Röntgenstrahler

Abstract

 Die Erfindung betrifft Röntgenstrahler, die als eigent­liche Strahlenquelle eine Drehanoden-Röntgenröhre (1) enthalten. Dabei wird konstante Abgabe eines einheit­lichen Strahlenbündels (22) angestrebt. Dies wird nach der Erfindung erreicht, indem der Brennfleck (21) der Röhre (1) mittels des Magnetfeldes einer Spule (32) am seitlichen Auswandern aus einem vorgegebenen Punkt ge­hindert wird. Die Erfindung ist besonders für die Sta­bilisierung von Röntgenstrahlern für die Röntgendiagno­stik, insbesonder Computertomographie, günstig.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Röntgenstrahler nach dem Oberbe­griff des Patentanspruchs 1. Derartige Strahler sind et­wa bekannt aus der GB-PS 365 432.

[0002] Der Röntgenstrahler nach vorgenannter GB-PS 365 432 stammt aus der Zeit der Einführung des Prinzips der Drehanoden in die Röntgentechnik. Dabei sollte die Röh­re mit starr eingebauter Kathode und Anode um die Längs­achse der Anordnung gedreht werden. Um einen als Aus­gangspunkt der Strahlen im Raum feststehenden Brennfleck zu erhalten, wurde der im Zentrum erzeugte Elektronen­strahl radial ausgelenkt und magnetisch festgehalten. Wegen mechanischer Schwierigkeiten hat sich diese Lö­sung aber nicht durchsetzen können.

[0003] Bei den Drehanoden-Röntgenröhren, die sich schließlich eingeführt haben, rotiert nur die Anode. Die Kathode ist in radialem Abstand von der Längsachse der Anord­nung, die durch das Zentrum der Anode geht, fest im Kolben der Röhre angebracht. Der Abstand entspricht dem Radius der Brennfleckbahn. Eine magnetische Fi­xierung des Elektronenstrahls ist dabei unnötig. Je nachdem, unter welche Einwirkung von Magnetfeldern, etwa des Erdmagnetfeldes, der Strahler gerät, wird die Bahn des austretenden Strahlenbündels beeinflußt. Es ergeben sich unterschiedliche Auftreffstellen der Elektronen auf die Anode, insbesondere bei der Compu­tertomographie kommt es aber gerade auf eine Strahlen­quelle bestimmter Lage an. Auch die thermische Ausdeh­nung von Teilen der Röhre, die bei der Herstellung oder beim Betrieb vorkommen, können zu geometrischen Verände­rungen der Lage der Elektroden etc. führen, die das Strah­lenbündel und seine Lage ebenfalls in unerwünschter Weise beeinflussen. Auch die Drehanode kann einen derartigen Einfluß ausüben ,weil durch die Rotation Vibrationen wirksam werden können.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Rönt­genstrahler der eingangs genannten Art eine definierte Lage des Brennflecks und einheitliche Verteilung der Strahlung im abgegebenen Röntgenstrahlenbündel zu er­zielen und den dabei notwendigen Aufwand niedrig zu hal­ten. Die Lösung diese Problems wird mit den in den Merk­malen des Kennzeichens des Anspruchs 1 angegebenen Maß­nahmen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Wei­terbildungen sind Gegenstände der Unteransprüche.

[0005] Die Erfindung geht davon aus, daß eine bezüglich des Ra­dius der Brennfleckbahn seitliche Stabilisierung der La­ge des Fokus bei Drehanoden-Röntgenröhren zu einer aus­reichend gleichmäßigen Abstrahlung führt. Bei seiner üb­lichen langgestreckt rechteckigen Form liegt die Schmal­seite des Brennflecks in dieser Richtung. Seine Längs­seite liegt in Richtung des Radius der Anode. Eine Ver­schiebung des Brennflecks in radialer Richtung wirkt nur mit dem sin des Abstrahlwinkels, quer dazu ist sie voll wirksam. Damit vereinfacht sich aber die Stabilisierung des Brennflecks. Man kann sich darauf beschränken, den Brennfleck nur in einer Richtung, d.h. in Richtung der quer zum Radius verlaufenden Brennfleckbahn, zu fixieren. Nur in dieser Richtung ist eine wesentliche Beeinflus­sung zu erwarten.

