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Röntgenbildwandler Die Erfindung betrifft einen Röntgenbildwandler,
bei dem die eigentliche Wandleranordnung hinter einem Strahleneintrittsfenster liegt.
Als solche Bildwandlersind insbesondere diejenigen anzusehen, bei denen das Röntgenbild
in einem durch das Fenster vakuumdicht verschlossenen Kolben in ein Elektronenbild
umgewandelt und anschließend nach elektrischer Verstärkung sichtbar gemacht wird.
Die Sichtbarmachung kann dabei bekanntlich unter anderem etwa 'direkt durch Beaufschlagen
eines geeigne-, ten Leuchtschirmes .mit denn Elektronenstrahlenbündel in einer einzigen
Vakuumröhre (,elektronischer Bildwandler). oder -nach weiterer" Umwandlung .in b'erti`sehsignale
aqf einer getrennten Fernsehbildröhre erfolgen. Die Wandleranordnung kann bekanntlich
auch der röntgenempfindliche Ladungsbildspeicher einer Fernsehabtaströhre sein.
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Bei den bekannten Röntgenbildwandlern mit einem Strahlerigintrittsfenster
ist es nachteilig" daß nach den Bildrändern zu eine Abnahme der Helligkeit, eine
sogenannte Vignettierüng auftritt. Diese Helligkeitsabnalnne beruht unter anderem
darauf, daß die' Röntgenstrahlen von einem Punkt ausgehend ein divergentes Strahlenbündel
bilden und so unter verschiedenen Winkeln in das Strahleneintrittsfenster eintreten:"
Wegert der verschieden grollen, mit steigendem Abstand vom Mittelpunkt größer werdenden
Eintrittswinkel erhalten die Strahlen im gleichen Sinne steigend längere Durchgangswege
durch das Fenstermaterial. Da aber wegen der bekannten Absorption"s-und Streugesetze
die Menge der im Fenster absorbierten"und gestreuten Strahlen von der Länge des
Durchgangsweges abhängt, treten am Rande des Fensters weniger Strahlen durch als
in der Fenstermitte und es erfolgt eine Abnahme der Bildhelligkeit nach dem Rande
zu. Außerdem bewirkt die Zunahme der Streustrahlung von der Mitte zum Rande hin
eine gleichsinnige Verschlechterung der Bildgüte.
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Diese Mängel treten- sowohl bei den bekannten elektronenoptischen
Bildwandlern mit nach außen gewölbten Fenstern auf als auch bei den ebenfalls bekannten
Bildwandlern, bei denen das Strahleneintrittsfenster plan ist. Die ebenen Fenster
müssen zur Erzielung hinreichender Festigkeit größere Dicke aufweisen als gebogene
Fenster. Bei den dickeren Fenstern ergibt sich aber wegen der längeren Durchdringungswege
neben erhöhter Absoption über die ganze Fläche euch noch verstärkte, die Bildgüte
beeinträchtigende Streuung der Röntgenstrahlung.
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Zur Beseitigung der vorgenannten Nachteile wurde ein Vorschlag bekannt,
nach dem ein Ausgleich der Bildhelligkeit erhalten wird durch eine nach den Rändern
hin verlaufende, abnehmende Verdickung der Mitte* des, Eintrittsfensters. Dadurch
Wird auch in der Mitte des Fensters ein längerer Strahlenweg erhalten; der demjenigen
am' Fensterrand angeglichen werden kann, =so. daß. die Vignettierung durch das Strahleneirtrittsfenster
aufgehoben wird. Durch diese Vereinheitlichung der. im Fenstermaterial zurückgelegten
Strahlenwege wird aber eine verstärkte Absorption und Streuung in der Mitte des
Fensters erhalten, weil die aufgenommene Strahlenmenge auf der ganzen Fläche der.
ursprünglich nur am Rande geringeren Strahlenmenge angeglichen ist. Eine derartige
Herabsetzung der aufgenommenen Gesamtstrahlungsenergie und Heraufsetzung der Streustrahlung
kann aber nicht befriedigen, weil dadurch gleichzeitig die Empfindlichkeit und Bildgüte
des Bildwandlers vermindert ist. Eine Verminderung der Empfindlichkeit hat nämlich
bei der Bilderzeugung einen erhöhten Röntgenstrahlenaufwand und damit bei der medizinischen
Röntgendiagnostik eine erhöhte Strahlengefährdung des Patienten zur Folge.
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Erfindungsgemäß wird' unter Steigung der aufgenommenen Strahlenenergie
und der Empfindlichkeit des Bildwandlers die Strahlengefährdung herabgesetzt und
ein Ausgleich der Bildhelligkeit erzielt, indem das Strahleneintrittsfenster, hinter
dem die eigentliche Verstärkeranordnung liegt, wenigstens angenähert in der Form
eines Hohlkugelsegmentes durchgebogen ist, dessen Mittelpunkt sich vor dem Fenster
befindet.
