WO2013007484A1 - Monochromatische röntgenquelle - Google Patents

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WO2013007484A1
WO2013007484A1 PCT/EP2012/061786 EP2012061786W WO2013007484A1 WO 2013007484 A1 WO2013007484 A1 WO 2013007484A1 EP 2012061786 W EP2012061786 W EP 2012061786W WO 2013007484 A1 WO2013007484 A1 WO 2013007484A1
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WO
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anode
electrons
arrangement according
collector
arrangement
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PCT/EP2012/061786
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Inventor
Oliver Heid
Timothy Hughes
Svetlana Levchuk
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/112—Non-rotating anodes
    • H01J35/116—Transmissive anodes
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/081—Target material
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    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/086—Target geometry
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/12—Cooling
    • H01J2235/1204—Cooling of the anode

Definitions

  • Monochromatic X-ray source the present invention relates to an arrangement for the generation ⁇ supply of X-rays and an X-ray device.
  • Previously known X-ray sources are, for example, X-ray tubes, which generate a wide wavelength spectrum of X-ray radiation.
  • the bremsstrahlung is included in the wavelength spectrum.
  • the minimization of the X-ray dose with the same image quality is the highest goal.
  • the Bremsstrahlung should be reduced.
  • contrast agents to improve the image quality, in particular the contrast, in particular iodinated contrast media.
  • the arrangement according to the invention for generating X-ray radiation comprises an electron source for emitting an electron beam, an anode and a collector.
  • the electron source and the anode are designed such that upon application of a positive electrical potential to the anode, electrons from the electron source can be accelerated in the direction of the anode.
  • an electron source can, for. Legs
  • Electron gun or a cold cathode can be used.
  • An electron source thus supplies the electrons, which are accelerated towards the anode.
  • the anode is so out ⁇ staltet is that emitted electrons upon interaction with X-rays from the anode and the collector is so arranged and constructed that advertising electrons which penetrate the anode, braked by the collector and collected the.
  • the arrangement with the collector has the advantage that all braked and trapped electrons can not generate any further Bremsstrahlung within the arrangement. That is to say that the slowing down and interception of the electrons passed through the anode reduces the bremsstrahlung which would or would only arise in the system after penetration of the anode.
  • Another advantage of the arrangement with the collector is the reduction of heat generation by interaction of electrons in the shielding material.
  • the collector is therefore not just a standard shielding of the electrons.
  • the arrangement has an active collector which decelerates and collects the electrons, so that electron losses prevented ⁇ the, no additional bremsstrahlung is formed in a shield and thus the heat generation is minimized.
  • the collector of the arrangement is designed as part of an electrical circuit, so that the trapped electrons are held in the circuit, whereby electrical power losses are minimized.
  • the electrons are therefore not verlo ⁇ reindeer, but can the collector as part of the Circuit is switched, the X-ray generation are fed back.
  • the arrangement according to the invention is highly electrically effective. Pay particular attention to the collector of an electric Po ⁇ tential applied. This advantageously serves to decelerate the incoming electrons.
  • the collector is designed in particular so that the incoming electrons an electric field, which is effected by this applied electrical potential, pass through and are decelerated therein.
  • the voltage applied to the collector also causes the electrons passing through the anode to be aligned with the collector. This has the advantage that when hitting the collector or on a shield after passing through this electric field, the electrons have only so low energies that no or at least hardly Bremsstrahlung is generated.
  • the anode comprises at least one thin target layer whose layer thickness is less than the electron range in the material of the layer.
  • This target layer of the anode is used to generate the characteristic X-radiation.
  • the small layer thickness ensures that only a minimum of bremsstrahlung is generated at all.
  • the anode is in particular designed such that it serves exclusively to generate the X-radiation, in particular the characteristic X-radiation, and not also to decelerate the electrons.
  • the layer thickness would advantageously be 8 ⁇ m or less.
  • the target layer comprises in particular a material which has an atomic number between 42 and 74.
  • Materia ⁇ lien this atomic number are suitable for the generation of X-rays. These are, for example, molybdenum with the atomic number 42 or tungsten with the atomic number 74.
  • the anode comprises a holder on which the thin tar ⁇ get Mrs is arranged.
  • the holder is a
  • the holder is in particular a flat disc, on which the thin target layer can be applied.
  • the holder may in particular have different geometries.
  • the thin target layer is in particular a metal layer, which can be applied to the mount, for example, by known deposition methods.
  • the holder may be a diamond wheel.
