DD294119A5

DD294119A5 - FILTER AND METHOD FOR REDUCING RADIATION DENSITY

Info

Publication number: DD294119A5
Application number: DD32529789A
Authority: DD
Inventors: Kenneth E Demone; Earl J Mccutcheon
Original assignee: Rad/Red Laboratories Inc.,Ca
Priority date: 1988-01-29
Filing date: 1989-01-27
Publication date: 1991-09-19
Also published as: ES2011731A6; JPH03503213A; WO1989007322A1; EP0356488A1; AU3056689A; DE8912419U1; CN1023849C; CN1036285A; EP0356488A4; CA1250062A; IN172608B

Abstract

In UEbereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Filter und ein Verfahren zur Verringerung der Strahlendosis, insbesondere fuer eine Roentgenvorrichtung vorgeschlagen, bei welcher die Strahlungen mit geringer Energie signifikant verringert wird, welche normalerweise vom Gegenstand der Untersuchung aufgenommen werden, ohne dasz auf die gewuenschte Strahlung hoher Energie bemerkenswert eingewirkt wird. Der Filter schlieszt in sich ein oder merhere Materialien ein, welche als Hauptbestandteile zu den Elementen gehoeren, die aus der Gruppe ausgewaehlt sind, die aus Aluminium und aus Elementen besteht, welche Atomzahlen zwischen 26 und 50 aufweisen, wobei der Filter derart ausgewaehlt ist, dasz er derartige Filtereigenschaften aufweist, dasz die Intensitaet der Roentgenstrahlen, welche eine Energie von 50 keV aufweisen, um 8%, auf ungefaehr 35% des normalen Strahlungspegels reduziert wird. Als Ergebnis der Konstruktion unmittelbar oberhalb filtert der Filter Energie aus dem Roentgenstrahl heraus, welche normalerweise vom Gegenstand der Untersuchung absorbiert wird und nicht zur radiographischen Abbildung des Gegenstandes der Untersuchung beitraegt. Dieses wird mit einer geringfuegigen, wenn ueberhaupt erforderlichen, Erhoehung der Ladung der Roentgenroehre erreicht, welche im anderen Falle ihre Betriebslebensdauer verringern wuerde. Fig. 3{Roentgenvorrichtung; Filter; Strahlung; Energie; geringe Intensitaet, reduziert; Roentgenroehre; Ladung, erhoeht}In accordance with the present invention, there is provided a filter and method for reducing the radiation dose, particularly for a roentgen device, in which the low energy radiations normally absorbed by the subject of the examination are increased without being increased to the desired radiation Energy is remarkably affected. The filter includes one or more materials, which are main constituents of the elements selected from the group consisting of aluminum and elements having atomic numbers between 26 and 50, the filter being selected such that e.g. it has such filtering characteristics that the intensity of the X-ray rays having an energy of 50 keV is reduced by 8% to about 35% of the normal radiation level. As a result of the construction immediately above, the filter filters out energy from the X-ray beam, which is normally absorbed by the subject of the examination and does not contribute to the radiographic imaging of the subject of the examination. This is achieved with a slight, if necessary, increase in the charge of the X-ray tube, which would otherwise reduce its service life. Fig. 3 {Roentgenvorrichtung; Filter; Radiation; Energy; low intensity, reduced; x-ray tube; Charge, raises}

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Röntgen-Radiography und Fluoroekopie und Insbesondere auf einen Filter für eine Röntgenvorrichtung und ein Verfahren zur Verringerung der Strahlungsdosierung für einen Patienten, welcher während einer medizinischen oder zahnärztlichen Diagnostizierung Röntgenstrahlen ausgesetzt wird.The present invention relates to X-ray radiography and fluoroscopy and more particularly to a filter for an X-ray apparatus and method for reducing radiation dosage to a patient who is exposed to X-rays during medical or dental diagnostics.

Characteristic of the known state of the art

Röntgenstrahlen werden in Röntgenröhren als Folge von Hochgeschwindigkeitselektronen erzeugt, welche auf ein Auffangmaterial auftreffen. Die Elektronen schlagen auf die Oberflächenschichten des Auffangmaterials auf und durchdringen diese, und durch eine Wechselwirkung oder ein Zusammenstoßen mit den Atomen des Auffangmaterials wird die Energie der Elektronen auf die Elektronen in dem Auffangmaterial übertragen.X-rays are generated in X-ray tubes as a result of high-speed electrons impacting a collection material. The electrons impact and penetrate the surface layers of the capture material, and by interaction or collision with the atoms of the capture material, the energy of the electrons is transferred to the electrons in the capture material.

Wenn durch das Auftreffen auf das Auffangmaterial die Energie durch eine Reihe von Zusammenstößen mit den äußeren Elektronen der Atome des Auffangmaterials verbraucht wird, dann wird die Energie entweder in Form von Wärme oder als sichtbares Licht abgegeben. Ein Elektron kann nach einer Reihe von Zusammenstößen auch aus dem Auffangmaterial als ein rückgestreutes Elektron wieder austreten. Diese Zusammenstöße haben den größten Anteil an Energieverlusten zur Folge, die zur Aufheizung des Auffangmaterials beitragen und somit zuWhen energy is consumed by hitting the collecting material through a series of collisions with the outer electrons of the atoms of the collecting material, then the energy is released either in the form of heat or as visible light. An electron, after a series of collisions, can also escape from the trapping material as a backscattered electron. These collisions result in the largest share of energy losses, which contribute to the heating of the collecting material and thus to

ausgedrückt wird, resultiert dieser Prozeß in Röntgenstrahlen verschiedener Wellenlängen, welche das bilden, was im Stand der Technik als das kontinuierliche Röntgenspektrum bekannt ist. Die Fähigkeit der.Röntgenstrahlen, ein Untersuchungsobjekt zu durchdringen, hängt sowohl von der Wellenlänge oder der Energie der Röntgen-Photonen ab, als auch von der Zusammensetzung des Untersuchungsobjektes, das heißt, seinen chemischen Elementen, seiner Dicke und seiner Dichte. Im Hinblick auf die Wellenlänge oder Energie der Röntgenstrahlen ist allgemein die Durchdringungsfähigkeit umgekehrt proportional zur Wellenlänge oder direkt proportional zur Energie. Aus diesem Grunde weisen Röntgenstrahlen mit kurzer Wellenlänge (hochenergetisch) eine größere Durchdringungsfähigkeit auf als Röntgenstrahlen mit langer Wellenlänge (nledrigeneigetisch). In bezug auf die chemischen Elemente, welche das Untersuchungsobjekt bilden, gilt im allgemeinen, daß, je höher die Atomzahl des Elementes ist, die Durchdringung des Röntgenstrahl um so niedriger Ist. Bei Wellenlängen oder Energiepegeln in der Reihe der Absorptionskanten der Elemente haben diese Verallgemeinerungen jedoch keinen Bestand, weil Unregelmäßigkeiten im Grad der Absorption der Röntgenstrahlung an diesen Punkten vorkommen. Im Hinblick auf die Dicke und die Dichte eines Untersuchungsobjektes gilt im allgemeinen, daß die Fähigkeit, Röntgenstrahlen zu absorbieren um so größer ist, je dicker und je dichter das Untersuchungsobjekt ist und daß aus diesem Grunde weniger Röntgenstrahlen durch das Untersuchungsobjekt hindurchtroten. Die Kombination dieser Faktoren bestimmt, inwiefern für verschiedene Zusammensetzungen eines Materials verschiedene Diagnosen und Radiographien möglich sind. Aus diesem Grunde hängt die Auswahl der Betriebsparameter von Röntgenvorrichtungen während medizinischer Diagnosen vom Untersuchungsobjekt ab, von seiner chemischen Zusammensetzung, seiner Dicke und seiner Dichte. Zur näheren Erläuterung des vorangegangenen kann auf Lehrbücher der medizinischen Physik oder der Radiologie verwiesen werden.This process results in X-rays of different wavelengths which form what is known in the art as the continuous X-ray spectrum. The ability of X-rays to penetrate an examination subject depends on the wavelength or energy of the X-ray photons as well as on the composition of the examination subject, that is, its chemical elements, thickness and density. In general, with respect to the wavelength or energy of the X-rays, the permeability is inversely proportional to the wavelength or directly proportional to the energy. For this reason, short wavelength (high energy) X-rays have a higher penetrating ability than long wavelength X-rays (unsupported). In general, with respect to the chemical elements forming the object under investigation, the higher the atomic number of the element, the lower the penetration of the X-ray. However, at wavelengths or energy levels in the row of absorption edges of the elements, these generalizations do not exist because there are irregularities in the degree of absorption of the X-rays at these points. With regard to the thickness and the density of an object to be examined, it is generally the case that the thicker and denser the object to be examined is the ability to absorb X-rays and, therefore, fewer X-rays penetrate through the object to be examined. The combination of these factors determines how different diagnoses and radiographs are possible for different compositions of a material. For this reason, the selection of the operating parameters of x-ray devices during medical diagnoses depends on the object to be examined, its chemical composition, its thickness and its density. For a more detailed explanation of the preceding, reference can be made to textbooks of medical physics or radiology.

