Beschreibung

RöntgendosismessVorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Röntgendosismessvorrichtung.

Röntgendosismessvorrichtungen werden in der Radiographie und in der Mammographie verwendet, um einerseits den Anteil an Falschbelichtungen bei Röntgenbildern verringern und um ande- rerseits eine Strahlenbelastung zu vermeiden.

In der DE 37 41 760 C2 ist eine in der Radiographie einsetzbare Röntgendiagnostikeinrichtung offenbart, die mit einer automatischen Röntgenbelichtung arbeitet. Bei der bekannten Röntgendiagnostikeinrichtung ist eine Röntgendosismessvorrichtung zwischen einem von Röntgenstahlen durchstrahlten Patienten und einem Röntgenbilddetektor (Film-Folien-System) angeordnet .

Eine derartige Röntgendosismessvorrichtung ist als dünne, flächige Ionisationskammer (Iontomat-Kammer) in der Größe des Röntgenbilddetektors ausgeführt. Die Messfelder bestehen aus 2 μm bis 3 μm dicken Bleischichten und sind im Röntgenbild erkennbar. Aufgrund des konstruktiven Aufbaus der Ionisati- onskammer sind die vom Röntgenbilddetektor aufgenommenen Röntgenbilder nicht ganz schattenfrei.

In der Mammographie mit einer gegenüber der Radiographie wei ^¬ cheren Röntgenstrahlung ist die Schattenbildung im Röntgen- bild durch die stark absorbierenden Bleischichten der Ionisationskammer zu stark. Bei der Mammographie ist die Röntgendo ^¬ sismessvorrichtung deshalb nicht - wie bei der Radiographie - zwischen dem Patienten und dem Röntgenbilddetektor, sondern hinter dem Röntgenbilddetektor angeordnet. Die Röntgendosis- messvorrichtung muss damit die Röntgenstrahlung auswerten, die nicht vom Röntgenbilddetektor absorbiert worden ist. Die automatische Röntgenbelichtung ist damit vom Absorptionsvermögen des Röntgenbilddetektors abhängig. Bei Verwendung von

Film-Folien-Systemen muss für verschiedene Film-Folien- Systeme separat kalibriert werden. Da digitale Festkörperde ^¬ tektoren eine höhere Absorption aufweisen als Film-Folien- Systeme erhält die Röntgendosismessvorrichtung damit nur eine entsprechend geringere Röntgenstrahlendosis zur Auswertung der Röntgendosis . Aufgrund der Variabilität der abzubildenden Objekte müssen mehrere relativ große, als Silizium-PIN-Dioden ausgebildete Messfelder (jeweils einige 10 cm ² ) vorhanden sein. Die Kosten der Röntgendosismessvorrichtung sind damit abhängig von der Zahl der Messkanäle.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine konstruktiv einfach aufgebaute Röntgendosismessvorrichtung zu schaffen, die ein aufgenommenes Röntgenbild möglichst wenig verfälscht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Röntgendosismess ^¬ vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal ^¬ tungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von weiteren An- Sprüchen.

Die erfindungsgemäße Röntgendosismessvorrichtung umfasst eine erste Kondensatorplatte und eine zweite Kondensatorplatte, die in einer Kammer angeordnet sind oder Teile einer Kammer bilden, wobei die Kammer mit einem gasförmigen Medium gefüllt ist, und wobei die erste Kondensatorplatte auf ihrer der zweiten Kondensatorplatte zugewandten Seite ein aktives Mess ^¬ feld aufweist, und die zweite Kondensatorplatte auf ihrer der ersten Kondensatorplatte zugewandten Seite eine Elektronen emittierende Röntgenabsorptionsschicht aufweist.

Bei der Röntgendosismessvorrichtung nach Anspruch 1 ist durch die Anordnung des aktiven Messfeldes auf der ersten Kondensa ^¬ torplatte und der Elektronen emittierenden Röntgenabsorpti- onsschicht auf der zweiten Kondensatorplatte die elektrische Funktion des aktiven Messfeldes getrennt von der Absorption der Röntgenstrahlen (Quantenabsorption) und der damit verbundenen Elektronenfreisetzung.

