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Drehanoden-Röntgenröhre
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Die Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1. Solche Röhren sind bekannt aus der DE-PS 647 200 (insbesondere
Seite 1, Zeilen 20 bis 3)).
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Bei einer solchen Röhre, die eine wenigstens um zwei Achsen rotierende
Drehanode aufweist, ist eine Lagerung und ein Antrieb in zwei senkrecht zueinander
liegenden Drehachsen erfcrderlich. Diese zweifache Rotationsbewegung ist dann schwierig
zu verwirklichen, wenn die Drehanode innerhalb des evakuierten Kolbens kardanisch
gelagert wird. Dann muß mindestens ein Antriebsmotor ganz in das Vakuum eingebrecht
werden. Eine solche Ausführung erfordert aber neben der dabei auftretenden hochvakuumtechnischen
Schwierigkeiten (Entgasung des Motors) viel Raum. Eine solche schon über 40 Jahre
vorbekannte Ausführungsform einer Drehanode, bei welcher die Brennfleckbahn eine
räumliche Kurve ist, konnte sich daher in der Röntgentechnik auch nicht einführen.
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Aus der US-PS 29 26 270 ist inzwischen eine Röntgenröhre bekannt geworden,
deren Drehanode ein Kugelabschnitt ist. Dieser wird um sein Zentrum rotiert, während
eine Verkippung um das Zentrum der Krümmung des Kugelabschnittes erfolgt. Um die
Kippung durchführen zu können, ist die Achse elastisch durch die Wand des Vakuumkolbens
hindurchgeführt. Außerhalb des Vakuumkolbens ist die Achse an einer Vorrichtung
angebracht, die das Kippen bewirkt. Auch diese Ausbildung hat sich in der Röntgentechnik
nicht durchsetzen können. Dies beruht offensichtlich hauptsächlich darauf, daß derartige
Röhren bereits bei relativ großen Anodenwinkeln von 150 bis 160 sehr lang sind,
daß die Vorrichtung, die das Kippen bewirkt, erhebliche Kräfte aufnehmen muß und
dennoch den optischen Brennfleck sehr präzise festhalten muß und daß der Luftspalt
des Drehanodenmotors um einen bestimmten Teil der Verschiebung, den der thermische
Brennfleck auf der Drehanode durch das Kippen erfährt, größer sein muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Drehanoden-Röntgenröhre
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine exakte Festlegung des Brennflecks unter
Beibehaltung üblicher Drehanodenkonstruktionsmerkmale zu erzielen. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen
Maßnahmen gelöst.
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Durch die erfindungsgemäße Kippung der Röntgenröhre, die mit einer
Drehanode ausgestattet ist, deren Oberfläche eine Kugelkappe ist, deren Krümmungsmittelpunkt
auf der im Kreuzungspunkt von Drehanodenachse und Kippachse liegt, wird wie bei
den bekannten Röhren dieser Art eine Erhöhung der zulässigen Röntgenröhrenleistung
bzw. der zulässigen Strahlungsdichte durch
Wahl einer spiralförmigen
Brennfleckbahn auf der Drehanode anstelle der üblichen Kreisbahn erreicht. Durch
die erfindungsgemäße feste Montage der Drehachse der Rotationsbewegung im Kolben
der Rohre und den Kippbewegungsausgleich zur Fixierung des Brennflecks, der sich
von den vorbeKannten Konstruktionen dadurch unterscheidet, daß sich die Drehanode
im Vakuumkolben nur um eine Achse dreht, jedoch der ganze Vakuumkolben gekippt und
die Kathode gegenläufig bewegt wird, werden folgende Vorteile erzielt: Dort, wo
die Drehanode im Vakuumkolben gehalten und gelagert ist und wo die hohen Kräfte
auftreten, ist nur die konventionelle bewährte Röntgentechnik notwendig, weil die
Drehanode relativ zum Vakuumkolben und relativ zum Stator des Drehanodenmotors nur
eine Bewegung, nämlich die für Drehanoden übliche Drehbewegung, ausführt. Deshalb
braucht auch der Luftspalt des Drehanodenmotors nicht größer zu werden als sonst
üblich. überdies ist die Röntgenröhre nur in der Länge der üblichen Konstruktion
auszugestalten, weil man ohne flexible Wanddurchführung auskommt.
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Die spiralförmige Brennfleckbahn wird nach der Erfindung durch eine
Verschiebung des Brennflecks auf der Drehanode während der Röntgenaufnahme erzielt.
