EP3836187A1 - X-ray tubes with low extra-focal x-ray radiation - Google Patents
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- EP3836187A1 EP3836187A1 EP19215135.5A EP19215135A EP3836187A1 EP 3836187 A1 EP3836187 A1 EP 3836187A1 EP 19215135 A EP19215135 A EP 19215135A EP 3836187 A1 EP3836187 A1 EP 3836187A1
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Drehkolben-Röntgenröhre, einen Drehkolben-Röntgenstrahler, eine Röntgeneinrichtung und einen Computertomograph.The invention relates to a rotary piston X-ray tube, a rotary piston X-ray tube, an X-ray device and a computer tomograph.
Die erfindungsgemäße Drehkolben-Röntgenröhre weist
- ein Vakuumgehäuse,
- eine Kathode und
- einen Anodenteller mit einer ringförmigen Brennbahn zur Generierung von Röntgenstrahlung mittels Elektronen auf,
- wobei der Anodenteller kegelförmig ist und die ringförmige Brennbahn auf einer Mantelfläche des Anodentellers angeordnet ist,
- wobei in dem Vakuumgehäuse die Kathode und der Anodenteller relativ zueinander drehfest angeordnet sind,
- wobei die Kathode einen Kathodenträger und mehrere ringförmig auf dem Kathodenträger angeordnete Feldeffekt-Emitternadeln zur Emission der Elektronen aufweist und
- wobei die Kathode derart ausgebildet ist, dass die emittierten Elektronen in einem Einfallswinkel kleiner 15° auf der Brennbahn auftreffen.
The rotary piston X-ray tube according to the invention has
- a vacuum housing,
- a cathode and
- an anode plate with a ring-shaped focal path for generating X-rays by means of electrons,
- wherein the anode plate is conical and the annular focal path is arranged on a lateral surface of the anode plate,
- wherein the cathode and the anode plate are arranged non-rotatably relative to one another in the vacuum housing,
- The cathode having a cathode carrier and a plurality of field effect emitter needles arranged in a ring on the cathode carrier for emitting the electrons and
- The cathode is designed in such a way that the emitted electrons impinge on the focal path at an angle of incidence of less than 15 °.
Description
Die Erfindung betrifft eine Drehkolben-Röntgenröhre, einen Drehkolben-Röntgenstrahler, eine Röntgeneinrichtung und einen Computertomographen.The invention relates to a rotary piston X-ray tube, a rotary piston X-ray tube, an X-ray device and a computer tomograph.
In einer herkömmlichen Drehkolben-Röntgenröhre ist üblicherweise eine Kathode mittig über einer Anode platziert. Von der Kathode emittierte Elektronen werden üblicherweise mittels einer elektromagnetischen und/oder einer elektrostatischen Vorrichtung auf eine Brennbahn der Anode hin abgelenkt, insbesondere fokussiert, zur Generierung von Röntgenstrahlung. Typischerweise ist ein Einfallswinkel der abgelenkten Elektronen auf der Anode groß, beispielsweise größer als 30°, wobei vergleichsweise viele Elektronen zurückgestreut werden. Ein Nachteil kann entstehen, wenn die zurückgestreuten Elektronen zumindest teilweise auf ein ringförmiges Austrittfenster der Drehkolben-Röntgenröhre auftreffen, wobei eine extra-fokale Röntgenstrahlung entstehen und typischerweise bildqualitätsmindernd wirken kann.In a conventional rotary piston X-ray tube, a cathode is usually placed centrally over an anode. Electrons emitted by the cathode are usually deflected by means of an electromagnetic and / or an electrostatic device towards a focal path of the anode, in particular focused, in order to generate X-rays. Typically, an angle of incidence of the deflected electrons on the anode is large, for example greater than 30 °, with a comparatively large number of electrons being scattered back. A disadvantage can arise if the backscattered electrons at least partially strike an annular exit window of the rotary piston x-ray tube, with extra-focal x-ray radiation being generated and typically reducing the image quality.
In der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Drehkolben-Röntgenröhre, einen Drehkolben-Röntgenstrahler, eine Röntgeneinrichtung und einen Computertomographen mit geringerer extra-fokaler Röntgenstrahlung anzugeben.The invention is based on the object of specifying a rotary piston X-ray tube, a rotary piston X-ray tube, an X-ray device and a computer tomograph with lower extra-focal X-ray radiation.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous refinements are described in the subclaims.
Die erfindungsgemäße Drehkolben-Röntgenröhre weist
- ein Vakuumgehäuse,
- eine Kathode und
- einen Anodenteller mit einer ringförmigen Brennbahn zur Generierung von Röntgenstrahlung mittels Elektronen auf,
- wobei der Anodenteller kegelförmig ist und die ringförmige Brennbahn auf einer Mantelfläche des Anodentellers angeordnet ist,
- wobei in dem Vakuumgehäuse die Kathode und der Anodenteller relativ zueinander drehfest angeordnet sind,
- wobei die Kathode einen vom Vakuumgehäuse zumindest teilweise beabstandeten Kathodenträger und mehrere ringförmig auf dem Kathodenträger angeordnete Feldeffekt-Emitternadeln zur Emission der Elektronen aufweist und
- wobei die Kathode derart ausgebildet ist, dass die emittierten Elektronen in einem Einfallswinkel kleiner 15° auf der Brennbahn auftreffen.
- a vacuum housing,
- a cathode and
- an anode plate with a ring-shaped focal path for generating X-rays by means of electrons,
- wherein the anode plate is conical and the annular focal path is arranged on a lateral surface of the anode plate,
- wherein in the vacuum housing the cathode and the anode plate are rotatably arranged relative to each other,
- wherein the cathode has a cathode carrier at least partially spaced apart from the vacuum housing and a plurality of field effect emitter needles arranged in a ring on the cathode carrier for emitting the electrons, and
- wherein the cathode is designed in such a way that the emitted electrons strike the focal path at an angle of incidence of less than 15 °.
