DE2650996A1 - Geraet fuer die roentgendiagnostik - Google Patents
Geraet fuer die roentgendiagnostikInfo
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
- A61B6/02—Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
- A61B6/03—Computerised tomographs
- A61B6/032—Transmission computed tomography [CT]
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- A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
- A61B6/40—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05G—X-RAY TECHNIQUE
- H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
- H05G1/08—Electrical details
- H05G1/10—Power supply arrangements for feeding the X-ray tube
- H05G1/22—Power supply arrangements for feeding the X-ray tube with single pulses
Description
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ARTRONIX, INC., ST. LOUIS, MISSOURI 63144 (V.St.A.)
Gerät für die Röntgendiagnostik
Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät für die Röntgendiagnostik,
das insbesondere mit Röntgenstrahlen oder mit Gammastrahlen arbeitet. Ferner bezieht sich die Erfindung
auf das tomographische, rotierende Röntgen, das zweidimensionales Röntgen erlaubt, um eine dreidimensionale Konfiguration
eines schmalen, tomographischen Schlitzes darzustellen. Es ist schon bekannt, die Tomographie zur Röntgenuntersuchung
von Teilen des menschlichen Körpers, beispielsweise des Kopfes, einzusetzen, um die Lage von Tumoren
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oder anderen Fremdkörpern festzustellen.
Einige der bekannten tomographischen Vorrichtungen verwenden
schon die Rotation einer Rontgenstrahlenquelle und eines Rontgenstrahlendetektors für den zu untersuchenden
Bereich. Einige dieser bekannten Anlagen sind mit elektrischen Kabeln ausgerüstet, die die mögliche Rotation begrenzen
und damit zu einer Ausdehnung der Zeit führen und den Einsatz eines Technikers notwendig machen, der dann
die elektrischen Kabel wieder in die richtige Lage bringen muß, damit der Röntgenvorgang fortgesetzt werden kann. Die
Rotation ist hierbei oftmals auf 180° begrenzt.
Bei anderen bekannten Vorrichtungen ist es notwendig, daß der Röntgentechniker oder die Bedienungsperson die Lage
des menschlichen Körpers von Hand einstellt, so daß ein anderer Bereich des Körpers geröntgt werden kann, nachdem
vorher ein bestimmter Bereich bereits durchleuchtet wurde. Bei einer anderen bekannten Vorrichtung werden eine Rontgenstrahlenquelle
und ein Rontgenstrahlendetektor verwendet, die in Beziehung zu dem zu durchleuchtenden, menschlichen
Körper reziprok zueinander bewegt werden, die einzelnen Bewegungen erfolgen jeweils nach Abschluß der vorhergehenden
Durchleuchtungszeit.
Bekannte Vorrichtungen haben auch Schlitze für die Röntgen-
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strahlen mit einer Breite von β mm und mehr verwendet. Solche Schlitzbreiten haben die Feststellung pathologischer
Gewebe oder anderer Unregelmäßigkeiten in der Gewebestruktur erschwert. Ss ist schwierig, eine Kompensation
bei dem großen Gewebeteil durchzuführen, das sich über eine Schlitzbreite von 8 mm erstreckt, wenn man die Daten von
dem Schlitz analysiert. Als Ergebnis bleibt, daß die auf der Basis eines Schlitzes gewonnene Anzeige sowohl visuell
als auch numerisch nicht vollständig befriedigt. Das durchschnittliche Normalgewebe versucht, das Vorhandensein von
abnormaler Struktur zu verbergen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerat zu schaffen, mit dem die beschriebenen Nachteile des Bekannten
eliminiert und mit dem ein schnelles Arbeiten ohne umständliche Justage möglich ist. Dabei sollen die beim Röntgen
gewonnenen Abbildungen möglichst klar sein und die gewünschten Informationen liefern. Erfindungsgeraäß wird die Aufgabe
dadurch gelöst, daß eine Strahlenquelle, vorzugsweise eine Röntgenröhre, und Mittel zur impulsmäßigen Aktivierung der
Strahlenquelle vorgesehen sind.
Die Erfindung weist gegenüber dem Bekannten die Vorteile auf, daß das Gerät kontinuierlich in einer einzigen Richtung
rotieren kann. Daher ist es nicht notwendig, die Zuleitungen für jede Rotation neu zu ordnen und zu justiereno Das Gerät
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stellt sich automatisch jeweils in die Ausgangsposition zurück, weshalb eine Vielzahl von Rotationen und damit
Durchleuchtungen in einem Zeitabschnitt kontinuierlich durchgeführt werden kann. Die Rontgenstrahlenquelle wird
impulsmäßig ständig kurzzeitig eingeschaltet, während die Rontgenstrahlenquelle und ein Detektor um ein zu messendes
Objekt rotieren. Jeder Impuls führt zu einer Prüfung, also zu einer Durchleuchtung des Objektes und damit zu
Lieferung entsprechender Daten. Jede Rotation der Vorrichtung liefert somit eine große Anzahl einzelner Daten,
die eine Analyse ermöglichen, um ein genaueres Bild des zu untersuchenden Objektes zu erhalten. Die Röntgenstrahlung
vrird in Form eines schmalen Strahles verwendet, der eine größere Unterscheidung zwischen den untersuchten Strukturen
erlaubt, wie dies in der Druckschrift Neurological CAT System von der Firma Artronix Incorporated beschrieben ist.
