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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Gegenstand
der Erfindung sind allgemein Elektronenkollektoren und speziell
Strukturen zum Einfangen gestreuter Elektronen beispielsweise in
einem im Wesentlichen evakuierten Gefäß.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Elektronenstrahlerzeugungseinrichtungen wie
beispielsweise Röntgenröhren und
Elektronenstrahlschweißeinrichtungen
arbeiten allgemein in Umgebungen mit hoher Temperatur. Während des Betriebs
beispielsweise einer Röntgenröhre erzeugt der
primärer
von ihrer Katode erzeugte Elektronenstrahl an ihrem Anodentarget
eine sehr große
Wärmebelastung,
so dass das Target rotglühend
wird. Typischerweise wird weniger als 1% der Energie des Primärelektronenstrahls
in Röntgenstrahlung
umgesetzt, wobei die restliche Energie als Wärmeenergie anfällt. Im
Allgemeinen wird diese Wärmeenergie
des rotglühenden
Anodentargets auf verschiedene Komponenten innerhalb des Vakuumgefäßes der
Röntgenröhre abgestrahlt
und verursacht somit ein Aufheizen der Röntgenröhren. Außerdem werden einige der Elektronen
des Elektronenstrahls von dem Anodentarget rückgestreut und treffen innerhalb
des Vakuumgefäßes auf
diese Komponenten auf, wobei sie eine zusätzliche thermische Aufheizung
der Röntgenröhre verursachen.
Als Ergebnis der erhöhten von
den kumulativen Wirkungen solcher thermischen E nergien verursachten
erhöhten
Temperaturen, unterliegen die Komponenten der Röntgenröhre hohen thermischen Spannungen
die manchmal für
den richtigen Betrieb der Röntgenröhre unerwünscht sind.
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Typischerweise
enthält
eine Röntgenstrahl erzeugende
Einrichtung wie beispielsweise eine Röntgenröhre einander gegenüberliegende
Elektroden, die in einem zylindrischen Vakuumgefäß eingeschlossen sind. Das
Vakuumgefäß ist seinerseits
aus Glas oder Metall wie beispielsweise rostfreiem Stahl, Kupfer
oder einer Kupferlegierung. Die Elektroden bestehen allgemein aus
einer rotierenden scheibenförmigen
Anodenanordnung und außerdem
einer Katodenanordnung, die in einigem Abstand zu der Targetoberfläche oder
Spur der scheibenförmigen
Anodenanordnung angeordnet ist. In anderen Anwendungsfällen kann
die Anode oder Anodenanordnung alternativ stationär sein.
Die Targetfläche
oder Spur (oder Auftreffzone) der Anode wird allgemein aus einem
hitzefesten Metall mit einer hohen Ordnungszahl wie beispielsweise
Wolfram oder einer Wolframlegierung hergestellt. Um die Elektronen
in Richtung auf die Anode ordentlich zu beschleunigen ist eine Potenzialdifferenz
von ungefähr
60 Kilovolt (KV) bis ungefähr
140 KV erforderlich, die typischerweise zwischen der Katoden- und
Anodenanordnung aufgebaut wird. Bei einer solchen Anordnung imitiert
die heiße
Katodenelektrode Elektronen, die in dem sich ergebenden elektrischen
Feld beschleunigt werden, so dass die Elektronen mit hoher Geschwindigkeit auf
die Targetspur der rotierenden Anode auftreffen. Typischerweise
wird lediglich ein kleiner Bruchteil der kinetischen Energie der
Elektronen in hochenergetische elektromagnetische Strahlung oder
Röntgenstrahlung
umgesetzt, während
der Rest der Energie entweder von rückgestreuten Elektronen davon
getragen oder in Hitze umgewandelt wird. Allgemein gehen die resultierenden
Röntgen strahlen
von dem Fokuspunkt des Elektronenstrahls an der Anode aus und werden
von dort aus dem Vakuumgefäß heraus gerichtet.
Bei einer Röntgenröhre, die
insbesondere mit einem Metallvakuumgefäß versehen ist, ist ein röntgendurchlässiges Fenster
in die Wand des Vakuumgefäßes eingearbeitet,
um dem Röntgenstrahl
zu gestatten, das Gefäß an einer
gewünschten
Stelle zu verlassen. Nach dem Verlassen des Vakuumgefäßes werden
die Röntgenstrahlen
gerichtet um ein spezielles Objekt, wie beispielsweise einen interessierenden
Bereich (ROI) einer menschlichen Anatomie zur medizinischen Untersuchung
und zu Diagnosezwecken zu durchlaufen. Nachdem die Röntgenstrahlen das
Objekt durchquert haben, werden sie im Allgemeinen von einem Röntgendetektor
aufgenommen, von dem ein Bild des anatomischen ROI erzeugt und gebildet
wird. Außerdem
können
die Röntgenröhren zusätzlich zu
solchen medizinischen Anwendungsfällen alternativ in der Industrie
verwendet werden, beispielsweise um Metallteile auf Risse zu untersuchen oder
den Inhalt von Gepäck
an einem Flughafen zu untersuchen.
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Wie
oben erläutert,
verursachen viele der auf die Anode auftreffenden Elektronen keine
Röntgenstrahlen
sonder werden anstatt dessen von der Targetfläche der Anode in zufälligen Richtungen
rückgestreut.
Beispielsweise werden bei einer aus Wolfram bestehenden Anode typischerweise
bis zu ungefähr 50%
der auftreffenden Elektronen rückgestreut.
Diese rückgestreuten
Elektronen fliegen allgemein auf einem gekrümmten Weg durch das elektrischen
Feld zwischen der Katode und der Anode bis zu auf ein oder mehrere
nahe Strukturen oder Komponenten auftreffen. Bei einem solchen Rückstreuvorgang wechselwirken
die Elektronen mit dem elektrischen Feld und der darin befindlichen
Raumladung, deren anfängliche
Trajektorien in einer komplizierten jedoch vorhersehbaren Weise ändert. Diese
rückgestreuten Elektronen
treffen auf innere Komponenten der Röntgenröhre auf, wobei deren kinetische
Energien in Form von Wärmeenergie
auf die Komponenten übertragen
werden bis im Wesentlichen die gesamten entsprechenden Energien
umgesetzt sind. Außerdem
erzeugt das Auftreffen rückgestreuter
Elektronen zusätzlich
zur Übertragung
von thermischer Energie auf, innere Komponenten der Röhre zusätzliche
Röntgenstrahlung,
die bei medizinischen Röntgenanwendungen
als „außerfokale
Röntgenstrahlen" bezeichnet werden.
Allgemein führt
die Erzeugung solcher außerfokaler
Röntgenstrahlung
zur Verschlechterung der Röntgenbildgebungsqualität, wenn
sie aus dem röntgendurchlässigen Fenster
des Vakuumgefäßes austreten
darf.
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Die
Wege der rückgestreuten
Elektronen und somit die Wege der außerfokalen Strahlung können durch
die spezielle elektrische Potenzialkonfiguration in und um die Röntgenröhre herum
beeinflusst werden. Bei einer beispielhaften bipolaren Konfiguration wird
die Katode auf einem negativen Potenzial gehalten und die Anode
wird auf einem positiven Potenzial in Bezug auf Masse gehalten,
so dass über
dem Spalt zwischen der Katode und der Anode ein Spannungsabfall
und ein elektrisches Feld aufrechterhalten werden. In dieser Konfiguration
wird ein großer Anteil
der ursprünglich
von der Anode rückgestreuten Elektronen
zu der Anode durch deren elektrostatisches Potenzial zurückgezogen.
