DE102004056110A1

DE102004056110A1 - Drehkolben-Röntgenstrahler

Info

Publication number: DE102004056110A1
Application number: DE102004056110A
Authority: DE
Inventors: Thomas Deutscher; Wolfgang Kutschera; Matthias Seufert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-06-01
Also published as: US20060146985A1; US7382865B2

Abstract

Zur Verringerung des Gewichtes bei einem Drehkolben-Röntgenstrahler (1) mit einer in einem ein Kühlmedium aufnehmenden Strahlergehäuse (19) drehbar gelagerten Drehkolben-Röntgenröhre (2), welche eine mit einem Vakuumgehäuse (3) fest verbundene Drehanode (6) und eine Kathode (9) enthält, weist zum Schutz gegen eine Verlust-Röntgenstrahlung das Vakuumgehäuse (3) zumindest einen ersten Teilbereich (5; 30) einer Abschirmung (5; 25; 30; 35; 26) und das Strahlergehäuse (19) zumindest einen zweiten Teilbereich (25; 35; 26) einer Abschirmung (5; 25; 30; 35; 26) auf; zweckmäßigerweise weisen nur die Bereiche des Vakuumgehäuses (3) bzw. des Strahlergehäuses (19) eine Abschirmung (5; 25; 30; 35; 26) auf, die von der Verlust-Röntgenstrahlung bestrahlt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehkolben-Röntgenstrahler gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1; ein derartiger Drehkolben-Röntgenstrahler ist aus der DE 196 12 698 C1 bekannt.

Drehkolben-Röntgenstrahler müssen, insbesondere für den Einsatz in medizinischen Geräten, gesetzlichen Vorschriften entsprechend abgeschirmt werden. Im vorgenannten bekannten Fall ist es dazu vorgesehen, ein Strahlergehäuse als Strahlenschutzgehäuse auszubilden, um neben dem für die eigentliche Durchleuchtung eines zu untersuchenden Objektes notwendigen Nutzstrahl austretende Verlust-Röntgenstrahlung abzuschirmen. Für Drehkolben-Röntgenstrahler ist es außerdem bekannt, auf der Innenseite des Röntgenstrahlergehäuses in den zu schirmenden Bereichen ein die Röntgenstrahlung stark schwächendes Material, wie zum Beispiel Blei, aufzubringen.

Aus der EP 0 935 812 B1 ist ein Röntgenstrahler mit einer Kathodenanordnung und einer sich in einer einheitlichen Vakuumkammer drehenden Anodenanordnung bekannt, wobei die Vakuumkammer durch eine zylindrische Seitenwand sowie eine Deckel- und eine Bodenwand ausgebildet ist. Seitenwand, Deckelwand sowie Bodenwand sind aus strahlungsabschirmenden Materialien ausgebildet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Drehkolben-Röntgenstrahler der eingangs genannten Art bei Gewährleistung einer hinreichenden Abschirmung gegenüber Verlust-Röntgenstrahlung mit einfachen Mitteln ein geringes Gewicht zu erzielen.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Drehkolben-Röntgenstrahler gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß gelöst durch dessen kennzeichnende Lehre; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.

Dadurch dass bei einem erfindungsgemäßen Drehkolben-Röntgenstrahler das rotierende Vakuumgehäuse der Drehkolben-Röntgenröhre zumindest einen ersten Teilbereich der Abschirmung aufweist, wird bei gewährleisteter Abschirmwirkung durch die im Vergleich zu einer allein mit der Abschirmung versehenen Strahlergehäuseoberfläche deutlich kleinere und näher am Entstehungsort der Röntgenstrahlung befindliche, mit der Abschirmung versehene Vakuumgehäuseoberfläche eine Reduzierung des Volumens des Schirmmaterials und damit eine Reduzierung des Gewichtes des Drehkolben-Röntgenstrahlers erzielt; im Falle eines auf einer Tragevorrichtung befestigten Drehkolben-Röntgenstrahlers bedeutet das zusätzlich weniger Aufwand, eine geringere mechanische Belastung, eine Kostenersparnis und eine kompaktere Bauweise für die den Röntgenstrahler aufnehmende Tragevorrichtung; insbesondere bei einem auf einer Gantry angeordneten und mit diesem rotierenden Drehkolben-Röntgenstrahler bedeutet das außerdem eine Verringerung des Verschleißes der Gerätedrehlagerung.

Um mit möglichst wenig Schirmmaterial eine umfassende Schirmwirkung zu erzielen, weist in vorteilhafter Weise das Vakuumgehäuse der Drehkolben-Röntgenröhre den ersten Teilbereich der Abschirmung nur in seinem von der Verlust-Röntgenstrahlung bestrahlten Bereich auf.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Vakuumgehäuse selbst in dem ersten Teilbereich der Abschirmung aus einem die Röntgenstrahlung stark schwächenden Material ausgebildet. Nach einer für eine einfachere Bauweise des Drehkolben-Röntgenstrahlers vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Teilbereich der Abschirmung aus einer Beschichtung des Vakuumgehäuses mit einem die Röntgenstrahlung stark schwächenden Material ausgebildet.

