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.
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<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.
Method for operating an X-ray tube. It is known that the usual focal spot widths of the X-ray tubes cannot be used in many questions of diagnostics, coarse and fine structure examinations, but rather narrow focal spots, so-called fine foci, are used to accurately depict particularly fine details on the X-ray films got to. If you want to record less finely drawn diagrams with such a fine focus tube, this is always at the expense of the exposure time.
Since in the practice of diagnostics, coarse and fine structure examinations objects of the most varied drawing fineness can occur, one would be forced to keep a number of such X-ray tubes with different drawing sharpness in readiness in order to achieve rational exposure times.
just like, for example, before the introduction of the Coolidge tubes, a series of gas-filled X-ray tubes with different gas pressures was used to generate radiations of different hardness.
The present invention relates to a method for operating an X-ray tube for bright and sharp images for diagnostics, coarse and fine structure tests, in which the tube load and the size of the focal point and thus also the definition of the X-ray tube changes in such a reciprocal relationship. that the maximum permissible integral intensity arises in each case. This change can be made automatically or semi-automatically or manually from the outside.
This X-ray tube can be used universally for objects of various drawing fineness. In a similar way to setting the minimum depth of field required for the object to be recorded in a camera by adjusting the iris diaphragm, the X-ray tube can also be adjusted to the optimum radiation intensity here by adjusting to the required minimum definition.
The conditions prevailing here can best be seen in the following illustration based on Fig. 1: If x denotes a radius vector that lies in the X-ray film assumed to be just then, let Z (x) (watt / cm2) be the intensity distribution the X-ray film, which is available for fine structure recordings when there is no specimen in the beam path (zero exposure), for G robstriflitur and diagnostic recordings when the object to be X-rayed is a point aperture.
If, in particular, the primary beam is faded out infinitely finely in fine structure images or converges at point x = 0 on the film by other suitable measures, Z (x) has the form of a point function, in the case of coarse structure images accordingly if the focal point is point-shaped.
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<I> Z <SEP> (x) ->. <SEP> P <SEP> (x) </I> with P (x) = Ofüralle x = 0 (1) and S <I> P (x) </I> dfx <I> = Wo </I> (Watt) IV "is therefore the integral primary intensity in Watt <I> dfx </I> which strikes the film under the circumstances described, a surface element on the X-ray film at location x.
When this point-like primary intensity distribution is used, the preparation brought into the beam path generates an intensity distribution on the film <I> J (x) = Wo </I> 'p <I> (x), </I> where p (x)
has the dimension cm-2 and is a characteristic position function for the object to be recorded. In the general case of a finite primary beam, however, the intensity distribution at the X-ray film is given in a known manner by the convolution product of Z with p:
EMI0002.0030
Here y is another radius vector of the film plane that begins at x = 0 and ends in the surface element <I> d f </I> 5, and the surface is to extend integrally (3) over the entire surface. The intensity curve shown by (3) is smeared in a characteristic manner compared to the sharp image of equation (2).
If, for example, a primary beam of the intensity distribution Z (x) shown in FIG. 1b is used to map a diagram <I> p (x) </I> shown in FIG. 1b, then the one shown in FIG. 1c arises according to (3) Intensity diagram <I> J (x) </I> on the X-ray film. The diffuse background 1 is reproduced true to shape in <I> J (x) </I>.
But already the reflex 2, the integral width B2 of which is comparable to that of the primary beam BZ, is so strongly distorted at 3 that one can hardly see its true shape. This applies even more to the reflex 4, the integral width of which B4 is small compared to BZ. Its relative course 5 is therefore practically identical to that of Z (x) in FIG. 1b; There is of course no longer any question of any possibility of analyzing the original image.
Generally denotes B, the integral width of any reflex or cavity or any other fineness of the image to be presented, then in many practical cases a perfect image reproduction is ensured, for example if: BZ N 0.3 'B ,. (4) Then it is practical, as can be derived from equation (3), <I> J (x) </I> -, IV. P, (x), <I> (5) </I> where p , <I> (x) </I> denotes the function curve in the area of the reflex r.
Since the surface load capacity of the X-ray tube anode is subject to an upper limit due to the melting point of the anode material, Z (o) cannot exceed a certain maximum value Z. under given external conditions.
Z (0) N Z.- So it is in <B> (5) </B> TV, N <I> Z, Bz, </I> (6) So in order to achieve sufficient image brightness, one will on the other hand, try to choose BZ as large as possible. The conditional equations (4) and (6) for a sharp character,
bright x-ray tubes obviously work against each other. While the development of x-ray tubes in the last few years has placed particular emphasis on the conditional (4) and various types of fine focus tubes have been developed, the present invention, on the other hand, aims to obtain an X-ray tube that is as sharp as possible and as bright as a picture -universal for investigating many questions. diagnostics,
Coarse and fine structure research is suitable. This is achieved in that, at the same time as the sharpness of characters is adjusted to the object to be recorded BZ cD 0.3 # B ,. (7) the surface loading by regulating the anode current, heating current and anode voltage, or all three variables in combination, the tube surface loading Z. to its maximum value Z.
Z, - Zm is set. (8) The requirement for the tube given by (7) means a focal spot width that is variable over a large area. For example, in many questions of coarse structure and wide-angle fine structure research as well as diagnostics, as is known, focal spot widths of around 1 mm can be managed.
To investigate the small-angle scattering of highly disperse colloidal substances, very finely detailed coarse structures and bone cracks to be diagnosed, however, focal spot widths down to 0.1 mm are required, if one does not, as has often been the case up to now, at the expense of Image brightness fades out a large part of the x-ray radiation by attaching an additional screen. In a similar way, for many questions about non-destructive, mechanical stress measurement in materials through back-beam recordings, such 0,
1 mm wide focal spots. In the case of coarsely dispersed colloids such as proteins, fibers and the like, even much narrower focal spots are required.
Fig. 2 shows in a partially schematic Dar position an embodiment of an X-ray tube suitable for carrying out the method. This tube is characterized by the fact that between the cathode with glow wire 6 and anode 7 there is a known electrostatic or magnetic or, in the case of the combining lens system 8, 9, whose refractive power comes from outside by varying the electrode potentials and coil currents can be changed,
wherein the cathode 6 must be located much further from the first main plane than the anode surface 7 from the second main plane of this lens system.
To set a particularly fine focal spot, for example, the lens voltages and currents will be regulated by means of the operating button 10 so that the image of the hot cathode lies on the anode surface 7. 'If you now change the current and voltage of the lenses, this image shifts in the direction of the tube axis away from the anode surface, so that the focal spot widens accordingly.
The operating button 11 allows the allowable heating and anode current and the anode voltage for the respective focal spot size. It is advisable to make this setting via the electrical or mechanical coupling 12 at the same time as changing the button 10, so that any operating errors are excluded and the X-ray tube is also automatically always regulated to maximum load capacity (one-button operation).
If you use this tube specifically for diagnostics and Grobstruktuxtmtersuchungen, so you will in many cases expediently change the tube voltage by means of this automatic coupling 12 on the control button 11, so that lower tube voltages are used for finer focal spots. Then, as a result of the now softer radiation, not only does the sharpness of characters increase across the beam direction, but also the perceptibility of minimum void expansions and the like in the beam direction accordingly.