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Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler und eine Röntgeneinrichtung.
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Einige herkömmliche Röntgenstrahler, insbesondere ein herkömmlicher Drehkolben-Röntgenstrahler, weist eine zentrale Elektronenquelle zur Emission von Elektronen auf, welche mittels einer kontaktlosen Ablenkvorrichtung, beispielsweise einem Quadrupol, in einem sanduhrenglasförmigen Röntgenröhrengehäuse auf eine Anode ausgerichtet werden. Eine derartige herkömmliche Ausgestaltung führt dazu, dass im Bereich eines Brennflecks der Anode ein feldfreier Raum herrscht und die Elektronen typischerweise relativ flach auf die Anodenoberfläche auftreffen. Typischerweise folgt daraus, dass ein hoher Anteil der rückgestreuten Elektronen direkt auf ein Austrittfenster des Röntgenröhrengehäuses treffen und eine hohe thermische Belastung des Austrittfensters erzeugt. Weiterhin ist üblicherweise eine extrafokale Strahlung im Röntgenstrahl erhöht.
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Aus der
US 5 550 890 A ist eine Röntgenquelle mit einem Gehäuse, das ein Vakuumgehäuse bildet, wobei die Gesamtheit des Gehäuses um eine Achse drehbar ist, wobei ein Teil des Gehäuses eine Anode ist; einem Mittel, das das Gehäuse um die Achse dreht; einem Kathodenmittel, das innerhalb des Gehäuses montiert ist, zum Erzeugen von Elektronen und Fokussieren der Elektronen auf einen von der Achse entfernten Anodenbereich; und einem Magnetfeldmittel zum Halten der Kathode innerhalb des Gehäuses bekannt. In diesem Stand der Technik ist die Emissionsvorrichtung nicht zentral, sondern dem Brennfleck der Anode gegenüberliegend dezentral angeordnet. Ein Nachteil dieser Ausführungsform ist allerdings, dass ein derartiges Magnetfeldmittel ein gewisses Ruckeln aufgrund der mechanischen Lagerung nicht verhindern kann. Üblicherweise wird also das Kathodenmittel eine Bewegung aufweisen, welche sich typischerweise unmittelbar in einem Brennfleckwackeln ausgehend von einem mechanischen Wackeln des Kathodenmittels bemerkbar macht, wodurch üblicherweise eine Qualität der Röntgenstrahlung verringert wird.
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DE 10 2012 209 089 A1 offenbart eine Röntgenröhre mit einer Drehanode, wobei die Röntgenröhre einen elektrisch beheizten Elektronenemitter, der wenigstens zwei in Drehrichtung der Drehanode nebeneinander angeordnete stromdurchflossene Emitterbereiche umfasst, die voneinander verschiedene Temperaturen aufweisen, enthält.
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Aus der
US 5 274 690 A ist eine Röntgenröhre bekannt, welche eine Anode und ein Gehäuse aufweist, die mit einer relativ hohen Geschwindigkeit rotieren. In dem Gehäuse ist eine Kathodenvorrichtung gelagert, welche magnetisch an Ort und Stelle gehalten wird.
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In
DE 10 2016 215 375 A1 ist eine thermionische Emissionsvorrichtung beschrieben, welche einen indirekt beheizbaren Hauptemitter mit einer Hauptemissionsfläche und wenigstens einen zuschaltbaren Heizemitter mit einer Heizemissionsfläche aufweist. Die Heizemissionsfläche weist zu der Hauptemissionsfläche einen vorgebbaren Abstand auf und kann die Hauptemissionsfläche asymmetrisch aufheizen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Röntgenstrahler und eine Röntgeneinrichtung anzugeben, bei welchen eine mechanische Bewegung einer Elektronenquelle ausgeglichen wird.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Der erfindungsgemäße Röntgenstrahler weist ein um eine Drehachse rotierbar gelagertes evakuiertes Röntgenröhrengehäuse auf, wobei das Röntgenröhrengehäuse eine Anode und eine Elektronenquelle aufweist, wobei die Anode innerhalb des Röntgenröhrengehäuses relativ zum Röntgenröhrengehäuse drehfest angeordnet und zum Generieren von Röntgenstrahlung mittels auf einen Brennfleck der Anode auftreffenden Elektronen ausgebildet ist, wobei die Elektronenquelle innerhalb des Röntgenröhrengehäuses relativ zur Drehachse im Wesentlichen ortsfest gelagert ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Elektronenquelle einen Hauptemitter und zumindest einen Nebenemitter zur Emission von Elektronen aufweist und dass die Elektronenemission des Hauptemitters und/oder des zumindest einen Nebenemitters derart steuerbar ist, dass eine auf einer Bewegung der Elektronenquelle beruhende, räumliche Bewegung des Brennflecks verringert wird.
