DE19820476C1 - Röntgenstrahler - Google Patents

Abstract

Röntgenstrahler mit einer Drehkolben-Röntgenröhre mit zugeordnetem Ablenk-Magnetsystem, das wenigstens eine stromdurchflossene Spule zur Erzeugung eines magnetischen Ablenkfeldes aufweist, wobei Mittel (15, 16) zum Abgreifen wenigstens eines Referenzsignals (U¶Ref+¶, U¶Ref-¶) zur an der Röntgenröhre (3) anliegenden Hochspannung vorgesehen sind, wobei der Spulenstrom in Abhängigkeit des Referenzsignals mittels einer Steuereinrichtung (8) einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler mit einer Dreh­ kolben-Röntgenröhre mit zugeordnetem Ablenk-Magnetsystem, das wenigstens eine stromdurchflossene Spule zur Erzeugung eines magnetischen Ablenkfeldes aufweist.

Bei derartigen beispielsweise in der US 4 993 055 beschriebe­ nen Röntgenstrahlern dreht sich die komplette Röntgenröhre in einem vom Strahlergehäuse eingeschlossenen Kühlmedium. Aus diesem Grund muß der Emitter in der Regel auf der Drehachse die Elektronen emittieren, die mit Hilfe einer Hochspannung, die zwischen dem die Kathode darstellenden Emitter und der Anode anliegt, beschleunigt werden und ohne weitere Hilfsmit­ tel geradeaus, also nicht abgelenkt auf die Anode fliegen würden. Um den elektronischen Strahl auf den vorgesehenen Brennfleck außerhalb der Anodenmitte abzulenken, bedarf es einer zusätzlichen Kraft auf die Elektronen. Dies wird mit­ tels eines Magnetfelds ausgeübt, welches mittels des Ablenk- Magnetsystems erzeugt wird. Das Magnetfeld ist um so größer, je größer die Geschwindigkeit der Elektronen ist, ursächlich hierfür ist die Lorentz-Kraft. Der spulenseitig geführte Ab­ lenkstrom und die Hochspannung der Röntgenröhre stehen also in einem funktionalen Zusammenhang.

Bedingt durch die verschiedenen radiologischen Anwendungen werden Röntgenröhren bei unterschiedlichen Hochspannungen be­ trieben. Wie beschrieben muß bei Röntgenstrahlern mit Dreh­ kolbenröhren der Ablenkstrom des Ablenksystems entsprechend der verwendeten Hochspannung eingestellt werden. Die Ansteue­ rung des Magnetsystems, also die Steuerung des Spulenstroms muß folglich die Höhe der an der Röhre anliegenden Hochspan­ nung als Steuersignal erhalten, damit der entsprechende Spu­ lenstrom eingestellt werden kann. Bisherige Röntgeneinrich­ tungen arbeiten dabei derart, daß der Ablenkspulenstrom als Funktion der Hochspannung beispielsweise in einer Datenbank des Generatorrechners hinterlegt wird. Damit kann mit Hilfe einer entsprechenden Elektronik und einer steuerbaren Gleich­ stromquelle der Ablenkstrom entsprechend der angelegten Hoch­ spannung eingestellt und dem Röntgenstrahler über zusätzliche Kabel zugeführt werden. Für ein neues Röntgengerät ist dieses Steuerkonzept durchaus akzeptabel. Probleme treten jedoch dann auf, wenn Anlagen mit konventionell bestückten Röntgen­ röhren durch Drehkolben-Röntgenstrahler nachgerüstet werden sollen. Da diesen Strahlern andere Kennlinien zu Grunde lie­ gen, wäre auch der Generator nachzurüsten, damit beide Ele­ mente kompatibel sind und eine adäquate Steuerung des Strah­ lers möglich ist. Wenngleich es möglich wäre, das generator­ seitige Hochspannungssignal wiederum als separates Signal über eine entsprechende zusätzliche Leitung an den Strahler zu geben, ist dies insoweit nachteilig, als zusätzliche Kabel verlegt werden müssen und entsprechende zusätzliche An­ schlüsse am Strahler selbst vorgesehen sein müssen.

Aus der DE 31 36 881 A1 bzw. der EP 0 138 486 B1 ist es be­ kannt, eine der an einer Röntgenröhre anliegenden Hochspan­ nung proportionale Referenzspannung abzugreifen, und zwar zur Gewinnung einer der Hochspannung entsprechenden Fokussie­ rungsspannung bzw. zur Steuerung eines Wechselrichters.

