DE4124294C2 - Verfahren für den Betrieb einer Röntgenröhre und Verwendung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den Betrieb einer Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Röntgenröhren mit einem sich periodisch von einer Anfangs- in eine Endposition bewegenden Brennfleck werden für die Compu­ tertomographie (CT) verwendet, da sich infolge der periodi­ schen Bewegung des Brennfleckes über die Verdoppelung der zur Berechnung eines Bildes einer Körperschicht zur Verfügung stehenden Daten eine Verbesserung der Bildqualität erzielen läßt. Dabei erfolgt bei bekannten Anordnungen die Ablenkung derart, daß sich der Brennfleck im wesentlichen in Umfangs­ richtung der Drehanode bzw. tangential zur Umfangsrichtung bewegt. Entsprechende Röntgenröhren sind in der US 4,637,040 sowie in der nicht vorveröffentlichten, prioritätsälteren EP 0 460 421 A1 beschrieben.

Es wurde auch in anderem Zusammenhang als der Daten-Verdoppe­ lung bereits bei Röntgenröhren eine Bewegung des Brennfleckes von einer Anfangs- in eine Endposition vorgesehen. So ist in der DE 29 02 308 A1 eine Drehanoden-Röntgenröhre für die Com­ putertomographie beschrieben, durch die es möglich sein soll, die bei der Abtastung des Objektes mittels eines stiftförmigen Strahlenbündels erforderliche lineare Bewegung der Abtastein­ heit zu vermeiden, ohne daß von einem fächerförmigen Röntgen­ strahlenbündel Gebrauch gemacht werden muß. In diesem Zusam­ menhang ist u. a. vorgesehen, daß anstelle der linearen Be­ wegung der Abtasteinheit der Elektronenstrahl derart abgelenkt wird, daß der Brennfleck der Röntgenröhre auf der Drehanode eine der linearen Abtastbewegung entsprechende Bewegung quer zur Umfangsrichtung der Drehanode ausführt.

Weiter ist in der EP 0 150 364 A2 eine Drehanoden-Röntgenröhre beschrieben, bei der ein sehr feiner Elektronenstrahl derart abgelenkt wird, daß er auf der Anode einen Bereich abtastet, der dem bekannten Strichfokus entspricht. Es besteht so die Möglichkeit, die Form und Größe des Strichfokus den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. Eine Verlagerung des Strichfokus insgesamt in der Weise, daß er sich periodisch von einer An­ fangs- in eine Endposition bewegt, ist nicht vorgesehen.

Außerdem ist aus der DE 31 13 368 A1 eine Drehanoden-Rönt­ genröhre bekannt, die eine Vielzahl von Kathoden aufweist. Jeder der Kathoden ist ein Brennfleck auf der Anode zuge­ ordnet. Die einzelnen Kathoden können dem jeweiligen Verwen­ dungszweck der Röntgenröhre entsprechend selektiv aktiviert werden. Eine Verlagerung einzelner oder mehrerer Brennflecke in der Weise, daß sich eine periodische Bewegung des jeweili­ gen Brennfleckes von einer Anfangs- in eine Endposition er­ gibt, ist nicht vorgesehen.

Eine Festanoden-Röntgenröhre für die Computertomographie, auf deren Anode ein Elektronenstrahl einen Strichfokus erzeugt, ist in der GB-PS 1 604 431 beschrieben. Der Elektronenstrahl wird hier derart abgelenkt, daß sich der Strichfokus quer zu seiner Längsrichtung bewegt. Die Oberfläche der Anode weist Erhöhungen und Gräben auf, die quer zur Bewegungsrichtung des Strichfokus verlaufen. Die Ablenkung des Elektronenstrahles erfolgt schrittweise derart, daß der Elektronenstrahl jeweils in Gräben verharrt und die Erhöhungen rasch überstreicht. Die Erhöhungen wirken als kleine Kollimatoren. Außerdem begünstigt die Erhöhungen und Gräben aufweisende Gestalt der Anodenober­ fläche die Wärmeabfuhr. Die Bewegung des Strichfokus dient der zumindest teilweisen Vermeidung einer Abtastbewegung der Ab­ tasteinheit.

Da die zur Erzeugung eines Bildes einer Körperschicht erfor­ derliche Zeit infolge der auf dem Gebiete der Computertomo­ graphie erzielten Fortschritte sehr kurz ist und außerdem die einem Patienten bei der Anfertigung eines Bildes verabreichte Strahlendosis sehr gering ist, besteht neuerdings der Wunsch, unmittelbar aufeinanderfolgend mehrere Bilder der gleichen Körperschicht oder dicht beieinanderliegender Körperschichten anfertigen zu können, um so die Voraussetzungen für eine sichere Diagnose zu verbessern. Dies ist jedoch nur in be­ schränktem Umfang möglich, da die Gefahr der Überlastung der verwendeten Röntgenröhre besteht.

Eine gewisse Verbesserung bietet hier eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art, die in der GB-PS 1 469 932 beschrieben ist. Im Gegensatz zu der Anordnung gemäß US 4,637,040 bzw. EP 0 460 421 A1, wo die Bewegung des Brennfleckes in Umfangs­ richtung den Flächeninhalt des von dem Brennfleck bestrichenen Teiles der Auftrefffläche im wesentlichen nicht verändert wird, ergibt sich im Falle der Röntgenröhre gemäß der GB 1 469 932 infolge der die Umfangsrichtung schneidenden Bewegungsrichtung des Brennfleckes für gegebene Dimensionen der Drehanode und des Brennfleckes sowie für eine gegebene Drehzahl eine Ver­ größerung des Flächeninhaltes des von dem Brennfleck über­ strichenen Bereiches der Auftrefffläche. Da die thermische Belastbarkeit des Brennfleckes mit der Wurzel desjenigen Faktors zunimmt, um den der Flächeninhalt des von dem Brenn­ fleck überstrichenen Bereiches der Auftrefffläche vergrößert wird, ergibt sich eine verbesserte Belastbarkeit der erfin­ dungsgemäßen Röntgenröhre. Da aber bei aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Drehanode der Brennfleck stets den gleichen Bereich der Auftrefffläche überstreicht, wird keine durch­ greifende Erhöhung der thermischen Belastbarkeit er­ reicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Röntgenröhre thermisch höher belastbar ist.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst. Im Falle des erfindungsge­ mäßen Verfahrens wird also eine Verschachtelung der bei auf­ einanderfolgenden Umdrehungen der Drehanode von dem Brennfleck auf seinem Weg von der Anfangs- in die Endposition jeweils überstrichenen Bereiche der Auftrefffläche erreicht, mit dem Vorteil, daß erst nach mehreren Umdrehungen der Anode ein von dem Brennfleck auf seinem Weg von der Anfangs- in die End­ position überstrichene Bereich erneut auf dem Weg des Brenn­ flecks von seiner Anfangs- in seine Endposition überstrichen wird. Die Ablenkfrequenz kann sowohl größer als auch kleiner als die Drehfrequenz sein, wobei sich der von dem Brennfleck auf seinem Weg von der Anfangs in die Endposition überstri­ chene Bereich der Auftrefffläche im ersten Fall über mehr als 360° und im zweiten Fall über weniger als 360° erstreckt.