In vorteilhafter Weise besteht das die Röntgenstrahlung stark schwächende Material aus Tantal und/oder Wolfram und/oder Molybdän und/oder einer Legierung von Tantal und/oder einer Legierung von Wolfram und/oder einer Legierung von Molybdän.

Der erfindungsgemäße Drehkolben-Röntgenstrahler eignet sich insbesondere für ein Gantry-Röntgengerät, wie zum Beispiel einen Computertomographen, und für ein Röntgengerät mit einer Tragevorrichtung, insbesondere ein C-Bogen-Röntgengerät, an der ein Drehkolben-Röntgenstrahler gehaltert ist; die Anwendung ist jedoch nicht darauf beschränkt.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt; es zeigen:
1 einen Drehkolben-Röntgenstrahler, wobei eine Seitenwand des Vakuumgehäuses einer Drehkolben-Röntgenröhre einem ersten Teilbereich einer Abschirmung aufweist und ein Teil des Strahlergehäuses einen zweiten Teilbereich der Abschirmung aufweist;
2 einen weiteren Drehkolben-Röntgenstrahler, wobei ein Teil einer Seitenwand des Vakuumgehäuses einer Drehkolben-Röntgenröhre einem ersten Teilbereich einer Abschirmung aufweist und ein Teil des Strahlergehäuses einen zweiten Teilbereich der Abschirmung aufweist.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Drehkolben-Röntgenstrahler 1 gezeigt, der eine von einem im Wesentlichen rotationssymmetrischen Vakuumgehäuse 3 begrenzte Drehkolben-Röntgenröhre 2 enthält. Die Drehkolben-Röntgenröhre 2 weist im Inneren ihres Vakuumgehäuses 3 ein Vakuum 4 auf und ist in einem mit einem Kühlmedium, wie zum Beispiel Isolieröl 17, gefüllten Strahlergehäuse 19 über Lager mit einer Welle 7 um eine Drehachse 22 drehbar gelagert und von einem Antrieb 15 in Drehrichtung 16 angetrieben. Eine Bodenwand der Drehkolben-Röntgenröhre 2 wird durch eine rotationssymmetrische, tellerförmige Drehanode 6 gebildet, die fest mit dem Vakuumgehäuse 3 verbunden ist und somit mitrotiert. Eine mit einem Target 20 versehene Seite der Drehanode 6 ist im Vakuum 4 des Vakuumgehäuses 3 und eine Anodenunterseite 21 der Drehanode 6 ist im Isolieröl 17 des Strahlergehäuses 19 angeordnet.
Auf dem der Drehanode 6 gegenüberliegenden Stirnseite 23 der Drehkolben-Röntgenröhre 2.1 befindet sich eine Kathode 9 zur Aussendung eines Elektronenstrahles 10, welcher von einem Ablenksystem 14 auf das Target 20 der Drehanode 6 gelenkt wird und in einem Fokus 11 Röntgenstrahlung in Form eines Nutzstrahles 12 und in Form von Verlust-Röntgenstrahlung erzeugt. Der Nutzstrahl 12 tritt durch einen wegen der Rotation der Drehkolben-Röntgenröhre 2 rotationssymmetrisch um diese angeordneten ersten Nutzstrahlenaustritt 18 aus der Drehkolben-Röntgenröhre 2 und durch einen zweiten Nutzstrahlenaustritt 13 aus dem Strahlergehäuse 19 aus.
Als Strahlenschutz gegen die in verschiedene Richtungen abgestrahlte Verlust-Röntgenstrahlung ist eine aus den Teilbereichen 30 bzw. 35; 26 gebildete Abschirmung 30; 35; 26 vorgesehen. Der erste Teilbereich 30 der Abschirmung 30; 35; 26 ist dabei in vorteilhafter Weise derart auf das Vakuumgehäuse 3 der Drehkolben-Röntgenröhre 2 verteilt angeordnet und der zweite Teilbereich 35; 26 auf das Strahlergehäuse 19 des Drehkolben-Röntgenstrahlers 1 verteilt angeordnet, dass mit geringem Flächenaufwand ein optimaler Schutz gegen ein Austreten der Verlust-Röntgenstrahlung aus dem Strahlergehäuse 19 erzielbar ist. Der erste Teilbereich 30 der Abschirmung 30; 35; 26 ist im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen rotationssymmetrisch auf der gesamten Seitenwand des Vakuumgehäuses 3 angeordnet und verhindert den Austritt von Verlust-Röntgenstrahlung aus der Drehkolben-Röntgenröhre 2.