DE2750132C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgen-Bildverstärkerröhre vom Nahbereichstyp nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die übliche derzeitige Röntgenbildverstärkerröhre ist eine elektrostatisch fokussierte Inverterröhre mit einem 100fach verkleinerten Ausgangsbild. Sie hat typischerweise einen konvex gekrümmten, röntgenempfindlichen Eingangsschirm von 15 bis 23 cm Durchmesser, der das Röntgenbild in ein sichtbares Bild umwandelt, das seinerseits in Elektronen umgewandelt wird, die dann beschleunigt und elektrostatisch auf einen Ausgangsbildschirm fokussiert werden, der eine 100fach kleinere Fläche hat als der Eingangsschirm; er hat typischerweise einen Durchmesser von 1,5-2,5 cm. Das gezeigte Bild auf dem Ausgangsschirm kann optisch vergrößert und an andere Systeme für radiografische oder fluoroskopische Zwecke gekoppelt werden.

Der Umwandlungwirkungsgrad eines solchen üblichen Bildverstärkersystems beträgt gewöhnlich 1,36 · 10⁶-2,72 · 10⁶ J kg/m² C, d. h. etwa das 5000- bis 10 000fache des Umwandlungswirkungsgrades des früheren Fluoreszenzschirmes. Ein Teil dieser Verstärkung wird als echte elektronische Verstärkung erreicht, die etwa das 50- bis 100fache des früheren Fluoreszenzschirmes beträgt. Eine weitere 100fache Verstärkung wird durch die 100fache Flächenverkleinerung des Bildes erhalten.

Die Bildqualität der üblichen Inverter-Bildverstärkerröhre reicht aus für Fluoroskopzwecke, jedoch nicht für radiografische Zwecke.

Die üblichen Film-Schirm-Systeme sind kommerziell mit Empfindlichkeiten zwischen 9,69 · 10⁵ kg/c bis 3,10 · 10⁷ kg/c verfügbar. Die Empfindlichkeit wird als der Kehrwert der Röntgenbelichtung des Film-Schirm-Systems definiert, die eine optische Netto-Dichte von 1,0 auf dem verarbeiteten Film ergibt.

Neuerdings wurde von C. B. Johnson in "Proceedings of the Society of Photo Optical Instrumentation Engineers" 1973, Band 35, Seiten 3-8 hypothetisch vorgeschlagen, daß ein röntgenempfindlicher Nahbereich-Bildverstärker konstruiert werden könne mit einem röntgenempfindlichen Umwandlungsschirm auf einer Seite eines gläsernen Trägers und einer Fotokathode auf der anderen Seite des Glasträgers. Der Artikel gibt jedoch keine Einzelheiten hinsichtlich der kritischen Parameter an oder hinsichtlich dessen, was als röntgenempfindlicher Umwandlungsschirm verwendet werden kann. Es wird auch nicht besprochen, wie dieser Bildverstärker so konstruiert werden kann, daß ein hoher Umwandlungswirkungsgrad oder eine hohe Auflösung erzielt werden können.

Ein Nahbereich-Gerät mit einer Mikrokanalplatte (MCP) sowohl als primärer röntgenempfindlicher Umwandlungsschirm als auch als Elektronenvervielfachungsgerät wurde von S. Balter u. a. in "Radiology" 1974, Band 110, Seiten 673-676 und in der US- Patentschrift 33 94 261 beschrieben. Gemäß einem Aufsatz von J. Adams in "Advances in Electronics and Electron Physics" 1966, Band 22A, Seiten 139-153 hat diese Geräteart einen sehr niedrigen Quantendetektorwirkungsgrad im praktischen Röntgenenergiebereich von 30-100 keV für die medizinische Diagnostik.

Eine Röntgen-Bildverstärkerröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist von I. C. P. Millar u. a. beschrieben, in "IEEE Transactions on Electron Devices" 1971, Band ED-18, Seiten 1101-1108 und "Advances in Electronics and Electron Physics" 1972, Band 33A, Seiten 153-165.