Durch die Maßnahme gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruches 2 wird die zur Verfügung stehende Auftrefffläche für die in Abhängigkeit von Richtung und Verlauf (z. B. gerad­ linig oder gekrümmt) der Ablenkbewegung, der Drehfrequenz der Drehanode, den Abmessungen und der geometrischen Gestalt der Auftrefffläche, dem quer zur Umfangsrichtung gemessenen Ab­ stand der End- von der Anfangsposition sowie der Erstreckung des Brennfleckes in Umfangsrichtung und quer dazu gewählten Ablenkfrequenz und Signalform des Ablenksignales optimal ge­ nutzt. Die maximal mögliche thermische Belastbarkeit des Brennfleckes wird erreicht, wenn die von dem Brennfleck auf seinem Weg von der Anfangs- zur Endposition jeweils über­ strichenen Bereiche der Auftrefffläche unmittelbar aneinander grenzen.

Die Belastbarkeit ist für ansonsten vorgegebene Daten um so größer, je größer die Ablenkfrequenz, d. h. die Frequenz des Ablenksignales, je länger der bei einer Bewegung von der An­ fangs- in die Endposition zurückgelegte Weg des Brennfleckes und je größer der quer zur Umfangsrichtung gemessene Abstand der Anfangs- von der Endposition ist.

Es ist zweckmäßig, wenn durch die Ablenkmittel eine solche Ablenkung des Elektronenstrahles bewirkt wird, daß der quer zur Umfangsrichtung gemessene Abstand der End- von der An­ fangsposition wenigstens gleich der vierfachen Erstreckung des Brennfleckes quer zur Umfangsrichtung ist. Auf diese Weise läßt sich theoretisch annähernd eine Verdoppelung der ther­ mischen Belastbarkeit des Brennfleckes realisieren. Vorzugs­ weise wird durch die Ablenkmittel eine solche Ablenkung des Elektronenstrahles bewirkt, daß der quer zur Umfangsrichtung gemessene Abstand der End- von der Anfangsposition wenigstens gleich der 25fachen Erstreckung des Brennfleckes quer zur Um­ fangsrichtung ist. In diesem Falle, der sich noch ohne weite­ res für herkömmliche Brennfleck- und Anodenabmessungen reali­ sieren läßt, ergibt sich im Vergleich zu einer herkömmlichen Röntgenröhre theoretisch die fünffache thermische Belastbar­ keit des Brennfleckes. Eine maximale Steigerung der thermi­ schen Belastbarkeit des Brennfleckes läßt sich für gegebene Verhältnisse erzielen, wenn durch die Ablenkmittel eine solche Ablenkung des Elektronenstrahles bewirkt wird, daß der quer zur Umfangsrichtung gemessene Abstand der End- von der An­ fangsposition wenigstens im wesentlichen der Erstreckung der Auftrefffläche quer zur Umfangsrichtung entspricht.

Obwohl es ohne weiteres möglich ist, erfindungsgemäße Rönt­ genröhren mit ebener kreisringförmiger Auftrefffläche zu realisieren, sieht eine besonders bevorzugte Variante der Erfindung vor, daß die Auftrefffläche zylindermantelförmig ausgebildet ist. In diesem Fall läßt es sich nämlich ohne weiteres erreichen, daß praktisch die gesamte Oberfläche der Auftrefffläche von dem Brennfleck bestrichen wird.

Um sicherzustellen, daß der Brennfleck die Auftrefffläche in der gewünschten Weise überstreicht, istgemäß einer Variante der Erfindung vorgesehen, daß die Ablenkfrequenz und die Dreh­ frequenz starr miteinander gekoppelt werden. Die beiden Fre­ quenzen stehen also in einem konstanten Verhältnis zueinander, so daß gewährleistet ist, daß der Brennfleck exakt die vorge­ sehenen Bereiche der Auftrefffläche überstreicht. Schwankungen der Drehfrequenz müssen vermieden werden, da sonst Probleme bei der Datenzusammenfassung während des CT-Meßprozesses auf­ treten können.

Gemäß einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß der Elektronenstrahl derart abgelenkt wird, daß der Brennfleck geradlinig von der Anfangs- in die Endposition bewegt wird. Hierdurch wird eine technisch einfache Ausbildung der Ab­ lenkmittel möglich. Außerdem gestaltet sich der CT-Meßprozeß einfach. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, eine andere Bewegung, beispielsweise eine gekrümmte, vorzusehen, obwohl dies den CT-Meßprozeß komplizieren kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vor­ gesehen, daß das Ablenksignal eine solche Signalform aufweist, daß der Brennfleck sprunghaft mit wenigstens einer Zwischen­ position von der Anfangs- in die Endposition bewegt wird. In diesem Falle überstreicht der Brennfleck auf der Auftreffflä­ che während seines Verweilens in der Anfangs- und Endposition sowie den Zwischenpositionen jeweils einen kreisförmig ge­ krümmten Bereich.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Ablenksignal eine solche Signalform aufweist, daß der Brennfleck in einer kontinuierlichen Be­ wegung, vorzugsweise in bezug auf das Gehäuse der Röntgenröhre mit konstanter Geschwindigkeit, von der Anfangs- in die End­ position bewegt wird. In diesem Falle überstreicht der Brenn­ fleck bei seinem Weg von der Anfangs- in die Endposition je­ weils Bereiche der Auftrefffläche, die von im weitesten Sinne spiralförmiger Gestalt oder Abschnitte von Spiralen sind.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Erzeugung von Röntgenstrahlung in der zwischen dem Errei­ chen der Endposition und dem erneuten Beginn der Bewegung des Brennfleckes ausgehend von der Anfangsposition verstreichenden Zeit jeweils unterbrochen wird. Hierdurch sind Überlappungen der bei der Bewegung des Brennfleckes von der Anfangs- in die Endposition überstrichenen Bereiche der Auftrefffläche mit denjenigen Bereichen der Auftrefffläche, die bei der Bewegung des Brennfleckes von der End- zurück in die Anfangsposition überstrichen werden, sicher unterbunden. Falls derartige Über­ lappungen nicht stören, kann aber auch vorgesehen sein, daß der Elektronenstrahl oszillierend derart abgelenkt wird, daß der Brennfleck in einem Hin- und Rücklauf zwischen der An­ fangs- und der Endposition bewegt wird.