[0006] Auch bei dieser Ausgestaltung kann wie bei derjenigen nach obengenannter GB-PS 365 432 die Wirkung des Magnet­feldes gefördert werden, indem der Kathodenkopf und gegebenenfalls auch die Anode aus unmagnetischem Material hergestellt werden.

[0007] Eine Stabilisierung im Sinne der Erfindung ist einfach dadurch erreichbar, daß ein elektrooptisches Element so in die seitliche Begrenzung des vom Brennfleck ausgehen­den Röntgen- und/oder Lichtstrahlenbündels gebracht wird, daß seine Strahleneintrittsfläche nur zum Teil vom Strah­lenbündel beleuchtet wird. Eine Verschiebung der Grenze des Strahlenbündels ergibt dann eine Veränderung des Ver­hältnisses von bestrahltem und unbestrahltem Anteil des Elements. Daraus resultiert eine Veränderung des elektri­schen Wertes, etwa der Leitfähigkeit des Elements. Aus der Bestimmung dieser Änderung kann ein Korrektursteuer­signal gewonnen werden. Mit diesem kann die Stärke eines die seitliche Verschiebung des Brennflecks ermöglichen­den Magnetfeldes im Sinne einer Rückführung des Brenn­flecks beeinflußt werden.

[0008] Gegenüber der Verwendung üblicher Röhren, deren Kathoden­kopf aus magnetischem Material, z.B. Nickel oder Sonder­weicheisen, besteht, kann bei Benutzung eines unmagneti­schen Kathodenkopfes der zur Erzeugung des stabilisieren­den Magnetfeldes anzulegende Strom um 70 % reduziert wer­den. Dies bedeutet zugleich eine Vereinfachung des Appa­rates, der zum Betrieb der Magnetspule nötig ist. Da die Stabilisierungsspule außerhalb des Vakuumkolbens der Röhre angebracht wird, ist diese Vereinfachung ganz er­heblich.

[0009] Als Material mit geringem Magnetisierungsvermögen, d.h. einem µ von etwa 1, aus dem der Kathodenkopf hergestellt sein kann, hat sich der als Remanit 4550 erhältliche anti­magnetische Stahl bewährt. Dies beruht wohl darauf, daß dieser Chrom-Nickel-Stahl neben ausreichender Festigkeit beim Betrieb der Kathode im Hochvakuum einer Röntgenröhre auch noch unmagnetisch ist. Der Kathodenkopf kann aber auch wie derjenige, der in der US-PS 38 75 028 beschrie­ben ist, aus einer Keramik bestehen, wie etwa Aluminium­oxid, und mit einer Beschichtung hoher Austrittsarbeit versehen sein.

[0010] Die Spule kann auch verwendet werden, um den Elektronen­strahl und damit den Brennfleck in definierter Weise ab­zulenken, z.B. zwei diskrete Positionen mit 1 bis 2 mm Abstand voneinander. Da solche Spulen nur großflächig um die Röhre herum angebracht werden können und nicht in der Röhre, sind für die erforderlichen Magnetfelder hohe Ströme und Spannungen erforderlich. Bei Herstellung des Kathodenkopfes aus unmagnetischem Material geht der elek­trische Aufwand erheblich zurück. Außerdem verbleiben keine Remanenzfelder, die undefinierten Einfluß auf die Lage des Fokus ausüben können.

[0011] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Aus­führungsbeispiele der Erfindung erläutert.