Mit der schmaleren Abtastung kann die Zeit einer kompletten Durchleuchtung für ein zu untersuchendes Objekt, beispielsweise
den menschlichen Kopf, wesentlich reduziert werden. Dabei geht die Zeitreduktion auch auf die kontinuierliche
Art der Arbeitsweise der Vorrichtung sowie auf die impulsmäßige Abtastung bzw. Einschaltung bei jeder Rotation zurück.
Das zu untersuchende Objekt wird nach Beendigung einer jeden Rotation weiterbewegt, so daß danach jeweils unmittelbar
eine neue Untersuchung stattfinden kann. Die gesteigerte
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Abtastgeschwindigkeit und die größere Anzahl der Abtastungen
pro Zeiteinheit, also die gesamte Röntgendauer für ein bestimmtes Objekt wird stark reduziert, und die Durchleuchtung
erfolgt mit größerer Genauigkeit. Das erfindungsgemäße tomographische Gerät ist somit in der Lage, pro Tag mehr Patienten
als die bekannten Geräte zu röntgen, wodurch der Kosteneinsatz sowie die aufgewendete Arbeitszeit stark reduziert
werden können.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles mittels Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines Röntgentomographen,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Tomographen gemäß Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Tomographen entlang der Linie 3-3 in Fig. 2,
Fig. 4 einen Querschnitt durch den Tomographen gemäß der Linie 4-4 in Fig. 2,
Fig. 5 einen Teilschnitt gemäß der Linie 5-5 in Fig. 4,
Fig. 6 einen Teilschnitt durch die Meßklötze für den Tomographen entlang der Linie 6-6 in Fig. 4,
Fig. 7 einen Schnitt durch den Tomographen entlang der Linie 7-7 in Fig. 4, teilweise gebrochen, mit der
Rontgenstrahlenquelle, dem Schlitz-Kollimator, der
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Aufnahme für den Kopf, dem Streustrahl-Kollimator
und dem Detektor,
Fig. 8 einen Teilschnitt durch den Streustrahl-Kolliraator entlang der Linie 8-8 in Fig. 7,
Fig. 9 einen Teilschnitt durch den Detektor entlang der Linie 9-9 in Fig. 7,
Fig. 10 einen Teilschnitt durch den Streustrahl-Kollimator und den Detektor,
Fig. 11 eine Frontansicht einer in dem Detektor verwendeten Platte,
Fig. 12 eine Frontansicht einer als Gegenplatte verwendeten Platte in dem Detektor,
Fig. 13 einen Schnitt entlang der Linie 13-13 in Fig. 12,
Fig. 14 einen Schnitt durch den Tomographen entlang der Linie 14-14 in Fig. 2,
Fig. 15 ein Blockdiagramm der Röntgen- und Abtasteinheit mit der Halterausrüstung,
Fig. 16 einen Stromlauf des Schalters und Verstärkers für den Detektor,
Fig. 17 einen Querschnitt durch das Gehäuse mit den elektrischen Verbindungen entlang der Linie 17-17 in Fig. 2,
Fig. 18 einen Teil-Längsschnitt durch das Gehäuse mit den
elektrischen Verbindungen entlang der Linie 18-18
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in Fig. 17, und
Fig. 19 einen Stromlauf des Röntgenimpuls- und Schaltkreises.
Ein Tomograph 100 (Fig. 1, 2) weist einen tragenden Gehäuserahmen 102 auf, der eine bewegliche Liege 104 trägt. Diese
ist mit einem Schirm 106 versehen und trägt eine .Aufnahme zum Aufnehmen vorzugsweise des menschlichen Kopfes, der geröntgt
werden soll. Der Schirm 106 überlappt einen verschwenkbaren
oder rotierenden Halter 110, und die Aufnahme 103 ragt in das Zentrum des Halters 110. Dieser ist mittels eines
oder mehrerer Kugellagern 112 in einer Ilalteplatte 3.14 an
dem Gehäuserahmen 102 gelagert.
Die Liege 104 ist in dem Gehäuserahmen 102 gelagert und mittels
einer Spindel 116 (Fig. 2, 3) verschieblich. Die Spindel
116 wird mittels eines Servomotors 113 angetrieben, und verschiebt
hierdurch die Liege 104 auf Gleitschienen 119 in beiden Längsrichtungen der Liege 104. Die Liege 104, der
Schirm 106 und die Aufnahme 108 für cien Kopf sind gegenüber
dem vcrschv.'enkbaren Halter 110 in einer Öffnung 120 verschiebbar.
