube at the front end of the X-ray tube is arranged; an object holder adapted to hold an object to be examined in the beam path of the generated X-ray radiation; and a detector configured to receive a projection of the x-ray radiation with which the
  • Object is irradiated to detect, characterized in that the object holder at the front end, in which the target is arranged in the X-ray tube, is attached to the X-ray tube.
  • an object holder and thus the object is 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 moves with this end of the x-ray tube and there is no relative movement between the object (i.e., the sample) and that end of the x-ray tube.
  • the target which is fixed in this end in the X-ray tube, moves with this end of the X-ray tube, so 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 object and target is usually much smaller than the distance between object and detector to implement a desired magnification.
  • changes in the distance between the target and the object have a great influence on the imaging geometry. Such changes are prevented or at least reduced according to embodiments of the invention, so that remaining disturbances due to movement of the X-ray tube can be compensated more easily.
  • the focus of the projection is a stationary focal spot relative to the x-ray tube, where an electron beam generated by the x-ray tube strikes the target to generate the x-ray radiation.
  • Movement of the front end of the x-ray tube causes only a simple lateral displacement on the detector or a change in the distance between the target and the detector.
  • Such shifts or changes in the distance between the target and the detector have However, a much smaller influence on the imaging geometry than a change in the distance between the target and the object.
  • disturbances due to a simple lateral displacement or due to a change in the distance between the target and detector can be compensated easier.
  • the x-ray tube may be attached to a base of the x-ray machine in a region spaced from the forward end, the object holder being secured to the front end of the x-ray tube and not to the base.
  • the object holder is preferably rigidly secured to the front end of the x-ray tube such that any movement of the front end of the x-ray tube causes a corresponding movement of the object holder. This can be accomplished by attaching the object holder to the front end of the tube via rigid means such that any movement of the front end of the x-ray tube, such as by deformation of the x-ray tube, translates into equal movement of the object holder. Such deformation may occur, for example, due to expansion upon heating or shrinkage upon cooling.
  • the x-ray apparatus may further include a motion sensor for detecting movement of the front end of the x-ray tube.
  • a motion sensor for detecting movement of the front end of the x-ray tube.
  • the concept of a mechanical detection of the movements makes it possible on the one hand to compensate for the effects of movement by means of a subsequent reference / editing and processing of the projection, i. the representation on the detector, and on the other hand, a direct compensation by actuators or corresponding manipulation devices.
  • a computing device may be provided which is designed to compensate for an effect of a motion detected by the motion sensor on the projection detected by the detector.
  • the x-ray apparatus may include mechanical adjustment means for compensating for an effect of motion detected by the motion sensor on the position of the front end of the x-ray tube, i. to keep the position of the front end of the X-ray tube stable.
  • a mechanical compensation of the instability can take place on the detector side with reduced accuracy requirements
  • Fig. 1 is a schematic side view of an embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of a projection shift in a
  • Fig. 3 is a schematic side view of an embodiment of the invention with compensation mechanisms
  • Fig. 4 is a schematic side view of a comparative example in which a
  • a crahalterang is attached to a system base
  • Fig. 5 is a schematic representation of a projection in the one shown in Fig. 4
  • Fig. 6 is a schematic representation of an embodiment of the invention.
  • the high-resolution computed tomography based on the direct magnification technique is determined on the one hand by the used scanning variables with respect to detector, manipulator, X-ray focal spot and magnification and on the other hand by the stability of the position of the system components during the measurement period (t).
  • the stability requirements for each individual system component depend to varying degrees on the magnification used. Due to the radiation set underlying the figure, 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 appearing disturbing.
  • FIG. 4 shows a schematic side view of a comparative example of an X-ray apparatus of conventional design, in which an X-ray tube 10 is attached to a system base 12, for example a stone carrier plate.
  • the X-ray tube 10 has, in a known manner, a target 14 which is bombarded with electrons and emits X-radiation.
  • the target 14 may be formed, for example, by the anode of the X-ray tube.
  • the target 14 contains the focus with regard to the projection (imaging geometry) and is only shown in the figures as the tip of the beam cone of the generated X-ray radiation 16. More specifically, the focal point of the projection is the focal spot, which represents a point on the target, namely where the electron beam strikes.
  • the target 14 is sometimes referred to simply as "focus".
  • the x-ray tube 10 has a front end 18 and a rear end 20, the target 14 being naturally located at the front end 18 in the x-ray tube.
