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Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einer Einrichtung zum zumindest
weitgehenden Schutz eines Untersuchungsobjektes vor einem Einfall von unerwünschter
Röntgenstrahlung, die insbesondere durch den Abbau von nach dem Beenden einer
Aufnahme in einem Hochspannungskreis der Röntgenröhre noch vorhandenen Rest-
oder Überschussladungen verursacht werden kann.
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Aus der EP 0 279 317 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung bekannt, bei der eine
Thyristorschaltung parallel zu einer Röntgenröhre geschaltet ist. Nach dem Beenden
einer Röntgenaufnahme durch Abschalten der Anodenspannung (Hochspannung) wird
die Thyristorschaltung mittels einer Ansteuerschaltung leitend geschaltet, so dass (Rest-)
Ladungen, die sich in hochspannungsseitigen Glättungs- und Kabelkapazitäten befinden,
im wesentlichen über die Thyristorschaltung und nur zu einem geringen Teil über die
Röntgenröhre abgebaut werden. Dadurch sollen die Röhrenspannung und der
Röhrenstrom und somit auch die dadurch verursachte unerwünschte Röntgenstrahlung, die
insbesondere bei hohen Röhrenspannungen, kurzen Aufnahmezeiten und kleinen
Röhrenströmen auch nach dem Abschalten der Hochspannung zunächst noch einen erheblichen
Anteil der bildgebenden Dosis haben kann, vermieden bzw. schneller abgesenkt und
somit die Flankensteilheit beim Abschalten der Röntgenröhre verbessert werden.
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Ein wesentlicher Nachteil dieser Einrichtung besteht jedoch darin, dass fast die gesamte
abzubauende Restladung in der Thyristorschaltung in Verlustwärme umgesetzt werden
muss. Dies macht sich insbesondere bei einem schnellen Pulsen bemerkbar, für das
entsprechend belastbare Bauelemente in der Thyristorschaltung erforderlich sind.
Außerdem ist die Flankensteilheit, mit der die Röhrenspannung und der Röhrenstrom
abgebaut werden können, aufgrund der relativ großen (insbesondere parasitären)
Kapazitäten in dem Hochspannungskreis nicht so groß, dass eine unerwünschte
Strahlendosis vollständig vermieden werden kann.
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Ein ähnliches Problem stellt sich auch bei gittergesteuerten Röntgenröhren, bei denen
eine Aufnahme nicht durch Abschalten der Hochspannung, sondern durch Sperren eines
Gitters beendet wird. Zwar kann bei diesen Röhren nach dem Aufnahmeende kein
Röhrenstrom mehr fließen und somit auch keine Röntgenstrahlung erzeugt werden.
Wenn jedoch eine folgende Aufnahme mit einer niedrigeren Hochspannung gemacht
werden soll, so ist zunächst ein Abbau der Spannungsdifferenz aufgrund von in den
Kapazitäten des Hochspannungskreises noch vorhandenen (Überschuss-)Ladungen
erforderlich, um das Untersuchungsobjekt nicht zunächst mit einer unerwünschten
Strahlendosis zu belasten.
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Schließlich kann eine unerwünschte Strahlendosis auch bei Röntgenröhren mit zwei
Heizfäden auftreten, wenn zum Beispiel von einem Durchleuchtungsbetrieb (mit kleinem
Focus) möglichst schnell auf einen Aufnahmebetrieb (mit großem Focus) umgeschaltet
werden soll. Bei Röntgenröhren dieser Art kann im allgemeinen nur der für den kleinen
Focus vorgesehene Heizfaden mit einem Gitter gesperrt werden, so dass beim
Umschalten auf den anderen Heizfaden unmittelbar mit dem Hochfahren des Heizstroms, d. h.
schon während der Vorbereitungsphase der Aufnahme, aufgrund von in den
Kapazitäten des Hochspannungskreises noch vorhandenen (Rest-)Ladungen (oder bei ggf.
eingeschalteter Hochspannung) ein Elektronenstrahl erzeugt und dadurch
Röntgenstrahlung angeregt werden kann.
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Wenn darüber hinaus eine vorhergehende Aufnahme mit einer höheren Hochspannung
durchgeführt wurde, so muss zunächst wiederum die Spannungsdifferenz aufgrund der in
den Kapazitäten des Hochspannungskreises noch gespeicherten (Überschuss-)Ladungen
abgebaut werden, bevor tatsächlich die niedrigere Hochspannung anliegt, so dass auch
hierbei das Untersuchungsobjekt zunächst mit einer unerwünschten Strahlendosis
belastet wird.
