NL8304028A - Roentgenstralenbuis met een instelbare brandvlek. - Google Patents

Description

1 i ,-j*i * Ν.0. 32.177 Röntgenstralenbuis met een instelbare brandvlek.

De uitvinding betreft een röntgenstralenbuis met een brandvlek, die wat betreft positie en afmeting instelbaar is.

5 Gebruikelijke röntgenstralenbuizen bevatten een bron voor een bun del elektronen, die onder de invloed van een hoogspanning botsen tegen een anodekonstruktie. De anode zendt in responsie op de botsende elektronen röntgenstralen uit.

Het is bekend in röntgenbuizen meerdere brandvlekken te verschaf-10 fen, teneinde röntgenbundels in meerdere trajekten op te wekken.

Bij een soort röntgenstralenbuis met meervoudige brandvlek worden meerdere onafhankelijk te sturen verwarm!ngskathoden toegepast. Een voorbeeld van een dergelijk stelsel is te vinden in het Duitse octrooi* schrift 406.067, waarin de gloeidraden die de kathode verhitten kunnen 15 worden gevoed door afzonderlijke verwarmingsstroombronnen, of in serie kunnen worden geschakeld en selektief vanuit een gemeenschappelijke bron via een schakelaar met verwarmingsstroom kunnen worden gevoed. Een ander voorbeeld is te vinden in het Amerikaanse octrooischrift 3.452.232, die het gebruik toont van meervoudige kathoden, elk voorzien van een gloei-20 draadelement voor het opwekken van meerdere brandvlekken.

Een ander gebruikelijk type van een stelsel met meervoudige brandvlek maakt gebruik van meerdere gloeidraadelementen met ofwel een enkele kathodekonstruktie of meerdere kathodekonstrukties. Voorbeelden van deze stelsels zijn te vinden in de Amerikaanse octrooischriften 4.315.154, 25 4.109.151 en 3.649.861.

Weer een andere techniek voor het verschaffen van een verplaatsbare brandvlek wordt geopenbaard in het Amerikaanse octrooischrift 4.128.781, dat een röntgenstralenbuis toont, waarin de verplaatsing van het brandpunt in de afstand wordt uitgevoerd zonder de röntgenstralenbuis zelf te 30 verplaatsen, door de kathode langs een gebogen baan te bewegen ten op*· zichte van de anode. Een soortgelijk stelsel is weergegeven in het Amerikaanse octrooischrift 4.072.875, waarin middelen worden toegepast voor het veranderen van het punt waar de elektronenbundel de anode treft door verplaatsing van de anode ten opzichte van de andere onderdelen van 35 de buis.

Ook kan een enkele elektronenbundel worden afgebogen naar gekozen brandpuntgebieden teneinde een meervoudig brandvlekstelsel te verkrijgen. Een voorbeeld hiervan is te vinden in het Amerikaanse octrooischrift 4.048.496, dat een röntgenstralenbuis openbaart met een elek-40 tronenbundel die gericht kan worden naar gekozen doelen van een stel 3 ö 0 > 0 2 8

_._._J

' 2 doelen teneinde röntgenstralen te verkrijgen met gekozen golflengtespek-tra. De bundel wordt In dit Amerikaanse octrooi gericht onder toepassing van afbuigplaten 26. Nog een voorbeeld wordt gegeven in het Amerikaanse octrooischrift 4.229.657, waarin een elektronenbundel wordt afgebogen 5 teneinde een verplaatsbare botsingszone op de doelanode te verkrijgen. De afbuiginrichting maakt gebruik van een magnetisch stelsel, dat een roterend magnetisch veld toepast teneinde de emissie van fotonen in verschillende richtingen teweeg te brengen, ofwel na elkaar ofwel gelijktijdig. Tenslotte toont het Amerikaanse octrooischrift 3.250.916 een 10 stelsel waarin een enkele kathodekonstruktie een enkele bundel elektronen opwekt vanuit een enkele gloeidraad, waarin een paar afbuigplaten aan weerszijden van de kathode is opgesteld en door middel van geleidende dragers met externe geleiders zijn verbonden voor het aan de afbuigplaten toevoeren van variabele elektrische spanningen. De spanningen op 15 de afbuigplaten worden zodanig gevarieerd, dat een kontinue of een intermitterende bundel elektronen vanuit de gloeidraad afwisselend kan worden geschakeld tussen twee brandvlekken die op afstand van elkaar op het doel van de anode zijn gelegen.

