DE19639243A1 - Multi-, insbesondere dichromatische Röntgenquelle - Google Patents

Description

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

In der medizinischen Diagnostik werden fast ausschließlich Röntgenquellen verwendet, die ein kontinuierliches Röntgen­ spektrum 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 Intensitäts­ schwächung an den Absorptionskanten.

Aus der DE 42 09 226 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 Wel­ lenlängen. Dieses Subtraktionsverfahren wurde daher bei der Röntgendiagnostik bisher immer entweder in der Weise ange­ wandt, daß Röntgenstrahler mit kontinuierlichem Bremsstrahl­ spektrum bei zwei verschiedenen Beschleunigungsspannungen oder eine dichromatische Synchrotronquelle verwendet wurden. Bei der erstgenannten Methode mit zwei gegeneinander verscho­ benen kontinuierlichen Bremsstrahlspektren nutzt man aber die Absorptionskante des Kontrastmittels nur unzureichend, bei der zweiten, die ja nur im Zusammenhang mit Beschleunigerrin­ gen und damit im normalen Krankenhausbetrieb gar nicht ein­ setzbar ist, kann man lediglich Zweizeilendetektoren einset­ zen.

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 Röntgenbrems­ strahlung bestrahlbar sind.

Gemäß einer ersten Ausführungsform einer derartigen erfin­ dungsgemäßen 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 an­ steuerbaren Abschnitten wahlweise zwei einander gegenüberlie­ gende (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 an­ gesteuert wird, wird somit nur auf einem Teil der Anodenflä­ che eine Röngenbremsstrahlung erzeugt, die wiederum nur eine der aus unterschiedlichen Materialien bestehenden Targethälf­ ten bestrahlt, so daß nur die charakteristische Fluoreszenz­ strahlung 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 dichromatische Röntgenstrah­ lungsquelle ist somit hervorragend für die eingangs angespro­ chenen Subtraktionsverfahren einsetzbar, bei denen die eine Röntgenstrahlfrequenz etwas oberhalb und die andere Röntgen­ strahlfrequenz etwas unterhalb der Absorptionskante des in­ teressierenden Materials liegt.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung kann vorge­ sehen 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 Tar­ get und/oder durch Ausbildung des Keilwinkels kleiner oder gleich dem zweifachen Heelwinkel des Keilrings kann dabei si­ chergestellt 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 ex­ akt 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 An­ odenring eine in den hohlen Keilring mit Abstand einspringen­ de, vorzugsweise ebenfalls keilförmige Flüssigkeitsleitfläche angeordnet ist, so daß die Kühlflüssigkeit auch und gerade den hohlen Keilring durchströmt, in dem ja durch das Auftref­ fen 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 Anoden­ rings 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 ange­ ordnet sein kann.

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

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung, die einen schema­ tischen 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 wieder­ um ein weiterer Keil als Flüssigkeitsleitfläche 5 einragt, um die Kühlflüssigkeit, die am Einlaß 6a in den Anodenring ein­ tritt und am Auslaß 6b austritt, auch bevorzugt an der Innen­ fläche des Keilrings 4 vorbeizuleiten, wo die meiste Wärme durch die auftreffenden abgebremsten Elektronen abzuführen ist.

Oberhalb und unterhalb der Mittelebene 3 ist jeweils eine Ka­ thode 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 zwi­ schen den von den Kathoden ausgehenden Strahlen liegenden Ringbereiche der Ringflächen 13 und 14 des Keilrings 4 auf­ treffen. 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 Röngenbremsstrahlung ausgeht. Diese Röntgen­ bremsstrahlung 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 ge­ teilt 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 ab­ gegeben und über das Röntgenstrahlaustrittsfenster 16 nach außen gelangt. Dieses Röntgenstrahlaustrittsfenster 16 sitzt auf einem Tragrohr 17 für die untere Kathode 8 und deren Fo­ kussierspulen 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 er kleiner oder höchstens gleich dem zweifachen Heelwinkel des Keilrings ist, so daß auf diese Art und Weise sicher verhindert wird, daß Strahlung von der oberen Ringflä­ che auf den unteren Targetteil 15a gelangen kann oder Strah­ lung von der unteren Ringfläche 14 auf das obere Targetteil 15b. Alternativ, oder auch zusätzlich dazu, könnte diese Ge­ fahr 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 Rück­ streuelektronen 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 Ausführungsbei­ spiel 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 verlau­ fenden Ebene geteilt sein, wobei dann eine Teilung der Katho­ de 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 Fluo­ reszenzstrahlung bestrahlen kann. Darüber hinaus wäre es ja auch noch möglich, beide Teilungen miteinander zu kombinieren und somit einen Röntgenstrahler mit vier Frequenzen zu erzeu­ gen.

Claims (8)

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 Fluo­ reszenzstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß das Target (15) abschnittsweise aus unterschiedli­ chen Materialien besteht und die Abschnitte (15a, 15b) wahl­ weise mit der Röntgenbremsstrahlung bestrahlbar sind.

2. Strahlenquelle nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das nadelförmige Target (15) in einer Längsmittelebene geteilt ist und daß die Kathode so geteilt ist, daß von ihren separat ansteuerbaren Teilab­ schnitten wahlweise zwei einander gegenüberliegende Abschnit­ te der Anode mit Elektronen bestrahlt werden, von denen Rönt­ genstrahlung nur jeweils eine Targethälfte erreicht.

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 einsprin­ genden, zur Mittelebene symmetrischen Keilring (4) versehen ist, und daß über und unter der Mittelebene (3) je eine Ring­ kathode (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 be­ strahlt.

4. Strahlenquelle nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im hohlen von Kühlflüssigkeit durchströmten Anodenring (1) eine in den hohlen Keilring (4) einspringende, vorzugsweise ebenfalls keilförmige Flüssig­ keitsleitfläche (5) angeordnet ist.

5. Strahlenquelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel α kleiner oder gleich dem zweifachen Heelwinkel des Keilrings (4) ist.

6. Strahlenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß eine der Tar­ getspitze gegenüberliegende Bodenplatte (19) des Anoden­ rings (1) mit einem zentralen Röntgenstrahlaustrittsfenster (16) versehen ist.

7. Strahlenquelle nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Röntgenstrahlaustritts­ fenster (16) auf einem von einer Bodenöffnung (18) her einra­ genden Tragrohr (17) für die untere Ringkathode (8) und deren Fokussierungsspulen (11, 12) angeordnet ist.

8. Strahlenquelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Target (15) auf Kathodenpotential liegt.