EP2979293A1 - X-ray source and imaging system - Google Patents

X-ray source and imaging system

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Publication number
EP2979293A1
EP2979293A1 EP14711938.2A EP14711938A EP2979293A1 EP 2979293 A1 EP2979293 A1 EP 2979293A1 EP 14711938 A EP14711938 A EP 14711938A EP 2979293 A1 EP2979293 A1 EP 2979293A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
anode
ray source
electrons
ray
collector
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Withdrawn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
EP14711938.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Svetlana GOSSMANN
Oliver Heid
Timothy Hughes
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2979293A1 publication Critical patent/EP2979293A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/16—Vessels; Containers; Shields associated therewith
    • H01J35/18—Windows
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/40—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4035—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis the source being combined with a filter or grating
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    • H01J2235/16—Vessels
    • H01J2235/165—Shielding arrangements
    • H01J2235/168—Shielding arrangements against charged particles

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray source with an evacuable outer housing with a beam exit ⁇ window, an electron source for the emission of electrons and an anode for generating X-radiation. Furthermore, the invention relates to an imaging system with such an X-ray source.
  • X-ray sources are within an evacuated outer casing, a so-called X-ray tube, electric ⁇ NEN accelerated to an anode whose material is suitable for converting energy of the accelerated electrons into x-rays.
  • ⁇ X-ray radiation is coupled out of the X-ray source from ⁇ .
  • the radiation is then typically directed to an object to be examined and then measured with an X-ray imaging detector.
  • the use of such systems is widespread. For the diagnostic examination of human body parts, it is generally desirable to achieve the highest possible image quality with the lowest possible X-ray dose.
  • the most monochromatic possible X-ray radiation is advantageous in which the radiation consists essentially of characteristic X-radiation and only to the smallest possible extent from the Bremsstrahlung distributed over a wide energy range.
  • 7,436,931 B2 is given by the high-energy electrons penetrating the thin anode. These electrons are trapped in the anode support and the energy is dissipated by a coolant flowing through the support.
  • a disadvantage here is the high heat development within the anode support and the possible ⁇ speed of the formation of Bremsstrahlung in the anode support. The Bremsstrahlung generates a continuous background in the resulting X-ray spectrum, which extends to a limit energy that corresponds to the kinetic energy of the accelerated electrons. The proportion of monochro matic ⁇ , characteristic X-rays in the overall spectrum and the radiation dose is reduced by this effect. Due to the high heat development and the necessity ⁇ speed of a coolant flow, this solution is also inefficient heat technically inefficient and mechanically expensive.
  • the object of the invention is to provide an X-ray source for the generation ⁇ supply of monochromatic X-rays as possible, which avoids the disadvantages mentioned.
  • Another object of the invention is to provide an imaging system with a sol ⁇ Chen X-ray source.
  • the X-ray source comprises an evacuable outer housing with at least one X-ray-permeable beam exit window. It further comprises an electron source for emitting electrons along an electron beam direction, an anode for generating X-radiation, and a collector for capturing electrons passing through the anode.
  • the collector is part of an electrical see circuit for applying a negative potential at the collector in relation to a potential at the anode.
  • the beam exit window is arranged so that X-ray radiation can be coupled out through the beam exit window, which emerges from the anode at least in a partial region of an angular range of 130 degrees to 230 degrees to the electron beam direction.
  • the X-ray source according to the invention makes it possible to produce a substantially monochromatic X-ray radiation, since in the anode mainly characteristic X-radiation is generated in a narrow energy range.
  • the electrons penetrating the anode also contribute little to the formation of unwanted bremsstrahlung, since these electrons are first efficiently decelerated by the inventively designed collector and then collected.
  • the capture of the accelerated electrons by the collector is electrically efficient, and it is in the holder of the anode no additional coolant ⁇ channel to transport the kinetic energy of this anode film penetrating electrons needed.
  • the electrons Due to the negative in the operation in comparison to the anode electric potential of the collector, the electrons lose part of their kinetic energy before they impinge on the Mate ⁇ material of the collector. As a result, the bremsstrahlung formed in the material of the collector is minimized.
  • the collector prevents these electrons in Be ⁇ operating the X-ray source reach more components in which they can generate braking radiation, and it will prevent them from leaving the X-ray source. In particular, these electrons do not interact with the outer casing of the X-ray source due to their efficient trapping.
  • the beam exit window is arranged such that X-ray radiation can be extracted through this window, which emerges from the anode at least in a partial region of the angular range of 130 degrees to 230 degrees to the electron beam direction.
  • the decoupling takes place according to the invention on the side of the anode, which corresponds to the facing the electron beam, wherein the decoupled X-ray radiation through the window may include an angular range of up to +/- 50 degrees with the backward direction of the electron beam.
  • the imaging system includes a dung OF INVENTION ⁇ contemporary X-ray source, an arrangement for receiving an object to be examined and an X-ray detector.
  • the advantages of the imaging system are analogous to the advantages indicated for the X-ray source.
  • the object to be examined may be a human body, an animal body or a part of such a body.
  • the arrangement for receiving the object to be examined is then, for example, a patient's couch or an arrangement for receiving a body part.
  • the imaging system can also be designed for the measurement of components.
  • the arrangement for receiving an object to be examined may be a holder for a component.
  • the advantages of the imaging system of the invention are particularly evident in medical imaging, for in the diagnostic examination of human body parts, it is particularly important to achieve with the lowest possible Strahlenbe ⁇ utilization highest possible image quality and thus A possible ⁇ as precisely as medical diagnosis.
  • monochromatic X-ray sources as possible, a particularly good image quality can be achieved.
  • the advantage of monochromatic X-ray sources is particularly great in the field of mammography and angiography, since these methods are used to examine body parts in which differences in the attenuation of the X-ray radiation must be mapped.
  • the patient's radiation exposure may either be reduced or it can be dispensed with the otherwise necessary use healthy ⁇ ness harmful X-ray contrast agent.
  • the X-ray source may additionally have the following features:
  • the collector can be made thicker along the electron beam direction than the average penetration depth of the electrons at a kinetic energy of the electrons of 150 keV.
  • the maximum kinetic energy to which electrons are accelerated in x-ray sources is up to 150 keV in many x-ray sources. If the collector is designed to be thicker than the mean penetration depth of the electrons in the region of this electron energy then, during operation of the X-ray source, a substantial portion of the electrons will be trapped by this maximum energy from the collector.
  • the collector is brought to a negative potential during operation as envisaged, the electrons are decelerated prior to entry into the material of the collector, and accordingly an even greater proportion of the electrons are collected by the collector.
  • the proportion of the electrons collected by the collector in this embodiment is at least 1-1 / e and thus over 63%.
  • the material of the described collector may comprise an electrically conductive material, for example stainless steel
  • the collector may have a thickness of at least 1 mm along the electron beam direction. Preferably, the thickness is chosen so that the collector He ⁇ reaching electrons with their remaining kinetic Energy can not substantially effetdrin ⁇ the thickness of the collector ⁇ gen.
  • the collector can have a depression in the electron beam direction. Such a depression is advantageous for reliably collecting the accelerated electrons in the collector and for laterally escaping the electrons
  • the formation of a depression of the collector is expedient, since a certain proportion of the electrons are scattered at the anode and thus changed in their direction of flight.
  • a collector with a depression is particularly suitable for collecting as many scattered electrons as possible.
  • the recess described may be designed trapezoidal. Alternatively, the recess may also be configured rectangular, U-shaped or semicircular. It may have a depth of at least 3 cm, more preferably the depth may be between 5 cm and 15 cm.
  • the beam exit window can be arranged so that X-ray radiation can be coupled out through the beam exit window, which emerges from the anode at least in a partial region of an angular range of 170 degrees to 190 degrees to the electron beam direction. In this embodiment, therefore, only X-ray radiation is released, which leaves the anode at an angle of +/- 10 degrees with the backward direction of the electron beam. Through this narrow win ⁇ angle range an even better ratio of charac- genetic X-ray is reached on the disturbing continuous braking radiation.
  • the electron source can have a hole for the passage of X-ray radiation to be coupled out in a central region.
  • the electron source can be formed as an annular source ⁇ .
  • the X-ray radiation to be coupled out at the back can penetrate the electron source. penetrate and pass through this area from the anode to the beam extraction window.
  • the beam exit window can then be arranged such that only X-ray radiation can be extracted by the beam exit window, which exits the anode at an angle of 175 degrees to 185 degrees to the electron beam direction.
  • the x-ray source may comprise at least one control electrode for accelerating and / or focusing the electrons on the anode.
  • the X-ray source can also be several such
  • Control electrodes include.
  • the at least one control electric ⁇ de may be an electrode having a circular cross-section, for example it may take the form of one or several ⁇ ren segments of a spherical surface.
  • the voltage of the control electrode is preferably higher than the voltage of the
  • the anode can have a metallic layer comprising a material having an atomic number of at least 40 and its layer thickness is lower than the average penetration depth of the electrons in ⁇ A material of the metallic
  • the advantage of this embodiment is that a particularly high proportion of characteristic X-radiation is formed in a material with a relatively high atomic number.
  • Particularly suitable materials are molybdenum with an atomic number of 42 and tungsten with an atomic number of 74.
  • the advantage of the low layer thickness is that only a minimum of Bremsstrahlung is generated in the metallic film of the anode. The choice of
  • Layer thickness is dependent on the anode material, because the penetration depth is dependent on the anode material properties.
  • Advantageous layer thicknesses are, for example, in the range of up to 10 ⁇ m, particularly advantageously in the range of up to 5 ⁇ m.
  • a higher layer thickness is not needed because the deceleration and trapping of the anode penetrating electrons through the collector.
  • the anode may have an anode support which comprises a material having an atomic number of at most 15 and whose layer thickness is lower than the mean penetration depth of the electrons in the material of the anode support at a kineti ⁇ cal energy of the electrons of 150 keV.
  • the choice of a lightweight material for the anode support is advantageous because as well as in the anode support little Bremsstrahlung is generated because materials with low atomic numbers only have a low interaction with the electrons.
  • the anode support itself serves to hold the metallic layer of the anode and to ensure mechanical stability. Even with the support body contributes to the smallest possible thickness to avoid unwanted Bremsstrahlung.
  • the thickness of the holder can be chosen to be higher than the thickness of the metallic layer, since in a material of lower atomic number, the interaction of electrons is lower and thus the average penetration depth at a certain kinetic energy is higher than in the metallic
  • the electrical circuit may be configured so that the collector can be brought to an electrical potential during operation of the X-ray source, which by we ⁇ iquess half is lower than an electric poten ⁇ tial of the anode, the potentials of the collector and the anode in relation to the potential of the electron source are de ⁇ finiert and in relation to this reference potential are both positive. This potential difference ensures that the electrons which penetrate the anode lose a considerable part of the energy in the field between anode and collector on their way from the anode to the collector.
