-
Röntgen-Schichtbild-Aufnahmegerät
-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Röntgen-Schichtbild-Aufnahmegerät.
Damit werden von einem Aufnahmeobjekt z.B. Transversal-Schichtbilder hergestellt.
Das Gerät besteht dabei etwa aus einer Röntgenstrahlenmeßanordnung mit einer Röntgenstrahlen
aussendenden Strahlenquelle. Außerdem werden Strahlungsempfänger verwendet, welche
die Strahlungsintensität hinter dem zu untersuchenden Objekt durch Abtastung der
Röntgenstrahlung ermitteln, sowie eine Antriebsvorrichtung für die Meßanordnung
mit einem Drehgestell zur Erzeugung von Drehbewegungen der Röntgenstrahlenmeßanordnung
und ein Meßwertumformer für die Transformation der von den Strahlenempfängernogelieferten
Signale in ein Schichtbild.
-
Ein Röntgenschichtgerät dieser Art ist in der DT-OS 1 941 433 beschrieben.
Dabei wird eine Röntgenröhre und ein Strahlendetektor verwendet und eine Meßanordnung,
die nach einer Drehung um einen kleinen Winkel längs einer zum Zentral strahl des
Röntgenstrahlenbündels senkrechten Geraden zur Abtastung des Objektes verschoben
wird. Es folgen dabei also Drehbewegungen um kleine äquidistante Winkel in wechselnder
Folge aufeinander mit je einer Verschiebung der Meßanordnung. Es ist aber auch bekannt,
auf die Verschiebung zu verzichten, wenn der Strahlenempfänger aus einer Vielzahl
von Strahlendetektoren aufgebaut ist, deren Signale gleichzeitig von einem Meßwertumformer
verarbeitet werden und wenn das Röntgenstrahlenbündel fächerförmig ist und alle
Detektoren gleichzeitig trifft.
-
Es wurden verschiedene Verbesserungen derartiger Einrichtungen, die
zu der bekannten Computer-Tomographie dienen, angegeben. Bei allen bisher bekannten
Anordnungen werden aber Röntgenröhren verwendet, die ebenso aufgebaut sind wie diejenigen,
die bei der bekannten Röntgendiagnostik verwendet werden. Bei diesen erfolgt die
Erzeugung der Röntgenstrahlen in "Reflexion". Dabei ergeben sich aber je nachdem
Betrachtungswinkel unterschiedliche Brennfleckabmessungen(Verzerrung). Dies ist
nachteilig bei der nachfolgenden Meßwertverarbeitung zur Bildwiedergabe, Aufgabe
der Erfindung ist es daher, bei einem Röntgen-Schichtbild-Aufnahmegerät gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1 einen speziellen Aufbau für Röntgenröhren anzugeben,
mit dem einerseits auch aus mehreren Richtungen praktisch identische Projektionen
auf die Detektoren und andererseits eine erhöhte Anzahl von Strahlenquellen bei
ringförmigem Aufbau möglich werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
im kennzeichnenden Teil dieses Anspruches angegebenen Maßnahmen gelöst.
-
Durch die Verwendung einer Durchstrahlröhre als Strahlenquelle zur
Herstellung von Schichtbildern bei den bekannten Verfahren der Computer-Tomographie
oder Zonoskopie bzw. Tomoskopie erhält man einen Brennfleck, der in weiten Grenzen
auch bei Schrägbetrachtung als geometrisch unveränderte Strahlenquelle wirkt. Dies
beruht darauf, daß jeweils eine Richtung der Ebenen, in denen die Brennflecke bzw.
die Detektoren andererseits liegen, parallel zueinander sind. Außerdem ist es möglich,
die Anzahl der Kathoden, die bei ringförmiger Ausbildung der Anode nebeneinander
angeordnet werden können, zu erhöhen. Dies beruht darauf, daß sie auf einfache Weise
mehrreihig angeordnet werden können.
-
Röntgenröhren mit Durchstrahlanoden wurden üblicherweise nur für therapeutische
oder industrielle Bestrahlung angewandt. Dies beruht darauf,daß man mit diesen Röhren
hohe Strahlenintensität unter Beachtung des quadratischen Abstandsgesetzes wirksam
einsetzen kann. Bei der Herstellung von Durchleuchtungsschichtbildern steht aber
die bisher bei Durchstrahlanoden unbeachtete Frage der Geometrie des erzielbaren
Brennflecks im Vordergrund.