  • the X-ray radiation 16 generated by the target 14 exits the X-ray tube at the front end 18.
  • the X-ray tube 10 is attached to the system base 12 in a region facing the rear end 20 via corresponding attachment means 22.
  • an object holder 24, which is designed to hold an object 26 in the x-ray radiation 16 generated by the target 14, is attached to the system base 12.
  • a detector 30 attached to the system base 12 is a detector 30 that is configured to detect a projection of the x-ray radiation 16.
  • the x-ray tube 10, the object holder 24, and the detector 30 are rigidly attached to the system base 12.
  • FOA focus-object distance
  • FDA focus-detector distance
  • X-ray machines for computed tomography by means of a direct magnification technique generally have focusing coils which can have a particular influence on the stability, in particular with X-ray tubes which are generally used for the highest resolutions.
  • the high focusing power used in this case can, as indicated in Fig. 4, a strong increase in temperature by 20 ° C to 80 ° C, e.g. 60 ° C, which is why the X-ray tube may be subjected to thermal expansion, for example an extension (in the direction of the distances FOA and FDA).
  • a relative movement between the front end 18 of the x-ray tube and the object 26 may occur.
  • the position of the target ie the focus position
  • this leads to an altered imaging of the object 26 on the detector 30 and thus to an inconsistency in the computed tomography data set.
  • Particularly critical here are a change in magnification resulting from the tube expansion and the changing imaging angle, which leads to a distortion of the projection.
  • FIG. 4 schematically shows motion vectors a for the front end 18 of the x-ray tube, motion vectors b for the object 26 and motion vectors e for the detector 30.
  • Movement a of the front end 18 of the x-ray tube 10 for example due to heating by focusing coils, can be a focus drift 32 , as shown in Fig. 5, result.
  • the object holder 24, which holds the object 26, does not follow this movement, so that the focus drift 32 leads to a significantly higher imaging drift 34 of FIG Projection on the detector 30 leads.
  • a corresponding expansion can also result in a reduction in the distance FOA, which in turn results in a changed magnification, which also results in distortions of the projection on the detector 30.
  • the inventors have realized that easier compensation of tube movements, for example in computed tomography, is possible by attaching the object holder not to the system base but to the front end of the x-ray tube in which the target is located the focus is located in the x-ray tube.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the invention.
  • an object holder tang 44 adapted to hold an object 26 in the x-ray radiation 16 is at the front (first) end 18, ie the end or front end facing the detector 30, of the x-ray tube 10 attached.
  • Corresponding fastening means are indicated schematically in FIG. 1 by the reference numeral 46.
  • Various known means may be used to rigidly secure the specimen holder 44 to the forward end 18 of the x-ray tube 10.
  • the object holder 44 may be secured to the front end 18 of the x-ray tube using a flange that extends around the circumference of the x-ray tube.
  • the crahalterang 44 may for example be screwed to the front end 18 of the X-ray tube 10 or a flange located there.
  • the attachment of the object holder tang 44 to the front end of the x-ray tube is such that any movement of the front end of the x-ray tube will cause a corresponding movement of the object holder. Even movement of the front end 18 of the X-ray tube 10 due to expansion or contraction thereof in the longitudinal direction thus does not result in a change in the distance FOA.
  • the focusing of the radiation-accelerated electrons is accomplished by means of one or more electromagnetic focusing lenses 48 mounted immediately before the interacting target 14 in the x-ray tube 10 to achieve efficient focusing of the electron beam to a stationary focus point on the target 14 ,
  • a focusing lens 48 is shown in Figs. 1 and 3 for illustration, although it is per se in the X-ray tube and thus in Figs. 1 and 3 is not visible.
  • the electron beam thus falls through the focusing lenses 48 before it hits the target 14.
  • the electrical power required for focusing simultaneously leads to a strong warming of the elongated X-ray tube 10 in the region of the X-ray target 14 and thus to a deformation of the beam and the focal point.
  • CT computed tomography
  • the object holder tang 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 the use.
  • the fastening means and the object holder may be formed of a ceramic material.
  • This focus drift 32 results in a corresponding movement 52
  • the movement of the front end 18 of the x-ray tube results in a significantly lower imaging drift on the detector, as shown by the imaging drift 54 in FIG.
  • the approach of the present invention allows for a significantly reduced imaging drift by attaching the object holder to the front end of the x-ray tube as compared to a classic case where the object holder is attached to the system base.
