Verfahren zum Betrieb einer Röntgenröhre. Es ist bekannt, dass man in vielen Fragen der Diagnostik, Grob- und Feinstrukturunter- suchung mit den gewöhnlichen Brennfleck- breiten der Röntgenröhren nicht auskommt, sondern zur formgetreuen Abbildung beson ders feiner Details auf den Röntgenfilmen auch besonders schmale Brennflecke, soge nannte Feinfokusse, benutzen muss. Will man mit einer derartigen Feinfokusröhre auch we niger fein zeichnende Diagramme aufnehmen, so geht dies stets auf Kosten der Belichtungs dauer.
Da in der Praxis der Diagnostik, Grob- und Feinstrukturuntersuchungen Objekte der verschiedensten Zeichnungsfeinheiten vorkom men können, wäre man zur Erzielung ratio neller Belichtungszeiten also gezwungen, eine Reihe derartiger Röntgenröhren ver- a nze schiedener Zeichnungsschärfe in Bereitschaft zu halten,
so wie man etwa vor Einführung der Coolidge-Röhren eine Serie von gasgefüll ten Röntgenröhren verschiedenen Gasdruckes zur Erzeugung verschieden harter Strahlun- gen aufzubewahren pflegte.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Röntgenröhre für bildhelle und zeichenscharfe Aufnahmen für Diagnostik, Grob- und Feinstrukturunter- suehiingen, bei dem die Röhrenbelastung und die Grösse des Brennfleckes und damit auch die Zeichensehärfe der Röntgenröhre in sol- ehem wechselseitigem Verhältnis verändert. wird, dass jeweils die maximal zulässige Inte- gralintensität entsteht. Diese Veränderung kann von aussen automatisch oder halbauto matisch oder von Hand vorgenommen werden.
Diese Röntgenröhre kann universell für Objekte verschiedenster Zeichnungsfeinheit Verwendung finden. In ähnlicher Weise, wie man bei einem Photoapparat durch Verstel len der Irisblende die für den aufzunehmen den Gegenstand nötige Mindesttiefenschärfe einstellt, kann man hier durch Adjustierung auf die erforderliche Mindestzeichenschärfe die Röntgenröhre erfindungsgemäss zugleich auch auf optimale Strahlungsstärke einstel len.
Die hier herrschenden Verhältnisse über sieht man am besten in der folgenden Darstel lung an Hand der Fig.1: Bezeichnet x einen Radiusvektor, der in dem als eben angenommenen Röntgenfilm liegt, so sei Z (x) (Watt/cm2) die Intensitätsvertei lung auf dem Röntgenfilm, die bei Feinstruk- turaufnahmen dann vorliegt, wenn im Strah lengang kein Präparat ist (Nullaufnahme), bei G robstriflitur- und Diagnostikaufnahmen dann, wenn das zu durchleuchtende Objekt eine Punktblende ist.
Falls insbesondere das Primärstrahlenbündel bei Feinstrukturauf- nahmen unendlich fein ausgeblendet ist oder dureb andere geeignete Massnahmen im Punkte x = 0 auf dem Film konvergiert, hat Z (x) die Form einer Punktfunktion, bei Grobstrukturaufnahmen entsprechend, wenn der Brennfleck punktförmig ist.
EMI0002.0001
<I>Z <SEP> (x)->. <SEP> P <SEP> (x)</I> mit P(x) =Ofüralle x=0 (1) und S <I>P (x)</I> dfx <I>= Wo</I> (Watt) IV" ist also die integrale, auf den Film unter den geschilderten Umständen auffallende Pri märintensität in Watt<I>d f x</I> ein Fl ächenelem.ent auf dem Röntgenfilm am Orte x.
