DE19810346C1 - Röntgenröhre und deren Verwendung - Google Patents
Röntgenröhre und deren VerwendungInfo
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- DE19810346C1 DE19810346C1 DE19810346A DE19810346A DE19810346C1 DE 19810346 C1 DE19810346 C1 DE 19810346C1 DE 19810346 A DE19810346 A DE 19810346A DE 19810346 A DE19810346 A DE 19810346A DE 19810346 C1 DE19810346 C1 DE 19810346C1
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Abstract
Röntgenröhre mit einem Vakuumgehäuse (2, 30) aufweisend eine Elektronen emittierende Kathodenanordnung (5, 34) und eine Anode (9, 33) mit einer Auftrefffläche (11, 32), auf die die mittels eines elktrischen Feldes beschleunigten, einen Elektronenstrahl (8, E1, E2) bildenden Elektronen in einem Brennfleck (12, 12.1, 12.2, B1, B2) auftreffen und mit einem Spulen (21) aufweisenden Quadrupol-Magnetsystem (18, 39) zur Fokussierung und Ablenkung des Elekktronenstrahls (8, E1, E2), wobei dem Quadrupol-Magnetsystem (18, 39) Steuermittel (22, 40) zugeordnet sind, welchen verschiedene Parametersätze von Spulenströmen derart vorgebbar sind, daß in Abhängigkeit von dem jeweiligen Parametersatz der Brennfleck (12, 12.1, 12.2, B1, B2) auf bestimmte Orte der Auftrefffläche (11, 32) der Anode (9, 33) diskret azimutal verlagerbar ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einem Vakuumge
häuse aufweisend eine Elektronen emittierende Kathodenanord
nung und eine Anode mit einer Auftrefffläche, auf die die
mittels eines elektrischen Feldes beschleunigten, einen Elek
tronenstrahl bildenden Elektronen in einem Brennfleck auf
treffen und mit einem Spulen aufweisenden Quadrupol-Ma
gnetsystem zur Fokussierung und Ablenkung des Elektronen
strahls. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer
solchen Röntgenröhre für Stereoaufnahmen von einem Objekt.
Eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art ist beispiels
weise aus der DE 196 31 899 Al bekannt. Röntgenröhren dieser
oder vergleichbarer Bauart werden sowohl in der Medizin als
auch außerhalb der Medizin, z. B. für Materialuntersuchungen,
eingesetzt.
Medizinische Anwendungsbereiche derartiger Röntgenröhren lie
gen beispielsweise auf den Gebieten der Neuroradiographie,
der allgemeinen Angiographie und der Kardiologie. Diese medi
zinischen Anwendungsbereiche zeichnen sich im Vergleich zu
anderen medizinischen Anwendungsbereichen dadurch aus, daß
eine räumliche Wahrnehmung, beispielsweise von Gefäßverläu
fen, im Körper eines zu untersuchenden Patienten erwünscht
ist, was durch sogenannte Stereoaufnahmen von dem betreffen
den Körperbereich des Patienten erreicht werden kann. Unter
Stereoaufnahmen versteht man dabei, daß der zu untersuchende
Körperbereich unter mindestens zwei unterschiedlichen Rönt
genprojektionswinkeln nacheinander durchleuchtet und die Er
gebnisse auf einem geteilten oder auf zwei Bildwiedergabe
geräten dargestellt werden. Bei der Betrachtung der auf einem
geteilten oder auf zwei Bildwiedergabegeräten dargestellten
Bildinformationen entsteht für den Betrachter ein räumlicher
Eindruck.
Es ist bekannt, derartige Stereoaufnahmen
- a) mit einer Röntgenröhre R1, welche linear zwischen zwei Po sitionen verschoben wird (vgl. Fig. 1a),
- b) mit einer Röntgenröhre R2, welche um einen Drehpunkt ge dreht wird (vgl. Fig. 1b),
- c) mit zwei nebeneinander angeordneten Röntgenröhren R3, R4 (vgl. Fig. 1c) oder
- d) mit einer Mehrkathodenröntgenröhre R5, welche beispiels weise drei Kathoden K1, K2, K3 aufweist (vgl. Fig. 1d) durchzuführen.
Die Lösungen a) und b) haben den Nachteil, daß die Bildauf
nahmefrequenz zu gering für Röntgenkinoaufnahmen ist. Die
Lösung c) hat den Nachteil, daß sie aufgrund der zwei notwen
digen Röntgenröhren teuer ist und die Stereobasis, d. h. der
Abstand der Foci der Röntgenröhren, zu groß ist. Die Lösung
d) ist zwar für alle Anwendungstechniken bei Stereoaufnahmen
geeignet, der Aufbau der Röntgenröhre bezüglich der Mehrka
thodenanordnung ist jedoch technisch kompliziert und somit
teuer.
Aus der US 4,993,055 ist eine Drehröhre bekannt, bei der zwei
Brennflecke erzeugbar sind, so daß die Drehröhre auch für
Stereoaufnahmen geeignet ist. Zur Ablenkung des von der
Kathode zur Anode verlaufenden Elektronenstrahls weist die
Drehröhre zwei Gruppen von jeweils zwei einander gegenüber
liegenden, ein im wesentlichen homogenes Magnetfeld erzeu
gende Magnetspulen auf. Die Gruppen von Magnetspulen sind
dabei um einen bestimmten Drehwinkel zueinander versetzt
angeordnet, wobei der Drehwinkel im wesentlichen dem Winkel
entspricht, unter dem die zwei erzeugbaren Brennflecke ver
setzt sind. Bei Gebrauch der einen Gruppe von Spulen wird der
Elektronenstrahl also auf den einen Brennfleck und bei Ge
brauch der anderen Gruppe von Spulen auf den anderen Brenn
fleck abgelenkt.