Gemäß einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß das Ab­ lenksignal eine solche Signalform aufweist, daß die Zeit, in der der Brennfleck von der Anfangs- in die Endposition bewegt wird, um ein Vielfaches, vorzugsweise wenigstens das Zehn­ fache, größer ist als diejenige Zeit, die zwischen dem Er­ reichen der Endposition und dem erneuten Beginn der Bewegung des Brennfleckes ausgehend von der Anfangsposition ver­ streicht. Dies bietet den Vorteil, daß ein Unterbinden der Erzeugung von Röntgenstrahlung während der zwischen dem Er­ reichen der Endposition und dem erneuten Beginn der Bewegung des Brennfleckes ausgehend von der Anfangsposition jeweils verstreichenden Zeit nicht unbedingt nötig ist.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß die Ablenkfrequenz in Abhängigkeit von der Drehfrequenz unter Berücksichtigung der Masse und der Oberfläche der Drehanode - selbstverständlich auch unter Be­ rücksichtigung der weiteren für den Wärmeaustausch durch Strahlung zwischen der Drehanode und dem diese umgebenden Vakuumgehäuse maßgeblichen Parameter - derart gesteuert wird, daß sich bei kontinuierlichem Betriebe der Röntgenröhre mit Maximalleistung eine stationäre Vortemperatur der Drehanode einstellt, die wenigstens im wesentlichen gleich der maximalen zulässigen Vortemperatur einer entsprechenden herkömmlichen Röntgenröhre ist. Unter der Vortemperatur soll hier diejenige Temperatur verstanden werden, die ein von dem Brennfleck be­ strichener Punkt der Drehanode unmittelbar vor Eintritt in den Elektronenstrahl aufweist. Bei herkömmlichen Röntgenröhren ist es infolge der begrenzten thermischen Belastbarkeit des Brenn­ fleckes nicht möglich, die Drehanode bei einer solchen Tempe­ ratur zu betreiben, daß die der Drehanode im Normalbetrieb pro Zeiteinheit zugeführte Wärmemenge gleichzeitig durch Strahlung wieder abgeführt wird, was Voraussetzung für eine stationäre Vortemperatur ist. Man dimensioniert daher die Drehanoden her­ kömmlicher Röntgenröhren als Wärmespeicher hoher Masse, mit der Folge, daß bei Erschöpfung der Wärmekapazität der Dreh­ anode der Betrieb der Röntgenröhre unterbrochen werden muß, was beim praktischen Einsatz der Röntgenröhre in der Medizin höchst unerwünscht ist. Infolge der verbesserten thermischen Belastbarkeit des Brennfleckes der erfindungsgemäßen Röntgen­ röhre ist es jedoch ohne weiteres möglich, bei geeigneter Dimensionierung der Drehanode selbst bei Maximalleistung eine stationäre Vortemperatur der Drehanode zu realisieren, die vorzugsweise der bei entsprechenden herkömmlichen Röntgen­ röhren maximal zulässigen Vortemperatur entspricht. Da die Temperatur der Drehanode in der vierten Potenz in die pro Zeiteinheit durch Strahlung abführbare Wärmemenge eingeht, wird deutlich, daß bereits relativ geringe Erhöhungen der Temperatur der Drehanode deren thermisches Abstrahlvermögen erheblich verbessern. Abgesehen davon, daß somit Unterbre­ chungen des Betriebes der Röntgenröhre wegen drohender ther­ mischer Überlastung vermieden sind, wird der Vorteil einer verringerten Masse der Drehanode erzielt. Letzterer wirkt sich auf die Belastung und damit die Lebensdauer der Lagerung der Drehanode günstig aus und führt außerdem zu einer Verkürzung der Hochlaufzeit der Drehanode.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen eine erfindungsge­ mäße Röntgenröhre enthaltenden Computertomographen,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Röntgenröhre in schematischer Darstellung im Längsschnitt,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt der Auf­ trefffläche gemäß Fig. 3,

Fig. 5 bis 7 in grob schematischer Darstellung Ansichten der Auftrefffläche der Drehanode der Röntgenröhre gemäß Fig. 1 für unterschiedliche Ablenksignale I_A und unterschiedliche Ablenkrichtungen,

Fig. 8 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Röntgenröhre,

Fig. 9 eine Stirnansicht der Röntgenröhre gemäß Fig. 8 in teilweise geschnittener Darstellung,

Fig. 10 und 11 in grob schematischer Darstellung Abwicklungen der Auftrefffläche der Drehanode der Röntgen­ röhre gemäß Fig. 8 für unterschiedliche Ab­ lenksignale I_A, und

Fig. 12 eine Variante einer in einer erfindungsgemäßen Rönt­ genröhre verwendbaren Drehanode.

Der in der Fig. 1 dargestellte Computertomograph 2 weist eine Röntgenröhre 3 auf, die zusammen mit einem Strahlenempfänger 4 eine Strahlenmeßeinrichtung bildet. Der Strahlenempfänger 4 weist eine Reihe von Einzeldetektoren 4a, 4b usw. auf. Die Röntgenröhre 3 ist mit dem Strahlenempfänger 4 über einen Drehrahmen 5 fest verbunden und sendet ein facherförmiges Röntgenstrahlenbündel 6 aus, das eine abzubildende Schicht eines zu untersuchenden Körperteiles, beispielsweise des Kop­ fes, eines Patienten 1 durchsetzt. Der Patient 1 liegt auf einer Patientenliege 8. Senkrecht zu der Zeichenebene ent­ spricht die Ausdehnung des Röntgenstrahlenbündels 6 der Dicke der Schicht 7. Die Anzahl der Einzeldetektoren 4a, 4b usw. des Strahlenempfängers 4 ist der gewünschten Bildauflösung ent­ sprechend gewählt. Jeder Einzeldetektor 4a, 4b usw. liefert ein elektrisches Signal, das der Intensität der jeweils empfangenen Röntgenstrahlung entspricht.

Die Einzeldetektoren 4a, 4b usw. des Strahlenempfängers 4 sind an eine elektronische Recheneinrichtung 9 angeschlossen, die aus den Ausgangssignalen der Einzeldetektoren 4a, 4b usw. wäh­ rend der Drehung der Strahlenmeßeinrichtung 3, 4 um eine Dreh­ achse 10, die parallel zur Längsrichtung der Patientenliege 8 und senkrecht zu der Ebene des Röntgenstrahlenbündels 6 ver­ läuft, die Röntgenstrahlen-Schwächungswerte der einzelnen Volumenelemente der Schicht 7 berechnet. Die Koordinaten der Volumenelemente werden in bezug auf ein gerätefestes recht­ winkliges Koordinatensystem mit den Achsen x, y, z angegeben. Anhand der ermittelten Röntgenstrahlungs-Schwächungswerte der einzelnen Volumenelemente einer abgetasteten Schicht 7 ist die elektronische Recheneinrichtung 9 in der Lage, ein Schnittbild dieser Schicht zu errechnen, das auf einem Sichtgerät 11 wie­ dergegeben werden kann, wobei einem bestimmten Röntgenstrah­ lungs-Schwächungswert ein bestimmter Farb- oder Grauwert in der Darstellung des Schnittbildes entspricht.

Gewöhnlich erfolgt die Abtastung einer Schicht 7 bei einer vollständigen Drehung der Strahlenmeßeinrichtung 3, 4 um die Achse 10, wobei für einen vollständigen Abtastvorgang mit bei­ spielsweise nur einem Winkelgrad zueinander versetzten Abtast­ positionen ein Satz von Ausgangssignalen des Strahlenempfän­ gers 4 erzeugt wird. Auf diese Weise werden bei beispielsweise 512 Einzeldetektoren im Strahlenempfänger 4 pro Abtastvorgang 360 × 512 Ausgangssignale erzeugt, die der Berechnung der Röntgenstrahlungs-Schwächungswerte der Volumenelemente der jeweils abgetasteten Schicht zugrunde gelegt werden.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind übrigens der Übersichtlichkeit halber nicht sämtliche Einzeldetektoren, sondern nur einige wenige gezeigt.

