DE2729353A1 - Roentgenroehre mit wanderndem brennfleck - Google Patents

Description

• Röntgenröhre mit wandernden Brennfleck
• Die Erfindung betrifft Röntgenröhren mit wanderndem Brennfleck, insbesondere zur Anwendung bei Röntgenschichtaufnahmeverfahren.
• Solche Verfahren sind z.B. bekannt aus "Handbuch der medizinischen Radiologie Bd. 1, Teil 2 (1965) Seiten 203 bis 212.
• Bei den bekannten Geräten, wie sie etwa in vorgenannter Literaturstelle beschrieben sind, wird immer wenigstens eines der notwendigen Elemente, d.h. eines aus der Gruppe Strahlenquelle, Untersuchungsobjekt und Aufzeichnungsvorrichtung, bewegt. Dabei wird aber in der Regel der Patient ruhig gehalten und mindes-tens die Strahlenquelle verschoben. Dies erfordert aber großen Aufwand an Energie und Zeit. Dies beruht darauf, daß die Strahlenquelle wegen der erforderlichen Abschirmung schwer ist und in Bewegung gesetzt sowie wieder abgebremst werden muß.
• Dies bedeutet aber großen Zeitaufwand für eine einelne Aufnahme. Es haben sich kürzeste Aufnahmezeiten von 200 msec (Millisekunden) ergeben. Für die Aufnahme bewegter Organe, etwa des Herzens, müßten aber Schichtaufnahmezeiten von 80 msec erreicht werden. Unter Berücksichtigung der Bewegungsabläufe einzelner Herzpartien innerhalb der Herzschlagphase erscheint außerdem eine Schichtaufnahmedauer von < 20msec erstrebenswert.
• Solche schnellen Bewegungen sind mit den aus dem Stand der Technik bekannten Geräten nicht erreichbar.
• In der deutschen Patentanmeldung P 26 47 167.0 wurde für ein Verfahren zur Herstellung von Schichtaufnahmen mit Röntgen-oder ähnlich durchdringenden Strahlen eine Spezialröntgenröhre vorgeschlagen, die in einem Vakuumkolben eine Mehrzahl gittergesteuerter Kathoden enthält, denen ein Anodenblock gegenübersteht. Durch Anlegen entsprechender Potentiale an den Steuergittern wird ein wandernden Brennfleck erhalten. Dieser kann durch das Aufnahmeorgan bzw. den gewünschten Aufnahme ablauf gesteuert werden. Die Feinheit der Unterteilung nebeneinanderliegender Brennflecke ist bei dieser Ausbildung aber nach unten begrenzt durch den Raumbedarf der Halterung von Kathoden und Gitter.
• Bei einem Röntgendiagnostikgerät zur Herstellung von Transversalschichtbildern wurde gemäß DT-Patentanmeldung P 26 50 237.4 eine Röntgenstrahlenquelle vorgeschlagen mit einer ringförmig ausgebildeten Anode, der gegenüberliegend eine von der gewünschten Meßwertzahl abhängige Anzahl von Kathoden angeordnet ist, die schrittweise eingeschaltet werden. Dies kann etwa so erfolgen, daß alle Kathoden gleichzeitig an Heizspannung liegen und daß eine Schrittschaltvorrichtung zum aufeinanderfolgenden Anschalten des negativen Poles einer Hochspannungsquelle an die Kathoden vorhanden ist, wobei der positive Pol der Hochspannungsquelle mit der Anode verbunden ist. Bei einer solchen Anordnung ohne Steuergitter ergibt sich aber die Schwierigkeit, daß das rasche alternierende Einschalten der Hochspannung an dem jeweiligen Anoden-Kathodensystem nur mit relativ hohem Aufwand bewerkstelligt werden kann. Der Vorschlag umfaßt aber auch eine Röntgenröhre mit der in dem anderen älteren Vorschlag enthaltenen Verwendung eines Steuergitters, welches durch den Raumbedarf der Kombination Kathode und Gitter in der Unterteilung der Strahlenquelle nach unten begrenzt ist.
