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Die
Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler mit
einer Röntgenröhre, die
mit ihrem Vakuumgehäuse
in einem Strahlergehäuse
angeordnet ist, das zumindest teilweise eine Strahler-Abschirmung für die von
der Röntgenröhre stammende
Röntgenleckstrahlung
aufweist.
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Ein
großer
Teil der von einer Röntgenröhre eines
Röntgenstrahlers
produzierten Röntgenstrahlung
wird nicht bestimmungsgemäß – also zur
Diagnose (Herstellen eines Röntgenbildes
von einem Untersuchungsobjekt) oder zur Therapie (Bestrahlung eines
Patienten) – genutzt.
Diese nicht genutzte Röntgenstrahlung,
die auch als Röntgenleckstrahlung
oder als Verlust-Röntgenstrahlung
bezeichnet wird, muss – insbesondere
für den
Einsatz in medizinischen Geräten – aus Strahlenschutzgründen mittels
geeigneter Abschirmmaßnahmen,
z.B. eine etwa 3 mm dicke Bleischicht, den gesetzlichen Vorschriften
entsprechend abgeschirmt werden.
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In
der
DE 198 51 853
C1 ist ein Röntgenstrahler
beschrieben, der als Drehkolben-Röntgenstrahler ausgeführt ist.
Der bekannte Röntgenstrahler umfasst
eine Röntgenröhre, die
mit ihrem Vakuumgehäuse
in einem Strahlergehäuse
angeordnet ist. Das Vakuumgehäuse
des Röntgenstrahlers
ist fest mit dem drehbar gelagerten Strahlergehäuse verbunden und gemeinsam
mit diesem drehbar. Um den erforderlichen Strahlenschutz zu erreichen,
ist das Strahlergehäuse
an seiner Außenseite
größtenteils
mit einer Strahlerabschirmung aus Blei, einem die Röntgenstrahlung
stark schwächendem
Material, versehen. Die äußere Bleischicht
ist nur im Bereich des Strahlenaustrittsfensters für die Röntgenstrahlung durchlässig. Somit
dient nur diese Röntgenstrahlung zur
Bildgebung, sie wird deshalb auch als Röntgennutzstrahlung bezeichnet.
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Durch
die
DE 10 2004
056 110 A1 ist ein Drehkolben-Röntgenstrahler bekannt, bei
dem ein Teilbereich des Vakuumgehäuses an seiner Außenseite
eine Röhren-Abschirmung
und ein Teilbereich des Strahlergehäuses an seiner Innenseite eine Strahler-Abschirmung
aufweisen. Die Röhrenabschirmung
und die Strahler-Abschirmung sind hierbei vorzugsweise nur in den
Abstrahlbereichen der Verlust-Röntgenstrahlung
angeordnet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Röntgenstrahler
mit einer gegenüber
bisherigen Abschirmungen umweltfreundlicheren Abschirmung gegen
Röntgenleckstrahlung
zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
einen Röntgenstrahler
nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand
von weiteren Ansprüchen.
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Der
Röntgenstrahler
nach Anspruch 1 umfasst eine Röntgenröhre, die
mit ihrem Vakuumgehäuse
in einem Strahlergehäuse
angeordnet ist, das zumindest teilweise eine Strahler-Abschirmung für die von
der Röntgenröhre stammende
Röntgenleckstrahlung
aufweist. Erfindungsgemäß umfasst
die Strahler-Abschirmung
wenigstens ein Bleiersatzmaterial.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Röntgenstrahler
kann auf Blei, das lediglich noch für die Abschirmung der Röntgenstrahlung
verwendet werden darf und das bei anderen medizinischen Geräten inzwischen
verboten ist, verzichtet werden. Damit ist bei dem Röntgenstrahler
gemäß Anspruch
1 die Strahler-Abschirmung umweltfreundlich herstellbar. Darüber hinaus
müssen
bei dem Röntgenstrahler
nach Anspruch 1 Einschränkungen,
die für
die bekannten Strahler-Abschirmungen aus Blei aus Umweltschutzgründen zwingend
vorgeschrieben sind, nicht mehr beachtet werden. Die erfindungsgemäße Substitution
von Blei durch Bleialternativmaterial ermöglicht damit eine Vielzahl
von konstruktiven und funktionellen Varianten.
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In
diesem Zusammenhang versteht es sich von selbst, dass das Bleiersatzmaterial
(Bleialternativmaterial) eine im Vergleich zu Blei zumindest gleich
gute Abschirmung der Röntgenstrahlen
gewährleisten
muss. Darüber
hinaus muss bei einem ölgekühlten Röntgenstrahler
das Bleialternativmaterial eine mit Blei zumindest vergleichbare Ölbeständigkeit
aufweisen, da bei diesem Strahlertyp der Zwischenraum zwischen Röntgenröhre und
Strahlergehäuse
zur Hochspannungsisolierung und zur Wärmeabfuhr üblicherweise mit einem Isolieröl (Transformatorenöl) gefüllt ist.