In der Figur 1 ist ein Röntgenstrahler dargestellt, des­sen Röhre eine den Brennfleck stabilisierende Magnet­spule zugeordnet ist,

in der Figur 2 eine schematisch gezeichnete Anordnung zum Betrieb des Strahlers nach Figur 1,

in der Figur 3 ein Ausschnitt aus Figur 1, in welchem die Anordnung der Magnetspule und der Steuermeßsonde an­gedeutet ist, und

in der Figur 4 in einem Querschnitt die gekreuzte Anord­nung zweier Magnetfelder.

[0012] In der Figur 1 ist in einer teilweise aufgebrochenen Röhrenhaube 1 eines Röntgenstrahlers eine Drehanoden­röhre 2 sichtbar. Die Röhre weist in bekannter Weise eine Kathodenanordnung 3 und eine Anodenanordnung 4 auf. Dabei enthält die Anordnung 3 in an sich bekannter Weise einen Kathodenkopf 5, der eine Glühkathode enthält, die aus zwei getrennt schaltbaren Teilen besteht. Vor deren Kathodenkopf 5 liegt ein Anodenteller 6, der ein Teil der Anodenanordnung 4 ist. Der Teller 6 ist über eine Welle 7 mit einem in bekannter Weise zum Drehantrieb des Tellers 6 dienenden Rotor 8 verbunden. Außen an der Röhre ist dem Rotor 8 ein Stator 9 zugeordnet. Die Röh­renhaube 1 weist an der dem Strahlenaustritt der Röhre 2 zugewandten Seite einen Strahlenaustrittstubus 10 auf. Die gesamte Haube 1 wird über einen Tragarm 11 in be­kannter Weise an einem Röntgengerät oder einem speziel­len Stativ befestigt.

[0013] Die Verbindung der elektrischen Versorgungsleitungen mit der Röhre 2 erfolgt über Anschlüsse 12 und 13. Am An­schluß 12 werden die Versorgungsleitungen 14, 15, 16 für die Kathode 5 durchgeführt und am Anschluß 13 eine Lei­tung 17 zum Anlegen der Anodenspannung, während die Lei­tungen 18 und 19 den Betriebsstrom des Stators 9 liefern.

[0014] Der Betrieb der Röhre 2 erfolgt in bekannter Weise, in­dem zwischen den Leitungen 14 und 15 bzw. 16 oder 14 und 16 eine Heizspannung für die Kathode 5 angelegt wird und außerdem zwischen einer die Leitungen 14 bis 16 und 17 die Röhrenspannung. Dann tritt aus dem Kathodenkopf 5 ein Elektronenstrahl 20 aus. Er trifft auf der Anode im Brennfleck 21 auf. Dort wird dann ein Röntgenstrahlenbün­del 22 ausgelöst, das durch den Strahlenaustrittstubus 10 den Strahler verlassen kann.

[0015] In erfindungsgemäßer Ausbildung ist dem Strahlenbündel 22 ein Detektor 25 zugeordnet. Er wird vom seitlichen Rand des Bündels 22 getroffen, wie durch den Rand 26 an­gedeutet ist. Der Detektor 25 ist im Tubus 10 so ange­bracht, daß er optische Verbindung mit dem Brennfleck 21 hat.

[0016] Als Detektor 25 ist dabei ein optoelektrischer Wandler vorgesehen, der im Sinne von Abweichungen des Brennflecks 21 vom gewünschten Ort elektrische Signale abgibt, indem er seine Leitfähigkeit in Übereinstimmung mit der Größe der bestrahlten Fläche ändert. Über eine Leitung 27 ist der Detektor mit einem Steuergerät 28 verbunden. Von dort erfolgt dann über eine vom Steuergerät 28 beein­flußbare Stromquelle 29 über Leitungen 30 und 31 eine entsprechende Betätigung der Spule 32. Durch einen Doppel­pfeil 33 ist angedeutet, daß die Versorgung der Spule 32 in beiden Richtungen erfolgen kann. Die Richtung wird durch das vom Detektor 25 gelieferte Signal vorgegeben. Dadurch erfolgt bei Abweichungen des Brennflecks 21 von der gewünschten Stelle eine Rückführung des Strahls 20 auf den Brennfleck 21, indem das Feld der Spule 32 ent­sprechend verändert wird. Dies wird erreicht, indem die Spule 32 parallel zum Elektronenstrahl 20 angeordnet ist und in Richtung auf das Zentrum des Tellers 6 der Dreh­anode parallel zum Zentralstrahl 23 des Strahlenbündels 22 ein Magnetfeld aufbaut. Mit diesem wird dann eine Auslenkung des Strahls 20 in gewünschter Weise möglich. Eine Beeinflussung des in der Spule 32 erzeugten Magnet­feldes durch den Kathodenkopf 5 ist ausgeschlossen, weil dieser aus Remanit 4550 besteht und daher unmagnetisch ist.