Der verschwenkbare Halter 110 rotiert konzentrisch
um die horizontale Achse der Aufnahme 108 für den Kopf.
Nahe einer Außenkante des verschwenkbaren oder rotierenden Halters 110 und auf dessen Durchmesser lieaend ist eine
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Röntgenröhre 122 angebracht (Pig. 3, 4), die mit dem Halter
110 mit verschwenkt wird. Auf der gegenüberliegenden
Seite des Halters 110 und praktisch zu beiden Seiten des Durchmessers, auf dem die Röntgenröhre 122 liegt, ist ein
Detektor 124 (Fig. 3, 4) montiert. Der verschwenkbare Halter 110 ist in dem Bereich zwischen der Röntgenröhre 122
und dem Detektor 124 hinterschnitten (Fig. 4), um für die Aufnahme 108 genügend Platz zu haben. Um sie herum ist
ein Acrylfeld 126 angeordnet. Ein Schlitz-Kollimator 128 befindet sich über dem Acrylfeld 126 und zwar gerade
zwischen dem Acrylfeld 126 und der Röntgenröhre 122. Zwischen dem Acrylfeld 126 und dem Detektor 124 ist ein Streustrahl-Kollimator
130 angebracht. Auf dem Acrylfeld 126 ist zu seinen beiden Seiten jeweils ein Meßklotz 132 vorgesehen.
Diese Meßklötze 132 erlauben dem Detektor 124, die Energie des Röntgenstrahles zu messen. Die Detektorzellen liegen
entlang des Strahlenpfades, der durch die Meßklötze 132 begrenzt
wird und erlauben eine Kompensation der Schwächungschar
akt er ist ika der Röntgenstrahlen als Funktion der in den Röntgenstrahlen vorhandenen Energie. Der Detektor 124 kann
auch geeignete Feldstärkedetektoren umfassen, dies ist in den Zeichnungen aber nicht dargestellt.
Auf der Seite des verschwenkbaren Halters 110 gegenüber der Liege 104 und bezüglich des Halters 110 zentral befestigt
sowie konzentrisch um die Aufnahme 108 für den zu unter-
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suchenden Kopf ist eine drehbare Nabe 134 (Fig. 2, 3) gelagert. Diese wird mittels Treibriemen von einem Motor 138
und gegebenenfalls über ein Getriebe 140 sowie eine dazugehörige Rolle 142 angetrieben. Die Nabe 134 verbindet ein
Gehäuse 144 über Kugellager 146 und eine verdrehbare Dichtung 148, so daß die Nabe 134 rotieren kan», während das
Gehäuse 144 festbleibt. Dieses enthält elektrische Verbinder 150, 152 und 154, die mit der Nabe 134 und dem Halter
rotieren.
Die Verbinder 150, 152 und 154 bestehen aus nichtleitendem Material, d.h. einem Acryl oder einem anderen, geeigneten
Plastikmaterial, und tragen an ihren Stirnseiten elektrisch leitende Schleifringe 156, vorzugsweise aus Metall. Die
elektrische Energie für die Röntgenröhre 122 wird über Federkontakte 158 sowie über elektrische Zuleitungen 160 und
162 zugeführt, welche eine Wand 163 des Gehäuses 144 durchdringen. Metallische Leiter 164, 166 und 168 führen die
elektrische Energie durch Dichtungen 170, 172 sowie durch eine Rückwand 174 der drehbaren Nabe 134 und danach über
elektrische Zuleitungen 176, 178 der Röntgenröhre 122 zu.
Weitere Zuleitungen 180 laufen zentral durch das Gehäuse und durch eine abgedichtete Niederspannungs-Schleifringverbindung
182 (Fig. 2). Die Zuleitungen 180 stellen eine Verbindung zu dem Steuermechanismus her, beispielsweise einem
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Digital-Computer, wofür z.B. das Gerät Artronix PC 12 (TM) verwendet werden kann, das die Arbeitsweise und die Funktion
des Tomographen steuert. Die Zuleitungen 180 stellen eine elektrische Verbindung zu dem Detektor 124 her und
übermitteln ebenfalls hilfsweise Funktionen des Tomographen, sofern das erforderlich sein sollte. Das Gehäuse 144 ist
mit Transformatorenöl gefüllt - dies ist in den Zeichnungen nicht dargestellt - um bei den hohen Spannungen Lichtbogenbildung
zu der Röntgenröhre zu vermeiden, und das Gehäuse ist mit einem Sichtglas 184 für das Transformatorenöl ausgestattet,
das Sichtglas dient ferner als Ausdehnungsgefäß.
Der Aufbau der Röntgenröhre 122, des Schlitz-Kollimators 128, der Aufnahme 108, des Streustrahl-Kollimators 130 und des
Detektors 124 wird anhand der Fig. 7 bis 12 näher erläutert.
