DE2211090A1 - X-ray source for diagnostics - Google Patents

Description

PHN.PHN.

Dr.-Irr. Fass-Fict-ich Zelle* Dr.-Irr. Barrel-fict-me cell *

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Anmelder: N.Y.Philips' Gloeilampenfabrteken Applicant: NYPhilips' Gloeilampenfabrteken

Akte No. PHN- 5531
Anmeldung vom: 7. März 1972File No. PHN-5531
Registration dated: March 7, 1972

Röntgenstrahlenquelle zur Diagnostik"X-ray source for diagnostics "

Die Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlenquelle zur Erzeugung von Röntgenstrahlen, die sich insbesondere dazu eignet, Röntgenbilder zur Diagnostik von Weichgeweben zu erhalten, mit einer Röntgenröhre mit einer Kathode und einer Anodenauftreffscheibe und mit einem Austrittsfenster und einem Strahlenfilter, wobei das Material der Anodenauftreff scheibe an das des Strahlenfilters zur Optimalisierung des.Kontrasts im Röntgenbild angepasst ist.The invention relates to an X-ray source for generating X-rays, which is particularly suitable for taking X-ray images for diagnosing soft tissues, using an X-ray tube with a cathode and an anode target and with one Exit window and a radiation filter, the material of the anode impinging disk is adapted to that of the radiation filter to optimize the contrast in the X-ray image.

Eine derartige Röntgenstrahlenquelle ist aus der U.S.One such x-ray source is known from U.S.

Patentschrift Nr. 3515874 bekannt. Eine darin beschriebene Röntgenröhre eignet sich durch die Herstellung der Anodenauftreffscheibe und des Strahlenfilters aus Molybdän zur Anwendung bei der Mammographie. Bei der Anwendung einer derartigen Strahlenquelle bei dieser Untersuchung macht sich der Nachteil bemerkbar, dass der Kontrast in den erzeugten Röntgen-Patent No. 3515874 known. An X-ray tube described in it is suitable due to the manufacture of the anode target and the Radiation filter made of molybdenum for use in mammography. When using such a radiation source in this examination makes the disadvantage is noticeable that the contrast in the generated X-ray

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bildern (Fotos) bei einer verhältnismässig grossen Brust beträchtlich geringer ist als bei einer verhältnismässig kleinen Brust. Das Verformen der Brust bei diagnostischer Bestrahlung muss vermieden werden, weil es die Feststellung und Lokalisierung von etwaigen Krankheitskeimen erschwierigt. images (photos) with a relatively large breast considerably is less than with a relatively small breast. The deformation of the breast during diagnostic radiation must be avoided because of it the detection and localization of any germs difficult.

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beheben und eine Rontgenstrahlenquelle zu schaffen, die auch bei verhältnismässi_f'- grosser Brust ein kontrastreiches Bild ergibt, ohne dass im Vergleich zu bekannten Röntgenstrahlen ein bedeutender Kontrastverlust bei verhältnismässig kleiner Brust auftritt oder die erforderliche Dosis erhöht werden muss.The invention aims to remedy these disadvantages and to provide a Rontgenstrahlenquelle, even at verhältnismässi _f '- large chest gives a high contrast image without occurs a significant loss of contrast in relatively small breast in comparison with known X-rays or the required dose must be increased .

Eine Rontgenstrahlenquelle der eingangs erwähnten Art int dazu dadurch gekennzeichnet, flass die Anodenauftreffscheibe eines ier Elemente mit der Atomnummer 44» 45 oder 46 und dass das Strahlenfiltor eines dieser Elemente oder Silber enthält.An X-ray source of the type mentioned at the beginning int characterized in addition, flass the anode target of an egg Elements with the atomic number 44 »45 or 46 and that the radiation filter contains one of these elements or silver.

Durch die Wahl von Rhodium (Z=45) als Material der Anodenauftreffscheibe kann dieselbe Rontgenstrahlenquelle für alle Brustgrössen verwendet werden, ohne dass zu harte Strahlen erregt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Rontgenstrahlenquelle besteht das Strahlenfilter zwecks einer guten Anpassung der hindurchgelassenen Röntgenstrahlen an übliches Filmmaterial aus Silber. Insbesondere kann dabei das Strahlenfilter durch das Austrittsfenster der Röntgenröhre gebildet werden.By choosing rhodium (Z = 45) as the material of the anode target can use the same X-ray source for all breast sizes can be used without exciting beams that are too harsh. In a preferred embodiment of an X-ray source according to the invention The radiation filter consists of silver for the purpose of a good adaptation of the transmitted X-rays to common film material. In particular the radiation filter can be formed by the exit window of the X-ray tube.

