Computertomographiestrahler mit Ausgleich der thermischen Fokuswanderung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Computertomographiestrah-ler mit einer in einem mit einem Kühlmittel gefüllten Gehäuse mit einem seitlichen Röntgenstrahl-Austrittsfenster angeord-neten, über eine Röhrenaufhängung im Gehäuse gelagerten Rönt-genröhre mit einer Kathode und einer vorzugsweise an dem der Kathode abgelegenen Ende in einem Festlager gehalterten Dreh-anode.
Ein derartiger Röntgenstrahler ist aus der EP 0 663 790 A1 bekannt.
Bei Computertomographiestrahlern kommt es in der Regel darauf an, daß sich der Brennfleck an einer bestimmten Stelle befin-det und stabil bleibt. Durch die Halterung der Drehanode in axialer Richtung durch ein Festlager wirkt sich die Län-genausdehnung der Welle der Drehanode nachteilig aus, da hierdurch Verschiebungen der Anode und damit wegen der schwankenden Temperaturen im Betrieb unerwünschte Bewegungen des Brennflecks in axialer Richtung auftreten.
Diese Schwierigkeiten wurden bislang in unterschiedlicher Weise zu lösen versucht. Zum einen hat man versucht, das Festlager möglichst nahe an der Anode anzubringen, wodurch wegen der verkürzten Länge bis zum Anodenteller die der ther-mischen Ausdehnung unterworfene Länge reduziert wird. Ein an-odennahes Festlager ist aber höheren thermischen Belastungen ausgesetzt, was die Lebensdauer des Lagers verringert.




Alternativ zu dieser Verkürzung der der thermischen Ausdeh-nung unterworfenen Länge der Anode durch entsprechende Ver-schiebung des Festlagers hat man die unerwünschten Bewegungen des Brennflecks bisher auch herstellerseitig dadurch auszu-schalten versucht, daß der Computertomographiestrahler mit einer motorischen Verstellung in der Weise in das System in-tegriert wurde, daß der Fokus der Strahlung durch Verschieben des Strahlers immer an der gleichen Stelle gehalten werden kann. Dadurch entstehen aber nicht unerhebliche zusätzliche Kosten.
In der eingangs genannten EP 0 663 790 A1 ist ein Röntgenstrahler beschrieben, der von einem flüssigen Kühlmittel umgeben ist, in dem ein Temperaturfühler angeordnet ist. Durch das elektrische Aus-gangssignal des Temperaturfühlers soll die Energiezufuhr zu der Röntgenröhre unterbrochen werden, wenn die Temperatur des Kühlmittels einen bestimmten Wert überschreitet.
Aus der US 4,780,901 ist es bekannt, das Kühlmittel eines Röntgenstrahlers durch einen geschlossenen Kühlkreislauf zu pumpen.
Die DE 42 07 173 A1 betrifft einen Röntgenstrahler, der der-art an einer Halterung angebracht ist, daß die Halterung an oder im Bereich der Achse des Zentralstrahls der Röntgenröhre angreift und so ausgebildet ist, daß sich temperaturbedingte Ausdehnungen allenfalls in Richtung des Zentralstrahls aus-wirken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Compu-tertomographiestrahler der eingangs genannten Art so auszuge-stalten, daß in einfacher Weise und ohne die vorstehend be-schriebenen Schwierigkeiten der bisherigen Lösungen in Kauf nehmen zu müssen eine stabile Positionierung des Strahler-

Fokus ohne aufwendige Verschiebung des gesamten Computertomo-graphiestrahlers erreicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Regelvorrichtung vorgese-hen, die die Kühlmitteltemperatur derart regelt, daß sich die Längenausdehnungen der Anode einerseits und der Röhrenaufhän-gung und des Außengehäuses bis zum Röntgenstrahlaustrittsfen-ster andererseits jeweils zu Null kompensieren, so daß die Position des Brennflecks der Anode bezüglich des Austritts-fensters konstant bleibt.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die Tem-peratur der Anode sich in weitem Umfang unabhängig von der Temperatur des Kühlmittels und damit des Strahlers und des Strahlergehäuses mit der Aufhängung der Röntgenröhre ändert,

so daß durch eine gezielte Änderung der Kühlmitteltemperatur und damit der Längenausdehnung der Röhrenaufhängung die in weitem Umfang nicht steuerbare Längenänderung der Drehanode aufgrund von Temperaturänderungen der Anode kompensiert wer-den kann.
Die Regelung der Kühlmitteltemperatur erfolgt dabei bevorzugt durch eine entsprechende Regelung der für das Kühlmittel vor-gesehenen Umlaufkühlung.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß in einem Speicher der Regelvorrichtung ein Kennfelddia-gramm gespeichert ist, in welchem die in Laborversuchen ge-messenen Längenausdehnungen der Anode sowie der Röhrenaufhän-gung und des Außengehäuses bis zum Röntgenstrahlaustrittsfen-ster enthalten sind. Mit den durch Laborversuche gewonnenen und im Kennfelddiagramm abgespeicherten Daten wird die Tempe-ratur des Kühlmittels so geregelt, daß beide Längenausdehnun-gen sich jeweils zu Null kompensieren.
Zur Regelung sind dabei zwei Verfahren möglich. Gemäß einem ersten Regelungsverfahren kann vorgesehen sein, daß der Lastrechner des Computertomographen ständig die Temperatur der Anode ermittelt und daraus die zur Kompensation erforder-liche Temperatur des Kühlmittels errechnet.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß die Regelung der Kühlmitteltemperatur entsprechend der Positionsregelung des Computertomographen erfolgt.




Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er-geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh-rungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung, die einen Schnitt durch eine Computertomographieröhre zeigt. Dabei werden nur diejenigen Teile in der nachfolgenden Beschreibung angespro-chen, die für den erfindungsgemäßen Ausgleich der thermischen Fokuswanderung von Bedeutung sind.
Der gezeigte Computertomographiestrahler umfaßt ein Außenge-häuse 1 mit einem Röntgenstrahlaustrittsfenster 2 , in welchem eine Röntgenröhre 3 mit einem vorzugsweise aus Glas bestehen-den Gehäuse 4 einer nur schematisch angedeuteten Kathode 5 und einer Drehanode 6 , bestehend aus dem Anodenteller 7 , dem Anodenstengel 10 , der Anodenwelle 8 und der Lagerbuchse 9 an-geordnet ist. Die Röntgenröhre 3 ist über eine elastische Aufhängung 11 im Gehäuse 1 gelagert, wobei der Raum zwischen der Röntgenröhre 3 und dem äußeren Gehäuse 1 mit einem Kühl-mittel, meist Öl, gefüllt ist.
An den möglichen Verschiebungen des Brennflecks auf dem An-odenteller bei schwankenden Betriebstemperaturen sind zwei unterschiedliche Ausdehnungstrecken beteiligt. Die eine Aus-dehnungsstrecke, nämlich die Ausdehnungsstrecke a der Anode, besteht aus dem Anodenteller 7 , der Anodenwelle 8 , der Lager-buchse 9 und dem Anodenstengel 10 . Die andere Ausdehnungs-strecke b umfaßt die axiale Länge der Röhrenaufhängung 11 so-wie die axiale Länge der Außenhaut c zwischen dem Röhrenträ-ger 11 und dem Flansch 12 des Röntgenstrahlaustrittsfensters. Bei 13 erkennt man die Brennfleckposition, die entsprechend der vorliegenden Erfindung durch eine die Temperatur der An-ode berücksichtigende Regelungsvorrichtung für die Temperatur

des Kühlmittels zwischen der Röntgenröhre 3 und dem Gehäuse 1 in einer stabilen Position bezüglich des Röntgenstrahlaus-trittsfensters 2 gehalten werden soll. Der Brennfleck 13 kann durch Erhöhung der Temperatur des Kühlmittels in Anodenrich-tung und durch Verringerung der Temperatur des Kühlmittels in Kathodenrichtung verschoben werden. Bei der bevorzugten Aus-führungsform der weiter oben angesprochenen unterschiedlichen Regelungsverfahren wird die Positionsregelung des Computerto-mographen mit der Temperaturregelung des Strahler-Kühlmittels so verknüpft, daß der Sollwert für die Öltemperatur durch die Positionsregelung gesteuert wird.