CH635705A5

CH635705A5 - Roentgenroehrenanordnung mit drehanodenroehre.

Info

Publication number: CH635705A5
Application number: CH1032378A
Authority: CH
Inventors: Martin Braun
Original assignee: Machlett Lab Inc
Priority date: 1977-10-07
Filing date: 1978-10-04
Publication date: 1983-04-15
Also published as: US4166231A; JPS5461494A; FR2405555A1; IT7851409A0; IT1106551B; FR2405555B1; DE2842036A1; GB2005911A; JPS60150765U; GB2005911B; CA1102864A

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhrenanordnung mit einer Röntgenröhre, in deren Röhrenkolben an einem Ende eine Drehanode gelagert ist, auf deren Brennfleckträgerfläche, die quer zur Kolbenachse verläuft, von einer im Kolben ihr gegenüber angeordneten Kathodenanordnung Elektronen auf einen seitlich von der Drehanodenachse befindlichen Brennfleck gerichtet werden, wobei der Kolben in der Kolbenseitenwand ein Austrittsfenster für die entstehende Röntgenstrahlung hat.

Bei Röntgenröhren üblicher Bauart wird gewöhnlich ein im wesentlichen rundes Austrittsfenster für die Röntgenstrahlung so sah wie möglich an den Brennfleck auf der Drehanode, wo die Röntgenstrahlung erzeugt wird, herangebracht. Auf diese Weise kann die Röhre durch das Austrittsfenster einen kegelförmigen Strahl abgeben, der sich wegen der Nähe des Austrittsfensters zum Brennfleck in seinem Querschnitt mit zunehmendem Abstand von der Röhre stark erweitert. Dadurch ist die Röhre in der Lage, einen relativ grossen Flächenbereich zu bestrahlen, wobei Form und Grösse dieses Flächenbereiches dadurch gesteuert werden können, dass der Röntgenstrahl durch einen geeigneten Kollimator hindurchgeleitet wird, der Randbereiche wegschneidet, so dass der Strahl auf eine vorbestimmte Fläche begrenzt werden kann.

Bei einigen Röhren, die für besondere Anwendungszwecke eingesetzt werden, ist es wünschenswert, einen fächerartigen Strahl zu erzeugen. Man erreicht dies dadurch, dass das Austrittsfenster die Form eines langgestreckten Rechtecks bekommt. Ein Vorschlag in dieser Art ist der US-Patentanmeldung Nr. 719 026 zu entnehmen. Der Röntgenstrahl dieser Röhren ist zwar im wesentlichen fächerförmig, zeigt jedoch immer noch eine unerwünschte Divergenz in Richtung der kürzeren Abmessung des Fensters, da der Brennfleck, von dem die Röntgenstrahlen ausgehen, beträchtlich kleiner als die Fensterabmessungen ist.

In der mit Einsatz von Computern arbeitenden axialen Tomographie beispielsweise ist es in hohem Masse erwünscht, dass ein Röntgenstrahl abgegeben wird, der in der gewünschten Bildebene ein Strahlungsmuster abgibt, das lang und schmal in seiner Form ist, wobei die schmale Dimension so sein soll, dass in einem gegebenen Zeitaugenblick nur eine einzige, in einer Linie liegende Anordnung oder Reihe von Detektoren bestrahlt wird, während an diese Reihe angrenzende parallele Reihen zu beiden Seiten vom Strahl nicht miterfasst werden. Es versteht sich, dass, wenn der Röntgenstrahl zu stark divergiert, auch die angrenzenden Detektorreihen mitbestrahlt werden.

Darüber hinaus hat man gefunden, dass von inneren Teilen der Röhre ausgehende, vagabundierende Strahlung gelegentlich aus dem Austrittsfenster austritt und mit einem unerwünschten Beitrag an Strahlung das Detektorsystem bestrahlt.

Mit der Erfindung soll eine Röntgenröhre der vorstehend beschriebenen Art dahingehend verbessert werden, dass sie einen parallelen, sich gewissermassen nicht aufweitenden Röntgenstrahl abgibt. Hierdurch wird die dem Patienten zugefügte Strahlungsdosis verringert, und es wird möglich, einen genau entweder zylindrisch oder fächerförmig ausgebildeten Strahl auszusenden, der auf einen Bestrahlungsbereich begrenzt ist, welcher für tomographische Systeme geeignet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss in der Weise, dass bei einer Röntgenröhrenanordnung der im Oberbegriff des anliegenden Anspruches 1 beschriebenen Art das Austrittsfenster an einer dem Brennfleck im wesentlich diametral gegenüberliegenden Stelle der Kolbenseitenwand liegt und dass erste Kollimationsmittel innerhalb des Kolbens im Strahlengang des Röntgenstrahls angeordnet sind. In einer solchen Röhre verläuft der Strahl bereits über einen längeren Weg, bevor er das Austrittsfenster erreicht. Somit wird das der Röhre ein paralleler, praktisch sich nicht aufweitender oder nicht divergenter Strahl abgegeben.