Andererseits sind bei einer unipolaren Konfiguration sowohl die
Anode als auch das Vakuumgefäß elektrisch
mit Masse verbunden und die Katode wird auf hohem negativem Potenzial
gehalten. Bei dieser unipolaren Konfiguration ist die Anziehungskraft
der elektrisch geerdeten Anode und des Gehäuses geringer als die Anziehungskraft
einer positiv geladenen Anode und eines entsprechenden Gehäuses einer
Röntgenröhre in einer
bipolaren Konfiguration. Deshalb kann bei einem unipolaren Aufbau
ein größerer Anteil
rückgestreuter Elektronen
eingesammelt und daran gehindert werden, zu der Anode zurückzukehren,
was die Betriebsperformance der Anode signifikant erhöht und die Menge
außerfokaler
Röntgenstrahlung
vermindert, die das röntgendurchlässige Fenster
verlässt.
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Weil
die Erzeugung von Röntgenstrahlen
in einer konventionellen Röntgenröhre naturgemäß ein etwas
Energie ineffizienter Prozess ist, arbeiten die verschiedenen Komponenten
innerhalb einer solchen Röntgenröhre typischerweise
bei sehr hohen Temperaturen. Beispielsweise kann die Temperatur der
Anodentargetoberfläche
während
des Betriebs 2000°C
erreichen. Außerdem
kann die Temperatur großer
Teile der Anodenanordnung 1000°C überschreiten.
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Um
dazu beizutragen, die Röntgenröhre zu kühlen, wird
die bei dem Betrieb der Röhre
erzeugte thermische Energie im Allgemeinen von der Anode durch das
Vakuumgefäß abgeleitet,
so dass sie von einem wärmeaufnehmenden
Kühlfluid
abtransportiert werden kann. Um dies zu erreichen, ist das Vakuumgefäß seinerseits
typischerweise in ein äußeres Gehäuse eingeschlossen,
das mit einem zirkulierendem Kühlfluid
wie beispielsweise einem dielektrischen Öl gefüllt ist. Bei einer solchen
Konfiguration trägt
und schützt
das Gehäuse
die Röntgenröhre und erbringt
außerdem
eine Befestigung für
beispielsweise die rotierende Gantry eines bildgebenden Computertomographiesystems
(CT). Das Gehäuse
kann seinerseits mit Blei ausgekleidet sein, um jede zusätzliche
Röntgenstrahlung
abzuschirmen und daran zu hindern die Röhre ungerichtet zu verlassen.
Im Allgemeinen erfüllt
das Kühlfluid
in dem Gehäuse
zwei Aufgaben. Zu diesen Aufgaben gehört die Kühlung des Vakuumgefäßes und
außerdem
die Schaffung einer Hochspannungsisolation zwischen der Anodenverbindung
und der Katodenverbindung in oben genannter bipolarer Konfiguration.
Jedoch kann die Leistungsfähigkeit
des Kühlfluids
beim Betrieb der Röntgenröhre mit
der Zeit durch exzessiv hohe Temperaturen nachlassen, die das Fluid
veranlassen an der Grenzfläche
zwischen dem Fluid und der Außenseite
des Vakuumgefäßes oder
dem röntgendurchlässigen Fenster
des Vakuumgefäßes zu sieden. Wenn
das Kühlfluid
auf diese Weise siedet, können
in dem Fluid große
Blasen entstehen, die unerwünschter
Weise einen Hochspannungsüberschlag
durch das Fluid ermöglichen
und somit die Isoliereigenschaft des Fluids verschlechtern. Außerdem können die
Blasen Röntgenbildartefakte
verursachen, die die Bildqualität
verschlechtern.
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Zusätzlich zur
Ermöglichung
von Spannungsdurchschlägen
können
hohen Temperaturen in der Röntgenröhre die
nutzbare Lebensdauer des röntgendurchlässigen Fensters
sowie anderer Röhrenkomponenten
vermindern. Weil während
des Betriebs der Röhre
der Fokuspunkt des Elektronenstrahls auf der Anodentargetfläche in enger
Nachbarschaft zu dem röntgendurchlässigen Fenster
liegt, unterliegt dieses einer sehr hohen thermischen Belastung,
die aus thermischer Strahlung und rückgestreuten Elektronen herrührt. Solche
hohen thermischen Lasten des röntgendurchlässigen Fensters
erfordern üblicherweise
eine sorgfältige
Gestaltung der Röhre,
um sicherzustellen, dass das Fenster über die Lebensdauer der Röntgenröhre ordnungsgemäß arbeitet,
wobei insbesondere das Vakuum in dem Röhrengefäß aufrechterhalten werden muss,
wobei das röntgendurchlässige Fenster
ein wichtiges Glied der gesamten hermetischen Abdichtung der Röntgenröhre ist.
Allgemein verursachen die großen
Hitzelasten der Röntgenröhre sehr
große
zyklische Belastungen des röntgendurchlässigen Fensters
und können
zu vorzeitigem Ausfall des Fensters und seiner hermetischen Dichtung(en)
führen.
Außerdem
kann der direkte Kontakt des Fensters (wenn es übermäßig heiß ist) mit dem Kühlfluid
das Fluid sieden lassen, wenn es über das Fenster fließt, wobei
sich Kohlenwasserstoffzersetzungsprodukte des Fluids manchmal an der
Außenfläche des
Fensters ablagern, was die Röntgenbildgebungsqualität unerwünscht vermindern
kann.
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Im
Hinblick darauf, besteht gegenwärtig
ein Bedarf nach einem System oder einer Anordnung, die rückgestreute
Elektronen innerhalb eines Röntgenröhrenvakuumgefäßes wirksam
einfängt
und außerdem
Wärmeenergie
von der Röhre
wirksam abführt,
die auf solche eingefangenen Elektronen zurückzuführen ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Anordnung zum Einfangen gestreuter
Elektronen in einem im Wesentlichen evakuierten Gefäß, das sowohl ein
Elektronen emittierende Katode als auch eine davon beabstandete
Elektronen anziehende Anode enthält.
Bei einer praktikablen Ausführungsform
enthält
die Elektronen einfangende Struktur einen zweiseitige erste Platte,
eine zweiseitige zweite Platte, einen Fluideinlass und einen Fluidauslass.
Die erste Platte ist sowohl elektrisch leitfähig als auch Wärme abstrahlend
und in dem Gefäß so montiert,
dass ihre erste Seite der Anode wenigstens teilweise zugewandt ist.
Die zweite Platte ist außerdem
thermisch abstrahlungsfähig
und hat eine erste Seite, die mit der zweiten Seite der ersten Platte
eine gemeinsame Grenze hat. Außerdem
hat die zweite Platte zusätzlich
einen Innenkanal zur Leitung eines wärmeabsorbierenden Fluids. Sowohl
der Fluideinlass als auch der Fluidauslass stehen in Fluidverbindung
mit dem Kanal in der zweiten Platte. Während des Betriebs ist die
Anordnung in der Lage, in dem Gefäß gestreute Elektronen anzuziehen
und den Elektronen zuzuschreibende Wärmeenergie von der Struktur
abzuleiten.
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Zusätzlich zu
dem obigen wird davon ausgegangen, dass verschiedene alternative
Ausführungsformen,
Gestaltungsbetrachtungen, Anwendungen, Verfahren und Vorzüge der vorliegenden
Erfindung dem Fachmann aus der detaillierten Beschreibung, der zur
Umsetzung der vorliegenden Erfindung als am Besten geeignete Ausführungsform
ersichtlich werden, wie sie nachfolgend erläutert ist, wenn sie in Verbindung
mit den beigefügten
Ansprüchen
und begleitenden Zeichnungen verstanden wird.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Wege eines Beispiels mit
Bezug auf die folgenden Figuren der Zeichnung beschrieben.