  • the electron source may be a field emission cathode or a hot cathode.
  • a field emission cathode is a so-called cold cathode ⁇ are emitted gene source typically by a very high local field in the evacuated space of the X-ray in the electron.
  • the electrons are emitted from the cathode material into the evacuated space under the influence of high temperature.
  • the anode can be used as a fixed anode, as a rotary anode and / or as
  • a rotary anode comprises a rotatably mounted, usually disk-shaped plate, which is rotated within the plate plane, that the electron beam nachei ⁇ nander different locations in the edge region of the plate meets, whereby a better cooling and a longer Le ⁇ life of the metallic anode layer is achieved.
  • an electrically conductive liquid is used as the anode layer ness, for example, contain low ⁇ refractory metals and alloys of gallium, indium and / or tin.
  • the anode may also comprise a plurality of metallic layers, which may for example contain different materials.
  • the metallic layers can be arranged side by side on a common support body.
  • An X-ray source with a plurality of anode materials can be designed such that, depending on the application, monochromatic X-ray radiation with different energy can be made available, depending on which of the anode materials is brought into the region of the electron beam.
  • the imaging system may additionally comprise a beam filter disposed between the beam exit window and the arrangement for receiving the object to be examined.
  • a beam filter can be a metallic layer, for example made of aluminum, rhodium, mono- lybdän, copper and / or tin, which serves to absorb the low-energy part of the continuous Bremsstrahlung.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-section of an X-ray source according to the preferred embodiment
  • FIG. 2 shows the simulated angle dependence of the X-ray flux density of this X-ray source
  • FIG. 1 shows a schematic cross-section of an X-ray source according to the preferred embodiment
  • FIG. 2 shows the simulated angle dependence of the X-ray flux density of this X-ray source
  • FIG. 1 shows a schematic cross-section of an X-ray source according to the preferred embodiment
  • Fig. 3 is an imaging system with this X-ray source
  • An X-ray source 1 according to a preferred prevailsbei ⁇ play of the invention is shown as a schematic cross-section in Fig. 1.
  • This view shows a part of the outer housing 3, which can be sealed gas-tight, so that the interior of the X-ray source can be evacuated.
  • the formation of a Va ⁇ kuums is a prerequisite for the emission of electrons in this space and their acceleration in the direction of a predetermined location.
  • the outer housing 3 is provided with a Strahlaus ⁇ exit window 5, which serves the X-ray generated from the X-radiation decouple 9 source. 1
  • the jet exit window 5 is also sealed in a vacuum-tight manner against the outer housing 3.
  • a suitable material for the beam exit window 5 is, for example, beryllium.
  • an electron source 7, an anode 13 and a collector 19 and in this example two control electrodes 23, 24 are arranged.
  • the electron source is here a cold field emission cathode. It is ring-shaped and arranged so that X-ray radiation 9 formed at the anode can reach the beam exit window 5 through the interior of this ring.
  • the electron source 7, the anode 13, the collector 19 and the control electrodes 23, 24 are part of a non ge here ⁇ showed electrical circuit.
  • the electrons emitted from the electron source 7 into the vacuum electrons are accelerated by a 7 between the electron source and the anode 13 is deposited ⁇ electric potential difference in the direction of the anode 13 accelerates.
  • the Elektronenquel ⁇ le 7 is connected to ground, and is in operation, a voltage of 150 kV at the anode.
  • the two control electrodes 23, 24 are formed as parts of spherical surfaces and serve to accelerate the electron beam emitted from the electron source 7 in the direction of the anode 13 and to focus.
  • the first control electrode 23 is at a potential of 10 kV and the second Steuerelekt ⁇ rode 24 at a potential of 150 kV. The emitted
  • Electrons are thereby focused onto a focal spot 14 on the surface of the anode 13 and meet in this case ⁇ play along the electron beam direction 11 perpendicular to the surface of the anode 13.
  • the anode 13 is in the illustrated embodiment, a failed ⁇ benförmige anode 13 which has on the electron source supplied ⁇ side adjacent a metallic layer 15 for 2 ym thick Mo ⁇ lybdenum, which is applied to an anode support 17th
  • the anode support 17 here consists of a 15 ym thick diamond wheel. In the thin molybdenum layer, part of the energy of the accelerated electrons is converted into characteristic X-rays of molybdenum.
  • the exterior ⁇ tion of the characteristic X-ray radiation from the focal spot 14 of the electrons is initially isotropic in all directions Kunststoffrich ⁇ lines.
  • the energy of the characteristic X-radiation is at the energy of the K a transitions of molybdenum at 17.4 keV and the K ⁇ transitions at 19.6 keV. Due to the emission of characteristic X-radiation, a quasi-monochromatic radiation is thus provided in this energy range.
  • Another suitable anode material is, for example, tungsten, which is suitable for producing quasi-monochromatic X-radiation in the range from 59 keV to 67 keV.
  • the small layer thickness of the metallic layer 15 is chosen so that it is lower than the mean Eindringtie ⁇ fe of accelerated to an energy of 150 keV electrons in this material.
  • a minimum layer thickness of several ym is necessary so that a sufficient proportion of electrons for generating characteristic X-radiation can interact with the molybdenum.
  • the anode support 17 in this example consists of a diamond disk, so that only a small interaction with the accelerated electrons takes place due to the low atomic number of the support material.
  • the thickness of the anode support 17 is designed so small that a large An ⁇ part of the accelerated electrons penetrates the anode support 17. This remaining portion continues to move toward the collector 19 along the electron beam direction 11. The function of the collector 19 is to brake the remaining electric ⁇ nen and catch.
  • the collector 19 is at operation of the X-ray source 1 at an electrical potential which is negative in the Ver ⁇ relation to the potential of the anode 13.
  • the collector 19 is at a Potenti ⁇ al of 30 kV, so that the electrons in the distance between the anode 13 and the collector 19 are braked to a small proportion of their original kinetic energy.
  • the material of the collector 19 is designed so that a majority of the electrons in the collector 19 is collected.
  • the collector 19 is made of stainless steel ⁇ .
  • the thickness of the collector 19 in the electron beam direction 11 is also designed so that the highest possible absorption of the electrons takes place, in this example the wall thickness is 4 mm.
  • the geometric arrangement of the anode 13, the electron source 7 and the beam exit window 5 is configured in this example, that at the anode 13 resulting Röntgenstrah ⁇ ment in an advantageous angular range ⁇ , ⁇ with the electron beam direction 11 between 170 degrees and 190 degrees the beam exit window 5 can be coupled out.
  • this angular range ⁇ , ⁇ the X-ray radiation can pass through the opening of the electron source 7.
  • the geometry of the X-ray source 1 can also be designed so that
  • Radiation in a larger angle range ⁇ between 130 degrees and 230 degrees is coupled out through the beam exit window 5.
  • the electrons can be also conducted by a laterally arranged of the beam path electron source with- means of control electrodes in the direction of the anode such that the electron source is not in the field of personallykop ⁇ pelnden radiation.
  • the opening in the middle region of the electron source 7 may be chosen to be so large, or the electron source 7 may be arranged so close to the anode 13, that radiation in the angular range ⁇ between 130
  • the specified geometry of the decoupling and the selected angle range ⁇ , ⁇ of the decoupled X-ray radiation with the electron beam direction 11 ensures that the radiation emerging from the X-ray source 1 has the highest possible proportion of characteristic X-radiation 25 and has the smallest possible amount of Bremsstrahlung 27, so that the X-radiation is substantially quasi-monochromatic.
  • the influence of the extraction geometry on Caribbeanset ⁇ Zung of X-rays is illustrated in FIG. 2.
  • FIG. 2 comparatively shows the simulated X-ray flux density for the characteristic X-ray radiation 25 and for the Bremsstrahlung as a function of the angle with the electron beam direction 11 for the above-mentioned materials and
  • the flux density of the characteristic X-ray radiation 25 predominates over the Bremsstrahlung 27.
  • the flux density of the characteristic X-radiation 25 is significantly higher, so that the continuous Bremsstrahlung 27 only a weak background forms under the characteristic emission bands.
  • Particularly advantageous for the generation of a quasi-monochromatic radiation is the angular range ⁇ , ⁇ between 170 degrees and 190 degrees.
  • Fig. 3 shows a schematic cross section of an imaging system 30 having an X-ray source 1 after the advance be registered ⁇ preferred embodiment of the invention.
  • the imaging system 30 is here a mammography device used for radiological examination of the female breast.
  • the imaging system 30 includes the x-ray source 1, shown in greater detail in FIG. 1, which is suspended from a support post 31 via a support arm 33.
  • a height-adjustable support 38 is mounted and a likewise height-adjustable compression plate 37, which together form a An ⁇ order 39 for receiving an object to be examined 40, here the female breast.
  • the quasi-monochromatic X-ray radiation 9 generated by the X-ray source 1 is coupled out through the beam exit window 5 and passes through an X-ray source 1 arranged below
  • the beam filter 35 consists of a 30 ym thick molybdenum layer, which serves to a
  • the X-ray ⁇ radiation 9 passes through the compression plate 37 on the compressed breast 40.
  • the passing through the chest 40 ⁇ de proportion of the X-ray radiation 9 is measured by an here within the carrier 38 arranged X-ray detector 41 and a downstream Auslese not shown here - electronics into a diagnostically usable X-ray image.

Abstract

The invention relates to an X-ray source (1) comprising an evacuable outer housing (3) having at least one X-ray-permeable beam exit window (5), an electron source (7), an anode (13) and a collector (19) for catching electrons which penetrate the anode. The collector is part of an electrical current circuit for applying a negative potential to the anode, and the radiation window is disposed such that X-ray radiation (9) which exits from the anode at an angle (a) of 130 degrees to 230 degrees to the electron beam direction can be coupled out through the radiation window. The invention further relates to an imaging system having an X-ray source according to the invention, an arrangement to accommodate an object to be examined, and an X-ray detector.

Description

Beschreibung description
Röntgenquelle und bildgebendes System Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenquelle mit einem evakuierbaren Außengehäuse mit einem Strahlaustritts¬ fenster, einer Elektronenquelle zur Emission von Elektronen und einer Anode zur Erzeugung von Röntgenstrahlung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein bildgebendes System mit einer sol- chen Röntgenquelle. The present invention relates to an X-ray source with an evacuable outer housing with a beam exit ¬ window, an electron source for the emission of electrons and an anode for generating X-radiation. Furthermore, the invention relates to an imaging system with such an X-ray source.