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Die in den obigen Fällen genannte unerwünschte Strahlendosis wird im allgemeinen
durch eine weiche Röntgenstrahlung erzeugt, die insbesondere die Haut eines Patienten
belastet bzw. schädigen kann.
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Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht deshalb darin, eine
Röntgenröhre zu schaffen, mit der ein Untersuchungsobjekt zumindest weitgehend vor einer
unerwünschten Röntgenstrahlung geschützt werden kann, die insbesondere durch den
Abbau von in einem Hochspannungskreis vorhandenen Rest- oder Überschussladungen
nach einer Röntgenaufnahme verursacht werden kann.
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Insbesondere soll eine Röntgenröhre geschaffen werden, bei der ein
Untersuchungsobjekt bei der Durchführung einer Aufnahme mit einer niedrigeren Hochspannung
(Anodenspannung, kV Spannung) als bei einer vorhergehenden Aufnahme nicht mit einer
unerwünschten Röntgenstrahlung infolge eines Abbaus von in einem
Hochspannungskreis gespeicherten Überschussladungen belastet wird.
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Es soll auch eine Röntgenröhre geschaffen werden, bei der auch bei einem schnellen
Übergang zwischen Durchleuchtungs- und Aufnahmebetrieb, insbesondere durch
Umschalten zwischen zwei Heizfäden, während der Vorbereitungsphase, in der ein nicht
mit einem Gitter zu sperrender Heizfaden hochgeheizt wird, durch Restladungen
und/oder durch Überschussladungen, die sich von einer vorhergehenden Bildaufnahme noch
in Kapazitäten des Hochspannungskreises befinden, keine unerwünschte
Röntgenstrahlung erzeugt wird.
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Schließlich soll auch bei einer gitterlosen Röntgenröhre eine unerwünschte
Röntgenstrahlung, die durch Restladungen in einem Hochspannungskreis nach dem Abschalten
der Hochspannung noch erzeugt wird und zu einer ungenügenden Flankensteilheit der
Röntgenstrahlung nach dem Abschalten führt, zumindest weitgehend beseitigt werden.
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Gelöst wird die Aufgabe gemäß Anspruch 1 mit einer Röntgenröhre mit einer zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Aufnahmen aktivierbaren ersten Einrichtung zum Erzeugen
eines Ablenkimpulses zur Ablenkung und/oder Aufweitung eines durch eine in einem
Röntgenröhren-Hochspannungskreis vorhandene Rest- oder Überschussladung
erzeugten Elektronenstrahls in der Weise, dass dieser zumindest nicht in wesentlichem
Umfang auf einen Bereich einer Anode trifft, von dem aus eine dadurch angeregte
Röntgenstrahlung auf ein Untersuchungsobjekt gerichtet wird.
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Unter einem "wesentlichen Umfang" ist dabei ein solcher Umfang zu verstehen, durch
den eine Röntgenstrahlung erzeugt wird, die ein Untersuchungsobjekt einer
unerwünschten, d. h. nicht für die Bilderzeugung definiert nutzbaren oder insbesondere die
Haut eines Patienten belastenden Strahlendosis aussetzt.
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Ein besonderer Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass keine hochspannungsseitigen
Ströme geschaltet werden müssen und die Ladung nicht in elektrische Bauelement-
Verlustleistung umgesetzt wird, so dass insoweit keine Leistungsschaltungen erforderlich
sind. Eine erfindungsgemäße Schaltungseinheit ist vielmehr relativ klein und
kostengünstig und kann röhrennah, d. h. zum Beispiel in die Röhrenhaube integriert, realisiert
werden.
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Weiterhin ist mit der erfindungsgemäßen Lösung nicht nur eine Verminderung, sondern
eine vollständige Beseitigung einer wie oben beschrieben unerwünschten
Röntgenstrahlung erreichbar.
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Neben diesen Vorteilen ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung auch für
Röntgenröhren, die durch Schalten der Hochspannung ein- und ausgeschaltet werden, einen
schnelleren Pulsbetrieb mit noch größerer Flankensteilheit.
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Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Die Ausführung gemäß Anspruch 2 ist insbesondere für gittergeschaltete Röntgenröhren
vorgesehen, wobei Anspruch 6 eine bevorzugte Ausgestaltung dieser Ausführung
beinhaltet.
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Die Ansprüche 3 bis 5 beinhalten bevorzugte Ausgestaltungen der ersten Einrichtung,
mit denen eine besonders einfache und wirksame Ablenkung und/oder Aufweitung des
Elektronenstrahls vorgenommen werden kann.