Streustrahlung wird durch den nach den Prinzipien der Erfindung gestalteten Aufbau von dem aus der Röhre abgegebenen Nutzstrahl ferngehalten und im wesentlichen vollkommen innerhalb der Röhre absorbiert.

Bei einer bevorzugten Ausführungsart sind auf das Austrittsfenster des Gehäuses oder des Röhrenkolbens zweite Kollimationsmittel aufgesetzt, die den Röntgenstrahl auf den gewünschten Querschnitt begrenzen und die Divergenz des Strahles zusätzlich vermindern.

Diese Erfindung wird nun anhand der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen im einzelnen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen vertikalen Axialschnitt durch eine Röntgenröhrenanordnung ;

Figur 2 eine Darstellung der wesentlichen Teile einer abgewandelten Form der Röntgenröhrenanordnung;

Figur 3 eine wiederum abgewandelte Ausführungsform der Röntgenröhrenanordnung im Axialschnitt.

In der Figur 1 ist eine Röntgenröhrenanordnung 10 dargestellt, die ein Gehäuse 12 aufweist, innerhalb dessen eine Rönt-genstrahlröhre 14 mit Drehanode untergebracht ist. Das

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Gehäuse 12 kann von beliebiger geeigneter Gestalt sein und nutzbaren Röntgenstrahlen 64 müssen folglich vom Brennfleck weist im vorliegenden Fall einen mittleren, im wesentlichen 63 bereits einen langen Weg durchlaufen, praktisch den überzylindrischen Abschnitt 16, einen Anodenendabschnitt 18 und wiegenden Teil des Durchmessers der Drehanode 46 und den einen Kathodenendabschnitt auf. Die Röntgenstrahlröhre 14 Abstand zwischen Röhre und Fenster 72.

hat einen für die Röntgenstrahlen durchlässigen Kolben 22, des- 5 Ein erster Kollimator ist innerhalb der Röhre an einer sol-sen Hauptabschnitt 24 innerhalb des mittleren Gehäuseteiles 16 chen Stelle angeordnet, dass er in Strahlrichtung des Röntgenliegt, während ein engerer Halsteil 26 nach unten in den An- strahls liegt. In der Figur 1 ist ein Kollimator 80 an einem Träger odenabschnitt 18 hineinragt und einen nicht dargestellten Rotor befestigt und hängt an diesem herab. Der nutzbare Röntgenumgibt, der durch das Ende des Kolbens hindurchtritt und strahl 64 tritt durch die Bohrung 84 des Kollimators 80 hindurch durch den die Röhre auf einem nicht gezeigten festen Träger io und wird dadurch bereits im Röhrenkolben in der gewünschten über eine dafür vorgesehene Innenwand des Gehäuseabschnit- Weise geformt. Mit dem nahe an den Brennfleck 63 herange-tes 18 getragen wird. rückten ersten Kollimator 80 zusammen kann zweckmässig auch

Über den Rotor ist eine Hülse 40 gesetzt, deren als Kopfstück ein äusserer Kollimator 76 eingesetzt werden. Wenn allerdings 42 ausgebildetes oberes Ende einen Wellenstumpf 44 trägt, auf der innere Kollimator nahe an das Fenster 72 herangerückt ist, dem ein Brennfleckträger 46 befestigt ist. Dieser in Figur 1 15 kann der äussere Kollimator auch weggelassen werden. Das gezeigte Brennfleckträger ist schalenförmig mit einem quer zur wichtigste dabei ist, dass der nutzbare Röntgenstrahl 64 bereits Achsrichtung verlaufenden Boden 48 und einem dickeren einen erheblichen Weg durchlaufen hat, bevor er das letzte Mal

Randbereich 50, dessen innere Fläche schräg verläuft. Auf die- kollimiert wird.

