DE102008033150A1

DE102008033150A1 - Röntgenquelle sowie Röntgenanlage mit einer solchen Röntgenquelle

Info

Publication number: DE102008033150A1
Application number: DE102008033150A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Hanke; Thomas Dr. Mertelmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2028-07-16
Also published as: WO2010006846A1; CN102099888B; CN102099888A; DE102008033150B4; US20110122992A1; US8619946B2; EP2297765A1

Abstract

Röntgenquelle (2) mit einer Mehrzahl von in einer Längsrichtung (3) voneinander beabstandeten Elektronenquellen (41...4n) und einer diesen gegenüberliegend angeordneten, sich ebenfalls in Längsrichtung (3) erstreckenden gemeinsamen Anode (8). Die von den Elektronenquellen (41...4n) ausgehenden Elektronen zur Erzeugung von separaten Emissionszentren (181...18n) treffen an in Längsrichtung (3) räumlich voneinander beabstandeten Stellen auf die Anode (8). Die Anode (8) ist um eine in Längsrichtung (3) orientierte Achse (A) drehbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenquelle mit einer Mehrzahl von in einer Längsrichtung voneinander beabstandeten Elektronenquellen sowie eine Röntgenanlage mit einer solchen Röntgenquelle.
Tomographische bildgebende Röntgenverfahren, wie sie beispielsweise zur zerstörungsfreien Materialprüfung, insbesondere aber in der Medizin eingesetzt werden, durchleuchten das Untersuchungsobjekt aus verschiedenen Richtungen. Die auf diese Weise erhaltenen einzelnen Projektionen werden anschließend zu einem räumlichen Bild des Untersuchungsobjektes verrechnet. Die Beleuchtung des Untersuchungsobjektes aus verschiedenen Richtungen wird durch eine Bewegung der Röntgenquelle erzielt. So wird beispielsweise bei der in der Medizin angewandten Computertomographie (CT) der Patient von einer um diesen rotierenden Röntgenquelle beleuchtet. Die Tomosynthese stellt ein weiteres medizinisches Untersuchungsverfahren dar, mit dessen Hilfe ein räumliches Bild des Untersuchungsobjektes, in diesem Fall der Brust, gewonnen werden kann. Bei dieser speziellen Form der Mammographie wird die Brust aus in einem eingeschränkten Winkelbereich liegenden Richtungen beleuchtet. Auch bei der Tomosynthese wird die Röntgenquelle bezüglich des Untersuchungsobjektes bewegt.
Eine Bewegung der Röntgenquelle bringt jedoch stets technische Probleme mit sich. Beispielsweise treten bei schneller Bewegung hohe Trägheitskräfte auf, denen die mechanische Konstruktion der Röntgenquelle standhalten muss. Typischerweise muss die Röntgenquelle mit elektrischer Energie und Kühlwasser versorgt werden; beide Versorgungsleitungen müssen der Bewegung der Röntgenquelle folgen oder durch entsprechend technisch aufwändige Maßnahmen, wie beispielsweise Schleif kontakte oder Drehdurchführungen für eine Bewegung der Röntgenquelle ertüchtigt werden.
Um eine Bewegung der Röntgenquelle zu vermeiden, wird in J. Zhang et al.: „A multi-beam x-ray imaging system based on carbon nanotube field emitters", Medical Imaging, Vol. 6142, 614204 (2006) die Verwendung einer stationären Röntgenquelle vorgeschlagen, welche eine Mehrzahl von Röntgenstrahlemittern (auch kurz als Emitter bezeichnet) aufweist. Mit Hilfe einer solchen Röntgenquelle, die auch als Multifokusröntgenquelle bezeichnet wird, ist die Aufnahme tomographischer Bilddatensätze möglich, ohne dass eine mechanische Bewegung der Röntgenquelle erforderlich ist. Das Untersuchungsobjekt wird mit Röntgenstrahlbündeln aus verschiedenen Richtungen beleuchtet, indem die einzelnen Emitter der Multifokusröntgenquelle zeitlich nacheinander zur Emission angeregt werden. Im Laufe einer Untersuchung werden die einzelnen Emitter sequentiell oder auch gleichzeitig zur Abgabe einer Röntgendosis angeregt. Wird bei einem solchen System ein schnell auslesbarer Detektor verwendet, so sind kurze Scanzeiten möglich.
Um Röntgenaufnahmen mit hoher Auflösung bei kurzer Scanzeit des Untersuchungsobjektes zu ermöglichen, besteht der Bedarf nach Röntgenquellen mit hoher Leistung. Die Leistung bekannter Multifokusröntgenquellen ist jedoch durch deren thermische Belastbarkeit begrenzt. Wird diese überschritten, so kann es beispielsweise zu einem Aufschmelzen der Anodenoberfläche kommen. Um diese und andere Folgen thermischer Überlastung zu vermeiden, können bei herkömmlichen Röntgenquellen lediglich geringe Röntgenstrahlleistungen der einzelnen Emitter abgerufen werden. Herkömmliche Multifokusröntgenquellen sind daher auf geringe Stromstärken und kurze Emissionszeiten begrenzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Röntgenquelle sowie eine Röntgenanlage mit einer solchen Röntgenquelle anzugeben, die zur Emission mehrerer Röntgenstrahlbündel geeig net ist und hinsichtlich ihrer Röntgenstrahlleistung verbessert ist.
