DE2943700C2

DE2943700C2 - Stereokopische Röntgenröhre

Info

Publication number: DE2943700C2
Application number: DE2943700A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Yokohama Kanagawa Muraki; Toshio Yamamura
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1978-11-02
Filing date: 1979-10-30
Publication date: 1982-12-02
Also published as: GB2034967A; JPS586264B2; FR2441267B1; FR2441267A1; DE2943700A1; JPS5562650A; GB2034967B; US4287420A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine stereoskopische Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Eine stereoskopische Abbildung eines Gegenstandes oder Objektes erhält man, wenn zwei Röntgenbilder mit einem Stereoauswerter betrachtet werden. Ein jedes der Röntgenbilder weist eine Belichtung auf, die einem Brennfleck auf der Anode einer Röntgenröhre entspricht. Auf der Anode sind die Brennflecke zueinander im Abstand angeordnet. Eine stereoskopische Abbildung entsteht deshalb, weil in der Belichtung der beiden ίί Rönlgcnbildei ein geringfügiger Abstand gegeben ist. Die von den Kathoden emittierten und abgestrahlten F.lcktronenstrahlen Drallen auf die Oberfläche der Anode auf, und zwar derart, daß zwei Brennflecke entstehen, die ihrerseits wiederum die Röntgenstrahlen erzeugen. Der Abstand zwischen den Brennflecken ist derart ausgelegt, daß er gleich dem Augenabstand ist. Die Röntgenbilder werden dadurch hergestellt, daß man den Film nacheinander mit den Röntgenstrahlen belichtet, die von den verschiedenen Brennflecken erzeugt werden. Der Film wird dabei mit der Rückseite des Gegenstandes in Kontakt gebracht. Das Verfahren wird aus diesem Grunde auch als Kontaktstereoverfahren bezeichnet.

Aus der DE-PS 9 32 569 ist eine Röntgenröhre bekannt, in der vier Kathodendrähte und vier Brennflecke vorhanden sind. Die Brennflecke sind dabei stets von gleicher Größe und nicht zueinander ausgerichtet. Außerdem liegt jeder Brennfleck in eine^r anderen Ebene.

Die DE-PS 8 68 638 zeigt eine Röntgenröhre, in der fünf Brennflecke auf der Anode liegen, die alle verschiedene Größen aufweisen. Alle fünf Brennflecke sind auf dem Umfang eines Kreises angeordnet Dadurch ist es unmöglich, Brennflecke von verschiedener Größe paarweise herauszusuchen um damit stereoskopische Bilder anzufertigen. Außerdem sind alle Elektronenstrahlen nicht in einer Richtung zueinander.

Weiterhin ist es aus der DE-PS S 15 312 und der US-PS 34 52 232 bekannt, eine rotierende Anode zu verwenden.

Zur Verbesserung der Stereowirkung können die beiden Brennflecke auf der Oberfläche der Anode noch weiter als der Augenabstand voneinander entfernt angeordnet werden. In der Praxis sollten die beiden Brennflecke um mehr als ein Zehntel des Abstandes zwischen Brennfleck und Film voneinander entfernt angeordnet sein. Anders ausgedrückt: die Brennflecke müssen dann um mehr als 100 mm voneinander entfernt sein, wenn der Abstand zwischen Brennfleck und Film I m beträgt. Wird ein Abstand von 100 mm gewünscht, dann muß die rotierende Anode eiwen Durchmesser von mehr als 100 mm haben, beispielsweise einen Durchmesser von 150 mm, und zwar wegen der Neigung der eine konische Form aufweisenden Oberfläche der Anode. Das aber bedeutet, daß zur Verbesserung der Stereowirkung eine große Röntgenröhre erforderlich ist, und dann natürlich auch ein großes Röntgenstrahlen-Abschirmungsgehäuse, das die Radiografie in der Handhabung und Durchführung erschwert.

Im Zusammenbang mit dem diskutierten Kontakt-Stereoverfahren läßt sich eine Verbesserung der Stereowirkung dadurch erzielen, daß man das vergrößernde radiografische Stereoverfahren verwendet, Jenn bei diesem Verfahren sind die beiden Brennflecke nur über eine kleine Distanz voneinander entfernt.