Die Röntgenröhre 122 ist eine bewährte Konstruktion, sie ist aber mit einem ersten, scheibenförmigen Kollimator ausgestattet,
der einen Schlitz in Form einer Bleischeibe aufweist, die ein rechteckiges, schlitzförmiges Fenster 186 aufweist,
durch welches die ausgesandten Röntgenstrahlen fächerförmig hindurchtreten können. Der Strahl passiert dabei einen ersten
Schirm 187 und gelangt in den Schlitz-Kollimator 128, der mit Blei 188 ausgekleidet ist, und der einen Schlitz 190
aufweist, der seinerseits den Röntgenstrahl in einen dünnen, fächerförmigen Strahl verwandelt. Dieser läuft durch das
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benachbarte Acrylfeld 126, das auf einem drehbaren Halter
befestigt ist, und durch die Aufnahme 108. Diese ist während des Gebrauchs mit Wasser gefüllt, das in der Aufnahme mittels
eines Kragens 192 aus Latex gehalten wird, wobei sich der Kragen 192 eng and den Kopf des Patienten anlegt.
Von dem Untersuchungsobjekt aus läuft der Röntgenstrahl durch den Boden der Aufnahme 108 und durch einen Schlitz
in den Streustrahl-Kollimator 130 hinein, der auf dem drehbaren Halter 110 befestigt ist. Der Streustrahl-Kollimator
130 hat einen Bleimantel 196 und Bleiplatten 198, die sich radial entlang des Röntgenstrahls erstrecken. Die Röntgenstrahlquelle
in der Röntgenröhre 122 liegt im Zentrum der Radien, auf welchen die Bleiplatten 198 liegen. Der Streustrahl-Kollimator
130 enthält einhundertundzweiunddreißig Bleiplatten 198, die zu dem Kollimator gehören. Der Winkel
zwischen benachbarten Bleiplatten 198 beträgt 0,342°. Der Streustrahl-Kollimator 130 absorbiert die gestreute, das
Objekt durchdringende Strahlung, und läßt nur diejenige Strahlung durch, die auf den Radien liegt, welche von der
Strahlenquelle ausgehend in der Ebene des schmalen Schlitzes 200 an der Basis des Streustrahl-Kollimators liegen, um in
den Schlitz 202 des Detektors 124 einzudringen. Letzterer ist auf dem drehbaren Halter 110 neben dem Streustrahl-Kollimator
130 befestigt. Diese Strahlung durchläuft dann ein Fenster 204 in dem Detektor 124, wo sie durch Xenon oder
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ein anderes konventionelles, ionisierbares Gas absorbiert wird, wo sie mittels Platten 210 des Detektors 124 als
aufgeladene Ionen registriert wird.
Der Aufbau des Tomographen ist in der vorliegenden Patentanmeldung
nicht Gegenstand eines Patentbegehrens, sondern er wird lediglich zur Verdeutlichung des Erfindungsgegenstandes
beschrieben. Die verschiedenen Möglichkeiten für den Aufbau eines Tomographen sind in der auf die Erfinder
Gregory A. Davis, Kenneth E. Krippner, Jan A. Roestel, Gottfried Vonk und Albert Ro Zacher, jun. mit dem Titel
"Gerät für die Röntgendiagnostik", angerneidet am ... November
1976, sowie in der weiteren, parallellaufenden, auf den Erfinder Albert Λκ Zacher, jun. zurückgehenden Patentanmeldung
gleichen Titels, angemeldet ebenfalls am ... November 3.976, beschrieben und dort beansprucht worden.
Der Detektor 124 ist als Streustrahl-Kollimator 130 im wesentlichen eine runde, fächerförmige Box. Der Detektor
enthält auch einhundertzweiunddreißig Platten, die ebenfalls den Röntgenstrahl schneiden und auf Radien liegen, die
ihren Ursprung in der punktförmigen Quelle des Röntgenstrahls haben. Der Detektor 124 enthält ein aus der Zeichnung nicht
ersichtliches Xenon-Gas mit einem Druck von 10 at. Je nach
dom mechanischen Erfordernis der Verbindung des Detektors und der Anwesenheit weiterer Detektorteile, -werden normaler-
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weise nur einhundertachtundzwanzig Messungen mit den aus
den Platten 206, 208 und 210 bestehenden Zellen durchgeführt.
Die Platten in dem Detektor 124 bestehen wechselweise aus den Platten 206 und 208. Die Platten 206 sind Referenzplatten
und werden bei einem Potential von -3 kV gegenüber dem Nullpotential gehalten. Die Platten 208 sind ebenfalls Referenzplatten
und werden auf Nullpotential gehalten. Wie aus der Fig. 12 ersichtlich, sind die Platten 208 mit einer
dünnen Polyäthylen Terephthalate (Mylar TM)-Schicht überzogen, die Platte 210 ist mit einem dünnen, aufgedampften
Aluminiumüberzug ausgestattet. Jeder dünne Leiter, wie z.B. Kupferfolie oder seine äquivalenten Elemente wurden aber
ebenfalls auf einem isolierenden Substrat aufgebracht, ausreichend sein. Die Platten 210 sind jeweils über elektronische
Schalter 212 mit Verstärkern 214 verbunden, die z.B. als integrierte Schaltkreise aufgebaut sein können.
