Verfahren zum Betrieb von Drehanoden-Röntgenröhren

Abstract

 Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtung zum Betrieb von Drehanoden-Röntgenröhren (2), wobei die Anode (4) über einen Motor angetrieben wird, zwischen dessen Rotor (8) und Stator (9) die Wand des Röhren-Vakuumkolbens liegt. Unter Berücksichtigung der erforderlichen Hochspannungssicherheit mußten bisher Konzessionen seitens des Antriebs gemacht werden. Die Erfindung sieht in dieser Hinsicht eine Verbesserung vor, indem Anode (4) und Stator (9) auf gleiches Potential gelegt sind, bis eine gewünschte Umlauffrequenz erreicht ist. Erst dann wird nach Abschaltung der Antriebsspannung die Aufnahmespannung für die erforderliche Belichtungsdauer angelegt. Gegebenenfalls kann anschließend an den Stator (9) eine Bremsspannung bzw. erneut eine Antriebsspannung angelegt werden. Verfahren und Einrichtungen, bei denen nach der Erfindung der Antrieb der Drehanode intensiviert ist, sind insbesondere für den Einsatz in der medizinischen Röntgenfiagnostik, hauptsächlich der Computer-Tomographie, geeignet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Einrichtung zum Betrieb von Drehanoden-Röntgenröhren. Ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung zu seiner Durchführung sind z.B. beschrieben in der DE-OS 24 55 974.

[0002] Bei Drehanoden-Röntgenröhren liegt die Anode zusammen mit dem mit ihr über die Antriebsachse verbundenen Rotor auf Hochspannungspotential. Der außen an der Röhre anliegende Stator befindet sich normalerweise auf Masse, da sonst wie bei einer Ausgestaltung nach der US-PS 41 07 535 die Antriebsspannung über einen Hochspannungstransformator und Hochspannungskabel zugeführt werden müßte. Das Problem ist nur, daß zwischen dem Rotor der Anode und dem Stator eine Hochspannungsisolierung vorgenommen werden muß. Dies ist wegen der dadurch bedingten großen Luftspalte insbesondere dann problematisch, wenn hohe Betriebsspannungen (z.B. 150 kV) einpolig an kathodenseitig geerdete Röhren angelegt werden sollen, wie es z.B. bei gittergesteuerten Röhren wegen der einfachen Steuerbarkeit der Kathoden zweckmäßig ist.

[0003] Eine bekannte Lösung ist in der obengenannten DE-OS 24 55 974 angegeben. Sie besteht darin, daß der Rotor der Anode gegen die Anode selbst innerhalb der Röhre isoliert ist und daß er im Betrieb annähernd das gleiche Potential wie der Stator führt, vorzugsweise Erdpotential. Dies verlegt aber die Isolationsprobleme nur ins Röhreninnere hinein und erfordert deswegen aufwendige und teuere Röhrenkonstruktionen.

[0004] Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum Betrieb von Drehanoden-Röntgenröhren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und Einrichtungen zu seiner Durchführung anzugeben, bei denen wenigstens im wesentlichen der übliche Drehanoden-Aufbau benutzt werden kann und doch eine Verbesserung des Antriebs erreicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

[0005] Der Antrieb der Anode vor Anlegung der Röhrenspannung und bei gleichem Potential von Rotor und Stator hat den Vorteil, daß die Ausbildung der Antriebselemente und ihre Anordnung mehr unter Berücksichtigung der Erfordernisse des Antriebs erfolgen kann, ohne daß auf die Hochspannungssicherheit Rücksicht genommen werden muß. Erst wenn die gewünschte Umlauffrequenz erreicht ist, wird die Röhrenspannung angelegt, wobei die Anode aufgrund ihrer Trägheit praktisch unverändert durch den beim Antrieb erhaltenen Schwung weiterläuft, während die Röntgenaufnahme durchgeführt wird. Anschließend kann, falls eine weitere Aufnahme erfolgen soll, die Anode wieder auf volle Umlauffrequenz gebracht werden oder bei Beendigung des Gebrauchs der Röhre kann an den Stator eine Bremsspannung angelegt werden, so daß die Anode in üblicher Weise angehalten wird.