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Der Röntgenstrahler ist insbesondere vorteilhaft, weil das Verringern der räumlichen Bewegung des Brennflecks die Bewegung der Elektronenquelle vorteilhafterweise kompensiert. Durch das Verringern der räumlichen Bewegung des Brennflecks ist insbesondere die im Brennfleck generierte Röntgenstrahlung ruckelfrei. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Qualität der Röntgenstrahlung erhöht sein. Typischerweise korreliert die Qualität der Röntgenstrahlung mit einer Bildqualität.
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Die Drehachse des Röntgenstrahlers ist insbesondere eine Rotationsachse. Die Drehachse des Röntgenstrahlers ist insbesondere die Drehachse des Röntgenröhrengehäuses.
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Typischerweise weist der Röntgenstrahler ein Röntgenstrahlergehäuse auf, in welchem das Röntgenröhrengehäuse angeordnet ist. Das Röntgenstrahlergehäuse kann ein ortsfestes Röntgenstrahleraustrittfenster und/oder ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium aufweisen. Der Röntgenstrahler ist vorzugsweise für eine klinische oder produktive Bildgebung ausgebildet. Die klinische Bildgebung umfasst insbesondere eine medizinische Bildgebung. Die produktive Bildgebung umfasst insbesondere eine Werkstoffprüfung.
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Das evakuierte Röntgenröhrengehäuse umfasst insbesondere einen Innenraum, vorzugweise mit einem Hochvakuum. Innerhalb des evakuierten Röntgenröhrengehäuses werden typischerweise die emittierten Elektronen von der Elektronenquelle zur Anode hin beschleunigt. Eine typische Beschleunigungsspannung liegt im Bereich zwischen 40 und 150 kV. Das Röntgenröhrengehäuse weist typischerweise Metall und/oder Glas auf.
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Die Anode ist typischerweise relativ zur Drehachse rotationssymmetrisch und/oder weist Wolfram, Gold und/oder Molybdän auf. Die Anode kann grundsätzlich mit einem Kühlkörper verbunden sein. Der Kühlkörper kann beispielsweise als Teil des Röntgenröhrengehäuses ausgebildet sein. Der Kühlkörper kann eine Rückseite der Anode bilden, während auf einer Vorderseite der Anode die Elektronen auftreffen. Der Kühlkörper ist beispielsweise mittels des Kühlmediums des Röntgenstrahlergehäuses kühlbar. Der Kühlkörper kann beispielsweise dadurch gekühlt werden, dass ein Wärmeaustausch auf einer Oberfläche des Kühlkörpers insbesondere aufgrund der Rotation des Röntgenstrahlergehäuses stattfindet. Die Elektronen treffen typischerweise während eines Betriebs des Röntgenstrahlers auf der Anode auf. Die auftreffenden Elektronen wechselwirken typischerweise derart mit der Anode, dass die Röntgenstrahlung generiert wird. Die Röntgenstrahlung wird typischerweise in dem Brennfleck generiert. Der Brennfleck ist typischerweise Teil einer auf der Anode rotationssymmetrischen Brennbahn und/oder relativ zur Drehachse dezentral. Dezentral bedeutet insbesondere mit einem Radius oder Abstand größer 0 von dem Bezugspunkt, beispielsweise der Drehachse, entfernt. Der Brennfleck ist typischerweise zeitlich variabel und/oder in Bezug auf die im Betrieb rotierbare Brennbahn örtlich variabel. Die Anode ist beispielsweise mittels eines Befestigungsmittels, insbesondere eines Bolzens und/oder einer Lötstelle, drehfest innerhalb des Röntgenröhrengehäuses angeordnet. Die Anode dreht sich typischerweise mit dem Röntgenröhrengehäuse mit. Die Anode und das Röntgenröhrengehäuse können insbesondere eine konstruktiv fest miteinander verbundene Einheit bilden.