In dieser Röhre wird eine Mikrokanalplatte (MCP) ausschließlich als Elektronenvervielfachungseinrichtung verwendet und nicht als Röntgenumwandlungsschirm. Der Umwandlungsfaktor für die Röhre nach Millar wird mit etwa 7,75 · 10⁸ cd s kg/m² C angegeben, was höher liegt, als es für fluoroskopische Zwecke erforderlich ist, aber bei weitem zu hoch für radiografische Zwecke. Die Ausgangshelligkeit der Millar'schen Röhre zeigt auch eine starke Abhängigkeit von der Fotokathodenstromdichte. Etwa bei einer Fotokathodenstromdichte von 5 × 10^-11 A/cm² oder der äquivalenten Röntgeneingangsdosisrate von etwa 1,55 · 10^-7 C/kg s beginnt die Ausgangshelligkeit der Röhre sublinear mit Bezug auf die Eingangs-Röntgendosisrate zu werden. Diese unterlineare Kennlinie wird bei höheren Röntgendosisraten schlechter. Dieses unerwünschte Merkmal reduziert die Kontrastunterscheidung für die Fluoroskopie und ist praktisch unbrauchbar für die Radiografie. Es ist fraglich, ob eine großformatige MCP von mehr als 15 cm Durchmesser hergestellt werden kann, die selbsttragend ist und gleichförmige Verstärkung hat.

Die Nahbereich-Bildverstärkerröhre nach Millar hat ein gläsernes Gefäß und ein einwärts konkaves Eingangsfenster aus Titan von 0,3 mm Dicke. Werkstoffe wie Titan, Aluminium und Beryllium streuen die Röntgenstrahlen und verschlechtern die Bildqualität. Weiterhin können diese Werkstoffe wegen der relativ hohen Porösität und der geringen Zugfestigkeit nicht so dick gemacht werden, wie es erwünscht wäre, um ihre Röntgendurchlässigkeitseigenschaften zu maximieren. Ein weiteres Problem mit Röhren, deren Eingangsfenster aus solchen Werkstoffen besteht und deren Kolben aus Glas besteht, liegt bei der Verbindung des Fensters mit dem Röhrenkolben. Die Werkstoffe haben derart unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten, daß ihre praktische kommerzielle Verwendung in einem großformatigen Gerät ausgeschlossen erscheint.

In "Advances in Electronics and Electron Physics" 1977, Bd. 43, S. 207-316 sind bestimmte Besonderheiten von Röntgenbildverstärkern erläutert. Unter anderem ist erwähnt, daß an Stelle des früher üblichen Zink/Cadmium-Sulfids vorzugsweise Cäsiumjodid für den Szintillatorschirm zu verwenden ist. Der dort erläuterte Typ der Röntgen-Bildverstärkerröhre entspricht in etwa dem unten anhand von Fig. 1 näher erläuterten Röhrentyp.

In der DE-OS 21 51 079 ist ein Strahlendurchtrittsfenster für eine Röntgen-Bildverstärkerröhre beschrieben, welches aus einer Legierung aus Eisen, Chrom und Nickel besteht. Das Fenster ist als Folie nach innen konkav ausgebildet.

Aus "Philips Res. Repts" 1974, Bd. 29, S. 353-362 ist es bekannt, in Röntgen-Bildverstärkerröhren Szintillatorschirme mit Cäsiumjodid- Schichten zu versehen. Allerdings läßt sich dieser Literaturstelle nichts Näheres über den konstruktiven Aufbau der Verstärkerröhre entnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgen-Bildverstärkerröhre der eingangs genannten Art anzugeben, die einen einfachen und stabilen Aufbau besitzt und einen vergleichsweise hohen Umwandlungsfaktor ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der metallische Röhrenkolben ermöglicht eine stabile Gesamtkonstruktion. Die isolierenden Pfosten des Szintillator-Fotokathoden-Schirms ermöglichen eine einfache und dennoch elektrisch wirksam isolierende Anordnung des Schirms am Röhrenkolben. Der Schirm kann mit einer sehr hohen Spannung beaufschlagt werden. Die Bildverstärkerröhre nach der Erfindung hat ein lineares Verhalten mit Bezug auf Eingangs- Röntgendosisraten oberhalb von 1,55 · 10^-5 C/kg s.