ser inneren, schräg geneigten Fläche befindet sich die Brenn- Die Bohrung 84 des inneren Kollimators 80 ist vorzugsweise fleckbahn 52, die aus einer Anzahl von radial verlaufenden, stift- 20 bereits so geformt, dass der hindurchtretende nutzbare Röntgen-artigen Elementen 54 gebildet ist, welche Seite an Seite neben- strahl die gewünschte Querschnittsgestalt erhält.

einanderliegen. Die Stiftelemente 54 sind aus einem mit gutem Während bereits die Öffnung 74 in der Bleiauskleidung zu

Wirkungsgrad Röntgenstrahlen erzeugenden Material wie einem gewissen Grad für eine zusätzliche Kollimierung sorgt,

Wolfram, während der Brennfleckträger und insbesondere sein kann die endgültige und gewünschte Kollimierung durch einen Randabschnitt 50 aus einem Wärme gut absorbierenden Mate- 25 Kollimator 76 erzielt werden, der auf das Fenster 72 auf der Aus-rial wie Molybdän besteht. senseite der Öffnung 68 aufgesetzt wird. Der Kollimator 76 ist

Es versteht sich, dass der Anode während des Zuführens des ein Block aus einem Material, das für Röntgenstrahlung prak-elektrischen Potentials eine hohe Umlaufgeschwindigkeit erteilt tisch undurchlässig ist, wie etwa Blei oder dergleichen. Durch wird. Ein Beispiel einer Drehanode der vorstehend beschriebe- diesen Block hindurch führt eine Bohrung 78, die mit dem Fennen Art ist beispielsweise in der US-PS 3 842 305 der Anmelde- 30 ster 72 ausgerichtet ist und deren Grösse so gewählt ist, dass ein rin beschrieben. Auf diese Druckschrift wird hiermit bezug Röntgenstrahl von gewünschtem Strahldurchmesser hindurch genommen. treten kann.

Die übliche Kathode 60 enthält einen Faden, der Elektronen Wenn ein nadeiförmiger Strahl gewünscht wird, wird die emittiert, wenn über die Drähte 58 das geeignete Potential zuge- Bohrung 78 zylindrisch gemacht. Wünscht man einen fächerför-führt wird, so dass die Elektronen auf die Brennfleckbahn 52 der 35 migen Röntgenstrahl, so ist die Öffnung 78 in einer Dimension Drehanode 46 fallen, und zwar in Richtung des Elektronen- entsprechend grösser als in der anderen. Da der Kollimator stark strahls 62. Die Fläche der Brennfleckbahn, auf die der Elektro- genug ist, so dass die Bohrung oder Durchtrittsöffnung eine nenstrahl auftrifft, wird als Brennfleck 63 bezeichnet, in wel- erhebliche Längenausdehnung erhält, versteht es sich, dass chem als Folge des Elektronenbeschusses Röntgenstrahlung unerwünschte Divergenz des Strahls sehr wirksam reduziert ist, erzeugt wird. Diese Röntgenstrahlung wird vom Brennfleck 63 40 wenn der Strahl die Vorrichtung verlässt.

in alle Richtungen abgegeben. Es wird jedoch angestrebt, dass Bisher wurde die Erfindung in Verbindung mit einem nur ein Teil dieser Strahlung nutzbar gemacht wird, welcher in becherförmigen Anodenkörper beschrieben, wie ihn die Figur 1 der Figur 1 als Röntgenstrahl 64 gekennzeichnet ist. Dieser nutz- zeigt, doch lässt sich die Erfindung gleichermassen bei tellerför-bare Röntgenstrahl 64 erstreckt sich vom Brennfleck 63 quer migen Drehanoden anwenden, wie in Figur 2 gezeigt.

durch den Kolben zu einem für Röntgenstrahlen durchlässigen 45 In der Figur 2 ist eine Röhre mit tellerförmiger Drehanode Fensterbereich 65, der einfach ein Teil der Kolbenwand sein 88 gezeigt, bei der der nutzbare Röntgenstrahl 64 diametral kann oder der auch speziell ausgebildet sein kann, indem an die- durch den Raum des Röhrenkörpers vom Brennfleck ausgehend ser Stelle die Wand dünner gemacht oder auf andere Weise der und eventuell durch ein Fenster 72 im Gehäuseabschnitt 16 ver-Strahlendurchtritt begünstigt ist, so dass dort keine nachteilige läuft. Der innere Kollimator 90 ist in den Strahlungsbereich so Absorbtion der Röntgenstrahlung auftritt. Die nicht gewünschte 50 eingesetzt, dass er den nutzbaren Strahl 64 in der gewünschten oder nicht nutzbar gemachte Röntgenstrahlung wird mit Hilfe Weise formt und kollimiert.

