DE4410759A1 - Röntgenröhre mit einer Anode, deren Auftrefffläche aus unterschiedlichen Materialien besteht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Röntgenröhren werden beispielsweise in der Mammo­ graphie verwendet. Die unterschiedlichen Materialien sind dann derart gewählt, daß Röntgenstrahlung unterschiedlicher Härte erzeugt werden kann, wobei für Brüste geringer oder mittlerer Dichte bzw. Größe weichere und für Brüste hoher Dichte bzw. größere Brüste härtere Strahlung verwendet wird. Hinsichtlich der unterschiedlichen Brennfleckgrößen ist zu sagen, daß für normale Anforderungen und Vergrößerungsfakto­ ren ein größerer Brennfleck verwendet wird, da dieser höher belastbar ist und somit geringere Belichtungszeiten ermög­ licht. Im Falle besonderer Anforderungen an das Auflösungs­ vermögen der Aufnahmen und/oder bei hohen Vergrößerungsfakto­ ren wird ein kleinerer Brennfleck verwendet.

Eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art ist in einer Firmendruckschrift der Firma Machlett aus dem Jahre 1986 beschrieben. Die bekannte Röntgenröhre weist eine in zwei aus unterschiedlichen Materialien gebildete Bereiche unterteilte Auftrefffläche auf, wobei in jedem der Bereiche ein größerer und ein kleinerer Brennfleck erzeugbar ist. Die bekannte Röntgenröhre weist zwei diametral gegenüberliegend angeord­ nete Strahlenaustrittsfenster auf, von denen eines dem einen und eines dem anderen Bereich der Auftrefffläche zugeordnet ist. Dies hat den Nachteil, daß die bekannte Röntgenröhre derart um 180° drehbar in ein Röntgendiagnostikgerät einge­ baut werden muß, daß wahlweise das eine oder das andere Strahlenaustrittsfenster in die zur Anfertigung einer Rönt­ genaufnahme geeignete Position gebracht werden kann, je nachdem, welcher der beiden Bereiche der Auftrefffläche verwendet werden soll. Es versteht sich, daß dies einen hohen konstruktiven und damit finanziellen Aufwand erfordert.

Außerdem ist aus der EP 0 322 260 A1 eine Röntgenröhre be­ kannt, deren Auftrefffläche in zwei aus unterschiedlichen Materialien gebildete Bereiche unterteilt ist, wobei in jedem der Bereiche ein Brennfleck erzeugbar ist. Die Fokuslage ist für beide Brennflecke im wesentlichen gleich, so daß es ohne Verstellung der Röntgenröhre möglich ist, beide Bereiche zu nutzen. Da in jedem der beiden Bereich nur ein Brennfleck erzeugbar ist, steht pro Bereich nur eine Brennfleckgröße zur Verfügung.

Aus der DE-OS 22 31 970 ist eine Röntgenröhre bekannt, deren Auftrefffläche in ihrer Gesamtheit aus dem gleichen Material besteht. Bei dieser Röntgenröhre ist an der gleichen Stelle wahlweise ein kleinerer oder ein größerer Brennfleck erzeug­ bar. Beide Brennflecke liegen an der gleichen Stelle.

Aus der DE 29 43 700 C2 ist eine Röntgenröhre für Stereo- Aufnahmen bekannt, deren Auftrefffläche ebenfalls in ihrer Gesamtheit aus dem gleichen Material besteht. Bei dieser Röntgenröhre sind zwei Brennfleckpaare unterschiedlichen Brennfleckabstandes vorgesehen, wobei die Brennfleckpaare unterschiedliche Brennfleckgrößen aufweisen. Für Normal- Aufnahmen ist ein bezüglich der beiden Brennfleckpaare mittig angeordneter fünfter Brennfleck vorgesehen. Es versteht sich, daß es für die ordnungsgemäße Funktion dieser Röntgenröhre unerläßlich ist, daß die Fokuslage sämtlicher Brennflecke verschieden ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Röntgen­ röhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es ohne Verstellung der Röntgenröhre möglich ist, aus unterschied­ lichen Materialien bestehende Bereiche der Auftrefffläche zu nutzen, und daß dennoch in wenigstens einem der Bereiche Brennflecke unterschiedlicher Größe zur Verfügung stehen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die Merk­ male des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1. Es ist dann gewährleistet, daß für alle Bereiche der Anode und sämtliche Brennflecke das gleiche Strahlenaustrittsfenster verwendet werden kann. Zugleich wird dadurch, daß die zu einem Bereich der Auftrefffläche gehörigen Brennflecke je­ weils wenigstens im wesentlichen an der gleichen Stelle liegen, erreicht, daß für die einzelnen Bereiche praktisch keine unterschiedlichen Fokuslagen auftreten können.

