DE2651011A1

DE2651011A1 - Geraet fuer die roentgendiagnostik

Info

Publication number: DE2651011A1
Application number: DE19762651011
Authority: DE
Inventors: Gregory Allen Davis; Kenneth Edwin Krippner; Jan Arne Roestel; Gottfried Vonk; Jun Albert Richard Zacher
Original assignee: ARTRONIX Inc
Current assignee: ARTRONIX Inc
Priority date: 1975-11-28
Filing date: 1976-11-08
Publication date: 1977-06-08
Also published as: FR2333237A1; US4093859A; IL50824A0; JPS52125290A; IL50824A

Description

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ARTRONIX₄ 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 dünnen tomographischen Schlitzes darzustellen β Es ist schon bekannt/ die Tomographie zur Röntgen-

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untersuchung von Teilen des menschlichen Körpers, beispielsweise des Kopfes, einzusetzen, um die Lage von Tumoren oder anderen Fremdkörpern festzustellen.

Einige der bekannten tomographischen Vorrichtungen verwenden schon die Rotation einer Röntgenstrahlenquelle 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 Röntgenstrahlenquelle 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

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Dior chleuch tungs zeit.

Bekannte Vorrichtungen haben auch Schlitze für die Röntgenstrahlen mit einer Breite von 8 nun oder mehr verwendet. Solche Schlitzbreiten haben die Feststellung pathologischer Gewebe oder anderer Unregelmäßigkeiten in der Gewebestruktur erschwert. Es 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 festzuhalten, daß die auf der Basis eines Schlitzes gewonnene Anzeige sowohl visuell als auch numerisch nicht vollständig befriedigt. Das durchschnittliche Nbrmalgewebe versucht,das Vorhandensein von abnormaler Struktur zu verbergen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zu schaffen, mit dem die beschriebenen Nachteile des Bekannten eliminiert, und mit dem es möglich ist, schnell und ohne umständliche Justage zu arbeiten. Dabei sollen die beim Röntgen gewonnenen Abbildungen möglichst klar sein und die gewünschten Informationen liefern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Halter und eine Liege zur Lagerung des zu messenden Objekts in Relation zu dem Halter sowie eine an dem Halter angebrachte Röntgenröhre als Strahlenquelle vorgesehen sind,

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daß ein Detektor für die Strahlung ebenfalls an dem Halter in bestimmtem Abstand von der Strahlenquelle vorgesehen ist und die von der Strahlenquelle ausgehende, das Objekt durchdringende Strahlung empfängt sowie daß ferner Mittel vorgesehen sind, die den Halter um das zu messende Objekt in Rotation versetzen.

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 justieren. Das Gerät 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 kann sehr oft gepulst werden, da die Rontgenstrahlenquelle und der Detektor um das zu messende Objekt rotieren. Jeder Impuls führt zu einer Prüfung, also zu einer Durchleuchtung des Objektes. Jede Rotation der Vorrichtung liefert somit eine große Anzahl von Daten, die analysiert werden können, um ein genaueres Bild des zu untersuchenden Objektes zu erhalten. Die Röntgenstrahlung wird in Form eines dünnen 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.

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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 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 des 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_o 2,

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Pig. 4 einen Querschnitt durch den Tomographen gemäß der Linie 4-4 in Pig· 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. T einen Schnitt durch den Tomographen entlang der Linie 7-7 in Fig. 4, teilweise gebrochen, mit der Röntgenstrahlenquelle, dem Schlitz-Kollimator, der Aufnahme für den Kopf, dem Streustrahl-Kollimator und dem Detektor,

Fig. 8 einen Teilschnitt durch den Streustrahl-Kollimator 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_o 2,

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Fig. 15 ein Blockdiagramm der Röntgen- und Äbtasteinheit 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-Längs schnitt durch das Gehäuse mit den elektrischen Verbindungen entlang der Linie 18—18 in Fig. 17, und

Fig. 19 einen Stromlauf des Röntgenimpuls— und Schaltkreises.