  • the thickness of the holder is in particular ⁇ special again lower than the electron range in the disc material. This has the advantage that even in the Hal ⁇ sion little bremsstrahlung is generated by interaction with the electrons. The electrons should leave the holder as far as possible with only little interaction and only be slowed down and collected by the collector.
  • the anode is thus preferably so thin that it is penetrated by the electrons. Due to the small overall thickness of target layer and holder, the advantage is thus ensured of generating only minimal bremsstrahlung. In particular ⁇ sondere the thinness of the support also causes mi ⁇ nimATOR heat development due to electron interaction.
  • the material of the holder has in particular an atomic number of 15 or lower. It is just about not to produce unwanted X-rays, no additional characteristic radiation of different wavelengths.
  • the atomic number of the support material should in particular be less than 15.
  • the anode has a plurality of target layers, which has materials of different atomic number. This has the advantage that with this arrangement, characteristic X-radiation of different energy ⁇ , depending on the target material can be produced. Different X-ray energies are necessary, for example, in order to adapt the radiation to the respectively required application or, in the case of diagnostic applications, to adapt the radiation energy to the patient. Depending on the dimensions of the patient, the energy of the X-ray radiation has to be adjusted in order to achieve a sufficiently high contrast
  • the materials of the target layers in particular at least 10 chairs vary in their atomic number of at least 3, such as at least 5, the Atomzah ⁇ len too close together, this also applies to the generatable characteristic radiation too.
  • target materials for example molybdenum and gadolinium or gadolinium and tungsten come into question.
  • the electron source is arranged to the anode and / or is in the arrangement of a device for guiding an electron beam comprises, so that the electrons can be accelerated perpendicular to the anode. This has the advantage that the electrons in the shortest path for the penetration of the
  • Anode can be sent, and thus in the anode only generate mi ⁇ nimal bremsstrahlung and ensure heat.
  • the anode and the electron source are arranged to be movable relative to each other, so that each target layer can be positioned in the electron beam. This has the advantage that characteristic X-ray radiation with adjustable energy can be generated with one and the same arrangement having only one electron source and one collector and only one anode structure.
  • the arrangement also has a shield, which is connected to the anode so that all not positioned in the electron beam target layers are shielded by this shield so that the target layers are not contaminated with material of the positioned in the electron beam target.
  • the arrangement with several different target layers allows the setting of a characteristic wavelength. This arrangement is of particular advantage for diagnostic methods in which different x-ray energies are used.
  • the different images can also be advantageously used in subtraction angiography.
  • the X-ray device comprises a ⁇ An order for generating X-radiation with an electron source for emitting an electron beam, an anode and a collector.
  • Electron source and the anode are configured to be accelerated upon the application of a positive electrical ⁇ 's potential to the anode electrons from the electron source toward an anode, wherein the anode is configured to emit X-ray radiation upon interaction with electrons and wherein the collector so on - ordered and designed to electron, which penetrate the anode, decelerate and catch. All other embodiments of the arrangement are also encompassed, for example, by the X-ray device. This then also has the ⁇ written benefits of the invention.
  • the arrangement according to the invention particularly improves the diagnostic applications of X-ray radiation, such as, for example, subtraction angiography.
  • X-ray radiation such as, for example, subtraction angiography.
  • Embodiments of the present invention will be described by way of example with reference to FIGS . 1 to 4 of the attached drawing. Showing:
  • FIG. 1 shows the schematic arrangement of electron source
  • FIG 2 to Figure 4 shows the schematic arrangement with an anode 20 with multiple targets 211, 212nd
  • FIG. 1 schematically shows a cross section through the arrangement for generating X-ray radiation.
  • the electron source 1 is generally shown as a rectangle. This can be arranged on an axis with anode 20 and collector 3, as shown in Figure 1, but can also be arranged laterally offset from this axis.
  • the electron source 1 can not initially be applied directly to the anode 20. be directed and the emitted electron beam is then z. B. directed by another device for deflecting the electrons to the anode 20.
  • the anode 20 is greatly simplified as a rectangle Darge ⁇ provides. From the side of the electron source 1, the anode 20 comprises the target 21, a thin layer on the holder 22. In the electron direction behind the anode 20, the collector 3 is still shown. This is in turn shown greatly simplified as a rectangle with trapezoidal cutout. This section indicates the inlet for the electrons. In this cavity, which is shown in cross-section, an electromagnetic field for decelerating the electrons can be generated.
  • the electrons can reach arbitrary paths, but the electron source 1 and the anode 20 are arranged and configured so that the electron beam strikes the anode 20 perpendicularly.