Die Erfindung wird anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail with the aid of some exemplary embodiments shown in the drawing. Show it

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schnitts durch eine erfindungsgemässe Rontgenstrahlenquelle,Fig. 1 is a schematic representation of a section through an X-ray source according to the invention,

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Fig. 2 eine schematische graphische Darstellung der Strahlungsintensität bzw. Strahlungsabsorbtion in Abhängigkeit von der Wellenlänge der Rontgenstrahlenquelle nach Fig. 1.2 shows a schematic graphic representation of the radiation intensity or radiation absorption as a function of the wavelength of the X-ray source according to FIG. 1.

Eine Röntgenröhre 1 enthält eine Wand 2, in der ein Röntgenaustrittsfenster 3 vakuumdicht vorgesehen ist. Das Fenster 3 besteht vorzugsweise aus Berrylium, und es ist beispielsweise 50 bis 100 Mikron dick. In der Viand 2 befindet sich ferner eine Durchführung 4 für die Zuführungleitungen 5 für eine Kathode 6, die beispielsweise durch einen Glühdraht 7 gebildet wird. Mittels einer Mittenanzapfung 8 kann der Glühdraht 7 in zwei Teile 9 und 10 eingeteilt sein. Im Betrieb emittiertder Glühdraht einen Elektronenstrahl 11, der auf einen kreisförmigen Teil 12 einer Drehanode 13 auftrifft. Die Anode 13 enthält entsprechend der Erfindung dort, wo sie durch den Elektronenstrahl 11 getroffen werden kann, eines der Metalle Ruthenium (z=44). Rhodium (z=45) oder Palladium (z=46). Über eine Achse 14 wird die Drehanode 13 durch eine Anordnung 15 in Rotation versetzt mit beispielsweise einer Umdrehungs-An X-ray tube 1 contains a wall 2 in which an X-ray exit window 3 is provided vacuum-tight. The window 3 is preferably made of beryllium and is, for example, 50 to 100 microns thick. In the Viand 2 there is also a bushing 4 for the supply lines 5 for a cathode 6, for example by a Glow wire 7 is formed. By means of a center tap 8, the Filament 7 can be divided into two parts 9 and 10. Emits during operation Filament an electron beam 11 which strikes a circular part 12 of a rotating anode 13. The anode 13 contains accordingly of the invention where it can be hit by the electron beam 11, one of the metals ruthenium (z = 44). Rhodium (z = 45) or Palladium (z = 46). About an axis 14, the rotating anode 13 is through a Arrangement 15 offset in rotation with, for example, one revolution

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geschwindigkeit von 9.000 Umdrehungen pro Minute. Über eine Durchführung 16 in der Wand 2 werden Zuführungsleitungen für die Drehanodenanordnunfr durch die Röhrenwand geführt. Die Anodenscheibe kann wie beispielsweise in der niederländischen Patentschrift 85468 beschrieben, aus einer raittig liegenden Scheibe 17 zusammensetzt sein, die den erwähnten Ring 12 umfasst und die in einen Halter 18 gefasst ist, der aus einem Material besteht, das beispielsweise die Wärme besser leitet oder sich besser "bearbeiten lässt. Bei einer Ausführung als Doppelfokus-Röhre kann der Halter einen kreisförmigen Teil. 19 umfassen, der als Auftreffscheibe für durch den Glühdrahtteil 9 emittierte Elektronen wirksam ist.· In der erwähnten niederländischen Patentschrift ist angegeben, dass Molybdän a.lsspeed of 9,000 revolutions per minute. About an implementation 16 in the wall 2 are feed lines for the rotating anode arrangement passed through the tube wall. The anode disk can, as described for example in Dutch patent specification 85468, from a raittig be composed lying disc 17, which comprises the aforementioned ring 12 and which is held in a holder 18 made of a material which, for example, conducts heat better or works better leaves. When designed as a double focus tube, the holder can have a circular part. 19 include, which is used as a target for electrons emitted by the filament part 9 is effective. · In the mentioned Dutch patent specifies that molybdenum a.ls