einer Bleiauskleidung 66 absorbiert, die an der Innenwand des Der Aufbau der Röhre gemäss Figur 3 ist etwas abgewan-

Gehäuses 12 angeordnet ist, so dass dieser Teil der Strahlung delt. Der Röhrenkolben 92 weist einen konischen Metallab-nicht in die Umgebung austreten kann. schnitt 94 auf, an dem ein Hals sitzt, in welchem ein (nicht

Der mittlere Abschnitt 16 des Gehäuses 10 weist einen Öff- 55 gezeigter) Rotor angebracht sein kann. Eine ebene Drehanode nungsaufbau 68 auf mit einer Platte 70, in der sich ein für Rönt- 98 ist am freien Ende einer Welle 100 befestigt. Sie wird von einer genstrahlen durchlässiges Fenster 72 befindet, das zu einer Öff- Zylinderhülse 102 eines Käfigs 104 umgeben. Der Käfig 104 nung 74 in der Bleiauskleidung 66 so ausgerichtet ist, dass der weist einen ringförmigen Block 106 auf, der vorzugsweise eine Röntgenstrahl 64 durch die Gehäusewand nach aussen austre- nach innen konisch eingetiefte Oberseite 108 hat, während seine ten kann. Das Fenster 72 ist aus Beryllium oder einem anderen, eo ebene Unterseite relativ nahe über der Oberfläche der Dreh-die Röntgenstrahlung gut durchlassenden Material hergestellt. anode 98 angeordnet ist. Der Hülsenteil 102 ist einstückig an der

Es wird leicht deutlich, dass ein Röntgenstrahl, der auf nor- Randkante des Ringes 106 angeformt und hält vom äusseren male Weise durch das Fenster 72 hindurchtritt, mit zunehmen- Rand der Drehanode 98 einen geringen Abstand.

dem Abstand vom Gehäuse sich beträchtlich ausweitet. Dies gilt Der Käfigteil 104 ist am unteren Ende des Hülsenansatzes besonders, wenn der Brennfleck 63 relativ nahe am Fenster liegt. 65 102 dicht mit dem Metallgehäuseabschnitt 94 verbunden und

Nach dem der Erfindung zugrundeliegenden Gedanken ist bildet so einen Teil des Kolbenaufbaues. Ein oberer metallener das Fenster 72 in der Gehäusewand dem Brennfleck 63 auf der Kolbenabschnitt oder Ring 110 ist dicht mit dem oberen Ende Anode im wesentlichen diametral gegenüber angeordnet. Die des Käfigs 104 verbunden und trägt dicht schliessend an seinem

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oberen Ende ein eingezogenes Glasendteil 112 unter Zwischen- mehr auseinander, so dass er im wesentlichen nicht divergiert fügung einer gewöhnlichen Metall-dielektrischen Abdichtung und stiftförmig ist unter der Annahme, dass die Bohrung zylin-

114. Die Metallteile des Kolbens einschliesslich des Käfigs 104 drisch ist. Wird ein fächerförmiger Strahl gewünscht, dann ist werden vorzugsweise auf Anodenpotential gehalten. die Bohrung 130 durch einen entsprechend geformten Durch-

Das nach innen eingezogene Ende 112 des Kolbens ist mit ei- 5 bruch zu ersetzen.

ner Endkappe 116 verschlossen, an der ein Kathodenträger 118 Der Strahl 132 durchläuft diametral den Innenraum des befestigt ist. DerTräger 118 trägt eine Kathode 120 an einem zur Röhrenkolbens vom Brennfleck 129 zur Wand 110 und geht

Seite abstehenden Tragarm 122. Die Kathode enthält in üblicher durch diese in einem ausgewählten Bereich hindurch, der als Weise wenigstens einen (nicht gezeigten) Glühfaden, an den ein Fenster 134 bekannt ist. Ein zweiter Kollimator 136 ähnlich dem entsprechendes äusseres Potential über Zuleitungen 124 ange- io Kollimator 76 des ersten Ausführungsbeispiels gemäss Figur 1

legt wird. Dadurch werden von der Kathode 120 Elektronen kann auf der Aussenwand 110 auf dem Fenster 134 befestigt emittiert in Form des Kathodenstrahls 126. Der Käfigring 104 ist sein, wodurch dann eine zusätzliche Kollimation erzielt wird,

mit einem vertikal verlaufenden Schlitz 128 durch den Block 106 Der Käfig 104 kann aus einem Material mit hoher Atomord-

von der schräg einwärts geneigten Oberfläche 108 bis zu seiner nungszahl sein, wodurch er einen sehr wirksamen Abschluss für der Drehanode gegenüberliegenden Unterseite durchsetzt. Der is Röntgenstrahlen darstellt, so dass praktisch keine von der

