DE102012203807A1

DE102012203807A1 - X-ray tube for use in mammography system, has units for rotation of sheath surface around cylinder longitudinal axis, and units for simultaneous translational movement of sheath surface in direction of cylinder longitudinal axis

Info

Publication number: DE102012203807A1
Application number: DE201210203807
Authority: DE
Inventors: Mathias Hörnig
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-12

Abstract

The x-ray tube (M2) has a vacuum housing with an exit window integrated for an x-ray radiation, and an electron source for transmission of electrons. A rotating cylindrical anode is provided, in which the electrons are retarded by generating x-ray radiation on a focal spot that is stationary relative to the housing. The units are provided for rotation of a sheath surface around a cylinder longitudinal axis. The units are placed for simultaneous translational movement of the sheath surface in the direction of the cylinder longitudinal axis.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre, mit einem Vakuumgehäuse mit einem für Röntgenstrahlung durchgängigen Austrittsfenster, mindestens einer Elektronenquelle zur Aussendung von Elektronen und einer rotierende Anode, in der die Elektronen unter Erzeugung von Röntgenstrahlung auf einem relativ zum Gehäuse ortsfesten Brennfleck, der eine Brennbahn auf der Anodenoberfläche beschreibt, abgebremst werden, wobei Mittel zur Rotation der Manteloberfläche um eine Zylinderlängsachse vorgesehen sind. Außerdem betrifft die Erfindung insbesondere auch ein Mammographie- und ein CT-System mit einer solchen Röntgenröhre. The invention relates to an X-ray tube, comprising a vacuum housing with an exit window for X-radiation, at least one electron source for emitting electrons and a rotating anode, in which the electrons to generate X-radiation on a stationary relative to the housing focal spot, which has a focal path on the anode surface describes, are braked, with means for rotating the mantle surface are provided about a cylinder longitudinal axis. In addition, the invention particularly also relates to a mammography and a CT system with such an X-ray tube.

Derartige Röntgenröhren mit zylindrischen Drehanoden sind im Stand der Technik allgemein bekannt und werden insbesondere dann verwendet, wenn relativ hohe Röntgenleistungen notwendig sind, wie beispielsweise im Rahmen von Mammographie- und CT-beziehungsweise C-Bogen-Systemen. Such x-ray tubes with cylindrical rotating anodes are well known in the art and are particularly used when relatively high x-ray powers are necessary, such as in mammography and CT or C-arm systems.

Aufgrund der stetig steigenden Anforderungen an Leistung und Lebensdauer stößt man bei den aktuell verwendeten Drehanoden an deren Leistungsgrenze. Das Problem herkömmlicher Drehanoden, beispielsweise für die Angiographie oder Mammographie, besteht darin, dass die Wärme auf der Anode, die typischerweise zumindest eine Wolframbahn aufweist, lediglich auf einen einzigen Brennring verteilt wird. Dieser erhitzt sich während eines Scans enorm und führt zu Abdampfungen gepaart mit Ablagerungen im Vakuumgehäuse, was letztlich zur Zerstörung der Röhre führt. Due to the ever-increasing demands on performance and service life, the currently used rotary anodes reach their performance limits. The problem with conventional rotary anodes, for example for angiography or mammography, is that the heat on the anode, which typically has at least one tungsten tooth, is distributed only to a single burner ring. This heats up enormously during a scan and leads to evaporations coupled with deposits in the vacuum housing, which ultimately leads to the destruction of the tube.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Röntgenröhre der eingangs genannten Art bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit und ihrer Lebensdauer zu verbessern. It is therefore an object of the invention to improve the X-ray tube of the type mentioned in terms of their performance and their life.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche. This object is solved by the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention are the subject of the subordinate claims.

Der Erfinder hat erkannt, dass eine Verbesserung von Leistung und Lebensdauer der Röntgenröhre dadurch möglich ist, dass zusätzlich zur rein rotatorischen Bewegung der Anode, diese mit einer – vorzugsweise zyklisch gegenläufigen – translatorischen Bewegung derart zu beaufschlagen, dass sich die Bahn des Brennfleckes auf der Manteloberfläche der Anode besser verteilt. Während die Brennringfläche sich bekanntermaßen ergibt aus 2·π·r·h (r = Radius des Zylinders, h = Höhe des Brennflecks) kann nun die komplette Zylindermantelfläche 2·π·r·H (H = Höhe des Zylindermantels mit H>>h) genutzt werden. Notwendig ist hierbei natürlich, dass auch eine Zylinderhöhe verwendet wird, die wesentlich größer als die Höhe des Brennflecks ist. The inventor has recognized that an improvement of the performance and life of the X-ray tube is possible in that in addition to the purely rotational movement of the anode to impose a - preferably cyclically opposite - translational movement such that the path of the focal spot on the mantle surface the anode is better distributed. While the torus ring surface is known to result from 2 · π · r · h (r = radius of the cylinder, h = height of the focal spot), the complete cylinder surface 2 · π · r · H (H = height of the cylinder jacket with H >> h ) be used. Of course, it is necessary that a cylinder height is used which is much larger than the height of the focal spot.

Auf diese Weise kann also der Brennfleck – je nach gewählter Steuerung der translatorischen und rotatorischen Bewegung des Anodenzylinders – auf immer neuen Bahnen oder zumindest auf einer gegenüber dem Zylinderumfang wesentlich längeren Bahn bewegt werden, so dass jeder Oberflächenbereich wesentlich seltener thermisch belastet wird, mehr Zeit zur Abkühlung hat und damit auch weniger Oberflächenschäden erleidet. In this way, therefore, the focal spot - depending on the selected control of the translational and rotational movement of the anode cylinder - be moved to new lanes or at least on a relative to the cylinder circumference much longer path, so that each surface area is much less thermally stressed, more time for Has cooling and thus suffers less surface damage.

