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Die Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlungsvorrichtung zur Erzeugung von quasi-monochromatischer Röntgenstrahlung gemäß dem Patentanspruch 1 sowie ein medizinisches Radiographie-Röntgenaufnahmesystem gemäß dem Patentanspruch 9.
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Röntgensysteme für die röntgenbasierte, medizinische Bildgebung haben nach dem Stand der Technik folgenden Aufbau: Eine punktförmige Röntgenstrahlenquelle (durch einen Elektronenstrahl an einer Anode erzeugte Bremsstrahlung) in einer Röntgenstrahlungsvorrichtung emittiert polychromatische Röntgenstrahlung; diese wird durch einen Kollimator insbesondere in die Form eines begrenzten Fächers gebracht. Die Röntgenstrahlung durchdringt teilweise ein zu durchleuchtendes Objekt, bevor es mit Hilfe eines ortsauflösenden Bildempfängers aufgenommen wird. Ein wesentlicher Effizienzverlust bei der Verwendung solcher Röntgensysteme entsteht durch das vorhandene polychromatische Bremsspektrum. Es ist bekannt, dass es für jede Aufgabe, d. h. das Abbilden eines bestimmten Objektes innerhalb eines definierten Hintergrunds und einer gegebenen Geometrie, genau eine Quantenenergie gibt, die den optimalen Kompromiss zwischen Patientendosis, Kontrast und Rauschen darstellt und damit die höchste Effizienz aufweist. Ein polychromatisches Spektrum enthält daher zwangsläufig Spektrumsanteile, die überflüssig oder störend für die jeweilige Aufgabe sind. Da zur optimalen Quantenenergie benachbarte Energien ebenfalls eine sehr hohe Effizienz aufweisen, reicht es zur Erfüllung der Aufgabe einer guten Bildqualität aus, eine etwas breiter gestreute Quantenenergie (quasi-monochromatisch) zu verwenden, z. B. auf einen Bereich von etwa 15 keV beschränkt; eine perfekt monochromatische Röntgenstrahlung steigert die Effizienz im Vergleich dazu unwesentlich.
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Für ein ideales Röntgensystem ist eine durchstimmbare, quasi-monochromatische, leistungsfähige Röntgenstrahlungsvorrichtung Voraussetzung. Die Herstellung eines quasi-monochromatischen Röntgenstrahls aus dem polychromatischen Spektrum ist jedoch kompliziert. Ein gängiges Verfahren, ein solches annähernd zu erhalten, ist die Beugung der mit Hilfe von bekannten Röntgenstrahlungsquellen erzeugten polychromatischen Röntgenstrahlung via dem Braggreflex (siehe 2) an Kristallen. Allerdings beinhalten solche Verfahren immer einen sehr großen Strahlungsintensitätsverlust sowohl in spektraler als auch in räumlicher Richtung. Aus diesem Grund können derartige Röntgenstrahlungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik vor allem bei der Durchleuchtung von großen und dicken Gewebeschichten nicht verwendet werden oder es können nur sogenannte Scan-Aufnahmen durchgeführt werden.
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Aus
US 6 863 409 B2 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Parallelstrahles mit einer hohen Flußdichte aus einem monochromatischen Licht- Röntgen- oder Neutronenstrahl bekannt, wobei hierfür zwei auf Ellipsen angeordnete reflektierende Spiegel verwendet werden. Die Spiegel sind explizit derart angeordnet, dass eine Reflexion des Strahles an der Oberfläche stattfindet. Aus der Schrift „Laterally-Graded SiGe Crystals for High Resolution Synchrontron Optics” von A. Erko et al. Cryst. Res. Technol., Vol. 37, No. 7, 2002, Seiten 685–704, ist ein Röntgen-Monochromator bestehend aus einem abgestuft dotierten SiGe-Kristall bekannt. Mit diesem kann durch Bragg-Reflexion z. B. ein monochromatischer paralleler Röntgenstrahl erzeugt werden.
