DE967682C - X-ray tube for dermatological therapy - Google Patents

X-ray tube for dermatological therapy

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Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 5. DEZEMBER 1957ISSUED DECEMBER 5, 1957

H 7853H 7853

Es ist bekannt, daß man zur Behandlung von Hautkrankheiten verhältnismäßig weiche Röntgenstrahlen verwenden muß. Durch richtige Wahl der Röhrenspannung hat man es in der Hand, die Röntgenstrahlen hauptsächlich in den zu behandelnden Hautpartien zur Wirkung kommen zu lassen. So verwendet man bei der Grenzstrahltherapie etwa 9 kV, bei der Oberhauttherapie etwa 20 kV und zur Epilationsbehandlung etwa 50 kV, bei letzteren ein Aluminiumfilter von etwa 1 mm Wandstärke dazwischenschaltend. Die gebräuchlichen Röntgenröhren haben dabei aus baulichen Gründen ein verhältnismäßig kleines Strahlenaustrittsfenster, so daß man zur Bestrahlung größerer Hautflächen im allgemeinen einen Abstand von 30 cm zwischen Hautoberfläche und Anode wählt. Bei einer behandelten Oberfläche von 25 cm2 werden dabei nur 2,5 %o der in der Anode erzeugten Röntgenstrahlen ausgenutzt, bei 10 cm Abstand entsprechend etwa 2,2%· Um die Bestrahlungsdauer in tragbaren Grenzen zu halten, muß man bei diesen Therapieröhren die Anode bis nahe an ihren Schmelzpunkt unter Benutzung einer Flüssigkeitskühlung belasten. Derartige Röntgenröhren nehmen eine Leistung von etwa ι kW auf.It is known that relatively soft X-rays must be used to treat skin diseases. By choosing the right tube voltage, you have the ability to let the X-rays take effect mainly in the areas of the skin to be treated. For example, about 9 kV is used for border radiation therapy, about 20 kV for epidermal therapy and about 50 kV for epilation treatment, with the latter using an aluminum filter with a wall thickness of about 1 mm in between. For structural reasons, the usual X-ray tubes have a relatively small radiation exit window, so that a distance of 30 cm between the skin surface and the anode is generally chosen for irradiating larger areas of skin. With a treated surface of 25 cm 2 , only 2.5% of the X-rays generated in the anode are used, at a distance of 10 cm, this corresponds to about 2.2% Charge anode close to its melting point using liquid cooling. Such X-ray tubes take up a power of about ι kW.

Es ist auch eine Weichstrahl-Röntgenröhre bereits bekannt, bei der ein verhältnismäßig großes, aus einem Stoff hoher Röntgenstrahlendurchlässigkeit bestehendes Strahlenaustrittsfenster zugleich als Anode dient und zu diesem Zweck vakuumseitig eine dünne Schicht eines Metalls von hoher Ordnungszahl trägt. Bei dieser bekannten Röhre ist jedoch der Verlauf des elektrischen Feldes in der Umgebung der Kathode wegen des in üblicher Weise ziemlich weit vorgeschobenen Wehneltzylinders so ungünstig, daß eine überA soft-beam X-ray tube is also already known, in which a relatively large one is made from A radiation exit window existing for a substance with high X-ray permeability at the same time as an anode serves and for this purpose carries a thin layer of a metal with a high atomic number on the vacuum side. In this known tube, however, the course of the electric field is in the vicinity of the cathode so unfavorable because of the Wehnelt cylinder, which is quite far advanced in the usual way, that one over

709792/77709792/77

die Fensterfläche einigermaßen gleichmäßige Dichte des Elektronenaufpralls und der Röntgenstrahlenemission nicht gewährleistet ist.the window area reasonably uniform density of electron impact and x-ray emission is not guaranteed.

