DE4208538A1 - Röntgenbildverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgenbildverstärker mit einem Gehäuse, einem Eingangsschirm, einem Ausgangsschirm, Elektro­ den für die Elektronenoptik und mit einer im Bereich des Aus­ gangsschirmes angeordneten Anode zur Anlegung der Beschleuni­ gungsspannung. Derartige Röntgenbildverstärker dienen zur Umwandlung und Verstärkung von Röntgenstrahlenbildern in ein sichtbares Bild oder eine das Röntgenstrahlenbild repräsen­ tierende elektrische Signalfolge.

In der EP-A-0 429 694 ist ein derartiger Röntgenbildverstär­ ker beschrieben, bei dem das Gehäuse aus mehreren Gehäuse­ teilen besteht. Der am Ausgangsschirm zugewandte, aus Kera­ mik bestehende Gehäuseteil umschließt die Anode und Elektro­ den mit hoher Spannung. Beispielsweise können die nahe der Anode angeordnete Elektrode, die Fokussierungselektrode, auf einer Spannung von 5 kV, die Anode sowie der Ausgangs­ schirm auf der vollen Beschleunigungsspannung von 30 kV liegen. Als nachteilig hat sich hierbei erwiesen, daß insbe­ sondere bei großen Bildverstärkern, bei denen wegen der Bildqualität eine hohe Beschleunigungsspannung erforderlich ist, entweder nur eine geringe Ausbeute erhalten wird, da ein Großteil der Elektronen den Ausgangsleuchtschirm durch­ dringt, ohne von ihm erfaßt und in Licht umgewandelt zu wer­ den, oder ein derartiger dicker Belag des Leuchtschirmes er­ forderlich ist, daß dadurch eine Auflösungsverschlechterung bewirkt wird. Zum anderen wird aber eine hohe Beschleuni­ gungsspannung benötigt, damit eine gute Bildqualität erzielt wird.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, Röntgenbildverstär­ ker der eingangs genannten Art zu schaffen, die sowohl eine hohe Beschleunigungsspannung als auch eine geringe Schicht­ dicke der Leuchtschicht bei hoher Lichtausbeute ermöglichen, damit allen Erfordernissen Genüge getan werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anode mehrteilig aufgebaut ist, daß die einzelnen Anoden­ teile durch eine Isolierung voneinander getrennt sind und daß die am Ausgangsschirm angeordneten ersten Anodenteile auf einer Spannung liegen, die niedriger ist als die an den zum Eingangsschirm liegenden zweiten Anodenteilen angelegte Beschleunigungsspannung. Dadurch wird erreicht, daß eine möglichst hohe Beschleunigungsspannung an die Anode angelegt werden kann. Die Energie der Elektronen wird aber durch die nachfolgende niedrigere Spannung der anderen Anodenteile abgebremst, so daß trotz relativ dünnem Ausgangsleuchtschirm eine hohe Anzahl von Elektronen im Leuchtschirm absorbiert werden.

Die Isolierung kann erreicht werden, wenn in der Anode ein ringförmiger Isolationskörper angebracht ist, der die Teile der Anode voneinander isoliert oder wenn auf der Anode eine Isolationsschicht aufgebracht ist, die von einer Leitschicht überdeckt wird. Dadurch ist es möglich, an den ersten Ano­ denteilen auf einfache Weise eine niedrigere Spannung als an der übrigen Anode anzulegen, so daß eine ausreichende Ab­ bremsung der Elektronen im Anodenbereich erfolgt.

Ein einfacher Aufbau für die Anode, die gleichzeitig Träger für den Ausgangsschirm ist, ergibt sich, wenn die Anode aus eine Lochscheibe als Träger von Ausgangsschirm und dem Ano­ denteil aufweist, wobei die Lochscheibe und der Anodenteil durch einen ringförmigen Isolationskörper getrennt sind. Dadurch kann der übliche Aufbau der Anode bestehen bleiben, wobei jedoch die erfindungsgemäßen beiden Potentiale an die Anode angelegt werden können. Ein alternativer Aufbau ergibt sich, wenn die Anode einen an dem Gehäuse angebrachten Isolationskörper aufweist, an dessen einer Seite ein erster Anodenteil und dessen zweiter Seite ein zweiter Anodenteil angebracht ist, wobei der erste Anodenteil mit einem Flansch zum Halten des Ausgangsschirmes versehen ist.

