DE2738165A1

DE2738165A1 - Roentgenstrahlungsgenerator

Info

Publication number: DE2738165A1
Application number: DE19772738165
Authority: DE
Inventors: Thomas John Koller; Jacob Adolf Randmer
Original assignee: Machlett Laboratories Inc
Current assignee: Machlett Laboratories Inc
Priority date: 1976-08-30
Filing date: 1977-08-24
Publication date: 1978-03-09
Also published as: US4107562A; DE2738165C2; IT1084297B; JPS5822880B2; CH620792A5; GB1550317A; FR2363258B1; FR2363258A1; CA1087762A; ATA622377A; JPS5329688A

Description

DORMER 8, HlJFMAGEL

LANDWEHRSTR. 37 ΘΟΟΟ MÜNCHEN 2 TGL. O 89 / 59 67 84

München, den 22. August 1977 Anwaltaaktenz.: 27 - Pat. 173

The Machlett Laboratories Inc., Stamford, Connecticut, Vereinigte Staaten von Amerika

Röntgenstrahlungsgenerator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röntgenstrahlungsgenerator, insbesondere von einer Bauart, welche zur Abgabe eine· symmetrischen Strahlungsbündels ausgebildet ist.

Ein Röntgenstrahlungsgenerator enthält im allgemeinen ein Abschirmgehäuse, in welchem isoliert eine Röntgenröhre gehaltert ist, die mittels eines das Abschirmgehäuse durchströmenden, dielektrischen Strömungemittels gekühlt sein kann. Die Röntgenröhre enthält gewöhnlich einen evakuierten Röhrenkolben, in dem sich eine elektronenemittierende Kathode befindet, die einen Strahl von Elektronen hoher Energie erzeugt und auf ein· abgeschrägte Anodenfläche richtet, welche alt Bezug auf die Axialrichtung in bestimmtem Abstand angeordnet ist. Auf die·· Weise werden Röntgenstrahlen angeregt, welche von der abgeschrägten Anodenfläche emittiert werden und als divergentes Strahlenbündel durch ein in radialer Richtung ausgerichtet·· Fenster des Gehäuses gelangen.

Im allgemeinen ist die Öffnung, aus welcher die Röntgenstrahlen austreten, nach einwärts gerichtet und enthält ein röntgenj strahlendurchlässiges Fenster, das sich in Richtung auf den ! Brennfleckbereich der Röhre nach einwärts wölbt, um eine Schwä- ! chung des Röntgenstrahles zu vermeiden. Nachdem sich das Fenster , sehr nahe an der auf hohem positivem Potential gehaltenen Anode der Röntgenröhre befindet, ist es gewöhnlich aus einem leicht formbaren dielektrischen Werkstoff hergestellt, wobei das Fenster sich mit ebenen Oberflächen an die Wand des Röhrenkolben« anschließt. Demzufolge ergab sich, daß ein divergierendes Röntgenstrahlenbündel, welches durch das Strahlungsfenster fällt, eine ungleichförmige Verteilung der Röntgenstrahlungsintensität in Abhängigkeit von dem Strahlwinkel aufweist. Je größer der Divergenzwinkel des jeweils betrachteten Röntgenstrahles ist, desto größer ist die Absorption derjenigen Röntgenstrahlen, I welche nahe den Grenzen des Strahlenbündele verlaufen. Diese ; bevorzugte Absorption von unter einem Winkel austretenden i Röntgenstrahlen in einem divergierenden Strahlenbündel berei- > tet insbesondere bei bestimmton Diagnoseverfahren Schwierigkeii ten, bei welchen es vorteilhaft ist, wenn der Querschnitt eines i einfallenden Rniitgenstrahlenbiindels im wesentlichen gleichför-■ mige Eigenschaften besitzt. Bei der rechnergesteuerten Schnitt- ! bilderzeugung ist es beispielsweise wünschenswert, an einem : ' bestrahlten Patienten Unterschiede der Röntgenstrahlungsabsorpj tion von etwa einem halben Prozent feststellen zu können· >

; Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Röntgen- : ntralilungagenerator in solcher Weise auszubilden, daß die bevorzugte Absorption der unter einem Winkel austretenden j Rütitgenntrahlen in einem divergierenden Strahlenbündel des I Generators möglichst gering gehalten wird.

Ausgehend von einem Röntgenstrahlungsgenerator mit einer einen röhrenförmigen Kolben aufweisenden Röntgenröhre, in welcher sich eine Anode befindet, von deren Oberfläche ein Röntgenstrahlungsbündel aus dem Kolben emittiert wird, sowie mit

809B10/0768.......

einen Abschirmgehäuee, welches die Röntgenröhre umschließt und ein röntgenatrahlendurchläasigea Fenater aufweist, wird die soeben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dieaea Fenater mit Bezug auf die röntgenatrahlungaemittierende Oberfläche der Anode derart angeordnet ist, daß sich für divergierende Röntgenstrahlen dea Röntgenstrahlenbündela gleich lange Wege zu dem Fenster hin ergeben.