Zur Erzeugung eines konvergenten Röntgenstrahlenbündels für Tiefentherapie ist eine Röntgenröhre bekannt, bei der eine konische Außenanode mit großflächigem Brennfleck vorgesehen ist und das konvergente Bündel durch eine vor der Anode angeordnete Blende erzeugt wird. Das Außenfenster dient gleichzeitig als Anode und wird durch besondere Mittel, z. B. eine Magnetspule, gleichmäßig mit Elektronen belegt. Bei einer Röhre für Tiefentherapie kommen aber nur harte Strahlen zur Verwendung. Für harte Strahlen ist dabei eine große Entfernung der Kathode von der Anode erforderlich, wobei trotz eines einfachen Wehneltzylinders eine Streuung der aus der Kathode austretenden Elektronen selbstverständlich ist. Die konische Ausbildung der Anode bei dieser Röhre befördert diese Streuung.An X-ray tube is used to generate a convergent X-ray beam for depth therapy known, in which a conical outer anode is provided with a large focal point and the convergent Bundle is generated by a diaphragm arranged in front of the anode. The outside window serves at the same time as an anode and is made by special means, e.g. B. a solenoid, evenly with electrons proven. In the case of a tube for depth therapy, however, only hard rays are used. For tough Radiation is a great distance between the cathode and the anode required, despite a simple Wehnelt cylinder, of course, there is a scattering of the electrons emerging from the cathode is. The conical shape of the anode in this tube promotes this scattering.

Die Nachteile der bekannten Weichstrahl-Röntgenröhren werden bei einer Röntgenröhre für dermatologische Therapie, bei der das Strahlenaustrittsfenster gleichzeitig als Anode dient, erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß das allein durch Kathode und Anode bestimmte Feld in unmittelbarer Kathodennähe radialsymmetrisch oder annähernd radialsymmetrisch ausgebildet ist, so daß das Anodenfenster über seine ganze Fläche fast gleichmäßig dicht von Elektronen getroffen wird.The disadvantages of the known soft-beam X-ray tubes are in an X-ray tube for dermatological Therapy in which the radiation exit window also serves as an anode, according to the invention avoided that the field determined solely by the cathode and anode in the immediate vicinity of the cathode Is radially symmetrical or approximately radially symmetrical, so that the anode window over its entire area is hit almost equally densely by electrons.