Da Röntgenstrahlen mit niedriger Energie normalerweise nicht zum Erfolg des Verfahrens beitragen, sondern vorwiegend durch das Untersuchungsobjekt absorbiert und abgelenkt werden, ist es ausgesprochen erwünscht, derartige Röntgenstrahlen aus dem Röntgenstrahlenbündel zu entfernen, bevor der Strahl mit dem Untersuchungsobjekt in Berührung kommt. Diese Röntgenstrahlen mit niedriger Energie werden normalerweise aus dem Röntgenstrahl durch die Verwendung von Abschwächern oder Filtern entfernt.Since low energy x-rays normally do not contribute to the success of the process, but are primarily absorbed and deflected by the object under examination, it is highly desirable to remove such x-rays from the x-ray beam before the beam comes into contact with the object under examination. These low energy x-rays are normally removed from the x-ray beam by the use of attenuators or filters.

'n gleicher Weise, wie die Auswirkungen bezüglich des Untersuchungsobjekts, ist Abschwächungsfähigkeit eines Filters von der chemischen Zusammensetzung, der Dichte und der Dicke des Materials abhängig, aus dem sich der Filter zusammensetzt. Diese Abhängigkeiten werden durch die folgende Gleichung dargestellt:In the same way as the effects on the object to be examined, the attenuation capability of a filter depends on the chemical composition, the density and the thickness of the material of which the filter is composed. These dependencies are represented by the following equation:

worin I die Intensität der übertragenen Strahlung ist, I₀ die Intensität der einfallenden Strahlung ist, e die Basis der natürlichen Logarithmen ist, μ der Verringerungskoeffizient für die chemischen Elemente ist, die das Filtermaterial enthält, ρ die Dichte des Filtermaterials ist und χ die Dicke des Filtermaterials bezeichnet.where I is the intensity of the transmitted radiation, I _{0 is} the intensity of the incident radiation, e is the base of the natural logarithms, μ is the reduction coefficient for the chemical elements containing the filter material, ρ is the density of the filter material and χ is the thickness of the filter material.

Von den im vorangegangenen genannten Faktoren sind alle, mit Ausnahme des Verringerungskoeffizienten μ, unabhängig von der Frequenz oder Energie der auftreffenden Strahlung. Der Verringerungskoeffizient verändert sich mit der Energie der auftreffenden Strahlung und steht mit der Atomzahl des chemischen Elementes des Filtermaterials in Verbindung. Diese Koeffizienten wurden experimentell ermittelt und können in veröffentlichten Tabellen aufgefunden werden, in solchen, wie zum Beispiel in US RL 60174 von W. H. Mc Master und anderen, erhältlich vom National Technical Information Services, Springfield, Va., 22151. Während vieler Jahre bestanden die häufigsten allgemeinen Mitteile zum Filtern von Röntgenstrahlen bei der medizinischen und zahnmedizinischen Diagnose Verwendung fanden, aus Aluminiumfiltern. So enthält zum Beispiel die US-Patentschrift 2225940 einen Keil, welcher in den Strahlengang des Röntgenstrahle gebracht wurde. Darüber hinaus beschreibt die US-Patentbeschreibung 3976889 die Verwendung von Aluminiumfiltern, mit variabler Dicke in zahnärztlichen Röntgenanlagen, um die Beaufschlagungspegel zu variieren. Am häufigsten haben alle kommerziellem Röntgenanlagen einige innewohnende Filterungs-Äquivalente von ungefähr 1,0 bis 1,5mm Aluminium und derartige, welche für medizinische und/oder zahnmedizinische Verwendung entworfen wurden, verwenden zusätzliche Aluminium-Filterungen. Die Verwendung von Filtern aus anderen Materialien als Aluminium, zum Herausfiltern von Röntgenstrahlen mit geringer Energie aus Röntgenstrahlenbündeln war der Gegenstand der US-Patentbeschreibung 4499 591, in welcher ein 127 Mikrometer dicker Filter aus Ytterium angewendet wurde, um das Röntgenstrahlenbündel derart zu filtern, daß Energien unter 20keV aus dem Bündel herausgefiltert werden. Heinrick und Schuster, .Reduction of Patient Dose by Filtration in Pediatric-Fluoroskopy and Fluorosgraphy" (Reduzierung der Dosierungen, denen Patienten bei der pediatrischen Fluoroskopie und Fluorographie ausgesetzt sind). Zun Radlol (1976) Band 19, Seiten 57 bis 66, verwendeten ein Molybdänfilter von 100 Mikrometern, um Strahlungen unterhalb von 20keV aus dem Röntgenstrahlenbündel herauezufiltern.Of the factors mentioned above, all but the reduction coefficient μ are independent of the frequency or energy of the incident radiation. The reduction coefficient varies with the energy of the incident radiation and is related to the atomic number of the chemical element of the filter material. These coefficients were determined experimentally and can be found in published Tables, such as in US RL 60174 to WH McMaster and others, available from National Technical Information Services, Springfield, Va., 22151. For many years, the most common general recommendations for filtering X-rays in medical and dental diagnosis were used, from aluminum filters. For example, US Pat. No. 2,225,940 includes a wedge which has been brought into the beam path of the X-ray beam. In addition, US Patent Specification 3976889 describes the use of variable thickness aluminum filters in dental X-ray systems to vary the levels of exposure. Most commonly, all commercial x-ray systems have some inherent filtering equivalents of about 1.0 to 1.5 mm aluminum and those designed for medical and / or dental use use additional aluminum filters. The use of filters of materials other than aluminum to filter out low energy x-ray radiation from x-ray beams has been the subject of U.S. Patent Specification 4499,591, in which a 127 micron thick filter of ytterium was used to filter the x-ray beam such that energies filtered out of the bundle under 20keV. Heinrick and Schuster, "Reduction of Patient Dose by Filtration in Pediatric Fluoroscopy and Fluorosgraphy" (Reduction of Doses Subjected to Patients in Pediatric Fluoroscopy and Fluorography) Zun Radlol (1976) volume 19, pages 57 to 66, used 100 micron molybdenum filter to filter out radiation below 20 keV from the x-ray beam.

Koedooder und Venema; Phys. Med. Biol. (1986) Band, Seiten 585 bis 600, beschreiben ein Computerprogramm, welches entwickelt wurde, um mögliche Filtermaterialien zur Verwendung in einem Bereich von kVP-Werten und verschiedenen Erscheinungsrezeptoren zu berechnen.Koedooder and Venema; Phys. Med. Biol. (1986) Vol., Pages 585 to 600, describe a computer program developed to calculate potential filter materials for use in a range of kVP values and various apparition receptors.