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Die Elektronenquelle ist insbesondere gegenüber des Brennflecks derart angeordnet, dass die emittierten Elektronen vorzugsweise ohne Ablenkeinheit in dem Brennfleck auftreffen. Die Elektronenquelle ist innerhalb des Röntgenröhrengehäuse insbesondere relativ zum Röntgenstrahlergehäuse im Wesentlichen ortsfest gelagert. Die Elektronenquelle ist innerhalb des Röntgenröhrengehäuses relativ zur Drehachse und/oder zum Röntgenstrahlergehäuse derart gelagert, dass die Elektronenquelle relativ zum Röntgenstrahlergehäuse nicht mit der Anode und dem Röntgenröhrengehäuse während des Betriebs des Röntgenstrahlers verdreht wird. Dem Verdrehen mit der Anode und dem Röntgenröhrengehäuse wirkt beispielsweise eine Fixierungseinheit entgegen. Die Fixierungseinheit ist insbesondere eine magnetische Fixierungseinheit. Die Elektronenquelle ist innerhalb des Röntgenröhrengehäuses relativ zur Drehachse im Wesentlichen ortsfest entgegen dem im Betrieb rotierenden Röntgenröhrengehäuse gelagert, beispielsweise mittels der Fixierungseinheit. Aufgrund der Anordnung der Elektronenquelle innerhalb des rotierbar gelagerten und im Betrieb rotierenden Röntgenröhrengehäuses ist die Elektronenquelle vorzugsweise von der Rotation des Röntgenröhrengehäuses entkoppelt. Beispielsweise ist die Elektronenquelle relativ zum rotierenden Röntgenröhrengehäuse derart rotierbar gelagert, dass die Elektronenquelle relativ zur Drehachse im Wesentlichen ortsfest ist, wodurch die Elektronenquelle von der Rotation des Röntgenröhrengehäuses vorzugsweise entkoppelt ist. Die rotierbare Lagerung kann umfassen, dass die Elektronenquelle eine relativ zur Drehachse zentrale Aufhängung aufweist und der Hauptemitter und der zumindest eine Nebenemitter relativ zur Drehachse dezentral angeordnet sind, insbesondere örtlich gegenüber des relativ zur Drehachse dezentralen Brennflecks.
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Die Elektronenquelle, insbesondere der Hauptemitter und der zumindest eine Nebenemitter, sind typischerweise derart ausgebildet, dass die Elektronen eine Geometrie, eine Position und/oder eine Intensität des Brennflecks vorwegnehmend emittiert werden. Die Elektronen werden insbesondere fokussiert und/oder gerichtet emittiert, vorzugsweise wie für den Brennfleck vorgegeben. Vorteilhafterweise ist also keine Ablenk- oder Fokuseinheit dafür im Röntgenstrahler vorgesehen. Der Röntgenstrahler ist typischerweise derart ausgebildet, dass der Hauptemitter üblicherweise länger betrieben wird als der zumindest eine Nebenemitter. Beispielsweise kann der Hauptemitter unmittelbar gegenüber des Brennflecks angeordnet sein, während der Nebenemitter neben dem Hauptemitter, insbesondere in phi-, z- oder r-Richtung in Bezug auf die Drehachse versetzt, angeordnet ist. Ein Abstand zwischen dem Hauptemitter und dem zumindest einen Nebenemitter ist vorzugsweise 0. Alternativ grenzen der Hauptemitter und der zumindest eine Nebenemitter vorteilhafterweise aneinander an.
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Die Elektronenemission des Hauptemitters und/oder des zumindest einen Nebenemitters ist insbesondere mittels einer konstruktiven Ausgestaltung des Röntgenstrahlers, insbesondere der Elektronenquelle steuerbar. Die konstruktive Ausgestaltung umfasst insbesondere eine Hardware-Steuerung, vorzugsweise ohne Software-Steuerung. Die konstruktive Ausgestaltung des Röntgenstrahlers erfolgt typischerweise bei einer Montage und/oder Herstellung des Röntgenstrahlers, allerdings vor einem klinischen oder produktiven Einsatz des Röntgenstrahlers. Die konstruktive Ausgestaltung kann insbesondere eine elektrische Verschaltung und/oder eine Anordnung elektrisch und/oder elektromagnetisch wechselwirkender Einheiten des Röntgenstrahlers relativ zueinander, insbesondere der Elektronenquelle zum Röntgenstrahlergehäuse, umfassen. Die Elektronenemission des Hauptemitters und/oder des zumindest einen Nebenemitters erfolgt typischerweise in Abhängigkeit eines Steuersignals ausgehend von der konstruktiven Ausgestaltung. Die konstruktive Ausgestaltung kann das Steuersignal schwellwertbasiert oder binär und/oder ohne Rückmeldung der tatsächlich im Betrieb des Röntgenstrahlers emittierten Röntgenstrahlung auslösen. Die binäre Auslösung hängt beispielsweise davon ab, ob ein gewisser elektrischer Kontakt in der elektrischen Verschaltung hergestellt ist oder nicht. Die schwellwertbasierte Auslösung hängt insbesondere davon ab, wie stark die elektromagnetischen Wechselwirkungen der Einheiten des Röntgenstrahlers zueinander sind. Die elektrische Verschaltung ist insbesondere kontaktbehaftet. Die elektromagnetische Wechselwirkung ist insbesondere kontaktlos.