Dafür kann zum Beispiel eine herkömmliche Telleranordnung durch einen Anodenzylinder ersetzt werden, wobei der Zylinder auf einer Welle oder vorzugsweise einer Spindel angeordnet wird. Es wird dabei vorgeschlagen, die Mantelfläche komplett oder zumindest nahezu komplett aus dem gewünschten Anodenmaterial (z.B. Wolfram) auszubilden beziehungsweise zumindest die verwendeten Brennbahnen der Zylinderoberfläche mit diesem Anodenmaterial zu belegen. For this purpose, for example, a conventional plate assembly can be replaced by an anode cylinder, wherein the cylinder is arranged on a shaft or preferably a spindle. In this case, it is proposed to form the lateral surface completely or at least almost completely from the desired anode material (for example tungsten) or at least to cover the used burning surfaces of the cylinder surface with this anode material.

Durch Vorgabe fixer Rotations- und Translationsgeschwindigkeiten sind mehrere Brennringbahnen, die als Spiralbahnen ausgeprägt sind, auf der Mantelfläche möglich. Möglich ist dabei auch mehrere getrennte Bahnen zu definieren, die mit unterschiedlichen Anodenmaterialien belegt werden, so dass durch entsprechende Ansteuerung der Bahnen Röntgenstrahlung mit unterschiedlichen Energiespektren ausgestrahlt werden können. By specifying fixed rotational and translational speeds, a plurality of combustion ring paths, which are in the form of spiral paths, are possible on the lateral surface. It is also possible to define a plurality of separate webs, which are covered with different anode materials, so that X-ray radiation with different energy spectra can be emitted by appropriate control of the webs.

Es wird weiterhin vorgeschlagen, für die Bewegungen der Translation (Vorschubgeschwindigkeit) beispielsweise einen Linearaktuator oder Linearstellantriebe zu verwenden. Hiermit sind hohe Auflösungen (<1µm) reproduzierbar und schnelle Vorschübe (>1000mm/sec) erreichbar. It is further proposed to use for the movements of the translation (feed speed), for example, a linear actuator or linear actuators. Hereby high resolutions (<1μm) are reproducible and fast feeds (> 1000mm / sec) can be achieved.

Erfindungsgemäß können Rotationsgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit applikationsspezifisch programmiert und gesteuert werden. According to the invention rotational speed and feed rate can be programmed and controlled application specific.

Der Vorteil einer solchen Röntgenröhre besteht darin, dass:

– Eine starke Leistungssteigerung der Röntgenröhre erzielt wird und hierdurch die thermische Anodenbelastung durch die Verschmierung auf die komplette Mantelfläche im Vergleich zur bekannten Kreisfläche signifikant reduziert wird und die Brennringfläche durch die Spiralbahn um Faktoren erhöht wird.
– Die Bewegungen der Anode sehr genau und schnell durchführbar sind.
– Eine hohe mechanische Stabilität erzielt wird.
– Die Röntgenröhre flexibel einsetzbar ist und damit eine flexible Hublänge einstellbar ist, die lediglich abhängig von der Spindellänge ist.
– Die Kühlung der Röhre analog zu heutigen Röhren implementierbar ist.
– Die Spiralbahnen applikationsspezifisch steuerbar sind, zum Beispiel gekoppelt an die Scandauer etc.
– Die Rotationsgeschwindigkeit der Anode durch eine erhöhte Translation reduziert werden kann und der einfachere Anodenaufbau Kosten bei der Herstellung reduziert.

The advantage of such an X-ray tube is that:

- A strong performance increase of the X-ray tube is achieved and thereby the thermal anode load is significantly reduced by the smearing on the entire lateral surface compared to the known circular area and the torch surface is increased by the spiral path by factors.
- The movements of the anode are very accurate and fast to carry out.
- A high mechanical stability is achieved.
- The X-ray tube is flexible and thus a flexible stroke length is adjustable, which is only dependent on the spindle length.
- The cooling of the tube analogous to today's tubes can be implemented.
- The spiral webs are application-specific controllable, for example coupled to the scan duration etc.
The rotational speed of the anode can be reduced by increased translation and the simpler anode construction reduces manufacturing costs.

Entsprechend diesen Überlegungen schlägt der Erfinder vor, die an sich bekannte Röntgenröhre, mit einem Vakuumgehäuse mit einem für Röntgenstrahlung durchgängigen Austrittsfenster, mindestens einer Elektronenquelle zur Aussendung von Elektronen und einer rotierenden zylindrischen Anode, in der die Elektronen unter Erzeugung von Röntgenstrahlung auf einem relativ zum Gehäuse ortsfesten Brennfleck, der eine Brennbahn auf der zylindrischen Manteloberfläche beschreibt, abgebremst werden, wobei Mittel zur Rotation der Manteloberfläche um eine Zylinderlängsachse vorgesehen sind, dahingehend zu verbessern, dass zusätzlich Mittel zur gleichzeitigen translatorischen Verschiebung der Manteloberfläche in Richtung der Zylinderlängsachse angebracht sind. According to these considerations, the inventor proposes the per se known X-ray tube having a vacuum housing with an X-ray exit window, at least one electron source for emitting electrons and a rotating cylindrical anode in which the electrons generate X-radiation on a relative to the housing stationary focal spot, which describes a focal path on the cylindrical surface surface, are braked, wherein means are provided for rotating the mantle surface about a cylinder longitudinal axis to improve in that in addition means for simultaneous translational displacement of the mantle surface in the direction of the cylinder axis are mounted.