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1 veranschaulicht
eine Draufsicht auf ein Röntgensystem
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2 veranschaulicht
eine aufgeschnittene Seitenansicht des in 1 veranschaulichten
Röntgensystems.
In dieser Ansicht ist das Röntgensystem
so dargestellt, dass es eine Röntgenröhre enthält, in der
sowohl eine Anodenanordnung als auch eine Katodenanordnung angeordnet
sind.
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3 veranschaulicht
eine Systemskizze der Röntgenröhre nach 2.
In dieser Skizze ist die Anode der Röntgenröhre als an einer drehbaren
Welle montiert dargestellt, die sich durch ein Dichtungssystem in
die Röntgenröhre er streckt,
um die Röntgenröhre im Wesentlichen
hermetisch abgedichtet zu halten.
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4 veranschaulicht
eine Perspektivansicht eines bildgebenden Computertomographiesystems
(CT), das wie veranschaulicht eine drehbare Gantry mit einer daran
montierten Röntgenröhre enthält.
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5 veranschaulicht
eine Perspektivansicht, der in 4 veranschaulichten
drehbaren Gantry. In dieser Ansicht wird der Betrieb der Röntgenröhre an der
Gantry erläutert.
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6 veranschaulicht
eine Draufsicht einer Anordnung zum Einfangen gestreuter Elektronen.
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7 veranschaulicht
eine aufgeschnittene Seitenansicht, der in 6 veranschaulichten
Elektronen einfangenden Anordnung. In dieser Ansicht ist die Anordnung
als zentral in einem offenendigen Gefäß montiert veranschaulicht.
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8 veranschaulicht
eine andere aufgeschnittene Seitenansicht der elektronenfangenden Struktur,
die in dem Gefäß nach 7 montiert
ist. In dieser Ansicht sind in den einander gegenüber liegenden
Enden des Gefäßes sowohl
eine Anodenanordnung als auch zusätzlich eine Kathodenanordnung
montiert, so dass die Struktur zwischen den beiden Anordnungen angeordnet
ist.
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9 veranschaulicht
eine andere aufgeschnittene Seitenansicht der Elektronen einfangenden
Struktur, der Anodenanordnung, der Kathodenanordnung und des Gefäßes nach 8.
In dieser Ansicht werden Elektronen gezeigt, die von der Elektronen
emittierenden Kathodenanordnung zu der Elektron anziehenden Anodenanordnung
laufen, um Röntgenstrahlen
zu erzeugen. In dieser Ansicht sind außerdem einige der auf die Anodenanordnung
auftreffenden Elektronen auf die Elektronen einfangende Struktur
hin rückgestreut
veranschaulicht.
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10 veranschaulicht
eine Systemskizze der Röntgenröhre mit
einer Elektronen einfangenden Struktur einer Anodenanordnung, einer
Kathodenanordnung und dem Gefäß nach 8.
In dieser Skizze sind sowohl die Elektronen einfangende Anordnung
oder Struktur als auch die Anodenanordnung als elektrisch geerdet
veranschaulicht.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 veranschaulicht
eine Planansicht (Draufsicht) auf ein weitgehend konventionelles Röntgenstrahlungssystem 11.
Wie veranschaulicht, weist das Röntgenstrahlungssystem 11 im
Wesentlichen ein anodenseitiges Ende 14, ein kathodenseitiges
Ende 18 und einen Mittelabschnitt 19 auf. Der Mittelabschnitt 19 ist
zwischen dem anodenseitigen Ende und dem kathodenseitigen Ende 18 angeordnet
und enthält
eine Röntgenröhre 20,
die zur Erzeugung von Röntgenstrahlen
dient.
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2 veranschaulicht
eine geschnittene Seitenansicht des in 1 veranschaulichten
Röntgenstrahlungssystems 11.
Wie in 2 veranschaulicht, enthält die Röntgenröhre 20 in dem System 11 im
Wesentlichen ein Vakuumgefäß 22,
das in einer in einem Gehäuse 28 definierten
Kammer 25 angeordnet ist. Das Vakuumgefäß 22 ist dazu eingerichtet, hohe
Temperaturen auszuhalten und es weist röntgendurchlässige Materialien, wie beispielsweise Glas
oder Pyrex, auf und kann außerdem
Abschnitte aus röntgenundurchlässigen Materialien,
wie beispielsweise Edelstahl oder Kupfer, enthalten. Das Gehäuse 28 kann
andererseits beispielsweise Aluminium enthalten und ebenso mit Blei
ausgekleidet sein, um den Röntgenstrahlendurchgang
zu verhindern. Konventionell ist die Kammer 25 innerhalb
des Gehäuses 28 mit
wärmeabsorbierendem
Kühlfluid 26 gefüllt, wie
beispielsweise einem dielektrischen Öl. Während des Betriebs des Röntgenstrahlungssystems 11,
bei dem in der Röntgenröhre 20 hohe
Temperaturen erzeugt werden, wird das Kühlfluid 26 im Kreislauf
durch das System 11 geführt,
um Wärmeenergie
(d.h. Hitze) von der Röhre 20 abzuführen und die
Röhre 20 zu
kühlen,
um deren Zerstörung
oder Beschädigung
zu verhindern. Außerdem
dient das Kühlfluid 26 außer zur
Absorption der Hitze von der Röntgenröhre 20 zur
elektrischen Isolierung des Gehäuses 28 gegen
hohe elektrische Spannungen, die in dem Vakuumgefäß 22 vorhanden
sind.
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Wie
in 1 veranschaulicht ist, ist an dem Mittelabschnitt 19 an
einer Seite eine Pumpe 12 montiert, um das Kühlfluid 26 durch
das Röntgensystem 11 zu
fördern.
So montiert, dient die Pumpe 12 dazu, das Kühlfluid 26 über eine
Anzahl von Fluidschläuchen 13 durch
das Röntgensystem 11 im
Kreislauf zu fördern.
Um dem Kühlfluid 26 die
aufgenommene Wärme
zu entziehen bevor das Fluid 26 zur weiteren Kühlung der
Röhre 20 dem
Röntgensystem 11 wieder
zugeführt
wird, ist an einer anderen Seite des Mittelabschnitts 19 des
Systems ein in der Leitung liegender Kühler oder Radiator 15 angeordnet.
Dem Radiator 15 sind Kühlgebläse 16 und 17 zugeordnet, die
ihm betriebsmäßig zugeordnet
sind, um einen Kühlluftstrom über den
Radiator 15 zu erzeugen. In dieser Konfiguration wird jede
von dem Kühlfluid 26 aufgenommene
Wärme somit über das
im Kreislauf geführte
Fluid 26 durch den Radiator 15 abgegeben.
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Wie
weiter in 2 veranschaulicht ist, weist das
Röntgensystem 11 außerdem eine
Anodenaufnahme 23 und eine Kathodenaufnahme 24 auf,
die als Verbindungspunkte zur elektrischen Erregung des Röntgensystems 11 dienen.
Entsprechend weist die Röntgenröhre 20 in
dem Röntgensystem 11 sowohl
eine in elektrischer Verbindung mit der Anodenaufnahme 23 stehende
Anodenanordnung 29 als auch eine mit der Kathodenaufnahme 24 in
elektrischer Verbindung stehende Kathodenanordnung 34 auf.
