EP0588432A1 - Röntgeneinrichtung mit einem Röntgengenerator und mit einer Röntgenröhre mit wenigstens zwei Elektronenquellen - Google Patents

Röntgeneinrichtung mit einem Röntgengenerator und mit einer Röntgenröhre mit wenigstens zwei Elektronenquellen Download PDF

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EP0588432A1
EP0588432A1 EP93202650A EP93202650A EP0588432A1 EP 0588432 A1 EP0588432 A1 EP 0588432A1 EP 93202650 A EP93202650 A EP 93202650A EP 93202650 A EP93202650 A EP 93202650A EP 0588432 A1 EP0588432 A1 EP 0588432A1
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EP
European Patent Office
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ray
control
electron
focal spot
electron source
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EP93202650A
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Franz Dr. Rer. Nat. Buchmann
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Patentverwaltung GmbH
Koninklijke Philips Electronics NV
Philips Electronics NV
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    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/30—Controlling
    • H05G1/52—Target size or shape; Direction of electron beam, e.g. in tubes with one anode and more than one cathode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J35/045—Electrodes for controlling the current of the cathode ray, e.g. control grids
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/30—Controlling
    • H05G1/46—Combined control of different quantities, e.g. exposure time as well as voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/06—Cathode assembly
    • H01J2235/068—Multi-cathode assembly

Definitions

  • the invention relates to an X-ray generator for supplying an X-ray tube, which has at least two electron sources for producing focal spots of different sizes at the same location on the anode.
  • X-ray tubes that can produce two (or more) focal spots at the same location on the anode are known (DE-OS 28 50 583).
  • the known x-ray generators for feeding such x-ray tubes allow the generation of x-rays with either a smaller or a larger focal spot.
  • X-rays with the smaller focal spot have a better resolution
  • X-rays with the larger focal spot have shorter exposure times because the larger focal spot is more resilient and therefore generates more X-rays.
  • the user In the case of an x-ray, the user must therefore decide which of the two focal spots he wants to use.
  • the object of the present invention is to design an x-ray generator for an x-ray tube of the type mentioned at the outset in such a way that the resolving power on the one hand and the power of the x-ray tube on the other hand can be adapted to the respective requirements using simple means - regardless of the voltage of the x-ray tube.
  • each electron source is assigned a control unit, which causes a current dependent on a control signal at a control input of the control unit between the associated electron source and the anode, that both control units are effective and can be controlled independently of one another during an X-ray exposure and that the control signals and thus the ratio between the mAs products supplied by the electron sources can be set.
  • the invention is based on the knowledge that not only the dimensions of the focal spot in which the x-ray radiation is emitted are decisive for the resolving power of an x-ray tube, but also to a considerable extent the spatial distribution of the radiation or emission density in the effective focal spot. It can be shown that an increase in the radiation intensity or the electron density in a small partial area of the focal spot leads to an increase in the resolving power in the image, in particular if this partial area lies in the center of the focal spot. This means that an X-ray image generated with such an electron density distribution in the focal spot has a modulation transfer function that corresponds to that of an X-ray image that was made with a focal spot with a homogeneous electron distribution and with smaller external dimensions.
  • the electron sources are operated by the control units controlling them in such a way that the different focal spots become effective in an X-ray exposure with different weights, depending on the mAs product (below this, the time integral over that flowing from the electron source to the anode during an X-ray exposure Understood electricity) with which they contribute to the recording.
  • This different weighting of the focal spots means that x-ray images can be produced which correspond to the images of an x-ray tube with regard to tube power and modulation transfer function, the focal spot (with uniform electron distribution) in its outer dimensions can be changed in the area between the small and the large focal spot.
  • both filaments can deliver an emission current at the same time.
  • the resolving power of this focal spot combination can be better than that of the large focal spot, and one could not use this effect to vary the resolving power and the power, because the ratio of the emission currents is determined by the supply voltage for the filaments the filaments (and thus the resolution) and the sum of the emission currents (and thus the power) were determined.
  • US Pat. No. 4,065,689 discloses an X-ray generator for feeding an X-ray tube with two focal spots of the same size, which partially overlap.
  • the emission currents for the two focal spots are adjustable. This is to achieve an intensity characteristic which is considered to be particularly favorable there, namely an essentially uniform intensity in the focal spot.
  • the ratio between the mAs products provided by the electron sources i.e. the weight with which the focal spots are effective in an X-ray exposure
  • the control units are active simultaneously during an X-ray exposure.
  • the two electron sources simultaneously supply a constant current during the X-ray exposure.
  • the control units are effective one after the other during a recording. If the control unit can control the electron sources sufficiently quickly (e.g. by means of a grid), a single control unit that controls the electron sources in succession during a recording would suffice.