Zur Anlegung des Anodenpotentials an den der Photokathode zugewandten Teil der Anode hat es sich als zweckmäßig er­ wiesen, wenn die Anode mit Spannungsdurchführungen zur Auf­ nahme des Anschlusses des zweiten Anodenteiles versehen ist. Die Bremswirkung der Elektronen kann zusätzlich erhöht wer­ den, wenn der erste Anodenteil mit dem Ausgangsschirm verbunden ist. Eine sanfte, gleichmäßige Abbremsung erfolgt, wenn auf der Anode ein Gleitpotential aufgebracht ist.

Sind die Anodenteile an einer Hochspannungsversorgung an­ geschlossen, so hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Hochspannungsversorgung Stellmittel zur Einstellung der Spannung für den ersten Anodenteil aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Röntgenbildverstärker gemäß dem Stand der Tech­ nik,

Fig. 2 einen schematisch dargestellten Röntgenbildverstärker mit Spannungsversorgung für die Elektroden und

Fig. 3 bis 6 unterschiedliche erfindungsgemäße Ausführungs­ formen des Ausgangsteiles des in Fig. 1 dargestellten Bildverstärkers.

In der Fig. 1 ist ein bekannter Röntgenbildverstärker 1 mit einem Gehäuse dargestellt, das aus zwei keramischen Gehäuse­ teilen 3 und 4 und einem metallischen Gehäuseteil 5 besteht.

Das Gehäuse 3 bis 5 des Röntgenbildverstärkers 1 erweitert sich dabei in seinem Durchmesser von dem ersten keramischen Gehäuseteil 3 bis zum metallischen Gehäuseteil 5. Der metal­ lische Gehäuseteil 5 kann aus Edelstahl oder VACON, und die keramischen Gehäuseteile 3 und 4 können aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) bestehen.

An dem metallischen Gehäuseteil 5 ist der Eingangsschirm 6 befestigt, der den eingangsseitigen Abschluß des Röhrenge­ häuses bildet und bei dem in bekannter Weise auf einem Alu­ miniumträger 7 eine Leuchtschicht 8, die beispielsweise aus Cäsiumjodid (CsI) besteht, und eine Photokathode 9 ange­ bracht sind. Auf der gegenüberliegenden Seite ist in die Öffnung des keramischen Gehäuseteiles 3 als Träger für den Ausgangsschirm 11 die Anode 10 eingesetzt, die mit dem Ge­ häuseteil 3 hart verlötet ist. Der Ausgangsschirm 11 weist eine optisch transparente Scheibe 12 auf, auf deren Innen­ seite eine Leuchtschicht 13 angebracht ist. Die Leucht­ schicht 13 ist mit einer Metallfolie 14, beispielsweise aus Aluminium bestehend, abgedeckt. Die Metallfolie 14 ist üblicherweise mit der Anode 10 elektrisch verbunden.

Der erste keramische Gehäuseteil 3 ist im wesentlichen zy­ linderförmig aufgebaut. Auf seiner dem Ausgangsschirm 11 ab­ gewandten Seite ist die erste, aus einer Aluminium-Legierung bestehende Elektrode 16 beispielsweise durch Hartlöten befe­ stigt. Die Elektrode 16 besteht im wesentlichen aus einer Lochscheibe mit einem zylindrischen Teil.

Der erste keramische Gehäuseteil 3 ist mit einem ringförmi­ gen Flansch 15 versehen, durch den der zweite keramische, rohrförmige Gehäuseteil 4 mit dem ersten Gehäuseteil 3 durch Lötung verbunden ist. Im Bereich außerhalb der ersten Elek­ trode 16 ist der zweite Gehäuseteil 4 innen mit einer zwei­ ten Elektrode 17 beschichtet.