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Fassungsmaterial gute Eigenschaften aufweist, während sich dieses Material bekannterweise zugleich als AuftreffScheibenmaterial eignet, und zwar insbesondere zur Anwendung bei verhältnismässig kleiner Brust, anderen dünnen zu untersuchenden Weichgeweben und zur Rö'ntgenanalyse. Ein durch den Elektronenstrahl erregtes Bündel von Röntgenstrahlen 20 tritt durch das Fenster -3 nach aussen. Ein Berryliumfenster absorbiert nur einen geringen Teil der Röntgenstrahlen, und dann noch hauptsächlich die langwelligsten Strahlen. Zum Selektieren eines Röntgenspektrums kann dieses Fenster daher vernachlässigt werden. Ein Strahlenfilter 21 weist eine derartige Absorbtion auf, dass die auftreffenden Röntgenstrahlen gleichsam chromatisch werden, da die stark vertretenen charakteristischen Strahlen und die diese dicht umgebenden Strahlen des kontinuierlichen Spektrums zu einem grossen Teil durchgelassen und die ausserhalb desselben liegenden Wellenmengenbereiche demgegenüber verhältnismässig stark absorbiert werden, wie in Fig. 2 angegeben ist.Frame material has good properties, while this material as is known, it is also suitable as a target material, namely in particular for use with relatively small breasts, other thin soft tissues to be examined and for X-ray analysis. One through The beam of X-rays 20 excited by the electron beam passes through the window -3 to the outside. A beryllium window absorbs only one small part of the X-rays, and then mainly the longest-wave rays. This can be used to select an X-ray spectrum Windows are therefore neglected. A radiation filter 21 has such an absorption that the impinging X-rays as it were become chromatic, since the characteristic rays are strongly represented and the rays of the continuous which surround them closely A large part of the spectrum is allowed to pass through, and the wave volume ranges outside of it are relatively proportionate are strongly absorbed, as indicated in FIG.

Fig. 2 zeigt ein Koordinatensystem, in dem auf der Abzisse die Wellenlänge λ und auf der Ordinate die Strahlungsintensität bzw. die Strahlungsabsorbtion aufgetragen ist. In der Figur zeigt die Kurve a die Röntgenstrahlenemission einer Rhodiumanode bei Beschuss mit Elektronen von 40 KeV. Neben einem kontinuierlichen Spektrum mit einer kürzesten Wellenlänge Λο von etwa 0,35 A und einer Maximalintensität bei Λ max. von etwa 0,52 A - diese Zahlenwerte gehen aus den Duane-Hunt Gleichungen her-· vor - zeigt die Kurve eine Spitze von charakteristischen Röntgenstrahlen für das betreffende Anodenmaterial Rhodium. Von dieser charakteritischen2 shows a coordinate system in which the wavelength λ is plotted on the abscissa and the radiation intensity or radiation absorption is plotted on the ordinate. In the figure, curve a shows the X-ray emission of a rhodium anode when bombarded with electrons of 40 KeV. In addition to a continuous spectrum with a shortest wavelength Λο of around 0.35 A and a maximum intensity at Λ max. Of around 0.52 A - these numerical values are derived from the Duane-Hunt equations - the curve shows a peak of characteristic X-rays for the anode material in question, rhodium. From this characteristic

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Strahlung, die bei Übergängen von Elektronen zwischen den verschiedenen Elektronenschalen entsteht, ist die bekannte K Strahlung, die für Rhodium bei etwa 0,58 A auftritt, angegeben. In demselben Koordinatensystem ^:stRadiation that occurs when electrons pass between the various electron shells is given as the known K radiation, which occurs at around 0.58 A for rhodium. In the same coordinate system ^: st