Vorteilhaft können die Mittel zur Rotation und zur gleichzeitigen translatorischen Verschiebung der Manteloberfläche derart ausgelegt sein, dass die daraus entstehende Bahn des Brennflecks auf der Manteloberfläche erst nach mehr als einfacher vollständiger Rotation der Manteloberfläche wieder in sich übergeht. Advantageously, the means for rotation and the simultaneous translational displacement of the mantle surface can be designed so that the resulting path of the focal spot on the mantle surface only after more than simple complete rotation of the mantle surface goes back into itself.

In einer besonderen Ausgestaltung kann die Manteloberfläche längsverschiebbar auf einer Welle gelagert sein und sowohl einen separaten Rotationsantrieb als auch einen Linearantrieb aufweisen. In a particular embodiment, the mantle surface can be mounted longitudinally displaceable on a shaft and have both a separate rotary drive and a linear drive.

Alternativ kann die Manteloberfläche jedoch auch fest mit einer Welle verbunden sein, die durch einen Spindelantrieb gleichzeitig rotatorisch und translatorisch angetrieben wird. Alternatively, however, the mantle surface can also be fixedly connected to a shaft which is driven by a spindle drive at the same time rotationally and translationally.

Nochmals alternativ kann die Manteloberfläche auch auf einer Spindel angeordnet sein, welche einen Linearaktuator zur Längsverschiebung der Manteloberfläche aufweist. Again alternatively, the mantle surface can also be arranged on a spindle, which has a linear actuator for longitudinal displacement of the mantle surface.

Weiterhin kann die Manteloberfläche zumindest entlang der Bahn des Brennflecks aus einem anderen Material als der Zylinder bestehen. Hierdurch kann der Anodenzylinder zum Beispiel aus einem einfach zu fertigenden oder leicht spanabhebend zu bearbeitenden Material, zum Beispiel Messing oder ein Mehrschichtzylinder aus Edelstahl mit Graphit zum Wärmespeichern und einem Anodenmaterial, hergestellt werden und andererseits die Bahn des Brennflecks mit einem gewünschten Anodenmaterial belegt werden. Da die Eindringtiefe der Elektronen relativ gering ist, kann die Bennfleckbahn auch durch Sputtern oder Plasmabeschichten mit Materialien belegt werden, die ansonsten nur schwierig zu bearbeiten sind. Furthermore, the mantle surface may be made of a different material than the cylinder at least along the path of the focal spot. As a result, the anode cylinder, for example, from a simple to produce or easily machined material to be machined, for example brass or a multi-layer cylinder made of stainless steel with graphite for heat storage and an anode material, and on the other hand, the path of the focal spot are covered with a desired anode material. Since the penetration depth of the electrons is relatively low, the Bennfleckbahn can also be covered by sputtering or plasma coating with materials that are otherwise difficult to work.

Schließlich kann die Manteloberfläche auch auf mindestens zwei möglichen Bahnen des Brennflecks mit unterschiedlichen Anodenmaterialien belegt werden, so dass durch gezielte Ansteuerung der Bahnen unterschiedliche Röntgenenergiespektren erzeugt werden können. Finally, the mantle surface can also be covered with at least two possible tracks of the focal spot with different anode materials, so that different X-ray energy spectra can be generated by targeted control of the tracks.

Eine besondere Ausführung der erfindungsgemäßen Röntgenröhre sieht weiterhin vor, dass die zylindrische Anode als Transmissionsanode ausgebildet ist und im Innenraum des Anodenmantels ein Elektronenemitter angeordnet ist. A particular embodiment of the X-ray tube according to the invention further provides that the cylindrical anode is designed as a transmission anode and an electron emitter is arranged in the interior of the anode jacket.

Günstig ist es auch, wenn die Manteloberfläche Teil eines Vollzylinders ist, da hierdurch eine hohe Wärmeaufnahmekapazität vorliegt. It is also favorable if the mantle surface is part of a solid cylinder, since this results in a high heat absorption capacity.

Weiterhin kann die zylindrische Anode einen integrierten axialsymmetrischen Strömungskanal zur Kühlung aufweisen und die Welle einen Zu- und Abfuhrkanal für ein Kühlmedium aufweisen. Furthermore, the cylindrical anode may have an integrated axisymmetric flow channel for cooling and the shaft may have an inlet and outlet channel for a cooling medium.

Es wird auch vorgeschlagen, die Mittel zur rotatorischen und translatorischen Bewegung der Anode mit einer programmierbaren Steuervorrichtung zu koppeln, so dass je nach aktueller Leistungsabgabe der Röntgenröhre, also auch je nach thermischer Belastung im Brennfleck, unterschiedlich schnelle Geschwindigkeiten gefahren werden. It is also proposed to couple the means for rotational and translational movement of the anode with a programmable control device, so that depending on the current power output of the X-ray tube, so depending on the thermal load in the focal spot, different speeds are driven fast.