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Die Ausführung gemäß Anspruch 7 hat den Vorteil, dass der abgelenkte Elektronenstrahl
nicht in unkontrollierter Weise in die äußere Umgebung gelangen kann.
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Die Ansprüche 8 und 9 beinhalten einen bevorzugten Hochspannungsgenerator für eine
Röntgenröhre, mit dem auch die Einrichtungen gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 betrieben
werden können.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungensformen anhand der Zeichnung.
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Es zeigt:
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Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung.;
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Fig. 4 ein Prinzipschaltbild einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und
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Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Spannungsversorgungseinheit für eine Röntgenröhre.
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In diesen Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Teile oder Komponenten mit
jeweils gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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Die dargestellten Ausführungsformen betreffen insbesondere gittergeschaltete bzw.
gittergesteuerte Röntgenröhren, bei denen eine Aufnahme durch Schalten bzw. Sperren
eines Gitters beendet wird (GCF - grid controlled fluoroscopy, GAF - grid assisted
fluoroscopy usw.).
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Das erfindungsgemäße Prinzip ist vorteilhaft auch bei den eingangs genannten
Röntgenröhren mit zwei Heizfäden (zum Beispiel für einen kleinen und einen großen Fokus)
anwendbar, bei denen von einem mit einem Gitter geschalteten Durchleuchtungsbetrieb
unmittelbar auf einen Aufnahmebetrieb übergegangen wird, indem der nicht mit einem
Gitter zu sperrende, für einen Aufnahmebetrieb vorgesehene Heizfaden (großer Focus)
hochgeheizt wird.
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Das erfindungsgemäße Prinzip ist schließlich auch bei den eingangs genannten
gitterlosen Röntgenröhren anwendbar, bei denen eine Aufnahme durch Abschalten der
Hochspannung beendet wird und bei denen die in den Kapazitäten des Hochspannungskreis
noch vorhandene Restladung in Form einer ungenügenden Flankensteilheit, mit der die
Röntgenstrahlung abfällt, in Erscheinung tritt.
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Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen dienen somit zum zumindest
weitgehenden Schutz eines Untersuchungsobjektes vor einem Einfall von unerwünschter
Röntgenstrahlung, die insbesondere durch den Abbau von nach einer Röntgenaufnahme
noch vorhandenen Rest- oder Überschussladungen verursacht werden kann.
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Diese Rest- oder Überschussladung ist insbesondere diejenige Ladung, die nach dem
Beenden einer Röntgenaufnahme in Hochspannungsleitungen, Sekundärwicklungen von
Hochspannungstransformatoren oder anderen, insbesondere parasitären Kapazitäten des
Hochspannungskreises vorhanden ist.
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Zum Schutz eines Untersuchungsobjektes wird ein mit dieser Ladung erzeugter
Elektronenstrahl mit einem Ablenkimpuls in der Weise abgelenkt und/oder aufgeweitet,
dass er nicht oder zumindest nicht in wesentlichem Umfang auf den Teil der Anode trifft,
auf dem im Normalbetrieb der Röntgenröhre die zur Bildgebung dienende
Röntgenstrahlung angeregt wird. Eine solche Ablenkung kann durch ein elektrisches und/oder
magnetisches Feld erfolgen, wobei alternativ oder zusätzlich auch eine Aufweitung
(Defokussierung) des Elektronenstrahls durch entsprechende Beaufschlagung von
vorhandenen Elektronenlinsen oder anderen vorhandenen Einrichtungen wie
Ablenkspulen vorgenommen werden kann, die im Normalbetrieb der Röntgenröhre zur
Bündelung des Elektronenstrahls dienen. Im Falle einer gittergesteuerten Röntgenröhre
bzw. eines durch ein Gitter gesperrten Heizfadens ist der Elektronenstrahl durch
Durchschalten der Röhre mit einem Entladeimpuls auszulösen.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Röntgenröhre umfasst danach im wesentlichen einen
Röhrenkolben 1 aus Glas oder Metall, der einen Vakuumraum umschließt, in dem sich eine
Anode 2 sowie eine Kathode 3 befinden. Zwischen der Anode 2 und der Kathode 3 liegt
eine Anodenspannungsquelle 4, mit der die Anodenspannung (Hochspannung) erzeugt
wird.
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Die Anode 2 setzt sich in üblicher Weise aus einem Anodenteller 21 mit abgeschrägtem
Randbereich 22 sowie einem Anodenstab 23 zusammen. Weiterhin ist ein Stator 24
vorgesehen, über den die Anode 2 gedreht wird.