Für den Fall, daß es sich bei der Röntgenröhre um eine Dreh­ anoden-Röntgenröhre handelt, wird die Aufgabe nach der Erfin­ dung dadurch gelöst, daß die zu einem Bereich, in dem Brenn­ flecke unterschiedlicher Größe erzeugbar sind, gehörigen Brennflecke wenigstens im wesentlichen auf dem gleichen Radius liegen. Auch hier ist gewährleistet, daß für alle Bereiche der Auftrefffläche und sämtliche Brennflecke das gleiche Strahlenaustrittsfenster verwendet werden kann. Zugleich ist gewährleistet, daß für die Brennflecke eines Bereiches die Fokuslage praktisch gleich ist. Sie ist dann völlig gleich, wenn gemäß einer Variante der Erfindung die Brennflecke eines Bereiches außerdem wenigstens im wesent­ lichen auf der gleichen Stelle liegen.

Um auch für die Brennflecke unterschiedlicher Bereiche ge­ ringe Abweichungen der Fokuslage erreichen zu können, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß die zu den unterschiedlichen Bereichen gehörigen Brennflecke wenigstens im wesentlichen auf einer Gerade liegen. Die Änderungen der Fokuslage sind dann minimal, wenn diese Gerade wenigstens im wesentlichen radial verläuft.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Elektronenemittereinrichtung für wenig­ stens einen Bereich Elektronenemitter aufweist, die in je­ weils einem Fokussierungsschlitz aufgenommen sind, und daß die Mittelebenen der parallel zueinander verlaufenden Fokus­ sierungsschlitze derart relativ zueinander geneigt sind, daß sich die zu den Elektronenemittern des jeweiligen Bereichs gehörigen Brennflecke wenigstens im wesentlichen auf der gleichen Stelle der Auftrefffläche befinden. Auf diese Weise ist es mit geringem technischen Aufwand möglich, zu errei­ chen, daß die Fokuslage für die Brennflecke eines Bereiches der Auftrefffläche wenigstens im wesentlichen gleich ist. Ein weiter verringert er technischer Aufwand ergibt sich, wenn die zu unterschiedlichen Bereichen gehörigen Elektronenemitter einander entsprechender Brennfleckgröße jeweils in einem gemeinsamen Fokussierungsschlitz aufgenommen sind.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, daß die Anode in zwei aus unterschiedlichen Materialien gebildete Bereiche unterteilt ist bzw. für alle Brennflecke ein gemein­ sames Strahlenaustrittsfenster vorgesehen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Röntgenröhre,

Fig. 2 eine Stirnansicht der Kathodenanordnung der Röntgen­ röhre gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III in Fig. 2, und

Fig. 4 eine Stirnansicht des der Kathodenanordnung gegen­ überliegenden Bereiches der Auftrefffläche der Dreh­ anode der Röntgenröhre gemäß den Fig. 1 und 2.

In der Fig. 1 ist mit 1 der Kolben der Röntgenröhre bezeich­ net, der im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispieles in bekannter Weise unter Verwendung von Metall und Keramik - andere Materialien sind möglich - hergestellt ist. Inner­ halb des Kolbens 1 ist an einem Trägerteil 2 eine Kathodenan­ ordnung 3 angebracht, die insgesamt vier in einem gemeinsamen Kathodenbecher 4 aufgenommene Glühkathoden 5a, 5b sowie 6a, 6b aufweist. Den Glühkathoden 5a, 5b, 6a, 6b gegenüberliegend ist eine insgesamt mit 7 bezeichnete Drehanodenanordnung vorgesehen, die einen über eine Achse 8 mit einem Rotor 9 verbundenen Anodenteller 10 aufweist. Der Rotor 9 ist in in der Fig. 1 nicht dargestellter Weise auf einer mit dem Kolben 1 verbundenen Achse 11 drehbar gelagert. Im Bereich des Rotors 9 ist auf die Außenwand des Kolbens 1 ein Stator 12 aufgesetzt, der mit dem Rotor 9 zur Bildung eines zum Antrieb der Drehanode dienenden Elektromotors zusammenwirkt.

