PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19639243C2 02.07.1998
Titel Multi-, insbesondere dichromatische Röntgenquelle
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Hell, Erich, Dr., 91054 Erlangen, DE;
Knüpfer, Wolfgang, Prof., 91054 Erlangen, DE;
Schardt, Peter, Dr., 91341 Röttenbach, DE
DE-Anmeldedatum 24.09.1996
DE-Aktenzeichen 19639243
Offenlegungstag 02.04.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 02.07.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.07.1998
IPC-Hauptklasse G21K 5/00
IPC-Nebenklasse H01J 35/08   G21K 1/10   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strahlungsquelle zur Erzeugung einer multi-, insbesondere dichromatischen Röntgenstrahlung mit mindestens einer Kathode und einer Anode zur Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung und einem von der Anode umschlossenen Target zur Umsetzung der auf das Target auftreffenden Röntgenbremsstrahlung in Fluoreszenzstrahlung.

In der medizinischen Diagnostik werden fast ausschließlich Röntgenquellen verwendet, die ein kontinuierliches Röntgenspektrum erzeugen. Für eine Reihe von Anwendungen wäre jedoch ein monochromatisches Röntgenspektrum von Vorteil, da dadurch zusätzliche Materialeigenschaften ausgenutzt werden können, wie beispielsweise der sprunghafte Anstieg der Intensitätsschwächung an den Absorptionskanten.

Aus der DE 42 09 226 A1 ist zwar bereits ein monochromatischer Röntgenstrahler der eingangs genannten Art bekanntgeworden, der jedoch nur Röntgenstrahlung einer durch die Auswahl des Fluoreszenztargets festgelegten Wellenlänge erzeugt. Für das Subtraktionsverfahren benötigt man aber unterschiedliche Wellenlängen. Dieses Subtraktionsverfahren wurde daher bei der Röntgendiagnostik bisher immer entweder in der Weise angewandt, daß Röntgenstrahler mit kontinuierlichem Bremsstrahlspektrum bei zwei verschiedenen Beschleunigungsspannungen oder eine dichromatische Synchrotronquelle verwendet wurden. Bei der erstgenannten Methode mit zwei gegeneinander verschobenen kontinuierlichen Bremsstrahlspektren nutzt man aber die Absorptionskante des Kontrastmittels nur unzureichend, bei der zweiten, die ja nur im Zusammenhang mit Beschleunigerringen und damit im normalen Krankenhausbetrieb gar nicht einsetzbar ist, kann man lediglich Zweizeilendetektoren einsetzen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Röntgenstrahlquelle mit mehreren, vorzugsweise zwei schnell umschaltbaren Röntgenfrequenzen zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Target abschnittsweise aus unterschiedlichen Materialien besteht und die Abschnitte wahlweise mit der Röntgenbremsstrahlung bestrahlbar sind.

Gemäß einer ersten Ausführungsform einer derartigen erfindungsgemäßen Strahlenquelle ist das nadelförmige Target in einer Längsmittelebene geteilt, wobei die beiden Hälften aus den genannten unterschiedlichen Materialien bestehen, und die Kathode ist ebenfalls so geteilt, daß von ihren separat ansteuerbaren Abschnitten wahlweise zwei einander gegenüberliegende (maximal halbringförmige) Abschnitte der Anode mit Elektronen bestrahlt werden, von denen Röntgenstrahlung nur jeweils eine Targethälfte erreicht.

Je nachdem, welcher der Teilabschnitte der Anoden gerade angesteuert wird, wird somit nur auf einem Teil der Anodenfläche eine Röntgenbremsstrahlung erzeugt, die wiederum nur eine der aus unterschiedlichen Materialien bestehenden Targethälften bestrahlt, so daß nur die charakteristische Fluoreszenzstrahlung dieser Targethälfte entstehen kann. Das Umschalten vom einen Kathodenabschnitt auf den anderen ist praktisch trägheitslos und verzögerungsfrei möglich, so daß der Wechsel zwischen den beiden monochromatischen Röntgenfrequenzen sehr rasch erfolgen kann. Eine solche dichromatischen Röntgenstrahlungsquelle ist somit hervorragend für die eingangs angesprochenen Subtraktionsverfahren einsetzbar, bei denen die eine Röntgenstrahlfrequenz etwas unterhalb der Absorptionskante des interessierenden Materials liegt.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Target in der Mittelebene des Anodenrings senkrecht zur Ringachse geteilt ist, daß der Anodenring mit einem einspringenden, zur Mittelebene symmetrischen Keilring versehen ist, und daß über und unter der Mittelebene je eine Ringkathode mit einer Fokussierungseinrichtung angeordnet ist, die jeweils nur die obere oder die untere Ringfläche des Keilrings mit Elektronen bestrahlt.

