DE2513292A1

DE2513292A1 - Abbildungskammer fuer roentgenstrahlen

Info

Publication number: DE2513292A1
Application number: DE19752513292
Authority: DE
Inventors: Juergen Mueller; Josef Pfeifer; Alfred Dipl Phys Dr Rheude; Kurt Thate
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1975-03-26
Filing date: 1975-03-26
Publication date: 1976-10-07
Also published as: IT1057419B; SE415613B; DE2513292B2; DE2513292C3; FR2305760A1; US4021668A; GB1548941A; SE7602121L; CA1075759A; FR2305760B1; CH608622A5; NL7602851A; AT347538B; JPS51120189A; BE839569A; ATA907075A; AU1119476A

Description

AGFA-GEVAERT AKTIENGESELLSCHAFT 10-bg-se

24.3.1975 Leverkusen

25Ί3232

PG 794/MG 1076

Abbildungskammer für Röntgenstrahlen

Die Erfindung betrifft eine Abbildungskammer für Röntgenstrahlen, bei welcher ein dielektrisches Blatt in einem Spalt zwischen einer Anoden- und einer Kathodenelektrode angeordnet ist und der Spalt zur Absorption der ankommenden Röntgenstrahlung während des Abbildungsvorganges mit einem Gas hoher Atomzahl unter höherem als Atmosphärendruck gefüllt ist.

Bei derartigen Abbildungskammern wirkt das im Spalt eingeschlossene Edelgas, z.B. Freon, Krypton oder Xenon, unter erhöhtem Druck als Röntgenabsorber, wobei eine Ladungserzeugung durch Quantenprozesse, wie z.B. Foto- oder Comptoneffekt, eintritt, welche in einem von außen angelegten elektrischen Feld zur Bildung eines elektrostatischen, latenten Bildes auf dem dielektrischen Blatt führt. Dieses Ladungsbild wird anschließend mittels eines elektrostatischen Verfahrens durch Tonerablagerung sichtbar gemacht.

— 2 —

609841/0819

"²" 25Ί3292

PG 79VMG 1076

Zur Erzielung einer ausreichenden Quantenausbeute bzw. einer möglichst geringen Strahlenbelastung des Patienten werden bei den genannten Röntgenabbildungsverfahren Gasdrücke zwischen 6 atm und 20 atm angewendet. Hierbei müssen die Wände der Bildkammer nicht nur dem hohen Innendruck standhalten, sondern sollen, zumindest in dem von der einfallenden Röntgenstrahlung durchdrungenen Bereich der Bildkammer auch möglichst wenig strahlenabsorbierend oder -streuend sein. Bei bekannten Geräten ist daher in der Bildkammer im Bereich des Bildfensters eine in einen massiven Rahmen eingespannte, relativ dünne Berylliummembrane eingesetzt. Dies setzt eine entsprechend stabile Gestaltung der an der Stelle des Bildfensters geschwächten Bildkammer voraus. Außerdem sind derartige Membranen relativ teuer und wegen der Sprödigkeit des Berylliums schwer zu bearbeiten. Des weiteren erschweren die in diesem Fall zum Schließen der Bildkammer und zum Einsetzen der Membrane erforderlichen Verschraubungen den Zugang zum Inneren der Bildkammer bei Einbau und Wartung ihrer Funkt ionselemente.

Gemäß der Erfindung ist nun eine innere, die Elektroden und den Spalt umschließende, mit Dichtungen zur Aufrechterhaltung des inneren Überdruckes ausgestattete Bildkammer von einer äußeren, die Bildkammer gegen den inneren Überdruck abstützenden Druckkammer umschlossen. Zweckmäßig wird die eigentliche Bildkammer von einem die Röntgenstrahlung nur schwach absorbierenden und/oder streuenden Material

609841/0819

PG 794/MG 1076

relativ geringen Raumgewichtes, wie z.B. PoIyurethanschaum, gebildet, während die Druckkammer aus hochfesten, faserverstärkten Kunststoffen aufgebaut ist.