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Aus
US 5757882 A ist ein optisches System mit einem optischen Element (Superspiegel) zur Erzeugung monochromatischer Strahlung durch Reflexion an dem optischen Element bekannt. Der Superspiegel weist einen kontinuierlich variierenden Gitterebenabstand auf. Das optische Element ist drehbar, dadurch wird der Auftreffpunkt der Strahlung verändert, so dass die Bragg'sche Bedingung erfüllt bleiben kann.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Röntgenstrahlungsvorrichtung bereitzustellen, welche eine Erzeugung von möglichst quasi-monochromatischer Röntgenstrahlung mit hoher Strahlungsintensität und möglichst grossem Ausleuchtungsbereich gewährleistet und die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Röntgenstrahlungsvorrichtung zur Erzeugung von quasi-monochromatischer Röntgenstrahlung gemäß dem Patentanspruch 1 und von einem medizinischen Radiographie-Röntgenaufnahmesystem gemäß dem Patentanspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
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Mittels der erfindungsgemäßen Röntgenstrahlungsvorrichtung wird polychromatische Röntgenstrahlung durch Beugung an einem Superspiegel mit einer insbesondere kontinuierlichen Variation (grading) des Gitterebenenabstandes des Kristallgitters durch Reflexion unter der Bragg-Bedingung in quasi-monochromatische Röntgenstrahlung umgewandelt. Hierbei weist das kristall”ine Material eine Variation des Gitterebenenabstandes senkrecht zu der Oberfläche auf. Durch diese sogenannte „lokale” Variation wird der Bragg-Peak verbreitert und eine quasi-monochromatische Röntgenstrahlung erzeugt. Bei der so erzeugten quasi-monochromatischen Röntgenstrahlung ist die Strahlungsintensität deutlich höher als bei einer durch bekannte Filter quasi-monochromatisch gewandelten Röntgenstrahlung. Unter quasi-monochromatischer Röntgenstrahlung wird hierbei ein Energieband von bis zu etwa 15 keV verstanden. Durch die Röntgenstrahlungsvorrichtung der Erfindung kann bei der Röntgenbildgebung das Ergebnis bzw. die Bildqualität pro eingesetzte Patientendosis deutlich gesteigert werden, z. B. in der Radiographie ca. um einen Faktor 3. Durch die erfindungsgemäße Röntgenstrahlungsvorrichtung geht vergleichsweise wenig Röntgenintensität verloren, so dass eine Vollbild-Röntgenbildgebung (im Kontrast zu einer Scanbildgebung, bei der ein sehr schmaler Röntgenstrahl über ein Objekt bewegt wird) bei guter Bildqualität durchgeführt werden kann. Außerdem erlaubt die bedarfsgemäße Ansteuerbarkeit der Quantenenergie eine vorteilhafte Anpassung der Belichtungsparameter an die Patientendicke (”Automatische Belichtungsregelung”). Insgesamt wird durch die Erfindung die Bildqualität bei der Röntgenbildgebung erhöht, so dass die Diagnosefindung einfacher und sicherer wird oder alternativ kann bei gleichbleibender Bildqualität die Dosis reduziert werden. Die Variation des Gitterebenenabstandes senkrecht zu der Oberfläche weist zum Beispiel eine Gaussverteilung um einen Mittelwert auf, so dass ein Energieband von bis zu 15 keV erzeugt werden kann. Es kann aber auch eine lineare oder eine andere stetige Verteilung der Variation vorgesehen sein. Das kristalline Material kann zum Beispiel von einem künstlich erzeugten Kristall gebildet sein.
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Erfindungsgemäß kann eine besonders konstante Energieselektion erzeugt werden indem das kristalline Material eine kontinuierliche Variation des Gitterebenenabstandes in zumindest einer Richtung entlang der Oberfläche aufweist. Die Variation des Gitterebenen-abstandes des Kristallgitters entlang der Oberfläche ist derart, dass der Superspiegel auf seiner Oberfläche kreisbogenförmige Isolinien des Gitterebenenabstands (mit einem gemeinsamen Zentrum) aufweist. Ein derartig ausgebildeter Superspiegel ermöglicht bei geeigneter Positionierung eine besonders gleichmäßige Reflexion von Energiebändern und damit eine Erzeugung von quasi-monochromatischer Röntgenstrahlung. Die Oberfläche eines solchen Superspiegels kann zum Beispiel rechteckförmig ausgebildet sein, wobei die Isolinien senkrecht zur Längsrichtung des Superspiegels verlaufen können.
