DE19639918C2 - Röntgengerät mit einer Röntgenröhre mit Variofokus - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Röntgengerät mit einer Röntgenröhre mit Variofokus, mit einem evakuierten Gehäuse, in dem mit diesem fest verbunden eine Elektronen emittierende Kathode und ein Anodenteller, auf den der mittels eines e­ lektrischen Feldes beschleunigte Elektronenstrahl in einem Brennfleck trifft, angeordnet sind, und einem elektromagneti­ schen System zum Ablenken und Fokussieren des Elektronen­ strahls mit mehreren stromdurchflossenen Spulenelementen, so­ wie mit einem seitlichen Röntgenstrahlaustrittsfenster im Ge­ häuse für die im wesentlichen rechtwinklig zur Längsmit­ telachse austretende und von einem Bildempfänger hinter einem Objekttisch aufgenommene Röntgenstrahlung.

Eine Röntgenröhre mit Variofokus für Röntgengeräte der ein­ gangs genannten Art ist in der DE 87 13 042 U1 beschrieben.

Leistungsfähige Röntgenröhren werden heute nahezu ausschließ­ lich als Drehanodenröhren gebaut. Solche Röntgenröhren besit­ zen einen festen Brennfleck, falls nur ein Emitter verwendet wird. Häufig werden auch zwei oder sogar drei verschiedene Emitter eingesetzt, wobei die Herstellung dieser Fokusköpfe allerdings sehr aufwendig ist. Darüber hinaus wird für diese Röntgenröhren je nach Anwendungszweck ein fester Tellerwinkel bzw. Auftreffwinkel des Elektronenstrahls auf die Anodenober­ fläche gewählt, um den bestmöglichen Kompromiss zwischen Ano­ denbelastbarkeit und auszuleuchtender Fläche zu gewährleis­ ten. So wird beispielsweise für CT-Röhren ein kleiner Teller­ winkel von ca. 8° gewählt, da hier nur ein flacher Fächer­ strahl gefordert ist. Für Diagnostikröhren kommen jedoch Tel­ lerwinkel bis 16° zur Anwendung, wenn größere Bildformate ausgeleuchtet werden müssen.

Das grundsätzliche Problem besteht darin, dass für fast jeden neuen Anwendungsfall ein neuer Röhrentyp entwickelt und ge­ fertigt werden muss, da die beiden wichtigen Parameter, näm­ lich die Brennfleckgröße und der Tellerwinkel, für jeden Röh­ rentyp festliegen. Durch die große Typenvielfalt bleiben die Stückzahlen für jeden Röntgenröhrentyp gering, so dass der Aufwand sowohl für die Logistik wie die Herstellungskosten sehr hoch ist.

Es kommt jedoch nicht nur darauf an, Röntgenstrahlung unter verschiedenen Auftreffwinkeln des Elektronenstrahls in Bezug auf die Anodenoberfläche bereitstellen zu können, sondern auch darauf, den Bildempfänger in Bezug auf die Röntgenröhre in einer festen Position halten zu können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Röntgen­ gerät der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass so­ wohl Röntgenstrahlung unter verschiedenen Auftreffwinkeln des Elektronenstrahls in Bezug auf die Anodenoberfläche erzeugt als auch der Bildempfänger in Bezug auf die Röntgenröhre in einer festen Position gehalten werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest der Anodenteller bezüglich der Verbindungsach­ se zum Bildempfänger kippbar ist und dass das, einen katho­ denseitigen Halsabschnitt des Gehäuses zumindest teilweise umgebende, elektromagnetische System ein Quadrupolfeld zur Veränderung des Elektronenstrahlquerschnittes entsprechend dem Verkippungswinkel erzeugt, derart, dass der Brennfleck un­ abhängig von dem jeweils eingestellten Verkippungswinkel vom Bildempfänger aus gesehen im wesentlichen quadratisch ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung kann man zum einen bei einem Wechsel des Bildformats, also einer veränderten Größe der Aufnahmefläche des Bildempfängers, den Tellerwinkel, d. h. den Winkel zwischen dem schräggestellten Tellerrand und der Verbindungsachse zum Bildempfänger, entsprechend einstellen, wobei mit der Veränderung des Tellerwinkels gleichzeitig eine Veränderung des Brennflecks dahingehend stattfindet, dass nach wie vor das optische Bild des Brennflecks vom Bildemp­ fänger aus gesehen im wesentlichen quadratisch ist. Auf diese Art und Weise ist stets eine optimale Bildausleuchtung mög­ lich.