Neuerdings wird für jede Winkelposition des Abtastvorganges der Brennfleck der Röntgenröhre 3, von dem das fächerförmige Röntgenstrahlenbündel ausgeht, von einer Anfangsposition BF′ in eine Endposition BF′′ verlagert. Die abzubildende Schicht wird also in der in Fig. 1 strichliert angedeuteten Weise zusätz­ lich von dem fächerförmigen Röntgenstrahlenbündel 6′ durch­ setzt, so daß pro Abtastvorgang 2 × 360 × 512 Ausgangssignale des Strahlenempfängers 4 erzeugt werden, die die elektronische Recheneinrichtung 9 zur Erzeugung eines einzigen Bildes heran­ zieht. Es hat sich gezeigt, daß die Bildqualität derart er­ zeugter Bilder gegenüber der herkömmlich erzeugter Bilder ver­ bessert ist. Die Praxis hat außerdem gezeigt, daß dann, wenn die Röntgenröhre 3 nicht derart gepulst wird, daß die Röntgen­ strahlenerzeugung nur im Anfangs- und im Endpunkt der be­ schriebenen Verlagerung des Brennfleckes BF, sondern konti­ nuierlich erfolgt, infolge der dann auftretenden "Verwischung" eine besonders gute Unterdrückung von Artefakten möglich ist. Für die Bewegung des Brennfleckes von der Endposition zurück in die Anfangsposition, diese Bewegung erfolgt vorzugsweise während einer wesentlich kürzeren Zeitspanne als die Bewegung von der Anfangs- in die Endposition, muß die Röntgenstrahlen­ erzeugung nicht notwendigerweise unterbrochen werden. In der Regel wird dies aber der Fall sein.

Die Drehung des Drehrahmens 5 wird übrigens mittels eines Motors 12 bewirkt, der von der elektronischen Recheneinrich­ tung 9 in der erforderlichen Weise betätigt wird. Um unter­ schiedliche Schichten abbilden zu können, ist die Patienten­ liege in z-Richtung mittels eines ebenfalls von der elektro­ nischen Recheneinrichtung 9 gesteuerten Motors 14 verstellbar. Die Röntgenröhre 3 wird durch eine Generatoreinrichtung 13 mit den benötigten Spannungen versorgt, wobei die Generatorein­ richtung 13 ebenfalls von der elektronischen Recheneinrichtung 9 in der erforderlichen Weise gesteuert wird. Die Generator­ einrichtung 13 liefert übrigens auch ein Ablenksignal, das dazu dient, den Brennfleck der Röntgenröhre 3 in der erforder­ lichen Weise zu verlagern, sowie ein Steuersignal, das dazu dient, die Erzeugung von Röntgenstrahlung zu unterbinden.

In den Fig. 2 und 3 ist die Röntgenröhre 3 näher dargestellt. Sie weist eine feststehende Kathode 15 und eine insgesamt mit 16 bezeichnete Drehanode auf, die in einem evakuierten Gehäuse 17 angeordnet sind, das seinerseits in einem mit einem elek­ trisch isolierenden, flüssigen Kühlmedium, z. B. Isolieröl, ge­ füllten Schutzgehäuse 18 aufgenommen ist. Die Drehanode 16 ist mittels einer Welle 19 und zweier Wälzlager 20, 21 in dem Ge­ häuse 17 drehbar gelagert. Die zu der Mittelachse M der Welle 19 rotationssymmetrisch ausgebildete Drehanode 16 weist eine ebene kreisringförmige Auftrefffläche 22 für den von der Kathode 15 ausgehenden Elektronenstrahl 24 auf. Die Auftreff­ fläche 22 ist durch eine Schicht 23 einer Wolfram-Rhenium-Le­ gierung gebildet. Das von dem Brennfleck BF, d. h. dem Auf­ treffpunkt des Elektronenstrahles 24 auf die Auftrefffläche 22, ausgehende Nutzstrahlenbündel, von dem in Fig. 3 für eine mittlere Brennfleckposition nur der Zentralstrahl Z darge­ stellt ist, tritt durch in dem Gehäuse 17 und dem Schutzge­ häuse 18 vorgesehene, miteinander fluchtend angeordnete Strah­ lenaustrittsfenster 25 und 26 aus. Es trifft dann auf eine schlitzförmige Blende 27, die das für die Computertomographie erforderliche fächerförmige Röntgenstrahlenbündel 6 (siehe Fig. 1) formt.

Die Mittelachse M der Welle 19 ist in bezug auf die Zeichen­ ebene der Fig. 2 geneigt und die Blende 27 ist derart ange­ ordnet, daß der Zentralstrahl Z des fächerförmigen Röntgen­ strahlenbündels in einer rechtwinklig zur Zeichenebene der Fig. 2 stehenden Ebene verläuft. Da der Brennfleck BF von strichförmiger Gestalt ist, wird durch diese Maßnahmen in an sich bekannter Weise eine erhöhte thermische Belastbarkeit des Brennfleckes BF erreicht. Grundsätzlich wäre es zwar möglich, in an sich üblicher Weise eine Drehanode mit kegelstumpfförmi­ ger Auftrefffläche zu verwenden, wobei dann eine Neigung der Mittelachse der Drehanode nicht erforderlich wäre; eine kegel­ stumpfförmige Auftrefffläche würde jedoch dazu führen, daß sich der Brennfleck, der in noch zu beschreibender Weise abge­ lenkt wird, bei der Ablenkung räumlich verwindet, was für die Bildqualität von Nachteil wäre. Die Neigung der Mittelachse M der Welle 19 ist übrigens in Fig. 3 der Einfachheit halber dicht dargestellt.

Zum Antrieb der Drehanode 16 ist ein insgesamt mit 28 be­ zeichneter Elektromotor vorgesehen, der als Kurzschlußläufer­ motor ausgebildet ist und einen auf das Gehäuse 17 aufge­ setzten Stator 29 und einen innerhalb des Gehäuses 17 befind­ lichen, drehfest mit der Welle 19 verbundenen Rotor 30 auf­ weist.

Das Erdpotential 31 führende vakuumdichte Gehäuse 17 weist zwei etwa plattenförmige Gehäuseteile 32a und 32b, die mit einem rohrförmigen Gehäuseteil 32c verbunden sind, sowie ein schachtförmiges Gehäuseteil 32d auf, das mit dem Gehäuseteil 32a verbunden ist. Die Gehäuseteile 32a bis 32d bestehen vor­ zugsweise aus metallischem Werkstoff. Die Kathode 15 ist an dem schachtformigen Gehäuseteil 32d mittels eines Isolators 34 angebracht, der mit dem Gehäuseteil 32d verbunden ist. Das Ge­ häuseteil 32a weist eine zentrale Bohrung auf, in die mit der erforderlichen Neigung ein Isolator 36 eingesetzt ist, der den Außenring des Wälzlagers 20 aufnimmt. Auch das Gehäuseteil 32b weist eine Bohrung auf, in die ein weiteres rohrförmiges Ge­ häuseteil 32e mit der erforderlichen Neigung eingesetzt ist, das in seinem Inneren den Rotor 30 aufnimmt und auf dessen äußere Mantelfläche der Stator 29 aufgesetzt ist. In das freie Ende des Gehäuseteiles 18e ist ein Isolator 38 eingesetzt, der den Außenring des Wälzlagers 21 aufnimmt. Die Zufuhr der posi­ tiven Hochspannung +U für die Drehanode 16 erfolgt mittels eines in nicht näher dargestellter, an sich bekannter Weise federnd an der Welle 19 anliegenden Kontaktes 40, der vakuum­ dicht in dem Isolator 36 aufgenommen ist.