Neben der erfindungsgemäßen Röntgenröhre schlägt der Erfinder auch deren Verwendung in unterschiedlichen Röntgensystemen vor, beispielsweise in einem Mammographiesystem, einem CT-System oder einem C-Bogen-System. In addition to the X-ray tube according to the invention, the inventor also proposes its use in different X-ray systems, for example in a mammography system, a CT system or a C-arm system.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1: Anodenzylinder; 1.1: Graphitschicht; 2: Spindel / Drehachse / Hohlwelle; 3: Aktuator; 3.1: translatorischer Antrieb; 3.2: rotatorischer Antrieb; 4: Kühlmittelfluss; 5: Kathodenarm; 5.1: Kathodenhalterung; 7: Gehäuse; 8: Ablenkspule; B: Bahn; C1: CT-System / C-Bogen-System; C2: Röntgenröhre; C3: Detektor; C6: Gehäuse; C7: C-Bogen; C8: Patientenliege; C9: Systemachse; C10: Steuer- und Rechensystem; e^–: Elektronenstrahl; K: Kathode; M1: Mammographiesystem; M2: Röntgenröhre; M2.1: Röhrengehäuse; M2.2: Antrieb; M2.4: Fenster; M3: Flächendetektor; M5: Andruckplatte; M6: Gehäuse; M10: Steuer- und Rechensystem; P: Patient; Prg₁–Prg_n: Computerprogramme; S: Strahlenbündel; ∆h: Hub. In the following the invention with reference to a preferred embodiment with reference to the figures will be described in more detail, with only the necessary features for understanding the invention features are shown. The following reference symbols are used: 1 : Anode cylinder; 1.1 : Graphite layer; 2 : Spindle / axis of rotation / hollow shaft; 3 : Actuator; 3.1 : translatory drive; 3.2 : rotary drive; 4 : Coolant flow; 5 : Cathode arm; 5.1 : Cathode holder; 7 : Casing; 8th : Deflection coil; B: train; C1: CT system / C-arm system; C2: X-ray tube; C3: detector; C6: housing; C7: C-arm; C8: patient couch; C9: system axis; C10: control and computing system; e ^- : electron beam; K: cathode; M1: mammography system; M2: X-ray tube; M2.1: tubular housing; M2.2: drive; M2.4: window; M3: area detector; M5: pressure plate; M6: housing; M10: Control and computing system; P: patient; Prg ₁ prg _n : computer programs; S: radiation beam; Δh: stroke.

Es zeigen im Einzelnen: They show in detail:

1–3: Erfindungsgemäße rotierende Zylinderanode einer Röntgenröhre in verschiedenen Transversal-Positionen entlang der Rotationsachse; 1 - 3 : Inventive rotating cylinder anode of an X-ray tube in different transverse positions along the axis of rotation;

4: Schematische Darstellung eines Mammographiesystems mit einer Röntgenröhre mit rotier- und verschiebbarer Zylinderanode; 4 : Schematic representation of a mammography system with an X-ray tube with rotatable and displaceable cylinder anode;

5: Schematische Darstellung einer Anoden-Kathoden-Anordnung mit einer entlang der Rotationsachse verschiebbaren Anode mit Kühlmitteldurchfluss; 5 : Schematic representation of an anode-cathode arrangement with a displaceable along the axis of rotation anode with coolant flow;

6: Schematische Darstellung einer Röntgenröhre mit einer Anoden-Kathoden-Anordnung in zwei Anodenpositionen mit Kathodenarm auf der Seite des Röntgenfensters; 6 : Schematic representation of an X-ray tube with an anode-cathode arrangement in two anode positions with cathode arm on the side of the X-ray window;

7: Schematische Darstellung einer Röntgenröhre mit einer Anoden-Kathoden-Anordnung in zwei Anodenpositionen mit Kathodenarm auf der Gegenseite zum Röntgenfenster; 7 : Schematic representation of an X-ray tube with an anode-cathode arrangement in two anode positions with cathode arm on the opposite side to the X-ray window;

8: Schematische Darstellung einer Röntgenröhre mit einer Anoden-Kathoden-Anordnung mit innen liegendem Elektronenemitter und Brennfleck mit Röntgenemission auf der Mantelinnenseite; 8th : Schematic representation of an X-ray tube with an anode-cathode arrangement with internal electron emitter and focal spot with X-ray emission on the inside of the shell;

9: Schematische Darstellung einer Röntgenröhre mit einer Anoden-Kathoden-Anordnung mit einer zylindrischen Transmissionsanode und innen liegendem Elektronenemitter; 9 : Schematic representation of an X-ray tube with an anode-cathode arrangement with a cylindrical transmission anode and an internal electron emitter;

10: CT-System mit erfindungsgemäßer Röntgenröhre; 10 : CT system with X-ray tube according to the invention;

11: C-Bogen-System mit erfindungsgemäßer Röntgenröhre. 11 : C-arm system with inventive X-ray tube.

In den 1 bis 3 ist jeweils eine erfindungsgemäße Ausführung einer zylindrischen Anode 1 in drei unterschiedlichen Längspositionen auf einer Spindel 2 dargestellt. Rechts neben der Anode 1 befindet sich eine Kathode K von der ausgehend ein Elektronenstrahl e^– auf den Zylindermantel des Anodenzylinders beschleunigt wird und dort beim Eintritt in die Anode 1 Röntgenstrahlung erzeugt. Das entstehende Strahlenbündel S ist ebenfalls schematisch dargestellt. In the 1 to 3 is in each case an inventive embodiment of a cylindrical anode 1 in three different longitudinal positions on a spindle 2 shown. Right next to the anode 1 there is a cathode K from the starting an electron beam e ^{- is} accelerated to the cylinder surface of the anode cylinder and there when entering the anode 1 X-ray generated. The resulting beam S is also shown schematically.

