DE3342127A1

DE3342127A1 - Roentgenroehre mit einstellbarem brennfleck

Info

Publication number: DE3342127A1
Application number: DE19833342127
Authority: DE
Inventors: A. Robert Cambridge Mass. Sohval
Original assignee: Elscint Inc
Current assignee: Elscint Inc
Priority date: 1982-11-23
Filing date: 1983-11-22
Publication date: 1984-06-07
Also published as: IL70210A; NL192549C; FR2536583A1; NL8304028A; IL70210A0; IT8349351A0; FR2536583B1; IT1178354B; JPS59149642A; JPH0415982B2; NL192549B

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre, bei der der Brennfleck hinsichtlich Lage und Größe einstellbar ist.

Übliche Röntgenröhren besitzen eine Quelle für einen Elektronenstrahl, der unter Einfluß einer Hochspannung veranlaßt wird, auf eine Anodenanordnung aufzutreffen, welche ansprechend auf die auftreffenden Elektronen Röntgenstrahlen emittiert.

Es ist bekannt, in Röntgenröhren mehrere Brennflecke vorzusehen, um Röntgenstrahlen auf einer Mehrzahl von Strahlenwegen zu erzeugen.

Ein Typ von Mehrfach-Brennfleck-Röntgenröhren verwendet mehrere unabhängig voneinander steuerbare Heizkathoden. Ein Beispiel hierfür ist in der DE-PS 406 067 beschrieben. Bei dieser Röhre können die Kathoden-Glühfäden durch separate Heizstromquellen beaufschlagt werden, oder sie können in Serie geschaltet werden, um selektiv über einen Schalter von einer gemeinsamen Stromquelle mit Heizstrom versorgt zu werden. Ein weiteres Beispiel für eine bekannte Röhre ist in der US-PS 3 452 232 beschrieben, die die Verwendung von mehreren Kathoden zeigt. Jede Kathode besitzt ein Glühfadenelement, um Mehrfach-Brennflecke zu erzielen.

Ein weiterer bekannter Typ einer Mehrfach-Brennfleck-Röhre besitzt eine Mehrzahl von Glühfadenelementen mit entweder einer Einzelkathodenstruktur oder mehreren Kathodenanordnungen. Beispiele für diese Systeme sind in den US-PSen 4 315 154, 4 109 151 und

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3 649 861 beschrieben.

Eine weitere Methode zum Erhalten eines beweglichen Brennflecks ist in der US-PS 4 128 781 beschrieben. Diese Druckschrift zeigt eine Röntgenröhre, in der die Bewegung des Brennpunkts im Raum erreicht wird, ohne daß die Röntgenröhre selbst bewegt werden muß. Hierzu wird die Kathode entlang einer gekrümmten Bahn in bezug auf die Anode bewegt. Eine ähnliche Anordnung ist in der US-PS 4 072 875 beschrieben.

Um bei dieser Anordnung den Auftreffpunkt des Elektronenstrahls auf der Anode zu ändern, wird die Anode in bezug auf die anderen Röhrenteile bewegt.

Außerdem könnte zur Erzielung eines Mehrfach-Brennfleck-Systems ein einzelner Elektronenstrahl auf ausgewählte Brennflächen abgelenkt werden. Ein entsprechendes Beispiel ist in der US-PS 4 048 496 dargestellt. Diese Druckschrift zeigt eine Röntgenröhre, bei der ein Elektronenstrahl auf ausgewählte Targets eines Targetfeldes gerichtet werden kann, um Röntgenstrahlen mit ausgewählten Wellenlängenspektren zu erhalten. Der Strahl wird nach diesem Patent mittels Ablenkplatten in die gewünschte Richtung gelenkt.