  • the holder 22 it is in particular a flat disc on which the thin target layer 22 is playing as applied as a coating at ⁇ .
  • the material of the holder 22 is a material of low atomic number, in particular less than 15, since it is intended to generate only the lowest possible X-ray radiation by interaction of the electrons.
  • the material of the holder 22 is a diamond disk.
  • the coating with the target material 21, however, has a high atomic number, in particular between 42 and 74.
  • the arrangement with the collector 3 has the advantage that it is part of the circuit.
  • the collector 3 can be brought to an electrical potential, which decelerates the electrons before impinging on further material. This has the advantage of minimizing the heat generated by the electron interaction. Furthermore the further generation of Bremsstrahlung is minimized by interaction of the electrons with the collector material.
  • the collector 3 as part of the circuit, the electrons are not only collected, but can continue to be used. That is, by collecting the electrons, the entire assembly becomes electrically much more efficient than previous arrangements in which the once-emitted electrons were lost.
  • FIG. 2 shows, in the same schematic representation as in FIG.
  • FIG. 1 an embodiment of the arrangement with a plurality of target layers 211, 212.
  • the anode 20 is shown again schematically as a rectangle, with the holder 22 on which the thin target layers 211, 212 are applied.
  • brin supply known coating methods can be used, depending on which target material to it han delt to ⁇ .
  • a shield 23 is shown very schematically. This shielding, shown in cross-section, is intended to ensure contamination of the respectively unused target 211, 212.
  • Figures 3 and 4 show the same structure as in Figure 2, except that each one of the target layer 211 was 212 sitioned so po- that the electron makes this vertically and centrally enters after passing through the anode 20 into the Kol ⁇ lecturer. 3
  • the direction of the electron is indicated by an arrow from the electron source 1 to the anode 20.
  • the electrons are accelerated to the anode with different energies El, E2, ie different anode potentials.
  • 212 a entspre ⁇ sponding acceleration voltage for the electrons from the electron source 1 is applied to the anode 20th
  • the electrons in the respective target material can generate characteristic X-radiation.
  • the electrons that have penetrated the anode 20 and then hit the collector 3 can turn there be braked with adjusted potential. That is, the Kol ⁇ lecturer 3 is especially designed so that it can decelerate electrons of different energy.
  • tungsten can be used as the second target material 212 ⁇ the first target material 211 and molybdenum.
  • the characteristic K a -line energy for tungsten is around 59 keV, for molybdenum it is around 17 keV. Accordingly, the electrons are accelerated to the molybdenum target with a lower anode voltage than to the tungsten target. For example, electrons of 2 to 3 times, in particular up to 4 times, energy are used. The anode voltages are therefore in particular in a range between about 40 kV up to 240 kV.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung und ein Röntgenstrahlgerät mit einer Elektronenquelle (1), einer Anode (20), welche bei Wechselwirkung mit auftreffenden Elektronen Röntgenstrahlung emittiert und einem Kollektor (3), der die Elektronen abbremst und auffängt, die die Anode (20) durchdringen. Durch das Abbremsen und Auffangen der Elektronen nach Durchdringen der Anode (20) wird die weitere Wechselwirkung dieser Elektronen, beispielsweise mit der Abschirmung der Anordnung vermieden und die unerwünschte Erzeugung von weiterer Bremsstrahlung minimiert. Auch elektrische Leistungsverluste werden minimiert. Durch eine Anordnung mehrerer Targets (21) mit Materialien unterschiedlicher Atomzahl auf der Halterung (22) der Anode (20) kann charakteristische Röntgenstrahlung unterschiedlicher Energie erzeugt werden, angepasst auf die jeweilige diagnostische Anwendung beziehungsweise Anforderung bezüglich der Patientengröße.

Description

Beschreibung
Monochromatische Röntgenquelle Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erzeu¬ gung von Röntgenstrahlung sowie ein Röntgenstrahlgerät .
Bisher bekannte Röntgenquellen sind beispielsweise Röntgenröhren, welche ein weites Wellenlängenspektrum an Röntgen- Strahlung erzeugen. Insbesondere ist von dem Wellenlängenspektrum die Bremsstrahlung mit umfasst. Für verschiedene Anwendungen, insbesondere in der medizinischen Diagnostik, ist jedoch eine Minimierung der Röntgendosis bei gleicher Bildqualität das oberste Ziel. Zur Erzeugung von guten kontrast- reichen Röntgenbildern ist die charakteristische Röntgenstrahlung ausschlaggebend. Die Bremsstrahlung soll reduziert werden .