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Erfindungsgemäß ist der Superspiegel derart angeordnet, dass er in einer Richtung senkrecht zu seiner Oberfläche verstellbar ist. Auf diese Weise können mit ein und demselben Superspiegel verschiedene Energiebänder ausgewählt reflektiert werden. Somit sind verschiedenen Anwendungen bei der Röntgenbildgebung möglich.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der reflektierte Teil der polychromatischen Röntgenstrahlung Quantenenergien auf, die mindestens 40 keV und höchstens 90 keV, insbesondere 50 bis 70 keV, haben. Dieser Bereich ist insbesondere für Röntgenbildgebung in der Radiographie, also bei Einzelaufnahmen von Körperteilen und Organen, geeignet. Das aus diesem Bereich ausgewählte Energieband erstreckt sich zum Beispiel über bis zu 15 keV, also zum Beispiel 50 keV bis 65 keV.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Superspiegel in Bezug auf die Strahlenquelle derart angeordnet, dass die Isolinien senkrecht zu der Projektion des Zentralstrahles der Röntgenstrahlung auf den Superspiegel sind. Dies ist sowohl bei einem Superspiegel mit eindimensional als auch zweidimensional variiertem Gitterebenenabstand vorteilhaft. Bei einer derartigen Positionierung der Röntgenquelle ist eine besonders effektive Reflexion der Röntgenstrahlung gewährleistet, so dass quasi-monochromatische Röntgenstrahlung hoher Intensität erzeugt werden kann. Ist der Superspiegel, wie oben beschrieben, rechteckförmig und sind die Isolinien senkrecht zu der Längsrichtung, so ist es vorteilhaft, wenn die Projektion des Zentralstrahles der Röntgenstrahlung parallel zu der Längsrichtung ist.
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In vorteilhafter Weise ist der Superspiegel aus einer Kombination der Materialien Nickel und Kohlenstoff oder aus einer Kombination der Materialien Molybdän und Silizium oder aus einer Kombination der Materialien Wolfram und Silizium gebildet.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Kristallgitter Gitterebenenabstände auf, die mindestens 0,02 nm und höchstens 0,25 nm betragen. Auf diese Weise können je nach Bedarf Quantenenergien bzw. Energiebänder zwischen 40 keV und 90 keV reflektiert werden.
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Zweckmäßigerweise wird ein weiterer Teil der polychromatischen Röntgenstrahlung, also der Teil, der nicht mittels Bragg-Reflexion reflektiert wird, transmittiert oder absorbiert. Um zu verhindern, dass Röntgenstrahlung außerhalb der Röntgenstrahlungsvorrichtung befindliche Geräte oder Personen schädigt, ist der Superspiegel auf seiner Rückseite mit einem hochabsorbierenden Material, insbesondere Blei, beschichtet oder bedeckt. Auf diese Weise wird die gesamte, nicht-reflektierte Röntgenstrahlung absorbiert. Alternativ zu Blei kann auch zum Beispiel Wolfram oder Molybdän verwendet werden.
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Die Erfindung umfasst außerdem ein medizinisches Radiographie-Röntgenaufnahmesystem mit einer Röntgenstrahlungsvorrichtung zur Erzeugung von quasi-monochromatischer Röntgenstrahlung und einen Röntgendetektor.
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Unter einer „kontinuierlichen Variation” wird hierbei eine variierende Funktion verstanden, die die mathematischen Stetigkeitskriterien erfüllt und keine Sprünge aufweist. Die Variation kann also zum Beispiel linear oder exponentiell sein.