• Die Erfindung hat sich gegenüber dem Stand der Technik die Aufgabe gestellt, eine Anordnung anzugeben, mit welcher Schichtaufnahmezeiten unter 80 msec und vorzugsweise wenigstens herab bis 20 msec erreichbar sind. Gegenüber den älteren Patentanmeldungen besteht die Aufgabe in einer Vereinfachung des kon- struktiven Aufbaus und der Ermöglichung feinerer Unterteilungen der Strahlenquelle sowie Vermeidung des Aufwandes , der bei Anordnungen ohne Steuergitter besteht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Maßnahme gelöst.
• Durch die Anordnung einer einzigen Anode hinreichender Form und Größe sowie einer der gewünschten Meßzahl angepaßten Anzahl von Kathoden, die der Anode gegenüberliegen, und eines gemeinsamen (galvanisch nicht getrennten) Steuergitters wird der Aufbau der Röhre vereinfacht, weil für das Gitter nur eine Halterung notwendig ist. Dies bedingt auch, daß man die einzelnen Strahlenbündel in kürzeren Abständen anordnen kann, d.h., daß man die gewünschte Meßwertzahl erhöhen kann. Der sonst für die Befestigung der jeder Kathode zugeordneten Gitter benötigte Raum kann für die Anbringung weiterer Kathoden herangezogen werden. Das Steuergitter kann ebenso wie die Anode beliebige Form haben.
• Für die Zonoskopie und für die Computer-Tomographie erhalten sowohl Anode als auch Steuergitter die Form eines Ringes. Das Steuergitter (ehnelt) kann aus einem Metallring bestehen, der im Querschnitt rinnenförmiges Profil hat. Die Wand, welche die beiden Seitenwände der Rinnen miteinander verbindet, kann Schlitze etwa eingestanzt oder gesägt enthalten, die dann als Steuergitter wirksam werden. Zu jedem Schlitz gehört ein Heizwendel, dessen Anschlüsse aus dem Vakuumkolben der Röhre herausgeführt sind. Dabei sind die Wendeln galvanisch voneinander zu trennen, damit getrennte Einschaltung der Kathoden möglich wird. Die Trennung kann z.B. erfolgen durch induktive Übertragung des Heizstromes oder durch indirekte Heizung. Das Steuergitter liegt an einem festen Potential. Dies wird so gewählt, daß bei dem im Sperrzustand an der Kathode liegenden Potential kein Röhrenstrom fließen kann. Dadurch wird die in der Einleitung genannte Schwierigkeit vermieden, weil der Raumbedarf des Steuergitters infolge zulässiger galvanischer Kopplung geringer ist.
• Die Schaltung bzw. Steuerung des Röhrenstromes erfolgt durch Änderung des Kathodenpotentials, indem das Kathodenpotential gegenüber dem Gitterpotential so weit negativ ist, daß gerade der gewünschte Strom fließt. Für die Zonoskopie kann etwa eine Schaltung angewandt werden, wie sie z.B. beschrieben ist in DT-OS 22 23 021. Für die Computer-Tomographie sind die Schaltungsprinzipien anwendbar, die in unserer Anmeldung P 2650 237.4 angegeben sind.
• Die mechanische Anordnung kann so erfolgen, daß eine ringförmige Anode verwendet ist, deren Körper im Querschnitt dreieckige Form aufweist und das Gitter einen bandförmigen Ring, der rechtwinklig umgebogene Seitenwände hat. Sowohl der Anodenring als auch der Steuergitter-Ring werden dann konzentrisch zueinander angeordnet, derart, daß der die Seiternqände des Gitters verbindende bandförmige Teil des Steuergitters der Hypotenuse des eigentlichen Querschnittes der Anode gegenüberliegt und die Umbiegungen parallel zu einer der Kathoden verlaufen. Der Anodenring kann dabei innerhalb des Steuergitterringes liegen oder außerhalb; aber auch eine Anordnung nebeneinander bei gleichem Durchmesser ist möglich. Letztere wird insbesondere bei den großen Ringen zweckmäßig sein, die für die Computer-Tomographie Verwendung finden müssen, damit der zu durchstrahlende Körper ohne Bewegung der Röhre von allen Seiten durchstrahlt werden kann. Außerdem ist bei dieser Ausbildung die bandförmige Verbindung der beiden Seitenwände des Gitters senkrecht zur Achse des Gitters und der Anode gelagert. Die Hypotenuse des dreieckigen Querschnittes der Anode ist dabei nach innen geneigt, so daß austretende Strahlen in der bei Röntgenröhren bekannten Weise zum Zentrum des Anodenringes hin abgestrahlt werden.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren gezeichneten Ausflihrungsbeispiele erläutert.