Bisher war es notwendig, zur Verbesserung der Bildqualität, insbesondere des Kontrasts, große Mengen an Kontrastmittel zu verwenden, insbesondere jodhaltige Kontrastmittel.
Bisher bekannte Ansätze zur Dosisminimierung durch Reduktion der Bremsstrahlung arbeiten mit einer Filterung der Strah- lung, beispielsweise durch metallische Filter. Dies hat je¬ doch den Nachteil, dass dadurch auch die charakteristische Strahlung im Spektrum erheblich mit reduziert wird.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Quelle für Röntgen- Strahlung anzugeben, die keine störende Bremsstrahlung aussendet, welche für diagnostische Anwendungen gefiltert werden müsste .
Die Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Anordnung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung umfasst eine Elektronenquelle zur Aussendung eines Elektronenstrahls, eine Anode sowie einen Kollektor. Dabei sind Elektronenquelle und Anode so ausgestaltet, dass bei An- legen eines positiven elektrischen Potentials an die Anode Elektronen von der Elektronenquelle in Richtung Anode beschleunigbar sind. Als Elektronenquelle kann z. B. eine
Elektronenkanone oder eine kalte Kathode verwendet werden. Eine Elektronenquelle liefert also die Elektronen, die zur Anode hin beschleunigt werden. Die Anode ist dabei so ausge¬ staltet, dass bei Wechselwirkung mit Elektronen Röntgenstrahlung von der Anode emittiert wird und der Kollektor ist so angeordnet und ausgestaltet, dass Elektronen, die die Anode durchdringen, vom Kollektor abgebremst und aufgefangen wer- den. Die Anordnung mit dem Kollektor hat den Vorteil, dass alle abgebremsten und aufgefangenen Elektronen keine weitere Bremsstrahlung innerhalb der Anordnung erzeugen können. D.h., durch das Abbremsen und Auffangen der durch die Anode durchgegangenen Elektronen wird die Bremsstrahlung, die in der An- läge erst nach Durchdringen der Anode entsteht bzw. entstehen würde, reduziert. Ein weiterer Vorteil der Anordnung mit dem Kollektor ist die Verminderung der Wärmeerzeugung durch Wechselwirkung von Elektronen im Abschirmungsmaterial. Bei dem Kollektor handelt es sich also nicht nur um eine standardmäßige Abschirmung der Elektronen. Die Anordnung weist einen aktiven Kollektor auf, der die Elektronen abbremst und sammelt, damit Elektronenverluste verhindert wer¬ den, keine zusätzliche Bremsstrahlung in einer Abschirmung entsteht und dadurch auch die Wärmeentwicklung minimiert wird .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kollektor der Anordnung als Teil eines elektrischen Strom- kreises ausgestaltet, so dass die aufgefangenen Elektronen im Stromkreis gehalten werden, wodurch elektrische Leistungsverluste minimiert sind. Die Elektronen sind also nicht verlo¬ ren, sondern können über den Kollektor, der als Teil des Stromkreises schaltbar ist, der Röntgenstrahlungserzeugung wieder zugeführt werden. Dadurch ist die erfindungsgemäße An¬ ordnung elektrisch höchst effektiv. Insbesondere ist dabei an den Kollektor ein elektrisches Po¬ tential anlegbar. Dieses dient vorteilhafterweise dazu, die ankommenden Elektronen abzubremsen. Der Kollektor ist dabei insbesondere so ausgestaltet, dass die ankommenden Elektronen ein elektrisches Feld, das durch dieses angelegte elektrische Potential bewirkbar ist, durchlaufen und darin abgebremst werden. Die an den Kollektor angelegte Spannung führt insbesondere auch dazu, dass die durch die Anode durchdringenden Elektronen zum Kollektor hin ausgerichtet werden. Dies hat den Vorteil, dass bei Auftreffen auf den Kollektor bzw. auf eine Abschirmung nach Durchlaufen dieses elektrischen Feldes die Elektronen nur noch so geringe Energien besitzen, dass keine oder zumindest kaum Bremsstrahlung erzeugt wird.