Der Einfallswinkel der Elektronen ist derart definiert, dass ein Einfallswinkel von 0° einem senkrechten Auftreffen der Elektronen auf einer Oberfläche der Brennbahn entspricht.The angle of incidence of the electrons is defined in such a way that an angle of incidence of 0 ° corresponds to a perpendicular impingement of the electrons on a surface of the focal path.
Die Drehkolben-Röntgenröhre ist insbesondere für eine medizinische Bildgebung und/oder bildgebungsbasierte Werkstoffprüfung geeignet. Die Drehkolben-Röntgenröhre unterscheidet sich von einer herkömmlichen Drehanoden-Röntgenröhre darin, dass die Kathode der Drehkolben-Röntgenröhre typischerweise sich mit dem Anodenteller der Drehkolben-Röntgenröhre gemeinsam dreht. In einer herkömmlichen Stehanoden-Röntgenröhre rotiert typischerweise weder die Kathode noch die Anode relativ zu einem Vakuumgehäuse der Stehanoden-Röntgenröhre. Die Elektronen werden typischerweise von der Kathode zum Anodenteller hin beschleunigt, beispielsweise mit einer Beschleunigungsspannung größer 20 kV und/oder kleiner 150 kV.The rotary piston x-ray tube is particularly suitable for medical imaging and / or imaging-based material testing. The rotary piston X-ray tube differs from a conventional rotary anode X-ray tube in that the cathode of the rotary piston X-ray tube typically rotates together with the anode plate of the rotary piston X-ray tube. In a conventional upright anode x-ray tube, neither the cathode nor the anode typically rotates relative to a vacuum housing of the upright anode x-ray tube. The electrons are typically accelerated from the cathode to the anode plate, for example with an acceleration voltage greater than 20 kV and / or less than 150 kV.
Das Vakuumgehäuse weist üblicherweise Metall und/oder Glas auf. Das Vakuumgehäuse kann zylindrisch sein. Das Vakuumgehäuse kann teilweise kegelförmig sein. Insbesondere ein ringförmiges Austrittfenster des Vakuumgehäuses kann das Glas aufweisen. Das ringförmige Austrittfenster des Vakuumgehäuses ermöglicht vorteilhafterweise ein Austreten der auf der Brennbahn generierten Röntgenstrahlung aus dem Vakuumgehäuse heraus. Das Metall des Vakuumgehäuses ist typischerweise geerdet, insbesondere schutzleiterverbunden. Über das Metall des Vakuumgehäuses kann insbesondere ein elektrischer Strom von an der Anode zurückgestreuten Elektronen abgeführt werden. Das Vakuumgehäuse ist üblicherweise evakuiert.The vacuum housing usually comprises metal and / or glass. The vacuum housing can be cylindrical. The Vacuum housing can be partially conical. In particular, the glass can have an annular exit window of the vacuum housing. The ring-shaped exit window of the vacuum housing advantageously enables the x-ray radiation generated on the focal path to exit the vacuum housing. The metal of the vacuum housing is typically grounded, in particular connected to a protective conductor. In particular, an electric current from electrons scattered back at the anode can be carried away via the metal of the vacuum housing. The vacuum housing is usually evacuated.
Der kegelförmige Anodenteller ist typischerweise kegelstumpfförmig. Der Anodenteller ist vorteilhafterweise rotationssymmetrisch. Der kegelförmige Anodenteller kann im Wesentlichen einer flachen Scheibe mit einem entlang einer z-Achse variierendem Radius entsprechen. Ein Innenwinkel des kegelförmigen Anodentellers, insbesondere ein Anodenwinkel, ist typischerweise größer 0° und kleiner 90°, vorteilhafterweise zwischen 1° und 40°, besonders vorteilhafterweise zwischen 7° und 20°. Die Mantelfläche des Anodentellers, insbesondere eine Fläche mit dem entlang der z-Achse variierendem Radius, weist insbesondere die Brennbahn auf. Die ringförmige Brennbahn mit einer Ausdehnung entlang der z-Achse größer null kann insbesondere kegelförmig sein, insbesondere mit einem Innenwinkel kleiner 90°, wobei der Innenwinkel der Brennbahn dem Innenwinkel des kegelförmigen Anodentellers im Wesentlichen entsprechen kann.The conical anode plate is typically frustoconical. The anode plate is advantageously rotationally symmetrical. The conical anode plate can essentially correspond to a flat disk with a radius that varies along a z-axis. An interior angle of the conical anode plate, in particular an anode angle, is typically greater than 0 ° and less than 90 °, advantageously between 1 ° and 40 °, particularly advantageously between 7 ° and 20 °. The outer surface of the anode plate, in particular a surface with the radius varying along the z-axis, in particular has the focal path. The annular focal path with an extension along the z-axis greater than zero can in particular be conical, in particular with an interior angle less than 90 °, wherein the interior angle of the focal path can essentially correspond to the interior angle of the conical anode plate.
