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Verfahren und Einrichtung zur Darstellung von Körperschnitten mittels
Röntgenstrahlen Für die Darstellung von Körperschnitten mittels Röntgenstrahlen
unter Ausschluß von davor und dahinter liegenden Teilen kann man die Röntgenröhre
und den Bildträger relativ zum Körper im entgegengesetzten Sinne um einen im betreffenden
Körperschnitt liegenden Punkte bewegen. Bei einigen der bekannten Vorrichtungen
zum Ausführen dieses Verfahrens bewegt sich die Röntgenröhre in einem Kreis, einer
Spirale oder in einer anderen sich auf den Bildträger als Kurve projizierenden Bahn,
bei anderen schwingt die Röhre in einer zum Bildträger senkrechten Ebene.
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Beide Arten von Vorrichtungen haben den Nachteil, daß verhältnismäßig
schwere Massen in Bewegung gebracht werden müssen. Besonders bei Vorrichtungen der
letztgenannten Gattung macht sich dieser Nachteil bemerkbar, weil in einer noch
kürzeren Zeit als der Belichtungszeit die ganze Masse der Röntgenröhre mit Schutzhaube
und Hochspannungskabel sowie die umfangreiche Tragvorrichtung beschleunigt und nach
der Belichtung wieder abgebremst werden müssen. Die Bewegungsgeschwindigkeit ist
dadurch an eine ziemlich niedrige Grenze gebunden, und man kann infolgedessen mit
der Belichtungszeit nicht tief heruntergehen, obgleich dies für Aufnahmen beweglicher
Objekte sehr erwünscht ist. Auch sind Erschütterungen während der Aufnahme schwer
zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß werden diese Nachteile des bekannten Verfahrens zur
Darstellung von Körperschnitten mittels Röntgenstrahlen dadurch behoben, daß die
Bewegung der Strahlenquelle nur durch Verlagerung des Brennflecks über eine entsprechend
.der erforderlichen Ausweichung der Strahlenquelle bemessene Antikathode erfolgt.
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Die Bewegung des Brennflecks über die Oberfläche der Antikathode kann
durch Ablenkung des die Röntgenstrahlen erzeugenden Kathodenstrahlenbündels bewirkt
werden, wie dies an sich für andere Zwecke bei Röntgenröhren bekannt ist. Die Röhre
hat dann überhaupt keine bei dem Darstellungsverfahren bewegte Masse.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, gehört jedoch noch nicht zum
Stande der Technik, zur Erzeugung von Körperschnittbildern mittels Röntgenstrahlen
Vorrichtungen zu verwenden, die ein Wandern des Brennflecks innerhalb des von der
Röntgenröhre .eingenommenen Raumes zusammen mit Änderungen der Lage der Röhre im
Raume herbeiführen. ' Gemäß dem erwähnten Vorschlag wird ein Wandern des Brennflecks
innerhalb des von der Röhre eingenommenen Raumes vorzugsweise durch Drehung der
Röntgenröhre um ihre Achse herbeigeführt. Der Brennfleck führt hierbei innerhalb
der Röntgenröhre, nämlich auf der Anodenoberfläche, eine Bewegung aus, so daß gewisse
Komponenten der erforderlichen Brennfleckbew egung in die Röhre hineinv erlegt sind.
Die
Ablenkung des Kathodenstrahlenbündels kann beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung
elektrisch oder magnetisch bewirkt werden. Auch können elektrische und rnagne-.
tische Felder gleichzeitig hierzu verwendet werden.
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Bei dem neuen Verfahren wird, wenn der Brennfleck eine geradlinige
Bahn beschreibt, der Bildträger parallel zu sich selbst geradlinig bewegt. Hierzu
kann ein Kassettenschieber, wie er z. B. bei der Herstellung von stepeoskopischen
Bildern oder Serienaufnahmen verwendet wird, dienen.
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Statt das Kathodenstrahlenbündel durch elektrische oder magnetische
Felder abzulenken, kann die Bewegung des Brennflecks dadurch erfolgen, daß die Sammelvorrichtung
innerhalb der Röntgenröhre bewirkt wird.