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Strahlergehäuse 19 des Drehkolben-Röntgenstrahlers 1 zumindest einen zweiten Teilbereich 35; 26 der Abschirmung 30; 35; 26 auf. Zur optimalen Reduzierung der Abschirmung weist das Strahlergehäuse 19 des Drehkolben-Röntgenstrahlers 1 den zweiten Teilbereich 35; 26 der Abschirmung 30; 35; 26 nur in seinem von der Verlust-Röntgenstrahlung bestrahlten Bereich auf. Ein umfangsseitiger Teil 35 des zweiten Teilbereichs 35; 26 der Abschirmung 30; 35; 26 ist auf dem Strahlergehäuse 19 angeordnet, um zu verhindern, dass ein Austritt von Verlust-Röntgenstrahlung aufgrund des in dem Vakuumgehäuse 3 notwendigen ersten Nutzstrahlenaustritts 18 für den Nutzstrahl 12 und der Rotation der Drehkolben-Röntgenröhre 2 im entsprechenden Bereich möglich ist. In einigen Fällen – wie in 1 gezeigt – ist es auch aufgrund der Anordnung der Kathode 9 von Vorteil, dass das Vakuumgehäuse 3 der Drehkolben-Röntgenröhre 2 an seiner der Drehanode 6 gegenüberliegenden Stirnseite 23 frei von einer Abschirmung 30; 35; 26 ist, da die Röhrenstirnseite 23 der Drehkolben-Röntgenröhre 2 wegen einer dort vorhandenen Isolationsschicht nicht mit einem schirmenden Material belegt werden kann. Stattdessen ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung ein stirnseitiger Teil 26 des zweiten Teilbereichs 35; 26 der Abschirmung 30; 35; 26 auf dem – von der Drehanode 6 aus gesehenen – hinter der Kathode 9 gelegenen Teil des Strahlergehäuses 19 angebracht.
In 2 ist als eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ein Drehkolben-Röntgenstrahler 1 mit einer weiteren Drehkolben-Röntgenröhre 2 gezeigt, bei dem in vorteilhafter Weise der Flächenaufwand für die Abschirmung 5; 25; 26 noch weiter reduziert ist. Bei dieser Ausführung weist das Vakuumgehäuse 3 der Drehkolben-Röntgenröhre 2 einen ersten Teilbereich 5 der Abschirmung 5; 25; 26 in vorteilhafter Weise nur in seinem von der Verlust-Röntgenstrahlung bestrahlten Bereich auf. Ein umfangsseitiger Teil 25 eines zweiten Teilbereichs 25; 26 der Abschirmung 5; 25; 26 besteht aus einem Ring um das Strahler gehäuse 19 auf der Höhe des zweiten Nutzstrahlenaustritts 13, wobei der zweite Nutzstrahlenaustritt 13 ausgenommen ist. Eine Erstreckung des umfangsseitigen Teils 25 des zweiten Teilbereichs 25; 26 der Abschirmung 5; 25; 26 auf einen hinter der Anodenunterseite 21 gelegenen Bereich des Strahlergehäuses 19 ist nicht notwendig, wenn die Drehanode 6 selbst eine ausreichend abschirmende Wirkung besitzt. Ein stirnseitiger Teil 26 des zweiten Teilbereichs 25; 26 der Abschirmung 5; 25; 26 ist auf dem – von der Drehanode 6 aus gesehenen – hinter der Kathode 9 gelegenen Bereich des Strahlergehäuses 19 angebracht.
In jedem Fall ist eine Kombination des ersten Teilbereichs 5 bzw. 30 und des zweiten Teilbereichs 25; 26 bzw. 35; 26 der Abschirmung 5; 25; 26 bzw. 30; 35; 26 derartig ausgebildet, dass ein kompletter Strahlenschutz des Drehkolben-Röntgenstrahlers 1 gemäß den erforderlichen Strahlenschutzbestimmungen gewährleistet ist. Dabei wird durch den ersten Teilbereich 5 bzw. 30 der Abschirmung 5; 25; 26 bzw. 30; 35; 26 die Verlust-Röntgenstrahlung soweit wie möglich in seinem von der Verlust-Röntgenstrahlung bestrahlten Bereich abgeschirmt; der zweite Teilbereich 25; 26 bzw. 35; 26 ist nur für die Anteile an Verlust-Röntgenstrahlung vorgesehen, welche aus den Bereichen des Vakuumgehäuses 3 austreten können, die aufgrund von Erfordernissen wie einer Isolationsschicht für die Kathode 9 oder einem ersten Nutzstrahlenaustritt 18 von einer Abschirmung frei sein müssen.
Als strahlenabschirmendes Material kann neben Molybdän, Tantal, Wolfram und einer Legierung dieser Materialien auch ein anderes gut abschirmendes Material, insbesondere ein ab Ordnungszahl 40 im Periodensystem der Elemente aufgeführtes Material, verwendet werden.
Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Zur Verringerung des Gewichtes bei einem Drehkolben-Röntgenstrahler 1 mit einer in einem ein Kühlmedium aufneh menden Strahlergehäuse 19 drehbar gelagerten Drehkolben-Röntgenröhre 2, welche eine mit einem Vakuumgehäuse 3 fest verbundene Drehanode 6 und eine Kathode 9 enthält, weist zum Schutz gegen eine Verlust-Röntgenstrahlung das Vakuumgehäuse 3 zumindest einen ersten Teilbereich 5; 30 einer Abschirmung 5; 25; 30; 35; 26 und das Strahlergehäuse 19 zumindest einen zweiten Teilbereich 25; 35; 26 einer Abschirmung 5; 25; 30; 35; 26 auf; zweckmäßigerweise weisen nur die Bereiche des Vakuumgehäuses 3 bzw. des Strahlergehäuses 19 eine Abschirmung 5; 25; 30; 35; 26 auf, die von der Verlust-Röntgenstrahlung bestrahlt werden.