-
Röhren nach der Erfindung können an sich wie bekannte Durchstrahlanodenröhren
aufgebaut sein. Es sind aber auch Konstruktionen möglich und wegen technologischer
Vorteile, d.h. insbesondere erhöhte thermische Belastbarkeit, sogar vorzuziehen,
bei denen die Anode als die Innenwand eines Ringes ausgebildet ist.
-
Dies kann etwa die Seitenwand eines Topfes sein, der im Zentrum seines
Bodens an einer Drehachse befestigt ist. Dadurch kann man von der bei Drehanoden
üblichen Erhöhung der Belastungsgrenze Gebrauch machen (vgl. CH-PS 336 132).
-
Insbesondere für die Computer-Tomographie ist die ringförmige Ausbildung
der Anode zweckmäßig. Dies stellt eine Ausbildung dar, bei welcher von dem Topf
der Boden weggelassen ist und nur die Seitenwand als Ring übrig bleibt, der feststehend
oder um sein Zentrum drehbar gelagert ist. Hierbei ist aber die strahlenerzeugende
Schicht in der Regel an der Außenwand des Ringes angebracht entsprechend der Anordnung
des zu untersuchenden Körpers in seinem Innenraum. Bei den in der Computer-Tomographie
üblichen Durchmessern von 50 cm bis 200 cm dürfte dies eine zu bevorzugende Konstruktion
sein (Schädel-Aufnahmegerät etwa 50 bis 100 cm und Ganzkörper-Aufnahmegerät ca.
100 bis 200 cm). Dabei kann der Ring aus einem Stück bestehen bzw. aus mehreren
Teilen zusammengesetzt sein.
-
Als Träger für den Brennfleck bzw. die Brennfleckbahn kann eine Anodenschicht
verwendet werden, die auf einer Unterlage aus Röntgenstrahlen durchlässigem Material
besteht, das hinreichende Festigkeit aufweist. In der Regel wird nach heutigem Ermessen
Graphit dafür in Frage kommen. Dieser hat sich in der Röntgenröhrenherstellung auch
für Durchstrahlanoden bereits bewährt.
-
Wie bei den üblichen Anoden von Röntgenröhren ist bei Verwendung eines
strahlendurchlässigen Trägers eine aktive Anodenschicht aus Schwermetall, wie etwa
Wolfram oder Molybdän bzw. ihren Legierungen, erforderlich. Davon ist besonders
eine Wolfram-Rhenium-Legierung von 0,5 96 bis zu 25 96 Rheniumgehalt geeignet, weil
sie bei gutem Umsatz von Elektronen in Röntgenstrahlen lange Zeit hoch belastbar
ist. Da Graphit nicht mit allen Schwermetal-
len gut verträglich
ist (Karbidbildung), kann es bekanntlich zweckmäßig sein, zusätzlich noch eine Zwischenschicht,
etwa eine solche aus Rhenium, anzubringen, um insbesondere bei Verwendung einer
aus Wolfram bestehenden Belegung eine haltbare Anode zu erhalten.
-
Die Dicke der Schicht wird man so wählen, daß ein Optimum an Strahlung
erhalten wird. Dies bedeutet, daß möglichst viele Elektronen in Röntgenstrahlen
umgesetzt werden sollen und daß man unter Berücksichtigung der Absorption der Elektronen
in der Schicht und der Belastbarkeit des Materials, aus dem sie hergestellt ist,
von den entstehenden Röntgenstrahlen auch möglichst viele im nützlichen Energiebereich
aus der Röhre herausbringt.
-
Für die angegebene Wolf ram-Rhenium-Legierung ergeben sich dabei Schichtdicken
von 5 bis 50, insbesondere 20/um.