Der Anodenteller weist typischerweise eine erste Materialschicht zur Generierung der Röntgenstrahlung auf. Die erste Materialschicht weist beispielsweise Wolfram und/oder Gold auf. Der Anodenteller kann zusätzlich eine zweite Materialschicht mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit und/oder mit einer höheren Wärmekapazität als die erste Materialschicht, insbesondere zu einer Kühlung der ersten Materialschicht, aufweisen. Die zweite Materialschicht weist beispielsweise Titan-Zirkon-Molybdän und/oder Kupfer auf. Die erste Materialschicht und die zweite Materialschicht können insbesondere in sich überlappenden Schichten in dem Anodenteller angeordnet sein. Insbesondere die Mantelfläche des kegelförmigen Anodentellers weist die erste Materialschicht auf.The anode plate typically has a first material layer for generating the X-ray radiation. The first material layer has, for example, tungsten and / or gold. The anode plate can additionally have a second material layer with a higher thermal conductivity and / or with a higher thermal capacity than the first material layer, in particular for cooling the first material layer. The second material layer has, for example, titanium-zirconium-molybdenum and / or copper. The first The material layer and the second material layer can in particular be arranged in overlapping layers in the anode plate. In particular, the outer surface of the conical anode plate has the first material layer.
Die ringförmige Brennbahn des Anodentellers kann insbesondere durch ein Auftreffen der Elektronen angeordnet werden, typischerweise eingeprägt werden. Die Brennbahn kennzeichnet insbesondere einen Bereich des Anodentellers mit einer während des Betriebs des Anodentellers stärksten Wechselwirkung mit den auftreffenden Elektronen. Die Brennbahn ist insbesondere dort auf dem Anodenteller angeordnet, wo der Anodenteller die erste Materialschicht aufweist. Die Brennbahn des Anodentellers ist insbesondere ringförmig aufgrund der Rotation des Anodentellers. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Wärmeentwicklung der auftreffenden Elektronen über einen größeren Bereich des Anodentellers verteilt werden, als wenn anstatt der ringförmigen Brennbahn ein ortsfester Brennfleck, insbesondere der herkömmlichen Stehanode, mit den Elektronen wechselwirkt.The ring-shaped focal path of the anode plate can in particular be arranged, typically embossed, by the impingement of the electrons. The focal path particularly identifies a region of the anode plate with the strongest interaction with the impinging electrons during operation of the anode plate. The focal path is arranged in particular on the anode plate where the anode plate has the first material layer. The focal path of the anode plate is in particular ring-shaped due to the rotation of the anode plate. As a result, the generation of heat from the impinging electrons can advantageously be distributed over a larger area of the anode plate than if, instead of the annular focal path, a stationary focal point, in particular the conventional upright anode, interacts with the electrons.
Die ringförmige Brennbahn weist üblicherweise einen variierenden Brennfleck auf. Der variierende Brennfleck variiert typischerweise mit der Zeit und/oder hängt typischerweise von der Rotation des Anodentellers ab. Der variierende Brennfleck ist insbesondere der Bereich der Brennbahn, der zu dem jeweiligen Zeitpunkt mit den Elektronen zur Generierung der Röntgenstrahlung wechselwirkt. Insbesondere ist der Brennfleck der Bereich der Brennbahn, an welchem die Elektronen insbesondere dann auftreffen, wenn die zumindest eine Feldeffekt-Emitternadel der mehreren Feldeffekt-Emitternadeln angeschaltet wird.The annular focal path usually has a varying focal point. The varying focal spot typically varies with time and / or typically depends on the rotation of the anode plate. The varying focal spot is in particular the area of the focal path which interacts with the electrons to generate the X-ray radiation at the respective point in time. In particular, the focal spot is the region of the focal path at which the electrons strike, in particular when the at least one field effect emitter needle of the plurality of field effect emitter needles is switched on.
Die drehfeste Anordnung der Kathode und des Anodentellers bewirkt insbesondere, dass die Kathode und der Anodenteller sich gemeinsam mit derselben Drehgeschwindigkeit drehen. Üblicherweise ist das Vakuumgehäuse mit der Kathode und dem Anodenteller derart verbunden, dass das Vakuumgehäuse, die Kathode und der Anodenteller sich gemeinsam mit derselben Drehgeschwindigkeit drehen, insbesondere in anderen Worten gegeneinander nicht verdreht werden können.The rotationally fixed arrangement of the cathode and the anode plate has the effect, in particular, that the cathode and the anode plate rotate together at the same rotational speed. Usually the vacuum housing with the cathode and the Anode plate connected in such a way that the vacuum housing, the cathode and the anode plate rotate together at the same rotational speed, in particular, in other words, cannot be rotated relative to one another.
Der Kathodenträger ermöglicht insbesondere das Anordnen der mehreren Feldeffekt-Emitternadeln. Der Kathodenträger ist insbesondere kein Teil des Vakuumgehäuses. Der Kathodenträger ist vom Vakuumgehäuse zumindest teilweise beabstandet. Der Kathodenträger ist insbesondere in einem Randbereich des Kathodenträgers vom Vakuumgehäuse beabstandet. Der Kathodenträger kann einen zentralen Bereich aufweisen, in welchem der Kathodenträger mit dem Vakuumgehäuse verbunden ist. Der Kathodenträger kann ringförmig und/oder tellerförmig und/oder rotationssymmetrisch sein. Der Kathodenträger kann beispielsweise Metall und/oder einen hitzebeständigen Kunststoff, beispielsweise Epoxidharz, aufweisen. Der Kathodenträger mit den mehreren Feldeffekt-Emitternadeln weist üblicherweise dieselbe Drehgeschwindigkeit auf wie die Kathode.The cathode carrier enables, in particular, the arrangement of the multiple field effect emitter needles. In particular, the cathode carrier is not part of the vacuum housing. The cathode carrier is at least partially spaced from the vacuum housing. The cathode carrier is spaced apart from the vacuum housing, in particular in an edge region of the cathode carrier. The cathode carrier can have a central area in which the cathode carrier is connected to the vacuum housing. The cathode carrier can be ring-shaped and / or plate-shaped and / or rotationally symmetrical. The cathode support can, for example, have metal and / or a heat-resistant plastic, for example epoxy resin. The cathode carrier with the multiple field effect emitter needles usually has the same rotational speed as the cathode.
