DE2933831C2

DE2933831C2 - Ringförmige Röntgenröhrenanordnung eines Computer-Röntgen-Tomographiegeräts

Info

Publication number: DE2933831C2
Application number: DE2933831A
Authority: DE
Inventors: Heihachi Kawasaki Miura; Takeshi Yokohama Muraki; Toshio Yamamura
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1978-09-29
Filing date: 1979-08-21
Publication date: 1982-09-09
Also published as: JPS6331894B2; GB2034149A; JPS5546408A; GB2034149B; DE2933831A1; US4274005A

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhrenanordnung eines Computer-Röntgen-Tomographiegeräts mit mehreren einzelnen Röntgenröhren, die aneinandergefügt eine im wesentlichen ringförmige Anordnung bilden und deren jede jeweils in einem luftdicht verschlossenen Kolben eine Kathode zur Erzeugung eines Elektronenstrahls sowie eine Zielanode aufweist, die durch den Elektronenstrahl beaufschlagt wird und dadurch Röntgenstrahlen zu einem zentralen Bereich hin emittiert, der zum Einbringen eines zu prüfenden Körpers dient.

Aus der DE-OS 26 11 706 ist bereits eine Röntgenröhrenanordnung eines Computer-Röntgen-Tomographiegeräts der eingangs definierten Art bekannt. Die Datenverarbeitungseinrichtung dieses bekannten Tomographiegerätes dient dazu, die Verteilung der Absorption in einem etwa ebenen Querschnitt eines Körpers darzustellen. Das Gerät enthält mehrere Detektoren, von denen stets nur eine bestimmte Anzahl durch das erzeugte Strahlenfeld bestrahlt wird, wobei die Abtastmitlei so ausgebildet sind, daß das Stfahlungs^ feld die Detektoren überstreicht und die bestrahlten Detektoren progressiv wechseln, Das bekannte Tomo' graphiegerät umfaßt mehrere Rönlgenstrahlröhren, die aneinandergefügt eine im wesentlichen kreisringförmige Anordnung bilden. Dabei führt der Elektronenstrahl jeder Röntgenröhre eine Abtastbewegung längs der Zielanode dieser Röntgenröhre aus. Die Röntgenstrahlröhren sind jedoch nicht mit einer Kühleinrichtung ausgestattet, so daß das Gerät nicht mit höherer Leistung beaufschlagt werden kann.

Aus der DE-OS 28 17 912 ist eine Anordnung zur Ermittlung der Absorption einer durchdringenden Strahlung in einem ebenen Untersuchungsbereich mit einer Vielzahl von auf einem ersten Kreisring gleichmäßig verteilt angeordneten Röntgenröhren als Strahlenquellen bekannt, die nacheinander eingeschaltet werden. Die bekannte Anordnung umfaßt ferner mehrere von auf einem zweiten zum ersten Kreisring konzentrischen Kreisring gleichmäßig verteilt angeordnete Detektorelemente. Diese Anordnung soll so ausgestaltet werden, daß sie die für eine fehlerfreie Rekonstruktion erforderlichen Meßwerte liefert. Erreicht wird dies dadurch, daß beide Kreisringe in der gleichen Ebene liegen, daß der Durchmesser des zweiten Kreisringes kleiner ist als der Durchmesser des ersten Kreisringes und daß jedes Detektorelement die von den Röntgenröhren imitierten Strahlen nur teilweise absorbiert und so angeordnet und ausgebildet ist, daß sich in der Untersuc'iungsebene eine näherungsweise gleichmäßige Schwächung der Strahlung durch die Detektorelemente ergibt. Diese bekannte Konstruktion ist vergleichsweise aufwendig und sie ist ferner auch mit keiner Kühleinrichtung zur Kühlung der Zielanoden der Röntgenröhren ausgestattet.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Röntgenröhrenanordnung der eingangs genannten Art mit einer wirksamen Kühlung für die Zielanoden zu versehen, so daß sie mit höherer Leistung beaufschlagt werden können.