Als nachteilig erweist sich dabei, daß für jede Verlagerung
des Brennflecks ein Paar von Spulen erforderlich ist, wodurch
der Aufbau der Drehröhre, insbesondere die Anordnung der
Magnetspulen betreffend, relativ aufwendig und somit teuer
ist.
Aus der US 4,607,380 ist außerdem eine Röntgenröhre mit zwei
hintereinander angeordneten Magneten bekannt, von denen der
eine zur Ablenkung und der andere zur Fokussierung eines
Elektronenstrahls dient.
In der DE 34 01 749 A1 ist eine Röntgenröhre beschrieben,
welche hintereinander angeordnete Ablenkelektroden für einen
Elektronenstrahl aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Brennfleck
der Röntgenröhre verlagerbar und die Röntgenröhre technisch
einfach herstellbar und kostengünstig aufgebaut ist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rönt
genröhre mit einem Vakuumgehäuse aufweisend eine Elektronen
emittierende Kathodenanordnung und eine Anode mit einer Auf
trefffläche, auf die die mittels eines elektrischen Feldes
beschleunigten, einen Elektronenstrahl bildenden Elektronen
in einem Brennfleck auftreffen und mit einem Spulen auf
weisenden Quadrupol-Magnetsystem zur Fokussierung und Ablen
kung des Elektronenstrahls, wobei dem Quadrupol-Magnetsystem
Steuermittel zugeordnet sind, welchen mehrere verschiedene,
speicher- und aktivierbare Parametersätze von Spulenströmen
derart vorgebbar sind, daß der Brennfleck in Abhängigkeit von
dem jeweiligen Parametersatz auf bestimmte Orte der Auf
trefffläche der Anode azimutal verlagerbar ist. Die Röntgen
röhre weist also nur ein einziges Quadrupol-Magnetsystem auf,
das sowohl zur Fokussierung als auch zur Ablenkung des Elek
tronenstrahls vorgesehen ist. Die dem Quadrupol-Magnetsystem
zugeordneten Steuermittel ermöglichen es dabei auf vorteil
hafte Weise, durch Vorgabe, Speicherung und Aktivierung ver
schiedener Parametersätze von Spulenströmen für die Spulen
des Quadrupol-Magnetsystems, daß der Brennfleck der Röntgen
röhre unter Beibehaltung der relativen Lage des Quadrupol-
Magnetsystems zu der Röntgenröhre auf bestimmte Orte der Auf
trefffläche der Anode azimutal verlagerbar ist. Dabei ist ei
nem zur Fokussierung des Elektronenstrahls dienendes
Quadrupolfeld, welches durch im wesentlichen betragsmäßig
gleiche Spulenstromanteile erzeugt wird, ein zur Ablenkung
des Elektronenstrahls dienendes Dipolfeld überlagert, welches
je nach gewünschter Lage des Brennflecks durch nicht notwen
digerweise betragsmäßig gleiche Spulenstromanteile erzeugt
wird. Die Spulenstromanteile addieren sich dabei jeweils zu
einem einer Spule des Quadrupol-Magnetsystems zugeordneten
Spulenstrom, wobei bei einem Quadrupol-
Magnetsystem mit z. B. vier Spulen jeweils vier Spulenströme,
von denen jeder genau einer Spule des Quadrupol-Magnetsystems
zugeordnet ist, einen Parametersatz für die Erzeugung eines
bestimmten Brennflecks bilden. Aufgrund der Verwendung nur
eines mit Steuermitteln versehenen Quadrupol-Magnetsystems
zur Fokussierung und Ablenkung des Elektronenstrahls ist die
erfindungsgemäße Röntgenröhre relativ einfach aufgebaut und
damit auch kostengünstig herstellbar.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, daß die Röntgenröhre wenigstens eine dem Quadrupol-
Magnetsystem räumlich nachgeschaltete Spule aufweist, wobei
mit der Spule ein Magnetfeld erzeugbar ist, mit welchem die
Form des Brennflecks und dessen Ausrichtung relativ zu der
Auftrefffläche der Anode beeinflußbar ist. Gemäß einer Vari
ante der Erfindung handelt es sich bei der Spule dabei um ein
Solenoid. Das von dem Solenoid erzeugte Magnetfeld dient zur
Beeinflussung des Elektronenstrahls, nachdem dieser das re
sultierende Magnetfeld, d. h. das einander überlagerte
Quadrupol- und Dipolfeld, des Quadrupol-Magnetsystems durch
quert hat. Bei manchen Parametersätzen von Spulenströmen,
welche eine bestimmte Ablenkung des Elektronenstrahls auf
einen azimutal verlagerten Brennfleck auf der Anode bewirken,
kommt es nämlich durch Inhomogenitäten des resultierenden
Magnetfeldes am Durchtrittsort des Elektronenstrahls durch
das Magnetfeld des Quadrupol-Magnetsystems zu einer uner
wünschten Verbreiterung des Elektronenstrahls und damit einer
unerwünschten Verbreiterung des verlagerten Brennflecks,
wodurch sich das Auflösungsvermögen einer Röntgenaufnahme
verschlechtert. Dieser unerwünschten Verbreiterung des Brenn
flecks kann durch ein geeignetes, den Elektronenstrahl beein
flussendes Magnetfeld des Solenoids entgegengewirkt werden,
so daß sich auf vorteilhafte Weise ein Brennfleck gewünschter
Länge und Breite auf der Auftrefffläche der Anode einstellt.