Die Aufgabe wird in Bezug auf die Röntgenquelle erfindungsgemäß gelöst durch eine Röntgenquelle mit den Merkmalen nach Anspruch 1.
Die erfindungsgemäße Röntgenquelle weist eine Mehrzahl von in einer Längsrichtung voneinander beabstandeten Elektronenquellen und eine diesen gegenüberliegend angeordnete, sich ebenfalls in Längsrichtung erstreckende gemeinsame Anode auf. Die von den Elektronenquellen ausgehenden Elektronen treffen auf räumlich voneinander beabstandeten Stellen auf die Anode auf, und erzeugen auf diese Weise separate, jeweils einer Elektronenquelle zugeordnete Emissionszentren. Die Anode der Röntgenquelle ist um eine in Längsrichtung orientierte Achse drehbar.
Bei einer Röntgenquelle mit den genannten Merkmalen erzeugen die auf die Anode auftreffenden Elektronen an räumlich voneinander beabstandeten Stellen Emissionszentren auf der Anode. Auf diese Weise ist es möglich eine Röntgenquelle zu konstruieren, die zur Abgabe mehrerer Röntgenstrahlbündel geeignet ist, jedoch nur eine Anode aufweist. Um den üblicherweise bei Multifokusröntgenröhren auftretenden thermischen Problemen zu begegnen, ist die gemeinsame Anode drehbar ausgestaltet. Anstatt eines Brennfleckes erzeugt der auf die im Betrieb der Röntgenquelle rotierende Anode auftreffende Elektronenstrahl eine Brennfleckbahn, die sich entlang des Umfangs der Anode erstreckt. Die Fläche dieser Brennfleckbahn ist im Vergleich zu dem auf einer fest stehenden Anode erzeugten Brennfleck wesentlich größer. Entsprechend größer ist das Volumen der Anode, welches durch die auftreffenden Elektronen erhitzt wird. Die in das Anodenmaterial eingebrachte thermische Leistung wird somit auf ein größeres Volumen verteilt. Da gegenüber einer herkömmlichen Röntgenquelle mit einer feststehenden Anode mehr Anodenmaterial mit einer vergleichs weise größeren Oberfläche erhitzt wird, kann eine effektivere Abstrahlung ihrer thermischen Energie erfolgen. Die erfindungsgemäße Röntgenquelle weist daher eine höhere thermische Belastbarkeit auf. Dieser Effekt wirkt sich bei einer Röntgenquelle, die eine Vielzahl von Emissionszentren aufweist, besonders positiv aus.
Die Drehachse der Anode erstreckt sich in Längsrichtung der Röntgenquelle. Die voneinander beabstandeten Elektronenquellen sind ebenfalls entlang dieser Längsrichtung angeordnet. Die von den Elektronenquellen ausgehenden Elektronen rufen in Längsrichtung räumlich voneinander beabstandete Emissionszentren auf ein und derselben Anode hervor. Diese Geometrie erlaubt es, eine Röntgenquelle mit separaten Emissionszentren zu realisieren und gleichzeitig eine rotierende Anode zu verwenden. Die Röntgenquelle weist vorteilhaft einen mechanisch sehr einfachen Aufbau auf, da lediglich eine gemeinsame Anode mit einer einzigen Drehachse zur Erzeugung der separaten Emissionszentren genutzt werden kann.
Nach einer ersten Ausführungsform ist die Anode ein Rotationskörper; vorzugsweise ist diese zylinderförmig. Die Anode dreht sich während des Betriebs der Röntgenquelle typischerweise mit hoher Frequenz. Indem die Anode als Rotationskörper ausgestaltet wird, kann vorteilhaft vermieden werden, dass diese eine Unwucht aufweist. Außerdem sind Rotationskörper oftmals einfach zu produzieren und sehr widerstandsfähig gegenüber auftretenden Fliehkräften (Trägheitskräften).
Die Anode der Röntgenquelle ist verschiedenen Belastungen ausgesetzt. Zum einen wirken, wie bereits erwähnt, hohe Fliehkräfte auf das Anodenmaterial, zum anderen wird die Anode durch die auftreffenden Elektronen stark erhitzt. Nicht zuletzt muss die Anode im Bereich der Brennfleckbahn aus dem für die gewünschte Röntgenemission passenden Material bestehen.
Das eine gewünschte Röntgenemission hervorrufende Material wird im Folgenden auch als Anodenmaterial bezeichnet. Ein solches Anodenmaterial ist beispielsweise Wolfram. Als Röntgenemission wird in der Regel das Bremsspektrum einschließlich der materialspezifischen und charakteristischen Röntgenlinien verwendet. Durch Einsatz entsprechender Filter können die niederenergetischen Teile des Bremsspektrums herausgefiltert werden.
Wie bereits angesprochen soll nun eine Anode möglichst vielen Anforderungen gleichzeitig gerecht werden. Insbesondere soll diese mechanisch belastbar sein, und die gewünschte Röntgenemission liefern. Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Röntgenquelle dadurch verbessert, dass deren Anode eine Verbundanode aus einem Basiskörper und einer Deckschicht ist, welche als Anodenmaterial dient. Der Basiskörper und die Deckschicht weisen unterschiedliche Materialzusammensetzungen auf. Der Aufbau und die gewählten Materialzusammensetzung einer solchen Verbundanode können flexibel den auftretenden Belastungen angepasst werden. Vorzugsweise nimmt die Deckschicht zumindest einen Teilbereich der Mantelfläche der Anode ein. Dieser Teilbereich wird sich ebenfalls bevorzugt entlang des Umfangs der Anode erstrecken. Selbstverständlich ist es auch möglich die gesamte Mantelfläche der Anode mit einer Deckschicht zu versehen.
Nach einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Deckschicht entlang des Umfangs der Anode in Form von Segmenten, die in Längsrichtung räumlich voneinander beabstandet sind. Die einzelnen Segmente der Deckschicht sind jeweils einem Emissionszentrum zugeordnet, d. h. jeweils eine von dem Elektronenstrahl einer Elektronenquelle erzeugte Brennfleckbahn befindet sich auf einem Segment. In der Regel ist das Anodenmaterial der Deckschicht teurer als dasjenige Material, welche für den Basiskörper der Anode verwendet werden kann. Ein wirtschaftlicher Umgang mit dem Anodenmaterial der Deckschicht ist daher angeraten. Indem dieses in Form von vor zugsweise ringförmigen Segmenten auf oder in den Basiskörper gebracht wird, wird lediglich soviel Anodenmaterial verwendet, wie zur Erzeugung der gewünschten Röntgenemission notwendig ist. An das Basismaterial werden ähnliche Anforderungen wie bei konventionellen Drehanoden gestellt. Typischerweise wird von dem Basismaterial gefordert, dass dieses eine hohe Wärmekapazität und eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, damit die in das Anodenmaterial eingetragene Wärme zuverlässig abgeleitet werden kann. Das Anodenmaterial hingegen wird vornehmlich hinsichtlich der gewünschten Röntgenemission ausgewählt. Damit hohe Röntgenemissionsleistungen erzielt werden können, weist das Anodenmaterial üblicherweise eine hohe Schmelztemperatur auf.
Abhängig von der Verwendung der Röntgenquelle werden in der Regel verschiedene Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche als Röntgenemissionen eingesetzt. Ein Wechsel der Röntgenemissionen geschieht üblicherweise durch einen Austausch des Anodenmaterials. Bei herkömmlichen Röntgengeräten wird zu diesem Zweck vielfach die gesamte Röntgenquelle ausgetauscht, was einen erheblichen Aufwand darstellt. Dieser Umbauaufwand wird durch die Verwendung einer Röntgenquelle nach einer Ausführungsform überflüssig, da diese bereits zwei verschiedene Anodenmaterialien zur Abgabe zweier verschiedener Röntgenemissionen umfasst. Eine solche Röntgenquelle weist eine Anode mit einer Deckschicht auf, die in Segmente einer ersten Segmentgruppe und in Segmente einer zweiten Segmentgruppe unterteilt ist. Jeweils ein Segmente der ersten Segmentgruppe und ein Segment der zweiten Segmentgruppe sind in Längsrichtung paarweise nebeneinander angeordnet. Die Segmente der ersten Segmentgruppe und die Segmente der zweiten Segmentgruppe weisen eine unterschiedliche Materialzusammensetzung auf. Das heißt: Die Segmente sind paarweise auf der Anode angeordnet, wobei jeweils ein Segment der ersten Segmentgruppe und ein Segment der zweiten Segmentgruppe zu einem Paar zusammengefasst sind. Die Segmente sind derart angeordnet, dass jeweils Segmente unterschiedlicher Segmentgruppen direkt benachbart sind.
Bei einer Röntgenquelle gemäß der vorstehenden Ausführungsform ist es möglich, ohne dass einen Wechsel der Röntgenquelle selbst durchgeführt werden muss, die Röntgenemissionen zweier verschiedener Materialien zu nutzen. Der Elektronenstrahl wird, abhängig davon welche Röntgenemission gewünscht ist, wahlweise auf die Segmente der erste oder die Segmente der zweiten Segmentgruppe gerichtet.
Der Wechsel des Anodenmaterials kann sowohl durch eine Verschiebung des Elektronenstrahls als auch durch eine Verschiebung der Anode bewirkt werden. Da die Segmente eines Paares in Längsrichtung untereinander beabstandet sind, erfolgt eine solche Verschiebung in Längsrichtung.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist zumindest eine der Elektronenquellen derart ausgestaltet, dass die von ihr ausgehenden Elektronen in einer solchen Richtung auf die Oberfläche der Anode treffen, die von deren Oberflächennormalen am Auftreffpunkt der Elektronen verschieden ist. Mit anderen Worten trifft der von der Elektronenquelle ausgehende Elektronenstrahl – betrachtet in einer Ebene, die die Drehachse der Anode enthält, und im Wesentlichen senkrecht zur Strahlrichtung des Elektronenstrahls orientiert ist – die Anode in einem Bereich zwischen deren Rand und deren Drehachse. Durch die Anregung des Anodenmaterials in einem solchen außermittig gelegenen Bereich, hat die entstehende Röntgenstrahlung einen kurzen Weg durch das Anodenmaterial, was diese vorteilhaft lediglich unwesentlich abschwächt.
Zur effektiveren Anregung des Anodenmaterials ist, nach einer Ausführungsform, die zumindest eine Elektronenquelle derart ausgestaltet, dass die Elektronen in einer zumindest annähernd senkrecht zu der Längsrichtung der Anode orientierten Richtung auf diese auftreffen.
Zur Veränderung der Emissionscharakteristik der Röntgenquelle besteht der Wunsch, die Brennfleckgröße des Elektronenstrahls auf der Oberfläche der Anode einstellen zu können. Nach einer Ausführungsform sind daher zumindest eine Elektronenquelle und die Anode derart relativ zueinander beweglich, so dass die Richtung in der die ausgesandten Elektronen auf die Oberfläche der Anode treffen in einer Querrichtung, die sowohl senkrecht zu der Längsrichtung als auch senkrecht zu der Richtung der Elektronen orientiert ist, verstellbar ist. Eine alternative Möglichkeit besteht nach einer weiteren Ausführungsform darin, dass die zumindest eine Elektronenquelle derart ausgestaltet ist, dass diese bezüglich der Anode in einer Querrichtung verstellbar ist.
Nach den beiden genannten Ausführungsformen wird durch die Verstellung des Elektronenstrahls und/oder durch die Verschiebung der Anode eine Veränderung der Brennfleckgröße bewirkt. Die Größe des Brennflecks hat einen direkten Einfluss auf die physikalische Ortsauflösung, die mit der Röntgenquelle erzielt werden kann. Ein besonders kleiner Brennfleck, der eine hohe physikalische Ortsauflösung ermöglichen würde, hat den Nachteil, dass die Anode thermisch sehr stark belastet wird. Ein großer Brennfleck hingegen sorgt für eine niedrige thermische Belastung der Anode, wobei jedoch die physikalische Ortsauflösung geringer ausfällt. Die Möglichkeit die Brennfleckgröße zu verändern schafft dem Benutzer nun die Freiheit, beispielsweise bei geringer benötigter Röntgenleistung eine geringe Brennfleckgröße einzustellen und somit eine hohe Ortsauflösung zu erzielen. Soll hingegen die Röntgenemissionsleistung besonders hoch ausfallen, wobei die Ortsauflösung von nachrangigem Interesse ist, so hat der Benutzer die Möglichkeit zum Schutz der Röntgenquelle vor thermischer Überlastung die Brennfleckgröße zu vergrößern.
Bezüglich der Röntgenanlage wird die Aufgabe gelöst, durch eine Röntgenanlage mit den Merkmalen des Anspruches 14.
Die erfindungsgemäße Röntgenanlage weist eine Röntgenquelle nach einem der vorstehenden Ansprüche auf. Bei der Röntgenanlage wird ein Untersuchungsobjekt aus einer Mehrzahl von verschiedenen Beleuchtungsrichtungen beleuchtet, wobei diese jeweils einem Emissionszentrum der Röntgenquelle zugeordnet sind. Da die zuvor erläuterte Röntgenquelle zur Erzeugung hoher Emissionsleistungen geeignet ist, können mit der erfindungsgemäßen Röntgenanlage kurze Belichtungszeiten bei hoher Auflösung und gleichzeitig feststehender Röhre realisiert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Röntgenquelle sowie der erfindungsgemäßen Röntgenanlage gehen aus den vorstehend nicht angesprochenen Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen:
1 und 2 je eine Röntgenquelle in einem Längsschnitt,
3 die Röntgenquelle gem. 1 im Querschnitt,
4 deren Anode in einer Querschnittsansicht und
5 eine Mammographieanlage.
