Röntgenstrahler

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Röntgenstrahler nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Derartige Strahler sind beispielsweise aus der EP-A 0 154 699 bekannt.

[0002] In der GB-PS 365 432 ist ein Röntgenstrahler beschrieben, der aus der Zeit der Einführung des Prinzips der Drehanoden in der Röntgentechnik stammt. 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 und beispielsweise in der oben genannten EP-A 0 154 699 beschrieben sind, 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 Elektronenstrahles ist dabei unnötig. Je nachdem, unter welcher Einwirkung von Magnetfeldern, etwa des Erdmagnetfeldes, der Strahler gerät, wird die Bahn des austretenden Strahlenbündels beeinflußt, so daß sich unterschiedliche Auftreffstellen der Elektronen auf der Anode ergeben. Insbesondere bei der Computertomographie kommt es aber gerade auf eine Strahlenquelle bestimmter Lage an.

[0004] 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.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Röntgenstrahler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 eine definierte Lage des Brennfleckes und einheitliche Verteilung der Strahlung im abgegebenen Röntgenstrahlenbündel zu erzielen und den dabei notwendigen Aufwand niedrig zu halten. Diese Aufgabe wird mit den in den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstände der Unteransprüche.

[0006] 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 Brennfleckes in dieser Richtung. Seine Längsseite liegt in Richtung des Radius der Anode. Eine Verschiebung des Brennfleckes in radialer Richtung wirkt nur mit dem Sinus des Abstrahlwinkels. Quer dazu ist eine Verschiebung voll wirksam. Damit vereinfacht sich aber die Stabilisierung des Brennfleckes. 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 tangentialen Richtung ist eine wesentliche Beeinflussung zu erwarten.

[0007] Auch bei dieser Ausgestaltung kann wie bei derjeniger nach oben genannter GB-PS 365 432 die Wirkung des Magnetfeldes gefördert werden, indem der Kathodenkopf und gegebenenfalls auch die Anode aus unmagnetischem Material hergestellt werden.

[0008] 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 Elementes. Daraus resultiert eine Veränderung der elektrischen Werte, etwa der Leitfähigkeit des Elementes. Aus der Bestimmung dieser Änderung kann ein Korrektursteuersignal gewonnen werden. Mit diesem kann die Stärke eines die seitliche Verschiebung des Brennfleckes ermöglichenden Magnetfeldes im Sinne einer Rückführung des Brennfleckes beeinflußt werden.

[0009] 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.

[0010] Als Material mit geringem Magnetisierungsvermögen, d.h. mit einer relativen Permeabilität µr von nahezu gleich 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 3 875 028 beschrieben ist, aus einer Keramik bestehen, wie etwa Aluminiumoxid, und mit einer Beschichtung hoher Austrittsarbeit versehen sein.

[0011] 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 und nicht in der Röhre selbst angebracht werden können, 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.

[0012] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

FIG 1 einen Röntgenstrahler, dessen Drehanodenröhre eine den Brennfleck stabilisierende Magnetspule aufweist,

FIG 2 eine schematisch gezeichnete Anordnung zum Betrieb des Strahlers nach FIG 1 und

FIG 3 ein Ausschnitt aus FIG 2, in welchem die Anordnung der Magnetspule und der Steuermeßsonde angedeutet ist.

[0013] In der FIG 1 ist in einer teilweise aufgebrochenen Röhrenhaube 1 eines Röntgenstrahlers eine Drehanodenröhre 2 sichtbar. Die Drehanodenröhre 2 weist in bekannter Weise eine Kathodenanordnung 3 und eine Anodenanordnung 4 auf. Dabei enthält die Kathodenanordnung 3 einen Kathodenkopf 5, der eine Glühkathode enthält, die aus zwei getrennt schaltbaren Teilen besteht. Vor dem Kathodenkopf 5 liegt ein Anodenteller 6, der ein Teil der Anodenanordnung 4 ist. Der Anodenteller 6 ist über eine Welle 7 mit einem in bekannter Weise zum Drehantrieb des Anodentellers 6 dienenden Rotor 8 verbunden. Außen an der Drehanodenröhre 2 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 Röhrenhaube 1 wird über einen Tragarm 11 in bekannter Weise an einem Röntgengerät oder einem speziellen Stativ befestigt.

[0014] Die Verbindung der elektrischen Versorgungsleitungen mit der Drehanodenröhre 2 erfolgt über Anschlüsse 12 und 13. Am Anschluß 12 werden die Versorgungsleitungen 14, 15, 16 für die Kathode 4 durchgeführt und am Anschluß 13 eine Leitung 17 zum Anlegen der Anodenspannung, während die Leitungen 18 und 19 den Betriebsstrom des Stators 9 liefern.