Wie aus der schematischen Darstellung der Fig. 2 ersichtlich ist, liegt an dem einen Anschluß der Kathode 15 die negative Hochspannung -U an. Zwischen den beiden Anschlüssen der Katho­ de 1 liegt die Heizspannung U_H. Die zu der Kathode 15, dem Kontakt 40, dem Gehäuse 17 und dem Stator 29 führenden Lei­ tungen stehen mit der außerhalb des Schutzgehäuses 18 befind­ lichen Generatoreinrichtung 13 in Verbindung. Diese ist in an sich bekannter Weise ausgebildet und liefert die zum Betrieb der Röntgenröhre 3 erforderlichen Spannungen.

Die Kathode 15 weist ein Steuergitter 41 auf, das mit einer Steuereinrichtung 42, die Bestandteil der Generatoreinrichtung 13 ist, verbunden ist, die dem Steuergitter 41 bei Bedarf eine Steuerspannung U_S zuführt, durch die das Steuergitter 41 wäh­ rend solcher Zeiten, in denen die Erzeugung von Röntgenstrah­ lung unterbleiben soll, auf ein solches Potential gelegt wird, daß der Elektronenstrahl 24 durch das Steuergitter 41 unter­ brochen wird und somit nicht zu der Auftrefffläche 22 gelangt.

Das Gehäuseteil 32d ist von einer Ablenkspule 43 umgeben, die ebenfalls mit der Steuereinrichtung 42 verbunden ist und von dieser mit einem Ablenksignal I_A beaufschlagt wird, mittels dessen der Elektronenstrahl 24 in der Zeichenebene der Fig. 2 ablenkbar ist, so daß der Brennfleck BF zwischen einer An­ fangsposition BF′ und einer Endposition BF′′ auf einer gerad­ linigen, in ihrer Verlängerung die Mittelachse M der Drehanode 16 schneidenden radialen Bahn (siehe Fig. 3) verschoben werden kann. Bei dem Ablenksignal I_A handelt es sich um ein periodi­ sches Signal konstanter Periodendauer, dessen Frequenz, die Ablenkfrequenz, mit der Drehfrequenz der Drehanode 16 starr gekoppelt ist. Zu diesem Zweck ist ein Sensor 44 vorgesehen, der ein der Drehfrequenz (Drehzahl) der Drehanode 16 entspre­ chendes Signal liefert, das der Steuereinrichtung 42 zugeführt ist, die die Ablenkfrequenz und die Drehfrequenz synchroni­ siert. Bei dem Sensor 44 kann es sich beispielsweise um einen optoelektronischen Sensor handeln, der eine an dem Stator 39 angebrachte Marke abtastet. Da es für den CT-Meßprozeß wesent­ lich ist, daß die Ablenkfrequenz nicht schwankt, kann das Si­ gnal des Sensors 44 zugleich dazu verwendet werden, die Dreh­ frequenz der Drehanode 16 und damit die mit dieser gekoppelte Ablenkfrequenz zu stabilisieren. Dies kann in an sich bekann­ ter Weise beispielsweise dadurch geschehen, daß das Signal des Sensors 44 mit einem Referenzsignal verglichen wird und im Falle von Abweichungen die Drehfrequenz der Drehanode 16 ent­ sprechend korrigiert wird.

Bei dem Ablenksignal I_A handelt es sich vorzugsweise wie in Fig. 2 angedeutet um ein etwa sägezahnförmiges Signal, wobei die Bewegung des Brennfleckes BF von seiner Anfangsposition BF′ in seine Endposition BF′′ während der sanft ansteigenden linearen Flanke des sägezahnförmigen Ablenksignales I_A in bezug auf das Gehäuse 17 mit konstanter Ablenkgeschwindigkeit erfolgt. Bei der Steuerspannung U_S handelt es sich um ein asymmetrisches Rechtecksignal, das für die Dauer der steil ab­ fallenden Flanke des sägezahnförmigen Ablenksignales I_A einen Spannungswert annimmt, der negativer als das Kathodenpotential ist. Demnach wird bei geöffnetem Schalter 45 der Brennfleck BF von seiner Endposition BF′′ während der steil abfallenden Flanke des sägezahnförmigen Ablenksignales I_A in seine An­ fangsposition BF′ zurückbewegt. Ist der Schalter 45 dagegen geschlossen, erfolgt jeweils nur die Bewegung des Brennfleckes BF von seiner Anfangsposition BF′ in seine Endposition BF′ während der sanft ansteigenden Flanke des sägezahnförmigen Ablenksignales I_A.

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles (siehe Fig. 3) ist die Ablenkfrequenz, d. h. die Frequenz des Ablenksignales I_A, größer als die Drehfrequenz der Drehanode 16, wobei die Drehfrequenz, die 4/15 der Ablenkfrequenz beträgt, kein ganz­ zahliges Vielfaches der Ablenkfrequenz ist und die Ablenkfre­ quenz kein ganzzahliges Vielfaches der Drehfrequenz ist. Viel­ mehr ist die Ablenkfrequenz unter Berücksichtigung der radi­ alen Richtung und des geradlinigen Verlaufes der Ablenkbe­ wegung, der Drehfrequenz der Drehanode 16, des Außendurchmes­ sers der Auftrefffläche 22, der Erstreckung des Brennfleckes BF in Umfangsrichtung der Drehanode und quer dazu sowie dem quer zur Umfangsrichtung zurückgelegten Weg des Brennfleckes von der Anfangsposition BF′ zur Endposition BF′′ derart ge­ wählt, daß die von dem Brennfleck BF auf seinem Weg von der Anfangsposition BF′ zu der Endposition BF′′ jeweils überstri­ chenen Bereiche der Auftrefffläche 22 maximal dicht beieinander liegen, ohne einander zu überlappen. Dabei überstreicht der Brennfleck BF infolge der starren Koppelung der Ablenkfrequenz mit der Drehfrequenz auf seinem Weg von der Anfangsposition BF′ in die Endposition BF′′ auf der Auftrefffläche 22 jeweils einen Bahnabschnitt in der Gestalt eines Abschnittes einer Spirale. Infolge der sehr steil abfallenden Flanke des Ablenk­ signales I_A liegen die Endposition BF′′ einer vorangegangenen Bewegung und die Anfangsposition BF′ der unmittelbar folgenden Bewegung jeweils näherungsweise auf dem gleichen Radius. Diese Verhältnisse sind in Fig. 3 für vier Umdrehungen der Drehanode 16 bzw. 15 Perioden des Ablenksignales I_A dargestellt, wobei die bis dahin beschriebene Bahn erneut bestrichen wird. Dabei ist nur die Bahn dargestellt, die das Zentrum des Brennfleckes auf der Auftrefffläche 22 der Drehanode 16 beschreibt. Die Bahn ist für jede der Umdrehungen in einer anderen Strichart dargestellt. Die zwischen den Endpositionen BF′′ und den An­ fangspositionen BF′ befindlichen Teile der Bahn sind in dünnen Linien dargestellt, da diese Teile der Bahn nur dann tatsäch­ lich bestrichen werden, wenn der Schalter 45 geöffnet ist. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, erstreckt sich die Ablenkbe­ wegung des Brennfleckes BF wie schraffiert angedeutet im wesentlichen über die gesamte Breite der Auftrefffläche 22.