Aufgrund des gleichzeitigen rotierenden Antriebs des Anodenzylinders 1 und des transversalen Antriebs durch den Aktuator 3 wird die Anodenoberfläche, also der Zylindermantel, an der ortsfesten Position des Brennflecks vorbeigeführt, so dass die thermische Leistung über die Fläche verschmiert wird. Durch die gleichzeitig ausgeführte Rotation und Transversalbewegung des Anodenzylinders 1 wird gegenüber einer nur rotierenden Zylindermantelfläche ein wesentlich größerer Bereich durch den Brennfleck mit Wärme beaufschlagt. Eine entsprechende Führung und Koordination beziehungsweise Kopplung der rotatorischen und translatorischen Bewegungen können dabei eine oder mehrere Bahnen B auf der Zylinderoberfläche erzeugen, auf der/denen der Brennfleck entlang läuft. Auf diese Weise kann gegenüber dem Stand der Technik ein wesentlich intensiverer Brennfleck, also ein wesentlich leistungsstärkerer Elektronenstrahl, zur Röntgenerzeugung verwendet werden, ohne die Oberfläche der Anode zur schädigen. Due to the simultaneous rotating drive of the anode cylinder 1 and the transverse drive by the actuator 3 the anode surface, ie the cylinder jacket, is guided past the stationary position of the focal spot, so that the thermal power is smeared over the surface. Due to the simultaneous rotation and transverse movement of the anode cylinder 1 In contrast to a rotating cylinder jacket surface only, a substantially larger area is exposed to heat through the focal spot. A corresponding guidance and coordination or coupling of the rotational and translatory movements can thereby generate one or more tracks B on the cylinder surface, on which the focal spot runs along. In this way, compared to the prior art, a much more intense focal spot, that is, a much more powerful electron beam, can be used for X-ray generation without damaging the surface of the anode.

Erfindungsgemäß kann die Manteloberfläche des rotierenden Anodenzylinders 1 auf den Bahnen B des Brennflecks mit einem oder mehreren spezifischen Anodenmaterialien belegt sein, so dass durch entsprechende Ansteuerung der Bahnen jeweils unterschiedliche Röntgenenergiespektren ausgestrahlt werden. According to the invention, the mantle surface of the rotating anode cylinder 1 be covered on the tracks B of the focal spot with one or more specific anode materials, so that by appropriate control of the webs each different X-ray energy spectra are emitted.

Die kombinierte rotatorische und lineare Bewegung kann dabei über einen Linearaktuator oder einen Elektromotor oder einen Asynchronmotor, bei dem ein Stator in bekannter Weise ein Drehfeld erzeugt, bewirkt werden. The combined rotational and linear movement can be effected via a linear actuator or an electric motor or an asynchronous motor, in which a stator generates a rotating field in a known manner.

Die 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Mammographiesystems M1 mit einem Gehäuse M6, an dem eine erfindungsgemäße Röntgenröhre M2 angebracht ist. Unter der Röntgenröhre M2 sind ein Flächendetektor M3 und eine zumindest höhenverschiebbare Andruckplatte M5 angeordnet, zwischen denen sich zur radiologischen Abtastung die Brust einer Patientin P befindet. Die Röntgenröhre selbst besteht aus dem Röhrengehäuse M2.1, in dem der gleichzeitig rotierbare und transversal verschiebbare Anodenzylinder 1 angeordnet ist, der sowohl zur Rotation als auch zur transversalen Bewegung entlang der Zylinderlängsachse durch den Antrieb M2.2 angetrieben wird. Die am Anodenmaterial erzeugte Röntgenstrahlung verlässt die Röntgenröhre M2 durch das Fenster M2.4 als auf den Detektor M3 gerichtetes Strahlenbündel S, wo die örtliche Strahlungsintensität beziehungsweise die Absorption der Strahlung durch die Brust der Patientin P zur Bildgebung gemessen wird. Die Steuerung des Mammographiesystems M1 und insbesondere auch die Steuerung der Röntgenröhre M2, insbesondere auch des Antriebs M2.2, erfolgt durch ein Steuer- und Rechensystem M10, in dem im Betrieb die Computerprogramme Prg₁–Prg_n ausgeführt werden. The 4 shows a schematic representation of a mammography system M1 with a housing M6, to which an X-ray tube M2 according to the invention is attached. Disposed below the X-ray tube M2 are an area detector M3 and an at least height-adjustable pressure plate M5, between which the breast of a patient P is located for radiological scanning. The X-ray tube itself consists of the tube housing M2.1, in which the simultaneously rotatable and transversely displaceable anode cylinder 1 is arranged, which is driven by both the rotation and the transverse movement along the cylinder longitudinal axis by the drive M2.2. The X-ray radiation generated at the anode material leaves the X-ray tube M2 through the window M2.4 as a radiation beam S directed to the detector M3, where the local radiation intensity or the absorption of the radiation through the patient's breast P is measured for imaging. The control of the mammography system M1 and in particular also the control of the X-ray tube M2, in particular also of the drive M2.2, is performed by a control and computing system M10, in which the computer programs Prg ₁ -Prg _{n are} executed during operation.