Eine alternative Methode zur Reduktion der Bremsstrahlung ei- ner Röntgenquelle ist aus der Patentschrift US 7 436 931 B2 bekannt. Diese beschreibt eine monochromatische Röntgenquel¬ le, die sich der gerichteten Auskopplung der charakteristischen Strahlung bedient. Die Elektronen jedoch laufen in dieser Ausgestaltung in einen Unterbau unter der Anode, in dem sie abgebremst werden. Dieser Unterbau muss jedoch mit einem Kühlsystem versorgt werden, da die auftreffenden Elektronen dort für eine hohe Wärmeentwicklung durch Wechselwirkung mit dem Material sorgen, wobei auch wiederum Grenzstrahlung entstehen kann. Eine derartige Ausgestaltung ist daher elek- trisch und wärmetechnisch höchst ineffizient.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Anode wenigstens eine dünne Targetschicht, deren Schichtdicke geringer ist als die Elektronenreichweite in dem Material der Schicht. Diese Targetschicht der Anode dient zur Erzeugung der charakteristischen Röntgenstrahlung. Durch die geringe Schichtdicke wird gewährleistet, dass nur ein Minimum an Bremsstrahlung überhaupt erzeugt wird. Natürlich muss eine gewisse Schichtdicke gewährleistet sein, um auch die ge¬ wünschte Intensität der charakteristischen Strahlung in der Targetschicht zu erzeugen. Ist die Schichtdicke aber geringer als die Elektronenreichweite in dem Material, werden ausrei- chend viele Elektronen noch mit hoher Energie durch das Mate¬ rial durchdringen, ohne darin durch Wechselwirkung viel
Bremsstrahlung zu erzeugen. Die Elektronen können ja dann mit dem Kollektor abgebremst und aufgefangen werden. D.h., die Anode ist insbesondere so ausgestaltet, dass sie ausschließ- lieh zur Erzeugung der Röntgenstrahlung, insbesondere der charakteristischen Röntgenstrahlung, dient, und nicht auch noch zum Abbremsen der Elektronen. Für Wolfram als Targetschichtmaterial beispielsweise würde demnach die Schichtdicke vorteilhafterweise 8 ym oder weniger betragen.
Die Targetschicht umfasst dabei insbesondere ein Material, welches eine Atomzahl zwischen 42 und 74 aufweist. Materia¬ lien dieser Atomzahl sind zur Erzeugung von Röntgenstrahlung geeignet. Dies sind beispielsweise Molybdän mit der Atomzahl 42 oder Wolfram mit der Atomzahl 74.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Anode eine Halterung, auf welcher die dünne Tar¬ getschicht angeordnet ist. Dabei ist die Halterung eine
Scheibe, deren Dicke geringer ist als die Elektronenreichwei¬ te in dem Scheibenmaterial. D.h., die Halterung ist insbesondere eine flächige Scheibe, auf die die dünne Targetschicht aufgebracht werden kann. Die Halterung kann insbesondere unterschiedliche Geometrien aufweisen. Die dünne Targetschicht ist insbesondere eine Metallschicht, welche beispielsweise durch bekannte Abscheideverfahren auf die Halterung aufgebracht werden kann. Beispielsweise kann die Halterung eine Diamantscheibe sein. Die Dicke der Halterung ist dabei insbe¬ sondere wieder geringer als die Elektronenreichweite in dem Scheibenmaterial. Dies hat den Vorteil, dass auch in der Hal¬ terung nur wenig Bremsstrahlung durch Wechselwirkung mit den Elektronen erzeugt wird. Die Elektronen sollen die Halterung möglichst mit nur geringer Wechselwirkung wieder verlassen und erst durch den Kollektor abgebremst und aufgefangen werden. Die Anode ist also vorzugsweise so dünn, dass sie von den Elektronen durchdrungen wird. Durch die geringe Gesamtdicke von Targetschicht und Halterung ist also der Vorteil ge- währleistet, nur minimale Bremsstrahlung zu erzeugen. Insbe¬ sondere die geringe Dicke der Halterung bewirkt auch eine mi¬ nimierte Wärmeentwicklung durch Elektronenwechselwirkung.
Das Material der Halterung weist dabei insbesondere eine Atomzahl von 15 oder niedriger auf. Dabei geht es eben darum, keine unerwünschte Röntgenstrahlung, auch keine zusätzliche charakteristische Strahlung anderer Wellenlänge, zu erzeugen.