Durch nahes Heranführen der Spitze des Keilrings an das Target dabei sichergestellt werden, daß Strahlung von einer der Ringflächen des Keilrings ausschließlich entweder die obere Hälfte oder die untere Hälfte des Targets erreichen kann, so daß eine exakt monochromatische Fluoreszenzstrahlung erzeugt wird, je nachdem ob man mit der oberen oder der unteren Ringkathode arbeitet.

Dabei kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß im hohlen, von Kühlflüssigkeit durchströmten Anodenring eine in den hohlen Keilring mit Abstand einspringende, vorzugsweise ebenfalls keilförmige Flüssigkeitsleitfläche angeordnet ist, so daß die Kühlflüssigkeit auch und gerade den hohlen Keilring durchströmt, in dem ja durch das Auftreffen der Elektronen die Hauptwärmemenge erzeugt und damit auch von ihm abgeführt werden muß.

Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, eine der Targetspitze gegenüberliegende Bodenplatte des Anodenrings mit einem zentralen Röntgenstrahlaustrittsfenster zu versehen, wobei das Röntgenstrahlaustrittsfenster bevorzugt auf einem von einer Bodenöffnung her einragenden Tragrohr für die untere Ringkathode und deren Fokussierungsspulen angeordnet sein kann.

Dabei könnte man selbstverständlich auch die genannten unterschiedlichen Teilungen des Targets miteinander kombinieren, so daß das Target dann aus vier unterschiedlichen Abschnitten bestehen könnte, um so eine quadrochromatische Strahlungsquelle mit vier wahlweise und in rascher Abfolge wählbaren Röntgenfrequenzen zu schaffen. Eine solche Röntgenstrahlenquelle mit vier unterschiedlichen Frequenzen kann für andere diagnostische Zwecke sehr vorteilhaft eingesetzt werden. Für die angesprochene Röntgendiagnostik unter Verwendung des Subtraktionsverfahrens genügt allerdings eine dichromatische Röntgenstrahlungsquelle, also eine nur einmalige Trennung des Targets in zwei Abschnitte.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung, die einen schematischen Schnitt durch eine dichromatische Röntgenquelle zeigt.

In der Figur erkennt man einen innen hohlen Anodenring 1, der in einer zur Ringachse 2 senkrechten Mittelebene 3 mit einem hohlen einspringenden Keilring 4 versehen ist, in den wiederum ein weiterer Keil als Flüssigkeitsleitfläche 5 einragt, um die Kühlflüssigkeit, die am Einlaß 6a in den Anodenring eintritt und am Auslaß 6b austritt, auch bevorzugt an der Innenfläche des Keilrings 4 vorbeizuleiten, wo die meiste Wärme durch die auftreffenden abgebremsten Elektronen abzuführen ist.

Oberhalb und unterhalb der Mittelebene 3 ist jeweils eine Kathode 7 bzw. 8 in Form einer ringförmigen Wendel symmetrisch zur Rotationsachse 2 angeordnet, wobei Fokussierungsspulen 9 und 10 bzw. 11 und 12 eine Fokussierung der von den Kathoden 7 und 8 ausgehenden Elektronen auf die in der Zeichnung zwischen den von den Kathoden ausgehenden Strahlen liegenden Ringbereiche der Ringflächen 13 und 14 des Keilrings 4 auftreffen. Je nachdem, ob die obere oder untere Elektrode 7 oder 8 eingeschaltet ist, wird nur die obere oder untere Ringfläche 13 bzw. 14 mit Elektronen bestrahlt, so daß nur von dort aus Röntgenbremsstrahlung ausgeht. Diese Röntgenbremsstrahlung trifft auf ein nadelförmiges Target 15, das symmetrisch zur Rotationsachse 2 am Träger der oberen Kathode 7 befestigt ist, wobei das Target in der Mittelebene 3 geteilt ist und die untere Targethälfte 15a aus einem anderen Material besteht als die obere Targethälfte 15b. Mit dem Wechsel der Kathoden 7 und 8 wird also abwechselnd entweder die Targethälfte 15b oder die Targethälfte 15a bestrahlt, so daß jeweils die materialspezifische Fluoreszenzstrahlung abgegeben und über das Röntgenstrahlaustrittsfenster 16 nach außen gelangt. Dieses Röntgenstrahlaustrittsfenster 16 sitzt auf einem Tragrohr 17 für die untere Kathode 8 und deren Fokussierspulen 11 und 12 und ragt dabei in eine Bodenöffnung 18 einer Bodenplatte 19 des Anodenrings 1. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Keilwinkel α des Keilrings 4 so gewählt, daß verhindert wird, daß Strahlung von der oberen Ringfläche auf den unteren Targetteil 15a gelangen kann oder Strahlung von der unteren Ringfläche 14 auf das obere Targetteil 15b. Alternativ, oder auch zusätzlich dazu, könnte diese Gefahr auch dadurch ausgeschlossen werden, daß man die Spitze 20 des Keilrings sehr nahe an das Target 15 heranführt. Dies wird aber in der Praxis doch weitgehend dadurch verhindert, daß man zur Verhinderung einer Wärmebelastung durch Rückstreuelektronen das Target auf Kathodenpotential legt, so daß dann der Keilring 4 auf Anodenpotential selbstverständlich nicht zu nahe herangeführt werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.