[0006] Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zweckmäßigerweise der Stator auf Anodenpotential gelegt. Die Antriebsspannung liegt immer auf Erdpotential und wird über einen Hochspannungsschalter (Ölschalter) dem Stator zugeführt. Nachdem die Anode ihre Rotationsfrequenz erreicht hat und bevor die Hochspannung zur Aufnahme an die Röhre gelegt wird, trennt man über den Ölschalter die Antriebsspannung vom Stator. Die Anode rotiert dann während der Aufnahme antriebslos aufgrund ihrer Trägheit praktisch mit unveränderter Frequenz weiter, bis die Aufnahme beendet ist. Schließlich kann nach Abschalten der Aufnahmespannung über den Ölschalter eine Bremsspannung angelegt und die Anode zur Schonung der Lager angehalten werden. Der Ölschalter kann im Hochspannungstransformator des Röntgengerätes untergebracht sein; wegen der dann notwendigen Zuführung der Antriebsspannung über ein Hochspannungskabel ist es aber vorteilhaft, den Schalter im Röhrenschutzgehäuse unterzubringen.

[0007] Nach der Erfindung kann, wie bei der obengenannten Literaturstelle, ein enger Luftspalt zwischen Stator und Rotor verwirklicht werden. Dies ergibt, wie bei der in der Beschreibungseinleitung genannten Literaturstelle, kürzere Anlaufzeiten bzw. es kann wegen des besseren Wirkungsgrades in vorteilhafter Weise ein leistungsschwächeres Anlaßgerät oder ein kleinerer Rotor benutzt werden. Gegenüber der vorbekannten Lösung wird aber der wesentliche Vorteil erhalten, daß eine einfache, von Isolationsproblemen freie (billige) Anodenkonstruktion möglich ist. Zur Erreichung eines möglichst kleinen Luftspalts kann, wie in genannter Literaturstelle, der Röhrenkolben im Bereich des Rotors vorteilhafterweise aus Metall bestehen.

[0008] Beim Betrieb einer Drehanoden-Röntgenröhre verursacht das schwankende Magnetfeld des Drehanoden-Induktionsmotors eine Störung des Elektronenstrahls, die sich in einem Hin- und Herwandern des Brennfleckes auf der Anode im Takt der Magnetfeldschwankungen äußert. Zur Vermei-. dung dieser Schwankungen, die eine unerwünschte effektive Verbreiterung des Brennflecks bewirken, wurden daher nach der DE-PS 929 142 für einen Diagnostik-Röntgenapparat mit Drehanode mit den Einschaltmitteln zur Einschaltung der Röntgenröhre gekoppelte Schaltmittel vorgeschlagen, die jeweils unmittelbar vor der Röntgenaufnahme nur eine Abschaltung der Stromzuführung zum Stator des zuvor auf die vorgeschriebene Tourenzahl gebrachten Drehanodenmotors bewirken.

[0009] Weitere Einzelheiten und Vorteile werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung weiter erläutert.

In der Figur 1 ist eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt,

in der Figur 2 eine abgewandelte Anordnung der Schaltelemente.

[0010] In der Figur 1 ist in einer teilweise aufgebrochen gezeichneten Röhrenhaube 1 eine Drehanoden-Röntgenröhre 2 untergebracht. Die Röhre 2 weist in bekannter Weise eine Kathodenanordnung 3 und eine Anodenanordnung 4 an den einander gegenüberliegenden Innense iten der zylinderförmigen Röhre auf. Dabei enthält die Anordnung 3 in an sich bekannter Weise eine Glühkathode 5, die aus zwei getrennt schaltbaren Teilen besteht. Vor der Anordnung 4 liegt ein Anodenteller 6 gegenüber der Kathode 5, so daß von dieser ausgehende Elektronenstrahlen auf eine Brennfleckbahn des Tellers 6 fallen. Die Anode 6 ist über eine Achse 7 mit einem in bekannter Weise zum Drehantrieb des Tellers dienenden Rotor 8 verbunden.

[0011] 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 etc. befestigt.

[0012] Die Zuführung der Betriebsspannungen erfolgt über Anschlüsse 12 und 13._.Die Leitungen kommen von einem schematisch als Kästchen gezeichneten Stromversorgungsgerät 14. Es enthält eine Hochspannungsgleichstromquelle 15 mit Schaltern 21 und 21' sowie Heiztransformatoren 16 für die Versorgung der Kathode 15 mit Schaltern 19 und 20.

[0013] Zum Antrieb der Drehanode über Rotor 8 und Stator 9 ist ein über Schalter 17, 18 und den Schalter 21', die zu einer Schalteinrichtung 22 zusammengefaßt im Gerät 14 untergebracht sind, außerhalb 14 liegendes Anlaßgerät 23 vorgesehen. Die Statorleitungen sind über das die Verbindung der Gleichstromquelle 15 mit der Anodenanord- .nung 4 bewirkende anodenseitige Hochspannungskabel dem Stator 9 zugeführt.