Da jedoch der Brennfleck relativ zum Aufnahmesystem (Patient - bildgebendes System)
örtlich festgehalten wird, wird die Röntgenröhre in einer festen Zuordnung zur genannten
Brennfleck-Verschiebung gekippt. Die Drehung der Anode entspricht derjenigen bei
üblichen Röntgenröhren-Drehanoden.
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Das Kippen der Röntgenröhre kann mittels einer motorisch angetriebenen
Spindel erfolgen, die an der Anodenseite oder an der Kathodenseite über ein sogenanntes
Schloß an der Röhre angreift. Die Ansteuerung des Mo-
tors wird
so ausgestaltet, daß eine Abstandsänderung zwischen dem Motor und der Drehachse
der Drehanode erhalten wird.
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Das gegenläufige Verschieben des Brennflecks kann erreicht werden
durch elektrostatisch und/oder magnetisch wirkende Ablenkmittel im Kathodenkopf.
Sie werden so aufgebaut, daß die Austrittsstelle des Elektronenstrahls aus dem Kathodenkopf
und damit die Lage des Brennflecks beeinflußt werden können. Diesen Ablenkmitteln
werden Spannungen oder Ströme zugeführt, deren Höhe der durch den Motor (Schrittmotor)
hervorgerufenen Kippung in dem Sinne zugeordnet ist, daß eine Kompensation hinsichtlich
räumlichem Festhalten des Brennflecks erreicht wird.
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Das gegenläufige Verschieben des Brennflecks und damit seine Fixierung
im Raum kann auch dadurch geschehen, daß die Glühkathode (Kathodenwendel) in einer
Halterung (Schiffchen) befestigt ist und daß diese in einer Führung innerhalb des
Kathodenkopfes entsprechend verschoben wird. Eine Stange, die durch einen angeglasten
Metallbalg oder durch eine angeglaste Metallmembran in den Vakuumraum der Röhre
reicht, kann die Synchronisierung der Verschiebung bezirken. Hier müßte der Motor
mit zwei Spindeln und zwei elektrisch isolierten Schubstangen (evtl. koaxial) ausgerüstet
sein, damit einerseits eine Verkippung der Achse der Drehanode und andererseits
dieser gegenüber auch noch eine Verschiebung der Schubstange der Glühkathode erreicht
werden kann. Dabei sind die Größenverhältnisse so zu wählen, daß die Halterung die
der Geometrie der Röntgenröhre entsprechende gegenläufige Verschiebung erfährt.
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Durch Kippvorrichtung für die gesamte Röntgenröhre kann außer einer
Erhöhung der zulässigen Brennfleckleistung
ein Vorteil auch bei
Röntgenröhren erzielt werden, die zwei nebeneinanderliegende Kathodenwendeln haben,
von denen eine einem kleinen, die andere einem große Brennfleck zugeordnet ist.
Es ist stets nur eine Kathodenwendel in Betrieb. Da diese Brennflecke meist an derselben
Stelle des Anodentellers entstehen, ist, so lange die Achse des Anodentellers räumlich
feststeht, mit einer Brennfleck-Umschaltung ein Versatz des genutzten Strahlenkegels
verbunden. Dieser Versatz läßt sich durch Kippen der Röhre ausgleichen. Der Strahlenkegel
kann so stets optimal auf das bildgebende System ausgerichtet bleiben.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend
anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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In der Fig. 1 ist ein Ubersichtsschaubild über ein Röntgengerät mit
erfindungsgemäß ausgestaltetem Strahler gezeichnet, in der Fig. 2 in vergrößerter
Darstellung eine Ausbildungsform der Verkippbarkeit der Röhre, in der Fig. 3 eine
abgewandelte Ausbildungsform, in der Fig. 4 eine elektrostabische Fixierung des
Brennflecks und in der Fig. 5 eine Röhre mit zwei Glühkathoden und Brennflecken.
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In der Fig. 1 ist mit 1 eine Stützwand bezeichnet, an deren Rückseite
eine Laufschiene 2 angebracht ist, an
der entlang ein Läufer 3 verschiebbar
ist. Letzterer trägt an einem Auslegearm 4 den eigentlichen Strahler 5, der aus
einem strahlendichten Gehäuse besteht, welches einen Tubus 7 trägt, durch welchen
Strahlen austreten und mittels an sich bekannter, in einem Kasten 8 untergebrachter
Blendenteile für die beabsichtigte Durchleuchtung ausgeblendet werden. Zum Betrieb
des Strahlers 5 ist ein elektrischer Apparat 9 vorgesehen, an welchem die Betriebsgrößen
durch Einstellmittel 10 reguliert werden können. Die elektrische Versorgung des
Strahlers 5 erfolgt über Hochspannungskabel 11 und 12, die den Apparat 9 mit dem
Strahler 5 verbinden. So kann ein an der Stützwand 1 angeordneter Patient 13 durchleuchtet
werden, so daß in der Abbildungsanordnung 14, in einer Kassette 15 und/oder auf
einem Leuchtschirm 16 ein Durchleuchtungsbild sichtbar gemacht werden kann.