Bei bekannten Röntgenquellen werden innerhalb eines evakuierbaren Außengehäuses, einer sogenannten Röntgenröhre, Elektro¬ nen auf eine Anode beschleunigt, deren Material geeignet ist, um Energie der beschleunigten Elektronen in Röntgenstrahlung umzuwandeln. Durch ein röntgenstrahldurchlässiges Austritts¬ fenster wird die Röntgenstrahlung aus der Röntgenquelle aus¬ gekoppelt. Bei Verwendung in einem bildgebenden System wird die Strahlung dann typischerweise auf ein zu untersuchendes Objekt gerichtet und anschließend mit einem bildgebenden Röntgendetektor gemessen. Vor allem bei der medizinischen Bildgebung ist die Anwendung solcher Systeme weit verbreitet. Für die diagnostische Untersuchung menschlicher Körperteile ist es allgemein wünschenswert, eine möglichst hohe Bildqua- lität mit möglichst niedriger Röntgendosis zu erreichen. In known X-ray sources are within an evacuated outer casing, a so-called X-ray tube, electric ¬ NEN accelerated to an anode whose material is suitable for converting energy of the accelerated electrons into x-rays. By an X-ray translucent exit window ¬ X-ray radiation is coupled out of the X-ray source from ¬. When used in an imaging system, the radiation is then typically directed to an object to be examined and then measured with an X-ray imaging detector. Especially in medical imaging, the use of such systems is widespread. For the diagnostic examination of human body parts, it is generally desirable to achieve the highest possible image quality with the lowest possible X-ray dose.
Hierfür ist eine möglichst monochromatische Röntgenstrahlung vorteilhaft, bei der die Strahlung im Wesentlichen aus charakteristischer Röntgenstrahlung besteht und nur zu einem möglichst geringen Teil aus der über einen weiten Energiebe- reich verteilten Bremsstrahlung.  For this purpose, the most monochromatic possible X-ray radiation is advantageous in which the radiation consists essentially of characteristic X-radiation and only to the smallest possible extent from the Bremsstrahlung distributed over a wide energy range.
In der US 7436931B2 wird eine Röntgenquelle zur Erzeugung mo¬ nochromatischer Röntgenstrahlung beschrieben. Hierbei wird eine sehr dünne Anode eingesetzt, die auf einem Anodenträger aus einem Material mit niedriger Kernladungszahl aufgebracht ist. Hierdurch wird erreicht, dass durch die Anodenschicht im Wesentlichen charakteristische Röntgenstrahlung in einem engen Energiebereich gebildet wird. Durch die geringe Schicht- dicke der Anode und durch die geringe Kernladungszahl des Trägers wird außerdem wenig Bremsstrahlung emittiert, so dass nur ein geringer Anteil an breitbandiger Röntgenstrahlung von der Quelle erzeugt wird. Eine Schwierigkeit bei der in der US 7436931 B2 offenbarten Lösung ist jedoch durch die die dünne Anode durchdringenden hochenergetischen Elektronen gegeben. Diese Elektronen werden in dem Anodenträger aufgefangen, und die Energie wird durch ein den Träger durchfließendes Kühlmittel abgeführt. Ein Nachteil hierbei ist die hohe Wärmeentwicklung innerhalb des Anodenträgers und die Möglich¬ keit der Entstehung von Bremsstrahlung im Anodenträger. Durch die Bremsstrahlung wird ein kontinuierlicher Untergrund im entstehenden Röntgenspektrum erzeugt, der sich bis zu einer Grenzenergie erstreckt, die der kinetischen Energie der be- schleunigten Elektronen entspricht. Der Anteil der monochro¬ matischen, charakteristischen Röntgenstrahlung am Gesamtspektrum und an der Strahlungsdosis wird durch diesen Effekt reduziert. Durch die hohe Wärmeentwicklung und die Notwendig¬ keit eines Kühlmittelflusses ist diese Lösung außerdem wärme- technisch ineffizient und mechanisch aufwendig. In US Pat. No. 7,436,931B2, an X-ray source for generating mo ¬ even-aromatic X-radiation is described. Here, a very thin anode is used, which is applied to an anode support made of a material with a low atomic number. It is thereby achieved that substantially characteristic X-radiation is formed in a narrow energy range by the anode layer. Due to the low layer thickness of the anode and the low atomic number of the carrier is also emitted little Bremsstrahlung, so that only a small proportion of broadband X-ray radiation is generated from the source. However, a problem with the solution disclosed in US Pat. No. 7,436,931 B2 is given by the high-energy electrons penetrating the thin anode. These electrons are trapped in the anode support and the energy is dissipated by a coolant flowing through the support. A disadvantage here is the high heat development within the anode support and the possible ¬ speed of the formation of Bremsstrahlung in the anode support. The Bremsstrahlung generates a continuous background in the resulting X-ray spectrum, which extends to a limit energy that corresponds to the kinetic energy of the accelerated electrons. The proportion of monochro matic ¬, characteristic X-rays in the overall spectrum and the radiation dose is reduced by this effect. Due to the high heat development and the necessity ¬ speed of a coolant flow, this solution is also inefficient heat technically inefficient and mechanically expensive.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Röntgenquelle zur Erzeu¬ gung möglichst monochromatischer Röntgenstrahlung anzugeben, die die genannten Nachteile vermeidet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein bildgebendes System mit einer sol¬ chen Röntgenquelle anzugeben. The object of the invention is to provide an X-ray source for the generation ¬ supply of monochromatic X-rays as possible, which avoids the disadvantages mentioned. Another object of the invention is to provide an imaging system with a sol ¬ Chen X-ray source.
Diese Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beschriebene Röntgenquelle und das in Anspruch 14 beschriebene bildgebende System gelöst. These objects are achieved by the X-ray source described in claim 1 and the imaging system described in claim 14.
Die erfindungsgemäße Röntgenquelle umfasst ein evakuierbares Außengehäuse mit wenigstens einem röntgenstrahldurchlässigen Strahlaustrittsfenster. Sie umfasst weiterhin eine Elektro- nenquelle zur Emission von Elektronen entlang einer Elektro- nenstrahlrichtung, eine Anode zur Erzeugung von Röntgenstrahlung und einen Kollektor zum Auffangen von die Anode durchdringenden Elektronen. Der Kollektor ist Teil eines elektri- sehen Stromkreises zum Aufbringen eines negativen Potentials am Kollektor im Verhältnis zu einem Potential an der Anode. Das Strahlaustrittsfenster ist so angeordnet, dass Röntgenstrahlung durch das Strahlaustrittsfenster hindurch auskop- pelbar ist, welche wenigstens in einem Teilbereich eines Winkelbereichs von 130 Grad bis 230 Grad zur Elektronenstrahl- richtung aus der Anode austritt. The X-ray source according to the invention comprises an evacuable outer housing with at least one X-ray-permeable beam exit window. It further comprises an electron source for emitting electrons along an electron beam direction, an anode for generating X-radiation, and a collector for capturing electrons passing through the anode. The collector is part of an electrical see circuit for applying a negative potential at the collector in relation to a potential at the anode. The beam exit window is arranged so that X-ray radiation can be coupled out through the beam exit window, which emerges from the anode at least in a partial region of an angular range of 130 degrees to 230 degrees to the electron beam direction.
Die erfindungsgemäße Röntgenquelle ermöglicht es, eine im We- sentlichen monochromatische Röntgenstrahlung zu erzeugen, da in der Anode hauptsächlich charakteristische Röntgenstrahlung in einem engen Energiebereich erzeugt wird. Auch die die Anode durchdringenden Elektronen tragen wenig zur Bildung von ungewollter Bremsstrahlung bei, da diese Elektronen durch den erfindungsgemäß ausgestalteten Kollektor zunächst effizient abgebremst und dann aufgefangen werden. Das Einfangen der beschleunigten Elektronen durch den Kollektor ist elektrisch effizient, und es wird in der Halterung der Anode kein zu¬ sätzlicher Kühlmittelkanal zum Abtransport der kinetischen Energie dieser den Anodenfilm durchdringenden Elektronen benötigt. Durch das im Betrieb im Vergleich zur Anode negative elektrische Potential des Kollektors verlieren die Elektronen einen Teil ihrer kinetischen Energie, bevor sie auf das Mate¬ rial des Kollektors auftreffen. Hierdurch wird die im Materi- al des Kollektors gebildete Bremsstrahlung minimiert. Durch den Kollektor wird verhindert, dass diese Elektronen im Be¬ trieb der Röntgenquelle weitere Bauteile erreichen, in denen sie Bremsstrahlung erzeugen können, und es wird verhindert, dass sie die Röntgenquelle verlassen. Insbesondere treten diese Elektronen durch ihr effizientes Abfangen nicht in Wechselwirkung mit dem Außengehäuse der Röntgenquelle. The X-ray source according to the invention makes it possible to produce a substantially monochromatic X-ray radiation, since in the anode mainly characteristic X-radiation is generated in a narrow energy range. The electrons penetrating the anode also contribute little to the formation of unwanted bremsstrahlung, since these electrons are first efficiently decelerated by the inventively designed collector and then collected. The capture of the accelerated electrons by the collector is electrically efficient, and it is in the holder of the anode no additional coolant ¬ channel to transport the kinetic energy of this anode film penetrating electrons needed. Due to the negative in the operation in comparison to the anode electric potential of the collector, the electrons lose part of their kinetic energy before they impinge on the Mate ¬ material of the collector. As a result, the bremsstrahlung formed in the material of the collector is minimized. Through the collector prevents these electrons in Be ¬ operating the X-ray source reach more components in which they can generate braking radiation, and it will prevent them from leaving the X-ray source. In particular, these electrons do not interact with the outer casing of the X-ray source due to their efficient trapping.
Das Strahlaustrittsfenster ist erfindungsgemäß so angeordnet, dass Röntgenstrahlung durch dieses Fenster hindurch auskop- pelbar ist, welche wenigstens in einem Teilbereich des Winkelbereichs von 130 Grad bis 230 Grad zur Elektronenstrahl- richtung aus der Anode austritt. Die Auskopplung findet also erfindungsgemäß auf der Seite der Anode statt, die dem ein- treffenden Elektronenstrahl zugewandt ist, wobei die durch das Fenster ausgekoppelte Röntgenstrahlung einen Winkelbereich von bis zu +/- 50 Grad mit der Rückwärtsrichtung des Elektronenstrahls umfassen kann. Durch diese rückwärtige Aus- kopplung wird erreicht, dass das Verhältnis von charakteris¬ tischer Röntgenstrahlung zu kontinuierlicher Bremsstrahlung besonders hoch ist, denn die Bremsstrahlung hat eine wesent¬ lich höhere Komponente in Richtung des Elektronenstrahls, während der Anteil der charakteristischen Röntgenstrahlung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung im Wesentlichen symmetrisch ist . According to the invention, the beam exit window is arranged such that X-ray radiation can be extracted through this window, which emerges from the anode at least in a partial region of the angular range of 130 degrees to 230 degrees to the electron beam direction. The decoupling takes place according to the invention on the side of the anode, which corresponds to the facing the electron beam, wherein the decoupled X-ray radiation through the window may include an angular range of up to +/- 50 degrees with the backward direction of the electron beam. By this rearward off coupling is achieved that the ratio of charakteris ¬ genetic X-ray radiation to continuous bremsstrahlung is particularly high, because the bremsstrahlung has a Wesent ¬ Lich higher component in the direction of the electron beam, while the proportion of the characteristic X-ray radiation in the forward and reverse direction is essentially symmetrical.
