WO2019219909A1 - Röntgenröhre mit kollimator, kollimatorvorrichtung für geschlossene röntgenröhre und verwendung einer solchen kollimatorvorrichtung - Google Patents

Röntgenröhre mit kollimator, kollimatorvorrichtung für geschlossene röntgenröhre und verwendung einer solchen kollimatorvorrichtung Download PDF

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WO2019219909A1
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collimator
ray tube
target
ray
radiation
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PCT/EP2019/062802
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English (en)
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Inventor
Daniel STICKLER
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Yxlon International Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/16—Vessels; Containers; Shields associated therewith
    • H01J35/18—Windows
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/02—Constructional details

Definitions

  • collimator device for closed X-ray tube and use of such a collimator device
  • the invention relates to an X-ray tube having a housing, a target, an exit window for X-ray radiation generated on the target, as well as to a collimator device for an X-ray tube and, moreover, to a use of such a collimator device for reducing the X-ray tube
  • the invention generally relates to closed X-ray tubes, but it is particularly advantageous in bipolar X-ray tubes having an exit window for cone beams. These are X-ray tubes in which the target and the exit window lie at different potentials and whose exit windows allow the irradiation of a larger area.
  • the X-ray tubes according to the invention also include those for medical applications, the invention can be replaced particularly advantageously in industrial X-ray tubes, for example in the context of nondestructive testing (NDT), which has a higher acceleration voltage for the electrons, in particular in one Range of at least 320 kV.
  • NDT nondestructive testing
  • the invention is particularly advantageous for use in X-ray tubes with a small focal spot, such as in mini-focus X-ray tubes - with a focus size in the range of 250 mpp to 1 mm.
  • Closed X-ray tubes generally have an exit window made of beryllium. Beryllium is used because of its low atomic number and density in order to absorb as little of the generated radiation as possible.
  • the size of the beryllium ester is matched to the nominal emission angle of the x-ray tube. Its thickness provides stability to ensure a firm separation between normal pressure outside and vacuum in the X-ray tube. The higher the kV class of the x-ray tube, the farther away, larger and thicker is the beryllium window used.
  • X-rays are absorbed and scattered by an element. If the energy of the photons is high, it is only scattered. For beryllium, this limit is about 50 keV. Already from an energy of about 15 keV, the proportion of scattering predominates.
  • X-ray tubes were developed for the exposure of film. The objects are placed near the film without significant magnification. With the use of modern digital flat-panel detectors with a discrete pixel grid, magnification is usually used to bring the object closer to the source.
  • the scattered radiation of the beryllium window creates a diffuse upstream luminous point (luminous surface) - this can also be called an apparent focal spot - whose spectrum in the cone used is only slightly lower than that of the primary focal spot of the X-ray tube.
  • This radiation is able to penetrate the object as well as partially to back-beam it, so that a partial shade is created. In the projection this becomes visible in the form of the partial shadow, the extent of which depends on the magnification used.
  • the additional radiation through the object which comes from other angles than from the primary focal spot, also falsifies the counters of the detector behind the object.
  • collimators in the form of steel, tungsten, or lead plates to a tube flange located on the outer surface of the tube housing from two or four sides.
  • collimators can be stationary, changeable or motorized. However, this will only slightly diminish the above-described effect of creating a disturbing half-shadow, as much of the beryllium-scattered radiation can pass through the opening.
  • the object of the invention is to provide a simple possibility which reduces the size of the partial shadow when imaging an object by means of X-ray radiation originating from an X-ray tube.
  • the collimator aperture may be in beryllium writing, and the penumbra is reduced to a minimum, so that it is almost non-existent; Likewise, dark spots behind the object are not lightened by scattered radiation.
  • a highly X-ray absorbing material is used for the collimator disc which is moreover preferably electrically conductive; for example tungsten, iron or lead.
  • a disc in the sense of the invention is understood to mean a form in which the main extension is in one plane and has only a small thickness in the direction perpendicular thereto - in accordance with normal usage.
  • the Kollimatorusion is preferably exchangeable with little effort connected to the housing.
  • bipolar X-ray tube with an acceleration voltage of at least 320 kV, particularly preferably a 320 kV X-ray tube or a 450 kV X-ray tube or a 600 kV X-ray tube.
  • an acceleration voltage of at least 320 kV particularly preferably a 320 kV X-ray tube or a 450 kV X-ray tube or a 600 kV X-ray tube.
  • the X-ray tube - that is, the vacuum-limiting body, the boundary between the interior of the X-ray tube, must prevail in the vacuum, and the atmospheric pressure outside space is preferably cylindrical and made of metal.
  • the ends of the cylinder are sealed by the mostly ceramic high-voltage bushings.
  • the exit window is located in a recess of the housing. There is no hermetically sealed seal between the collimator disk and the exit window, but there is atmospheric pressure between them.
  • the invention is not applicable to glass tubes, since in glass tubes no electrically conductive parts in direct contact or in may come close to a few millimeters with the glass vacuum body, as is the case according to the invention, when the collimator is arranged below the surface of the tubular housing. On the contrary, in the case of glass tubes, significantly thicker or more voluminous radiation absorbers made of nonconductive material are used, which absorb less radiation per material thickness than the tungsten or lead in the form of a thin disk used here.
  • collimator and the exit window are arranged parallel to each other and / or the distance between the collimator and exit window between 0 mm and 20 mm, preferably between 0.5 mm and 10 mm and more preferably between 1 mm and 5 mm. If the collimator disk and the exit window are aligned parallel to each other, the collimator disk may be closer to the exit window on average. The closer the collimator disc is to the focal spot, the smaller can be the collimator aperture, given the detector size and detector distance, which reduces the effective size of the diffuse focal spot and reduces the partial shadowing. The closer the collimator disk is to the exit window, the greater this effect.
  • the collimator disk should not rest against the exit window, since otherwise, when the collimator is jarred, a mechanical destruction of the exit window can occur, which in the case of closed x-ray tubes has the consequence that it must be replaced.
  • the Kollima- torrange is connected via a kcgclstumpfförmige support wall with a Befest Trentsvorrich device on the target-facing side, which is connected to a tube flange which surrounds the opening of the housing on the outside thereof.
  • the collimator disk can be brought close to the outlet window, which is located below the surface of the housing, by simple means, and can also be held securely there, without parts of the fastening / holder lying in the beam path.
  • the Kollima- torrange is round. The diameter is adapted to the diameter of the exit window of the respective tube and the thickness is determined by the energy of the X-ray tube and, depending on the material and kV class, should be so strong that more than 99% of the X-ray radiation is absorbed.
  • a round design of the collimator disc has the advantage that it can be mounted without modification in the recess opposite the surface of the tube housing in which the exit window is located near the exit window of a common X-ray tube.
  • the collimator has a diameter of 63mm in a 450 kV and 600 kV X-ray tube from Comet AG.
  • the collimator disc consists of tungsten or a layer of lead and a layer of copper, wherein the thickness ratio of the layer of lead to that of copper is preferably 7: 3.
  • a further advantageous development of the invention provides that the collimator opening is arranged centrally in the collimator disk, in particular in the case of a round collimator disk, it is designed to be symmetrical with respect to two diametrically perpendicular diameters.
  • the main beam direction of the usable X-ray radiation is located centrally in the collimator aperture, and the X-radiation optimally strikes the detector.
  • collimator opening is arranged displaced relative to the center of the collimator disk, in particular in the case of a round collimator disk symmetrical to a diameter and a secant, which is not diametrically perpendicular, and which is not a diameter.
  • Such offset to the side training the collimator in the collimator has the advantage that the largest possible angle range for the usable X-ray radiation is given and the main beam direction of the usable X-ray radiation in a mounting position of the X-ray tube to twisted a few degrees, located centrally in the collimator and optimally hits the detector.
  • a further advantageous development of the invention provides that the collimator opening has a smaller area at its target-near end than at its intended end. Since the X-ray radiation from the small focal spot obliquely strikes the surface of the collimator disk, boundary surfaces which form the collimator opening are advantageous, which run along the oblique X-ray radiation so as not to generate any additional stray radiation at the remote target ends otherwise reaching into the marginal beams. This further reduces the formation of partial shade.
  • a further advantageous development of the invention provides that a pre-filter for beam hardening is arranged on the target-near or the target-distant surface of the collimator disk.
  • the prefilter can be attached directly to the collimator disc or inserted into a dedicated device. As a result, no additional part is needed at a location other than that at which the collimator is arranged, and also the scattering surface of the prefilter is reduced to a minimum.
  • An alternative provides that the target is surrounded by a shell, in which at the point in the direction of the X-ray radiation reaches the exit window, an inner window made of beryllium is inserted and thereby a predominantly closed cavity is present around the target.
  • the electrons pass from the filament through an opening in the envelope to the target.
  • a collimator device having the features of patent claim 11.
  • the collimator disc with the collimator opening in a simple manner in the position described above, the exit window opposite to be placed at a small distance.
  • a collimator disc matched thereto with collimator opening matching thereto is achieved, in particular, by virtue of the fact that the supporting wall together with the collimator disc fastened to it can be easily detached from the base frame and thus a simple replacement of the collimator disc is possible.
  • the support wall is frusto-conical. This shape of the supporting wall corresponds to the shape of the opening in the tube housing in which the outlet window is arranged and leads to the fact that the window carrier is not visible in the image.
  • a further advantageous development of the collimator device according to the invention provides that the support wall is releasably connected to the base frame, in particular via a support plate fixedly connected to it.
  • a further advantageous development of the collimator device according to the invention provides that the fastening device has two adapters arranged on opposite ends of the base frame, which are formed in a circular arc at their ends facing away from the base frame and the radius of the circular arc is that of the housing of the x-ray tube in FIG Area of the opening corresponds.
  • the collimator device can be very easily and securely attached to the housing of the x-ray tube, which is cylindrical in the region of the opening for the exit window.