Aus der DE 22 52 911 A ist eine Röntgenröhre mit einstellba­ rem Verkippungswinkel zwischen dem Anodenteller und der Ver­ bindungsachse zum Bildempfänger bekannt. Irgendwelche Maßnah­ men, die Geometrie des sich auf der Anode dieser Röntgenröhre ausbildenden Brennfleckes dahingehend zu beeinflussen, dass unabhängig von dem jeweils eingestellten Verkippungswinkel eine bestimmte Brennfleckgeometrie beibehalten wird, sind nicht getroffen.

Aus der EP 0 127 983 A2 ist ein spezieller Computertomograph bekannt, bei dem ein Quadrupolfeld mit überlagertem Dipolfeld zur Beeinflussung des Querschnittes eines Elektronenstrahls und zur Ablenkung des Elektronenstrahls verwendet wird. Über die Verwendung dieser Maßnahme im Falle eines Röntgengerätes mit einstellbarem Verkippungswinkel zwischen dem Anodenteller der Röntgenröhre und der Verbindungsachse zum Bildempfänger lässt sich dieser Druckschrift nichts entnehmen.

Bei Ausbildung der Röntgenröhre als Drehanodenröhre mit einer im feststehenden Gehäuse drehbar angetriebenen Drehanode ist dabei in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Drehachse der Drehanode parallel gegenüber der Elektronen­ strahlachse um den mittleren Radius des Anodentellerrandes versetzt ist, so daß der Elektronenstrahl ohne seitliche Ab­ lenkung auf den Anodentellerrand auftrifft und damit zur Ver­ änderung des Brennflecks ein Dipol-freies Quadrupolfeld die­ nen kann. Die Veränderung des Tellerwinkels kann in diesem Fall sowohl dadurch erfolgen, daß man lediglich den Anoden­ teller innerhalb der feststehenden Röntgenröhre, also des feststehenden Gehäuses der Röntgenröhre, verkippt, als auch daß man die ganze Röhre entsprechend verkippt.

Bei Ausbildung der Röntgenröhre als Drehkolbenröhre mit einem mittels einer Antriebsvorrichtung um eine Drehachse drehbaren Gehäuse, mit dem auch die Anode fest verbunden ist, eine sol­ che Röntgenröhre ist beispielsweise in der DE 87 13 042 U1 beschrieben, erfolgt die Verkippung zur Veränderung des Tel­ lerwinkels ausschließlich indem das Gehäuse samt seinen Drehlagern verkippt wird, wobei das elektromagnetische System in diesem Fall ein dem Quadrupolfeld überlagertes Dipolfeld zur Strahlablenkung erzeugen muß.

Bei einer solchen Ausbildung, bei der neben der Strahlverfor­ mung auch eine Strahlablenkung notwendig ist, um den Brenn­ fleck auf dem schräggestellten Rand des Anodentellers auszu­ bilden, ist es vorteilhaft, die Spulenelemente mittels wenig­ stens zweier getrennter Stromquellen zu betreiben, von denen die eine zur Erzeugung des Quadrupolfeldes und die andere zur Erzeugung des ablenkenden Dipolfeldes dient.

Bevorzugt soll das elektromagnetische System auf einem ge­ meinsamen, das Gehäuse zumindest teilweise umfassenden, Trä­ ger angeordnete Spulenelemente umfassen, wobei gemäß einer Weiterbildung der Erfindung am Träger zum Gehäuse hinweisende Polvorsprünge ausgebildet sein können, an denen die Spu­ lenelemente angeordnet sind. Der wahlweise einstückig, oder aber auch aus mehreren, insbesondere lösbar aneinander befe­ stigbaren Teilen ausgebildete Träger, der bevorzugt ein Ei­ senjoch sein kann, kann in seinem Durchmesser derart bemessen sein - alternativ könnten auch die Polvorsprünge in ihrem Durchmesser entsprechende bemessen sein - daß der Träger selbsthalternd am Gehäuse anbringbar ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Röntgengeräts, wobei nur die Röntgenröhre und der Bildempfänger schematisch dargestellt sind,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht bei verkipp­ ter Röntgenröhre zur Änderung des Tellerwinkels und damit zur Ausleuchtung eines größeren Bildformats, und

Fig. 3 eine Teilseitenansicht des Randes des Drehtellers mit dem angedeuteten Brennfleck.

Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch eine Drehkolbenröhre mit variablem Fokus mit magnetischer Strahlablenkung und -fokussierung. Im Gehäuse 1 der über eine Welle 2 in Lagern 3 und 4 drehgelagerten und durch eine nicht gezeigte Anrtiebs­ vorrichtung rotierend angetriebenen Drehkolbenröhre ist fest mit dem Gehäuse verbunden eine Kathode 5 und eine Fokussie­ rungselektrode 6 angeordnet, der eine ebenfalls fest mit dem Gehäuse verbundene Drehanode 7 mit einem Anodenteller 8 mit schräggestelltem Tellerrand 9 gegenüberliegt. Der als rotati­ onssymmetrischer Rundstrahl von der Kathode und ihrer Fokus­ sierungselektrode zur Drehanode hin abgestrahlte Elektronen­ strahl 10 wird durch ein elektromagnetisches System 11 sowohl seitlich abgelenkt, so daß er auf den Tellerrand 9 trifft, als auch in seinem Querschnitt verformt, um die Form des Brennflecks zu verändern.

In Fig. 1 ist der Fall angedeutet, bei welchem die aus einem seitlichen Röntgenstrahlaustrittsfenster 12 austretende Rönt­ genstrahlung 13 zum Ausleuchten eines kleinen Bildformats dient, so daß nur ein kleiner Öffnungskegel zum Bildempfänger 14 hin erforderlich ist. Mit α ist dabei der sog. Heelwinkel dargestellt, d. h. der Winkel zwischen der schräggestellten Ebene des Tellerrandes 9 und der Richtung, in der überhaupt erst eine nennenswerte Strahlung aus dem Anodenteller austre­ ten kann. Betrachtet man vom Bildempfänger aus den Brennfleck auf dem Drehteller, so soll dieser zur optimalen Ausleuchtung möglichst quadratisch ausgebildet sein.

Um nun ein größeres Bildformat auszuleuchten, kann erfin­ dungsgemäß die gezeigte Drehkolbenröhre verkippt werden, so daß dabei der Anodenteller und damit insbesondere dessen Rand 9 einen anderen Winkel gegenüber der Verbindungslinie zum Bildempfänger 14 einnehmen. Dabei verändert sich aber, wie man insbesondere aus Fig. 3 erkennen kann, die auf dem Bild­ empfänger projizierte Form des Brennflecks. Bei der Verkip­ pung um den Winkel β bildet sich die Länge 1 des Brennflecks 15 nicht mehr entsprechend der in Fig. 3 hineinprojizierten Breite b ab, sondern durch die Verkippung wird diese Projek­ tion entsprechend länger, so daß also - in der um 90° ver­ setzten Richtung erfolgt ja keine Veränderung - die Projekti­ on des Brennflecks 15 auf dem Bildempfänger kein Quadrat mehr ist sondern ein Rechteck.

Um dem entgegenzusteuern, erfolgt über den Quadrupolanteil des elektromagnetischen Feldes des elektromagnetischen Sy­ stems 11 eine Verformung des Elektronenstrahls 10 dahinge­ hend, daß er in Richtung der Bildebene von oben nach unten fokussiert und in der dazu senkrechten Richtung defokussiert wird, um damit letztendlich zu erreichen, daß die geänderte, in radialer Richtung des Drehtellers verkürzte Ausbildung des Brennflecks 15 sich wiederum als Quadrat auf den Bildempfän­ ger 14 projiziert.

Unter Hinzunahme einer variablen Fokussierungsspannung an der die Kathode 5 umgebenden rotationssymmetrischen Fokussie­ relektrode 6 lassen sich sowohl die Größe als auch das Ver­ hältnis von Länge zu Breite des elektronischen Brennflecks in weiten Bereichen einstellen. Die Brennfleckparameter lassen sich dabei generatorseitig einstellen und auch nachträglich justieren.