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Bei der erfindungsgemäßen Durchbiegung des Fensters nach der Innenseite
des Bildwandlers werden die Weglängen der Strahlen im Fenstermaterial an den seitlichen
Rändern verkleinert und den kürzeren Weglängen, die in der Mitte des Fensters durchlaufen
werden, angeglichen. Die Angleichung an die kürzeren Weglängen ist möglich, weil
sich die Röntgenstrahlen vom Brennpunkt der Röntgenröhre, also der eigentlichen
Strahlenquelle aus kugelsymmetrisch ausbreiten. Es ist also zum exakten Ausgleich
der
Helligkeitsverteilung lediglich notwendig, den beiden Oberflächen
des Fensters die Krümmung von Kugelflächen zu geben, deren Mittelpunkt im Brennpunkt
der Röntgenröhre liegt. Dann wird ein überall gleich starkes Fenster erhalten und
die durchfallenden Strahlen laufen an jeder Stelle der Strahleneintrittsfläche durch
eine gleich dicke Fensterschicht, weil überall die Fensterdicke den Radiusunterschieden
der beiden Oberflächen des Fensters entspricht und andererseits die Röntgenstrahlen
an jeder Stelle radial verlaufen. Durch die Angleichung an die kleinere durchstrahlte
Strecke im Fenstermaterial wird somit auch eine Angleichung der Schwächung der Strahlen
an die geringere Schwächung bewirkt. Dies bedeutet aber eine Erhöhung der aufgenommenen
Strahlenenergie. Im gleichen Sinne- wirkt sich die Verminderung der erzeugten Streustrahlung
aus. Ihre Verminderung ergibt sich wegen der obengenannten Streuungsgesetze aus
den erfindungsgemäß erzielten kurzen durchstrahlten Weglängen am Fensterrand
In der F i g. 1 ist die vorstehende Erklärung veranschaulicht, indem ein
Vergleich zwischen einem erfindungsgemäßen und einem bekannten Strahleneintrittsfenster
aufgezeichnet .ist. Die quergeschnittene Kante- 1 eines erfindungsgemäß mit einem
nach innen gebogenen Fenster ausgestatteten Vakuumbildwandlers ist dabei so angeordnet,
daß das daneben gezeichnete Fenster 2 eines bekannten Bildwandlers mit ihrer Außenwand
hinter die Außenwand der Kante 1
zu liegen kommt. Weiterhin sind noch zwei
in einem Winkel zueinander verlaufende MOntgenstrahlen 3 und 4.eingezeichnet, die
von einer einzigen Strahlenduelle ausgehen. Die Bahnen der Strahlen laufen quer
zu den beiden Fenstern 2 und 5. Der. Abstand der Quelle der. Strahlen 3, 4 vom.
Fenster 5 (Kante 1) entspricht dem Radius der Durchbiegung dieses Fensters 5. _Der
Strahl 3 durchläuft dabei das Fenster 2 an der Stelle 6 auf .einer kürzeren Strecke
als der Strahl 4 an der Stelle 7. In dem Fenster 5 der Kante 1 sind hingegen die
Durchtrittslängen des Strahls 3 an. der Stelle B und des Strahls
4 an der Stelle 9 gleich und beide sind kürzer als die entsprechenden
Stellen 6 und 7 des Fensters 2.
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Durch die Erfindung wird der weitere Vorteil erzielt, daß eine Verminderung
der auf die Verstärkeranordnung einwirkenden, im Eintrittsfenster ausge@ lösten
Streustrahlung erhalten wird. Dies ist ebenfalls in der F i g. 1 gezeigt im Zusammenhang
mit dem Strahl 4. Beim Eintritt des Strahls 4 in .das in bekannter Weise nach außen
gebogene Fenster 2 wird eine Streuung der Röntgenstrahlen erhalten, Einer der gestreuten
Strahlen, der senkrecht zum Strahl 4 verlaufende Streustrahl ist in der Figur mit
10 bezeichnet. Beim Eintritt des Strahls 4 in das Fenster entstehen ebenfalls Streustrahlen.
Vota diesen $treustrahlen ist der senkrecht zum Strahl 4 verlaufende Streustrahl
11 herausgezeichnet. Es ist ohne Schwierigkeit zu ersehen, daß der Streustrahl
10 nur eine kurze Strecke innerhalb des Fenstermaterials zurücklegt, während
der Strahl 11 eine lange Strecke im Fenstermaterial zurückzulegen. hat. Wegen
der Absorptionsgesetze findet aber in Abhängigkeit von dem im Fenstermaterial zurückzulegenden.
Weg eine Absorption statt. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Strahleneintrittsfeusters
werden daher mehr Streustrahlen absorbiert und eine geringere Streustrahlenwixkung
erhalten. Dabei wird eine bessere Erkennbarkeit des Bildes erzielt, die darauf beruht,
daß die Aufhellung des Untergrundes durch die Streus tra ! hlu ng zurückgedrängt
ist.