Mit dieser Anordnung läßt sich erreichen, daß die eigentliche Bildkammer nur ein Minimum an Röntgenabsorption und -Streuung aufweist, weil sie mit verhältnismäßig dünnen Wandungen aus einem Material mit einem sehr geringen, zwischen 0,2 - 0,5 g/cm5 liegenden Raumgewicht auskommt, welches schon wegen dieses niedrigen Raumgewichtes die Röntgenstrahlen in geringem Maß beeinflussen kann. Aufgrund der festigkeitsmäßig günstigen Form der Druckkammer, welche die Bildkammer zur Gänze umschließt, und aufgrund der Tatsache, daß die faserverstärkten Kunststoffe eine im Vergleich zu ihrer Festigkeit relativ geringe Röntgenabsorption aufweisen, bleibt aber auch die an den Wänden der Druckkammer eintretende Röntgenabsorption und -Streuung in optimalen Grenzen. Ferner sind, weil die Bildkammer keine schweren Verschraubungen o. dgl. aufweisen muß, ihre Funktionsteile bezüglich Einbau und Wartung leichter zugänglich. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn gemäß weiterer vorteilhafter Merkmale der Erfindung die Druckkammer als prismatischer Körper mit der Außenform der Bildkammer angepaßtem, zum Einschieben der Bildkammer an wenigstens einer Stirnseite offenem Hohlraum ausgeführt ist, und wenn die Bildkammer im wesentlichen aus zwei

— A- — '609841/0819

PG 79VMG 1076

quer zur Einschubrieh.tung ineinandergreifenden Teilstücken besteht, welche den Gasraum der Bildkammer einschließen. Zweckmäßig wird hierbei zwischen den beiden Teilen der Bildkammer eine aufblasbare Dichtung eingefügt.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung enthält ferner jedes Teilstück der Bildkammer eine mit einem in Einschubrichtung der Bildkammer messerartig aus der Bildkammer herausragenden Anschlußstück verbundene Elektrode. Vorteilhaft wird außerdem zum Anschluß einer in bekannter Weise geteilten Elektrode, deren Teilstücke an jeweils verschiedenen Potentialen liegen, das Anschlußstück von einer Leiterplatte gebildet, deren an der OberfLäche eines isolierenden Trägers angeordnete Leiter mit einer entsprechenden gerätefesten Steckleiste verbindbar sind.

Gemäß weiteren vorteilhaften Merkmalen der Erfindung weist die Druckkammer relativ dünne Wandungen aus hochfestem Material und den Zwischenraum zwischen den Wandungen und dem die Bildkammer aufnehmenden Hohlraum ausfüllende Druckkörper aus homogenem Material geringen Eaumgewichtes, wie z.B. Polyurethanschaum, auf, wobei die Wandungen der Druckkammer aus faserverstärkten Kunststoffen bestehen und als geschlossene Wickelkörper ausgeführt sein können. Diese Gestaltung ergibt optimale Relationen zwischen der zur Aufnahme des Innendrucks erforderlichen Festigkeit und der

— 5 — 609841 /0819

PG 79VMG 1076

Forderung nach einer möglichst geringen Röntgenabsorption und -Streuung der durchstrahlten Bereiche der äußeren Hülle der Abbildungskammer.

Im einzelnen kann die äußere, aus einem zugfesten Werkstoff gefertigte Wandung der Druckkammer einen ellipsoidförmigen Querschnitt umschließen, oder die äußere, aus einem druckfesten Werkstoff bestehende Wandung der Druckkammer kann eine, von außen gesehen, konkave Form aufweisen. In beiden Fällen ist es günstig, wenn die Wandungen der Druckkammer außerhalb des eigentlichen Abbildungsbereiches, insbesondere im Bereich der stärker gekrümmten Schmalseiten des prismatischen Körpers, liegende Verstärkungen aufweisen. Vorteilhaft werden die zugfesten Wandungen der Druckkammer von einer aus Kevlar-Fasern zusammengesetzten Schicht und die druckfesten Wandungen der Druckkammer von Kohlenstoff-Epoxyd-Faserschichten mit hohem Elastizitätsmodul gebildet.

Schließlich ist noch gemäß der Erfindung in einem die Wandungen der Druckkammer miteinander oder mit der Außenfläche der Bildkammer verbindenden Druckkörper eine Dosismeßkammer für die Röntgenstrahlung angeordnet.

- 6 R09841/0819

PG 79V*IG 1076

In der Beschreibung sind einige Ausführungsformen der Erfindung "beispielsweise dargestellt. Dabei zeigt

Figur 1 eine erfindungsgemäße Abbildungskammer in perspektivischer Darstellung,

Figur 2 einen Schnitt durch die äußere Druckkammer,

Figur 3 einen Schnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Druckkammer,

Figur 4. einen Schnitt durch die eigentliche Bildkammer mit Einzelheiten eines AnschlußStückes für eine geteilte Elektrode, und

Figur 5 einen Schnitt durch den Elektrodenanschluß entlang der Linie V - V in Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 ist in eine in nicht näher dargestellter Weise im durch strichpunktierte Linien angedeuteten Kassettenraum eines konventionellen Röntgenuntersuchungsgerates eingesetzte Druckkammer 1 eine im wesentlichen aus 2 ineinandergefügten Hälften 2, 3 bestehende Bildkammer eingeschoben. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist die Druckkammer 1 einen ellipsenförmigen Querschnitt auf, welcher von einem entsprechend geformten Druckkörper 4- gebildet wird. Der ellipsenförmige Druckkörper 4- ist von einer äußeren Hülle 1a umgeben.