1 zeigt eine Röntgenquelle 2, wie sie beispielsweise in einer Mammographieanlage zur Erzeugung tomosynthetischer Bilddatensätze eingesetzt werden kann. Die Röntgenquelle 2 kann in gleicher Weise für andere Röntgenanlagen verwendet werden, bei denen das Untersuchungsobjekt aus einer Vielzahl verschiedener Richtungen beleuchtet wird. Die Röntgenquelle 2 umfasst eine Mehrzahl von in Längsrichtung 3 der Röntgenquelle 2 nebeneinander angeordneten Elektronenquellen 4₁ bis 4_n . Die Elektronenquellen 4₁ bis 4_n umfassen jeweils eine Kathode auf der Basis von Carbon-Nanotubes, es können jedoch in glei cher Weise herkömmliche Glühkathoden verwendet werden. Strahlformende Komponenten, wie beispielsweise ein Wehneltzylinder sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Die nach der Art eines Arrays in Längsrichtung 3 nebeneinander angeordneten Elektronenquellen 4₁ bis 4_n können einzeln angesteuert werden, so dass diese einzeln oder in Gruppen je einen Elektronenstrahl 6₁ ...6_n aussenden, der auf die Oberfläche der im Betrieb der Röntgenquelle 2 rotierenden Anode 8 gerichtet ist. Die im Wesentlichen zylinderförmige Anode 8 ist über eine Welle 9 um eine Achse A rotierbar in dem Gehäuse 10 der Röntgenquelle 2 gehalten.
Bei der Anode 8 handelt es sich um eine Verbundanode aus einem Basiskörper 12 und einer Deckschicht, die von einer Vielzahl von in Längsrichtung 3 untereinander beabstandeten Segmenten 14₁ bis 14_n gebildet ist. Jeder Elektronenquelle 4₁ bis 4_n ist ein dieser gegenüberliegendes Segment 14₁ bis 14_n zugeordnet. Ein von der Elektronenquelle 4_i ausgehender Elektronenstrahl 6_i ist also auf das Segment 14_i gerichtet.
Das Material der Segmente 14₁ bis 14_n bestimmt die Art der Röntgenemission der Röntgenquelle 2. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Segmente 14₁ bis 14_n der Deckschicht aus Molybdän.
Die Röntgenquelle 2 ist entsprechend der Anzahl ihrer Elektronenquellen 4₁ bis 4_n und Segmente 14₁ bis 14_n dazu geeignet n Röntgenstrahlbündel gleichzeitig oder nacheinander abzugeben. Dies geschieht durch entsprechende Ansteuerung der Elektronenquellen 4₁ bis 4_n . Die von den auf die Segmente 14₁ ...14_n auftreffenden Elektronen erzeugten Emissionszentrum sind entsprechend den Segmenten 14₁ ...14_n selbst in Längsrichtung 3 untereinander beabstandet. Folglich ist die Röntgenquelle 2 dazu geeignet Röntgenstrahlbündel, die aus verschiedenen Richtungen kommen, abzugeben. Da während des Betriebs der Röntgenquelle 2 die Anode 8 um die Achse A rotiert, bildet sich in Umfangsrichtung der Anode 8, entlang der Segmente 14₁ bis 14_n eine von dem jeweiligen Elektronenstrahl 6₁ bis 6_n erhitzte Brennfleckbahn aus. Vorzugsweise ist die Breite der Segmente 14₁ bis 14_n gerade so gewählt, dass diese im Wesentlichen der Breite der Brennfleckbahn entspricht. Die in die Anode 8 eingebrachte Wärme wird überwiegend in Form von Strahlung wieder abgegeben. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, dass die Anode 8 in ihrem Inneren von Kühlkanälen durchzogen ist, so dass diese von einem Kühlmedium, welches beispielsweise über die Achse 9 der Anode 8 zugeführt wird, aktiv gekühlt werden kann.
Der Basiskörper 12 und die Segmente 14₁ bis 14_n sind aus unterschiedlichen Materialien gefertigt. Während das Material der Segmente 14₁ bis 14_n die Art der Röntgenemission der Röntgenquelle 2 bestimmt, dient der Basiskörper 12 hauptsächlich dazu, die von den Elektronenstrahlen 6₁ bis 6_n in die Segmente 14₁ bis 14_n eingebrachte Wärme abzuleiten. Aus diesem Grund sind die Segmente 14₁ bis 14_n in die Oberfläche des Basiskörpers 12 eingelassen, der wegen seiner guten Wärmeleitfähigkeit aus Graphit gefertigt ist. Die einen Teil der Mantelfläche des Basiskörpers 12 einnehmenden Segmente 14₁ bis 14_n erstrecken sich entlang des Umfangs des Basiskörpers 12 und sind vorzugsweise in Form von Reifen bzw. Ringen ausgebildet.
Die Emission der Röntgenquelle 2 ist abhängig von dem Material der Segmente, welches die gleiche Funktion und Aufgabe wie das Material der Anode bei herkömmlichen Röntgenquellen hat. Aus diesem Grund wird das Material der Segmente 14₁ bis 14_n auch als Anodenmaterial bezeichnet.
2 zeigt eine weitere Röntgenquelle 2, welche zwei verschiedene Anodenmaterialien aufweist. Die Röntgenquelle 2 ist zur Abgabe von zwei verschiedenen Röntgenspektren (oder allgemein von zwei verschiedenen Röntgenemissionen) geeignet.