Die Anodenanordnung 29 und die Kathodenanordnung 34 sind
im Wesentlichen in einem weithin evakuierten Kammerbereich 21 angeordnet,
der in dem Vakuumgefäß 22 festgelegt
ist. Die Anodenanordnung 29 enthält insbesondere eine Kegelscheibe 32,
die an einem Ende einer drehbaren Welle 31 montiert ist,
die sich in den Kammerbereich 21 innerhalb des Vakuumgefäßes 20 erstreckt.
Die Kathodenanordnung 34 enthält andererseits eine fokussierende
Tasse (Weneltzylinder) und einen bestrombaren (nicht gesondert veranschaulichten)
Heizfaden, die der Scheibe 32 in dem Kammerbereich 21 innerhalb
des Gefäßes 22 gegenüber liegend
angeordnet sind. Außerhalb
des Vakuumgefäßes 22 enthält das Röntgensystem 11 außerdem einen
antreibenden Induktionsmotor 27, der in mechanischer Verbindung mit
dem anderen Ende der drehbaren Welle 31 steht.
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Während des
Betriebs wird das Röntgensystem 11 über eine
elektrische Stromversorgung 38 versorgt, die elektrisch
mit der Anodenaufnahme 23 und der Kathodenaufnahme 24 verbunden
ist, wobei ein fokussierter Elektronenstrom 35 aus dem
Heizfaden der Kathodenanordnung 34 emittiert und auf die Scheibe 32 der
Anodenanordnung 29 gerichtet wird. Wenn der Elektronenstrahl 35 auf
die Oberfläche
der Scheibe 32 auftrifft, treibt der antreibende Induktionsmotor 27 die
Welle 31 und die Scheibe 32 miteinander mit sehr
hoher Winkelgeschwindigkeit drehend an. Auf diese Weise werden,
wenn Elektronen aus dem gerichteten Elektronenstrahl 35 an
der Oberfläche
der rotierenden Scheibe 32 absorbiert und/oder abgelenkt
werden, hochfrequente elektromagnetische Wellen oder Röntgenstrahlen 33 erzeugt.
Zusätzlich
zur Erzeugung solcher Röntgenstrahlen 33 werden
bei dem Betrieb, wie oben kurz erläutert, außerdem große Mengen von Wärme in dem
Vakuumgefäß 22 der
Röntgenröhre 20 erzeugt.
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Wie
in 2 veranschaulicht ist, gehen die von der Scheibe 32 ausgehenden
Röntgenstrahlen 33 sowohl
durch den Kammerbereich 21 des Vakuumgefäßes 22 als
auch aus dem Gefäß 22 durch
das röntgendurchlässige Fenster 36 in
der Wand des Kessels 22. Danach laufen die Röntgenstrahlen 33 durch
das Kühlfluid 26 zwischen
der Röntgenröhre 20 und
dem Gehäuse 28 und
dann letztendlich durch ein anderes Fenster 37, das in
der Wand des Gehäuses 28 ausgebildet
ist. Wie das innere Fenster 36 kann auch das äußere Fenster 37 röntgendurchlässig sein
und beispielsweise aus Beryllium bestehen. Wie in 2 veranschaulicht,
ist das äußere durchlässige Fenster 37 in
der Wand des Gehäuses 28 angeordnet
und im Wesentlichen mit dem inneren durchlässigen Fenster 36 in
der Wand des Vakuumgefäßes 22 ausgerichtet.
Mit den beiden zueinander ausgerichteten Fenstern 36 und 37 kann
das Röntgensystem 11 als
Ganzes somit so orientiert werden, dass die Röntgenstrahlen 33 richtungsmäßig auf
ein Objekt oder Patienten 56 zu Bestrahlungs- und Bildgebungszwecken
gerichtet werden.
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3 veranschaulicht
ein Systemdiagramm der in 2 veranschaulichten
Röntgenröhre 20.
In diesem Diagramm bzw. dieser Skizze geht es um die drehbare Welle
der die Anodenanordnung 29 der Röntgenröhre 20 zugeordnet
ist. Wie veranschaulicht, erstreckt sich die Welle 31 in
den Kammerbereich 21 des Röntgenröhrenvakuumgefäßes 22 durch
ein Dichtungs- und Lagersystem 30, um die Röntgenröhre 20 im
Wesentlichen hermetisch abgedichtet zu halten, wobei es die Drehung
der Welle 31 ermöglicht.
Indem die Röntgenröhre 20 hermetisch abgedichtet
gehalten wird, hilft das System 30 dabei, in dem Kammerbereich 21 innerhalb
des Vakuumgefäßes 22 weitgehendes
Vakuum aufrecht zu erhalten. Bei einem solchen Vakuum in dem Röhrengefäß 22 werden
von der Kathodenanordnung 34 emittierte Elektronen während des
Betriebs frei auf die Scheibe 32 der Anodenanordnung gerichtet,
ohne mit überflüssigen (d.h.
störenden)
Gas- oder Luftmolekülen
in dem Kammerbereich 21 des Gefäßes zu kollidieren. Außerdem dient
das Dichtungs- und Lagersystem 30 außer dem Ausschluss von störendem Gas
oder Luft zum Ausschluss von Partikeln und anderen Verschmutzungen,
die potentiell in das Vakuumgefäß 22 der
Röntgenröhre 20 gelangen
könnten.
Um in dem Vakuumgefäß 22 der
Röhre ein
weitgehendes Vakuum aufrecht zu erhalten, hilft das System 30 dabei, jede übermäßige Menge
zusätzlichen
störenden
Gases oder Luft, die unbeabsichtigt in den Kammerbereich 21 des
Gefäßes 22 eingeführt werden,
weitgehend durch ein Pumpsystem 39 zu evakuieren. Das Pumpsystem 39 wird
bei Bedarf durch ein Messgerät (nicht
veranschaulicht) aktiviert, das den Druck in dem Röhrengefäß 22 überwacht.
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„Computerunterstützte Tomographie" (CAT), die auch
als „Computertomographie" (CT) bekannt ist,
ist ein Verfahren der medizinischen Bildgebung und Diagnose, das
Röntgenstrahlen
nutzt, die von einem Röntgensystem,
wie beispielsweise dem Röntgensystem 11 nach 1, 2 und 3 erzeugt werden.
Während
des Betriebs solch eines Röntgensystems 11 wird,
wie hier kurz erwähnt,
ein Strom (d.h. ein Strahl) von Elektronen 35 auf eine
rotierende Scheibe 32 einer Anodenanordnung innerhalb eines Hochvakuumkammerbereichs 21 eines
Vakuumgefäßes geschossen.