[0017] In der Figur 4 ist eine alternative Lösung gezeichnet. Da­bei sind als Auslenkelemente für den Elektronenstrahl 20 jeweils zwei einander gegenüberliegende Magnetspulen 32.1 und 32.2 sowie quer dazu 32.3 und 32.4 verwendet. Auch mit einer derartigen Anordnung ist über ein Signal aus der Sonde 25 eine Fixierung des Strahls 20 möglich. Die Wirkung stimmt weitgehend mit derjenigen überein, die für die Fixierung des Elektronenstrahls bei einer Anord­nung gemäß der US-PS 29 46 892 angewendet wird.

[0018] Dem Steuergerät 28 kann noch eine Schaltvorrichtung 34 zugeordnet werden, mit welcher in der Quelle 29 eine Veränderung des die Spule 32 versorgenden Stromes im Sinne einer seitlichen Verschiebung des Brennflecks 21 bewirkt werden kann. Durch eine derartige Verschiebung ist es möglich, den Brennfleck 21 zu justieren oder z.B. einen Abstand der Verschiebung einzustellen, der zur Herstellung von Stereoaufnahmen geeignet ist.

Ansprüche

1. Röntgenstrahler mit einer Röntgenröhre, in deren Kol­ben die Kathode, die einen Kathodenkopf aus unmagnetischem Material enthält, und die Anode einander gegenüberliegende montiert sind und daß der Brennfleck mittels eines im zwischen ihnen liegenden Raum wirksamen Magnetfeldes auf einer außerhalb des Zentrums der Anode liegenden Stelle räumlich festgelegt ist und die Anode um ihr Zentrum ge­dreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode sich bezüglich der Anode exzentrisch fest im Röhrenkolben befindet, die Anode an einer Welle dreh­bar gelagert ist, das Magnetfeld sich quer zur Richtung des Elektronenstrahls in radialer Richtung der Anode er­streckt, eine elektrooptische Sonde in der Abstrahlung des Brennflecks angeordnet ist, die ein Signal an ein Steuergerät abgibt, welches Stärke und/oder Richtung des Magnetfelds in dem Sinne beeinflußt, daß ein Aus­wandern des Brennflecks in Richtung des Verlaufs der Brennfleckbahn jeweils unterdrückt wird.

2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß das unmagnetische Material, aus dem der Kathodenkopf besteht, antimagnetischer Stahl, etwa Remanit 4550, ist.

3. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß das Magnetfeld mittels einer Spule erzeugt wird, deren Windungen um den Zentral­strahl des aus der Röhre austretenden Strahlenbündels her­umgelegt sind.

4. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Sonde zur Erstellung des Steuersignals ein unter Einwirkung von Röntgenstrah­ len seine elektrischen Eigenschaften änderndes Element ist, das am Rand des die Röhre verlassenden Strahlenbün­dels so angeordnet ist, daß ein Teil dieses Elements un­bestrahlt bleibt.

5. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß dem Steuergerät eine Schaltvorrichtung zugeordnet ist, mit welcher das Magnet­feld im Sinne einer seitlichen Verschiebung verstellbar ist.

Zeichnung