Dabei besteht auch die Möglichkeit, den Brennfleck unter
Beeinflussung durch das Magnetfeld zu drehen, d. h. die Aus
richtung des Brennflecks relativ zu der Auftrefffläche zu
verändern, so daß bei verlagerten Brennflecken die Brenn
flecke stets derart ausgerichtet werden können, daß Röntgen
aufnahmen mit hohem Auflösungsvermögen erzeugbar sind.
Handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Röntgenröhre bei
spielsweise um eine Festanodenröntgenröhre oder eine Dreh
anodenröntgenröhre, welche für Stereoaufnahmen von Objekten
oder zu Materialuntersuchungen vorgesehen sind, kann gemäß
einer Variante der Erfindung das Vakuumgehäuse der Röntgen
röhre wenigstens zwei jeweils einem Brennfleck zugeordnete
Strahlenaustrittsfenster aufweisen. Das Versehen einer er
findungsgemäßen Röntgenröhre mit mehreren, z. B. vier, je
einem Brennfleck zugeordneten Strahlenaustrittsfenstern ist
beispielsweise sehr interessant für industrielle Diagnose
zwecke, beispielsweise die Überprüfung von Lötverbindungen
auf Leiterplatten, da mit nur einer derartigen Röntgenröhre
in einem Prüfstand dem Prüfstand von mehreren Seiten, nämlich
den Röntgenaustrittsseiten der Röntgenröhre, kontinuierlich
Prüflinge zugeführt werden können, welche in kürzester Zeit
nacheinander durchleuchtet, d. h. geprüft werden könnten,
wobei der Brennfleck jeweils der definierten Position des
Prüflings relativ zu der Röntgenröhre entsprechend azimutal
verlagert wird.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das
Vakuumgehäuse ein ringförmiges Strahlenaustrittsfenster auf
weist. Vorzugsweise ist dies der Fall, wenn gemäß einer
Variante der Erfindung die Röntgenröhre eine Drehröhre ist,
also das Vakuumgehäuse der Röntgenröhre um eine Achse drehbar
ist, wobei die Kathodenanordnung und die Anode jeweils fest
mit dem Vakuumgehäuse verbunden sind. Aufgrund der erfin
dungsgemäßen Ausgestaltung der Drehröhre mit einem Steuermit
tel aufweisenden Quadrupol-Magnetsystem zur Verlagerung eines
Brennflecks kann die Drehröhre auf vorteilhafte Weise einer
vorgesehenen Verwendungsform der Röntgenröhre folgend für
Stereoaufnahmen von Objekten eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten
schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 bekannte Anordnungen von Röntgenröhren für Röntgen
stereoaufnahmen,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
drehbaren Röntgenröhre,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Spulenträgers mit
daran angeordneten Spulen,
Fig. 4 den Dipolanteil des Magnetfeldes,
Fig. 5 den Quadrupolanteil des Magnetfeldes,
Fig. 6 den Feldverlauf bei Überlagerung der beiden Feldan
teile der Fig. 4 und 5,
Fig. 7 die Lage dreier erzeugbarer Brennflecke auf der
Auftrefffläche der Anode,
Fig. 8 die drei Brennflecke aus Fig. 7, von denen zwei ge
dreht sind, und
Fig. 9 eine erfindungsgemäße Drehanodenröntgenröhre mit vier
Strahlenaustrittsfenstern.
Fig. 2 zeigt eine Röntgenröhre 1, die ein kolbenartiges Vaku
umgehäuse 2 aufweist mit einem im wesentlichen zylindrischen
Bereich 3 und einem daran anschließenden, sich kegelstumpf
förmig erweiternden Abschnitt 4.
An dem einen Ende des Vakuumgehäuses 2 ist eine Kathodenan
ordnung 5 angeordnet, welche im Falle des vorliegenden Aus
führungsbeispiels einen Elektronenemitter aufweist, mit wel
chem im Betrieb der Röntgenröhre 1 ein Elektronenstrahl 8 im
wesentlichen runden Querschnitts erzeugbar ist. Im Falle des
vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Kathodenanordnung 5
über Schleifringe 6 mit einer geeigneten Energiequelle
verbunden, um auf negatives Potential gelegt zu werden.
Der Kathodenanordnung 5 ist eine Fokussierungselektrode 7
zugeordnet, die zur Einstellung der flächenmäßigen Größe des
Elektronenstrahls 8 dient.
Das andere Ende des Vakuumgehäuses 2 ist mit einer Anode 9
versehen. Die Anode 9 weist einen Anodenteller 10 mit einer
Auftrefffläche 11 auf, die im Falle des vorliegenden Ausfüh
rungsbeispiels mit Wolfram belegt ist und auf die der Elek
tronenstrahl 8 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung 24 in einem
Brennfleck 12 trifft. Die erzeugte Röntgenstrahlung 24 tritt
durch ein ringförmiges Strahlenaustrittsfenster 13 aus dem
Vakuumgehäuse 2 der Röntgenröhre 1 aus.