Eine gute Alterungsbeständigkeit
des Bleiersatzmaterials ist ebenfalls erforderlich, d.h. die Einwirkung
von Röntgenstrahlen,
Wärme und
Isolieröl
darf zu keiner Beeinträchtigung
der Abschirmeigenschaften und zu keiner Materialversprödung oder
Zersetzung des Bleialternativmaterials führen.
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Im
Rahmen vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung kann die Strahler-Abschirmung
zumindest teilweise innerhalb des Strahlergehäuses angeordnet sein, d.h.
wenigstens eine Innenseite des Strahlergehäuses weist eine Strahler-Abschirmung auf.
Zusätzlich
oder alternativ kann die Strahler-Abschirmung zumindest teilweise
außerhalb
des Strahlergehäuses
angeordnet sein, d.h. wenigstens eine Außenseite des Strahlergehäuses weist
dann eine Strahler-Abschirmung auf. Zusätzlich oder alternativ zu diesen
Maßnahmen
oder zu einer der beiden Maßnahmen
kann das Strahlergehäuse
selbst teilweise oder vollständig
aus einem Bleiersatzmaterial bestehen.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Bleiersatzmaterial
im Vergleich zu bleihaltigen Materialien gewichts- und/oder volumenneutral,
so dass auf ein Nachrüsten älterer Röntgengeräte problemlos
möglich
ist. Insbesondere bei Computertomografie-Geräten darf sich das Gewicht durch
die Substitution von Blei nicht verändern.
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Gemäß einer
ebenfalls bevorzugten Ausführungsform
ist das Bleiersatzmaterial im Vergleich zu einem bleihaltigen Material
leichter, vorzugsweise um mindestens 10%. Dadurch treten bei Computertomografie-Geräten, die
mit derartigen Röntgen strahlern
ausgerüstet
sind, geringere Fliehkräfte
auf. Auch das Handling wird deutlich verbessert.
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Bevorzugte
Bleiersatzmaterialien (Symbol und Ordnungszahl in Klammern) sind
um beispielsweise Molybdän
(Mo, 42), Tantal (Ta, 73), Tellur (Te, 52), Wismut (Bi, 83) oder
Wolfram (W, 74). Auch Kombinationen dieser Bleiersatzmaterialien
in einer einzigen Schicht oder in wenigstens zwei Schichten mit
verschiedenen Bleialternativmaterialien sind im Rahmen vorteilhafter
Ausgestaltungen möglich.
Bei jedem dieser Schwermetalle (Dichte größer oder gleich 5 g/cm3) wird eine andere Stärke benötigt, um eine mit Blei vergleichbare
Abschwächung
einer gegebenen Röntgenstrahlung
zu erzielen.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Röntgenstrahlers
ist dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bleiersatzmaterial
um eine Kunststoffmatrix handelt, in der wenigstens ein bleifreies
Material partikelförmig bzw.
pulverförmig
eingelagert ist. Bei dem Kunststoff, der ggf. mit Glasfaser verstärkt ist,
kann es sich um Thermoplast oder um Duroplast handeln.
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Die
das bleifreie Material enthaltende Kunststoffmatrix ist mit gängigen Kunststoffherstellungsverfahren
verarbeitbar und somit kostengünstig
herstellbar. Bei Neukonstruktionen eröffnet das Bleiersatzmaterial
auch die Möglichkeit,
durch integrierte Teile tragende und abschirmende Funktionen zu kombinieren
und dadurch die Teilevielfalt zu reduzieren, wodurch der Montageaufwand
deutlich reduziert wird.
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Das
in der Kunststoffmatrix eingelagerte bleifreie Material ist derart
optimiert, dass es bei gleicher Abschirmwirkung (bei 140 kV und
150 kV) wie Blei nur geringfügig
dicker (Faktor 1,5) und geringfügig leichter
ist als Blei (Gewichtsverhältnis
von Bleiersatzmaterial zu Blei = 0,9).
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert, ohne
jedoch darauf beschränkt
zu sein. Es zeigen:
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1 eine
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Röntgenstrahlers
in schematischer Schnittansicht,
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2 das
Verhältnis
der Schichtdicke eines Bleiersatzmaterials zur Schichtdicke von
Blei bei Röhrenspannungen
von 140 kV und 150 kV für
gleiche Abschirmwirkungen.
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Bei
dem in den 1 dargestellten Röntgenstrahler
ist mit 1 eine rotationssymmetrische Röntgenröhre bezeichnet, die mit ihrem
Vakuumgehäuse 2 in
einem Strahlergehäuse 3 angeordnet
ist. In dem Vakuumgehäuse 2 der
Röntgenröhre 1 ist
eine Drehanode 4 angeordnet, deren Anodenkörper 5 verdrehfest
auf einer Welle 6 befestigt ist. Auf der Welle 6 ist
innerhalb des Vakuumgehäuses 2 weiterhin
ein Rotor 7 verdrehfest angeordnet. Der Rotor 7 bildet zusammen
mit einem außerhalb
des Vakuumgehäuses 2 angeordneten
Stator 8 einen elektromotorischen Antrieb für die Drehanode 4.