Durch diesen Betrieb wird eine große Anzahl von Röntgenstrahlen
in relativ kurzer Zeitspanne an Stelle lediglich einer niedrigen
Anzahl von Röntgenstrahlen über eine
längere
Zeitspanne verteilt erzeugt, wobei das erstgenannte von menschlichen
Untersuchungsobjekten oder Patienten besser vertragen wird, die
mit solchen Strahlen bestrahlt werden. Um dies zu erreichen, wird
ein hoch energetischer Elektronenstrahl genutzt, um die rotierende Scheibe 32 der
Anodenanordnung zu beschießen, um
die Röntgenstrahlen 33 zu
erzeugen. Ein solcher Prozess ergibt jedoch, wie oben erwähnt, relativ
große
Wärmemengen
und kann eine strahlungsinduzierte Schädigung der rotierenden Scheibe 32 der
Anodenanordnung verursachen. Zur Minimierung einer solchen Schädigung dreht
die Welle 31, an der die rotierende Scheibe 32 montiert
ist, sehr schnell, beispielsweise mit mehreren (vielen) tausend
Umdrehungen pro Minute, so dass dem Elektronenstrahl 35 fortwährend eine
neue Anodenfläche
der Scheibe 32 präsentiert
wird. Wenn die Anodenflächenbereiche an
der rotierenden Scheibe 32 fortwährend aus dem Fokus des auftreffenden
Elektronenstrahls herausgedreht werden, wird den Anodenflächenbereichen der
Scheibe 32 genügend
Zeit gegeben, um abzukühlen
bevor sie wieder in den Fokus des Elektronenstrahls eingeführt werden,
so dass die Schädigung der
Scheibe 32 minimiert wird. Weil ein Röntgensystem 11 in
einem CT-Bildgebungssystem (d.h. einem Scanner) typischerweise an
einer drehenden ringförmigen
Gantry montiert ist, das heftig beschleunigt und bremst, um um einen
menschlichen Patienten herum vorwärts und rückwärts gedreht zu werden, um einen
anatomischen interessierenden Bereich (ROI) aus verschiedenen Winkeln
in einer kurzen Zeitspanne zu beleuchten (d.h. zu scannen), muss das
Gesamtgewicht des Systems 11 vorzugsweise so niedrig wie
möglich
gehalten werden. Auf diese Weise wird die gesamte Beschleunigungskraft
des Röntgensystems 11 auf
die Gantry, wenn sie rotiert, minimiert, was bei der Sicherstellung
der mechanischen und betriebsmäßigen Stabilität des gesamten CT-Bildgebungssystems
während
des Betriebs hilft.
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Um
zu veranschaulichen, wie das Röntgensystem 11 in
einem CT-Bildgebungssystem sowohl montiert als auch in dieses integriert
ist, veranschaulichen die 4 und 5 Perspektivansichten,
die einige der primären
Scanelemente in einem weitgehend konventionellen bildgebenden Computertomographiesystem 60 (CT)
hervorheben. Wie veranschaulicht, enthält das CT-Bildgebungssystem 60 einen
länglichen
Patiententisch 61, eine ringförmige Gantry 58, einen
Röntgensystemröhre 20 und
einen bogenförmigen
Detektor 59. Im Allgemeinen ist der Patiententisch 61 in
einer Apertur oder Öffnung 57 angeordnet,
die in der Gantry 58 festgelegt ist, und co-linear zu einer
Achse 62 ausgerichtet, die durch das Zentrum der Gantryöffnung 57 definiert.
Wie am besten in 5 gezeigt ist, ist die Röntgenröhre 20 an
oder nahe der 12-Uhr-Position an der Gantry 58 montiert
und der Detektor 59 ist an oder nahe bei der 6-Uhr-Position
der Gantry 58 angeordnet.
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Für den Betrieb
des CT-Bildgebungssystems 60 gemäß den 4 und 5 wird
ein Objekt oder Patient 56 auf den Patiententisch 61 gelegt
und der Tisch 61 wird entlang der Gantryachse 62 durch
einen (nicht veranschaulichten) Elektromotor bewegt, um einen speziellen
anatomischen Schnitt oder einen interessierenden Bereich (ROI) 64 in
einem Patienten 56 unterhalb der Röntgenröhre 20 zu positionieren.
Sobald der Patient 56 unter der Röntgenröhre 20 wie gewünscht ausgerichtet
ist, wird eine Bewegung des Patiententisches 61 angehalten,
um sowohl den Tisch 61 als auch den Patienten 56 ruhend zu
lagern. Nachdem der Tisch 61 und der Patient 56 imobilisiert
sind, wird die Gantry 58 aktiviert und rotiert oder dreht
um den Patienten 56, der auf dem Tisch 61 liegt.
Wenn die Gantry 58 dreht, emittiert die Röntgenröhre 20 einen
fächerförmigen Strahl
oder Röntgenstrahlen 33 auf
den Patienten 56. Auf diese Weise wird der ROI 64 des
Patienten gründlich
mit Röntgenstrahlen 33 aus
vielen verschiedenen Winkeln heraus beleuchtet. Wenn die Röntgenstrahlen 33 versuchen,
während
einer solchen Beleuchtung oder Exposition durch den Patienten 56 zu
laufen, werden die Röntgenstrahlen 33 individuell
mit verschiedenen unterschiedlichen Niveaus absorbiert oder gedämpft (d.h.
geschwächt),
was von den speziellen biologischen Geweben abhängt, die in dem ROI 64 vorhanden
sind. Diese verschiedenen Niveaus der Röntgenabsorption oder Schwächung werden
durch ein Array von Detektorelementen 63 erfasst und detektiert,
das in dem Detektor 59 vorhanden und der Röntgenröhre 20 gegenüber liegend angeordnet
ist. Auf Basis dieser unterschiedlichen detektierten Niveaus ist
das CT-Bildgebungssystem 60 in
der Lage, Röntgenstärkeprofile
zu erzeugen und daraus mit Hilfe eines (nicht veranschaulichten) datenverarbeitenden
Computers digitale Bilder des ROI 64 des Patienten zu „konstruieren". Derart konstruierte
Bilder können
auf einem Computermonitor (nicht veranschaulicht) visualisiert werden,
so dass ein Arzt oder ein anderer medizinisch Tätiger den ROI 64 des
Patienten 56 betrachten und untersuchen kann. Nach der
Durchführung
einer solchen Untersuchung kann der Arzt dann die Krankheit des
Patienten präzise
diagrostizieren und eine angemessene Behandlung verschreiben.
-
Wie
vorstehend erläutert,
unterliegen die inneren Strukturen und Komponenten des Vakuumgefäßes 22 der
Röntgenröhre typischerweise
hohen thermischen Belastungen. In einigen Fällen sind solche thermischen
Belastungen übermäßig und
für den ordnungsgemäßen Betrieb
der Röntgenröhre 20 unerwünscht. In
diesen Fällen
ist es generell nicht ausreichend, lediglich das Vakuumgefäß 22 der
Röhre in dem
Gehäuse 28 einzuschlie ßen, das
mit Kühlfluid 26 gefüllt ist,
um die Hitze von dem Gefäß 22 abzuleiten
und es sind ergänzende
Mittel zur Kühlung
des Röhrengefäßes 22 generell
wünschenswert.
Ein Weg zur weiteren Unterstützung
der Kühlung
des Vakuumgefäßes 22 der
Röhre ist
die Installation eines Systems oder einer Struktur in dem Kammerbereich 21 des
Gefäßes 22 zum
Einfangen von Elektronen, die von der drehenden Scheibe 32 der
Anodenanordnung rückgestreut
werden. Auf diese Weise wird die thermische Energie und die Hitze,
die allen eingesammelten Elektronen zuzuschreiben ist, aus dem Vakuumgefäß 22 der
Röhre heraustransferiert
und entfernt.
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6 veranschaulicht
eine Draufsicht einer Struktur 40 zum Einfangen gestreuter
Elektronen. Wie veranschaulicht, weist die Elektronen einfangende
Struktur 40 sowohl ein Loch 43 als auch eine Öffnung 42 auf,
die durch sie hindurchgehend definiert sind. Obwohl das Loch 43 im
Wesentlichen kreisförmig
und die Öffnung 42 im
Wesentlichen quadratisch oder, wie veranschaulicht, rechteckig ist,
können
sowohl das Loch 43 als auch die Öffnung oder Apertur 42 in
alternativen Ausführungsformen
ebenso gut andere Formen haben. Außerdem kann die Struktur 40 in
alternativen Ausführungsformen,
obwohl die Elektronen einfangende Struktur 40 in dargestellter
Form einen kreisförmigen
Außenumfang 41 hat
und somit generell scheibenförmig
ausgebildet ist, genauso gut jede andere Form annehmen.