Inabeaondere iat das röntgenatrahlungsdurchlässige Fenater mit Bezug auf die emittierende Anodenoberfläche bzw. den Brennfleck bogenförmig angeordnet und ao ausgebildet, daß mindestens ein Teil des Röntgenstrahlenbündela eine bestimmte Querschnittsform aufweist. ^:

Ein Röntgenatrahlungagenerator der hier vorgeschlagenen Art enthält alao in dem Abachirmgehäuae ein röntgenstrahlungsdurchlässiges Fenster, welches mit Bezug auf den Brennfleckbereich ' der abgeschrägten Anodenoberfläche der Röntgenröhre in radialer \ Richtung symmetrisch angeordnet ist, wobei die Röhre in dem ■ Abschirmgehäuee isoliert gehaltert ist. j

Das Gehäuse kann die Gestalt eines Metall-Hohlzylinders mit '

geachloaaenen Enden haben, in welchem die Röntgenröhre sich | in Längsrichtung erstreckend angeordnet ist. ι

Bei der Röntgenröhre handelt es sich entweder um eine Stehanodenröhre mit einem evakuierten, rohrförmigen Röhrenkolben, in dem '

sich axial ein Anodenzylinder erstreckt, der eine abgeschrägte Anodenoberfläche aufweist, die in bestimmtem Axialabstand einer elektronenemittierenden Kathode gegenüber angeordnet ist. Die von der Kathode austretenden Elektronen werden elektrostatisch auf einen länglichen Brennfleck der Anode fokussiert, der sich mit Bezug auf die Schrägung oder Neigung der Anodenoberfläche in Längsrichtung oder in Querrichtung erstrecken kann. Bei dem röntgenstrahlungsdurchlässigen Fenster kann es sich um einen Öffnungebereich handeln, der einen Teil der Gehäusewand umfaßt, welcher in radialer Richtun g gegenüber den Brenn-

fleckbereich auf der abgeschrägten Anodenoberfläche und aymmet- ι riech zu diesem Brennfleckbereich vorgesehen ist. Der Öffnung*- \ bereich kann bei dem hier vorgeschlagenen Röntgenstrahlungs- '. generator eine schmale Rille oder Nut enthalten, welche in die ' Gehäusewand eingeschnitten oder eingefräst ist und sich bis i zu einer geeigneten Tiefe erstreckt, derart, daß noch eine ■ bestimmte Wandstärke stehen bleibt, die ein Durchtreten von , Röntgenstrahlung in der gewünschten Intensität zuläßt, so daß j von dem Gehäuse ein fächerartiges Röntgenstrahlenbündel aus- | tritt. Das resultierende, fächerförmige Strahlenbündel eignet I sich sehr gut für die rechnergesteuerte Schnittbilderzeugung, J wobei dieses Strahlenbündel einen bestimmten Teil eines Patienten durchdringt und dann auf eine bogenförmige Anordnung oder Reihe von Detektoren trifft.

Die verwendete Röntgenröhre kann aber auch eine Drehanodenröhre sein, die ebenfalls einen evakuierten, rohrförmigen Röhrenkolben aufweist, in welchem eine elektronenemittierende Kathode in bestimmtem Abstand von der Brennfleckbahn einer mit einer ringförmigen, abgeschrägten Anodenoberfläche versehenen Drehanode gehaltert ist, wobei das Elektronenstrahlerzeugungssystem auf den randnahen Umfangabereich der Drehanodenscheibe gerichtet ist. Der Brennfleck kann länglich sein und sich in Längsrichtung der Schrägung der Anodenoberfläche erstrecken oder er kann hierzu quer verlaufen. Das Strahlungsfeneter kann eine Platte enthalten, die in geeigneter Weise über einer Öffnung in einem Teil der zylindrischen Wand des Abschirmgehäuses vorgesehen und auf den Brennfleck ausgerichtet ist. Die genannte Platte ist mit einer Ausnehmung versehen, an deren Boden eine Wandstärke vorgesehen ist, die eine Röntgenstrahlungsdurchlässigkeit ergibt, wobei die im Bereich der Ausnehmung stehen gebliebene Wand symmetrisch mit Bezug auf den Brennfleck nahe dem Rand der Drehanodenscheibe gelegen ist. Die erwähnte Ausnehmung kann also die Gestalt einer bogenförmigen Nut haben oder sphärisch gekrümmt sein. Die Platte kann um daa Zentrum der Öffnung der Abachirmgehäuaewand drehbar auagebildet aein.

80881068

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des hier angegebenen Röntgenstrahlungsgenerators bilden im übrigen Gegenstand der anliegenden Ansprüche, auf welche hier zur Verein- ι fachung und Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich hinge- _{ wiesen wird. Im Folgenden werden Aueführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es stellen dar: '

Fig. 1 eine teilweise im Axialschnitt gezeichnete !