Das erfindungsgemäße bildgebende System umfasst eine erfin¬ dungsgemäße Röntgenquelle, eine Anordnung zur Aufnahme eines zu untersuchenden Objekts und einen Röntgendetektor . Die Vorteile des bildgebenden Systems ergeben sich analog zu den für die Röntgenquelle angegebenen Vorteilen. Im Bereich der medizinischen Bildgebung kann das zu untersuchende Objekt hierbei ein menschlicher Körper, ein Tierkörper oder ein Teil eines solchen Körpers sein. Die Anordnung zur Aufnahme des zu untersuchenden Objekts ist dann beispielsweise eine Patienten¬ liege oder eine Anordnung zur Aufnahme eines Körperteils. Das bildgebende System kann aber auch zur Vermessung von Bauteilen ausgestaltet sein. In diesem Fall kann es sich bei der Anordnung zur Aufnahme eines zu untersuchenden Objekts zu einer Halterung für ein Bauteil handeln. The imaging system according to the invention includes a dung OF INVENTION ¬ contemporary X-ray source, an arrangement for receiving an object to be examined and an X-ray detector. The advantages of the imaging system are analogous to the advantages indicated for the X-ray source. In the field of medical imaging, the object to be examined may be a human body, an animal body or a part of such a body. The arrangement for receiving the object to be examined is then, for example, a patient's couch or an arrangement for receiving a body part. The imaging system can also be designed for the measurement of components. In this case, the arrangement for receiving an object to be examined may be a holder for a component.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen bildgebenden Systems werden in der medizinischen Bildgebung besonders deutlich, denn bei der diagnostischen Untersuchung menschlicher Körperteile ist es besonders wichtig, mit möglichst niedriger Strahlenbe¬ lastung eine möglichst hohe Bildqualität und somit eine mög¬ lichst genaue medizinische Diagnose zu erreichen. Bei der Verwendung von möglichst monochromatischen Röntgenquellen kann eine besonders gute Bildqualität erreicht werden. Der Vorteil von monochromatischen Röntgenquellen ist besonders groß im Bereich der Mammographie und der Angiographie, da bei diesen Verfahren Körperteile untersucht werden, bei denen ge- ringe Unterschiede in der Schwächung der Röntgenstrahlung abgebildet werden müssen. Bei der Verwendung von monochromatischer Röntgenstrahlung kann bei vergleichbarer Bildqualität entweder die Strahlenbelastung des Patienten reduziert wer- den, oder es kann auf die sonst nötige Verwendung gesund¬ heitsschädlicher Röntgenkontrastmittel verzichtet werden. The advantages of the imaging system of the invention are particularly evident in medical imaging, for in the diagnostic examination of human body parts, it is particularly important to achieve with the lowest possible Strahlenbe ¬ utilization highest possible image quality and thus A possible ¬ as precisely as medical diagnosis. When using monochromatic X-ray sources as possible, a particularly good image quality can be achieved. The advantage of monochromatic X-ray sources is particularly great in the field of mammography and angiography, since these methods are used to examine body parts in which differences in the attenuation of the X-ray radiation must be mapped. When using monochromatic X-rays with comparable image quality, the patient's radiation exposure may either be reduced or it can be dispensed with the otherwise necessary use healthy ¬ ness harmful X-ray contrast agent.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Röntgenquelle gehen aus den von Anspruch 1 ab- hängigen Ansprüchen hervor. Demgemäß kann die Röntgenquelle zusätzlich folgende Merkmale aufweisen: Advantageous embodiments and further developments of the X-ray source according to the invention are evident from the claims dependent on claim 1. Accordingly, the X-ray source may additionally have the following features:
Der Kollektor kann entlang der Elektronenstrahlrichtung dicker ausgestaltet sein als die mittlere Eindringtiefe der Elektronen bei einer kinetischen Energie der Elektronen von 150 keV. Die maximale kinetische Energie, auf die Elektronen in Röntgenquellen beschleunigt werden, liegt bei vielen Röntgenquellen im Bereich bis zu 150 keV. Wenn der Kollektor so ausgestaltet ist, dass er im Bereich dieser Elektronenenergie dicker als die mittlere Eindringtiefe der Elektronen ist, dann wird im Betrieb der Röntgenquelle ein wesentlicher Anteil der Elektronen mit dieser Maximalenergie von dem Kollektor abgefangen werden. Wenn der Kollektor außerdem, wie vorgesehen, im Betrieb auf ein negatives Potential gebracht wird, dann werden die Elektronen vor Eintritt in das Material des Kollektors abgebremst, und entsprechend wird ein noch größerer Anteil der Elektronen von dem Kollektor aufgefangen. Der Anteil der durch den Kollektor aufgefangenen Elektronen beträgt in dieser Ausführungsform mindestens 1-1/e und somit über 63%. The collector can be made thicker along the electron beam direction than the average penetration depth of the electrons at a kinetic energy of the electrons of 150 keV. The maximum kinetic energy to which electrons are accelerated in x-ray sources is up to 150 keV in many x-ray sources. If the collector is designed to be thicker than the mean penetration depth of the electrons in the region of this electron energy then, during operation of the X-ray source, a substantial portion of the electrons will be trapped by this maximum energy from the collector. In addition, when the collector is brought to a negative potential during operation as envisaged, the electrons are decelerated prior to entry into the material of the collector, and accordingly an even greater proportion of the electrons are collected by the collector. The proportion of the electrons collected by the collector in this embodiment is at least 1-1 / e and thus over 63%.
Das Material des beschriebenen Kollektors kann ein elektrisch leitendes Material umfassen, beispielsweise Edelstahl The material of the described collector may comprise an electrically conductive material, for example stainless steel
und/oder Kupfer. Der Kollektor kann entlang der Elektronen- Strahlrichtung eine Dicke von wenigstens 1 mm aufweisen. Bevorzugt ist die Dicke so gewählt, dass die den Kollektor er¬ reichenden Elektronen mit ihrer verbleibenden kinetischen Energie die Dicke des Kollektors nicht wesentlich durchdrin¬ gen können. and / or copper. The collector may have a thickness of at least 1 mm along the electron beam direction. Preferably, the thickness is chosen so that the collector He ¬ reaching electrons with their remaining kinetic Energy can not substantially durchdrin ¬ the thickness of the collector ¬ gen.
Der Kollektor kann in Elektronenstrahlrichtung eine Vertie- fung aufweisen. Eine solche Vertiefung ist vorteilhaft, um die beschleunigten Elektronen im Kollektor zuverlässig aufzufangen und ein seitliches Entweichen der Elektronen zum The collector can have a depression in the electron beam direction. Such a depression is advantageous for reliably collecting the accelerated electrons in the collector and for laterally escaping the electrons
Außengehäuse der Röntgenquelle zu verhindern. Die Ausbildung einer Vertiefung des Kollektors ist zweckmäßig, da ein gewis- ser Anteil der Elektronen an der Anode gestreut und somit in ihrer Flugrichtung verändert werden. Ein Kollektor mit einer Vertiefung ist besonders geeignet, möglichst viele gestreute Elektronen aufzufangen. Die beschriebene Vertiefung kann trapezförmig ausgestaltet sein. Alternativ kann die Vertiefung auch rechteckförmig, U-förmig oder halbkreisförmig ausgestaltet sein. Sie kann eine Tiefe von wenigstens 3 cm aufweisen, besonders vorteilhaft kann die Tiefe zwischen 5 cm und 15 cm betragen. Exterior housing of the X-ray source to prevent. The formation of a depression of the collector is expedient, since a certain proportion of the electrons are scattered at the anode and thus changed in their direction of flight. A collector with a depression is particularly suitable for collecting as many scattered electrons as possible. The recess described may be designed trapezoidal. Alternatively, the recess may also be configured rectangular, U-shaped or semicircular. It may have a depth of at least 3 cm, more preferably the depth may be between 5 cm and 15 cm.
Das Strahlaustrittsfenster kann so angeordnet sein, dass Röntgenstrahlung durch das Strahlaustrittsfenster hindurch auskoppelbar ist, welche wenigstens in einem Teilbereich eines Winkelbereichs von 170 Grad bis 190 Grad zur Elektro- nenstrahlrichtung aus der Anode austritt. In dieser Ausführungsform wird also nur Röntgenstrahlung ausgekoppelt, die in einem Winkel von +/- 10 Grad mit der Rückwärtsrichtung des Elektronenstahls die Anode verlässt. Durch diesen engen Win¬ kelbereich wird ein noch besseres Verhältnis von charakteris- tischer Röntgenstrahlung zu der störenden kontinuierlichen Bremsstrahlung erreicht. The beam exit window can be arranged so that X-ray radiation can be coupled out through the beam exit window, which emerges from the anode at least in a partial region of an angular range of 170 degrees to 190 degrees to the electron beam direction. In this embodiment, therefore, only X-ray radiation is released, which leaves the anode at an angle of +/- 10 degrees with the backward direction of the electron beam. Through this narrow win ¬ angle range an even better ratio of charac- genetic X-ray is reached on the disturbing continuous braking radiation.
In einer weiteren Variante dieser Ausführungsform kann die Elektronenquelle in einem mittleren Bereich ein Loch zum Durchtritt auszukoppelnder Röntgenstrahlung aufweisen. Insbesondere kann die Elektronenquelle als ringförmige Quelle aus¬ gebildet sein. In dem mittleren Bereich kann die rückseitig auszukoppelnde Röntgenstrahlung die Elektronenquelle durch- dringen und durch diesen Bereich hindurch von der Anode zum Strahlauskopplungsfenster gelangen. Besonders vorteilhaft kann das Strahlaustrittsfenster dann so angeordnet sein, dass nur Röntgenstrahlung durch das Strahlaustrittsfenster auskop- pelbar ist, welche in einem Winkel von 175 Grad bis 185 Grad zur Elektronenstrahlrichtung aus der Anode austritt. In a further variant of this embodiment, the electron source can have a hole for the passage of X-ray radiation to be coupled out in a central region. In particular, the electron source can be formed as an annular source ¬. In the middle region, the X-ray radiation to be coupled out at the back can penetrate the electron source. penetrate and pass through this area from the anode to the beam extraction window. Particularly advantageously, the beam exit window can then be arranged such that only X-ray radiation can be extracted by the beam exit window, which exits the anode at an angle of 175 degrees to 185 degrees to the electron beam direction.