609841/0819

PG 79VNG 1076

Diese bei der vorliegenden Gestaltung ausschließlich auf Zug beanspruchte Hülle 1a besteht aus Kevlar-Fasern, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung PRD-49 von der Firma Dupont vertrieben werden. Anstelle des Kevlar-Fasermaterials können selbstverständlich auch andere faserverstärkte Kunststoffe mit anisotropen Eigenschaften, bzw. mit in Faserrichtung besonders großer Zugfestigkeit verwendet werden. Als weitere Materialien eignen sich u.a. Kohlefasern, welche wie die Chemiefasern bei ausreichender Festigkeit eine sehr geringe Röntgenabsorption und -Streuung aufweisen. Im Prinzip wäre wegen der besonders hohen Festigkeit der betreffenden Fasern auch eine Verwendung von Glasfasern oder von Borfasern mit Wolframkern möglich, obgleich diese Fasern eine beachtliche Schwächung der Röntgenstrahlen bewirken.

Durch die geschlossene Form der äußeren Hülle 1a wird erreicht, daß die Fasern eine geschlossene Linie bilden, wodurch sie die Kräfte sehr gleichmäßig aufnehmen. Die Übertragung der im Gasraum auftretenden Kräfte von der in die öffnung 4b eingeschobenen Bildkammer 2,3 auf die äußere Hülle 1a erfolgt mittels des dazwischengeschalteten Druckkörpers 4. Rings um die Öffnung 4a dieses Druckkörpers 4 ist nochmals eine aus faserverstärktem Kunststoff gefertigte Hülle 5 gelegt. Diese Hülle ist ebenfalls als geschlossene Wickelschicht gestaltet. Weil sie vorzugsweise Druckkräfte aufzunehmen hat, besteht sie aus Kohlefasern.

•609841/0819

— ο-

79 VMG 1076

Während die in sich geschlossene äußere Hülle das Bersten der Druckkammer verhindert, wirkt der im Bereich der Öffnung 4a in der Mitte verdickte, von einer Zug- und einer Druckfaser eingeschlossene Druckkörper 4 wie ein beidseitig aufliegender Träger einer Ausbeulung der Wände des Hohlraumes 4a entgegen.

Schließlich sind noch zum Abfangen der an den stark gekrümmten Seitenkanten des Ellipsoids auftretenden erhöhten Kräfte Verstärkungen 6 u. 7 vorgesehen, welche ebenfalls aus faserverstärkten Kunststoffen bestehen. Auf diese Weise ist es möglich, daß die Bildkammer den von den vergleichsweise hohen, ca. 6 - 20 atm betragenden Drücken im Gasraum herrührenden Belastungen auch über eine größere Fläche hinweg standhält, wobei dieser Druck bei den üblichen Geräten auf eine Fläche von etwa 0,2 qm einwirkt. Erschwerend wirkt sich dabei noch die Tatsache aus, daß in aller Regel der volle Betriebsdruck von 6-20 atm, um die Gasverluste klein zu halten, nur unmittelbar während der Aufnahme eines Röntgenbildes eingestellt wird, wodurch sich eine, die Materialermüdung fördernde Wechselbelastung ergibt. Während der Betriebspausen wird im allgemeinen nur ein Bereitschaf tsdruck von etwa 1 atm aufrecht erhalten.

609841 /0819

PG 794-/MG 1076

Eine weitere günstige Form der Druckkammer zeigt Figur 3· Hierbei ist ein Druckkörper 8 vorgesehen, dessen Außenseiten eine im Bereich des Bildfensters konkave Form aufweisen. Der Druckkörper 8 ist außen von einer durchgehenden Hülle und innen von einer durchgehenden Hülle 12 umschlossen. An den Schmalseiten sind wieder Verstärkungen 1Ou. 11 angebracht. Im ganzen ergeben sich die Belastungsverhältnisse eines jeweils außen eingespannten Trägers, wobei wieder der Innendruck in günstiger Weise von der als geschlossener Wickelmantel ausgeführten äußeren Hülle aufgenommen wird. Die geringste Materialanhäufung ergibt sich dabei in einer bezüglich der Strahlenabsorption vorteilhaften Weise im Bereich des Bildfensters. Da bei dieser Anordnung die äußere Hülle 9 auf Druck und die innere Hülle 12 auf Zug beansprucht ist, besteht die äußere Hülle 9 aus Kohlenstoff-Fasern und die innere Hülle 12 aus Kevlar-Fasern.