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7 veranschaulicht
eine aufgeschnittene Seitenansicht der Elektronen sammelnden Struktur 40,
die in 6 veranschaulicht ist. In dieser Ansicht ist die
Struktur 40 in dem Vakuumgefäß 22, das zum Einsetzen
in eine Röntgenröhre geeignet
ist, im Wesentlichen zentral montiert. Das Vakuumgefäß 22M enthält seinerseits
Abschnitte 67 und 68 aus ver schiedenen Materialien
und hat sowohl ein offenes Anodenende 47 als auch ein offenes
Kathodenende 48. Derart in dem Vakuumgefäß 22M montiert,
definiert die Struktur 40 damit sowohl einen ersten Kammerbereich 21A als
auch einen zweiten Kammerbereich 21B in dem Gefäß 22M.
Obwohl der Außenumfang 41 der
Struktur 40 in dem Gefäß 22M in 7 durch
eine Schweißverbindung
gehalten ist, kann der Umfang 41 der Struktur in alternativen
Ausführungsformen
mit dem Gefäß 22M durch
andere Arten von Verbindungsmitteln verbunden sein.
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Wie
in 7 veranschaulicht ist, enthält die Elektronen sammelnde
Struktur 40 eine zweiseitige erste Platte 50,
eine zweiseitige zweite Platte 46, einen Fluideinlass 44 und
einen Fluidauslass 45. Die erste Platte 50 ist,
das ist wichtig, generell sowohl elektrisch leitfähig als
auch thermisch abstrahlfähig und
zentral in dem Vakuumgefäß 22M montiert.
Obwohl andere Baumaterialien möglich
sind, besteht die erste Platte 50 vorzugsweise aus einem
elektrisch leitenden Metall, wie beispielsweise Kupfer. Zusätzlich weist
die erste Platte 50 vorzugsweise eine thermisch abstrahlende äußere Beschichtung, wie
beispielsweise eine Eisenoxidbeschichtung, auf. Außerdem weist
die erste Platte 50, wie in 7 veranschaulicht,
eine Anzahl thermisch abstrahlender Flossen 55 auf, die
von ihrer ersten Seite weg ragen. Wie veranschaulicht, erstrecken
sich die Flossen 55 im Wesentlichen zu dem anodenseitigen
Ende 47 des Vakuumgefäßes 22M.
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Wie
die erste Platte 50 ist auch die zweite Platte 46 thermische
emissionsfähig.
Obwohl andere Baumaterialien möglich
sind, besteht die zweite Platte 46 aus rostfreiem Stahl
und ist mit einer thermisch abstrahlfähigen Außenbeschichtung, wie beispielsweise
einer Chromoxidbeschichtung „gegrünt". Wie in 7 veranschaulicht,
weist die zweite Platte 46 eine erste Seite auf, die eine
gemeinsame Grenze mit der zweiten Seite der ersten Platte 50 hat.
Obwohl die zweite Seite der ersten Platte 50 und die erste
Seite der zweiten Platte 46 im speziellen mit einer Schweißverbindung 52 gemäß 7 aneinander grenzen,
kann die erste Platte 50 und die zweite Platte 46 in
alternativen Ausführungsformen
durch andere Arten von Verbindungsmitteln miteinander verbunden
oder sogar im Wesentlichen einstückig
miteinander ausgebildet sein.
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Wie
in der aufgeschnittenen Ansicht der 7 weiter
veranschaulicht, ist die zweite Platte 46 wenigstens teilweise
hohl und weist einen inneren Kanal zum Führen eines Wärmeabsorbierenden
Fluids im Wesentlichen durch die Ausnehmungen innerhalb der Platte 46 auf.
Das Wärmeabsorbierende
Fluid kann eine Flüssigkeit,
wie beispielsweise ein dielektrisches Öl, ein Mineralöl oder sogar
ein auf Wasser basierendes Kühlmittel
sein. In seinem Hohlraum enthält
die zweite Platte 46 eine Vielzahl thermisch leitfähiger Flossen 53,
die in seinen Innenkanal hinein vorstehen. So angeordnet sind die
Flossen 53 in der Lage, mit jedem Fluid oder Flüssigkeit
physisch wechsel zu wirken, die durch den Innenkanal der zweiten
Platte fließt.
Die Flossen 53 stehen in den Innenkanal der zweiten Platte
hinein vor und erstrecken sich außerdem durch die erste Seite
der zweiten Platte 46, um in thermisch leitfähige Verbindung mit
der zweiten Seite der ersten Platte 50 zu kommen.
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Um
die Einführung
eines Wärmeabsorbierenden
Fluids in den Innenkanal der zweiten Platte zu erleichtern, ist
der vorgenannte Fluideinlass 44 an der zweiten Seite der
Platte 46 montiert, um in Fluidverbindung mit dem Innenkanal
der Platte zu kommen. Auf diese Weise kann Fluid über den
Einlass 44 in einer Richtung 65 in den Innenkanal
der zweiten Platte eingeführt
werden. Um das Ausleiten von Fluid aus dem Innenkanal der zweiten
Platte zu erleichtern, ist außerdem
der Fluidauslass 45 in ähnlicher Weise
an der zweiten Seite der Platte 46 montiert und dadurch
in Fluidverbindung mit dem Innenkanal der Platte. Auf diese Weise
kann Fluid über
den Auslass 45 in einer Richtung 66 aus dem Innenkanal
heraus und von der zweiten Platte 46 weg geleitet werden. Außerdem enthält die Platte 46 eine
Scheidewand 77, die, wie in 6 veranschaulicht,
hohl ausgebildet ist, um sicher zu stellen, dass das Fluid vollständig durch
die inneren Ausnehmungen der zweiten Platte 46 geleitet
wird. Mit dieser versehen, veranlasst die zweite Platte 46 das
Fluid, innen um sein Loch 43 herum zu strömen, wenn
es durch die Platte 46 läuft.
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8 veranschaulicht
eine andere aufgeschnittene Seitenansicht der Elektronenfangstruktur 40,
die, wie in 7 veranschaulicht ist, in dem
Vakuumgefäß 22M montiert
ist. In dieser Ansicht ist jedoch zusätzlich eine Anodenanordnung 29M montiert
und in einer Öffnung 49 an
dem anodenseitigen Ende 47 des Vakuumgefäßes installiert
und es ist eine Kathodenanordnung 34M in einer Öffnung 51 an dem
kathodenseitigen Ende 48 des Gefäßes installiert. Bei einer
solchen Konfiguration ist die Elektronen sammelnde Struktur 40 zwischen
der Anodenanordnung 29M und der Kathodenanordnung 34M angeordnet.
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Wie
in 8 veranschaulicht, enthält die Anodenanordnung 29M allgemein
eine Befestigung 74, ein Dichtungs- und Lagersystem 30M,
eine drehbare Welle 31M und eine Scheibe 32M.
Die Befestigung 74 ist im Wesentlichen in der Öffnung 49 des
Vakuumgefäßes installiert
und festgeschweißt,
um dazu beizutragen, das Gefäß 22M hermetisch
dicht zu halten. Das Dichtungs- und Lagersystem 30M ist
andererseits innerhalb der Befestigung 74 angeordnet, um dazu
beizutragen, die Welle 31M, wie sie sich in den Bereich 31A der
ersten Kammer des Gefäßes 22M erstreckt,
abzustützen.