Die 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Anoden-Kathoden-Anordnung mit einer entlang der Rotationsachse verschiebbaren Anode 1 mit Kühlmitteldurchfluss 4 durch die Drehachse 2. Die Drehachse 2 wird von einem translatorischen Antrieb 3.1 in Form eines Aktuators in Längsrichtung und durch einen rotatorischen Antrieb 3.2 – hier eine Statorhülse – rotierend bewegt. Am Stator ist über einen Kathodenarm 5 eine Kathodenhalterung 5.1 befestigt, die wenigstens eine Kathode K trägt. Angedeutet ist auch die Möglichkeit an der Kathodenhalterung 5.1 zwei Kathoden anzuordnen, wobei eine der Kathoden leistungsstärker ist und einen relativ großen Brennfleck erzeugt, während die alternativ betreibbare zweite Kathode einen kleineren Brennfleck für höhere Auflösung erzeugt. Die Anode selbst ist in diesem Ausführungsbeispiel massiv. The 5 shows a schematic representation of an anode-cathode arrangement with a displaceable along the axis of rotation anode 1 with coolant flow 4 through the axis of rotation 2 , The rotation axis 2 is powered by a translatory drive 3.1 in the form of an actuator in the longitudinal direction and by a rotary drive 3.2 - here a stator sleeve - moves in a rotating manner. At the stator is over a cathode arm 5 a cathode holder 5.1 attached, which carries at least one cathode K. Also indicated is the possibility at the cathode holder 5.1 to arrange two cathodes, wherein one of the cathodes is more powerful and produces a relatively large focal spot, while the alternative operable second cathode produces a smaller focal spot for higher resolution. The anode itself is massive in this embodiment.

In der 6 ist schematische eine Röntgenröhre mit einer Anoden-Kathoden-Anordnung in zwei relativ zueinander um Δh verschobenen Anodenpositionen bei ortsfestem Brennfleck gezeigt. Die Anoden 1 sind dabei als Hohlzylinder ausgeführt, wobei durch das Innere des Hohlzylinders ein Kühlmitteldurchfluss 4 vorliegt. Der relativ massive Anodenzylinder 1 sitzt auf einer als Hohlwelle 2 ausgebildeten Drehachse, die durch die beiden Antriebe 3.1 und 3.2 linear und rotatorisch bewegt wird. Die Anoden-Kathoden-Anordnung wird durch ein Vakuumgehäuse 7 gegenüber der Umgebung abgeschlossen, wobei jedoch das am Brennpunkt erzeugte Strahlenbündel S durch ein Röntgenaustrittsfenster nach außen gelangen kann. Die Kathode K befindet sich an einer Kathodenhalterung 5.1, die wiederum durch einen Kathodenarm 5 an einer ortsfesten Position getragen wird. In the 6 2, there is shown schematically an X-ray tube with an anode-cathode arrangement in two fixed focal spot anode positions shifted relative to each other by Δh. The anodes 1 are designed as a hollow cylinder, wherein through the interior of the hollow cylinder, a coolant flow 4 is present. The relatively massive anode cylinder 1 sits on a hollow shaft 2 trained axis of rotation through the two drives 3.1 and 3.2 is moved linearly and rotationally. The anode-cathode assembly is passed through a vacuum housing 7 completed with respect to the environment, but the beam S generated at the focal point can pass through an X-ray exit window to the outside. The cathode K is located on a cathode holder 5.1 , in turn, through a cathode arm 5 is worn at a fixed position.

Die beiden Darstellungen – links und rechts – der Röntgenröhre zeigen den Hub Δh des Anodenzylinders 1. Zur Erzeugung einer mäanderförmigen Bahn des Brennflecks auf der Anodenoberfläche werden die Rotation und die Linearbewegung des Anodenzylinders entsprechend gesteuert. The two illustrations - left and right - of the X-ray tube show the stroke Δh of the anode cylinder 1 , To generate a meandering path of the focal spot on the anode surface, the rotation and the linear motion of the anode cylinder are controlled accordingly.

In der 7 ist nochmals eine schematische Darstellung einer Röntgenröhre mit einer Anoden-Kathoden-Anordnung in zwei Anodenpositionen gezeigt, wobei der Kathodenarm 5 hier auf der Gegenseite zum Röntgenfenster angeordnet ist und dadurch einen etwas weiter aufgefächerten Strahlenkegel S erlaubt. Ansonsten entspricht diese Ausführung der in der 6 gezeigten Röntgenröhre. In the 7 is again a schematic representation of an X-ray tube with an anode-cathode arrangement shown in two anode positions, wherein the cathode arm 5 is arranged here on the opposite side to the X-ray window, thereby allowing a somewhat wider beam cone S. Otherwise, this version corresponds to the in the 6 shown X-ray tube.

Eine weitere Ausbildung der erfindungsgemäßen Röntgenröhre ist in der 8 gezeigt, die eine Anoden-Kathoden-Anordnung zeigt, bei der ein innerhalb des Zylindermantels beziehungsweise Zylinderradius liegender Elektronenemitter verwendet wird, von dem ausgehend ein Elektronenstrahl e^– mit Hilfe des Magnetfeldes einer Dipol-Ablenkspule 8 auf einen bestimmten ortsfesten Punkt auf der Innenseite des relativ massiv ausgebildeten und rotierenden und sich entlang der Rotationsachse bewegenden Zylindermantels der Anode 1 auftrifft und einen Brennfleck mit Röntgenemission auf der Innenseite des Zylindermantels der Anode 1 erzeugt. Zusätzlich kann auf der Außenseite des Zylindermantels eine Graphitschicht 1.1 angeordnet werden, die zur thermischen Stabilisierung der Anode dient. A further embodiment of the X-ray tube according to the invention is shown in 8th showing an anode-cathode arrangement in which an electron emitter located within the cylinder barrel or cylinder radius is used, starting from which an electron beam e ^- by means of the magnetic field of a dipole deflection coil 8th to a certain fixed point on the inside of the relatively massive trained and rotating and moving along the axis of rotation cylinder jacket of the anode 1 incident and a focal spot with X-ray emission on the inside of the cylinder jacket of the anode 1 generated. In addition, on the outside of the cylinder jacket, a graphite layer 1.1 can be arranged, which serves for the thermal stabilization of the anode.