  • a preferred development of the invention provides that a memory is provided in which different combinations of control signals for the control units are stored for X-ray recordings with different recording parameters, and that the combination of the control signals assigned to the respectively predefined recording parameters is called up for an X-ray recording. This makes it possible to always control the electron sources in the case of X-ray recordings with recording parameters that can be predetermined in any way by the control units in such a way that the optimum combination of the modulation transfer function and the tube power results.
  • the drawing shows a high-voltage generator 2 which feeds an X-ray tube 1 and which, in the case of an X-ray image, supplies a positive high voltage for the anode 10 and a negative high voltage for the cathode (in each case based on ground).
  • the high voltage generated by the high voltage generator 2 can be set by a signal U at its control input.
  • the cathode comprises two electron sources 11 and 12, for example two filaments, which emit an electron current when they are each heated by a heating current.
  • the electron currents supplied by the electron sources strike a specific area of the anode 10 and thereby define a focal spot in each case.
  • the focal spots are arranged concentrically to one another, i.e. the small focal spot that may be generated by the electron source 12 lies in the middle of the large focal spot (from the electron source 11).
  • the focal spots - viewed from the direction of radiation exit, which is symbolized by the dashed arrow 13 - are square.
  • X-ray tubes of this type are generally known and e.g. described in DE-OS 28 50 583.
  • the focal spot generated by the electron source 11 is a 1.1 mm focal spot (ie, it has dimensions of 1.1 mm * 1.1 mm as viewed from the beam exit direction) and that the small focal spot is a 0 , 4mm focal spot.
  • the ratio of the focal spot sizes should not be significantly larger, because otherwise the modulation transfer function can be influenced relatively little by the weighting of the focal spots.
  • the maximum permissible value of the electron current supplied by the electron source 11 can be 1000 mA and the current supplied by the electron source 12 can be 230 mA at a tube voltage of 80 kV.
  • the electron source 12 can deliver its maximum current of 230 mA.
  • the resolution then naturally corresponds to the resolution of the small focal spot, i.e. a 0.4 mm focal spot with a uniform electron density.
  • the tube power is approximately 18.4 kW.
  • the electron current supplied by the electron source 11 is 10% of the maximum permissible value, i.e. 100 mA
  • the electron current supplied by the electron source 12 must be reduced slightly so that the anode is not overheated - for example to 200 mA.
  • the superimposed focal spot formed in this way has the outer dimensions of the large focal spot (1.1 mm), it has a modulation transfer function which corresponds approximately to that of a 0.5 mm focal spot with a uniform electron density.
  • the effective size (based on the modulation transfer function) of the superimposed focal spot would therefore be 0.5 mm.
  • the tube power is then about 26 kW.
  • the current supplied by the electron source 11 is increased to 300 mA, the current supplied by the electron source 12 must be reduced further in order to avoid overloading the anode, for example to 175 mA.
  • the modulation transfer function of this focal spot with an increased electron density in the center then corresponds to that of a 0.6 mm focal spot with a uniform electron density.
  • the tube power is 38 kW.
  • a further increase in the current from the electron source 11 to 500 mA with a simultaneous decrease in the current from the electron source 12 to 125 mA leads to a focal spot whose modulation transfer function corresponds to that of a 0.8 mm focal spot with a homogeneous electron distribution.
  • the tube power is then - at the tube voltage of 80 kV mentioned - already 50 kW.
  • the currents supplied by the electron sources must be lower or higher depending on the load capacity of the X-ray tube.
  • Tube voltages eg 40 kV
  • the heating currents which determine the temperature of the electron sources 11 and 12 and thus the currents emitted by them, are supplied by a control unit 21 and 22, respectively.
  • These control units each include (not shown in detail) a heating current transformer, the primary and secondary windings of which are insulated from one another in such a way that the primary winding can carry ground potential, while the secondary winding is at a negative high voltage.
  • the control units each comprise a control circuit which has the effect that the heating current which the control unit 21 or 22 supplies for the electron source 11 or 12 is proportional to the control signal I h1 or I h2 at the control input of this unit.
  • the control signals I h1 and I h2 thus also determine the electron current between the electron sources 11 and 12 on the one hand and the anode 10 on the other.
  • the control signals I h1 and I h2 are supplied to the control units 21 and 22 via a digital-to-analog converter 31 and 32, respectively.
  • the inputs of these analog-digital converters are connected to a memory unit 4, from which the control signals I h1 and I h2 (in digital form) are read out as a function of predetermined parameters of the X-ray image.