De bovenbeschreven stelsels zijn in zoverre nadelig, dat zij meer-20 dere kathoden vereisen, meerdere gloeidraden, of het gebruik van afbuigplaten voor het afbuigen van de elektronenbundel, waardoor een relatief groot aantal konstruktiekomponenten wordt vereist.

Bovendien zullen in de stelsels die afbuigplaten gebruiken, zoals bijvoorbeeld in de Amerikaanse octrooischriften 4.048.496 en 3.250.916, 25 de elektronenbundel een aanmerkelijke hoeveelheid energie hebben gekregen als de elektronen het afbuiggebied binnentreden, omdat de afbuigplaten op een relatief grote afstand van de kathode zijn gelegen, waardoor een aanmerkelijke spanning nodig is om de bundel af te buigen. Omdat de afbuigplaten moeten worden geplaatst tussen de kathode en de anode wordt 30 een relatief grote afstand tussen de kathode en de anode vereist, wat bij bepaalde toepassingen leidt tot dimensioneringsproblemen. Verder leidt de grote kathode-anode-afstand tot een grotere dan normale brand-vlekafmeting, wat op zijn beurt een komplex en kostbaar optisch stelsel voor de elektronenbundel noodzakelijk maakt ter kompensatie van deze 35 relatief grote brandvlek. Bij bepaalde toepassingen met hoog vermogen, waarbij roterende anodedoelen worden gebruikt, kan roosterbesturing noodzakelijk worden om oververhitting van de anode te voorkomen. De bovenbeschreven stelsels, die van afzonderlijke afbuigelektroden gebruik maken, bezitten het extra nadeel dat roosterbesturing een totaal van 40 vijf draden zou vereisen - twee voor de gloeidraad, een voor de anode 8304028 3 <i beker, en twee voor de afbuigelektroden - terwijl de gebruikelijke rönt-genbuizen en hoogspanningskomponenten slechts vier draden gebruiken. Een vijfdradenstelsel zou derhalve leiden tot een grotere komplexiteit en tot hogere kosten wat betreft de hoogspanningskabel en de konnektor die 5 het vermogen van de hoogspanningsbron aan de röntgenstralenbuis moet leveren. Ook in bijvoorbeeld het Amerikaanse octrooischrift 3.250.916, waarvan de uitvinding betrekking heeft op stereoscopische radiografie waarin de afstand tussen de brandvlekken overeenkomt met de afstand tussen de ogen, dat wil zeggen de interpupillaire afstand, waarbij de grote 10 kathode-anode-afstand geschikt is voor deze toepassing, is een dergelijke grote afstand ongeschikt voor andere toepassingen waarin de afstand tussen de brandvlekken betrekkelijk klein moet zijn, bijvoorbeeld van de orde van 1-2 mm.

Een van de doeleinden van de onderhavige uitvinding is daarom het 15 opheffen van de bovenbeschreven nadelen van de gebruikelijke röntgenstralenstelsels met meerdere brandvlekken.

De uitvinding beoogt derhalve een röntgenstraleninrichting met meerdere brandvlekken te verschaffen, welke inrichting minder onderdelen bevat en eenvoudig van konstruktie is.

20 Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een rönt genstraleninrichting met meerdere brandvlekken, voorzien van een enkele kathode, een enkele gloeidraad en afbuigmiddelen die een geheel vormen met de kathodekonstruktie.

Nog een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen 25 van een röntgenstraleninrichting met meerdere brandvlekken, waarin de afbuiging van de elektronenbundel kan worden verkregen in een stelsel met een relatief kleine kathode-anode-afstand.

Nog een doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een röntgenstraleninrichting met meervoudige brandvlek, waarin de afbui-30 ging van de elektronenbundel kan worden verkregen door toepassing van een relatief lage voorspanning.

Nog een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een röntgenstraleninrichting met meervoudige brandvlek, waarin de elektronenbundel wordt afgebogen naar meerdere brandvlekken en waarin 35 een roosterbesturing kan worden verkregen onder toepassing van slechts vier geleiders.

Nog een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een röntgenstraleninrichting met meervoudige brandvlek waarin de afmeting van de brandvlek kan worden gevarieerd met behulp van een lage voor-40 spanning.