Die Röntgenquelle kann wenigstens eine Steuerelektrode zur Beschleunigung und/oder Fokussierung der Elektronen auf die Anode umfassen. Die Röntgenquelle kann auch mehrere solcheThe x-ray source may comprise at least one control electrode for accelerating and / or focusing the electrons on the anode. The X-ray source can also be several such
Steuerelektroden umfassen. Die wenigstens eine Steuerelektro¬ de kann eine Elektrode mit einem kreisförmigen Querschnitt sein, beispielsweise kann sie die Form von einem oder mehre¬ ren Segmenten einer Kugeloberfläche aufweisen. Damit eine Be- schleunigung der Elektronen stattfindet, ist die Spannung der Steuerelektrode vorzugsweise höher als die Spannung der Control electrodes include. The at least one control electric ¬ de may be an electrode having a circular cross-section, for example it may take the form of one or several ¬ ren segments of a spherical surface. In order to accelerate the electrons, the voltage of the control electrode is preferably higher than the voltage of the
Elektronenquelle . Electron source.
Die Anode kann eine metallische Schicht aufweisen, die ein Material mit einer Kernladungszahl von wenigstens 40 umfasst und deren Schichtdicke niedriger ist als die mittlere Ein¬ dringtiefe der Elektronen im Material der metallischen The anode can have a metallic layer comprising a material having an atomic number of at least 40 and its layer thickness is lower than the average penetration depth of the electrons in ¬ A material of the metallic
Schicht bei einer kinetischen Energie der Elektronen von 150 keV. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass in einem Material mit relativ hoher Kernladungszahl ein besonders hoher Anteil an charakteristischer Röntgenstrahlung gebildet wird. Besonders geeignete Materialien sind Molybdän mit einer Kernladungszahl von 42 und Wolfram mit einer Kernladungszahl von 74. Der Vorteil der niedrigen Schichtdicke liegt darin, dass nur ein Minimum an Bremsstrahlung in dem metallischen Film der Anode erzeugt wird. Die Wahl der Layer at a kinetic energy of electrons of 150 keV. The advantage of this embodiment is that a particularly high proportion of characteristic X-radiation is formed in a material with a relatively high atomic number. Particularly suitable materials are molybdenum with an atomic number of 42 and tungsten with an atomic number of 74. The advantage of the low layer thickness is that only a minimum of Bremsstrahlung is generated in the metallic film of the anode. The choice of
Schichtdicke ist von dem Anodenmaterial abhängig, weil die Eindringtiefe von den Anodenmaterialeigenschaften abhängig ist. Vorteilhafte Schichtdicken liegen beispielsweise im Be- reich von bis zu 10 ym, besonders vorteilhaft im Bereich bis zu 5 ym. Eine höhere Schichtdicke wird nicht benötigt, da das Abbremsen und Einfangen der die Anode durchdringenden Elektronen durch den Kollektor erfolgt. Die Anode kann einen Anodenträger aufweisen, der ein Material mit einer Kernladungszahl von höchstens 15 umfasst und dessen Schichtdicke niedriger ist als die mittlere Eindringtiefe der Elektronen im Material des Anodenträgers bei einer kineti¬ schen Energie der Elektronen von 150 keV. Die Wahl eines leichten Materials für den Anodenträger ist vorteilhaft, weil so auch in dem Anodenträger wenig Bremsstrahlung erzeugt wird, da Materialien mit niedrigen Kernladungszahlen nur eine geringe Wechselwirkung mit den Elektronen aufweisen. Der Anodenträger selbst dient zur Halterung der metallischen Schicht der Anode und zur Gewährleistung der mechanischen Stabilität. Auch bei dem Tragkörper trägt eine möglichst geringe Dicke zur Vermeidung von ungewollter Bremsstrahlung bei. Die Dicke der Halterung kann aber höher gewählt werden als die Dicke der metallischen Schicht, da bei einem Material geringerer Kernladungszahl die Wechselwirkung von Elektronen geringer ist und damit die mittlere Eindringtiefe bei einer bestimmten kinetischen Energie höher ist als bei der metallischen Layer thickness is dependent on the anode material, because the penetration depth is dependent on the anode material properties. Advantageous layer thicknesses are, for example, in the range of up to 10 μm, particularly advantageously in the range of up to 5 μm. A higher layer thickness is not needed because the deceleration and trapping of the anode penetrating electrons through the collector. The anode may have an anode support which comprises a material having an atomic number of at most 15 and whose layer thickness is lower than the mean penetration depth of the electrons in the material of the anode support at a kineti ¬ cal energy of the electrons of 150 keV. The choice of a lightweight material for the anode support is advantageous because as well as in the anode support little Bremsstrahlung is generated because materials with low atomic numbers only have a low interaction with the electrons. The anode support itself serves to hold the metallic layer of the anode and to ensure mechanical stability. Even with the support body contributes to the smallest possible thickness to avoid unwanted Bremsstrahlung. The thickness of the holder can be chosen to be higher than the thickness of the metallic layer, since in a material of lower atomic number, the interaction of electrons is lower and thus the average penetration depth at a certain kinetic energy is higher than in the metallic
Schicht. Auch hier ist die relevante Elektronenenergie durch die maximale Beschleunigungsspannung vorgegeben. Typischerweise werden maximal 150 kV Beschleunigungsspannung angelegt, was zu einer maximalen kinetischen Energie von 150 keV führt. Der elektrische Stromkreis kann so ausgestaltet sein, dass der Kollektor bei einem Betrieb der Röntgenquelle auf ein elektrisches Potential gebracht werden kann, welches um we¬ nigstens die Hälfte niedriger ist als ein elektrisches Poten¬ tial der Anode, wobei die Potentiale des Kollektors und der Anode im Verhältnis zu dem Potential der Elektronenquelle de¬ finiert sind und im Verhältnis zu diesem Referenzpotential beide positiv sind. Durch diese Potentialdifferenz wird erreicht, dass die Elektronen, die die Anode durchdringen, auf ihrem Weg von der Anode zum Kollektor bereits einen erhebli- chen Teil der Energie in dem Feld zwischen Anode und Kollektor wieder verlieren. Die Elektronenquelle kann eine Feldemissionskathode oder eine Glühkathode sein. Eine Feldemissionskathode ist eine soge¬ nannte kalte Kathode, bei der Elektronen typischerweise durch ein sehr hohes lokales Feld in den evakuierten Raum der Rönt- genquelle emittiert werden. Im Unterschied hierzu werden bei einer Glühkathode die Elektronen unter dem Einfluss von hoher Temperatur aus dem Kathodenmaterial in den evakuierten Raum emittiert . Die Anode kann als Festanode, als Drehanode und/oder alsLayer. Again, the relevant electron energy is given by the maximum acceleration voltage. Typically, a maximum of 150 kV of acceleration voltage is applied, resulting in a maximum kinetic energy of 150 keV. The electrical circuit may be configured so that the collector can be brought to an electrical potential during operation of the X-ray source, which by we ¬ nigstens half is lower than an electric poten ¬ tial of the anode, the potentials of the collector and the anode in relation to the potential of the electron source are de ¬ finiert and in relation to this reference potential are both positive. This potential difference ensures that the electrons which penetrate the anode lose a considerable part of the energy in the field between anode and collector on their way from the anode to the collector. The electron source may be a field emission cathode or a hot cathode. A field emission cathode is a so-called cold cathode ¬ are emitted gene source typically by a very high local field in the evacuated space of the X-ray in the electron. In contrast, in a hot cathode, the electrons are emitted from the cathode material into the evacuated space under the influence of high temperature. The anode can be used as a fixed anode, as a rotary anode and / or as
Flüssiganode ausgebildet sein. Bei einer Festanode wird die metallische Anodenschicht in einer feststehenden Halterung gehalten. Dagegen umfasst eine Drehanode einen drehbar gelagerten, meist scheibenförmigen Teller, der so innerhalb der Tellerebene gedreht wird, dass der Elektronenstrahl nachei¬ nander unterschiedliche Stellen im Randbereich des Tellers trifft, wodurch eine bessere Entwärmung und eine längere Le¬ bensdauer der metallischen Anodenschicht erreicht wird. Bei einer Flüssiganode wird eine elektrisch leitfähige Flüssig- keit als Anodenschicht verwendet, beispielsweise niedrig¬ schmelzende Metalle und Legierungen, die Gallium, Indium und/oder Zinn enthalten. Die Anode kann auch mehrere metallische Schichten umfassen, die beispielsweise unterschiedliche Materialien enthalten können. Die metallischen Schichten kön- nen nebeneinander auf einem gemeinsamen Tragkörper angeordnet sein. Eine Röntgenquelle mit mehreren Anodenmaterialien kann so ausgestaltet sein, dass je nach Anwendung monochromatische Röntgenstrahlung mit unterschiedlicher Energie zur Verfügung gestellt werden kann, je nachdem welches der Anodenmateria- lien in den Bereich des Elektronenstrahls gebracht wird. Be formed liquid anode. In a fixed anode, the metallic anode layer is held in a fixed support. In contrast, a rotary anode comprises a rotatably mounted, usually disk-shaped plate, which is rotated within the plate plane, that the electron beam nachei ¬ nander different locations in the edge region of the plate meets, whereby a better cooling and a longer Le ¬ life of the metallic anode layer is achieved. In a liquid anode, an electrically conductive liquid is used as the anode layer ness, for example, contain low ¬ refractory metals and alloys of gallium, indium and / or tin. The anode may also comprise a plurality of metallic layers, which may for example contain different materials. The metallic layers can be arranged side by side on a common support body. An X-ray source with a plurality of anode materials can be designed such that, depending on the application, monochromatic X-ray radiation with different energy can be made available, depending on which of the anode materials is brought into the region of the electron beam.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen bildgebenden Systems geht aus dem von Anspruch 14 abhängigen Anspruch hervor. Demgemäß kann das bildgebende System zusätz- lieh einen zwischen dem Strahlaustrittsfenster und der Anordnung zur Aufnahme des zu untersuchenden Objekts angeordneten Strahlfilter umfassen. Ein solcher Strahlfilter kann eine metallische Schicht, beispielsweise aus Aluminium, Rhodium, Mo- lybdän, Kupfer und/oder Zinn enthalten, die dazu dient, den niederenergetischen Teil der kontinuierlichen Bremsstrahlung zu absorbieren. Dies hat den Vorteil, dass das zu untersu¬ chende Objekt, insbesondere ein Körperteil eines Patienten, nicht mit diesem herausgefilterten Anteil des Röntgenspekt¬ rums belastet wird. Der niederenergetische Teil der Brems¬ strahlung enthält höchstens einen sehr niedrigen Anteil an der zu messenden Bildinformation, da dieser Teil der Strahlung typischerweise fast vollständig von dem zu untersuchen- den Objekt absorbiert wird und kein wesentlicher Anteil bis zum Röntgendetektor gelangt. An advantageous embodiment of the imaging system according to the invention is apparent from the dependent of claim 14 claim. Accordingly, the imaging system may additionally comprise a beam filter disposed between the beam exit window and the arrangement for receiving the object to be examined. Such a beam filter can be a metallic layer, for example made of aluminum, rhodium, mono- lybdän, copper and / or tin, which serves to absorb the low-energy part of the continuous Bremsstrahlung. This has the advantage that to investi ¬ sponding object, in particular a body part of a patient who is not charged with this filtered portion of Röntgenspekt ¬ rums. The low-energy part of the Brems ¬ radiation contains at most a very low proportion of the image information to be measured, since this part of the radiation is typically almost completely absorbed by the object to be examined and no significant proportion reaches the X-ray detector.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Aus¬ führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die angehängten Zeich- nungen beschrieben, in denen: The invention is described below with reference to a preferred embodiment and with from ¬ reference to the appended drawings, in which:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer Röntgenquelle nach dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt, Fig. 2 die simulierte Winkelabhängigkeit der Röntgenfluss- dichte dieser Röntgenquelle zeigt und 1 shows a schematic cross-section of an X-ray source according to the preferred embodiment, FIG. 2 shows the simulated angle dependence of the X-ray flux density of this X-ray source, and FIG
Fig. 3 ein bildgebendes System mit dieser Röntgenquelle Fig. 3 is an imaging system with this X-ray source
zeigt .  shows .