An seiner dem Ausgangsschirm 11 abgewandten Seite ist auf dem zweiten Gehäuseteil 4 außen die dritte Elektrode 18 bei­ spielsweise durch Erwärmung und anschließende Abkühlung aufgeschrumpft. Diese Elektrode 18 besteht beispielsweise aus einem gegossenem Aluminium-Formteil. Sie ist auf den vorderen Bereich des Gehäuseteiles 4 gesteckt und nach vorne gerichtet, wobei sie sich erst konisch erweitert und dann ringförmig ausläuft.

Ebenfalls an dieser Seite des zweiten Gehäuseteiles 4 ist, die dritte Elektrode 18 übergreifend, der metallische Gehäu­ seteil 5 des Gehäuses gelötet, der den Eingangsschirm 6 trägt.

Die Gehäuseteile 4 und 5 sind mit Bohrungen versehen, die zur Aufnahme des Pumpanschlusses 19 zur Verbindung mit der Vakuumpumpe und des Getteranschlusses 20 für die Getterpumpe vorgesehen sind.

Die Kontaktierung der Elektroden nach außen erfolgt bei der Elektrode 16 über die Metallisierung der Lötnaht, bei der Elektrode 17 über den Pumpanschluß 19 und bei der Elektrode 18 über eine besondere vakuumdichte Durchführung (nicht dar­ gestellt). Photokathode 9 und Anode 10 erhalten ihren Kon­ takt über die mit ihnen verbundenen Metallteile 5 bzw. 10 des Gehäuses.

In Fig. 2 ist der Röntgenbildverstärker 1 mit einem Hochspan­ nungsgenerator 2 als Spannungsversorgung schematisch darge­ stellt. Die Photokathode 9, die Elektroden 16 bis 18 der Elektronenoptik sowie erfindungsgemäße Anodenteile 21 und 22 sind mit dem Hochspannungsgenerator 2 verbunden, der sie mit den entsprechenden Beschleunigungs-, Bremsspannungen und Spannungen für die Elektronenoptik beaufschlagt. Wie bei den Röntgenbildverstärkern gemäß dem Stand der Technik befindet sich die Photokathode 9 sowie die metallischen Gehäuseteile 5 des Röntgenbildverstärkers 1 (Verbindung nicht dargestellt) auf Nullpotential. An der dritten Elektrode 18 liegt bei­ spielsweise eine Spannung von 80 V, an der zweiten Elektrode 17 eine Spannung von 370 V und an der ersten Elektrode 16 eine Spannung von 3 bis 5 kV. Als Beschleunigungsspannung ist an dem der Photokathode 9 zugewandten zweiten Anodenteil 22 beispielsweise ein Spannung von 30 kV angelegt. Der erste Anodenteil 21 wird beispielsweise auf ein durch Stellmittel 24 des Hochspannungsgenerators 2 einstellbares Potential von 5 bis 25 kV gelegt, so daß im Bereich der Anode 10 eine Ab­ bremsung der Elektronen erfolgt. Der Ausgangsschirm 11 kann dabei ein beliebiges Potential aufweisen oder durch Verbin­ dung mit dem ersten Anodenteil 21 auf gleichem Potential mit diesem Anodenteil 21 liegen.