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Die Kathode 3 umfasst einen Heiztransformator mit Primärwicklung 31 und
Sekundärwicklung 32 für mindestens einen Heizfaden 33, sowie ein Kathodengesenk
(Wehneltzylinder), das bei dieser Ausführungsform zweigeteilt ist und sich aus einer ersten
Gesenkhälfte 341 und einer zweiten Gesenkhälfte 342 zusammensetzt, die elektrisch
voneinander isoliert sind. Weiterhin ist eine Vorspannungsquelle 41 vorgesehen, die mit
der ersten Gesenkhälfte 341 verbunden ist, und die durch Schließen eines Schalters 41a
wahlweise auch mit der zweiten Gesenkhälfte 342 verbunden werden kann, so dass die
erste bzw. beide Gesenkhälften 341, 342 positiv gegenüber dem Heizfaden 33
vorgespannt werden.
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Schließlich ist an der Wand des Röhrenkolbens 1 oder an einem Röhrenschutzgehäuse
(Haube) ein Strahlenfänger 11 vorgesehen, der zum Beispiel aus Blei oder einem
anderen, einen auftreffenden Elektronenstrahl zumindest im wesentlichen absorbierenden
Material besteht und durch einen entsprechend verstärkten Wandbereich des
Röhrenschutzgehäuses oder des Röhrenkolbens 1 gebildet sein kann.
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Im Aufnahmebetrieb wird mit der Röntgenröhre in üblicher Weise ein Röntgenstrahl
erzeugt, indem bei geschlossenem Schalter 41a die an dem Heizfaden 33 freigesetzten
und durch das Kathodengesenk 341, 342 fokussierten Elektronen durch die
Anodenspannung beschleunigt werden und in Form eines Elektronenstrahls auf den Randbereich
22 des Anodentellers 21 treffen, von wo die dadurch angeregte Röntgenstrahlung durch
ein Fenster in dem Röhrenkolben 1 auf das Untersuchungsobjekt gerichtet wird.
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Nach dem Beenden einer Aufnahme durch Umschalten der Vorspannungsquelle 41 in der
Weise, dass das Kathodengesenk 341, 342 negativ gegenüber dem Heizfaden 33
vorgespannt und der Elektronenstrahl damit unterbrochen wird, befindet sich auch nach einem
eventuellen Abschalten der Hochspannung in dem Anodenspannungskreis noch eine
zuweilen erhebliche Restladung, die vor dem Beginn einer Aufnahme insbesondere dann
abgebaut werden muss, wenn diese Aufnahme mit einer niedrigeren Hochspannung
durchgeführt werden soll. Wenn die Hochspannung nicht abgeschaltet, sondern
unmittelbar auf den niedrigeren Wert umgeschaltet wird, ist die entsprechende Überschussladung
abzubauen.
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Zu diesem Zweck wird der Schalter 41a geöffnet und mit der Vorspannungsquelle 41
eine geeignete positive Spannung erzeugt, so dass die erste Gesenkhälfte 341 positiv
gegenüber dem Heizfaden 33 und auch positiv gegenüber der zweiten Gesenkhälfte 342
vorgespannt ist. Auf diese Weise wird einerseits die Röhre durchgeschaltet, so dass
aufgrund der Rest- bzw. Überschussladung ein Elektronenstrahl E erzeugt wird, und
andererseits aufgrund des ungleichen Potentials an den beiden Gesenkhälften 341, 342
eine Ablenkung des Elektronenstrahls E in Richtung auf den Strahlenfänger 11 bewirkt.
Die genannte positive Spannung an der Vorspannungsquelle 41 stellt somit gleichzeitig
einen Ablenkimpuls und einen Entladeimpuls dar.
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Die Rest- bzw. Überschuss-Ladung wird somit abgebaut, ohne Röntgenstrahlung an der
Anode 2 anzuregen.
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Zu beachten ist dabei, dass der Ablenk- und Entladeimpuls erst dann erzeugt wird, wenn
der Schalter 41a geöffnet ist. Die Zeitdauern des Öffnens des Schalters sowie des
Entlade- und Ablenkimpulses werden so bemessen, dass die Rest- bzw. Überschuss-
Ladung im wesentlichen vollständig abgebaut wird. Im Anschluss daran kann eine
bildgebende Aufnahme mit definierter Hochspannung und somit einer gewünschten
Röntgenstrahlendosis durchführt werden.