Im Ergebnis ihrer Arbeit fanden sie, daß Verringerungen der Dosierungen von bis zu 40% erreichbar sind, in den meisten Fällen jedoch die Ladung der Röntgenröhre verdoppelt wurde, was in einer verringerten Lebensdauer der Röntgenröhre resultierte. Bei Reihenuntersuchungen auf dem Gebiet der Kristallographie und der Strahlenbrechung ist es üblich, verhältnismäßig homogene monochromatische Röntgenstrahlen zu verwenden. Es wurden Filtermaterialien verwendet, um diese verhältnismäßig homogenen Röntgenstrahlenbündel zu erzeugen, indem der Bereich der Wellenlängen des Röntgenstrahlenbündels begrenzt wurde. Um das zu erreichen, wurde in der US-Patentbeschreibung 1624443 die Verwendung eines Filters mit einem geringfügig geringeren Atomgewicht als das de« Auffangmaterials in der Röntgenröhre gefunden, um ein Röntgenstrahlenbündel mit einer geeigneten Homogenität für die Verwendung in der Röntgenstrahlen-Kristallographle zu erzeugen. Diese Patentbeschreibung enthält in einer bevorzugten Ausführungsvariante die Verwendung eines Zirkonium-Filters, mit einem Molybdän-Auffangmaterial. Die Verwendung von Filtern mit dem gleichen Material wie das Auffangmaterial, wurde ebenfalls beschrieben, als In Röntgenstrahlenbündeln mit verhältnismäßiger Homogenität resultierend. Die US-Patentbeschreibung 3615874 beinhaltet die Verwendung von Molybdän, sowohl für das Auffangmaterial als auch für das Filter, insbesondere für die Mammographle, bei welcher gefunden wurde, daß der Energiepegel der Ka-LInIe, welcher von einem Molybdän-Auffangmaterial abgestrahlt wird, für die Erkennbarkeit von Tumoren bei der Mammographie-Anwendung ideal ist. Wie aus dem vorangegangenen ersichtlich ist, ist erkennbar, daß es ein Risiko In sich einschließt, wenn mit diagnostischen Röntgenstrahlen bestrahlt wird, wegen der schädlichen Auswirkungen einer gnnötigen Bestrahlungsdosis. Aus diesem Grunde besteht ein Bedarf an einem wirkungsvollen Runtgenstrahlenfilter, der mit vorhandenen Röntgenausrüstungen kompatibel ist, um derartige Dosierungen zu verringern.As a result of their work, they found that reductions in dosages of up to 40% were achievable, but in most cases the charge on the X-ray tube was doubled, resulting in reduced X-ray tube life. For routine investigations in the field of crystallography and refraction, it is common to use relatively homogeneous monochromatic X-rays. Filtering materials have been used to produce these relatively homogeneous x-ray beams by limiting the range of wavelengths of the x-ray beam. To accomplish this, US Patent Specification 1624443 found the use of a filter of slightly lower atomic weight than the debris in the x-ray tube to produce an x-ray beam of suitable homogeneity for use in x-ray crystallography. This specification, in a preferred embodiment, includes the use of a zirconium filter with a molybdenum trap. The use of filters of the same material as the capture material has also been described as resulting in X-ray beams with relatively uniformity. US Patent Specification 3615874 involves the use of molybdenum, both for the collection material and for the filter, in particular for the mammograph, in which it has been found that the energy level of the Ka line emitted from a molybdenum collection material is for the Mammographle Recognizability of tumors in mammography application is ideal. As can be seen from the foregoing, it can be seen that it involves a risk when irradiated with diagnostic X-rays because of the deleterious effects of a necessary radiation dose. For this reason, there is a need for an effective shotblast filter that is compatible with existing X-ray equipment to reduce such dosages.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Gefahr einer Schädigung der Patienten durch unnötige Strahlendosen zu vermelden.The aim of the invention is to report the risk of harm to patients by unnecessary radiation doses.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Filter und ein Verfahren zur Verringerung der Strahlendosis, insbesondere für eine Röntgenvorrichtung, vorzuschlagen, welche die Strahlung mit geringer Energie signifikant verringern, welche normalerweise vom Objekt der Untersuchung aufgenommen wird, ohne daß die gewünschte Strahlung mit hoher Energie wesentlich beeinflußt wird.The object of the invention is to propose a filter and a method for reducing the radiation dose, in particular for an X-ray device, which significantly reduce the low-energy radiation normally absorbed by the object of the examination, without the desired high-energy radiation being essential being affected.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Filter für eine Röntgenvorrichtung für medizinische oder zahnmedizinische Diagnosen, enthaltend eine Röntgenstrahlquelle, welche mit einer Spitzenspannung zwischen ungefähr 55keV und ungefähr 110keV betrieben wird, um ein zu untersuchendes Objekt, welches dem Röntgenstrahlenbündel, das von der Röntgenstrahlenquelle abgestrahlt wird, ausgesetzt ist, zu erforschen, die einen Filter beinhaltet, welcher die Absorption von Strahlung mit geringer Energie durch das zu untersuchende Objekt signifikant verringert, ohne die gewünschte Strahlung mit hoher Energie, die von der genannten Röntgenstrahlenquelle ausgestrahlt wird, wesentlich zu beeinflussen, und der genannte Filter derart ausgewählt ist, daß er Filtereigenschaften für Röntgenstrahlen aufweist, die derart sind, daß die Intensität der Röntgenstrahlen, welche eine Energie von 50 keV aufweisen, umungefähr8%blsungefähr35%des normalen Strahlungspegels verringert werden, wobei der genannte Filter ein oder mehrere Materialien enthält, die als Hauptbestandteile Elemente aufweisen, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Aluminium und Elementen besteht, welche Atomzahlen zwischen 26 und 50 aufweisen.According to the invention, this object is achieved by a filter for an X-ray device for medical or dental diagnoses, comprising an X-ray source which is operated with a peak voltage between about 55 keV and about 110 keV, around an object to be examined, which is the X-ray beam emitted by the X-ray source. which involves a filter which significantly reduces the absorption of low energy radiation by the object to be examined without significantly affecting the desired high energy radiation emitted by said X-ray source, and the aforesaid Filter is selected such that it has X-ray filter characteristics such that the intensity of X-rays having an energy of 50 keV is reduced by about 8% to about 35% of the normal radiation level wherein said filter contains one or more materials having as main constituents elements selected from the group consisting of aluminum and elements having atomic numbers between 26 and 50.

Vorteilhaft ist es, wenn der genannte Filter eine Metallfolie aufweist, welche aus einem einzelnen elementaren Material besteht, worin das genannte elementare Material aus der Gruppe ausgewählt Ist, welche aus Niobium, Kupfer, Silber, Zinn, Eisen, Nickel, Zink, Zirkonium, Aluminium oder Molybdän besteht.It is advantageous if said filter comprises a metal foil consisting of a single elemental material, wherein said elemental material is selected from the group consisting of niobium, copper, silver, tin, iron, nickel, zinc, zirconium, aluminum or molybdenum exists.

Vorteilhaft ist es, wenn der genannte Filter wenigstens eine Metallfolie aus Niobium aufweist, welche eine Dicke von ungefähr 75 Mikrometern besitztIt is advantageous if said filter has at least one metal foil of niobium which has a thickness of approximately 75 micrometers

Dabei ist es zweckmäßig, daß die genannte Metallfolie aus Niobium eine bevorzugte Dicke innerhalb des Bereiches von ungefähr It is expedient that said metal foil of niobium has a preferred thickness within the range of approximately

25 bis ungefähr 75 Mikrometern aufweist, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn die genannte Metallfolie aus Niobium eine Dicke von ungefähr 50 Mikrometern aufweist.25 to about 75 microns, wherein it is particularly advantageous if said metal foil of niobium has a thickness of about 50 microns.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung enthält der Filter eine zusätzl ehe FiltrieTungsfolie in Kombination mit der genannten Metallfolie aus Niobium, wobei der genannte Filter eine maximale DIcKe von ungefähr 75 Mikrometern einhält. Vorteilhaft ist der Filter In eine transparente Umhüllung eingeschlossen, wobei die genannte transparente Umhüllung ein flexibles Plastematerial enthält.In a further embodiment of the invention, the filter contains an addi tional FiltrieTungsfolie in combination with said metal foil of niobium, said filter complies with a maximum diameter of about 75 microns. Advantageously, the filter is enclosed in a transparent envelope, said transparent envelope containing a flexible plastic material.

Das Filter enthält vorteilhaft einen farbigen Hintergrund innerhalb der transparenten Umhüllung, wobei die Farbe in dem genannten Hintergrund spezifische Identifizierende Informationen in bezug auf den Filter enthält.The filter advantageously includes a colored background within the transparent envelope, the color in the background containing specific identifying information relating to the filter.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn der genannte farbige Hintergrund ein Material in Form oines Kartonpapiers enthält und daß die genannte transparente Umhüllung ein flexibles Plastematerial aufweist, weiches eine allseitige Flexibilität des Filters zur Folge hat.It is expedient if said colored background contains a material in the form of cardboard paper and in that said transparent cover has a flexible plastic material which results in an all-round flexibility of the filter.

Das Verfahren zur Verringerung der Strahlungsdosis für ein zu untersuchendes Objekt, welches während einer medizinischen oder zahnmedizinischen Untersuchung einem Röntgenstrahlenbündel ausgesetzt ist, enthaltend Außenenden eines Bündels von durchdringenden Strahlen, welche eine maximale Energie von zwischen ungefähr 55keV und ungefähr 110keV aufweisen von einer Röntgenvorrichtung in die Richtung zu einem zu Untersuchenden Objekt, wobei die genannte Röntgenvorrichtung eine Röntgenstrahlenquelle aufweist, welche mit einer Spitzenspannung von zwischen ungefähr 55keV und ungefähr 110keV betrieben wird, und eine innewohnende Filtrierung mit einem Äquivalent von 2 bis 4 mm Aluminium aufweist, Ist gekennzeichnet durch Anordnen eines Filtermaterials zwischen der genannten Röntgenstrahlenquelle und dem genannten zu untersuchenden Objekt, wobei der genanr te Filter die Absorption von Strahlungen mit geringer Energie durch das zu untersuchende Objekt signifikant verringert, ohne die erwünschte Strahlung mit hoher Energie von der genannten Strahlenquelle wesentlich zu beeinflussen, und der genannte Filter ein oder mehrere Materialien aufweist, welche als einen Hauptbestandteil Elemente enthalten, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Aluminium besteht und aus Elementen, welche Atomzahlen zwischenThe method for reducing the radiation dose for an object to be examined exposed to an X-ray beam during a medical or dental examination, comprising outer ends of a beam of penetrating beams having a maximum energy of between about 55keV and about 110keV from an x-ray device in the direction to an object to be examined, said x-ray device having an x-ray source operating at a peak voltage of between about 55 keV and about 110 keV and having an intrinsic filtration with an equivalent of 2 to 4 mm aluminum, characterized by disposing a filter material between said X-ray source and said object to be examined, said genanr te filter significantly reduces the absorption of low-energy radiation through the object to be examined without di e, to substantially affect desired high energy radiation from said radiation source, and said filter comprises one or more materials containing, as a major constituent, elements selected from the group consisting of aluminum and elements containing atomic numbers

26 und 50 besitzen und welche derart ausgewählt wurden, daß sie Filtereigenschaften für Röntgenstrahlen aufweisen, die gewährleisten, daß die Intensität der Strahlung, welche eine Energie von BOkeV aufweist, um ungefähr 8% bis ungefähr 35% des normalen Strahlungspegels verringert wird.26 and 50 and which have been selected to have x-ray filter characteristics which ensure that the intensity of the radiation having an energy of BOkeV is reduced by about 8% to about 35% of the normal radiation level.