Die Anode 9 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbei
spiels in ihrem Inneren mit Kanälen 14 versehen, um den Ein-
und Austritt von einem Kühlmittel zu ermöglichen, das zur
Abfuhr der bei der Erzeugung der Röntgenstrahlung 24 entste
henden thermischen Energie erforderlich ist. Die Anode 9 muß
jedoch nicht notwendigerweise derartige Kanäle 14 zur Zufuhr
von Kühlmittel aufweisen, sondern kann beispielsweise auch
direkt mit einem Kühlmittel beaufschlagt werden. Die Anode 9
selbst liegt auf Massepotential oder an positiver Hochspan
nung, so daß sich zwischen der Kathodenanordnung 5 und der
Anode 9 ein elektrisches Feld einstellt, welches zur Be
schleunigung der von der Kathodenanordnung 5 emittierten
Elektronen in Richtung auf die Anode 9 dient.
Die Kathodenanordnung 5 und die Anode 9 sind längs einer
Achse 15 angeordnet, um die das Vakuumgehäuse 2 drehbar ist.
Um die Drehbarkeit des Vakuumgehäuses 2 zu ermöglichen, sind
die mit dem Vakuumgehäuse 2 fest verbundene Kathodenanordnung
5 und die mit dem Vakuumgehäuse 2 fest verbundene Anode 9 mit
Lagerelementen 16, 17 drehbar gelagert, wobei die Rotation
der Röntgenröhre 1 mit einem nicht gezeigten Antriebsmittel
bewerkstelligt wird.
Bei der Erzeugung von Röntgenstrahlung 24 wird der Elek
tronenemitter der Kathodenanordnung 5 auf seine Emissionstem
peratur aufgeheizt, was dazu führt, daß von diesem Elektronen
emittiert werden. Infolge des zwischen der Kathodenanordnung
5 und der Anode 9 herrschenden elektrischen Feldes, werden
die emittierten Elektronen in Form des gezeigten Elektronen
strahls 8 in Richtung der Anode 9 beschleunigt. Da der Elek
tronenstrahl 8 entlang der Feldlinien des elektrischen Feldes
in Richtung auf die Anode 9 verläuft, ist zum Ablenken des
Elektronenstrahls 8 auf die Auftrefffläche 11 der Anode 9,
wobei beim Auftreffen des Elektronenstrahls 8 in dem Brenn
fleck 12 auf der Auftrefffläche 11 Röntgenstrahlung 24 er
zeugt wird, ein der Fokussierung und Ablenkung dienendes
Quadrupol-Magnetsystem 18 vorgesehen, das nachfolgend noch
näher beschrieben werden wird. Da das Quadrupol-Magnetsystem
18 bezüglich des rotierenden Vakuumgehäuses 2 feststehend
ist, wird der Elektronenstrahl 8 immer entsprechend der
Lorentz-Kraft v × B gleich, im gezeichneten Beispiel nach un
ten, abgelenkt und trifft stets auf die Auftrefffläche 11 der
rotierenden Anode 9. Das Quadrupol-Magnetsystem 18 dient aber
nicht nur zur Ablenkung des Elektronenstrahls 8, sondern
gleichzeitig auch zur Fokussierung des Elektronenstrahls 8,
um auf diese Weise im Falle des vorliegenden Ausführungsbei
spiels einen strichförmigen Brennfleck 12 auf der Auftreff
fläche 11 der Anode 9 einstellen zu können.
Fig. 3 zeigt im Detail in perspektivischer Ansicht das zur
Ablenkung und Fokussierung des Elektronenstrahls 8 dienende
Quadrupol-Magnetsystem 18. Das Quadrupol-Magnetsystem 18
weist einen ringförmig ausgebildeten Träger 19 auf, der im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein Eisenjoch
ist. Der Träger 19 ist an seiner Innenseite mit insgesamt
vier radial auskragenden Polvorsprüngen 20 versehen. Die
Polvorsprünge 20 sind gleichmäßig zueinander um jeweils einen
Winkel von ca. 90° beabstandet. Die Querschnittsform der
Polvorsprünge 20 ist im Falle des vorliegenden Ausführungs
beispiels im wesentlichen rechteckig. Der Abstand der einan
der gegenüberliegenden Polvorsprünge 20 ist derart bemessen,
daß er annähernd dem Außendurchmesser des zylindrischen Be
reiches 3 des Vakuumgehäuses 2 der Röntgenröhre 1 entspricht,
da der Träger 19 um diesen Bereich 3 herum angeordnet ist.
An den Polvorsprüngen 20 sind jeweils Spulen 21 vorgesehen,
die in Fig. 3 nur exemplarisch dargestellt sind. Die Spulen
21, die aus einer einzelnen Wicklung bestehen können, sind
stromdurchflossen und dienen zur Erzeugung des der Ablenkung
und Fokussierung des Elektronenstrahls 8 dienenden Magnetfel
des. Das Quadrupol-Magnetsystem 18 stellt also ein einfach
aufgebautes und handzuhabendes Magnetsystem dar. Der Träger
19 ist dabei an geeigneten, in den Figuren nicht dargestell
ten Halterungsmitteln angeordnet, die das Quadrupol-Magnetsy
stem 18 in bezug auf die Röntgenröhre 1 in Ruhe halten und
beispielsweise in einem die gesamte Röntgenröhre 1 aufnehmen
den Halterungsgehäuse angeordnet sind. Alternativ zu der in
Fig. 3 gezeigten einstückigen Ausführung des Trägers 19 kann
dieser beispielsweise auch aus zwei Teilen bestehen, die
aneinander lösbar befestigt sind, so daß der ringförmige
Träger 19 geöffnet werden kann und die beiden Halbschalen um
den Bereich 3 des Vakuumgehäuses 2 einfach herumgelegt werden
können.
