DE19639243A1 - Multi-, insbesondere dichromatische Röntgenquelle - Google Patents
Multi-, insbesondere dichromatische RöntgenquelleInfo
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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.
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