In der bevorzugten Ausführungsform liegt der Helligkeitsgewinn (der Umwandlungswirkungsgrad) im Bereich von 1,94 · 10⁶ bis 7,75 · 10⁷ cd s kg/m² C, der Spaltabstand zwischen dem Szintillator- Fotokathoden-Schirm und dem Ausgangsschirm liegt im Bereich von 6 bis 25 mm, und die Dicke des Szintillators liegt im Bereich von 50 bis 600 Mikrometer, so daß hohe Röntgenausnutzung, hoher Gewinn oder hohe Verstärkung, hohe Bildqualität und geringe Feldemission gleichzeitig erreicht werden.

Ein gläsernes Ausgangsfenster hoher Ordnungszahl reduziert die Röntgenrückstreuung und schützt weiterhin den Benutzer der Röhre gegen die Röntgenstrahlen. Ein Kragen aus einer Eisen- Nickel-Legierung ist durch Fritten am Ausgangsfenster befestigt und an den Röhrenkolben angeschweißt, um das Ausgangsfenster am Röhrenkolben zu montieren.

Wenn auch die bei der bevorzugten Ausführungsform verwendete Bildverstärkerröhre einen im wesentlichen flachen oder planaren röntgenempfindlichen Eingangsschirm aufweist, so kann dieser doch zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit des Schirms bei anderen Ausführungsformen geringfügig gekrümmt sein. Im Vergleich mit einem konventionellen Bildverstärkersystem ist die Röhre sehr dünn und kompakt. Die Eingangsfläche kann quadratisch, rechteckig oder kreisförmig in verschiedenen Ausführungsformen sein.

Der Hauptvorteil der Erfindung liegt in dem Fehlen von drei Quellen der "Unschärfe", nämlich: Elektronenoptik, Ausgangsphosphorschirm und externe Optik. All dieses ist auf den großen Ausgangsschirm zurückzuführen. Es fehlen auch die Flachheit der Schärfentiefen der Elektronenoptik und der externen Optik. Wieder ist das auf den großen Ausgangsschirm zurückzuführen. Das elektrische Feld im Raum zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsschirm der Bildverstärkerröhre nach der Erfindung ist im Vergleich mit einer konventionellen Röhre recht hoch, und die Feldstärke im Kathodenbereich ist etwa 100mal höher als in konventionellen Röhren, damit ist sie nicht empfindlich gegen externe Magnetfelder und gegen Defokussierprobleme, die auftreten, wenn kurze Impulse von einigen Millisekunden Dauer und hoher Intensität auftreten.

Da weiterhin der metallische Röhrenkolben und alle grundlegenden Röhrenkomponenten mit Ausnahme des Szintillator- Fotokathoden-Schirms sich auf einem neutralen Potential in bezug auf den Leuchtstoff-Anzeigeschirm befinden, wird eine wilde Elektronenemission vermieden, so daß sich eine klarere Anzeige ergibt.

Die Bildqualität der durch das System nach der Erfindung gelieferten Fotografien ist ebenso gut wie die von üblichen Kassetten-Film-Schirm-Systemen und mit konventionellen Inverter-Bildverstärker-Systemen nicht erreichbar. Mit der erfindungsgemäßen Kamera können jedoch kleinere Filme verwendet werden, ohne daß ein Verlust an Röntgeninformation eintritt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine konventionelle Inverter-Röntgen- Bildverstärkerröhre;

Fig. 2 schematisch eine Röntgen-Bildverstärkerröhre nach der Erfindung;

Fig. 3 einen Schnitt durch die Bildverstärkerröhre nach der Erfindung;

Fig. 4 einen Teil des in Fig. 3 gezeigten Schnittes;

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 3.

