DE19819244C1 - Rotatable X=ray tube - Google Patents

Rotatable X=ray tube

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Abstract

The X-ray tube has a vacuum housing (1) rotatably mounted in bearings (4,5). An anode part (8) is non-rotatably connected to the vacuum housing. A cathode arrangement (7) is arranged opposite the anode part. The cathode arrangement generates an electron beam (ES), which is incident on the anode part at a focal point (BF). The vacuum housing has a region (11), which is provided as a beam exit window for the X-ray beam from the focal point. The circumference of the window region is divided into sections with different filter effects. These sections are preferably formed from different materials.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre, welche durch wech­ selnde Filterung der von einem Anodenteil ausgehenden Rönt­ genstrahlung Röntgenstrahlung mit rasch aufeinanderfolgend wechselndem Strahlungsspektrum abgibt.The invention relates to an X-ray tube, which by Selective filtering of the X-ray emanating from an anode part gene radiation X-ray radiation with rapidly successive alternating radiation spectrum.

Solche Röntgenröhren werden für Untersuchungen nach der soge­ nannten Zwei- bzw. Mehrspektren-Methode verwendet, bei der mit unterschiedlichem Strahlungsspektrum erzeugte Röntgen­ bilder eines zu untersuchenden Bereichs voneinander subtra­ hiert werden.Such X-ray tubes are used for examinations according to the so-called called two or multi-spectra method used in the X-rays generated with different radiation spectra subtra be hated.

Eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art ist beispiels­ weise in der US 4,433,431 beschrieben. Bei der bekannten Röntgenröhre handelt es sich um eine Drehanoden- Röntgenröhre, deren Anodenteller aus Sektoren unterschiedli­ chen Materials zusammengesetzt und an seinem Rand mit ei­ nem axial gerichteten Kragen versehen ist, der in Umfangs­ richtung in den Sektoren zugeordnete, unterschiedliche Fil­ terwirkung aufweisende Abschnitte unterteilt ist. Auf diese Weise geht infolge des Umstandes, daß einerseits die Dreh­ anode zwar rotiert, andererseits der Brennfleck aber ortsfest bleibt, die Röntgenstrahlung abwechselnd von unterschiedli­ chen Anodenmaterialen aus und tritt außerdem durch unter­ schiedliche Abschnitte des Kragens, die die Röntgenstrahlung unterschiedlich filtern. Die bekannte Röntgenröhre gibt daher Röntgenstrahlung mit rasch aufeinanderfolgend wechselndem Strahlungsspektrum ab.An X-ray tube of the type mentioned is an example as described in US 4,433,431. In the known X-ray tube is a rotating anode X-ray tube, the anode plate of different sectors Chen material composed and on its edge with egg Nem axially directed collar is provided in the circumference different fil Interacting sections is divided. To this Way goes due to the fact that on the one hand the rotation anode rotates, but on the other hand the focal spot is stationary remains, the X-rays alternate from differing Chen anode materials and also passes through under different sections of the collar that contain the x-rays filter differently. The well-known X-ray tube is there X-rays with rapidly changing ones Radiation spectrum.

Nachteilig an der bekannten Röntgenröhre ist, daß zusätzliche Teile an dem Anodenteller angebracht werden müssen, die des­ sen Gewicht und damit die Lagerbelastung der zur drehbaren Lagerung der Drehanode vorgesehenen Lager in unerwünschter Weise erhöhen. A disadvantage of the known X-ray tube is that additional Parts must be attached to the anode plate, the des sen weight and thus the bearing load of the rotatable Storage of the rotating anode provided storage in unwanted Way increase.  