  • the storage unit 4 comprises a storage area 41 and 42 for each electron source 11 or 12. In each of these storage areas, the control signals I h1 and I h2 are stored for different voltages on the X-ray tube which - as explained above for a tube voltage of 80 kV - lead to different currents from the electron sources.
  • the addresses under which the control signals are stored are supplied by an address generator 50, which can be part of a computer system (5) with which all other functions of the X-ray generator are also controlled.
  • the tube power has the greatest value with which the x-ray tube 1 can be operated for the given modulation transfer function.
  • another recording parameter can also be specified, for example the geometric blur, which depends not only on the size f of the focal spot but also on the distances between the X-ray source and the film and between the X-ray source and the object to be recorded. If necessary, the latter two quantities can be recorded by a separate measuring device.
  • the tube voltage is 80 kV
  • the permissible recording time is 100 ms
  • the mAs product is 62.5 mAs
  • a current of 625 mA is calculated for the permissible recording time, which is 125 mA from the electron source 12 and 500 mA the electron source 11 results.
  • the resulting image then has a modulation transfer function which corresponds to that of an X-ray image with a 0.8 mm focal spot with a uniform electron distribution.
  • - X-rays obtained with this assignment thus have the best possible resolution with a tube power that is just sufficient to carry out an X-ray with the intended recording parameters within the specified permissible recording time.
  • the X-ray tube instead of operating the X-ray tube with a constant ratio for a recording between currents supplied by the electron sources 11 and 12, it is also possible to vary these currents during a recording in such a way that the current of the electron source (12), the is assigned to the smaller focal spot, decreases in time from a maximum value, while the current supplied by the other electron source (11) increases - at least within certain time limits - so that with a short exposure time the X-ray image has a higher resolution than with a longer exposure time .
  • the required time profiles of the two control signals could then be stored in the memory areas 41 and 42 as a sequence of digital data words. This would result in the best possible resolution with the respective recording parameters.
  • control units 21 and 22 control the electron sources 11 and 12 by varying their heating currents.
  • the heating currents of the electron sources can be kept constant and instead the grating biases can be varied as desired.
  • the difference between the resulting modulation transfer function and the modulation transfer function of the large focal spot is no longer significant if the current supplied by the electron source 11 is above 500 mA, ie around 50% of the maximum current of this electron source that a continuous variation is only possible in the range from 0 to 50% of the maximum current.
  • the modulation transfer function is to be varied over a wide range, it is expedient to use a further electron source whose focal spot is larger than the small and smaller than the large focal spot. If one then controls the further electron source accordingly instead of the electron source for the small focal spot, a variation in an even larger area of the modulation transfer function is possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Röntgengenerator zur Speisung einer Röntgenröhre (1), die wenigstens zwei Elektronenquellen (11,12) zur Erzeugung unterschiedlich großer Brennflecke an jeweils der gleichen Stelle der Anode aufweist. Dabei läßt sich eine Anpassung des Auflösungsvermögens an die jeweiligen Erfordernisse dadurch erreichen, daß jeder Elektronenquelle je eine Steuereinheit (21,22) zugeordnet ist, die einen von einem Steuersignal an einen Steuereingang der Steuereinheit abhängigen Strom zwischen der zugeordneten Elektronenquelle und der Anode (10) hervorruft, daß beide Steuereinheiten während einer Röntgenaufnahme wirksam sind und daß die Steuersignale und damit das Verhältnis zwischen den von den Elektronenquellen gelieferten mAs-Produkte einstellbar ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Röntgengenerator zur Speisung einer Röntgenröhre, die wenigstens zwei Elektronenquellen zur Erzeugung unterschiedlich großer Brennflecke an jeweils der gleichen Stelle der Anode aufweist.
  • Röntgenröhren, die zwei (oder mehr) Brennflecke an der gleichen Stelle der Anode erzeugen können, sind bekannt (DE-OS 28 50 583). Die bekannten Röntgengeneratoren zur Speisung solcher Röntgenröhren gestatten die Erzeugung von Röntgenaufnahmen mit entweder einem Kleineren oder einem größeren Brennfleck. Röntgenaufnahmen mit dem Kleineren Brennfleck haben ein besseres Auflösungsvermögen, Röntgenaufnahmen mit dem größeren Brennfleck hingegen haben kürzere Belichtungszeiten, weil der größere Brennfleck stärker belastbar ist und daher mehr Röntgenstrahlung erzeugt. Bei einer Röntgenaufnahme muß der Benutzer also jeweils entscheiden, welchen der beiden Brennflecke er einsetzen will.