In Fig. 1 ist eine konventionelle Inverter-Röntgen-Bildverstärkerröhre dargestellt. Eine Röntgenquelle 10 erzeugt einen Röntgenstrahl 12, der durch den Patientenkörper 14 hindurchtritt und ein Schattenbild auf die Stirnseite eines Kamerasystems 16 wirft. Das Kamerasystem weist eine konventionelle Inverter-Bildverstärkerröhre 18 auf. Die Röhre 18 hat ein nach außen konvexes Eingangsfenster 20 und eine entsprechend konvexe Szintillatorschirm- und Fotokathoden-Einheit 22. Die Aufgabe des Szintillatorschirmes ist es, wie in der einschlägigen Technik bekannt ist, das Röntgen-Schattenbild in ein Lichtbild umzuwandeln, das seinerseits unmittelbar mit der Fotokathodenschicht in ein Elektronenmuster umgewandelt wird. Dieses Elektronenmuster wird elektrostatisch mit einem Satz Elektroden 24 und einer Anode 25 nahe dem Anzeigeschirm 28 beschleunigt und wird mit diesem Elektrodensatz 24 und der Anode 25 so fokussiert, daß es auf dem kleinen Ausgangsschirm 28 ein Bild erzeugt. Die Elektroden 24 und die Anode 25 sind an eine Hochspannungsquelle 26 angeschlossen, deren anderer Pol an die Szintillator- und Fotokathoden-Schirmeinheit 22 angeschlossen ist. Der Röhrenkörper besteht aus isolierendem Glas. Das Bild am Ausgangsanzeigeschirm 28 wird mit einem kurzbrennweitigen optischen System 30 vergrößert und auf ein geeignetes Aufzeichnungsmedium projiziert, beispielsweise einen Film 32. Das Bild kann auch auf die empfindliche Fläche der Kamera eines geschlossenen Fernsehsystems zur Anzeige auf einem Monitor im fluoroskopischen Betrieb projiziert werden.

Der Helligkeitsgewinn des Bildes durch die Röhre ist teilweise auf die Elektronenbeschleunigung und teilweise auf die elektronische Bildverkleinerung zurückzuführen. Das verkleinerte Bild auf dem Anzeigeschirm 28 ist jedoch zu klein, um eine direkte Betrachtung ohne optische Hilfen zu ermöglichen, und zu schlecht für eine Vergrößerung auf einen Film oder Monitorschirm.

Der gekrümmte Szintillatorschirm 22 bewirkt eine räumliche Verzerrung im Bild. Wegen des schwachen Feldes in der Nähe der Kathode und der Vielelektroden-Anordnung 24 ist die Röhre 18 extrem empfindlich gegen externe Magnetfelder und Spannungsdrifts zwischen den Elektroden. Wegen des stark verkleinerten Ausgangsbildes und der kurzbrennweitigen Optik 30 macht jede Änderung in der Positionierung der Elemente des optischen Systems mit Bezug auf die lichtempfindliche Schicht der Kameraröhre oder den Ausgangsschirm 28 das Bild unscharf.

In Fig. 2 ist eine plattenförmige Nahbereich-Röntgen-Bildverstärkerröhre nach der Erfindung dargestellt. Die Bildverstärkerröhre 34 besteht aus einem metallischen Vakuumröhrenkolben 36, typischerweise aus rostfreiem Stahl, und einem metallischen, einwärts konkaven Eingangsfenster 38. Das Fenster 38 besteht aus einer speziell gewählten Metallfolie oder Legierungsmetallfolie, die Eisen, Chrom und Nickel und in einigen Ausführungsformen Eisen oder Nickel zusammen mit Kobalt oder Vanadium enthält. Es ist wichtig zu erwähnen, daß diese Elemente üblicherweise in der Technik nicht als gute Röntgenfenster-Materialien im diagnostischen Bereich des Röntgenspektrums betrachtet werden. Dadurch, daß das Fenster dünn gemacht wird, bis herab zu 0,1 mm Dicke, war es möglich, hohe Röntgen-Transmission mit diesen Werkstoffen und gleichzeitig die gewünschte Zugfestigkeit zu erhalten. Es wird eine Folie aus rostfreiem Chrom-Nickel-Stahl verwendet. Diese Legierung ist vakuumdicht, hat hohe Zugfestigkeit und sehr attraktive Röntgeneigenschaften, d. h. eine hohe Transmission für primäre Röntgenstrahlen, geringe Selbststreuung und eine ausreichende Absorption der vom Patienten gestreuten Röntgenstrahlen. Das Fenster 38 ist in die Röhre wie ein Trommelfell konkav eingesetzt.