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Die weiter unten beschriebenen Ausführungsformen Schleifverbindung und Näherungssensor dienen insbesondere als Beispiele für eine Variante mit einer elektrischen Verschaltung bzw. für eine Variante mit einer elektromagnetischen Wechselwirkung.
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Die Steuerbarkeit der Elektronenemission des Hauptemitters und/oder des zumindest einen Nebenemitters umfasst insbesondere ein individuelles Schalten, beispielsweise Anschalten oder Abschalten, des Hauptemitters oder des zumindest einen Nebenemitters insbesondere in Abhängigkeit des Steuersignals. Das Anschalten kann stufenmäßig erfolgen, um eine Intensität des Elektronenstroms regeln zu können. Das individuelle Schalten umfasst insbesondere das Anschalten oder Abschalten des zumindest einen Nebenemitters an einem Zeitpunkt, an welchem der Hauptemitter angeschaltet ist. Das individuelle Schalten umfasst alternativ oder zusätzlich insbesondere das Anschalten oder Abschalten des Hauptemitters an einem weiteren Zeitpunkt, an welchem der zumindest eine Nebenemitter angeschaltet ist.
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Im Betrieb des Röntgenstrahlers rotiert typischerweise das Röntgenröhrengehäuse, währenddessen insbesondere das Röntgenstrahlergehäuse ortsfest und die Elektronenquelle im Wesentlichen ortsfest ist. Dass die Elektronenquelle im Wesentlichen ortsfest ist, bedeutet insbesondere, dass die Elektronenquelle eine typischerweise konstruktiv und/oder mechanisch bedingte Bewegung im Betrieb des Röntgenstrahlers aufweist. Die konstruktiv und/oder mechanisch bedingte Bewegung kann ein Wackeln, eine Vibration und/oder eine Trägheitsbewegung sein und/oder tritt typischerweise im Betrieb des Röntgenstrahlers auf. Die im Betrieb des Röntgenstrahlers auftretende Bewegung der Elektronenquelle ist typischerweise ungewollt. Die räumliche Bewegung des Brennflecks und/oder der Elektronenquelle ist insbesondere in allen Raumrichtungen möglich. Die konstruktiv und/oder mechanisch bedingte Bewegung der Elektronenquelle im Betrieb des Röntgenstrahlers überträgt sich herkömmlicherweise auf den Brennfleck. Die räumliche Bewegung des Brennflecks beruht insbesondere insofern auf der Bewegung der Elektronenquelle, weil der Brennfleck typischerweise unmittelbar von der Geometrie, der Position und/oder der Intensität der von der Elektronenquelle emittierten Elektronen abhängt. Die Röntgenstrahlung, insbesondere die Qualität der Röntgenstrahlung, hängt typischerweise unmittelbar von der Geometrie, der Position und/oder der Intensität des Brennflecks ab.