  • a simple compensation based on the translation of individual projections becomes possible through the development of the described novel manipulation concept, which largely prevents a relative movement of the sample to the X-ray tube by the object holder (or sample holder) on the front so the detector facing the end of the X-ray tube is attached.
  • the coupling of the object to the tube and its movement does not change the imaging geometry, which causes a ken influence on the magnification would have.
  • An instability leads to a simple lateral displacement on the detector and in case of a higher extension of the X-ray tube to change the focus-detector distance, but not to a much more influential change of 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.
  • Fig. 3 shows an embodiment of an X-ray tube in which like elements are again denoted by like reference numerals.
  • a motion sensor 60 for example in the form of an acceleration sensor or the like, is disposed at the forward end 18 of the x-ray tube 10 to detect movement of the end 18 of the x-ray tube 10.
  • the motion sensor is coupled to a computing device 70, which in turn is coupled to the detector 30.
  • movements of the front end 18 of the X-ray tube 10 which in turn may result in a focus drift 32, as shown in Fig. 2, can be detected.
  • the effect of this movement e.g. the focus drift 32, onto the projection on the detector 30, for example the imaging drift 54, can then be compensated by means of the computing device 70.
  • Such compensation can be done, for example, retrospectively by correcting the images or by passing on the changed geometry to a reconstruction algorithm that reconstructs the images.
  • a mechanical adjusting device may also be provided
  • the adjuster 80 may be provided to adjust the position of the front end 18 of the x-ray tube 10 or the position of the detector based on the output of the motion sensor 60.
  • Such a mechanical adjusting device can either be coupled directly to the motion sensor 60 or, as shown in FIG. 3, be coupled to the motion sensor 60 via the computing device 70.
  • the adjuster 80 may be configured to adjust the position of the front end of the x-ray tube, the position of the detector, or both.
  • a precise relative movement of the manipulation system is intended in relation to the tube head, so that particularly negative influences of focus instability can be reduced.
  • these are, in particular, a change in magnification as a result of an approach from focus point to object and the change in the projection angle of the object by shifting the focus laterally to the beam axis.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of an embodiment of the invention and in particular parts of the interior of the X-ray tube 10.
  • the X-ray tube 10 has an electron beam source 100 which emits an electron beam 102.
  • a centering lens 104 and focusing lenses 106 are disposed in the X-ray tube 10 and a focusing channel is formed therebetween to focus the electron beam onto a stationary focus on the target 14.
  • the focus coils 106 develop heat 108.
  • the X-rays are produced at the focal point.
  • the centering lens and the sierünsen may be formed as a centering coil and as a focusing coil.
  • the object holder 44 may be configured to rotate the object, as shown by a corresponding arrow in FIG. As shown in FIG. 6, the X-ray tube 10 is attached to the base at a rear portion thereof with respect to the detector, while the object holder 44 is attached to the front end of the X-ray tube 10.
  • the focus coils are formed to achieve double focusing of the X-ray beam.
  • only one focus track may be provided for easy focusing.
  • 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 recognition 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, it can be prevented that relative movements between the object and the target occur when the object holder is attached to the front end of the X-ray tube.
  • the X-ray tube may be cylindrical, wherein the object holder may be secured in the region of the front end to a peripheral portion of the cylindrical X-ray tube, for example by means of a flange.
  • the object holder may be attached to the front end surface of the x-ray tube at a portion where x-ray radiation does not exit the x-ray tube.
  • the object holder is arranged in the region of the end of the x-ray tube facing the object such that there is no relative movement between this end of the x-ray tube and the object.
  • the object holder is designed so that no significant thermal deformation can occur for use. In the embodiments of the invention, this can be done by suitable materials and a weight-optimized design.
  • the present invention thus provides an approach that allows for easy compensation of tube movements, for example in computed tomography, especially in the context of a system based on a transmission tube.

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Abstract

Ein Röntgengerät weist eine Röntgenröhre (10) auf, wobei in einem vorderen Ende (18) der Röntgenröhre ein Target zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, die an dem einen Ende der Röntgenröhre aus der Röntgenröhre austritt, angeordnet ist. Eine Objekthalterung (44) ist ausgelegt, um ein zu untersuchenden Objekt (26) in dem Strahlengang der erzeugten Röntgenstrahlung (16) zu halten. Ein Detektor (30) ist ausgelegt, um eine Projektion der Röntgenstrahlung, mit der das Objekt bestrahlt wird, zu erfassen. Die Objekthalterung (44) ist an dem vorderen Ende (18) der Röntgenröhre (10), in dem das Target in der Röntgenröhre angeordnet ist, an der Röntgenröhre befestigt.