Aufsicht eines Röntgenstrahlungsgeneratore ι der hier vorgeschlagenen Art, j

Fig. 2 einen Querschnitt entsprechend der in Figur angedeuteten Schnittebene 2-2 in Pfeilrichtung gesehen,

Fig. 3 eine Teil-Seitenansicht von der in Figur 2 angedeuteten Ebene 3-3 aus in Pfeilrichtung gesehen,

Fig. kA zwei alternative Gestalten des Brennflecke und kB _der oberfläche der Stehanode gemäß Figur 1,

Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Systems

zur rechnergesteuerten Schnittbilderzeugung unter Verwendung eines Röntgenstrahlungsgenerators nach Figur 1,

Fig· 6 «ine Aufsicht auf «inen Röntgenstrahlungsgenerator bekannter Bauart ι teilweise im Schnitt,

Fig. 7 eine im Schnitt gezeichnete Teilansicht de· Strahlungsfensters des Abschirmgehäuaes eines Generatora gemäß Figur 6 in vergrößertem Maßstab,

809810/4

Fig. 8 ein· Teil-Seitenansicht des Strahlungefensters von der in Figur 6 angedeuteten Ebene 8-8 aus in Pfeilrichtung gesehen,

Fig. 9 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Aufsicht einer anderen Auβführungβform eines Röntgenstrahlungsgenerators,

Fig. 10 eine Teil-Schnittansicht des Strahlungefensters des Abschirmgehäuses eines Röntgenstrahlung sgener at or s nach Figur 9t

Fig. 11A alternative Formen des Brennflecks auf der und HB Oberfläche der Drehanode des Röntgenstrahlungsgeneratora nach Figur 91

Fig. 12 eine Teil-Seitenansicht des Röntgenstrahlungsgenerators nach Figur 9 von der in dieser Zeichnungsfigur angedeuteten Ebene 12-12 aus in Pfeilrichtung gesehen und

Fig. 13 eine Ansicht des Strahlungsfensters nach Figur 12 nach Drehung um 90°.

In den Zeichnungen sind einander entsprechende Teile mit jeweils gleichen Bezugszahlen versehen. Zunächst seien die Figuren 1 bis 3 näher betrachtet. Ein Röntgenstrahlungsgenerator 20 besitzt ein hohlzylindrisches Abschirmgehäuse 22 mit abgeschlossenen Enden, welches aus einem ausreichend starren und festen Werkstoff gefertigt ist und beispielsweise aus Aluminium besteht. Das Gehäuse 22 ist in geeigneter Weise strahlungsdicht gemacht, beispielsweise durch einen Innenbelag 2k aus einem für Röntgenstrahlung undurchlässigen Werkstoff, etwa aus Blei. In dem Gehäuse 22 ist in Längsrichtung isoliert eine Röntgenröhre 26 gehaltert, welche die Gestalt einer Stehanodenröhre haben kann, wie sie beispielsweise der US-Patentschrift 2 886 724 zu entnehmen ist. Das Gehäuse 22 ist Vorzugs-

weise mit zwei im Abstand voneinander angeordneten elektrischen j

Durchführungen 28 bzw. 30 versehen, welche elektrisch mit der |

Anode bzw. der Kathode der Röntgenröhre 26 Verbindung haben. \ Die Röntgenröhre 26 kann mit einem zur Kühlung dienenden, dielektrischen Strömungsmittel 32, beispielsweise mit Kühlöl um-

geben werden, das in an sich bekannter Weise zu einer Strömung '

durch das Gehäuse 22 veranlaßt wird, was jedoch nicht im Ein- ,

zelnen gezeigt ist. !

Die Röntgenröhre 26 besitzt einen evakuierten, rohrförmigen Röhrenkolben 3^t der aus für Röntgenstrahlung durchlässigem Werkstoff, beispielsweise aus bleifreiem Glas besteht. In axialer Richtung erstreckt sich innerhalb des Röhrenkolbens 3*» von ! einem Ende aus eine elektronenemittierende Kathode 36, welche einen in Querrichtung verlaufenden Kathodendraht 38 bzw. eine j

Kathodenwendel enthält, die in einem zur Fokussierung dienen- j den Becher 39 gehaltert ist. Die Kathodenwendel 38 besitzt be- j stimmten Abstand von einer abgeschrägten Anodenoberfläche kO, welche aus röntgenstrahlungsemittierendem Werkstoff, beispielsweise aus Wolfram, besteht. Die Anodenoberfläche kO ist in Richtung auf eine radial fluchtende Öffnung k2 hin abgeschrägt, die in einer umgebenden Haube kk gebildet ist, welche bestimmten Axialabstand von dem Kathodensystem 36 besitzt. Die Haube oder Hülse kk bildet das innere Ende eines Anodenzylinders 46, der axial von dem jeweils anderen Ende des Röhrenkolbens Jk wegsteht. Der Anodenzylinder k6 und die Kathode 36 sind in bekannter Weise mit den Durchführungen 28 bzw. 30 elektrisch verbunden, so daß an die genannten Elektroden die zum Betrieb der Röntgenröhre 26 erforderlichen elektrischen Potential· angelegt werden können.