Die für die Messung der Röntgendosis unabdingbare Quantenab ^¬ sorption findet bei der erfindungsgemäßen Röntgendosismess- vorrichtung in zwei Schichten statt, die sich im Hinblick auf das aufzunehmende Röntgenbild homogen verhalten: Zum einen im gasförmigen Medium und zum im anderen aktiven Messfeld.

Die Kammer der Röntgendosismessvorrichtung wird für die Messung der Röntgendosis bei einem Patienten zwischen dem von Röntgenstrahlen durchstrahlten Patienten und dem Röntgenbild- detektor angeordnet. Da die Kammer nur einen kleinen Anteil der Röntgenstrahlung (kleiner 10 %) absorbiert und in ein Messsignal umwandelt, werden die vorgenannten Nachteile ver ^¬ mieden. Daraus resultiert eine deutlich geringere Anzahl von Fehlbelichtungen in der Mammographie, die die geringfügig hö ^¬ here Röntgenstrahlendosis (zum Ausgleich der Absorption der Röntgenstrahlen in der Kammer) mehr als kompensiert.

Durch die Anordnung der Kammer vor dem Röntgenbilddetektor ist das Messsignal von der Beschaffenheit des Röntgenbildde- tektors unabhängig. Weiterhin kann die Messfeldgeometrie im gesamten Röntgenbildfeld beliebig angeordnet werden und ist damit weitgehend frei wählbar.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass die erste Kondensatorplatte und die zweite Kondensatorplatte entweder in einer Kammer angeordnet sind oder alternativ dazu, Teile ei ^¬ ner Kammer bilden. Im zweiten Fall bilden beispielsweise die erste Kondensatorplatte und die zweite Kondensatorplatte je- weils eine Wand der Kammer und die weiteren Wände der Kammer sind von einem Rahmen gebildet. Ein derartiger konstruktiver Aufbau gewährleistet eine montagetechnisch besonders einfache Herstellung.

Das auf der ersten Kondensatorplatte angeordnete aktive Mess ^¬ feld ist beispielsweise von einer Aluminiumschicht gebildet und/oder weist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestal-

tung eine Schichtdicke zwischen ca. 50 nm und ca. 200 nm, vorzugsweise von 100 nm, auf.

Die Elektronen emittierende Röntgenabsorptionsschicht besteht vorzugsweise aus Blei und/oder weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Schichtdicke zwischen ca. 0,1 μm und ca. 3,0 μm, vorzugsweise von 0,3 μm, auf.

Eine kompakte, insbesondere flache Bauweise bei gleichzeitig guten Detektierungseigenschaften wird gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röntgen- dosismessvorrichtung erreicht, wenn der Abstand zwischen der ersten Kondensatorplatte und der zweiten Kondensatorplatte zwischen ca. 1 mm und ca. 6 mm, vorzugsweise 2 mm, beträgt.

Durch die Ausführung der ersten Kondensatorplatte und der zweiten Kondensatorplatte in Sandwichbauweise wird die mecha ^¬ nische Stabilität der beiden Kondensatorplatten und somit die mechanische Stabilität der gesamten Kammer der Röntgendosis- messvorrichtung erhöht und damit auf einfache Weise die so genannte Mikrophonie bekämpft .

Bei einer derartigen Sandwichbauweise kann beispielsweise die erste Kondensatorplatte aus einer Trägerplatte aus geschäum- tem Polystyrol (PS; Styropor) mit beidseitig aufgeklebten

Kunststofffolien bestehen, wobei das aktive Messfeld auf der Kunststofffolie aufgebracht ist, die der zweiten Kondensator ^¬ platte zugewandt ist.