  • Kollimatorvorrich provides that the collimator is designed as they above to the Developments of the X-ray tube according to the invention is described. There are then the advantages listed there in detail.
  • a collimator device according to the invention is used on an X-ray tube for reducing the partial shade when imaging an object on a detector by means of the X-ray radiation emitted by the X-ray tube.
  • FIG. 1a is a schematic sectional view of a structure of an X-ray tube with a known collimator and a detector and an object to be imaged
  • FIG. 1b is a schematic sectional view as in FIG. 1b with an alternative target
  • FIG. 2 a shows a schematic sectional view like that of FIG. 1 a but with a collimator device according to the invention
  • FIG. 2b shows a schematic sectional view as in FIG. 2a with the alternative target of FIG. 1b
  • FIG. 3 a shows a detailed enlargement of the area of the target and the exit window of the x-ray tube from FIG. 2 a
  • FIG. 3b shows a detailed enlargement of the area of the target and the exit window of the x-ray tube from FIG. 2b
  • FIG. 4 shows an oblique view of a collimator device according to the invention from the tube side with parts of the x-ray tube, FIG.
  • FIG. 5 shows a longitudinal section through FIG. 4,
  • FIG. 6 is a plan view of the collimator device of FIG. 4;
  • FIG. 7a shows horizontal sections and views of two collimator discs according to the invention for a collimator device according to FIG. 3a, FIG.
  • FIG. 7b alternative to the collimator disks shown in FIG. 7a
  • Figure 8a is a sectional view as in Figure 3a but with tilted built-in
  • Figure 8b is a sectional view as in Figure 3b but with tilted built-in
  • FIG. 9a horizontal section and view of a collimator disc according to the invention for a collimator according to Figure 8a;
  • FIG. 9b alternative to the collimator disk shown in FIG. 9a and
  • FIG. 9a
  • FIG. 10 Tomograms and line profiles of an object taken with a
  • FIG. 1 a shows a schematic structure of an X-ray tube 1 according to the prior art. It is a closed mini-focus X-ray tube with a focal spot diameter in the range of 0.4 mm.
  • a housing 2 there is a target 3, which is bombarded with an electron beam 15 (see FIG. 3a) and emits X-radiation 5 at the location where it meets the target 3 -the focal spot 7.
  • the exit window is mounted in an opening 14 of the housing so as to come as close as possible to the focal spot 7. It is connected via a window support 13 and an associated tube flange 9 airtight to the housing 2.
  • a radiographic image of an object 8 is recorded by means of the X-ray radiation 5.
  • the focal spot is so small that, because of its distance from the object 8 and the detector 6, it can be assumed to be approximately punctiform. If the exit window 4 were not present, only an image in the region of the primary shadow 11 originating from the primary radiation of the (quasi) punctiform focal spot 7 would be obtained at the detector 6 from the object 8. You would then get a sharp picture at the edges. However, there is a scattering of the X-ray radiation 5 at the exit window 4, so that the entire surface illuminated by the primary beam acts as a light spot for a secondary radiation. This means that due to simple geometric conditions in the edge region of the primary shadow 11, a partial shade 12 is formed. This also extends into the primary shadow 11; Thus the object 8 radiates in a certain way
  • Collimator 10 made of a strong X-ray absorbing material.
  • the collimator 10 consists of four plates, which are made of steel, tungsten or lead and leave a rectangular passage open. These plates can be stationary, changeable or motorized.
  • a significant portion of a half shadow 12, as seen in Figure 1a still remains.
  • the already unsatisfactory result is further worsened if a prefilter (not shown) is used for the hardening of the X-radiation 5 near the tube flange 9, since this is irradiated over a large area and in turn serves as a source of stray radiation.
  • a prefilter not shown
  • FIG. 1b An alternative prior art is shown in FIG. 1b. This differs only with respect to the target 3 compared to Figure 1a.
  • the target 3 is surrounded by a shell 30 into which an interior window 31 made of beryllium is inserted at the point in the direction in which the x-ray radiation 5 reaches the exit window 4, and thereby a closed cavity around the target 3 - with an opening in the shell 30, through which the electron beam 15 passes from the filament to the target 3 - is present.
  • the electrons scattered at the target 3 can not leave this anode cavity and there emit their remaining energy mainly in the form of radiation and heat, which can be removed by an anode or target cooling. All other components are the same as in FIG. 1a. Identical or equivalent parts are the same in FIG. 1b as in FIG. 1a.
  • the invention reduces the effect of the formation of a partial shadow 12, as can be clearly seen from an X-ray tube 1 shown schematically in FIG. 2a.
  • Identical or equivalent parts are denoted the same in FIG. 2a as in FIG. 1a.
  • the difference from FIG. 1 a essentially consists in the fact that the collimator 10 is no longer arranged in the region of the tube flange 9 but as a collimator device 18 (see FIG. 3 a) in the region of the exit window 4 within the opening 14 in the housing 2. This results in a light spot for the secondary radiation due to scattered primary
  • FIG. 10 shows a further exemplary embodiment according to the invention.
  • the only difference from the exemplary embodiment according to the invention shown in FIG. 2a is that the target 3 enclosed by the shell 30 and the inner window 31 according to FIG. 1b is formed instead of the target 3 shown in FIGS. 1a and 2a. All other
  • FIG. 3 a is an enlarged and detailed illustration of a section of FIG. 2 a in the area of the target 3 and the exit window 4.
  • the electron beam 15 strikes the target 3 in the focal spot 7 and generates there the primary X-radiation 5 whose edges are predetermined by the Kollimatorvorraum 18.
  • target shadow only X-rays in the vertical direction of -10 ° to + 20 ° (the former is the angle below the main radiation direction 16 and the latter that above this) can be used.
  • a symmetrical primary radiation direction 16 primary X-ray radiation 5 is to be used, it follows that only one X-ray beam 5 of ⁇ 10 ° can be used.
  • the X-ray radiation 5 has a vertical opening angle ⁇ of about 20 °.
  • a carrier plate 26 is arranged on a base frame 25, which in turn is connected to a fastening device 24, which is used to connect the
  • Collimator 18 with the tube flange 9 and thus the housing 2 of the X-ray tube 1 is used.
  • a support wall 23 which is fixedly connected to the support plate 26 into it.
  • a collimator disk 19 fixedly connected to this with a collimator opening 20 is attached.
  • the collimator disk 19 is - like that of the prior art - made of strong X-ray absorbing material, such as steel, tungsten or lead.
  • the thickness of Kolliomatorsay 19 depends on which acceleration voltage has the X-ray tube used and what is used for a target 3. It is preferably designed so that 99% of
  • Bremsstrahlung spectrum of the resulting X-ray radiation in the collimator 19 are absorbed - at 450 kV and a tungsten target, for example, would use a tungsten or lead thickness of at least 7 mm.
  • the boundary surfaces 22 of the collimator opening 20 are aligned obliquely to the main radiation direction 16. As a result, the collimator opening 20 has a smaller area at its target-near end than at its end remote from the target. Since the x-ray radiation 5 obliquely strikes the surface of the collimator disk 19 starting from the small focal spot 7, no additional scattered radiation can be produced at the boundary surfaces 22 which run along the oblique x-ray radiation 5. Unlike an embodiment with parallel to the main beam direction 16 extending boundary surfaces 22, where they would extend at the far end of the target in the marginal rays and would generate there Streustrah development. As a result, the formation of oil shadow 12 is further reduced.
  • a prefilter 17 for jet hardening is attached to the target-near surface of the collimator disk 19.
  • the pre-filter 17 may be disposed on the remote side of the collimator disk 19; either directly at this or at a distance which is preferably in a range of 0 to 10 mm.
  • the scattered radiation resulting from the prefilter 17 can not increase the effect of the formation of partial shadows 12, since the collimator disk 19 located behind it in the propagation direction of the X-ray radiation 5 prevents this up to the area of the collimator opening 20.
  • the prefilter 17 may be arranged in a pocket on the target remote surface of the collimator disk 19, so that the collimator disk 19 is even closer to the exit window 4.
  • the pre-filter 17 is illuminated only on a small area in order to have only the smallest possible scattering effect.
  • the collimator 18 here: between the disc 19 fixedly connected to the pre-filter 17
  • the exit window 4 is still a small distance, so that the exit window 4 can not be accidentally mechanically damaged during insertion or shock of the collimator 8 , which would lead to the necessity of replacing the entire (closed) X-ray tube 1.
  • the exit window 4 is airtight soldered to a steel ring 21, which in turn is airtightly connected to a part of the housing 2. From the housing 2 extends in the vicinity of the steel ring 21, a truncated cone 29 which is fixedly connected to the outer part of the tube flange 9.
  • FIG. 3b shows an enlarged and detailed illustration of a section of FIG. 2b in the region of the target 3 and the exit window 4. Identical or equivalent parts are identified in the same way in FIG. 3b as in FIG. 3a.
  • FIGS. 4 to 6 a slightly modified form is shown in FIG. 3a
  • Collimator 18 shown.
  • the oblique view of Figure 4 shows the collimator 18 from the tube side;
  • Figure 5 is a longitudinal section through the collimator device 18 of Figure 4;
  • Figure 6 is a plan view - that is, from the side facing away from the housing 2 of the x-ray tube 1 -to the collimator device 18.
  • the collimator device 18 will be described in more detail with reference to the three figures mentioned. She is together with the
  • Tube flange 9 shown.
  • the tube flange 9 has on its underside in the form of a cylinder jacket (to be able to set it well on the housing 2 of the X-ray tube 1) and has an opening centrally. By penetrating this opening, a truncated cone 29 is present as part of the tube flange 9.
  • the collimator 19 At the targetnahen end of the support wall 23 is the collimator 19 with the collimator 20 - the oblique boundary surfaces 22 - arranged.
  • the carrier wall 23 is fixedly connected to the carrier plate 26 at its remote end.
  • the base frame 25 is fixed to the tube flange 9 on its outer side via fastening devices 24 - here in the form of four screws - connected.