[0014] In der in Figur 1 gezeichneten Stellung sind die Schalter 17, 18 und 21' geschlossen. Dem Stator 9 wird so Strom zugeführt und die Anode 6 in Drehung versetzt. Bei Erreichen der gewünschten Drehfrequenz werden die Schalter 17, 18 und 21' geöffnet und bei Schließen der Schalter 19 und/oder 20 ein Teil der Kathode 5 bzw. beide Teile zur Abgabe von Elektronen angeregt. Durch die nachfolgende Schließung der Schalter 21 und 21' wird Hochspannung zwischen der Kathode 5 und der Anode 6 angelegt. Dies bewirkt eine Beschleunigung der aus der Kathode 5 austretenden Elektronen auf die Anode 6 zu. Durch,Abbremsung dieser Elektronen auf der Brennfleckbahn der Anode 6 werden in bekannter Weise Röntgenstrahlen erzeugt. Beim Ausschalten der Röhre wird die Reihenfolge der Schaltvorgänge umgekehrt und zum Schluß gegebenenfalls durch die Schalter 17, 18 und 21' ein Bremspotential an den Stator 9 gebracht.

[0015] Die Synchronisation der Betätigung der Schalter 17, 18 und 21 mit derjenigen der Schalter 20 und 21 ist durch eine gestrichelte Linie 24 angedeutet.

[0016] Die Anordnung 22 der Schalter 17, 18 und 21' kann gemäß Figur 2 auch abgewandelt werden, indem sie aus dem Gerät 14 herausgenommen wird. Dies ergibt dann eine selbständige Schalteinrichtung 22a mit den Schaltern 17a, 18a und 21a'. Diese kann dann etwa zur Nachrüstung an beliebiger geeigneter Stelle eines Röntgengerätes angebracht werden, wie angedeutet, sowohl innerhalb der Röhrenhaube 1 als auch außerhalb von ihr. Die Leitungen werden dann unabhängig vom Hochspannungskabel 25 vom Anlaßgerät 23 zur Schalteranordnung 22a und von da zum Stator 9 geführt. Der eigentliche Schaltvorgang stimmt mit demjenigen bei der Betätigung der Anordnung nach Figur 1 überein.

[0017] Nur durch die Abtrennung der zweiten Funktion des Schalters 21' nach Figur 1 auf einen Schalter 21a' ergibt sich eine geringfügige Abwandlung. Sie besteht darin, daß für den Lauf des Rotors 8 die Einschaltung des Stators 9 über die Schalter 17a, 18a und 21a' erfolgt. Der Schalter 21' dient bei der Ausbildung nach Figur 2 nur zur Einschaltung der Hochspannung an der Anode.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betrieb von Drehanoden-Röntgenröhren, deren Anode mittels eines Motors angetrieben wird, zwischen dessen Rotor und Stator die Wand des Röhrenkolbens liegt, wobei unter Anlegung einer Antriebsspannung an den Stator der Rotor auf die gewünschte Umlauffrequenz gebracht wird und daß dann nach Abschaltung der Antriebsspannung die zur Strahlenerzeugung nötige Röhrenspannung zwischen Anode und Kathode der Röhre angelegt wird, dadurch gekennzeichnet , daß Rotor (8) und Stator (9) während des Antriebs auf gleiches Potential gelegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß nach Ablauf der Strah- lenerzeugungs-(z.B. Aufnahme-)dauer die Röhrenspannung abgeschaltet und eine Bremsspannung bzw. erneut eine Antriebsspannung zwischen Rotor (8) und Stator (9) zur Wirkung gebracht wird.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl für die Antriebsspannung als auch für die Aufnahmespannung Schalter (17 bis 21, 17a, 18a, 21', 21a') vorgesehen sind, die über eine die gleichzeitige Schließung beider Schalter sperrende Synchronisationsvorrichtung miteinander verbunden sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge-kennzeichnet , daß die Schalter (17a, 18a und 21') für die Antriebsspannung innerhalb der Röhrenhaube (1) angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet ; daß die Schalter (17, 18 und 21' bzw. 17a, 18a und 21a) für die Antriebsspannung zu einer Schalteinrichtung (22, 22a) zusammengefaßt sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Schalteinrichtung (22, 22a) an geeigneter Stelle des Gerätes angeordnet ist und die Leitungen zwischen Anlaßgerät (23) und Schalteinrichtung (22a) sowie diese und dem Rotor (8) unabhängig vom Hochspannungskabel (25) verlegt sind.

Zeichnung