Alternativ oder zusätzlich kann auch die zweite Kondensatorplatte aus einer Trägerplatte aus geschäumtem Polystyrol (PS; Styropor) mit beidseitig aufgeklebten Kunststofffolien bestehen, wobei die Elektronen emittierende Röntgenabsorptions ^¬ schicht auf der Kunststofffolie aufgebracht ist, die der ers- ten Kondensatorplatte zugewandt ist.

Die aufgeklebten Kunststofffolien weisen beispielsweise eine Schichtdicke zwischen ca. 5 μm und ca. 100 μm, vorzugsweise

von 15 μm, auf, wobei die Kunststofffolien aus Polyethylente- rephthalat (PET, PETP), Polyimid (PI; Kapton) oder ähnlichen Materialien bestehen können.

Eine kompakte, insbesondere flache Bauweise bei gleichzeitig guter Stabilität wird gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Röntgendosismessvor- richtung dadurch erreicht, dass die Trägerplatte der ersten Kondensatorplatte und/oder die Trägerplatte der zweiten Kon- densatorplatte jeweils eine Dicke zwischen ca. 1 mm und ca. 3 mm, vorzugsweise 2 mm, aufweist. Wird für die Trägerplatte ein geschäumtes Polystyrol mit einer Dichte zwischen ca. 20 mg/cm ³ und ca. 50 mg/cm ³ verwendet, dann ist die Kammer darüber hinaus auch noch entsprechend leicht.

Wird für die Kammer eine außenseitige elektrische Abschirmung benötigt und bilden die beiden Kondensatorplatten Teile der Kammer, dann ist es vorteilhaft, wenn diese Abschirmung von zwei Abschirmschichten gebildet ist, die auf den Kunststoff- folien aufgebracht sind, die an den abgewandten Seiten der beiden Trägerplatten angeordnet sind. Die Abschirmschichten bestehen vorzugsweise aus Aluminium und weisen z.B. eine Schichtdicke von ca. 100 nm auf.

In der einzigen Figur ist ein Ausführungsbeispiel einer Rönt- gendosismessvorrichtung gemäß der Erfindung in einer schematischen Schnittdarstellung gezeigt, ohne dass hierdurch eine Beschränkung der Erfindung auf das gezeigte Ausführungsbei ^¬ spiel erfolgt.

Die dargestellte Röntgendosismessvorrichtung umfasst erfindungsgemäß eine erste Kondensatorplatte 1 und eine zweite Kondensatorplatte 2, die in einer Kammer angeordnet sind oder Teile einer Kammer 4 bilden.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die erste Kondensatorplatte 1 und die zweite Kondensatorplatte 2 jeweils eine Wand der Kammer 4. Die weiteren Wände der Kammer 4 sind von

einem Rahmen gebildet, der aus Gründen der übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.

Die Kammer 4 ist erfindungsgemäß mit einem gasförmigen Medi- um, z.B. Luft, gefüllt. Im Rahmen der Erfindung sind jedoch auch andere gasförmige Medien, wie Edelgase oder Kohlenwas ^¬ serstoffVerbindungen, möglich.

Erfindungsgemäß weist die erste Kondensatorplatte 1 auf ihrer der zweiten Kondensatorplatte 2 zugewandten Seite ein aktives Messfeld 5 auf, das gemäß der dargestellten Ausführungsform von einer Aluminiumschicht von 100 nm gebildet und in drei Messfeldsegmente 5a, 5b, 5c segmentiert ist.

Weiterhin weist die zweite Kondensatorplatte 2 auf ihrer der ersten Kondensatorplatte 1 zugewandten Seite erfindungsgemäß eine Elektronen emittierende Röntgenabsorptionsschicht 6 auf, die im Ausführungsbeispiel aus unstrukturiertem Blei (homoge ^¬ ner Schichtaufbau) besteht und eine Schichtdicke von ca. 0,3 μm aufweist.