Die mehreren Feldeffekt-Emitternadeln sind vorzugsweise in einem kontinuierlichen Ring angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können die mehreren Feldeffekt-Emitternadeln in mehreren Reihen mit unterschiedlichem Radius ringförmig angeordnet sein. Vorzugsweise ist ein Abstand zwischen den mehreren Feldeffekt-Emitternadeln so gering und/oder die Drehgeschwindigkeit so hoch, dass eine thermische Überbelastung einer angeschalteten Feldeffekt-Emitternadel vermieden werden kann. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die mehreren Feldeffekt-Emitternadeln in verschiedene Pixel unterteilt sind, welche vorzugsweise gruppenweise angeschaltet oder abgeschaltet werden können. Zumindest eine Feldeffekt-Emitternadel der mehreren Feldeffekt-Emitternadeln kann vorzugsweise individuell, insbesondere unabhängig von den anderen Feldeffekt-Emitternadeln, angeschaltet oder abgeschaltet werden. Die mehreren Feldeffekt-Emitternadeln, insbesondere in der Anordnung in mehreren Reihen, ermöglichen vorteilhafterweise einen Brennfleck mit verschiedenen Größen vorgeben zu können. Vorteilhafterweise weist die Drehkolben-Röntgenröhre daher keine elektromagnetische und/oder elektrostatische Ablenkvorrichtung auf. Die mehreren Feldeffekt-Emitternadeln sind vorzugsweise für eine Flying-Focal-Spot-Ansteuerung in z- und/oder phi-Richtung geeignet. Üblicherweise können die mehreren Feldeffekt-Emitternadeln derart schnell angeschaltet bzw. abgeschaltet werden, dass ein Sperren des Elektronenstroms, insbesondere ohne Sperrgitter, ermöglicht ist und/oder dass trotz der Rotation der Drehkolben-Röntgenröhre relativ zu einem Untersuchungsobjekt die Richtung der Röntgenstrahlung und/oder der Brennfleck auf der ringförmigen Brennbahn im Wesentlichen konstant gehalten werden kann.The multiple field effect emitter needles are preferably arranged in a continuous ring. Alternatively or additionally, the plurality of field effect emitter needles can be arranged in a ring in a plurality of rows with different radii. A distance between the plurality of field effect emitter needles is preferably so small and / or the speed of rotation is so high that thermal overloading of a connected field effect emitter needle can be avoided. In principle, it is conceivable that the multiple field effect emitter needles are subdivided into different pixels, which can preferably be switched on or off in groups. At least one field effect emitter needle of the plurality of field effect emitter needles can preferably be switched on or off individually, in particular independently of the other field effect emitter needles. The multiple field effect emitter needles, in particular in the arrangement in multiple rows, advantageously allow one To be able to specify focal point with different sizes. The rotary piston x-ray tube therefore advantageously has no electromagnetic and / or electrostatic deflection device. The multiple field effect emitter needles are preferably suitable for a flying focal spot control in the z and / or phi direction. Usually, the multiple field effect emitter needles can be switched on or off so quickly that it is possible to block the flow of electrons, in particular without a blocking grid, and / or that despite the rotation of the rotary piston X-ray tube relative to an examination subject, the direction of the X-rays and / or the Focal spot can be kept essentially constant on the annular focal path.
Zumindest eine Feldeffekt-Emitternadel der mehreren Feldeffekt-Emitternadeln weist Silizium und/oder Kohlenstoff auf. Die zumindest eine Feldeffekt-Emitternadel kann insbesondere eine Kohlenstoff-Nanoröhre oder ein Silizium-Nanoröhre sein. Vorteilhafterweise ist der zumindest einen Feldeffekt-Emitternadel eine Strombegrenzungseinrichtung zugeschaltet, welche ein Überlasten der zumindest einen Feldeffekt-Emitternadel verhindern kann. Typischerweise sind die mehreren Feldeffekt-Emitternadeln, zumindest teilweise, identisch aufgebaut und/oder in Gruppen, beispielsweise in Pixeln, angeordnet.At least one field effect emitter needle of the plurality of field effect emitter needles has silicon and / or carbon. The at least one field effect emitter needle can in particular be a carbon nanotube or a silicon nanotube. Advantageously, the at least one field effect emitter needle is connected to a current limiting device which can prevent overloading of the at least one field effect emitter needle. Typically, the plurality of field effect emitter needles are at least partially constructed identically and / or are arranged in groups, for example in pixels.
Ein Anschalten der zumindest einen Feldeffekt-Emitternadel umfasst typischerweise ein Anlegen einer Spannung an die zumindest eine Feldeffekt-Emitternadel, wodurch Elektronen aus der zumindest einen Feldeffekt-Emitternadel gemäß einem Feldeffekt an einer Spitze der Emitternadel emittiert werden. Die somit emittierten Elektronen treffen typischerweise auf dem Anodenteller auf. Ein Abschalten der zumindest einen Feldeffekt-Emitternadel umfasst typischerweise das Sperren der angelegten Spannung. Im Vergleich zu einer herkömmlichen thermoionischen Elektronen-Emission ist die Spannung vorteilhafterweise gering, wodurch die zumindest eine Feldeffekt-Emitternadel mit einer wesentlich höheren Taktfrequenz, beispielsweise im kHz- und/oder MHz-Bereich, angesteuert werden kann. Üblicherweise überwiegt eine Anzahl der abgeschalteten Feldeffekt-Emitternadeln eine Anzahl der angeschalteten Feldeffekt-Emitternadeln. Typischerweise ist ein Winkelbereich, in welchem die angeschalteten Feldeffekt-Emitternadeln liegen, kleiner 90°. In diesem Fall sind die Feldeffekt-Emitternadeln in einem Winkelbereich von 270° typischerweise ausgeschaltet. In diesem Fall könnte also beispielsweise jede vierte Feldeffekt-Emitternadel der mehreren Feldeffekt-Emitternadeln angeschaltet sein. Die zumindest einen Feldeffekt-Emitternadel wird typischerweise getaktet angeschaltet und abgeschaltet. Der Takt korreliert typischerweise mit der Drehgeschwindigkeit.