Bei Benut zung dieser punktförmigen Primärintensitäts- verteilung erzeugt das in den Strahlengang gebrachte Präparat auf dem Film eine In- tensitätsverteilung <I>J (x) = Wo</I> 'p <I>(x),</I> wobei p (x)
die Dimension cm-2 hat und eine für das aufzunehmende Objekt charakteri stische Ortsfunktion ist. Im allgemeinen Fall eines endlichen Primärstrahlenbündels aber ist die Intensitätsverteilung atü dem Röntgen film in bekannter Weise gegeben durch das Faltungsprodukt von Z mit p:
EMI0002.0030
Hierbei ist y ein weiterer bei x = 0 begin nender, im Flächenelement<I>d f</I> 5, endigender Ra- diusvektor der Filmebene und das Flächen integral (3) über die ganze Fläche zu er strecken. Der durch (3) dargestellte Intensi tätsverlauf ist gegenüber dem zeichenscharfen Bild der Gleichung (2) in charakteristischer Weise verschmiert.
Benutzt man beispielsweise zur Abbildung eines in Fig.1a gezeichneten Diagramms <I>p (x)</I> ein Primärstrahlenbündel der in Fig.1b dargestellten Intensitätsvertei lung Z (x), so entsteht entsprechend (3) das in Fig. 1c dargestellte Intensitätsdiagramm <I>J (x)</I> auf dem Röntgenfilm. Wohl ist in<I>J (x)</I> der diffuse Untergrund 1 formgetreu wieder gegeben.
Aber schon der Reflex 2, dessen inte grale Breite B2 derjenigen des Primärstrahls BZ vergleichbar ist, wird bei 3 so stark ver zerrt, dass man kaum mehr seine wahre Form erkennen kann. Dies gilt erst recht für den Reflex 4, dessen integrale Breite B4 klein ist gegenüber BZ. Sein relativer Verlauf 5 ist darum praktisch identisch mit dem von Z (x) in Fig.1b; von irgendeiner Analysierungsmög- lichkeit des Originalbildes ist hier natürlieh keine Rede mehr.
Bezeichnet allgemein B, die integrale Breite irgendeines Reflexes oder Lunkers oder sonst einer Feinheit des darzu stellenden Bildes, so ist in vielen praktischen Fällen dann eine einwandfreie Bildwiedergabe gesichert, wenn etwa gilt: BZ N 0,3 ' B,. (4) Dann ist praktisch, wie man aus Gleichung (3) ableiten kann, <I>J (x)</I> -, IV. p, (x),<I>(5)</I> wobei p, <I>(x)</I> den Funktionsverlauf im Bereich des Reflexes r bezeichnet.
Da der Flächen belastbarkeit der Röntgenröhr enanode durch den Schmelzpunkt des Anodenmaterials eine obere Grenze gesetzt ist, so kann auch Z (o) bei gegebenen äussern Bedingungen einen ge wissen Maximalwert Z. nicht überschreiten.
Z (0) N Z.- Es ist also in<B>(5)</B> TV,N <I>Z, Bz,.</I> (6) Um also eine ausreichende Bildhelligkeit zu erzielen, wird man umgekehrt bemüht sein, BZ möglichst gross zu wählen. Die Bedingungs gleichungen (4) und (6) für eine zeichen scharfe,
bildhelle Röntgenröhre arbeiten also offensichtlich einander entgegen. Während in der Röntgenröhrenentwicklung der letzten ,Jahre vor allem auf die Bedingting (4) Wert gelegt wurde und dartun verschiedene Arten von Feinfokusröhren entwickelt wurden, ist es im Gegensatz dazu Gegenstand der vorlie genden Erfindung, eine zeichenscharfe und zugleich bildhelle Röntgenröhre zu erhalten, die möglichst -universell für Untersuchungen vieler Fragen. der Diagnostik,
Grob- und Fein- strukturforschung geeignet ist. Dieses wird dadurch verwirklicht, dass gleichzeitig mit der Anpassung der Zeichenschärfe an das aufzu nehmende Objekt BZ cD 0,3 # B,. (7) die Flächenbelastung durch Regulierung von Anodenstrom, Heizstrc3m und Anodenspan- nung oder aller drei Grössen in Kombination die Röhrenflächenbelastung Z. auf ihren Maximalwert Z.