So kann, wie bereits weiter oben im einzelnen beschrieben worden ist, das Target statt der Querteilung in der Ebene 3 auch längsgeteilt in einer durch die Symmetrieachse 2 verlaufenden Ebene geteilt sein, wobei dann eine Teilung der Kathode ebenfalls in zwei beidseits dieser Trennebene liegende Teile erfolgen muß, um wahlweise die linke oder rechte Hälfte des Anodenrings nur mit Elektronen zu bestrahlen und damit nur dort eine Röntgenbremsstrahlung auszulösen, die wahlweise wiederum nur eine der Targethälften zur Erzeugung einer Fluoreszenzstrahlung bestrahlen kann. Darüber hinaus wäre es ja auch noch möglich, beide Teilungen miteinander zu kombinieren und somit einen Röntgenstrahler mit vier Frequenzen zu erzeugen.


Anspruch[de]
  1. 1. Strahlenquelle zur Erzeugung einer multi-, insbesondere dichromatischen Röntgenstrahlung mit mindestens einer Kathode und einer Anode zur Erzeugung von Röntgenbremsstrahlung und einem von der Anode umschlossenen Target zur Umsetzung der auf das Target auftreffenden Röntgenbremsstrahlung in Fluoreszenzstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (15) abschnittsweise aus unterschiedlichen Materialien besteht und die Abschnitte (15a, 15b) wahlweise mit der Röntgenbremsstrahlung bestrahlbar sind.
  2. 2. Strahlenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nadelförmige Target (15) in einer Längsmittelebene geteilt ist und daß die Kathode so geteilt ist, daß von ihren separat ansteuerbaren Teilabschnitten wahlweise zwei einander gegenüberliegende Abschnitte der Anode mit Elektronen bestrahlt werden, von denen Röntgenstrahlung nur jeweils eine Targethälfte erreicht.
  3. 3. Strahlenquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (15) in der Mittelebene (3) des Anodenrings (1) senkrecht zur Ringachse (2) geteilt ist, daß der Anodenring (1) mit einem einspringenden, zur Mittelebene symmetrischen Keilring (4) versehen ist, und daß über und unter der Mittelebene (3) je eine Ringkathode (7, 8) mit einer Fokussierungseinrichtung (9, 10; 11, 12) angeordnet ist, die jeweils nur die obere oder die untere Ringfläche (13, 14) des Keilrings (4) mit Elektronen bestrahlt.
  4. 4. Strahlenquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im hohlen von Kühlflüssigkeit durchströmten Anodenring (1) eine in den hohlen Keilring (4) einspringende, vorzugsweise ebenfalls keilförmige Flüssigkeitsleitfläche (5) angeordnet ist.
  5. 5. Strahlenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Targetspitze gegenüberliegende Bodenplatte (19) des Anodenrings (1) mit einem zentralen Röntgenstrahlaustrittsfenster (16) versehen ist.
  6. 6. Strahlenquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Röntgenstrahlaustrittsfenster (16) auf einem von einer Bodenöffnung (18) her einragenden Tragrohr (17) für die untere Ringkathode (8) und deren Fokussierungsspulen (11, 12) angeordnet ist.
  7. 7. Strahlenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (15) auf Kathodenpotential liegt.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com