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In dieser Anordnung ist im Strahlenschutzgehäuse 6 des Strahlers 5
eine Röntgenröhre 17 untergebracht, die eine Kathodenanordnung 18 und eine Anodenanordnung
19 an gegenüberliegenden Enden eines Vakuumkolbens 20 in an sich bekannter Weise
trägt. Dabei ist in einem Kathodenkopf 21 eine Glühkathode 22 untergebracht, von
der aus ein Elektronenstrahl 23 auf die Oberfläche einer Drehanode 24 gelangt, die
mittels eines Stators 25 in Rotationsbewegung versetzt wird. Gleichzeitig erfolgt
mittels eines Motors 26 und einer Spindel 27 eine Verkippung um einen Kippunkt 28,
welcher sich im Zentrum der Krümmung der Oberfläche der Anode 24 befindet und gleichzeitig
auf der Drehachse 29 der Anode 24 liegt. Der Ausgleich der Lage eines sich am Auftreffpunkt
des Elektronenstrahls 23 auf der Anode 24 bildenden Brennflecks 30 wird durch in
der Fig. 4 näher auseinandergesetzte elektrostatische Mittel erreicht.
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In der Fig. 3 ist eine abgewandelte Ausbildungsform der Röhre 17
gezeichnet, bei welcher der Motor 26 über die Spindel 27 einerseits auf eine Verkippung
der Achse 29 einwirkt und andererseits einer ein Schloß 40 auf einen Hebel 41, der
eine Verschiebung der Glühkathode 22 innerhalb des Kathodenkopfes 21 gegenläufig
zur Verkippung bewirkt, so daß der Brennfleck 30 im Raum festgehalten wird. Dazu
ist in der Achse der Spindel 27, die vom Motor 26 angetrieben wird, eine weitere
Spindel 42 vorgesehen, die zum Schloß 40 am Hebel 41 angreift, so daß das Schloß
um ein bestimmtes Wegverhältnis weiter vom Motor 26 wegbewegt wird als der Auftreffpunkt
43 der Spindel 27 an der Drehachse 29. Diese zusätzliche Bewegung des Schlosses
40 relativ zum Auftreffpunkt 43 wird über eine vakuumdichte Membran 44 in eine gegenläufige
Bewegung der Glühkathode 22 umgesetzt.
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In der Fig. 4 ist die Wirkungsweise der elektrostatischen Fixierung
des Brennflecks 30 zeichnerisch dargestellt. Die Kathodenanordnung 18 enthält in
diesem Fall außer der Glühkathode 22 mehrere rohrförmige Elektroden 45 zur Bündelung
der Elektronen sowie zwei Ablenkplatten 46, die, wie es von Oszillographenröhren
her bekannt ist, die Richtung des Elektronenstrahls beeinflussen.
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Eine magnetische Fixierung des Brennflecks 30 kann in gleicher Weise
wie die elektrostatische erfolgen. Anstelle von Ablenkplatten 46 sind in diesem
Fall für die Ablenkrichtung Ablenkspulen anzubringen. Daß diese vorteilhaft außerhalb
des Vakuumgefäßes 20 angebracht werden, ist bei der Dimensionierung der Kathodenseite
zu berücksichtigen.
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In Fig. 5 ist die Verkippung der Röhre 17 zur Stabilisierung des ausgesandten
Röntgenstrahlenkegels gezeichnet. Dabei wird der von einer Blende 49 begrenzte Strahlenkegel
50 in einer Kippstellung der Röhre 17 abgenommen, die eine Richtung ergibt, welche
bei Verkippen dann vom zweiten Brennfleck aus einen Strahlenkegel 51 ergibt, der
denselben Verlauf nimmt wie der Kegel 50, obwohl die beiden Glühkathoden 52 und
53 nebeneinander, also an verschiedenen Stellen, liegen. Die Verstellung wird, wie
in den Fig. 2 und 3 dargestellt, mittels eines Motors 26 über eine Spindel 27 erreicht.