Aus der DE 34 17 250 A1 ist eine Röntgenröhre bekannt, die mehrere, aus unterschiedlichen Materialien gebildete Strahlen­ austrittsfenster aufweist, wobei jedem Strahlenaustrittsfen­ ster ein Anodenbereich aus unterschiedlichem Anodenmaterial zugeordnet ist.From DE 34 17 250 A1 an X-ray tube is known several rays formed from different materials has exit window, each radiation exit window ster an anode area made of different anode material assigned.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie kostengün­ stig herstellbar ist.The invention has for its object an X-ray tube of the type mentioned in such a way that they are inexpensive is always producible.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rönt­ genröhre mit einem in Lagern drehbar gelagerten Vakuumge­ häuse, mit einem drehfest mit dem Vakuumgehäuse verbundenem Anodenteil und mit einer dem Anodenteil gegenüberliegend an­ geordneten Kathodenanordnung, von welcher ein in einem Brenn­ fleck auf das Anodenteil auftreffender Elektronenstrahl aus­ geht, deren Vakuumgehäuse einen als Strahlenaustrittsfenster für die von dem Brennfleck ausgehende Röntgenstrahlung vorge­ sehenen, vorzugsweise ringförmigen Bereich aufweist, der in Umfangsrichtung in unterschiedliche Filterwirkung aufweisende Abschnitte unterteilt ist.According to the invention, this object is achieved by an X-ray gene tube with a vacuum rotatably mounted in bearings housing, with a non-rotatably connected to the vacuum housing Anode part and with one opposite the anode part ordered cathode arrangement, one of which in a furnace spot electron beam hitting the anode part goes, whose vacuum housing one as a radiation exit window for the X-ray radiation emanating from the focal spot see, preferably annular region, which in Circumferential direction in different filter effect Sections is divided.

Da das Material der Abschnitte, unabhängig von der Röhren­ spannung, mit der die Röntgenröhre betrieben wird, in einem gewissen Umfang die Strahlenqualität der erzeugten Röntgen­ strahlung bzw. den Schwerpunkt des Strahlungsspektrums beein­ flußt, wird deutlich, daß die erfindungsgemäße Röhre inner­ halb einer Umdrehung entsprechend der Ausbildung der unter­ schiedliche Filterwirkung aufweisenden Abschnitte Röntgen­ strahlung unterschiedlicher Strahlungsspektren aussendet. Da­ bei ist vorteilhaft, daß keinerlei zusätzlichen Bauelemente benötigt werden, sondern lediglich der ohnehin vorhandene, als Strahlenaustrittsfenster dienende Bereich des Vakuumge­ häuses derart ausgebildet werden muß, daß er Abschnitte un­ terschiedlicher Filterwirkung aufweist. Because the material of the sections, regardless of the tubes voltage with which the x-ray tube is operated in one the radiation quality of the generated X-ray to a certain extent radiation or the focus of the radiation spectrum flows, it is clear that the tube according to the invention inner half a turn according to the formation of the under X-ray sections having different filter effects emits radiation of different radiation spectra. There is advantageous in that no additional components are required, but only the already existing serving as radiation exit area of the vacuum area house must be trained such that he un sections different filter effect.  

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abschnitte aus unterschiedlichen Mate­ rialien gebildet sind. In diesem Zusammenhang sieht eine Variante der Erfindung vor, daß Abschnitte aus einem Material mit einer Ordnungszahl zwischen 65 und 74, insbesondere Tan­ tal, und aus einem Material mit einer Ordnungszahl zwischen 39 und 49, insbesondere Molybdän, vorgesehen sind.According to a preferred embodiment of the invention provided that the sections of different mate rialien are formed. In this context one sees Variant of the invention that sections made of one material with an atomic number between 65 and 74, especially tan  valley, and from a material with an atomic number between 39 and 49, in particular molybdenum, are provided.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung können die Abschnitte auch unterschiedliche Wandstärke aufweisen.According to a further preferred embodiment of the invention The sections can also have different wall thicknesses exhibit.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is described below of the accompanying schematic drawings. It demonstrate:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Röntgenröhre im Längsschnitt, Fig. 1 is an X-ray tube according to the invention in longitudinal section;

Fig. 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1, und Fig. 2 shows a section along the line II-II in Fig. 1, and

Fig. 3 und 4 die Strahlenspektren der von der Röntgenröhre gemäß den Fig. 1 und 2 ausgehenden Röntgen­ strahlung.Radiation FIGS. 3 and 4, the radiation spectra of the emitted by the X-ray tube shown in FIGS. 1 and 2 X-ray.