Jeder der Verstärker 214 ist über einen elektrischen Leiter in der Zeichnung nicht dargestellt - mit einem Steuerschalter,
vorzugsweise des Typs Artronix PC-12 (TM) Digital-Computer, oder einem anderen konventionellen Computer verbunden. In
Fig. 16 ist ein Verstärker für die von den Platten 210 kommenden Signale dargestellt. Die zu dem Detektor gehörenden
Platten 206 und 208 liegen auf Radien 226, die ihre punktförmige Quelle der Röntgenstrahlung als ihr Zentrum haben. In
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Fig. 4 ist der Maßstab für die Plattenanordnung wegen des besseren Verständnisses vergrößert. In dem Detektor
sind die Platten (Fig. 4) so angeordnet, daß der Radius 228, der durch die Rotationsachse des drehbaren Halters
und damit durch das Zentrum des zu untersuchenden Objektes in der Aufnahme 108 hindurchläuft, nicht durch die Platten
206 und 208 hindurchgeht.
Der Detektor 124 und die Platten 206, 208 sind so angeordnet,
daß der Radius 228, der seinen Ursprung in der punktförmigen Quelle der Röntgenröhre 122 hat und durch die
Rotatxonsachse des Halters 110 und damit durch das Zentrum des in der Aufnahme 108 liegenden Objektes hindurchgeht,
zwischen den Platten 206 und 208 an der Stelle hindurchläuft, die nicht den Abstand zwischen den Platten 206 und 208 in
zwei Teile zerschneidet. Die vorzugsweise Anordnung für den Radius 228 ist ein Viertel des Abstandes zwischen den beiden
Platten 206 und 208.
Durch die Aufteilung des Abstandes zwischen den Platten durch den Radius, der - wie vorstehend beschrieben - durch ein
Viertel der Entfernung zwischen den beiden Platten 206 und 208 hindurchläuft, ist ein größerer Raum geschaffen, um die
Daten durch eine einzige Abtastung zu sammeln. Die Detektorzwischenräüme
zwischen benachbarten Platten tasten die Strahlen ab, die benachbarte toroidale Bereiche des Objektes
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schneiden, und die sich von einer Kante zum Zentrum des Objektes überlappen. Durch die Einhaltung von Abständen
zwischen den Detektorplatten wird auch der betreffende Bereich des Objektes, der durch einen beliebigen Detektorzwischenraum
abgetastet wurde, ebenfalls während eines einzigen Umlaufes überlappt. Eine einzige Abtastung mit einer
360 -Rotation wird zu einem Überlappen des betreffenden Fensters während einer Rotation führen und der Abtastung
einer 130 -Rotation mit Detektoren entsprechen, die nur halb so weit auseinander angeordnet sind. Die feinere Auflösung
der Beobachtung führt zu einer Steigerung der Genauigkeit der nachfolgenden Analyse der Daten. Wenn die
Detektorplatten symmetrisch um den Radius angeordnet sind, der durch das Zentrum des Objektes hindurchläuft, dann ist
der halbe Detektor über eine 360 -Abtastung ausreichend. Bs ergibt sich eine Verdoppelung der Daten anstatt einer
'Überlappung, und das Ergebnis ist nur halb so gut.
Das in Fig. 15 gezeigte Blockschaltbild zeigt den prinzipiellen Aufbau des tomographischen Abtasters und seine
Hilfseinrichtung, wie den steuernden Digital-Computer, beispielsweise
des Typs Artronix PC-12 (TM) oder anderer konventioneller,
entsprechend programmierter Digital-Computer.
In dem Tomographen wird eine zusätzliche Einrichtung verwendet, die aus einer Viasserpumpe 216 (Fig. 2), verbunden
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mit einem Behälter 218 besteht, der über ein Leitungssystem, beispielsweise über eine Leitung 220 auch mit der Aufnahme
108 über Leitungen 222 und 224 verbunden ist.
Der Röntgenstrahlen erzeugende Generator 230 (Fig. 15, 19) steuert das impulsmäßige Einschalten der Röntgenröhre 122.
Der Generator 230 umfaßt einen Transformator 232 und einen Gleichstromkreis 234 zur Vorspannung des Kerns 235 des
Transformators 232, damit eine magnetische Sättigung des Kerns 235 des Transformators verhindert wird.
Sin Autotransformator 236 (Fig. 19) wird mit 60 Hz-Netzspannung gespeist, um NetzspannungsSchwankungen zu kompensieren.