Dieses vergrößernde Stereoverfahren wird im Band 124 vom August 1977 Seiten 395—401 der Fachzeitschrift Radiology von Doi und anderen unter der Überschrift »A NEW METHOD OF CEREBRAL ANGIOGRAPHY (Ein neues Verfahren der röntgenologischen Zerebral-Vaseografie)« vorgestellt und beschrieben. Mit diesem Artikel wird ein System beschrieben, das unter Verwendung von zwei Brennflekken — und diese Brennflecke in einem relativ kleinen Abstand zueinander angeordnet — eine Tiefenwahrnehmung gewährleistet, wie sie mit dem Kontakt-Stereoverfahrcn erreicht wird. Die Brennflecke sind kleiner als es bei dem Kontakt-Stereoverfahrcn der Fall ist. Die Konstruktion und der Aufbau der stereoskopischen

Röntgenröhre ist ir. Ji;-sem Artikel jedoch nicht beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine stereoskopische Röntgenröhre zu schaffen, die relouv klein ist, mit der aber doch ein großer Stereoeffekt erzielbar ist und die darüberhinaus für sich schnell bewegende Objekte geeignet ist, wobst der Γ.ϊν·ι~ι? b«anderer Filter überflüssig sein soll.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch genannten Maßnahmen auf besonders einfache Weise gelöst.

Die ':,'iidi;rin; wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel,

F i g. 2 einen Schnitt durch den Hauptteil der in F i g. 1 dargestellten stereoskopischen Röntgenstrahlröhre,

Fig. 3 eine in die Linie 3-3 von Fig. 2 gelegte Draufsicht,

Fig.4 einen Schnitt durch den Hauptteil einer stereoskopischen Röntgenstrahlröhre a!s einem anderen Ausführungsbeispiel,

Fig.5 einen Schnitt durch den Hauptteil einer stereoskopischen Röntgenstrahlröhre,

Fig.6 einen Schnitt durch den Hauptteil einer stereoskopischen Röntgenstrahlröhre,

Fig. 7 einen Schnitt durch den Hauptteil einer stereoskopischen Röntgenstrahlröhre,

Fig.8 eine Darstellung der Funktion des mit dieser Erfindung geschaffenen Röntgenstrahlsystems, wobei

(A) für das radiografische Kontaktverfahren steht und

(B) für das vergrößernde Radiografieverfahren.

F i g. 1 bis F i g. 3 zeigen eine stereoskopische Röntgenstrahlröhre 10. Zur Röntgenstrahlröhre 10 gehört ein evakuierter Glaskolben 11. Dieser luftleere Glaskolben 11 umschließt eine Anode 13 mit einem Rotor 15 auf der einen Seile und mit einer Kathode 17 auf der anderen Seite. Die Anode 13 ist die Anode der stereoskopischen Röntgenstrahlröhre. Im Betriebszustand bringt ein (nicht dargestellter) außerhalb des Glaskolbens angeordneter Motor den Rotor 15 und die Anode 13 zum Drehen, wobei sich diese beiden Konstruktionselemente mit einer hohen Geschwindigkeit um die Achse 19 drehend bewegen. Bei der Anode 13 handelt es sich um eine scheibenartige Platte, die als flacher Kegelstumpf ausgeführt ist, damit die Röntgenstrahlen nach außen hin vom Röhrenkolben aus abgestrahlt werden können.

Von der Konstruktion her ist die Kathode 17 derart konstruiert, daß zu ihr gehören: eine schalenförmige oder becherartige Fokussierungselektrode 21 und die beiden, der Anode 13 gegenüberliegenden Heizdrahtpaare 23. In die Oberfläche der Fokussierungselektrode 21 sind vier Ausnehmungen 25 eingearbeitet, in die wiederum — wie dies aus F i g. 2 und F i g. 3 zu erkennen ist — die beiden Heizdrahtpaare 23 eingesetzt sind. Von der Kathode 21 werden mehrere Röntgenstrahl-Brennflecke auf der Anode 13 erzeugt, die dort in einer Reihe angeordnet sind, wobei jeweils ein BrennPeck einem Heizdraht entspricht, so entspricht beispielsweise dem Heizdraht 23/ , der Brennpunkt 4,, dem Heizdraht 23;. ₂ der Brennpunkt f_L2, dem Heizdraht 23_R2 der Brennpunkt f_R2 und dem Heizdraht 23« / der Brennpunkt f_R ,.