Die Anode 8 umfasst Segmente 14_1a , 14_1b bis 14_na , 14_nb , die in zwei Segmentgruppen mit den Indizes a und b unterteilt sind. Die Segmente 14_1a bis 14_na der Segmentgruppe a sind aus Molybdän, während die Segmente 14_1b bis 14_nb der Segmentgruppe b aus Wolfram sind. Die Segmente 14_1a , 14_1b bis 14_na , 14_nb sind paarweise zusammengefasst, zwei Segmente 14_ia , 14_ib sind einer Elektronenquelle 4_i zugeordnet.
Zur Erzeugung verschiedener Röntgenemissionen wird der von der Röntgenquelle 4i ausgehende Elektronenstrahl 6_i mit Hilfe von Ablenkspulen 16 wahlweise als Elektronenstrahl 6_ia auf das Molybdän-Segment 14_ia oder als Elektronenstrahl 6_ib auf das Wolfram-Segment 14_ib gerichtet. Es ist nun möglich die Elektronenstrahlen 6₁ bis 6_n aller Elektronenquellen 4₁ bis 4_n entweder auf die Molybdän-Segmente 14_1a bis 14_na oder auf die Wolfram-Segmente 14_1b bis 14_nb zu richten. In diesem Fall würde die Röntgenemission der gesamten Röntgenquelle 2 umgeschaltet. Es ist jedoch ebenso möglich, gezielt lediglich einzelne der Elektronenquellen 4₁ bis 4_n umzuschalten, so dass eine Röntgenquelle 2 mit gemischter Emissionscharakteristik entsteht.
Ein Wechsel der Röntgenemission der Röntgenquelle 2 kann – wie beschrieben – durch eine Ablenkung der Elektronenstrahlen 6₁ bis 6_n mit Hilfe von Ablenkspulen 16 erfolgen. Alternativ kann die Anode 8 in Längsrichtung 3 um einen entsprechenden Betrag verschoben werden, so dass die Elektronenstrahlen 6₁ bis 6_n in Folge der Verschiebung beispielsweise statt ursprünglich die Molybdän-Segmente 14_1a bis 14_na nunmehr die Wolfram-Segment 14_1b bis 14_nb treffen.
3 zeigt eine Querschnittsansicht der der in 1 gezeigten Röntgenquelle 2 entlang der mit III-III bezeichneten Schnittebene. Der von der Elektronenquelle 4_n ausgehende Elektronenstrahl 6_n trifft auf die innerhalb des Gehäuses 10 um die Achse A rotierende Anode 8 im Bereich des Segmentes 14_n . Durch den Elektronenbeschuss wird innerhalb des Ano denmaterials des Segmentes 14_n ein Emissionszentrum 18_n hervorgerufen. Üblicherweise wird dieses auch als Brennfleck bezeichnet. Der von dem Emissionszentrum 18_n ausgehende Röntgenstrahl 20_n verlässt das Material des Segmentes 14_n und wird durch das Fenster 22_n begrenzt. Der von dem Emissionszentrum 18_n ausgehende Röntgenstrahl 20_n kann außer durch das in 3 dargestellte Fenster 23_n außerdem durch weitere nicht dargestellte optische Komponenten, wie beispielsweise Kollimatorblenden begrenzt werden. Die Emissionscharakteristik der Röntgenquelle 2 kann durch eine Verschiebung der Elektronenquelle 4_n in eine Querrichtung 24, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse A bzw. der nicht in der in 3 nicht dargestellten Längsrichtung 3 orientiert ist, verändert werden. Die Querrichtung 24 ist außerdem im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung des Elektronenstrahls 6_n , der von der Elektronenquelle 4_n ausgesendet wird, orientiert.
4 zeigt eine Detailansicht der in 3 dargestellten Röntgenquelle 2, wobei die Elektronenquelle 4_n sowohl in ihrer in 3 gezeigten Position als auch in einer in Querrichtung 24 verschobenen Position als Elektronenquelle 4_n' dargestellt ist. Entsprechend dieser Verschiebung trifft der Elektronenstrahl 6_n die Oberfläche der Anode 8 als nun als Elektronenstrahl 6_n' unter einem anderen Winkel.
Die Einstrahlrichtung der beiden Elektronenstrahlen 6_n , 6_n' vor und nach der Verschiebung der Elektronenquelle 4_n wird im Folgenden relativ zu der Oberflächennormalen N bzw. N' der Anode 8 betrachtet. Nach einer Verschiebung in Querrichtung 24 trifft der Elektronenstrahl 6_n' die Oberfläche der Anode 8 in einem näher an deren Drehachse A gelegenen Bereich. Der Winkel zwischen der Einstrahlrichtung des Elektronenstrahls 6_n und der Oberflächennormalen N vor der Verschiebung ist größer als der Winkel zwischen Elektronenstrahl 6_n' und der Oberflächennormalen N' nach deren Verschiebung. Infolge der Verschiebung des Elektronenstrahls 6_n verändert sich die Lage des Emissionszentrums bzw. Brennflecks 18_n .