eingestellt wird Z, - Zm. (8) Die durch (7) gegebene Anforderung an die Röhre bedeutet eine über einen grossen Be reich variable Brennfleckbreite. Beispielsweise kommt man in vielen Fragen der Grobstruk tur- und Weitwinkelfeinstrukturforschung so wie der Diagnostik wie bekannt mit Brenn- fleckbreiten von etwa 1 mm aus.
Zur Unter suchung der Kleinwinkelstreuung von hoch dispers-kolloiden Stoffen, sehr fein detaillier ten Grobstrukturen und zu diagnosierenderi Knochenrissen usw. sind jedoch Brennfleck- breiten bis herab zu 0,1 mm erforderlich, falls man nicht., wie bisher vielfach üblich, auf Kosten der Bildhelligkeit durch Anbringung einer Zusatzblende einen Grossteil der Rönt genstrahlung wegblendet. In ähnlicher Weise benötigt man für viele Fragen der zerstö rungsfreien, mechanischen Spannungsmessung in Werkstoffen durch Rückstrahlaufnahmen derartige 0,
1 mm breite Brennflecke. Bei grob dispersen Kolloiden wie Eiweissen, Faserstof fen und dergleichen werden sogar noch weit schmalere Brennflecke verlangt.
Fig. 2 zeigt in zum Teil schematischer Dar stellung ein Ausführungsbeispiel einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Röntgenröhre. Diese Röhre zeichnet sich da durch aus, dass zwischen Kathode mit Glüh- draht 6 und Anode 7 ein an sich bekanntes elektrostatisches oder magnetisches oder bei des kombinierendes Linsensystem 8, 9 a.nge- -bracht ist, dessen Brechkraft von aussen durch Variation der Elektrodenpotentiale und Spu- lenströme verändert werden kann,
wobei die Kathode 6 viel weiter von' der ersten Haupt ebene als die Anodenoberfläche 7 von der zweiten Hauptebene dieses Linsensystems ent fernt liegen muss.
Zur Einstellung eines besonders feinen Brennfleckes beispielsweise wird man mittels des Bedienungsknopfes 10 die Linsenspannun gen und -ströme so einregulieren, dass das Bild der Glühkathode auf der Anodenoberfläche 7 liegt. 'Verändert man nun Strom und Span- nuugen der Linsen, so verschiebt sich dieses Bild in Richtung der Röhrenachse von der Anodenoberfläche weg, so dass sich der Brenn- fleck entsprechend verbreitert.
Der Bedie nungsknopf 11 gestattet, den für die jeweilige Brennfleckgrösse zulässigen Heiz- und An odenstrom sowie die Anodenspannung einzu stellen. Zweckmässig wird man diese Einstel lung über die elektrische oder mechanische Kopplung 12 gleichzeitig mit der Verände rung des Knopfes 10 vornehmen, so dass irgendwelche Bedienungsfehler ausgeschlossen sind und die Röntgenröhre zudem automa tisch immer auf höchste Belastbarkeit ein reguliert ist (Einknopfbedienung).
Verwendet man diese Röhre speziell für Diagnostik und Grobstruktuxtmtersuchungen, so wird man in vielen Fällen zweckmässig durch diese automatische Kopplung 12 am Bedienungsknopf 11 vor allem die Röhren spannung ändern, derart also, dass bei feine ren Brennflecken niedrigere Röhrenspannun gen zur Anwendung kommen. Dann nimmt infolge der nun weicheren Strahlung nicht nur die Zeichenschärfe quer zur Strahlrich tung, sondern auch die Erkennbarkeit von Mindestluunkerausdehnungen und dergleichen in Strahlrichtung entsprechend zu.