Da nach diesem Konzept das Längenverhältnis des elektroni­ schen Brennflecks frei wählbar ist, kann der auszuleuchtende Raumwinkel dΩ beliebig bei frei wählbarem Brennfleck einge­ stellt werden. Es kann also auf diese Weise durch Kippung der Drehachse der Röntgenröhre ein variabler Tellerwinkel reali­ siert werden, um mit einer festgelegten Röhrengeometrie ein möglichst breites Anwendungsspektrum in Bezug auf Brenfleck­ größe und Bildformate abzudecken.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbei­ spiel beschränkt. So wäre es insbesondere auch möglich, die erfindungsgemäße Ausgestaltung statt bei der dargestellten Drehkolbenröhre auch bei einer Drehanodenröhre anzuwenden, bei der - wie weiter oben bereits im einzelnen beschrieben wordne ist - die Verkippung des Anodentellers wahlweise da­ durch erfolgen kann, daß dieser entsprechend kippbar im Ge­ häuse 1 angeordnet ist, oder aber auch dadurch, daß - wie beim gezeigten Ausführungsbeispiel einer Drehkolbenröhre - die ganze Röntgenröhre verkippt wird.

Claims (11)

1. Röntgengerät mit einer Röntgenröhre mit Variofokus, mit einem evakuierten Gehäuse, in dem mit diesem fest verbunden eine. Elektronen emittierende Kathode und ein Anodenteller, auf den der mittels eines elektrischen Feldes beschleunigte Elektronenstrahl in einem Brennfleck trifft, angeordnet sind, und einem elektromagnetischen System zum Ablenken und Fokus­ sieren des Elektronenstrahls mit mehreren stromdurchflossenen Spulenelementen, sowie mit einem seitlichen Röntgenstrahlaus­ trittsfenster im Gehäuse für die im wesentlichen rechtwinklig zur Längsmittelachse austretende und von einem Bildempfänger hinter einem Objekttisch aufgenommene Röntgenstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ mindest der Anodenteller (8) bezüglich der Verbindungsachse zum Bildempfänger (14) kippbar ist und daß das einen katho­ denseitigen Halsabschnitt (16) des Gehäuses (1) zumindest teilweise umgebende elektromagnetische System (11) ein Qua­ drupolfeld zur Veränderung des Elektronenstrahlquerschnittes entsprechend dem Verkippungswinkel β erzeugt, derart, daß der Brennfleck (15) unabhängig von dem jeweils eingestellten Verkip­ pungswinkel β vom Bildempfänger (14) aus gesehen im wesentli­ chen quadratisch ist.

2. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für jeden Verkippungswinkel β vorzugsweise im Bereich von 0° bis 16° der Brennfleck (15) derart justierbar ist, daß die Abmessungen des optischen Bilds des Brennflecks der Norm IEC 336 entsprechen.

3. Röntgengerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenröhre eine Drehanodenröhre mit einer im feststehenden Gehäuse drehbar angetriebenen Drehanode ist.

4. Röntgengerät nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Drehachse der Drehanode parallel gegenüber der Elektronenstrahlachse versetzt ist, und daß das elektromagnetische System ein ausschließlich den Strahlquerschnitt verformendes, Dipol-freies Quadrupolfeld erzeugt.

5. Röntgengerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenröhre eine Drehkolbenröhre mit einem mittels einer Antriebsvorrichtung um eine Drehachse drehbaren Kolben ist, bei der der Kolben (1) mit der fest damit verbundenen Anode (7) samt seinen Drehlagern (3, 4) verkippbar ist, und daß das elektromagneti­ sche System (11) ein dem Quadrupolfeld überlagertes Dipolfeld zur Ablenkung des Elektronenstrahls (10) erzeugt.

6. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spulenelemente des elek­ tromagnetischen Systems (11) mittels wenigstens zweier ge­ trennter Stromquellen betrieben werden.

7. Röntgengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das elektro­ magnetische System auf einem gemeinsamen, das Gehäuse zumin­ dest teilweise umfassenden Träger angeordnete Spulenelemente umfaßt.

8. Röntgengerät nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß am Träger zum Gehäuse (1) weisende Polvorsprünge ausgebildet sind, an denen die Spu­ lenelemente angeordnet sind.

9. Röntgengerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger einstückig aus­ gebildet ist.

10. Röntgengerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus mehreren, insbesondere lösbar aneinander befestigbaren, Teilen besteht.

11. Röntgengerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der Träger ein massives oder laminiertes Eisenjoch ist oder aus Ferrit besteht.