DE3222514C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung von Röntgenuntersuchungen der räumlichen Anordnung von Details in Untersuchungsobjekten unter Ver­ wendung einer einzigen mit einem Austrittsfenster versehenen Röntgenröhre mit gewölbter, quader-, prismen- oder keil­ förmiger Antikathode, deren Zenit bzw. Kante der Kathode zugewandt ist, wobei in der Röntgenröhre der Elektronenstrahl auf verschiedene Abstrahlpunkte der Antikathode richtbar ist.

Ein derartiges - z. B. zur Anwendung in der Computertomographie bestimmtes - Verfahren und eine hierfür anwendbare Vor­ richtung ist aus der GB-PS 16 04 431 bekanntgeworden, bei der eine stufenförmige Antikathode verwendet wird. Der Elektronenstrahl wird von einer Stufe zur nächsten abge­ lenkt, um das Target nicht durch zu lange Auftreffzeiten des Elektronenstromes zu beschädigen. Hier dient die treppenförmige Ausführung somit für eine verbesserte Wär­ meableitung vom jeweiligen Auftreffpunkt des Elektronen­ stromes auf dem Target.

Dem gleichen Zweck dient ein aus der GB-PS 14 69 932 be­ kannt gewordenes drehbares Target, dessen Umfangsfläche sägezahnförmig ausgebildet ist. Bei dieser Röntgenröhre wird der Elektronenstrom während des Betriebes in seiner räumlichen Lage nicht abgelenkt, durch die Drehbewegung des Targets fällt dann dieser nicht abgelenkte Elektronenstrom nacheinander auf die einzelnen Zahnflanken der Umfangsfläche des sich drehenden Targets, wodurch ebenfalls der Brennfleck immer nur kurzzeitig an einer Stelle des Targets befindlich ist.

Mit solchen Vorrichtungen ist es möglich, Beschädigungen des Targets durch zu lange Verweildauer des Brennflecks an einem Ort des Targets zu vermeiden. Die mit diesen Röntgen­ röhren erhältlichen Abbildungen der Untersuchungsobjekte sind jedoch unscharf und verwischt, was darauf beruht, daß der geometrische Ort des Brennflecks auf dem Target ständigen Änderungen unterworfen ist.

Aus der DE-OS 25 59 658 ist eine Vorrichtung bekanntge­ worden, bei der Tomographien hergestellt werden, indem ein fest auf einem Drehtisch eingespanntes Untersuchungsobjekt in verschiedenen Stellungen gegenüber der Röntgenröhre ge­ dreht wird, die mit einer Steuervorrichtung versehen ist, mit der der Elektronenstrahl auf verschiedene Abstrahlpunkte der Antikathode gerichtet ist. Die einzelnen Abstrahlpunkte auf der Antikathode sind verschiedenen Ebenen des Unter­ suchungsobjektes zugeordnet. Die stetige Drehung des Dreh­ tisches führt zu Verwischungen im erzeugten Röntgenbild. Die langdauernde feste Einspannung des Untersuchungsobjekts und die Dauer der Röntgenbestrahlung während der Untersuchung führen insbesondere in der Humanmedizin zu unerwüscht hohen Belastungen.

Diese Verwischungen und Unschärfen, die einerseits durch den ständigen Wechsel des Brennflecks innerhalb der Röntgen­ röhre und andererseits durch die kontinuierliche Drehung des Drehtisches verursacht sind, sind es, die dazu führten, daß die in der Optik erzielbaren guten Stereobilder sich mit Röntgenstrahlung nicht herstellen ließen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung bei röntgenologischen Untersu­ chungen der eingangs genannten Art eine Möglichkeit zu schaffen, um trotz eines hierfür notwendigen Wechsels des Abstrahlpunktes zu unverwischten, scharfen Ab­ bildungen zu kommen. Die Erfindung erreicht dieses durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.