Zur Verwendung des Röntgenstrahlungsgeneratore wird die Kathodenwendel 38 elektrisch so aufgeheizt, daß sie Elektronen emittiert, welche von der becherförmigen Elektrode 39 zu einem Strahlenbündel fokussiert werden und elektrostatisch in Richtung auf die Anodenoberfläche kO hin beschleunigt werden. Es

entsteht also ein Strahlenbündel von Elektronen hoher Energie, welche auf die geneigte Anodenoberfläche Ίθ im Dereich einea bestimmte Gestalt besitzenden Brennflecke 48 auftreffen, wobei der Brennfleck etwa wie in Figur 2 gezeigt, die Gestalt eines kleinen Quadratbereiches haben kann. Es ist jedoch auch möglich, wie etwa in Figur 4A gezeigt, dem Brennfleck 48 die Gestalt eines schmalen Rechteckes zu verleihen, das sich mit Bezug auf die Abschrägung der Anodenoberfläche 40 in Längsrichtung erstreckt. Ferner kann, wie aus Figur 4B ersichtlich ist, der Brennfleck 48 sich als schmales Rechteck in Querrichtung mit Bezug auf die Abschrägung der Anodenoberfläche kO ausdehnen. In jedem Falle werden jedoch in dem die Anodenoberfläche kO darbietenden Werkstoff Röntgenstrahlen angeregt, welche von dem Brennfleck kB nach allen Richtungen hin austreten. Die in Richtung auf die radial fluchtende Öffnung k2 der Hülse oder Haube kk hin austretenden Röntgenstrahlen setzen sich in einem divergierenden Strahlenbündel 50 fort, das auch in Radialrichtung durch die fluchtenden Teile des Röhrenkolbens Jk und des dielektrischen Strömungsmittels 32 seinen Weg nimmt.

Bei dem Röntgenstrahlungsgenerator der hier vorgeschlagenen Art besitzt das Gehäuse 22 in einem Wandungebereich, welcher mit dem Brennfleck kB in Radialrichtung fluchtet, ein bogenförmiges Fenster 52, das im wesentlichen konzentrisch zur Mitte des Brennflecke kB ausgebildet ist. Das Fenster oder der Abgabebereich 52 kann die Gestalt einer Nut oder Rille 5k haben, die quer in die zylindrische Wand des Gehäuses 22 eingeschnitten oder eingefräst ist, so daß am Boden der rillenförmigen oder nutartigen Ausnehmung eine bogenförmige Wand 56 stehen bleibt, welche im wesentlichen gleichförmige Dicke besitzt und symmetrisch mit Bezug auf den Brennfleck kB gelegen ist. Radial fluchtend mit der Ausnehmung 5k ist ein entsprechend geformter Durch» bruch 57 in der strahlungsunducchlässigen Auskleidung 2k des Gehäuses 22 vorgesehen. Die Röntgenstrahlen des Strahlenbündels 50, welch· durch die Öffnung 42 der Hülse oder Haube 44 treten, verlaufen also auch durch im wesentlichen konstant· Dicken be-

sitzende Bereiche des Röhrenkolbens 3** t des dielektrischen Strömungsmittelβ 32 und der Wand 56 des Abschirmgehäuses. Der Durchbruch 57 der strahlungsundurchlässigen Auskleidung 2k und die nutartige oder rillenartige Ausnehmung 5k des Fensters 52 wirken demgemäß als Kollimator, so daß ein fächerartiges Strahlenbündel entsteht, das von dem Röntgenstrahlungsgenerator 20 mit im wesentlichen gleichförmiger Intensität über den Querschnitt hin abgegeben wird. Auch bewirkt die Symmetrie der bogenförmigen Wand 56 des Abschirmgehäuses 22 gegenüber dem auf hohem positivem Potential gehaltenen Anodenzylinder d6, daß die elektrostatischen Felder zwischen diesen Bauteilen im wesentlichen gleichförmig bleiben, während demgegenüber bei bekannten Röntgenatrahlungageneratoren aufgrund der nach einwärts ragenden Fensterkonstruktion eine Feldverzerrung stattfindet*

Die Stärke der bogenförmigen Wand 56 bestimmt sich entsprechend der Übertragung von Röntgenstrahlen oberhalb einer bevorzugten Frequenz. So kann die Wand 56 ausreichend dick ausgebildet sein, um harte Röntgenstrahlen durchzulassen, während der Anteil weicher Röntgenstrahlung in dem Strahlenbündel 50 absorbiert wird. So kann die Wand 56 als ein Filter wirken, welcher Röntgenstrahlen durchläßt, die bestimmte Energien oberhalb eines gewünschten Energieniveaus aufweisen. Soll eine susätzliche Filterung stattfinden, so kann in das Fenster k2 der Hülse oder Haube kk ein Filterkörper 58 aus geeignetem Werkstoff, beispielsweise aus Berillium, eingesetzt werden. Hierdurch werden Röntgenstrahlen mit Frequenzen unterhalb eines bestimmten Wertes bereits innerhalb der Röntgenröhr· 26 aus dem Strahlenbündel 50 auegefiltert.

Wie in Figur 5 gezeigt ist, kann ein rechnergesteuertes Syst·» 60 zur Schnittbilderzeugung einen Röntgenstrahlungsgenerator der hier vorgeschlagenen Art enthalten, der einen dem bogenförmigen Fenster 52 vorgesetzten, an sich bekannten Kollimator 62 enthält. Der Kollinator ist so eingestellt, daß er die Querschnittsgröße des fächerförmigen Strahlenbündel· 51 bestimmt, da· von dem Röntgen·trahlungagenerator 20 austritt.