Beim Betrieb der Röntgenröhre wird dem Stator 12 über Leitun­ gen 13 und 14 ein Wechselstrom zugeführt, so daß der über die Achse 11 mit dem Rotor 9 verbundene Anodenteller 10 rotiert. Die Röhrenspannung wird über Leitungen 15 und 16 angelegt, wobei die Leitung 16 mit jeweils einem Anschluß der Glüh­ kathoden 5a, 5b und 6a, 6b verbunden ist (siehe Fig. 2). Die jeweils anderen Anschlüsse der Glühkathoden 5a und 6a sind mit Leitungen 17a und 18a verbunden. Die jeweils anderen Anschlüsse der Glühkathoden 5b und 6b sind mit Leitungen 17b bzw. 18b verbunden. Je nachdem, ob über die Leitungen 17a und 16 bzw. 17b und 16 der Glühkathode 5a oder 5b oder über die Leitungen 18a und 18b bzw. 18b und 16 der Glühkathode 6a oder 6b ein Heizstrom zugeführt wird, geht von der Glühkathode 5a, 5b, 6a oder 6b ein Elektronenstrahl aus. Der von der jeweils aktivierten Glühkathode 5a, 5b, 6a bzw. 6b ausgehende Elek­ tronenstrahl trifft wie in Fig. 1 strichliert angedeutet auf eine Auftrefffläche 19 des Anodentellers 10 auf, wobei der von der Glühkathode 5a ausgehende Elektronenstrahl in einem ersten Brennfleck BF1a, der von der Glühkathode 5b ausgehende Elektronenstrahl in einem zweiten Brennfleck BF1b, der von der Glühkathode 6a ausgehende Elektronenstrahl in einem dritten Brennfleck BF2a und der von der Glühkathode 6b aus­ gehende Elektronenstrahl in einem vierten Brennfleck BF2b auf die Auftrefffläche 19 auftrifft. Dabei bilden sich infolge des Umstandes, daß die Brennflecke BF1a und BF1b jeweils auf dem gleichen Radius und die Brennflecke BF2a und BF2b auf einem davon verschiedenen jeweils gleichen Radius liegen, im Betrieb der Röntgenröhre infolge der Rotation des Anodentel­ lers ringförmige Brennfleckbahnen BFB1a, BFB1b und BFB2a, BFB2b auf der Auftrefffläche 19 aus, und zwar derart, daß die schmaleren Brennfleckbahnen BFB1a und BFB2a innerhalb der jeweils entsprechenden breiteren Brennfleckbahn BFB1b bzw. BFB2b liegen. Die Radien, auf denen die Brennflecke BF1a und BF1b einerseits und die Brennflecke BF2a und BF2b anderer­ seits liegen, sind derart gewählt, daß die Brennfleckbahnen BFB1b und BFB2b einander nicht überlappen. In Fig. 1 sind übrigens nur die Glühkathoden 5a und 5b und die Leitungen 17a und 18a sichtbar. Die Glühkathoden 5b und 6b sowie die Lei­ tungen 17b und 18b sind verdeckt. Ihre Anwesenheit ist in Fig. 1 durch die Verwendung der Bezugszeichen 5a, 5b und 6a, 6b bzw. 17a, 17b und 18a, 18b veranschaulicht.

Der Anodenteller 10 besteht zumindest im Bereich seiner Auftrefffläche 19 aus unterschiedlichen Materialien. Die Auftrefffläche ist in zwei ringförmige Bereiche 20 und 21 unterteilt und besteht in dem Bereich 20, auf dem sich die zu den Glühkathoden 5a und 5b gehörigen Brennfleckbahnen BFB1a und BFB1b befinden, aus Ruthenium oder Wolfram. In demjenigen Bereich 21, auf dem sich die zu den Glühkathoden 6a und 6b gehörigen Brennfleckbahnen BFB2a und BFB2b befinden, besteht die Auftrefffläche 19 aus Molybdän. Dabei genügt es, wenn das jeweilige Material in einer Schichtdicke vorliegt, die wenigstens gleich der Eindringtiefe der von der jeweiligen Glühkathode 5a, 5b, 6a, 6b ausgehenden Elektronen ist.

Es wird also deutlich, daß bei Aktivierung einer der Glüh­ kathoden 5a oder 5b Röntgenstrahlung einer ersten Härte erzeugt wird, die der charakteristischen Strahlung von Ruthe­ nium oder Wolfram entspricht. Wird eine der Glühkathoden 6a oder 6b aktiviert, wird Röntgenstrahlung einer zweiten Härte erzeugt, die der charakteristischen Strahlung von Molybdän entspricht.