Die zur Durchführung dieses Verfahrens benutzte Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Steuervorrichtung vor­ gesehen ist, die den Elektronenstrahl von dem einen Auf­ treffpunkt auf der dem Austrittsfenster zugewandten Teil­ fläche über den Zenit bzw. die Kante auf die dem Austritts­ fenster abgewandten Teilfläche und von dieser wiederum über den Zenit bzw. die Kante auf den weiteren Auftreffpunkt auf der dem Austrittsfenster zugewandten Teilfläche lenkt. Auf diese Weise gelingt es, scharfe Abbildungen zu erhalten, weil keine Verwischungen auftreten. Denn beim Umlenken des Elektronen­ strahles von einem Brennfleck zum nächsten verläuft der Auftreffpunkt des Elektronenstrahles nicht direkt von einem Brennfleck zum anderen und wendet in dieser Zeit Röntgen­ strahlung von einer Vielzahl von Auftreffpunkten durch das Röntgenfenster, sondern während dieses Umlenkvorganges ver­ läuft der Auftreffpunkt des Elektronenstrahles auf einem Weg, der Röntgenstrahlung nicht aus dem Austrittsfenster heraustreten läßt. Erst dann, wenn der Elektronenstrahl wieder auf dem nächsten Brennfleck auftrifft, gelangt Rönt­ genstrahlung aus dem Austrittsfenster. Hierdurch ist der Vorteil erhalten, daß Stereobilder und Tomographien hoher Qualität hergestellt werden können. Diese Stereobilder und Tomographien sind von einer für Röntgenstrahlung hervorra­ genden Schärfe, weil auf ihnen die Verwischungen weitgehend entfallen. Denn der Strahl wird von einem Abstrahlpunkt zum anderen auf der Antikathode auf einem Weg bewegt, der "im Schatten" liegt, so daß während dieser Bewegung von einem Abstrahl­ punkt zum anderen Abstrahlpunkt keine Röntgenstrahlung aus dem Austrittsfenster der Röntgenröhre austritt.

Damit die Antikathode nicht durch im Brennfleck entstehende Wärme beschädigt werden kann, ist es zweckmäßig, wenn man den Wechsel des Abstrahlpunktes während einer Aufnahme ein- oder mehrmals wiederholt.

Um scharfe Abbildungen zu erhalten, ist es auch zweckmäßig, wenn man den Auftreffpunkt des Elektronenstrahles auf einem Abstrahlpunkt verharren läßt und dann den Elektronenstrahl mit hoher Geschwindigkeit auf den nächsten Abstrahlpunkt bewegt und ihn dort wieder verharren läßt.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den die Antikathode auf­ nehmenden Teil der Röntgenröhre,

Fig. 2 einen Querschnitt durch diesen Teil der Röntgenröhre,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Antikathode mit vier Abstrahlpunkten auf dem Weg des Auftreffpunktes des Elektronenstrahles auf der Antikathode beim Wechsel des Brennflecks.

An dem der nicht dargestellten Elektronenkanone abgewandten Ende der Röntgenröhre 2 ist der Targetkopf 7 angeordnet, der in seinem Inneren die Antikathode 8 aufnimmt, die mittels durch den Kanal 17 zugeführten Kühlwassers gekühlt wird. Der Antikathodenkopf 7 weist ein Austrittsfenster 9 für die an der Antikathode 8 erzeugte Röntgenstrahlung 10 auf. Der von der Elektronenkanone erzeugte Elektronenstrahl 11 wird durch im Inneren der Röntgenröhre 2 angeordnete Ablenkspulen 6 gebündelt und auf fest vorgegebene Abstrahlpunkte 39 ge­ lenkt. Durch Verwendung einer speziellen Elektronenkanone mit einem Mikrofokus und durch weitere Maßnahmen zur Bünde­ lung wird ein scharf gebündelter Elektronenstrom 11 in die­ ser Röntgenröhre erzeugt und angewendet. Denn für die Stereo- Radiographie und für die Herstellung von Tomographien ist es von besonderer Wichtigkeit, daß der Elektronenstrahl scharf gebündelt ist und daß der Brennfleck auf der Anti­ kathode besonders klein ist, jedoch eine besonders hohe Intensität der Röntgenstrahlabstrahlung erreicht. Wichtig ist auch der Auftreffpunkt der Elektronenstrahlachse auf der Antikathode. Der Krümmungsradius der Antikathode wird so gewählt, daß sich ein sogenannter Targetwinkel von maximal 10° ergibt, die Röntgenstrahlung vom Ort des Auf­ treffpunktes nahezu tangential von der Antikathode abgestrahlt wird, nämlich unter einem Winkel bis zu 10° zur Tangente im Auftreffpunkt des Elektronenstrahles. Durch diese Wahl des Targetwinkels von maximal 10° wird eine sehr hohe Inten­ sität der Röntgenstrahlung erreicht.

Durch den Wechsel des Brennflecks wird ein impulsartiger Betrieb der Röntgenröhre durchgeführt, bei der der Elektronen­ strahl ständig auf das Target auftrifft, der Auftreffpunkt des Elektronenstrahles auf dem Target jedoch mehrmals wech­ selt, wobei bei jedem Auftreffen des Elektronenstrahles auf einen Brennfleck ein Impuls bestimmter zeitlicher Länge von Röntgenstrahlung durch das Austrittsfenster 10 austritt.