In Fig. 4 sind für einen Ausschnitt der Auftrefffläche 22 die tatsächlichen Verhältnisse dargestellt. Es wird deutlich, daß die von dem schraffiert angedeuteten rechteckigen Brennfleck BF auf seinem Weg von die Anfangs in die Endposition BF′ bzw. BF′′ jeweils überstrichenen Bahnabschnitte 46a bis 46h nur am inneren Rand der Auftrefffläche 22 direkt aneinandergrenzen, ohne einander zu überlappen. Ansonsten besteht zwischen den Bahnabschnitten 46a bis 46h ein Abstand, der zum Außenrand der Auftrefffläche 22 hin größer wird. Dennoch wird im Vergleich zu herkömmlichen Röntgenröhren ein wesentlich größerer Anteil der Auftrefffläche 22 von dem Brennfleck BF überstrichen, be­ vor ein zuvor überstrichener Bahnabschnitt der Auftrefffläche 22 nach vier Umdrehungen der Drehanode 16 bzw. 15 Perioden des Ablenksignales I_A erneut überstrichen wird. Hierdurch ergibt sich gegenüber einer entsprechenden herkömmlichen Röntgenröhre eine stark vergrößerte thermische Belastbarkeit des Brenn­ fleckes BF. Bei geöffnetem Schalter 45 ergeben sich zwar bei der Bewegung des Brennfleckes von seiner Endposition BF′′ in seine Anfangsposition BF′ jeweils gewisse Überlappungen der dabei überstrichenen radialen Bahnabschnitte, einer ist in Fig. 3 schraffiert angedeutet, mit den Bahnabschnitten 46a bis 46h, die jeweils bei der Bewegung des Brennfleckes BF von seiner Anfangsposition BF′ in seine Endposition BF′′ über­ strichen werden, jedoch mindert dies wegen der Geringfügigkeit der Überlappung die thermische Belastbarkeit des Brennfleckes BF nicht nennenswert.

Die gemäß Fig. 2 an ihrer Unterseite mit einer großen Ausneh­ mung 47 versehene Drehanode 16 weist gegenüber der Drehanode einer entsprechenden herkömmlichen Röntgenröhre eine deutlich verringerte Masse auf. Die Masse der Drehanode 16 ist unter Berücksichtigung der übrigen das thermische Abstrahlvermögen der Drehanode 16 beeinflussenden Parameter sowie der verbes­ serten thermischen Belastbarkeit des Brennfleckes derart ge­ wählt, daß sich auf der Basis einer mittleren Temperatur von 1200°C eine konstante Vortemperatur der Drehanode 16 er­ gibt.

Die Fig. 5a und 5b zeigen in zur Fig. 3 analoger Darstellung die Verhältnisse für den Fall, daß der Brennfleck auf einer zwar geradlinigen, aber in ihrer Verlängerung die Mittelachse M der Drehanode 16 nicht schneidenden Bahn mittels eines etwa sägezahnförmigen Ablenksignales 4 verschoben wird. Dabei er­ folgt die Bewegung des Brennfleckes von seiner Anfangsposition in seine Endposition während der sanft ansteigenden linearen Flanke des sägezahnförmigen Ablenksignales mit in bezug auf das Gehäuse 17 konstanter Ablenkgeschwindigkeit. In Fig. 5a erfolgt die Drehung der Drehanode gegen den Uhrzeigersinn, in Fig. 5b im Uhrzeigersinn. Der Brennfleck beschreibt dann auf seinem Weg von der Anfangs- in die Endposition auf der Auf­ trefffläche 22 jeweils einen Bahnabschnitt in der Gestalt eines Abschnittes einer Spirale. Wie aus der Fig. 5a, in die ein Bahnabschnitt 46₁ eingetragen ist, ersichtlich ist, nimmt dessen Breite nach außen hin kaum ab, während die Breite des entsprechenden Bahnabschnittes 46₁ in Fig. 5b sehr stark ab­ nimmt. Außerdem ergibt sich im Falle der Fig. 5a eine Ver­ längerung und im Falle der Fig. 5b eine Verkürzung der Bahn­ abschnitte 46₁ gegenüber den Verhältnissen gemäß Fig. 3. Die Verlängerung bzw. Verkürzung der Bahnabschnitte 46₁ ist dann maximal, wenn die Ablenkbewegung des Brennfleckes BF wie in den Fig. 5a und 5b dargestellt tangential zur inneren Begren­ zung der Auftrefffläche 22 erfolgt. Vorzugsweise erstreckt sich die Ablenkbewegung wie in Fig. 5a und 5b dargestellt nicht über den Berührpunkt der Ablenkbewegung mit der inneren Begrenzung der Auftrefffläche 22 hinaus.

In Fig. 6 ist zu den Fig. 3 und 5 analoger Darstellung die­ jenige Bahn dargestellt, die der Brennfleck BF auf der Auf­ trefffläche 22 überstreicht, wenn die Drehfrequenz der Dreh­ anode 16 um ein Vielfaches größer als die Ablenkfrequenz ist. Es handelt sich dabei um eine spiralförmige Bahn 46, zwischen deren Windungen wegen deren nach außen hin allmählich abneh­ mende Breite nach außen hin allmählich zunehmende Abstände vorliegen, wenn ein sägezahnförmiges Ablenksignal mit linear ansteigender Flanke verwendet wird. Die genannten Abstände sind um so geringer, je größer die Länge L des Brennfleckes BF im Vergleich zu dessen Breite B ist (L und B siehe Fig. 4). Die genannten Abstände können gänzlich vermieden werden, wenn ein in Fig. 6 strichliert angedeutetes Ablenksignal I_A verwendet wird, bei dem die Ablenkbewegung nicht mit konstanter Ge­ schwindigkeit erfolgt, sondern mit einer nach außen hin all­ mählich leicht abnehmenden Geschwindigkeit. Während in der Fig. 6 die Verhältnisse für die Ablenkung des Brennfleckes BF auf einer geradlinigen, in ihrer Verlängerung die Mittelachse M der Drehanode 16 schneidenden Bahn dargestellt sind, zeigt die Fig. 7 die Verhältnisse für eine zwar geradlinige, in ihrer Verlängerung die Mittelachse M aber nicht schneidende Bahn der Ablenkbewegung. Auch hier überstreicht der Brennfleck BF auf der Auftrefffläche 22 eine spiralförmige Bahn 46, deren Breite nach außen hin allmählich abnimmt. Außerdem nimmt der Abstand zwischen den Windungen der Bahn 46 nach außen hin all­ mählich zu. Die Änderung der Breite der Bahn 46 und die Ände­ rung des Abstandes zwischen deren Windungen sind für die Ver­ hältnisse gemäß Fig. 7 größer als für die gemäß Fig. 6. Die genannten Änderungen sind dann maximal, wenn die Ablenkbe­ wegung derart gewählt ist, daß der Brennfleck BF den inneren Rand der Auftrefffläche 22 tangiert, so wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Auch im Falle der Fig. 7 muß ein in Fig. 7 strichliert angedeutetes Ablenksignal I_A verwendet werden, das eine schnellere Ablenkung des Brennfleckes im inneren Bereich der Auftrefffläche 22 bewirkt, wenn die Windungen der spiral­ förmigen Bahn 46 unmittelbar aneinander angrenzen sollen.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Verwendung von Ablenk­ signalen, die zu einer in bezug auf das Gehäuse 17 variablen Geschwindigkeit des Brennfleckes BF bei seinem Weg von der Anfangs- in die Endposition BF′ bzw. BF′′ führen, Probleme beim CT-Meßprozeß (insbesondere bei der Datenzusammenfassung) nach sich ziehen können.