Description

Röntgengerät
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Röntgengerät und insbesondere ein Röntgengerät, das für eine auf einer Direktvergrößerungstechnik basierende hochauflösende Computertomographie geeignet ist, 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.
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 ver- wendeten 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 si- eherzustellen. Lediglich aufwändige Rekonstruktionsmethoden, die die veränderte Messtrajektorie berücksichtigen können, wie z, B. algebraische Rekonstruktionsalgorith- men , sind in der Lage, den Instabilitätseinfluss zu kompensieren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Röntgengerät zu schaffen, das eine einfache Kompensation von Röhrenbewegungen ermöglicht.
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 dein vorderen Ende der Röntgenröhre aus der Röntgenröhre austritt, angeordnet ist; einer Objekthalterang, 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Objekthalterung an dem vorderen Ende, in dem das Target in der Röntgenröhre angeordnet ist, an der Röntgenröhre befestigt ist.
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 Abbildungsgeomctirc. Solche Veränderungen werden gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung verhindert oder zumindest reduziert, so dass verbleibende Störungen aufgrund einer Bewegung der Röntgenröhre leichter kompensiert werden können.
Bei Ausführungsbeispielen ist der Fokus der Projektion ein relativ zu der Röntgenröhre stationärer Brennfleck, an dem ein Elektronenstrahl, der durch die Röntgenröhre erzeugt wird, auf das Target trifft, um die Röntgenstrahlung zu erzeugen.
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.
Bei Ausführungsbeispielen kann die Röntgenröhre in einem von dem vorderen Ende beab- standeten Bereich an einer Basis des Röntgengeräts befestigt sein, wobei die Objekthalterang an dem vorderen Ende der Röntgenröhre und nicht an der Basis befestigt ist. Bei Ausfuhrungsbeispielen 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 Objekthalterang 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.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das Röntgengerät ferner einen Bewegungssensor aufweisen, 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 Referen/.ierung und Bearbeitung der Projektion, d.h. der Darstellung auf dem Detektor, und zum anderen auch eine direkte Kompensation durch Aktuatoren oder entsprechende Manipulationseinrichtungen. Bei Ausführungsbeispielen kann eine Recheneinrichtung vorgesehen sein, die ausgelegt ist, um eine Auswirkung einer von dem Bewegungssensor erfassten Bewegung auf die durch den Detektor erfasste Projektion zu kompensieren. Bei Ausführungsbeispielen kann das Röntgengerät eine mechanische Nachstelleinrichtung aufweisen, 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 Röntgen- röhre stabil zu halten. Zudem kann eine mechanische Kompensation der Instabilität Detek- torseitig mit verringerten Genauigkeitsanforderungen erfolgen,
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren sind gleiche Elemente oder funktions- gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so dass, wo nicht erforderlich, wiederholte Erläuterungen der jeweiligen Elemente weggelassen werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Projektionsverschiebung bei einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung mit Kompensationsmechanismen;
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines Vergleichsbeispiels, bei dem eine
Objekthalterang an einer Systembasis angebracht ist;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Projektion bei dem in Fig. 4 gezeigten
Vergleichsbeispiel; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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 wahrend 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.
Fig. 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. 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 Fig. 4 gezeigt ist, ist die Röntgenröhre 10 in einem dem hinteren En- de 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.
Die Röntgenröhre 10, die Objekthalterung 24 und der Detektor 30 sind starr an der Systembasis 12 angebracht. Wie in Fig. 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.
Röntgengeräte für die Computertomographie mittels einer Direktvergröfkrungstechnik 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 Fig. 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, fuhrt 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.
Fig. 4 zeigt schematisch Bewegungsvektoren a für das vordere Ende 18 der Röntgenröhre, Bewegungsvektoren b für das Objekt 26 und Bewegungsvektoren e 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 Fig. 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.