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Die Elektronenquelle ist vorzugsweise innerhalb des Röntgenröhrengehäuses relativ zur Drehachse trotz der typischerweise konstruktiv und/oder mechanisch bedingten Bewegung im Betrieb des Röntgenstrahlers im Wesentlichen ortsfest gelagert. Die Steuerbarkeit der Elektronenemission ermöglicht vorteilhafterweise, dass die auf der Bewegung der Elektronenquelle beruhende, räumliche Bewegung des Brennflecks verringert wird. Die Elektronenemission des Hauptemitters und/oder des zumindest einen Nebenemitters ist vorzugsweise derart steuerbar, dass die auf der Bewegung, insbesondere auf dem Wackeln, der Vibration und/oder der Trägheitsbewegung, der Elektronenquelle beruhende, räumliche Bewegung des Brennflecks verringert wird. Die Elektronenemission ist insbesondere derart steuerbar, dass die Elektronen entgegen der Bewegung, insbesondere dem Wackeln, der Vibration und/oder der Trägheitsbewegung der Elektronenquelle emittiert werden. Insbesondere sind der Hauptemitter und/oder der zumindest eine Nebenemitter derart ausgebildet, dass die Elektronen entgegen der Bewegung, insbesondere dem Wackeln, der Vibration und/oder der Trägheitsbewegung der Elektronenquelle emittiert werden. Die Elektronenemission wirkt insbesondere der Bewegung der Elektronenquelle entgegen, vorzugsweise gleicht die Elektronenemission die Bewegung der Elektronenquelle zumindest teilweise aus, wobei die räumliche Bewegung des Brennflecks verringert wird. Das Verringern entspricht insbesondere einem zumindest teilweise Kompensieren. Durch das Verringern der Bewegung des Brennflecks wird der Brennfleck vorzugsweise stabilisiert.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Hauptemitter und/oder der Nebenemitter ein Wendelemitter, ein Flachemitter und/oder ein Feldeffekt-Emitter ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil verschiedene Arten an Emitter kombiniert sind. Die Elektronenemission des Feldeffekt-Emitters ist im Allgemeinen typischerweise im Vergleich zum Wendelemitter und/oder Flachemitter schneller anschaltbar oder abschaltbar. Der Feldeffekt-Emitter ist daher vorteilhaft für das schnelle Verringern der räumlichen Bewegung des Brennflecks. Je nach Ausführungsform der jeweiligen Emitter kann eine Betriebsdauer und/oder eine Elektronenstromdichte des Wendelemitters und/oder des Flachemitters höher sein als beim Feldeffekt-Emitter.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Hauptemitter ein Wendelemitter oder ein Flachemitter ist und wobei der Nebenemitter ein Feldeffekt-Emitter ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, da die vergleichsweise hohe Schaltgeschwindigkeit des Feldeffekt-Emitters mit der vergleichsweise hohen Betriebsdauer und/oder Elektronenstromdichte des Wendelemitters und/oder Flachemitters kombiniert ist.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Elektronenquelle einen segmentierten Feldeffekt-Emitter aufweist, wobei ein erstes Segment des segmentierten Feldeffekt-Emitters den Hauptemitter bildet und ein zweites Segment des segmentierten Feldeffekt-Emitters den zumindest einen Nebenemitter bildet. Der Feldeffekt-Emitter basiert typischerweise auf Silizium oder Kohlenstoff. Ein Silizium-Feldeffekt-Emitter weist vorteilhafterweise eine vergleichbare oder höhere Betriebsdauer und/oder Elektronenstromdichte auf als der Wendelemitter und/oder Flachemitter. Der Feldeffekt-Emitter weist üblicherweise eine Mehrzahl an Feldeffekt-Emitternadeln für die Emission der Elektronen auf. Grundsätzlich ist es denkbar, dass jedes Segment des segmentierten Feldeffekt-Emitters lediglich eine einzelne Feldeffekt-Emitternadel aufweist. Typischerweise weist das erste Segment und/oder das zweite Segment des segmentierten Feldeffekt-Emitters zumindest so viele Feldeffekt-Emitternadeln auf, dass der Betrieb des Röntgenstrahlers mit einer Elektronenstromdichte von größer gleich 0,1 A/cm^2, vorzugsweise größer gleich 1 A/cm^2, besonders vorteilhafterweise größer gleich 10 A/cm^2 über eine Betriebsdauer von mindestens 1 h, vorzugsweise 100 h, besonders vorteilhafterweise 10000 h erfolgen kann. Der segmentierte Feldeffekt-Emitter kann eine abgeschlossene Baueinheit sein, welche beispielsweise als Ganzes auf die Elektronenquelle montierbar ist. Die Segmentierung des segmentierten Feldeffekt-Emitters kann gemäß einem kartesischen oder einem Polar-Koordinatensystem ausgebildet sein. Die Segmentierung des segmentierten Feldeffekt-Emitters kann mittels einer physischen, beispielsweise einer elektrischen irreversiblen, Verschaltung des Feldeffekt-Emitters erfolgt sein oder mittels einer logischen, vorzugsweise während der Betriebsdauer des Feldeffekt-Emitters veränderbaren, Verschaltung des Feldeffekt-Emitters erfolgt sein oder erfolgen. Der Feldeffekt-Emitter kann beispielsweise zwei Schichten aufweisen, eine erste Schicht mit den Feldeffekt-Emitternadeln und eine zweite Schicht mit der physischen oder logischen Verschaltung, wobei die Verschaltung die Segmentierung vorgibt. Eine Ausdehnung und/oder eine Anzahl an Feldeffekt-Emitternadeln des ersten Segments kann sich von einer Ausdehnung und/oder einer Anzahl an Feldeffekt-Emitternadeln des zweiten Segments unterscheiden. Typischerweise weist der Hauptemitter mehr Feldeffekt-Emitternadeln auf als der zumindest eine Nebenemitter.