DE2529037C3 - Elektroradiographische Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine eiektroradiographische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 58 364 bekannt. Diese Vorrichtung dient zur Röntgenbildaufzeichnung, d. h., es soll damit die flächenhafte Verteilung einer zu den einander parallelen Elektroden senkrecht einfallenden Röntgenstrahlung aufgezeichnet werden. Die Herstellung eines Röntgenbildes erfolgt dabei folgendermaßen:

Durchsetzt eine Röntgenstrahlung das zwischen den Elektroden 1 und 2 befindliche schweratomige Edelgas — vorzugsweise Xenon oder Krypton —, wird das Gas ionisiert, und die dabei erzeugten Ionen und Elektronen werden zu den beiden Elektroden hin beschleunigt. Vor einer der beiden Elektroden befindet sich eine

ίο Isolierfolie, z. B. aus Mylar, auf die die auf diese Elektrode beschleunigten Ladungsträger auftreffen und ein elektrisches Ladungsbild erzeugen. Dieses Ladungsbild ist negativ, wenn die Isolierfolie vor der positiven Elektrode angeordnet ist, und positiv, wenn die Isolierfolie vor der negativen Elektrode angeordnet ist. Die auf diese Weise in ein elektrisches Ladungsbild umgewandelte Strahlungsverteilung kann durch ein Entwicklungsverfahren, wie es beim elektrostatischen Kopieren üblich ist, sichtbar gemacht werden.

In der medizinischen Röntgendiagnostik ist es von entscheidender Bedeutung, daß die Strahlendosis, mit der ein Patient bei einer Röntgenaufnahme belastet wird, möglichst gering ist. Die Empfindlichkeit einer solchen Vorrichtung sollte also möglichst hoch sein.d. h.

die Zahl der pro Röntgenquant auf der Isolierfolie abgeschiedenen Ladungsträger sollte möglichst hoch sein. Eine Möglichkeit zur Erhöhung der Empfindlichkeit besteht darin, die Zahl der Ladungsträger, die pro absorbiertes Röntgenquant gebildet werden, zu erhöhen, dadurch, daß die Spannung zwischen den Elektroden so weit erhöht wird, daß sich eine merkliche Elektronenvervielfachung durch Stoßionisation ergibt. Dabei wird die durch ein Röntgenquant erzeugte Ladungsträgermenge vergrößert.

In der Praxis ergeben sich hierbei jedoch verschiedene Nachteile. Bei einer reinen Xenonfüllung mit einem Druck von 7 bar und einem Elektrodenabstand von 10 mm muß zwischen den Elektroden eine Spannung von rund 60 kV angelegt werden, um ein Arbeiten der Vorrichtung im Bereich der Ladungsträgervervielfachung zu ermöglichen. Außerdem können dabei unkontrollierte relativ stromstarke und das Ladungsbild zerstörende elektrische Entladungen auftreten.

Offenbar um diese Nachteile zu vermeiden, ist in der DEOS 22 53364 (S. 10, I. Absatz) angegeben, daß im Lawinenbereich nur gearbeitet werden sollte, wenn das Produkt aus Elektrodenabstand und Druck kleiner ist als 10 mm bar. Dabei kann nämlich einerseits die anzulegende Spannung erniedrigt werden, und andererseits ergeben sich keine unkontrollierten Entladungen. Jedoch wird dadurch die Quantenabsorption wesentlich verschlechtert, d. h. es trägt dann ein zu geringer Bruchteil der eintreffenden Röntgenquanten zur Bildgebung bei. Dadurch ergibt sich das sogenannte Quanten- bzw. Verteilungsrauschen, das die Bildqualität verschlechtert. In der erwähnten Druckschrift ist daher angegeben,daß in einem Bereich wesentlich über 10 mm bar gearbeitet werden sollte, und zwar insbesondere in einem Bereich zwischen 20 mm bar und 80 mm bar. Die Spannung zwischen den Elektroden soll dabei so eingestellt werden, daß sich eine Entladung im Bereich des sogenannten Towsend-Plateaus ergibt, bei der die durch die Abbremsung der energiereichen Röntgen-Photoelektronen gebildeten sekundären Ladungsträger

^fi5 nicht weiter vervielfacht werden.