Claims

Drehkolben-Röntgenstrahler (1) – mit einer in einem ein Kühlmedium aufnehmenden Strahlergehäuse (19) drehbar gelagerten Drehkolben-Röntgenröhre (2), enthaltend eine mit einem Vakuumgehäuse (3) fest verbundene und gemeinsam mit dem Vakuumgehäuse (3) rotierende Drehanode (6) und eine Kathode (9), – mit einer Abschirmung gegen einen Austritt von Verlust-Röntgenstrahlung, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumgehäuse (3) der Drehkolben-Röntgenröhre (2) zumindest einen ersten, mit der Drehanode mitrotierenden Teilbereich (5; 30) der Abschirmung (5; 30; 25; 35; 26) aufweist.
Drehkolben-Röntgenstrahler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlergehäuse (19) des Drehkolben-Röntgenstrahlers (1) zumindest einen zweiten Teilbereich (25; 25.1; 26; 26.1) der Abschirmung (5; 30; 25; 35; 26) aufweist.
Drehkolben-Röntgenstrahler (1) nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumgehäuse (3) der Drehkolben-Röntgenröhre (2) den ersten Teilbereich (5; 30) der Abschirmung (5; 25; 30; 35; 26) nur in seinem von der Verlust-Röntgenstrahlung bestrahlten Bereich aufweist.
Drehkolben-Röntgenstrahler (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumgehäuse (3) der Drehkolben-Röntgenröhre (2; 2.1) an seiner der Drehanode (6) gegenüberliegenden Stirnseite (23) frei von einer Abschirmung (5; 25; 5.1; 25.1; 26; 26.1) ist.
Drehkolben-Röntgenstrahler (1) nach Anspruch 3 und/oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlergehäuse (19) des Drehkolben-Röntgenstrahlers (1) den zumindest zweiten Teilbereich (25; 35) der Abschirmung (5; 25; 30; 35; 26) nur in seinem von der Verlust-Röntgenstrahlung bestrahlten Bereich aufweist.
Drehkolben-Röntgenstrahler (1) nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumgehäuse selbst in dem ersten Teilbereich (5; 30) der Abschirmung (5; 25; 30; 35; 26) und/oder das Strahlergehäuse (19) selbst in dem zweiten Teilbereich (25; 35; 26) der Abschirmung (5; 25; 30; 35; 26) aus einem die Röntgenstrahlung stark schwächenden Material bestehen.
Drehkolben-Röntgenstrahler (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilbereich (5) der Abschirmung (5; 25; 30; 35; 26) aus einer Beschichtung des Vakuumgehäuses (3) und/oder der zweite Teilbereich (25; 35; 26) der Abschirmung (5; 25; 30; 35; 26) aus einer Beschichtung des Strahlergehäuses (19) mit einem die Röntgenstrahlung stark schwächenden Material ausgebildet sind.
Drehkolben-Röntgenstrahler (1) nach Anspruch 6 und/oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das die Röntgenstrahlung stark schwächende Material aus Tantal und/oder Wolfram und/oder Molybdän und/oder eine Legierung von Tantal und/oder eine Legierung von Wolfram und/oder eine Legierung von Molybdän besteht.
Gantry-Röntgengerät mit einem Röntgenstrahler in Form eines Drehkolben-Röntgenstrahlers (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8.
Röntgengerät mit einem an einer Tragevorrichtung, insbesondere einem C-Bogen, gehalterten Röntgenstrahler in Form eines Drehkolben-Röntgenstrahlers (1) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8.