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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung, die
mit einem distalen Ende von einem Führungsdraht verbunden ist zum
Zwecke eines Einführens
zu einem erwünschten
Ort innerhalb eines tierischen Körpers
für ein
Bewirken einer Strahlungstherapie, wobei die Röntgenstrahlungsvorrichtung
zumindest folgendes aufweist:
eine Vakuumröhre, die eine Kathode und eine
Anode enthält,
die unter einem bestimmten Abstand voneinander beabstandet sind;
eine
Emittiereinrichtung für
ein Emittieren von freien Elektronen in der Kathode;
eine Elektrofeldeinrichtung
für ein
während
der Anwendung einer Hochspannung erfolgendes Aufbringen eines elektrischen
Feldes zwischen der Kathode und der Anode zum Beschleunigen der
emittierten freien Elektronen zu der Anode hin;
ein Gettermaterial,
das in einem von dem Hochspannungselektrofeld freien Bereich in
der Vakuumröhre angeordnet
ist;
wobei die Vakuumröhre
zumindest teilweise gegenüber
der Röntgenstrahlung,
die durch die Anode emittiert wird, transparent ist.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Erzeugung von Röntgenstrahlen
für medizinische
Zwecke und insbesondere bezieht sie sich auf eine Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
für eine
intravaskuläre
Behandlung von Läsionen
in einem Körpergewebe
insbesondere zur Behandlung von Stenose in Koronargefäßen (Herzgefäßen) und die
Behandlung von Krebstumoren.
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Die
Strahlungstherapie ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Behandlung
von unterschiedlichen Krankheiten inklusive Krebs. Die vermutete
Nützlichkeit
einer Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
ist offensichtlich. Das Einführen
einer derartigen Quellenvorrichtung in Gefäße oder andere Körperhohlräume würde ermöglichen,
dass die gelieferte Strahlungsdosis einem kleinen Gewebebereich
auferlegt wird. Genauer gesagt könnte
ein Katheter mit einer klein gestalteten Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung
für eine
Bestrahlung von kardiovaskularem Gewebe verwendet werden.
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Eine
derartige Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
ist beispielsweise aus der internationalen Patentveröffentlichung
Nr. WO 01/18 842 A1 bekannt. In dieser Patentveröffentlichung ist eine Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
offenbart, die eine kompakte Vakuumröhrenbaugruppe, die eine Kathode
und eine Anode enthält,
die innerhalb der Vakuumröhre
bei einem bestimmten Abstand voneinander positioniert sind, eine
Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Hochspannungsfeldes
zwischen der Anode und der Kathode, um eine Hochspannung zu der
Anode zu liefern, und ein Gettermaterial hat, das innerhalb der
Vakuumröhre
angeordnet ist, um eine erforderliche Vakuumhöhe oder Unterdruckhöhe zu halten,
die für
einen sauberen Betrieb der Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung
erforderlich ist.
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Die
Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung arbeitet,
indem eine Hochspannung zwischen der Anode und der Kathode angelegt
wird, um die freien Elektroden, die durch die Kathode emittiert
werden, zu der Anode hin zu beschleunigen. Aufgrund dieses beschleunigten
elektrischen Hochspannungsfeldes zwischen der Kathode und der Anode
treffen die Elektroden an der Anode mit einer außerordentlich hohen Geschwindigkeit
auf und erzeugen in dem Anodenmaterial eine Röntgenstrahlung, die eine außerordentlich
hohe Energiehöhe
hat, durch die Kollisionsanregung der Atome innerhalb des Anodenmaterials.
Die Röntgenstrahlung
wird von der Vakuumröhre
zu dem Gewebe des Patienten, das die Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung
umgibt, emittiert, um beispielsweise Krebstumore mittels der Strahlungstherapiebehandlung
zu behandeln.
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Um
ein effizientes Beschleunigen der freien Elektroden, die von der
Kathode emittiert werden, zu der Anode sicherzustellen, ist eine
außerordentlich niedrige
Vakuumhöhe
innerhalb der Vakuumröhre
erforderlich. Eine außerordentlich
niedrige Vakuumhöhe
ist außerdem
erforderlich, um eine Gasentladung der Gasmoleküle zu verhindern, die noch
in der Vakuumröhre
vorhanden sind, oder um das Ausbilden eines elektrischen Bogens
innerhalb der Vakuumröhre
zu vermeiden. Des Weiteren ist eine totale Zerstörung der Baugruppe ebenfalls
möglich.
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Um
diese Probleme bei der bekannten Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
zu vermeiden, ist diese mit einem Gettermaterial versehen, das innerhalb
der Vakuumröhre
und vorzugsweise an einem Ort positioniert ist, der von dem Einfluss
des elektrischen Hochspannungsfeldes entfernt ist, das zwischen
der Anode und der Kathode angewendet wird. Das bekannte Gettermaterial
hat eine Aktivierungstemperatur, bei der es mit Streugasmolekülen innerhalb
der Vakuumröhre
der Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung
reagieren wird. Beispielsweise hat das Gettermaterial der Legierung
SAES ST 707 eine Aktivierungstemperatur von 400° bis 500°C. Diese Legierung besteht aus
24,6% Vanadium, 5,4% Eisen, 70% Zirkonium.