Der Elektronenstrom 11 fällt während der Impulsdauer auf die Stelle 39 im gekrümmten Bereich der Oberfläche der Anti­ kathode 8. Von dieser Stelle 39 aus werden Röntgenstrahlen 10 emittiert, die durch das Fenster 9 fallen. Während der Impulspausen wird mittels der Ablenkspulen 6 der Elektronen­ strom 11 so abgelenkt, daß er die Richtungen 37 einnimmt und auf die Fläche 38 der Antikathode fällt, die vom Zenit der Krümmung der Oberfläche der Antikathode aus gesehen auf der dem Austrittsfenster 9 abgelegenen Seite der Antikathode befindlich ist. Hier von dieser Fläche 38 werden auch Röntgen­ strahlen ausgesandt. Diese fallen aber nicht in das Austritts­ fenster 9 der Röntgenröhre, sondern fallen auf der dem Fen­ ster 9 abgewandten Seite der Röntgenröhre auf die absorbie­ rende Auskleidung 16, die zweckmäßigerweise aus Blei herge­ stellt wird. Man läßt zweckmäßigerweise den Auftreffpunkt des Elektronenstromes über den Zenit des gewölbten Targets in den Impulspausen herübertreten, weil dann während der Impuls­ pausen keine Röntgenstrahlung aus dem Austrittsfenster 9 austritt, die infolge des bewegten Auftreffpunktes des Elektronenstrahles sonst eine Unschärfe in das Bild hinein­ bringen würde.

Eine Darstellung der Vorgänge auf der Antikathode, bei dem während der Impulspausen der Strahl über einen weiten Umweg geschickt wird, ist in Fig. 3 näher erläutert.

Während der Impulspausen bewegen sich der Auftreffpunkt 41 des Elektronenstrahles auf der Fläche 38 der Antikathode, die auf der dem Austrittsfenster 9 abgewandten Seite der Antikathode befindlich ist. Hierbei verläuft dieser Ort des Auftreffens des Elektronenstrahles auf einem Zickzackweg. Lediglich an vier Stellen, nämlich den Stellen 39 A, B, C und D wird der Auftreffpunkt des Elektronenstrahles über den Zenit der gekrümmten Fläche der Antikathode hinaus be­ wegt, und zwar an einem Ort, dessen geometrische Lage so ist, daß der Targetwinkel einen Wert von 0 bis 10° einnimmt. Die von diesen Auftreffpunkten 39 A bis D ausgehenden Röntgenstrahlen 10 A, 10 B, 10 C, 10 D fallen entsprechend der Anordnung der An­ tikathode in der Röntgenröhre durch das Strahlenaustritts­ fenster 9. Zweckmäßigerweise nimmt man die Ablenkung des Elektronenstromes 11 so vor, daß der Weg 41 des Auftreffpunk­ tes des Elektronenstromes auf der Fläche 38 in ständiger Bewegung ist, während der Auftreffpunkt an den Orten 39 A bis D jeweils für die Impulsdauer verharrt.

Die gezeichnete Anzahl von vier Auftreffpunkten 39 A bis D ist willkürlich gewählt. Es können zwei Auftreffpunkte bei der Stereographie, es können aber auch mehr Auftreffpunkte als vier Auftreffpunkte bei der Tomographie sein.