Ein Vorteil eines metallischen Fensters 38 liegt darin, daß es einen ziemlich großen Durchmesser im Vergleich zu dem bekannten konvexen Glasfenster 22 gemäß Fig. 1 haben kann, ohne daß die Röntgenbildqualität beeinflußt wird. In einer Ausführungsform widerstand ein Fenster mit den Maßen 0,1 mm Dicke, 25 cm × 25 cm einem Druck von mehr als 6,9 Bar. Das Eingangsfenster kann quadratisch, rechteckig oder kreisförmig sein.

Das durch das Fenster 38 hindurchtretende Röntgenbild trifft auf einen flachen Szintillatorschirm 40 auf, der das Bild in ein Lichtbild umwandelt. Dieses Lichtbild wird direkt in einen unmittelbar angrenzenden, flachen Fotokathodenschirm 42 in ein Elektronenmuster umgewandelt. Die Szintillator- und Fotokathodenschirme 40 und 42 bilden eine Einheit 43. Die Elektronen werden von der negativ geladenen Schicht 42 mittels eines elektrostatischen Potentials, das von einer Hochspannungsquelle 46 geliefert wird, die zwischen den Ausgangsschirm 44 und der Fotokathodenschicht 42 geschaltet ist, zu einem positiv geladenen, flachen Leuchtstoff-Anzeigeschirm 44 beschleunigt. Wenn auch der Anzeigeschirm 44 positiv gegenüber der Fotokathodenschicht 42 ist, so liegt er doch auf einem neutralen Potential in bezug auf die restlichen Elemente der Röhre, einschließlich des metallischen Kolbens 36, um auf diese Weise Störungen durch Feldemission zu reduzieren.

In der Röhre 34 findet praktisch keine Fokussierung statt, im Gegensatz zu der bekannten Röhre 18 in Fig. 1. Der Schirm 40, die Fotokathodenschicht 42 und der Anzeigeschirm 44 sind einander parallel. Auch der Abstandsspalt zwischen der Fotokathode 42 und dem Anzeigeschirm 44 ist relativ groß, im Bereich von 6 bis 25 mm, so daß die Wahrscheinlichkeit einer Feldemission reduziert und gleichzeitig die elektrostatische Defokussierung auf einem tolerierbaren Niveau gehalten wird, das heißt rund 2,0 bis 5,0 Linienpaare pro mm sind möglich.

Weiterhin liegt die angelegte Spannung über dem Spalt zwischen Fotokathodenschicht 42 und Anzeigeschirm 44 im Bereich von 10 bis 60 kV, was höher ist als in Millar's Röhre, die oben beschrieben worden ist. Bei den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt der Abstand zwischen der Fotokathodenschicht 42 und dem Leuchtstoff-Anzeigeschirm 44 zwischen 6 mm (bei 15 kV) und 25 mm (bei 60 kV). Die Spannung pro Längeneinheit, d. h. die Feldstärke, beträgt also mindestens 2 kV/mm. Eine obere Grenze für die Feldstärke liegt bei etwa 5 kV/mm. In bekannten Geräten wurde eine so hohe Feldstärke als nicht verwirklichbar für diese Anwendung eines Bildverstärkergerätes betrachtet, weil die oben besprochenen Feldemissionsprobleme auftreten, die im erfindungsgemäßen Gerät dadurch vermieden werden, daß alle Röhrenelemente, mit Ausnahme des Szintillator-Fotokathoden-Schirms 43, auf neutralem Potential mit Bezug auf den Leuchtstoff-Anzeigeschirm 44 liegen.