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Bevor
das Gettermaterial aktiviert wird, wird es mit einer Oxidationslage
bedeckt, die das Gettermaterial von der Umgebung bei normalen Bedingungen
abschirmt. Wenn das Gettermaterial auf seine Aktivierungstemperatur
in einem Vakuum erwärmt wird,
diffundiert die Oxidationslage in das Innere von dem Gettermaterial,
wobei die Aktivgetteroberfläche freigelegt
wird, die mit einem beliebigen noch in dem Vakuum vorhandenem Streugasmolekül reagieren wird
und eine Verbindung eingehen wird. Das Gettermaterial beseitigt
daher die Streugasmoleküle,
wodurch die Qualität
von dem Vakuumniveau innerhalb der Vakuumröhre auf bis zu 10–7 bis
10–8 Torr
verbessert wird.
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Jedoch
ist es erforderlich, das Gettermaterial innerhalb der Vakuumröhre an einem
Ort anzuordnen, an dem kein elektrisches Feld zwischen der Anode
und der Kathode abgegeben wird. Ein im Wesentlichen von einem elektrischen
Feld freier Ort des Gettermaterials ist erforderlich, da daher das
Gettermaterial nicht irgendwelche internen elektrischen Probleme
aufzeigen würde,
die mit der Oberflächenbogenbildung
(Oberflächenentladung)
oder einer Verminderung im Zusammenhang stehen.
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Schließlich ist,
um aus der Anwendung eines Gettermaterials im Inneren der Vakuumröhre zum Verbessern
des Vakuumniveaus im Inneren und auch zum Vermeiden von jeglichen
elektrischen Problemen, wie dies vorstehend erwähnt ist, Nutzen zu ziehen,
und um eine verbesserte Miniaturröntgenstrahlungsröhrenquellenvorrichtung
mit verringerten Konstruktionsmaßen zu erhalten, gemäß der vorliegenden
Erfindung die Kathode so angeordnet, dass das Gettermaterial von
dem elektrischen Hochspannungsfeld abgeschirmt ist.
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Durch
diese Merkmale ist es möglich,
das Gettermaterial im Inneren der Vakuumröhre zu positionieren, wobei
es von dem elektrischen Hochspannungsfeld mittels der Kathode abgeschirmt
ist. Eine bedeutsame Verringerung der Konstruktionsmaße wird
somit erzielt, was eine weitere Kleingestaltung der bekannten Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
ermöglicht,
wobei somit das Positionieren einer derartigen Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung innerhalb
des Körpers
des Patienten weiter verbessert wird.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel,
das kein Teil der beanspruchten vorliegenden Erfindung bildet, ist
die Kathode zwischen dem Gettermaterial und der Anode angeordnet,
wobei des Weiteren die Kathode zumindest teilweise das Gettermaterial
bedeckt.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das
eine noch effizientere Anwendung des Innenraums der Vakuumröhre aufzeigt,
ist die Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode eine längliche
Form mit einem polygonalen Querschnitt hat und dass das Gettermaterial
innerhalb der Kathode angeordnet ist, wobei das Gettermaterial durch
die Kathode gestützt
ist und elektrisch von dieser isoliert ist. Diese letztgenannten
Merkmale stellen ein vollständig
elektrisch isoliertes Gettermaterial innerhalb der Kathode gemäß dem Prinzip eines
Faradayschen Käfigs
sicher.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
hat die länglich
geformte Kathode einen kreisartigen oder ovalen Querschnitt.
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Bei
all diesen Ausführungsbeispielen
kann das Gettermaterial stabförmig
sein.
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Diese
Merkmale verringern wesentlich die Konstruktionsmaße der Vakuumröhre und
folglich die Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung,
wobei das Einführen
und Versetzen einer derartigen Vorrichtung in einem Körper eines
Patienten verbessert wird. Außerdem
wird das Auftreten von jeglichen inneren elektrischen Problemen
hierbei vermieden. Darüber
hinaus wird bei diesen Ausführungsbeispielen
eine bedeutsame Vergrößerung der
Gettermaterialoberfläche
erzielt, was zu einer verbesserten Kapazität zum Beseitigen von Streugasmolekülen führt, die
noch in der Vakuumröhre
vorhanden sind.
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Um
einen sauberen Kontakt zwischen dem Gettermaterial und der Vakuumkammer
innerhalb der Vakuumröhre
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
sicherzustellen, ist die Kathode mit zumindest einer Öffnung versehen,
wobei bei einem noch ausgeklügelteren
Ausführungsbeispiel
die Kathode aus einem Gittermaterial hergestellt ist.
