RÖHRER, Peter (Breslauer Straße 8a, Uttenreuth, 91080, DE)
SCHARDT, Peter (Kieferndorfer Weg 10, Höchstadt A.D.Aisch, 91315, DE)
FRITZLER, Sven (Hofmannstraße 65, Erlangen, 91052, DE)
RÖHRER, Peter (Breslauer Straße 8a, Uttenreuth, 91080, DE)
SCHARDT, Peter (Kieferndorfer Weg 10, Höchstadt A.D.Aisch, 91315, DE)
| Patentansprüche 1. Röntgenröhre (1) mit einer Anode (2) und einer Kathode (4) zur Erzeugung eines Elektronenstrahls (8, 8a, 8b) zwischen Ka- thode (4) und Anode (2), wobei zwischen Kathode (4) und Anode (2) eine Ablenkeinheit (6) zur Ablenkung des Elektronenstrahls (8, 8a, 8b) angeordnet ist, mit der der Elektronenstrahl (8, 8a, 8b) wahlweise auf zumindest eine erste Brennfleckposition (10) und eine von dieser abweichenden zweiten Brennfleckposition (10a, 10b, 10c, 1Od) auf der Anode (2) einstellbar ist. 2. Röntgenröhre (1) nach Anspruch 1, bei der die Anode (2) als Transmissionsanode ausgestaltet ist. 3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Ablenkeinheit (6) eine Spule umfasst. 4. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Ablenk- einheit (6) Elektroden umfasst. 5. Mammographiegerät mit einer Röntgenröhre (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Röntgendetektor (14), wobei die Röntgenröhre (1) zur Aufnahme von Röntgenbildern der weiblichen Brust (18) aus unterschiedlichen Winkelpositionen beweglich gelagert ist. 6. Mammographiegerät nach Anspruch 5, bei dem die Röntgenröhre (1) in einer auf der Empfangsfläche (16) des Röntgendetek- tors (14) senkrecht stehenden Schwenkebene (20) schwenkbar gelagert ist. 7. Mammographiegerät nach Anspruch 6, bei dem die Brennfleckpositionen (10, 10a, 10b) entlang einer Linie in der Schwenk- ebene (20) der Röntgenröhre (1) liegen. 8. Verfahren zur Erzeugung von Röntgenbildern der weiblichen Brust (18) mit einem Mammographiegerät nach einem der Ansprü- che 5 bis 7, bei dem aus einer ersten Position der Röntgenröhre (1) ein erstes Röntgenbild erzeugt wird, wobei der E- lektronenstrahl (8) auf eine erste Brennfleckposition (10) auf der Anode (2) eingestellt wird und anschließend aus einer zweiten, von der ersten abweichenden Position der Röntgenröhre (1) ein zweites Röntgenbild erzeugt wird, wobei der Elektronenstrahl (8a) auf eine zweite, von der ersten abweichenden Brennfleckposition (10a) eingestellt wird. |
Röntgenröhre, Mammographiegerät und Verfahren zur Erzeugung von Röntgenbildern
Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre sowie ein Mammographiegerät und ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenbildern der weiblichen Brust mit einem Mammographiegerät. Die Mammographie ist ein Verfahren, bei dem die Brust einer
Röntgenuntersuchung unterzogen wird. Sie dient zur Früherkennung von Brustkrebs. Um derartig verändertes Brustgewebe mit hoher Sicherheit erkennen zu können ist hierzu eine isotrope dreidimensionale Darstellung des Brustgewebes mit sehr hoher räumlicher Auflösung erforderlich.