Eine Röntgenquelle 1 nach einem bevorzugten Ausführungsbei¬ spiel der Erfindung ist als schematischer Querschnitt in Fig. 1 gezeigt. Diese Ansicht zeigt einen Teil des Außengehäuses 3, das gasdicht verschlossen werden kann, so dass der Innen- räum der Röntgenquelle evakuierbar ist. Die Bildung eines Va¬ kuums ist Voraussetzung für die Emission von Elektronen in diesen Raum und deren Beschleunigung in Richtung eines vorgegebenen Orts. Das Außengehäuse 3 ist mit einem Strahlaus¬ trittsfenster 5 versehen, das dazu dient, die erzeugte Rönt- genstrahlung 9 aus der Röntgenquelle 1 auszukoppeln. Auch das Strahlaustrittsfenster 5 ist vakuumdicht gegen das Außengehäuse 3 abgedichtet. Ein geeignetes Material für das Strahl¬ austrittsfenster 5 ist beispielsweise Beryllium. Innerhalb des evakuierbaren Raums sind eine Elektronenquelle 7, eine Anode 13 und ein Kollektor 19 sowie in diesem Bei¬ spiel zwei Steuerelektroden 23, 24 angeordnet. Die Elektro- nenquelle ist hier eine kalte Feldemissionskathode. Sie ist ringförmig ausgebildet und so angeordnet, dass an der Anode gebildete Röntgenstrahlung 9 durch das Innere dieses Rings hindurch das Strahlaustrittsfenster 5 erreichen kann. An X-ray source 1 according to a preferred Ausführungsbei ¬ play of the invention is shown as a schematic cross-section in Fig. 1. This view shows a part of the outer housing 3, which can be sealed gas-tight, so that the interior of the X-ray source can be evacuated. The formation of a Va ¬ kuums is a prerequisite for the emission of electrons in this space and their acceleration in the direction of a predetermined location. The outer housing 3 is provided with a Strahlaus ¬ exit window 5, which serves the X-ray generated from the X-radiation decouple 9 source. 1 The jet exit window 5 is also sealed in a vacuum-tight manner against the outer housing 3. A suitable material for the beam exit window 5 is, for example, beryllium. Within the evacuable space, an electron source 7, an anode 13 and a collector 19 and in this example two control electrodes 23, 24 are arranged. The electron source is here a cold field emission cathode. It is ring-shaped and arranged so that X-ray radiation 9 formed at the anode can reach the beam exit window 5 through the interior of this ring.
Die Elektronenquelle 7, die Anode 13, der Kollektor 19 und die Steuerelektroden 23, 24 sind Teil eines hier nicht ge¬ zeigten elektrischen Stromkreises. Die von der Elektronenquelle 7 in das Vakuum emittierten Elektronen werden durch eine zwischen der Elektronenquelle 7 und der Anode 13 ange¬ legten elektrischen Potentialdifferenz in Richtung der Anode 13 beschleunigt. In diesem Beispiel liegt die Elektronenquel¬ le 7 auf Masse, und an der Anode 13 liegt im Betrieb eine Spannung von 150 kV an. Die beiden Steuerelektroden 23, 24 sind als Teile von Kugeloberflächen ausgebildet und dienen dazu, den aus der Elektronenquelle 7 emittierten Elektronenstrahl in Richtung der Anode 13 zu beschleunigen und zu fo- kussieren. In diesem Beispiel liegt die erste Steuerelektrode 23 auf einem Potential von 10 kV und die zweite Steuerelekt¬ rode 24 auf einem Potential von 150 kV. Die emittierten The electron source 7, the anode 13, the collector 19 and the control electrodes 23, 24 are part of a non ge here ¬ showed electrical circuit. The electrons emitted from the electron source 7 into the vacuum electrons are accelerated by a 7 between the electron source and the anode 13 is deposited ¬ electric potential difference in the direction of the anode 13 accelerates. In this example, the Elektronenquel ¬ le 7 is connected to ground, and is in operation, a voltage of 150 kV at the anode. 13 The two control electrodes 23, 24 are formed as parts of spherical surfaces and serve to accelerate the electron beam emitted from the electron source 7 in the direction of the anode 13 and to focus. In this example, the first control electrode 23 is at a potential of 10 kV and the second Steuerelekt ¬ rode 24 at a potential of 150 kV. The emitted
Elektronen werden hierdurch auf einen Brennfleck 14 auf der Oberfläche der Anode 13 gebündelt und treffen in diesem Bei¬ spiel entlang der Elektronenstrahlrichtung 11 senkrecht auf die Oberfläche der Anode 13 auf. Die Anode 13 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine schei¬ benförmige Anode 13, die auf der der Elektronenquelle zuge¬ wandten Seite eine metallische Schicht 15 aus 2 ym dickem Mo¬ lybdän aufweist, die auf einem Anodenträger 17 aufgebracht ist. Der Anodenträger 17 besteht hier aus einer 15 ym dicken Diamantscheibe. In der dünnen Molybdänschicht wird ein Teil der Energie der beschleunigten Elektronen in charakteristische Röntgenstrahlung des Molybdäns umgewandelt. Die Aussen¬ dung der charakteristischen Röntgenstrahlung vom Brennfleck 14 der Elektronen erfolgt zunächst isotrop in alle Raumrich¬ tungen. Die Energie der charakteristischen Röntgenstrahlung liegt bei der Energie der Ka-Übergänge von Molybdän bei 17.4 keV und der Kß-Übergänge bei 19.6 keV. Durch die Aussendung von charakteristischer Röntgenstrahlung wird also eine quasimonochromatische Strahlung in diesem Energiebereich zur Verfügung gestellt. Ein anderes geeignetes Anodenmaterial ist beispielsweise Wolfram, das zur Erzeugung von quasi-mono- chromatischer Röntgenstrahlung im Bereich von 59 keV bis 67 keV geeignet ist. Electrons are thereby focused onto a focal spot 14 on the surface of the anode 13 and meet in this case ¬ play along the electron beam direction 11 perpendicular to the surface of the anode 13. The anode 13 is in the illustrated embodiment, a failed ¬ benförmige anode 13 which has on the electron source supplied ¬ side adjacent a metallic layer 15 for 2 ym thick Mo ¬ lybdenum, which is applied to an anode support 17th The anode support 17 here consists of a 15 ym thick diamond wheel. In the thin molybdenum layer, part of the energy of the accelerated electrons is converted into characteristic X-rays of molybdenum. The exterior ¬ tion of the characteristic X-ray radiation from the focal spot 14 of the electrons is initially isotropic in all directions Raumrich ¬ lines. The energy of the characteristic X-radiation is at the energy of the K a transitions of molybdenum at 17.4 keV and the Kβ transitions at 19.6 keV. Due to the emission of characteristic X-radiation, a quasi-monochromatic radiation is thus provided in this energy range. Another suitable anode material is, for example, tungsten, which is suitable for producing quasi-monochromatic X-radiation in the range from 59 keV to 67 keV.