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mit einer Kurve b die Absorption eines aus Silber bestehenden Röntgenstrahlenfilters angegeben. Bekannterweise nimmt die Absorption mit zunehmendem A ungefähr wie eine e-Potenz bis zu einer Absorptionskante zu (für Silber K Absorptionskante bei ^. , =0,485 a) wobei die Absorption stark abfällt, um danach wieder entsprechend einer e-Potenz zuzunehmen. Für ein Rhodium-Strahlenfilter ist der Verlauf dementsprechend, nur tritt die Absorptionskante - wie mit einer gestrichelten Linie Rh angegeben ist - bei A= 0,52 auf. In der Figur ist mit einer Kurve c das durch das Strahlenfilter durchgelassene Röntgenstrahlenspektrum angegeben, wobei der Energiebereich unter dieser Kurve schraffiert ist. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist erreicht worden, dass das Röntgenstrahlenspektrum monochromatisch geworden ist. Hierdurch wird der Kontrast in Röntgenbildern im Vergleich zu nicht selektierten Röntgenstrahlen weitgehend verbessert. Ein Mass für das erreichte Ergebnis wird durch Vergleichen des Kontrastverhältnisses des Bildes, d.h. des Verhältnisses des erreichten-Kontrasts mit dem maximal erreichbaren bei monochromatischen Strahlen erhalten. So wird beispielsweise für eine verhältnismässe kleine Brust (3,5. cm Wasseräquivalent) bei 32 kV Elektronen sowohl für eine Molybdänanode mit lolybdänfilter als auch bei einer Rhodiumanode mit einem Silberfilter ein Kontrastverhältnis von 0,75, für eine verhältnismässig grosse Brust (6 cn Wasseräquivalent) bei 40 kV Elektronen für eine Molybdänanode mit einem Molybdänfilter ein Kontrastverhältnis von 0,53 und für 35 kV Elektronen bei einer Rhodiumanode und einem Silberfilter von 0,73 erreicht. Hieraus geht die Verbesserung bei der Anwendung bei verhältnismässig grosser 'Brust deutlich hervor.the absorption of an X-ray filter made of silver is indicated by a curve b. As is known, the absorption increases with increasing A roughly like an e-power up to an absorption edge (for silver K absorption edge at ^., = 0.485 a) whereby the absorption drops sharply, only to then increase again according to an e-power. For a rhodium radiation filter, the course is accordingly, only the absorption edge occurs - as indicated by a dashed line Rh - at A = 0.52. In the figure, a curve c indicates the X-ray spectrum transmitted through the radiation filter, the energy range below this curve being hatched. As can be seen from Fig. 2, it has been achieved that the X-ray spectrum has become monochromatic. As a result, the contrast in x-ray images is largely improved in comparison to x-rays that have not been selected. A measure of the result achieved is obtained by comparing the contrast ratio of the image, ie the ratio of the contrast achieved with the maximum achievable with monochromatic rays. For example, for a relatively small breast (3.5 cm water equivalent) at 32 kV electrons for both a molybdenum anode with a molybdenum filter and a rhodium anode with a silver filter, a contrast ratio of 0.75 is required, for a relatively large breast (6 cn water equivalent ) at 40 kV electrons for a molybdenum anode with a molybdenum filter a contrast ratio of 0.53 and for 35 kV electrons with a rhodium anode and a silver filter of 0.73 is achieved. This clearly shows the improvement when used with a relatively large breast.

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Claims (4)

-6- · PHN. 5531.-6- · PHN. 5531. PATENTANSPRÜCHE :PATENT CLAIMS: 1 .J RÖntgenstrahlenquelle zum Erzeugen von Röntgenstrahlen, die sich insbesondere dazu eignet, um Röntgenbilder zur Diagnostik von Weichgeweben zu erhalten, mit einer Röntgenröhre mit einer Kathode und einer Anodenauftreffscheibe mit einem Austrittsfenster und einem Strahlenfilter, wobei das Material der Anodenauftreffscheibe und des Strahlenfilters zur Optimalisierung des !Contrasts im Röntgenbild aneinander angepasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenauftreffscheibe eines der Elemente mit der Atomnummer 44» 45 oder 46 und dass das Strahlenfilter eines dieser Elemente oder Silber enthält.1 .J X-ray source for generating X-rays, which is particularly suitable for obtaining X-ray images for diagnosing soft tissues, with an X-ray tube with a cathode and an anode target with an exit window and a radiation filter, the material of the anode target and the radiation filter for optimization des! Contrasts are matched to one another in the X-ray image, characterized in that the anode target disc contains one of the elements with the atomic number 44 »45 or 46 and that the radiation filter contains one of these elements or silver. 2. RÖntgenstrahlenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlenfilter aus Silber und die Anodenauftreffscheibe aus Rhodium besteht.2. X-ray source according to claim 1, characterized in that the radiation filter made of silver and the anode target consists of rhodium. 5. RÖntgenstrahlenquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlenfilter durch das Austrittsfenster gebildet wird.5. X-ray source according to claim 1 or 2, characterized in that that the radiation filter is formed by the exit window. 4. RÖntgenstrahlenquelle nach einem der vorhergehenden Ansprirhev4. X-ray source according to one of the preceding claims dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenröhre als Doppelfokus-Röhre ausgeführt ist und dass das Katerial der zweiten Anodenauftreffscheibe aus Molybdän besteht.characterized in that the X-ray tube is designed as a double focus tube and that the material of the second anode target is made of Molybdenum is made up. 209840/0680
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