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Es ist zweckmäßig, die Mittel zur Regelung der Bewegung des Brennflecks
mit der Vorrichtung zum Bewegen des Bildträgers zu koppeln, was z. B. mechanisch
oder elektrisch geschehen kann. Eine solche Kopplung verbürgt einen möglichst sicheren
Synchronlauf.
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So kann eine von dem beweglichen Kontakt oder von beweglichen Kontakten
eines Spannungsteilers abgenommene Spannung den das Kathodenstrahlenbündel steuernden
Ablenkelektroden aufgedrückt werden, wobei der Kontakt bzw. die Kontakte zwangsläufig
mit dem Bildträger bewegt werden.
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Da die Größe der Bewegung des Bildträgers bei gegebener Brennfleckbewegung
die Tiefenlage des dargestellten Körperschnitts bestimmt, ist es ferner von Vorteil,
wenn die Ausschwenkung des Bildträgers umabhängig von der Ausschwenkung des Brennflecks
verstellbar ist oder umgekehrt.
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Es empfiehlt sich, daß die Röntgenröhre mit einem länglichen Brennfleck
erzeugenden Elektrodensystem versehen wird, derart, daß sich die Längsachse des
Brennflecks quer zu seiner Bewegungsrichtung erstreckt. Diese Ausführung bedingt
den Vorteil einer Vergrößerung der Belastbarkeit mit sich, weil das Verhältnis zwischen
belasteter Anodenoberfläche und wirklicher Brennfleckgröße dadurch günstiger wird.
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Um zu verhindern, daß das Kathodenstrahlenbündel außer seiner betriebsmäßigen
Ablenkung eine weitere Ablenkung zufolge störender Felder erfährt, kann eine Abschirmung
des von den Kathodenstrahlen durchlaufenen Raumes geschaffen werden.
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Die Erfindung wird näher erläutert an Hand der Zeichnungen, die verschiedene
Ausführungsbeispiele schematisch darstellen.
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Die Fig. i und 3 zeigen Röntgenröhren mit durch ein Ouerfeld bewegtem
Kathodenstrahlenbündel.
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Fig.2 ist eine Ansicht auf die Anode der Röhre nach Fig. i.
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Fig. - veranschaulicht die gegenseitige Lage der Röhre, Bildträger
und Objekt bei der Aufnahme.
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In Fig.5 wird eine Ausführungsmöglichkeit für die Kopplung der Mittel
zur Bewegung des Brennflecks und des Bildträgers dargestellt.
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Fig. 6 stellt eine Röntgenröhre mit beweglicher Sammelvorrichtung
dar.
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Die Wandung der in Fig. i abgebildeten Röntgenröhre weist einen zylindrischen
Teil i und einen birnenförmigen Teil 2, beide aus Glas, auf. Die Teile i und z sind
durch einen Metallring 3 miteinander verbunden. In dem Teil 2 ist die Antikathode
4. angeordnet. Sie besteht aus einem Metallstreifen, beispielsweise aus Wolfram,
der in Fig. 2 in einer anderen Ansicht gezeigt wird. An dem oberen Ende der Röhre
ist eine Stromzuführungsleitung 5 eingeschmolzen, die an dem Träger 6 der Antikathode
befestigt ist.
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In dem zylindrischen Teil i befindet sich der Glühdraht 7. Ein Wehneltzylinder
8 und eine durchlochte Elektrode 9 dienen zur Bündelung der von dem Glühdraht ausgesandten
Elektronen. Das Elektrodensystem kann ähnlich wie bei einer Braunschen Röhre ausgefiihrt
sein. Metalldrähte io und i i dienen zur Zuführung des Heizstroms an den Glühdraht
7, durch Drähte 12 und 13 wird dem Zylinder 8 und der Elektrode 9 das gewünschte
Potential gegeben.
