DE1614019B2 - Roentgenstrahlenquelle fuer die herstellung kontrastreicher medizinischer roentgenaufnahmen - Google Patents

Description

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Bei Röntgenaufnahmen von Objekten, die mehrere In einer Veröffentlichung über die Mammographie

Details ungleicher Dicke oder unterschiedlicher Dichte wird empfohlen, alle Filter wegen der durch sie be-

und Elemente verschiedener Ordnungszahl beinhalten, dingten Aufhärtung der Strahlung zu entfernen und

sollen diese Unterschiede noch deutlich im Bild hervor- gegebenenfalls Röntgenröhren mit Berylliumfenster

treten. Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine 5 zu verwenden.

Röntgenstrahlenquelle zum Herstellen kontrastreicher Bei einem vorveröffentlichten Untersuchungsbericht

Röntgenaufnahmen zu schaffen, die die für das je- über die Möglichkeit der Erhöhung der Dosisleistung

weilige Aufnahmeobjekt optimalen Verhältnisse hin- durch Wahl optimaler Filterstoffe, bei der Röntgen-

sichtlich der spektralen Zusammensetzung der Rönt- röhren mit Berylliumfenster Verwendung fanden,

genstrahlung zu erzielen gestattet. io wurden von den dabei untersuchten Filtermaterialien

Bei einer klassischen Röntgenstrahlenquelle ist eine Natrium, Schwefel, Molybdän und Gold als in allen

Röntgenröhre mit einer Anode, aus Wolfram ver- Spannungsbereichen ungünstige Filterstoffe bezeichnet,

wendet. Die Röntgenröhre wird mit einer solch hohen Die vorerwähnten Veröffentlichungen aus der medi-

Spannung gespeist, daß der am meisten absorbierende zinischen Röntgentechnik befaßten sich mit der Beein-

Teil des Objektes noch durchstrahlt wird und ein 15 fiussung einer vorgegebenen Strahlung, wobei Rönt-

deutbares Bild gibt. genröhren mit Wolfram-Antikathode Verwendung

In F i g. 1 ist die Intensität einer Röntgenstrahlung fanden.

auf der Ordinate, die Wellenlänge auf der Abszisse In der Materialuntersuchung möchte man ein mögaufgetragen. '-' liehst monochromatisches Strahlenbündel benutzen.

Die kürzeste Wellenlänge innerhalb des Röntgen- 20 Zur Erzielung eines solchen ist es bekannt, einen

Strahlenspektrums ist bekanntlich Filterwerkstoff, z. B. Zirkon, zu verwenden, dessen

12,340 Absorptionskante zwischen den Koc- und ÄjS-Linien

λπιϊη = — , des Antikathodenmaterials, z. B. Molybdän, liegt.

Auch sind in der Materialuntersuchung bereits Rönt-

wobei Xmin in Ängström und die Röhrenspannung V 25 genröhren mit Berylliumfenster und Molybdänanode

in Kilovolt einzusetzen sind. Die größte Intensität bekannt.

a C₊Ui r „+ τ, · ^ ³ : Aus dem behandelten Stand der Technik ergibt

der Strahlung liegt bei etwa -^-A_min· -ujo · j -n- ± j· · 1 · n v.

2 sich, daß man in der Rontgenmedizin bei allen Be-

Das Spektrum einer Röntgenstrahlung setzt sich trachtungen über einen optimalen Filterwerkstoff

zusammen aus einem kontinuierlichen Spektrum und 30 Röntgenröhren mit Wolfram-Anode verwendet hat.

einer überlagerten charakteristischen Strahlung, deren Die die Mammographie betreffende Literatur und

Wellenlängen von dem Material der Anode abhängen. damit ein Untersuchungsgebiet, in dem die Forderung

Bei Röntgenröhren mit Wolframanode ist die Wellen- nach kontrastreichen Aufnahmen besonders groß ist,

länge der charakteristischen ^-Strahlung sehr klein. gibt im wesentlichen zur Erzielung solcher Aufnahmen

In F i g. 2 stellt der schraffierte Teil den nützlichen 35 lediglich den Hinweis, einen Spannungsbereich von

Strahlenanteil im Röntgenstrahlenspektrum für die Er- 25 bis 35 kV (der einem X_min zwischen etwa 0,35 und

zielung eines kontrastreichen Bildes dar. Die anderen 0,5 Ängström entspricht) zu wählen und auf alle

Teile des Spektrums sind nicht erwünscht, da durch Filter an der Röntgenröhre zu verzichten, um eine

die Strahlen im kurzwelligeren Bereich eine Kontrast- Aufhärtung der Strahlung zu vermeiden. Einmal ist

minderung, durch die Strahlen im langwelligeren 40 ein Verzicht auf alle Filter aus Strahlenschutzgründen