  • the carrier plate 26, however, is very easily detachable via two closure elements 28 which are deflectable against spring force to the outside of the base frame 25 and the carrier plate 26 against corresponding, formed on the base frame 25 stops 27, connected to the base frame 25. Due to the interchangeability of the support plate 26 together with the support wall 23 and
  • Collimator opening 20 is used.
  • Collimator openings 20 are shown, each having inclined boundary surfaces 22. These collimators are in installation positions of the X-ray tube. 1 is used, in which the electron beam 15 is perpendicular to the main radiation direction 16, as is the case in Figure 3a.
  • the upper collimator disk 19 has a square collimator opening 20; the lower collimator disk 19 has a rectangular collimator opening 20.
  • plan views of the collimator disks 19 are shown and in the respective left-hand representations longitudinal sections in the horizontal direction in the right-hand representations.
  • the specific sizes for the embodiments shown here are only exemplary.
  • the diameter of the two Kollimatorlotn 19 is the
  • Exit window 4 is at a 450 kV X-ray tube Comet AG 63 mm - and their distance A to the focal spot 7 is 63 mm; the collimator opening 20 in the upper example has on its side facing the focal spot 7 a size of 18.45 mm and at its side facing away from the focal spot 7 21, 38 mm. This results in a horizontal opening angle g for the X-ray beam of ⁇ 8.33 °.
  • a twice as wide beam cone 5 is illuminated as in the upper embodiment - with otherwise the same geometry as is required in Meß Vietnamesemaschineerweiterieux with composite detector images.
  • the collimator disk 19 is made of tungsten or similar material whose thickness is adapted to the desired absorption. For example, it may be a 10 mm thick layer of pure tungsten or a 7 mm thick layer of lead with an additional 3 mm thick copper layer.
  • tungsten or similar material
  • it may be a 10 mm thick layer of pure tungsten or a 7 mm thick layer of lead with an additional 3 mm thick copper layer.
  • X-ray tubes 1 with other voltages or other manufacturers a corresponding adaptation of the above-mentioned dimensions is necessary, which the person skilled in the art can make on the basis of the embodiments of the above 450 kV X-ray tube from Comet AG.
  • FIG. 7b shows alternative embodiments of the collimator disks 19 shown in FIG.
  • Figure 8a is a section similar to that of Figure 3a, wherein the
  • X-ray tube 1 is installed in a different mounting position and another
  • Collimator 19 is used. In the following, only the differences from FIG. 3a will be discussed.
  • X-ray radiation is 5
  • the X-ray tube 1 is installed in Figure 8 by a mounting angle a of 5 °. This means that the electron beam 15 is not perpendicular to the main beam direction 16 - which is perpendicular to the detector 6, not shown - is, but the angle between these two is only 85.
  • the surface of the target 3 is inclined further to the right - which also turns the target shadow to the bottom right - and thus a larger symmetrical angle arc around the main beam axis 16 can be used since the target does not hide the angle range below the main beam axis 16 so much.
  • This achieves a vertical opening angle ⁇ of the X-ray beam 5 of ⁇ 15 ° (instead of the ⁇ 10 ° in FIG. 3).
  • the collimator opening 20 in the collimator disk 19 has to move away from its center be moved up; otherwise of the same dimensions for the collimator opening 20
  • Embodiment with respect to the embodiment of the invention shown in Figure 8a is that the target 3 of the shell 30 and the inner window 31 is enclosed - with the above-described opening in the sleeve 30, through which the electron beam 15 from the filament to the target 3 passes instead of the target 3 shown in Figure 8a. All other components are the same as in Figure 8a. The same or equivalent parts are denoted the same in FIG. 8b as in FIG. 8a.
  • the above explanations regarding FIG. 8a also apply to the modified target 3 according to FIG. 8b, since, according to the above explanations regarding FIG. 8a, it does not depend on the design of the target 3, but solely on its installation angle a of 5 °
  • FIG. 9a comparable to FIG. 7a, a plan view of the collimator disk 19 installed in the embodiment of FIG. 8a and a cross section through it are shown.
  • the dimensions of the Kolimatorö réelle 20 are the same as those in the upper part of Figure 7a, it is relative to this only from the center out to the right.
  • the material of the collimator disk 19 is also the same as in FIG. 7a, and the same horizontal opening angle g is present as in FIG. 7a, except that it is inclined on the surface of the collimator disk 19.
  • the boundary surfaces 22 have different angles to the surface of the collimator disk 19, since the main beam direction 16 is not perpendicular to this surface in the rotated installation position to ensure that the marginal rays X-radiation 5 run parallel to these boundary surfaces 22 and thus no stray radiation is generated at it.
  • FIG. 9b shows an exemplary embodiment of a collimator disk 19 with a surface perpendicular to the surface of the collimator disk 19 Boundary surfaces 22 shown.
  • the half shadow 12 at the edge of the projected object 8 is greatly reduced and dark spots behind the object 8 are not additionally reduced
  • Aluminum cylinder In the illustrated example it has a diameter of 75 mm with a tube voltage of 450 kV, as used for example in an test according to ASTM E 1695.
  • FIGS. 10 (a) and (b) respectively show a tomogram at the top and a tomogram at the bottom

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Abstract

Die Erfindung befasst sich mit einer Röntgenröhre (1) mit einem Gehäuse (2), einem Target (3) und einem Austrittsfenster (4) für am Target (3) erzeugte Röntgenstrahlung (5), wobei das Austrittsfenster (4) luftdicht in einer Öffnung (14) des Gehäuses (2) festgelegt ist, wobei das Austrittsfenster (4) dem Target (3) gegenüber liegt und innerhalb des Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei an der Röntgenröhre (1) eine Kollimatorscheibe (19) aus einem stark Röntgenstrahlen-absorbierenden Material mit einer Kollimatoröffnung (20) angeordnet ist, wobei die Kollimatorscheibe (19) dem Austrittsfenster (4) auf seiner targetabgewandten Seite gegenüber liegt und sich unterhalb der Oberfläche des Gehäuses (2) befindet. Außerdem befasst sich die Erfindung mit einer Kollimatorvorrichtung (18) für eine Röntgenröhre (1) mit einem Grundrahmen (25), an dem eine Befestigungsvorrichtung (24) zur Befestigung der Kollimatorvorrichtung (18) an einem Röhrenflansch (9) einer Röntgenröhre (1) angeordnet ist, und mit einer Tragwand (23), die mit dem Grund- rahmen (25) verbunden ist und auf derselben Seite des Grundrahmens (25) angeordnet ist wie die Befestigungsvorrichtung (24), und mit einer Kollimatorscheibe (19) aus einem stark Röntgenstrahlen-absorbierenden Material, die eine Kollimatoröffnung (20) aufweist und die an dem dem Grundrahmen (25) abgewandten Ende der Tragwand (23) angeordnet ist. Schließlich wird die Aufgabe auch durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Kollimatorvorrichtung (1) an einer Röntgenröhre (1), insbesondere an einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre (1), zur Reduzierung des Halbschattens bei der Abbildung eines Objekts (8) mittels der von der Röntgenröhre (1) emittierten Röntgenstrahlung (5) auf einem Detektor (6) gelöst.

Description

Röntgenröhre mit Kollimator, Kollimatorvorrichtung für geschlossene Röntgenröh- re und Verwendung einer solchen Kollimatorvorrichtung
Die Erfindung befasst sich mit einer Röntgenröhre mit einem Gehäuse, einem Target, einem Austrittsfenster für am Target erzeugte Röntgenstrahlung, sowie mit einer Kollimatorvorrichtung für eine Röntgenröhre und darüber hinaus mit einer Verwendung einer solchen Kollimatorvorrichtung zur Reduzierung des
Halbschattens bei der Abbildung eines Objekts. Die Erfindung betrifft allgemein geschlossene Röntgenröhren, aber sie ist beson- ders vorteilhaft bei bipolaren Röntgenröhren mit einem Austrittsfenster für Kegel- strahlen. Darunter versteht man Röntgenröhren, bei denen das Target und das Austrittsfenster auf unterschiedlichen Potenzialen liegen und dessen Austrittfens- ter die Bestrahlung einer größeren Fläche zulassen. Obwohl unter die erfindungs- gemäßen Röntgenröhren auch solche für medizinische Anwendungen fallen, ist die Erfindung besonders vorteilhaft bei industriellen Röntgenröhren - beispiels- weise im Rahmen der zerstörungsfreien Prüfung (NDT) - ersetzbar, die eine hö- here Beschleunigungsspannung für die Elektronen, insbesondere in einem Bereich von mindestens 320 kV, haben. Besonderes vorteilhaft ist die Erfindung ein- setzbar bei Röntgenröhren mit einem kleinen Brennfleck, wie beispielsweise bei Minifokus-Röntgenröhren - mit einer Fokusgröße im Beriech von 250 mpp bis 1 mm. Geschlossene Röntgenröhren haben in der Regel ein Austrittsfenster aus Be- ryllium. Beryllium wird aufgrund seiner geringen Ordnungszahl und Dichte ver- wendet, um möglichst wenig der erzeugten Strahlung zu absorbieren. Das Berylli- umfester ist in seiner Größe dem nominellen Abstrahlwinkel der Röntgenröhre an- gepasst. Seine Dicke dient der Stabilität, um eine feste Trennung zwischen Nor- maldruck außen und Vakuum in der Röntgenröhre zu gewährleisten. Je höher die kV-Klasse der Röntgenröhre ist, desto weiter entfernt, größer und dicker ist das eingesetzte Berylliumfenster. Bis zu einer gewissen Energie wird Röntgenstrah- lung durch ein Element absorbiert und gestreut. Ist die Energie der Photonen hoch, wird es nur noch gestreut. Für Beryllium liegt diese Grenze bei etwa 50 keV. Bereits ab einer Energie von etwa 15 keV überwiegt der Anteil der Streuung. Röntgenröhren wurden für die Belichtung von Film entwickelt. Die Objekte werden dafür nahe dem Film ohne nennenswerte Vergrößerung platziert. Mit der Verwen- dung von modernen digitalen Flachbild-Detektoren mit einem diskreten Pixelras- ter, wird im Normalfall mit einer Vergrößerung gearbeitet, die das Objekt näher zur Quelle bringt.