Die eigentliche Bildkammer ist gemäß Figur 4 aus zwei Teilen 2 u. J zusammengefügt, wobei ein Rahmen 2a des Teiles in eine entsprechende Ausnehmung 3a cLes Teiles 3 greift. Zwischen dem Rahmen 2a und der Ausnehmung 3a ist eine aufblasbare Dichtung 14 eingefügt. Zum Einführen eines aufzuladenden dielektrischen Blattes 15 ist zwischen den beiden Hälften 2 u. 3 ein Einführungsschlitz 16 ausgespart. Im Bereich dieses Einführungsschlitzes 16 sind die Kassettenhälften 2 u. 3 mittels Metall-Leisten 17 u. 18 verstärkt.

- 10 609841/0819

PG 79VMG 1076

Zur Herstellung des erforderlichen Gasdruckes in dem zwischen den "beiden Hälften der Bildkammer gebildeten Gasraum 19 ist dieser Gasraum mittels Zuleitungen 20 mit einer nicht näher dargestellten Gaspumpe "bzw. den entsprechenden Gasbehältern verbunden.

Zu beiden Seiten des Gasraumes 19 sind isolierende Platten 21 u. 22 angeordnet, welche mit leitfähigen Elektroden 23 u. 24- belegt sind. Die Elektroden 23 u. 24- sind mittels Nieten 25, welche in entsprechende, in die Kammerhälften eingegossene Buchsen 26 eingedrückt sind, mit äußeren Anschlußstücken 27 ii. 28 bzw. den darauf angebrachten Leitern 29 verbunden. Bie Elektroden 23 u. 24- sowie auch die Leiter 29 und die weiter unten erwähnten Verbindungsstücke 32 können in der bei gedruckten Schaltungen üblichen Weise hergestellt werden. Die Leiter 29, welche im praktischen Betrieb an einer Spannung von bis zu +_ 20 K YoIt liegen, sind nach außen durch Schutzplatten 30 u. 31 abgesichert .

Wie aus Figur 5 ersichtlich ist, sind die Leiter 29 a - η jeweils mittels einer Niete 25 unter Zwischenschaltung eines "Verbindungsstückes 32 niit einer rahmenförmigen Elektrode 23a, 23b usw. verbunden. Wenn dabei die Elektroden 23 a - η an jeweils graduell verschiedenen Potentialen liegen und in hier nicht näher dargestellter Weise von

- 11 BO 9841/0819

PG 794/MG 1076

einer Halbleiterschicht bedeckt sind, bildet sich in der in der deutschen Offenlegungsschrift 2 365 189 dargestellten Weise eine ebene Elektrode, welche in elektrischer Hinsicht die Wirkungen einer kugelförmigen Elektrode entfaltet und dadurch für den Weitertransport der unter dem Einfluß der in Pfeilrichtung A einfallenden Röntgenstrahlung im Gasraum 19 entstehenden Ionen in Einfallsrichtung der Röntgenstrahlen sorgt. Diese Ionen werden dann in Form eines bleibenden, dem Strahlungsbild entsprechenden Ladungsbildes auf dem einer der Elektroden anliegenden dielektrischen Blatt 15 abgeschieden.

Zum Anschluß der Elektroden 23 u. 24 an die geräteseitige Spannungsversorgung 32, 33 ist eine Steckleiste 34 vorgesehen, welche Schlitze 34a und 34b aufweist, in welche die Leiterplatten 27 u. 28 eingesteckt werden können. Im Inneren der Steckleiste 34 ist in nicht näher dargestellter Weise je ein Kontakt für jeden der Leiter 29 a - η vorgesehen, welcher mit je einer Faser der Kabelbündel 32a und 33a verbunden ist.

An geeigneter Stelle im Inneren des Druckkörpers 4 bzw. 8 (Fig. 2 u. 3) ist schließlich noch eine mit äußeren Zuleitungen 36, 37 verbundene Dosismeßkammer 35 für die Röntgenstrahlung angeordnet.