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Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei gleiche oder einander
entsprechende Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
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Bei dieser Ausführungsform befindet sich in dem Glaskolben 1 wiederum eine Anode 2
mit Anodenteller 21 mit abgeschrägtem Randbereich 22 und einem Anodenstab 23, der
über einen Stator 24 angetrieben wird. Weiterhin ist eine Kathode 3 mit einem
zweiteiligen Kathodengesenk mit einer ersten Gesenkhälfte 341 und einer zweiten
Gesenkhälfte 342 sowie einem Heiztransformator mit einer Primärwicklung 31 und einer
Sekundärwicklung 32 vorgesehen. Der mindestens eine Heizfaden 33, der mit der
Sekundärwicklung 32 verbunden ist, kann mit einer ersten Vorspannungsquelle 41
positiv oder negativ gegenüber dem Kathodengesenk 341, 342 vorgespannt werden.
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Weiterhin ist eine zweite Vorspannungsquelle 42 vorgesehen, mit der die erste
Gesenkhälfte 341 positiv oder negativ gegenüber dem Heizfaden 33 vorgespannt werden kann.
Mit einer dritten Vorspannungsquelle 43 kann durch Schließen eines Schalters 43a auch
die zweite Gesenkhälfte 342 mit einer positiven oder negativen Spannung gegenüber
dem Heizfaden 33 vorgespannt werden.
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Die Anodenspannungsquelle 4 ist schließlich mit der Anode 2 und über die erste
Vorspannungsquelle 41 mit dem Heizfaden 33 verbunden.
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Nach einer Röntgenaufnahme wird zur Beseitigung der Rest- oder Überschuss-Ladungen
mit der ersten Vorspannungsquelle 41 ein Entladeimpuls erzeugt, mit dem der Heizfaden
33 negativ gegenüber dem Kathodengesenk 341, 342 vorgespannt wird, so dass die
Röhre durchschaltet und durch die Rest- bzw. Überschuss-Ladung ein Elektronenstrahl
E erzeugt wird.
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Dieser Elektronenstrahl E wird gleichzeitig mit einem Ablenkimpuls auf den
Strahlenfänger 11 abgelenkt, indem bei offenem Schalter 43a mit der zweiten
Vorspannungsquelle 42 ein ausreichend hohes positives Potential gegenüber dem Heizfaden 33 an die
erste Gesenkhälfte 341 angelegt wird. Alternativ dazu kann bei geschlossenem Schalter
43a und entsprechender gegenphasiger Ansteuerung der zweiten und dritten
Vorspannungsquelle 42, 43 an die erste Gesenkhälfte 341 ein gegenüber dem Heizfaden 33
positives Potential und an die zweite Gesenkhälfte 342 ein gegenüber dem Heizfaden 33
negatives Potential angelegt werden.
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Zu beachten ist dabei, dass der Ablenkimpuls nicht später, sondern gleichzeitig oder
vorzugsweise etwas früher erzeugt wird, als der Entladeimpuls. Die Zeitdauern dieser
Impulse werden so bemessen, dass die Rest- bzw. Überschuss-Ladung im wesentlichen
vollständig abgebaut wird. Eine nachfolgende Röntgenaufnahme kann dann mit
definierter Hochspannung und somit einer gewünschten Röntgenstrahlendosis durchführt
werden.
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Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der gleiche oder einander
entsprechende Teile wie in Fig. 1 oder Fig. 2 wieder mit gleichen Bezugsziffern
bezeichnet sind.
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Die in Fig. 3 gezeigte Röntgenröhre beinhaltet in einem Röhrenkolben 1 aus Glas oder
Metall wiederum eine Anode 2 mit Anodenteller 21, abgeschrägtem Randbereich 22
sowie Anodenstiel 23, der über einen Stator 24 gedreht wird. Weiterhin ist eine Kathode
3 mit einer Primärwicklung 31 und einer Sekundärwicklung 32 eines Heiztransformators,
sowie einem Heizfaden 33 dargestellt. Im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß
den Fig. 1 und 2 weist die Kathode 3 in diesem Fall ein einteiliges Kathodengesenk
34 auf. Dieses Kathodengesenk 34 kann mit einer ersten Vorspannungsquelle 41 positiv
oder negativ gegenüber dem Heizfaden 33 vorgespannt werden.