Trifft der Elektronenstrahl 6_n' achsnah auf die Oberfläche der Anode 8, d. h. der Winkel zwischen der Auftreffrichtung des Elektronenstrahls 6_n' und der Oberflächennormalen N' der Anoden 8 ist klein, ist so entsteht ein kurzer Brennfleck 18_n'. Trifft der Elektronenstrahl 6_n hingegen achsfern auf die Anode 8, d. h. der Winkel zwischen seiner Auftreffrichtung und der Oberflächennormalen N ist groß, so entsteht ein in Umfangsrichtung der Anode 8 in die Länge gezogenen Brennfleck 18_n . Ein kurzer Brennfleck 18_n' ermöglicht eine hohe physikalische Ortsauflösung, führt jedoch ebenfalls zu einer hohen thermischen Belastung des Anodenmaterials in Form des Segmentes 14_n . Ein größerer Brennfleck 18_n sorgt dafür, dass die thermische Energie des der im Anodenmaterial abgebremsten Elektronen des auftreffenden Elektronenstrahls 6_n in ein größeres Volumen der Anode 8 verteilt wird. Dies führt dazu, dass die thermische Belastung der Anode 8 auf Kosten einer geringeren physikalischen Ortsauflösung sinkt.
Die Verschiebung des Elektronenstrahls 6_n , 6_n' in die Querrichtung 24 kann ebenso wie folgt beschrieben werden: Es wird lediglich zur Verdeutlichung eine Ebene E eingeführt, die die Drehachse A enthält und im Wesentlichen senkrecht zu den Elektronenstrahlen 6_n , 6_n' orientiert ist. Durch Verlängerung der Richtungen der Elektronenstrahlen 6_n , 6_n' bis in die Ebene E werden Auftreffpunkte 26, 26' konstruiert. Die in der Ebene E liegenden Auftreffpunkte 26, 26' liegen stets zwischen dem äußeren Rand der Anode 8 und deren Achse A. Infolge einer Verschiebung in Querrichtung 24 wandert der Auftreffpunkt 26, 26' wahlweise in einen achsnahem Bereich oder in einen Bereich nahe des Randes der Anode 8.
Die Röntgenquelle 2 ist in Röntgengeräten einsetzbar, bei denen ein Untersuchungsobjekt aus verschiedenen Richtungen bestrahlt wird. Beispiele für solche Röntgengeräte aus dem Bereich der Medizintechnik sind: Mammographiegeräte, Computertomographen (CT) oder Geräte für die Rotationsangiographie.
Im Folgenden wird der Einsatz einer Röntgenquelle 2 beispielhaft anhand der in 5 dargestellten Mammographieanlage 28 erläutert. Diese weist eine Röntgenquelle 2 auf, wie sie 1 zeigt. Die Röntgenquelle 2 umfasst schematisch dargestellte Röntgenemitter 29₁ bis 29_n auf, die sich in Längsrichtung 3 der Röntgenquelle 2 erstrecken. Ein Röntgenemitter 29, ...29_n umfasst jeweils zumindest eine Elektronenquelle 4 und das ihr zugeordnete Segment 14 der Anode 8. Indem unterschiedliche Röntgenemitter 29₁ bis 29_n der Röntgenquelle 2 zur Emission angeregt werden, kann die zwischen einem Detektor 30 und einer Kompressionsplatte 32 befindliche Brust 34 aus verschiedenen Beleuchtungsrichtungen 36₁ bis 36_n durchstrahlt werden. Zu diesem Zweck werden beispielsweise in zeitlicher Abfolge die einzelnen Röntgenemitter 29₁ bis 29_n zur Emission angeregt. Wird beispielsweise das Emissionszentrum 29_i zur Emission angeregt, so wird die Brust 34 aus der Richtung 36i durchstrahlt. Wenn das Emissionszentrum 29_n zur Emission angeregt wird, wird die Brust 34 aus der Richtung 36_n beleuchtet. Eine Mammographieanlage 28 wie sie 5 zeigt, ist zur Aufnahme tomosynthetischer Bilddatensätze geeignet.