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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:
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1 eine Ansicht der Quantenenergie einer bekannten Röntgenstrahlungsquelle mit und ohne Filter,
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2 eine Ansicht der Reflexion von Röntgenstrahlung an einem Gitter unter der Bragg-Bedingung nach dem Stand der Technik,
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3 eine perspektivische Ansicht eines auf einen Superspiegel mit zweidimensionaler Variation eines Gitterebenenabstandes auftreffenden Röntgenstrahles,
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4 einen Schnitt durch einen Superspiegel mit zweidimensionaler Variation des Gitterebenenabstandes,
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5 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen medizinischen Röntgenaufnahmesystems,
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6 eine Ansicht auf einen Superspiegel mit zweidimensionaler Variation des Gitterebenenabstandes,
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7 eine Ansicht auf einen Superspiegel mit eindimensionaler Variation des Gitterebenenabstandes,
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8 eine seitliche Ansicht der Oberfläche eines Superspiegels mit auftreffenden Röntgenstrahlen in zwei Positionen senkrecht zur Oberfläche,
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9 eine Ansicht der Quantenenergie einer bekannten Röntgenstrahlungsquelle im Vergleich zu der erfindungsgemäßen Röntgenstrahlungsvorrichtung,
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10 eine erste beispielhafte Anordnung eines Superspiegels und
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11 eine weitere beispielhafte Anordnung eines Superspiegels.
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Die 1 zeigt ein Röntgenbremsspektrum einer herkömmlichen, polychromatischen Röntgenstrahlungsquelle nach dem Stand der Technik, wobei die durchgezogene Linie ein ungefiltertes Röntgenspektrum und die gestrichelte und die strichpunktierte Linie ein mit einem Kupfer-Filter gefiltertes Röntgenspektrum zeigt. Alle Röntgenspektren sind mit vergleichbarer Röhrenspannung der Röntgenstrahlungsquelle von etwa 100 kV erzeugt. Das strichpunktierte Röntgenspektrum wurde mit einer stärkeren Filterung als die gestrichelte Kurve erzeugt. Durch die Verwendung eines Filters werden niedrigenergetische Teile des Röntgenspektrums ausgeblendet; es wird allerdings auch die Intensität stark reduziert. Bei der Erzeugung einer quasi-monochromatischen Röntgenstrahlung, also eine Röntgenstrahlung, deren Quantenenergie auf ein Energieband von im Wesentlichen 15 keV oder weniger beschränkt ist, bleibt so wenig Intensität übrig, dass eine Bildgebung bei Vollbild-Aufnahme nur noch für sehr dünne Objekte möglich ist. Die höchste Energie des Röntgenspektrums wird von der Röhrenspannung bestimmt.
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In der 2 ist die sogenannte Bragg-Reflexion von Röntgenstrahlung gezeigt. Die Atome 6 eines kristallinen Materials sind in Gitterebenen 7 mit einem im Allgemeinen regelmäßigen festen Gitterebenenabstand d angeordnet. Eine mit einem Einfallswinkel θ einfallende Röntgenstrahlung 5 wird genau dann reflektiert, wenn die Wellenlänge λ der Röntgenstrahlung 5 die folgende Bedingung erfüllt: nλ = 2d sinθ, wobei n eine beliebige ganze Zahl ist. Alle anderen Wellenlängen werden transmittiert oder absorbiert.
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Die Erfindung nutzt die Bragg-Reflexion zur Erzeugung von quasi-monochromatischer Röntgenstrahlung aus polychromatischer Röntgenstrahlung mittels eines Reflektors mit einer ebenen Oberfläche, welcher Reflektor eine kontinuierliche Variation des Gitterebenenabstandes des Kristallgitters senkrecht zur Oberfläche („lokal”) und gleichzeitig entlang der Oberfläche aufweist. Der Reflektor kann auch als ein sogenannter vielschichtiger Superspiegel (multilayered supermirror) bezeichnet werden. Durch die kontinuierliche Variation (grading) des Gitterebenenabstands d senkrecht zur Oberfläche wird mittels der Bragg-Reflexion nicht nur eine einzige Wellenlänge reflektiert, sondern ein ganzer Bereich, ein Energieband, entsprechend dem jeweiligen Gitterebenenabstand, auf den der jeweilige Röntgenstrahl auftrifft. Durch die Variation entlang der Oberfläche ist bei der punktförmigen Röntgenquelle und der ebenen Oberfläche des Superspiegels bei sich entlang der Oberfläche änderndem Auftreffwinkel der Röntgenstrahlung ein konstantes reflektiertes Energieband gewährleistet. Die Variation des Gitterebenenabstands senkrecht zu der Oberfläche ist z. B. derart, dass ein Energieband von bis zu 15 keV der Röntgenstrahlung reflektiert wird. Die Variation kann dabei zum Beispiel gaussförmig um einen Mittelwert verteilt sein, wobei der Mittelwert einer reflektierten Energie von z. B. 50 keV oder 70 keV entspricht. Die „lokale” Variation (senkrecht zur Oberfläche) ist aus dem Stand der Technik zum Beispiel beim Bau von Teleskopen bekannt.