Die Fig. 4 bis 6 zeigen die sich aus dem Quadrupolbetrieb
ergebenden einzelnen Feldanteile des Magnetfeldes und deren
Überlagerung zu dem resultierenden Magnetfeld, wobei jede
Spule 21 des Quadrupol-Magnetsystems 18 mit einem aus mehre
ren Spulenstromanteilen zusammengesetzten resultierenden
Spulenstrom zur Erzeugung des resultierenden Magnetfeldes
beaufschlagt wird.
Fig. 4 zeigt den Dipolanteil des mit dem Quadrupol-Magnetsy
stem 18 erzeugbaren Magnetfeldes, welcher theoretisch aus der
Beaufschlagung jeder Spule 21 mit einem entsprechenden Spu
lenstromanteil resultiert. Wie der Fig. 4 zu entnehmen ist,
sind vier Magnetpole I, II, III und IV ausgebildet, wie sich
bereits aus Fig. 3 ergibt. Für den Dipolanteil des Magnetfel
des stellen die Pole I und II jeweils den Nordpol, die Pole
III und IV jeweils den Südpol dar. Dies spiegelt sich in dem
skizzierten angegebenen Feldverlauf wider. Der Dipolanteil
des Magnetfeldes dient zum Ablenken des Elektronenstrahls 8.
Gemäß der in Fig. 4 gezeigten Konstellation würde der Elektro
nenstrahl 8 in Richtung des Pfeiles A abgelenkt werden.
Fig. 5 zeigt den Quadrupolanteil des Magnetfeldes, der sich
aufgrund des unsymmetrischen Betriebes der Spulen 21 ergibt,
wobei jede Spule 21 des Quadrupol-Magnetsystems zur Erzeugung
des Quadrupolanteils des Magnetfeldes theoretisch mit einem
betragsmäßig gleichen Spulenstromanteil beaufschlagt wird.
Die Pole I und III sind im Falle des Quadrupolanteils des
Magnetfeldes der jeweilige Nordpol, die Pole II und IV hinge
gen der Südpol. Dies spiegelt sich auch in dem spezifischen
Feldverlauf wieder. Der Quadrupolanteil des Magnetfeldes hat
hierbei die Eigenschaft - und hieraus resultiert der Fokus
sierungseffekt - den Elektronenstrahl 8 in Ablenkrichtung zu
defokussieren, d. h. der Elektronenstrahl 8 wird in Richtung
des Pfeiles A aus Fig. 4 auseinandergezogen. In dazu senkrech
ter Richtung wird der Elektronenstrahl 8 dagegen zusammenge
führt, seine Breite verringert sich also. Auf diese Weise ist
die Einstellung eines Strichfokus möglich. Die Fläche des
Elektronenstrahls 8 bzw. des Brennflecks 12 ändert sich hier
bei nicht, lediglich das Verhältnis von Länge zu Breite. Die
Größe selbst ist allein mittels der Fokussierungselektrode 7
einstellbar.
Durch Überlagerung der Spulenstromanteile zur Erzeugung des
Dipolfeldes und der Spulenstromanteile zur Erzeugung des
Quadrupolfeldes ergeben sich für die Spulen 21 unterschiedli
che resultierende Spulenströme, so daß sich bei Beaufschla
gung der Spulen 21 mit den entsprechenden resultierenden
Spulenströmen ein zur Ablenkung und Fokussierung des Elektro
nenstrahls 8 dienendes, in Fig. 6 dargestelltes resultierendes
Magnetfeld einstellt.
Um die Röntgenröhre 1 für Röntgenstereoaufnahmen eines Objek
tes, beispielsweise eines in den Figuren nicht dargestellten
Patienten, z. B. für die Neuroradiographie, die allgemeine
Angiographie oder die Kardiologie, einsetzen zu können, bei
denen zu untersuchende Körperbereiche des Patienten unter
mindestens zwei unterschiedlichen Röntgenprojektionswinkeln
nacheinander durchleuchtet werden, sind dem Quadrupol-Magnet
system 18 der Röntgenröhre 1 Steuermittel 22 zugeordnet. Die
Steuermittel 22 umfassen beispielsweise nicht näher darge
stellte Eingabe-, Rechen- und Speichereinheiten und wenig
stens eine Stromquelle. Vorzugsweise ist pro Spule 21 des
Quadrupol-Magnetsystems 18 je eine Stromquelle vorgesehen.
Über die Eingabeeinheit der Steuermittel 22 können Parameter
sätze von im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels vier
Spulenströmen, die bei entsprechender Beaufschlagung der
Spulen 21 ein Magnetfeld erzeugen, welches eine azimutale
Verlagerung des Brennfleckes 12 bewirkt, vorgegeben und in
der Speichereinheit der Steuermittel 22 gespeichert werden.