Es zeigt sich, dass die gestreute Strahlung des Berylliumfensters einen diffusen vorgelagerten Leuchtpunkt (Leuchtfläche) erzeugt - diesen kann man auch als scheinbaren Brennfleck bezeichnen -, dessen Spektrum im genutzten Kegel nur gering unter dem vom primären Brennfleck der Röntgenröhre liegt. Diese Strah- lung ist sowohl in der Lage, das Objekt zu durchstrahlen, als auch dieses teilweise zu hinterstrahlen, so dass ein Halbschatten entsteht. In der Projektion wird dies in Form des Halbschattens sichtbar, dessen Ausdehnung von der verwendeten Ver- größerung abhängig ist. Die zusätzliche Strahlung durch das Objekt, die aus ande- ren Winkeln als vom primären Brennfleck kommt, verfälscht zudem die Zähl raten des Detektors hinter dem Objekt.
Die allgemein übliche Methode, um die Bildqualität zu verbessern, ist es, von zwei oder vier Seiten Kollimatoren in Form von Stahl-, Wolfram- oder Bleiplatten an ei nem an der Außenfläche des Röhrengehäuses angeordneten Röhrenflansch zu befestigen. Diese Kollimatoren können ortsfest, wechselbar oder motorisiert sein. Allerdings wird dadurch der oben beschriebene Effekt der Erzeugung eines stö- renden Halbschattens nur geringfügig vermindert, da ein Großteil der Beryllium- gestreuten Strahlung die Öffnung passieren kann.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Möglichkeit zur Verfügung zu stel- len, welche die Größe des Halbschattens bei einer Abbildung eines Objekts mittels von einer Röntgenröhre stammender Röntgenstrahlung verringert.
Die Aufgabe wird durch eine Röntgenröhre mit den Merkmalen des Patentan- spruchs 1 gelöst. Dadurch, dass die Kollimatorscheibe aufgrund ihrer Positionie- rung unterhalb der Oberfläche des Röhrengehäuses näher beim Austrittsfenster - und damit bei der Beryllium-Scheibe - ist als bei den bekannten Vorrichtungen, bei denen die Kollimatoren am Röhrenflansch - also außerhalb des Röhrengehäuses - angeordnet sind, ist es möglich, einen Großteil des Beryllium-Fensters zu überdecken (wenn Detektorgröße und Detektorentfernung vorgegeben sind). Dies bedeutet, dass damit auch die wirksame Größe des diffusen Brennflecks deutlich kleiner ist als dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten Kollima toren, die am Röhrenflansch angeordnet sind, der Fall ist. Somit wird die Bildung von Halbschatten stark verringert. Je weiter der Detektor entfernt ist oder je kleiner er ist, desto kleiner kann die Kollimatoröffnung bei der Beryllium-Schreibe sein und der Halbschatten reduziert sich auf ein Minimum, so dass dieser annährend nicht mehr vorhanden ist; ebenso werden dunkle Stellen hinter dem Objekt nicht zusätz lich durch Streustrahlung aufgehellt. Für die Kollimatorscheibe wird wie üblich ein stark Röntgenstrahlen-absorbierendes Material verwendet, das darüber hinaus bevorzugt elektrisch leitend ist; es handelt sich beispielsweise um Wolfram, Eisen oder Blei. Unter einer Scheibe im Sinne der Erfindung wird eine Form verstanden, bei der die hauptsächliche Ausdehnung in einer Ebene vorliegt und sie in der dazu senkrechten Richtung nur eine geringe Dicke aufweist - entsprechend dem normalen Sprachgebrauch. Die Kollimatorscheibe ist bevorzugt mit geringem Aufwand auswechselbar mit dem Gehäuse verbunden. Bevorzugt handelt es sich um eine bipolare Röntgenröhre mit einer Beschleunigungsspannung von mindestens 320 kV, besonders bevorzugt um eine 320 kV-Röntgenröhre oder eine 450 kV- Röntgenröhre oder eine 600 kV-Röntgenröhre. Das Gehäuse der
Röntgenröhre - also der vakuumbegrenzende Körper, der die Grenze zwischen dem Innenraum der Röntgenröhre, in dem Vakuum herrschen muss, und dem unter Atmosphärendruck stehenden Außenraum ist bevorzugt zylindrisch und aus Metall. Die Enden des Zylinders werden durch die meist keramischen Hochspannungs-Durchführungen abgedichtet. Bevorzugt befindet sich das Austrittsfenster in einer Ausnehmung des Gehäuses. Zwischen der Kollimatorscheibe und dem Austrittsfenster ist kein hermetisch dichter Abschluss vorhanden, vielmehr herrscht dazwischen Atmosphärendruck. Die Erfindung ist nicht bei Glasröhren anwendbar, da bei Glasröhren keine elektrisch leitenden Teile in direkten Kontakt oder in unmittelbare Nähe von wenigen Millimetern mit den Glas-Vakuumkörper kommen dürfen, wie dies erfindungsgemäß der Fall ist, wenn die Kollimatorscheibe unterhalb der Oberfläche des Röhrengehäuses angeordnet ist. Vielmehr werden bei Glasröhren deutlich dickere bzw. voluminösere Strahlenabsorber aus nicht- leitendem Material verwendet, die weniger effektiv Strahlung pro Materialdicke absorbieren als das hier verwendete Wolfram oder Blei in Form einer dünnen Scheibe.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kollimatorscheibe und das Austrittsfenster parallel zueinander angeordnet sind und/oder der Abstand zwischen Kollimatorscheibe und Austrittsfenster zwischen 0 mm und 20 mm liegt, bevorzugt zwischen 0,5 mm und 10 mm und besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 5 mm. Wenn Kollimatorscheibe und Austrittsfenster parallel zueinander aus- gerichtet sind, kann die Kollimatorscheibe im Mittel näher am Austrittsfenster sein. Je dichter die Kollimatorscheibe am Brennfleck ist, desto kleiner kann - wenn De- tektorgröße und Detektorentfernung vorgegeben sind - die Kollimatoröffnung sein, wodurch sich die wirksame Größe des diffusen Brennflecks verringert und die Halbschattenbildung abnimmt. Je näher die Kollimatorscheibe am Austrittsfenster ist, desto größer ist diese Wirkung. Bevorzugt sollte die Kollimatorscheibe aller- dings nicht an dem Austrittsfenster anliegen, da ansonsten etwa bei Erschütterun- gen des Kollimators eine mechanische Zerstörung des Austrittsfensters erfolgen kann, was bei geschlossenen Röntgenröhren zur Folge hat, dass diese ausge- tauscht werden muss. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kollima- torscheibe über eine kcgclstumpfförmige Tragwand mit einer Befestigungsvorrich tung an der targetabgewandten Seite verbunden ist, die mit einem Röhrenflansch verbunden ist, der die Öffnung des Gehäuses an dessen Außenseite umschließt. Dadurch kann die Kollimatorscheibe mit einfachen Mitteln sehr nahe an das Aus- trittsfenster - das sich unterhalb der Oberfläche des Gehäuses befindet - heran- gebracht werden und dort auch sicher gehalten werden, ohne dass Teile der Be- festigung/Halterung im Strahlengang liegen. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kollima- torscheibe rund ausgebildet ist. Der Durchmesser ist dem Durchmesser des Aus- trittsfensters der jeweiligen Röhre angepasst und die Dicke ist bestimmt durch die Energie der Röntgenröhre und sollte je nach Material und kV- Klasse so stark sein, dass mehr als 99% der Röntgenstrahlung absorbiert wird. Eine runde Ausbildung der Kollimatorscheibe hat den Vorteil, dass sie ohne Modifikation in der Vertiefung gegenüber der Oberfläche des Röhrengehäuses, in der sich das Austrittsfenster befindet, nahe des Austrittsfensters einer gängigen Röntgenröhre angebracht werden kann. Bevorzugt hat die Kollimatorscheibe bei einer 450 kV- und 600 kV- Röntgen röhre der Firma Comet AG einen Durchmesser von 63mm.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kollima- torscheibe aus Wolfram oder einer Schicht Blei und einer Schicht Kupfer besteht, wobei das Dickenverhältnis der Schicht aus Blei zu derjenigen aus Kupfer bevor- zugt 7:3 beträgt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kollima- toröffnung zentral in der Kollimatorscheibe angeordnet ist, insbesondere bei einer runden Kollimatorscheibe symmetrisch zu zwei zueinander senkrecht stehenden Durchmessern ausgebildet ist. Dadurch liegt die Hauptstrahlrichtung der nutzba- ren Röntgenstrahlung bei einer geraden Einbaulage der Röntgenröhre mittig in der Kollimatoröffnung und die Röntgenstrahlung trifft den Detektor optimal. Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kollima- toröffnung verschoben zum Zentrum der Kollimatorschcibe angeordnet ist, insbesondere bei einer runden Kollimatorscheibe symmetrisch zu einem Durchmesser und einer dazu senkrecht stehenden Sekante, die kein Durchmesser ist, ausgebil- det ist. Eine solche, zur Seite versetzte Ausbildung der Kollimatoröffnung in der Kollimatorscheibe hat den Vorteil, dass ein möglichst großer Winkelbereich für die nutzbaren Röntgenstrahlung gegeben ist und sich die Hauptstrahlrichtung der nutzbaren Röntgenstrahlung bei einer Einbaulage der Röntgenröhre, die um einige Grad verdreht ist, mittig in der Kollimatoröffnung befindet und den Detektor optimal trifft.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kollima- toröffnung an ihrem targetnahen Ende eine kleinere Fläche als an ihrem targetfer- nen Ende aufweist. Da die Röntgenstrahlung von dem kleinen Brennfleck die Oberfläche der Kollimatorscheibe schräg trifft, sind Begrenzungsflächen, die die Kollimatoröffnung bilden, vorteilhaft, die entlang der schräg verlaufenden Rönt- genstrahlung verlaufen, um keine zusätzliche Streustrahlung an der ansonsten in die Randstrahlen hineinreichenden targetfernen Enden zu erzeugen. Dadurch wird die Bildung von Halbschatten weiter reduziert.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass an der target- nahen oder der targetfernen Oberfläche der Kollimatorscheibe ein Vorfilter zur Strahlaufhärtung angeordnet ist. Das Vorfilter kann direkt an der Kollimatorscheibe angebracht werden oder in eine dafür vorgesehenen Vorrichtung eingeschoben werden. Dadurch ist kein Zusatzteil an einer anderen Stelle als an derjenigen, an der der Kollimator angeordnet ist, nötig und auch die Streufläche des Vorfilters ist auf ein Minimum reduziert.