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Ferner sind zwei plattenförmige Elektroden 14 und i 5 vorgesehen,
zwischen denen das Kathodenstrahlenbündel hindurchtritt. Sie sind mit Stromzuführungsdrähten
16 und 17 versehen, so daß sie an ein bestimmtes Potential gelegt werden können.
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Wenn die Platten 14. und 15 einen Spannungsunterschied aufweisen,
werden dieElektronen auf ihrem Wege vom Glühdraht zur Antikathode durch das zwischen
den Platten herrschende elektrische Feld abgelenkt. Je größer die Feldstärke, um
so größer ist die Ablenkung. Je nach der Größe und Richtung des elektrischen Feldes
zwischen den Ablenkelektroden 14 und 15 treffen die Kathodenstrahlen an einer anderen
Stelle auf die Antikathode auf. Dadurch, daß das Potential der Platten 14 und 15
verändert wird, kann der Brennfleck über die Antikathode bewegt werden.
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Die Form des Glühdrahtes und der Elektroden zur Bündelung der Elektronen
kann so gewählt werden, daß auf die Antikathode ein Brennfleck von länglicher Form
entsteht. Abb. 2 gibt die günstigste Lage des Brennflecks
in bezüg
auf dessen Bewegungsrichtung an. Hierbei liegt die Längsachse des beispielsweise
rechteckigen Brennflecks senkrecht zur Bewegungsrichtung. Wenn sich der Brennfleck
über den Abstand l während der Röntgenaufnahme in der Zeit t bewegt, dauert, wenn
die Abmessung des Brennflecks in der Bewegungsrichtung d ist, das Auftreffen @ von
Elektronen auf ein Teilchen der Antikathode durchschnittlich
Je kleiner d gehalten wird, um so kürzer ist diese Zeit und um so größer ist die
zulässige spezifische Belastung des Brennflecks. Durch den Metallteil 3 der Wand
wird eine Beeinflussung des Kathodenstrahlenbündels durch äußere Felder weitgehend
vermieden.
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In Abb. q. ist mit zg die Röntgenröhre angedeutet. Es sei 2o die Antikathode
der Röhre, 21 der Körper, von dem eine Körperschnittaufnahme zu machen ist, und
22 eine Filmkassette, die zur Herstellung der Aufnahme dient. Die verlangte Ebene
des Körperschnitts stehe senkrecht zur Zeichenebene und schneide sie in der Linie
I. Eine Geradem, aus dem Brennfleck F schneidet die Schnittebene in dem Punkt
01 und trifft den Film in dem Punkt P1. Bei der Bewegung des Brennflecks
von F nach F' über die Antikathode bewegt sich der betrachtete Strahl von in, nach
ml". Der Punkt P, wird dabei geradlinig über einen Abstand a, nach P,' verschoben.
Wenn nun der Film in derselben. Zeit und in derselben Richtung über den Abstand
a1 bewegt wird, werden alle Punkte der Fläche I scharf abgebildet, während eine
Verschiebung der Projektion aller Punkte des Körpers 2 r, die nicht in dieser Ebene
liegen und Störschatten geben, über den Film stattfindet, so daß die Störschatten
verwischt werden.
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Es kommt darauf an, daß bei der Bewegung der Filmkassette von der
mit K1 angedeuteten Stellung nach der Stellung K,' der durch den Punkt
01 gehende= Strahl den Film immer in demselben Punkt schneidet. Wird aber
der Film über einen anderen Abstand, z. B. a2, bewegt, so überschneiden sich die
den Film' in einem unveränderlichen Punkt treffenden Strahlen nicht in der Ebene
I, sondern in der Ebene II, wie dies für die durch den Punkt 02 gehenden Strahlen
nzz, welche den Film in P2 bzw. P2 treffen, in der Zeichnung angegeben ist. Dadurch,
daß man bei gleichbleibender Ausschwenkung des Brennflecks die Weglänge des Bildträgers
verstellt oder umgekehrt bei gleichbleibender Weglänge des Bildträgers die Amplitude
der Brennfleckbewegung variiert, kann-man also die Lage des scharf abgebildeten
Körperschnitts ändern. Wird eine Verwischung der Störschatten in einer gebogenen
Linie verlangt, so kann man eine Röntgenröhre verwenden, bei der der Brennfleck
eine zweidimensionale Bewegung in einer Ebene parallel zu dem abzubildenden' Körperschnitt
ausführt. Hierzu kann die in Fig. 3 abgebildete Röhre dienen.