Exposing said object to be examined with the filtered radiation, such that the majority of said

gefilterten Strahlung durch den genannten Patienten hindurchgeht.filtered radiation passes through said patient.

Displaying the filtered radiation emerging from said object to be examined, and using the

ausgetretenen gefilterten Strahlung, um ein Röntgenbild des zu untersuchenden Objektes entsprechend der Intensität derausgetretenen gefilterten Strahlung zu erhalten.leaked filtered radiation to obtain an X-ray image of the object to be examined in accordance with the intensity of the leaked filtered radiation.

As a result of the construction described in the immediately preceding, the filter filters according to dor

vorliegenden Erfindung Energien aus dem Röntgenstrahlenbündel heraus, welche normalerweise vom Objekt der Untersuchungaufgenommen werden und welche nicht zu dem radiographischen Bild des Objekts der Untersuchung beitragen. Dieses wird miteiner geringen, wenn überhaupt erforderlichen Vergrößerung der Ladung der Röntgenröhre verbunden, welche im anderenThe present invention releases energies from the x-ray beam which are normally picked up by the subject of the examination and which do not contribute to the radiographic image of the subject of the examination. This is associated with little, if any, required increase in the charge of the x-ray tube which in the other

This and other features of the present invention will become apparent from a

detailliet ten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsvarianten der Erfindung ersichtlich, welche hierauf folgt.Detailed description of the preferred embodiments of the invention will be apparent, which follows.

Ausführungebeispiele

Bevorzugte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung werden anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenPreferred embodiments of the present invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Show it

Flg. 1: eine perspektivische Ansicht eines Filters, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; Fig. 2: eine teilweise Schnittdarstellung des Filters entsprechend der Fig. 1;Flg. 1 is a perspective view of a filter constructed in accordance with the present invention; Fig. 2 is a partial sectional view of the filter according to Fig. 1;

Fig. 3: eine Aufriß-Darstellung einer Röntgenstrahlen-Dlagnosevorrlchtung mit einem Filter entsprechend der vorliegenden Erfindung an der vorgesehenen Stelle;Fig. 3 is an elevational view of an X-ray diagnostic device with a filter according to the present invention in place;

4 shows an X-ray wavelength spectrum of the typical device according to FIG. 3, in which both the

gefilterte als auch das ungefilterte Spektrum daigestellt !st; und Fig. 5: ein Röntgenstiahlen-Weltenlängenspektrum der Vorrichtung entsprechend der Fig.3, in welchem die ungefilterten unddie gefilterten Spektren gezeigt werden, wobei ein Filter nach einer zweiten Ausführungsvariante der vorliegendenfiltered as well as the unfiltered spectrum are available! and Fig. 5 is an X-ray world wavelength spectrum of the apparatus corresponding to Fig. 3, showing the unfiltered and filtered spectra, showing a filter according to a second embodiment of the present invention

Invention has found use.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsvariante eines Filters entsprechend der vorliegenden Erfindung, im allgemeinen mit 10 gekennzeichnet, welchur eine Metallfolie 12 aufweist, die vorzugsweise aus einem elementaren Metall hergesteljt ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, welche Niobium, Kupfer, Silber, Zinn, Eisen, Nickel, Zink, Zirkonium oder Molybdän umfaßt. Eine besonders geeignete Konstruktion besteht aus Niobium mit einer Dicke bis zu ungefähr 75 Mikrometern, vorzugsweise ungefähr 40 bis 60 Mikrometern, wobei die am meisten bevorzugte Dicke der Metallfolie aus Niobium ungefähr 50 Mikrometer beträgt. Diese Metallfolie Ist in eine kolorierte Umhüllung 14 eingeschlossen, wobei die Farbe als Identifizierungsmerkmal für das Filtermaterial und seine Dicke, oder das Anwendungsgebiet, in welchem der Filter verwendet werden soll, verwendet werden kann. Darüber angeordnet und den Filter 12 und die Umhüllung 14 einhüllend, Ist eine Γ lasteabdeckung 16 vorgesehen, welche als eine Schutzabdeckung für den Filter dient.1 and 2 show a preferred embodiment of a filter according to the present invention, generally designated 10, which comprises a metal foil 12, preferably made of an elemental metal selected from the group consisting of niobium, copper, Silver, tin, iron, nickel, zinc, zirconium or molybdenum. A particularly suitable construction is niobium having a thickness of up to about 75 microns, preferably about 40 to 60 microns, with the most preferred thickness of the niobium metal foil being about 50 microns. This metal foil is enclosed in a colored wrapper 14, which color may be used as an identifying feature for the filter material and its thickness, or the field of application in which the filter is to be used. Placed above and enveloping the filter 12 and the enclosure 14, there is provided a load cover 16 which serves as a protective cover for the filter.

Darüber hinaus dient die Kombination von Umhüllung 14 und Abdeckung 16 dazu, einen Teil der Sekundärstrahlung zu absorbieren, welche von der Metallfolie 12 abgestrahlt wird, wenn ein Röntgenstrahlenbündel auf die Metallfolie auftrifft und außerdem dazu, zu verringern oder zu verhindern, daß die Metallfolie der Luft ausgesetzt wird und dadurch eine Oxidation zu reduzieren.Moreover, the combination of sheath 14 and cover 16 serves to absorb a portion of the secondary radiation emitted from the metal foil 12 when an x-ray beam impinges on the metal foil and also to reduce or prevent the metal foil from air is exposed and thereby reduce oxidation.

An der einen Seite des Filters 10 sind Mittel vorgesehen, um den Filter an der Röntgenvorrichtung zu befestigen, was in den Figuren als ein Streifen eines zweiseitigen Bandes 18 dargestellt ist. Das Verfahren zur Befestigung des Filters an der Röntgenvorrichtung Ist weiter unten erläutert.Means are provided on one side of the filter 10 for securing the filter to the X-ray device, which is shown in the figures as a strip of double-sided tape 18. The method of attaching the filter to the X-ray device is explained below.

Die Flg. 2 zeigt eine Schnittdarstellung des Filters 10 entsprechend der Fig. 1, welche klar die Verhältnisse zwischen der Metallfolie 12, der Umhüllung 14 und dem Plastik-Abdeckungsmaterial zeigt.The Flg. Fig. 2 is a sectional view of the filter 10 corresponding to Fig. 1, which clearly shows the relationships between the metal foil 12, the cladding 14, and the plastic covering material.

Die Fig.3 stellt eine Vorrichtung 20 zur Erzeugung von Röntgenstrahlen der typischen Konstruktion auf Bleibasis dar. Die Vorrichtung erhält eine Röntgenröhre 30 mit einer Kathode 22 und einer rotierenden Anode 24. Innerhalb der Kathode 22 ist ein Gitter (nicht dargestellt) angeordnet, welches eine Elektronenwolke um die Kathode herum erzeugt, wenn es durch einen elektrischen Strom aufgeheizt wird. Wenn eine Hochspannung von einem Generator (ebenfalls nicht dargestellt) über die Kathode 22 und die Anode 24 angelegt wird, werden die Elektronen in der Wolke, welche die Kathode umgibt, als ein Strahl in Richtung zur Anode 24 beschleunigt, welche aus einem Material hergestellt ist, welches als Auffangmaterial geeignet ist. In den häufigsten Fällen wird das Auffangmaterial im allgemeinen aus Wolfram gebildet. Wenn ein Elektronenstrahl auf das Auffangmaterial auftrifft, wird die Energie des Elektronenstrahls durch das Auffangmaterial aufgenommen und hat die Erzeugung von Röntgenstrahlen zur Folge, wie es im vorangegangenen erläutert wurde.FIG. 3 illustrates an apparatus 20 for the production of x-rays of the typical lead-based construction. The apparatus is provided with an x-ray tube 30 having a cathode 22 and a rotating anode 24. Within the cathode 22 is arranged a grid (not shown) which has a Electron cloud generated around the cathode when heated by an electric current. When a high voltage is applied from a generator (also not shown) via the cathode 22 and the anode 24, the electrons in the cloud surrounding the cathode are accelerated as a beam toward the anode 24, which is made of a material , which is suitable as a collecting material. In most cases, the capture material is generally formed from tungsten. When an electron beam impinges on the collecting material, the energy of the electron beam is absorbed by the collecting material and results in the generation of X-rays, as explained above.