Eine Alternative sieht vor, dass das Target von einer Hülle umgeben ist, in die an der Stelle, in deren Richtung die Röntgenstrahlung zum Austrittsfenster gelangt, ein Innenfenster aus Beryllium eingesetzt ist und dadurch ein überwiegend abgeschlossener Hohlraum um das Target vorhanden ist. Die Elektronen gelan- gen vom Filament durch eine Öffnung in der Hülle zum Target.
Die Aufgabe wird auch durch eine Kollimatorvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 1 gelöst. Mittels einer solchen Kollimatorvorrichtung kann die Kollimatorscheibe mit der Kollimatoröffnung in einfacher Art und Weise in der oben beschriebenen Position, dem Austrittsfenster gegenüber in geringem Abstand an gebracht werden. Durch Austausch der gesamten Kollimatorvorrichtung kann auf die geometrischen Verhältnisse im Einzelfall (Abstand und Größe des Detektors sowie Einbaulage der Röntgenröhre) mittels einer darauf abgestimmten Kollima- torscheibe mit dazu passender Kollimatoröffnung eingegangen werden. Dies wird insbesondere auch dadurch erreicht, dass die Tragwand mitsamt der an ihr befes- tigten Kollimatorscheibe einfach von dem Grundrahmen gelöst werden kann und somit ein einfacher Austausch der Kollimatorscheibe möglich ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kollimatorvorrichtung sieht vor, dass die Tragwand kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Diese Form der Trag- wand entspricht der Form der Öffnung im Röhrengehäuse, in der das Austritts- fenster angeordnet ist und führt dazu, dass der Fensterträger im Bild nicht sichtbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kollimatorvorrich- tung sieht vor, dass die Tragwand lösbar mit dem Grundrahmen, insbesondere über eine fest mit ihr verbundenen Trägerplatte, verbunden ist. Dadurch muss bei einem Wechsel der individuell auf die geometrischen Verhältnisse abgestimmten Kollimatorscheibe mit dazu passender Kollimatoröffnung nicht die gesamte Kollimatorvorrichtung ausgetauscht werden, sondern nur die Trägerplatte samt Trag- wand mit daran angebrachter Kollimatorscheibe. Dies führt zu einer Reduzierung der Kosten und der benötigten Ressourcen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kollimatorvorrich- tung sieht vor, dass die Befestigungsvorrichtung zwei an entgegengesetzten En- den des Grundrahmens angeordnete Adapter aufweist, die an ihren dem Grund- rahmen abgewandten Enden kreisbogenförmig ausgebildet sind und der Radius des Kreisbogens demjenigen des Gehäuses der Röntgenröhre im Bereich der Öffnung entspricht. Dadurch kann die Kollimatorvorrichtung sehr einfach und si- cher an dem Gehäuse der Röntgenröhre, das im Bereich der Öffnung für das Aus trittsfenster zylindrisch ist, angebracht werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kollimatorvorrich tung sieht vor, dass die Kollimatorscheibe so ausgebildet ist, wie sie oben zu den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Röntgenröhre beschrieben ist. Es erge- ben sich dann die dort schon im Einzelnen aufgeführten Vorteile.
Die Aufgabe wird auch durch die Verwendung gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Hierbei wird eine erfindungsgemäße Kollimatorvorrichtung an einer Röntgenröhre zur Reduzierung des Halbschattens bei der Abbildung eines Objekts mittels der von der Röntgenröhre emittierten Röntgenstrahlung auf einem Detektor verwen- det. Es ergeben sich dabei die oben in Verbindung mit der Röntgenröhre sowie der Kollimatorvorrichtung samt jeweiligen Weiterbildungen angegebenen Vorteile Dies gilt insbesondere für die Verwendung der Kollimatorvorrichtung an einer er- findungsgemäßen Röntgenröhre.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den Figu- ren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Die Figuren zeigen:
Figur 1a eine schematische Schnittdarstellung eines Aufbaus einer Röntgenröh- re mit einem bekannten Kollimator und einem Detektor sowie einem abzubildenden Objekt, Figur 1b eine schematische Schnittdarstellung wie in Figur 1b mit einem alternativen Target,
Figur 2a eine schematische Schnittdarstellung wie diejenige der Figur 1a aber mit einer erfindungsgemäßen Kollimatorvorrichtung,
Figur 2b eine schematische Schnittdarstcllung wie in Fig. 2a mit dem alternativen Target der Figur 1b,
Figur 3a eine detaillierte Vergrößerung des Bereichs des Targets und des Aus- trittsfensters der Röntgenröhre aus Figur 2a, Figur 3b eine detaillierte Vergrößerung des Bereichs des Targets und des Austrittsfensters der Röntgenröhre aus Figur 2b,
Figur 4 eine Schrägansicht einer erfindungsgemäßen Kollimatorvorrichtung von der Röhrenseite aus mit Teilen der Röntgenröhre,
Figur 5 einen Längsschnitt durch die Figur 4,
Figur 6 eine Draufsicht auf die Kollimatorvorrichtung der Figur 4,
Figur 7a Horizontalschnitte und Ansichten zweier erfindungsgemäßer Kollima torscheiben für eine Kollimatorvorrichtung gemäß Figur 3a,
Figur 7b Alternative zu den in Figur 7a dargestellten Kollimatorscheiben,
Figur 8a eine Schnittdarstellung wie in Figur 3a aber mit gekippt eingebauter
Röntgenröhre und anderer Kollimatorscheibe,
Figur 8b eine Schnittdarstellung wie in Figur 3b aber mit gekippt eingebauter
Röntgenröhre und anderer Kollimatorscheibe,
Figur 9a Horizontalschnitt und Ansicht einer erfindungsgemäßen Kollimator scheibe für eine Kollimatorvorrichtung gemäß Figur 8a; Figur 9b Alternative zu der in Figur 9a dargestellten Kollimatorscheibe und
Figur 10 Tomogramme und Linienprofile eines Objekts aufgenommen mit einem
Kollimator gemäß dem Stand der Technik und mit einer erfindungsge- mäßen Kollimatorvorrichtung.
In Figur 1a ist ein schematischer Aufbau einer Röntgenröhre 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Es handelt sich um eine geschlossene Minifokus- Röntgenröhre mit einem Brennfleckdurchmesser im Bereich von 0,4 mm. In einem Gehäuse 2 ist ein Target 3 vorhanden, das mit einem Elektronenstrahl 15 (siehe Figur 3a) beschossen wird und an dem Ort, an dem dieser das Target 3 trifft - der Brennfleck 7 -, Röntgenstrahlung 5 emittiert. Diese tritt durch ein Austrittsfenster 4 aus Beryllium aus dem Gehäuse 2 aus. Das Austrittsfenster ist in einer Öffnung 14 des Gehäuses angebracht, um möglichst nahe an den Brennfleck 7 heranzurü- cken. Es ist über einen Fensterträger 13 und einen damit verbundenen Röhren flansch 9 luftdicht mit dem Gehäuse 2 verbunden. Durch einen Detektor 6, der in einem vorgegebenen Abstand vom Brennfleck 7 angeordnet ist, wird mittels der Röntgenstrahlung 5 ein radiographisches Bild eines Objekts 8 aufgenommen. Der Brennfleck ist so klein, dass er aufgrund seines Abstands zum Objekt 8 und zum Detektor 6 als näherungsweise punktförmig angenommen werden kann. Wenn das Austrittsfenster 4 nicht vorhanden wäre, würde am Detektor 6 vom Objekt 8 nur ein Bild im Bereich des Primärschattens 11 , der von der Primärstrahlung des (quasi) punktförmigen Brennflecks 7 stammt, erhalten. Man würde dann an den Rändern ein scharfes Bild erhalten. Allerdings erfolgt eine Streuung der Röntgen- strahlung 5 an dem Austrittsfenster 4, so dass die gesamte, vom Primärstrahl ausgeleuchtete Fläche als Leuchtfleck für eine Sekundärstrahlung fungiert. Dies bedeutet, dass aufgrund einfacher geometrischer Gegebenheiten im Randbereich des Primärschattens 11 ein Halbschatten 12 entsteht. Dieser erstreckt sich auch in den Primärschatten 11 hinein; hinterstrahlt somit das Objekt 8 in gewissem
Umfang. Um diesen Effekt zu begrenzen, ist auf den Röhrenflansch 9 ein
Kollimator 10 aus einem stark Röntgenstrahlen-absorbierenden Material aufgesetzt. Der Kollimator 10 besteht aus vier Platten, die aus Stahl, Wolfram oder Blei sind und einen rechteckigen Durchlass frei lassen. Diese Platten können ortsfest, wechselbar oder motorisiert sein. Trotz der Verbesseiung durch den Kollimator 10 gegenüber einer Anordnung ohne Kollimator 10 bleibt immer noch ein signifikanter Bereich eines Halbschattens 12, wie aus Figur 1a ersichtlich, vorhanden. Das so schon unbefriedigende Ergebnis wird noch verschlechtert, wenn noch ein Vorfilter (nicht dargestellt) für die Aufhärtung der Röntgenstrahlung 5 nahe dem Röhrenflansch 9 eingesetzt wird, da dieses großflächig angestrahlt wird und wiederum als Quelle von Streustrahlung dient. Somit wird je nach verwendetem Filtermaterial ein ähnlich störender Effekt erzeugt, wie durch das Austrittsfenster 4.