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Ferner ist bei dieser dritten Ausführungsform eine erste und eine zweite Ablenkplatte 51,
52 vorgesehen, die sich gegenüberliegend zwischen der Anode 2 und der Kathode 3
befinden. Zum positiven oder negativen Vorspannen der ersten Ablenkplatte 51
gegenüber dem Kathodengesenk 34 ist zwischen beide eine zweite Vorspannungsquelle 53
geschaltet. Schließlich kann eine dritte Vorspannungsquelle 54 über einen Schalter 54a
mit der zweiten Ablenkplatte 52 verbunden werden, um diese positiv oder negativ
gegenüber dem Heizfaden 33 vorzuspannen.
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Im Aufnahmebetrieb wird mit dieser Röntgenröhre in üblicher Weise ein Röntgenstrahl
erzeugt, indem bei geschlossenem Schalter 54a und einem mit der ersten
Vorspannungsquelle 41 negativ gegenüber dem Kathodengesenk 34 vorgespannten Heizfaden 33 die
freigesetzten Elektronen durch die Ablenkplatten 51, 52 fokussiert, durch die
Anodenspannung beschleunigt und in Form eines Elektronenstrahls auf den Randbereich 22 des
Anodentellers 21 gerichtet werden, wo sie die bildgebende Röntgenstrahlung anregen.
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Nach dem Beenden einer Aufnahme, insbesondere durch Umschalten der ersten
Vorspannungsquelle 41 in der Weise, dass das Kathodengesenk 34 nun negativ gegenüber
dem Heizfaden 33 vorgespannt und die Röhre dadurch gesperrt ist, muss wiederum vor
dem Beginn einer neuen Aufnahme mit niedrigerer Hochspannung die Rest- oder
Überschussladung abgebaut werden.
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Zu diesen Zweck wird durch die erste Vorspannungsquelle 41 ein Entladeimpuls erzeugt,
mit dem der Heizfaden 33 negativ gegenüber dem Kathodengesenk 34 vorgespannt wird,
so dass die Röhre durchgeschaltet und durch die Rest- bzw. Überschuss-Ladung ein
Elektronenstrahl E erzeugt wird.
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Gleichzeitig oder kurz zuvor wird entweder bei geöffnetem Schalter 54a durch die
zweite Vorspannungsquelle 53 eine die erste Ablenkplatte 51 positiv gegenüber dem
Heizfaden 33 vorspannende Spannung (Ablenkpuls) erzeugt, so dass der
Elektronenstrahl E auf den Strahlenfänger 11 gerichtet wird. Alternativ dazu kann bei
geschlossenem Schalter 54a diese Ablenkung des Elektronenstrahls E auch dadurch erreicht
werden, dass die zweite und dritte Vorspannungsquelle 53, 54 entsprechend
gegenphasige Spannungen erzeugen, mit denen die erste Ablenkplatte 51 positiv und die
zweite Ablenkplatte 52 negativ gegenüber dem Heizfaden 33 vorgespannt wird.
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Die Zeitdauern dieser Impulse werden so bemessen, dass die Rest- bzw. Überschuss-
Ladung im wesentlichen vollständig abgebaut wird. Im Anschluss daran kann wiederum
eine bildgebende Aufnahme mit definierter Hochspannung und somit einer gewünschten
Röntgenstrahlendosis durchführt werden.
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Die Ablenkplatten 51, 52 dienen wie erwähnt zur Erzeugung eines elektrischen Feldes,
mit dem der Elektronenstrahl E auf den Strahlenfänger 11 gerichtet und/oder
aufgeweitet wird. Die Ablenkplatten 51, 52 könnten sich somit gegebenenfalls auch an der
Außenwand des Röhrenkolbens 1 befinden, so dass das Innere der Röntgenröhre nicht
verändert werden muss. Andererseits sind auch Röntgenröhren bekannt, die
Fokussierplatten oder Fokussierelektroden zur Fokussierung des Elektronenstrahls auf den
Randbereich 22 des Anodentellers 21 beinhalten. In diesem Fall können die
Fokussierplatten im allgemeinen auch als Ablenkplatten 51, 52 zur Ablenkung des
Elektronenstrahls E auf den Strahlenfänger 11 verwendet werden.
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Diese Ausführungsform bietet sich somit insbesondere bei Röntgenröhren an, die
Ablenkplatten aufweisen, die zur Focussierung des Elektronenstrahls im Normalbetrieb
vorgesehen sind.
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Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung, in der wiederum gleiche oder
einander entsprechende Teile wie in den Fig. 1 bis 3 mit gleichen Bezugsziffern
bezeichnet sind.