Man erhält somit ein begrenztes, fächerförmiges Strahlenbündel 5Ia₁ das den Kollinator 62 verläßt und einen Schichtbereich des Körpers eines Patienten durchdringt, um schließlich auf eine bogenförmige Reihe oder Anordnung 66 von Detektoren 68 aufzutreffen. Die Detektoren 68 erzeugen folglich Ausgangssig- j nale, die über Verbindungsleitungen 70 einem Rechner 72 züge« j führt werden, um hier in an sich bekannter Weise gespeichert j und verarbeitet zu werden. Dmr Röntgenstrahlungsgenerator 20 ! wird also in Betrieb gesetzt und in einer Winkelrichtung um den Schichtbereich 64 des Patienten verschwenkt, während die Detektorreihe 66 ganz entsprechend in der entgegengesetzten Winkelrichtung geschwenkt wird. Die Detektoren 68 liefern somit aufeinanderfolgende Reihen von Signalen an den Rechner 72,

ι der diese Signale nachfolgend verarbeitet und ein Bild des ' Schichtbereichea 64 erzeugt, das auf einem elektrisch mit dem ! Rechner verbundenen Sichtgerät 74 erscheint. Aufgrund der Gleich* förmigkeit der Intensität in dem fächerförmigen Strahlenbündel 50 des Röntgenstrahlungsgenerators 20 der hier angegebenen Art können mit dem vorliegenden Schnittbilderzeugungssystem Absorptionsdifferenzen in der Größenordnung von einem halben Prozent innerhalb des Schichtbereiches 64 des Patienten festgestellt werden.

Zum Vergleich und zum besseren Verständnis des hier vorgeschlagenen Röntgenstrahlungsgeneratorβ ist in den Figuren 6 bis 8 ein Generator 80 gezeigt, welcher im Aufbau dem Röntgenstrahlungsgenerator 20 im wesentlichen entspricht, jedoch mit einem Abschirmungsgehäuse 82 ausgerüstet ist, das in herkömmlicher Weise einen nach innen gewölbten Ausgang 8l aufweist. Das Abschirmgehäuse 80 kann wieder die Gestalt eines HohlZylinders haben, in welchem longitudinal die beschriebene Röntgenröhre gehaltert ist und welches mit einer Innenauskleidung 84 aus für Röntgenstrahlung undurchlässigem Werkstoff versehen ist. Auch das Abschirmgehäuse 8o kann von einem dielektrischen Kühlmittel 32 durchströmt werden und besitzt im Abstand voneinander angeordnet· elektrische Durchführungen 86 und 88. Di« Durch-

- 10 -

führungen 86 und Ö8 sind mit der Anode 46 bzw· der Kathode 36 der Röntgenröhre 26 verbunden, um einen Elektronenatrahl auf den Brennfleck 48 einer abgeachrägten Anodenfläche 40 hinlenken zu können. Auf dieae Weise entateht ein divergierendes Röntgenstrahl enbündel 50, daa von dem Brennfleck 48 auegeht und durch die Öffnung 42 in der Haube oder Hülse 44 der Anode hindurchtritt und dann durch die radial fluchtenden Teile dea Röhrenkolbens 34 und daa dielektrische, zur Kühlung dienende Strömungami ttel 32 aeinen Weg nimmt.

Ein fluchtender zylindrischer Wandungateil dea Abachirmgehäuaea 80 iat mit einem nach außen ragenden Flansch 90 veraehen, der ' am Außenrand rechteckig und an der Innenkante kreisförmig aua- ' gebildet aein kann. Der Außenrand dea Flansches 90 ist von einem i Kragen 92 aus für Röntgenstrahlung undurchlässigem Werkstoff, j beispielsweise aua Blei, umgeben, der durch eine rechteckige Platte 94 in seiner Lage gehalten wird, welch letztere an dem Flansch 90 festgeschraubt iat. Die Platte 94 iat gegen einen Ringflansch 95 eines nach einwärta gewölbten Fensters 96 festgespannt, so daß ein P-Ring 98 gegen eine Schulter oder einen Absatz auf der Innenseite dea Flanschea 90 gepresst wird, der eine kreisförmige Öffnung in der Wand des Abachirmgehäuaea 80 umgibt. Daa nach einwärta gewölbte Fenater 96 beaitzt eine kegelstumpfmanteiförmige Wand 971 welche durch einen geeignet gestalteten Durchbruch der Innenauskleidung 84 hindurchreicht und eine im weaentlichen flachkreiaacheibenförraige Fenaterplatte 100 trägt, die aich nahe dem Röhrenkolben 34 befindet.

Wegen der Nähe der flachen Fenaterplatte 100 zu der auf hohem poaitivem Potential gehaltenen Anode 46 wird daa Fenater 96 vorzugsweise aus einem für Röntgenstrahlung durchläaaigen Werkatoff gefertigt, der dielektriach iat, beispielsweise aus einem PoIycarbonatharz. Die zum Festspannen dienende Platte 94 ist aua für Röntgenstrahlung undurchläaaigem Werkatoff gefertigt, beiapielaweise aua.Blei. Der mittige Durchbruch 102 der Platt« liegt im weaentlichen konsentriach fluchtend mit Bezug auf die Mitte dar

- 11 -

flachen Fensterplatte 100 dee Fensters 96.