Ein alternativer Stand der Technik ist in Figur 1b dargestellt. Dieser unterscheidet sich nur im Hinblick auf das Target 3 verglichen mit Figur 1a. In Figur 1b ist das Target 3 von einer Hülle 30 umgeben, in die an der Stelle, in deren Richtung die Röntgenstrahlung 5 zum Austrittsfenster 4 gelangt, ein Innenfenster 31 aus Beryllium eingesetzt ist und dadurch ein abgeschlossener Hohlraum um das Target 3 - mit einer Öffnung in der Hülle 30, durch die der Elektronenstrahl 15 vom Filament zum Target 3 gelangt - vorhanden ist. Die am Target 3 gestreuten Elektronen können diesen Anoden-Hohlraum nicht verlassen und geben dort ihre restliche Energie hauptsächlich in Form von Strahlung und Wärme ab, die von einer Anoden- bzw. Target-Kühlung abtransportiert werden kann. Alle anderen Bestandteile sind gleich wie in Figur 1a. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind in Figur 1b gleich bezeichnet wie in Figur 1a.
Die Erfindung reduziert den Effekt der Bildung eines Halbschattens 12, wie dies anhand einer in Figur 2a schematisch dargestellten Röntgenröhre 1 gut zu erkennen ist. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind in Figur 2a gleich bezeichnet wie in Figur 1a. Der Unterschied zu Figur 1a besteht im Wesentlichen darin, dass der Kollimator 10 nicht mehr im Bereich des Röhrenflansches 9, sondern als Kollimatorvorrichtung 18 (siehe Figur 3a) im Bereich des Austrittsfensters 4 innerhalb der Öffnung 14 im Gehäuse 2 angeordnet ist. Dadurch ergibt sich ein Leuchtfleck für die Sekundärstrahlung aufgrund gestreuter primärer
Röntgenstrahlung 5 vom Brennfleck 7, der nur so groß ist, wie die von dem
Kollimator 10 freigelassene Fläche. Diese Fläche kann bedeutend kleiner sein als die Fläche des Austrittsfensters 4, da nur solche Primärstrahlung durch den Kollimator 10 kommen muss, dass der Detektor 6 gerade noch vollständig ausgeleuchtet ist. Bei ansonsten gleichen geometrischen Verhätnissen wie in Figur 1a - also gleichem Abstand des Detektors 6 zum Leuchtfleck 7 und gleicher Fläche des Detektors 6 - ergibt sich dies direkt. Aufgrund der bedeutend kleineren Fläche, von der Sekundärstrahlung kommen kann, wird der Halbschatten 12 stark reduziert und die Bildqualität deutlich erhöht. Ein Vergleich zwischen einem Tomogramm mit einer Vorrichtung gemäß Figur 1a und einer gemäß Figur 2a ist in Figur 10 dargestellt und wird weiter unten noch näher erläutert. In Figur 2b ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt. Der einzige Unterschied zu dem in Figur 2a dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel liegt darin, dass das durch die von der Hülle 30 und dem Innenfenster 31 umschlossene Target 3 gemäß Figur 1b anstatt des in den Figuren 1a und 2a dargestellten Targets 3 ausgebildet ist. Alle anderen
Bestandteile sind gleich wie in Figur 2a. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind in Figur 2b gleich bezeichnet wie in Figur 2a.
Im Folgenden wird anhand von Figur 3a - und nachfolgend auch noch der Figuren 4 bis 6 - näher der Aufbau einer erfindungegemäßen Kollimatorvorrichtung 18 gemäß dem in Figur 2a dargestellten Ausführungsbeispiel beschrieben. Figur 3a ist dabei eine vergrößerte und detaillierte Darstellung eines Ausschnitts der Figur 2a im Bereich des Targets 3 und des Austrittsfensters 4.
Der Elektronestrahl 15 trifft das Target 3 im Brennfleck 7 und erzeugt dort die primäre Röntgenstrahlung 5 deren Ränder durch die Kollimatorvorrichtunng 18 vorgegeben sind. Allerdings kann aufgrund des sogenannten Targetschattens nur Röntgenstrahlung in vertikaler Richtung von -10° bis +20° (Ersteres ist der Winkel unterhalb der Hauptstrahlrichtung 16 und Letzteres derjenige oberhalb dieser) genutzt werden. Falls allerdings eine zur Hauptstrahlrichtung 16 symmetrische primäre Röntgenstrahlung 5 genuzt werden soll, ergibt sich somit, dass nur ein Röntgenstrahl 5 von ±10° genutzt werden kann. Die Röntgenstrahlung 5 hat sumil einen vertikalen Öffnungswinkel ß von ca. 20°.
In Verbindung mit Figur 3a wird zuerst nur der grobe Aufbau der
Kollimatorvorrichtung 18 beschrieben; danach wird anhand der Figuren 4 bis 6 die konkrete Ausgestaltung eines leicht abgewandelten Ausführungsbeispiels erläutert. Eine Trägerplate 26 ist an einen Grundrahmen 25 angeordnet, der wiederum mit einer Befestigungsvorrichtung 24 verbunden ist, die zur Verbindung der
Kollimatorvorrichtung 18 mit dem Röhrenflansch 9 und somit dem Gehäuse 2 der Röntgenröhre 1 dient. In die innerhalb der Grenzen des Röhrenflansches 9 ausgebildete Öffnung 4 in dem Gehäuse 2 ragt eine Tragwand 23, die mit der Trägerplatte 26 fest verbunden ist, hinein. Am linken Ende der Tragwand 23 ist eine mit dieser fest verbundene Kollimatorscheibe 19 mit einer Kollimatoröffnung 20 angebracht. Die Kollimatorscheibe 19 ist - wie diejenige aus dem Stand der Technik - aus stark Röntgenstrahlen-absorbierendem Material, wie Stahl, Wolfram oder Blei. Die Dicke der Kolliomatorscheibe 19 hängt dabei davon ab, welche Beschleunigungsspannung die verwendete Röntgenröhre aufweist und was für ein Target 3 verwendet wird. Sie ist bevorzugt so ausgelegt, dass 99% des
Bremsstrahlungsspektrums der am Target entstehenden Röntgenstrahlung in der Kollimatorscheibe 19 absorbiert werden - bei 450 kV und einem Wolframtarget würde man beispielsweise eine Wolfram- oder Blei-Dicke von mindestens 7 mm verwenden. Die Begrenzungsflächen 22 der Kollimatoröffnung 20 sind schräg zur Haupstrahlrichtung 16 ausgerichtet. Dadurch weist die Kollimatoröffnung 20 an ih- rem targetnahen Ende eine kleinere Fläche, als an ihrem targetfernen Ende auf. Da die Röntgenstrahlung 5 von dem kleinen Brennfleck 7 ausgehend die Oberflä- che der Kollimatorscheibe 19 schräg trifft, kann an den Begrenzungsflächen 22, die entlang der schräg verlaufenden Röntgenstrahlung 5 verlaufen, keine zusätzli- che Streustrahlung entstehen. Anders als bei einer Ausgestaltung mit parallel zur Hauptstrahlrichtung 16 verlaufenden Begrenzungsflächen 22, wo diese an dem targetfernen Ende in die Randstrahlen hineinreichen würden und dort Streustrah lung erzeugen würden. Dadurch wird die Bildung von I laibschatten 12 weiter re duziert.
An der targetnahen Fläche der Kollimatorscheibe 19 ist ein Vorfilter 17 zur Strahl- aufhärtung angebracht. Alternativ kann das Vorfilter 17 auch auf der targetfernen Seite der Kollimatorscheibe 19 angeordnet sein; entweder direkt an dieser oder in einem Abstand, der bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 10 mm liegt. Die an die- sem Vorfilter 17 entstehende Streustrahlung kann den Effekt der Bildung von Halbschatten 12 nicht erhöhen, da die - in der Ausbreitungsrichtung der Röntgen- strahlung 5 dahinter liegende Kollimatorscheibe 19 dies bis auf den Bereich der Kollimatoröffnung 20 verhindert. Alternativ kann der Vorfilter 17 in einer Tasche auf der targetfernen Fläche der Kollimatorscheibe 19 angeordnet sein, damit die Kollimatorscheibe 19 noch näher am Austrittsfenster 4 ist. Erfindungswesentlich ist, dass der Vorfilter 17 nur auf einer kleinen Fläche angestrahlt wird, um nur eine möglichst kleine Streuwirkung zu haben. Zwischen der Kollimatorvorrichtung 18 (hier: zwischen dem mit der Kollimator scheibe 19 fest verbundenen Vorfilter 17) und dem Austrittsfenster 4 ist noch ein kleiner Abstand vorhanden, damit das Austrittsfenster 4 nicht versehentlich beim Einsetzen oder bei Erschütterungen der Kollimatorvorrichtung 8 mechanisch be- schädigt werden kann, was zur Notwendigkeit des Austauschs der gesamten (ge- schlossenen) Röntgenröhre 1 führen würde.
Das Austrittsfenster 4 ist mit einem Stahlring 21 luftdicht verlötet, der wiederum mit einem Teil des Gehäuses 2 luftdicht verbunden ist. Vom Gehäuse 2 erstreckt sich in der Nähe des Stahlrings 21 ein Kegelstumpf 29, der mit dem äußeren Teil des Röhrenflansches 9 fest verbunden ist.
Die vorstehenden Ausführungen gelten genauso für ein abgewandeltes Target 3 gemäß Figur 3b, da es gemäß den obigen Ausführungen zur Figur 3a nicht auf die Ausgestaltung des Targets 3 ankommt. Figur 3b zeigt eine vergrößerte und detaillierte Darstellung eines Ausschnitts der Figur 2b im Bereich des Targets 3 und des Austrittsfensters 4. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind in Figur 3b gleich bezeichnet wie in Figur 3a.