Die Röntgenabsorptionsschicht 6 absorbiert wegen ihrer hohen

Dichte und Kernladungszahl die auftreffende Röntgenstrahlung

(Röntgenphotonen, Röntgenquanten) sehr effektiv und erzeugt hierbei Elektronen. Da in der Mammographie nur niedrige Quan ^¬ tenenergien von ca. 18 keV angewandt werden, muss die Rönt ^¬ genabsorptionsschicht 6 sehr dünn, ca. 0,3 μm, sein, um nur einen geringen Teil der gesamten schon durch den Patienten geschwächten Röntgenstrahlung zu absorbieren. Durch die ge- ringe Dicke der Röntgenabsorptionsschicht 6 können viele E- lektronen aus der Röntgenabsorptionsschicht 6 entweichen und im Zwischenraum zwischen den beiden Kondensatorplatten 1, 2, in der sich das gasförmige Medium (Luft) befindet, weitere Elektron-Ion-Paare bilden, bis die gesamte kinetische Energie der Elektronen und der Ionen aufgebraucht ist. Das Messsignal ist aufgrund der Elektronen emittierenden Röntgenabsorptions ^¬ schicht 6 etwa dreimal so hoch wie bei einer Ionisation der Luft allein durch die Röntgenstrahlung.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste Kondensator ^¬ platte 1 über einen Operationsverstärker 7 an Masse gelegt, wobei der Operationsverstärker 7 als Strom-Spannungswandler mit einer sehr hohen Konversions-Konstante von beispielsweise 10 ⁹ V/A, beschaltet ist.

Weiterhin ist die zweite Kondensatorplatte 2 an eine Gleich ^¬ spannung U ₌ von vorzugsweise 300 V gelegt.

Bei der dargestellten Röntgendosismessvorrichtung beträgt der der Abstand zwischen der ersten Kondensatorplatte 1 und der zweiten Kondensatorplatte 2 lediglich 2 mm. Die Gesamtdicke der Kammer 4 beträgt damit nur 6,05 mm.

Der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der einzigen Figur ge ^¬ wählte Aufbau bei der ersten Kondensatorplatte 1 und bei der zweiten Kondensatorplatte 2 stellt jeweils eine Sandwichbau ^¬ weise dar. Dadurch wird die mechanische Stabilität der beiden Kondensatorplatten 1 und 2 und somit die mechanische Stabili ^¬ tät der gesamten Kammer 4 der Röntgendosismessvorrichtung erhöht und damit auf einfache Weise die so genannte Mikrophonie bekämpft. Als Mikrophonie werden in der Kammer 4 durch akus ^¬ tische Einflüsse erzeugte Störsignale bezeichnet.

Die dargestellte Sandwichbauweise wird bei der ersten Konden ^¬ satorplatte 1 dadurch realisiert, dass diese aus einer 2 mm dicken Trägerplatte 10 aus geschäumtem Polystyrol (PS; Styro- por) mit beidseitig aufgeklebten Kunststofffolien 11, 12 be- steht, wobei das aktive Messfeld 5 auf der Kunststofffolie 11 aufgebracht ist, die der zweiten Kondensatorplatte 2 zuge ^¬ wandt ist. Die aufgeklebten Kunststofffolien 11, 12 sind aus Polyethylenterephthalat (PET, PETP) gefertigt und weisen eine Schichtdicke von 15 μm auf.

Die Kunststofffolien 11, 12; 21, 22 sind auf beiden Seiten der Trägerplatten 10, 20 mit Sprühkleber großflächig homogen aufgeklebt und erhöhen die mechanische Stabilität beträcht-

lieh. Beide Trägerplatten 10, 20 bilden zusammen mit einem 2mm starken Plexiglasrahmen, der den mit Luft gefüllten Zwischenraum definiert, die Kammer 4.