Für die von den Brennflecken BF1a, BF1b, BF2a oder BF2b ausgehende Röntgenstrahlung ist ein einziges Strahlenaus­ trittsfenster 24 vorgesehen, das beispielsweise aus Beryllium gebildet sein kann.

Die Verwendung eines einzigen Strahlenaustrittsfensters 24 wird dadurch möglich, daß einerseits die Brennflecke BF1a und BF1b und andererseits die Brennflecke BF2a und BF2b auf dem gleichen Radius und außerdem dicht beisammen liegen, wobei im Falle des dargestellten Ausführungsbeispieles die Brennflecke BF1a und BF1b bzw. BF2a und BF2b sogar an der gleichen Stelle liegen.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Glühkathoden 5a und 5b sowie 6a und 6b in Fokussierungsnuten oder -schlitzen 25 bzw. 26 des Kathodenbechers 4 aufgenommen sind, deren Mittelebenen relativ zueinander geneigt sind. In Fig. 2 sind die Schnitt­ geraden der vorzugsweise rechtwinklig zur Zeichenebene ver­ laufenden Mittelebenen mit der Zeichenebene strichliert eingetragen und mit E1 bzw. E2 bezeichnet. Dabei sind unter Berücksichtigung der Potentialverhältnisse die Fokussierungs­ nuten 25 und 26 in ihrem Querschnitt derart ausgebildet, daß die Brennflecke BF1a und BF1b bzw. BF2a und BF2b jeweils an der gleichen Stelle liegen. Die in der Fokussierungsnut 25 aufgenommenen Glühkathoden 5a und 6a sind übrigens kleiner als die in der Fokussierungsnut 26 aufgenommenen Glühkathoden 5b und 6b, mit der Folge, daß auch die Brennflecke BF1a und BF2a kleiner als die Brennflecke BF1b und BF2b sind. Die Brennflecke BF1a und BF1b einerseits und BF2a und BF2b liegen übrigens auf einer wenigstens im wesentlichen radial verlau­ fenden, in Fig. 4 strichpunktiert eingetragenen Geraden, wodurch sich eine besonders dicht beisammen liegende Anord­ nung der Brennflecke BF1a, BF1b, BF2a und BF2b ergibt. Mit Z ist übrigens das Zentrum des Anodentellers bezeichnet.

Der Röntgenröhre ist eine Steuereinheit 22 zugeordnet, die alle zum Betrieb der Röntgenröhre erforderlichen Spannungen und Ströme erzeugt und außerdem die Umschaltung der Brenn­ flecke übernimmt. Die Umschaltung der Brennflecke kann von einer Bedienperson mittels eines mit der Steuereinheit 22 verbundenen Schalters 23 bewerkstellig werden, der für jeden der Brennflecke eine entsprechend bezeichnete Schaltstellung aufweist. Die Umschaltung kann auch automatisch erfolgen, z. B. in Abhängigkeit von Bedienelementen, mittels derer die physische Konstitution (dick/dünn) des Untersuchungsobjektes eingegeben wird, bzw. in Abhängigkeit von dem jeweils einge­ stellten Abstand zwischen Brennfleck und Film bzw. Film und Objekt. Diese Abstände sind für den jeweiligen Vergrößerungs­ faktor maßgeblich.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine Röntgenröhre, deren Auftrefffläche in zwei aus unterschiedlichen Mate­ rialien gebildete Bereiche unterteilt ist. Im Rahmen der Erfindung können auch mehr als zwei Bereiche unterschied­ lichen Materials vorgesehen sein.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden in jedem der Bereiche der Auftrefffläche 19 zwei Brennflecke erzeugt. Es besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, in einem, mehreren oder jedem der Bereiche mehrere Brennflecke bzw. in einzelnen Bereichen nur einen Brennfleck zu erzeugen, die wahlweise, unter Umständen aber auch gleichzeitig, akti­ viert werden können. Dabei können die Brennflecke eines Bereiches von unterschiedlicher Größe und/oder Lage sein. Die Brennflecke eines Bereiches der Auftrefffläche müssen übri­ gens nicht notwendigerweise an der gleichen Stelle liegen. Es genügt vielmehr, wenn sie so dicht beisammen liegen, daß die Fokuslage für alle Brennflecke im wesentlichen gleich ist.