Wenn ein mechanisch betätigbarer Schalter 238 geschlossen wird (zum Einschalten des Tomographen 100), dann führt der
Gleichstromkreis 234 einen entsprechenden Gleichstrom der Primärwicklung 239 des Transformators zu, wie dies mittels
eines Pfeiles 240 in der Zeichnung angedeutet ist. Ein Kondensator 242, der als Siebkondensator gedacht ist, ein Stromstoß-Begrenzungswiderstand
244 und ein Strombegrenzungswiderstand 248 werden vorzugsweise so ausgewählt, daß ein Strom
geliefert wird, der dem Magnetisierungsstrom des Transformators entspricht, jedoch dem Strom der ersten Halbwelle
entgegengerichtet ist. Wenn der Tomograph 100 eingeschaltet wird, beginnt der Halter 110 zu drehen, und nachdem der
Vorspannungskreis über die Primärwicklung 239 des Transfor-
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mators 232 geschaltet wird, veranlaßt der Steuermechanismus
(vorzugsweise der Artronix PC-12 TM-Computer) den elektronischen Schalter 250 zu zünden und die Röntgenröhre 122
ebenfalls einzuschalten. Die 60 Hz-Netzspannung ist an die Primärwicklung 239 des Transformators 232 zu Beginn angeschaltet,
ihre Phasenlage ist der des Vorspannungskreises gerade entgegengerichtet, wie dies der Pfeil 249 andeutet.
Der elektronische Schalter 250 zündet während einer vollen Halbwelle und erlaubt der Spannung, über der Primärwicklung
239 des Transformators 232 zu liegen, die Spannung wird in eine Hochspannung in der Sekundärwicklung 252 des Transformators
transformiert und an die Röntgenröhre 122 weitergegeben, um einen kurzen Röntgenimpuls auszulösen.
Der Gleichstromkreis 234 vermindert den Gesamtstrom, der über den elektronischen Schalter 250 fließt, so daß dieser
die Primärwicklung 239 des Transformators 232 von der Netzleitung trennt. Der Schalter 250 wartet dann ein nachfolgendes
Signal von dem Steuermechanismus ab, also von dem Computer, dies geschieht während einer vollen Halbwelle.
Die Verwendung des Gleichstromkreises 234 ist sehr wertvoll,
denn bei ständiger Einschaltung des die Hochspannung verarbeitenden Transformators würde ohne den Gleichstromkreis der
Kern 235 des Transformators gesättigt werden. Wenn dies geschähe, würde keine weitere Spannung in die Sekundärwicklung
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des Transformators 232 gelangen, und dieser würde keine weiteren Impulse an die Röntgenröhre 122 abgeben. Der wirksame
Widerstand über der Primärwicklung 239 würde sehr klein werden, und der in der Primärwicklung 239 fließende
Strom würde dann gefährlich hohe Werte annehmen. Der Gleichstromkreis 234 verhindert die Sättigung des Kerns 235 des
Transformators 232 durch den Aufbau einer Magnetisierung entgegengesetzter Polarität und durch Schaffung eines ausreichenden
Zeitraumes zwischen den Halbwellen für die Magnetisierung des Kerns 235.
Andere Mittel für die Ansteuerung der Röntgenröhre 122 können
- falls erforderlich - eingesetzt werden, vorausgesetzt es sind eine geeignete, ausreichend schnelle, impulsmäßige Zündung
und ein entsprechendes Abtasten erreichbar.
Verschiedene Arbeitsvorgänge des Röntgen-Tomographen könnten
durch eine Bedienungsperson durchgeführt werden, die jede einzelne Funktion durch eine Reihe konventioneller, elektrischer
Schalter einleiten würde, die auf Motorantriebe und Servomotoren einwirken, oder diese Funktionen könnten durch
Relais eingeleitet werden, die auf den drehbaren Halter und andere Bestandteile des Gerätes einwirken wurden, die
durch eine Reihe verschiedener Servoschaltkrexse einwirken
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würden, um die Rotation zu vervollstandxgen. Es ist aber besser, daß die gesamte Funktion des Gerätes nur einmal
in Gang gesetzt wird und mittels eines geeigneten Computerprogramms durch einen konventionellen, programmierbaren
Digital-Computer, wie beispielsweise des Typs Artronix PC-12 (TM) oder einen anderen konventionellen Computer durchgeführt
wird. Ein geeignetes Programm ist verfügbar und wird zu diesem Zweck von der Anmelderin verwendet, ein Fachmann
würde auf einfache Weise ein geeignetes Programm von der folgenden Beschreibung der Gerätefunktionen aufstellen können,
beispielsweise durch Verwendung der FORTRAN Programiutechnik,
wie sie beispielsweise in der Einführung zu FORTRAN von Daniel McCracken (McGraw-Hill) beschrieben wird.
Zur Untersuchung eines Patienten, der mit dem hier beschriebenen Gerät untersucht werden soll, wird dieser in eine
Bauchlage (Fig. 3) gebracht, wobei sein Kopf von der Innenseite des aus Latex bestehenden Kragens 192 gehalten wird.