Ein Tomograph 100 weist einen tragenden Gehäuserahmen 102 auf/ der eine bewegliche Liege 104 trägt. Diese ist mit einem Schirm 106 versehen und trägt eine Aufnahme 108 zum Aufnehmen des menschlichen Kopfes, der geröntgt werden soll. Der Schirm 106 überlappt einen verschwenkbaren Halter 110, und die Aufnahme 108 ragt in das Zentrum des verschwenkbaren Halters 110. Der verschwenkbare oder rotierende Halter 110 ist auf einem oder mehreren Kugellagern 112 in einer Halteplatte 114 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 118 angetrieben, welcher

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die Liege 104 auf Gleitschienen 119 in beiden Richtungen verschieben kann. Die Liege 104, der Schirm 106 und die Aufnahme 108 für den Kopf sind gegenüber dem verschwenkbaren 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 Halters 110 und auf dessen Durchmesser liegend ist eine Röntgenröhre 122 angebracht (Fig. 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

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und erlauben eine Kompensation der Schwächungscharakteristika der Röntgenstrahlen als Funktion der in den Röntgenstrahlen vorhandenen Energie. Der Detektor 124 kann auch geeignete Peldstarkedetektoren umfassen, dies ist in den Zeichnungen 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 untersuchenden Kopf ist eine drehbare Nabe 134 (Fig. 2, 3) gelagert. Diese wird mittels Treibriemen von einem Motor 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 kann während das Gehäuse 144 festbleibt. Das Gehäuse 144 enthält elektrische Verbinder 150, 152 und 154, die mit der Nabe 134 und dem Halter 110 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

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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 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 Digitalcomputer, wofür z.B. das Gerät Artronix PC (TM) verwendet werden kann, das die Arbeitsweise und die Funktionen 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 144 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.

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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 benachbarte Acrylfeld 126, das auf dem drehbaren Halter 110 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 an 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 hat einen Bleimantel 196 und Bleiplatten 198, die sich radial entlang des Röntgenstrahls erstrecken. Die Röntgenstrahlguelle in der Röntgenröhre 122 liegt im Zentrum der Radien, auf welchen die Bleiplatten 198 liegen. Der Streustrahl-Kollimator 130 enthält 132 Bleiplatten 198, die zu dem

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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 ein anderes konventionelles, ionisierbares Gas absorbiert wird, wo sie mittels Platten 210 des Detektors 124 als aufgeladene Ionen registriert wird.

Der Aufbau des Detektors 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 Detektors sind in der parallellaufenden Patentanmeldung von Kenneth E. Krippner und Albert R. Zacher junior mit dem Titel "RÖntgenstrahlen-Detektor¹,¹ angemeldet am .ο. November 1975 sowie in der ebenfalls parallellaufenden Patentanmeldung von Albert R. Zacher junior mit dem Titel "Axiales tomographisches Gerät und Detektor", angemeldet am οoo November 1975, beschrieben.

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Der Detektor 124 ist als Streustrahl-Kollimator 130 im wesentlichen eine runde, fächerförmige Box. Der Detektor enthält auch 132 Platten, die ebenfalls den Röntgenstrahl schneiden und entlang von 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 dem mechanischen Erfordernis der Verbindung des Detektors und der Anwesenheit weiterer Detektorteile, werden normalerweise nur 128 Messungen mit den aus den Platten 206, 208 und 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 würden aber ebenfalls, auf einem isolierenden Substrat aufgebracht! ausreichend sein. Die Platten 210 sind jeweils über elektronische Schalter 212 mit Verstärkern 214 verbunden, die beispielsweise als integrierte Schaltkreise aufgebaut sein können,

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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 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 110 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 Rotationsachse 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

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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 Detektorzwischenräume zwischen benachbarten Platten tasten die Strahlen ab, die benachbarte toroidale Bereiche des Objektes 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 !Anlaufes überlappt. Eine einzige Abtastung mit einer 360 -Rotation wird zu einem Überlappen des betreffenden Fensters während einer Rotation führen und der Abtastung einer 180°-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. Es ergibt sich eine Verdoppelung der Daten anstatt einerüberlappung und das Ergebnis ist nur halb so gut.

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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 Wasserpumpe 216 (Fig. 2), verbunden 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 pulsmäßige 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 des Transformators verhindert wird.

Ein Autotransformator 236 (Fig. 19) wird mit 60 Hz-Netzspannung gespeist, um NetzspannungsSchwankungen zu kompensieren. Wenn ein mechanisch betätigbarer Schalter 238 geschlossen wird (wenn der Tomograph 100 eingeschaltet wird), 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

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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 Transformators 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 entgegehgerichtet, 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

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Signal von dem Steuermechanismus ab, also 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 geschehen würde, würde keine weitere Spannung in die Sekundärwicklung 252 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 daß eine geeignete, ausreichend schnelle, impulsmäßige Zündung und ein entsprechendes Abtasten erreichbar sind.

In der vorliegenden Patentanmeldung wird kein Patentbegehren auf die Steuervorrichtung für die Röntgenröhre für ihre

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impulsmäßige Ansteuerung gerichtet, sondern diese Einzelheiten sind nur zur Verdeutlichung des Erfindungsgegenstandes beschrieben. Der Aufbau der Steuervorrichtung ist beschrieben in der parallellaufenden Patentanmeldung von Kenneth E. Krippner mit dem Titel "Hochgeschwindigkeits-Röntgenansteuerung", angemeldet am ... November 1975.