Das Messfeld 5 (aus Aluminium) bzw. die Messfeldsegmente 5a, 5b, 5c einerseits und die Elektronen emittierende Röntgenab- sorptionsschicht 6 (aus Blei) andererseits müssen vor dem Verkleben in einem Vakuumprozess auf die Kunststofffolien 11, 12, 21, 22 aufgedampft werden. Die Messfeldsegmente 5a, 5b, 5c werden über eine Bedampfungsmaske inklusive Leiterbahnen zum Rand als kleine Kontaktflächen definiert. Die Kontaktie- rung nach außen erfolgt über in den Rahmen eingeklebte Lötanschlüsse. Diese werden beim Verkleben der Trägerplatten 10, 20 mit dem Rahmen über als Tropfen aufgebrachtes Leitsilber (elektrisch leitfähiges pastenförmiges Material, das Silber enthält) mit an kleine Kontaktflächen angepresst.

Bei der zweiten Kondensatorplatte 2 ist die Sandwichbauweise durch eine 2 mm dicke Trägerplatte 20 aus geschäumtem Po- lystyrol (PS; Styropor) mit beidseitig aufgeklebten Kunst ^¬ stofffolien 21, 22 realisiert, wobei die Elektronen emittie ^¬ rende Röntgenabsorptionsschicht 6 auf der Kunststofffolie 21 aufgebracht ist, die der ersten Kondensatorplatte 1 zugewandt ist. Die aufgeklebten Kunststofffolien 21, 22 bestehen aus Polyethylenterephthalat (PET, PETP) und weisen eine Schicht ^¬ dicke von 15 μm auf.

Wird für die Kammer 4 eine außenseitige elektrische Abschir- mung benötigt und bilden die beiden Kondensatorplatten 1, 2 Teile der Kammer 4, dann ist es vorteilhaft, wenn diese Ab ^¬ schirmung von zwei Abschirmschichten 13, 23 gebildet ist, die auf den Kunststofffolien 12, 22 aufgebracht sind, die an den abgewandten Seiten der beiden Trägerplatten 10, 20 angeordnet sind. Die Abschirmschichten 13, 23 bestehen vorzugsweise aus Aluminium und weisen z.B. eine Schichtdicke von ca. 100 nm auf .

Die dargestellte Röntgendosismessvorrichtung arbeitet nach dem Prinzip einer luftgefüllten Ionisationskammer. Wenn ionisierende Strahlung in den Raum zwischen die beiden Kondensatorplatten 1, 2 eintritt, werden die Luftatome ionisiert. Die Elektronen und die Ionen werden im elektrischen Feld, das zwischen der auf Masse liegenden ersten Kondensatorplatte 1 und der auf 300 V liegenden zweiten Kondensatorplatte 2 vor ^¬ handen ist, getrennt und ein messbarer Strom fließt.

Anders als bei der Iontomatkammer für die Radiographie, darf in die für Mammographien geeignete Kammer 4 für die Mammographie keinerlei Material zwischen die Kondensatorplatten 1, 2 außerhalb des Messfeldes 5 bzw. der Messfeldsegmente 5a, 5b, 5c eingebracht sein. Bei der in der Radiographie eingesetzten Iontomatkammer ist dieses Material mit den Kondensatorplatten 1, 2 verklebt, um die Stabilität gegen Mikrophoniestörungen zu erhöhen. Auch mit geschäumtem Polystyrol (Handelsname "Styropor"), einem der leichtesten bekannten Materialien (Dichte 20-50 mg/cm ³ ) , bleiben bei der in der Radiographie eingesetzten Iontomatkammer die Kanten bei den ausgeschnittenen Messfeldern unter Mammographiebedingungen sichtbar.

Die gesamte Absorption der Kammer 4 beträgt ca. 6 % bis 7 % bei einer Röntgenröhrenspannung von ca. 27 kV, einer Anode aus Molybdän (Mo) und 30 μm Mo-Filter. Diese Absorption ist jedoch über das gesamte Bildfeld homogen und damit nicht stö ^¬ rend im Röntgenbildfeld sichtbar. Die einzigen Strukturen der Kammer 4 im Röntgenbildfeld sind die aufgedampften Messfeld ^¬ segmente 5a, 5b, 5c aus Aluminium mit einer Schichtdicke von 100 nm. Diese bleiben jedoch auch bei der weichen Mammogra- phiestrahlung unsichtbar.