Infolge der Konstruktion der Anode 24 ist das Röntgenstrahlenbündel zu einem großen Grad fokussiert und wird von der Röntgenvorrichtung 20 durch eine öffnung abgestrahlt. Die öffnung 26 weist üblicherweise ein Fenster aus Glas oder Plastematerial auf, mit einem innewohnenden Filtrations-Äquivalent von ungefähr 0,5mm Aluminium. Bei den typischen Anwendungsgebieten wird das Röntgenstrahlenbündel, welches von der Röntgenröhre abgestrahlt wird, durch die Verwendung eines Kollimators 28 fokussiert. Der Zweck des Kollimators 28 besteht darin, das Röntgenstrahlenbündel derart auszurichten, daß es nur den Bereich des zu untersuchenden Objektes abdeckt, der erforderlich ist, um belichtet zu werden. Dieses wird durch eine Einstellung der Diaphragmen 32 und 36 erreicht, die die öffnung 34 des Kollimators festlegen.Due to the construction of the anode 24, the X-ray beam is focused to a large degree and radiated from the X-ray device 20 through an opening. The opening 26 typically has a window of glass or plastic material, with an inherent filtration equivalent of about 0.5mm aluminum. In typical applications, the x-ray beam emitted from the x-ray tube is focused through the use of a collimator 28. The purpose of the collimator 28 is to align the x-ray beam so that it covers only the area of the object to be examined that is required to be exposed. This is accomplished by adjusting the diaphragms 32 and 36 which define the aperture 34 of the collimator.

Die Röntgenvorrichtung weist auch innewohnende und zusätzliche Filtrationen auf (nicht dargestellt), üblicherweise mit einem Äquivalent von 2,5 bis 3,6 mm Aluminium, um aus dem Strahlenbündel Röntgenstrahlen mit sehr geringer Energie herauszufiltern, welche im allgemeinen in den erste.. wenigen Millimetern des zu untersuchenden Objektes absorbiert würden. Diese Röntgenstrahlen mit sehr geringer Energie tragen in keiner Weise zum Ergebnis der Radiographie bei, sondern tragen vielmehr zur Vergrößerung der Strahlendosis bei, der das tu untersuchende Objekt 42 ausgesetzt wird. Röntgenstrahlenbündel werden, wenn sie durch ein zu untersuchendes Objekt 42 hindurchgehen, durch eine Strahlenanzeigeeinrichtung angezeigt, zum Beispiel einen Bildverstärker 38 oder direkt auf eln*/w Röntgenfilm 40.The x-ray device also has intrinsic and additional filtrations (not shown), usually with an equivalent of 2.5 to 3.6 mm of aluminum, to filter out of the beam very low energy x-rays, generally in the first few millimeters of the object to be examined would be absorbed. These very low energy x-rays contribute in no way to the result of radiography, but rather contribute to increasing the dose of radiation to which the subject 42 being examined is exposed. X-ray beams, as they pass through an object 42 to be examined, are displayed by a beam indicator, for example, an image intensifier 38 or directly onto an X-ray film 40.

Der Filter 10 ist dargestellt, daß er in der Vorrichtung zwischen der öffnung 26 der Röhre 30 und dem Kollimator 28 angeordnet ist. Der Filter ist in der Vorrichtung unter Verwendung des doppelseitigen Bandes 18 derart befestigt, daß er entweder über die öffnung 26 der Röhre 30 gesteckt wird oder über die zusätzliche Aluminiumfiltration. Alternativ dazu kann er bei derartigen Anwendungsgebieten, bei denen das nicht möglich ist, zum Beispiel bei einigen zahnmedizinischen Anwendungsfällen, in der öffnung des Kollimators angeordnet werden.The filter 10 is shown disposed in the device between the opening 26 of the tube 30 and the collimator 28. The filter is mounted in the device using the double-sided tape 18 so that it is plugged either over the opening 26 of the tube 30 or over the additional aluminum filtration. Alternatively, in such applications where this is not possible, for example in some dental applications, it may be placed in the mouth of the collimator.

Die C J.4 zeigt ganz allgemein das Spektrum der Wellenlängen der Röntgenstrahlen, welches von einer Röntgenvorrichtung entsprechend der Fig. 3 abgestrahlt wird. Die Vorrichtung, mit einem Auffangmaterial aus Wolfram und einer Filtration mit dem Äquivalent von 3,6mm Aluminium, wurde mit einer Beschleunigungsspannung von 8OkVP betrieben, was in der Entstehung eines kontinuierlichen Spektrums mit einer minimalen Wellenlänge von ungefähr 0,15 A und den charakteristischen Ka- und Kß-Abstrahlungen von Wolfram von ungefähr 0,21 A beziehungsweise 0,18 A resultierte. Die durchgezogene Linie zeigt ein Wellenlängenspektrum des normalen Röntgenstrahlenbündels welches von der Vorrichtung abgestrahlt wird, bevor es durch ein Niobiumfilter von 50 Mikrometern gefiltert wird. Die langgestrichelte Linie stellt die Verringerungseigenschaften des 50 Mikrometer dicken Niobiumfilters dar. Niobium mit einer Atomzahl von 41 weist eine K-Absorptionskante von ungefähr 0,65 A und eine U-Absorptionskante von ungefähr 4,58 A (in der Fig. nicht dargestellt) auf. Die kurz gestrichelte Linie zeigt das Wellenlängenspektrum des Röntgenstrahlenbündels nach dem Durchgang durch den Niobiurr.filter. Da besteht eine bemerkenswerte Verringerung bei den Röntgenstrahlen-Wellenlängen von ungefähr 0,25 A bis gerade vor der K-Absorptior.skante von ungefähr 0,65A, wobei lediglich ungef ir 3% der auftreffenden normalen Strahlung nicht durch den Filter absorbiert werden. Danach Ist die normale Strahlung des Röntgenstrahlenbündels derart, daß wirkungsvoll die gesamte Strahlung absorbiert wird.The C J.4 shows quite generally the spectrum of the wavelengths of the X-rays, which is emitted by an X-ray device according to FIG. The device, with tungsten capture material and 3.6 mm aluminum equivalent filtration, was operated at an 8OkVP acceleration voltage, resulting in the formation of a continuous spectrum with a minimum wavelength of approximately 0.15 A and the characteristic Ka and Kss emissions of tungsten of about 0.21 A and 0.18 A, respectively. The solid line shows a wavelength spectrum of the normal X-ray beam emitted from the device before it is filtered by a 50 micron niobium filter. The long dashed line represents the reduction properties of the 50 micron thick niobium filter. Niobium having an atomic number of 41 has a K absorption edge of about 0.65 A and a U absorption edge of about 4.58 A (not shown in the figure) , The short dashed line shows the wavelength spectrum of the X-ray beam after passing through the Niobiurr.filter. There is a notable reduction in X-ray wavelengths from about 0.25 A to just before the K absorptive edge of about 0.65 A, with only about 3% of the incident normal radiation not being absorbed by the filter. Thereafter, the normal radiation of the X-ray beam is such that effectively all of the radiation is absorbed.

Die Wahl des Filtermaterials für die Filter ist von den Erfordernissen der Diagnostizlarungstechnik abhängig, da unterschiedliche Techniken voneinander abweichende Wellenlängenspekti en der Röntgenstrahlen erforderlich machen können. Bei den häufigsten medizinischen und zahnmedizinischen Diagnostizierungstechniken, bei welchen die Röntgenvorrichtung mit einer Spitzenspannung zwischen 55keV und 110keV betrieben wird, Ist jedes Material, dessen Hauptbestandteile durch ein Element gebildet werden, dessen Atomzahl zwischen 26 und 50 liegt, geeignet, um das Röntgenstrahlenbündel zu dämpfen. Die Elemente, welche Atomzahlen zwischen 26 und 50 aufweisen, besitzen K-Absorpttonskanten zwischen ungefähr 7 keV und 30keV, und deshalb wird in diesen kVP-Bereichen keine wahrnehmbare K-Kantenerscheinung auftreten, und deshalb werden sie im allgemeinen als nichtspezifische Filter arbeiten. Die Auswahl des Filtermaterials ist außerdem von der Verfügbarkeit des Materialsjn einer Form abhängig, in der es für eine Filterkonstruktion geeignet ist, vorzugsweise in der Form einer Metallfolie mit einer geeigneten Dicke.The choice of filter material for the filters is dependent on the requirements of the diagnostic technique, since different techniques may require different wavelengths of X-ray wavelengths. In the most common medical and dental diagnostic techniques, where the X-ray device is operated with a peak voltage between 55 keV and 110 keV, any material whose major constituents are constituted by an element whose atomic number is between 26 and 50 is suitable for attenuating the x-ray beam. The elements having atomic numbers between 26 and 50 have K absorptive edges between about 7 keV and 30keV, and therefore no noticeable K edge appearance will occur in these kVP regions, and therefore they will generally work as nonspecific filters. The choice of filter material is also dependent upon the availability of the material in a form suitable for filter construction, preferably in the form of a metal foil of a suitable thickness.

Infolge der Eigenschaften dieser Materialien, insbesondere für diejenigen Elemente, welche als Metallfolie verfügbar sind, sind verhältnismäßig dünne Filter erforderlich, welche sich im allgemeinen in der Größenordnung zwischen 200 Mikrometern und weniger bewegen, und die bevorzugten Materialien, welche als Röntgenstrahlenfilter Verwendung finden, weisen eine Dicke in der Größenordnung von 30 bis 120 Mikrometern auf, die am häufigsten bevorzugten Materialien weisen eine Dicke in der Größenordnung von 30 bis 70 Mikrometern auf. Dieses ist in der nachfolgenden Tabelle dargestellt, welche die bevorzugten Filtermaterialien aus Metallfolien und die bevorzugten Dicken auflistet.Due to the properties of these materials, especially for those elements available as metal foil, relatively thin filters are required, generally on the order of 200 microns and less, and the preferred materials used as X-ray filters have one Thicknesses of the order of 30 to 120 micrometers, the most preferred materials having a thickness of the order of 30 to 70 micrometers. This is shown in the table below, which lists the preferred metal foil filter materials and the preferred thicknesses.