Anforderungen an die Halterung sind dementsprechend insbeson- dere deren Dicke, die z. B. geringer gewählt wird als die
Reichweite von Elektronen in diesem Material. Außerdem soll die Atomzahl des Halterungsmaterials insbesondere geringer als 15 sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Anode eine Mehrzahl an Targetschichten auf, welche Materialien unterschiedlicher Atomzahl aufweist. Dies hat den Vorteil, dass mit dieser Anordnung charakteristische Röntgen¬ strahlung unterschiedlicher Energie, je nach Targetmaterial, erzeugt werden kann. Unterschiedliche Röntgenenergien sind beispielsweise notwendig, um die Strahlung auf die jeweilig notwendige Anwendung anzupassen bzw. bei diagnostischen Anwendungen die Strahlungsenergie auf den Patienten anzupassen. Je nach Patientenmaßen muss die Energie der Röntgenstrahlung angepasst werden, um ein ausreichend gutes kontrastreiches
Bild zur Diagnose zu erhalten. Dies ist insbesondere mit der vorliegenden Anordnung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mit unterschiedlichen Targetmaterialien möglich. Insbesondere unterscheiden sich die Materialien der Targetschichten in ihrer Atomzahl um mindestens 3, beispielsweise mindestens 5, insbesondere mindestens 10. Liegen die Atomzah¬ len zu nahe beieinander, trifft dies auch auf die erzeugbare charakteristische Strahlung zu. Als Paar an Targetmaterialien kommen beispielsweise Molybdän und Gadolinium oder Gadolinium und Wolfram in Frage. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Elektronenquelle so zur Anode angeordnet und/oder ist in der Anordnung einer Vorrichtung zur Lenkung eines Elektronenstrahls umfasst, so dass die Elektronen senkrecht auf die Anode beschleunigbar sind. Dies hat den Vorteil, dass die Elektronen auf den kürzesten Weg für die Durchdringung der
Anode geschickt werden können, und somit in der Anode nur mi¬ nimal Bremsstrahlung erzeugen und für eine Wärmeentwicklung sorgen . Insbesondere sind die Anode und die Elektronenquelle relativ zueinander bewegbar angeordnet, so dass jede Targetschicht im Elektronenstrahl positionierbar ist. Dies hat also den Vorteil, dass mit ein und derselben Anordnung mit nur einer Elektronenquelle und einem Kollektor sowie nur einem Anoden- aufbau charakteristische Röntgenstrahlung mit einstellbarer Energie erzeugbar ist.
Vorzugsweise weist die Anordnung noch eine Abschirmung auf, welche mit der Anode so verbunden ist, dass alle nicht im Elektronenstrahl positionierten Targetschichten durch diese Abschirmung so abschirmbar sind, dass die Targetschichten nicht mit Material des im Elektronenstrahl positionierten Targets kontaminierbar sind. Die Anordnung mit mehreren verschiedenen Targetschichten erlaubt die Einstellung einer charakteristischen Wellenlänge. Diese Anordnung ist von besonderem Vorteil für Diagnosemetho¬ den, bei denen unterschiedliche Röntgenenergien gebraucht werden. Neben der Anpassung der Röntgenenergien auf die Maße, wie Gewicht und Volumen, eines Patienten, können die unterschiedlichen Bilder auch in der Subtraktionsangiographie vorteilhaft eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Röntgenstrahlgerät umfasst also eine An¬ ordnung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mit einer Elektronenquelle zur Aussendung eines Elektronenstrahls, einer Anode sowie einem Kollektor. Elektronenquelle und Anode sind dabei so ausgestaltet, dass bei Anlegen eines positiven elektri¬ schen Potentials an die Anode Elektronen von der Elektronenquelle in Richtung einer Anode beschleunigbar sind, wobei die Anode ausgestaltet ist, bei Wechselwirkung mit Elektronen Röntgenstrahlung zu emittieren und wobei der Kollektor so an- geordnet und ausgestaltet ist, Elektronen, die die Anode durchdringen, abzubremsen und aufzufangen. Auch alle weiteren Ausführungsformen der Anordnung sind beispielsweise von dem Röntgenstrahlgerät umfasst. Dieses weist dann auch die be¬ schriebenen Vorteile der Erfindung auf.
Die erfindungsgemäße Anordnung verbessert demnach besonders die diagnostischen Anwendungen von Röntgenstrahlung, wie beispielsweise die Subtraktionsangiographie . Durch die reduzier¬ te Bremsstrahlung und sehr energiegenaue charakteristische Strahlung kann die Menge an jodhaltigen Kontrastmitteln reduziert werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in exemplarischer Weise mit Bezug auf die Figuren 1 bis 4 der ange¬ hängten Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
Figur 1 die schematische Anordnung von Elektronenquelle 1,
Anode 20 und Kollektor 3 und
Figur 2 bis Figur 4 die schematische Anordnung mit einer Anode 20 mit mehreren Targets 211, 212.