• In der Fig. 1 ist das Schaubild einer erfindungsgemäß ausgestalteten Röntgenschichtaufnahmean ordnung für ebene Schichten dargestellt, in der Fig. 2 im Prinzipschaltbild für die Bewegung des Brennflecks über die Anode, in der Fig. 3 eine von einer Anordnung mit ringförmiger Anode abgeschnittene Hälfte und in der Fig. 4 eine ebenso abgeschnittene Hälfte aus einer Anordnung, die für die Computer-Tomographie geeignet ist.
• In der Fig. 1 ist ein Röntgengerät gezeichnet, bei welchem an einer Stativsäule 1 vertikal verschiebbar eine Patientenlagerungsplatte 2 und eine Strahlenquelle 3 angebracht sind. Im Betrieb ist außerdem noch eine elektrische Versorgungsanordnung 4 vorgesehen. Diese wird vom Netz versorgt. Bei einer Aufnahme im Sinne der Erfindung wird mittels der Stromversorgungseinrichtung 4 eine Röntgenröhre 5 in Betrieb gesetzt und eine im Tisch 2 untergebrachte Röntgen-Film-Kassette 6 in Richtung eines Pfeiles 7 in Bewegung gesetzt. Dabei wird in der Röhre ein Brennfleck von ca. 1 x 1 mm2 erzeugt. Dadurch wird ein Strahlenkegel 8 hergestellt und durch Wanderung der Einschaltung von mit 9 angedeuteten Kathoden entlang dem Pfeil 10 entgegengesetzt der Richtung, in welcher die Kassette verschoben wird, bewegt. Die Abstände der Kathoden 9 voneinander sind gleich und betragen ca. 0,5 bis ca. 2 cm.
• Die Einschaltung einer Kathode wird in einfacher Weise mit der Bewegung der Kassette synchronisiert, indem der in Fig. 2 gestrichelt angedeuteten Bewegungsbahn 11 nebeneinanderliegend Schalter 12 bis 16 zugeordnet sind. Alle diese Schalter sind geöffnet und werden lediglich beim Vorübergleiten der Kassette kurzzeitig geschlossen. Dadurch wird jeweils an der Heizwendel, also der Kathode 9, gegenüber der Anode 17 ein entsprechendes negatives Potential angelegt. Die Schalter haben in Richtung des Pfeils 7 Abstände von 2,5 cm voneinander, was auch den Abständen der Anoden 9 voneinander entspricht.
• Die elektrische Versorgung der Röhre 5 erfolgt von der Stromversorgungseinrichtung 4 über Leitungen 17', 19, 20 und 28 von entsprechenden Ausgangspolen der Einrichtung 4, die durch Gleichspannungsquellen 18 und 27 und einer Wechselspannungsquelle 21 von 50 Hz angedeutet sind; anwendbar sind aber auch Mittelfrequenzen und Hochfrequenzen, weil dies nur von der Art des Transformators oder Ubertragers abhängt. Daß die Einrichtung 4 auch betätigbare Einschaltmittel enthält, ist durch das Schaltersymbol 4' angedeutet. Die eigentliche Röntgenstrahlen erzeugende Potentialdifferenz liegt zwischen den Leitungen 17' und 28. Die Heizspannung für die Glühkathoden 9 wird durch die Wand der Röhre 5 hindurch induktiv übertragen. Die Gitterspannung ist zwischen den Leitungen 19 und 28 angelegt. Dazu ist für jede Heizwendel ein Heiztransformator vorgesehen, dessen Primärwicklung außerhalb und dessen Sekundärwicklung innerhalb der Röhre 5 liegt. So werden die Kathoden 9 einwandfrei galvanisch voneinander getrennt.