Die geringe Schichtdicke der metallischen Schicht 15 ist so gewählt, dass sie niedriger ist als die mittlere Eindringtie¬ fe von auf eine Energie von 150 keV beschleunigten Elektronen in diesem Material. Eine Mindestschichtdicke von mehreren ym ist nötig, damit ein ausreichender Anteil an Elektronen zur Erzeugung von charakteristischer Röntgenstrahlung mit dem Molybdän in Wechselwirkung treten kann. Gleichzeitig ist es wünschenswert, die Schichtdicke möglichst klein zu halten, damit die Erzeugung von kontinuierlicher Bremsstrahlung minimiert wird. Aufgrund der geringen Schichtdicke wird ein gro¬ ßer Anteil der beschleunigten Elektronen nicht von der Molybdänschicht 15 absorbiert, sondern tritt in den Anodenträger 17 ein. Der Anodenträger 17 besteht in diesem Beispiel aus einer Diamantscheibe, so dass durch die geringe Kernladungs¬ zahl des Trägermaterials nur eine geringe Wechselwirkung mit den beschleunigten Elektronen stattfindet. Auch die Dicke des Anodenträgers 17 ist so gering ausgelegt, dass ein großer An¬ teil der beschleunigten Elektronen den Anodenträger 17 durch- dringt. Dieser verbleibende Anteil bewegt sich weiter entlang der Elektronenstahlrichtung 11 auf den Kollektor 19 zu. Die Funktion des Kollektors 19 ist es, die verbleibenden Elektro¬ nen abzubremsen und aufzufangen. Damit die Elektronen abgebremst werden können, liegt der Kollektor 19 bei Betrieb der Röntgenquelle 1 auf einem elektrischen Potential, das im Ver¬ hältnis zum Potential der Anode 13 negativ ist. In diesem Ausführungsbeispiel liegt der Kollektor 19 auf einem Potenti¬ al von 30 kV, so dass die Elektronen auf der Strecke zwischen der Anode 13 und dem Kollektor 19 auf einen kleinen Anteil ihrer ursprünglichen kinetischen Energie abgebremst werden. The small layer thickness of the metallic layer 15 is chosen so that it is lower than the mean Eindringtie ¬ fe of accelerated to an energy of 150 keV electrons in this material. A minimum layer thickness of several ym is necessary so that a sufficient proportion of electrons for generating characteristic X-radiation can interact with the molybdenum. At the same time, it is desirable to keep the layer thickness as small as possible so that the generation of continuous Bremsstrahlung is minimized. Due to the small layer thickness, a large ¬ SSER portion of the accelerated electrons is not absorbed by the molybdenum layer 15, but enters the anode support 17th The anode support 17 in this example consists of a diamond disk, so that only a small interaction with the accelerated electrons takes place due to the low atomic number of the support material. The thickness of the anode support 17 is designed so small that a large An ¬ part of the accelerated electrons penetrates the anode support 17. This remaining portion continues to move toward the collector 19 along the electron beam direction 11. The function of the collector 19 is to brake the remaining electric ¬ nen and catch. In order for the electrons to be braked, the collector 19 is at operation of the X-ray source 1 at an electrical potential which is negative in the Ver ¬ relation to the potential of the anode 13. In this embodiment, the collector 19 is at a Potenti ¬ al of 30 kV, so that the electrons in the distance between the anode 13 and the collector 19 are braked to a small proportion of their original kinetic energy.
Das Material des Kollektors 19 ist so ausgebildet, dass ein überwiegender Anteil der Elektronen im Kollektor 19 aufgefangen wird. In diesem Beispiel ist der Kollektor 19 aus Edel¬ stahl gefertigt. Auch die Dicke des Kollektors 19 in Elektro- nenstrahlrichtung 11 ist so ausgebildet, dass eine möglichst hohe Absorption der Elektronen stattfindet, in diesem Bei- spiel ist die Wandstärke 4 mm. The material of the collector 19 is designed so that a majority of the electrons in the collector 19 is collected. In this example, the collector 19 is made of stainless steel ¬ . The thickness of the collector 19 in the electron beam direction 11 is also designed so that the highest possible absorption of the electrons takes place, in this example the wall thickness is 4 mm.
Die geometrische Anordnung der Anode 13, der Elektronenquelle 7 und des Strahlaustrittsfensters 5 ist in diesem Beispiel so ausgestaltet, dass an der Anode 13 entstehende Röntgenstrah¬ lung in einem vorteilhaften Winkelbereich α,ι mit der Elektro- nenstrahlrichtung 11 zwischen 170 Grad und 190 Grad durch das Strahlaustrittsfenster 5 ausgekoppelt werden kann. In diesem Winkelbereich α,ι kann die Röntgenstrahlung durch die Öffnung der Elektronenquelle 7 hindurchtreten. Alternativ kann die Geometrie der Röntgenquelle 1 auch so ausgelegt sein, dassThe geometric arrangement of the anode 13, the electron source 7 and the beam exit window 5 is configured in this example, that at the anode 13 resulting Röntgenstrah ¬ ment in an advantageous angular range α, ι with the electron beam direction 11 between 170 degrees and 190 degrees the beam exit window 5 can be coupled out. In this angular range α, ι the X-ray radiation can pass through the opening of the electron source 7. Alternatively, the geometry of the X-ray source 1 can also be designed so that
Strahlung in einem größeren Winkelbereich α zwischen 130 Grad und 230 Grad durch das Strahlaustrittsfenster 5 ausgekoppelt wird. In diesem Fall können die Elektronen auch von einer seitlich des Strahlengangs angeordneten Elektronenquelle mit- tels Steuerelektroden in Richtung der Anode geführt werden, so dass die Elektronenquelle nicht im Bereich der auszukop¬ pelnden Strahlung liegt. Oder die Öffnung im mittleren Bereich der Elektronenquelle 7 kann so groß gewählt sein, oder die Elektronenquelle 7 kann so nah an der Anode 13 angeordnet sein, dass auch Strahlung im Winkelbereich α zwischen 130Radiation in a larger angle range α between 130 degrees and 230 degrees is coupled out through the beam exit window 5. In this case, the electrons can be also conducted by a laterally arranged of the beam path electron source with- means of control electrodes in the direction of the anode such that the electron source is not in the field of auszukop ¬ pelnden radiation. Or the opening in the middle region of the electron source 7 may be chosen to be so large, or the electron source 7 may be arranged so close to the anode 13, that radiation in the angular range α between 130
Grad und 230 Grad durch das Strahlaustrittsfenster 5 ausgekoppelt wird. Degree and 230 degrees is coupled through the beam exit window 5.
Durch die angegebene Geometrie der Auskopplung und den ausge- wählten Winkelbereich α,ι der ausgekoppelten Röntgenstrahlung mit der Elektronenstrahlrichtung 11 wird erreicht, dass die aus der Röntgenquelle 1 austretende Strahlung einen möglichst hohen Anteil an charakteristischer Röntgenstrahlung 25 und einen möglichst geringen Anteil an Bremsstrahlung 27 aufweist, also dass die Röntgenstrahlung im Wesentlichen quasimonochromatisch ist. Der Einfluss der Auskopplungsgeometrie auf die Zusammenset¬ zung der Röntgenstrahlung ist in Fig. 2 verdeutlicht. Fig. 2 zeigt vergleichend die simulierte Röntgenflussdichte für die charakteristische Röntgenstrahlung 25 und für die Bremsstrahlung als Funktion des Winkels mit der Elektronenstrahlrich- tung 11 für die vorstehend angegebenen Materialien und The specified geometry of the decoupling and the selected angle range α, ι of the decoupled X-ray radiation with the electron beam direction 11 ensures that the radiation emerging from the X-ray source 1 has the highest possible proportion of characteristic X-radiation 25 and has the smallest possible amount of Bremsstrahlung 27, so that the X-radiation is substantially quasi-monochromatic. The influence of the extraction geometry on Zusammenset ¬ Zung of X-rays is illustrated in FIG. 2. FIG. 2 comparatively shows the simulated X-ray flux density for the characteristic X-ray radiation 25 and for the Bremsstrahlung as a function of the angle with the electron beam direction 11 for the above-mentioned materials and
Schichtdicken der Anode 13 des bevorzugten Ausführungsbeispiels. Bei der Simulation der Strahlungsintensitäten wurde zusätzlich für alle Winkel der Durchtritt der Strahlung durch einen Strahlfilter 35 aus einer 30 ym dicken Molybdänschicht angenommen. Die Simulationsergebnisse in Fig. 2 zeigen deut¬ lich, dass in einem Winkelbereich zwischen 90 Grad und 270 Grad, also in Vorwärtsrichtung des Elektronenstrahls, für al¬ le Winkel die Bremsstrahlung 27 wesentlich intensiver ist als die charakteristische Röntgenstrahlung 25. Layer thicknesses of the anode 13 of the preferred embodiment. In the simulation of the radiation intensities, the passage of the radiation through a beam filter 35 out of a 30 μm thick molybdenum layer was additionally assumed for all angles. The simulation results in Fig. 2 show interpreting ¬ Lich that in an angular range between 90 degrees and 270 degrees, so in the forward direction of the electron beam, for al ¬ le angle bremsstrahlung 27 is much more intense than the characteristic X-ray radiation 25.
Dagegen überwiegt in Rückwärtsrichtung in einem bestimmten Winkelbereich die Flussdichte der charakteristischen Röntgenstrahlung 25 gegenüber der Bremsstrahlung 27. In einem Winkelbereich azwischen 130 Grad und 230 Grad ist die Fluss- dichte der charakteristischen Röntgenstrahlung 25 deutlich höher, so dass die kontinuierliche Bremsstrahlung 27 nur einen schwachen Untergrund unter den charakteristischen Emissionsbanden bildet. Besonders vorteilhaft für die Erzeugung einer quasi-monochromatischen Strahlung ist der Winkelbereich α,ι zwischen 170 Grad und 190 Grad. Die durch die Simulation verdeutlichten günstigen Intensitätsverhältnisse zwischen charakteristischer Röntgenstrahlung 25 und Bremsstrahlung 27 werden nicht nur durch die Wahl des Auskopplungswinkels a, sondern auch maßgeblich durch die Materialien und Dicken der Anode beeinflusst sowie durch die Möglichkeit, die die Anode durchtretenden Elektronen im Kollektor 19 aufzufangen und dabei die zusätzliche Emission von Bremsstrahlung zu minimie¬ ren . Fig. 3 zeigt einen schematischen Querschnitt eines bildgebenden Systems 30 mit einer Röntgenquelle 1 nach dem vorab be¬ schriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das bildgebende System 30 ist hier ein Mammographiegerät , das zur radiologischen Untersuchung der weiblichen Brust dient. Bei der Mammographie ist der Einsatz von möglichst monochro¬ matischer Röntgenstrahlung besonders wünschenswert, da es bei dieser Untersuchungsmethode vor allem auf die Abbildung sehr schwacher und kleinräumiger Weichteilkontraste ankommt. Es wird hier eine extrem hohe Bildqualität vor allem für die Er¬ kennung und Diagnose von Brusttumoren gefordert. Zum anderen ist die weibliche Brust sehr anfällig für die negativen Aus¬ wirkungen von ionisierender Strahlung. Da die Mammographie auch als Screening-Verfahren Anwendung findet, ist hier eine Optimierung der erzielten Bildqualität im Verhältnis zur eingesetzten Röntgendosis besonders wichtig. In contrast, in the backward direction in a certain angular range, the flux density of the characteristic X-ray radiation 25 predominates over the Bremsstrahlung 27. In an angular range a between 130 degrees and 230 degrees, the flux density of the characteristic X-radiation 25 is significantly higher, so that the continuous Bremsstrahlung 27 only a weak background forms under the characteristic emission bands. Particularly advantageous for the generation of a quasi-monochromatic radiation is the angular range α, ι between 170 degrees and 190 degrees. The illustrated by the simulation favorable intensity ratios between characteristic X-rays 25 and bremsstrahlung 27 are not only influenced by the choice of the coupling angle a, but also significantly influenced by the materials and thicknesses of the anode and the ability to absorb the electrons passing through the anode in the collector 19 and while the additional emission of Bremsstrahlung minimie ¬ ren. Fig. 3 shows a schematic cross section of an imaging system 30 having an X-ray source 1 after the advance be registered ¬ preferred embodiment of the invention. The imaging system 30 is here a mammography device used for radiological examination of the female breast. In mammography, the use of possible monochro ¬ matic X-ray radiation is particularly desirable because it matters with this method of investigation mainly on the picture very weak and small-scale soft-tissue contrast. It is here demanded an extremely high image quality especially for ¬ He identification and diagnosis of breast tumors. On the other hand, the female breast is very vulnerable to the adverse effects of ionizing radiation from ¬. Since mammography is also used as a screening method, an optimization of the image quality achieved in relation to the X-ray dose used is particularly important here.