Die Recheneinheit der Steuermittel 22 kann je nach Eingabe,
beispielsweise durch einen Benutzer oder durch Ablauf eines
entsprechenden Betriebsprogrammes, die Stromquellen der
Steuermittel 22 derart ansteuern, daß jede Spule 21 des
Quadrupol-Magnetsystems 18 mit einem entsprechenden für die
jeweilige Spule 21 vorgesehenen Strom eines Parametersatzes
zur Erzeugung eines definierten Magnetfeldes zur Ablenkung
des Elektronenstrahls 8 auf einen bestimmten Brennfleck auf
der Auftrefffläche 11 der Anode 9 beaufschlagt wird. Die
Steuermittel 22 können dabei sogar derart betrieben werden,
daß die Brennflecke zwischen zwei oder mehreren Orten auf der
Auftrefffläche 11 der Anode 9 zeitabhängig, beispielsweise
auch periodisch, diskret verlagert werden können.
Fig. 7 zeigt exemplarisch die azimutale Verlagerung des Brenn
flecks 12 auf einen Brennfleck 12.1 und 12.2, wobei bei der
Erzeugung eines jeden der drei Brennflecke 12, 12.1 und 12.2
die Spulen 21 des Quadrupol-Magnetsystems 18 mit jeweils drei
verschiedenen Parametersätzen von jeweils vier Spulenströmen
beaufschlagt werden. Fig. 7 ist im übrigen ein Polarkoordina
tensystem einbeschrieben.
Es wird also deutlich, daß in Abhängigkeit von verschiedenen
Parametersätzen von Spulenströmen, mit welchen die Spulen 21
des Quadrupol-Magnetsystems 18 beaufschlagt werden, der
Brennfleck 12 auf bestimmte Orte, d. h. auf bestimmte andere
Brennflecke 12.1, 12.2 der Auftrefffläche 11 der Anode 9
diskret azimutal verlagerbar ist.
Da sich die Form des Brennflecks 12 bei einer azimutalen
Verlagerung infolge von Inhomogenitäten des jeweils resultie
renden Magnetfeldes am Durchtrittsort des Elektronenstrahls 8
durch das Magnetfeld des Quadrupol-Magnetsystems 18 in uner
wünschter Weise verändern, z. B. verbreitern, kann, wodurch
sich das Auflösungsvermögen einer Röntgenaufnahme bei einem
derartig veränderten Brennfleck verschlechtern kann, ist die
Röntgenröhre 1 mit einer dem Quadrupol-Magnetsystem 18 nach
geschalteten Spule versehen. Bei der Spule handelt es sich
vorzugsweise, wie im Falle des vorliegenden Ausführungsbei
spiels, um ein Solenoid 23. Mit Hilfe des Solenoids 23 kann
dabei ein geeignetes, den Elektronenstrahl 8 beeinflussendes
Magnetfeld derart erzeugt werden, daß der Verbreiterung des
Elektronenstrahls 8 und damit der unerwünschten Verformung
des Brennflecks bei einer azimutalen Verlagerung des Brenn
flecks 12 beispielsweise auf den Brennfleck 12.1 bzw. 12.2
entgegengewirkt werden kann. Mit Hilfe des Magnetfeldes des
Solenoids 23 können die Brennflecke 12, 12.1 und 12.2 sogar
in jede beliebige Richtung bezüglich der r-Koordinate des in
Fig. 7 einbeschriebenen Polarkoordinatensystems gedreht wer
den, d. h. die Ausrichtung der Brennflecke 12, 12.1, 12.2
kann relativ zu der Auftrefffläche 11 verändert werden,
wodurch insbesondere bei Stereoaufnahmen mit zwei oder mehre
ren Brennflecken durch entsprechende Formung bzw. Drehung der
Brennflecke relativ zu dem zu durchstrahlenden Objekt vom
Röntgendetektor aus gesehen das Auflösungsvermögen der einem
Brennfleck zugeordneten Röntgenaufnahme verbessert werden
kann. Fig. 8 zeigt exemplarisch, wie die Brennflecke 12.1 und
12.2 aus Fig. 7 mit Hilfe eines geeigneten Magnetfeldes des
Solenoids 23 bezüglich der r-Koordinate des der Fig. 7 und der
Fig. 8 einbeschriebenen Polarkoordinatensystems gedreht werden
können.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsge
mäßen Röntgenröhre 30, welche z. B. für Materialuntersuchung
vorgesehen sein kann. Die Röntgenröhre 30 ist als Drehanoden
röntgenröhre ausgebildet und weist ein aus mehreren Teilen
zusammengefügtes Vakuumgehäuse 31 auf. Die Röntgenröhre 30
ist im Inneren des Vakuumgehäuses 31 mit einem eine Auftreff
fläche 32 aufweisenden Anodenteller 33, einem feststehenden
Elektronenemitter 34, mit welchem ein Elektronenstrahl im
wesentlichen runden Querschnitts erzeugbar ist, und einem
Motor zum Antrieb des Anodentellers 33 versehen. Der Motor
ist als Kurzschlußläufermotor ausgebildet und weist einen
drehfest mit dem Anodenteller 33 verbundenen Rotor 35 und
einen im Bereich des Rotors 35 auf das Vakuumgehäuse 31 auf
gesetzten Stator 36 auf. Der Anodenteller 33 und der Rotor 35
sind in an sich bekannter, nicht näher dargestellter Weise im
Inneren des Vakuumgehäuses 31 drehbar gelagert.
