DE69200536T2

DE69200536T2 - Gehäuse mit Widerstandsbeschichtung für hochfrequente elektromagnetische Abschirmung.

Info

Publication number: DE69200536T2
Application number: DE69200536T
Authority: DE
Inventors: James Arthur Blake
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1991-05-22
Filing date: 1992-05-21
Publication date: 1995-06-08
Anticipated expiration: 2012-05-22
Also published as: JPH05166477A; EP0515198A1; EP0515198B1; US5159618A; JPH0673292B2; DE69200536D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für ein Röntgen-Bildgebungssystem, das ein elektrisch leitfähiges Gehäuse aufweist, das eine Vakuumröhre umschließt, und auf eine Anordnung, die ein elektrisch leitfähiges Gehäuse aufweist, das eine Vorrichtung umschließt, die ein Hochfrequenzsignal erzeugt.
Eine Röntgen-Bildgebungseinrichtung (siehe z. B. US-A-4 972 459) enthält eine Vakuumröhre mit einer Kathode und einer Anode, die beim Anlegen von Vorspannungen an Elektroden innerhalb der Röhre Röntgenstrahlen emittiert. Die Röntgenröhre ist typisch in einer geerdeten Bleilegierungs-Umhüllung eingeschlossen, die als eine Röntgenabschirmung wirkt. Ein Hauptproblem während des Betriebs von Röntgenröhren ist eine Hochspannungsentladung oder eine Lichtbogenbildung zwischen den Elektroden. Die Entladungen, die gewöhnlich als "Funken" bzw. "Blitze" bekannt sind, resultieren aus intensiven elektrischen Feldgradienten, die durch Verunreinigung oder rauhe Kanten auf den Oberflächen der Elektroden hervorgerufen werden und von Zeit zu Zeit während der Lebensdauer der Röhre auftreten.
Die Funken- bzw. Blitzentladung regt eine Resonanzkammer- Oszillatorschaltung an, die durch die Röntgenröhre und die leitfähige Umhüllung gebildet ist, wodurch ein hochfrequentes (3 bis 300 MHz), gedämpftes Signal erzeugt wird. Das hochfrequente Signal aus der Blitzentladung wird über das Gehäuse durch die elektrischen Leiter geleitet, die der Röhre Energie zuführen. Wenn es einmal außerhalb der Umhüllung ist, wird das Signal abgestrahlt und durch die Röntgeneinrichtung und in elektronische Schaltungsanordnungen in ihrer Nähe geleitet. In extremen Fällen bewirkt das elektrische Signal aus den Blitzen ein Versagen von Halbleitervorrichtungen in benachbarten Geräten.
Gemäß einem Aspekt schafft die Erfindung eine Anordnung für ein Röntgen-Bildgebungssystem, enthaltend: eine Vakuumröhre mit einer Kathode und einer Anode, die bei Anregung der Vakuumröhre Röntgenstrahlung emittiert, und ein Gehäuse, das die Vakuumröhre umgibt und erste und zweite elektrische Anschlüsse aufweist, die sich durch das Gehäuse erstrecken, wobei die Anschlüsse jeweils mit einer anderen der Anode und der Kathode verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse elektrisch leitfähig ist und mit einem Widerstands-Überzug auf seiner Innenfläche versehen ist, um den Güte-Faktor Q von einer Resonanzkammer zu verkleinern, die durch das Gehäuse und die Vakuumröhre gebildet ist, wobei die ersten und zweiten elektrischen Anschlüsse von dem Gehäuse isoliert sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Anordnung, enthaltend eine Vorrichtung, die ein Hochfrequenzsignal erzeugt, und ein Gehäuse, das die Vorrichtung umschließt und ein Mittel aufweist zum Übertragen von Elektrizität durch eine Wand des Gehäuses auf die Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung und das Gehäuse eine Resonanzkammer bilden, wobei das Gehäuse elektrisch leitfähig und mit einem Widerstands-Überzug versehen ist, der auf die innere Oberfläche des Gehäuses aufgebracht ist, um den Güte-Faktor Q der Resonanzkammer zu verkleinern und eine Signalschwingung innerhalb des Gehäuses zu reduzieren. Beispielsweise kann der Überzug ein Graphitmaterial sein ähnlich Überzugen auf den inneren Oberflächen von Fernseh- Bildröhrenumhüllungen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine bildliche Darstellung von einem Röntgen- Bildgebungssystem, das die vorliegende Erfindung enthält;
Figur 2 ist ein Querschnitt durch eine in Figur 1 verwendete Röntgen-Röhrenanordnung; und
Figur 3 ist eine elektrische Ersatzbildschaltung der Röhrenanordnung in Figur 2.

Beschreibung der vorliegenden Erfindung

In Figur 1 ist eine Röntgen-Bildgebungseinrichtung 10 dargestellt, die in zwei Räume von einem Gebäude, wie beispielsweise ein Hospital oder eine medizinische Klinik, eingebaut ist. In dem einen Raum befindet sich eine Leistungsversorgung 12 und eine Steuerkonsole 14 für eine Bedienungsperson. Typisch enthält die Leistungsversorgung 12 mehrere Niederspannungs- und Hachspannungs-Versorgungen.
Innerhalb des anderen Raumes befindet sich ein Gestell 16, auf dem ein Röntgenstrahlen-Emittergehäuse 18 und eine Röntgenstrahlen-Detektoranordnung 20 angebracht sind. Die Röntgenstrahlen-Detektoranordnung 20 besteht aus einem Filmhalter, einer Videokamera oder einem Röntgenstrahlendetektor, der Röntgenstrahlen in elektrische Signale umwandelt. Elektrische Kabel, die Leistung und Steuersignale führen, erstrecken sich durch eine flexible Leitung 26 und eine starre Leitung 28 von den Komponenten, die auf dem Gestell 16 angebracht sind, zu der Leistungsversorgung 12 und der Steuerkonsole 14.
Ein für Röntgenstrahlen durchlässiger Tisch 22 zur Aufnahme eines zu untersuchenden Patienten ist neben dem Gestell 16 angeordnet. Der Tisch 22 ist auf einer Halterung 24 in einer Weise angebracht, die gestattet, daß der Tisch zwischen dem Röntgenstrahlen-Emittergehäuse 18 und der Detektoranordnung 20 verschiebbar ist.
Das Emittergehäuse 18 enthält eine Röntgenröhrenanordnung 30, die in Figur 2 gezeigt ist und ein äußeres Gehäuse 32 aufweist, das eine Röntgen-Vakuumröhre 34 umschließt. Die Vakuumröhre 34 hat einen äußeren Glasmantel 36, der eine Anode 38 und eine Kathodenanordnung 40 enthält. Die Kathodenanordnung 40 enthält eine konventionelle thermionische emittierende Kathode und einen Glühfaden, der die Kathode auf eine Temperatur aufheizt, bei der sie Elektronen emittiert, wenn sie richtig vorgespannt ist. Die Kathodenanordnung 40 ist mit einem externen Kathodenanschluß 41 verbunden.
Die scheibenförmige Anode 38 ist aus einem üblichen Material gefertigt, das bei einer Elektronen-Bombadierung Röntgenstrahlung emittiert. Die Anode 38 ist an einem Rotor 42 innerhalb eines Halses 43 des Röntgenröhrenmantels 36 befestigt. Der Rotor 42 ist Teil von einem Motor 44, der auch einen ringförmigen Stator 45 aufweist, der um das Äußere eines Röntgenröhrenhalses herum angeordnet ist. Wenn Spulen des Stators 45 Strom zugeführt wird, wird innerhalb des Röntgenröhrenhalses ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Das Magnetfeld bewirkt, daß der Rotor 42 und die Anode 38 umlaufen.
Die Röntgenröhre 34 und der Motor 44 sind innerhalb des zylindrischen Gehäuses 32 durch mehrere Halterungen 46 und 47 angebracht. Das Gehäuse 32 ist aus einer Bleilegierung gebildet, die eine leitfähige Umhüllung bildet, die die Röntgenröhre umgibt, und die im wesentlichen undurchlässig ist für Röntgenstreustrahlen, die in der Anordnung erzeugt werden. Das Gehäuse 32 weist drei Segmente 50, 51 und 52 auf, die miteinander verbunden sind, um eine vereinigte, zusammenhängende Abschirmung um die Röhre 34 herum zu bilden. Ein röhrenförmiges Mittelsegment 50 erstreckt sich um den größeren Teil der Röntgenröhre 34 und hat ein Fenster 48, durch das die von der Anode emittierten Röntgenstrahlen hindurchtreten. Ein becherförmiges Kathodenendsegment 51 ist durch Bolzen 53 über dem Ende des Mittelsegmentes 50 neben dem Kathodenanschluß 41 der Röntgenröhre 34 fest angebracht. Ein erster Hochspannungsverbinder 55 erstreckt sich durch eine Wand des Kathodenendsegmentes 51 und ist elektrisch von dem Gehäuse 32 isoliert. Der erste Hochspannungsverbinder 55 ist in der Lage, ein hohes negatives Kathodenvorspannungspotential zu empfangen und ist mit dem Kathodenanschluß 41 verbunden. Ein Glühfadenstrom kann der Kathodenanordnung 40 ebenfalls über den Verbinder 55 zugeführt werden.
Ein becherförmiges Anodenendsegment 52 erstreckt sich über das andere Ende des Mittelabschnitts 50 und ist durch Bolzen 54 mit diesem verbunden. Ein zweiter Hochspannungsverbinder 56 erstreckt sich durch eine Wand des Anodenendsegmentes 52 und ist elektrisch von dem Gehäuse 32 isoliert. Der zweite Hochspannungsverbinder 56 ist in der Lage, ein hohes positives Anodenvorspannungssignal zu empfangen und ist mit der Anode 38 der Röntgenröhre 34 über eine Rotorbefestigung 57 verbunden, die sich durch den Glasmantel 36 erstreckt. Die Kabel von der Leistungsversorgung 12 (Figur 1) sind mit den zwei Hochspannungsverbindern 55 und 56 verbunden.
Figur 3 zeigt ein Ersatzschaltbild für die elektrischen Charakteristiken der Röntgenröhre 34 und des Gehäuses 32. Die Anode 38 und die Kathodenanordnung 40 stellen eine Kapazität CO zwischen den zwei Hochspannungsverbindern 55 und 56 dar. Die Größe der Kapazität CO hängt von dem Durchmesser der Anode 38, der Oberfläche der Kathodenanordnung 40, dem Aoden/Kathoden-Abstand und anderen Randeffekten ab. Wenn eine Hochspannungs-Blitzentladung auftritt, wird ein Lichtbogen zwischen der Anode und der Kathode gebildet. Dieser Lichtbogen ist äquivalent zu einem Kurzschluß mit einem gewissen Widerstand, wie es durch die in Reihe geschalteten Schalter SA und den Widerstand RA parallel zur Kapazität CO gezeigt ist.
Die Isolation von jedem Hochspannungsverbinder 55 und 56 von dem Gehäuse 32 bildet eine Kapazität zwischen deren Komponenten. Diese Kapazität ist in der Ersatzbildschaltung durch die Kapazität CA an dem Anodenende der Röhre und die Kapazität CC an dem Kathodenende dargestellt. Die Größen der Kapazitäten CA und CC sind viel größer als die Anoden/Kathoden-Kapazität CO und werden zu Vereinfachungszwecken als ein Kurzschluß bei den hohen Frequenzen betrachtet, die bei einer Funken- bzw. Blitzentladung erzeugt werden. Die Verbinder-Kapazitäten CA und CC koppeln das hochfrequente Blitzentladungssignal mit dem Gehäuse 32. Die innere Oberfläche des zylindrischen Gehäuses bildet eine Reihe von parallelen Leitungspfaden für dieses Signal zwischen den Hochspannungsverbindern 55 und 59. Diese Pfade sind gemeinsam durch eine Induktivität LT in Reihe mit einem Oberflächenwiderstand RT dargestellt.
Die Ersatzbildkomponenten CA, CC, LT und RT bilden zusammen mit der Kapazität CO eine Parallelresonanz-Schwingkreisschaltung. Da der Widerstand RT für übliche Fälle sehr klein war (nahe Null Ohm), war der Gütefaktor "Q" der Schwingkreisschaltung sehr hoch. Der Gütefaktor ist gegeben durch Q = (2πf LT)/RT. Wenn eine Bogenentladung auftritt, schließt der Schalter SA in der Ersatzschaltung momentan und die Spannung über CO ändert sich schnell. Dies regt eine Resonanzkammer-Schwingschaltung an, die vorwiegend durch die Komponenten CO und LT gebildet ist, und bewirkt, daß die Schaltung schwingt. Der schwingende Strom hat die Form einer gedämpften Hochfrequenzschwingung mit einer Abfallperiode, die durch das Q der Schaltungsanordnung bestimmt ist. Je höher das Q, desto länger die Abfallperiode. Die Größe des zirkulierenden Stroms ist ebenfalls proportional zu dem Q der Schaltungsanordnung.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Widerstands-Überzug 60 auf der Innenfläche des Gehäuses 32. Der Überzug 60 kann auf die inneren Oberflächen von allen drei Gehäusesegmenten 50, 51 und 52 oder nur auf das Mittelsegment 50 aufgebracht sein. Beispielsweise kann ein Graphit-Überzug ähnlich demjenigen, der zum Überziehen der Innenfläche von einer Fernseh-Bildröhrenumhüllung verwendet wird, auf die Innenfläche des Gehäuses 32 aufgebracht sein. Der Widerstands- Überzug 60 ist relativ dünn, da der hochfrequente Strom ein Haut- bzw. Skineffekt-Erscheinung ist. Als solches ist die Überzugsdichte von der Resonanzfrequenz der Kammer abhängig. Der spezifische Widerstand des Widerstands-Überzuges 60 liegt vorzugsweise in dem Bereich von 1 bis 100.000 Ohm pro Quadratzentimeter.
Der Widerstands-Überzug 60 vergrößert den Wert von RT in der Ersatzschaltung, was das Q des Resonanzkammersystems verkleinert. Durch Verkleinern des Q wird das elektrische Schwingen in der Amplitude und Dauer verkleinert, wenn eine Blitzentladung auftritt. Der größte Teil der Hochfrequenzenergie von dem durch die Blitzentladung erzeugten Signal wird als Wärme in dem Widerstands-Überzug abgeführt und wird nicht zur Außenseite des Gehäuses 32 abgestrahlt oder geleitet.

Claims

1. Anordnung (30) für ein Röntgen-Bildgebungssystem (10), enthaltend:

eine Vakuumröhre (34) mit einer Kathode (40) und einer Anode (38), die bei Anregung der Vakuumröhre Röntgenstrahlung emittiert, und

ein Gehäuse (32), das die Vakuumröhre (34) umgibt und erste und zweite elektrische Anschlüsse (55 und 56) aufweist, die sich durch das Gehäuse (32) erstrecken, wobei die Anschlüsse (55 und 56) jeweils mit einer anderen der Anode (38) und der Kathode (50) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß

das Gehäuse (32) elektrisch leitfähig ist und mit einem Widerstands-Überzug (60) auf seiner Innenfläche versehen ist, um den Güte-Faktor Q von einer Resonanzkammer zu verkleinern, die durch das Gehäuse (32) und die Vakuumröhre (34) gebildet ist, wobei die ersten und zweiten elektrischen Anschlüsse von dem Gehäuse (32) isoliert sind.

2. Anordnung (30) für ein Röntgen-Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Überzug (60) einen spezifischen Widerstand hat, der den Güte-Faktor Q bei einer Resonanzfrequenz der Kammer auf einen minimalen erreichbaren Wert verkleinert.

3. Anordnung (30) für ein Röntgen-Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Überzug (60) einen spezifischen Widerstand in dem Bereich von 100 000 Ohm pro Quadratzentimeter hat.

4. Anordnung (30) für ein Röntgen-Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Überzug (60) eine Dicke hat, der den Güte-Faktor Q bei einer Resonanzfrequenz der Kammer minimiert.

5. Anordnung (30) für ein Röntgen-Bildgebungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Überzug (60) den Güte-Faktor Q der Resonanzkammer unter einen Wert senkt, bei dem eine Lichtbogenentladung über die Anode (38) und die Kathode (40) ein Signalschwingen zwischen der Vakuumröhre (34) und dem Gehäuse (32) erzeugt.

6. Anordnung (30) enthaltend:

eine Vorrichtung (34), die ein Hochfrequenzsignal erzeugt, und

ein Gehäuse (32), das die Vorrichtung (34) umschließt und eine Vorrichtung (55 und 56) aufweist zum Übertragen von Elektrizität durch eine Wand (51 und 52) des Gehäuses (32) auf die Vorrichtung (34), dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (34) und das Gehäuse (32) eine Resonanzkammer bilden, wobei das Gehäuse (32) elektrisch leitfähig und mit einem Widerstands-Überzug (60) versehen ist, der auf die innere Oberfläche des Gehäuses (32) aufgebracht ist, um den Güte-Faktor Q der Resonanzkammer zu verkleinern und Signalschwingen innerhalb des Gehäuses (32) zu reduzieren.

7. Anordnung (30) nach Anspruch 6, wobei der Überzug (60) einen spezifischen Widerstand hat, der den Güte-Faktor Q bei einer Resonanzfrequenz der Kammer auf einen minimalen Wert verkleinert.

8. Anordnung (30) nach Anspruch 6, wobei der Überzug (60) einen spezifischen Widerstand in dem Bereich von 1 bis 100 000 Ohm pro Quadratzentimeter hat.

9. Anordnung (30) nach Anspruch 6, wobei der Überzug (60) eine Dicke hat, die den Güte-Faktor Q bei einer Resonanzfrequenz der Kammer minimiert.