Schließlich zeigt die 9 noch eine andere Variante einer Anoden-Kathoden-Anordnung beziehungsweise einer Röntgenröhre, in der eine zylindrische Transmissionsanode 1 bei ebenso innenliegendem Elektronenemitter mit einer Kathode K. Der Aufbau entspricht dabei grundsätzlich der 8, allerdings fehlt die äußere Graphitschicht und die zylindrische Anode ist wesentlich dünner ausgeführt, damit sie als Transmissionsanode wirken kann. Entsprechend tritt der Elektronenstrahl e^– von innen auf den Anodenzylinder 1 auf und erzeugt an diesem Brennfleck Röntgenstrahlung, die entsprechend der Abbremsung der Elektronen und deren Energie im Anodenmaterial ausgerichtet ist und durch ein geeignet angeordnetes Austrittsfenster aus dem Gehäuse 7 austreten kann. In den beiden Ausführungen der 8 und 9 kann die Größe des Brennfleckes durch das von den Dipol-Ablenkspulen 8 erzeugte Magnetfeld in gewünschter Weise beeinflusst werden. Finally, the shows 9 Yet another variant of an anode-cathode arrangement or an X-ray tube, in which a cylindrical transmission anode 1 in the case of an internal electron emitter with a cathode K. The structure basically corresponds to that of FIG 8th However, the outer graphite layer is missing and the cylindrical anode is made substantially thinner so that it can act as a transmission anode. Accordingly, the electron beam e ^- enters the anode cylinder from the inside 1 and generates at this focal spot X-ray radiation, which is aligned in accordance with the deceleration of the electrons and their energy in the anode material and by a suitably arranged exit window from the housing 7 can escape. In the two versions of the 8th and 9 The size of the focal spot can be determined by that of the dipole deflection coils 8th generated magnetic field can be influenced in a desired manner.

In der 10 ist ein konventionelles CT-System C1 mit einem Gehäuse C6 und einer darin auf einer Gantry befindlichen Röntgenröhre C2 gezeigt. Auch hier ist die Röntgenröhre C2 mit einer rotierbaren und gleichzeitig entlang ihrer Längsachse verschiebbaren Zylinderanode ausgestattet, so dass die bei der CT notwendigen hohen Röntgenleistungen ohne Einbußen bezüglich der Lebensdauer der Röntgenröhre erreicht werden können. Gegenüber der Röntgenröhre C2 befindet sich in bekannter Weise ein Detektor C3, mit dessen Hilfe die Schwächung der Röntgenstrahlung bei der Abtastung des Patienten P, der sich auf einer entlang der Systemachse C9 verschiebbaren Patientenliege C8 befindet. Zur Steuerung des CT-Systems C1 und insbesondere auch zur Steuerung der Röntgenröhre C2 dient ein Steuer- und Rechensystem C10, in dem die entsprechend abgestimmten Programme Prg₁–Prg_n ausgeführt werden. In the 10 For example, a conventional CT system C1 is shown with a housing C6 and an x-ray tube C2 located therein on a gantry. Again, the X-ray tube C2 is equipped with a rotatable and simultaneously displaceable along its longitudinal axis cylinder anode, so that the necessary in CT high X-ray powers can be achieved without sacrificing the life of the X-ray tube. Opposite the X-ray tube C2 is located in a known manner, a detector C3, with the help of the attenuation of the X-ray radiation in the scanning of the patient P, which is located on a displaceable along the system axis C9 patient bed C8. To control the CT system C1 and in particular also to control the X-ray tube C2, a control and computing system C10 is used, in which the correspondingly coordinated programs Prg ₁ -Prg _{n are} executed.

Schließlich zeigt die 11 auch noch ein C-Bogen-System C1 mit einem Gehäuse C6 an dem sich ein C-Bogen C7 befindet, der endständig einen Detektor C3 und eine erfindungsgemäß ausgebildete Röntgenröhre C2 trägt. Auch hier befindet sich der Patient P zur Abtastung auf einer Patientenliege C8, wobei durch ein Steuer- und Rechensystem C10 mit Hilfe der darin gespeicherten und im Betrieb laufenden Programme Prg₁–Prg_n das gesamte C-Bogen-System C1, einschließlich der Röntgenröhre C2, gesteuert wird. Finally, the shows 11 also a C-arm system C1 with a housing C6 at which a C-arm C7 is located, the terminal carries a detector C3 and an inventively designed X-ray tube C2. Again, the patient P is for scanning on a patient couch C8, wherein by a control and computing system C10 with the aid of stored therein and in operation programs Prg ₁ -Prg _n the entire C-arm system C1, including the X-ray tube C2 , is controlled.