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Das in der Nähe des Glühdrahtes 23 befindliche System zur Bündelung
der Elektronen kann beliebig ausgeführt sein, ebensc wie bei der Röhre nach Fig.
r. In Fig. 3 sind außer dem Wehneltzylinder 2q. zwei weitere Zentrierelektroden
25 und 26 angegeben, die untereinander verschiedene Po -tentiale haben können.
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Für die Ablenkung der Kathodenstrahlen sind zwei Elektrodenpaare vorgesehen.
Die Elektroden 27 und 28 dienen zur Ablenkung in der- Richtung parallel zur Zeichenebene,
zwei weitere Ablenkplatten, von denen eine in der Zeichnung sichtbar und mit 29
an gedeutet ist, dienen für die Ablenkung in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene.
Durch geeignete Wahl der Größe und Frequenz. der an die Platten angelegten Spannungen
kann man den Schnitt des Kathodenstrahlenbündels mit einer Ebene senkrecht zur Röhrenachse
beliebige Lissajusfiguren ausführen lassen. Bei gleicher Frequenz und go° Phasenverschiebung
der beiden Ablenkfelder kann eine elliptische oder kreisförmige Brennfleckbewegung
erzeugt werden.
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Bei der Röhre nach Fig. 3 werden die Kathodenstrahlen bei richtiger
Größe der zwischen den Ablenkplatten herrschenden elektrischen Felder auf eine ringförmige
Anode: 31 gerichtet und kann der Brennfleck 32 durch entsprechende Veränderung dieser
Felder regelmäßig über die Anode in einer ringförmigen Bahn bewegt werden. Die Anode
31
ist hier als Teil @ der Röhrenwand gedacht. Einerseits ist der trichterförmige
Glaskörper 33, andererseits die Glaskappe 3q., durch die die Röntgenstrahlen austreten
können, an sie angeschmolzen.
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Wird der Bildträger parallel zu der ringförmigen Bahn des Brennflecks
aufgestellt, so kann dadurch, daß man den Bildträger in seiner Ebene eine Kreisbewegung
parallel z!: sich selbst ausführen läßt, eine scharfe Darstellung eines Körperschnitts
mit Verwischung der Störschatten erhalten werden, ebenso wie dies bekanntlich mit
einer bewegten Röntgenröhre möglich ist. Der sehr wichtige Unterschied mit bekannten
Einrichtungen dieser Art ist, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung die Röntgenröhre
stillstehen kann. Zum Vergleich mit Fig. q. sind in Fig. 3 zwei Strahlen in und
in angegeben, die man sich auf denselben Punkt des Objekt und des Bildträgers gerichtet
denken kann
Abb. 5 zeigt beispielsweise, wie die Mittel zur Regelung
der Bewegung des Brennflecks mit einer Vorrichtung zum Bewegen des Bildträgers gekoppelt
sein können. Es sind mit 27, 28, 29 und 3o die vier Ablenkelektroden der Röhre nach
Fig. 3 angegeben. Die Spannung dieser Elektroden wird einer beliebigen Gleichstromquelle
34 entnommen.
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Zwei vollkommen identische Spannungsteiler 35 und 36 sind an der Stromquelle
34 angeschlossen. Über diese Spannungsteiler gleiten Schleifkontakte 37, 38, 39
und 40, die über die Kontaktstäbe 41, 42, 43 und 44 mit den Ablenkplatten 27, 28,
29 und 30 in Verbindung stehen. Die Schleifkontakte haben Kurbelschlitze
und werden von Kurbeln 45 und 46 angetrieben. Damit die mit einem Spannungsteiler
zusammenwirkenden Schleifkontakte einander vorbeigleiten können, sind sie zu beiden
Seiten des Spannungsteilers angeordnet.