Der Erfindung liegt damit das Problem zu Grunde, einen Rönt­ genstrahler anzugeben, der in ein bestehendes Röntgengerät im Nachrüstfall ohne Montage zusätzlicher Leitungen integriert werden kann, und der einen Betrieb des Röntgengerätes ohne Nachrüstung des Generators ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems sind bei einem Röntgenstrahler der eingangs genannten Art erfindungsgemäß Mittel zum Abgreifen wenigstens eines der anliegenden Hochspannung entsprechenden Referenzsignals vorgesehen, wobei der Spulenstrom des Ablenk- Magnetsystems in Abhängigkeit des Referenzsignal mittels einer Steuereinrichtung einstellbar ist.

Der erfindungsgemäße Röntgenstrahler erzeugt sich also vor­ teilhaft aus der aktuell an der Röntgenröhre anliegenden Hochspannung das entsprechende Steuersignal für die Einstel­ lung des Spulenstroms selbst. Das bedeutet, daß ein Röntgen­ strahler ohne Probleme nachgerüstet werden kann, da er in so­ weit hinsichtlich der Spulenstromsteuerung autark vom Genera­ tor arbeitet. Die Steuereinrichtung ist selbständig in der Lage, basierend auf dem Referenzsignal, das proportional zur anliegenden Hochspannung ist, den entsprechend der tatsäch­ lich anliegenden Hochspannung einzustellenden Spulenstrom einzustellen.

Sofern die Röhre derart betrieben wird, daß lediglich an der Kathode oder an der Anode die Hochspannung anliegt, ist es ausreichend, lediglich ein Referenzsignal abzugreifen und der Steuereinrichtung zuzuführen. Da jedoch bevorzugt sowohl an der Anode wie auch an der Kathode die Hochspannung jeweils zur Hälfte anliegt, können erfindungsgemäß Mittel zum Abgrei­ fen eines anodenseitigen Referenzsignals und eines kathoden­ seitigen Referenzsignals vorgesehen sein, wobei die Strom­ steuerung für den Spulenstrom des Ablenk-Magnetsystems in Ab­ hängigkeit der Summe beider Referenzsignale, erfolgt. Dieser zweifache Abgriff von Referenzsignalen stellt sicher, daß et­ waige Spannungsschwankungen oder -verschiebungen, die zu Un­ terschieden zwischen den anoden- und kathodenseitig anliegen­ den Spannungen führen, sicher erkannt werden und die tatsäch­ lich anliegende Hochspannung korrekt ermittelt werden kann, so daß natürlich auch die Stromsteuerung korrekt erfolgen kann.

Für den Fall, daß entweder sichergestellt ist, daß die anoden- und kathodenseitigen Spannungen äußerst konstant ge­ halten werden und beispielsweise jeweils U/2 betragen, oder aber in einem vorbestimmten, konstant gehaltenen und sich nicht oder nur sehr unwesentlich ändernden Verhältnis stehen, können erfindungsgemäß die Mittel zum Abgriff lediglich eines anodenseitigen oder kathodenseitigen Referenzsignals ausge­ bildet sein, wobei in diesem Fall die Steuereinrichtung zur Erzeugung eines Steuersignals für den Spulenstrom unter Be­ rücksichtigung des bekannten Verhältnisses ausgebildet ist. Für den Fall, daß die Teilspannungen jeweils U/2 betragen, verdoppelt die Spuleneinrichtung also lediglich das Referenz­ signal, im Falle anderer Verhältnisse wird das abgegriffene Referenzsignal entsprechend weiterverarbeitet und gewichtet. In Folge der Spannungskonstanz kann in diesem Fall die Hoch­ spannung exakt ermittelt und der Spulenstrom exakt gesteuert werden. Das Referenzsignal oder die Summe beider Referenz­ signale sollte erfindungsgemäß weniger als 40 V, insbesondere weniger als 20 V, betragen. Als zweckmäßig hat sich eine Signalgröße von ca. 10 V erwiesen.

Zur einfachen Ermittlung des einzustellenden Spulenstroms be­ züglich der aktuell anliegenden Hochspannung kann erfindungs­ gemäß in der Steuereinrichtung eine den Spulenstrom als Funk­ tion der Röhrenspannung beschreibende Steuerkennlinie abge­ legt sein, anhand welcher basierend auf dem Referenzsignal das Steuersignal für den Spulenstrom erzeugbar ist.