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Ein
robusterer Aufbau wird erzielt, da bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
das Gettermaterial durch die Kathode gestützt ist.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
von der Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Kathode von einer Feldemissionsart mit einem ferroelektrischen Elektronenemittiermaterial.
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Vorzugsweise
ist das ferroelektrische Elektronenemittiermaterial zwischen einer
unteren Elektrode und einer oberen Elektrone positioniert, wobei beide
Elektroden mit einer Antriebsspannung verbunden sind, wobei bei
einem Ausführungsbeispiel die
obere Elektrode als ein elektrisch leitfähiges Blatt aufgebaut ist,
das mit einer großen
Anzahl an Öffnungen
versehen ist, die als Emissionslöcher
für die emittierten
freien Elektronen dienen.
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Bei
einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist die obere Elektrode als zumindest ein elektrisch leitfähiger Rahmen
aufgebaut, in dem in einer großen
Anzahl scheibenförmige
Elemente an dem ferroelektrischen Elektronenemittiermaterial fixiert
sind.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
ist das Elektronenemittiermaterial von einer Kaltkathodenart, das
aus Kohlenstoff-Nanoröhren
ausgebildet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel,
bei dem die Kathode eine so genannte Kathodenart ist, die aus Kohlenstoff-Nanoröhren ausgebildet
ist, sind die Kohlenstoff-Nanoröhren
Monowandnanoröhren
oder die Kohlenstoff-Nanoröhren
sind ausgerichtete Mehrwand-Nanoröhren (multi-wall-Nanoröhren). Bei
beiden Ausführungsbeispielen
können
die Kohlenstoff-Nanoröhren
zufällig
formierte Nanoröhren
sein.
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Im
Gegensatz zu radioaktiven Quellen würde eine Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung elektronisch
ein- und ausschaltbar sein. Darüber
hinaus würde
die Energie ihrer Strahlung sich durch die Spannung zwischen den
Elektroden ergeben. Da die Eindringtiefe der Röntgenstrahlen in das Gewebe von
der Röntgenstrahlungsenergie
abhängig
ist, kann die optimale Tiefe erzielt werden, indem die entsprechende
Elektrodenspannung angelegt wird.
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Insbesondere
bei Brachytherapiebehandlungen werden Radioaktivbehandlungsquellen
zu einem erwünschten
Ort innerhalb des Körpers
des Patienten hin implantiert. Derartige Radioaktivbehandlungsquellen,
die beispielsweise aus Quellen Ir-192 bestehen, emittieren Strahlung
dem Prinzip eines natürlichen
radioaktiven Zerfalls folgend. Jedoch weist die Anwendung von einem
Radioisotop als eine Energieausgabequelle zum Ausführen einer
Strahlungstherapie im Inneren des Körpers eines Patienten, wie
beispielsweise eine Quelle Ir-192, bestimmte Nachteile im Hinblick
auf die Handhabung, das Unterbringen der Radioaktivbehandlungsquelle
zum Zeitpunkt des Ausführens
der Strahlungstherapie und auch im Hinblick auf das Entsorgen des
radioaktiven Materials nach der Anwendung auf. Darüber hinaus
macht die Anwendung von Radioaktivbehandlungsquellen eine außerordentlich
hohe Sorgfalt erforderlich, um ein gefährliches Aussetzen des medizinischen
Personals und des Patienten gegenüber der radioaktiven Bestrahlung
zu vermeiden.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung strebt an, diese Nachteile
in Verbindung mit der Anwendung von radioaktiven Quellen zum Ausführen von
Strahlungstherapiebehandlungen zu überwinden, und soll eine Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
so schaffen, die eine Strahlungsdosisverteilung hat, die ähnlich derjenigen
einer zylindrischen Radioaktivbehandlungsquelle ist, wie beispielsweise eine
Strahlungsbehandlungsquelle Ir-192.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumröhre eine distale Endseite aufweist,
wobei die Innenfläche
von der distalen Endseite ebenfalls mit dem Anodenmaterial versehen
ist, und wobei ein Teil von dem Elektronenemittiermaterial der Kathode
der distalen Endseite zugewandt ist.
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Durch
diese Merkmale wird die Strahlung von dieser neuen Art an Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
an der gesamten Außenfläche der Vakuumröhre und
nicht nur durch einen begrenzten Bereich emittiert. Durch die Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Röntgenstrahlungsdosisverteilung
erzielt, die ähnlich
derjenigen einer Radioaktivbehandlungsquelle ist, wie beispielsweise
eine Strahlungsbehandlungsquelle Ir-192.