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Wenn die Kurbeln sich mit konstanter Geschwindigkeit drehen, bewegen
sich die Schleifkontakte gemäß einer Sinusfunktion hin und her. An dem Plattenpaar
27, 28 und an dem Plattenpaar 29, 3o herrschen dadurch um go° in der Phase verschobene
Wechselspannungen, die zusammen ein elektrisches Drehfeld erzeugen, welches das
Kathodenstrahlenbündel über eine die Anode 31 schneidende Kegeloberfläche bewegt.
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Die Filmkassette wird gleichzeitig gedreht, und zwar so, daß ihre
Bewegung mit der Brennfleckbewegung synchron, aber im Gegentakt ist. Die Kassette
oder ein Behälter 45, -in den sie eingesetzt ist, kann z. B. an zwei parallelen
Dreharmen 46 und 47 befestigt sein, die um Wellen 48 und 49 rotieren. Die Welle
48 ist mit der Kurbelwelle So z. B. durch Zahnradgetriebe oder durch eine über Scheiben
51 und 52 gelegte Kette 53 gekoppelt, so daß die Wellen 5o und 48 bzw. 49
die gleiche Geschwindigkeit haben.
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Die Ausschwenkung der Kassette kann regelbar gemacht werden dadurch,
daß die Angriffspunkte 54 und 55 der Dreharme 4.6 und 47 verstellbar gemacht sind
und dadurch die Abstände der Angriffspunkte des Kassettenbehälters von den Wellen
48 und 49 geändert werden können. Durch Änderung dieser Abstände kann, wie oben
an Hand der Fig.4 erläutert wurde, die Tiefenlage des darzustellenden Körperschnittes
geändert werden. Die Kassette und die Brennflecke können so in einer Belichtungszeit
von z. B. o,r Sek. eine Umdrehung vollführen. Das Gerät kann einige Zeit vor dem
Anfang der Aufnahme in Gang gesetzt werden.
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Wenn mit genügend großer Drehgeschwindigkeit gearbeitet wird, können
die Wechselspannungen für die Ablenkelektroden durch eine Wechselstromdynamo erzeugt
werden, die mit einer der Wellen 48 und 49 gekoppelt ist. Ferner kann die Ablenkung
der Kathodenstrahlen durch ein magnetisches Drehfeld bewirkt werden, und selbstverständlich
kann auch der Strom zur Erzeugung eines solchen Drehfeldes von einer Wechselstromdynamo
geliefert werden.
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Macht der Bildträger nicht eine kreisende, sondern eine geradlinige
Bewegung, so kann eine ähnliche Vorrichtung, wie in Abb. 5 angegeben, verwendet
werden. Es ist dann nur ein Spannungsteiler nötig, und der Kassettenbehälter kann
an einem der beweglichen Stäbe 39 und 4o befestigt sein. Die Kassette kann
auch durch eine auf sie oder ihren Behälter ausgeübte Federkraft in an sich bekannter
Weise bewegt werden.
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An Stelle einer Röhre mit bewegtem Kathodenstrahlenbündel und festem
Elektrodensystem kann man eine Röhre mit beweglicher Sammelvorrichtung verwenden.
Es ist bekannt, daß man mittels einer drehbaren Sammelvorrichtung den Brennfleck
über die Innenfläche einer kegelförmigen Hohlanode bewegen kann. Es ist vorgeschlagen
worden, Röhren mit einem derart ausgeführten Elektrodensystem für Therapiezwecke
zu verwenden, ebenso wie man für diese Zwecke auch die magnetische Steuerung des
Kathodenstrahlenbündels vorgeschlagen hat.
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Fig. 6 ist ein Schnitt durch eine Röntgenröhre, die man hierzu verwenden
kann. Sie hat eine ringförmige Anode 56, die mit Kühlrippen versehen ist und eine
kegelförmige Innenfläche 57 hat, auf der der Brennfleck gebildet wird. An dem weiteren
Ende der Anode ist sie durch eine Glaskappe 53 abgeschlossen, an dem anderen Ende
ist eine Glaswand 59 an ihr angeschmolzen, die, wie gebräuchlich, mit einer Einstülpung
6o und einem Quetschfuß 61 versehen ist.