Eine konkrete Ausgestaltung der Mittel zum Abgriff der Refe­ renzspannung sieht vor, daß diese wenigstens einen Spannungs­ teiler umfassen, der zwischen die anliegende Hochspannung und Masse geschlossen ist und mit der Steuereinrichtung kommuni­ ziert. Für den Fall, daß die Spannung anoden- und kathoden­ seitig anliegt, können erfindungsgemäß zwei Spannungsteiler vorgesehen sein, von denen einer an der anodenseitig und der andere an der kathodenseitig anliegenden Hochspannung an­ liegt, wobei beide vorzugsweise an einem gemeinsamen Masse­ punkt anliegen. Im Hinblick auf die Höhe der abzugreifenden Spannung bzw. der anliegenden Hochspannung kann erfindungsge­ mäß der oder jeder Spannungsteiler einen Widerstandsmäander aufweisen. Mit dem Spannungsteiler ist es möglich, als Refe­ renzsignal einen Bruchteil der anliegenden Hochspannung abzu­ greifen. Die Steuereinrichtung selbst kann erfindungsgemäß im Inneren des Strahlergehäuses angeordnet sein, was insbeson­ dere im Hinblick auf die Nachrüstung von Vorteil ist, da in diesem Fall keine vom Strahlergehäuse abstehenden Teile ge­ geben sind. Ferner sind keine Leitungsdurchführungen durch das Strahlergehäuse erforderlich. Selbstverständlich ist aber auch eine außenseitige Anordnung denkbar.

Weitere Vorteile und Erläuterungen der Erfindung er­ geben sich aus im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Röntgen­ strahlers, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung zweier Spannungstei­ ler.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Röntgenstrahler 1, be­ stehend aus einem Strahlergehäuse 2, das mit einem Kühlmedium gefüllt ist, beispielsweise einer Kühlflüssigkeit. In dem Strahlergehäuse 2 ist drehbar eine Röntgenröhre 3 angeordnet, bei der es sich um eine Drehkolben-Röhre handelt. Diese Rönt­ genröhre 3 ist innerhalb des Strahlergehäuses 2 entsprechend drehgelagert und kann so komplett gedreht werden. Die Rönt­ genröhre 3 beinhaltet eine Kathode 4 und einen Anodenteller 5, zwischen denen eine Hochspannung zur Beschleunigung von von der Kathode emittierten Elektronen anliegt. Um diese emittierten Elektronen auf den Rand des Anodentellers abzu­ lenken ist ein Ablenk-Magnetsystem 6 vorgesehen, mit einem am Hals der Röntgenröhre 3, diesen umgebend angeordneten Ablenk- Magneten 7 und einer diesem zugeordneten Steuereinrichtung 8. Zum Erzeugen eines Ablenk-Magnetfeldes, mittels welchem die emittierten Elektronen von ihrer an und für sich geradlinigen Flugbahn abgelenkt werden können, sind am Ablenk-Magneten 7 mehrere, in der Regel vier Spulen vorgesehen, die einen Qua­ drupol bilden. Die Spulen sind stromdurchflossen, so daß sich ein Magnetfeld ausbildet. Der Spulenstrom, der über eine nicht gezeigte Gleichstromquelle geliefert wird, wird mittels der Steuereinrichtung 8 entsprechend eingestellt, wobei Grundlage für die Einstellung die anliegende Hochspannung ist. Das Magnetfeld und damit der anzulegende Ablenkstrom ist um so größer, je größer die anliegende Beschleunigungshoch­ spannung ist.

Zur Einstellung des Spulenstromes ist es, wie beschrieben, erforderlich, die anliegende Hochspannung zu kennen, da Ab­ lenkstrom und Hochspannung funktional gemäß einer Kennlinie, die entsprechend in der Steuereinrichtung 8 abgelegt ist, zu­ sammenhängen. Die Hochspannung selbst wird über entsprechende Leitungen 9, 10 an entsprechenden gehäuseseitigen Steckern 11, 12 eingespeist und über entsprechende Leitungen 13, 14 an die Kathode 4 bzw. den Anodenteller 5 gegeben. In der Regel liegt die Hochspannung sowohl anoden- als auch kathodenseitig an, zumeist beträgt der jeweils anliegende Spannungsbetrag ± U/2 der gesamten Hochspannung. Um nun die jeweilige Teilspan­ nung ermitteln zu können, sind zwei Spannungsteiler 15, 16 vorgesehen, die zwischen die jeweilige Hochspannung, also im Ausgangsbeispiel die jeweilige Leitung 13, 14 und Masse 17, auf welcher auch das Strahlergehäuse 2 liegt, geschaltet sind. Jeder Spannungsteiler 15, 16 umfaßt einen Widerstands­ mäander 18, 19, an welchem das entsprechende positive oder negative Referenzsignal abgegriffen werden kann. Dieses Refe­ renzsignal stellt nun - abhängig von der Art des Abgriffs - ein Maß für die jeweils anliegende Teilspannung dar. Es ist proportional zur anliegenden Spannung und sollte im Bereich weniger Volt liegen. Die beiden Referenzsignale U_Ref- und U_Ref+ werden über entsprechende Leitungen 20, 21 an die Steuerein­ richtung 8 gegeben. Diese summiert die beiden Referenzsignal­ beträge zu einem Gesamtreferenzsignal und erzeugt entspre­ chend der abgelegten Kennlinie das Steuersignal für den Spu­ lenstrom.