Ein weiteres Beispiel für ein bekanntes System zeigt die US-PS 4 229 657. Bei dieser Anordnung wird ein Elektronenstrahl abgelenkt, um eine bewegliche Aufschlagzone auf der Target-Anode zu erhalten. Die Ablenkeinrichtung enthält ein Magnetsystem, welches mit einem Dreh-Magnetfeld die Emission von Photonen in verschiedene Richtungen bewirkt, und zwar entweder sukzessive oder gleichzeitig. Schließlich zeigt die US-PS 3 250 916 ein System, in dem eine Einzel-Kathodenanordnung einen einzelnen Elektronenstrahl mittels eines einzelnen Glühfadens erzeugt, wobei ein Paar von Ablenkplatten gegenüber der Kathode

angeordnet ist und den Ablenkplatten, die durch leitfähige Träger an externen Leitungen angeschlossen sind, veränderliche elektrische Potentiale zugeführt werden. Die Potentiale an den Ablenkplatten werden derart variiert, daß entweder ein kontinuierlicher oder ein intermittierender Elektronenstrahl von dem Glühfaden abwechselnd zwischen zwei räumlich auf dem Target der Anode beabstandeten Brennflecken umgeschaltet werden kann.

Die oben beschriebenen Systeme haben den Nachteil, daß sie mehrere Kathoden, mehrere Glühfäden, oder Ablenkplatten zum Ablenken des Elektronenstrahls benötigen und somit eine relativ große Anzahl von Bauteilen erforderlich machen.

Insbesondere wird in einem System mit Ablenkplatten (z.B. US-PS 4 048 496 und US-PS 3 250 916) aufgrund des relativ großen Abstands der Ablenkplatten von den Kathoden der Elektronenstrahl beim Eintritt in den Ablenkbereich eine beträchtliche Energie aufweisen, so daß eine entsprechend hohe Spannung notwendig ist, um den Strahl abzulenken.

Außerdem wird für die Unterbringung der Ablenkplatten zwischen Kathode und Anode ein relativ großer Abstand zwischen Kathode und Anode benötigt, so daß es in manchen Anwendungsfällen zu Platzproblemen kommt. Außerdem führt der große Kathoden-Anoden-Abstand zu einer über das übliche Maß hinausgehenden Größe des Brennflecks, und dies wiederum erfordert ein kompliziertes und kostspieliges Elektronenstrahl-Bündelungssystem, um den übergroßen Brennfleck zu kompensieren. In einigen Hochenergie-Anlagen mit rotierenden Anoden-Targets kann eine Raster- oder TastSteuerung notwendig sein, um eine Überhitzung der Anode zu vermeiden. Die

oben beschriebenen Systeme verwenden separate Ablenkelektroden, die den zusätzlichen Nachteil haben, daß die Taststeuerung insgesamt fünf Anschlußdrähte erforderlich machen würden, nämlich zwei für den Glühfaden, einen für den Steuerzylinder und zwei für die Ablenkelektroden. Übliche Röntgenröhren und Hochspannungsteile hingegen besitzen nur vier Drähte. Folglich würde ein Fünf-Draht-System eine zusätzliche Verkomplizierung und Verteuerung des Hochspannungskabels und -Verbinders, die die Hochspannung an die Röntgenröhre führen, mit sich bringen.

Gemäß der US-PS 3 250 916 bezieht sich die Erfindung auf Stereoskope Radiographie, bei der die Trennung zwischen den Brennflecken dem Augenabstand entspricht, d.h. dem Abstand zwischen den Pupillen. Obschon der große Kathoden-Anoden-Abstand sich für derartige Anwendungsfälle eignet, ist der große Abstand ungeeignet im Hinblick auf andere Anwendungsfälle, in denen der Abstand zwischen den Brennflecken sehr klein sein muß, beispielsweise in der Größenordnung von 1 - 2 mm liegen soll.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden und eine Mehrfach-Brennfleck-Röntgenröhre zu schaffen, die weniger Bauteile aufweist als bekannte Röhren und einen vereinfachten Aufbau besitzt.

Die Erfindung soll außerdem eine Mehrfach-Brennfleck-Röntgenröhre schaffen, die eine einzige Kathode, einen einzelnen Glühfaden, und eine mit der Kathodenanordnung einstückige Ablenkeinrichtung besitzt.

Ferner schafft die Erfindung eine Mehrfach-Brennfleck-Röntgenröhre, bei der die Ablenkung des Elektronen-

-δι Strahls bei relativ kleinem Kathoden-Anoden-Abstand erreicht werden kann.

Die erfindungsgemäße Röntgenröhre soll die Ablenkung des Elektronenstrahls durch Anlegen eines nur relativ kleinen Vorspannpotentials ermöglichen.