In den Figuren 4 bis 6 ist eine gegenüber Figur 3a leicht abgewandelte
Kollimatorvorrichtung 18 dargestellt. Die Schrägansicht der Figur 4 zeigt die Kollimatorvorrichtung 18 von der Röhrenseite aus; die Figur 5 ist ein Länggschnitt durch die Kollimatorvorrichtung 18 der Figur 4; die Figur 6 ist eine Draufsicht - also von der dem Gehäuse 2 der Röntgenröhre 1 abgewandten Seite - auf die Kollimatorvorrichtung 18. Im Folgenden wird die Kollimatorvorrichtung 18 anhand der genannten drei Figuren näher beschrieben. Sie ist zusammen mit dem
Röhrenflansch 9 dargestellt.
Der Röhrenflansch 9 weist an seiner Unterseite die Form eines Zylindermantels auf (um ihn gut an dem Gehäuse 2 der Röntgenröhre 1 festlegen zu können) und hat zentral eine Öffnung. Diese Öffnung durchdringend ist ein Kegelstumpf 29 als Teil des Röhrenflansches 9 vorhanden.
Durch die Öffnung im Röhrenflansch 2, innerhalb des Kegelstumpfes 29, erstreckt sich die ebenfalls kegelstumpförmige Trag wand 23. Am targetnahnen Ende der Trag wand 23 ist die Kollimatorscheibe 19 mit der Kollimatoröffnung 20 - die schräge Begrenzungsflächen 22 aufweist - angeordnet. Die T ragwand 23 ist an ihrem targetfernen Ende fest mit der Trägerplatte 26 verbunden.
Der Grundrahmen 25 ist fest mit dem Röhrenflansch 9 an seiner Außenseite über Befestigungsvorrichtungen 24 - hier in Form von vier Schrauben - verbunden. Die Trägerplatte 26 ist hingegen sehr einfach lösbar über zwei Verschlusselemente 28, die gegen Federkraft jeweils zur Außenseite des Grundrahmens 25 auslenkbar sind und die Trägerplatte 26 gegen entsprechende, an dem Grundrahmen 25 ausgebildete Anschläge 27 drücken, mit dem Grundrahmen 25 verbunden. Durch die Auswechselbarkeit der Trägerplatte 26 samt Tragwand 23 und
Kollimatorscheibe 19 kann dieses Bauteil leicht auf die geometrischen
Gegebenheiten abgestimmt werden, indem die für den jeweiligen Aufbau benötigte Kollimatorscheibe 19 mit der für den Anwendungsfall passenden
Kollimatoröffnung 20 eingesetzt wird.
In Figur 7a sind zwei Kollimatorscheiben 19 mit unterschiedlichen
Kollimatoröffnungen 20 dargestellt, die jeweils schräge Begrenzungsflächen 22 aufweisen. Diese Kolimatoren werden bei Einbaulagen der Röntgenröhre 1 verwendet, bei der der Elektronenstrahl 15 senkrecht auf der Hauptstrahlrichtung 16 steht, wie dies in Figur 3a der Fall ist.
Die obere Kollimatorscheibe 19 weist eine quadratische Kollimatoröffnung 20 auf; die untere Kollimatorscheibe 19 eine rechteckige Kollimatoröffnung 20. In den jeweiligen rechten Darstellungen sind Draufsichten auf die Kollimatorscheiben 19 dargestellt und in den jeweiligen linken Darstellungen Längsschnitte in horizontaler Richtung in den rechten Darstellungen. Die spezifischen Größen für die hier dargestellten Ausführungsbeispiele sind nur exemplarisch. Der Durchmesser der beiden Kollimatorscheiben 19 ist dem
Austrittsfenster 4, sowie der Passung angepasst - er beträgt bei einer 450 kV- Röntgenröhre der Firma Comet AG 63 mm - und ihr Abstand A zum Brennfleck 7 beträgt jeweils 63 mm; die Kollimatoröffnung 20 im oberen Beispiel hat an ihrer dem Brennfleck 7 zugewandten Seite eine Größe von 18,45 mm und an ihre dem Brennfleck 7 abgewandgten Seite 21 ,38 mm. Daraus ergibt sich ein horizontaler Öffnungswinkel g für den Röntgenstrahl von ± 8,33°. Mit dem unteren Ausfüh rungsbeispiel wird ein doppelt so breiter Strahlenkegel 5 ausgeleuchtet wie mit dem oberen Ausführungsbeispiel - bei ansonsten gleicher Geometrie, wie es bei Messkreiserweiterungen mit zusammengesetzten Detektorbildern benötigt wird.
Im unteren Beispiel betragen die entsprechenden Größen für die
Kollimatoröffnung 20 somit 36,9 mm und 42,76 mm, was zu einem horizontalen Öffnungswinkel g von ± 16,32° führt. Die Kollimatorscheibe 19 besteht wie oben beschrieben aus Wolfram oder ähnlichem Material, dessen Stärke der gewünsch- ten Absorption angepasst ist. Beispielsweise kann es sich um eine 10 mm dicke Schicht aus reinem Wolfram oder um eine 7 mm dicke Bleischicht mit einer zu- sätzlichen 3 mm dicken Kupferschicht handeln. Für Röntgenröhren 1 mit anderen Spannungen oder anderer Hersteller ist eine entsprechende Anpassung der oben genannten Abmessungen nötig, die der Fachmann ausgehend von den Ausfüh- rungen zur obigen 450 kV-Röntgenröhre der Firma Comet AG vornehmen kann. In Figur 7b sind alternative Ausführungsformen der in Figur 7a dargestellten Kolli- matorscheiben 19 dargestellt. Ihr einziger Unterschied besteht darin, dass die je- weiligen Begrenzungsflächen 22 nicht schräg ausgeführt sind, sondern senkrecht zur Oberfläche verlaufen. Solche Ausgestaltungen haben den Vorteil, dass sie ein- facher herzustellen sind als die Ausführungsformen mit schräg verlaufenden Begrenzungsflächen 22. Nachteilig der Ausführungsbeispiele gemäß Figur 7b ge- genüber denjenigen der Figur 7a ist, dass die schräg verlaufenden Randstrahlen der Röntgenstrahlung 5 eine Teil der Kollimatorscheibe 19 durchdringen und dort in geringem Umfang Streustrahlung produzieren. Bei einer 450 kV-Röntgenröhre ist dieser Effekt bei Verwendung von Wolfram als Material für die Kollimatorschei- be 19 allerdings so klein, dass er nicht signifikant ins Gewicht fällt.
Figur 8a ist ein Schnitt vergleichbar demjenigen der Figur 3a, wobei die
Röntgenröhre 1 in einer anderen Einbaulage verbaut ist und eine andere
Kollimatorscheibe 19 verwendet wird. Im Folgenden wird nur auf die Unterschiede zu Figur 3a eingegangen.
Im Unterschied zur Einbaulage der Röntgenröhre 1 in Figur 3a, bei der der Elektronenstrahl 15 senkrecht auf der Hauptstrahlrichtung 16 der primären
Röntgestrahlung 5 steht, ist die Röntgenröhre 1 in Figur 8 um einen Einbauwinkel a von 5° eingebaut. Dies bedeutet, dass der Elektronenstrahl 15 nicht senkrecht auf der Hauptstrahlrichtung 16 - die senkrecht auf den nicht dargestellten Detektor 6 steht - steht, sondern der Winkel zwischen diesen beiden nur 85 beträgt.
Dadurch ist die Oberfläche des Targets 3 weiter nach rechts geneigt - was den Targetschatten auch nach rechts unten wegdreht - und es kann somit ein größerer symmetrischer Winkclboroich um die Hauptstrahlachse 16 genutzt werden, da das Target den Winkelbereich unterhalb der Hauptstrahlachse 16 nicht so stark ausblendet. Man erzielt dadurch einen vertikalen Öffnungswinkel ß des Röntgenstrahls 5 von ± 15° (anstatt der ± 10° in Figur 3). Um den gesamten vergrößerten vertikalen Öffnungswinkel ß nutzen zu können, muss allerdings die Kollimatoröffnung 20 in der Kollimatorscheibe 19 von deren Zentrum weg nach oben verschoben sein; bei ansonsten gleichen Maßen für die Kollimatoröffnung 20
Der einzige Unterschied des in Figur 8b dargestellten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel gegenüber dem in Figur 8a dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel liegt darin, dass das Target 3 von der Hülle 30 und dem Innenfenster 31 umschlossen ist - mit der oben beschriebenen Öffnung in der Hül- le 30, durch die der Elektronenstrahl 15 vom Filament zum Target 3 gelangt anstatt des in Figur 8a dargestellten Targets 3. Alle anderen Bestandteile sind gleich wie in Figur 8a. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind in Figur 8b gleich bezeichnet wie in Figur 8a. Die vorstehenden Ausführungen zur Figur 8a gelten genauso für das abgewandelte Target 3 gemäß Figur 8b, da es gemäß den obigen Ausführungen zur Figur 8a nicht auf die Ausgestaltung des Targets 3 ankommt, sondern einzig auf seinen Einbauwinkel a von 5° zur
Hauptstrahlrichtung 16.
In Figur 9a ist - vergleichbar mit Figur 7a - eine Draufsicht auf die im Ausfüh- rungsbeispiel der Figur 8a verbaute Kollimatorscheibe 19 sowie ein Querschnitt durch dieselbe dargestellt. Die Abmessungen der Kolimatoröffnung 20 sind gleich wie diejenigen im oberen Teil der Figur 7a, sie ist gegenüber dieser einzig aus dem Zentrum heraus nach rechts gerückt. Das Material der Kollimatorscheibe 19 ist ebenfalls gleich demjenigen in Figur 7a und es ist derselbe horizontale Öff- nungswinkel g vorhanden wie in Figur 7a, nur dass dieser hier schräg auf der Oberfläche der Kollimatorscheibe 19 steht. Die Begrenzungsflächen 22 haben un- terschiedliche Winkel zur Oberfläche der Kollimatorscheibe 19, da die Hauptstrahl- richtung 16 bei der verdrehten Einbaulage nicht senkrecht auf dieser Oberfläche steht, um zu gewährleisten, dass die Randstrahlen Röntgenstrahlung 5 parallel zu diesen Begrenzungsflächen 22 verlaufen und somit keine Streustrahlung daran erzeugt wird.