In den Fig. 8 und 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das mit dem zuvor beschriebenen in wesentlichen Punkten übereinstimmt, weshalb gleiche oder ähn­ liche Teile die gleichen Bezugszeichen tragen. Der wesentliche Unterschied zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform besteht darin, daß eine Drehanode 50 mit einer zylindermantelförmigen Auftrefffläche 51 vorgesehen ist und die Kathode 15 mit dem Gehäuseteil 32d und dem Isolator 34 an einem etwa tangential an das Gehäuseteil 32c angesetzten rohrförmigen Gehäuseteil 32f angebracht ist. Das Gehäuseteil 32f weist einen rechtecki­ gen Querschnitt auf. Das Schutzgehäuse 18 ist mit einem dem Gehäuseteil 32f entsprechenden Schutzgehäuseteil 55 versehen. Das Strahlenaustrittsfenster 25 ist an einem Fortsatz des Ge­ häuseteiles 32f angeordnet. Das Strahlenaustrittsfenster 26 des Schutzgehäuses ist an einem Fortsatz eines dem Gehäuseteil 37f entsprechenden Teil 55 des Schutzgehäuses 18 angeordnet. Die Kathode 15 ist derart angeordnet, daß der Elektronenstrahl 24 auf die Auftrefffläche 51 auftrifft. Die Ablenkung des Elektronenstrahles 24 mittels der Ablenkspule 43, der das Ab­ lenksignal I_A zugeführt ist, erfolgt derart, daß sich der Brennfleck BF parallel zur Mittelachse M zwischen einer An­ fangsposition BF′ und einer Endposition BF′′ bewegt. Eine Neigung der Mittelachse M der Welle 19 in bezug auf die Zei­ chenebene von Fig. 8 ist nicht vorgesehen. Die Drehanode 50 ist mit zwei Ausnehmungen 47a, 47b versehen, die dem gleichen Zweck wie die Ausnehmung 47 dienen.

In Fig. 10 ist die Abwicklung der Auftrefffläche 51 darge­ stellt. Dabei ist in Fig. 10 diejenige Bahn 52 eingetragen, die der Brennfleck BF auf der Auftrefffläche 51 überstreicht, wenn er parallel zur Mittelachse M der Drehanode 50 mit in bezug auf das Gehäuse 17 konstanter Geschwindigkeit periodisch von seiner Anfangsposition BF′ in seine Endposition BF′′ und in vernachlässigbar kurzer Zeit von seiner Endposition BF′′ in seine Anfangsposition BF′ bewegt wird. Wie im Falle der Fig. 3 weist die Drehanode 50 eine Drehfrequenz auf, die 4/15 der Ab­ lenkfrequenz beträgt. Während vier Umdrehungen der Drehanode 50 treten also 15 vollständige Perioden des Ablenksignales I_A auf. Dabei beschreibt der Brennfleck BF während seiner Be­ wegung von der Anfangs in die Endposition BF′ bzw. BF′′ je­ weils einen schraubenlinienförmigen Bahnabschnitt auf der Auf­ trefffläche 51, der in der abgewickelten Darstellung der Fig. 9 als schräger Bahnabschnitt erscheint. Da die Ablenkfrequenz f_A nach den Gleichungen

bzw.

gewählt ist, grenzen die von dem Brennfleck BF auf seinem Weg von der Anfangs- in die Endposition BF′ bzw. BF′′ jeweils auf der Auftrefffläche 51 überstrichenen Bahnabschnitte unmittel­ bar aneinander, ohne einander zu überlappen, so wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Dabei wird mit Ausnahme kleiner in der Abwicklung dreieckiger Bereiche am Anfang und am Ende jedes Bahnabschnittes die gesamte Auftrefffläche 51 von dem Brennfleck überstrichen, wobei erst nach vier vollständigen Umdrehungen der Drehanode ein zuvor überstrichener Bereich der Auftrefffläche 51 erneut überstrichen wird.

In den angegebenen Gleichungen steht U für den Umfang der Auf­ trefffläche 51. Damit keine Überlappungen der vom Brennfleck BF auf seinem Weg von der Anfangs- in die Endposition BF′ bzw. BF′′ überstrichenen Bahnabschnitte auftreten und diese unmit­ telbar aneinandergrenzen, muß gelten:

m = U/A

und

p = K/A.

Bei p und m handelt es sich um positive ganze Zahlen. A ist die in Umfangsrichtung gemessene Breite der von dem Brennfleck BF auf seinem Weg von der Anfangs- in die Endposition BF′ bzw. BF′′ überstrichenen Bahnabschnitte (siehe Fig. 10). K ist das­ jenige Maß, um das sich die Drehanode 50 während einer Periode des Ablenksignals I_A weiterdreht (siehe Fig. 10). s sind der Ablenkweg des Brennfleckes BF, B die Breite und L die Länge des Brennfleckes BF (siehe Fig. 10). f_D ist die Drehfrequenz der Drehanode 50. Im Falle der Fig. 10 hat übrigens m den Wert 15, während p den Wert 4 hat.

Die Fig. 11 zeigt die Ver­ hältnisse für p = m-1. In diesem Falle ergibt sich eine solche Ablenkfrequenz, daß sich die Drehanode 50 während einer Peri­ ode des Ablenksignales I_A jeweils gerade um ein Maß weiter­ dreht, das den Umfang der Auftrefffläche 51 vermindert um die in Umfangsrichtung der Auftrefffläche 51 gemessene Breite der von dem Brennfleck BF auf seinem Weg von der Anfangsposition BF′ in die Endposition BF′′ überstrichenen Bahnabschnitte ent­ spricht. Im Falle der Fig. 11 gilt übrigens m = 7 und p = 6.

Die vorstehenden Gleichungen lassen sich sinngemäß auch für beispielsweise kegelstumpfförmige oder ebene Auftreffflächen anwenden, wobei die Verhaltnisse am inneren Rand der Auftreff­ fläche zugrundezulegen sind.

In Tabelle 1 sind für eine Drehanode mit ebener kreisringför­ miger Auftrefffläche, deren Außendurchmesser 160 mm und deren Innendurchmesser 60 mm beträgt, sowie eine Drehanode mit einer zylindrischen Auftrefffläche 160 mm Durchmesser für eine Dreh­ frequenz der Drehanode f_D von 50 Hz, eine Fokuslänge L = 9 mm und eine Fokusbreite B = 0,9 mm sowie ein Ablenksignal I_A, bei dem die für die Bewegung des Brennfleckes BF von seiner End­ position BF′′ zurück in seine Anfangsposition BF′ erforder­ liche Zeit vernachlässigbar klein ist unter Bezugnahme auf be­ stimmte vor stehend beschriebene Figuren, die von dem Brenn­ fleck BF überstrichenen Bereiche der Auftrefffläche hinsicht­ lich ihrer Form, ihres relativen Flächeninhaltes sowie des benutzten Anteiles der insgesamt zur Verfügung stehenden Auf­ trefffläche aufgelistet. Außerdem ist für die einzelnen Fälle angegeben, wie lange ein bestimmter Punkt der Auftrefffläche während einer Umdrehung der Drehanode von dem Elektronenstrahl beaufschlagt wird (T1), wie lange es dauert, bis ein bestimm­ ter Punkt der Auftrefffläche erneut von dem Elektronenstrahl beaufschlagt wird (T2), und für welche Dauer ein Punkt der Auftrefffläche während einer Sekunde von dem Elektronenstrahl beaufschlagt wird (T3). Dabei sind die Zeiten T1 bis T3 in Millisekunden angegeben.