So angeordnet ermöglicht das
Dichtungs- und Lagersystem 30M außerdem die Drehung der Welle 31M während sie
gleichzeitig dazu beiträgt,
die hermetische Abdichtung der Vakuumgefäßes aufrecht zu erhalten. Wie
in 8 weiter veranschaulicht ist, ist die Scheibe 32M an
dem Ende der Welle 31M mit einer Anzahl von Bolzen 69 und 71 fest
montiert. So montiert, ist die vorgesehene Targetfläche 70 an
der Fläche
der Scheibe 32M vorzugsweise von der ersten Seite der Struktur 40 mit
einem Abstand von ungefähr
4 mm bis 6 mm beabstandet, wobei ein Abstand von ungefähr 4,5 mm
bis 5,5 mm bevorzugt wird.
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Wie
in 8 hervorgehoben, nimmt das durch die Anordnung 40 definierte
Loch 43 die Welle 31M physisch auf, indem sie
der Welle 31M gestattet, sich frei durch die Anordnung 40 zu
erstrecken. Auf diese Weise sind die Bolzen 69 und 71,
die die Scheibe 31M an dem Ende der Welle 31M fixieren,
an Stelle des Bereichs 21A der ersten Kammer in dem Bereich 21B der
zweiten Kammer des Gefäßes angeordnet.
Dies ist zweckmäßig, weil
jede in dem Bereich 21A der ersten Kammer des Vakuumgefäßes beim
Betrieb erzeugte übermäßige Wärme somit
die entsprechende strukturelle Integrität der Bolzen 69 und 71 weniger
negativ beeinflussen kann, die die Scheibe 32M an dem Ende
der Welle 31M halten.
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Wie
zusätzlich
in 8 veranschaulicht ist, enthält die Kathodenanordnung 34M allgemein
eine Befestigung 75 und einen Elektronenemitter 76.
Die Befestigung 75 ist generell in der Öffnung 51 des Vakuumgefäßes installiert
und verschweißt,
um dazu beizutragen, das Gefäß 22M hermetisch
abzudichten. In ihrem Basisabschnitt enthält die Befestigung 76 elektrische
Anschlüsse 72 und 78 zum
Anschließen
der gesamten Kathodenanordnung 34M an eine elektrische
Stromversorgung (d.h. eine Spannungsquelle) 38M. Der Elektronenemitter 76 enthält andererseits
einen Heizfaden 73 und ist an einem Abschnitt der Befestigung 75 montiert,
die sich zu der Öffnung 72 erstreckt,
die durch die Anordnung 40 hindurchgehend definiert ist.
So montiert, ist der Elektronemitter 76 der Öffnung 42 in
der Anordnung 40 gegenüber
liegend zu der Targetfläche
oder Spur 70 ausgerichtet angeordnet, die an der drehbaren Scheibe 32M der
Anodenanordnung definiert ist.
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Während des
Betriebs sind die Anodenanordnung 29M, die Elektronen sammelnde
Anordnung 40 und die Kathodenanordnung 34M elektrisch
mit einer Stromversorgung (d.h. Spannungsquelle) 38M in etwas
abgewandelter unipolarer Konfiguration verbunden, wie in dem Systemdiagramm
der 10 veranschaulicht ist. In dieser Konfiguration
sind sowohl die Anodenanordnung 29M als auch die Struktur 40 elektrisch
geerdet und die Kathodenanordnung 34M ist auf einem hohen
negativen Potential gehalten. Im Ergebnis dieser elektrischen Konfiguration wird
von dem Faden 73 der Kathodenanordnung 34M ein
fokussierter Strom von Elektronen 35M durch die Öffnung 42 der
Anordnung 40 und auf die Scheibe 32M der Anodenanordnung 29M hin
emittiert, wie in 9 veranschaulicht ist. Wenn
der Elektronenstrahl 35M auf der Targetfläche oder
Spur 70 der Scheibe 32M auftrifft, wird ein Induktionsantriebsmotor 27M betrieben,
um die Welle 31M und die Scheibe 32M zusammen
mit hoher Drehgeschwindigkeit zu drehen. Auf diese Weise werden,
wenn Elektronen aus dem gerichteten Elektronenstrahl 35M an
der Targetfläche 70 der
drehenden Scheibe 32M absorbiert und/oder abgelenkt werden,
Röntgenstrahlen 30M erzeugt,
die durch ein röntgendurchlässiges Fenster 36M hindurch
gehen, das in der Wand des Vakuumgefäßes 22M angeordnet
ist.
-
Zusätzlich zur
Erzeugung der Röntgenstrahlen 33M ruft
dieser Betrieb viele Elektronen hervor, die von der Targetfläche 70 der
Scheibe rückgestreut werden,
wie insbesondere in 9 veranschaulicht ist. Weil
die erste Platte 50 der Anordnung 40 durch die
Stromversorgung 38M elektrisch geladen ist, werden viele
der rückgestreuten
Elektronen sowohl zu den Flossen 55 als auch der ersten
Seite der ersten Platte 50 elektrostatisch hingezogen.
Wenn die rückgestreuten
Elektronen von der ersten Platte 50 angezogen werden, übertragen
die schlussendlich auf der Platte 50 auftreffenden Elektronen
ihre entsprechende kinetische Energie auf die Platte 50 in
Form thermischer Energie (d.h. Hitze). Weil die erste Platte 50 in
thermisch leitfähigem
Kontakt mit den Flossen 53 der zweiten Platte 46 steht
und mit der zweiten Platte 46 eine gemeinsame Grenze hat,
wird die den Elektronen, die auf die erste Platte 50 auftreffen,
zuzurechnende thermische Energie somit auf irgendein Wärmeabsorbierendes
Fluid oder eine solche Flüssigkeit übertragen,
die über
den Einlass 44 durch den Innenkanal der zweiten Platte
zirkuliert. Indem die thermisch leitfähigen Flossen 53 in
den Innenkanal der zweiten Platte nach innen vorstehen, tragen sie zur
Erhöhung
der effektiven Transferrate der Wärmeenergie von der ersten Platte 50 und
der zweiten Platte 46 auf das Fluid bei. Wenn das Fluid
thermische Energie sowohl von der ersten Platte 50 als auch
von der zweiten Platte 46 absorbiert, wird das Fluid aus
dem Innenkanal über
den Auslass 45 heraus und von den Platten 50 und 46 weg
geleitet. Auf diese Weise wird die thermische Energie und die den rückgestreuten
Elektronen zuzurechnende Wärme sowohl
von der Anordnung 40 als auch dem Vakuumgefäß 22M wirksam
entfernt.
-
Außerdem strahlt
die heiße
Targetfläche 70 an
der Scheibe 32M während
des Betriebs zusätzlich zur
Erzeugung von Röntgenstrahlen
und rückgestreuten
Elektronen große
Mengen von Wärme
ab. Bei der vorliegenden Gestaltung wird ein großer Teil dieser Strahlungswärme von
den emissionsfähigen Flossen 55,
die an der Anordnung 40 vorgesehen sind, wirksam absorbiert.
Wenn die Strahlungswärme absorbiert
ist, wird die ihr zuzurechnende thermische Energie von der ersten
Platte 50 auf das Wärmeabsorbierende
Fluid übertragen,
das durch den Innenkanal der zweiten Platte zirkuliert, so dass
die Energie sowohl von der Anordnung 40 als auch dem Vakuumgefäß 22M wirksam
abgeleitet wird.
