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