Die erfindungsgemäße Röntgenröhre weist gemäß Fig. 1 ein ins­ gesamt mit 1 bezeichnetes, zu einer Mittelachse M rotati­ onssymmetrisches Vakuumgehäuse auf, das an seinen beiden Enden mit Wellenstummeln 2 und 3 versehen ist, die in Wälz­ lagern 4 und 5 aufgenommen sind.The X-ray tube according to the invention has, as shown in FIG. 1, a total designated 1, to a central axis M rotati onssymmetrisches vacuum housing, which is provided at both ends with shaft ends 2 and 3 , the bearings in bearings 4 and 5 are added.

Das Vakuumgehäuse 1 weist an seinem einen Ende einen rohrför­ migen, verrippten Hochspannungsisolator 6 auf, in den vakuum­ dicht eine insgesamt mit 7 bezeichnete Kathodenanordnung ein­ gesetzt ist. An seinem anderen Ende weist das Vakuumgehäuse 1 ein tellerförmiges, zur Mittelachse M rotationssymmetrisches Anodenteil 8 auf, das über ein trichterförmiges Gehäuseteil 9 des Vakuumgehäuses mit dem Hochspannungsisolator 6 vakuum­ dicht verbunden ist.The vacuum housing 1 has at one end a rohrför shaped, ribbed high-voltage insulator 6 , in the vacuum tightly a cathode arrangement, designated overall as 7, is inserted. At its other end, the vacuum housing 1 has a plate-shaped anode part 8 , which is rotationally symmetrical with respect to the central axis M and which is vacuum-tightly connected to the high-voltage insulator 6 via a funnel-shaped housing part 9 of the vacuum housing.

Im Betrieb der Röntgenröhre, d. h., wenn die Kathodenanordnung 7 in nicht dargestellter Weise mit einem Heizstrom versorgt wird und zwischen der Kathodenanordnung 7 und dem Anodenteil 8 Hochspannung anliegt, geht von der Kathodenanordnung ein in der Figur strichliert angedeuteter Elektronenstrahl ES aus, der in einem Brennfleck BF auf das Anodenteil 8 auftrifft.In the operation of the X-ray tube, that is, when the cathode arrangement 7 is supplied with a heating current in a manner not shown and high voltage is present between the cathode arrangement 7 and the anode part 8 , an electron beam ES, indicated in dashed lines in the figure, emanates from the cathode arrangement and is in a focal spot BF strikes the anode part 8 .

Das Vakuumgehäuse 1 ist im Bereich seines dem Hochspannungsi­ solator 6 benachbarten Endes des Gehäuseteiles 9 von einem elektromagnetischen System 10 zur Beeinflussung des Elektro­ nenstrahls ES umgeben.The vacuum housing 1 is in the region of its Hochspannungsi solator 6 adjacent end of the housing part 9 surrounded by an electromagnetic system 10 for influencing the electron beam ES.

Die beschriebenen Komponenten sind in einem nicht dargestell­ ten, mit einem geeigneten Isolier- und Kühlmittel gefüllten Strahlenschutzgehäuse aufgenommen und in diesem mit Ausnahme des ortsfesten elektromagnetischen Systems mittels der Wälz­ lager 4 und 5 drehbar gelagert. Um die beschriebene Anordnung mit Ausnahme des elektromagnetischen Systems 10 in Rotation versetzen zu können, ist ein in der Figur nicht gezeigter Mo­ tor vorgesehen.The components described are accommodated in a radiation protection housing (not shown) filled with a suitable insulating and coolant and rotatably supported in this with the exception of the stationary electromagnetic system by means of the roller bearings 4 and 5 . In order to be able to set the described arrangement with the exception of the electromagnetic system 10 in rotation, a motor not shown in the figure is provided.