Arbeitsweise des Geräts

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 110 und andere Bestandteile des Gerätes einwirken wurden, die durch eine Reihe verschiedener Servoschaltkreise einwirken wurden, um die Rotation zu vervollständigen. 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 Artronix Inc. in St. Louis, Missouri verwendet, ein Fachmann würde auf einfache Weise ein geeignetes Programm von der folgenden Beschreibung der Gerätefunktionen aufstellen

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können, beispielsweise durch Verwendung der FORTRAN Programmtechnik 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 192 um den Kopf des Patienten legt.

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 Sek. 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. Der Patient

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wird jedesmal 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 Röntgenstrahls und der Zeit zwischen den Abtastungen, die für das Kühlen der Rontgeneinrichtung 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 Äbtastungs-Zyklen benötigen. Eine typische Untersuchung, also eine Durchleuchtung eines Patienten, kann in weniger als 5 Min. durchgeführt werden.

Da der Detektor 128 Messungen pro Impuls durchführt und die Röntgenstrahlenquelle von 256 separaten Positionen bei einer 360°-Rotation aus impulsmäßig eingeschaltet wird, ergeben sich 32 768 totale 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 1 mm 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,

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ORlGiNAL !MSPECTED

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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 Röntgenstrahl wird vorzugsweise mittels einer Vergleichsskala gemessen, in der die Dämpfung von Wasser Null ist τ 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 normal— weiches Gewebe. Dieser Maßstab wird noch verfeinert durch computermäßige Verarbeitung der erhaltenen Analysedaten, 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 122 mittels des Fensters 186 und des Schlitz-Kollimators 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

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in dem Streustrahl-Kollimator 130 verteilt, um die Streustrahlung zu eliminieren und passiert den Detektor 124. Dort ionisieren die Röntgenstrahlen das Xenon-Gas, welches in der Zeichnung nicht dargestellt ist_} das 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 einen digitalen Konverter - 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.

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 Ine» erarbeitet.

Die gewonnenen Daten werden mathematisch durch einen Computer 709823/0649

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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.

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Claims

p IDT - Patentansprüche

1.^ Gerät für die Röntgendiagnostik, dadurch gekennzeichnet , daß ein Halter (110) und eine Liege (104) zur Lagerung des zu messenden Objektes in Relation zu dem Halter (110) sowie eine an dem Halter (110) angebrachte Röntgenröhre (122) als Strahlenquelle vorgesehen sind, daß ein Detektor (124) für die Strahlung ebenfalls an dem Halter (110) in bestimmtem Abstand von der Strahlenquelle vorgesehen ist und die von der Strahlenquelle ausgehende, das Objekt durch dringende Strahlung empfängt sowie daß ferner Mittel (138, 140, 142, 136) vorgesehen sind, die den Halter (110) um das zu messende Objekt in Rotation versetzen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (110, 122, 124) um 360° rotieren können.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden Mittel (110, 122, 124) in einer einzigen ümdrehungsrichtung rotieren, und daß die Mittel zur Lagebeeinflussung des zu messenden Objektes nach jeweils einer kompletten Rotation das zu messende Objekt in eine neue Position bringen.

30.10.1976

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Gerät nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Positionierung des zu messenden Objektes einen Servomotor (118) umfassen.

5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß Schleifringe (156) die elektrischen Verbindungen zu der Quelle und dem Detektor (124) herstellen.

6. Gerät nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur impulsmäßigen Einschaltung der Strahlung vorgesehen sind.

7. Verfahren zur streifenmäßigen, axial ablaufenden Tomographie, dadurch gekennzeichnet , daß ein schmaler, fächerförmiger Röntgenstrahl erzeugt und durch ein zu messendes Objekt geschickt wird, daß ein Teil des Streustrahles durch das Objekt hindurchläuft und die hierbei auftretende. Dämpfung ausgewertet wird, daß die Dämpfungswerte während der kontinuierlichen Rotation der Rontgenstrahlenquelle und des Detektors um die Längsachse des zu untersuchenden Objektes ausgewertet wird, daß der Röntgenstrahl impulsmäßig während der Rotation erzeugt wird, daß eine automatische Positionsverschiebung des zu messenden Objektes nach jeder

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Vollendung einer Rotation durchgeführt wird, daß durch die Verschiebung des Objektes jeweils benachbarte Teile des Objektes untersucht werden, wobei die Dämpfungswerte des Röntgenstrahles jeweils einer Untersuchung unterzogen werden.