An Hand der Zeichnungen, die in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, wird die neue Röntgenröhre erläutert. Die erfindungsgemäße Therapieröhre für dermatologische Behandlung zeichnet sich nach Fig. ι durch ein verhältnismäßig großes Fenster ι aus, das zugleich als Anode in Funktion tritt. Dazu ist auf der Innenseite dieses Fensters hoher Durchlässigkeit für Röntgenstrahlung und großer Wärmeleitfähigkeit in bekannter Weise eine Schicht 2 eines Metalls mit hoher Ordnungszahl aufgedampft. Ihre Dicke ist, wie dies bei Röntgenröhren mit einem zugleich als Anode dienenden Strahlenaustrittsfenster ebenfalls bereits bekannt ist, so bemessen, daß in ihr die aus der Glühkathode 3 heraustretenden Elektronen bei der höchsten für das Röntgenrohr vorgesehenen Anodenspannung (etwa 50 kV) noch gerade abgebremst werden, beträgt also höchstens einige Hundertstel Mikron. Die Fensteranode i, 2 kann die Gestalt einer Kugelkalotte haben. Dabei bildet die in Form einer flachen Wendelspirale gearbeitete Glühkathode 3 zusammen mit dem Wehneltzylinder 5 die Oberfläche einer kleinen Kugel, die konzentrisch zu der Kugel liegt, die als Teilfläche die Kalotte i, 2 enthält. Durch diese kugelsymmetrische Feldverteilung in der Röntgenröhre strahlt die ganze Anode 2 gleichmäßig dicht Röntgenstrahlung aus, von der fast 50 °/0 auf die Hautoberfläche 4 gelangt. Das Fenster 1 ist, wie dies bei Röntgenröhren mit einem zugleich als Anode dienenden Strahlenaustrittsfenster ebenfalls bereits bekannt ist, zweckmäßig aus vakuumdichtem Beryllium hergestellt und an einen Chromeisenring 6 angelötet, der selbst mit der Glaswand 7 verschweißt ist. Die Metallteile 1, 2, 6 sind geerdet. Durch die Glasabschmelzung 8 führen die Heizdrähte 9 zur Kathode, die beide auf negativer Hochspannung liegen. 10 ist ein Wulst aus Gummi, Stoff od. dgl., durch den eine zu große Annäherung der Hautoberfläche an das Anodenfenster verhindert wird. Infolge der hohen Ausbeute der erzeugten Röntgenstrahlung von fast 50 °/0 einer derartigen Röhre gegenüber 2,5 °/oo bzw- 2>2 °/o der früher benutzten Anordnungen benötigt man zur Erzielung der gleichen Dosisleistung nur 5°/oo bzw. 5% der früher verwandten Röhrenleistung, statt 1 kW also entsprechend nun 5 bzw. 50 W. Hierdurch vereinfacht sich der Aufbau der Röhre und des Hochspannungsgenerators in entscheidender Weise. In gewissen Fällen ist eine derartige Röntgenröhre mit noch weit kleinerer Leistung zu etwa ι Watt oder weniger infolge ihres besonders billigen Aufbaues deshalb von besonderem Interesse, weil sie die bisher für Haut- und Drüsenbehandlung gebräuchlichen radioaktiven Präparate zu ersetzen vermag und im Gegensatz zu solchen mit künstlicher Radioaktivität in jedem Augenblick gebrauchsfähig ist. Die Tabelle gibt die Wärmeabfuhr pro Flächeneinheit in Watt/cm2 für verschiedene Betriebsbedingungen an, wenn man für das Gesamtemissionsvermögen des Berylliurnfensters den Wert von Magnesium (0,09 bis 0,18 je nach Betriebstemperatur) und für die Wärmeübergangszahl Metall — Luft die für senkrechte, ebene Wände bekannten Werte einsetzt.The new X-ray tube is explained with reference to the drawings, some of which show exemplary embodiments of the invention in a schematic representation. The therapy tube according to the invention for dermatological treatment is characterized according to FIG. 1 by a relatively large window ι which also functions as an anode. For this purpose, a layer 2 of a metal with a high atomic number is vapor-deposited in a known manner on the inside of this window with high permeability to X-rays and high thermal conductivity. As is already known in the case of X-ray tubes with a radiation exit window that also serves as an anode, its thickness is so dimensioned that the electrons emerging from the hot cathode 3 are still just decelerated at the highest anode voltage provided for the X-ray tube (about 50 kV) is a few hundredths of a micron at most. The window anode i, 2 can have the shape of a spherical cap. The incandescent cathode 3, which is worked in the form of a flat helical spiral, forms, together with the Wehnelt cylinder 5, the surface of a small sphere which is concentric to the sphere which contains the dome 1, 2 as a partial surface. As a result of this spherically symmetrical field distribution in the X-ray tube, the entire anode 2 emits X-rays evenly and densely, almost 50 ° / 0 of which reaches the skin surface 4. As is already known in the case of X-ray tubes with a radiation exit window also serving as an anode, the window 1 is expediently made of vacuum-tight beryllium and soldered to a chrome iron ring 6 which is itself welded to the glass wall 7. The metal parts 1, 2, 6 are grounded. The heating wires 9 lead through the ablated glass 8 to the cathode, both of which are at negative high voltage. 10 is a bead made of rubber, fabric or the like, which prevents the skin surface from coming too close to the anode window. Due to the high yield of the X-ray radiation produced by almost 50 ° / 0 of such a tube against 2.5 ° / oo b zw - 2> 2 ° / o of the previously used arrangements are required to achieve the same dose rate 5 ° / oo and 5% of the previously used tube power, instead of 1 kW now 5 or 50 W. This significantly simplifies the structure of the tube and the high-voltage generator. In certain cases, such an X-ray tube with an even lower output of about 1 watt or less is of particular interest due to its particularly cheap construction because it can replace the radioactive preparations previously used for skin and gland treatment and in contrast to those with artificial ones Radioactivity is usable at any moment. The table shows the heat dissipation per unit area in watt / cm 2 for various operating conditions, if the value of magnesium (0.09 to 0.18 depending on the operating temperature) is used for the total emissivity of the beryllium window and that for vertical , flat walls uses known values.

Wärmeabfuhr pro Flächeneinheit des Anodenfensters bei Strahlungskühlung O1, bei Luftkühlung durch Wärmekonvektion «2 und bei mit 10 m/sec Geschwindigkeit bewegter Luft a3, jeweils in Watt/cm2, für verschiedene Fenstertemperaturen T (0C), wobei die Außentemperatur 20° C beträgt.Heat dissipation per unit area of the anode window with radiant cooling O 1 , with air cooling by heat convection « 2 and with air moving at 10 m / sec speed a 3 , in each case in watts / cm 2 , for different window temperatures T ( 0 C), the outside temperature being 20 ° C is.