Dieser dehnt sich aus, sobald die Pumpe 216 Wasser aus der Aufnahme 108 in den Behälter 218 pumpt, wodurch in der Aufnahme
108 gewissermaßen ein Vakuum entsteht und das Einlegen des Kopfes des Patienten leichter erfolgen kann. Sobald der
Kopf in dem Kragen 192 liegt, wird von dem Behälter 218 Wasser in die Aufnahme 108 gepumpt, wodurch sich der Kragen
um den Kopf des Patienten legt.
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Wenn der Patient in dem Gerät richtig liegt, dann wird der Motor 138 eingeschaltet und treibt den Halter 110 an, Hochspannung
wird der Röntgenröhre 122 zugeführt. Diese wird jeweils während sehr kurzer Dauer 256-mal bei jeder Umdrehung
von 360° eingeschaltet. Normalerweise wird eine Umdrehung in 9 SeIc. oder weniger vollendet. Am Ende einer
jeden Umdrehung wird der Servomotor 118 eingeschaltet, um den Patienten in Längsrichtung etwas zu verschieben, bei
der Ausführung gemäß Fig. 2 wird der Patient nach rechts verschoben. Er wird jedesmal um ca. 3 mm verschoben, dies
entspricht der ungefähren Breite des Röntgenstrahles, nach jeder Verschiebung wird eine neue Abtastung eingeleitet.
Abhängig von der Intensität des verwendeten Röntgenstrahl und der Zeit zwischen den Abtastungen, die für das Kühlen
der Rontgenexnrxchtung erforderlich ist, werden drei oder mehr 360°-Umläufe innerhalb einer Minute durchgeführt. Dies
ist wesentlich schneller als es bei konventionellen Einrichtungen möglich ist, die ca. 5 Min. für zwei Abtastungs-Zyklen
benötigen. Eine typische Untersuchung, also eine Durchleuchtung eines Patienten, kann in weniger als 5 Min.
durchgeführt werden.
Da der Detektor exnhundertachtundzwanzxg Messungen pro Impuls durchführt und die Röntgenstrahlenquelle von zweihundertsechsundfünfzig
separaten Positionen bei einer 360°-Rotation impulsraäßig eingeschaltet wird, ergeben sich 32 768 totale
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Messungen bei jeder 360°-Rotation des Gerätes. Der Meßwert wird von der Dämpfung des Elektronenstrahles gebildet, der
in den Detektor eindringt. Diese Dämpfungswerte werden einer
nichtkartesischen (polaren) Analyse mittels eines Digital-Computers in einer 256 χ 256 Matrix unterzogen, so daß
jedes Datensignal den Absorptionswert für eine bestimmte, analysierte Gewebestelle darstellt, d.h. jeweils
1 mm χ lmm χ 3 mm (Breite des Röntgenstrahls). Während es
möglich wäre, die sukzessive Approximationstechnik, wie sie in der US-PS 3 778 614 beschrieben ist, anzuwenden, wird
vorzugsweise die algebraische Transformation benützt, die die Vorteile der nichtkartesischen Geometrie dieses Meßsystems
ausnützt. Eine geeignete Transformation ist die von A. M. Cormack "Representation of a Function by its Line
Integrals, With Some Radiological Applications II", veröffentlicht in dem Journal of Applied Physics, Ausgabe 35, Nr. 10,
Oktober 1964.
Die Dämpfung des Röntgenstrahls wird vorzugsweise mittels einer Vergleichsskala gemessen, in der die Dämpfung von
Wasser Null ist? die Dämpfung von Luft ist dann -500 und die Dämpfung von dichtem Knochen ist annähernd +500. Die
Dämpfung der Aufnahme 108 und des Acrylfeldes 126 sind ebenfalls praktisch Null, gleichermaßen diejenige für normalweiches Gewebe. Dieser Maßstab wird noch verfeinert durch
computermäßige Verarbeitung der enthaltenen Analysedaten,
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weil ein einfacher Nullvergleich gemacht werden kann, und jede Abweichung von Null feststellbar ist.
Die Stärke der gedämpften Strahlung wird durch den Detektor 124 gemessen. Nachdem die Strahlung von der Röntgenröhre
mittels des Fensters 186 und des Schlitz-KoIlimators 128
in einen schmalen, fächerförmigen Strahl verwandelt wurde, durchläuft er das zu messende Objekt, die Aufnahme 108 und
das umgebende Wasser, welches in der Zeichnung nicht dargestellt ist, und gelangt zu dem Acrylfeld 126. Der Strahl
wird in dem Streustrahl-Kollimator 130 verteilt, um die Streustrahlung zu eliminieren und passiert den Detektor 124.