Die Heizdrähte 23;./ und 23«, sind ein erstes ' Heizdrahtpaar, die auf der Anode zwei Brennflecke gleicher Größe entstehen lassen, welche in einem Abstand zueinander angeordnet sind.

Die an-ieir-·: ! !^drähte 23/> und 23«_> sind ein zweites Heizdrahtpaar, welche nuf der Anode 13 die Brennflecke f_L, und /-.; cryeü^n. Die Κι·^..·,ί|ρ·_!;α ;_LJ und f_R2sind kleiner als die Brennflccke 4,· und 4-.. Sie Ik j. n/.tidemauch noch innerhalb der beiden Brennflekke 4/ und (_R,. Die unterschiedliche Brennpunktgröße ν-:: J durch untiii schiedlich große HeizdrSint „3 verursacht, wie dies aus F i g. 3 zu erkennen ist.

In der allgemeinen Radiografie lassen sich Bildvergrößerungen leicht dadurch erzielen, daß man den Gegenstand in einer bestimmten Entfernung zum Film anordnet, je kleiner der Brenn!leck ist. der bei der Vergrößerungsradiografie Verwendung findet, desto größer ist der Vergrößerungsfaktor (M). Im Falle der direkten Radiografie auf Film wird die beste Wirkung dadurch erzielt, daß man den Vergrößerungsfaktor erhöht, die Abmessungen und die Größe des Brennflekkes aber verkleinert. So hat beispielsweise bei einem Vergrößerungsfaktor von 1,5 der Brennfleck eine -° Größe von 0,3 mm, bei einem Vergrößerungsfaktor von 2 eine Größe von 0,1 mm und bei einem Vergrößerungsfaktor von 5 eine Größe von 0,05 n-..Ώ. Andererseits wiederum wird dann, wenn das Maß des trennfleckes größer als 0,5 mm bis 0,6 mm ist, die Informationsaus- -⁵ beute verringert.

Im System der Vergrößerungsradiografie, so wie dieses in :-"ig. 8A dargestellt ist. sind das Verhältnis zwischen der Stereowirkung Z zum Vergrößerungsfaktor M, die Distanz D_n, zwischen den Brennflecken ³⁽¹ (fLu—fR_M) sowie die Konstante K mit der nachstehend angeführten Gleichung dargestellt: Z = KM² χ A_n. Diese Gleichung besagt, daß die Stereowirkung Z dem Quadrat des Vergrößerungsfaktors M proportional ist. Ist sowohl für das System der Vergrößerungsradiografie ^r» als auch für das System der Kontaktstereoradiografie die Stereowirkung Z gleich, v/ird der Vergrößerungsfaktor M verdoppelt, dann kann der Abstand zwischen den Brennflecken in der Vergrößerungsradiografie rund ein Viertel der Strecke D ausmacher,, die beim ⁴ⁿ Kontaktstereosystem nach Fig. 8B zwischen den Brennflecken i, — f_R gegeben ist. Darüber hinaus ist beim System der Vergrößerungsradiografie das Objekt 41 in uer Mitte zwischen den Brennflecken und dem Film 43 angeordnet. Zum Absorbieren der Streustrahlung wird im Kontaktstereosystem ein Giüer 45 verwendet.

Das aber bedeutet, daß eine starke Vergrößerung mit einem Paar Brennflecke kleiner Abmessung und mit einem kleinen Abstand zwischen den beiden Brennflekken des Brennfleckpaares erreicht wird. Die Inbetriebnahme der in F i g. 1 bis F i g. 3 dargestellten Röntgenstrahlröhre bewirkt, dfß zuerst ein Strom durch den Heizdraht 23/./ fließt und dabei einen Elektronenstrahl erzeugt, der auf die Oberfläche der Anode gerichtet und " geführt Wrd, damit von der Auftreffstelle, d. h. vom Brennpunk? (,.,, die Röntgenstrahlen erzeugt und abgestrahlt werden, wobei dann auch das erste Röntgenbild radiografisch aufgenommen wird. Sodann wird das zweite Römgenbüd unter Einwirkung der vom Brennpunkt f_R , erzeugten Röntgenstrahlen und vom Brennpunkt f_R, abgestrahlten Röntgenstrahlen radiografisch aufgenommen. Die derart erhaltenen Röntgenbilder werden unter Verwendung eines Siereobilubetrachters beobachtet. In der gleichen Weise entstehen zwei Röntgenbilder dann, wenn die Belichtung mit Röntgenstrahlen erfolg', die sowohl vom Brennprn,.' 4^aIs auch vom Brennpunkt 4> .'erzeugt und abgestrahlt werden. Die Rönteenbilder. dir mit Krimpmornhlpn am