- 12 609841/0819

Claims

2513232

AGi¹A-GEVAEET AKTIENGESELLSCHAi¹T 10-bg-se

24.3.1975
Leverkusen

PG 794/MG 1076

Ansprüche

Abbildungskammer für Röntgenstrahlen, bei welcher ein dielektrisches Blatt in einem Spalt zwischen einer
Anoden- und einer Kathodenelektrode angeordnet ist
und der Spalt zur Absorption der ankommenden Röntgenstrahlung während des Abbildungsvorganges mit einem
Gas hoher Atomzahl unter höherem als Atmosphärendruck gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine innere, die Elektroden(23, 24) und den Spalt (19) umschließende, mit Dichtungen (14) zur Aufrechterhaltung des inneren Überdruckes ausgestattete Bildkammer (2, 3) von einer äußeren, die Bildkammer gegen den inneren Überdruck abstützenden Druckkammer (1,9- 12) umschlossen ist.

2. Abbildungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eigentliche Bildkammer (2, 3) von einem die Röntgenstrahlung nur schwach absorbierenden und/oder -streuenden Material relativ geringen Raumgewichtes,
wie z.B. Polyurethanschaum, gebildet wird.

809841/0819 - 13 -

— ι? —

PG 79VMG 1076

3. Abbildungskammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (1, 9-12) aus hochfesten, faserverstärkten Kunststoffen aufgebaut ist.

4. Abbildungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (1, 9-12) als prismatischer Körper mit der Außenform der Bildkammer (2, 3) angepaßtem, zum Einschieben der Bildkammer an wenigstens einer Stirnseite offenem Hohlraum (4a, 8a) ausgeführt ist.

5. Abbildungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildkammer im wesentlichen aus zwei quer zur Einschubrichtung ineinandergreifenden Teilstücken (2, 3) besteht, welche den Gasraum (19) einschließen.

6. Abbildungskammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Teilen der Bildkammer eine aufblasbare Dichtung (14) eingefügt ist.

7. Abbildungskammer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Teilstück (2, 3) der Bildkammer eine mit einem in Einschubrichtung der Bildkammer messerartig aus der Bildkammer herausragenden Anschlußstück (27, 28) verbundene Elektrode (23, 24) enthält.

609841/0819

-14- 2513232

PG 79VMG 1076

8. Abbildungskammer nach Anspruch 7₅ dadurch gekennzeichnet, daß zum Anschluß einer in bekannter Weise geteilten Elektrode, deren Teilstücke (23 a - n, 24 a - n) an jeweils verschiedenen Potentialen liegen, das Anschlußstück von einer Leiterplatte gebildet wird, deren an der Oberfläche eines isolierenden Trägers (27, 28) angeordnete Leiter (29 a - η) mit einer entsprechenden gerätefesten Steckleiste (34) verbindbar sind.

9· Abbildungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (1,9- 12) relativ dünne Wandungen (1a, 5, 9, 12) aus hochfestem Material und den Zwischenraum zwischen den Wandungen und dem die Bildkammer aufnehmenden Hohlraum (4a, 8a) ausfüllende Druckkörper (4, 8) aus homogenem Material geringen Raumgewichtes, wie z.B. Polyurethanschaum, aufweist.

10. Abbildungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (1a, 5, 9? 12) der Druckkammer aus faserverstärkten Kunststoffen bestehen.

11. Abbildungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen (1a, 5? 9? 12) der Druckkammer als geschlossene Wickelkörper ausgeführt sind.

- 15 609841 /0819

PG 79VMG 1076

12. Abbildungskammer nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere, aus einem zugfesten Werkstoff gefertigte Wandung (1a) der Druckkammer (1) einen ellipsoidförmigen Querschnitt umschließt.

15. Abbildungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere, aus einem druckfesten Werkstoff bestehende Wandung (9) der Druckkammer eine konkave Form aufweist.

14. Abbildungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen der Druckkammer außerhalb des eigentlichen Abbildungsbereiches, insbesondere im Bereich der stärker gekrümmten Schmalseiten des prismatischen Körpers, liegende Verstärkungen (6, 7, 10, 11) aufweisen.

15. Abbildungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zugfesten Wandungen (1a, 12) der Druckkammer von einer aus Kevlar-Fasern zusammengesetzten Schicht gebildet werden.

16. Abbildungskammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die druckfesten Wandungen (5i 9) eier Druckkammer von Kohlenstoff-Epoxyd-Faserschichten mit hohem Elastizitätsmodul gebildet

werden. B 0 9 8 41/0819 _ ₁₆_

PG 79VMG 1076

17· Abbildungskammer nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den die Wandungen der Druckkammer miteinander und mit der Außenfläche der Bildkammer verbindenden Druckkörpern(4, 8) eine Dosismeßkammer (35) für die Röntgenstrahlung angeordnet ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

ß Ü 9 B U / 0 B 1 9