• In der Schaltung bedeutet die Spannungsquelle 18 die Anodenspannungsquelle von ca. 90 kV, die Quelle 21 die Heizspannungsquelle von ca. 10 V und die Quelle 27 die Gitterspannungsquelle von ca. 100 bis 1000 V.
• Beim Betrieb der Einrichtung wird, wie in Fig. 1 angedeutet, ein Röntgenstrahlenbündel 8 erzeugt, welches entlang dem Pfeil 10 in die Stellung 8' wandert. Dadurch wird eine Bewegungsdurchleuchtung erreicht, wie sie zur üblichen Schichtaufnahme erforderlich ist.
• Die in der Fig. 3 als von einer Röhre abgeschnittene Hälfte angedeutete Ausbildung enthält konzentrisch zueinander ein ringförmig aufgebautes Gitter 29 und eine innerhalb dieses Ringes konzentrisch zu ihm angeordnete ringförmige Anode 30.
• Dabei besteht das Gitter aus einem ringförmig gebogenen Band, dessen Seitenwände rechtwinklig umgebogen sind. Die die beiden Umbiegungen miteinander verbindende Seite 31 des Gitters 29 liegt parallel zur Achse, um die sie in ihrer Ringform gebogen ist. Die Umbiegungen liegen dadurch senkrecht zur Achse nach außen; während eine Kathete 32 an der Innenseite der ringförmigen Anode liegt, befindet sich die zweite mit 33 bezeichnete senkrecht zur Achse und parallel zu den umgebogenen Seitenwänden des Gitters 29. Die Hypotenuse 34 schließt mit der Achse einen inlcel ein und liegt gegenüber der Seite 31 des Gitters 29. Dieses Gitter besteht z.B. aus Nickel-Blech, welches ca. 0,2 mm stark ist. Die Anode 30 besteht aus Wolfram.
• Die Abmessungen des Gitters 29 sind in vorliegendem Beispiel so ausgelegt, daß der Durchmesser ca. 20 bis 70 cm, die Breite der Seite 31 ca. 1 bis 2 cm und die Breite der Umbiegungen ca. 1 bis 2 cm betragen. Die Anode 30 hat einen Durchmesser von ca. 10 bis 60 cm, eine Kathete 32 von ca. 2 cm, eine Kathete 33 von ca. 1 cm und eine Hypotenuse 34 von ca. 2,5 cm.
• An der Innenseite 31 des Gitters 29 sind Schlitze 35 eingestanzt, die ca. 1 mm breit und ca. 1 cm lang sind. Sie sind gleichmäßig verteilt und haben Abstände von ca. 0,5 bis 2 cm voneinander. Hinter jedem Spitz 35 befindet sich eine Glühkathode, von denen jeweils am abgeschnittenen Ende des Gitters 29 diejenigen sichtbar sind, die mit 36 und 37 bezeichnet sind.
• Sie haben Leitungen 38 und 39 sowie 40 und 41, die aus dem gläsernen Vakuumkolben 42 herausgeführt sind. Die übrigen Herausführungen sind mit der Bezugszahl 43 bezeichnet. Die zwischen den Leitungen 38 und 39 bzw. 40 und 41 liegende Heizspannung ist durch das jeweilige Wechselspannungsgeneratorsymbol 44 und 45 angedeutet. Die zur Röntgenstrahlenerzeugung erforderliche Hochspannung wird von einer Spannungsversorgungseinheit 46 geliefert. Außerdem sind noch als Batterien 47 und 48 symbolisierte, über eine Leitung 49 mit dem Gitter 29 verbundene Gleichstromquellen vorgesehen, die außerdem noch über Schalter 50 und 51 mit den Kathoden 36 und 37 verbindbar sind.