Basierend auf den obigen Überlegungen haben die Erfinder erkannt, dass eine einfachere Kompensation von Röhrenbewegungen, beispielsweise in der Computertomographie, möglich ist, indem die Objekthalterang 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.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine Objekthalterang 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 Fig. 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 Ob- jekthalterung 44 unter Verwendung eines Flansches, der sich um den Umfang der Röntgenröhre erstreckt, an dem vorderen Ende 18 der Röntgenröhre befestigt sein. Die Objekthalterang 44 kann beispielsweise an das vordere Ende 18 der Röntgenröhre 10 oder einen dort befindlichen Flansch angeschraubt sein. Die Befestigung der Objekthalterang 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. Bei Ausführungsbeispielen erfolgt die Fokussierang der zur Strahlungserzeugung beschleunigten Elektronen mithilfe einer oder mehrerer elektromagnetischer Fokussierlinsen 48, die unmittelbar vor dem zur Wechselwirkung verwendeten Target 14 in der Röntgenröhre 10 angebracht sind, um eine effiziente Fokussierang des Elektronenstrahls auf einen stationären Fokuspunkt auf dem Target 14 zu erzielen. Eine solche Fokussierlinse 48 ist in den Fig. 1 und 3 zur Veranschaulichung dargestellt, obwohl sie an sich in der Röntgenröhre und somit in den Fig. 1 und 3 nicht sichtbar angeordnet ist. Der Elektronenstrahl fällt also durch die Fokussierlinsen 48 bevor er auf das Target 14 trifft. Die zur Fokussierung benötigte elektrische Leistung führt jedoch gleichzeitig zu einer starken Erwärmung der länglich ausgeführten Röntgenröhre 10 im Bereich des Röntgentargets 14 und damit zu einer Verformung des Strahles sowie des Fokuspunktes. Eine hochauflösende Computertomographie (CT) ist jedoch auf einen zum Objekt und zur Drehachse statisch verweilenden Fokuspunkt angewiesen, der im konventionellen CT- Aufbau, bei dem die Röntgenröh- re in einem thermisch stabilen Bereich am Gesamtsystem montiert wird, nicht erreicht wird. Indem die Objekthalterang 44 an dem vorderen Ende der Röntgenröhre 10, also dem Ende, an dem auch das Target 14 angebracht ist, angebracht ist, korreliert die Bewegung des stationären Fokuspunkts des Elektronenstrahls auf dem Target mit einer Bewegung der Position, an der die Objekthalterung an der Röntgenröhre befestigt ist, so dass sich die Be- festigungsposition der Objekthalterang relativ zu dem Fokuspunkt nicht bewegt.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die Objekthalterang und/oder die Befestigungsmittel aus einem thermisch stabilen Material gebildet, so dass sich die Befestigungsmittel und die Objekthalterung im für die Benutzung relevanten Temperaturbereich ther- misch nicht verformen. Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Befestigungsmittel und die Objekthalterung aus einem Keramikmaterial gebildet sein.
Eine Änderung des Abstands FDA findet noch statt, jedoch hat diese aufgrund der Abbildungsgeometrie deutlich geringere Auswirkungen hinsichtlich einer Verzerrung der Pro- jektion auf dem Detektor 30.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, bewirkt eine Bewegung des vorderen Endes 18 der Röntgenröhre 10 senkrecht zu der Längserstreckung derselben, also senkrecht zu der Achse Target- Objekt-Detektor, eine Fokusdrift 32. Dieser Fokusdrift 32 resultiert in einer entsprechen- den 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 Fig. 2 gezeigt ist.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht somit eine deutlich reduzierte Abbil- dungsdrift, 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 Relativbewe- gung 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 star- ken 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 Bewe- gungsvektor des Objekts mit dem Bewegungsvektor des vorderen Endes der Röntgenröhre gekoppelt wird.
Fig. 3 zeigt ein Ausfèhrungsbeispiel einer 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 Fig. 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 Rekonstruk- tionsalgorithmus, der die Bilder rekonstruiert, erfolgen.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann ferner 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 ein- zustellen. Eine solche mechanische Nachstelleinrichtung kann entweder direkt mit dem Bewegungssensor 60 gekoppelt sein, oder, wie in Fig. 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.