Di« von dem Brennfleck 48 divergierend ausgehenden Strahlen de· Strahlenbündels 50 treten also durch die flache Fensterplatte 100 des Fensters 96 aus und verlassen den Rontgenstrahlungegenerator I 80 über die Öffnung 102 der Platte 9k. Folglich durchdringen die den Außenrand des Strahlenbündels 50 naheliegenden Röntgenstrahlen die Schichten des dielektrischen Kühlmittels Jh und der flachen Fensterplatte 100 jeweils im Winkel und dadurch im Vergleich BU denjenigen Röntgenstrahlen, welche nahe der axialen Mittellini· des Strahlenbündele 50 verlaufen, über größere Dicken hinweg· Es folgt daraus, daß stark im Winkel divergierende Röntgenstrahlen des Strahlenbündels 50 eine stärkere Absorption erleiden al* diejenigen Röntgenstrahlen, welche nahe der axialen Mittellinie verlaufen, so daß die Intensität über den Querschnitt des einfallenden Strahlenbündels 50 hin nicht gleichförmig ist· Das von dem Röntgenstrahlungsgenerator 80 ausgehende Strahlenbündel 50 ist also zur Verwendung in dem System zur rechnergesteuerten Schnittbilderzeugung gemäß Figur 5 nicht so geeignet wie das Röntgenstrahl enbündel 51, das durch den Röntgenstrahlungsgenerator 20 erzeugt werden kann, nachdem in diesem Anwendungsfall Absorptions* differenzen im Patientenkörper in der Größenordnung von einem hai*· ben Prozent festgestellt werden müssen. Es sei unter Bezugnahme auf Figuren 1 und 2 nochmals darauf hingewiesen, daß durch die bogenförmige Gestalt des Fensters 56 an dem Ausgang 52 sichergestellt ist, daß stark im Winkel divergierende Röntgenstrahlen des Strahlenbündels 51 in Vergleich zu den zentral verlaufenden Röntgenstrahlen durch im wesentlichen gleiche Dicken des dielektrischen Kühl-Strömungsmittel 32 und des Fensters 56 gedrungen sind.

In den Figuren 9 und 10 ist eine andere Ausführungsform eines ' Röntgenstrahlungsgenerators gezeigt, welcher mit 1O% bezeichnet ist und ein Gehäuse 106 aufweist, das im Aufbau dem Abschirmgehäuse 82 des zuvor betrachteten, bekannten Röntgenstrahlung··» generatora ähnlich ist, jedoch einen Ausgang IO8 besitzt, der

- 12 -

nach aera vorliegend angegebenen Konstruktionsprinzip ausgebildet j ist. Das Gehäuse 106 umfaßt wiederum einen Hohlzylinder mit abgeschlossenen Enden aus starrem Werkstoff, beispielsweise aus Aluminium. Auch kann das Gehäuse 106 wieder mit einer Innenaue- i kleidung 109 aus für Röntgenstrahlung undurchlässigem Werkstoff versehen sein, welche beispielsweise aus Blei besteht. Weiter \ sind im Abstand voneinander angeordnete elektrische Durchführungen 110 und 112 vorgesehen. In an sich bekannter Weise ist in dem Gehäuse 1θ6 isoliert eine Röntgenröhre Il4 angebracht, welche die Gestalt einer Drehanodenröhre hat. Das Gehäuse ist von einem dielektrischen Kühlmittel Il6 durchströmt.

Die Röntgenröhre Il4 enthält einen evakuierten Röhrenkolben llö, welcher vorzugsweise einen kugeligen Mittelteil besitzt, der eine quer zur Röhrenachse gelagerte Anodenscheibe 120 umschließt Die Anodenscheibe 120 ist an einem Wellenstumpf 122 in an sich bekannter Weise drehbar gelagert und trägt an ihrem Außenrand eine abgeschrägte Drennfleckbahn oder Anodenfläche 124 aus ein"»· Röntgenstrahlung emittierenden Werkstoff, beispielsweise aus Wolfram. Eine Elektronen emittierende Kathode 126 ist so gehaltert, daß ein von ihr emittierter Elektronenstrahl auf einen Brennfleckbereich 12Ö der Anodenoberfläche 124 gerichtet wird, wobei der Brennfleckbereich in radialer Richtung mit dem Ausgang lOO des Gehäuses 106 fluchtet. Der Brennfleck 12b kann beispielsweise die Gestalt eines schmalen Rechteckes haben, dessen Längserstreckung, wie aus Figur HA zu ersehen ist, in Richtung der Abschrägung der Anodenoberfläche 124 weist; oder die Längserstreckung des Brennflecks kann, wie in Figur HB dargestellt ist, senkrecht zur Abschrägungsrichtung der Anodenoberfläche 124 verlaufen. Die auf den Brennfleck 128 auftreffenden Elektronen regen dann ein divergierendes Röntgenstrahlenbündel 130 an, welches von dem Brennfleckbereich emittiert wird und durch die fluchtenden Teile des Röhrenkolbens 118 und des dielektrischen Kühlmittels Il6 seinen Weg nimmt, um den Röntgenstrahlungsgenerator 104 über den Ausgang 108 zu verlassen.