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Auch diese Ausführungsform beinhaltet in einem Röhrenkolben 1 eine Anode 2 mit
einem Anodenteller 21 mit abgeschrägtem Randbereich 22 sowie einem Anodenstiel 23,
der über einen Stator 24 gedreht wird. Weiterhin ist eine Kathode 3 mit einem einteiligen
Kathodengesenk 34 sowie einem Heizfaden 33 vorgesehen, der über einen
Heiztransformator mit einer Primärwicklung 31 und einer Sekundärwicklung 32 mit Strom
versorgt wird.
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Weiterhin befinden sich zwischen der Kathode 3 und dem Anodenteller 21 eine erste
Ablenkspule 61, die mit einer ersten Stromquelle 63 verbunden ist, sowie eine zweite
Ablenkspule 62, die mit einer zweiten Stromquelle 64 gespeist wird. Die Ablenkspulen
61, 62 können sich auch außerhalb des Röhrenkolbens 1, insbesondere an dessen
Außenwand befinden. Ferner kann anstelle von zwei Ablenkspulen auch ein Quadrupol
verwendet werden, der durch eine Kombination von vier Spulen gebildet ist.
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Schließlich ist auch bei dieser Ausführungsform eine Vorspannungsquelle 41 zur
positiven oder negativen Vorspannung des Kathodengesenks 34 gegenüber dem
Heizfaden 33 sowie eine Anodenspannungsquelle 4 zum Anlegen einer Anodenspannung
zwischen Anode 2 und Kathode 3 vorgesehen.
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Nach dem Beenden einer Röntgenaufnahme durch Sperren der Röhre mittels des
Kathodengesenks 34, das mit der Vorspannungsquelle 41 negativ gegenüber dem
Heizfaden 33 vorgespannt wird, wird wiederum die Rest- oder Überschussladung vor
dem Beginn einer neuen Aufnahme abgebaut. Zu diesem Zweck wird mit der
Vorspannungsquelle 41 ein Entladeimpuls erzeugt, mit dem der Heizfaden 33 negativ
gegenüber dem Kathodengesenk 34 vorgespannt wird.
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Gleichzeitig wird ein Ablenkimpuls erzeugt, indem entweder die erste und/oder die
zweite Stromquelle 63, 64 der ersten bzw. zweiten Ablenkspule 61, 62 aktiviert und ein
Magnetfeld in der Weise aufgebaut wird, dass der durch die Rest- bzw.
Überschussladung erzeugte Elektronenstrahl E auf den Strahlenfänger 11 abgelenkt und/oder
aufgeweitet wird, bis diese Ladung abgebaut ist.
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Im Anschluss daran kann wiederum eine bildgebende Aufnahme mit definierter
Hochspannung und somit einer gewünschten Röntgenstrahlendosis durchführt werden.
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Diese Ausführungsform bietet sich insbesondere bei Röntgenröhren an, die
Magnetspulen aufweisen, die zum Beispiel zur Fokussierung des Elektronenstrahls im normalen
Aufnahmebetrieb vorgesehen sind.
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Die einzelnen Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen können nach
Bedarf auch miteinander kombiniert werden.
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Bei allen Ausführungsformen kann der durch die Rest- oder Überschussladung erzeugte
Elektronenstrahl E auch auf den zentralen Teil des Anodentellers 21 gerichtet werden, so
dass der Strahlenfänger 11 nicht erforderlich ist. Entscheidend ist nur, dass er nicht auf
den Randbereich 22 des Anodentellers 21 trifft, von dem aus die dadurch erzeugte
Röntgenstrahlung in Richtung des Untersuchungsobjektes reflektiert wird.
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Alternativ oder zusätzlich zu der Ablenkung kann der Elektronenstrahl E bei allen
Ausführungsformen auch so weit aufgeweitet werden, dass er nur noch mit geringer
Intensität auf den Randbereich 22 trifft und die dadurch erzeugte Röntgenstrahlung so
gering ist, dass sie in Kauf genommen werden kann. Zu diesem Zweck können zum
Beispiel Fokussiereinrichtungen (Elektronenlinsen, Spulen o. ä.), die in der
Röntgenröhre vorhanden sind, durch geeignete elektrische Ansteuerung mit einem
Defokussierimpuls entsprechend defokussiert werden.
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Der Strahlenfänger 11 ist im allgemeinen in Form eines entsprechend verstärkten
Wandabschnitts des Röhrenkolbens 1 ausgebildet. Alternativ dazu kann er auch ein
gesondertes, den Elektronenstrahl absorbierendes Element sein.
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Gegebenenfalls sind zusätzliche Elemente zur Absorption der an dem Strahlenfänger 11
bzw. dem zentralen Teil des Anodentellers 21 erzeugten Röntgenstrahlung vorzusehen.