2: Röntgenquelle
3: Längsrichtung
4₁...4_n, 4_n', 4_i: Elektronenquelle
6₁...6_n, 6_n', 6_i, 6_1a...6_na, 6_ia, 6_1b...6_nb, 6_ib: Elektronenstrahl
8: Anode
9: Welle
10: Gehäuse
12: Basiskörper
14₁...14_n, 14_i, 14_1a...14_na, 14_ia, 14_1b...14_nb, 14_ib: Segmente
16: Ablenkspulen
18₁...18_n: Emissionszentrum
20_n, 20_n': Röntgenstrahl
22_n: Fenster
24: Querrichtung
26, 26': Auftreffpunkt
28: Mammographieanlage
29₁...29_n, 29_i: Röntgenemitter
30: Detektor
32: Kompressionsplatte
34: Brust
36₁...36_n, 36_i: Beleuchtungsrichtungen
A: Achse
E: Ebene
N, N': Oberflächennormale

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- J. Zhang et al.: „A multi-beam x-ray imaging system based on carbon nanotube field emitters”, Medical Imaging, Vol. 6142, 614204 (2006) [0004]

Claims

Röntgenquelle (2) mit einer Mehrzahl von in einer Längsrichtung (3) voneinander beabstandeten Elektronenquellen (4₁ ...4_n ) und einer diesen gegenüberliegend angeordneten, sich ebenfalls in Längsrichtung (3) erstreckenden gemeinsamen Anode (8), wobei die von den Elektronenquellen (4₁ ...4_n ) ausgehenden Elektronen zur Erzeugung von separaten, jeweils einer Elektronenquelle (4₁ ...4_n ) zugeordneten Emissionszentren (18₁ ...18_n ), an in Längsrichtung (3) räumlich voneinander beabstandeten Stellen auf der Anode (8) auftreffen, und wobei die Anode (8) um eine in Längsrichtung (3) orientierte Achse (A) drehbar ist.
Röntgenquelle (2) nach Anspruch 1, bei der die Anode (8) ein Rotationskörper ist.
Röntgenquelle (2) nach Anspruch 1 oder 2, deren rotierbare Anode (8) eine Verbundanode aus einem Basiskörper (12) und einer als Anodenmaterial dienenden Deckschicht ist, wobei der Basiskörper (12) und die Deckschicht unterschiedliche Materialzusammensetzungen aufweisen.
Röntgenquelle (2) nach Anspruch 3, bei der die Deckschicht in den Basiskörper (12) der Anode (8) eingelassen ist.
Röntgenquelle (2) nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Deckschicht in sich entlang des Umfangs der Anode (8) erstreckende Segmente (14₁ ...14_n ) unterteilt ist, die in Längsrichtung (3) räumlich voneinander beabstandet sind.
Röntgenquelle (2) nach Anspruch 5, bei der die Deckschicht in Segmente (14_1a ...14_na ) einer ersten Segmentgruppe und in Segmente (14_1b ...14_nb ) einer zweiten Segmentgruppe unterteilt ist, wobei jeweils ein Segment (14_ia ) der ersten Segmentgruppe und ein Segment (14_ib ) der zweiten Segmentgruppe in Längsrichtung (3) paarweise nebeneinander angeordnet sind, und wo bei die Segmente (14_1a ...14_na ) der ersten Segmentgruppe und die Segmente (14_1b ...14_nb ) der zweiten Segmentgruppe unterschiedliche Materialzusammensetzungen aufweisen.
Röntgenquelle (2) nach Anspruch 6, bei der die Segmente (14_1a ...14_na ) der ersten Segmentgruppe im Wesentlichen aus Molybdän und die Segmente (14_1b ...14_nb ) der zweiten Segmentgruppe im Wesentlichen aus Wolfram bestehen.
Röntgenquelle (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei der der Basiskörper (12) der Anode (8) im Wesentlichen aus Graphit besteht.
Röntgenquelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Anode (8) zylinderförmig ist und zumindest eine Elektronenquelle (4₁ ...4_n ) derart ausgestaltet ist, dass die von ihr ausgehenden Elektronen in einer Richtung auf die Oberfläche der Anode (8) auftreffen, die von der Richtung der Oberflächennormalen (N) am Auftreffpunkt der Elektronen verschiedenen ist.
Röntgenquelle (2) nach Anspruch 9, bei der die Elektronenquelle (4₁ ...4_n ) derart ausgestaltet ist, dass die Elektronen in einer zumindest annähernd senkrecht zu der Längsrichtung (3) orientierten Richtung auf die Anode (8) auftreffen.
Röntgenquelle (2) nach Anspruch 10, bei der die zumindest eine Elektronenquelle (4₁ ...4_n ) und die Anode (8) derart relativ zueinander beweglich sind, dass die Richtung in der die Elektronen auf die Oberfläche der Anode (8) treffen in einer Querrichtung (24), die sowohl senkrecht zu der Längsrichtung (3) als auch senkrecht zu der Richtung der Elektronen orientiert ist, verstellbar sind.
Röntgenquelle (2) nach Anspruch 11, bei der die zumindest eine Elektronenquelle (4₁ ...4_n ) relativ zu der Anode (8) in der Querrichtung (24) verstellbar ist.
Röntgenquelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der zumindest eine Elektronenquelle (4₁ ...4_n ) eine Kathode auf der Basis von Carbon-Nanotubes umfasst.
Mammographieanlage (28) mit einer Röntgenquelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Aufnahme tomosynthetischer Bilddatensätze.
Röntgenanlage (28) mit einer Röntgenquelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der ein Untersuchungsobjekt aus einer Mehrzahl verschiedener Beleuchtungsrichtungen (36₁ ...36_n ) beleuchtet wird, wobei die Beleuchtungsrichtungen (36₁ ...36_n ) jeweils einem Emissionszentrum (18₁ ...18_n ) der Röntgenquelle (2) zugeordnet sind.