Bereich eine zusätzliche Hautbelastung erfolgt. und entsprechenden Strahlenschutzvorschriften nicht

Es ist allgemein bekannt, daß man durch die Wahl möglich, zum anderen erhält man auf diese Weise unterschiedlicher Materialien und Dicken von Strah- einen sehr großen Wellenlängenbereich, der, wie oben lenfiltern die Strahlung einer Röntgenröhre beein- beschrieben, für die Erzielung kontrastreicher Röntfmssen kann. So ist in der Literatur beschrieben, zur 45 genaufnahmen schlecht anwendbar ist.
Erzielung einer höheren Dosisleistung im Bereich Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgender Röhrenspannung von 60 bis 150 kV statt eines strahlenquelle für die Herstellung kontrastreicher Aluminiumfilters ein Eisenfilter zu verwenden. Im medizinischer Röntgenaufnahmen, die eine Röntgen-Weichstrahlgebiet über etwa 20 kV wird in dieser röhre mit schwach absorbierendem Berylliumfenster Literaturstelle als Filtermaterial Aluminium vor- 50 sowie ein dem Fenster nachgeschaltetes, nach Material geschlagen. und Dicke ausgewähltes Röntgenstrahlenfilter zur

Es sind weiter Untersuchungen bekannt über den Verbesserung des Verhältnisses der aufnahmewirk-Einfiuß unterschiedlich dicker Al- und Cu-Filter bei samen, zu der im Körper des Aufnahmeobjektes abunterschiedlichen Röhrenspannungen auf den Bild- sorbierten Röntgenstrahlung aufweist. Die eingangs kontrast einer Röntgenaufnahme. Bei diesen Betrach- 55 genannte Aufgabe wird dabei erfindungsgemäß datungen ist die Dicke und Dichte des Aufnahmeobjektes durch gelöst, daß das Antikathodenmaterial der Röntmit berücksichtigt. Dabei wurde gefunden, daß bei genröhre so gewählt ist, daß seine charakteristische geringen Unterschieden in der Dicke bei Weichteilen Ktx- und ^-Strahlung die für das vorgesehene Aufpraktisch keine Kontraständerung bei einer Gesamt- nahmeobjekt günstigste Wellenlänge aufweist und daß filterung bis 4 mm Al auftritt. Sind jedoch stärker 60 zur überproportionalen Schwächung der Strahlung absorbierende Stoffe, z. B. Knochen, im Strahlen- im Wellenlängenbereich oberhalb und unterhalb dem gang, so wird eine Kontrastminderung visuell be- der charakteristischen Strahlung des Antikathodenmerkbar, wenn die Gesamtfilterung mehr als 2 mm Al materials und zur Verstärkung der charakteristischen beträgt. Um die Eigenfilterung der Röntgenröhre klein Strahlung das Röntgenstrahlenfilter aus dem gleichen zu halten, wurde bei den Untersuchungen eine Rönt- 65 Material wie die Antikathode besteht,
genröhre mit Berylliumfenster verwendet und mit Durch die Möglichkeit, die spektrale Zusammeneinem oder mehreren nach Material und Dicke ent- Setzung der Röntgenstrahlung an das Aufnahmesprechend ausgewählten Filtern versehen. objekt leicht anpassen zu können, lassen sich größt-

mögliche Strahlenkontraste zwischen Details eines Objektes ungleicher Dicke oder unterschiedlicher Dichte darstellen.

In Fortbildung der Erfindung wird für Weichteilaufnahmen, insbesondere für die Mammographie das Antikathoden- und Filtermaterial entsprechend einem Wellenlängenbereich von etwa 0,6 bis 0,9 Ä gewählt. Da die charakteristische Strahlung von Molybdän zwischen 0,63 und 0,71 Ä liegt, eignet sich dieses Material für den angegebenen Zweck besonders gut. Wenn man ein Molybdänfilter mit einer Dicke von 0,03 mm verwendet, erhält man in einer praktisch noch annehmbaren Zeit eine gute Aufnahme, andererseits eine charakteristische Filterung des Röntgenröhrenspektrums, wobei eine Anregung des Filters zur Ausstrahlung einer Strahlung mit der Wellenlänge zwischen 0,6 und 0,9 Ä erfolgt.

Um die für das zu durchstrahlende Objekt günstigste Strahlung zu ermitteln, bedient man sich einer bekannten variablen monochromatischen Strahlenquelle, indem man mit einem Einkristall nach der Braggschen Methode eine Wellenlängenauswahl durchführt.