den größeren Brennpunkten //. ; und f/t ι erzeugt werden, eignen sich für dicke und starke Objekte, sowie für solche Objekte, die sich schnell bewegen, wohingegen die Röntgenbildcr. die von Röntgenstrahlen der kleineren Brennpunkte f, ..und λ«.»erzeugt werden, sich für die Detailuntersuchungen von Objekten eignen.

Die vielen Brcnnflecke oder Brennpunkte werden auf der Anode 13 dadurch herbeigeführt, daß der Heizclrnhtstrom unter den Hei/drahten 23 auf der Fokussierungselektrode 21 umgeschaltet wird. Die Umschalt/cit des Heizdrahtstromes beträgt für jeden der Hei/drahte ungefähr 0.5 Sekunden bis 1.5 Sekunden. Für das Objekt, das zu untersuchen ist. heißt dies, daß dieses Objekt über eine Zeit, die gleich der Umschaltzeit ist. stationär gehalten werden muß.

Fig. 4 zeigt eine modifizierte Ausführung der stereoskopischen Röntgenstrahlröhre. Ein Isolierstück 27 teilt die Fokiissierungselektrode 27 elektrisch gesehen in die beiden Abschnitte 21/. und 21R. Das hat zur Folge, daß der Abschnitt 2L vom Abschnitt 2R elektrisch unabhängig ist. Das Aufschalten einer negativen Vorspannung auf die beiden Abschnitte 21. und 2R — diese Spannung wird von den Spannungsquellen 31 und 32 her aulgeschaltet, die von einer Triggerschaltung 35 gesteuert werden — bewirkt die Abschaltung eines Elektronenstrahles, der von irgendeinem der Heizdrähte her abgestrahlt wird. Andererseits aber, wenn die Fokussierungselektrode 21 und die Heizdrähte 23 am gleichen Potential liegen, werden von den Heizdrähten Elektronenstrahlen erzeugt und abgestrahlt. Die Stromquellen für die Heizdrahtpaare sind mit 37 und 39 gekennzeichnet.

Die Umschaltung der Röntgenstrahlen-Abstrahlung wird nun dadurch bewerkstelligt, daß das Potential der zur Fokussierungselektrode gehörenden Fokussierungsabschnitte gesteuert w ird. wobei der Umschaltvorgang innerhalb einer kurzen Zeitspanne erfolgen kann, so daß es möglich ist. Röntgenaufnahmen von Objekten, die sich schnell bewegen, herzustellen, beispielsweise Röntgenaufnahme vom schlagenden Flerzen.

Mit Fig. 5 ist ein Teil einer stereoskopischen Röntgenstrahlrohre dargestellt. Diese Röhre weist einen zentral angeordneten Heizdraht 23Cauf. Ein von diesem Heizdraht abgestrahlter Elektronenstrahl erzeugt in der Mitte der Anode einen Brennfleck fc, wie dies von außerhalb der Röhre her beobachtet werden kann. Das aber bedeutet, daß eine einzige Röntgenstrahlrohre sowohl bei der stereoskopischen Radiografie als auch bei der normalen Radiografie Verwendung finden kann.

Die Aufnahme des mittleren llcizdrahies in die I lei/draht- Anordnung hat zur Folge, daß die llei/drahlpositionen gegeneinander ausgeweitet werden. Um diesem Ausbreiten entgegenzuwirken und um die lilektronenstnihlen auf tier Anode zu fokussieren, ist die der Anode Π gegenüberliegende Fläche der Fokussierungselektrode 21. d.h. die (lache 22. in V-Form ausgeführt. Weil nun wegen der Verwendung der V-F'orm der Abstand zwischen den Brennflecken verringert wird, ist es möglich, die Fndabstände zwischen den Bminflecken in der gewünschten Weise festzulegen. Die Heizdrähtc 23 sind in den in die Oberfläche der V-förmigen FokiissieririgsJeklrodc eingearbeiteten Ausnehmungen in einer Reihe angeordnet, so wie dies in F i g. 5 dargestellt ist.