Bei der vorstehend beschriebenen Röntgenröhre handelt es sich um eine Drehanoden-Röntgenröhre. Die Erfindung kann aber auch bei Röntgenröhren mit Festanode Anwendung finden.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispieles ist die Elektronenemittereinrichtung durch direkt beheizte Glühkatho­ den gebildet, die in dem jeweiligen Brennfleck auf die Auf­ trefffläche auftreffende Elektronenstrahlen erzeugen. An­ stelle von Glühkathoden können aber auch andere Elektronen­ emitter, z. B. indirekt beheizte Kathoden oder Elektronen­ strahlkanonen, verwendet werden. Falls als Elektronenemitter direkt beheizte Glühkathoden verwendet werden, müssen diese nicht notwendigerweise im Falle des beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispieles als Drahtwendeln ausgebildet sein. Vielmehr können auch insbesondere mäanderförmige Bandemitter verwendet werden, wie sie beispielsweise in der DE-OS 27 27 907 be­ schrieben sind.

Die beschriebene Ausbildung der Fokussierungsnuten, die es gestattet, Brennflecke auf wenigstens im wesentlichen der gleichen Stelle der Auftrefffläche zu erzeugen, kann übrigens auch im Zusammenhang mit Röntgenröhren Verwendung finden, deren Auftrefffläche in ihrer Gesamtheit aus dem gleichen Material besteht.

Claims (9)

1. Röntgenröhre mit einer Anode,

• a) deren Auftrefffläche (19) in aus unterschiedlichen Mate­ rialien gebildete Bereiche (20, 21) unterteilt ist, und
• b) mit einer Elektronenemittereinrichtung, mittels derer in jedem der Bereiche (20, 21) wenigstens ein Brennfleck (BF1a, BF1b, BF2a, BF2b) erzeugbar ist,
• c) wobei in wenigstens einem Bereich (20, 21) mehrere Brenn­ flecke (BF1a, BF1b, BF2a, BF2b) erzeugbar sind, und
• d) in wenigstens einem Bereich (20, 21), in dem mehrere Brennflecke (BF1a, BF1b, BF2a, BF2b) erzeugbar sind, Brennflecke (BF1a, BF1b, BF2a, BF2b) unterschiedlicher Größe erzeugbar sind,

dadurch gekennzeichnet,

• e) daß sowohl die zu unterschiedlichen Bereichen (20, 21) gehörigen Brennflecke (BF1a, BF1b bzw. BF2a, BF2b) als auch die zu einem Bereich (20, 21) gehörigen Brennflecke (BF1a, BF1b, BF2a, BF2b) unterschiedlicher Größe wenig­ stens im wesentlichen auf der gleichen Stelle und so dicht beisammen liegen, daß die Fokuslage für alle Brenn­ flecke (BF1a, BF1b, BF2a, BF2b) im wesentlichen gleich ist.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode als Drehanode ausgebildet ist, daß die zu einem Bereich (20, 21), in dem Brennflecke (BF1a, BF1b, BF2a, BF2b) unterschiedlicher Größe erzeugbar sind, gehörigen Brennflecke (BF1a, BF1b, BF2a, BF2b) wenigstens im wesentlichen auf dem gleichen Radius liegen.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennflecke (BF1a, BF1b, BF2a, BF2b) eines Bereiches (20, 21) auf der gleichen Stelle liegen.

4. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die zu den unterschiedlichen Bereichen (20, 21) gehörigen Brennflecke (BF1a, BF1b, BF2a, BF2b) wenigstens im wesentlichen auf einer Gerade liegen.

5. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Elektronenemittereinrichtung für wenigstens einen Bereich (20, 21) Elektronenemitter (5a, 5b bzw. 6a, 6b) aufweist, die in jeweils einem Fokussierungsschlitz (25, 26) aufgenommen sind, und daß die Mittelebenen (E1, E2) der parallel zueinan­ der verlaufenden Fokussierungsschlitze (25, 26) derart rela­ tiv zueinander geneigt sind, daß sich die zu den Elektronen­ emittern (5a, 5b bzw. 6a, 6b) des jeweiligen Bereichs (20, 21) gehörigen Brennflecke (BF1a, BF1b, BF2a, BF2b) wenigstens im wesentlichen auf der gleichen Stelle der Auftrefffläche (19) befinden.

6. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die zu unterschiedlichen Bereichen gehörigen Elektronenemitter (5a, 5b bzw. 6a, 6b) einander entsprechender Brennfleckgröße jeweils in einem gemeinsamen Fokussierungsschlitz (25, 26) aufgenommen sind.

7. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Anode in zwei aus unterschiedlichen Materialien gebildete Bereiche (20, 21) unterteilt.

8. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß für alle Brennflecke (BF1a, BF1b, BF2a, BF2b) ein gemeinsames Strahlenaustrittsfenster (24) vorgesehen ist.