Durch Kopplung einer kompakten Manipulationseinheit an dem thermisch belasteten und damit instabilen Röhrenende, in dem das Target und die Fokussierspulen angeordnet sind, wird eine präzise Relativbewegung des Manipulationssystems im Verhältnis zum Röhrenkopf bezweckt, so dass besonders negative Einflüsse der Fokusinstabilität verringert wer- den können. Diese sind bei einer hochauflösenden CT insbesondere eine Vergrößerungsänderung in Folge einer Annährung von Fokuspunkt zu Objekt sowie die Änderung des Projektionswinkels des Objektes durch Verschiebung des Fokus seitlich zur Strahlachse. Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsheispiels der Erfindung und insbesondere Teile des Inneren der Röntgenröhre 10. Die Röntgenröhre 10 weist eine Elektronenstrahlquelle 100 auf, die einen Elektronenstrahl 102 ausgibt. Eine Zentrierlinse 104 und Fokussierlinsen 106 sind in der Röntgenröhre 10 angeordnet und zwischen den- selben ist eine Fokussierkanal gebildet, um den Elektronenstahl auf einen stationären Brennpunkt auf dem Target 14 zu fokussieren. Im Betrieb entwickeln die Fokussierspulen 106 Wärme 108. An dem Brennpunkt entstehen die Röntgenstrahlen. Die Zentrierlinse und die Fokussierünsen können als Zentrierspule und als Fokussierspule ausgebildet sein. Die Objekthalterung 44 kann ausgebildet sein, um das Objekt zu drehen, wie durch einen ent- sprechenden Pfeil in Fig. 6 gezeigt ist. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist die Röntgenröhre 10 in einem bezüglich des Detektors hinteren Bereich derselben an der Basis angebracht, während der Objekthalter 44 an dem vorderen Ende der Röntgenröhre 10 angebracht ist.
In Fig. 6 sind die Fokussierspulen ausgebildet, um eine doppelte Fokussierang des Rönt- genstrahls zu erreichen. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann nur eine Fokussierspuie für eine einfache Fokussierung vorgesehen sein.
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.
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 derge- stalt 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. 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.

Claims

Patentansprüche 1. 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 einen 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; und einem Detektor (30), der ausgelegt ist, um eine Projektion der Röntgenstrahlung ( 16), mit der das Objekt (26) bestrahlt wird, zu erfassen. dadurch gekennzeichnet, dass 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.
2. Röntgengerät nach Anspruch 1, bei dem die Röntgenröhre (10) derart ausgebildet ist, dass ein Elektronenstrahl an einem stationären Brennpunkt auf das Target ( 14) trifft, um die Röntgenstrahlung (16) zu erzeugen.
3. Röntgengerät nach Ansprach 2, das ferner zumindest eine elektromagnetische Fo- kussierlinse (48) aufweist, die ausgebildet ist, um den Elektronenstrahl auf den stationären Brennpunkt auf dem Target (14) zu fokussieren.
4. Röntgengerät nach Anspruch 1 oder 3, bei dem. die Röntgenröhre (10) in einem von dem vorderen Ende (18) beabstandeten Bereich an einer Basis (12) des Röntgengeräts befestigt ist,
5. Röntgengerät nach Anspruch 4, bei dem die Objekthalterung (44) an dem vorderen
Ende (18) der Röntgenröhre (10) und nicht an der Basis (12) befestigt ist.
6. Röntgengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Objekthalterang (44) derart starr an dem vorderen Ende (18) der Röntgenröhre (10) befestigt ist, dass jede Bewegung des vorderen Endes (18) der Röntgenröhre (10) eine entsprechende
Bewegung der Objekthalterang (44) bewirkt.
7. Röntgengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das ferner einen Bewegungssensor (60) aufweist, um eine Bewegung des vorderen Endes (18) der Röntgenröhre (10) zu erfassen.
8. Röntgengerät nach Ansprach 7, das femer eine Recheneinrichtung (70) aufweist, die ausgelegt ist, um eine Auswirkung einer von dem Bewegungssensor (60) erfass- ten Bewegung auf die durch den Detektor (30) erfasste Projektion zu kompensieren.
9. Röntgengerät nach Ansprach 7, das femer eine mechanische Nachstelleinrichtung
(80) aufweist, die ausgelegt ist, um basierend auf einem Ausgangssigna] des Bewegungssensors (60) eine Position des vorderen Endes (18) der Röntgenröhre (10) o- der eine Position des Detektors oder beides nachzustellen, um Störungen aufgrund einer Bewegung des vorderen Endes der Röntgenröhre (10) zu kompensieren.
10. Röntgengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Objekthalterang und/oder Befestigungsmittel, mittels derer die Objekthalterang an dem vorderen Ende der Röntgenröhre befestigt ist, aus einem thermisch stabilen Material gebildet sind.
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