Die Drehanode 4 ist mittels innerhalb des Rotors 7 befindlicher
Lager 9 und 10 relativ zu dem Vakuumgehäuse 2 drehbar
gelagert. Wird dem Stator 7 Wechselstrom zugeführt, dann
wird durch das Zusammenwirken von Rotor 7 und Stator 8 die
Drehanode 2 in Drehrichtung 11 in Rotation versetzt.
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Weiterhin
ist innerhalb des Vakuumgehäuses 2 eine
Kathodenanordnung 12 mit einer Glühkathode 13 angeordnet,
die beim Anlegen einer elektrischen Spannung thermische Elektronen
emittiert. Die thermischen Elektronen werden auf eine umlaufende
abgeschrägte
Targetfläche 14 des
Anodenkörpers 5 gelenkt.
Die durch die auf der Targetfläche 14 auftreffenden
Elektronen erzeugte Röntgenstrahlung 15 tritt über ein
im Strahlergehäuse 3 angeordnetes Strahlenaustrittsfenster 16 aus
dem Röntgenstrahler aus
und steht damit als so genannte Röntgennutzstrahlung zur Bildgebung
zur Verfügung.
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Der
Zwischenraum zwischen dem Vakuumgehäuse 2 der Röntgenröhre 1 und
dem Strahlergehäuse 3 ist
zur Hochspannungsisolierung und zur Wärmeabfuhr mit einem Kühlmittel 17,
bei einem ölgekühlten zweipoligen
Röntgenstrahler
mit Isolieröl, gefüllt.
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Neben
der Röntgennutzstrahlung
entsteht in der Röntgenröhre 1 auch
ein großer
Teil nicht zur Diagnose oder zur Therapie genutzter und deshalb
unerwünschter
Röntgenstrahlung,
die auch als Röntgenleckstrahlung
bezeichnet wird und die durch geeignete Abschirmmaßnahmen
den gesetzlichen Vorschriften entsprechend abgeschirmt werden muss.
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Das
in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Strahlergehäuses 3 weist
hierzu eine Strahler-Abschirmung 18 auf,
die wenigstens ein Bleiersatzmaterial umfasst. Dadurch wird die
von der Röntgenröhre 1 stammende
Röntgenleckstrahlung
abgeschirmt, d.h. so stark abgeschwächt, dass die entsprechenden
gesetzlichen Vorschriften eingehalten werden.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Strahler-Abschirmung 18 vollständig innerhalb
des Strahlergehäuses 3 angeordnet.
Alle Innenseiten des Strahlergehäuses 3,
also die Mantelfläche
sowie die beiden Stirnflächen
des Strahlergehäuses 3,
weisen die Strahler-Abschirmung 18 auf. Zusätzlich oder
alternativ kann die Strahler-Abschirmung auch (vollständig oder
teilweise) außerhalb
des Strahlergehäuses 18 angeordnet
sein (in der 1 nicht dargestellt). Zusätzlich oder
alternativ zu diesen Maßnahmen
oder zu einer der beiden Maßnahmen
kann das Strahlergehäuse 3 selbst
(vollständig
oder teilweise) aus einem Bleiersatzmaterial bestehen (in der 1 ebenfalls
nicht dargestellt).
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
in 1 am Beispiel einer Drehanoden-Röhre erläutert, ohne jedoch
darauf beschränkt
zu sein, da sich die Erfindung ohne Einschränkung auch bei Drehkolben-Röhren oder
Stehanoden-Röhren
realisieren lässt.
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Besonders
vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei das Bleiersatzmaterial als
Kunststoffmatrix ausgebildet ist, in der wenigstens ein bleifreies
Material partikelförmig
bzw. pulverförmig
eingelagert ist. Bei dem Kunststoff, der gegebenenfalls mit Glasfaser verstärkt ist,
kann es sich um Thermoplast oder um Duroplast handeln.
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Die
das bleifreie Material enthaltende Kunststoffmatrix ist mit gängigen Kunststoffherstellungsverfahren
verarbeitbar und somit kostengünstig
herstellbar. Bei Neukonstruktionen eröffnet das Bleiersatzmaterial
auch die Möglichkeit,
durch integrierte Teile tragende und abschirmende Funktionen zu kombinieren
und dadurch die Teilevielfalt und damit unter Umständen auch
das Gewicht zu reduzieren, wodurch der Montageaufwand deutlich reduziert wird.
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Das
in der Kunststoffmatrix eingelagerte bleifreie Material ist derart
optimiert, dass es bei gleicher Abschirmwirkung wie Blei bei einer
Röhrenspannung von
140 kV (durchgezogene Linie 20) bzw. 150 kV (gestrichelte
Linie 21) nur um den Faktor 1,5 dicker und etwa um 10%
leichter ist als Blei (Gewichtsverhältnis von Bleiersatzmaterial
zu Blei = 0,9). Ein Beispiel für
die Abschirmwirkung des bevorzugten Bleialternativmaterials ist
in 2 dargestellt, in der auf der Abszisse die Dicke
des Bleiersatzmaterials dPb_Subst in mm
und auf der Ordinate die Dicke der Bleischicht dPb in
mm angegeben ist.