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Die Einstülpung 6o trägt eine Metallkappe 62. Diese hat einen zylindrischen
vorstehenden Teil 63, auf dem ein schachtelförmiger metallener Hohlkörper
64 drehbar gelagert ist. In dem Teil 63 ist ein Pfropfen 65 aus isolierendem Material
eingesetzt. Der Körper 64 ruht auf einer Metalleinlage 66 des Pfropfens 65. Dieser
wird von einem in dem Quetschfuß 61 eingeschmolzenen Stab 79 getragen, an dem er
mittels einer Metallbüchse 67 befestigt ist. Diese Büchse sitzt auf einer Metallplatte
68, deren Rand 69 als Schleifring dient. In dem Körper 64 ist ein gläsernes Stäbchen
7o angeordnet, das eine auf dem Rand 69 schleifende Kontaktfeder 71 trägt. Diese
Kontaktfeder ist mit der Mitte des schraubenförmigen Glühdrahtes 72 durch einen
Draht 73 verbunden, der die auf den Glühdraht wirkende Zentrifugalkraft aufnimmt.
Die
Enden des Glühdrahtes greifen an ein am Metallkörper 64 befestigtes Stäbchen 74
an. An der unteren Seite ist der Hohlkörper 64 durch einen Deckel 75 verschlossen.
Der als Sammelvorrichtung dienende Hohlkörper 64 hat vor dem Glühdraht eine Öffnung
76, durch die ein bandförmiges Kathodenstrahlenbündel heraustreten kann, welches
auf der Innenfläche 57 der Antikathode 56 einen länglichen Brennfleck erzeugt.
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Der Heizstrom der Kathode nimmt den folgenden Weg: Vom Zuführungsdraht
77 über die Metallkappe 62 zum Teil 63. Von hier aus über den Körper 64 zum Stäbchen
74. Von den" beiden Enden des Drahtes 72 nach seiner Mitte und dann über den Draht
73, die Kontaktfeder 7i, die Metallplatte 68, die Büchse 67 und den Stab 79 zum
Zuführungsdraht 78.
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An der Sammelvorrichtung 64 ist ein Metallzylinder 8o befestigt, der
in den Raum zwischen der Glaswand 59 und der Einstülpung 6o hineinragt. Dieser Zylinder
trägt einen Metallkörper 81. Um die Wand 59 herum ist ein von der Antikathode durch
die Stütze 83 getragenes Magnetsystem 82 angeordnet, mittels dessen ein magnetisches
Drehfeld erzeugt werden kann, welches den Körper 81 und dadurch die Sammelvorrichtung
mitnimmt. Hierdurch kann der Brennfleck mit einer der Drehzahl des Magnetfeldes
entsprechenden Geschwindigkeit über die Antikathode bewegt werden.
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Der Strom zum Erregen des magnetischen Stators kann, wie oben für
die magnetische Ablenkung der Kathodenstrahlen dargetan, von einer kleinen Dynamo
erzeugt werden. Der Stator 82 kann auch für direkte Speisung aus dem Wechselstromnetz
eingerichtet sein, wenn nur dafür gesorgt wird, daß die Drehzahl der Sammelvorrichtung
gleich der Drehzahl des Bildträgers ist. Der Körper 81 kann magnetisierbar und zum
Synchronlauf eingerichtet sein.
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Die Ablenkung der Kathodenstrahlen durch elektrische oder magnetische
Felder kann auch stattfinden, nachdem die Elektronen auf endgültige Geschwindigkeit
gebracht worden sind. In diesem Falle ist die Anode der Röntgenröhre mit einer Öffnung
versehen, durch welche die Kathodenstrahlen in den Ablenkraum hineintreten. Die
Antikathode hat dabei dasselbe oder nahezu dasselbe Potential wie die durchlochte
Anode.