In Fig. 3 ist eine erste Ausführungsform der zweiteiligen Anode 10 mit Ausgangsschirm 11 dargestellt. In der aus Fig. 1 bekannten Anode 10 ist ein ringförmiges Isolierteil 23 eingebracht, so daß die Anode 10 in zwei Anodenteile 21 und 22 aufgeteilt ist. Der erste Anodenteil 21 wird dabei aus einem Teil des zylinderförmigen Teiles der Anode 10 und aus einem Flanschteil, der mit dem keramischen Gehäuseteil 3 verbunden ist, gebildet. Auf die Öffnung des ersten Anoden­ teiles 21 ist die Scheibe 12 des Ausgangsschirmes 11 aufge­ setzt. Die die Leuchtschicht 13 abdeckende Metallfolie 14 ist mit dem ersten Anodenteil 21 verbunden. Der zweite Ano­ denteil 22 ist an der anderen Seite des ringförmigen Isolier­ teiles 23 befestigt. Er bildet die Fortsetzung der Anode 10. Der Flanschteil des ersten Anodenteiles 21 weist eine iso­ lierte Spannungsdurchführung 28 auf, durch die der mit dem zweiten Anodenteil 22 verbundene Anschluß 29 geführt wird. An diesen Anschluß 29 wird das vom Hochspannungsgenerator 2 gelieferte Anodenpotential von beispielsweise 30 kV zur Zu­ führung an den zweiten Anodenteil 22 angelegt, während der Flanschteil des ersten Anodenteiles 21 auf Bremspotential gelegt wird, so daß die mit dem ersten Anodenteil 21 ver­ bundene Metallfolie 14 ebenfalls auf dem durch die Stellmit­ tel 24 des Hochspannungsgenerators 2 veränderlichen Bremspo­ tential von beispielsweise 5 bis 25 kV liegt.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform des Ausgangsteiles des Röntgenbildverstärkers 1 dargestellt. An dem keramischen Gehäuseteil 3 ist eine Lochscheibe 25 als erstes Anodenteil befestigt, deren Öffnung durch den Ausgangsschirm 11, beste­ hend aus Scheibe 12, Leuchtschicht 13 und Metallfolie 14, von außen überdeckt ist. Von innen ist am Rande der Öffnung der Lochscheibe 25 ein scheibenförmiger Isolationskörper 26 befestigt, an dem der zylinderförmige Teil 27 der Anode 10, der dem zweiten Anodenteil 22 der Fig. 3 entspricht, ange­ bracht ist. Die Lochscheibe 25 weist ebenfalls die isolierte Spannungsdurchführung 28 auf, durch die der Teil 27 der Ano­ de 10 vom Hochspannungsgenerator 2 mit einem Anodenpotential von beispielsweise 30 kV versorgt wird. Die Lochscheibe 25, die im Bereich des Ausgangsschirmes 11 einen Flansch 30 aufweisen kann, wird auf Bremspotential gelegt, so daß die mit der Lochscheibe 25 verbundene Metallfolie 14 ebenfalls auf dem durch die Stellmittel 24 des Hochspannungsgenerators 2 veränderlichen Bremspotential von z. B. 5 bis 25 kV liegt.

In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsform dargestellt. Die Anode 10 besteht ebenfalls aus einer Lochscheibe 25, einem zylinderförmigen Teil 27 und einem Flanschteil 30. Alle drei Teile sind nunmehr elektrisch miteinander verbunden. Anstel­ le dieser drei Teile läßt sich aber auch ein aus Fig. 1 be­ kanntes Teil der Anode 10 verwenden.

Auf den Flansch 30 sowie den dem Ausgangsschirm 11 zuge­ wandten unteren Bereich des Teiles 27 der Anode 10 ist eine Isolationsschicht 31 aufgetragen, auf die eine Leitschicht 32 aufgebracht ist, wobei die Leitschicht 32 die Isolations­ schicht 31 am Randbereich nicht überdeckt, so daß eine Iso­ lationsstrecke frei bleibt. Im Bereich des Flansches 30 ist auf dieser Leitschicht 32 die mit der Metallfolie 14 abge­ deckte Scheibe 12 des Ausgangsschirmes 11 befestigt, so daß zwischen Leitschicht 32 und Metallfolie 14 ein leitender Kontakt entsteht. Die Beschleunigungsspannung wird in diesem Ausführungsbeispiel entweder an der Lochscheibe 25 oder dem Außenbereich des Flansches 30 dem zweiten Anodenteil 27 zu­ geführt. An die auf der anderen Seite des Flansches 30 be­ findliche Leitschicht 32 wird das Bremspotential angelegt, so daß sowohl die Leitschicht 32 als auch die Metallfolie 14 auf dem einstellbaren Bremspotential von beispielsweise 5 bis 25 kV liegen.