  • In der Praxis gibt es aber Röntgenaufnahmen, die ein besseres Auflösungsvermögen erfordern als mit dem großen Brennfleck erzielbar und kürzere Belichtungszeiten, d.h. höhere Leistungen, als mit dem Kleineren Brennfleck erreichbar. Solche Aufnahmen könnten mit einer Röntgenröhre erzielt werden, die noch wenigstens eine Elektronenquelle aufweist, deren Brennfleckabmessungen zwischen denen des großen und des kleinen Brennflecks liegen. Solche Röntgenröhren sind aber aufwendig.
  • Weiterhin ist es aus der US-PS 3,882,339 bekannt, bei einer gittergesteuerten Röntgenröhre die Größe des Brennflecks durch die Spannung am Steuergitter zu variieren. Derartige Röntgenröhren sind bisher aber allenfalls für kleine Leistungen verfügbar.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Röntgengenerator für eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß das Auflösungsvermögen einerseits und die Leistung der Röntgenröhre andererseits mit einfachen Mitteln den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden können - und zwar unabhängig von der Spannung der Röntgenröhre. Ausgehend von einem Röntgengenerator und einer Röntgenröhre der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder Elektronenquelle je eine Steuereinheit zugeordnet ist, die einen von einem Steuersignal an einen Steuereingang der Steuereinheit abhängigen Strom zwischen der zugeordneten Elektronenquelle und der Anode hervorruft, daß beide Steuereinheiten während einer Röntgenaufnahme wirksam und voneinander unabhängig steuerbar sind und daß die Steuersignale und damit das Verhältnis zwischen den von den Elektronenquellen gelieferten mAs-Produkten einstellbar ist.
  • Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß für das Auflösungsvermögen einer Röntgenröhre nicht allein die Abmessungen des Brennflecks maßgeblich sind, in dem die Röntgenstrahlung emittiert wird, sondern in erheblichem Maße auch die räumliche Verteilung der Strahlungs- bzw. der Emissionsdichte in dem jeweils wirksamen Brennfleck. Es läßt sich zeigen, daß eine Erhöhung der Strahlungsintensität bzw. der Elektronendichte in einem kleinen Teilbereich des Brennflecks zu einer Erhöhung des Auflösungsvermögens im Bild führt, insbesondere, wenn dieser Teilbereich in der Mitte des Brennflecks liegt. Das bedeutet, daß eine mit einer derartigen Elektronendichteverteilung im Brennfleck erzeugte Röntgenaufnahme eine Modulationsübertragungsfunktion aufweist, die derjenigen einer Röntgenaufnahme entspricht, die mit einem Brennfleck mit homogener Elektronenverteilung und mit geringeren äußeren Abmessungen angefertigt wurde.
  • Bei der Erfindung werden die Elektronenquellen durch die sie steuernden Steuereinheiten so betrieben, daß die verschiedenen Brennflecke bei einer Röntgenaufnahme mit unterschiedlichem Gewicht wirksam werden, je nach dem mAs-Produkt (darunter wird das zeitliche Integral über den während einer Röntgenaufnahme von der Elektronenquelle zur Anode fließenden Strom verstanden), mit dem sie zur Aufnahme beitragen. Je stärker bei einer Röntgenröhre mit zwei Brennflecken der größere Brennfleck wirksam wird, desto geringer wird dabei zwar das Auflösungsvermögen, desto größer wird aber auch die für die Röntgenaufnahme zur Verfügung stehende Röhrenleistung. Durch diese unterschiedliche Gewichtung der Brennflecke können also Röntgenaufnahmen erzeugt werden, die hinsichtlich Röhrenleistung und Modulationsübertragungsfunktion den Aufnahmen einer Röntgenröhre entsprechen, deren Brennfleck (mit gleichmäßiger Elektronenverteilung) in seinen äußeren Abmessungen im Bereich zwischen dem kleinen und dem großen Brennfleck veränderbar ist.
  • Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß ein Röntgengenerator zur Speisung einer Röntgenröhre mit zwei unterschiedlich großen Brennflecken an jeweils der gleichen Stelle der Anode aus der US-PS 21 60 605 bereits bekannt ist. Dabei geht es darum, automatisch denjenigen der den beiden Brennflecken zugeordneten Heizfäden einzuschalten, der zu den vorgegebenen Aufnahmeparametern paßt. Zu diesem Zweck werden beide Heizfäden in parallelen mit nichtlinearen bzw. frequenzabhängigen Impedanzen versehenen Zweigen von einer gemeinsamen Versorgungsspannungsquelle derart gespeist, daß mit wachsender Versorgungsspannung zunächst der vom Heizfaden für den kleineren Brennfleck emittierte Heizstrom wächst, um beim Erreichen eines Maximalwertes sprungartig oder kontinuierlich abzunehmen. Der Heizfaden für den großen Brennfleck liefert bei kleinen Versorgungsspannugen zunächst keinen Strom. Erst wenn der Strom für den kleinen Brennfleck wieder abnimmt, beginnt der Strom mit der Versorgungsspannung zu steigen und zwar entweder abrupt oder kontinuierlich.