Außerdem soll in der erfindungsgemäßen Röntgenröhre der Elektronenstrahl auf mehrere Brennflecke abgelenkt werden, und es soll eine Rastersteuerung möglich sein, obschon nur vier Leitungen vorgesehen sein müssen.

Schließlich soll die Erfindung eine Mehrfach-Brennfleck-Röntgenröhre schaffen, bei der die Größe des Brennflecks durch Anlegen eines kleinen Vorspannpotentials variiert werden kann.

Die Erfindung ist in den Ansprüchen gekennzeichnet. Demnach schafft die Erfindung eine Röntgenröhre mit einer Vakuumkammer, in der eine Anode angeordnet ist, die ansprechend auf auf sie auftreffende Elektronen Röntgenstrahlen erzeugt, und in der eine Kathode angeordnet ist, die eine Elektronenemissionseinrichtung zum Emittieren von Elektronen besitzt, welche auf die Anode auftreffen. Bei der Elektronenemissionseinrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Einzel-Glühfaden. Der Steuerzylinder besitzt einen ersten und einen zweiten Teil, die elektrisch voneinander getrennt sind, und die Elektronenemissionseinrichtung (der Glühfaden) ist elektrisch von mindestens einem der Teile des Steuerzylinders isoliert.

Die elektrische Isolierung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil des Steuerzylinders kann in einer Lücke zwischen den Teilen bestehen.

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Die Elektronenemissionseinrichtung oder der Glühfaden kann alternativ von beiden Teilen des Steuerzylinders elektrisch getrennt sein.

Es ist eine Vorspanneinrichtung vorgesehen zum Anlegen einer Spannung zwischen den Glühfaden und den Steuerzylinder, um die Größe und die Lage der Auftreffzone des Elektronenstrahls auf der Anode zu ändern.

Die Vorspanneinrichtung kann eine erste Vorspanneinrichtung besitzen zum Anlegen einer Spannung zwischen den Glühfaden und den ersten Teil des Steuerzylinders, und eine zweite Vorspanneinrichtung zum Anlegen einer Spannung zwischen den Glühfaden und den zweiten Teil des Steuerzylinders.

Außerdem kann die Vorspanneinrichtung alternierend arbeiten, um den Strom zwischen dem Glühfaden und der Anode abzuschalten. Die Anode kann entweder feststehend ausgebildet sein oder in bezug auf die Kathode drehbar sein.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: 25

Fig. 1 eine Ansicht einer bekannten Mehrfach-Brennfleck-Röntgenröhre, bei der zwischen Kathode und Anode Ablenkplatten vorgesehen sind,

Fig. 2 eine Querschnittansicht einer erfindungsgemäßen Röhre, und

Fig. 3 eine Schaltungsskizze einer Schaltung zum Steuern der in Fig. 2 gezeigten Anordnung. 35

-ιοί Die in Fig. 1 gezeigte bekannte Mehrfach-Brennfleck-Röntgenröhre 19 besitzt eine Einzel-Kathodenanordnung und erzeugt einen einzelnen Elektronenstrahl mittels eines Einzel-Glühfadens 3. Auf gegenüberliegenden Seiten der Kathode 3 ist ein Paar von Ablenkplatten 11 und 13 angeordnet. Die Ablenkplatten sind durch leitende Träger 15 bzw. 17 an externe Leitungen angeschlossen, um den Ablenkplatten 11 und 13 veränderliche elektrische Potentiale zuführen zu können. Die Potentiale auf den Platten 11 und 13 werden derart variiert, daß ein kontinuierlicher oder ein intermittierender Elektronenstrahl von dem Glühfaden 3 abwechselnd zwischen Brennflecken 7 und 9, die mit Abstand auf der Anode 5 vorgesehen sind, umgeschaltet werden kann. Wenn eine Rastersteuerung in dem in Fig. 1 gezeigten System erforderlich ist, muß die elektrische Verbindung zwischen einem Anschluß des Glühfadens 3 und dem Steuerzylinder 1 unterbrochen und es muß ein fünfter Draht an den Steuerzylinder angeschlossen werden.