Der Ausgang 108 des Röntgenstrahlungsgenerators 104 ist an einem Wandungsteil des Gehäuses 106 vorgesehen, welcher einen nach

h durch die

außen ragenden Flansch 132 aufweist, der eine sich Wand des Gehäuses 106 und die Röntgenstrahlungsdichte Auskleidung 109 durchdringende Öffnung umgibt. Der Flansch 132 kann eine rechteckige äußere Begrenzung aufweisen und von einem für Röntgenstrahlung undurchlässigen Kragen 131 umgeben sein, während die Innenseite des Flansches rund ausgebildet sein kann und mit einer Schulter oder einem Absatz 134 versehen ist. Beispielsweise mittels nicht dargestellter Schrauben ist an der Außenfläche des Flansches 132 eine Platte I36 befestigt, welche einen Ringflansch 137 eines für Röntgenstrahlung durchlässigen Fensters 138 gegen einen O-Ring 139 drückt, der in der durch den Absatz 137 gebildeten Nische gelegen ist. Das Fenster I38 enthält eine bogenförmige Wand l40, welche symmetrisch mit Bezug auf die Mitte des Brennflecke 128 angeordnet und auereichend dick ist, um den Durchtritt von Röntgenstrahlung der gewünschten Wellenlänge in dem Strahlenbündel I30 zu gestatten, so daß dieser Anteil des Strahlenbündele den Röntgenstrahlungsgenerator 104 verlassen kann. Wie also den Figuren 9 und 10 zu entnehmen ist, kann die Wand l40 eine kugelige bzw. sphärische Krümmung aufweisen, die konzentrisch zu der Mitte des Brennflecks 128 ist, wobei die Wand aus einem Werkstoff besteht, welcher elektrisch leitfähig ist, beispielsweise aus Aluminium. Ee kann eich jedoch auch um ein dielektrisches Material, beispielsweise ein Polycarbonatharz, handeln« Die Röntgenstrahlen des divergierenden Strahlenbündels I30 durchdringen also im wesentlichen gleiche Materialdicken des dielektrischen Kühlmittels II6 und der Wand l40 des Fensters 138* Hieraus folgt, daß das konische, nus dem Fenster I38 austretende Röntgenstrahlenbündol 130 im wesentlichen eine gleichförmige Verteilung der Intensität der Energie über den Querschnitt hin besitzt, was darauf beruht, daß die unter einem großen Winkel austretenden Röntgenstrahlen des Strahlenbündele sich auf Wege fortpflanzen, welche im wesentlichen gleiche Länge im Vergleich zu den zentrischen Röntgenstrahlen aufweisen.

Gemäß der in den Figuren 12 und 13 gezeigten Alternative kann das Strahlungsfenster 138 in einer maesive, halbkugeligen Platte 142 gebildet »ein, welche eine Nut oder Rille ikk alt

■8-088-1 θ/Α 76-8-

bogenförmig gekrümmtem Boden aufweist, wobei sich diese Rille quer über die Innenfläche der halbkugeligen Platte hinweg erstreckt. Die Halteplatte I36 kann bei dieser Ausführung«form j gelockert oder abgenommen werden und die halbkugelige Fensterplatte ld2 kann dann in dem Flansch 13d gedreht werden, so daß die Nut oder Rille ldd nach Wunsch gegenüber der Längsachse ; der Röntgenröhre lld gedreht werden kann. So kann beispielsweise die Nut oder Rille ldd im wesentlichen parallel zu der ; Achse der Röhre lld ausgerichtet werden, wie in Figur 12 ge- ' zeigt ist oder die Nut oder Rille ldd kann im wesentlichen ! senkrecht zu der genannten Achse der Röhre lld orientiert wer- ' den, was in Figur 13 deutlich gemacht ist. Die resultierende, bogenförmige Wand als Grund der Nut oder Rille ldd liegt sym- j metrisch zu dem Brennfleckbereich 128 und besitzt ausreichende ί Dicke, um wieder Röntgenstrahlung der gewünschten Wellenlän- j gen in dem Strahlenbündel 130 aus dem Röntgenstrahlungsgenerator 10'* austreten zu lassen. Die Nut oder Rille ldd in der halbkugeligen Platte ld2 läßt also ein fächerförmiges Strahlen- | bündel mit im wesentlichen gleichförmigem Querschnitt austre- j ten, ähnlich den Verhältnissen bei dem fächerförmigen Strah- ( lenbündel, welches von dem Uöntgenstrahlungsgenerator 20 nach Figur 1 erzeugt wird. Folglich ist auch das fächerförmige >■

Strahlenbündel, welches von dem Generator iod mittels der gerillten bzw. genuteten, halbkugeligen Platte ld2 und dem Fenster 138 erzeugt wird, dazu geeignet, in Verbindung mit rechnergesteuerten Schnittbilderzeugungssystemen verwendet zu werden, wie sie etwa in Figur 5 wiedergegeben sind.