  • Beim kontinuierlichen Übergang können beide Heizfäden gleichzeitig einen Emissionsstrom liefern. Man hat aber nicht erkannt, daß das Auflösungsvermögen dieser Brennfleckkombination besser sein kann als das des großen Brennflecks, und man konnte diesen Effekt auch nicht ausnutzen, um das Auflösungsvermögen und die Leistung zu variieren, weil mit der Versorgungsspannung für die Heizfäden das Verhältnis der Emissionsströme aus den Heizfäden (und damit das Auflösungsvermögen) sowie die Summe der Emissionsströme (und damit die Leistung) festgelegt waren.
  • Weiterhin ist aus der US-PS 4 065 689 ein Röntgengenerator zur Speisung einer Röntgenröhre mit zwei gleichgroßen Brennflecken bekannt, die sich teilweise überlappen. Die Emissionsströme für die beiden Brennflecke sind einstellbar. Dadurch soll eine dort für besonders günstig gehaltene Intensitätscharakteristik erreicht werden, nämlich eine im wesentlichen gleichmäßige Intensität im Brennfleck. Das gleiche gilt für den dort erwähnten Stand der Technik, wonach ein großer und ein kleiner Brennfleck so überlagert werden, daß sich eine gleichmäßige Elektronenverteilung ergibt (bei einem Brennfleck kann die Elektronenverteilung in der Mitte oft niedriger sein als an den Rändern).
  • Bei der Erfindung läßt sich das Verhältnis zwischen den von den Elektronenquellen gelieferten mAs-Produkten, d.h., das Gewicht, mit dem die Brennflecke bei einer Röntgenaufnahme wirksam sind, auf verschiedene Weise einstellen. Eine erste Möglichkeit besteht nach einer Weiterbildung der Erfindung darin, daß die Steuereinheiten während einer Röntgenaufnahme gleichzeitig wirksam sind. Im einfachsten Fall liefern die beiden Elektronenquellen gleichzeitig einen während der Röntgenaufnahme konstanten Strom. - Eine andere Möglichkeit besteht nach einer Weiterbildung der Erfindung darin, daß die Steuereinheiten während einer Aufnahme nacheinander wirksam sind. Wenn es gelingt, die Steuerung der Elektronenquellen durch die Steuereinheit genügend schnell zu machen (z.B. mittels eines Gitters), würde eine einzige Steuereinheit genügen, die die Elektronenquellen während einer Aufnahme nacheinander steuert.
  • Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß ein Speicher vorgesehen ist, in dem für Röntgenaufnahmen mit unterschiedlichen Aufnahmeparametern unterschiedliche Kombinationen von Steuersignalen für die Steuereinheiten gespeichert sind, und daß bei einer Röntgenaufnahme die den jeweils vorgegebenen Aufnahmeparametern zugeordnete Kombination der Steuersignale aufgerufen wird. Damit ist es möglich, bei Röntgenaufnahmen mit beliebig vorgebbaren Aufnahmeparametern die Elektronenquellen stets so durch die Steuereinheiten zu steuern, daß sich die jeweils optimale Kombination von Modulationsübertragungsfunktion und Röhrenleistung ergibt.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert, die schematisch ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Röntgengenerators darstellt.
  • Die Zeichnung zeigt einen eine Röntgenröhre 1 speisenden Hochspannungserzeuger 2, der bei einer Röntgenaufnahme für die Anode 10 eine positive und für die Kathode eine negative Hochspannung (jeweils auf Masse bezogen) liefert. Die vom Hochspannungserzeuger 2 erzeugte Hochspannung ist durch ein Signal U an seinem Steuereingang einstellbar.
  • Die Kathode umfaßt zwei Elektronenquellen 11 und 12, beispielsweise zwei Heizfäden, die einen Elektronenstrom emittieren, wenn sie durch jeweils einen Heizstrom erhitzt werden. Die von den Elektronenquellen gelieferten Elektronenströme treffen auf einen bestimmten Bereich der Anode 10 auf und definieren dadurch jeweils einen Brennfleck. Die Brennflecke sind konzentrisch zueinander angeordnet, d.h. der kleine Brennfleck, der von der Elektronenquelle 12 erzeugt werden möge, liegt in der Mitte des großen Brennflecks (von der Elektronenquelle 11). Die Brennflecke sind - von der Strahlenaustrittsrichtung her betrachtet, die durch den gestrichelten Pfeil 13 symbolisiert wird - quadratisch. Röntgenröhren dieser Art sind allgemein bekannt und z.B. in der DE-OS 28 50 583 beschrieben.