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre, bei der die Lage des Brennflecks entlang der Anode dadurch bewegt werden kann, daß eine kleine Spannung auf den die Kathode vorspannenden Steuerzylinder gegeben wird. Die in Fig. 2 gezeigte bevorzugte Ausführungsform besitzt einen Kathoden-Vorspann-Steuer zylinder 33 mit einem ersten Teil 27 und einem zweiten Teil 29, die elektrisch voneinander und von dem Glühfaden 31 getrennt sind. Wird der Glühfaden 31 aufgeheizt, so emittiert er Elektronen in Form eines Elektronenstrahls 25. Die Elektronen schlagen auf die Anode 21 innerhalb einer Zone auf, welche den Brennfleck 23 definiert. Die Anode 21 besteht im allgemeinen aus Wolfram oder einer Wolframlegierung, sie kann entweder feststehend oder drehbar angeordnet sein.

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Der Glühfaden 31 muß elektrisch von mindestens einem der beiden Teile 27 und 29 des Steuerzylinders 33 isoliert sein. Alternativ kann der Glühfaden 31 von beiden Steuerzylinder-Teilen isoliert sein.

Fig. 3 zeigt eine elektrische Schaltung 35 zum Steuern des Wegs des Elektronenstrahls 25, wenn dieser in Richtung der Anode 21 beschleunigt wird. Die elektrische Schaltung enthält Vorspannungsquellen 37 und 39 zum Treiben der Steuerzylinder-Teile 27 bzw. 29 in bezug auf den Glühfaden 31. Eine Hochspannungsquelle 43 spannt die Anode 21 positiv gegenüber dem Glühfaden 31. Ein Raster- oder Pulstreiber 41 wird derart gepulst, daß er den Elektronenstrahl 25 durch positives Vorspannen des Glühfadens 31 in bezug auf die Steuerzylinderteile 27 und 29 ein- und auszuschalten vermag. Eine positive Vorspannung von etwa 4 Kilovolt schaltet den Elektronenstrom aus, wenn die Anodenspannung auf 150 Kilovolt eingestellt ist.

Die Steuerzylinder-Elektroden 27 und 29 werden in bezug auf den Glühfaden 31 gleich oder negativ vorgespannt. Wenn z.B. der Steuerzylinderteil 27 auf Glühfaden-Potential liegt und der Steuerzylinderteil 29 negativ ist, ist die Lage des Brennflecks auf der Anode in Fig. 2 nach rechts (in Fig. 3 nach oben) verschoben. Wenn die Potentiale der Steuerzylinderteile 27 und 29 umgekehrt werden, wird auch die Ablenkrichtung des Brennflecks umgekehrt. Aufgrund der unmittelbaren Nähe der Teile des Steuerzylinders in bezug auf den Glühfaden lenkt eine Vorspannung von lediglich einigen 100 Volt den Strahl um etwa 1 mm ab. Dies ist im Vergleich zu der in dem System nach Fig. 1 erforderlichen Ablenkspannung ein sehr kleiner Wert, da bei dem System nach Fig. 1 eine Spannung im Bereich von einigen Kilovolt erforderlich ist.

Erfindungsgemäß läßt sich sowohl die Größe als auch die Lage des Brennflecks dadurch steuern, daß man z.B. den in Fig. 2 gezeigten Teil 27 des Steuerzylinders auf einer kleinen negativen Spannung (z.B. etwa 30 bis 50 Volt) hält, anstatt ihn auf Glühfaden-Potential zu halten, wie es oben beschrieben wurde, und daß man gleichzeitig den gegenüberliegenden Teil 29 des Steuerzylinders auf einer negativen Spannung von einigen 100 Volt festhält. Wenn die Steuerzylinderteile auf diesen Potentialen gehalten werden, kann man die Lage des Brennflecks in der oben beschriebenen Weise verschieben, und außerdem kann man die Größe des Brennflecks in zu der Verschieberichtung parallelen Richtung verkleinern, und zwar aufgrund des Fokussiereffekts der zwei negativ vorgespannten Steuerzylinderteile 27 und 29.

Die Vorspannungsquellen 37 und 39 können mittels eines Rechners gesteuert werden, um eine automatische Steuerung der Breite und der Lage des Brennflecks 23 für eine Vielfalt von Stellen zu ermöglichen.

Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die Kathodenanordnung in Verbindung mit einer an sich bekannten drehenden Anodenanordnung einer Röntgenröhre zu verwenden, wobei die Azimut-Position und die Breite des Brennflecks gesteuert änderbar sind. Eine solche Röntgenröhre wäre besonders nützlich in CT-Anlagen, bei denen die räumliche Auflösung der CT-Bilder verbessert würde, indem eine Röntgenröhre mit zwei oder mehr Brennflecken eingesetzt würde.

Wenn ein Raster- oder Pulsbetrieb beim Einsatz der erfindungsgemäßen Röntgenröhre erwünscht ist, so wären hierzu lediglich vier in die Röhre führende Drähte notwendig. Dies steht im Gegensatz zu den herkömmlichen

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Systemen, von denen eines in Fig. 1 skizziert ist und bei denen insgesamt fünf Drähte für eine gepulste Steuerung notwendig wären, da die elektrische Verbindung zwischen einer Seite des Glühdrahts 3 und dem Steuerzylinder 1 unterbrochen werden müßte und ein

fünfter Draht an den Steuerzylinder anzuschließen wäre. Somit wird für jede Ablenkelektrode ein Draht benötigt, und weiterhin werden drei Drähte für den Glühfaden und den Steuerzylinder benötigt. 10

Leerseite

Claims

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ELSCINT, INC.

Boston, Massachusetts 02215 V.St.A.

Röntgenröhre mit einstellbarem Brennfleck

PATENTANSPRÜCHE

Θ-

1/. Röntgenröhre, mit einer Vakuumkammer, in der . eine Anode angeordnet ist, die ansprechend auf auf sie auftreffende Elektronen Röntgenstrahlen erzeugt, und in der eine Kathode angeordnet ist, die eine Elektronenemissionseinrichtung zum Emittieren von Elektronen, die auf die Anode auftreffen, besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode (31) einen Steuerzylinder aufweist, der einen ersten (27) und einen davon elektrisch isolierten zweiten Teil (29) besitzt, und daß die Elektronenemissionseinrichtung von mindestens einem der Teile (27, 29) des Steuerzylinders elektrisch isoliert ist.
2. Röhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenemissionseinrichtung ein Einzel-

Glühfaden ist.
3. Röhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Isolierung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil (27, 29) des Steuerzylinders durch
eine Lücke (33) zwischen den Teilen gebildet wird.
4. Röhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühfaden elektrisch sowohl von dem ersten

als auch von dem zweiten Teil des SteuerZylinders
isoliert ist.
5. Röhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungseinrichtung zum Anlegen einer

Spannung zwischen den Glühfaden und den Steuerzylinder die Stelle des Auftreffens des Elektronenstrahls auf
der Elektrode ändert.
6. Röhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannungseinrichtung vorgesehen ist zum

Anlegen einer Spannung zwischen den Glühfaden und den Steuerzylinder und zum Ändern der Größe der Auftrefffläche des Elektronenstrahls auf der Anode.
7. Röhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Vorspannungseinrichtung vorgesehen ist zum Anlegen einer Spannung zwischen den Glühfaden und den ersten Teil des SteuerZylinders, und daß eine
zweite Vorspannungseinrichtung vorgesehen ist zum

Anlegen einer Spannung zwischen den Glühfaden und den zweiten Teil des Steuerzylinders.
8. Röhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannungseinrichtung vorgesehen ist zum
Abschalten des zwischen dem Glühfaden und der Anode
fliessenden Stroms.

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9. Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode relativ zu der Kathode drehbar ist.
10. Röntgenröhre, mit einer Vakuumkammer, in der eine Anode angeordnet ist, die ansprechend auf auf sie auftreffende Elektronen Röntgenstrahlen erzeugt, und in der eine Kathode angeordnet ist, die einen Glühfaden zum Emittieren von Elektronen, die auf die Anode auftreffen,besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode einstückig mit der Kathode ausgebildete Mittel zum Ablenken des Elektronenstroms auf auswählbare Brennfleck-Bereiche der Anode aufweist.