Atom-Nr.Atom-No. Elementelement Dickenbereichthickness range bevorzugte Dickepreferred thickness 2626 FeFe 50-25050-250 125125 2727 CoCo 50-22550-225 125125 2828 NiNi 50-20050-200 100100 2929 CuCu 50-18050-180 120120 3030 ZnZn 60-20560-205 125125 3838 SrSr 100-305100-305 205205 3939 YY 55-31655-316 100100 4040 ZrZr 35-10535-105 7070 4141 NbNb 25-7525-75 5050 4242 MoMo 20-6020-60 4040 4343 Tctc 15-5015-50 3535 4444 RuRu 15-^515 ^ 5 3030 4646 PdPd 15-4015-40 3030 4747 AgAg 15-4515-45 3030 4848 CdCD 20-5020-50 3535 4949 InIn 20-6020-60 4040 5050 Snsn 20-5520-55 3535

Diejenigen Elemente, welche Atomzahlen zwischen 26 und 60 aufweisen und welche nicht als Metallfolie zur Verfügung stehen, können Verwendung finden, indem sie mit einem der andenn Materialien legiert werden. Insbesondere ist Aluminium zum Zwecke der Legierung verwendbar. Filter, welche in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut sind, können leicht an vorhandene Röntgenvorrichtungen angepaßt werden, und aus diesem Grunde ein verringertes Ausgesetztsein der Patienten durch die Strahlungen zum Ergebnis haben, ohne daß signifikant gesteigerte Kosten vorhanden sind. Die Filter weisen außerdem den zusätzlichen Nutzen auf, daß sie die auftreffende abgelenkte Strahlung von der Röntgenstrahlenquelle verringern und dadurch die Strahlungspegel verringern, denen das Bedienungspersonal derartiger Vorrichtungen ausgesetzt sein kann. Da es erwünscht ist, aus dem Röntgenstrahlenbündel alle Strahlungen, welche eine Energie in der Nähe der K-Absorptionskante des Niobiums aufweisen, herauszufiltern, ohne daß eine wahrnehmbare Vergrößerung der Dämpfung des Bündels in den für diagnostische Belange bedeutenden Bereichen auftritt (im allgemeinen von ungefähr 0,15Ä bis ungefähr 0,4 A), kann ein Kombinationsfilter Verwendung finden. Der Kombinationsfilter enthält ein oder mehrere Materialien, welche mehr als ein Element enthalten, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, die Aluminium enthält und Elemente, welche Atomzahlen zwischen 26 und 50 aufweisen. Das Kombinationsfilter kann aufgebaut werden, indem einzelne Schichten von individuellen Metallfolien aufeinandergelegt werden, oder durch Legleren der Materialien in einer einzigen Folie. Die Auswahl der Materialien hängt von dem gewünschten Spektrum des Röntgenstrahlenbündels ab, welches seinerseits von dem speziellen Verwendungszweck abhängig ist.Those elements which have atomic numbers between 26 and 60 and which are not available as metal foil can be used by alloying with one of the other materials. In particular, aluminum is usable for the purpose of alloying. Filters constructed in accordance with the present invention can be readily adapted to existing X-ray devices, and therefore result in reduced exposure of patients to radiation without significantly increased costs. The filters also have the added benefit of reducing the incident deflected radiation from the x-ray source and thereby reducing the levels of radiation to which the operators of such devices may be exposed. Since it is desired to filter out from the X-ray beam all radiation having energy near the K absorption edge of the niobium, without any appreciable increase in the attenuation of the beam occurring in the areas of diagnostic importance (generally about zero) , 15A to about 0.4A), a combination filter may be used. The combination filter contains one or more materials containing more than one element selected from the group consisting of aluminum and elements having atomic numbers between 26 and 50. The combination filter can be constructed by stacking individual layers of individual metal foils, or by aligning the materials in a single foil. The choice of materials depends on the desired spectrum of the X-ray beam, which in turn depends on the particular application.

Wie es in der Fig. 5 a dargestellt ist, findet ein Kombinationsfilter mit 25 Mikrometern Niobium und 50 Mikrometern Selen Verwendung. Die Kennwerte der Kurven sind die gleichen, wie in der Fig.4, worin die durchgezogene Linie das ungefilterte Spektrum darstellt, die langgestrichelte Linie das Verringerungsprofil des Kombinationsfilters zeigt und die kurzgestrichelte Linie das gefilterte Spektrum darstellt. Wie es klar zu erkennen ist, werden bei der Verwendung von Selen mit einer K-Absorptionskante von ungefähr 0,98 A in Kombination mit Niobium Im wesentlichen alle Röntgenstrahlen mit einer Wellenlänge größer als ungefähr 6Ä aus dem Röntgenstrahlenbündel durch den Kombinationsfilter herausgefiltert. Aus diesem Grunde ist, wie es in dem Beispiel, welches in der Flg. 5 dargestellt ist, gezeigt wird, die Kombination von Niobium und Selen besonders gut verwendbar für solche Anwendungsgebiete, bei denen es erwünscht ist, ein Röntgenstrahlenbündel mit Wellenlängen von weniger als 0,4 Azu erhalten. Wenn ein härteres Strahlenbündel erwünscht wird, das heißt, eines bei welchem die Wellenlängen weniger als 0,3Ä oder 0,2A° betragen, dann würde ein Filtermaterial gewählt, welches Röntgenstrahlen herausfiltert, die Wellenlängen aufweisen, welche größer sind als diese. Zum Beispiel wären Zinn mit einer K-Absorptionskante bei ungefähr 0,42 A oder Indium mit einer Absorptionskante von ungefähr 0,44 A oder Silber mit einer K-Absorptionskante von ungefähr 0,48A verwendbar. Die oben genannten oder andere Materialien, welche ähnliche Verringerungseigenschaften aufweisen, würden in der Kombination mit einem oder mehreren Materialien Verwendung finden, welche eine K-Absorptionskante im Bereich von ungefähr 0,6 A bis 1,0 A aufweisen wie zum Beispiel Materialien aus Technetium oder Germanium in dem periodischen System der Elemente.As shown in Fig. 5 a, a combination filter with 25 microns of niobium and 50 microns of selenium is used. The characteristics of the curves are the same as in Fig. 4, wherein the solid line represents the unfiltered spectrum, the long dotted line shows the reduction profile of the combination filter and the short dotted line represents the filtered spectrum. As can be appreciated, with the use of selenium having a K absorption edge of about 0.98 A in combination with niobium, substantially all X-rays having a wavelength greater than about 6 Å are filtered out of the X-ray beam by the combination filter. For this reason, as in the example given in the Flg. 5, the combination of niobium and selenium is shown to be particularly useful for those applications where it is desired to obtain an x-ray beam with wavelengths less than 0.4 amps. If a harder beam is desired, that is, one in which the wavelengths are less than 0.3 Å or 0.2 Å, then a filter material would be selected which filters out X-rays having wavelengths greater than these. For example, tin with a K-absorption edge at about 0.42 A or indium with an absorption edge of about 0.44 A or silver with a K-absorption edge of about 0.48A would be useful. The above or other materials having similar reduction properties would find use in combination with one or more materials having a K absorption edge in the range of about 0.6 A to 1.0 A, such as technetium or Germanium in the periodic system of elements.

Die bevorzugte Dicke des ausgewählten Materials ist abhängig von der Dichte und dem Verringerungskoeffizienten, wie das im vorangegangenen diskutiert wurde. Im allgemeinen sollte die Dicke des Filters derart ausgewählt werden, daß das Produkt, welches erhalten wird, wenn man die Dicke, die Dichte und den Verringerungskoeffizienten bei 50keV miteinander multipliziert, sich in dem Bereich von ungefähr 0,15 bis ungefähr 0,45, am vorteilhaftesten von ungefähr 0,25 bis ungefähr 0,35 bewegt. Bei einem Kombinationsfilter sollte sich die Summe der Produkte für jedes der einzelnen Elemente in dem im vorangegangenen genannten Bereich bewegen. Vorzugsweise sollte sich bei einem Kombinationsfilter, welcher zwei getrennte Elemente aufweist, jedes der einzelnen Elemente in dem Bereich von ungefähr 0,075 bis ungefähr 0,225 und am vorteilhaftesten von ungefähr 0,125 bis ungefähr 0,175 bewegen.The preferred thickness of the selected material is dependent on the density and the reduction coefficient, as discussed above. In general, the thickness of the filter should be selected such that the product obtained by multiplying the thickness, density and the reduction coefficient at 50 keV is in the range of about 0.15 to about 0.45, on the order of most preferably from about 0.25 to about 0.35. For a combination filter, the sum of the products for each of the individual elements should be in the range mentioned above. Preferably, in a combination filter having two separate elements, each of the individual elements should range from about 0.075 to about 0.225, and most preferably from about 0.125 to about 0.175.