Der Szintillatorschirm 40 kann Calciumwolframat (CaWO₄) oder mit Natrium aktiviertes Cäsiumjodid (CsI(Na)) oder irgendein anderes geeignetes Szintillatormaterial sein. Aus dem Dampf niedergeschlagene, als Mosaik gewachsene Szintillatorschichten werden jedoch wegen der hocherwünschten Glätte und Sauberkeit bevorzugt. Da diese Materialien und deren Aufbringungsverfahren bekannt sind (US-PS 38 25 763) werden sie hier nicht näher beschrieben.

Die Gesamtstärke des Szintillatorschirms 40 liegt zwischen 50 und 600 µm, um eine höhere Röntgen-Photonen- Ausnutzung zu erhalten als in bekannten Geräten, so daß insgesamt geringere Röntgendosispegel für den Patienten ermöglicht werden, ohne daß ein merkbarer Qualitätsverlust eintritt.

Die Fotokathodenschicht 42 ist aus einem Werkstoff, der in der einschlägigen Technik bekannt ist, nämlich entweder aus Cäsiumantimonid (Cs₃5b) oder aus Multialkaliantimonid (Kombinationen von Cäsium, Kalium, Natrium und Antimon).

Das mit dem Leuchtstoff-Anzeigeschirm 44 erzeugte Bild hat die gleiche Größe wie das Eingangs-Röntgenbild. Der Schirm 44 kann ein bekannter Zink-Cadmium-Sulfid-Schirm (ZnCdS(Ag)), ein Zinksulfid-Schirm (ZnS(Ag)), ein Yttrium-Oxysulfid-Schirm (Y₂O₂S(Tb)) oder irgendein anderer geeigneter blau oder grün emittierender Leuchtstoff hohen Wirkungsgrades sein. Die nach innen weisende Fläche des Ausgangsschirms ist mit einem metallischen Aluminiumfilm 48 in üblicher Weise bedeckt. Die Leuchtstoffschicht, die den Schirm 44 bildet, ist auf einem Ausgangsfenster 50 aus einem Glas hoher Ordnungszahl niedergeschlagen. Mit "hoher Ordnungszahl" ist gemeint, daß das Fensterglas eine hohe Konzentration an Barium oder Blei enthält, um die Röntgenrückstreuung innerhalb und außerhalb der Röhre zu reduzieren und den Radiologen sowohl gegen primäre als auch gegen gestreute Strahlung abzuschirmen.

Ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Nutzbarkeit eines Röntgen-Bildverstärkersystems für die medizinische Diagnose ist der Umwandlungswirkungsgrad der Röhre. Der Umwandlungswirkungsgrad der Bildwandlerröhre wird gemessen in Ausgangslichtenergie pro Röntgeneingangsdosis.

Mehrere arbeitsfähige Nahbereich-Bildverstärkerröhren nach der Erfindung mit 23 cm (9″) Durchmesser sind mit einem Umwandlungswirkungsgrad im Bereich von 1,36 · 10⁴ bis 2,33 · 10⁵ J kg/m² C gebaut worden. Die Ausgangsleuchtstoffe waren aus dem grün emittierenden ZnCdS(Ag), und damit kann der Umwandlungswirkungsgrad auch in fotometrischen Einheiten als 1,94 · 10⁶ bis 3,10 · 10⁷ cd s kg/m² C ausgedrückt werden. Das entspricht einem Helligkeitsgewinn vom 50- bis 800fachen gegenüber dem alten fluoroskopischen Schirm.

Es ist wichtig, diese Resultate mit denen zu vergleichen, die in dem oben erwähnten Aufsatz von Millar berichtet werden. Der Gesamt-Umwandlungswirkungsgrad der Millar'schen Röhre ist 7,60 · 10⁸ bis 7,75 · 10⁸ cd s kg/m² C, was erhalten wird, wenn die MCP bei einem Gewinn von 10 000 arbeitet. Wenn die MCP und ihr Gewinn entfernt werden, ergäbe sich ein Umwandlungswirkungsgrad von etwa 7,75 · 10⁴ cd s kg/m² C, was zu niedrig ist. Der Aufsatz von Millar führt also vom Erfindungsgedanken weg.