Dass die Elektronen derart steil, insbesondere in dem Einfallswinkel kleiner 15°, auf der Brennbahn auftreffen, hat insbesondere folgende Vorteile:
Ein Anteil der an der Anode zurückgestreuten Elektronen ist vorteilhafterweise kleiner als bei einem größeren Einfallswinkel. In diesem Fall ist also ein Wirkungsgrad der Drehkolben-Röntgenröhre vorzugsweise erhöht. Typischerweise ist der elektrische Strom der zurückgestreuten Elektronen, welcher über das Metall des Vakuumgehäuse abgeführt wird, geringer.Switching on the at least one field effect emitter needle typically includes applying a voltage to the at least one field effect emitter needle, whereby electrons are emitted from the at least one field effect emitter needle according to a field effect at a tip of the emitter needle. The electrons emitted in this way typically hit the anode plate. Switching off the at least one field effect emitter needle typically includes blocking the applied voltage. In comparison to a conventional thermionic electron emission, the voltage is advantageously low, whereby the at least one field effect emitter needle with a significantly higher clock frequency, for example in the kHz and / or MHz range, can be controlled. Usually, a number of the switched off field effect emitter needles outweighs a number of the switched on field effect emitter needles. An angle range in which the connected field effect emitter needles are located is typically less than 90 °. In this case, the field effect emitter needles are typically switched off in an angular range of 270 °. In this case, for example, every fourth field effect emitter needle of the plurality of field effect emitter needles could be switched on. The at least one field effect emitter needle is typically switched on and off in a clocked manner. The clock typically correlates with the speed of rotation.
The fact that the electrons strike the focal path at such a steep angle, in particular at the angle of incidence less than 15 °, has the following advantages in particular:
A proportion of the electrons scattered back at the anode is advantageously smaller than in the case of a larger angle of incidence. In this case, the efficiency of the rotary piston X-ray tube is preferably increased. Typically, the electrical current of the backscattered electrons, which is carried away via the metal of the vacuum housing, is lower.
Ein weiterer Vorteil ist insbesondere, dass die zurückgestreuten Elektronen einen im Vergleich zum Einfallswinkel gleich steilen Ausfallswinkel aufweisen, wodurch vorzugsweise weniger zurückgestreute Elektronen auf das ringförmige Austrittfenster auftreffen. Vorteilhafterweise kann dadurch die extra-fokale Röntgenstrahlung verringert werden im Vergleich zu einem größeren Einfallswinkel.Another advantage is, in particular, that the backscattered electrons have an angle of reflection which is equally steep in comparison to the angle of incidence, as a result of which fewer backscattered electrons preferably impinge on the annular exit window. In this way, the extra-focal X-ray radiation can advantageously be reduced in comparison with a larger angle of incidence.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die Drehkolben-Röntgenröhre keine elektromagnetische und/oder elektrostatische Ablenkvorrichtung aufweist, weil dadurch ein Gewicht der Drehkolben-Röntgenröhre verringert ist im Vergleich zu einer herkömmlichen Drehkolben-Röntgenröhre mit einer derartigen Ablenkvorrichtung. Die erfindungsgemäße Drehkolben-Röntgenröhre weist insbesondere eine Elektronen-optische Abbildung von 1 zu 1 auf, wodurch vorteilhafterweise keine elektromagnetische und/oder elektrostatische Ablenkvorrichtung benötigt wird.It is furthermore advantageous that the rotary piston x-ray tube does not have an electromagnetic and / or electrostatic deflection device, because this reduces the weight of the rotary piston x-ray tube compared to a conventional rotary piston x-ray tube with such a tube Deflector. The rotary piston X-ray tube according to the invention has, in particular, an electron-optical mapping from 1 to 1, as a result of which advantageously no electromagnetic and / or electrostatic deflection device is required.
