DE4143490C2 - Verfahren zum Betrieb einer Röntgenröhre - 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 stiftförmi­ gen Strahlenbündels erforderliche lineare Bewegung der Ab­ tasteinheit zu vermeiden, ohne daß von einem fächerförmigen Röntgenstrahlenbündel Gebrauch gemacht werden muß. In diesem Zusammenhang ist u. a. vorgesehen, daß anstelle der linearen Bewegung der Abtasteinheit der Elektronenstrahl derart abge­ lenkt wird, daß der Brennfleck der Röntgenröhre auf der Dreh­ anode eine der linearen Abtastbewegung entsprechende Bewegung quer zur Umfangsrichtung der Drehanode ausführt, die jedoch nicht periodisch ist.

Weiter ist aus der EP 0 150 364 A2 ein Verfahren für den Be­ trieb einer Drehanoden-Röntgenröhre bekannt, bei dem der Elektronenstrahl auf der Auftrefffläche der Drehanode bei­ spielsweise mäanderförmig, also auch in einer die Umfangs­ richtung der Drehanode schneidenden Ablenkrichtung, abgelenkt wird, um eine thermische Überlastung der Drehanode zu ver­ hindern. Dabei beschreibt der relativ kleine Auftreffpunkt des Elektronenstrahls einen Fokusbereich, der dem bekannten Strichfokus entspricht und den Brennfleck darstellt. Es be­ steht so die Möglichkeit, die Form und Größe des Strichfokus den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. Eine periodische Bewegung des Brennflecks von einer Anfangs- in eine Endposi­ tion liegt hier nicht vor.

Außerdem ist aus der DE 31 13 368 A1 eine Drehanoden-Röntgen­ röhre bekannt, die eine Vielzahl von Kathoden aufweist. Jeder der Kathoden ist ein Brennfleck auf der Anode zugeordnet. Die einzelnen Kathoden können dem jeweiligen Verwendungszweck der Röntgenröhre entsprechend selektiv aktiviert werden. Eine Verlagerung einzelner oder mehrerer Brennflecke in der Weise, daß sich eine periodische Bewegung des jeweiligen Brennfleckes von einer Anfangs- in eine Endposition ergibt, ist nicht vorgesehen.

Eine Festanoden-Röntgenröhre für die Computertomographie, auf deren Anode ein Elektronenstrahl einen Strichfokus erzeugt, ist in der GB 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 begün­ stigt die Erhöhungen und Gräben aufweisende Gestalt der Anodenoberfläche die Wärmeabfuhr. Die Bewegung des Strich­ fokus dient der zumindest teilweisen Vermeidung einer Abtast­ bewegung der Abtasteinheit.

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 beschränktem 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 1 469 932 beschrie­ ben ist. Im Gegensatz zu der Anordnung gemäß US 4 637 040 bzw. EP 0 460 421 A1, wo die Bewegung des Brennfleckes in Um­ fangsrichtung den Flächeninhalt des von dem Brennfleck be­ strichenen Teiles der Auftrefffläche im wesentlichen nicht verändert, 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 Vergrößerung des Flächeninhaltes des von dem Brennfleck überstrichenen Bereiches der Auftrefffläche. Da die thermische Belastbarkeit des Brennfleckes mit der Wurzel desjenigen Faktors zunimmt, um den der Flächeninhalt des von dem Brennfleck überstrichenen Bereiches der Auftrefffläche vergrößert wird, ergibt sich eine verbesserte Belastbarkeit der erfindungsgemäßen Röntgenröhre. Da aber bei aufeinander­ folgenden Umdrehungen der Drehanode der Brennfleck stets den gleichen Bereich der Auftrefffläche überstreicht, wird keine durchgreifende 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 erfindungs­ gemäßen Verfahrens wird also die zur Verfügung stehende Auf­ trefffläche für die in Abhängigkeit von Richtung und Verlauf (z. B. geradlinig oder gekrümmt) der Ablenkbewegung, der Dreh­ frequenz der Drehanode, den Abmessungen und der geometrischen Gestalt der Auftrefffläche, dem quer zur Umfangsrichtung ge­ messenen Abstand der End- von der Anfangsposition sowie der Erstreckung des Brennfleckes in Umfangsrichtung und quer dazu gewählten Ablenkfrequenz und Signalform des Ablenksignales optimal genutzt. Die maximal mögliche thermische Belastbar­ keit des Brennfleckes wird erreicht, wenn die von dem Brenn­ fleck auf seinem Weg von der Anfangs- zur Endposition jeweils überstrichenen Bereiche der Auftrefffläche unmittelbar anein­ ander grenzen.

Durch die Maßnahme gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruches 2 wird eine Verschachtelung der bei aufeinander­ folgenden Umdrehungen der Drehanode von dem Brennfleck auf seinem Weg von der Anfangs- in die Endposition jeweils über­ strichenen Bereiche der Auftrefffläche erreicht, mit dem Vor­ teil, daß erst nach mehreren Umdrehungen der Anode ein von dem Brennfleck auf seinem Weg von der Anfangs- in die Endpo­ sition 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.