• Im Betrieb ist die Funktion der Röhre nach Fig. 3 folgendermaßen zu beschreiben: Durch die gleiche Zahl von Schaltern (in Fig. 3 nur Schalter 50 und 51 gezeichnet), die der Anzahl der Kathoden entspricht, wird die gleiche Anzahl von Spannungsquellen (in Fig. 3 nur 47 und 48 gezeichnet) alternierend abgeschaltet, so daß zwischen Gitter 29 und der jeweilig geschalteten Kathode keine Sperrspannung anliegt. Dadurch kann ein Röhrenstrom von der jeweils geschalteten Kathode zur Anode 30 fließen.
• In der Fig. 4 ist eine für die Computer-Tomographie einsetzbare Röntgenröhre 52 gezeichnet. Sie umfaßt in einem vakuumdichten gläsernen Kolben 53 eine ringförmig gebogene Anode 54, ein Gitter 55 und eine Anzahl von ca. 10 bis ca. 300 Glühkathoden, von denen die mit 56 und 57 bezeichneten jeweils am abgeschnittenen Ende des Gitter 55 sichtbar sind. Die Ausbildung der Anode und des Gitters stimmt an sich mit derjenigen nach Fig. 3 überein.
• Lediglich die Anordnung ist dahingehend geändert, daß sowohl die Anode 54 als auch das Gitter 55 gleichen Durchmesser von 30 bis 150 cm haben und daß sie um die gleiche Achse nebeneinanderliegen. Außerdem befindet sich bei dieser Ausbildung die mit Schlitzen versehene Seite 58 des Gitters und die Hypotenuse 59 des dreieckigen Querschnittes der Anode in axialer Richtung aufeinander. Die Neigung der Hypotenuse des dreieckigen Querschnittes weist auf die Achse von Gitter 58 und Anode, so daß bei dem Radius von ca. 150 cm, der hier vorgesehen ist, die Röhre in der Computer-Tomographie einsetzbar ist. Die Schaltung ist, wie bei der Röhre in Fig. 3 angedeutet, möglich.
• Die erfindungsgemäße Röhrenanordnung ist auch für rein elektronische Schichtverfahren ohne bewegte Kassetten (6, Fig. 1 und 2) anwendbar. Die wegen der Vermischung für die Schichtdarstellung dann erforderliche Simulierung einer entsprechenden Bewegung, d.h. die Fortschaltung der Röhren, kann mit einem Steuergenerator erfolgen und die synchrone Bewegung des Bildes durch Aufnahme mit einem Röntgenbildverstärker und magnetische Ablenkung des Ausgangsbildes (vgl. z.B. DT-Patentanmeldung P 27 12 320.2).

Claims (6)

1. Patentansprüche 1. Röntgenröhre zur Herstellung von Körperschichtbildern mittels eines abtastend bewegten Röntgenstrahlenbündeis, wobei die Quelle mit einer der Abtastbewegung entsprechend geformten Anode, einer Mehrzahl von der Anode gegenüberstehenden Kathoden und diesen vorgeschalteten Steuergittern ausgestattet ist, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß alle Gitter an einem gemeinsamen Potential liegen und daß die Fortschaltung des Strahlenbündels durch getrennte Einschaltung der Kathoden erfolgt.
2. 2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter ebenso wie die Anode ein metallener Ring ist, wobei aber das Gitter Öffnungen für den Durchtritt der von der Kathode kommenden Elektronen hat.
3. 3. Rohre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenring innerhalb des Gitterringes liegt.
4. 4. Röhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser von Anodenring und Gitterring gleich groß sind und daß sie gleichachsig nebeneinander liegen.
5. 5. Röhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter aus einem ringförmig gebogenen Blechteil ist, das im Querschnitt U-förmiges Profil hat und bei dem die Gitteröffnungen im Steg zwischen den Seitenwänden liegen.
6. 6. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstrom induktiv übertragen wird und ein Wechselstrom eine Frequenz von ca. 50 Hz bis ca. mehr kHz, insbesondere 500 Hz, ist.