Aus der Tabelle 1 wird deutlich, daß erfindungsgemäße Rönt­ genröhren, insbesondere solche mit zylindrischer Auftreff­ fläche, Röntgenröhren nach dem Stand der Technik hinsichtlich ihrer thermischen Belastbarkeit erheblich überlegen sind.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind hin­ sichtlich der Gestalt der Auftrefffläche, der Signalform des Ablenksignales I_A sowie hinsichtlich der Richtung und der Form der Bahn, entlang derer der Brennfleck BF abgelenkt wird, nur beispielhaft zu verstehen. Insbesondere besteht die Möglich­ keit, eine zweite Ablenkspule vorzusehen, die den Elektronen­ strahl 24 in einer anderen Richtung als die Ablenkspule 43 ab­ lenkt. Es besteht dann die Möglichkeit, den Brennfleck BF auch längs gekrümmter Bahnen zu verschieben. Anstelle elektromagne­ tischer Ablenkmittel in Form einer oder mehrerer Ablenkspulen können auch an sich bekannte elektrostatische Ablenkmittel für den Elektronenstrahl 24 verwendet werden.

In Fig. 12 ist die Variante einer Drehanode 56 dargestellt, die anstelle der Drehanode 50 in der Röntgenröhre gemäß den Fig. 8 und 9 verwendet werden kann. Die Drehanode 56 weist einen massiven Grundkörper 57 aus Graphit auf, der über eine Nabe 58 drehfest mit der Welle 19 verbunden ist. An seiner zylindrischen Mantelfläche ist der Grundkörper 57 mit einer Schicht 59 einer Wolfram-Rhenium-Legierung versehen, so daß eine zylindermantelförmige Auftrefffläche 60 zur Verfügung steht. Dabei ergibt sich infolge der Verwendung von Graphit als Werkstoff für den Grundkörper 57 eine weiter verbesserte Wärmeabstrahlung.

Die bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Röntgenröhre liegt in der Computertomographie. Andere Verwendungen, bei­ spielsweise in der Strahlentherapie, sind möglich.

Claims (15)

1. Verfahren für den Betrieb einer Röntgenröhre mit einer Kathode (15) zur Erzeugung eines Elektronenstrahles (24), einer Drehanode (16; 50) mit einer Auftrefffläche (22; 51), auf welche der Elektronenstrahl (24) in einem Brennfleck (BF) auftrifft, und Ablenkmitteln (42, 43) zum Ablenken des Elek­ tronenstrahles (24), welche ein Ablenksignal (I_A) erzeugen und den Elektronenstrahl (24) in Abhängigkeit von dem Ablenksignal (I_A) in einer die Umfangsrichtung der Drehanode (16; 50) schneidenden Ablenkrichtung derart ablenken, daß sich der Brennfleck (BF) periodisch von einer Anfangs- in eine End­ position (BF′ bzw. (BF′′) bewegt, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ablenkfrequenz, mit der der Elektronenstrahl (24) abgelenkt wird, derart gesteuert wird, daß weder die Drehfrequenz der Drehanode (16; 50) ein ganzzahliges Vielfaches der Ablenkfrequenz noch die Ablenk­ frequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Drehfrequenz ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ablenkfrequenz und die Drehfrequenz starr miteinander gekoppelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ablenkfrequenz und die Signalform des Ablenksignales (I_A) in Abhängigkeit von Richtung und Ver­ lauf der Ablenkbewegung, der Drehfrequenz der Drehanode (16; 50), den Abmessungen und der geometrischen Gestalt der Auf­ trefffläche (22; 51), dem quer zur Umfangsrichtung gemessenen Abstand der End- von der Anfangsposition (BF′′ bzw. BF′) sowie der Erstreckung des Brennfleckes (BF) in Umfangsrichtung und quer dazu derart gesteuert werden, daß die vom Brennfleck (BF) auf seinem Weg von der Anfangs- zur Endposition (BF′ bzw. BF′′) jeweils überstrichenen Bereiche der Auftrefffläche (22; 51) maximal dicht beieinander angeordnet sind, ohne einander zu überlappen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Elek­ tronenstrahl derart abgelenkt wird, daß die von dem Brennfleck (BF) auf seinem Weg von der Anfangs- zur Endposition (BF bzw. BF′) jeweils überstrichenen Bereiche der Auftrefffläche (22; 51) unmittelbar aneinandergrenzen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Elek­ tronenstrahl derart abgelenkt wird, daß der Brennfleck (BF) geradlinig von der Anfangs- in die Endposition (BF′ bzw. BF′′) bewegt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Brennfleck (BF) sprunghaft mit wenigstens einer Zwischenposition von der Anfangs- in die Endposition (BF′ bzw. BF′′) bewegt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Brennfleck (BF) in einer kontinuierlichen Bewegung von der Anfangs- in die Endposition (BF′ bzw. BF′′) bewegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Elektronenstrahl (24) derart ab­ gelenkt wird, daß der Brennfleck (BF) auf seinem Weg von der Anfangs- in die Endposition (BF′ bzw. BF′′) in bezug auf das Vakuumgehäuse (17) der Röntgenröhre mit konstanter Geschwin­ digkeit bewegt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung von Röntgen­ strahlung in der zwischen dem Erreichen der Endposition (BF′′) und dem erneuten Beginn der Bewegung des Brennfleckes (BF) ausgehend von der Anfangsposition (BF) verstreichenden Zeit jeweils unterbrochen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Elektro­ nenstrahl (24) oszillierend derart abgelenkt wird, daß der Brennfleck (BF) jeweils in einem Hin- und Rücklauf von der Anfangs- in die Endposition (BF′ bzw. BF′′) und von der End- in die Anfangsposition (BF′′ bzw. BF′) bewegt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ablenk­ signal (I_A) eine solche Signalform aufweist, daß die Zeit, in der der Brennfleck (BF) von der Anfangs- in die Endposition (BF′ bzw. BF′′) bewegt wird, um ein Vielfaches größer ist als diejenige Zeit, die zwischen dem Erreichen der Endposition (BF′′) und dem erneuten Beginn der Bewegung des Brennfleckes (BF) ausgehend von der Anfangsposition (BF′) verstreicht.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ablenk­ frequenz in Abhängigkeit von der Drehfrequenz unter Berück­ sichtigung der Masse und der Größe der Oberfläche der Dreh­ anode (16; 50) derart gesteuert wird, daß sich bei kontinu­ ierlichem Betrieb der Röntgenröhre mit Maximalleistung eine stationäre Vortemperatur der Drehanode (16; 50) einstellt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die stationäre Vortemperatur wenigstens im wesentlichen gleich der maximal zulässigen Vor­ temperatur einer entsprechenden herkömmlichen Röntgenröhre ist.

14. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bei einer Röntgenröhre, deren Auftrefffläche (22) von ebener, kreisringförmiger Gestalt oder von zylindermantel­ förmiger Gestalt ist.

15. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 bei der Computertomographie.