In Figur 9b ist - entsprechend Figur 7b - ein Ausführungsbeispiel einer Kollima- torscheibe 19 mit senkrecht zur Oberfläche der Kollimatorscheibe 19 verlaufenden Begrenzungsflächen 22 dargestellt. Bezüglich der Vor- und Nachteile gegenüber dem in Figur 9a dargestellten Ausführungsbeispiel gilt das oben zu Figur 7b Aus- geführte analog. Allgemein kann gesagt werden, dass je weiter der Detektor 6 von der
Röntgenröhre 1 und somit dem Brennfleck 7 entfernt wird oder je kleiner der Detektor 6 ist, desto kleiner kann die Kollimatoröffnung 20 werden und der Halbschatten 12 reduziert sich auf ein Minimum, so dass annährend die Situation eines punktförmigen Brennflecks 7 erreicht wird. Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird der Halbschatten 12 am Rand des projizierten Objekts 8 stark verkleinert und dunkle Stellen hinter dem Objekt 8 nicht zusätzlich zur
Objektstreustrahlung aufgehellt.
Ein einfaches Beispiel ist der in Figur 10 dargestellte CT-Scan eines
Aluminiumzylinders. In dem dargestellten Beispiel hat er einen Durchmesser von 75 mm bei einer Röhrenspannung von 450 kV, wie es beispielsweise bei einem Test nach ASTM E 1695 verwendet wird.
Figur 10 (a) und (b) zeigen jeweils oben ein Tomogramm und unten ein
Linienprofil des Aluminiumzylinders. Die Aufnahmeparameter sind in beiden Fällen identisch: Röntgenröhre MXR-451 HP/11 I Y.TU450-D11 , 1.5mA, 1 ,5 mm Sn + 0,5 mm Cu Vorfilter, Perkin Eimer XRD1621 AN18 mit Detektorabstand 1.700 mm, Vergrößerung 3,8. Im linken Beispiel (Figur 10 (a)) wurde die Kollimator-Lösung gemäß dem Stand der Technik aus Figur 1 am Röhrenflansch 9 genutzt und im rechten Beispiel (Figur 10 (b)) wurde eine erfindungsgemäße Kollimatorvorrichtung 18 verwendet - bei der die Kollimatorscheibe 19 direkt am Austrittfenster 4 angeordnet ist. Das ideale Ergebnis wäre ein gleichbleibendes Plateau im Material, also einer horizontalen Linie im mittleren Bereich des jeweiligen Linienprofils im jeweils unteren Teil der Figur 10. Durch Effekte wie Strahlaufhärtung ist im Normalfall ein leichtes Tal mittig nach unten zu beobachten. Figur 10 (a) zeigt in der Mitte jedoch ein ungewöhnliches Maximum. Dies wird oft mit Streustrahlung vom Objekt 8 erklärt, was jedoch nicht zutrifft. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Kollimatorvorrichtung 18 wird das Maximum stark reduziert und das Linienprofil (unterer Teil der Figur 10 (b)) gleicht fast dem erwarteten Bild.
Besonders bei 3D-Rekonstruktionen eines CT-Scans zeigen sich deutliche
Verbesserungen in Form reduzierter Scheindichte in innen liegenden Hohlräumen, die beim CT-Scan nie ohne verdeckendes Material gesehen werden.
Bezugszeichenliste
1 Röntgenröhre
2 Gehäuse
3 Target
4 Austrittsfenster
5 Röntgenstrahlung
6 Detektor
7 Brennfleck
8 Objekt
8’ Abbildung des Objekts
9 Röhrenflansch
10 Kollimator
1 1 Primärschatten
12 Halbschatten
13 Fensterträger
14 Öffnung
15 Elektronenstrahl
16 Hauptstrahlrichtung
17 Vorfilter
18 Kollimatorvorrichtung
19 Kollimatorscheibe
20 Kollimatoröffnung
21 Stahlring
22 Begrenzungsfläche
23 Tragwand
24 Befestigungsvorrichtung, Schraube
25 Grund rahmen
26 Trägerplatte
27 Anschlag
28 Verschlusselement
29 Kegelstumpf A Abstand Brennfleck - Kollimatorscheibe a Einbauwinkel
ß vertikaler Öffnungswinkel des Röntgenstrahls g horizontaler Öffnungswinkel des Röntgenstrahls

Claims

Patentansprüche
1 , Röntgenröhre (1) mit einem Gehäuse (2), einem Target (3) und einem Aus- trittsfenster (4) für am Target (3) erzeugte Röntgenstrahlung (5), wobei das Austrittsfenster (4) luftdicht in einer Öffnung (14) des Gehäuses (2) festgelegt ist, wobei das Austrittsfenster (4) dem Target (3) gegenüber liegt und inner- halb des Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei an der Röntgenröhre (1) eine Kollimatorscheibe (19) aus einem stark Röntgenstrahlen-absorbierenden Ma- terial mit einer Kollimatoröffnung (20) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kollimatorscheibe (19) dem Austrittsfenster (4) auf seiner targetabge- wandten Seite gegenüber liegt und sich unterhalb der Oberfläche des Ge- häuses (2) befindet.
2. Röntgenröhre (1) nach Patentanspruch 1 , wobei die Kollimatorscheibe (19) aus einem elektrisch leitenden Material besteht, wie beispielsweise Wolfram, Eisen oder Blei.
3. Röntgenröhre (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die Kollimatorscheibe (19) eine Dicke aufweist, die mindestens eine Abschwä- chung der emittierten und durch sie gehenden Röntgenstrahlung von 99% bewirkt, insbesondere zwischen 5 mm und 25 mm liegt, besonders bevorzugt zwischen 7 mm und 20 mm liegt.
4. Röntgenröhre (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die
Kollimatorscheibe (19) und das Austrittsfenster (4) parallel zueinander ange- ordnet sind und/oder der Abstand zwischen Kollimatorscheibe (19) und Aus- trittsfenster (4) zwischen 0 mm und 20 mm liegt, bevorzugt zwischen 0,5 mm und 10 mm und besonders bevorzugt zwischen 1 mm und 5 mm.
5. Röntgenröhre (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die Kollimatorscheibe (19) über eine kegelstumpfförmige Tragwand (23) mit ei- ner Befestigungsvorrichtung (24) an der targetabgewandten Seite verbunden ist, die mit einem Röhrenflansch (9) verbunden ist, der die Öffnung (14) des Gehäuses (2) an dessen Außenseite umschließt.
6. Röntgenröhre (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die Kollimatoröffnung (20) zentral in der Kollimatorscheibe (19) angeordnet ist, insbesondere bei einer runden Kollimatorscheibe (19) symmetrisch zu zwei zueinander senkrecht stehenden Durchmessern ausgebildet ist.
7. Röntgenröhre (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei die Kolli matoröffnung (20) verschoben zum Zentrum der Kollimatorscheibe (19) an geordnet ist, insbesondere bei einer runden Kollimatorscheibe (19) symmet risch zu einem Durchmesser und einer dazu senkrecht stehenden Sekante, die kein Durchmesser ist, ausgebildet ist.
8. Röntgenröhre (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei die Kollimatoröffnung (20) an ihrem targetnahen Ende eine kleinere Fläche als an ihrem targetfernen Ende aufweist.
9. Röntgenröhre (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei an der targetnahen oder der targetfernen Oberfläche der Kollimatorscheibe (19) ein Vorfilter (17) zur Strahlaufhärtung angeordnet ist.
10. Röntgenröhre (1) nach einem der vorstehenden Patentansprüche, wobei das Target (3) von einer Hülle (30) umgeben ist, in die an der Stelle, in deren Richtung die Röntgenstrahlung (5) zum Austrittsfenster (4) gelangt, ein Innenfenster (31) aus Beryllium eingesetzt ist und dadurch ein überwiegend abgeschlossener Hohlraum um das Target (3) vorhanden ist.
11. Kollimatorvorrichtung (18) für eine Röntgenröhre (1 ) mit einem Grundrahmen (25), an dem eine Befestigungsvorrichtung (24) zur Befestigung der Kollima- torvorrichtung (18) an einem Röhrenflansch (9) einer Röntgenröhre (1) ange- ordnet ist, und mit einer Tragwand (23), die mit dem Grundrahmen (25) lös- bar verbunden ist und auf derselben Seite des Grundrahmens (25) angeord- net ist wie die Befestigungsvorrichtung (24), und mit einer Kollimatorscheibe (19) aus einem stark Röntgenstrahlen-absorbierenden Material, die eine Kol- limatoröffnung (20) aufweist und die an dem dem Grundrahmen (25) abge- wandten Ende der Tragwand (23) angeordnet ist.
12. Kollimatorvorrichtung (18) nach Patentanspruch 11 , wobei die T ragwand (23) kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
13. Kollimatorvorrichtung (18) nach einem der Patentansprüche 11 oder 12, wobei die Kollimatorscheibe (19) so ausgebildet ist, wie es in einem der Patentansprüche 4 bis 7 angegeben ist.
14. Verwendung einer Kollimatorvorrichtung (18) nach einem der Patentansprüche 11 bis 13 an einer Röntgenröhre (1), insbesondere an einer Röntgenröh- re (1) nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, zur Reduzierung des Halbschattens bei der Abbildung eines Objekts (8) mittels der von der Röntgen röhre (1) emittierten Röntgenstrahlung (5) auf einem Detektor (6).
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