  • Es sei angenommen, daß der von der Elektronenquelle 11 erzeugte Brennfleck ein 1,1mm-Brennfleck ist (d.h., er hat - von der Strahlenaustrittsrichtung her gesehen - Abmessungen von 1,1 mm * 1,1 mm) und daß der kleine Brennfleck ein 0,4mm-Brennfleck ist. Das Verhältnis der Brennfleck größen sollte nicht wesentlich größer sein, weil sich andernfalls die Modulationsübertragungsfunktion relativ wenig durch die Gewichtung der Brennflecke beeinflussen läßt.
  • Bei einer typischen Röntgenröhre kann dann bei einer Röhrenspannung von 80 kV der höchstzulässige Wert des von der Elektronenquelle 11 gelieferten Elektronenstromes 1000 mA betragen und des von der Elektronenquelle 12 gelieferten Stroms 230 mA.
  • Wenn die Elektronenquelle 11 abgeschaltet ist, kann die Elektronenquelle 12 ihren maximalen Strom von 230 mA liefern. Das Auflösungsvermögen entspricht dann naturgemäß dem Auflösungsvermögen des kleinen Brennflecks, d.h. eines 0,4 mm Brennflecks mit gleichmäßiger Elektronendichte. Die Röhrenleistung beträgt dabei ca. 18,4 kW.
  • Wenn stattdessen der von der Elektronenquelle 11 gelieferte Strom 10 % des dafür zulässigen Höchstwertes beträgt, d.h. 100 mA, dann muß der von der Elektronenquelle 12 gelieferte Elektronenstrom geringfügig reduziert werden, damit die Anode nicht überhitzt wird - etwa auf 200 mA.Obwohl der auf diese Weise gebildete überlagerte Brennfleck die äußeren Abmessungen des großen Brennflecks (1,1 mm) hat, hat er eine Modulationsübertragungsfunktion, die etwa derjenigen eines 0,5 mm Brennflecks mit gleichmäßiger Elektronendichte entspricht. Die (bezogen auf die Modulationsübertragungsfunktion) effektive Größe des überlagerten Brennflecks wäre also 0,5 mm. Die Röhrenleistung beträgt dann etwa 26 kW.
  • Wird der von der Elektronenquelle 11 gelieferte Strom auf 300 mA erhöht, muß der von der Elektronenquelle 12 gelieferte Strom weiter reduziert werden, um eine Überlastung der Anode zu vermeiden, beispielsweise auf 175 mA. Die Modulationsübertragungsfunktion dieses Brennflecks mit einer erhöhten Elektronendichte im Zentrum entspricht dann derjenigen eines 0,6 mm Brennflecks mit gleichmäßiger Elektronendichte. Die Röhrenleistung beträgt 38 kW.
  • Eine weitere Erhöhung des Stroms von der Elektronenquelle 11 auf 500 mA bei gleichzeitiger Erniedrigung des Stroms von der Elektronenquelle 12 auf 125 mA führt zu einem Brennfleck, dessen Modulationsübertragungsfunktion derjenigen eines 0,8 mm Brennflecks mit homogener Elektronenverteilung entspricht. Die Röhrenleistung beträgt dann - bei der erwähnten Röhrenspannung von 80 kV - schon 50 kW.
  • Bei einer größeren oder Kleineren Röhrenspannung als 80 kV müssen die von den Elektronenquellen gelieferten Ströme entsprechend der Belastbarkeit der Röntgenröhre niedriger oder höher sein. Allerdings werden bei niedrigen Röhrenspannungen (z.B. 40 kV) die im Hinblick auf die Belastbarkeit zulässigen Werte der Ströme infolge von Raumladungseffekten nicht erreicht.
  • Die Heizströme, die die Temperatur der Elektronenquellen 11 und 12 und damit die von diesen emittierten Ströme bestimmen, werden von je einer Steuereinheit 21 bzw. 22 geliefert. Diese Steuereinheiten umfassen (nicht näher dargestellt) je einen Heizstromwandler, dessen Primär- und Sekundärwicklungen so voneinander isoliert sind, daß die Primärwicklung Erdpotential führen kann, während die Sekundärwicklung auf negativer Hochspannung liegt. Außerdem umfassen die Steuereinheiten je einen Regelkreis, der bewirkt, daß der Heizstrom, den die Steuereinheit 21 bzw. 22 für die Elektronenquelle 11 bzw. 12 liefert, dem Steuersignal Ih1 bzw. Ih2 am Steuereingang dieser Einheit proportional ist. Somit bestimmen die Steuersignale Ih1 und Ih2 auch den Elektronenstrom zwischen den Elektronenquellen 11 bzw. 12 einerseits und der Anode 10 andererseits.