Als Material für die Isolationsschicht 31 läßt sich bei­ spielsweise Aluminium-Oxid (Al₂O₃), Email oder Porzellan verwenden. Als Material für die Leitschicht 32 können Metal­ le oder ein Halbleiter Verwendung finden. Im Falle einer Me­ tallschicht besteht somit auf der gesamten Isolationsschicht 32 das gleiche Potential. Im Falle einer Halbleiterschicht stellt sich jedoch ein Gleitpotential ein, so daß die Elek­ tronen langsam abgebremst werden.

Es kann aber auch als weitere Ausführungsform der vollstän­ dige zylinderförmige Bereich des Teiles 27 der Anode 10 mit der Isolationsschicht 31 und der Leitschicht 32 beschichtet sein, wobei im zum Eingangsleuchtschirm liegenden Bereich der Anode 10 die Leitschicht 32 mit einer elektrischen Kon­ taktierung mit der Anode 10 versehen ist. Als Material für die Leitschicht 32 findet ein Halbleiter- oder ein Wider­ standsmaterial Verwendung. Die Leitschicht 32 ist mit der Metallfolie 14 verbunden. Ein Anschluß der Metallfolie 14 an den Hochspannungsgenerator 2 ist nicht erforderlich, da sich bedingt durch die auf den Ausgangsschirm 11 auftreffenden Elektronen ein gegenüber der Anode 10 negativeres Potential einstellt.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform einer zweiteiligen Anode mit dem Ausgangsteil des Röntgenbildverstärkers 1 dar­ gestellt. An dem keramischen Gehäuseteil 3, das in diesem Fall T-förmig ausgebildet ist, ist ein ringförmiger Isola­ tionskörper 33 angebracht. An seiner nach außen weisenden Seite ist eine mehrteilige, abgekröpfte Lochscheibe 34 be­ festigt, an deren Ende der bereits beschriebene Ausgangs­ schirm 11 angebracht ist. Im mittleren Bereich der Loch­ scheibe 34 ist ein zylinderförmiger, mit einem Flansch ver­ sehener erster Anodenteil 35 befestigt.

Auf der anderen Seite des Isolationskörpers 33 ist der zwei­ te Anodenteil 36 angebracht, der zylinderförmig ausgebildet und einen mehrfach gekröpften Flansch zur Befestigung auf­ weist. Der Isolationskörper 33 ist mit einer Metallschicht 37 im Bereich der Befestigung des zweiten Anodenteiles 36, im Bereich der Befestigung an dem keramischen Gehäuseteil 3 und in dessem Außenbereich mit einer Metallschicht 37 verse­ hen, so daß an dem zweiten Anodenteil 36 über diese Metall­ schicht 37 der Spannungsanschluß von außen erfolgen kann. Der erste Anodenteil 35 wird durch Anlegung einer Spannung an der Lochscheibe 34 auf Bremspotential gelegt.

An dem keramischen Gehäuseteil 3 ist über Halter 38 die erste Elektrode 16 befestigt. Von dem Verbindungspunkt des Gehäuseteiles 3 mit den Haltern 38 bis zum Befestigungspunkt des Flansches 15 an dem Gehäuseteil 3 ist eine weitere Me­ tallschicht 39 vorgesehen, über die die Elektrode 16 mit der entsprechenden Spannung von beispielsweise 5 kV beaufschlagt wird.

Die freien zum Vakuum des Röntgenbildverstärkers 1 gerichte­ ten Flächen des keramischen Gehäuseteiles 3 sowie des ring­ förmigen Isolationskörpers 33 sind durch Widerstandsschich­ ten 40 und 41, beispielsweise aus Chromoxid (Cr₂O₃) abge­ deckt, damit dort auftreffende Elektronen abgeleitet werden können.

Durch diesen mehrteiligen Aufbau der Anode 10 lassen sich unterschiedliche Spannungen anlegen, so daß zum einen eine hohe Beschleunigungsspannung gewährleistet ist, während im Anodenbereich durch die niedrigere Bremsspannung die Elek­ tronen abgebremst werden. Durch diese Abbremsung der Elek­ tronen im Anodenraum erhält man eine bessere Bildqualität. Aufgrund der hohen Beschleunigungsspannung ist die Auflösung gut, während die hohe Bremsspannung eine bessere Ausnutzung des Ausgangsschirmes und längere Lebensdauer desselben be­ wirkt. Durch die variable Bremsspannung erhält man eine An­ passung an verschiedene Geräte oder Untersuchungsverfahren sowie eine Kostensenkung durch eine Anpassung der Übertra­ gungsfunktion für verschiedene Einsatzzwecke und variable Zoomformate für kundenangepaßte Lösungen. Auch lassen sich dadurch CCD-Bildwandler in Röntgenbildverstärkern einsetzen, die durch veränderliche, auf die unterschiedlichen Wandler einstellbare Spannungen einen hohen Wirkungsgrad und lange Lebensdauer aufweisen.

Claims (9)

1. Röntgenbildverstärker (1) mit einem Gehäuse (3 bis 5), einem Eingangsschirm (6), einem Ausgangsschirm (11), Elek­ troden (16 bis 18) für die Elektronenoptik und mit einer im Bereich des Ausgangsschirmes (11) angeordneten Anode (10) zur Anlegung der Beschleunigungsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (10, 21 bis 23, 25 bis 27, 31 bis 36) mehrteilig aufgebaut ist, daß die einzelnen Anodenteile (21, 22, 25, 27, 32, 35, 36) durch eine Isolierung (23, 26, 31, 33) voneinander getrennt sind und daß die am Ausgangsschirm (11) angeordneten ersten Ano­ denteile (21, 25, 32, 35) auf einer Spannung liegen, die niedriger ist als die an den zum Eingangsschirm (6) liegen­ den zweiten Anodenteilen (22, 27, 36) angelegte Beschleuni­ gungsspannung.

2. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anode (10) ein ringförmiger Isolationskörper (23, 26, 31, 33) angebracht ist, der die Teile (21, 22, 25, 27, 32, 34 bis 36) der Anode (10) voneinander isoliert.

3. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß auf der Anode (10) eine Isolationsschicht (31) aufgebracht ist, die von einer Leitschicht (32) überdeckt wird.

4. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Anode (10) gleichzeitig Träger für den Ausgangsschirm (11) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (10) eine Lochscheibe (25) als Träger von Aus­ gangsschirm (11) und dem Anodenteil (27) aufweist, wobei die Lochscheibe (25) und der Anodenteil (27) durch einen ring­ förmigen Isolationskörper (26) getrennt sind.

5. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anode (10) einen an dem Gehäuse (3 bis 5) angebrachten Iso­ lationskörper (33) aufweist, an dessen einer Seite ein er­ ster Anodenteil (34, 35) und dessen zweiter Seite ein zwei­ ter Anodenteil (36) angebracht ist, wobei der erste Anoden­ teil (35) mit einem Flansch (34) zum Halten des Ausgangs­ schirmes (11) versehen ist.

6. Röntgenbildverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (10) mit Spannungsdurchführungen (28, 37) zur Aufnahme des Anschlusses (29) des zweiten Anodenteiles (22, 27, 36) versehen ist.

7. Röntgenbildverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anodenteil (21, 25, 32, 34, 35) mit dem Ausgangsschirm (11) verbunden ist.

8. Röntgenbildverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Anode (10) ein Gleitpotential aufgebracht ist.

9. Röntgenbildverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Anodenteile (21, 22, 25, 27, 32, 34 bis 36) an einer Hochspannungsversorgung (2) angeschlossen sind, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hochspannungsversorgung (2) Stellmittel (24) zur Einstellung der Spannung für den ersten Anodenteil (21, 25, 34, 35) auf­ weist.