Die im folgenden beschriebenen Ausführungsformen sind vorteilhafterweise zusätzlich zu der Ausführungsform gemäß Anspruch 1, bei welchem der Einfallswinkel kleiner ist als 15°, vorzugsweise für einen Einfallswinkel kleiner 5°, besonders vorteilhafterweise für einen Einfallswinkel im Wesentlichen gleich 0° geeignet.The embodiments described below are advantageously in addition to the embodiment according to claim 1, in which the angle of incidence is less than 15 °, preferably for an angle of incidence less than 5 °, particularly advantageously suitable for an angle of incidence essentially equal to 0 °.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Kathodenträger kegelförmig ist, wobei die mehreren Feldeffekt-Emitternadeln auf einer Innenseite des kegelförmigen Kathodenträgers angeordnet sind und wobei der Kegel des Kathodenträgers einen derartigen Innenwinkel aufweist, dass die emittierten Elektronen in dem Einfallswinkel kleiner 15° auf der Brennbahn auftreffen. Der kegelförmige Kathodenträger kann eine flache, insbesondere scheibenförmige Deckseite, aufweisen. Die Deckseite ist insbesondere der zentrale Bereich des Kathodenträgers. Der Kathodenträger, insbesondere die Innenseite des Kathodenträgers, ist vorzugsweise im Wesentlichen komplementär zu dem Anodenteller, insbesondere zu der Mantelfläche des Anodentellers, ausgebildet. Der kegelförmige Kathodenträger ermöglicht vorteilhafterweise, dass das Vakuumgehäuse verkleinert und/oder ein Gewicht des Kathodenträgers verringert werden kann, weil die Form des Kathodenträgers an die Form des Anodentellers angepasst ist. Die Form des Kathodenträgers kann insbesondere die Form des Vakuumgehäuses vorgeben, wobei der Kathodenträger zumindest teilweise vom Vakuumgehäuse beabstandet ist. Besonders vorteilhafterweise weist der Kegel des Kathodenträgers einen derartigen Innenwinkel auf, dass die emittierten Elektronen in dem Einfallswinkel kleiner 5° bzw. in dem Einfallswinkel im Wesentlichen gleich 0° auf der Brennbahn auftreffen.One embodiment provides that the cathode carrier is conical, the multiple field effect emitter needles being arranged on an inside of the conical cathode carrier and the cone of the cathode carrier having an internal angle such that the emitted electrons strike the focal path at an angle of incidence of less than 15 ° . The conical cathode carrier can have a flat, in particular a disk-shaped cover side. The top side is in particular the central area of the cathode carrier. The cathode carrier, in particular the inside of the cathode carrier, is preferably designed to be essentially complementary to the anode plate, in particular to the outer surface of the anode plate. The conical cathode carrier advantageously enables the vacuum housing to be made smaller and / or a weight of the cathode carrier to be reduced because the shape of the cathode carrier is adapted to the shape of the anode plate. The shape of the cathode carrier can in particular dictate the shape of the vacuum housing, the cathode carrier being at least partially spaced from the vacuum housing. The cone of the cathode carrier particularly advantageously has an interior angle such that the emitted electrons impinge on the focal path at the angle of incidence less than 5 ° or at the angle of incidence essentially equal to 0 °.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass zwischen den mehreren Feldeffekt-Emitternadeln und dem Kathodenträger zumindest ein Feldeffekt-Emitternadel-Podest derart angeordnet ist, dass die emittierten Elektronen in dem Einfallswinkel kleiner 15° auf der Brennbahn auftreffen. Das zumindest eine Feldeffekt-Emitternadel-Podest kann insbesondere keilförmig und/oder rotationssymmetrisch und/oder ringförmig sein. Diese Ausführungsform ist insbesondere kompatibel zu dem kegelförmigen Kathodenträger. Alternativ kann das zumindest eine Feldeffekt-Emitternadel-Podest auf einem flachen Kathodenträger derart angeordnet sein, dass die emittierten Elektronen in dem Einfallswinkel kleiner 15°, vorzugsweise kleiner 5° bzw. in dem Einfallswinkel im Wesentlichen gleich 0°, auf der Brennbahn auftreffen.One embodiment provides that at least one field effect emitter needle pedestal is arranged between the multiple field effect emitter needles and the cathode carrier in such a way that the emitted electrons strike the focal path at an angle of incidence of less than 15 °. The at least one field effect emitter needle pedestal can in particular be wedge-shaped and / or rotationally symmetrical and / or ring-shaped. This embodiment is particularly compatible with the conical cathode support. Alternatively, the at least one field effect emitter needle pedestal can be arranged on a flat cathode carrier in such a way that the emitted electrons impinge on the focal path at the angle of incidence less than 15 °, preferably less than 5 ° or at the angle of incidence essentially equal to 0 °.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass zumindest eine Feldeffekt-Emitternadel der mehreren Feldeffekt-Emitternadeln in einem Abstand geringer als 5 cm von der Brennbahn angeordnet ist. Besonders vorteilhafterweise ist der Abstand geringer als 2 cm. Der Abstand kann Elektronen-Distanz und/oder E-Distanz genannt sein. Diese Ausführungsform ermöglicht eine Verkleinerung einer Ausdehnung der Drehkolben-Röntgenröhre, insbesondere weil zwischen der Kathode und dem Anodenteller keine elektromagnetische und/oder elektrostatische Ablenkvorrichtung angeordnet ist. Typischerweise ist der Abstand gleich oder größer 1 mm pro 10 kV Beschleunigungsspannung.One embodiment provides that at least one field effect emitter needle of the plurality of field effect emitter needles is arranged at a distance of less than 5 cm from the focal path. The distance is particularly advantageously less than 2 cm. The distance can be called electron distance and / or E distance. This embodiment makes it possible to reduce the size of the rotary piston X-ray tube, in particular because no electromagnetic and / or electrostatic deflection device is arranged between the cathode and the anode plate. Typically, the distance is equal to or greater than 1 mm per 10 kV acceleration voltage.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Anodenteller um eine Drehachse mit einer Drehgeschwindigkeit drehbar gelagert ist, wobei die Drehkolben-Röntgenröhre eine Schaltungsvorrichtung aufweist und wobei die Schaltungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, zumindest eine Feldeffekt-Emitternadel der mehreren Feldeffekt-Emitternadeln in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit anzuschalten. Die Drehgeschwindigkeit ist insbesondere von einer Drehfrequenz des Anodentellers abhängig. Die Schaltungsvorrichtung kann insbesondere die Drehgeschwindigkeit des Anodentellers ermitteln und/oder vorgeben. Typischerweise ist die Schaltungsvorrichtung dazu ausgebildet, die zumindest eine angeschaltete Feldeffekt-Emitternadel der mehreren Feldeffekt-Emitternadeln in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit abzuschalten. Die Drehachse entspricht typischerweise der z-Achse. Die Drehgeschwindigkeit ist typischerweise größer als 50 Hz, besonders vorteilhafterweise größer als 140 Hz, typischerweise geringer als 200 Hz.One embodiment provides that the anode plate is mounted rotatably about an axis of rotation at a rotational speed, the rotary piston X-ray tube having a circuit device and the circuit device being designed to switch on at least one field effect emitter needle of the plurality of field effect emitter needles as a function of the rotational speed. The speed of rotation is particularly dependent on a frequency of rotation of the anode plate. The circuit device can, in particular, determine and / or specify the rotational speed of the anode plate. Typically the circuit device is designed to switch off the at least one connected field effect emitter needle of the plurality of field effect emitter needles as a function of the rotational speed. The axis of rotation typically corresponds to the z-axis. The speed of rotation is typically greater than 50 Hz, particularly advantageously greater than 140 Hz, typically less than 200 Hz.