In Fig. 4 sind in einem vergrößerten Schnitt die Details des Szintillator- und Fotokathoden-Schirms 43 und des Leuchtstoff-Anzeigeschirms 44 dargestellt. Der Schirm 43 besteht aus einer Szintillatorschicht 40 aus sehr glattem Calciumwolframat oder mit Natrium aktiviertem Cäsiumjodid, das auf ein glatt poliertes, mit Nickel plattiertes Aluminiumsubstrat niedergeschlagen ist, oder auf ein anodisiertes Aluminiumsubstrat 52, das zum Eingangsfenster 38 weist. Die Techniken dieser Dampfniederschlagsprozesse sind bekannt (US-PS 38 25 763). Zur direkten Betrachtung ist die Schicht 40 zwischen 200 und 600 µm dick. Für radiografische Zwecke kann die Schicht 40 dünner sein (50 bis 200 µm), das heißt, das Bild kann weniger hell sein.

Wie oben erwähnt, liegt der Zweck des Szintillatorschirms 40 darin, das Röntgenbild in ein Lichtbild umzuwandeln. Auf der Oberfläche der Szintillationsschicht 40, die vom Substrat 54 weg weist, ist eine dünne, leitende, transparente Elektrodenschicht 54 niedergeschlagen, beispielsweise aus dem Dampf niedergeschlagenes Metall wie Titan oder Nickel, und auf dieser ist die Fotokathode 42 niedergeschlagen. Die Fotokathodenschicht 42 wandelt das Lichtbild von der Szintillatorschicht 40 in ein Elektronenmusterbild um, und die freien Elektronen von der Kathode 42 werden mittels der Hochspannung 46 zum Leuchtstoff-Anzeigeschirm 44 beschleunigt. Der Szintillator-Fotokathoden-Schirm 43 ist mit mehreren isolierenden Pfosten 58 an den Röhrenkolben 36 zwischen das Eingangsfenster 38 und den Ausgangsschirm 44 gehängt. Einer oder mehrere dieser Pfosten können in der Mitte hohl sein, damit eine Hochspannungsleitung 60 von der Quelle 46 eingesetzt werden kann, um den Szintillator- Fotokathoden-Schirm 43 an der Schicht 54 mit negativer hoher Spannung zu versorgen. Die restlichen Teile der Bildverstärkerröhre einschließlich des metallenen Kolbens 36 sind alle auf Erdpotential gelegt. Dieses Konzept, die Flächen, die negativ gegen den Ausgangsschirm sind, zu minimieren, ergibt eine reduzierte Feldemissionsrate innerhalb der Röhre und erlaubt es, die Röhre bei höheren Spannungen und damit bei höherem Helligkeitsgewinn zu betreiben. Es wird auch die Gefahr elektrischer Schläge für den Patienten oder Arbeiter minimiert, wenn er mit dem äußeren Kolben der Röhre in Berührung kommt.

Um Aufladungen der isolierenden Pfosten 58 zu reduzieren, sind diese mit einem leicht leitenden Material beschichtet, beispielsweise Chromoxyd, das die angesammelte Ladung dadurch ableitet, daß ein Kriechweg von weniger als 20 kV/cm geschaffen wird.

Der dicke gläserne Träger 50 hoher Ordnungszahl, auf den der Leuchtstoff-Anzeigeschirm 44 niedergeschlagen ist, bildet eine äußere Endwand des Vakuumröhrengefäßes 36. Dieses Glassubstrat 50 ist am Röhrenkolben 36 mittels eines Kragens 55 aus einer Eisen-Nickel-Chrom-Legierung befestigt. Da der thermische Ausdehnungskoeffizient dieser Legierung an den von Glas und nahezu an den des Röhrenkolbens 36 angepaßt ist, kann der Kragen 54 durch Fritten am Glassubstrat 50 befestigt werden und an den Röhrenkolben 36 angeschweißt werden. Auf der Innenfläche der Glaswand 50 ist die Phosphorschicht 44 niedergeschlagen, die ihrerseits einen schützenden und Elektronen durchlässigen, dünnen Aluminiumfilm 48 trägt, um das Rückstrahlen von Licht zu verhindern und um für ein gleichförmiges Potential zu sorgen. Dieser Film neigt auch dazu, die Reflexion der Leuchtstoffschicht 44 zu erhöhen, so daß sich ein höherer Ausgangs-Lichtgewinn ergibt.