$ ” -· > \ Λ 0 Q

4

Een verdere bestudering van de beschrijving en de bijgevoegde conclusies, zullen verdere doelen, bijzonderheden en voordelen duidelijk maken aan de deskundige op het gebied van de onderhavige uitvinding.

Bovengenoemde en andere doeleinden, bijzonderheden en voordelen van 5 de onderhavige uitvinding worden volgens één aspekt daarvan bereikt door het verschaffen van een rbntgenstralenbuis met een geëvakueerde kamer, waarin een anode is geplaatst voor het opwekken van röntgenstralen in responsie op elektronen die tegen de anode botsen en waarin eveneens een kathode is geplaatst, die voorzien is van elektronenemissiemiddelen voor 10 het emitteren van elektronen die tegen de anode botsen. De elektronenemissiemiddelen bestaan bij voorkeur uit een enkele gloeidraad. De kathodebeker is voorzien van eerste en tweede delen, die elektrisch van elkaar zijn geïsoleerd, terwijl de elektronenemissiemiddelen of gloeidraad elektrisch geïsoleerd zijn van tenminste een van de delen van de 15 anodebeker. De elektrische isolatie tussen de eerste en tweede delen van de anodebeker kan bestaan uit een spleet tussen deze delen. De elektronenemissiemiddelen of gloeidraad kan ook van beide delen van de anodebeker elektrisch zijn geïsoleerd. Voor het toevoeren van een spanning aan de gloeidraad en de anodebeker en het veranderen van de afmeting en 20 de positie van het gebied waar de elektronenbundel tegen de anode botst worden voorspanningsmiddelen toegepast. De voorspanningsmiddelen kunnen bestaan uit eerste voorspanningsmiddelen voor het toevoeren van een spanning tussen de gloeidraad en het eerste deel van de anodebeker en tweede voorspanningsmiddelen voor het toevoeren van een spanning tussen 25 de gloeidraad en het tweede deel van de anodebeker. Ook kunnen de voorspanningsmiddelen afwisselend werken voor het onderbreken van de stroom tussen de gloeidraad en de anode. De anode kan ofwel stationair zijn ofwel draaibaar ten opzichte van de kathode.

De tekeningen tonen als voorbeeld uitvoeringsvormen van de onder4 30 havige uitvinding.

Fig. 1 toont een voorbeeld van een bekende röntgenstralenbuis met een meervoudige brandvlek, waarin afbuigplaten tussen de kathode en de anode zijn geplaatst; fig. 2 toont een dwarsdoorsnede van de inrichting volgens de onder-35 havige uitvinding; fig. 3 toont een schakeling voor het sturen van de inrichting volgens fig. 2.

In fig. 1 is een bekende röntgenstralenbuis 19 weergegeven met meervoudige brandvlek, waarin een enkele kathodekonstruktie 1 een enkele 40 elektronenbundel produceert vanuit een enkele gloeidraad 3. Aan weers- 8304328 5 zijden van de kathode 3 is een paar afbuigplaten 11 en 13 geplaatst, die door middel van geleidende dragers 15 respektievelijk 17 zijn verbonden met uitwendige geleiders voor het toevoeren van variabele elektrische potentialen aan de afbuigplaten 11 en 13. De potentialen op de platen 11 5 en 13 worden zodanig gevarieerd, dat een kontinue of intermitterende elektronenbundel van de gloeidraad 3 afwisselend kan worden geschakeld tussen de brandvlekken 7 en 9, die op afstand van elkaar op de anode 5 zijn gelegen. Opmerking verdient, dat indien roosterbesturing in het stelsel volgens fig. 1 noodzakelijk zou zijn, de weergegeven elektrische 10 verbinding tussen een zijde van de gloeidraad 3 en de kathodebeker 1 onderbroken zou moeten worden, terwijl een vijfde draad op de anodebeker zou moeten worden aangesloten.