Vorliegend ist also ein Röntgenstrahlungsgenerator beschrieben worden, der ein röntgenstrahlungsundurchlässiges Abschirmgehäuse besitzt, in dem sich ein für Röntgenstrahlen durchlässiges Fenster befindet, dos symmetrisch mit Bezug auf die Radialrichtung auf den Brennfleckbereich einer abgeschrägten Anodenfläche einer Röntgenröhre ausgerichtet ist, die sich innerhalb des Abschirmgehäuses befindet. Bei der Röntgenröhre kann es sich um eine Stehanodenröhre oder um eine Drehanodenröhr· handeln. Auch kann das Fenster «in ein·tückiger Bestandteil

8098-1-0/07-6-8—·---

der Gehäusewand aein oder es kann sich um eine Fensterplatte
handeln, die in geeigneter Weise in einer Öffnung der Abschirmgehäusewand gehaltert ist. Ferner kann die Stehanodenröhre nach Figur 1 in Verbindung mit einem Gehäuse nach Figur 9 eingesetzt werden. Umgekehrt kann die Drehanodenröhre gemäß Figur 9 in
Verbindung mit einem Abschirmgehäuse gemäß Figur 1 Verwendung
finden·

- 16 -

Lee So rs e

ite

Claims

Patentansprüche

!fl.J Höntgenetrahlungsgenerator mit einer einen rohrförmigen j Kolben aufweisenden Röntgenröhre, in welcher sich eine Anode

befindet, von deren Oberfläche ein Röntgenatrahlenbündel aus den Kolben emittiert wird, sowie mit einem Abschirmgehnuse, welches die Röntgenröhre umschließt und ein röntgenstrahlungsdurchlässiges Fenster aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Fenster (52 bzw. 13Ö, I¹JO) mit Bezug auf die röntgenstrahlungsemittierende Oberfläche (40, 48 bzw. 124, 12H) der Anode derart angeordnet ist, daß sich für divergierende Röntgenstrahlen des Röntgenstrahlenbündels (51 bzw. 13°) gleichlange Wege xu dem Fenster hin ergeben.
2. Röntgenstrahlungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das röntgenstrahlungsdurchlüssige Fenster ( 52 bzw. 138< l40, l44) mit Bezug auf die emittierende Anodenoberfläche (4θ, 48 bzw. 124, 12Ü) bzw. den Brennfleck bogenförmig angeordnet und so ausgebildet ist, daß mindestens ein Teil des Röntgenstrahlenbündels (51 bzw. I30) eine bestimmte Querschnittsform aufweist.
3« Röntgenstrahlungsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das röntgenstrahlungsdurchlässige Fenster (52) einen Teil des Abschirmgehäuees (22, 24) umfaßt und eine Gehäusewandausnehmung aufweist, deren Grund das röntgenstrahlungsdurchlässige Fenster bildet.
4. Röntgenstrahlungsgeiierator nach Anspruch 3 t dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Teil des Abschirmgehäuses (22) die Gestalt einer Nut oder Rille (52) hat, deren Bodenwand (56) bogenförmig mit Bezug auf die emittierende Anodenoberfläche bzw. den Brennfleck gekrümmt ist.
5* Röntgenstrahlungsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekenn- ^: zeichnet, daß die genannte Bodenwand (56) der Nut oder Rille (52)

8098-1070-768

ORIGINAL INSPECTED

! mit Bezug auf den rohrförmigen Kolben (3¹*) der Röntgenröhre in ; Querrichtung verläuft.

>
6. Röntgenstrahlungsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Bodenwand (56) der Nut oder Rille (52) mit Bezug auf die Längsrichtung des rohrförmigen Kolbens (3**)

j der Röntgenröhre in Axialrichtung ausgerichtet ist.

ι 7· Röntgenstrahlungsgenerator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenwand der Ausnehmung in dem genannten Teil des Abschirmgehäuses kugelig gekrümmt, insbesondere zum Brennfleckbereich der Anode konzentrisch gekrümmt, ist.

8. Röntgenstrahlungsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

ι gekennzeichnet, daß das rüntgenstrahlungsdurchlässige Fenster ' einen für Röntgenstrahlung durchlässigen Fensterkörper (138) enthält, welcher bogenförmig gekrümmt und zu dem Drennfleckbe-

reicli (l2ß) der röntgeiistrnhlungsemittierenden Oberfläche der 1
Anode konzentrisch ist.

9· RöntgenstrnliLuitgegniierator nnch Anspruch 8, dadurch gekenn-

; zeichnet, daß der Fenstnrkörper eine Nut oder Rille (lkk) solcher Tiefe und Gestalt besitzt, daß ein verbleibender Wandbereich die Gestalt eines streifenformLgen, zum Brennfleck der Anode konzentrisch gekrümmten Fensters besitzt.

10. Rüntgenstrahlungegnncrntnr nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, dnß der Fensterkörper an dem Abschirmgehäuse auf bestimmte Drehetellungen einstellbar befestigt ist.

11. Röntgenstrnhiungsgonerntor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, dnß (Ins Abseiliringehmise die Gestalt eines Hohlzylinder a mit geschlossenen Enden aufweist und daft das röntgen-.itrnhluTigsdurchlässige Fenster einen zylindrischen Wandungsteil des Abschirmgehäuses umfaßt, welcher eine Ausnehmung aufweist, derart, daß die Bodenwand dieser Ausnehmung die Gestalt

- 18 -

809810/0768

eines bogenförmigen Fensters ausreichender Dicke besitzt, um Röntgenstrahlung einer vorbestimmten Wellenlänge durchtreten zu lassen.

12. Röntgenstrahlungsgenerator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das bogenförmig gekrümmte Fenster solchermaßen einen rechteckigen Durchbruch bildet, daß ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel auszutreten vermag·

- 19 -

809810/0768