  • Die Steuersignale Ih1 bzw. Ih2 werden den Steuereinheiten 21 bzw. 22 über je einen Digital-Analog-Wandler 31 bzw. 32 zugeführt. Die Eingänge dieser Analog-Digital-Wandler sind mit einer Speichereinheit 4 verbunden, aus der die Steuersignale Ih1 bzw. Ih2 (in digitaler Form) in Abhängigkeit von vorgegebenen Parametern der Röntgenaufnahme ausgelesen werden. Die Speichereinheit 4 umfaßt für jede Elektronenquelle 11 bzw. 12 einen Speicherbereich 41 bzw. 42. In jedem dieser Speicherbereiche sind für verschiedene Spannungen an der Röntgenröhre diejenigen Steuersignale Ih1 und Ih2 gespeichert, die - wie vorstehend für eine Röhrenspannung von 80 kV erläutert - zu verschiedenen Strömen aus den Elektronenquellen führen. Die Adressen, unter denen die Steuersignale gespeichert sind, werden von einem Adressengenerator 50 geliefert, der Teil eines Rechnersystems (5) sein kann, mit dem auch sämtliche übrigen Funktionen des Röntgengenerators gesteuert werden.
  • Der Adressengenerator 50 kann so ausgestaltet sein, daß er nach Vorgabe der effektiven Größe f des Brennflecks (der bei homogener Elektronenverteilung zu dem gewünschten Auflösungsvermögen führt) und der Spannung U an der Röntgenröhre die Heizstromwerte Ih1 und Ih2 aufruft, welche die dieser Kombination von U und f zugeordneten Ströme zwischen Kathode und Anode der Röntgenröhre 1 fließen lassen. Wird beispielsweise ein Wert f=0,6 mm und U=80 kV vorgegeben, dann werden aus den Speicherbereichen 41 und 42 diejenigen Steuersignale Ih1 bzw. Ih2 aufgerufen, bei denen aus der Elektronenquelle 11 ein Strom von 300 mA und aus der Elektronenquelle 12 ein Strom von 175 mA emittiert wird. Die Röhrenleistung hat dabei den größten Wert, mit dem die Röntgenröhre 1 für die vorgegebene Modulationsübertragungsfunktion betrieben werden kann.
  • Es leuchtet ein, daß anstelle der effektiven Brennfleckgröße auch ein andererer Aufnahmeparameter vorgegeben werden kann, beispielsweise die geometrische Unschärfe, die außer von der Größe f des Brennflecks noch von den Abständen zwischen Röntgenstrahler und Film sowie zwischen Röntgenstrahler und Aufnahmeobjekt abhängt. Die beiden letzteren Größen können erforderlichenfalls durch eine gesonderte Meßeinrichtung erfaßt werden.
  • Es ist aber auch möglich, ganz andere Aufnahmeparameter vorzugeben, beispielsweise die Röhrenspannung, die längste im Hinblick auf die Bewegungsunschärfe tolerierbare Aufnahmezeit und das mAs-Produkt der von den beiden Elektronenquellen gelieferten Ströme. Beträgt beispielsweise die Röhrenspannung 80 kV, die zulässige Aufnahmedauer 100 ms und das mAs-Produkt 62,5 mAs, dann errechnet sich daraus für die zulässige Aufnahmedauer ein Strom von 625 mA, der sich mit 125 mA aus der Elektronenquelle 12 und mit 500 mA aus der Elektronenquelle 11 ergibt. Die resultierende Aufnahme hat dann eine Modulationsübertragungsfunktion, die derjenigen einer Röntgenaufnahme mit einem 0,8 mm Brennfleck mit gleichmäßiger Elektronenverteilung entspricht. - Bei dieser Zuordnung erzielte Röntgenaufnahmen haben also das bestmögliche Auflösungsvermögen bei einer Röhrenleistung, die gerade noch ausreicht, um eine Röntgenaufnahme mit den vorgesehenen Aufnahmeparametern innerhalb der vorgegebenen zulässigen Aufnahmedauer auszuführen.