Fig. 2 toont de konstruktie van een r'dntgenstralenbuis volgens de onderhavige uitvinding, waarin de positie van de brandvlek over de anode 15 kan worden verplaatst door het toevoeren van een lage spanning aan de kathode-voorspanningsbeker. Fig. 2 toont de voorkeursuitvoeringsvorm, waarin de kathodevoorspanningsbeker 33 een eerste deel 27 bezit en een tweede deel 29, die elektrisch van elkaar en van de gloeidraad 31 zijn geïsoleerd. Als de gloeidraad 31 wordt verhit worden elektronen volgens 20 een bundel 25 uitgezonden, die de anode 21 treffen in een gebied dat de brandvlek 23 vormt. De anode 21 bestaat in het algemeen uit wolfraam of een wolfraamlegering en kan stationair zijn, maar ook roterend.

De gloeidraad 31 moet elektrisch van tenminste een van de twee ' delen 27, 29 van de anodebeker 33 zijn geïsoleerd. Ook kan de gloeidraad 25 31 elektrisch van beide anodebekerdelen zijn geïsoleerd.

Fig. 3 toont een elektrische schakeling 35 voor het sturen van de baan van de elektronenbundel 25 als deze naar de anode 21 wordt ver1* sneld. De elektrische schakeling omvat voorspanningstoevoermiddelen 37 en 39 voor het ten opzichte van de gloeidraad 31 sturen van de kathode-30 bekerdelen 27 respektievelijk 29. De hoogspanningstoevoermiddelen 43 sturen de anode 21 positief ten opzichte van de gloeidraad 31. De roosters tuurmiddelen 41 werken zodanig pulserend, dat de elektronenbundel 25 kan worden ingeschakeld en uitgeschakeld door de gloeidraad 31 positief ten opzichte van de anodebekerdelen 27 en 29 voor te spannen. Een posi-35 tieve voorspanning van ongeveer 4 kilovolt zal de elektronenstroom onderbreken als de anodespanning wordt ingesteld op 150 kilovolt. De bekerelektroden 27 en 29 voor de kathodevoorspanning worden gelijk aan of negatief ten opzichte van de gloeidraad 31 voorgespannen. Als bijvoorbeeld de kathodevoorspanningsbeker 27 zich op gloeidraadpotentiaal 40 bevindt en de kathodevoorspanningsbeker 29 negatief is zal de positie

Q 'J j i» O

6 * van de brandvlek op de kathode naar rechts in fig. 2 verschuiven en naar boven in fig. 3. Als de potentialen van de kathodevoorspanningsbeker 27 en 29 worden omgekeerd zal de afbuigrichting van de brandvlek eveneens omkeren. Vanwege de onmiddellijke nabijheid van de kathodebekers en de 5 gloeidraad zal een voorspanning van slechts ongeveer 100 volt de bundel over ongeveer 1 mm afbuigen. Ter vergelijking wordt verwezen naar de spanning die noodzakelijk is om de bundel af te buigen in een stelsel dat in fig. 1 is weergegeven, waarin de vereiste spanning is gelegen in het gebied van meerdere kilovolt.

10 Volgens de onderhavige uitvinding kan de afmeting en de positie van de brandvlek bijvoorbeeld worden gestuurd door de kathodevoorspanningsbeker 27 weergegeven in fig. 2 op een lage negatieve spanning in te stellen (bijvoorbeeld ongeveer 30-50 volt) in plaats van hieraan de gloeidraadspanning toe te voeren, zoals hierboven is beschreven, terwijl 15 tegelijkertijd de tegenover gelegen kathodevoorspanningsbeker 29 wordt ingesteld op enkele honderd volt negatief. Als de kathodevoorspannings-bekers op deze potentialen zijn ingesteld kan de brandvlekpositie voor de verschuiving worden bestuurd, zoals hierboven is beschreven, en kan verder zijn afmeting worden gereduceerd in de richting parallel aan de 20 richting van zijn verschuiving door het fokusseringseffekt van de twee negatieve voorgespannen kathodevoorspanningsbekers 27 en 29.

De voorspanningstoevoermiddelen 37 en 39 kunnen computergestuurd zijn waardoor een automatische besturing mogelijk is van de breedte van en de positie van de brandvlek 23 naar een groot aantal plaatsen.

25 In de voorkeursuitvoeringsvorm wordt de kathodekonstruktie volgens de uitvinding ondergebracht binnen het kader van een gebruikelijke röntgenstralenbuis van het type met roterende anode, waarin de azimuthale positie en de breedte van de brandvlek stuurbaar kunnen worden gevarieerd. Een dergelijke röntgenstralenbuis vindt nuttige toepassingen bij 30 CT-scanners, waarin de ruimtelijke resolutie van de CT- beelden worden verbeterd door toepassing van een röntgenstralenbuis met het dubbele aantal of meervoudige brandvlekken.