TT U1 U 1 HH OO <h<h 2020th OO 0,040.04 OO 100100 0,010.01 0,10.1 o,3o, 3 200200 0,040.04 0,150.15 0,80.8 3OO3OO 0,10.1 0,210.21 1,21.2 400400 0,20.2 0,270.27 1,61.6 5OO5OO o,35o, 35 0,320.32 2,12.1 600600 0,570.57 0,38 .0.38. 2,52.5 700700 0,890.89 3,03.0

Man sieht, daß ohne Luftventilator die Wärmeabfuhr durch Strahlung ax diejenige der Konvektion a2 bei etwa 4000C erreicht, bei höheren Temperaturen übertrifft. Bei Kühlung durch bewegte Luft ist die Strahlungsabkühlung vernachlässigbar.It can be seen that, without an air fan, the heat dissipation through radiation a x reaches that of convection a 2 at about 400 ° C., and exceeds it at higher temperatures. When cooling with moving air, the radiation cooling is negligible.

Bei einer Fensterfläche von etwa 25 cm2 nimmt das Fenster nach den in der Tabelle angegebenen Werten bei 5 W Röhrenleistung ohne Luftgebläse also eine Temperatur von etwa 2800C, bei 10 cm2 Fensterfläche und ι W Röhrenleistung eine Temperatur von 180° C an, während eine 50-W-Röntgenröhre mit 25-cm2-Fenster und Luftgebläse bei 10 m/sec etwa auf 5000C im Dauerbetrieb kommt. Derartige Temperaturen sind, selbst wenn die Hautoberfläche bis auf wenige cm an das Anodenfenster kommt, durchaus zulässig.In a window area of about 25 cm 2, the window thus increases to the specified values in the table at 5 W tube power without air blower to a temperature of about 280 0 C in 10 cm 2 window area and ι W tube power a temperature of 180 ° C to, while a 50 W X-ray tube with a 25 cm 2 window and air fan comes to around 500 ° C. in continuous operation at 10 m / sec. Such temperatures are absolutely permissible, even if the skin surface comes within a few cm of the anode window.

Vor allem für die Anordnung mit bewegter Luft macht man nach Fig. 2 das Anodenfenster 11, 12 vor-Especially for the arrangement with moving air, the anode window 11, 12 is made according to FIG.

teilhafterweise eben. Die glühende Partie 13 der Kathode ist nun durch entsprechende Formgebung des Heizdrahtes recht klein gehalten und bildet zusammen mit dem Wehneltzylinder 14 angenähert die 5 Oberfläche einer Halbkugel mit einem Radius, der klein ist gegenüber dem Abstand zwischen Anode und Kathode. Die Elektronen erhalten darum in unmittelbarer Nähe der Glühkathode den Hauptbetrag einer wieder annähernd kugelsymmetrisch radial gerichteten Beschleunigung und treffen bei richtiger Gesamtdimensionierung wieder mit einer Stromdichte auf die Anode auf, die über die ganze Fensterfläche nahezu konstant ist. Der Fensterwulst weist nun zwei diametral gelegene größere Öffnungen auf, durch die die Kühlluft parallel zur Anodenoberfläche ein- und austreten kann.partly just. The glowing part 13 of the cathode is now shaped accordingly of the heating wire kept quite small and together with the Wehnelt cylinder 14 approximates the 5 Surface of a hemisphere with a radius that is small compared to the distance between the anode and Cathode. The electrons therefore receive the main amount of one in the immediate vicinity of the hot cathode again approximately spherically symmetrical radially directed acceleration and hit with correct overall dimensioning again with a current density on the anode that almost covers the entire window surface is constant. The window bead now has two diametrically located larger openings through which the Cooling air can enter and exit parallel to the anode surface.

Das hier beschriebene Therapiegerät benötigt nur eine äußerst schwache Hochspannungsanlage, die für die 5-W-Röhre weniger als 4 kg wiegt. Somit ist diese Röntgenröhre in gewissen Konstruktionselementen denjenigen der bekannten Miniaturröntgengeräte für Zahndiagnostik, in anderen Elementen aber einer der für Lichttherapie gebräuchlichen Strahlenlampen sehr ähnlich und stellt ein Behandlungsgerät dar, das praktisch allen Fragen der Dermatologie gerecht wird.The therapy device described here only requires an extremely weak high-voltage system that is used for the 5 W tube weighs less than 4 kg. Thus, this X-ray tube is in certain structural elements those of the well-known miniature X-ray devices for dental diagnostics, but in other elements one of the very similar to radiation lamps commonly used for light therapy and represents a treatment device that practically all questions of dermatology.