Dort ionisieren die Röntgenstrahlen das Xenon-Gas, das in der Zeichnung nicht dargestellt ist, das aber in dem Detektor
124 vorhanden ist. Die Stärke der Aufladung des ionisierten Gases ist proportional zu der Stärke der Strahlung,
die den Detektor 124 erreicht. Das ionisierte Xenon wandert zu den Platten 210, wo die Ladung mittels Schaltern 212 und
mit Hilfe eines Verstärkers 214 sowie eines digitalen Konverters - in der Zeichnung nicht dargestellt - weiter verarbeitet
wird. Die Digitalwerte werden in einem Digital-Computer
oder in einer anderen Einrichtung gespeichert. Die elektronischen Schalter 212 werden nacheinander gezündet,
so daß jeweils nur ein einziger Verstärker 214 gebraucht wird, um die Daten in den Computerspeicher zu leiten.
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~ 2G5093G
Die Meßklötze 132 erlauben dem Detektor 124 die Energie des Röntgenstrahles zu messen, so daß die Dämpfungswerte
des ursprünglich ausgesandten Röntgenstrahles beurteilt werden können und kleine Variationen und Unregelmäßigkeiten
eliminiert werden können. Die Energiedämpfungsfunktion von Röntgenstrahlen ist bekannt, und in dem Computerprogramm
ist die Dämpfungscharakteristik bereits berücksichtigt. Solch ein Programm wird laufend von der Artronix Inc.
erarbeitet.
Die gewonnenen Daten werden mathematisch durch einen Computer analysiert und können in numerischer Form ausgedruckt und
durch konventionelle Mittel gespeichert werden, entweder auf Band oder Platte, mit Druckern oder einer ähnlichen Einrichtung.
Zusätzliche periphere oder Speicherungsausrüstung, also z.B. eine Videoeinrichtung, kann ebenfalls eingesetzt
werden. Die Daten können durch ständige Abtastung bestimmter Streifen gesammelt und angezeigt werden, es kann auch eine
Vielzahl von Streifen gemittelt und analysiert werden, um eine einzige Anzeige zu gewinnen, wie dies bei besonderen,
radiologischen Überprüfungen gemacht wird.
7 0 9 8 2 U I 0 6 9 7 ς^Μ^ INSPECTED
Claims (5)
1.' Gerät für die Röntgendiagnostik, dadurch gekennzeichnet , daß eine Strahlenquelle, vorzugsweise
eine Röntgenröhre (122), und Mittel zur impulsmäßigen
Aktivierung der Strahlenquelle vorgesehen sind.
Aktivierung der Strahlenquelle vorgesehen sind.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel für die impulsmäßige Aussendung der Strahlung Mittel für die Versorgung mit einer impulsmäßigen
Hochspannung umfaßt, die an die Strahlenquelle geliefert wird.
3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel für die impulsmäßige Strahlenaussendung einen Transformator (232) für die Hochspannung
umfassen und ferner Mittel zur Lieferung einer Vorspannung für den Transformator (232) vorgesehen sind,
um die Sättigung des Kernes des Transformators zu verhindern.
4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittel für die impulsmäßige Aussendung der Strahlen einen Transformator (232) für die Hochspannung
umfassen, der mit einer Gleichspannungs-
30.10.1976
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P 2 DT -
Vorspannung an seiner Primärwicklung (239) betrieben wird, und das ferner Mittel zur Lieferung von impulsmäßig
wechselnder Spannung an die Primärwicklung des Transformators vorhanden sind, wobei die Gleichspannungs-Vorspannung
entgegengesetztes Vorzeichen zu der impulsmäßigen Spannung aufweist, um eine Sättigung des
Kernes des die Hochspannung liefernden Transformators während des Impulsbetriebes zu verhindern, und daß
ferner Mittel zur Lieferung einer Wechselspannung mit einem Schalter für die impulsmäßige Aufschaltung einer
niedrigen Wechselspannung auf die Primärwicklung des die Hochspannung erzeugenden Transformators während
einer Halbwelle der Eingangsspannung vorgesehen sind.
5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die impulsmäßige Strahlenerzeugung einen eine Hochspannung erzeugenden Transformator (232) und
Schaltmittel für die impulsmäßige Aufschaltung eines
NiederSpannungseinganges auf die Primärwicklung des Transformators während jeweils einer vollständigen Halbwelle
der Eingangsspannung vorgesehen sind, daß ferner Mittel für die Lieferung einer Gleichspannungs-Vorspannung
an die Primärwicklung des Transformators vorgesehen sind, wobei jeweils mit entgegengesetzter Polarität zur
Verhinderung der Sättigung des Kerns des Transformators (232) während der impulsmäßigen Schaltung gearbeitet
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wird, daß ferner die Gleichspannung eine Änfangsmagnetisierung
des Transformators entgegengesetzter Polarität hervorruft, so daß durch die Anfangsphase der
irnpulsmäßig geschalteten Spannung die Sättigung des Kerns des Transformators v/ährend des vzeiteren impulsmäßigen
Schaltens des Transformators und damit der Strahlenquelle verhindert wird.
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