Die Verwendung eines Filters entsprechend der vorliegenden Erfindung soll nachfolgend in den weiteren Beispielen erläutert werden:'The use of a filter according to the present invention will be explained below in the further examples:

BelspJeMBelspJeM

Ein Niobiumfilter, mit einer Dicke von 50 Mikrometern, mit einer Plastehülle versehen, wurde vor einem Kallimator einer dreiphasigen, sechspulsigen Röntgenvorrichtung mit einer vollkommenen Filtration von 3,5mm Aluminium-Äquivalent angeordnet. Die einfallenden Strahlungsdosen wurden unter Verwendung eines Belichtungsmessers gemessen. Es wurde eine Reihe von Röntgenaufnahmen von Phantomen aufgenommen, mit und ohne den Niobiumfilter. Mit dem Ziel eine identische optische Dichte in den Röntgenaufnahmen zu erreichen, wurde die Belichtungszeit für die gefilterten Röntgenaufnahmen geringfügig um 8% bis 10% erhöht. Die Werte für die Verringerung der Dosierungen wurden um die geringfügige Verlängerung der Belichtungszeit korrigiert.A niobium filter, 50 microns thick, provided with a plastic shell was placed in front of a kallimator of a three-phase, six-pulse x-ray apparatus with a perfect filtration of 3.5 mm aluminum equivalent. The incident radiation doses were measured using an exposure meter. A series of X-rays of phantoms were taken, with and without the niobium filter. With the aim of achieving an identical optical density in the X-ray images, the exposure time for the filtered X-ray images was slightly increased by 8% to 10%. Dose reduction values were corrected for the slight increase in exposure time.

Tabelel 1 -gemessene EingangsdosisTabelel 1-measured input dose

KV-BereichKV area ohnewithout mitWith % Dosis-% Dose (KVP)(CIP) Testfiltertest filter TestfiiterTestfiiter Verringerungreduction 4040 0,9 mr/mas0.9 m / mas 0,22 mr/mas0.22 mr / mas 75%75% 5050 2,0mr/mas2,0mr / mas 0,55 mr/mas0.55 mr / mas 72%72% 6060 3,4 mr/mas3,4 mr / mas 1,21 mr/mas1.21 mr / mas 64%64% 7070 5,0 mr/mas5.0 mr / mas 2,10 mr/mas2.10 m / mas 58%58% 8080 6,7 mr/mas6.7 m / mas 3,10 mr/mas3,10 m / mas 54%54%

Die Tabelle 1 zeigt eine beachtenswerte Verringerung der einfallenden Strahlungsdosis zwischen den Messungen, welche mit und ohne Niobiumfilter durchgeführt wurden. Diese Verringerung der Dosis ist am meisten bei den geringeren KVP-Werten zu erkennen.Table 1 shows a noteworthy reduction in incident radiation dose between measurements made with and without niobium filters. This reduction in dose is most noticeable in the lower KVP values.

Example 2

Dieses Experiment wurde unter Verwendung eines Dreiphasengenerators von General Electric und einer automatischenThis experiment was carried out using a three-phase generator from General Electric and an automatic

Strahlbegrenzungs-Elnrichtung mit einer innewohnenden Filtration von 1,5mm Aluminium-Äquivalent bei 150KVPBeam-limiting device with an inherent filtration of 1.5mm aluminum equivalent at 150KVP

durchgeführt. Die zusätzliche Filtrierung betrug 2,0mm Aluminium-Äquivalent, was eine vollkommene Filtrierung von 3,5mmcarried out. The additional filtration was 2.0mm aluminum equivalent, giving a perfect filtration of 3.5mm

Aluminium-Äquivalent ergab. Da der Hauptteil der Röntgenstrahlungs-Prüfungen zwischen 75 bis 100KVP ausgeführt wurde, wurde der Generator bei den folgenden Einstellwerten verwendet: mA - 200; Zeit - 35 Sekunden; KVP - 80.Aluminum equivalent yielded. Since most of the X-ray tests were performed between 75 to 100KVP, the generator was used at the following setting values: mA - 200; Time - 35 seconds; CIP - 80.

Es wurde sowohl ein Halbwert-Lagenexperiment durchgeführt, als auch ein Vergleich der Strahlungsdosis erreicht unter:Both a half-value layer experiment was carried out and a comparison of the radiation dose achieved under:

a) normalen Betriebsbedingungen - mit lediglich dem 3,5 mm Aluminium-Äquivalent zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor;a) normal operating conditions - with only the 3.5 mm aluminum equivalent between the radiation source and the detector;

b) genau so, wie unter Punkt a) aber mit 100 Mikrometern Yttrium zusätzlich an der Strahlungsquelle im Feld;b) exactly as under point a) but with 100 microns of yttrium in addition to the radiation source in the field;

c) genau so, wie unter Punkt a) aber mit 50 Mikrometern Niobium zusätzlich an der Strahlungsquelle im Feld;c) exactly as under point a) but with 50 microns of niobium in addition to the radiation source in the field;

d) genau so, wie unter Punkt a) aber mit 25 Mikrometern Niobium zusätzlich an der Strahlungsquelle im Feld.d) exactly as under point a) but with 25 microns of niobium in addition to the radiation source in the field.

Betrieb zusätzlichOperation in addition A) NormalbetriebA) Normal operation 00 mR DosismR dose % Dosierungs% Dosage Filtrierungfiltration 1mm1 mm reduzierungreduction 2 mm2 mm (im Vergleich zu A)(compared to A) 3 mm3 mm 4 mm4 mm 262262 5 mm5 mm 210210 Halbwertelage = 3,7 mm AlHalf-value position = 3.7 mm Al 176176 B) zusätzlich 100 Mikrometer Yttrium zu AB) additional 100 microns of yttrium to A 148148 00 124124 1mm1 mm 107107 2 mm2 mm 3 mm3 mm 4 mm4 mm 149149 4444 Halbwertslage - 4,85 mm AlHalf-value position - 4.85 mm Al 128128 3939 112112 3737 9595 3636 8383 3333

mR Dosis -mR dose - % Dosierungs% Dosage -8- 294119-8- 294119 Fortsetzung der TabelleContinuation of the table reduzierungreduction Betrieb zusätzlichOperation in addition (im Vergleich zu A)(compared to A) Filtrierungfiltration 138138 4848 C) zusätzlich 50 Mikrometer Niobium zu AC) additionally 50 micrometers niobium to A 118118 4444 00 9999 4444 1mm1 mm 8383 4444 2 mm2 mm 7272 4242 3 mm3 mm 6464 4040 4 mm4 mm 5mm5mm Halbwertslage = 4,35 mm AlHalf-value position = 4.35 mm Al 175175 3434 D) zusätzlich 25 Mikrometer Niobium zu AD) additionally 25 micrometers niobium to A 148148 3030 00 125125 2929 1mm1 mm 107107 2828 2 mm2 mm 9191 •27• 27 3 mm3 mm 7979 2626 4 mm4 mm 5 mm5 mm Halbwertslage = 4,25 mm AlHalf-value position = 4.25 mm Al

Example 3

Es wurden Versuche durchgeführt, bei denen Wasser-Phantome mit Ccm, 10cm, 15cm und 20cm Tiefe Verwendung fanden. In dem Wasser wurde ein Stufenkeil angeordnet, um eine meßbare optische Dichte (o. D.) zu erhalten. Es wurde ein Generator für den Versuch verwendet, der eine Fokusspitzengröße 0,6 aufwies. Die Halbwertslage, welche vor dem Versuch gemessen wurde, betrug 3,8mm Al bei 8OkV. Zusätzlich wurde ein Niobiumfilter von 50 Mikrometer Dicke zu den 3,8mm Al außerhalb des Kollimatorfensters angeordnet. Es wurden folgende Ergebnisse erzielt:Experiments were carried out using water phantoms with Ccm, 10cm, 15cm and 20cm depth. A step wedge was placed in the water to obtain a measurable optical density (o.d.). A generator was used for the experiment, which had a focus tip size of 0.6. The half-value position, which was measured before the experiment, was 3.8 mm Al at 8OkV. In addition, a niobium filter of 50 micrometers thickness was placed to the 3.8 mm Al outside the collimator window. The following results were achieved:

Phantomphantom zusätzlicheadditional Belichtungexposure Röhrenroar Dosisdose % Dosis% Dose Filterfilter spannungtension reduzierungreduction 5 cm5 cm 1OmAs1OmAs 63 kV63 kV 28,4 mR28.4 mR 5 cm5 cm 0,05 mm Nb0.05 mm Nb 1OmAs1OmAs 63 kV63 kV 10,2 mR10.2 mR 64%64% 5 cm5 cm 0,05 mm Nb0.05 mm Nb 12mAs12mAs 63 kV63 kV 16 mR16 mR 44%44% 5 cm5 cm 4 mm Al4 mm Al 1OmAs1OmAs 63 kV63 kV 10,2 mR10.2 mR 64%64% 10cm10 centimeters 2OmAs2OmAs 77 kV77 kV 94 mR94 mR 10cm10 centimeters 0,05 mm Nb0.05 mm Nb 2OmAs2OmAs 77 kV77 kV 6OmR6OmR 47%47% 10cm10 centimeters 0,05 mm Nb0.05 mm Nb 2SmAs2SmAs 77 kV77 kV 73 mR73 mR 22%22% 10cm10 centimeters 3 mm Al3 mm Al 2OmAs2OmAs 77 kV77 kV 51 mR51 mR 46%46% 15cm15cm 32 m As32 m As 96 kV96 kV 283 mR283 mR 15cm15cm 0,05 mm Nb0.05 mm Nb 32mAs32mAs 96 kV96 kV 17OmR17OmR 40%40% 15cm15cm 0,05 mm Nb0.05 mm Nb 4OmAe4OmAe 96 kV96 kV 215mR215mR 24%24% 15cm15cm 3 mm Al3 mm Al 5OmAs5OmAs 96 kV96 kV 172 mR172 mR 39%39% 20 cm20 cm 5OmAs5OmAs 117 kV117 kV 715mR715mR 20cm20 cm 0,05 mm Nb0.05 mm Nb 5OmAs5OmAs 117 kV117 kV 453 mR453 mR 37%37% 20 cm20 cm 0,05 mm Nb0.05 mm Nb 64 m As64 m as 117 kV117 kV 569 mR569 mR 20%20% 20 cm20 cm 3mmAI3mmAI 5OmAs5OmAs 117 kV117 kV 46OmR46OmR 36%36%

Example 4 Fine series of x-rays of the spine and abdomen were recorded, their conditions in the

folgenden ^raballe dargestellt sind.following ^r aballe are shown.

Aufnahmeadmission FFDFFD kVPkVP mAmA ZeitTime ungefilterteunfiltered gefiltertefiltered % Dosis% Dose Dosisdose Dosisdose reduzierungreduction Nacken/Neck/ Wirbelsäulespinal column 4040 7070 100100 11 3131 77 7878 seiti.seiti. Hüft-hip Wirbelsäulespinal column 4040 9090 300300 22 556556 264264 5454 gesamteall Wirbelsäulespinal column 7272 9090 300300 22 110110 5ö5 NC 5555 Bauchbelly 7272 9090 300300 22 110110 5050 5555

Die angefertigten Filme wurden durch einen geprüften Röntgenfachmann beurteilt, und es wurde festgestellt, daß sie größere Details aufwiesen, als ungefilterte Filme.The prepared films were evaluated by a qualified radiographer and found to have greater detail than unfiltered films.

Example C

Es wurde eine Versuchsreihe durchgeführt, bei welcher eine zahnmedizinische Röntgenvorrichtung mit 7OkVP und 1OmA mit einem Nlobiumfihar von 50 Mikrometer Dicke Verwendung fand. Es würde festgestellt, daß die Belichtungszeiten für den Aluminiumfilter allein auf das 1,5- bis 2fache gesteigert wurdn, um einen äquivalenten Kontrast und eine äquivalente Filmqualität zu erreichen. Beim normalen Betrieb mit dem Aluminiumfilter betrüg die Belichtungszeit im allgemeinen 0,2 bis 0,3 Sekunden, mit dem zusätzlichen Niobiumfilter betrug sie 0,3 bis 0,5 Sekunden. Die Verringerungen sind in der folgenden Tabelle dargestellt:A series of experiments were carried out using a dental x-ray device with 7OkVP and 10 mA with a 50 μm-thick nlobium fihar. It was found that the exposure times for the aluminum filter alone were increased by 1.5 to 2 times to achieve equivalent contrast and film quality. In normal operation with the aluminum filter, the exposure time was generally 0.2 to 0.3 seconds, with the additional niobium filter being 0.3 to 0.5 seconds. The reductions are shown in the following table:

Filterfilter Belichtungszeitexposure time Dosis/MRDose / MR % Dosis-Verringerung% Dose reduction . Al, al 0,20.2 116116 69%69% NbNb 0,20.2 3636 Alal 0,20.2 116116 50,9%50.9% NbNb 0,30.3 5757 Alal 0,20.2 116116 37,9%37.9% NbNb 0,40.4 7272 Alal 0,30.3 171171 66,7%66.7% NbNb 0,30.3 5757 Alal 0,30.3 171171 57,9%57.9% NbNb 0,40.4 7272 Alal 0,30.3 171171 50,3%50.3% NbNb 0,50.5 8585 Alal 0,30.3 171171 30,4%30.4% NbNb 0,60.6 102102

Aus diesem Grunde ergibt bei gewöhnlichen Betriebsbedingungen der Niobiumfilter mit einer Dicke von 50 Mikrometern eine Verringerung der Dosis von 30 bis 50% für den Patienten.For this reason, under normal operating conditions, the 50 micron thick niobium filter provides a 30 to 50% dose reduction for the patient.

Obwohl verschiedene bevorzugte Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung hierin im einzelnen beschrieben wurden, ist es für einen Fachmann auf dem in Frage kommenden Gebiet der Technik offensichtlich, daß hierzu Varianten ausgebildet werden können, ohne vom Sinn der Erfindung oder vom Umfang der zugehörigen Ansprüche abzuweichen.While various preferred embodiments of the present invention have been described in detail herein, it would be obvious to one skilled in the art that variations could be made thereto without departing from the spirit or scope of the appended claims.

Claims

A radiation dose reduction filter, in particular for a medical or dental diagnostic X-ray device, comprising an X-ray source operating at a peak voltage of between about 55 keV and about 110 keV to detect an object to be detected from the x-ray beam emitted by the x-ray source is exposed to be explored, characterized in that the absorption of low energy radiation by the object to be examined is significantly reduced without significantly affecting the desired high energy radiation emitted by said X-ray source, and the said Filter is selected such that it has X-ray filter characteristics such that the intensity of the X-rays having an energy of 50 keV are reduced by about 8% to about 35% of the normal radiation level wherein said filter contains one or more materials having as main constituents elements selected from the group consisting of aluminum and elements having atomic numbers between 26 and 50.

2. Filter according to claim 1, characterized in that said filter comprises a metal foil which consists of a single elementary material.

3. A filter according to claim 2, characterized in that said elemental material is selected from the group consisting of niobium, copper, silver, tin, iron, nickel, zinc, zirconium, aluminum or molybdenum.

4. A filter according to claim 1, characterized in that said filter comprises at least one metal foil of niobium, which has a thickness of about 75 microns.

A filter according to claim 4, characterized in that said niobium metal foil has a preferred thickness within the range of about 25 to about 75 micrometers.

6. A filter according to claim 5, characterized in that said metal foil of niobium has a thickness of about 50 microns.

A filter according to claim 4, characterized in that the filter comprises an additional filtration foil in combination with said metal foil of niobium, said filtration foil having a maximum thickness of approximately 75 microns.

8. Filter according to claim 1, characterized in that the filter is wrapped in a transparent envelope.

9. Filter according to claim 8, characterized in that said transparent enclosure contains a flexible plastic material.

A filter according to claim 9, characterized by a colored background within the transparent envelope, the color in said background containing specific identifying information relating to the filter.

11. A filter according to claim 10, characterized in that said colored background contains a material in the form of a cardboard paper and wherein said transparent envelope comprises a flexible plastic material which results in an all-round flexibility of the filter.

A method of reducing the radiation dose to an object of interest exposed to an X-ray beam during a medical or dental examination, comprising emitting a beam of penetrating rays having a maximum energy of between about 55 keV and about 110 keV from an x-ray device in the direction of an object to be examined, said x-ray device having an x-ray source operating at a peak voltage of between about 55keV and about 110keV and having an intrinsic filtration of 2 to 4mm aluminum equivalent characterized by disposing a filter material between said X-ray source and said object to be examined, said filter significantly reducing the absorption of low energy radiation by the object to be examined, without the said desired high-energy radiation from the said radiation source substantially, and said filter comprises one or more materials containing as a main component elements selected from the group consisting of aluminum and elements having atomic numbers between 26 and 50 and which have been selected so that they FS.iereigenschaften for

X-rays ensuring that the intensity of the radiation having an energy of 50 keV is reduced by about 8% to about 35% of the normal radiation level;

Exposing said object to be examined to the filtered radiation such that most of said filtered radiation passes through said patient; Displaying the filtered radiation emerging from said object to be examined and using the leaked filtered radiation to obtain an X-ray image of the object to be examined corresponding to the intensity of the leaked filtered radiation.

13. The method according to claim 12, characterized in that said filter is provided with a metal foil, which consists of a single elementary material.

14. The method according to claim 13, characterized in that said material is selected from a group consisting of niobium, copper, silver, tin, iron, nickel, zinc, zirconium, aluminum or molybdenum.

15. The method according to claim 14, characterized in that in said filter at least one metal foil of niobium is arranged, which has a maximum thickness of about 75 micrometers.

A method according to claim 15, characterized in that said niobium metal foil is given a preferred thickness within the range of about 25 to about 75 microns.