Das Vakuumgehäuse 31 weist insgesamt vier Gehäuseabschnitte
31a bis d auf. In seinem in Fig. 9 oberen Bereich ist das
Vakuumgehäuse 31 mit einem metallischen Gehäuseabschnitt 31a
versehen, in dem sich der Elektronenemitter 34 befindet, der
in dem Fokussierungsschlitz eines schematisch angedeuteten
Kathodenbechers 37 aufgenommen ist. An den Gehäuseabschnitt
31a schließt sich ein kreisförmiger, ebenfalls metallischer
Gehäuseabschnitt 31b an, welcher mit einem den Anodenteller
33 und den Rotor 35 des Elektromotors aufnehmenden, ebenfalls
metallischen, annähernd trichterförmigen Gehäuseabschnitt 31c
verbunden ist. Der Gehäuseabschnitt 31c weist vier um ca. 90°
versetzte Strahlenaustrittsfenster 38.1 bis 38.4, von denen
in Fig. 9 nur die Strahlenaustrittsfenster 38.1 und 38.2
sichtbar sind, für im Betrieb der erfindungsgemäßen Röntgen
röhre 30 erzeugte Röntgenstrahlung auf. Der Gehäuseabschnitt
31a ist in an sich bekannter Weise auf seiten des Elektro
nenemitters 34 mit einem Keramikteil verschlossen, welches
mit Anschlüssen für die Heizspannung des Elektronenemitters
34 versehen ist.
Der vierte Gehäuseabschnitt 31d des Vakuumgehäuses 31 ist ein
kreisförmig ausgebildetes Keramikteil, welches an dem trich
terförmigen Gehäuseabschnitt 31c angeordnet ist und diesen in
dem in Fig. 9 unteren Bereich des Vakuumgehäuses 31 ver
schließt. Die Gehäuseabschnitte 31a bis 31d sind im übrigen
in an sich bekannter Weise vakuumdicht miteinander verbunden.
Die Anschlüsse für die Röhrenspannung und die Versorgungs
spannung für den Stator 36 sind in Fig. 9 nicht dargestellt
und in an sich bekannter Weise ausgeführt.
Um den Gehäuseabschnitt 31a ist ein dem in Fig. 2 gezeigten
Quadrupol-Magnetsystem 18 entsprechendes Quadrupol-Magnetsy
stem 39 angeordnet, welches wie im zuvor beschriebenen Aus
führungsbeispiel zur Fokussierung und Ablenkung eines von dem
Elektronenemitter 34 im Betrieb der Röntgenröhre 30 ausgehen
den Elektronenstrahls dient. Dem Quadrupol-Magnetsystem 39
sind wie im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel Steuer
mittel 40 zur Vorgabe verschiedener Parametersätze von Spu
lenströmen zugeordnet, mit welchen die Spulen des Quadrupol-
Magnetsystems 39 zur Erzeugung eines gewünschten Magnetfeldes
für die Fokussierung und Ablenkung des Elektronenstrahls
beaufschlagt werden.
Werden die Spulen des Quadrupol-Magnetsystem 39 im Betrieb
der Röntgenröhre 30 mit Spulenströmen eines ersten Parameter
satzes beaufschlagt, so trifft der von dem Elektronenemitter
34 ausgehende Elektronenstrahl E1 auf einen ersten, auf der
kegelstumpfförmigen Auftrefffläche 32 des Anodentellers 33
liegenden Brennfleck B1 auf. Von der Auftreffstelle geht ein
Röntgenstrahlenbündel aus, von dem in Fig. 9 nur der Zentral
strahl Z1 angedeutet ist. Das Nutzröntgenstrahlenbündel tritt
dabei durch das in dem Gehäuseabschnitt 31c des Vakuumgehäu
ses 31 vorhandene Strahlenaustrittsfenster 38.1 aus der
Röntgenröhre 30 aus. Werden die Spulen des Quadrupol-Magnet
systems 39 dagegen von den Steuermitteln 40 mit Spulenströmen
eines zweiten Parametersatzes beaufschlagt, so trifft der von
dem Elektronenemitter 34 ausgehende Elektronenstrahl E2 auf
einen zweiten, auf der kegelstumpfförmigen Auftrefffläche 32
des Anodentellers 33 liegenden Brennfleck B2 auf. In diesem
Fall geht von der Auftreffstelle ein Röntgenstrahlenbündel
aus, von dem in Fig. 9 ebenfalls nur der Zentralstrahl Z2
angedeutet ist. Das Nutzröntgenstrahlenbündel tritt dabei
durch das in dem Gehäuseabschnitt 31c des Vakuumgehäuses 31
vorgesehene Strahlenaustrittsfenster 38.2 aus der Röntgen
röhre 30 aus. Eine Beaufschlagung der Spulen des Quadrupol-
Magnetsystems 39 mit entsprechenden Parametersätzen von
Spulenströmen ermöglicht es dabei, den von dem Elektronen
emitter 34 ausgehenden Elektronenstrahl in in Fig. 9 nicht
dargestellter Weise auf zwei weitere um ca. 90° gegenüber dem
Brennfleck B1 bzw. B2 versetzte Brennflecke B3 und B4
abzulenken, wobei bei Auftreffen des Elektronenstrahls auf
die Auftrefffläche 32 des Anodentellers 33 jeweils ein Rönt
genstrahlenbündel erzeugt wird, welches in einem Falle durch
das Strahlenaustrittsfenster 38.3 und im anderen Fall durch
das Strahlenaustrittsfenster 38.4 aus der Röntgenröhre 30
austreten würde.