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Elektronenquelle zusätzlich zum Hauptemitter und zum zumindest einen Nebenemitter einen weiteren Nebenemitter aufweist, wobei der weitere Nebenemitter zum Hauptemitter und zum zumindest einen Nebenemitter orthogonal versetzt angeordnet ist. Typischerweise ist der weitere Emitter und der zumindest eine Nebenemitter von der gleichen Art, vorzugsweise ein Feldeffekt-Emitter. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil die räumliche Bewegung des Brennflecks durch die Steuerbarkeit der Elektronenemission in mehr als eine Richtung, beispielsweise in zwei Richtungen der drei Richtungen phi, z, r in Bezug auf die Drehachse verringert werden kann. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft in Kombination mit der vorherigen Ausführungsform, wobei die Elektronenquelle den segmentierten Feldeffekt-Emitter aufweist, wobei das erste Segment des segmentierten Feldeffekt-Emitters den Hauptemitter bildet und das zweite Segment des segmentierten Feldeffekt-Emitters den zumindest einen Nebenemitter bildet.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Röntgenstrahler ferner einen Näherungssensor aufweist, wobei die Elektronenemission des Hauptemitters und/oder des zumindest einen Nebenemitters in Abhängigkeit eines Steuersignals des Näherungssensors derart steuerbar ist, dass die auf der Bewegung der Elektronenquelle beruhende, räumliche Bewegung des Brennflecks verringert wird. Der Näherungssensor kann insbesondere ein schwellwertbasiertes Steuersignal zur Steuerung der Elektronenemission des Hauptemitters und des zumindest einen Nebenemitters bereitstellen. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist insbesondere, dass die Elektronenemission kontaktlos steuerbar ist.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Röntgenstrahler ferner eine Schleifverbindung zwischen einem ortsfesten ersten Schleifkontakt und einem auf der Elektronenquelle angeordneten zweiten Schleifkontakt aufweist, wobei die Elektronenemission des Hauptemitters und/oder des zumindest einen Nebenemitters in Abhängigkeit einer Kontaktierung der Schleifverbindung derart steuerbar ist, dass die auf der Bewegung der Elektronenquelle beruhende, räumliche Bewegung des Brennflecks verringert wird. Der Schleifkontakt kann insbesondere mittels einer Schleifbahn und einem Schleifkopf, insbesondere einer Schleifbürste erfolgen. Die Schleifverbindung kann vorteilhafterweise ein binäres Steuersignal zur Steuerung der Elektronenemission des Hauptemitters und des zumindest einen Nebenemitters bereitstellen. Im Vergleich zu der vorherigen schwellwertbasierten Ausführung bietet die Schleifverbindung insbesondere einen Vorteil, weil das Steuersignal einfacher ist.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Elektronenquelle innerhalb des Röntgenröhrengehäuses relativ zur Drehachse mittels einer kontaktlosen Fixierungseinheit im Wesentlichen ortsfest gelagert ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil die Fixierungseinheit durch das Röntgenröhrengehäuse hindurch kontaktlos wirken kann. Die kontaktlose insbesondere magnetische Fixierungseinheit weist zumindest einen ortsfesten Fixierungsgeber, beispielsweise einen Magneten, und einen relativ zum Fixierungsgeber beweglichen Fixierungsnehmer, beispielsweise einen weiteren Magneten auf. Der Fixierungsgeber ist beispielsweise im Röntgenstrahlergehäuse ortsfest angeordnet. Der Fixierungsnehmer ist typischerweise auf der Elektronenquelle angeordnet, insbesondere zumindest starr mit der Elektronenquelle verbunden. Es ist denkbar, dass der Fixierungsnehmer in dem zentralen oder dezentralen Bereich der Elektronenquelle angeordnet ist. Der Fixierungsnehmer kann typischerweise die Bewegung des Brennflecks, insbesondere das Wackeln, die Vibration und/oder die Trägheitsbewegung zumindest nicht vollständig unterbinden oder ausgleichen, wodurch die Elektronenquelle typischerweise lediglich im Wesentlichen ortsfest ist.
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Eine erfindungsgemäße Röntgeneinrichtung umfasst den Röntgenstrahler und einen Röntgendetektor. Die Röntgeneinrichtung ist insbesondere für die klinische oder produktive Bildgebung ausgebildet. Der Röntgendetektor ist zu einem Erfassen der durch ein Subjekt oder Objekt abgeschwächten Röntgenstrahlung ausgebildet. Die erfasste Röntgenstrahlung kann zu einer Rekonstruktion eines Bildes verwendet werden. Die Röntgeneinrichtung kann insbesondere Teil eines Computertomographie-Systems, eines C-Bogen-Angiographie-Systems, eines konventionellen Röntgensystems und/oder einer Röntgenstrahlung-gestützten Werkstoffprüfungssystems sein.