[0015] Der Betrieb der Drehanodenröhre 2 erfolgt in bekannter Weise, indem zwischen den Versorgungsleitungen 14 und 15 bzw. 16 oder 14 und 16 eine Heizspannung für die Kathodenanordnung 3 und außerdem zwischen einer der Versorgungsleitungen 14 bis 16 und der Leitung 17 die Röhrenspannung angelegt wird. Dann tritt aus dem Kathodenkopf 5 ein Elektronenstrahl 20 aus. Er trifft auf den Anodenteller 6 im Brennfleck 21 auf. Dort wird dann ein Röntgenstrahlenbündel 22 ausgelöst, das durch den Strahlenaustrittstubus 10 den Strahler verlassen kann.

[0016] In erfindungsgemäßer Ausbildung ist, wie auch aus der FIG 2 hervorgeht, dem Röntgenstrahlenbündel 22 ein Detektor 25 zugeordnet. Er wird von dem seitlichen Rand des Röntgenstrahlenbündels 22 bildenden Randstrahl 26 getroffen. Der Detektor 25 ist derart im Strahlenaustrittstubus 10 angebracht, daß er optische Verbindung mit dem Brennfleck 21 hat.

[0017] Als Detektor 25 ist dabei ein optoelektrischer Wandler vorgesehen, der im Sinne von Abweichungen des Brennfleckes 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 25 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 einer 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 Brennfleckes 21 von der gewünschten Stelle eine Rückführung des Elektronenstrahles 20 auf den Brennfleck 21, indem das Feld der Spule 32 entsprechend verändert wird. Dies wird erreicht, indem die Spule 32, wie in der FIG 3 deutlich dargestellt, parallel zum Elektronenstrahl 20 angeordnet ist und in Richtung auf das Zentrum des Anodentellers 6 der Drehanode parallel zum Zentralstrahl 23 des Röntgenstrahlenbündels 22 ein Magnetfeld aufbaut. Mit diesem wird dann eine Auslenkung des Elektronenstrahles 20 in gewünschter Weise möglich. Eine Beeinflussung des in der Spule 32 erzeugten Magnetfeldes durch den Kathodenkopf 5 ist ausgeschlossen, weil dieser beispielsweise aus Remanit 4550 besteht und daher unmagnetisch ist.

[0018] Dem Steuergerät 28 kann noch eine Schaltvorrichtung 34 zugeordnet werden, mit welcher in der Stromquelle 29 eine Veränderung des die Spule 32 versorgenden Stromes im Sinne einer seitlichen Verschiebung des Brennfleckes 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 Röhrenhaube (1), einem Strahlenaustrittstubus (10) und einer Röntgenröhre (2), in deren Röhrenkolben eine Kathodenanordnung (3) mit einem Kathodenkopf (5) und eine Anodenanordnung (4) mit einem an einer Welle (7) drehbar gelagertem Anodenteller (6) gegenüberliegend montiert sind, bei der der Kathodenkopf (5) sich bezüglich der Anodenanordnung (4) exzentrisch fest im Röhrenkolben befindet, wobei von der Kathodenanordnung ein Elektronenstrahl (20) ausgeht, der auf dem Anodenteller (6) im Brennfleck (21) trifft und ein Röntgenstrahlenbündel (22) erzeugt, das den Röntgenstrahler durch den Strahlenaustrittstubus (10) verläßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkopf (5) aus einem unmagnetischen Material besteht, daß der Brennfleck (21) mittels eines quer zur Richtung des Elektronenstrahles (20) in radialer Richtung der Anodenanordnung (4) erstreckenden Magnetfeldes auf einer außerhalb des Zentrums der Anodenanordnung (4) liegenden Stelle räumlich festgelegt ist, daß das Magnetfeld mittels einer Spule (32) erzeugt wird, deren Windungen um den Zentralstrahl des aus der Röhre austretenden Strahlenbündels (22) herumgelegt sind, und daß ein elektrooptischer Detektor (25) in dem Röntgenstrahlenbündel (22) des Brennfleckes (21) angeordnet ist, der ein Signal an ein Steuergerät (28) abgibt, welches die Stärke des Magnetfeldes in dem Sinne beeinflußt, so daß ein Auswandern des Brennfleckes (21) in Richtung des Verlaufes der Brennfleckbahn jeweils unterdrückt wird.

2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unmagnetische Material, aus dem der Kathodenkopf (5) besteht, antimagnetischer Stahl, beispielsweise Remanit 4550, ist.

3. Röntgenstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (25) zur Erstellung des Steuersignals ein unter Einwirkung von Röntgenstrahlen seine elektrischen Eigenschaften änderndes Element ist, das am Rand des die Röntgenröhre (2) verlassenden Röntgenstrahlenbündels (22) so angeordnet ist, daß ein Teil dieses Elements unbestrahlt bleibt.

4. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuergerät (28) eine Schaltvorrichtung (34) zugeordnet ist, mit welcher das Magnetfeld im Sinne einer seitlichen Verschiebung des Brennfleckes (21) in tangentialer Richtung verstellbar ist.

Claims

1. X-ray source with a tube cover (1), an x-ray outlet tube (10) and an x-ray tube (2), in the tube bulbs of which are mounted opposite each other a cathode arrangement (3) with a cathode head (5) and an anode arrangement (4) with an anode plate (6) rotatably mounted on a shaft (7), in which the cathode head (5) is located eccentrically fixed in the tube bulb, relative to the anode arrangement (4), whereby an electron beam (20) emanates from the cathode arrangement, which beam strikes the anode plate (6) at the focussed spot (21) and produces a bundle of x-rays (22), which allows the x-ray source through the x-ray outlet tube (10), characterised in that the cathode head (5) consists of a non-magnetic material, in that the focussed spot (21) is fixed spatially at a point lying outside the centre of the anode arrangement (4), by means of a magnetic field extending transverse to the direction of the electron beam (20) in the radial direction of the anode arrangement (4), in that the magnetic field is produced by means of a coil (32), the windings of which are laid around the central ray of the bundle of rays emanating from the tube and in that an electro-optical detector (25) is arranged in the bundle of x-rays (22) of the focussed spot (21), which gives off a signal to a control apparatus (28), which controls in this way the strength and/or direction of the magnetic field so that a shift of the focussed spot (21) in the direction of the course of the focussed spot path is in each case suppressed.

2. X-ray source according to claim 1, characterised in that the non-magnetic material of which the cathode head (5) consists is anti-magnetic steel, Remanit 4550, for example.

3. X-ray source according to claim 1 or 2, characterised in that the detector (25) for creating the control signal is an element modifying its electric properties under the effect of x-rays, which is arranged on the edge of the bundle of x-rays (22) leaving the x-ray tube (2), so that a part of this element remains unexposed.

4. X-ray source according to one of claims 1 to 3, characterised in that allocated to the control apparatus (28) there is a switch device (34), with which the magnetic field is able to be adjusted in the sense of a lateral displacement of the focussed spot (21) in a tangential direction.

Revendications

1. Emetteur de rayons X comportant un capot (1) du tube à rayons X, un tube (10) de sortie du rayonnement et un tube à rayons X (2), dans l'ampoule duquel se trouvent disposés, en vis-à-vis, un dispositif cathodique (3) comportant une tête formant cathode (5) et un dispositif anodique (4) comportant un disque d'anode (6) monté sur un arbre de façon à pouvoir tourner (7), et dans lequel la tête formant cathode (5) est montée fixe dans l'ampoule du tube, en étant excentrée par rapport au dispositif anodique (4), le dispositif cathodique émettant un faisceau d'électrons (20), qui tombe sur le disque d'anode (6) au niveau du foyer (21) et produit un faisceau de rayons X (22), qui quitte l'émetteur de rayons X en traversant le tube (10) de sortie du rayonnement, caractérisé par le fait que la tête formant cathode (5) est réalisée en un matériau amagnétique, que le foyer (21) est fixé dans l'espace à l'aide d'un champ magnétique s'étendant transversalement par rapport à la direction du faisceau d'électrons (20) dans la direction radiale du dispositif anodique (4), en un emplacement situé en dehors du centre du dispositif anodique (4), que le champ magnétique est produit à l'aide d'une bobine (32), dont les spires entourent le rayon central du faisceau de rayonnement (22) sortant du tube, et que dans le faisceau de rayons X (22) du foyer (21) est disposé un détecteur électro- optique (25), qui envoie un signal à un appareil de commande (28), qui agit sur l'intensité et/ou la direction du champ magnétique de manière à supprimer toute excursion du foyer (21) dans la direction de l'étendue de la piste du foyer.

2. Emetteur de rayons X suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau amagnétique, dont est constitué la tête formant cathode (5), est de l'acier amagnétique, par exemple du Remanit 4550.

3. Emetteur de rayons X suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le détecteur (25) servant à produire le signal de commande est un élément, dont les caractéristiques électriques sont modifiées sous l'action du rayonnement X et qui est disposé sur le bord du faisceau de rayons X (22) quittant le tube à rayons X (2), de telle sorte qu'une partie de cet élément reste non irradiée.

4. Emetteur de rayons X suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'à l'appareil de commande (28) est associé un dispositif de commutation (31), à l'aide duquel le champ magnétique est réglable dans le sens d'un décalage latéral du foyer (21) dans la direction tangentielle.

Zeichnung