Elektronenstrahl 126 kann somit durch den Schlitz 128 hin- gewünschten Strahlrichtung abweichende Strahlung vom durchtreten und auf den Brennfleck 129 der Drehanode auftref- Brennfleckträger entweichen kann.

fen. Bei allen hier beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der

Der Ring 106 ist noch mit einer weiteren Bohrung 130 als nutzbare Röntgenstrahl kollimiert, bevor er die Röhrenanord-Kollimationsmittel versehen, die mit einem Ende die Unterseite 20 nung verlässt, was durch einen im Röhrenkolben angeordneten an einem Punkt durchbricht, wo der Schlitz 128 unmittelbar Kollimator oder zusätzlich durch einen auf dem Röhrengehäuse oberhalb des Brennflecks 129 liegt. Die Bohrung 130 erstreckt angebrachten Kollimator erfolgen kann, und der Röntgenstrahl sich durch den Ring 108 in einem solchen Winkel schräg auf- durchmisst bereits innerhalb der Röhre eine beträchtliche wärts, dass ein Röntgenstrahl 132, der im Brennfleck 129 durch Strecke diametral in der Röhre entweder vor oder während der das Auftreffen des Elektronenstrahls erzeugt wird, durch diese 25 Kollimation, so dass er nach dem Austreten aus dem letzten Kol-

Bohrung in Richtung auf den Abschnitt 110 des Röhrenkolbens limator nur noch in sehr geringem Masse divergiert. Die Röhre gerichtet ist. Da die Bohrung 130 relativ lang und zylindrisch ist, ist somit besonders für den Einsatz in mit einem Computer strebt der sie verlassende Röntgenstrahl 132 praktisch nicht arbeitenden tomographischen Abtasteinrichtungen einsetzbar.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Röntgenröhrenanordnung mit einer Röntgenröhre, in deren Röhrenkolben an einem Ende eine Drehanode gelagert ist, auf deren Brennfleckträgerfläche, die quer zur Kolbenachse verläuft, von einer im Kolben ihr gegenüber angeordneten Kathodenanordnung Elektronen auf einen seitlich von der Drehanodenachse befindlichen Brennfleck gerichtet werden, wobei der Kolben in der Kolbenseitenwand ein Austrittsfenster für die entstehende Röntgenstrahlung hat, dadurch gekennzeichnet, dass das Austrittsfenster (65 ; 134) an einer dem Brennfleck (63 ; 129) im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Stelle der Kolbenseitenwand (22 ; 110) liegt und dass erste Kolli-mationsmittel (80; 90; 106) innerhalb des Kolbens im Strahlengang des Röntgenstrahls angeordnet sind.
2. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Röhrenkolben (22) von einem Gehäuse ( 12) umgeben ist, in dessen dem Brennfleck (63) gegenüberliegender Seite sich ein weiteres Austrittsfenster (72) für die Röntgenstrahlung befindet.
3. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Austrittsfenster (72; 134) des Gehäuses oder des Röhrenkolbens zweite Kollimationsmit-tel (76; 136) aufgesetzt sind, die den Röntgenstrahl (64; 132) auf den gewünschten Querschnitt begrenzen und die Divergenz des Strahles vermindern.
4. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Kollimationsmittel (76; 80; 90; 136; 106) aus jeweils einem für Röntgenstrahlen undurchlässigen Materialblock mit einer mit dem Austrittsfen-ster(65; 72; 134) ausgerichteten Durchgangsbohrung (78; 84; 130) bestehen.
5. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialblock (80; 90) röhrenförmig ist.
6. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialblock ( 106) als Abdeckung für die Drehanode (98) ausgebildet ist.
7. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der röhrenförmige Materialblock (80) an der Kathodenanordnung so gehaltert ist, dass er näher zum Brennfleck (63) als zum Austrittsfenster (72) liegt.
8. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialblock (90) an der Kathodenanordnung (61 ) so gehaltert ist, dass er näher zum Austrittsfenster (72) als zum Brennfleck liegt.