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In der Chirurgie, insbesondere in der Unfallehirurgie, sind bekanntlich
Röntgengeräte in Verwendung, bei denen an einem Stativ in festem Abstand voneinander
eine Röntgenröhre und ein BildwandIer angebracht sind. Bei diesen Geräten ist ein
vollkommener Ausgleich der Helligkeitsunterschiede durch die erfindungsgemäße Maßnahme
in einfacher Weise möglich, indem der Durchbiegungsradius des Strahleneintrittsfensters
des Bildwandlers dem Abstand zwischen dem Fenster und dem Brennfleck der benutzten
Röntgenröhre gleich gemacht wird. In der Regel beträgt dieser Abstand, der in erfindungsgemäßer
Anwendung als Durchbiegungsradius des Strahleneintrittsfensters des Bildwandlers
benutzt ist, bei den genannten Geräten etwa 70 bis 90 cm, vorzugsweise 85 cm.
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Bei Geräten mit veränderbarem Abstand zwischen Strahlenduelle und
Bildwandler kann mit der erfindungsgemäß zu benutzenden Durchbiegung_ des Strahleneintrittsfensters
ebenfalls eine -wesentliche Verbesserung der Gleichmäßigkeit des Sichtbildes erzielt
werden. Der Radius der Durchbiegung wird dabei entsprechend dein im Mittel am häufigsten
zu benutzenden Abstand zwischen dem Bildwandlerfenster und dem Brennfleck der Röntgenröhre
gleich gesetzt. Bei einem z. B. in der inneren Medizin zu verwendenden Röntgengerät
wird sich hierbei in der Regel ein mittleren' Abstand, also ein Durchbiegungsradius
des Strahleneintrittsfensters am Bildwandler von etwa 85 cm ergeben: .
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Bei der erfindungsgemäßen Durchbiegung des Strahleneintrittsfensters
eines Röntgenbildwandlers ist es also nicht notwendig, zur-Erzielung der genannten
Vorteile den Abstand zwischen Röntgenstrahlenquelle und Bildwandler zu fixieren.
Ebensowenig ergibt sich aus einer Abweichung von der vollkommenen Hohl' kugelsegmentform
eine Aufhebung der erzielbaren Vorteile.
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In der F i g. Z ist eine. Röntgendurchleuchtungsanordnung schematisch
und ein erfindungsgemäß ausgestatteter elektronischer Röntgenbildwandler als Beispiel
im Schnitt dargestellt. Das von der Antikathode 12 der Röntgenröhre 13 ausgehende
divergente Röntgenstrahlenbündel 14 durchdringt den zu untersu= chenden Körper 15
und fällt dann durch das Strahleneintrittsfenster 16 in die Bildwandlerr¢hre 17
ein. Hinter dem Fenster 16 befindet sich in dem dicht abgeschlossenen und evakuierten
Kolben 18, der aus Glas besteht, die an mehreren Stellen durch Stützen 19; 20 gegenüber
der Kolbenwand ,gehaltene Mehrschichtenanordnung 21.. Auf die. Mehrschichtenanordnung
folgen dann die : zur elektronenoptischen Abbildung notwendigen ringförmigen Elektroden
22, 23 sowie die Anode 24. Die Sichtbarmachung, des Bildes erfolgt
dann am anderen Ende des Kolbens am Leuchtschirm 25. Die Bilderzeugung erfolgt in
der Bildwandlerröhre 17 in bekannter Weise dadurch, daß das einfallende Strahlenbündel
14, welches in seiner Energieverteilung ein Schattenbild des durchstrahlten Körpers
15 trägt, bei seinem Auftreffen auf die Mehrschichtenanordnung 21 in der Leuchtschicht
26 Licht auslöst, welches durch die transparente Trennschicht 27 hindurch auf die
Fotokathodenschicht 28 einwirkt. Zur Erhöhung des auf die Schicht :28 einwirkenden
Lichtes ist an der Strahleneintrittsseite der Leuchtschicht 26 noch zusätzlich eine
Reflexionsschicht
29 angebracht. Die an der Fotokathode
28
ausgelösten Elektronen werden auf die Leuchtschicht 25 zu mittels
der Elektroden 22, 23, 24 beschleunigt und abgebildet, so daß in der Schicht
25 ein verstärktes Bild sichtbar wird. Insoweit es sich um die an der Mehrschichtenanordnung
21 vor sich gehende Umwandlung des Röntgenbildes in ein Elektronenbild und
die anschließende Verstärkung und Sichtbarmachung handelt, stimmt der erfindungsgemäße
Bildwandler mit den bekannten Bildwandlern dieser Art überein. Die erfindungsgemäßen
Vorteile werden, wie oben behandelt, durch die besondere Ausbildung des Strahleneintrittsfensters
16 erhalten. Dieses Fenster besteht bei diesem Ausführungsbeispiel, wie der
ganze Kolben 18, aus Glas und besitzt bei einem Durchmesser von 20 cm eine
Dicke von 0,2 cm. Außerdem ist dieses Fenster 16 nach der Art eines Kugelsegments
durchgebogen, wobei der Abstand der Antikathode 12 von der Oberfläche des
Fensters 16,
der 85 cm beträgt, zugleich als Radius der kugelförmigen Durchbiegung
des Fensters 16 benutzt ist.