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Bei
diesem spezifischen Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Kathode röhrenartig
geformt mit einem distalen freien Ende, das mit dem Elektronenemittiermaterial
versehen ist, wobei dieses zu der distalen Endseite von der Vakuumröhre gerichtet
ist, und insbesondere ist die Elektronenemittierfläche von
der Kathode zu der Innenfläche
von der Vakuumröhre
konform, die mit dem Anodenmaterial bedeckt ist.
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Bei
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel, bei
dem noch genauer die Dosisverteilung von einer Radioaktivbehandlungsquelle
gemäß der vorliegenden
Erfindung konform ist, sind gemäß der vorliegenden
Erfindung die distale Endseite von der Vakuumröhre und das distale freie Ende
von der Kathode halbkugelartig geformt.
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Eine
noch homogenere Röntgenstrahlungsdosisverteilung
wird erzielt, da gemäß der vorliegenden
Erfindung die distale Endseite von der Vakuumröhre und das distale freie Ende
von der Kathode gleichmäßig voneinander
beabstandet sind.
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Die
vorliegende Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben.
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1 offenbart
eine Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik.
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Die 2a bis 2c offenbaren
drei verschiedene Ausführungsbeispiele
von einem ersten Aspekt einer Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die 3a bis 3c offenbaren
drei Beispiele einer Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung,
die bei der vorliegenden Erfindung nicht beansprucht sind.
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Die 4a bis 4c offenbaren
drei andere Ausführungsbeispiele
von einem weiteren Aspekt einer Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die 5a bis 5c offenbaren
weitere detailliertere Ansichten von einem spezifischen Merkmal
einer Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die 6a bis 6c offenbaren
drei verschiedene Ausführungsbeispiele
von dem spezifischen Merkmal, das in den 5a bis 5c gezeigt
ist.
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Die 7a bis 7b zeigen
ein spezifisches Ausführungsbeispiel
von einer Kathode für eine
Anwendung bei einer Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung einer Verstemmungsvakuumsabdichttechnik.
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In 1 ist
eine bekannte Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik offenbart, wobei die Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
im Längsschnitt
gezeigt ist. Die Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik hat ein längliches
Element 13 wie beispielsweise ein Stab oder ein Draht. Dieses
längliche
Element wirkt als eine Stütze
für eine
dünne Filmkathode,
die mit dem Bezugszeichen 14 gezeigt ist, die die Außenfläche von
dem dünnen länglichen
Element 13 bedeckt. Die Baugruppe, die aus dem länglichen
Stab 13 und der Kathode 14 besteht, ist in einem
länglichen
zylindrisch geformten Gehäuse 11 untergebracht,
der eine Hohl- oder Vakuumröhre 17 ausbildet.
Die Innenfläche
von der Vakuumröhrenwand 11 ist
mit einem Anodenmaterial 15 versehen.
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Das
Kathodenmaterial 14 besteht aus einem Elektronenemittiermaterial,
von dem Elektronen unter Verwendung von Techniken, die im Stand
der Technik bereits bekannt sind, freigesetzt werden.
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Obwohl
dies in 1 nicht gezeigt ist, ist im Allgemeinen
eine bekannte Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik des Weiteren mit einer Einrichtung versehen, die ein
elektrisches Hochspannungsfeld zwischen der Anode und der Kathode
errichtet. Schließlich
ist das Anodenmaterial mit einem Lieferdraht verbunden, der mit
einer Hochspannungsquelle verbunden ist.
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Die
Elektronen, die von dem Kathodenmaterial freigesetzt werden, werden
durch das elektrische Hochspannungsfeld beschleunigt und prallen
an dem Anodenmaterial auf.
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Aufgrund
der hohen Geschwindigkeit der Elektronen wird eine spezifische Röntgenstrahlung innerhalb
des Anodenmaterials erzeugt. Die Röntgenstrahlung entweicht aus
der Vakuumröhre 11 zu dem
Gewebe des Patienten hin, in dem die Miniaturröntgenstrahlungsquelle implantiert
ist, aufgrund der Tatsache, dass die Vakuumröhre 11 aus einem Material
hergestellt ist, das gegenüber
Röntgenstrahlung hochgradig
transparent ist.
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Bei
diesem Aufbau wird eine Röntgenstrahlungsdosisverteilung
erzeugt, die zylindrisch geformt ist unter Betrachtung in einer
Ebene, die senkrecht zu der Längsachse
des Stützelements 13 der
Kathode 14 ist.
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Wie
dies in der Einleitung von dieser Patentanmeldung aufgeführt ist,
ist die Strahlungsdosisverteilung, die somit erzeugt wird, nicht
immer für
bestimmte Strahlungstherapiebehandlungen wie beispielsweise eine
Brachytherapie anwendbar.