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Wie in der 3 gezeigt, variieren neben der (nicht gezeigten) Variation senkrecht zu der Oberfläche die Gitterebenenabstände entlang der Oberfläche 12 des Superspiegels 1. Die Oberfläche 12 des Superspiegels 1 ist z. B. rechteckförmig mit einer Längsrichtung und einer Querrichtung ausgebildet. Die Variation der Gitterebenenabstände entlang der Oberfläche ist dabei derart kontinuierlich ausgebildet, dass kreisbogenförmige Isolinien 15, also Linien mit gleichem Gitterebenenabstand, auf der Oberfläche 12 vorhanden sind. Die Isolinien 15 können nach einer Alternative z. B. als Ausschnitte aus Kreislinien mit einem gemeinsamen, in der Ebene der Oberfläche des Superspiegels liegenden Zentrum gebildet sein. Dieses Zentrum kann zum Beispiel in Längsrichtung außerhalb oder an einem ersten Ende des Superspiegels gelegen sein. Bevorzugt ist in diesem Fall die Röntgenquelle der Röntgenstrahlungsvorrichtung in einer derartigen Position in einer Ebene über dem Superspiegel, dass eine senkrechte Projektion auf die Ebene der Oberfläche des Superspiegels genau in das Zentrum der Kreislinien fällt. Es sind jedoch auch Abweichungen zu dieser Geometrie möglich.
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Der aus der von der Röntgenquelle 2 ausgesendeten Röntgenstrahlung gebildete Röntgenfächer hat eine Auftrefffläche 13 auf dem Superspiegel. Die Auftrefffläche 13 trifft an ihrem der Röntgenquelle näher liegenden ersten Ende auf einen anderen, insbesondere kleineren, Gitterebenenabstand als an ihrem von der Röntgenquelle entfernter liegenden zweiten Ende. Insbesondere verändert sich der Gitterebenenabstand entlang der Auftrefffläche vom ersten zum zweiten Ende kontinuierlich hin zu größeren Gitterebenenabständen. Die nicht gezeigte Variation der Gitterebenenabstände senkrecht zur Oberfläche erzeugt die quasi-monochromatischen Energiebänder, erweitert also den Bragg-Peak (siehe 9), während die Variation entlang der Oberfläche dafür sorgt dass immer dasselbe Energieband erhalten bleibt. In der 6 ist die Oberfläche des Superspiegels 1 in Aufsicht gezeigt, wobei die Richtung 14 der kontinuierlichn Variation radial ausgehend von dem durch die Projektion der Röntgenquelle 2 auf die Ebene des Superspiegels 1 gebildeten Zentrum 16 verläuft.
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In der 4 ist ein Schnitt durch den Superspiegel 1 der 3 in Längsrichtung vom ersten zum zweiten Ende (gestrichelt in 3 angedeutet) gezeigt, wobei außerdem verdeutlicht ist, dass verschiedene Röntgenstrahlen an unterschiedlichen Stellen auf der Oberfläche 12 und damit bei verschiedenen Gitterebenenabständen auftreffen. Die reflektierte Röntgenstrahlung 5.1 verläuft in der Art, als ginge die Röntgenstrahlung von einer durch Spiegelung der Röntgenquelle 2 an der Oberfläche 12 entstandenen virtuellen Strahlenquelle 8 aus. Zwischen der Röntgenquelle 2 und der Ebene der Oberfläche 12 besteht ein Höhenabstand H und ein Längenabstand L. Nicht gezeigt ist wiederum die senkrecht zu der Oberfläche vorhandene Variation der Gitterebenenabstände.
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In der 7 ist eine weitere Ausbildung der Erfindung gezeigt. Für eine vereinfachte Herstellung des Superspiegels 1 ist die kontinuierliche Variation des Gitterebenenabstands entlang der Oberfläche derart ausgebildet, in Richtung 14 von dem der Röntgenquelle näher liegenden ersten Ende zu ihrem von der Röntgenquelle entfernter liegenden zweiten Ende hin, dass die Isolinien 15 in diesem Fall gerade und parallel ausgebildet sind.
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In der 9 ist in der durchgezogenen Kurve gezeigt, wie ein Röntgenspektrum einer Röntgenstrahlungsvorrichtung mit doppelter Variation gemäß der Erfindung aussehen kann; im Vergleich dazu ist gestrichelt das Röntgenspektrum eines mit einem Kupfer-Filter gefilterten herkömmlichen Röntgenstrahlers gezeigt. Das mit der erfindungsgemäßen Röntgenstrahlungsvorrichtung erzeugte Röntgenspektrum ist quasi-monochromatisch und zeigt ein ausgeprägtes Maximum mit geringem Intensitätsverlust über ein begrenztes Quantenenergieband von z. B. 10 bis 15 keV hinweg; die übrigen Energien haben quasi keine Intensität. Mittels eines solchen quasi-monochromatischen Röntgenspektrums können Vollfeld-Röntgenaufnahmen mit einem Röntgenschuss (einmalige Belichtung) bei guter erzielbarer Qualität durchgeführt werden.
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In der 5 ist beispielhaft ein Radiographie-Röntgenaufnahmesystem 10 gezeigt, welches eine erfindungsgemäße Röntgenstrahlungsvorrichtung mit einer polychromatischen Strahlenquelle 2 und einem Superspiegel 1 aufweist. Die reflektierte Röntgenstrahlung 5.1 durchstrahlt ein Objekt 11 und trifft anschließend auf einen Röntgendetektor 3. Die Röntgenstrahlungsvorrichtung kann fest oder beweglich installiert sein. Sie kann zum Beispiel gemeinsam mit dem Röntgendetektor an einer Halterung, zum Beispiel in Form eines C-Bogens, angeordnet sein. Weitere Anordnungen, zum Beispiel mit einem mobilen Röntgendetektor, sind ebenfalls möglich.
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Während der Aufnahme eines Röntgenbildes wird die Anordnung zwischen polychromatischer Strahlenquelle 2 und Superspiegel nicht bewegt. Zwischen zwei Aufnahmen kann jedoch durchaus eine Verstellung vorgesehen sein. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Superspiegel derart angeordnet, dass er senkrecht zur Kristalloberfläche verstellbar ist. Eine derartige Verstellung führt zu einer Veränderung des selektierten quasi-monochromatischen Energiebands, so dass mittels einer derart verstellbaren Röntgenstrahlungsvorrichtung auch ohne Austausch des Superspiegels jeweils verschiedene Energiebänder auswählbar sind. In der 8 ist eine solche Verstellung 9 und ihre Auswirkung auf die Position der einfallenden Röntgenstrahlung 5 und damit der Auftrefffläche gezeigt. Durch die Verschiebung der Auftrefffläche trifft die Röntgenstrahlung jeweils auf einem anderen Gitterebenenabstand auf; dadurch wird auch ein unterschiedliches Energieband reflektiert. Es kann eine Verstellvorrichtung vorgesehen sein, so dass eine Verstellung zum Beispiel mittels eines Motors automatisch angesteuert werden kann.
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Der Superspiegel kann zum Beispiel aus einer Kombination der Materialien Nickel und Kohlenstoff oder aus einer Kombination der Materialien Molybdän und Silizium oder aus einer Kombination der Materialien Wolfram und Silizium gebildet sein. Diese Materialien können auf einfache Weise mit variierenden Gitterebenenabständen aufgebracht, zum Beispiel abgeschieden oder beschichtet, werden. Um derartige variierende Gitterebenenabstände zu erzeugen, werden zum Beispiel künstliche Kristallstrukturen erzeugt. Ein Beispiel zur Herstellung derartiger Schichten ist aus der Schrift „Design and optimization of multilayer coatings for hard x-ray mirrors” von A. Ivan et al., Proceedings of SPIE, Vol. 3773, 1999, Denver Colorado, Seiten 107ff., bekannt.