Die praktisch ganz metallische und robuste Konstruktion der Röhre minimiert die Implosionsgefahr.

Der von der Röhre aus der Stromversorgung 46 gezogene Fotostrom hängt natürlich von der Bildfläche der Szintillator- Fotokathoden-Schirmeinheit 43 und des Leuchtstoff-Anzeigeschirms 44 ab. Für eine Röhre, die für die direkte Betrachtung verwendet wird, wird der Fotostrom 0,4 bis 0,8 × 10^-9 A/cm² bei einem Röntgendosis-Pegel von 2,58 · 10^-7 C/gk s betragen.

Es wurde festgestellt, daß dünne Folien der oben erwähnten Legierungsfenster sehr zufriedenstellend sind als Röntgenfenster in Hochvakuumgeräten, wie einer Röntgenbildverstärkerröhre, solange die Dicke unter 0,25 mm liegt.

Claims (8)

1. Röntgen-Bildverstärkerröhre vom Nahbereichstyp mit

• - einem konkaven metallischen Eingangsfenster,
• - einem flachen Szintillatorschirm in der Nachbarschaft des Eingangsfensters, um das Röntgenbild in ein Lichtbild umzuwandeln,
• - einer flachen Fotokathodenschicht parallel und unmittelbar dem Szintillatorschirm benachbart, um Fotoelektronen in einem Muster entsprechend dem Lichtbild zu emittieren,
• - einem flachen Leuchtstoff-Anzeigeschirm parallel zu und im Abstand von der Fotokathodenschicht, wobei der Raum zwischen diesen beiden evakuiert ist,
• - Diagonalabmessungen von Szintillatorschirm, Fotokathodenschicht und Leuchtstoff-Anzeigeschirm, die wenigstens gleich der tatsächlichen Größe des zu verstärkenden Röntgenbildes sind,
• - Anschlüssen, mit denen eine elektrische Spannung zwischen dem Leuchtstoff-Anzeigeschirm und der Fotokathodenschicht angelegt wird, um das Fotoelektronenmuster zum Anzeigeschirm längs paralleler, gerader Laufbahnen zu beschleunigen, so daß sie auf dem Leuchtstoff-Anzeigeschirm auftreffen,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Röhrenkolben (36) metallisch ist,
• - der Szintillator-Fotokathoden-Schirm (43) mit mehreren isolierenden Pfosten (58) am Röhrenkolben (36) zwischen dem Eingangsfenster (38) und dem Leuchtstoff-Anzeigeschirm (44) befestigt ist, um den Szintillator-Fotokathoden-Schirm (43) auf eine hohe negative Spannung bezüglich der geerdeten übrigen Teile der Bildverstärkerröhre legen zu können.

2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Fotokathodenschicht (42) und dem Leuchtstoff- Anzeigeschirm (44) zwischen 2 mm und 25 mm liegt.

3. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsfenster (38) aus einer Legierung aus Eisen, Chrom und Nickel besteht.

4. Röhre nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Hochspannungsquelle (46), mit der eine elektrische Feldstärke zwischen der Fotokathodenschicht (42) und dem Leuchtstoff-Anzeigeschirm (44) zwischen 2 kV/mm und 5 kV/mm erzeugt wird.

5. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Szintillatorschirm (40) eine aus dem Dampf niedergeschlagene Schicht aus mit Natrium aktiviertem Cäsiumjodid (CsI(Na)) aufweist.

6. Röhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die CsI(Na)- Schicht zwischen 200 und 600 Mikrometer dick ist.

7. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Szintillatorschirm (40) eine aus dem Dampf niedergeschlagene Schicht aus Calciumwolframat (CaWO₄) aufweist.