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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.
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Es zeigen:
- 1 einen Röntgenstrahler,
- 2 einen Hauptemitter und zumindest einen Nebenemitter,
- 3 einen segmentierten Feldeffekt-Emitter,
- 4A und 4B eine weitere Emitter-Anordnung,
- 5 den Röntgenstrahler in einer weiteren Ausführung und
- 6 den Röntgenstrahler in einer zusätzlichen Ausführung.
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1 zeigt einen Querschnitt eines Röntgenstrahlers 10 entlang einer Drehachse R. Die Drehachse R ist parallel zur z-Achse. Der Röntgenstrahler 10 weist ein um die Drehachse R rotierbar gelagertes evakuiertes Röntgenröhrengehäuse 11 und ein Röntgenstrahlergehäuse 19 auf. Das Röntgenröhrengehäuse 11 weist eine Anode 12 und eine Elektronenquelle 13 auf. Die Anode 12 ist kegelstumpfförmig ausgebildet. Die Anode 12 ist innerhalb des Röntgenröhrengehäuses 11 relativ zum Röntgenröhrengehäuse 11 drehfest angeordnet. Die Anode 12 bildet zumindest einen Teil eines Deckels des Röntgenröhrengehäuses 11, welches zumindest teilweise zylindrisch ist. Die Anode 12 ist zum Generieren von Röntgenstrahlung mittels auf einen Brennfleck 14 der Anode 12 auftreffenden Elektronen ausgebildet. Der Brennfleck 14 ist Teil einer Brennbahn 18. Das Röntgenröhrengehäuse 11 weist ein ringförmiges Röntgenröhrenaustrittfenster 17 im Bereich der Anode 12 auf. Das Röntgenstrahlergehäuse 19 weist ein ortsfestes Röntgenstrahleraustrittfenster 20 im Bereich des Brennflecks 14 auf. Die Elektronenquelle 13 ist innerhalb des Röntgenröhrengehäuses 11 relativ zur Drehachse R im Wesentlichen ortsfest gelagert. Im Betrieb des Röntgenstrahlers 10 rotiert das Röntgenröhrengehäuse 11 innerhalb des Röntgenstrahlergehäuses 19 um die Drehachse R. Die Elektronenquelle 13 weist einen Hauptemitter 15 und zumindest einen Nebenemitter 16 zur Emission von Elektronen auf. Die Elektronenquelle 13 ist gegenüber des Brennflecks 14 dezentral mit einem Abstand größer 0 von der Drehachse R entfernt angeordnet. Die Elektronen treffen steil auf dem Brennfleck auf.
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Aufgrund der Rotation des Röntgenröhrengehäuses 11 kann im Betrieb ein Wackeln, eine Vibration oder eine Trägheitsbewegung auf die Elektronenquelle 13 wirken, wodurch diese bewegt wird. Dadurch wird herkömmlicherweise unmittelbar der Brennfleck 14 beeinflusst, beispielsweise ebenfalls bewegt. Die Elektronenemission des Hauptemitters 15 und/oder des zumindest einen Nebenemitters 16 ist derart steuerbar, dass die auf der Bewegung der Elektronenquelle 13 beruhende, räumliche Bewegung des Brennflecks 14 verringert wird.
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2 zeigt eine Draufsicht auf den Hauptemitter 15 und den zumindest einen Nebenemitter 16. Der Hauptemitter 15 und/oder der zumindest eine Nebenemitter 16 ist ein Wendelemitter, ein Flachemitter und/oder ein Feldeffekt-Emitter. In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist der Hauptemitter 15 ein Wendelemitter oder ein Flachemitter und der zumindest eine Nebenemitter 16 ist ein Feldeffekt-Emitter.
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3 zeigt eine Draufsicht auf einen segmentierten Feldeffekt-Emitter 21. Die Elektronenquelle 13 weist den segmentierten Feldeffekt-Emitter 21 auf. Ein erstes Segment 22 des segmentierten Feldeffekt-Emitters 21 bildet den Hauptemitter 15. Ein zweites Segment 23 des segmentierten Feldeffekt-Emitters 21 bildet den zumindest einen Nebenemitter 16. Die Segmentierung des segmentierten Feldeffekt-Emitters 21 ist gemäß einem kartesischen Koordinatensystem ausgebildet.