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In
den 2a bis 2c ist
ein erster Aspekt von der Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung offenbart. Die Miniaturröntgenstrahlungsquellenröhre 20, die
in 2a gezeigt ist, weist eine Vakuumröhre 21 auf,
die an ihrer Innenfläche
mit einem Anodenmaterial 25 versehen ist. Innerhalb der
Vakuumröhre 21 ist eine
längliche
Kathode 22 untergebracht, wobei die Kathode 22 innerhalb
der Vakuumröhre 21 konzentrisch
positioniert ist. Die längliche
Kathodenstütze 22 ist
mit einem Kathodenmaterial 23 (Elektronenemittiermaterial)
versehen.
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Die
längliche
Kathode 22, 23 ist innerhalb der Vakuumröhre 21 unter
Verwendung von zwei Stützelementen 24a, 24b montiert,
die die Kathode 22, 23 in einer elektrisch isolierten
und konzentrischen Art und Weise innerhalb der Vakuumröhre halten.
Darüber
hinaus hat das Stützelement 24a eine Abdichtfunktion,
um sauberes Vakuumniveau innerhalb der Vakuumröhre zu halten. Darüber hinaus
ist die Anode 25 mit einer Hochspannungslieferleitung 26 verbunden,
um ein elektrisches Hochspannungsfeld zwischen der Anode und der
Kathode zu errichten.
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In ähnlicher
Weise werden freie Elektronen, die von dem Elektronenemittiermaterial 23 der
Kathode 22 emittiert werden, in der Richtung des Anodenmaterials 25 (siehe
die Pfeile) beschleunigt, und bei einem Aufprall an dem Anodenmaterial
wird eine spezifische Röntgenstrahlung
erzeugt. Diese Röntgenstrahlung
geht durch die Vakuumröhre 21,
die aus einem hochgradig transparenten Material gegenüber Röntgenstrahlung
gestaltet ist, zu dem Gewebe des Patienten hinaus, in dem die Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
implantiert worden ist, um eine Strahlungstherapiebehandlung wie
beispielsweise eine Behandlung von Krebszellen auszuführen.
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Gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Kathode 22 so
angeordnet, dass sie ein Gettermaterial 30 von dem elektrischen
Hochspannungsfeld abschirmt, das zwischen der Kathode und der Anode 21 von
der Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
vorhanden ist, die in den 2a bis 2c gezeigt
ist. Das Gettermaterial ist stabförmig und elektrisch isoliert
in einer hohlen Kathode 22 untergebracht, wobei die Kathode
röhrenartig
geformt ist und vorzugsweise mit zumindest einer Öffnung 31 versehen
ist. Die Öffnung 31 stellt
eine saubere Vakuumverbindung zwischen dem Gettermaterial 30 und
dem Hohlraum 17 der Vakuumröhre 21 sicher, um
Streugasmoleküle
zu beseitigen oder einzufangen, die noch in dem Hohlraum 17 der
Vakuumröhre 21 vorhanden
sind. Daher garantiert die Anwendung von dem Gettermaterial ein
niedriges Vakuumniveau innerhalb der Vakuumröhre 21, das für einen
sauberen Betrieb der Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung erforderlich ist.
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Obwohl
eine Öffnung,
die in der röhrenartigen
hohl geformten Kathode 22 vorgesehen ist, für ein sauberes
Funktionieren des Gettermaterials ausreichend ist, wird bevorzugt,
dass die Kathode mit einer Vielzahl an Öffnungen 31 versehen
ist, und bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel ist die Kathode 22 aus
einem Gittermaterial gestaltet, das eine große Anzahl an Öffnungen
aufzeigt.
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In 2b ist
schematisch die Strahlungsdosisverteilung von einer Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung offenbart. Nicht nur eine Strahlungsdosisverteilung von
ungefähr
360° in
einer Ebene, die senkrecht zu der Längsrichtung der Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung
ist, wird erzielt, sondern auch eine Strahlung in Längsrichtung
der Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
wird emittiert.
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Die 3a bis 3c zeigen
drei andere Beispiele von einer Miniaturröntgenstrahlungsröhre. In
den 3a bis 3c sind
die entsprechenden Bauteile/Teile mit den gleichen Bezugszeichen
wie in den 2a bis 2c bezeichnet.
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In
den 3a bis 3c sind
spezifische Aufbauarten von der Kathode 22, 23 gezeigt,
die das Gettermaterial 30 elektrisch isoliert von dem elektrischen
Hochspannungsfeld abschirmt, das zwischen der Kathode 22, 23 und
der Anode 25 vorhanden ist. Hierbei hat die Vakuumröhre einen
anderen Aufbau in Bezug auf die in den 2a bis 2c gezeigten Ausführungsbeispiele,
wobei hierbei die Vakuumröhre 21 mit
einer distalen Endseite 21b versehen ist, an der die Anode 25 positioniert
ist. Die Röntgenstrahlung,
die innerhalb der Anode erzeugt wird, verlässt die Vakuumröhre 21 über diese
distale Endseite 21a, die zumindest teilweise gegenüber der
Röntgenstrahlung
transparent ist.
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Die
Kathode 22, 23 ist an dem Stützelement 24a montiert,
das die Vakuumröhre
gegenüber
der äußeren Atmosphäre abdichtet.
Die Kathode 22, 23 ist beim Abschirmen eines Getters 30 ebenfalls
an dem Stützelement 24a montiert.
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Bei
sämtlichen
drei Beispielen ist die Kathode 22, 23 vorzugsweise
aus einem Gittermaterial hergestellt, das mit zumindest einer Öffnung 31 versehen
ist, die ermöglicht,
dass der Getter mit dem Vakuum in Kontakt steht, um jegliches Streugasmolekül innerhalb
des Hohlraums 17 zu beseitigen.
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In
den 4a bis 4c sind
drei andere Ausführungsbeispiele
von einer Miniaturröntgenstrahlungsröhre gemäß der vorliegenden
Erfindung offenbart. Ebenfalls sind in den 4a bis 4c die entsprechenden
Bauteile/Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in den 2a bis 2c und 3a bis 3c bezeichnet.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat in 4a die
Vakuumröhre 21 eine
distale Endseite 21a, die ebenfalls mit einem Anodenmaterial 25a versehen
ist, und die längliche
Kathode 22 ist mit einem distalen Ende 22a versehen, wobei
das distale Ende 22a mit einem Elektronenemittiermaterial 23a versehen
ist, und wobei der Teil 23a von dem Elektronenemittiermaterial 23 zu
der distalen Endseite 21a von der Vakuumröhre 21 zugewandt
ist, die mit dem zusätzlichen
Anodenmaterial 25a versehen ist.
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Folglich
wird bei diesem Aufbau eine Röntgenstrahlungsdosisverteilung
erzielt, die eine stärker räumliche
Charakteristik hat, was zu einer vollständigeren und genauen Bedeckung
des Gewebes führt, das
direkt die Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
umgibt, die im Inneren des Körpers
eines Patienten implantiert worden ist.
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In 4b ist
ein anderes Ausführungsbeispiel
von einer Miniaturröntgenstrahlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung offenbart, bei der die distale Endseite von der Vakuumröhre 21 eine
kegelstumpfförmige
(pyramidenartige) Form aufzeigt, was zu einer anderen räumlichen
Röntgenstrahlungsverteilung
führt.
Darüber
hinaus hat in 4b auch das distale Ende von
der Kathode 22 eine Form, die der Form von der distalen
Endseite 21a der Vakuumröhre 21 konform ist.
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In 4c ist
ein anderes Ausführungsbeispiel
von einer Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung offenbart, bei der die Kathode 22 mit einem abgerundeten
distalen Ende 22a mit einer halbkugelartigen Form vorgesehen
ist. In ähnlicher
Weise hat die distale Endseite 21a der Vakuumröhre 21 eine
halbkugelartige Form und ist mit dem Anodenmaterial 25a versehen.
Dieses Ausführungsbeispiel
hat eine Strahlungsdosisverteilung, die ähnlich wie die Strahlungsdosisverteilung
von einem radioaktiven Implantatseed ist, beispielsweise ein Implantatseed
Ir-192. Daher ist dieses Ausführungsbeispiel,
das in 4c offenbart ist, als ein Ersatz
für radioaktive
Implantatseeds für
Brachytherapiebehandlungen hochgradig geeignet.
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Bei
allen drei Ausführungsbeispielen,
die in den 4a bis 4c gezeigt
sind, ist ein Gettermaterial innerhalb der hohl geformten Kathode
elektrisch isoliert untergebracht, wie dies vorstehend erläutert ist.
Außerdem
ist es bei diesen drei Ausführungsbeispielen
so, dass das Gettermaterial die Streugasmoleküle, die noch in dem Hohlraum 17 der Vakuumröhre 21 vorhanden
sind, beseitigt oder einfängt,
ohne durch das elektrische Hochspannungsfeld nachteilhaftig beeinflusst
zu werden, das zwischen der Kathode 22 und der Anode 25 errichtet
ist. Daher garantiert die Anwendung von dem Gettermaterial ein niedriges
Vakuumniveau innerhalb der Vakuumröhre 21, das für einen
sauberen Betrieb von der Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung erforderlich ist.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
die Kathode von der Gitterfeldemissionsart mit einem ferroelektrischen
Emitter, der ermöglicht,
den Elektronenfluss noch genauer zu steuern und zwar unabhängig von
der Beschleunigungshochspannung, die angelegt wird, um das elektrische
Hochspannungsfeld zwischen der Anode und der Kathode zu erzeugen.
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In 5a ist
das ferroelektrische Elektronenemittiermaterial 42 zwischen
einer unteren Elektrode 41 und einer oberen Elektrode 42 positioniert, wobei
beide Elektroden mit der Emittiereinrichtung verbunden sind (siehe
die 2a bis 2c). Die gesamte
Baugruppe kann durch eine Stütze
oder ein Substrat 40 gestützt sein.
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Indem
eine gesteuerte Spannungsdifferenz zwischen der unteren und der
oberen Elektrode 41 und 42 der Kathode 22 angelegt
wird, kann die Elektronenstromstärke
von dem ferroelektrischen Material 43 zu der Anode 25 moduliert
oder sogar gänzlich abgetrennt
werden. Die Antriebsspannung, die an der Kathode angelegt wird,
hängt von
dem Zustand des ferroelektrischen Materials ab, das heißt seine Kristallphase
und seine Dicke. Die Antriebsspannung zum Freisetzen von Elektronen
von dem ferroelektrischen Material nimmt ab, wenn die Dicke der
Kathodenlage abnimmt. Darüber
hinaus ist die Größe von der
Antriebsspannung in großem
Maße von
der Größe des Elektronenemittierbereichs
abhängig,
das heißt
die Gesamtelektronenemittiergröße an den
Antriebselektroden.
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Um
die freie Emission von Elektronen von dem ferroelektrischen Material 43 weiter
zu steuern und zu verbessern, ist die obere Elektrode 42 als
ein elektrisch leitfähiges
Blatt aufgebaut, das mit einer großen Anzahl an Öffnungen 31 versehen
ist. Diese Öffnungen 31 dienen
als Emittierlöcher
für die
emittierten freien Elektronen. In 5b ist
dieses spezifische Ausführungsbeispiel
mit diesem Merkmal offenbart.
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Ein
anderes Beispiel mit diesem Merkmal ist in 5c gezeigt,
bei dem die obere Elektrode 42 als ein elektrisch leitfähiger Rahmen 42a aufgebaut
ist, in dem eine große
Anzahl an scheibenförmigen
Elementen 44 an dem ferroelektrischen Elektronenemittiermaterial 43 (31)
fixiert ist. Das freigelegte ferroelektrische Material 43 (in 5c ist
dies mit dem Bezugszeichen 31 gezeigt) ist zum Emittieren
von Elektronen in der Lage.
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In
den 6a bis 6c sind
drei vorteilhafte Ausführungsbeispiele
von einer Kathode mit Abschirmeigenschaften offenbart. Die Kathode 22 ist länglich mit
einer polygonalen Form.
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In 6a ist
die äußere Fläche (die
Elektronenemittierfläche)
von der Kathode 22 mit einer Vielzahl an Facetten 22c mit
Kontakträndern 22d versehen.
Hierbei ist auch eine hexagonale oder octagonale oder im Allgemeinen
eine polygonale Fläche
ebenfalls möglich.
Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel
kann die Elektrodenemittierfläche
(Oberfläche)
von der Kathode in eine Vielzahl an Facetten mit unterschiedlichen
Konturformen unterteilt werden, wobei die Facetten miteinander verbunden
sein können
oder auch nicht.
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In
den 6b und 6c hat
die Kathode 22 einen kreisartigen oder ovalen Querschnitt.
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Darüber hinaus
ist die Kathode 22 von 6a und
von 6c von der ferroelektrischen Emittierart, wie
dies in den 5a und 5b gezeigt
ist, wohingegen in 6b die Kathode 22 von der
ferroelektrischen Emittierart ist, wie dies in den 5a und 5c gezeigt
ist.
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Bei
einer Miniaturröntgenstrahlungsquelle gemäß der vorliegenden
Erfindung, die mit einer Kathode der ferroelektrischen Emittiermaterialart
versehen ist, wie dies vorstehend erläutert ist, ist diese dazu in
der Lage, Röntgenstrahlen
an der ganzen Oberfläche
von der Röhre
im Ansprechen auf ein elektrisches Impulssignal zu erzeugen. Darüber hinaus
ist der Vorteil von einer derartigen Kathode mit einem ferroelektrischen
Emitter die Fähigkeit,
den Elektronenstrom und die Röntgenstrahlungsdosisrate
unabhängig
von der Beschleunigungsspannung, die bei dem elektrischen Feld angelegt
wird, zu steuern.
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Dies
erlaubt eine Anwendung der Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
für eine Vielzahl
an Strahlungsbehandlungsanwendungen inklusive einer Brachytherapie.
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In
den 7a und 7b ist
ein weiteres spezifisches Ausführungsbeispiel
einer Kathode offenbart, die bei einer Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung angewendet wird.
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Im
Allgemeinen wird eine Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung,
die eine Vakuumkammer hat, in der eine Anode und eine Kathode untergebracht
sind, hergestellt, indem die Anode und die Kathode im Inneren der
Vakuumkammer montiert wird, die Vakuumkammer verschlossen wird,
wobei die Kammer anschließend
bis zu einem erwünschten Vakuumniveau
durch eine kleine Öffnung
Vakuum-leergepumpt wird, wobei die Öffnung schließlich unter
Verwendung einer Verstemmungstechnik oder einem anderen Verschließverfahren
verschlossen wird.
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In
der Druckschrift WO 01/18 842 ist offenbart, den Röntgenstrahlungsvakuumhohlraum
Vakuum-leerzupumpen und unter Verwendung einer Verstemmungstechnik
zu verschließen,
wobei die Verstemmungsverbindungen sich an beiden Längsenden
von der Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung befinden.
Die Verstemmungsverbindung von der Anode ist an der vorderen distalen
Endseite von der Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
angeordnet, wobei die Verstemmungsverbindung von der Kathode keine
andere Funktion hat als das Verschließen der Öffnung, durch die der Hohlraum
Vakuum-leergepumpt worden ist.
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Die
in der Druckschrift WO 01/18 842 offenbarten Röntgenstrahlungsquellenvorrichtungen
zeigen Verstemmungsverbindungen, die die Außenmaße von der Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung vergrößern.
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Insbesondere
die Verstemmungsverbindung von der Anode, die an dem vorderen distalen
Ende von der Quellenvorrichtung vorhanden ist, hat eine spitze Konstruktionsform,
die das Einführen
der Röntgenstrahlungsvorrichtung
bei dem Patienten behindert, wenn sie durch die Läsion des
Patienten zu dem Ort eingeführt
und vorwärts
bewegt wird, an dem ein bestimmter Betrag an Röntgenstrahlung zu verabreichen
ist.
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In
den 7a und 7b ist
eine weitere Verbesserung der bekannten Verstemmungsvakuumröhren offenbart.
In 7a ist die Kathode 22 an einer Stützröhre 70 montiert,
die sich durch das Stützelement 24a erstreckt.
Dieses Stützelement 24a dient
hauptsächlich
als ein Vakuumversiegeln des Hohlraums 17 der Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung.
Als zweites dient es als ein Abstandshalter zum Halten der Kathode
an Ort und Stelle innerhalb des Hohlraums.
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Die
Stützröhre 70 dient
hauptsächlich
als eine Stütze
für die
hohle längliche
Kathode 22 und das Gettermaterial 30, das in ihr
enthalten ist. Als zweites dient die Stützröhre 70 als eine Leerpumpverbindung
mit den geeigneten Vakuumpumpeneinrichtungen, die schematisch in 7a mit
dem Bezugszeichen 75 gezeigt sind.
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Schließlich hat
die Stützröhre 70 eine
längliche
hohle Form, die mit einer Anzahl an Öffnungen 71 versehen
ist, die den inneren Hohlraum 17 der Vakuumkammer 21 durch
die Öffnungen 71 mit
der Pumpenkammer 73 Vakuumpumpeneinrichtungen von 70 verbindet.
Durch diese Pumpenverbindung kann der Hohlraum 17 bis zu
einer erwünschten
Vakuumhöhe
Vakuum-leergepumpt werden, die für
einen sauberen Betrieb der Miniaturröntgenstrahlungsquellenvorrichtung
erforderlich ist.
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Wenn
das Vakuum innerhalb des Hohlraums 17 erst einmal seine
erwünschte
Höhe erreicht
hat oder bis zu dieser leergepumpt worden ist, wird die hohle Stützröhre an dem
Ort 72 verstemmt, an dem die beiden Pfeile in 7b sich
befinden. Der Verstemmungsvorgang führt zu einer vakuumdichten Schließverbindung 72 von
der offenen Verbindung zwischen dem Hohlraum 17 und der
Außenatmosphäre (siehe
das Bezugszeichen 73 in 7a).
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Da
die einzelne Verstemmungsverbindung sich in der Nähe der Kathode
befindet, wird eine bedeutsame Verringerung bei den Außenabmaßen der Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung
erzielt. Insbesondere die Nachteile einer Verstemmungsverbindung
an der distalen Endseite von der Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung
werden hierdurch vermieden. Darüber
hinaus fügt
die Verstemmungsverbindung 72 in der Nähe der Kathode 22 nichts
zu den Außenabmessungen
der Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung
hinzu, wenn diese in der (nicht dargestellten) Katheterröhre untergebracht
ist, die zum Führen und
Transportieren der Röntgenstrahlungsquellenvorrichtung
durch die Läsion
des Patienten zu dem Ort der Strahlungsbehandlung hin verwendet
wird.
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Darüber hinaus
dient die Verstemmungsverbindung 72 als eine elektrische
Verbindungseinrichtung für
das koaxiale Hochspannungskabel 27, das die Kathode 22 mit
einer (nicht gezeigten) Hochspannungsquelle verbindet zum Emittieren
von freien Elektronen von der Kathode und/oder zum Errichten des
elektrischen Hochspannungsfeldes zwischen der Kathode 22 und
der Anode 25.