  • Vorstehend wurde davon ausgegangen, daß die Heizströme bzw. der daraus resultierende Anodenstrom während der Aufnahme konstant sind. Um bei einer länger dauernden Röntgenaufnahme die Röntgenröhre nicht thermisch zu überlasten, kann es aber zweckmäßig sein, die von den Elektronenquellen gelieferten Ströme gemeinsam nach einer bestimmten Zeitfunktion abzusenken. Ein entsprechender zeitlicher Verlauf ließe sich einfach dadurch realisieren, daß multiplizierende Analog-Digital-Wandler 31 bzw. 32 verwendet werden, denen außer den Digitalwerten aus den Speicherbereichen 41 und 42 je ein Multiplikationssignal mit geeignetem zeitlichen Verlauf zugeführt wird, derart, daß der Quotient der von den Elektronenquellen 11 und 12 gelieferten Ströme und damit die Modulationsübertragungsfunktion während der Aufnahme konstant bleibt.
  • Anstatt die Röntgenröhre mit einem für eine Aufnahme jeweils konstanten Verhältnis zwischen von den Elektronenquellen 11 und 12 gelieferten Strömen zu betreiben, ist es auch möglich, diese Ströme während einer Aufnahme zeitlich in der Weise zu variieren, daß der Strom der Elektronenquelle (12), die dem kleineren Brennfleck zugeordnet ist, von einem Maximalwert ausgehend zeitlich abnimmt, während der von der anderen Elektronenquelle (11) gelieferte Strom - zumindest innerhalb gewisser zeitlicher Grenzen - zunimmt, so daß bei einer kurzen Belichtungszeit die Röntgenaufnahme ein größeres Auflösungsvermögen aufweist als bei einer längeren Belichtungszeit. Die erforderlichen zeitlichen Verläufe der beiden Steuersignale könnten dann in den Speicherbereichen 41 und 42 als Folge digitaler Datenworte gespeichert sein. Dabei würde sich das bei den jeweiligen Aufnahmeparametern bestmögliche Auflösungsvermögen ergeben.
  • Im vorstehenden wurde davon ausgegangen, daß die Steuereinheiten 21 und 22 die Elektronenquellen 11 und 12 dadurch steuern, daß sie deren Heizströme variieren. Wenn die Röntgenröhre jedoch getrennt steuerbare Gitter enthält, können die Heizströme der Elektronenquellen konstant gehalten und stattdessen die Gittervorspannungen in der gewünschten Weise variiert werden.
  • Bei einer Röntgenröhre mit den angegebenen Brennfleckabmessungen ist der Unterschied der resultierenden Modulationsübertragungsfunktion zu der Modulationsübertragungsfunktion des großen Brennflecks nicht mehr wesentlich, wenn der von der Elektronenquelle 11 gelieferte Strom oberhalb von 500 mA, d.h. von rund 50 % des Maximalstroms dieser Elektronenquelle ist, so daß eine kontinuierliche Variation nur im Bereich von 0 bis 50 % des Maximalstroms möglich ist. Wenn die Modulationsübertragungsfunktion in einem breiteren Bereich variiert werden soll, ist es zweckmäßig, eine weitere Elektronenquelle zu verwenden, deren Brennfleck größer als der kleine und kleiner als der große Brennfleck ist. Wenn man dann anstelle der Elektronenquelle für den Kleinen Brennfleck die weitere Elektronenquelle entsprechend steuert, ist eine Variation in einem noch größeren Bereich der Modulationsübertragungsfunktion möglich.

Claims (5)

  1. Röntgengenerator zur Speisung einer Röntgenröhre (1), die wenigstens zwei Elektronenquellen (11,12) zur Erzeugung unterschiedlich großer Brennflecke an jeweils der gleichen Stelle der Anode (2) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß jeder Elektronenquelle (11,12) je eine Steuereinheit (21,22) zugeordnet ist, die einen von einem Steuersignal (Ih1, Ih2) an einen Steuereingang der Steuereinheit abhängigen Strom zwischen der zugeordneten Elektronenquelle (11,12) und der Anode (2) hervorruft, daß beide Steuereinheiten während einer Röntgenaufnahme wirksam und voneinander unabhängig steuerbar sind und daß die Steuersignale und damit das Verhältnis zwischen den von den Elektronenquellen gelieferten mAs-Produkte einstellbar ist.
  2. Röntgengenerator nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (41,42) vorgesehen ist, in dem für Röntgenaufnahmen mit unterschiedlichen Aufnahmeparametern unterschiedliche Kombinationen von Steuersignalen (Ih1,Ih2) für die Steuereinheiten (21,22) gespeichert sind und daß bei einer Röntgenaufnahme die den jeweils vorgegebenen Aufnahmeparametern zugeordnete Kombination der Steuersignale aufgerufen wird.
  3. Röntgengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheiten während einer Röntgenaufnahme gleichzeitig wirksam sind.
  4. Röntgengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheiten während einer Aufnahme nacheinander wirksam sind.
  5. Röntgengenerator nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale während einer Aufnahme zeitlich veränderbar sind.
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