Im Betrieb der Röntgenröhre ist das elektromagnetische System 10 in nicht dargestellter Weise mit einer Steuereinheit ver­ bunden, die das entsprechend aufgebaute elektromagnetische System 10 mit solchen Strömen beaufschlagt, daß einerseits der Elektronenstrahl ES derart abgelenkt wird, daß der Brenn­ fleck BF eine in bezug auf die Mittelachse M exzentrische Po­ sition aufweist und andererseits der Elektronenstrahl ES der­ art fokussiert wird, daß der Brennfleck BF eine vorgegebene Geometrie aufweist.In the operation of the x-ray tube, the electromagnetic system 10 is connected in a manner not shown with a control unit which acts on the correspondingly constructed electromagnetic system 10 with such currents that on the one hand the electron beam ES is deflected in such a way that the focal spot BF is one with respect to the Central axis M has eccentric position and on the other hand the electron beam ES is focused in such a way that the focal spot BF has a predetermined geometry.

Infolge der ortsfesten Anordnung des elektromagnetischen Sy­ stems 10, der Anordnung des Kathodensystems auf der Mittel­ achse M und der Rotation des Vakuumgehäuses 1 mit dem Anoden­ teil 8 um die Mittelachse M entsteht ein stationärer Brenn­ fleck BF, unter dem sich das Anodenteil 8, ähnlich wie der Anodenteller im Falle einer Drehanodenröhre, hinwegdreht.As a result of the fixed arrangement of the electromagnetic system 10 , the arrangement of the cathode system on the central axis M and the rotation of the vacuum housing 1 with the anode part 8 about the central axis M, a stationary focal spot BF is formed, under which the anode part 8 , similar to the anode plate in the case of a rotating anode tube, turns away.

Im Falle der erfindungsgemäßen Röntgenröhre weist das Gehäu­ seteil 9 des Vakuumgehäuses 1 einen als Strahlenaustrittsfen­ ster für die Röntgenstrahlung, von dieser ist in der Figur nur der Zentralstrahl ZS strichliert angedeutet, dienenden ringförmigen Bereich 11 auf, der, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, in Umfangsrichtung in unterschiedliche Fil­ terwirkung aufweisende Abschnitte 11 1 bis 11 4 unterteilt ist.In the case of the x-ray tube according to the invention, the housing seteil 9 of the vacuum housing 1 has a serving as a radiation exit window for the x-radiation, of which only the central beam ZS is indicated in dashed lines in the figure, serving annular region 11 which, as can be seen in particular from FIG. 2 , is divided in the circumferential direction into different filtering sections 11 1 to 11 4 .

Dabei sind die Abschnitte 11 1 und 11 3 aus Tantal gebildet und weisen eine Dicke von 0,2 mm auf, während die Abschnitte 11 2 und 11 4 aus Molybdän mit einer Dicke von 0,42 mm gebildet sind.The sections 11 1 and 11 3 are formed from tantalum and have a thickness of 0.2 mm, while the sections 11 2 and 11 4 are formed from molybdenum with a thickness of 0.42 mm.

Wenn die erfindungsgemäße Röntgenröhre im Betrieb rotiert, wird also abwechselnd Röntgenstrahlung mit dem in Fig. 3 dar­ gestellten Strahlungsspektrum für die Abschnitte 11 1 und 11 3 und dem in Fig. 4 dargestellten Strahlungsspektrum für die Abschnitte 11 2 und 11 4 abgestrahlt.When the X-ray tube according to the invention rotates during operation, X-radiation is alternately emitted with the radiation spectrum shown in FIG. 3 for the sections 11 1 and 11 3 and the radiation spectrum shown in FIG. 4 for the sections 11 2 and 11 4 .

Den beiden in den Fig. 3 und 4 dargestellten Strahlungsspek­ tren, die jeweils die relative Photonenflußdichte als Funk­ tion der Energie der Photonen zeigen, ist gemeinsam, daß sie für einen mit Röhrenspannungen von bis zu 150 kV betreibbaren Diagnostikstrahler mit Wolfram-Rhenium-Anode und einer Vor­ filterung von 1,5 mm Aluminium bei 100 kV Röhrenspannung, 10 mA Röhrenstrom in einem Abstand von 100 cm ermittelt wur­ den.The two centers in FIGS. 3 and 4, radiation Spek, each tion, the relative photon flux as a radio show the energy of the photons is common that they for one with peak voltages of up operable to 150 kV diagnostics emitter with tungsten-rhenium anode and a pre-filtering of 1.5 mm aluminum at 100 kV tube voltage, 10 mA tube current at a distance of 100 cm.