Das bildgebende System 30 enthält die in Fig. detaillierter gezeigte Röntgenquelle 1, die über einen Tragarm 33 an einer Tragsäule 31 aufgehängt ist. An der Tragsäule 31 ist ein höhenverstellbarer Träger 38 montiert und eine ebenfalls höhenverstelle Kompressionsplatte 37, die zusammen eine An¬ ordnung 39 zur Aufnahme eines zu untersuchenden Objekts 40 bilden, hier der weiblichen Brust. Die von der Röntgenquelle 1 erzeugte quasi-monochromatische Röntgenstrahlung 9 wird durch das Strahlaustrittsfenster 5 ausgekoppelt und tritt durch einen unterhalb der Röntgenquelle 1 angeordneten The imaging system 30 includes the x-ray source 1, shown in greater detail in FIG. 1, which is suspended from a support post 31 via a support arm 33. On the support column 31, a height-adjustable support 38 is mounted and a likewise height-adjustable compression plate 37, which together form a An ¬ order 39 for receiving an object to be examined 40, here the female breast. The quasi-monochromatic X-ray radiation 9 generated by the X-ray source 1 is coupled out through the beam exit window 5 and passes through an X-ray source 1 arranged below
Strahlfilter 35 hindurch. Der Strahlfilter 35 besteht aus einer 30 ym dicken Molybdänschicht, die dazu dient, einenBeam filter 35 through. The beam filter 35 consists of a 30 ym thick molybdenum layer, which serves to a
Teil der niederenergetischen kontinuierlichen Bremsstrahlung herauszufiltern, bevor die Röntgenstrahlung 9 auf die zu untersuchende Brust 40 trifft. Anschließend tritt die Röntgen¬ strahlung 9 durch die Kompressionsplatte 37 hindurch auf die komprimierte Brust 40. Der durch die Brust 40 hindurchtreten¬ de Anteil der Röntgenstrahlung 9 wird von einem hier innerhalb des Trägers 38 angeordneten Röntgendetektor 41 vermessen und von einer hier nicht gezeigten nachgeschalteten Auslese- elektronik zu einem diagnostisch verwertbaren Röntgenbild verarbeitet . Filter out part of the low-energy continuous Bremsstrahlung before the X-ray radiation 9 hits the breast 40 to be examined. Subsequently, the X-ray ¬ radiation 9 passes through the compression plate 37 on the compressed breast 40. The passing through the chest 40 ¬ de proportion of the X-ray radiation 9 is measured by an here within the carrier 38 arranged X-ray detector 41 and a downstream Auslese not shown here - electronics into a diagnostically usable X-ray image.

Claims

Patentansprüche claims
1. Röntgenquelle (1) mit 1. X-ray source (1) with
- einem evakuierbaren Außengehäuse (3) , umfassend wenigstens ein röntgenstrahldurchlässiges Strahlaustrittsfenster (5) , an evacuable outer housing (3), comprising at least one X-ray-permeable beam exit window (5),
- einer Elektronenquelle (7) zur Emission von Elektronen entlang einer Elektronenstrahlrichtung (11), an electron source (7) for emitting electrons along an electron beam direction (11),
- einer Anode (13) zur Erzeugung von Röntgenstrahlung (9) - An anode (13) for generating X-radiation (9)
- und einem Kollektor (19) zum Auffangen von die Anode (13) durchdringenden Elektronen, - and a collector (19) for collecting the anode (13) penetrating electrons,
- wobei der Kollektor (19) Teil eines elektrischen Stromkrei¬ ses zum Aufbringen eines negativen Potentials am Kollektor (19) im Verhältnis zu einem Potential an der Anode (13) ist- Wherein the collector (19) is part of an electrical Stromkrei ¬ ses for applying a negative potential at the collector (19) in relation to a potential at the anode (13)
- und wobei das Strahlaustrittsfenster (5) so angeordnet ist, dass Röntgenstrahlung (9) durch das Strahlaustrittsfenster- And wherein the beam exit window (5) is arranged so that X-ray radiation (9) through the beam exit window
(5) hindurch auskoppelbar ist, welche in wenigstens in ei¬ nem Teilbereich eines Winkelbereichs ( a) von 130 Grad bis 230 Grad zur Elektronenstrahlrichtung (11) aus der Anode(5) can be coupled out, which in at least in ei ¬ nem subregion of an angular range (a) of 130 degrees to 230 degrees to the electron beam direction (11) from the anode
(13) austritt. (13) leaves.
2. Röntgenquelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (19) entlang der Elektronenstrahlrichtung (11) dicker ist als die mittlere Eindringtiefe der Elektronen im Material des Kollektors (19) bei einer kinetischen Energie der Elektronen von 150 keV. 2. X-ray source (1) according to claim 1, characterized in that the collector (19) along the electron beam direction (11) is thicker than the mean penetration depth of the electrons in the material of the collector (19) at a kinetic energy of the electrons of 150 keV.
3. Röntgenquelle (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Kollektors (19) Edelstahl und/oder Kup¬ fer umfasst und entlang der Elektronenstrahlrichtung (11) ei- ne Dicke von wenigstens 1mm aufweist. 3. X-ray source (1) according to claim 2, characterized in that the material of the collector (19) comprises stainless steel and / or Kup ¬ fer and along the electron beam direction (11) has a thickness of at least 1mm.
4. Röntgenquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (19) in Elektro¬ nenstrahlrichtung (11) eine Vertiefung aufweist. 4. X-ray source (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the collector (19) in the electric ¬ nenstrahlrichtung (11) has a recess.
5. Röntgenquelle (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung trapezförmig ist und/oder eine Tiefe von wenigstens 3 cm aufweist. 5. X-ray source (1) according to claim 4, characterized in that the recess is trapezoidal and / or has a depth of at least 3 cm.
6. Röntgenquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlaustrittsfenster (5) so angeordnet ist, dass Röntgenstrahlung (9) durch das 6. X-ray source (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the beam exit window (5) is arranged so that X-radiation (9) through the
Strahlaustrittsfenster (5) hindurch auskoppelbar ist, welche wenigstens in einem Teilbereich eines Winkelbereichs ( α,ι) von 170 Grad bis 190 Grad zur Elektronenstrahlrichtung (11) aus der Anode (13) austritt. Beam outlet window (5) can be coupled out, which emerges from the anode (13) at least in a partial region of an angular range (α, ι) of 170 degrees to 190 degrees to the electron beam direction (11).
7. Röntgenquelle (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenquelle (7) in einem mittleren Bereich ein Loch zum Durchtritt auszukoppelnder Röntgenstrahlung (9) aufweist. 7. X-ray source (1) according to claim 6, characterized in that the electron source (7) in a central region has a hole for the out-coupling X-radiation (9).
8. Röntgenquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einer Steuerelektrode (23, 24) zur Beschleuni¬ gung und/oder Fokussierung der Elektronen auf die Anode (13) . 8. X-ray source (1) according to one of the preceding claims with at least one control electrode (23, 24) for acceleration ¬ tion and / or focusing of the electrons on the anode (13).
9. Röntgenquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (13) eine metallische9. X-ray source (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the anode (13) has a metallic
Schicht (15) aufweist, die ein Material mit einer Kernla¬ dungszahl von wenigstens 40 umfasst und deren Schichtdicke niedriger ist als die mittlere Eindringtiefe der Elektronen im Material der metallischen Schicht (15) bei einer kineti- sehen Energie der Elektronen von 150 keV. Layer (15) comprising a material having a Kernla ¬ tion number of at least 40 and whose layer thickness is lower than the average penetration depth of the electrons in the material of the metallic layer (15) at a kineti see energy of the electrons of 150 keV.
10. Röntgenquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (13) einen Ano¬ denträger (17) aufweist, der ein Material mit einer Kernla- dungszahl von höchstens 15 umfasst und dessen Schichtdicke niedriger ist als die mittlere Eindringtiefe der Elektronen im Material des Anodenträgers (17) bei einer kinetischen Energie der Elektronen von 150 keV. 10. X-ray source (1) according to any preceding Ansprü ¬ che, characterized in that the anode (13) has a Ano ¬ the wearer (17), the extension number comprises a material having a Kernla- of at most 15 and its layer thickness is lower than the average penetration depth of the electrons in the material of the anode support (17) at a kinetic energy of the electrons of 150 keV.
11. Röntgenquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Stromkreis so ausgestaltet ist, das der Kollektor (19) bei einem Betrieb der Röntgenquelle auf ein elektrisches Potential bringbar ist, welches um wenigstens die Hälfte niedriger ist als ein elektrisches Potential der Anode. 11. X-ray source (1) according to one of the preceding Ansprü ¬ che, characterized in that the electrical circuit is configured so that the collector (19) can be brought to an electrical potential during operation of the X-ray source which is at least half lower than an electric potential of the anode.
12. Röntgenquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenquelle (7) eine Feldemissionskathode oder eine Glühkathode ist. 12. X-ray source (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the electron source (7) is a field emission cathode or a hot cathode.
13. Röntgenquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (13) eine Fest- anode, eine Drehanode und/oder eine Flüssiganode ist. 13. X-ray source (1) according to one of the preceding Ansprü ¬ che, characterized in that the anode (13) is a fixed anode, a rotating anode and / or a liquid anode.
14. Bildgebendes System (30) mit einer Röntgenquelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einer Anordnung (39) zur Aufnahme eines zu untersuchenden Objekts (40) und einem Rönt- gendetektor (41). 14. Imaging system (30) with an X-ray source (1) according to one of the preceding claims, an arrangement (39) for receiving an object to be examined (40) and an X-ray detector (41).
15. Bildgebendes System (30) nach Anspruch 14 mit einem zwischen dem Strahlaustrittsfenster (5) und der Anordnung (39) zur Aufnahme des untersuchenden Objekts (40) angeordneten Strahlfilter (35) . The imaging system (30) of claim 14 further comprising a beam filter (35) disposed between the beam exit window (5) and the assembly (39) for receiving the inspecting object (40).
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