Fig. 2 zeigt eine Prinzipskizze für die Spannungsteilerschal­ tung. Gezeigt sind die beiden Widerstandsmäander 18, 19, an denen entsprechende Spannungsabgriffe 22, 23 sowie ein Mas­ seanschluß 24 vorgesehen sind. Beide Spannungsteiler bzw. die beiden Widerstandsmäander können auf einer gemeinsamen Pla­ tine 25 aufgebracht sein. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Bei­ spiel werden die beiden Referenzsignale U_Ref+ und U_Ref- als ge­ meinsames Signal an die Steuereinrichtung 8 gegeben.

Bei einem Röntgenstrahler, bei dem lediglich an der Anode oder an der Kathode die Hochspannung anliegt, ist nur ein Spannungsteiler erforderlich. Dies gilt auch in dem Fall, daß die gesamte Hochspannung zwar in Teilen an der Anode und an der Kathode eingespeist wird, diese Spannungsteile aber in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander stehen, oder aber jeder Spannungsbetrag im wesentlichen konstant ±U/2 beträgt. Auch in diesem Fall ist der Abgriff lediglich eines Referenz­ signals erforderlich, welches dann entsprechend zur Bestim­ mung der aktuell anliegenden Hochspannung seitens der Steuer­ einrichtung 8 verarbeitet werden kann.

Claims (10)

1. Röntgenstrahler mit einer Drehkolben-Röntgenröhre mit zu­ geordnetem Ablenk-Magnetsystem, das wenigstens eine strom­ durchflossene Spule zur Erzeugung eines magnetischen Ablenk­ felds aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel (15, 16) zum Abgreifen we­ nigstens eines Referenzsignals (U_Ref+, U_Ref-), das der an der Drehkolben-Röntgenröhre (3) anliegenden Hochspannung ent­ spricht, vorgesehen sind, wobei der Spulenstrom des Ablenk- Magnetsystems in Abhängigkeit des Referenzsignals mittels ei­ ner Steuereinrichtung (8) einstellbar ist.

2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (15, 16) zum Ab­ greifen eines anodenseitigen Referenzsignals (U_Ref+) und eines kathodenseitigen Referenzsignals (U_Ref-) vorgesehen sind, wobei die Stromsteuerung für den Spulenstrom des Ablenk- Magnetsystems in Abhängigkeit der Summe beider Referenz­ signale (U_Ref+, U_Ref-) erfolgt.

3. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei sowohl anodenseitig als auch kathodenseitig in einem im wesentlichen vorbe­ stimmten Verhältnis anliegender Hochspannung die Mittel zum Abgriff lediglich eines anodenseitigen oder kathodenseitigen Referenzsignals ausgebildet sind, und daß die Steuereinrich­ tung zur Erzeugung eines Steuersignals für den Spulenstrom des Ablenk-Magnetsystems unter Berücksichtigung des bekannten Verhältnisses ausgebildet ist.

4. Röntgenstrahler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Steuereinrichtung (8) eine den Spulenstrom des Ablenk-Magnetsystems als Funktion der Röhrenspannung beschreibende Steuerkennlinie ab­ gelegt ist, anhand welcher basierend auf dem Referenzsignal (U_Ref+, U_Ref-) das Steuersignal für den Spulenstrom erzeugbar ist.

5. Röntgenstrahler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal oder die Summe beider Referenzsignale weniger als 40 V, insbesondere weniger als 20 V, vorzugsweise ca. 10 V beträgt.

6. Röntgenstrahler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel wenigstens einen Spannungsteiler (15, 16) umfassen, der zwischen der anliegenden Hochspannung (13, 14) und Masse (17) vorgesehen ist und mit der Steuereinrichtung (8) kommu­ niziert.

7. Röntgenstrahler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Spannungsteiler (15, 16) vorgesehen sind, von denen einer an der anodenseitig und der andere an der kathodenseitig anliegenden Hochspannung (13, 14) anliegt, und die vorzugsweise an einem gemeinsamen Massepunkt (17) anliegen.

8. Röntgenstrahler nach Anspruch 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der oder jeder Spannungsteiler (15, 16) einen Widerstandsmäander (18, 19) aufweist.

9. Röntgenstrahler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (8) im Inneren eines Strahlergehäuses (2) angeordnet ist.

10. Röntgenstrahler nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal (U_Ref+, U_Ref-) der an der Drehkolben-Rönt­ genröhre (3) anliegenden Hochspannung proportional ist.