Die hier auftretenden Vorgänge sind in Fig. 2 näher darge­ stellt: Durch entsprechende Spannungen an den Ablenkspulen läßt sich der Auftreffpunkt für den Elektronenstrom auf vier Punkte 39 A, 39 B, 39 C und 39 D auf ein und derselben Antikatho­ de 8 einstellen. Dieses sind Auftreffpunkte des Elektronen­ stromes, auf denen der Elektronenstrom längere Zeit ver­ harrt. Wenn ein Wechsel des Auftreffpunktes stattfinden soll, also die Ablenkspulen mit einer Spannung beaufschlagt wer­ den, die den Elektronenstrom aus seiner Bahn auf den Auf­ treffpunkt 39 A ablenken, so sind diese Spannungen zweckmäßi­ gerweise so gewählt, daß der Auftreffpunkt über den Zenit der gewölbten Antikathode 8 herübertritt und entsprechend der gestrichelten Linie und dem angedeuteten Pfeil zum Auftreffpunkt 39 B wandert. Während der Wanderung entlang der gestrichelten Linie 41 können die erzeugten Röntgen­ strahlen nicht in das Austrittsfenster 9 fallen, weil sie sich auf der "Schattenseite" des Targets befinden, also auf der Seite der Antikathode, gesehen vom Zenit des Targets, die dem Röntgenstrahlenaustrittsfenster 9 abgekehrt ist. Erst in dem Augenblick, wo der Auftreffpunkt wieder über dem Ze­ nit herüberwandert und in den Auftreffpunkt 39 B gelangt, findet eine erneute Strahlung von Röntgenstrahlen durch das Austrittsfenster 9 statt. Während die im Auftreffpunkt 39 A erzeugten Röntgenstrahlen als Strahlenbündel 10 A unter einem bestimmten Winkel aus dem Austrittsfenster 9 austreten, tre­ ten die Strahlen vom Auftreffpunkt 39 B unter einem anderen Winkel aus dem Austrittsfenster 9 aus, nämlich als Strahlen­ bündel 10 B. Nach einer gewissen Verharrungsdauer läßt man dann den Elektronenstrahl vom Auftreffpunkt 39 B weiter wandern zum Auftreffpunkt 39 C, wo das Strahlenbündel 10 C erzeugt wird und schließlich läßt man den Strahl nach einer gewissen Ver­ harrungsdauer wieder wandern, und zwar zum Punkt 39 D, von dem aus das Strahlenbündel 10 D erzeugt wird.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der während der Im­ pulspausen zurückgelegte Weg 41 des Auftreffpunktes rela­ tiv klein, aber es ist ein Umweg, der zweimal über den Zenit des Targets 8 führt. Diesen Umweg kann man verlängern, wenn man die Impulspausen verlängern möchte, wenn man den in Fig. 3 angedeuteten Zickzackweg benutzt. Dieser Zickzackweg ist in Fig. 1 durch den mit 40 bezeichneten Doppelpfeil angedeutet.

Claims (5)

1. Verfahren zur Durchführung von Röntgenuntersuchungen der räumlichen Anordnung von Details in Untersuchungs­ objekten unter Verwendung einer einzigen mit einem Austrittsfenster versehenen Röntgenröhre mit ge­ wölbter, quader-, prismen- oder keilförmiger Antikathode, deren Zenit bzw. Kante der Kathode zugewandt ist, wobei in der Rönt­ genröhre der Elektronenstrahl auf verschiedene Abstrahl­ punkte der Antikathode richtbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine Stereoaufnahme oder eine Tomographie her­ stellt, indem man zur Erzielung eines kleinen Brennflecks auf der Antikathode den Elek­ tronenstrahl scharf bündelt,
indem man die Antikathode so anordnet, daß eine Teil­ fläche der Antikathode dem Austrittsfenster zugewandt und die andere Teilfläche dem Austrittsfenster abge­ wandt ist,
indem man den Elektronenstrahl von einem Auftreffpunkt auf der dem Austrittsfenster zugewandten Teilfläche über den Zenit bzw. die Kante der Antikathode auf die dem Austritts­ fenster abgewandten Teilfläche und von dieser wiederum über den Zenit bzw. die Kante der Antikathode auf mindestens einen weiteren Auftreffpunkt auf der dem Austrittsfenster zugewandten Teilfläche lenkt, und
daß man die erhaltene Abbildung des Objektes mit stereographischen oder tomographischen Auswert- oder Betrachtungsgeräten auswertet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Wechsel des Abstrahlpunktes während einer Aufnahme ein- oder mehrmals wiederholt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Auftreffpunkt des Elektronenstrahls auf einem Abstrahlpunkt verharren läßt und dann den Elektronenstrahl mit hoher Geschwindigkeit auf den nächsten Abstrahlpunkt bewegt und ihn dort wieder verharren läßt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Steuer- und Ablenkvor­ richtung, mit der der Elektronenstrahl auf verschie­ dene Abstrahlpunkte der Antikathode der Röntgenröhre richtbar ist, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung, die den Elektronenstrahl von dem einen Auftreffpunkt auf der dem Austrittsfenster zugewandten Teilfläche über den Zenit bzw. die Kante auf die dem Austrittsfenster abgewandten Teil­ fläche und von dieser wiederum über den Zenit bzw. die Kante auf den weiteren Auftreffpunkt auf der dem Austrittsfenster zugewandten Teilfläche lenkt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung so ausgestaltet ist, daß der Wechsel des Abstrahlpunktes während einer Aufnahme ein- oder mehrmals wiederholt wird.