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Eine Ausbildung des Gitterebenenabstandes des Kristallgitters zwischen mindestens 0,02 nm und höchstens 0,25 nm ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise Quantenenergien zwischen 40 keV und 90 keV reflektiert werden können.
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Der Superspiegel kann auf seiner Rückseite zum Beispiel mit Blei beschichtet oder bedeckt sein. Auf diese Weise wird die nicht-reflektierte Röntgenstrahlung absorbiert und kann sich nicht auf der Rückseite des Superspiegels weiter ausbreiten und dort bei Geräten oder Personen Schaden verursachen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann durch eine höhere Röhrenspannung (im Vergleich zu „normalen Röhrenspannungen von etwa 50 keV bis 100 keV) von über 100 keV, zum Beispiel 125 keV oder 150 keV („high voltage tubes”), die Quantenanzahl bestimmter Energien gesteigert werden, da der Wirkungsgrad der Röntgenstrahlungsvorrichtung verbessert wird. Der Nachteil dieser Steigerung liegt allerdings darin, dass durch die Periodizität der Bragg-Gleichung auch Quanten der höheren Ordnung (zwei/drei... mal Energie; z. B. bei 50 keV auch 100 keV und 150 keV) reflektiert werden.
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Bei einer beispielhaften Röntgenstrahlungsvorrichtung kann der Superspiegel 30 cm lang und 10 cm breit sein und einen Gitterebenenabstand zwischen 0,05 nm und 0,22 nm aufweisen. Bei einem Öffnungswinkel des Röntgenstrahles von 7° in jeweils beide Richtungen und einem Höhenabstand der Röntgenquelle von der Oberfläche des Superspiegel von H = 12 mm sowie einem Längenabstand L = 0 ist die Auftrefffläche, wie in der 10 gezeigt, ausgebildet, bei einem Höhenabstand H = 16,9 mm wie in der 11 gezeigt.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Röntgenstrahlungsvorrichtung kann die Performanz, d. h. die Bildqualität pro eingesetzter Patientendosis (Röntgendosis pro Patient) deutlich gesteigert werden; in der Radiographie bis um einen Faktor 3. Durch die Erfindung geht wenig Röntgenintensität verloren. Es ist nicht notwendig, Röntgenaufnahmen per Scan-Verfahren durchzuführen, um noch ausreichend Intensität zu erhalten, wie bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik. Außerdem erlaubt die Ansteuerbarkeit der Energie eine heute übliche Anpassung der Belichtungsparameter an die Patientendicke (”Automatische Belichtungsregelung”).
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Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine quasi-monochromatische Röntgenstrahlung mit hoher Strahlungsintensität ist eine Röntgenstrahlungsvorrichtung zur Erzeugung von quasi-monochromatischer Röntgenstrahlung zur Bestrahlung eines Objektes vorgesehen, aufweisend eine punktförmige Strahlenquelle zur Aussendung einer polychromatischen Röntgenstrahlung, und eine Beugungsvorrichtung zur Beugung der polychromatischen Röntgenstrahlung, aufweisend einen Superspiegel aus kristallinem Material mit einer ebenen Oberfläche, bei welchem Superspiegel das kristalline Material zumindest eine, insbesondere kontinuierliche, Variation des Gitterebenenabstandes des Kristallgitters aufweist, wobei die Strahlenquelle und die Beugungsvorrichtung derart angeordnet sind, dass aus der polychromatischen Röntgenstrahlung durch teilweise Reflektion an dem Superspiegel quasi-monochromatische Röntgenstrahlung erzeugt wird. Bevorzugt ist sowohl eine kontinuierliche Variation des Gitterebenenabstandes in zumindest einer Richtung entlang der Oberfläche als auch eine Variation des Gitterebenenabstandes senkrecht zu der Oberfläche vorgesehen.