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE:PATENT CLAIMS: 1. Röntgenröhre für dermatologische Therapie, bei der das Strahlenaustrittsfenster gleichzeitig als Anode dient, dadurch gekennzeichnet, daß das allein durch Kathode und Anode bestimmte Feld in unmittelbarer Kathodennähe radialsymmetrisch oder annähernd radialsymmetrisch ausgebildet ist, so daß das Anodenfenster über seine ganze Fläche fast gleichmäßig dicht von Elektronen getroffen wird.1. X-ray tube for dermatological therapy in which the radiation exit window is also used as Serves anode, characterized in that the field determined solely by the cathode and anode formed radially symmetrically or approximately radially symmetrically in the immediate vicinity of the cathode so that the anode window is almost evenly dense with electrons over its entire area is hit. 2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anodenfenster durch Wärmeabstrahlung, Luftkonvektion oder durch Gas gekühlt wird, wobei seine Betriebstemperatur 5000C nicht übersteigt.2. X-ray tube according to claim 1, characterized in that the anode window by heat radiation, convection of air or gas is cooled, its operating temperature does not exceed 500 0 C. 3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Fensters größer als 0,5 cm2 ist.3. X-ray tube according to claim 1 and 2, characterized in that the area of the window is greater than 0.5 cm 2 . 4. Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster auf der Vakuumseite mit einer Schicht eines Stoffes hoher Ordnungszahl und hohen Schmelzpunktes bedeckt ist, wobei die Schichtdicke nur wenig oberhalb der Eindringtiefe der Elektronen in diesen Stoff bei höchstzulässiger Anodenspannung liegt.4. X-ray tube according to claim 1 to 3, characterized in that the window on the vacuum side is covered with a layer of a substance with a high atomic number and a high melting point, whereby the layer thickness is only slightly above the penetration depth of the electrons in this substance maximum permissible anode voltage is. 5. Röntgenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster aus vakuumdichtem Beryllium hergestellt und von innen mit einer Schicht aus Wolfram, Tantal, Molybdän oder einem anderen Schwermetall, vorzugsweise mit Bedampfung, überzogen ist.5. X-ray tube according to claim 4, characterized in that the window is made of vacuum-tight Beryllium made and inside with a layer of tungsten, tantalum, molybdenum or one other heavy metal, preferably with vapor coating. 6. Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Kathode kugelförmig gewölbt ist, wobei nur von einem Teil dieser Oberfläche Elektronen emittiert werden.6. X-ray tube according to claim 1 to 5, characterized in that the surface of the cathode Is spherical, with only a part of this surface electrons are emitted. 7. Röntgenröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen von einem in Form einer flachen Wendel ausgebildeten Heizfaden ausgesandt werden und der übrige Teil der Kathode von einem entsprechend Anspruch 6 geformten Wehneltzylinder gebildet ist.7. X-ray tube according to claim 6, characterized in that the electrons from one in Form of a flat helix trained filament are sent out and the remaining part of the The cathode is formed by a Wehnelt cylinder shaped according to claim 6. 8. Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anodenfenster die Form einer Kugelkalotte hat, die konzentrisch zur kugelförmigen Kathode angeordnet ist.8. X-ray tube according to claim 1 to 7, characterized in that the anode window has the shape has a spherical cap which is arranged concentrically to the spherical cathode. 9. Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Kathodenoberfläche klein ist gegenüber ihrem Abstand zur Anode und letztere ebene oder fast ebene Gestalt hat.9. X-ray tube according to claim 1 to 7, characterized in that the radius of the cathode surface is small compared to its distance from the anode and the latter is flat or almost flat in shape Has. 10. Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Anodenfenster aus mehreren kleineren Einzelfenstern besteht, die direkt miteinander durch Lötung oder Schweißung verbunden oder in einem gemeinsamen Rahmen gehaltert sind.10. X-ray tube according to claim 1 to 9, characterized characterized in that the anode window consists of several smaller individual windows that connected directly to one another by soldering or welding or in a common frame are held. 11. Röntgenbestrahlungsgerät mit einer Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenröhre und der Hochspannungsgenerator isoliert in einem gemeinsamen, vorzugsweise mit einer Kühlflüssigkeit gefüllten Behälter untergebracht sind.11. X-ray irradiation device with an X-ray tube according to claim 1 to 10, characterized in that that the X-ray tube and the high-voltage generator isolated in a common, preferably filled with a coolant container are housed. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 338 889, 364 539, 367707. 532 773, 578926, 690618, 699297;
britische Patentschrift Nr. 559 004.Considered publications:
German Patent Nos. 338 889, 364 539, 367707, 532 773, 578926, 690618, 699297;
British Patent No. 559 004. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 709792/77 11.57© 709792/77 11:57
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