Dennoch kann es insbesondere dann, wenn die Ablenkfrequenz im Vergleich zur Drehfrequenz sehr groß oder sehr klein ist, auch zweckmäßig sein, wenn die Ablenkfrequenz ein ganzzahli­ ges Vielfaches der Drehfrequenz bzw. die Drehfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Ablenkfrequenz ist.

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 thermischen Belastbarkeit des Brennfleckes realisieren. Vor­ zugsweise wird durch die Ablenkmittel eine solche Ablenkung des Elektronenstrahles bewirkt, daß der quer zur Umfangsrich­ tung gemessene Abstand der End- von der Anfangsposition we­ nigstens gleich der 25fachen Erstreckung des Brennfleckes quer zur Umfangsrichtung ist. In diesem Falle, der sich noch ohne weiteres für herkömmliche Brennfleck- und Anodenabmes­ sungen realisieren läßt, ergibt sich im Vergleich zu einer herkömmlichen Röntgenröhre theoretisch die fünffache thermi­ sche Belastbarkeit des Brennfleckes. Eine maximale Steigerung der thermischen 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 Anfangsposition wenigstens im wesentlichen der Er­ streckung der Auftrefffläche quer zur Umfangsrichtung ent­ spricht.

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, ist gemäß einer Variante der Erfindung vorgesehen, daß die Ablenkfrequenz und die Drehfrequenz starr miteinander gekoppelt werden. Die beiden Frequenzen stehen also in einem konstanten Verhältnis zuein­ ander, so daß gewährleistet ist, daß der Brennfleck exakt die vorgesehenen Bereiche der Auftrefffläche überstreicht. Schwankungen der Drehfrequenz müssen vermieden werden, da sonst Probleme bei der Datenzusammenfassung während des CT- Meßprozesses auftreten 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 an­ dere Bewegung, beispielsweise eine gekrümmte, vorzusehen, ob­ wohl dies den CT-Meßprozeß komplizieren kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Ablenksignal eine solche Signalform auf­ weist, daß der Brennfleck sprunghaft mit wenigstens einer Zwischenposition von der Anfangs- in die Endposition bewegt wird. In diesem Falle überstreicht der Brennfleck auf der Auftrefffläche während seines Verweilens in der Anfangs- und Endposition sowie den Zwischenpositionen jeweils einen kreis­ förmig gekrümmten Bereich. Wenn das Ablenksignal eine solche Signalform aufweist, daß der Brennfleck jeweils für die Dauer einer gesamten Umdrehung der Drehanode in der Anfangs-, jeder Zwischen- und der Endposition gehalten wird, ergibt sich eine besonders gute Ausnutzung der Auftrefffläche, da der Brennfleck in jeder der genannten Positionen einen kreis­ ringförmigen Bereich der Auftrefffläche überstreicht. Da dann die Ablenkfrequenz gleich dem Quotienten aus der Drehfrequenz und der um 2 erhöhten Anzahl der Zwischenposition ist, ist in dem erläuterten Falle die Drehfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Abtastfrequenz.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist vorgesehen, daß das Ablenksignal eine solche Signal­ form aufweist, daß der Brennfleck in einer kontinuierlichen Bewegung, vorzugsweise in bezug auf das Gehäuse der Röntgen­ röhre mit konstanter Geschwindigkeit, von der Anfangs- in die Endposition bewegt wird. In diesem Falle überstreicht der Brennfleck bei seinem Weg von der Anfangs- in die Endposition jeweils 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 verstreichen­ den Zeit jeweils unterbrochen wird. Hierdurch sind Überlap­ pungen der bei der Bewegung des Brennfleckes von der Anfangs- in die Endposition überstrichenen Bereiche der Auftrefffläche mit denjenigen Bereichen der Auftrefffläche, die bei der Be­ wegung des Brennfleckes von der End- zurück in die Anfangs­ position überstrichen werden, sicher unterbunden. Falls der­ artige Überlappungen nicht stören, kann aber auch vorgesehen sein, daß der Elektronenstrahl oszillierend derart abgelenkt wird, daß der Brennfleck in einem Hin- und Rücklauf zwischen der Anfangs- und der Endposition bewegt wird.