Die Oberfläche 22 der Fokussierungselektrode 21 kann, wie dies in F i g. 6 dargestellt ist. auch in r'er kopfgestciiicn V-Form ausgeiuiii i scm. VuiVi ScnCiiol 5 aus ist die Oberfläche 22 der Fokussierungselektrode 21 nach unten schräg geneigt. In diese Oberfläche 22, die die Form eines auf den Kopf gestellten Buchstabens V hat. sind die Ausnehmungen 25 eingearbeitet und in diese Ausnehmungen 25 — und zwar in einer Reihe angeordnet — sind die Heizdrähte 23 eingesetzt. Als Folge davon können die Abstande zwischen den Brennflecken jeweils durch die Anordnung der Heizdrahtpi/sitionen gewählt werden, desgleichen aber auch durch die Schrägneigung der Oberfläche 22, die zur Fokussierungselektrode 21 gehört.

F i g. 7 zeigt nun ein wiederuin anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Fokussierungselektrode 21 eine in der Mitte angeordnete Oberfläche 22S hat. die zu der Anode 13 parallel ausgerichtet ist. Dieser zentralen Oberfläche zugeordnet sin«"¹ '^;ic beiden Fleizdrähte des die kleineren 3rennflecke bildenden Heizdrahtpaares. In die andere Oberfläche 22,4 der Fokussierungselektrode eingearbeitet sind die anderen beiden Heizdrähte 231.; und 23« /desdie größeren Brennflecken 4 /und /}..? bildenden Heizdrahtpaares. Diese Fläche 22A ist zur Fläche 22ß hin in einem Winkel θ geneigt. Eine derartige Kathodenkonstruktion ermöglicht relativ kleine Brennflecke auf der Anode 13. die einen relativ kleinen Abstand zueinander haben, sowie auch noch relativ große Brennflecke, die einen großen Abstand zueinander haben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuneen

Claims

Patentansprüche:

1. Stereoskopische Röntgenröhre mit einem evakuierten, eine Anode und eine Kathode enthaltenen kolben, bei der gerichtete Elektronenstrahlen auf der Anode Brennflecke gleicher oder unterschiedlicher Größe und Röntgenstrahlen erzeugen und die Kathode ein erstes Paar Elektronen emittierender Drähte zur Erzeugung eines ersten Brennfleckpaares und ein zweites Paar Elektronen emittierender Drähte zur Erzeugung eines zweiten Brennfleckpaares aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Brennfleckpaar (Flj, /«.3) kleiner als das erste Brennfleckpaar (Fl u (r 1) ist und daß das zweite Brennfleckpaar zwischen den π Brennflecken des ersten Brennfleckpaares angeordnet und mit diesem gleichgerichtet ist.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (17) eine Fokussierelektrode (21) besitzt, die durch ein Isolierstück (27) in zwei Sektoren aufgeteilt ist und daß jeder Sektor jeweils einen Heizdrahi des ersten und zweiten Heizdrahtpaares trägt

3. Röntgenröhre nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (17) einen zusätzlichen Heizdraht (23C) besitzt, der im zentralen Teil der Fokussierdektrode (21) angeordnet ist.

4. Röntgenröhre nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierelektrode (21) schalenförmig ausgebildet ist.

5. Röntgenröhre nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daA die Heizdrähte (23) in Ausnehmungen (25) der Oberfläche der Fokussierelektrode (21) angeordnet iind.

6. Röntgenröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (25) in einer Linie auf einer V-förmigen Oberfläche der Fokussierelektrode angeordnet sind.

7. Röntgenröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (25) in einer Linie auf einer umgekehrt V-förmigen Oberfläche der Fokussierelektrode angeordnet sind.

8. Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierelektrode (21) eine Oberfläche mit einem zentralen Bereich (22SJ der parallel zur Anodenoberfläche verläuft und das zweite Heizdrahtpaar (23«.?, 23_L2) trägt und einen von diesem Bereich (22ß,)abwärts geneigten Bereich (22A) besitzt, in welchem das erste Heizdrahtpaar (23« ,, 23/.;) angeordnet ist.