Ein erfindungsgemäßer Drehkolben-Röntgenstrahler weist
- die Drehkolben-Röntgenröhre und
- ein Röntgenstrahlergehäuse auf, wobei das Röntgenstrahlergehäuse, ein Austrittfenster, ein Kühlmedium und die Drehkolben-Röntgenröhre aufweist.
- the rotary piston X-ray tube and
- an X-ray tube housing, the X-ray tube housing having an exit window, a cooling medium and the rotary piston X-ray tube.
Das Kühlmedium kann insbesondere flüssig und/oder gasförmig sein. Das Kühlmedium umfasst beispielsweise Luft und/oder Öl und/oder Wasser.The cooling medium can in particular be liquid and / or gaseous. The cooling medium includes, for example, air and / or oil and / or water.
Die Drehkolben-Röntgenröhre ist typischerweise in dem Drehkolben-Röntgenstrahler um die Drehachse drehbar gelagert. Insbesondere sind die Kathode und der Anodenteller relativ zum Röntgenstrahlergehäuse drehbar gelagert, insbesondere mit derselben Drehgeschwindigkeit.The rotary piston X-ray tube is typically mounted in the rotary piston X-ray tube so as to be rotatable about the axis of rotation. In particular, the cathode and the anode plate are rotatably mounted relative to the x-ray emitter housing, in particular at the same rotational speed.
Das Austrittfenster ist insbesondere relativ zum ringförmigen Austrittfenster ortsfest. In anderen Worten ändert sich typischerweise ein Hauptbereich des ringförmigen Austrittfensters, welcher typischerweise dem Austrittfenster des Röntgenstrahlergehäuses am nächsten liegt, aufgrund der Rotation des Vakuumgehäuses ständig. Dieser Hauptbereich des ringförmigen Austrittfenster sowie das Austrittfenster des Röntgenstrahlergehäuses ermöglichen insbesondere das Austreten der Röntgenstrahlung aus dem Vakuumgehäuse und aus dem Röntgenstrahlergehäuse derart, dass mit der Röntgenstrahlung ein Patient und/oder ein Objekt durchleuchtet werden kann. Der Hauptbereich des ringförmigen Austrittfensters hängt typischerweise von dem Brennfleck ab. Typischerweise kann die Schaltungseinrichtung den variierenden Brennfleck, insbesondere auf der Brennbahn, vorgeben, beispielsweise durch das Anschalten oder Abschalten der zumindest einen Feldeffekt-Emitternadel, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Rotation des Anodentellers, wodurch die Elektronen der zumindest einen angeschalteten Feldeffekt-Emitternadel auf dem Anodenteller im Brennfleck vorzugsweise auftreffen.The exit window is in particular stationary relative to the annular exit window. In other words, a main area of the annular exit window, which is typically closest to the exit window of the x-ray emitter housing, typically changes continuously due to the rotation of the vacuum housing. This main area of the ring-shaped exit window and the exit window of the x-ray emitter housing allow in particular the exit of the x-ray radiation from the vacuum housing and from the x-ray tube housing in such a way that a patient and / or an object can be x-rayed with the x-ray radiation. The main area of the annular exit window typically depends on the focal point. Typically, the Circuit device specify the varying focal point, in particular on the focal path, for example by switching on or off the at least one field effect emitter needle, preferably depending on the rotation of the anode plate, whereby the electrons of the at least one switched on field effect emitter needle on the anode plate in the focal point preferably hit.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Drehkolben-Röntgenröhre in dem Röntgenstrahlergehäuse drehbar gelagert ist, wobei der Drehkolben-Röntgenstrahler eine Schaltungsvorrichtung aufweist und wobei die Schaltungsvorrichtung derart ausgebildet ist, zumindest eine Feldeffekt-Emitternadel der mehreren Feldeffekt-Emitternadeln in Abhängigkeit von dem Austrittfenster des Röntgenstrahlergehäuses anzuschalten. Vorzugsweise ist die Schaltungsvorrichtung also dazu ausgebildet, dass der Patient und/oder das Objekt mit Röntgenstrahlung durchleuchtet werden kann, wobei die Röntgenstrahlung aus dem ringförmigen Austrittfenster und dem Austrittfenster des Röntgenstrahlergehäuse austritt.One embodiment provides that the rotary piston X-ray tube is rotatably supported in the X-ray tube housing, the rotary piston X-ray tube having a circuit device and the circuit device being designed in such a way that at least one field effect emitter needle of the multiple field effect emitter needles is dependent on the exit window of the X-ray tube housing to turn on. The circuit device is therefore preferably designed so that the patient and / or the object can be transilluminated with X-ray radiation, the X-ray radiation emerging from the ring-shaped exit window and the exit window of the x-ray tube housing.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist die Schaltungsvorrichtung dazu ausgebildet, die zumindest eine Feldeffekt-Emitternadel der mehreren Feldeffekt-Emitternadeln in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit und von dem vorgebbaren Brennfleck auf der Brennbahn sowie insbesondere von dem Austrittfenster des Röntgenstrahlergehäuses anzuschalten. Typischerweise können die Drehgeschwindigkeit und eine Position des vorgebbaren Brennflecks ineinander umgerechnet werden.According to a particular embodiment, the circuit device is designed to switch on the at least one field effect emitter needle of the multiple field effect emitter needles as a function of the rotational speed and of the predeterminable focal point on the focal path and in particular of the exit window of the x-ray tube housing. Typically, the speed of rotation and a position of the predeterminable focal point can be converted into one another.
Eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung weist den Drehkolben-Röntgenstrahler und einen Röntgendetektor auf. Der Röntgendetektor ist typischerweise gegenüber von dem Austrittfenster des Drehkolben-Röntgenstrahlers angeordnet. Zwischen dem Röntgendetektor und dem Austrittfenster des Drehkolben-Röntgenstrahlers ist insbesondere der Patient für die medizinische Bildgebung und/oder das Objekt für die Werkstoffprüfung positionierbar. Der Röntgendetektor ist insbesondere zu einem Erfassen der den Patienten und/oder das Objekt durchleuchtenden Röntgenstrahlung ausgebildet. Vorzugsweise kann ein, insbesondere medizinisches, Bild basierend auf der erfassten Röntgenstrahlung rekonstruiert werden. Das Bild weist insbesondere eine höhere Bildqualität auf aufgrund der verringerten extra-fokalen Strahlung.An X-ray device according to the invention has the rotary piston X-ray source and an X-ray detector. The X-ray detector is typically arranged opposite the exit window of the rotary piston X-ray tube. Between the X-ray detector and the exit window of the rotary piston X-ray emitter is in particular the patient for medical imaging and / or the object for the Material testing can be positioned. The x-ray detector is designed, in particular, to detect the x-ray radiation illuminating the patient and / or the object. An image, in particular a medical one, can preferably be reconstructed based on the captured X-ray radiation. In particular, the image has a higher image quality due to the reduced extra-focal radiation.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Grundsätzlich werden in der folgenden Figurenbeschreibung im Wesentlichen gleich bleibende Strukturen und Einheiten mit demselben Bezugszeichen wie beim erstmaligen Auftreten der jeweiligen Struktur oder Einheit benannt.The invention is described and explained in more detail below using the exemplary embodiments shown in the figures. Basically, in the following description of the figures, structures and units that remain essentially the same are named with the same reference symbols as when the respective structure or unit first appeared.
Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Drehkolben-Röntgenröhre und
- Fig. 2
- einen Computertomographen.
- Fig. 1
- a rotary piston X-ray tube and
- Fig. 2
- a computed tomograph.
Auf einer Rückseite des Anodentellers 13 ist ein weiterer Bereich dargestellt, welcher insbesondere für eine zusätzliche Kühlung des Anodentellers 13 ausgebildet sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann dieser weitere Bereich den Anodenteller 13 mit dem Vakuumgehäuse verbinden.A further area is shown on a rear side of the
Schematisch dargestellt in
In diesem Ausführungsbeispiel ist der Kathodenträger 16 kegelförmig. Die mehreren Feldeffekt-Emitternadeln 17 sind auf einer Innenseite des kegelförmigen Kathodenträgers 16 angeordnet. Der Kegel des Kathodenträgers 16 weist einen derartigen Innenwinkel auf, dass die emittierten Elektronen in dem Einfallswinkel kleiner 15° auf der Brennbahn 14 auftreffen.In this exemplary embodiment, the
In
Je nach Konfiguration der Drehkolben-Röntgenröhre 10 ist zumindest eine Feldeffekt-Emitternadel der mehreren Feldeffekt-Emitternadeln 17 in einem Abstand A geringer als 5 cm von der Brennbahn 14 angeordnet. Besonders vorteilhafterweise ist der Abstand A geringer als 2 cm.Depending on the configuration of the rotary
Die Röntgeneinrichtung 30 weist einen Drehkolben-Röntgenstrahler 20 und einen Röntgendetektor 31 auf.The x-ray device 30 has a rotary
Der Drehkolben-Röntgenstrahler 20 weist die Drehkolben-Röntgenröhre 10 und ein Röntgenstrahlergehäuse 21 auf. Das Röntgenstrahlergehäuse 21 weist ein Austrittfenster 22, ein Kühlmedium und die Drehkolben-Röntgenröhre 10 auf.The rotary
Der Drehkolben-Röntgenstrahler 10 ist in dem Röntgenstrahlergehäuse 21 drehbar gelagert. Der Drehkolben-Röntgenstrahler 20 weist eine Schaltungsvorrichtung 23 auf und ist mit dem Drehkolben-Röntgenstrahler 10 verbunden. Die Schaltungsvorrichtung 23 ist derart ausgebildet, zumindest eine Feldeffekt-Emitternadel der mehreren nicht in
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung dennoch nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in more detail by the preferred exemplary embodiments, the invention is nevertheless not restricted by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19215135.5A EP3836187A1 (en) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | X-ray tubes with low extra-focal x-ray radiation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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EP19215135.5A EP3836187A1 (en) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | X-ray tubes with low extra-focal x-ray radiation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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EP3836187A1 true EP3836187A1 (en) | 2021-06-16 |
Family
ID=68886754
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP19215135.5A Withdrawn EP3836187A1 (en) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | X-ray tubes with low extra-focal x-ray radiation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3836187A1 (en) |
Cited By (1)
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- 2019-12-11 EP EP19215135.5A patent/EP3836187A1/en not_active Withdrawn
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