Die Figur 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch die Anordnung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung. Dabei ist die Elektronenquelle 1 allgemein als Rechteck dargestellt. Diese kann auf einer Achse mit Anode 20 und Kollektor 3 angeordnet sein, wie in Figur 1 gezeigt, kann jedoch auch seitlich versetzt von dieser Achse angeordnet sein. Insbesondere kann die Elektronenquelle 1 zunächst nicht direkt auf die Anode 20 ge- richtet sein und der emittierte Elektronenstrahl wird dann z. B. durch eine weitere Vorrichtung zur Ablenkung der Elektronen auf die Anode 20 gerichtet. Auch die Anode 20 ist stark vereinfacht als Rechteck darge¬ stellt. Von der Seite der Elektronenquelle 1 her umfasst die Anode 20 das Target 21, eine dünne Schicht auf der Halterung 22. In Elektronenrichtung hinter der Anode 20 ist noch der Kollektor 3 gezeigt. Dieser ist wiederum stark vereinfacht als Rechteck mit trapezförmigem Ausschnitt gezeigt. Dieser Ausschnitt deutet den Einlass für die Elektronen an. In diesem im Querschnitt gezeigten Hohlraum kann ein elektromagneti- sches Feld zur Abbremsung der Elektronen erzeugt werden.
Von der Elektronenquelle 1 zur Anode 20 können die Elektronen also auf beliebigen Bahnen gelangen, jedoch sind Elektronenquelle 1 und Anode 20 so angeordnet und ausgestaltet, dass der Elektronenstrahl senkrecht auf die Anode 20 auftrifft. Bei der Halterung 22 handelt es sich insbesondere um eine flächige Scheibe, auf die die dünne Targetschicht 22 bei¬ spielsweise als eine Beschichtung aufgebracht ist. Bei dem Material der Halterung 22 handelt es sich um ein Material niedriger Atomzahl, insbesondere kleiner als 15, da darin nur möglichst geringe Röntgenstrahlung durch Wechselwirkung der Elektronen erzeugt werden soll. Insbesondere handelt es sich bei dem Material der Halterung 22 um eine Diamantscheibe. Die Beschichtung mit dem Targetmaterial 21 hingegen weist eine hohe Atomzahl insbesondere zwischen 42 und 74 auf.
Im Gegensatz zu bisherigen Anordnungen zur Erzeugung von Röntgenstrahlung hat die Anordnung mit dem Kollektor 3 den Vorteil, dass dieser ein Teil des Stromkreises ist. Zum einen kann der Kollektor 3 auf ein elektrisches Potential gebracht werden, das die Elektronen vor dem Auftreffen auf weiteres Material abbremst. Dies hat den Vorteil, die Wärmeerzeugung durch die Elektronenwechselwirkung zu minimieren. Außerdem wird die weitere Erzeugung von Bremsstrahlung durch Wechselwirkung der Elektronen mit dem Kollektormaterial minimiert. Durch den Kollektor 3 als Teil des Stromkreises werden die Elektronen nicht nur aufgefangen, sondern können auch weiter genutzt werden. D.h., durch das Auffangen der Elektronen wird die gesamte Anordnung elektrisch viel effizienter als bisherige Anordnungen, in denen die einmal emittierten Elektronen verloren waren. Die Figur 2 zeigt in der gleichen schematischen Darstellung wie Figur 1 eine Ausführungsform der Anordnung mit mehreren Targetschichten 211, 212. Die Anode 20 ist wieder schematisch als Rechteck gezeigt, mit der Halterung 22, auf die die dünnen Targetschichten 211, 212 aufgebracht sind. Für diese Auf- bringung können bekannte Beschichtungsverfahren herangezogen werden, je nachdem, um welches Targetmaterial es sich han¬ delt. Zwischen den Targetschichten 211, 212 ist wiederum stark schematisch eine senkrechte Barriere, eine Abschirmung 23, gezeigt. Diese im Querschnitt gezeigte Abschirmung soll eine Kontamination des jeweils nicht verwendeten Targets 211, 212 gewährleisten.