Im Falle der Abschnitte 11 1 und 11 3 ergibt sich eine Dosis­ leistung von 9,80 mR/s entsprechend 85,7 µGy/s entspre­ chend einer Luft-KERMA-Leistung nach DIN 6814, Teil 3, von 8,57 µGy/mAs.In the case of sections 11 1 and 11 3 , a dose rate of 9.80 mR / s corresponds to 85.7 µGy / s corresponding to an air KERMA rate according to DIN 6814, Part 3 , of 8.57 µGy / mAs .

Im Falle der Abschnitte 11 2 und 11 4 ergibt sich eine Dosis­ leistung von 9,16 mR/s entsprechend 80,1 µGy/s entspre­ chend einer Luft-KERMA-Leistung nach DIN 6814, Teil 3, von 8,01 µGy/mAs. In the case of sections 11 2 and 11 4 , a dose rate of 9.16 mR / s corresponds to 80.1 µGy / s corresponding to an air KERMA rate according to DIN 6814, Part 3 , of 8.01 µGy / mAs .

Aus den Fig. 3 und 4 ist ersichtlich, daß die Verschiebung der Strahlungsspektren bei annähernd gleicher Dosisausgangs­ leistung sowie konstanter Röhrenspannung und konstantem Röhrenstrom nur durch die unterschiedliche Filterwirkung der Abschnitte 11 1 bis 11 4 über 10 keV beträgt. Somit wird ein deutlicher Ein­ fluß auf die Kontrastwirkung des Bildes erzielt, was für die Zwei- bzw. Mehrspektren-Methode wesentlich ist.From Figs. 3 and 4 it is seen that the displacement of the radiation spectra power at approximately the same dose and constant output tube voltage and tube current constant is only due to the different filtering effect of the sections 11 1 to 11 4 over 10 keV. A clear influence on the contrast effect of the image is thus achieved, which is essential for the two- or multi-spectra method.

Bei der Durchführung von Untersuchungen nach der Zwei- bzw. Mehrspektren-Methode muß eine Synchronisation der von der Drehzahl des Vakuumgehäuses 1 abhängigen Frequenz, mit der sich die Strahlungsspektren der Röntgenstrahlung ändern, mit dem Strahlenempfänger bzw. der Bildverarbeitung gegeben sein. Da heute Bildverarbeitungseinrichtungen ausreichender Rechen­ leistung zur Verfügung stehen, kann die Subtraktion der Bil­ der in Echtzeit erfolgen.When carrying out investigations according to the two- or multi-spectra method, the frequency-dependent frequency of the vacuum housing 1 , with which the radiation spectra of the X-ray radiation change, must be synchronized with the radiation receiver or the image processing. Since image processing devices have sufficient computing power available today, the images can be subtracted in real time.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels ist der als Strahlenaustrittsfenster dienende Bereich des Vakuumgehäuses in vier Abschnitte unterteilt, die aus zwei unterschiedlichen Materialien unterschiedlicher Dicke gebildet sind.In the case of the described embodiment, the is as Area of the vacuum housing serving radiation exit window divided into four sections consisting of two different ones Materials of different thicknesses are formed.

Die Zahl der Abschnitte im Falle des Ausführungsbeispiels ist nur beispielhaft zu verstehen. Es kann praktisch jede belie­ bige Zahl von Abschnitten vorgesehen sein, sofern wenigstens zwei Abschnitte vorhanden sind. Was die Anzahl der unter­ schiedlichen Materialien angeht, so ist auch diese nicht be­ grenzt. Ebenso kann die Dicke der Abschnitte beliebig variie­ ren, und zwar sowohl für Abschnitte aus dem gleichen, wie auch für Abschnitte aus unterschiedlichem Material.The number of sections in the case of the embodiment is to be understood only as an example. Virtually any bige number of sections, provided at least there are two sections. As for the number of under different materials, so this is not be borders. The thickness of the sections can also vary as desired ren, both for sections from the same as also for sections made of different materials.