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In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist die Segmentierung des segmentierten Feldeffekt-Emitters 21 gemäß einem Polar-Koordinatensystem ausgebildet. In diesem Fall ist das erste Segment 22 beispielweise kreisringförmig und das zweite Segment 23 ist kreissegmentförmig.
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4A und 4B zeigen eine vorteilhafte Weiterbildung der in 2 und 3 gezeigten Emitter-Anordnungen, wobei die Ausführungsbeispiele von 4A und 4B ausdrücklich zueinander kompatibel und kombinierbar sind. Die Elektronenquelle 13 weist zusätzlich zum Hauptemitter 15 und zum zumindest einen Nebenemitter 16 einen weiteren Nebenemitter 24 auf. In 4A ist der weitere Nebenemitter 24 zum Hauptemitter 15 und zum zumindest einen Nebenemitter 16 orthogonal versetzt angeordnet. In 4B ist der Hauptemitter 15 zwischen dem weiteren Nebenemitter 24 und dem zumindest einen Nebenemitter 16 angeordnet.
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5 zeigt eine Weiterbildung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels. Die Elektronenquelle 13 ist innerhalb des Röntgenröhrengehäuses 11 relativ zur Drehachse R mittels einer kontaktlosen Fixierungseinheit 25 im Wesentlichen ortsfest gelagert. In dem Bereich der kontaktlosen Fixierungseinheit 25 ist das Röntgenröhrengehäuse 11 für elektromagnetische Felder durchlässig. Die Elektronenquelle 13 ist mittels einer Kathodenhalterung 26 an der Drehachse R im Wesentlichen ortsfest aufgehangen bzw. gelagert. Die kontaktlose Fixierungseinheit 25 weist einen Fixierungsgeber 27 und einen Fixierungsnehmer 28 auf. Der Fixierungsgeber 27 und der Fixierungsnehmer 28 sind magnetisch und derart ausgebildet, dass die Elektronenquelle 13 innerhalb des Röntgenröhrengehäuses 11 relativ zur Drehachse R im Wesentlichen ortsfest gelagert ist. Die kontaktlose Fixierungseinheit 25 weist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich und optional einen weiteren Fixierungsgeber 29 und einen weiteren Fixierungsnehmer 30 auf. Der weitere Fixierungsgeber 29 und der weitere Fixierungsnehmer 30 sowie der Fixierungsgeber 27 und der Fixierungsnehmer 28 können paarweise für sich genommen oder in Kombination die Elektronenquelle 13 innerhalb des Röntgenröhrengehäuses 11 relativ zur Drehachse R im Wesentlichen ortsfest halten bzw. lagern.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Der Röntgenstrahler 10 weist ferner einen Näherungssensor 31 auf. Die Elektronenemission des Hauptemitters 15 und/oder des zumindest einen Nebenemitters 16 ist in Abhängigkeit eines Steuersignals des Näherungssensors 31 derart steuerbar, dass die auf der Bewegung der Elektronenquelle 13 beruhende, räumliche Bewegung des Brennflecks 14 verringert wird. Der Näherungssensor 31 hat typischerweise einen ersten Sensor für den Hauptemitter 15 und einen zweiten Sensor für den zumindest einen Nebenemitter 16. Der Näherungssensor 31, insbesondere der erste Sensor und der zweite Sensor, ist derart ausgebildet, dass in Abhängigkeit eines Abstands des ersten Sensors oder des zweiten Sensors zu einem ortsfesten Bezugspunkt außerhalb des Röntgenröhrengehäuses 11, das Steuersignal ausgelöst werden kann. Der ortsfeste Bezugspunkt ist in diesem Ausführungsbeispiel das Röntgenstrahleraustrittfenster 20. Alternativ oder zusätzlich kann der ortsfeste Bezugspunkt ein am Röntgenstrahlergehäuse 19 ortsfest angeordneter Magnet sein. Wenn der erste Sensor einen Abstand geringer als einen Schwellwert zwischen dem Hauptemitter 15 und dem ortsfesten Bezugspunkt ermittelt, wird das Steuersignal für den Hauptemitter 15 ausgelöst, welcher anschaltet. Wenn der zweite Sensor einen Abstand geringer als einen Schwellwert zwischen dem zumindest einen Nebenemitter 16 und dem ortsfesten Bezugspunkt ermittelt, wird das Steuersignal für den zumindest einen Nebenemitter 16 ausgelöst, welcher anschaltet. Dadurch kann die Bewegung des Brennflecks verringert werden.
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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.