Es wird also deutlich, daß im Falle des vorliegenden Ausfüh
rungsbeispiels durch geeignete Beaufschlagung der Spulen des
Quadrupol-Magnetsystems 39 mit Parametersätzen von Spulen
strömen vier um ca. 90° versetzte Brennflecke auf der Auf
trefffläche 32 des Anodentellers 33 erzeugbar sind, wobei bei
Auftreffen des Elektronenstrahls auf der Auftrefffläche 32
des Anodentellers 32 Nutzröntgenstrahlenbündel erzeugt wer
den, welche durch den jeweiligen Brennflecken zugeordnete
Strahlenaustrittsfenster 38.1 bis 38.4 aus der Röntgenröhre
30 austreten.
Im Falle des in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiels ist da
bei auf eine zusätzliche, dem Quadrupol-Magnetsystem 39 nach
geschaltete Spule zur Formung und Ausrichtung des Elektronen
strahls verzichtet worden. Im übrigen muß auch die in Fig. 2
dargestellte Röntgenröhre 1 nicht notwendigerweise mit einer
derartigen Spule versehen sein. Es kann aber auch mehr als
nur eine derartige Spule zur Beeinflussung des Elektronen
strahls dem Quadrupol-Magnetsystem nachgeschaltet sein.
Die dem Quadrupol-Magnetsystem nachgeschaltete Spule zur Be
einflussung der Form und der Ausrichtung des Brennfleck auf
der Auftrefffläche der Anode muß dabei nicht notwendigerweise
ein Solenoid sein, sondern kann auch eine andersartig ausge
bildete, ein geeignetes Magnetfeld erzeugende Spule sein.
Im Falle des in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispieles ist die
Anzahl der verlagerten Brennflecke bzw. die Anordnung der den
Brennflecken zugeordneten Strahlenaustrittsfenster nur exem
plarisch zu verstehen und kann auch anders ausgeführt sein.
Beispielsweise können auch mehr als vier Brennflecke durch
geeignete Beaufschlagung der Spulen des Quadrupol-Magnetsy
stems mit Spulenströmen entsprechender Parametersätze erzeugt
werden, wobei jedem der erzeugten Brennflecke ein Strahlen
austrittsfenster zum Austritt des Nutzröntgenstrahlenbündels
aus der Röntgenröhre zugeordnet ist.
Im übrigen muß das Quadrupol-Magnetsystem nicht notwendiger
weise nur vier Spulen, sondern kann auch mehr, z. B. acht,
Spulen aufweisen, wobei jede Spule mit einem geeigneten Spu
lenstrom beaufschlagt wird. In diesem Fall könnten bei
spielsweise vier Spulen mit Spulenströmen zur Erzeugung des
Dipolfeldes und vier Spulen mit Spulenströmen zur Erzeugung
des Quadrupolfeldes beaufschlagt werden. Ein Parametersatz
von Spulenströmen würde dann acht Spulenströme umfassen.
Es wird also deutlich, daß die Ausführungsbeispiele nur
exemplarisch zu verstehen sind und andere Ausgestaltungen der
Röntgenröhre im Rahmen der Erfindung möglich sind.
Die erfindungsgemäße Röntgenröhre ist vorstehend am Beispiel
einer Drehröhre und einer Drehanodenröntgenröhre beschrieben
worden. Bei der erfindungsgemäßen Röntgenröhre kann es sich
jedoch auch um eine Festanodenröntgenröhre handeln.
Claims (7)
1. Röntgenröhre mit einem Vakuumgehäuse (2, 31) aufweisend eine
Elektronen emittierende Kathodenanordnung (5, 34) und eine
Anode (9, 33) mit einer Auftrefffläche (11, 32), auf die die
mittels eines elektrischen Feldes beschleunigten, einen Elek
tronenstrahl (8, E1, E2) bildenden Elektronen in einem Brenn
fleck (12, 12.1, 12.2, B1, B2) auftreffen und mit einem Spu
len (21) aufweisenden Quadrupol-Magnetsystem (18, 39) zur Fo
kussierung und Ablenkung des Elektronenstrahls (8, E1, E2),
wobei dem Quadrupol-Magnetsystem (18, 39) Steuermittel (22,
40) zugeordnet sind, welchen mehrere verschiedene, speicher-
und aktivierbare Parametersätze von Spulenströmen derart vor
gebbar sind, daß in Abhängigkeit von dem jeweiligen Parame
tersatz der Brennfleck (12, 12.1, 12.2, B1, B2) auf bestimmte
Orte der Auftrefffläche (11, 32) der Anode (9, 33) diskret
azimutal verlagerbar ist.
2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, welche wenigstens eine dem
Quadrupol-Magnetsystem (18, 39) räumlich nachgeschaltete
Spule (23) aufweist, wobei mit der Spule (23) ein Magnet
feld erzeugbar ist, mit welchem die Form des Brennflecks
(12, 12.1, 12.2, B1, B2) und dessen Ausrichtung relativ
zu der Auftrefffläche (11, 32) beeinflußbar ist.
3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, deren Spule ein Solenoid
(23) ist.
4. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren
Vakuumgehäuse (31) wenigstens zwei jeweils einem Brenn
fleck (B1, B2) zugeordnete Strahlenaustrittsfenster
(38.1, 38.2) aufweist.
5. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren
Vakuumgehäuse (2) ein ringförmiges Strahlenaustrittsfen
ster (13) aufweist.
6. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, deren
Vakuumgehäuse (2) um eine Achse (15) drehbar ist, wobei
die Kathodenanordnung (5) und die Anode (9) jeweils fest
mit dem Vakuumgehäuse (2) verbunden sind.
7. Verwendung einer Röntgenröhre nach Anspruch 6 für Stereo
aufnahmen von einem Objekt.
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