Opmerking verdient, dat indien roosterwerking bij bepaalde toepas1-singen van de röntgenstralenbuis volgens de uitvinding wenselijk is, dit 35 het gebruik van slechts vier draden in de buis vereist. Dit staat in tegenstelling tot het in fig. 1 weergegeven bekende stelsel, waarin een totaal van vijf draden noodzakelijk is voor het verkrijgen van rooster-besturing, omdat de elektrische aansluiting tussen een zijde van gloeidraad 3 en anodebeker 1 moet worden onderbroken en een vijfde draad met 40 de kathodebeker moet worden verbonden. Er is dus een draad nodig voor 83 0 40.28 t 7 - .....

elk van de afbuigelektroden, terwijl verder drie draden noodzakelijk zijn voor de gloeidraad en de anodebeker.

Uit de bovenstaande beschrijving kan een deskundige gemakkelijk de 5 essentiële kenmerken van de onderhavige uitvinding afleiden terwijl hij zonder buiten het kader van de uitvinding te treden, verschillende wij^* zigingen en aanvullingen van de uitvinding kan aanbrengen om deze aan bepaalde toepassingen en omstandigheden aan te passen.

83 ~ ' 0 2 8

Claims (10)

1. Röntgenstralenbuis voorzien van een geëvakueerde kamer, een anode geplaatst in de geëvakueerde kamer voor het opwekken van röntgen- 5 stralen in responsie op elektronen die tegen de anode botsen en een kathode geplaatst in de geëvakueerde kamer, voorzien van elektronen-emissiemiddelen voor het uitzenden van elektronen die op de genoemde anode botsen, met het kenmerk, dat de kathode een beker omvat met eerste en tweede delen, die elektrisch van elkaar zijn geïso- 10 leerd en dat de elektronenemissiemiddelen van tenminste een van de genoemde delen van de kathodebeker zijn geïsoleerd.

2. Inrichting volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de genoemde elektronenemissiemiddelen bestaan uit een enkele gloei-draad.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de elektrische isolatie tussen de eerste en de tweede delen van de anodebeker wordt gevormd door een spleet tussen deze delen.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de genoemde gloeidraad elektrisch geïsoleerd is van beide genoemde 20 delen van de genoemde anodebeker.

5. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de voorspanningsmiddelen voor het toevoeren van een spanning tussen de genoemde gloeidraad en de genoemde anodebeker de plaats verandert waar de genoemde elektronenbundel op de anode botst.

6. Inrichting volgens conclusie 3, gekenmerkt door voorspanningsmiddelen voor het toevoeren van een spanning tussen de genoemde gloeidraad en de genoemde kathodebeker voor het wijzigen van de afmeting van het botsingsgebied van de elektronenbundel op de anode.

7. Inrichting volgens conclusie 4, gekenmerkt door 30 eerste voorspanningsmiddelen voor het aanleggen van een spanning tussen de genoemde gloeidraad en het genoemde eerste deel van de kathodebeker en tweede voorspanningsmiddelen voor het aanleggen van een spanning tussen de genoemde gloeidraad en het tweede deel van de genoemde kathodebeker .

8. Inrichting volgens conclusie 4, gekenmerkt door voorspanningsmiddelen voor het onderbreken van de stroom tussen de genoemde gloeidraad en de anode.

9. Inrichting volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de genoemde anode kan draaien ten opzichte van de genoemde kathode. 40

10. Röntgenstralenbuis voorzien van een geëvakueerde kamer, een 8304028 r. :>«|J 9 p anode, geplaatst In de genoemde geëvakueerde kamer voor het opwekken van röntgenstralen In responsie op elektronen die tegen de anode botsen en een kathode geplaatst in de geëvakueerde kamer met een gloeidraad voor het emitteren van elektronen die op de anode hotsen, met het 5 kenmerk, dat de kathode middelen omvat die een geheel met de genoemde kathode vormen voor het afbuigen van de stroom elektronen naar te kiezen brandvlekgebieden op de anode· ***** a X f. Λ ' 0 Q V Ö > i. O