Insgesamt wird mit Erfindung eine Röntgenröhre vorgestellt, die mit einer rotierbaren zylindrischen Anode ausgestattet ist, wobei sowohl Mittel zur Rotation der Manteloberfläche um die Zylinderlängsachse der Anode als auch Mittel zur translatorischen Verschiebung der Anode in Richtung der Zylinderlängsachse angebracht sind. Erfindungsgemäß kann eine solche Röntgenröhre insbesondere für ein Mammographiesystem, ein CT-System, ein C-Bogensystem oder ein therapeutisches Bestrahlungssystem eingesetzt werden. Overall, an X-ray tube is presented with the invention, which is equipped with a rotatable cylindrical anode, both means for rotating the mantle surface about the cylinder axis of the anode and means for translational displacement of the anode are mounted in the direction of the cylinder axis. According to the invention, such an X-ray tube can be used in particular for a mammography system, a CT system, a C-arm system or a therapeutic radiation system.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Anodenzylinder anode cylinder
1.1 1.1: Graphitschicht graphite layer
2 2: Spindel / Drehachse / Hohlwelle Spindle / rotary axis / hollow shaft
3 3: Aktuator actuator
3.1 3.1: translatorischer Antrieb translatory drive
3.2 3.2: rotatorischer Antrieb rotary drive
4 4: Kühlmittelfluss Coolant flow
5 5: Kathodenarm Kathodenarm
5.1 5.1: Kathodenhalterung cathode support
7 7: Gehäuse casing
8 8th: Ablenkspule deflection coil
B B: Bahn train
C1 C1: CT-System / C-Bogen-System CT system / C-arm system
C2 C2: Röntgenröhre X-ray tube
C3 C3: Detektor detector
C6 C6: Gehäuse casing
C7 C7: C-Bogen C-arm
C8 C8: Patientenliege patient support
C9 C9: Systemachse system axis
C10 C10: Steuer- und Rechensystem Control and computing system
e^– e ^-: Elektronenstrahl electron beam
K K: Kathode cathode
M1 M1: Mammographiesystem mammography system
M2 M2: Röntgenröhre X-ray tube
M2.1 M2.1: Röhrengehäuse tube housing
M2.2 M2.2: Antrieb drive
M2.4 M2.4: Fenster window
M3 M3: Flächendetektor area detector
M5 M5: Andruckplatte platen
M6 M6: Gehäuse casing
M10 M10: Steuer- und Rechensystem Control and computing system
P P: Patient patient
Prg₁–Prg_n Prg ₁ prr _n: Computerprogramme computer programs
S S: Strahlenbündel ray beam
∆h .delta.h: Hub stroke

Claims

X-ray tube (C2, M2), with: 1.1. a vacuum housing (M2.1, 7 ) with an exit window (M2.4), which is continuous for X-ray radiation, 1.2. at least one electron source (K) for the emission of electrons (e ^- ) and 1.3. a rotating cylindrical anode ( 1 ), in which the electrons (e ^- ) are generated with the generation of x-ray radiation (S) on a relative to the housing (M2.1, 7 ) fixed focal spot, which describes a focal path (B) on the cylindrical surface, are braked, 1.4. where means ( 3 . 3.2 ) for rotating the mantle surface about a cylinder longitudinal axis ( 2 ) are provided, characterized in that 1.5. Medium ( 3.1 ) for simultaneous translational displacement of the mantle surface in the direction of the cylinder longitudinal axis ( 2 ) are mounted.

X-ray tube (C2, M2) according to the preceding claim 1, characterized in that the means ( 3 . 3.2 . 3.1 ) are designed for rotation and for simultaneous translational displacement of the mantle surface in such a way that the resulting web (B) of the focal spot on the mantle surface only reverts to itself after more than simple complete rotation of the mantle surface.

X-ray tube (C2, M2) according to one of the preceding claims 1 to 2, characterized in that the mantle surface is longitudinally displaceable on a shaft ( 2 ) and both a separate rotary drive ( 3.2 ) as well as a linear drive ( 3.1 ) having.

X-ray tube (C2, M2) according to one of the preceding claims 1 to 2, characterized in that the mantle surface fixed to a shaft ( 2 ) connected by a spindle drive ( 3 ) is driven simultaneously rotationally and translationally.

X-ray tube (C2, M2) according to one of the preceding claims 1 to 2, characterized in that the mantle surface on a spindle ( 2 ) which is a linear actuator ( 3.1 ) for longitudinal displacement.

X-ray tube (C2, M2) according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the mantle surface at least along the path (B) of the focal spot of a material other than the cylinder ( 1 ) consists.

X-ray tube (C2, M2) according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the mantle surface on at least two possible tracks (B) of the focal spot are covered with different anode materials.

X-ray tube (C2, M2) according to one of the preceding claims 1 to 7, characterized in that the means ( 3 . 3.2 . 3.1 ) for the rotational and translational movement of the anode ( 1 ) are coupled to a programmable controller (C10, M10).

X-ray tube (C2, M2) according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the cylindrical anode ( 1 ) is designed as a transmission anode.

X-ray tube (C2, M2) according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that in the interior of the anode jacket, an electron emitter (K) is arranged, the electron beam (e ^- ) to the inside of the anode ( 1 ) sends.

X-ray tube (C2, M2) according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that the mantle surface is part of a solid cylinder.

X-ray tube (C2, M2) according to one of the preceding claims 1 to 11, characterized in that the cylindrical anode ( 1 ) has an integrated axisymmetric flow channel for cooling and the shaft ( 2 ) has a supply and discharge channel for a cooling medium.

X-ray tube (C2, M2) according to one of the preceding claims 1 to 12, characterized in that a control means (C10, M10) for the movement of the cylindrical anode (C10, M10) 1 ) which is programmed in such a way that the path (B) of the focal spot on the anode surface runs in a meandering manner during operation.

Mammography system (M1) with an X-ray tube (M2) according to one of the preceding claims 1 to 13.

CT system (C1) with an X-ray tube (C2) according to one of the preceding claims 1 to 13.

C-arm system (C1) with an X-ray tube (C2) according to one of the preceding claims 1 to 13.

Therapeutic irradiation system with an x-ray tube according to one of the preceding claims 1 to 13.