Gemäß einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß das Ablenksignal eine solche Signalform aufweist, daß die Zeit, in der der Brennfleck von der Anfangs- in die Endposition be­ wegt wird, um ein Vielfaches, vorzugsweise wenigstens das Zehnfache, größer ist als diejenige Zeit, die zwischen dem Erreichen der Endposition und dem erneuten Beginn der Bewe­ gung 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 Betrieb der Röntgenröhre mit Maximalleistung eine stationäre Vortemperatur der Drehanode einstellt, die wenigstens im wesentlichen gleich der ma­ ximalen zulässigen Vortemperatur einer entsprechenden her­ kömmlichen Röntgenröhre ist. Unter der Vortemperatur soll hier diejenige Temperatur verstanden werden, die ein von dem Brennfleck bestrichener Punkt der Drehanode unmittelbar vor Eintritt in den Elektronenstrahl aufweist. Bei herkömmlichen Röntgenröhren ist es infolge der begrenzten thermischen Be­ lastbarkeit des Brennfleckes nicht möglich, die Drehanode bei einer solchen Temperatur zu betreiben, daß die der Drehanode im Normalbetrieb pro Zeiteinheit zugeführte Wärmemenge gleichzeitig durch Strahlung wieder abgeführt wird, was Vor­ aussetzung für eine stationäre Vortemperatur ist. Man dimen­ sioniert daher die Drehanoden herkömmlicher Röntgenröhren als Wärmespeicher hoher Masse, mit der Folge, daß bei Erschöpfung der Wärmekapazität der Drehanode 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 Röntgenröhre ist es jedoch ohne weiteres möglich, bei geeigneter Dimensionierung der Drehanode selbst bei Maximalleistung eine stationäre Vor­ temperatur der Drehanode zu realisieren, die vorzugsweise der bei entsprechenden herkömmlichen Röntgenröhren maximal zu­ lässigen 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 Dreh­ anode deren thermisches Abstrahlvermögen erheblich verbes­ sern. Abgesehen davon, daß somit Unterbrechungen des Betrie­ bes der Röntgenröhre wegen drohender thermischer 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 9 in grob schematischer Darstellung Ansichten der Auftrefffläche der Drehanode der Röntgenröhre gemäß Fig. 1 für unterschiedliche Ablenksignale I_A und unterschiedliche Ablenkrichtungen,

Fig. 10 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Röntgenröhre,

Fig. 11 eine Stirnansicht der Röntgenröhre gemäß Fig. 10 in teilweise geschnittener Darstellung, und

Fig. 12 bis 16 in grob schematischer Darstellung Abwicklungen der Auftrefffläche der Drehanode der Röntgen­ röhre gemäß Fig. 10 für unterschiedliche Ab­ lenksignale I_A.

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 fächerförmiges 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 entsprechend gewählt. Jeder Einzeldetektor 4a, 4b usw. liefert ein elektrisches Signal, das der Intensität der je­ weils 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. während der Drehung der Strahlenmeßeinrichtung 3, 4 um eine Drehachse 10, die parallel zur Längsrichtung der Patienten­ liege 8 und senkrecht zu der Ebene des Röntgenstrahlenbündels 6 verläuft, die Röntgenstrahlen-Schwächungswerte der einzel­ nen Volumenelemente der Schicht 7 berechnet. Die Koordinaten der Volumenelemente werden in bezug auf ein gerätefestes rechtwinkliges Koordinatensystem mit den Achsen x, y, z an­ gegeben. Anhand der ermittelten Röntgenstrahlungs-Schwä­ chungswerte 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 wiedergegeben werden kann, wobei einem bestimmten Röntgenstrahlungs-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 beispielsweise nur einem Winkelgrad zueinander versetzten Abtastpositionen ein Satz von Ausgangssignalen des Strahlen­ empfängers 4 erzeugt wird. Auf diese Weise werden bei bei­ spielsweise 512 Einzeldetektoren im Strahlenempfänger 4 pro Abtastvorgang 360 × 512 Ausgangssignale erzeugt, die der Be­ rechnung der Röntgenstrahlungs-Schwächungswerte der Volumen­ elemente 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 Anfangspositon BF' in eine Endposition BF" verlagert. Die abzubildende Schicht wird also in der in Fig. 1 strichliert angedeuteten Weise zu­ sätzlich von dem fächerförmigen Röntgenstrahlenbündel 6' durchsetzt, so daß pro Abtastvorgang 2 × 360 × 512 Ausgangs­ signale des Strahlenempfängers 4 erzeugt werden, die die elektronische Recheneinrichtung 9 zur Erzeugung eines einzi­ gen Bildes heranzieht. Es hat sich gezeigt, daß die Bildqua­ lität derart erzeugter Bilder gegenüber der herkömmlich er­ zeugter Bilder verbessert ist. Die Praxis hat außerdem ge­ zeigt, daß dann, wenn die Röntgenröhre 3 nicht derart gepulst wird, daß die Röntgenstrahlenerzeugung nur im Anfangs- und im Endpunkt der beschriebenen Verlagerung des Brennfleckes BF, sondern kontinuierlich erfolgt, infolge der dann auftretenden "Verwischung" eine besonders gute Unterdrückung von Artefak­ ten möglich ist. Für die Bewegung des Brennfleckes von der Endposition zurück in die Anfangsposition, diese Bewegung er­ folgt vorzugsweise während einer wesentlich kürzeren Zeit­ spanne als die Bewegung von der Anfangs- in die Endposition, muß die Röntgenstrahlenerzeugung nicht notwendigerweise un­ terbrochen werden. In der Regel wird dies aber der Fall sein.