-
Eine günstige Konstruktion ergibt sich, wenn man den Ring als Teil
der Wand des Vakuumgefäßes ausbildet, wie es auch bei bekannten Durchstrahlanoden-Röntgenröhren
üblich ist. Zusätzlich kann dann auch wie bei den bekannten Röhren eine zweite Wand
darübergelegt sein, so daß ein Zwischenraum entsteht, durch den Kühlmittel hindurchgeleitet
werden kann. So kann die im Brennfleck erzeugte Wärme besser abgeleitet und die
Belastbarkeit gesteigert werden. Außerdem gibt diese Konstruktion die gerade in
vorliegendem Fall wichtige Möglichkeit, den Brennfleck in eine Fläche zu verlegen,
in welcher unmittelbar daneben Detektoren angebracht werden können, um eine möglichst
angenäherte Kongruenz der Röntgenstrahlen gegenüberliegender Segmente des Ringes
zu erhalten. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der die Anode bildende Teil
der Wand gegenüber der übrigen Wand des Vakuumgefäßes vorsteht.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand
der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
-
In der Fig. 1 ist in schaubildlicher Ansicht ein Computer-Tomographie-Gerät
gezeichnet, bei welchem mehrere Röntgenröhren verwendet sind, die eine Topfanode
haben, in der Fig. 2 eine Röntgenröhre mit Topfanode und in der Fig. 3 ein Ausschnitt
aus der Topfanode, in der Fig. 4 ist schematisch die Draufsicht auf ein Computer-Tomographie-Gerät
gezeichnet, welches mit einer Röntgenröhre betrieben wird, die eine ringförmige
Anode hat, in der Fig. 5 ein Ausschnitt aus der in Fig. 4 verwendeten Röhre und
in der Fig. 6 ein Schnitt durch die Anordnung der Röhre im Gerät nach Fig. 4, in
der Fig. 7 ein Schnitt durch eine Röhre mit Durchstrahlanode, der versetzt angeordnete
Kathoden zugeordnet sind, in der Fig. 8 die Draufsicht auf eine solche Anode zur
Demonstration der versetzten Anordnung der Kathoden und in der Fig. 9 ein Schnitt
durch eine Röhre, bei welcher die Anode in die Wand des Vakuumkolbens verlegt und
doppelwandig ausgebildet ist.
-
In der Fig. 1 ist ein Computer-Tomographie-Gerät gezeichnet, bei welchem
an einem Drehgestell 1 drei Röntgenröhren 2 bis 4 angeordnet sind, die gleiche Abstände
voneinander haben, also um jeweils 1200 auf dem Kreisbogen voneinander entfernt
sind. Jeder dieser Röhren 2 bis 4 ist ein Strahlenempfänger 5 bis 7 gegenübergestellt.
Von diesen besteht jede wiederum aus einer durch
die in den Empfängern
5 bis 7 gezeichneten Trennstriche angedeuteten Reihe von Einzeldetektoren. Jede
der Röhren 2 bis 4 sendet ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel 2' bis 4 i aus,
welches den zu untersuchenden Körper 8 durchdringt. Das Drehgestell 1 ist durch
eine schematisch als Motor 9 symbolisierte Antriebsvorrichtung um die Mittelachse
10 drehbar gelagert. Die Strahlenfächer 2' bis 4' haben in Längsrichtung der Achse
10 eine Ausdehnung, die der Dicke der abzubildenden Schichten entspricht. Seitlich
sind die Strahlenbündel 2' bis 4' so begrenzt, daß nur der zugeordnete Strahlenempfänger
5 bis 7 von den Röntgenstrahlen getroffen wird. Die Röntgenröhren 2 bis 4 werden
von einem Röntgengenerator 11 versorgt, während die Detektoren 5 bis 7 mit ihren
Signalableitungen an einen Meßwertumformer 12 angeschlossen sind. In diesem wird
aus den Signalen ein Schichtbild aufgebaut, das in einem Sichtgerät 13 wiedergegeben
und betrachtet werden kann. Diese Anordnung wirkt in der bei der Computer-Tomographie
üblichen Weise. Solche Methoden sind etwa in der DT-AS 19 41 433, der DT-PS 940
775 bzw. der älteren DT-PA 26 14 08 beschrieben und an sich nicht spezieller Gegenstand
vorliegender Erfindung, die sich auf die Ausbildung der in den zu verwendenden Strahlenquellen
zu benutzenden Röntgenröhren bezieht.
-
Eine in einem Gerät nach Fig. 1 verwendbare Röntgenröhre ist in Fig.
2 gezeichnet und trägt die Bezugszahl 14. Sie hat in der bei Röntgenröhren üblichen
Weise einen Vakuumkolben 15, der aus Glas besteht. Dabei sind am inneren einen Ende
des Kolbens die Anodenanordnung 16 aus Rotor 17 und eigentlichem Anodentopf 18 angebracht.
Am gegenüberliegenden Ende befindet sich eine Kathodenanordnung 19, die in einem
Ansatz 20 eine Glühkathode 21 enthält.
-
Zu ihrem Betrieb werden über Leitungen 22 und 23 sowie über den Anschlußstutzen
24 der Anode die zum Betrieb erforderlichen elektrichen Spannungen angelegt, dann
werden von der Glühkathode 21 in dem durch gestrichelte Linien 25, 26 in der Fig.
3 begrenzte Elektronen abgegeben, die auf eine Schicht 27 auftreffen, die an der
inneren Seitenwand 28 des Anodentopfes 18 liegt. An der Schicht 27 werden dabei
Röntgenstrahlen erzeugt, die als ein mit 29 bezeichnetes Strahlenbündel aus der
Seitenwand 28 und seitlich aus der Röhre austreten. Aus dem Strahlenbündel 29 kann
dann mit-
tels der in der Fig. 1 mit 30 bis 32 bezeichneten Blendenvorrichtungen
in an sich bekannter Weise jeweils ein Strahlenfächer 2' bis 4' ausgeblendet werden,
der dann in üblicher Weise zur Herstellung eines Computer-Tomographie-BildesVerwendung
finden kann.
-
Die in der Fig. 4 dargestellte Computer-Tomographie-Einrichtung stimmt
in ihren wesentlichen Teilen mit denjenigen nach Fig. 1 überein. Der hauptsächliche
Unterschied besteht darin, daß bei der hierbei verwendeten ringförmigen Röntgenröhre
33 eine Vielzahl von Kathodenelementen die Ringanode beaufschlagt. Abweichend von
Fig. 1 sind außerdem die Strahlungsempfänger 5 bis 7 zusammengefaßt zu einem konzentrisch
zur Röhre 33 liegenden Strahlenempfänger 34, die gewöhnlich auch als Detektoren
bezeichnet werden. Ein mit 35 bezeichneter Strahlenfächer wird durch die elektrische
Versorgung der Röhre 33 von einem Röntgenapparat 36 aus erzeugt. Die im Strahlenempfänger
erzeugten Meßsignale werden in einem dem Umformer 12 entsprechenden Meßwertumformer
37 umgewandelt, so daß sie auf einen dem Sichtgerät 12 entsprechenden Sichtgerät
38 ausgegeben werden können. Statt eines Sichtgerätes kann aber auch ein Schreiber
etc. zur Aufzeichnung des Bildes vorgesehen werden. Die Röhre 33 (Fig. 5) umfaßt
ein ringförmiges Vakuumgefäß 39, in welchem eine ebenfalls ringförmige Anode gelagert
ist. Diese besteht aus einem Ring 41 aus Graphit, der an seiner Außenseite mit einer
Schicht 42 aus 5 96 Rhenium enthaltender Wolframlegierung 20/um dick belegt ist.
An der Außenseite sind an der Schicht Kathoden 43 und zwischen diesen und der Schicht
42 Gitter 44 gelagert. Von den 360 nebeneinander im Kreis gelagerten Kathoden 43
und Gittern 44 sind nur vier Stück ausgezeichnet, weitere sind durch Punkt 45 angedeutet.
Der Röhre 33 ist der ringförmige Strahlenempfänger 34 vorgelagert. Er liegt seitlich
des austretenden Strahlenfächers 35. Wie in Fig. 6 angedeutet ist, kann auch auf
der gegenüberliegenden Seite ein Strahlenempfänger 46 angeordnet sein. Um eine Einwirkung
des aus der Röhre austretenden Strahlenbündels 35 auf die Empfänger 34 oder 46 zu
verhindern, kann außerdem noch eine seitliche Abschirmung 47 für die Empfänger 34
und 46 vorgesehen sein. Diesem ist außerdem noch ein Kollimator 48 für 34 und 49
für 46 vorgeschaltet.
-
Die Wirkungsweise der Anordnung ist an sich derjenigen nach Fig. 1
analog. Lediglich wird bei dieser Anordnung die mittels des Motors bewirkte Drehung
der Strahlenquellen 2 bis 4 ersetzt durch ein Weiterschalten der Kathoden 43 in
der etwa in der DT-PA P 26 50 237.4 beschriebenen Weise. Das vorliegend Interessante
ist an sich nur der Aufbau der Röhre 33. Als Vorteil gegenüber der älteren Anordnung
ergibt sich aber trotzdem die Möglichkeit, auf den beiden Strahlenempfängern 34
und 46 gleichzeitig ein im wesentlichen gleichartiges Bild herzustellen. Dies beruht
darauf, daß beide Empfänger 34 und 46 entsprechend den gleichen seitlichen Abweichungen
der Strahlenfächer 35 bzw. 35' von der durch das Zentrum 50 gehenden Verbindungslinie
der beiden einander gegenüberliegenden Teile der Anode 40 von Signalen beaufschlagt
werden, die von Strahlen des gleichen Brennflecks stammen. Der Brennfleck liegt
nach vorliegender Erfindung im Gegensatz zu demjenigen bei üblichen Röhren, bei
denen er schräg liegt, parallel zur Drehachse 50 des Systems.
-
Die parallele Lage des Brennflecks ist auch der Grund dafür, daß man
die Anzahl der verwendbaren Kathoden erhöhen kann, wie in den Fig. 7 und 8 angedeutet
ist. In einem Vakuumgefäß 52 ist eine ringförmige Anode 53 angeordnet, die einen
Tragkörper 54 und eine Schicht 55 hat. Der Tragkörper besteht aus Graphit, ist ringförmig
und hat einen inneren Durchmesser von 150 cm. Er ist 5 cm breit und 2 cm dick. An
der Außenseite ist er 25/um dick mit einer Schicht 55 aus 5 ,~ Rhenium enthaltender
Wolframlegierung belegt. Zu beiden Seiten einer strichpunktiert gezeichneten und
mit 56 bezeichneten Mittellinie sind der Schicht 55 Kathodenanordnungen 57 und 58
vorgelagert. Diese umfassen, wie auch diejenigen, die in Fig. 5 ausgezeichnet sind,
jeweils eine Glühkathode 59 bzw. 59' und ein Gitter 60 und 60'. Wie in Fig. 8 angedeutet,
sind die Kathoden 57 und 58 außerdem noch seitlich gegeneinander versetzt. Dabei
können die in der zweiten Reihe angeordneten Kathoden 58 in die wegen der Geometrie
der Fokussierungselemente bei der ersten Reihe der Kathoden 57 notwendigen Zwischenräume
zur Verkleinerung der Abstände eingesetzt werden.
-
Dadurch wird ein kürzerer Abstand der beim Weiterschalten ent-
sprechenden
Sprünge der einzelnen Brennflecken erreicht, so daß wesentlich größere Zahlen von
Projektionen pro Umlauf möglich sind bzw. Meßwerte pro Detektor.
-
In der Fig. 9 ist ein Querschnitt gezeichnet durch ein Vakuumgefäß
61. Dieses Gefäß kann etwa dasjenige einer Röntgenröhre sein, die in der Fig. 4
mit 33 bezeichnet und ringförmig ist. An der dem Zentrum des Ringes zugewandten
Seite des Kolbens 61 ist eine Anode 62 vakuumdicht angesetzt. An der Innenseite
der Anode 62 befinden sich im Kolben die Glühkathode 63 und das Steuergitter 64.
Diese Teile haben durch den Kolben nach außen führende Leitungen 65, 66 und 67.
Die eigentliche Anode 62 besteht aus einer Schicht 68 aus Wolfram, die 10/um dick
ist und auf einem Tragkörper 69 liegt, der einem Aluminiumäquivalent von 1 bis 5
mm entspricht und aus z.B. Kupfer oder Aluminium oder einem anderen Metall niedriger
Ordnungszahl besteht, so daß die jeweils gewünschte Filterwirkung erhalten wird.
Dieser Anode 62 ist an der Außenseite ein U-förmiges Teil 70 zugeordnet, das aus
1 bis 2 mm dickem Aluminiumblech besteht. Zwischen der Anode 62 und dem Teil 70
bleibt ein Zwischenraum 71 frei. Durch diesen kann dann in der bei Durchstrahlanoden
bekannten Weise Kühlmittel, etwa Kühlwasser, geleitet werden. Der strahlendurchlässige
Teil 72 der Anode 62 ist in dem quer zur Ringform gezeichneten Schnittbild eben.
-
Er schließt mit den anliegenden Enden 73 und 74 der Wand des Vakuumgefäßes
62 je einen Winkel von 900 ein. So können beiderseits unmittelbar neben der Anode
62 Detektoren 34 ' angeordnet werden. Dazu braucht der Winkel allerdings nicht unbedingt
genau 900 zu betragen. In der Regel sollte er aber zwischen 80 und 1100 liegen,
wenn anderweitige Anpassungen der Detektoren 34' vermieden werden sollen.