Der Entladeimpuls sowie der Ablenkimpuls können durch eine geeignete
Schaltungsanordnung erzeugt werden, die entweder die genannten ersten bis dritten Vorspannungs-
bzw. Stromquellen 41; 42, 43; 53, 54; 63, 64 beinhaltet oder vorhandene
Spannungsquellen einer Röntgenanlage entsprechend ansteuert. Die Schaltungsanordnung wird
entweder automatisch oder durch einen Benutzer der betreffenden Röntgenanlage nach
einer bilderzeugenden Röntgenaufnahme aktiviert.
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Bei Röntgenröhren, die anstelle eines Anodentellers 21 eine Festanode aufweisen, kann
der durch die Rest- oder Überschussladung erzeugte Elektronenstrahl E auch in einen
vorhandenen Fangkorbbereich gerichtet werden.
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Die erfindungsgemäße Lösung ist auch im Falle von Metallkannenröhren anwendbar, die
ein Metallgehäuse aufweisen. Hierbei besteht zusätzlich die Möglichkeit, den durch die
Rest- oder Überschussladung verursachten Elektronenstrahl E durch einen Ablenkimpuls
in Form eines Abschaltens der Anodenspannung auf das positive Metallgehäuse zu
richten und dadurch die Anregung einer unerwünschten Röntgenstrahlung zu verhindern.
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Im Falle der eingangs genannten gitterlosen Röntgenröhren, bei denen die
Röntgenstrahlung durch ein Schalten der Hochspannung ein- bzw. ausgeschaltet wird, besteht die
Möglichkeit, durch einen Ablenkimpuls der oben beschriebenen Art die Flankensteilheit,
mit der die Röntgenstrahlung nach dem Beenden einer Aufnahme abfällt, insbesondere
bei einem Pulsbetrieb der Röntgenröhre wesentlich zu verbessern. Ein solcher
Ablenkimpuls kann gleichzeitig mit oder kurz vor dem Abschalten der Hochspannung an
entsprechende Ablenkplatten (51, 52) oder Magnetspulen (61, 62) einer solchen
Röntgenröhre angelegt werden, so dass der durch die Restladung erzeugte Elektronenstrahl von
der Anode abgelenkt und/oder entsprechend aufgeweitet wird und die
Röntgenstrahlung mit wesentlich größerer Flankensteilheit abfällt.
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Schließlich kann das erfindungsgemäße Prinzip, nach dem ein Elektronenstrahl abgelenkt
oder aufgeweitet wird, auch in dem Fall angewendet werden, in dem dieser
Elektronenstrahl nicht von einer abzubauenden Rest- oder Überschuss-Ladung herrührt, sondern
auf andere Weise erzeugt wird.
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Fig. 5 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung sowie eine Röntgenröhre 100 mit
einer Anode 2, zwei Heizfäden 331, 332 einer Kathode sowie einem Kathodengesenk 34
zum Sperren und Durchschalten der Röhre. Die Heizfäden 331, 332, von denen einer für
einen großen Focus (LF) und der andere für einen kleinen Focus (SF) vorgesehen ist,
werden über einen Heizstromwandler (nicht dargestellt) mit Heizstrom versorgt. Eine
aus einer ersten und einer zweiten Stufe 110, 111 gebildete
Hochspannungsversorgungseinheit erzeugt aus einer von einem Konverter (nicht dargestellt) zugeführten
Wechselspannung eine Anodenspannung (kV Spannung). Weiterhin ist schematisch eine
Spannungs- bzw. Stromversorgungs- und Steuereinheit 120 dargestellt, die über einen
mit einem Lichtleiter 121 angeschlossenen Schalter 122 von einer Bedienpersonen
betätigt werden kann. Diese Einheit 120 ist mit der ersten Stufe 110 der
Hochspannungsversorgungseinheit sowie über einen Wandler 123 mit den Heizfäden 331, 332 und dem
Kathodengesenk 34 verbunden.
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Die Einheit 120 dient zur Erzeugung der oben beschriebenen Entladeimpulse, mit denen
die Röntgenröhre 100 durchgeschaltet wird, sowie zur gleichzeitigen Erzeugung der
Ablenkimpulse, mit denen der auf Grund der Rest- oder Überschussladungen
entstehende Elektronenstrahl auf einen Strahlenfänger (nicht dargestellt) abgelenkt wird.
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Die Spannungs- bzw. Stromversorgungs- und Steuereinheit 120 kann auch als
Bestandteil eines Hochspannungsgenerators für eine Röntgenröhre realisiert werden.