Darüber hinaus ist aus der DE-AS 19 09 428 eine zum lokalisierenden Nachweis von Kernstrahlungsteilchen, Gamma- oder Röntgenquanten verwendete Funken-

kammer mit einer Xenonfüllung bekannt, bei der die Spannung zwischen den Kammerelektroden so gewählt ist, daß sich, bildmäßig verteilt, Funkentladungen ergeben (Ladungsträgervervielfachung von weit mehr als 10 OOOfach). Zur Herabsetzung der an lüe Elektroden anzulegenden Spannungen ist dort angegeben, daß der Xenonfüllung zwischen 1,05 und 6,57% Diäthylamin zugesetzt werden soll. Diäthylamin hat eine Ionisationsenergie, die niedriger ist als die Energie der niedrigsten metastabilen Niveaus der Xenonatome.

Diese Funkenkammer wird jedoch mit einem Gesamtdruck von 760 Torr = 1 bar betrieben bei einem Elektrodenabstand von 3,3 mm, so daß sich ein Druck-Elektrodenabstand-Produkt von =3,3 mm bar ergibt. Wie bereits erwähnt, wird bei einem solchen i> Druck-Elektrodenabstand-Produkt die Absorption der Röntgenquanten durch die Xenonfüllung so gering, daß die durch die Ladungsträgervervielfachung an sich mögliche Empfindlichkeitssteigerung wegen des verstärkten Quantenrauschens gar nicht ausgenutzt werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektroradiographische Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Empfindlichkeit verbessert werden kann, ohne daß sehr hohe Elektrodenspannungen erzeugt werden müssen, ohne daß unkontrollierte Enu.idungen und/oder Funkenentladungen auftreten und ohne daß die Quantena ^sorption verringert wird (was bedeutet, daß das Druek-Elektrodenabstands-Produkt dabei wesentlich größer als 10 mm bar, vorzugsweise als 30 mm bar sein muß).

Diese Aufgabe wird durch die im Kenn/eichen des 1 lauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. F.s zeigt

F i g. 1 in schematischer Darstellung die Ansicht einer clektroradiographischen Vorrichtung und

Fig. 2 die Abhängigkeit der zur Erzielung einer bestimmten Stromverstärkung erforderlichen Spaniiung an den Elektroden von der Konzentration des zugesetzten Gases bei einem bestimmten Druck.

Fig. I zeigt schematisch eine übliche elektroradiographische Vorrichtung der eingangs genannten Art. Sie besteht aus einem gasdichten flachen Gehäuse 1, das auf seinen Innenflächen mit Elektroden 2 bzw. 3 versehen ist, zwischen denen eine Spannung U_ci anliegt. Auf einer der Elektroden, in diesem Fall der Elektrode 3, befindet sich eine Isolierfolie 4, auf der sich die bei dem Auftreffen einer Röntgenstrahlung erzeugten Ladungsträger niederschlagen. In der Vorrichtung, die über dem Auslaß 5 mit einer nicht näher dargestellten Ventilanordnung verbunden ist, mit einem Elektrodenabstand von 1 cm, befindet sich ein Edelgas, vorzugsweise Xenon, unter einem Druck von 7 bar. Wollte mi'n mit dieser Anordnung eine lOfache Stromverstärkung erreichen (d. h. für jedes absorbierte Röntgenquant würden 10 Ladungsträgerpaare erzeugt),dann müßte an die Elektroden eine Spannung von 6C kV angelegt werden. Zur Erzeugung einer derart hohen Spannung <w wäre eine aufwendige Hochspannungserzeugung und eine hochspannungsfeste Konstruktion der Kammer erforderlich und es bestünde die Gefahr, daß unkontrollierte Entladungen stattfinden, die das Bild im Bereich der Entladung zerstören. <\s

Durch einen geringen Zusatz eines Gases mit einer lonisationsenergie, die kleiner ist als die niedrigsten metastabilen Niveaus der Edelgasaiome, kann erfin dungsgemäß diese Spannung erheblich herabgesetzt werden. Als besonders geeignet hat sich dabei Tri.Tiethylamin erwiesen.

F i g. 2 zeigt die Abhängigkeit der für eine Stromverstärkung von 10 (Stromverstärkungen, die wesentlich höher als 20 sind, können nicht ausgenutzt werden, weil die für ein Bild benötigte Röntgendosis dann schon so klein wird, daß das Quantenrauschen bemerkbar wird und weil bei den höheren Stromverstärkungen die Gefahr unkontrollierter Entladungen entsteht) erforderlichen Elektrodenspannung U_ei von der Konzentration des zugesetzten Gases bei einem Gasdruck von 7 bä^r und einem Elektrodenabstand von 10 mm. Man erkennt, daß die Elektrodenspannung am niedrigsten wird bei einer Konzentration von etwa 0,25 bis 0,30 Vol.-%; stärkere oder schwächere Konzentration erfordern eine höhere Elektrodenspannung zur Erzeugung der gleichen Stromverstärkung. Die optimale Konzentration, bei der die anzulegende Elektrodenspannung minimal wird, steigt mit zunehmendem Gasdruck. Der graphischen Darstellung ist zu entnehmen, daß bei einem Zusatz von 0,27% Trimethylamin nur noch eine Elektrodenspannung von 11,25 kV erforderlich ist, um eine Stromverstärkung von 10 /ti erhalten.

Bei einer Füllung der elektroradiographischen Vorrichtung mit reinem Xenon mit einem Druck von 8 bar, bei einem Elektrodenabstand von 10 mm und einer Elektrodenspannung von 13 kV war eine Dosis von 8111R erforderlich, um von einem Testobjekt ein Röntgenbild herzustellen. Durch Zusatz von 0,27% Trimethylamin sank die benötigte Dosis — bei sonst unveränderten Parametern — auf 0,45 niR.

Weitere Gase, die bei einer Xenonfüllung /11 einer Herabsetzung der erforderlichen Elektrodenspannung führen, sind

Dimethylamin

Diäthylamin

Dipropylamin

Dimethylhydrazin

Cyclooctatetraen

1,3,5,7 Octatetraen

1.2 Dimethylcyclopentadien
5,5 Dimethylcyclopentadien

2.3 Dimethylfuran
Tetra me thy la thy len

Ist die elektroradiographische Vorrichtung mit Krypton gefüllt, dann können außer dem vorstehend genannten für Xenon geeigneten Gasen auch Gase mit einer etwas höheren lonisationsenergie verwendet werden, weil das niedrigste metastabile Niveau bei Krypton höher liegt, etwa 10 eV, als bei Xenon (etwa 8.3 cV). Wesentlich ist stets, daß das zugesetzte Gas eine lonisationsenergie hat, die niedriger ist als die niedrigsten mestastabilen Niveaus des jeweils benutzten Edelgases, und daß es bei Raumtemperatur einen genügend hohen Dampfdruck hat, um im Gemisch mit dem Hauplgas die optimalen Kon/cntraiionswerte einzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Eiektroradiographische Vorrichtung mit zwei an eine Spannungsquelle angeschlossenen Elektroden, zwischen denen ein unter Überdruck stehendes schweratomiges Edelgas vorgesehen ist, das einen wesentlichen Teil der Röntgenstrahlung absorbiert und dem ein geringer Anteil eines weiteren Gases zugesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zugesetzte Gas eine lonisierungsenergie hat, die gleich ist oder kleiner als die Energie der niedrigsten metastabilen Niveaus der Atome des Edelgases.

2. Eiektroradiographische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Edelgas Trimethylamin zugesetzt ist.

J. Elekiroradiographische Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei als Edelgas Xenon mit einem Druck von etwa 7 bar verwendet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des zugesetzten Trimethylamins zwischen 0,1 und 0,5%, vorzugsweise 0.27%, beträgt.

4. Eiektroradiographische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des zugesetzten Gases kleiner als 2 Vol.-%, vorzugsweise kleiner als 1 Vol.-%, ist.

5. Eiektroradiographische Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß 0,5 Vol.-% Diäthylamin zugesetzt sind.

6. Eiektroradiographische Vorrichtung nach Anspruch I oder 4, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Dimethylamin.

7. Eiektroradiographische Vorrichtung nach Anspruch I oder 4, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Dipropylamin.

8. Eiektroradiographische Vorrichtung nach Anspruch I oder 4, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Dimethylhydrazin.

9. Eiektroradiographische Vorrichtung nach Anspruch I oder 4, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Cyclooctatetraen.

10. Eiektroradiographische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, gekennzeichnet durch einen Zusatz von 1, 3, 5,7 Octatctraen.

11. Eiektroradiographische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, gekennzeichnet durch einen Zusatz von 1,2 Dimethylcyclopentadien.

12. Eiektroradiographische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, gekennzeichnet durch einen Zusatz von 5,5 Dimethylcyclopentadien.

13. Elektroradiographischt Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, gekennzeichnet durch einen Zusatz von 2,3 Dimelhylfuran.

14. Eiektroradiographische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Tetramethyläthylen.