Die Drehung des Drehrahmens 5 wird übrigens mittels eines Mo­ tors 12 bewirkt, der von der elektronischen Recheneinrichtung 9 in der erforderlichen Weise betätigt wird. Um unterschied­ liche Schichten abbilden zu können, ist die Patientenliege in z-Richtung mittels eines ebenfalls von der elektronischen 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 Recheneinrich­ tung 9 in der erforderlichen Weise gesteuert wird. Die Gene­ ratoreinrichtung 13 liefert übrigens auch ein Ablenksignal, das dazu dient, den Brennfleck der Röntgenröhre 3 in der er­ forderlichen Weise zu verlagern, sowie ein Steuersignal, das dazu dient, die Erzeugung von Röntgenstrahlung zu unterbin­ den.

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 Ge­ häuse 17 angeordnet sind, das seinerseits in einem mit einem elektrisch isolierenden, flüssigen Kühlmedium, z. B. Iso­ lieröl, gefüllten Schutzgehäuse 18 aufgenommen ist. Die Drehanode 16 ist mittels einer Welle 19 und zweier Wälzlager 20, 21 in dem Gehäuse 17 drehbar gelagert. Die zu der Mit­ telachse 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 Auftrefffläche 22 ist durch eine Schicht 23 einer Wolfram-Rhenium-Legierung gebildet. Das von dem Brennfleck BF, d. h. dem Auftreffpunkt des Elektronenstrahles 24 auf die Auftrefffläche 22, ausgehende Nutzstrahlenbündel, von dem in Fig. 3 für eine mittlere Brennfleckposition nur der Zentral­ strahl Z dargestellt ist, tritt durch in dem Gehäuse 17 und dem Schutzgehäuse 18 vorgesehene, miteinander fluchtend ange­ ordnete Strahlenaustrittsfenster 25 und 26 aus. Es trifft dann auf eine schlitzförmige Blende 27, die das für die Com­ putertomographie erforderliche fächerförmige Röntgenstrahlen­ bündel 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 kegel­ stumpfförmiger Auftrefffläche zu verwenden, wobei dann eine Neigung der Mittelachse der Drehanode nicht erforderlich wä­ re; eine kegelstumpfförmige Auftrefffläche würde jedoch dazu führen, daß sich der Brennfleck, der in noch zu beschreiben­ der Weise abgelenkt wird, bei der Ablenkung räumlich verwin­ det, was für die Bildqualität von Nachteil wäre. Die Neigung der Mittelachse M der Welle 19 ist übrigens in Fig. 3 der Einfachheit halber nicht dargestellt.

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

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 vorzugsweise aus metallischem Werkstoff. Die Kathode 15 ist an dem schachtförmigen Gehäuseteil 32d mittels eines Isola­ tors 34 angebracht, der mit dem Gehäuseteil 32d verbunden ist. Das Gehäuseteil 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 Gehäuseteil 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 positiven 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 vakuumdicht 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 Ka­ thode 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 Generatoreinrich­ tung 13 ist, verbunden ist, die dem Steuergitter 41 bei Be­ darf eine Steuerspannung U_S zuführt, durch die das Steuergit­ ter 41 während solcher Zeiten, in denen die Erzeugung von Röntgenstrahlung unterbleiben soll, auf ein solches Potential gelegt wird, daß der Elektronenstrahl 24 durch das Steu­ ergitter 41 unterbrochen wird und somit nicht zu der Auf­ trefffläche 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 ge­ radlinigen, in ihrer Verlängerung die Mittelachse M der Dreh­ anode 16 schneidenden radialen Bahn (siehe Fig. 3) verschoben werden kann. Bei dem Ablenksignal I_A handelt es sich um ein periodisches Signal konstanter Periodendauer, dessen Fre­ quenz, 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 entsprechendes Signal liefert, das der Steuereinrichtung 42 zugeführt ist, die die Ablenkfrequenz und die Drehfrequenz synchronisiert. 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 wesentlich ist, daß die Ablenkfrequenz nicht schwankt, kann das Signal des Sensors 44 zugleich dazu verwendet werden, die Drehfrequenz der Drehanode 16 und damit die mit dieser gekoppelte Ablenkfrequenz zu stabilisieren. Dies kann in an sich bekannter Weise beispielsweise dadurch geschehen, daß das Signal des Sensors 44 mit einem Re­ ferenzsignal verglichen wird und im Falle von Abweichungen die Drehfrequenz der Drehanode 16 entsprechend 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 be­ zug 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 abfallenden Flanke des sägezahnförmigen Ablenksignales I_A einen Spannungswert annimmt, der negativer als das Kathoden­ potential 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 Anfangsposition BF' zurückbewegt. Ist der Schalter 45 dagegen geschlossen, erfolgt jeweils nur die Bewegung des Brennfleckes BF von seiner Anfangsposition BF' in seine End­ position BF' während der sanft ansteigenden Flanke des säge­ zahnförmigen Ablenksignales I_A.

Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles (siehe Fig. 3) ist die Ablenkfrequenz, d. h. die Frequenz des Ablenksigna­ les I_A, größer als die Drehfrequenz der Drehanode 16, wobei die Drehfrequenz, die 4/15 der Ablenkfrequenz beträgt, kein ganzzahliges Vielfaches der Ablenkfrequenz ist und die Ab­ lenkfrequenz kein ganzzahliges Vielfaches der Drehfrequenz ist. Vielmehr ist die Ablenkfrequenz unter Berücksichtigung der radialen Richtung und des geradlinigen Verlaufes der Ab­ lenkbewegung, der Drehfrequenz der Drehanode 16, des Außen­ durchmessers 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 gewählt, daß die von dem Brennfleck BF auf seinem Weg von der Anfangsposition BF' zu der Endposition BF" je­ weils überstrichenen 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 Auf­ trefffläche 22 jeweils einen Bahnabschnitt in der Gestalt ei­ nes Abschnittes einer Spirale. Infolge der sehr steil abfal­ lenden Flanke des Ablenksignales 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 beschrie­ bene Bahn erneut bestrichen wird. Dabei ist nur die Bahn dar­ gestellt, die das Zentrum des Brennfleckes auf der Auftreff­ fläche 22 der Drehanode 16 beschreibt. Die Bahn ist für jede der Umdrehungen in einer anderen Strichart dargestellt. Die zwischen den Endpositionen BF" und den Anfangspositionen BF' befindlichen Teile der Bahn sind in dünnen Linien darge­ stellt, da diese Teile der Bahn nur dann tatsächlich bestri­ chen werden, wenn der Schalter 45 geöffnet ist. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, erstreckt sich die Ablenkbewegung 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 aneinander­ grenzen, ohne einander zu überlappen. Ansonsten besteht zwi­ schen 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, bevor 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 Brennfleckes BF. Bei geöffnetem Schalter 45 ergeben sich zwar bei der Bewegung des Brennfleckes von sei­ ner Endposition BF" in seine Anfangsposition BF' jeweils gewisse Überlappungen der dabei überstrichenen radialen Bahnabschnitte, einer ist in Fig. 2 schraffiert angedeutet, mit den Bahnabschnitten 46a bis 46h, die jeweils bei der Be­ wegung des Brennfleckes BF von seiner Anfangsposition BF' in seine Endposition BF" überstrichen 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 ergibt.

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 Anfangspositi­ on in seine Endposition während der sanft ansteigenden line­ aren 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 Auftrefffläche 22 jeweils einen Bahnabschnitt in der Gestalt eines Abschnittes einer Spirale. Wie aus der Fig. 5a, in die ein Bahnabschnitt 46 ₁ eingetragen ist, ersichtlich ist, nimmt dessen Breite nach außen hin kaum ab, während die Breite des entsprechenden Bahnabschnittes 46 ₁ in Fig. 5b sehr stark ab­ nimmt. Außerdem ergibt sich im Falle der Fig. 5a eine Verlän­ gerung und im Falle der Fig. 5b eine Verkürzung der Bahnab­ schnitte 46 ₁ gegenüber den Verhältnissen gemäß Fig. 3. Die Verlängerung bzw. Verkürzung der Bahnabschnitte 46 ₁ ist dann maximal, wenn die Ablenkbewegung des Brennfleckes BF wie in den Fig. 5a und 5b dargestellt tangential zur inneren Be­ grenzung der Auftrefffläche 22 erfolgt. Vorzugsweise er­ streckt sich die Ablenkbewegung wie in Fig. 5a und 5b darge­ stellt 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 dieje­ nige 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 konstan­ ter Geschwindigkeit erfolgt, sondern mit einer nach außen hin allmählich 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 allmählich zu. Die Änderung der Breite der Bahn 46 und die Änderung des Abstandes zwischen deren Windungen sind für die Verhältnisse gemäß Fig. 7 größer als für die gemäß Fig. 6. Die genannten Änderungen sind dann ma­ ximal, wenn die Ablenkbewegung derart gewählt ist, daß der Brennfleck BF den inneren Rand der Auftrefffläche 22 tan­ giert, so wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Auch im Falle der Fig. 7 muß ein in Fig. 7 strichliert angedeutetes Ab­ lenksignal I_A verwendet werden, das eine schnellere Ablenkung des Brennfleckes im inneren Bereich der Auftrefffläche 22 bewirkt, wenn die Windungen der spiralförmigen Bahn 46 unmittelbar aneinander angrenzen sollen.

In Fig. 8 sind die Verhältnisse dargestellt, die sich erge­ ben, wenn der Brennfleck zwar auf einer geradlinigen, in ih­ rer Verlängerung die Drehachse M der Drehanode 16 schneiden­ den Bahn abgelenkt wird, jedoch nicht mittels eines sägezahn­ förmigen Ablenksignales, sondern mittels eines Ablenksignales I_A, das gemäß Fig. 8 einen treppenförmigen Verlauf aufweist. Der Brennfleck BF bewegt sich dann jeweils sprunghaft von der Anfangsposition BF' über eine von der Stufenanzahl des Ablenksignales I_A abhängige Anzahl von Zwischenpositionen in die Endposition BF". Die Signalform des Ablenksignales I_A ist derart, daß der Brennfleck jeweils für die Dauer einer gesamten Umdrehung der Drehanode 16 in der Anfangsposition BF', jeder Zwischenposition und der Endposition BF" ver­ harrt. Der Brennfleck BF überstreicht dann bei einer Anzahl von n-2 Zwischenpositionen während jeder von n Umdrehungen der Drehanode 16 einen kreisringförmigen Bereich 46 ₁ bis 46 _n der Auftrefffläche 22. Erfolgt bei jeder Stufe des treppen­ förmigen Ablenksignales I_A eine Ablenkung des Brennfleckes BF um den gleichen Betrag, ergeben sich zwischen den Bahnen 46 ₁ bis 46 _n nach außen hin allmählich zunehmende Abstände, da die Bahnen 46 ₁ bis 46 _n nach außen hin allmählich schmäler werden. Lediglich die beiden innersten Bahnen 46 ₁ und 46 ₂ können unmittelbar aneinandergrenzen. Sollen alle Bahnen 46 ₁ bis 46 _n unmittelbar aneinandergrenzen, muß ein Ablenksignal I_A verwendet werden, das eine nach außen hin in geeigneter Weise pro Stufe allmählich abnehmende Ablenkung des Brennfleckes bewirkt. In Fig. 8 sind die Bahnen 46 ₁ bis 46 _n der Einfachheit halber gleich breit und unmittelbar aneinander­ grenzend dargestellt. Die Verhältnisse für den nicht zur Er­ findung gehörigen Fall eines treppenförmiges Ablenksignal I_A und die Ablenkung des Brennfleckes BF längs einer geradlini­ gen, die Mittelachse M der Drehanode nicht schneidenden Bahn sind in Fig. 9 für ein Ablenksignal I_A mit drei Stufen darge­ stellt. Die Ablenkung des Brennfleckes erfolgt demgemäß über zwei Zwischenpositionen von der Anfangsposition BF' in die Endposition BF". Die Fig. 9 zeigt sehr deutlich die nach außen hin abnehmende Breite der kreisringförmigen Bahnen 46 ₁ bis 46 ₄ sowie die nach außen hin zunehmenden Abstände zwi­ schen den genannten Bahnen. Die Breiten- und Abstandsänderun­ gen sind wieder maximal, wenn die Bahn, längs derer der Brennfleck BF abgelenkt wird, tangential zur inneren Begren­ zung der Auftrefffläche 22 verläuft. Die in Fig. 9 darge­ stellten Verhältnisse gelten für ein Ablenksignal I_A, das pro Stufe eine gleich große Ablenkung des Brennfleckes BF be­ wirkt. Wird ein geeignetes anderes treppenförmiges Ablenk­ signal I_A verwendet, das eine pro Stufe nach außen hin abneh­ mende Ablenkung des Brennfleckes bewirkt, können nicht nur wie dargestellt die beiden innersten, sondern alle von dem Brennfleck überstrichenen ringförmigen Bahnen gemäß der Er­ findung unmittelbar aneinandergrenzen, wobei zugleich unter Umständen eine größere Anzahl von kreisringförmigen Bahnen auf der Auftrefffläche 22 Platz findet.

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. 10 und 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das mit dem zuvor beschriebenen in wesentlichen Punkten übereinstimmt, weshalb gleiche oder ähnliche Teile die gleichen Bezugszeichen tragen. Der wesent­ liche Unterschied zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform besteht darin, daß eine Drehanode 50 mit einer zylinderman­ telförmigen 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 ei­ nen rechteckigen Querschnitt auf. Das Schutzgehäuse 18 ist mit einem dem Gehäuseteil 32f entsprechenden Schutzgehäuse­ teil 55 versehen. Das Strahlenaustrittsfenster 25 ist an ei­ nem Fortsatz des Gehäuseteiles 32f angeordnet. Das Strahlen­ austrittsfenster 26 des Schutzgehäuses ist an einem Fortsatz eines dem Gehäuseteil 37f entsprechenden Teil 55 des Schutz­ gehäuses 18 angeordnet. Die Kathode 15 ist derart angeordnet, daß der Elektronenstrahl 24 auf die Auftrefffläche 51 auf­ trifft. Die Ablenkung des Elektronenstrahles 24 mittels der Ablenkspule 43, der das Ablenksignal I_A zugeführt ist, er­ folgt derart, daß sich der Brennfleck BF parallel zur Mittel­ achse M zwischen einer Anfangsposition BF' und einer Endposi­ tion BF" bewegt. Eine Neigung der Mittelachse M der Welle 19 in bezug auf die Zeichenebene von Fig. 10 ist nicht vorge­ sehen. Die Drehanode 50 ist mit zwei Ausnehmungen 47a, 47b versehen, die dem gleichen Zweck wie die Ausnehmung 47 die­ nen.

In Fig. 12 ist die Abwicklung der Auftrefffläche 51 darge­ stellt. Dabei ist in Fig. 12 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 peri­ odisch von seiner Anfangsposition BF in seine Endposition BF" und in vernachlässigbar kurzer Zeit von seiner Endposi­ tion BF" in seine Anfangsposition BF bewegt wird. Wie im Falle der Fig. 3 weist die Drehanode 50 eine Drehfrequenz auf, die 4/15 der Ablenkfrequenz beträgt. Während vier Um­ drehungen der Drehanode 50 treten also 15 vollständige Peri­ oden des Ablenksignales I_A auf. Dabei beschreibt der Brenn­ fleck BF während seiner Bewegung von der Anfangs- in die End­ position BF' bzw. BF" jeweils einen schraubenlinienförmigen Bahnabschnitt auf der Auftrefffläche 51, der in der abge­ wickelten Darstellung der Fig. 11 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. 12 dargestellt ist. Dabei wird mit Ausnahme kleiner in der Abwicklung dreieckiger Bereiche am Anfang und am Ende jedes Bahnabschnittes die gesamte Auftrefffläche 52 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 Auftrefffläche 51. Damit keine Überlappungen der vom Brenn­ fleck BF auf seinem Weg von der Anfangs- in die Endposition BF' bzw. BF" überstrichenen Bahnabschnitte auftreten und diese unmittelbar 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 Brenn­ fleck BF auf seinem Weg von der Anfangs- in die Endposition BF' bzw. BF" überstrichenen Bahnabschnitte (siehe Fig. 12). K ist dasjenige Maß, um das sich die Drehanode 50 während einer Periode des Ablenksignales I_A weiterdreht (siehe Fig. 12). s sind der Ablenkweg des Brennfleckes BF, B die Breite und L die Länge des Brennfleckes BF (siehe Fig. 12). f_D ist die Drehfrequenz der Drehanode 50. Im Falle der Fig. 12 hat übrigens m den Wert 15, während p den Wert 4 hat.

In den Fig. 13 bis 15 sind die Verhältnisse für verschiedene Grenzwerte von p dargestellt. Die Fig. 13 zeigt die Verhält­ nisse, die vorliegen, wenn p den Wert 1 annimmt. In diesem Falle dreht sich die Drehanode 50 während einer Periode des Ablenksignales I_A um ein Maß weiter, das der der in Umfangs­ richtung gemessenen Breite der vom Brennfleck bei seinem Weg von der Anfangsposition BF' in die Endposition BF" überstri­ chene Bahnabschnitte entspricht. Es ergibt sich so die ohne Überlappung der vom Brennfleck auf seinem Weg von der An­ fangs- in die Endposition BF' bzw. BF" maximal mögliche Fre­ quenz des Ablenksignales I_A. Für die in Fig. 13 dargestellten Verhältnisse gilt übrigens m = 22. Die Fig. 14 zeigt die Ver­ hältnisse für p = m - 1. In diesem Falle ergibt sich eine sol­ che Ablenkfrequenz, daß sich die Drehanode 50 während einer Periode des Ablenksignales I_A jeweils gerade um ein Maß wei­ terdreht, das dem Umfang der Auftrefffläche 51 vermindert um die in Umfangsrichtung der Auftrefffläche 51 gemessenen Breite der von dem Brennfleck BF auf seinem Weg von der An­ fangsposition BF' in die Endposition BF" überstrichenen Bahnabschnitte entspricht. Im Falle der Fig. 14 gilt übrigens m = 7 und p = 6. Fig. 15 zeigt die Verhältnisse, die sich für m = 1 ergeben. Der Brennfleck BF überstreicht dann auf seinem Weg von der Anfangs- in die Endposition BF' bzw. BF" eine einzige schraubenlinienförmige Bahn, deren Windungen direkt aneinandergrenzen. Die Frequenz des Ablenksignales I_A weist dann ihren minimalen Wert auf. Für die in Fig. 15 gezeigten Verhältnisse beträgt p = 7.

Während die Fig. 12 bis 15 von einem sägezahnförmigen Ab­ lenksignal I_A ausgehen, das den Brennfleck BF mit konstanter Geschwindigkeit ablenkt, sind in Fig. 16 die Verhältnisse dargestellt, die sich für ein treppenförmiges Ablenksignal I_A ergeben, das pro Stufe eine Bewegung des Brennfleckes BF um ein seiner Breite B entsprechendes Maß bewirkt und bei dem sich die Drehanode 50 während der Dauer einer Stufe jeweils um eine volle Umdrehung weiterdreht. Der Brennfleck BF über­ streicht dann während jeder Stufe des Ablenksignales I_A eine kreisringförmige Bahn auf der Auftrefffläche 51, wobei die Bahnen unmittelbar aneinandergrenzen, ohne zu überlappen. Die Anzahl der kreisringförmigen Bahnen ergibt sich aus dem Quotienten s/B. Für die Ablenkfrequenz gilt

Die vorstehenden Gleichungen lassen sich sinngemäß auch für beispielsweise kegelstumpfförmige oder ebene Auftreffflächen anwenden, wobei die Verhältnisse am inneren Rand der Auf­ trefffläche 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 ei­ ne Drehfrequenz der Drehanode f_D von 50, eine Fokuslänge L = 9 mm und eine Fokusbreite B = 0,9 mm sowie ein Ablenksi­ gnal I_A, bei dem die für die Bewegung des Brennfleckes BF von seiner Endposition BF" zurück in seine Anfangsposition BF' erforderliche Zeit vernachlässigbar klein ist unter Bezug­ nahme auf bestimmte vorstehend beschriebene Figuren, die von dem Brennfleck BF überstrichenen Bereiche der Auftrefffläche hinsichtlich ihrer Form, ihres relativen Flächeninhaltes so­ wie des genutzten Anteiles der insgesamt zur Verfügung ste­ henden Auftrefffläche aufgelistet. Außerdem ist für die ein­ zelnen 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 bestimmter 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 Zei­ ten 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 Möglichkeit, eine zweite Ablenkspule vorzusehen, die den Elektronenstrahl 24 in einer anderen Richtung als die Ab­ lenkspule 43 ablenkt. Es besteht dann die Möglichkeit, den Brennfleck BF auch längs gekrümmter Bahnen zu verschieben. Anstelle elektromagnetischer Ablenkmittel in Form einer oder mehrerer Ablenkspulen können auch an sich bekannte elektro­ statische Ablenkmittel für den Elektronenstrahl 24 verwendet werden.

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 Ab­ lenksignal (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 Endposition (BF' bzw. BF") bewegt; dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkfrequenz, mit der die Ablenkmittel (42, 43) den Elektronenstrahl (24) ablenken, und die Signalform des Ablenksignales (I_A) in Abhängigkeit von Richtung und Verlauf der Ablenkbewegung, der Drehfrequenz der Drehanode (16; 50), den Abmessungen und der geometrischen Gestalt der Auftrefffläche (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.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkfrequenz derart gesteuert wird, daß weder die Drehfrequenz der Drehanode (16; 50) ein ganzzahliges Vielfaches der Ablenkfre­ quenz noch die Ablenkfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Drehfrequenz ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkfrequenz und die Drehfrequenz starr miteinander gekoppelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl (24) derart abgelenkt wird, daß die von dem Brennfleck (BF) auf seinem Weg von der Anfangs- zur Endposi­ tion (BF' bzw. BF") jeweils überstrichenen Bereiche der Auf­ trefffläche (22; 51) unmittelbar aneinandergrenzen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl (24) 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 Zwischenposi­ tion von der Anfangs- in die Endposition (BF' bzw. BF") bewegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Brennfleck (BF) jeweils für die Dauer einer gesamten Umdrehung der Drehanode (16; 50) in der Anfangsposition (BF'), jeder Zwischenposition und der Endposition (BF") gehalten wird.

8. 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.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Elektronenstrahl (24) derart abgelenkt 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 Geschwindigkeit bewegt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Erzeugung von Röntgenstrahlung 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.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl (24) oszillierend derart abgelenkt wird, daß sich 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.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ablenksignal (I_A) eine solche Signalform aufweist, daß die Zeit, in der der Brennfleck (BF) von der Anfangs- in die End­ position (BF' bzw. BF") bewegt wird, um ein Vielfaches grö­ ßer 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.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ablenkfrequenz in Abhängigkeit von der Drehfrequenz unter Berücksichtigung der Masse und der Größe der Oberfläche der Drehanode (16; 50) derart gesteuert wird, daß sich bei konti­ nuierlichem Betrieb der Röntgenröhre mit Maximalleistung eine stationäre Vortemperatur der Drehanode (16; 50) einstellt.

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

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die Auftrefffläche (22) der Drehanode (16; 50) von ebener, kreisringförmiger Gestalt oder von zylindermantelförmiger Gestalt ist.