Die Erfindung ist vorstehend am Beispiel einer ein elektroma­ gnetisches System zur Beeinflussung des Elektronenstrahls aufweisenden Drehröhre erläutert. Die Erfindung kann jedoch auch bei solchen Drehröhre zur Anwendung kommen, bei denen in aus der US 5,046,186 an sich bekannter Weise die Kathodenanordnung relativ zu dem Vakuumgehäuse drehbar gelagert ist und durch geeignete Maßnahmen relativ zu dem Vakuumgehäuse ortsfest gehalten wird.The invention is based on the example of an electroma genetic system for influencing the electron beam having rotary tube explained. However, the invention can can also be used for those rotary tubes in which from US 5,046,186 known per se the cathode assembly is rotatable relative to the vacuum housing  is stored and by appropriate measures relative to the Vacuum housing is kept stationary.

Claims (6)

1. Röntgenröhre mit einem in Lagern (4, 5) drehbar gelager­ ten Vakuumgehäuse (1), einem drehfest mit dem Vakuumgehäuse (1) verbundenem Anodenteil (8) und einer dem Anodenteil (8) gegenüberliegend angeordneten Kathodenanordnung (7), von welcher ein in einem Brennfleck auf dem Anodenteil (8) auf­ treffender Elektronenstrahl (ES) ausgeht, deren Vakuumge­ häuse(1) einen als Strahlenaustrittsfenster für die von dem Brennfleck (BF) ausgehende Röntgenstrahlung vorgesehenen Be­ reich (11) aufweist, der in Umfangsrichtung in unterschied­ liche Filterwirkung aufweisende Abschnitte (11 1, 11 2, 11 3, 11 4) unterteilt ist.1. X-ray tube with a rotatably mounted in bearings ( 4 , 5 ) th vacuum housing ( 1 ), a non-rotatably connected to the vacuum housing ( 1 ) anode part ( 8 ) and an anode part ( 8 ) opposite cathode arrangement ( 7 ), one of which in a focal spot on the anode part ( 8 ) on the incident electron beam (ES), whose vacuum housing ( 1 ) has a radiation exit window provided for the X-ray radiation emanating from the focal spot (BF) and has a large area ( 11 ) in the circumferential direction in differ ent Sections having filter effect ( 11 1 , 11 2 , 11 3 , 11 4 ) is divided. 2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, bei welcher die Abschnitte (11 1, 11 2, 11 3, 11 4) aus unterschiedlichen Materialien gebil­ det sind.2. X-ray tube according to claim 1, wherein the sections ( 11 1 , 11 2 , 11 3 , 11 4 ) are made of different materials. 3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, bei welcher Abschnitte (11 1, 11 2, 11 3, 11 4) aus einem Material mit einer Ordnungszahl zwi­ schen 65 und 74 und aus einem Material mit einer Ordnungszahl zwischen 39 und 49 vorgesehen sind.3. X-ray tube according to claim 2, in which sections ( 11 1 , 11 2 , 11 3 , 11 4 ) made of a material with an atomic number between 65 and 74 and of a material with an atomic number between 39 and 49 are provided. 4. Röntgenröhre nach Anspruch 3, bei welcher Abschnitte (11 1, 11 2, 11 3, 11 4) aus Tantal und aus Molybdän vorgesehen sind.4. X-ray tube according to claim 3, in which sections ( 11 1 , 11 2 , 11 3 , 11 4 ) of tantalum and of molybdenum are provided. 5. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Abschnitte (11 1, 11 2, 11 3, 11 4) unterschiedliche Wandstär­ ken aufweisen.5. X-ray tube according to one of claims 1 to 4, wherein the sections ( 11 1 , 11 2 , 11 3 , 11 4 ) have different wall thicknesses. 6. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der als Strahlenaustrittsfenster vorgesehene Bereich (11) des Vakuumgehäuses (1) von ringförmiger Gestalt ist.6. X-ray tube according to one of claims 1 to 5, in which the region ( 11 ) of the vacuum housing ( 1 ) provided as the radiation exit window is of an annular shape.
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