In F i g. 3 ist die Wellenlänge auf der Abszisse, der Absorptionskoeffizient C auf der Ordinate aufgetragen. Die Absorptionskanten sind mit d_x, d₂, d₃ bezeichnet. Es ist bekannt, daß die Absorption mit einer exponentiellen Funktion von der Dicke und dem Absorptionskoeffizient des Filters abhängt. Daher kann man durch die Auswahl des Filters mit bestimmten Absorptionskanten die Strahlung auf den gewünschten Wellenlängenbereich begrenzen. ■

In F i g. 4 ist das Ergebnis der zu der erfindungsgemäß ausgebildeten Röntgenstrahlenquelle führenden Überlegung dargestellt. Die Kurve α der Absorption des Filters ergibt eine starke Absorption der Strahlung unterhalb der Absorptionskante d. Danach steigt der Absorptionskoeffizient C gemäß Kurve a' langsam an, so daß im Bereich B, d. h. dem gewünschten Wellenlängenbereich, nur eine geringe Filterung, im langwelligen Bereich dagegen wieder eine stärkere Filterung erfolgt. Die charakteristische Strahlung ist durch die Spitzen Ka, Kß angedeutet, die ungefilterte Strahlung durch den Kurvenzug b.

Für Aufnahmen in der Mammographie, ist ein Wellenlängenbereich von 0,6 bis 0,9 Ä optimal, da sich bei den erzielbaren Intensitäten noch ausreichend kurze Aufnahmezeiten erreichen lassen. Die charakteristische Strahlung von Molybdän liegt zwischen 0,63 und 0,71 Ä. Dieses Material ist also hier besonders geeignet. Um nur eine geringe Filterung am Röhrenfenster zu erhalten, wird ein Berylliumfenster verwendet. Da die Z-Absorptionskante bei Molybdän bei 0,618 Ä liegt, eignet sich dieses Material für die Filterung. Bei einer Stärke von 0,03 mm des Filters erhält man eine praktisch totale Absorption von Wellenlängen über 0,9 Ä. Die an die Röhre gelegte Spannung sollte bei 30 kV liegen. Diese Spannung gibt eine gute Strahlenausbeute im gewünschten Wellenlängenbereich.

Die Röntgenstrahlenquelle nach der Erfindung läßt sich auch besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Röntgenaufnahmen, bei denen Kontrastmittel Anwendung finden, verwenden. Filtert man nämlich das von der Röntgenröhre ausgehende Strahlengemisch mit einem Filter, dessen Absorptionskante im Hinblick auf das jeweils verwendete Kontrastmittel an einer bestimmten Stelle liegt, so läßt sich ein größtmöglicher Strahlenkontrast zwischen Weichteilen und Kontrastmittel erzielen. Dieser ist gegeben, wenn die Absorptionskoeffizienten von Kontrastmittel und Weichteilen den größten Unterschied aufweisen. Um dieses zu erreichen, muß die Absorptionskante des Filters in einem kurzwelligeren bzw. wesentlich kurzwelligeren Bereich des von der Röntgenröhre ausgehenden Strahlengemisches liegen als die Absorptionskante des Kontrastmittels. In der Wahl des Materials der Anode der Röntgenröhre ist man dabei frei.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Röntgenstrahlenquelle für die Herstellung kontrastreicher medizinischer Röntgenaufnahmen, die eine Röntgenröhre mit schwach absorbierendem Berylliumfenster sowie ein dem Fenster nachgeschaltetes, nach Material und Dicke ausgewähltes Röntgenstrahlenfilter zur Verbesserung des Verhältnisses der aufnahmewirksamen, zu der im Körper des Aufnahmeobjektes absorbierten Röntgenstrahlung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Antikathodenmaterial der Röntgenröhre so gewählt ist, daß seine charakteristische Koc- und ^-Strahlung die für das vorgesehene Aufnahmeobjekt günstigste Wellenlänge aufweist und daß zur überproportionalen Schwächung der Strahlung im Wellenlängenbereich oberhalb und unterhalb dem der charakteristischen Strahlung des Antikathodenmaterials und zur Verstärkung der charakteristischen Strahlung das Röntgenstrahlenfilter aus dem gleichen Material wie die Antikathode besteht.

2. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Mammographie das Antikathoden- und Filtermaterial entsprechend einem Wellenlängenbereich von etwa 0,6 bis 0,9 Ängström gewählt ist.

3. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antikathoden- und Filtermaterial Molybdän ist.

4. Röntgenstrahlenquelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Molybdänfilter eine Dicke von etwa 0,03 mm aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen