DE69605394T2

DE69605394T2 - Einen filter enthältende röntgenuntersuchungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69605394T2
Application number: DE69605394T
Authority: DE
Inventors: Wilhelmus Welters; Jacob Wijdenes
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1995-07-13
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2016-07-06
Also published as: WO1997003449A3; JPH10506830A; US5751786A; EP0786138A2; EP0786138B1; WO1997003449A2; DE69605394D1; JP3877771B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgenuntersuchungsgerät mit
einer Röntgenquelle,
einem Röntgendetektor,
und einem dazwischen angeordneten Filter, das umfasst
eine Vielzahl von Filterelementen mit einem Röntgenabsorptionsvermögen,
das eingestellt werden kann, indem eine Menge von Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit in dem jeweiligen Inneren einzelner Filterelemente geregelt wird.
Ein Röntgenuntersuchungsgerät dieser Art ist aus der französischen Patentanmeldung FR-A-2 599 886 bekannt.
Das bekannte Röntgenuntersuchungsgerät umfaßt ein Filter zum Begrenzen des Dynamikbereichs eines Röntgenbildes, d. h. des Intervalls zwischen den Extrema der Helligkeitswerte. Auf dem Röntgendetektor wird ein Röntgenbild gebildet, indem ein Objekt, beispielsweise ein zu untersuchender Patient, zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet wird und dieses Objekt mit von der Röntgenquelle emittierten Röntgenstrahlen bestrahlt wird. Wenn keine Maßnahmen getroffen werden, kann der Dynamikbereich des Röntgenbildes groß sein. Einerseits wird die Durchlässigkeit für Röntgenstrahlung für einige Teile des Objekts, beispielsweise Lungengewebe, hoch sein, während andere Teile des Objekts, beispielsweise Knochengewebe, kaum von Röntgenstrahlen durchdrungen werden können. Bleischieber, die verwendet werden, um Teile des von der Röntgenquelle emittierten Röntgenstrahlenbündels abzufangen, um Teile des zu untersuchenden Objekts gegen die Röntgenstrahlen abzuschirmen, werden mit einer gleichmäßigen, sehr geringen Helligkeit abgebildet. Bleischieber werden auch verwendet, um dafür zu sorgen, daß Röntgenstrahlen, die nicht durch das Objekt treten, den Röntgendetektor nicht erreichen, wo sie Überbelichtung im Röntgenbild verursachen würden. Wenn keine weiteren Maßnahmen getroffen werden, wird daher ein Röntgenbild mit großem Dynamikbereich erhalten, während beispielsweise medizinisch wichtige Information im Röntgenbild in Helligkeitsänderungen in einem viel kleineren Dynamikbereich enthalten ist; weil es nicht gut möglich ist, kleine Details mit geringem Kontrast in einer Wiedergabe eines solchen Röntgenbildes geeignet sichtbar zu machen, kann ein solches Röntgenbild für Diagnosezwecke nicht gut verwendet werden. Weiterhin treten Probleme auf, wenn ein solches Röntgenbild mit einer Bildverstärker/Aufnahmekette aufgenommen wird. Eine Bildverstärker/Aufnahmekette umfaßt eine Bildverstärkerröhre zum Umwandeln eines eintretenden Röntgenbildes in ein Lichtbild und eine Videokamera, um aus dem Lichtbild ein elektronisches Bildsignal abzuleiten. Aus Gebieten mit sehr hoher oder sehr geringer Helligkeit in dem Röntgenbild werden Gebiete mit sehr hoher bzw. sehr geringer Helligkeit in dem Lichtbild gebildet. Wenn keine weiteren Maßnahmen getroffen werden, könnte der Dynamikbereich des Lichtbildes größer sein als der Bereich von Helligkeitswerten, der von der Videokamera verarbeitet werden kann, ohne daß Störungen im elektronischen Bildsignal auftreten.
Um den Dynamikbereich des Röntgenbildes zu begrenzen, umfaßt das bekannte Röntgenuntersuchungsgerät ein Filter mit Filterelementen, die mit einem Bündel paralleler Kapillarröhrchen versehen sind, von denen jedes über ein Ventil mit einem Reservoir verbunden ist, das eine Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit enthält, die die Innenwände der Kapillarröhrchen ausreichend befeuchtet. Um ein Kapillarröhrchen mit der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit zu füllen, wird das Ventil des betreffenden Kapillarröhrchens geöffnet, woraufhin das Kapillarröhrchen aufgrund der Kapillarwirkung mit der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit gefüllt wird. Ein solches gefülltes Kapillarröhrchen hat ein hohes Röntgenabsorptionsvermögen für Röntgenstrahlen, die ein solches gefülltes Kapillarröhrchen in einer Richtung ungefähr parallel zu dessen Längsrichtung durchqueren. Die Ventile werden so angesteuert, daß dafür gesorgt wird, daß die Menge an Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit in den Kapillarröhrchen so eingestellt wird, daß in Teilen des Röntgenstrahlenbündels, die Teile geringen Absorptionsvermögens des Objekts durchqueren, Filterelemente auf ein hohes Röntgenabsorptionsvermögen eingestellt werden und daß Filterelemente in Teilen des Röntgenstrahlenbündels, die Teile hohen Absorptionsvermögens des Objekts durchqueren oder die von einem Bleischieber abgefangen werden, auf ein geringes Röntgenabsorptionsvermögen eingestellt werden.
Um die Einstellung des Filters des bekannten Röntgenuntersuchungsgerätes zu ändern, ist es notwendig, gefüllte Kapillarröhrchen zuerst zu leeren. Daher wird eine paramagnetische, Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit verwendet, die durch Anlegen eines Magnetfeldes aus den Kapillarröhrchen entfernt wird. Nach Leerung aller Kapillarröhrchen wird das Filter durch Deaktivierung des Magnetfeldes und anschließendes Öffnen von Ventilen von Kapillarröhrchen, die mit der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit für die neue Filtereinstellung gefüllt werden, um diese Röhrchen auf ein hohes Röntgenabsorptionsvermögen einzustellen, erneut eingestellt.
Ein Nachteil des bekannten Filters ist, daß es nicht gut möglich ist, die Einstellung des Filters innerhalb kurzer Zeit zu ändern, beispielsweise einer Sekunde. Daher ist das bekannte Röntgengerät nicht zum Erstellen aufeinanderfolgender Röntgenbilder mit einer hohen Bildfolgerate geeignet, wobei die Einstellung des Filters zwischen den Aufnahmen von aufeinanderfolgenden Röntgenbilder geändert wird. Da es erforderlich ist, alle Kapillarröhrchen zu leeren, bevor die Filterelemente auf neue Röntgenabsorptionsvermögen eingestellt werden können, und weil die Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit die Innenwand des Kapillarröhrchens geeignet befeuchtet, so daß Leeren eine erhebliche Zeitdauer erfordert, d. h. mehrere Sekunden oder sogar mehrere zehn Sekunden, ist das Umschalten des bekannten Filters ziemlich zeitraubend. Außerdem ist es nicht gut möglich, die Kapillarröhrchen durch Anlegen des Magnetfeldes vollständig zu leeren, weil eine Schicht aus Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit an den Innenwänden der Kapillarröhrchen haften wird.
Ein weiterer Nachteil des bekannten Filters ist, daß der Aufbau mit einem gesonderten mechanischen Ventil für jedes der Kapillarröhrchen ziemlich komplex ist.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 740 839, die nach Art. 54(3)EPÜ zum Stand der Technik gehört, beschreibt ein Röntgenuntersuchungsgerät mit einer Röntgenquelle, einem Röntgendetektor und einem Röntgenfilter mit einzelnen Filterelementen, die eine mit einer elektrisch leitenden Schicht versehene Wand umfassen.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Röntgengerät zu verschaffen, das ein Filter umfaßt, dessen Einstellung innerhalb kurzer Zeit verändert werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerät gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass einzelne Filterelemente eine Wand umfassen, die mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen ist, dass eine dielektrische Schicht auf der dem Inneren des betreffenden Filterelementes zugewandten Seite der elektrisch leitenden Schicht deponiert worden ist und dass die dielektrische Schicht mit einer Überzugsschicht bedeckt ist.
Die Menge an Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit in einzelnen Filterelementen wird vorzugsweise auf Basis einer an die betreffenden Filter angelegten elektrischen Spannung geregelt. Hierzu umfasst das Röntgenuntersuchungsgerät eine Einstellschaltung zum Anlegen der genannten elektrischen Spannungen an einzelne Filterelemente, wobei die elektrischen Spannungen eine Regelung der (relativen) Menge an Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit in einzelnen Filterelementen ermöglicht. Unter einer elektrischen Spannung soll hier die elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Filterelement, insbesondere der Wand des Filterelementes, und der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit verstanden werden. Die Filterelemente können mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen sein, wie z. B. einer auf einer Wand der einzelnen Filterelemente deponierten Metallschicht, aber es ist auch möglich, Filterelemente mit elektrisch leitenden Wänden, z. B. Metallwänden, zu verwenden; in diesem Fall ist die Metallschicht die Oberfläche der Wand selbst.
Unter der relativen Flüssigkeitsmenge soll hier die Flüssigkeitsmenge in einem solchen Filterelement relativ zur Flüssigkeitsmenge in dem betreffenden Filterelement, wenn es vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, verstanden werden. Die an ein Filterelement angelegte elektrische Spannung beeinflußt die Adhäsion der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit an der Innenseite des Filterelements und diese Adhäsion bestimmt den Grad der Füllung des Filterelements mit der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit. Bei einem ersten Wert für die elektrische Spannung wird beispielsweise die Adhäsion der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit an der Innenseite erhöht und das betreffende Filterelement mit der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit von einem Reservoir aus gefüllt. Bei einem zweiten Wert für die elektrische Spannung wird die Adhäsion verkleinert und die Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit von dem Filterelement zu dem Reservoir hin abgeführt. Filterelemente werden auf ein hohes Röntgenabsorptionsvermögen eingestellt, indem sie mit einer Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit gefüllt werden; indem sie geleert werden, werden sie auf ein niedriges Röntgenabsorptionsvermögen eingestellt.
Das Ändern der an die einzelnen Filterelemente angelegten elektrischen Spannungen erfordert nicht viel Zeit (höchstens einige zehntel Sekunden) und die relative Menge an Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit in den Filterelementen hat sich bereits kurz nach dem Ändern der elektrischen Spannungen geändert, so daß eine Änderung der Einstellung des Filters nur wenig Zeit erfordert, d. h. weniger als eine oder ein paar Se kunden. Außerdem ist es nicht notwendig, alle Filterelemente zwischen zwei Einstellungen des Filters zu leeren. Pro Filterelement kann nämlich die elektrische Spannung, und damit die relative Menge von Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit je nach Wunsch erhöht oder verringert werden. Es hat sich gezeigt, dass die Einstellung des Filters in einer Zeitdauer zwischen 0,1 s und 3 s verändert werden kann.
In einem mit der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit gefüllten Kapillarröhrchen bildet die Flüssigkeitsoberfläche mit der Innenseite des Röhrchens einen Winkel; dieser Winkel, als Kontaktwinkel bezeichnet, ist ein Maß für die Adhäsion der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit. Die Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit bildet mit einer hydrophoben Oberfläche einen Kontaktwinkel von zumindest 90º. Insbesondere der sogenannte zurückweichende Kontaktwinkel ist wichtig. Es zeigt sich, dass der Kontaktwinkel beim Füllen des Filterelements, der sogenannte fortschreitende Kontaktwinkel, und der Kontaktwinkel beim Leeren des Filterelements, der sogenannte zurückweichende Kontaktwinkel, unterschiedlich sind. In der Praxis hat sich gezeigt, dass der zurückweichende Kontaktwinkel kleiner ist als der fortschreitende Kontaktwinkel. Wenn der fortschreitende Kontaktwinkel größer ist als 90º, was sich der Fall ist, wenn der zurückweichende Kontaktwinkel größer als 90º ist, kann keine oder nahezu keine Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit in das betreffende Filterelement eindringen; wenn der fortschreitende Kontaktwinkel jedoch kleiner als 90º ist, wird das betreffende Filterelement (teilweise) mit der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit gefüllt. Um dafür zu sorgen, dass der genannte Kontaktwinkel sich als Funktion der angelegten elektrischen Spannung ändert, und zwar in einem Wertebereich, der den Kontaktwinkelwert 90º einschließt, wird die Überzugsschicht mit geeigneten hydrophoben/hydrophilen Eigenschaften aufgebracht. Vorzugsweise wird die Überzugsschicht so gewählt, dass, wenn keine elektrische Spannung an die Metallwand des betreffendes Filterelementes gelegt wird, der Kontaktwinkel einen Wert größer als 90º hat und dass, wenn eine elektrische Spannung anliegt, der Kontaktwinkel genügend weit unter 90º abnimmt, um dafür zu sorgen, dass das betreffende Filterelement schnell mit Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit gefüllt wird. Die dielektrische Schicht sorgt dafür, dass die elektrische Kapazität der einzelnen Filterelemente genügend niedrig bleibt, um ein schnelles Ansprechen auf das Anlegen oder Ändern der elektrischen Spannung zu ermöglichen. Durch Verwendung einer gesonderten dielektrischen Schicht und einer gesonderten Überzugsschicht wird dafür gesorgt, dass geeignete Zusammensetzungen und Konfigurationen der jeweiligen Schichten für die jeweiligen Funktionen der dielektrischen Schicht und der Überzugsschicht gewählt werden können. Die dielektrische Schicht kann im Prinzip eine willkürliche elektrisch isolierende Schicht sein.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes ist dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Filterelemente von Kapillarröhrchen aus Metall gebildet werden.
Eine kleine Veränderung der an die Innenseite solcher Kapillarröhrchen durch die Einstellschaltung angelegten elektrischen Spannungen bewirkt bereits eine große und schnelle Änderung des Füllgrades der Kapillarröhrchen mit der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit. Es ist verhältnismäßig einfach, Kapillarröhrchen aus Metall herzustellen und die dielektrische Schicht und die Überzugsschicht auf der Innenwand solcher Röhren aufzubringen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überzugsschicht eine hydrophobe Schicht ist.
Eine solche hydrophobe Überzugsschicht sorgt dafür, dass, wenn an das betreffende Filterelement keine elektrischer Spannung gelegt wird, der Kontaktwinkel zwischen der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit und der Überzugsschicht wesentlich größer ist als 90º. Der Kontaktwinkel ist bei Vorhandensein der elektrischen Spannung, für die die Grenzfläche zwischen der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit und der Überzugsschicht nicht geladen ist, maximal; in der Praxis hat sich ergeben, dass dies bei Vorliegen einer elektrischen Spannung, die nahezu null ist, der Fall ist. Der Kontaktwinkel wird durch Anlegen einer elektrischen Spannung verkleinert; bei einer genügend hohen elektrischen Spannung wird der Kontaktwinkel auf einen Wert unter 90º herabgesetzt, und das betreffende Filterelement wird dann zumindest teilweise mit der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit gefüllt. Durch Wahl einer hydrophoben Überzugsschicht wird erreicht, dass die Filterelemente, beispielsweise in Form von Kapillarröhrchen, nicht mit der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit gefüllt werden, wenn keine elektrische Spannung an das betreffende Filterelement angelegt wird. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an ein solches Filterelement wird der Kontaktwinkel auf einen Wert unter 90º herabgesetzt, so dass die Hydrophobie aufgehoben wird. Wenn keine elektrische Spannung an das Filterelement angelegt wird, weist das betreffende Filterelement nahezu kein Röntgenabsorptionsvermögen auf. Indem die Überzugsschicht als hydrophob gewählt wird, wird erreicht, dass nahezu keine oder keine unbeabsichtigten Reste von Röntgenstrahlen absor bierender Flüssigkeit in den Filterelementen bleiben, wenn keine elektrische Spannung an die jeweiligen Filterelemente angelegt wird. Daher ist es nicht notwendig, spezielle Maßnahmen zum Leeren von Filterelementen zu ergreifen, falls dies gewünscht ist. Unerwünschter (Hintergrund-)Röntgenabsorption durch das Filter wird so in einfacher Weise entgegengewirkt. Wenn weiterhin die Überzugsschicht die Metallschicht von der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit isoliert, wird einer Elektrolyse der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit entgegengewirkt. Dies kann durch Verwendung einer Überzugsschicht erreicht werden, die für die Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit undurchlässig ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht für die Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit undurchlässig ist.
Durch Verwendung einer solchen undurchlässigen dielektrischen Schicht wird erreicht, dass die Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit die Metallwand eines betreffenden Filterelementes nicht erreichen kann. Somit wird dafür gesorgt, dass die angelegte elektrische Spannungsdifferenz zwischen der Metallwand und der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit erhalten bleibt. Falls ein direkter Kontakt zwischen der Metallwand und der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit aufträte, wäre es unmöglich, eine elektrische Spannungsdifferenz zwischen der Metallwand und der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit aufzubauen. Außerdem wirkt eine solche undurchlässige dielektrische Schicht einer Elektrolyse der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit entgegen. Weiterhin ist es möglich, eine Überzugsschicht mit geeigneten hydrophoben Eigenschaften zu wählen, unabhängig davon, ob eine solche Überzugsschicht eine geeignete Abdichtwirkung hat oder nicht.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes ist dadurch gekennzeichnet, dass die relative Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht einen Wert in dem Intervall [1,20] hat, vorzugsweise in dem Intervall [2,10].
Durch Verwenden einer dielektrischen Schicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstante, die größer ist als 1 und vorzugsweise 2 oder mehr, aber nicht mehr als 20, vorzugsweise höchstens 10, wird dafür gesorgt, dass die elektrische Kapazität der dielektrischen Schicht hoch genug ist, um die gewünschte kurze Antwortzeit zu erreichen. Weiterhin ergibt eine solche dünne dielektrische Schicht mit einer solchen hohen relativen Die lektrizitätskonstanten eine hohe Empfindlichkeit der relativen Füllung für die angelegte elektrische Spannung; das bedeutet, dass selbst, wenn nur eine kleine Spannungsdifferenz angelegt wird, bereits eine hohe relative Füllung des betreffenden Filterelementes erhalten wird. Wenn die relative Dielektrizitätskonstante nicht hoch ist, kann eine geringe elektrische Kapazität mit Hilfe einer dünnen dielektrischen Schicht erhalten werden. Je dünner die dielektrische Schicht ist, beispielsweise dünner als 10 um, desto kleiner wird die Hintergrundröntgenabsorption des Röntgenfilters sein. Wenn die relative Dielektrizitätskonstante 2 oder mehr betragen darf, ist die Auswahl an Materialien zum Bilden der dielektrischen Schicht größer.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes ist dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht hauptsächlich aus Glas besteht.
Glas ist ein geeignetes Material zum Bilden der dielektrischen Schicht. Dies liegt daran, das Glas geeignete dielektrische Eigenschaften hat, wie z. B. eine relative Dielektrizitätskonstante mit einem Wert in dem genannten bevorzugten Bereich. Weiterhin ist Glas besonders gegen Röntgenstrahlen beständig und absorbiert nahezu keine Röntgenstrahlen. Außerdem kann Glas verhältnismäßig leicht als verhältnismäßig dünne Schicht auf einer Metallfläche aufgebracht werden. Die Tatsache, dass Glas ein hydrophiles Material ist, ist nicht problematisch, weil die dielektrische Glasschicht von einer Überzugsschicht bedeckt wird, die hydrophob ist. Weiterhin ist Glas ein geeignetes Material für die dielektrische Schicht, weil Überzugsschichten aus vielerlei Materialien, wie z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE), Silan oder Siloxan gut daran haften können. Polytetrafluorethylen ist auch als Teflon bekannt. Außer Polytetrafluorethylen sind auch andere Polyfluorkohlenwasserstoffe zum Bilden der Überzugsschicht geeignet. Unter Polyfluorkohlenwasserstoffen sollen Kohlenwasserstoffpolymere verstanden werden, die mit einem Monomer gebildet werden, in dem zumindest eines der Wasserstoffatome durch ein Fluoratom ersetzt worden ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überzugsschicht hauptsächlich aus Silan oder Siloxan besteht.
Sowohl Silane als auch Siloxane sind genügend beständig gegen Röntgenstrahlen und können gut an Glas haften. Die Überzugsschicht eines solchen Materials hat auch geeignete hydrophobe Eigenschaften. Der zurückweichende Kontaktwinkel einer Siloxan-Überzugsschicht beträgt ungefähr 94º bis 96º, d. h. wesentlich größer als der kritische Wert von 90º, aber der Unterschied zu dem genannten kritischen Wert ist klein genug, um den Kontaktwinkel durch Anlegen einer elektrischen Spannung auf weniger als 90º zu verkleinern. Insbesondere werden mit Polydimethylsiloxan geeignete Ergebnisse erhalten. Verschiedene Silane, wie z. B. Oktadecyldimethylchlorsilan, haben einen zurückweichenden Kontaktwinkel von ungefähr 98º was noch genügend dicht bei dem kritischen Wert von 90º liegt. Es hat sich auch gezeigt, dass insbesondere Polydimethylsiloxan gut beständig gegen Röntgenstrahlen ist, die bei der medizinischen Diagnostik verwendet werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes ist dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht hauptsächlich aus Parylen oder Polystyrol besteht.
Parylen kann in einfacher Weise mittels Schichtabscheidung aus der Dampfphase (CVD: chemical vapor deposition) deponiert werden. Polystyrol kann einfach aus einer Lösung aufgebracht werden. Beide Materialien haben geeignete dielektrische Eigenschaften.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überzugsschicht hauptsächlich aus Polyfluorkohlenwasserstoff besteht.
Polyfluorkohlenwasserstoff, wie z. B. Teflon, haftet gut an Parylen und Polystyrol. Weiterhin hat Polyfluorkohlenwasserstoff, insbesondere Teflon, auch die geeignete Hydrophobie.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dielektrischen Schicht und der Überzugsschicht und/oder der Metallschicht eine Haftschicht vorgesehen ist.
Die Haftschicht kann beispielsweise einerseits geeignet an der dielektrischen Schicht haften, und andererseits kann die Überzugsschicht geeignet an der Haftschicht haften. Die Verwendung der Haftschicht ermöglicht die Verwendung einer dielektrischen Schicht und einer Überzugsschicht, die aus Materialien bestehen, die selbst nicht gut aneinander haften. Die Überzugsschicht und die dielektrische Schicht können somit unabhängig von ihren gegenseitigen Hafteigenschaften gewählt werden. Es ist auch möglich, eine Haftschicht zwischen der Metallschicht und der dielektrischen Schicht zu verwenden, wobei die Haftschicht geeignet an der Metallschicht haften kann und die dielektrische Schicht geeignet an der Haftschicht haften kann. Die dielektrische Schicht kann dann gewählt werden, ohne die Hafteigenschaften zwischen der Metallschicht und der dielektrischen Schicht zu berücksichtigen. Polyacrylate sind beispielsweise geeignete Materialien für die Haftschicht.
Ein erfindungsgemäßes Röntgenuntersuchungsgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Filterelemente eine mit einer Metallschicht versehene Wand umfassen, und dass eine Überzugsschicht aus Polyfluorkohlenwasserstoff an der dem Inneren des betreffenden Filterelementes zugewandten Seite der Metallschicht vorgesehen ist.
Wenn eine Überzugsschicht aus Polyfluorkohlenwasserstoff verwendet wird, beispielsweise aus Teflon, wird keine dielektrische Schicht benötigt, weil der Polyfluorkohlenwasserstoff selbst bereits die gewünschte dielektrische Eigenschaft hat. Außerdem sind Polyfluorkohlenwasserstoffe, insbesondere Teflon, für die Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit undurchlässig. Daher kann zum Regeln der relativen Menge an Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit in einzelnen Filterelementen eine verhältnismäßig hohe elektrische Gleichspannung verwendet werden, beispielsweise höher als 1V, ohne dass Elektrolyse der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit auftritt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Röntgenfilters des Röntgenuntersuchungsgerätes von Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Draufsicht eines Röntgenfilters des Röntgenuntersuchungsgerätes von Fig. 1.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Röntgenuntersuchungsgerät. Die Röntgenquelle 2 emittiert ein Röntgenstrahlenbündel 15 zum Bestrahlen eines Objektes 16. Infolge von Unterschieden in der Absorption von Röntgenstrahlen in dem Objekt 16, beispielsweise einem radiologisch zu untersuchenden Patienten, wird auf einer für Röntgenstrahlen empfindlichen Oberfläche 17 des Röntgendetektors 3, der gegenüber der Röntgenquelle abgeordnet ist, ein Bild geformt. Der Röntgendetektor 3 der vorliegenden Ausführungsform wird von einer Bildverstärker/Aufnahmekette gebildet, die einen Röntgenbildverstärker 18 zum Umwandeln des Röntgenbildes in ein optisches Bild auf dem Austrittsfenster 19 und eine Videokamera 23 zum Aufnehmen des optischen Bildes enthält. Der Eintrittsschirm 20 wirkt als die für Röntgenstrahlen empfindliche Oberfläche des Röntgenbildverstärkers, die Röntgenstrahlen in ein Elektronenstrahlenbündel umwandelt, das mit Hilfe eines elektronenoptischen Systems 21 auf das Austrittsfenster abgebildet wird. Die einfallenden Elektronen erzeugen das optische Bild auf einer Leuchtstoffschicht 22 des Austrittsfensters 19. Die Videokamera 23 wird mit dem Röntgenbildverstärker 18 über eine optische Kopplung 24 gekoppelt, beispielsweise ein Linsensystem oder eine Lichtfaserkopplung. Die Videokamera 23 extrahiert aus dem optischen Bild ein Bildsignal, beispielsweise ein elektronisches Videosignal; dieses Bildsignal wird einem Monitor 25 zugeführt, um die Bildinformation in dem Röntgenbild wiederzugeben. Das Bildsignal kann auch einer Bildverarbeitungseinheit 26 zur weiteren Verarbeitung zugeführt werden.
Zwischen der Röntgenquelle 2 und dem Objekt 16 ist das Röntgenfilter 42 zur örtlichen Abschwächung des Röntgenstrahlenbündels angeordnet. Das Röntgenfilter 4 umfasst eine große Zahl Filterelemente 5 in Form von Kapillarröhrchen, deren Röntgenabsorptionsvermögen durch Anlegen einer elektrischen Spannung, im weiteren als Einstellspannung bezeichnet, an die Innenseite der Kapillarröhrchen mit Hilfe der Einstelleinheit 12 eingestellt werden kann. Die Adhäsion der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit an der Innenseite der Kapillarröhrchen kann mit Hilfe einer elektrischen Spannung eingestellt werden, die an eine Metallschicht 7, d. h. eine elektrisch leitfähige Schicht, an der Innenseite der Kapillarröhrchen 5 angelegt werden kann. Die Kapillarröhrchen stehen an einem Ende mit einem Reservoir 30 für eine Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit in Verbindung. Die Kapillarröhrchen füllen sich mit einer bestimmten Menge an Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit als Funktion der an die einzelnen Röhren angelegten elektrischen Spannung. Weil die Kapillarröhrchen ungefähr parallel zum Röntgenstrahlenbündel verlaufen, hängt das Röntgenabsorptionsvermögen der einzelnen Kapillarröhrchen von der relativen Menge an Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit in einem solchen Kapillarröhrchen ab. Die an die einzelnen Filterelemente angelegte elektrische Einstellspannung wird mit der Einstelleinheit 12 beispielsweise auf Basis von Helligkeitswerten in dem Röntgenbild und/oder der Einstellung der Röntgenquelle 2 eingestellt; hierzu ist die Einstelleinheit mit der Ausgangsklemme 40 der Videokamera und der Stromversorgung 11 der Röntgenquelle 2 gekoppelt. Der Aufbau eines Röntgenfilters 4 dieser Art und die Zusammensetzung der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit werden in der internationalen Anmeldung Nr. 96/13040 detailliert beschrieben.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Röntgenfilters 4 des Röntgenuntersuchungsgerätes von Fig. 1. Die Figur zeigt als Beispiel fünf Kapillarröhrchen, aber eine praktische Ausführungsform eines Röntgenfilters 4 eines Röntgenuntersuchungsgerätes gemäß der Erfindung kann eine große Anzahl Kapillarröhrchen umfassen, beispielsweise 40.000 Kapillarröhrchen in einer Matrixanordnung von 200 · 200 Röhrchen. Jedes der Kapillarröhrchen 5 steht mit der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit 6 über ein Ende 31 in Verbindung. Die Innenseite der Kapillarröhrchen ist mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 7 versehen, beispielsweise Gold oder Platin oder ITO, wobei die Schicht 7 mit einer Spannungsleitung 34 über ein Schaltelement 33 verbunden it. Zum Anlegen der elektrischen Einstellspannung ein eine elektrisch leitfähige Schicht 7 eines Kapillarröhrchens wird das betreffende Schaltelement 33 geschlossen, während die Spannungsleitung 34, die so mit dem Kapillarröhrchen elektrischen Kontakt macht, auf die gewünschte elektrische Einstellspannung eingestellt wird. Die Schaltelemente werden über eine Steuerleitung 35 angesteuert. Bei Verwendung kurzer Spannungsimpulse mit einer Dauer von einigen zehn Mikrosekunden können Einstellspannungen in einem Bereich von 0 V to 400 V verwendet werden. Wenn die Spannungsimpulse kurz sind oder wenn eine Gleichspannung von bis zu ungefähr 1 V verwendet wird, tritt keine oder nahezu keine Elektrolyse der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit auf. Eine Gleichspannung von mehr als ungefähr 1 V kann verwendet werden, wenn die Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit von der Metallschicht beispielsweise durch die dielektrische Schicht oder die Überzugsschicht isoliert wird, so dass Elektrolyse der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit vermieden wird. Im Spannungsbereich von 0 V bis 400 V können Schalter in Form von α-Si-Dünnfilmtransistoren verwendet werden. Vorzugsweise wird eine Einstellspannung im Bereich von 30 V bis 100 V verwendet. Das Röntgenabsorptionsvermögen der einzelnen Kapillarröhrchen kann auf Basis der Zeitdauer geregelt werden, in der die elektrische Einstellspannung an die Kapillarröhrchen gelegt wird. Jedes der Kapillarröhrchen, insbesondere die leitfähige Schicht 7 und die Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit in dem Kapillarröhrchen, bildet einen Kondensator. Beim Füllen eines solchen Kapillarröhrchens mit der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit verändert sich die Kapazität des genannten Kondensators als Funktion des Flüssigkeitspegels in dem Kapillarröhrchen oder anders ausgedrückt als Funktion der relativen Füllung der genannten Kapillarröhrchen. Das Aufladen des Kondensators erzeugt elektrische Energie zur Füllung des Kapillarröhrchens mit der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit. Je länger die elektrische Einstellspannung anliegt, desto weiter wird der Kondensator aufgeladen und desto mehr wird das Röhrchen mit der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit gefüllt. Auf der elektrisch leitfähigen Schicht 7 wird vorzugsweise eine dielektrische Schicht 8 einer Dicke aufgebracht, die ausreichend dafür sorgt, dass die elektrische Kapazität der Kapillarröhrchen niedrig genug bleibt, um ein schnelles Ansprechen auf das Anlegen der elektrischen Spannung zu ermöglichen. Die dielektrische Schicht 8 hat vorzugsweise eine Dicke zwischen 2 u und 10 um. Damit der Kontaktwinkel zwischen der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit und der Innenseite der Kapillarröhrchen sich als Funktion der angelegten elektrischen Spannung ändert, kann in einem Wertebereich, der den Kontaktwinkel Wert 90º einschließt, beispielsweise eine Überzugsschicht 9 mit geeigneten hydrophilen/hydrophoben Eigenschaften auf der dielektrischen Schicht aufgebracht werden. Geeignete Materialien für die dielektrische Schicht 8 sind Parylen, das durch Aufdampfen aufgebracht werden kann, Glasüberzüge, die aus der Flüssigphase aufgebracht werden können, elektrophoretischer Lack, der durch Elektrophorese aufgebracht werden kann, oder lösliche Polymere wie z. B. Polystyrol, Polyethylen oder Polymethylacrylat, die aus einer Lösung abgeschieden werden können. Die Überzugsschicht 9 wird auf der dielektrischen Schicht 8 aufgebracht. Die Überzugsschicht 9 kann auf Wunsch sehr dünn sein; die Überzugsschicht 9 kann eine monomolekulare Schicht sein. Geeignete hydrophobe Eigenschaften werden mit Überzugsschichten erhalten, deren Oberfläche aus CF3-, CF2-, CH3- oder CH&sub2;-Gruppen aufgebaut ist. Insbesondere Polydimethylsiloxan- oder Monoschichten aus Oktadecyltrichlorosilan oder aus Perfluoroalkalkylsilan sind zum Bilden der Überzugsschicht 9 geeignet. Zum Erhöhen der Haftung zwischen der dielektrischen Schicht 8 und der Überzugsschicht 9 kann eine Haftschicht aus beispielsweise Polyacrylat zwischen der dielektrischen Schicht 8 und der Überzugsschicht 9 oder der Metallschicht 7 aufgebracht sein.
Vorzugsweise werden Kapillarröhrchen aus Metall verwendet, deren Innenseite hintereinander mit der dielektrischen Schicht 8 und der Überzugsschicht 9 bedeckt ist. Die elektrische Spannung kann dann an das Metall der Röhrchen angelegt werden. Die Herstellung eines solchen Aufbaus ist einfacher als das Versehen von Glas-Kapillarröhrchen mit einem Metallüberzug. Bei Verwendung einer Teflonschicht als Überzugsschicht 9, die die Innenseite eines Metallröhrchens bedeckt, kann eine gesonderte dielektrische Schicht entfallen.
Fig. 3 ist eine Draufsicht eines Röntgenfilters 4 des Röntgenuntersuchungsgerät von Fig. 1. Als Beispiel wird ein Röntgenfilter 4 mit 16 Kapillarröhrchen in einer Matrixanordnung von 4 · 4 Röhrchen gezeigt; in der Praxis kann jedoch das Röntgenfilter 4 eine viel größere Anzahl Kapillarröhrchen umfassen, beispielsweise 200 · 200 Röhrchen.
Jedes der Kapillarröhrchen ist mit Hilfe der elektrisch leitfähigen Schicht 7 an den Drainkontakt 40 eines Feldeffekttransistors 33 gekoppelt, der als Schaltelement wirkt und dessen Sourcekontakt 41 mit einer Spannungsleitung gekoppelt ist. Für jede Reihe 13 von Kapillarröhrchen gibt es eine Steuerleitung 35, die mit den Gatekontakten der Feldeffekttransistoren in der betreffenden Reihe gekoppelt ist, um die Feldeffekttransistoren in dieser Reihe anzusteuern. Die Steuerleitung 35 der betreffende Reihe wird durch einen elektrischen Steuerspannungsimpuls erregt, um eine Einstellspannung an die elektrisch leitfähige Innenseite der Kapillarröhrchen in der Reihe zu legen, so dass die Feldeffekttransistoren in der betreffenden Reihe während des Steuerspannungsimpulses elektrisch leitend gemacht werden. Die Einstelleinheit 12 umfasst einen Spannungsgenerator 27 zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die Zeitgebereinheit 14, die die Steuerspannungsimpulse der gewünschten Dauer an die einzelnen Steuerleitungen der Reihen von Kapillarröhrchen legt. Während die betreffenden Feldeffekttransistoren leiten, d. h. die Schaltelemente geschlossen sind, wird die elektrische Einstellspannung der betreffenden Steuerleitungen 34 an die Kapillarröhrchen gelegt. Die Zeitdauern, in denen die elektrische Einstellspannung an einzelne Kapillarröhrchen in einer Reihe angelegt werden, können durch unterschiedlich langes Anlegen der elektrischen Einstellspannung an die jeweiligen Spannungsleitungen 34 von einzelnen Spalten unterschiedlich sein. Hierzu umfasst die Einstelleinheit 7 einen Spaltentreiber 36, der eine Zeitdauer steuert, in der die vom Spannungsgenerator 27 erzeugte elektrische Einstellspannung an die einzelnen Spannungsleitungen angelegt wird. Die elektrische Einstellspannung wird über einen Schalter 42 an einen Kontakt 43 angelegt. Jede der Spannungsleitungen 34 ist mit einem jeweiligen Schaltelement, beispielsweise einem Transistor 44, mittels des Kontakts 43 gekoppelt. Wenn der Transistor 44 der Spannungsleitung 34 durch Erregen des Gatekontaktes des betreffenden Transistors mit einer Gatespannung leitend gemacht wird, wird die Einstellspannung an die Spannungsleitung gelegt. Die Gatekontakte der Transistoren 44 werden über einen Bus 45 mit dem Spannungsgenerator 27 gekoppelt, der die Gatespannung liefert. Die Zeitdauer, in der die einzelnen Spannungsleitungen durch die Einstellspannung erregt werden, wird mit Hilfe der Zeitdauer geregelt, in der die Gatespannungen an die Gatekontakte der einzelnen Transistoren 44 gelegt werden.
Die effektive Oberfläche mit Adhäsion für die Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit wird vergrößert, indem Filterelemente mit mehreren Kapillarröhrchen vorgesehen werden. Natürlich können in diesem Fall die Mengen an Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit in Kapillarröhrchen ein und desselben Filterelementes, das mit ein und demselben Transistor in ihrer Steuerleitung gekoppelt werden kann, nicht gesondert geregelt werden.

Claims

1. Röntgenuntersuchungsgerät (1) mit

einer Röntgenquelle (2),

einem Röntgendetektor (3),

und einem dazwischen angeordneten Filter (4), der umfasst

eine Vielzahl von Filterelementen (5) mit einem Röntgenabsorptionsvermögen, das eingestellt werden kann, indem eine Menge von Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit (6) in dem jeweiligen Inneren einzelner Filterelemente geregelt wird,

wobei einzelne Filterelemente eine Wand umfassen, die mit einer elektrisch leitenden Schicht (7) versehen ist oder aus dieser gebildet ist und wobei eine dielektrische Schicht (8) auf der dem Inneren des betreffenden Filterelementes zugewandten Seite der elektrisch leitenden Schicht (7) deponiert worden ist und

die dielektrische Schicht mit einer Überzugsschicht (9) bedeckt ist.

2. Röntgenuntersuchungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Filterelemente von Kapillarröhrchen aus Metall gebildet werden, die die genannte Metallschicht bilden.

3. Röntgenuntersuchungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überzugsschicht eine hydrophobe Schicht ist.

4. Röntgenuntersuchungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht für die Röntgenstrahlen absorbierende Flüssigkeit undurchlässig ist.

5. Röntgenuntersuchungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht einen Wert in dem Intervall [1,20] hat, vorzugsweise in dem Intervall [2,10].

6. Röntgenuntersuchungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht hauptsächlich aus Glas besteht.

7. Röntgenuntersuchungsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Überzugsschicht hauptsächlich aus Silan oder Siloxan besteht.

8. Röntgenuntersuchungsgerät nach einem der Ansprüche 1 to 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht hauptsächlich aus Parylen oder Polystyrol besteht.

9. Röntgenuntersuchungsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überzugsschicht hauptsächlich aus Polyfluorkohlenwasserstoff besteht.

10. Röntgenuntersuchungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der dielektrischen Schicht und der Überzugsschicht und/oder der Metallschicht eine Haftschicht vorgesehen ist.

11. Röntgenuntersuchungsgerät mit

einer Röntgenquelle,

einem Röntgendetektor,

und einem dazwischen angeordneten Filter, das umfasst

eine Vielzahl von Filterelementen mit einem Röntgenabsorptionsvermögen, das eingestellt werden kann, indem eine Menge von Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit in dem jeweiligen Inneren einzelner Filterelemente geregelt wird,

wobei einzelne Filterelemente eine Wand umfassen, die mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen ist oder aus dieser gebildet ist und wobei eine Überzugsschicht aus Polyfluorkohlenwasserstoff auf der dem Inneren des betreffenden Filterelementes zugewandten Seite der Metallschicht vorgesehen ist.