Ein im Rahmen der Mammographie eingesetztes Verfahren ist die Tomosynthese . Dabei werden mehrere Röntgenbilder der Brust aus unterschiedlichen Winkelpositionen angefertigt, aus denen dann aus einer Mehrzahl von Schichtbildern ein 3D-
Volumendatensatz rekonstruiert wird. Jedoch wird auch bei dieser Methode nur eine begrenzte Tiefenauflösung bei der Darstellung des Brustgewebes erreicht. Zur Durchführung der Mammographie werden Röntgengeräte mit einer Röntgenröhre eingesetzt, bei der mit einer beheizbaren Kathode Elektronenstrahlen erzeugt werden, die zu einer als Target dienenden Anode beschleunigt werden und dort beim Auftreffen Röntgenstrahlen erzeugen. Die Fläche der Anode, auf die der Elektronenstrahl auftrifft, wird als Brennfleck bezeichnet. Durch das Auftreffen des Elektronenstrahls auf die Anode entsteht Wärme, wodurch die Anode im Bereich des Brennflecks erhitzt wird. Diese Erhitzung ist umso größer, je größer die Leistung des Elektronenstrahls ist und je kleiner der Brennfleck ist. Um eine Schädigung der Anode zu vermeiden muss diese daher gekühlt werden. Um die Forderung nach einer hohen Auflösung bei der Darstellung des Brustgewebes zu erfüllen, existieren bereits Ansätze, bei denen eine Röntgenröhre eingesetzt wird, die mit einer Stehanodenröhre eine nahezu vollständige Darstellung der Brust bis hin zum Brustkorb ermöglicht. Technisch bedingt sind dafür jedoch entweder sehr große Brennflecken oder sehr lange Aufnahmezeiten erforderlich, die als Nachteil in Kauf genommen werden müssen. Um die bei einer Röntgenuntersuchung geforderten kurzen Aufnahmezeiten zu gewährleisten, muss mit einer möglichst hohen Leistung des Elektronenstrahls gearbeitet werden. Da die Wärmeabfuhr bei der Anode durch die Anodenkühlung begrenzt ist, kann eine Stehanodenröhre nur eine begrenzte Leistungsdichte im Brennfleck ermöglichen. Somit kann die Röntgenröhre mit hoher Leistung nur mit kurzen Aufnahmezeiten bei großen
Brennflecken betrieben werden, was jedoch zu einer schlechten Auflösung führt oder es können kleine Brennflecken mit einer guten Auflösung realisiert werden, wobei hierbei jedoch nur mit geringen Leistungen gearbeitet werden kann, was dann zu langen Aufnahmezeiten führt.
Die Verwendung einer Drehanodenröhre, die mit kleinem Brennfleck für hohe Auflösung und hoher Leistung für kurze Aufnah- mezeiten betrieben werden kann, hat den Nachteil, dass technisch bedingt die Brust nicht vollständig bis hin zum Brustkorb aufgenommen werden kann, da durch den Drehteller mit Antrieb bedingten größeren Platzbedarf der Drehanode eine geeignete Anordnung der Röntgenröhre innerhalb des Gehäuses ei- nes Röntgengerätes in Bezug auf die Erstellung eines Röntgenbildes der Brust verhindert wird.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Röntgenröhre vorzuschlagen, bei der die genannten Nachteile vermieden werden. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Mammographiegerät und ein Verfahren zur Erzeugung von Röntgenbildern der weiblichen Brust mit einem Mammographiegerät vorzuschlagen. Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Röntgenröhre mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Erfindungsgemäß um- fasst diese eine Anode, die vorzugsweise als Stehanode ausgestaltet ist, und eine Kathode zur Erzeugung eines Elektro- nenstrahls zwischen Kathode und Anode. Zwischen Kathode und Anode ist eine Ablenkeinheit zur Ablenkung des Elektronenstrahls angeordnet, mit der der Elektronenstrahl wahlweise auf zumindest eine erste und eine von dieser abweichenden zweiten Brennfleckposition auf der Anode einstellbar ist. Mit anderen Worten: Die Brennfleckposition wird durch die Ablenkung des Elektronenstrahls variiert. Dabei können auch mehrere verschiedene zweite Brennfleckpositionen einstellbar sein.
Durch den Einsatz der Ablenkeinheit kann der Elektronenstrahl wahlweise auf mehrere Brennfleckpositionen abgelenkt werden, die voneinander verschieden sind. Die einzelnen Brennfleckpositionen können dabei bei kontinuierlichem Betrieb der Röntgenröhre miteinander verschmieren, so dass sich hierdurch ein insgesamt vergrößerter Brennfleck ergibt. Auch ist es mög- lieh, dass sich die durch den Elektronenstrahl entstehenden
Brennflecken auf der Anode überlappen, idealerweise sind diese aber räumlich voneinander getrennt, so dass eine Überhitzung der Anode vermieden wird, indem die beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf die Anode entstehende Wärme auf mehrere Brennflecken und somit auf eine größere Fläche verteilt wird. Die Röntgenröhre kann daher mit einem Elektronenstrahl mit deutlich höherer Leistung gegenüber einer Röntgenröhre mit einer Stehanode mit stationärem Brennfleck betrieben werden, ohne dass der Brennfleck vergrößert wird.
Mit der erfindungsgemäßen Röhre ist es also möglich, einen kleinen Brennfleck, der in der Praxis einen Durchmesser von weniger als lOOμm haben kann, bei gleichzeitig hoher Leistung für eine erforderliche hohe Auflösung zu realisieren. Durch den Einsatz einer Stehanode kann außerdem eine geeignete Anordnung der Röntgenröhre nahe am Gehäuseende erfolgen, wodurch eine Aufnahme der Brust bis hin zum Brustkorb ermöglicht wird. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die A- node als Transmissionsanode ausgestaltet. In diesem Fall wird die Röntgenstrahlung durch die Anode transmittiert und nicht wie sonst üblich, von der Oberfläche der Anode aus abgestrahlt .
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ablenkeinheit eine Spule, mit deren Hilfe ein e- lektromagnetisches Feld erzeugt wird, das eine Ablenkung des Elektronenstrahls bewirkt.
Die Ablenkung des Elektronenstrahls erfolgt praktisch leistungsfrei, wenn dieser elektrostatisch abgelenkt wird. In diesem Falle umfasst die Ablenkeinheit Elektroden, mit deren Hilfe ein elektrisches Feld erzeugt wird, welches den Elektronenstrahl ablenkt.
Hinsichtlich des Mammographiegerätes wird die Aufgabe gelöst mit einem Mammographiegerät gemäß Patentanspruch 5. Demnach umfasst ein Mammographiegerät eine Röntgenröhre und einen Röntgendetektor, wobei die Röntgenröhre zur Aufnahme von Röntgenbildern der weiblichen Brust aus unterschiedlichen Winkelpositionen beweglich gelagert ist. Dabei ist es auch möglich, dass mit der Röntgenröhre zusätzlich zur rotatorischen Bewegung um eine Drehachse auch eine translatorische Bewegung entlang dieser Achse durchgeführt wird, so dass diese auf einer spiralförmigen Bahn bewegt wird. Vorzugsweise ist die Röntgenröhre in einer auf der Empfangsfläche des Röntgendetektors senkrecht stehenden Schwenkebene schwenkbar gelagert.
Eine besonders einfache Ausgestaltung der Ablenkeinheit er- gibt sich, wenn die Brennfleckpositionen entlang einer Linie in der Schwenkebene der Röntgenröhre liegen und somit der E- lektronenstrahl nur in eine Richtung abgelenkt werden kann. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zur Erzeugung von Röntgenbildern der weiblichen Brust gemäß Patentanspruch 8. Demnach wird mit einem Mammo- graphiegerät aus einer ersten Position der Röntgenröhre ein erstes Röntgenbild erzeugt, wobei der Elektronenstrahl auf eine erste Brennfleckposition der Anode eingestellt wird und anschließend aus einer zweiten, von der ersten abweichenden Position der Röntgenröhre ein zweites Röntgenbild erzeugt wird, wobei der Elektronenstrahl auf eine zweite, von der ersten abweichenden Brennfleckposition eingestellt wird.
Es werden dadurch mehrere Brennflecken in zeitlicher Abfolge nacheinander erzeugt. Dadurch wird auch die Aufnahmegeometrie und der entsprechende Projektionswinkel, unter der die Auf- nähme des Röntgenbildes erfolgt verändert. Dies muss bei einer späteren Bildverarbeitung berücksichtigt werden. Es muss daher bei einem Rekonstruktionsverfahren eine eindeutige Zuordnung von der jeweiligen Brennfleckposition und des zugehörigen Röntgenbildes bekannt sein.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen jeweils in einer schematischen Prinzipskizze: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Röntgenröhre,
Fig. 2 eine Frontansicht einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre entgegen der Strahlrichtung,
Fig. 3 ein Mammographiegerät mit einer Röntgenröhre.
Gemäß Fig. 1,2 umfasst eine Röntgenröhre 1 eine Anode 2 und eine Kathode 4. Die Anode 2 ist als Stehanode ausgestaltet und kann als Wolframanode, eingegossen in Kupfer ausgeführt werden. Alternativ ist auch ein Aufbau denkbar, der eine sehr dünne Wolframschicht auf einem hochwärmeleitfähigen Graphitträger vorsieht. Zusätzlich kann die Anode 2 eine nicht dargestellte Kühlung umfassen. Zwischen Anode 2 und Kathode 4 ist eine Ablenkeinheit 6 angeordnet, die in diesem Beispiel durch eine Spule gebildet wird.
Im Betrieb der Röntgenröhre 1 weist die Kathode 4 beispiels- weise negatives Hochspannungspotenzial auf, während die Anode 2 auf Massepotenzial gebracht wird. Die Kathode 4 wird von einem Heizstrom durchflössen, so dass ein Elektronenstrahl 8 zwischen Kathode 4 und Anode 2 erzeugt wird. Der Elektronenstrahl 8 trifft dabei auf eine erste Brennfleckposition 10 der Anode 2 auf, so dass hierbei Röntgenstrahlen erzeugt werden, die durch den Zentralstrahl 12 vereinfacht dargestellt sind und in Strahlrichtung 13 aus der Röntgenröhre 1 austreten. Das Auftreffen des Elektronenstrahls auf die Anode 2 führt dabei zu deren Erhitzung im Bereich der Brennfleckposi- tion 10. Diese Erhitzung wird umso größer, je größer die Leistung des Elektronenstrahls ist.
Mittels der Ablenkeinheit 6 kann nun innerhalb der Röntgenröhre 1 zwischen Anode 2 und Kathode 4 ein veränderliches e- lektromagnetisches Feld erzeugt werden, mit dessen Hilfe der Elektronenstrahl 8 abgelenkt werden kann.
Während sich die Bahn des Elektronenstrahls 8 ohne Ablenkung durch ein von der Ablenkeinheit 6 erzeugtes Feld ergibt, sind die in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten Bahnen der Elektronenstrahlen 8a, 8b durch Veränderung des elektromagnetischen Feldes verursacht. Durch eine derartige Ablenkung der Elektronenstrahlen 8a, 8b ergeben sich jeweils eine zweite Brennfleckposition 10a, 10b, auf denen die Elektronenstrah- len 8a, 8b auf der Anode 2 auftreffen, welche von der ersten Brennfleckposition 10 abweichen und von dieser räumlich getrennt sind. In diesem Fall sind die Brennfleckpositionen 10, 10a, 10b entlang der Linie 11 angeordnet. Durch die Ablenkung des Elektronenstrahls 8 auf die verschiedenen Brennfleckpositionen 10, 10a, 10b werden beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf die Anode 2 jeweils unterschiedliche Bereiche der Anode erwärmt. Die entstehende wird somit auf eine größere Fläche verteilt, was insgesamt dazu führt, dass die Anode 2 in einer Brennfleckposition 10, 10a, 10b nicht überhitzt wird. Die Röntgenröhre 1 kann daher mit einem E- lektronenstrahl 8 mit deutlich höherer Leistung gegenüber ei- ner Röntgenröhre 1 mit einer Stehanode mit stationärem Brennfleck und zugleich einer hohen Auflösung, also einer sehr geringen Brennfleckgröße betrieben werden, ohne dass dies zu einer Überhitzung der Röntgenröhre 1 und damit zu einem Schaden führt .
Um eine weitere Leistungssteigerung der Röntgenröhre 1 zu erreichen kann der Elektronenstrahl 8 jedoch nicht nur entlang der Linie 11 sondern auch senkrecht dazu abgelenkt werden, wie dies durch die gestrichelt eingezeichneten weiteren
Brennfleckpositionen 10c, 10d verdeutlicht wird. Somit wird eine Verteilung der beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf die Anode entstehende Wärme auf eine noch größere Fläche der Anode 2 erreicht. In Fig. 3 ist nun ein Mammographiegerät mit einer Röntgenröhre 1 und einem von dieser in Strahlrichtung 13 beabstandeten Röntgendetektor 14 mit seiner zu der Röntgenröhre 1 gewandten Empfangsfläche 16 dargestellt. Zwischen der Empfangsfläche 16 des Röntgendetektors 14 und der Röntgenröhre 1 befindet sich eine Brust 18, die als Untersuchungsobjekt von anzufertigenden Röntgenbildern dient.
Die Röntgenröhre 1 ist in einer auf der Empfangsfläche 16 des Röntgendetektors 14 senkrecht stehenden Schwenkebene 20 in Pfeilrichtung 22 schwenkbar gelagert. Dadurch ist es möglich, Röntgenbilder der Brust 2 aus unterschiedlichen Winkelpositionen anzufertigen, mittels derer eine isotrope dreidimensionale Darstellung des Brustgewebes mit sehr hoher räumlicher Auflösung ermöglicht werden soll.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels der Röntgenröhre 1 aus einer ersten Position ein erstes Röntgenbild erzeugt, wobei der Elektronenstrahl 8 auf eine erste Brennfleckposition 10 auf der Anode 2 eingestellt wird.
Nach dieser ersten Aufnahme wird die Röntgenröhre 1 in Pfeil- richtung 22 in der Schwenkebene 20 geschwenkt, so dass sich diese in einer von der ersten abweichenden zweiten Position befindet, wie dies in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist.
Aus dieser zweiten Position heraus wird dann ein zweites Röntgenbild erzeugt, wobei durch die Ablenkeinheit 6 ein e- lektromagnetisches Feld erzeugt wird, so dass der dadurch abgelenkte Elektronenstrahl 8a auf eine zweite, von der ersten abweichenden Brennfleckposition 10a eingestellt wird. Die Brennfleckpositionen 10, 10a liegen dabei auf einer Linie 11, die in diesem Fall in der Schwenkebene 20 liegt. Es wird während der Anfertigung eines Röntgenbildes aus einer Winkelposition jeweils ein anderer Bereich der Anode 2 durch das Auftreffen des Elektronenstrahls 8,8a erwärmt, während der übrige Bereich der Anode abkühlen kann. Dies führt dazu, dass die Anode 2 in einer Brennfleckposition 10,10a nicht überhitzt wird, so dass die Röntgenröhre 1 mit einem Elektronenstrahl 8 mit deutlich höherer Leistung betrieben werden kann.
Zur weiteren Steigerung der Leistung kann der Elektronen- strahl 8 nicht nur entlang dieser Linie 11 sondern auch senkrecht dazu abgelenkt werden, wie dies durch die in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten weiteren Brennfleckpositionen 10c, 10d verdeutlicht wird. Somit wird eine Verteilung der beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf die Anode 2 entstehende Wärme auf eine noch größere Fläche der Anode 2 erreicht .
Somit können in kurzer Zeit mehrere Röntgenbilder mit hoher Auflösung, also einem kleinen Brennfleck sowie hoher Leistung angefertigt werden. Eine Überhitzung der Anode 2 wird dadurch vermieden. Es werden mit diesem Verfahren also mehrere Brennflecken in zeitlicher Abfolge nacheinander erzeugt. Dieser Aspekt muss bei der späteren Bildverarbeitung berücksichtigt werden. Es muss daher bei einem Rekonstruktionsverfahren eine eindeutige Zuordnung von der jeweiligen Brennfleckposition und des zugehörigen Röntgenbildes bekannt sein.
Next Patent: CONTROLLER FOR A HYDRAULIC CYLINDER UNIT