Die Figuren 3 und 4 zeigen den gleichen Aufbau wie in Figur 2, nur dass jeweils eine der Targetschichten 211, 212 so po- sitioniert wurde, dass der Elektronenstrahl diese senkrecht trifft und nach Durchdringen der Anode 20 zentral in den Kol¬ lektor 3 eintritt. In den Figuren 3 und 4 ist jeweils durch einen Pfeil von der Elektronenquelle 1 hin zur Anode 20 die Elektronenrichtung angezeigt. Die Elektronen werden mit un- terschiedlichen Energien El, E2, also unterschiedlichen Anodenpotentialen, auf die Anode beschleunigt. Je nach Material der Targetschicht 211, 212 wird an die Anode 20 eine entspre¬ chende Beschleunigungsspannung für die Elektronen aus der Elektronenquelle 1 angelegt. Entsprechend dieser unterschied- liehen Beschleunigungsspannung können die Elektronen in dem jeweiligen Targetmaterial charakteristische Röntgenstrahlung erzeugen. Die Elektronen, die die Anode 20 durchdrungen haben und dann auf den Kollektor 3 treffen, können dort wiederum mit angepasstem Potential abgebremst werden. D.h., der Kol¬ lektor 3 ist insbesondere so ausgestaltet, dass er Elektronen unterschiedlicher Energie abbremsen kann. Beispielsweise können Wolfram als erstes Targetmaterial 211 und Molybdän als zweites Targetmaterial 212 eingesetzt wer¬ den. Während die charakteristische Ka-Linien-Energie bei Wolfram um die 59 keV liegt, beträgt diese für Molybdän um die 17 keV. Dementsprechend werden die Elektronen auf das Mo- lybdäntarget mit einer geringeren Anodenspannung beschleunigt als auf das Wolframtarget . Beispielsweise werden Elektronen einer 2- bis 3fachen, insbesondere bis zu 4fachen, Energie verwendet. Die Anodenspannungen liegen demnach insbesondere in einem Bereich zwischen etwa 40 kV bis zu 240 kV.

Claims

Patentansprüche
Anordnung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mit
einer Elektronenquelle (1) zur Aussendung eines Elektro¬ nenstrahls,
einer Anode (20) und
einem Kollektor (3) ,
wobei Elektronenquelle (1) und Anode (20) so ausgestaltet sind, dass bei Anlegen eines positiven elektrischen Potentials an die Anode (20) Elektronen von der Elektronenquelle (1) in Richtung Anode (20) beschleunigbar sind, wobei die Anode (20) ausgestaltet ist, bei Wechselwirkung mit Elektronen Röntgenstrahlung zu emittieren und
wobei der Kollektor (3) so angeordnet und ausgestaltet ist, Elektronen, die die Anode (20) durchdringen, abzu¬ bremsen und aufzufangen.
2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Kollektor (3) ein Teil eines elektrischen Stromkreises und ausgestaltet ist, die aufgefangenen Elektronen im Stromkreis zu halten und dadurch elektrische Leistungsverluste zu minimieren.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei an den Kollektor (3) ein elektrisches Potential anlegbar ist.
4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anode (20) wenigstens eine dünne Targetschicht (21) umfasst, deren Schichtdicke geringer ist als die Elektronenreichweite in dem Material der Schicht (21) .
5. Anordnung nach Anspruch 4, wobei die Targetschicht (21) ein Material mit Atomzahl zwischen 42 und 74 aufweist.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Anode (20) eine Halterung (22) umfasst, auf welcher die dünne Target¬ schicht (21) angeordnet ist, wobei die Halterung (22) eine Scheibe ist, deren Dicke ge¬ ringer ist als die Elektronenreichweite in dem Scheibenma¬ terial .
7. Anordnung nach Anspruch 6, wobei das Material der Halterung (22) eine Atomzahl von 15 oder niedriger aufweist.
8. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anode (20) eine Mehrzahl an Targetschichten (211, 212) um- fasst, welche Materialien unterschiedlicher Atomzahl aufweisen .
9. Anordnung nach Anspruch 8, wobei sich die Materialien der Targetschichten (211, 212) in ihrer Atomzahl um mindestens 3, insbesondere mindestens 5 unterscheiden.
10. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektronenquelle (1) so zur Anode (20) angeordnet ist und/oder wobei die Anordnung eine Vorrichtung zur Lenkung eines Elektronenstrahls aufweist, welche so ausgestaltet ist, dass die Elektronen senkrecht auf die Anode (20) beschleunig¬ bar sind.
11. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anode (20) und die Elektronenquelle (1) relativ zueinan¬ der bewegbar angeordnet sind, so dass jede Targetschicht (211, 212) im Elektronenstrahl positionierbar ist.
12. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anode (20) eine Abschirmung (23) aufweist, durch welche alle nicht im Elektronenstrahl positionierten Targetschichten (211, 212) so abschirmbar sind, dass diese nicht mit Material der im Elektronenstrahl positionierten Targetschicht (211, 212) kontaminierbar sind.
13. Röntgenstrahlgerät mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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