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Schließlich ist
zusätzlich
zu den hier diskutierten Ausführungsformen
zu verstehen, dass die Elektronen sammelnde Anordnung ebenso gut
verschiedene alternative Ausführungsformen
annehmen kann. Beispielsweise kann zusätzlich dazu, dass die erste
Platte eine Anzahl von thermisch strahlungsfähigen Flossen aufweist, die
von ihrer ersten Seite weg stehen, die zweite Platte ebenso gut
eine Anzahl von thermisch emissionsfähigen Flossen aufweisen, die
von ihrer zweiten Seite fort ragen. Außerdem kann, obwohl die hier
beschriebene Elektronen sammelnde Anordnung zwei separate Platten
umfasst, die miteinander mit im Wesentlichen gleichem Umriss verbunden
sind, der Aufbau alternativ zwei Platten umfassen, die miteinander
im Wesentlichen einstückig
oder sogar durch eine einzelne im Wesentlichen monolithische Platte
ausgebildet sind. In einer Ausführungsform
mit einer einzigen monolithischen Platte kann die Platte beispielsweise
selbst aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet
und thermisch emissionsfähig
sein. Eine solche monolithische Platte kann eine Anzahl von thermisch
emissionsfähigen
Flossen aufweisen, die von ihrer ersten Seite weg ragen und außerdem kann
sie eine Anzahl von thermisch leitfähigen Flossen aufweisen, die
in und/oder von ihrer zweiten Seite weg ragend ausgebildet sind.
An ihrer zweiten Seite kann die monolithische Platte einen Kanal
aufweisen, um ein Wärmeabsorbierendes
Fluid hindurch zu leiten und zu zirkulieren. Der Kanal kann seinerseits
entweder innerhalb oder unmittelbar entlang der zweiten Seite der Platte
ausgebildet sein, so dass die thermisch leitfähigen Flossen in den Kanal
ragen und in physischem Kontakt mit irgendeinem Fluid oder einer
Flüssigkeit stehen,
die durch ihn hindurchfließt.
Auf diese Weise kann thermische Energie, die zu irgendwelchen Elektronen
gehört,
die an der ersten Seite der Platte gesammelt werden, wirksam auf
das Wärmeabsorbierende
Fluid übertragen
werden, das durch den Kanal an der zweiten Seite der Platte fließt, um sie
schlussendlich abzuleiten.
-
Während die
vorliegende Erfindung im Sinne dessen beschrieben worden ist, was
gegenwärtig
als am besten praktikable und bevorzugte Ausführungsform oder Verwirklichung
der Erfindung verstanden wird, versteht es sich, dass die Erfindung
nicht auf die speziellen Ausführungsformen
beschränkt
ist, die hier geoffenbart worden sind. Im Gegenteil, die vorliegende
Erfindung soll verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen umfassen,
die von dem Geist und dem Umfang der Patentansprüche Gebrauch machen, die hier
angehängt
sind, wobei ihr Schutzbereich der breitest möglichen Interpretation entsprechen
soll, so dass alle solche Modifikationen und äquivalente Strukturen, wie
vom Gesetz gestattet, mitumfasst sind.
-
- 11
- Röntgensystem
- 12
- Pumpe
(für Kühlfluid)
- 13
- Schläuche (für Kühlfluid)
- 14
- anodenseitiges
Ende (eines Röntgensystems)
- 15
- Radiator
(d.h. Wärmetauscher)
- 16
- Kühlgebläse
- 17
- Kühlgebläse
- 18
- kathodenseitiges
Ende (eines Röntgensystems)
- 19
- Mittelabschnitt
(eines Röntgensystems)
- 20
- Röntgenröhre
- 21
- Bereich
(innerhalb des Vakuumgefäßes)
- 21A
- erster
Bereich (innerhalb des Vakuumgefäßes)
- 21B
- zweiter
Bereich (innerhalb des Vakuumgefäßes)
- 22
- Vakuumgefäß
- 22M
- Vakuumgefäß (modifiziert)
- 23
- Anodenaufnahme
- 24
- Kathodenaufnahme
- 25
- Kühlfluidkammer
- 26
- Kühlfluid
- 27
- treibender
Induktionsmotor
- 27M
- treibender
Induktionsmotor
- 28
- Gehäuse
- 29
- Anodenanordnung
(mit Target)
- 29M
- Anodenanordnung
(mit Target)
- 30
- Dichtungs-
und Lagersystem
- 30M
- Dichtungs-
und Lagersystem
- 31
- drehbare
Welle
- 31M
- drehbare
Welle
- 32
- Scheibe
(an einem Ende der drehbaren Welle)
- 32M
- Scheibe
(an einem Ende der drehbaren Welle)
- 33
- Röntgenstrahlen
- 33M
- Röntgenstrahlen
- 34
- Kathodenanordnung
(mit fokussierter Elektronenquelle)
- 34M
- Kathodenanordnung
- 35
- Elektronenstrom
(d.h. Elektronenstrahl)
- 35M
- Elektronenstrom
(d.h. Elektronenstrahl)
- 36
- inneres
durchlässiges
Fenster (d.h. Port)
- 36M
- inneres
durchlässiges
Fenster (d.h. Port)
- 37
- äußeres durchlässiges Fenster
(d.h. Port)
- 38
- elektrische
Leistungsversorgung (d.h. Spannungsquelle)
- 38M
- elektrische
Leistungsversorgung (d.h. Spannungsquelle)
- 39
- Vakuumpumpensystem
- 40
- Elektronen
sammelnde Anordnung (d.h. Elektronenkollektor)
- 41
- Außenumfang
- 42
- Öffnung
- 43
- Loch
- 44
- Fluideinlass
- 45
- Fluidauslass
- 46
- thermisch
abstrahlfähige
zweite Platte
- 47
- anodenseitiges
Ende (des Vakuumgefäßes)
- 48
- kathodenseitiges
Ende (des Vakuumgefäßes)
- 49
- Öffnung (zur
Befestigung der Anodenanordnung)
- 50
- elektrisch
leitfähige
und thermisch abstrahlfähige
erste Platte
- 51
- Öffnung (zur
Montage der Kathodenanordnung)
- 52
- im
Wesentlichen grenzgleiche Verbindung (beispielsweise Schweißung)
- 53
- thermisch
emissionsfähige
Flosse (innerhalb der zweiten Platte)
- 54
- Bereich
(außerhalb
des Vakuumgefäßes)
- 55
- thermisch
emissionsfähige
Flosse (von der ersten Platte fort ragend)
- 56
- Patient
(d.h. Objekt)
- 57
- Patientenapertur
(d.h. Öffnung)
- 58
- drehbare
Gantry
- 59
- bogenförmiges Detektorarray
- 60
- bildgebendes
Computertomographiesystem (CT) (d.h. CT-Scanner)
- 61
- motorisierter
Patiententisch
- 62
- Drehachse
(der Gantry)
- 63
- Röntgendetektorelemente
- 64
- anatomisch
interessierender Bereich (ROI)
- 65
- Fluidstromrichtung
- 66
- Fluidstromrichtung
- 67
- Abschnitte
(des Vakuumgefäßes)
- 68
- Abschnitte
(des Vakuumgefäßes)
- 69
- Bolzen
- 70
- Targetoberfläche oder
Spur (an der Scheibe)
- 71
- Bolzen
- 72
- elektrischer
Verbinder
- 73
- Heizfaden
(der Kathodenanordnung)
- 74
- Befestigung
(für die
Anodenanordnung)
- 75
- Befestigung
(für die
Kathodenanordnung)
- 76
- Elektronenemitter
(d.h. Elektronenkanone)
- 77
- interne
Trennwand
- 78
- elektrischer
Verbinder