Ausgehend von der Röntgenröhrenanordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben jeder der Röntgenröhren mit einem Anodenbasisteil aus einem gut wärmeleitenden Material ausgestattet ist, welches eine innere, mit der Zielanode versehene Fläche aufweist und welches mit den benachbarten Anodenbasisteilen der angrenzenden Röntgenröhren derart gekoppelt ist, daß die Anodenbasisteile entlang der ringförmigen Anordnung der Röntgenröhren liegen, und daß zwischen den äußeren Flächen der ringförmigen Anordnung der Anodenbasisteile und einem einzigen, an den verbundenen Anodenbasisteilen montierten Flüssigkeitskühlmantel ein durchgehender Kühlmittelkanal gebildet ist.

Dadurch wird eine sehr einfache Konstruktion geschaffen, die einerseits den Aufbau und die Reinigung des gesamten Kühlmittelsystems ermöglicht, gleichzeitig jedoch eine sehr wirkungsvolle Kühlung der Zielanoden gewährleistet, so daß ein mit dieser Kühleinrichtung ausgestattetes Tomographiegerät mit einer sehr viel höheren Leistung betrieben werden kann als die herkömmlichen Tomographiegeräte.

Die Wirksamkeit der Kühlung kann weiter dadurch erhöht werden, daß an der äußeren Fläche der Anodenbasisteile Kühlrippen ausgebildet sind.

Bei einer Röntgenröhrenanordnung, bei der der Elektronenstrahl jeder Röntgenröhre eine Abtaslbewc gung in einer vorgegebenen Richtung längs der Zielanoden dieser Röntgenröhre ausführt, kann eine besonders wirksame Kühlung dadurch erreicht werden, daß das Kühlmittel durch den Kühirrtittelkanal in einer Richtung strömt, die zu der Abtastrichtung der

Elektronenstrahlen entgegengesetzt ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines von einem Rechner gesteuerten Tomographie-Röntgengerätes;

Fig.2 eine schematische Schnittdarstellung des Röntgengerätes entsprechend der Linie H-II in Fig. 1;

F i g. 3 eine schematische Teilschnittdarstellung eines t<) Röntgengerätes mit Teilschnitten gemäß den Linien III-IIIderFig.2;

Fig.4 und 5 eine Frontansicht und eine Schnittdarstellung gemäß der Linie V-V, wobei schematisch die Elektronenstrahl-Generatoreinrichtung gezeigt ist, die in einem Röntgenröhrenbegment des Röntgengerätes der F i g. 2 eingebaut ist;

Fig.6 einen schematisdien Stromlaufplan bzw. Verdrahtungsplan mit der Elektronenstrahl-GeneratoreinrichtuiigderFig. 4 und 5;

Fig. 7 und 8 eine schematische Schnittdarstellung einer Abwandlung der Elektronenstrahl-Generatoreinrichtung;

Fig. 9 eine schematische Schnittdarstellt-ig einer abgewandelten Ausführungsform eines Röntgenröhrensegments des Röntgengeräts;

Fig. 10 und 11 eine Schnittdarstellung und eine Frontansicht der Elektronenstrahlgeneratoreinrichtung, die in F i g. 9 gezeigt ist;

Fig. 12 eine teilweise schematische Schnittdarstellung gemäß einer abgewandelten Ausführungsform eines Röntgenröhrensegments des Röntgengerätes;

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht der Röptgenröhrenanordnung, wobei die Röntgenröhrensegmente gemäß Fig. 12 verbunden sind;

Fig. 14 eine schematische Ansicht des Röntgengerätes gemäß einer noch weiteren abgewandelten Ausführungsform, bei welcher die Röntgenröhrensegmente sich hinsichtlich ihrer Gestalt von den Röntgenröhrensegmenten der Fig. 1 unterscheiden und miteinander verbunden sind.

Fig. 1 zei_ot eine schematische Ansicht eines von einem Rechner gesteuerten Tomographiegeräts mit einer Röntgenröhrenanordnung 2, bei welchem ein zu prüfender Körper 5 auf einer zentralen Achse 4 der Röntgenröhrenanordnung 2 angeordnet ist, welche ringförmig gestaltet ist. Die Röntgenröhrenanordnung 2 ist aus mehreren, z. B. aus seclu, Segmenten 6 zusammengesetzt, die zu einem ringförmigen Gesamtkörper zusammengefaßt sind. Wie an späterer Stelle noch im einzelnen erläutert werden wird, besteht jedes dieser Segmente 6 aus mehreren Elektronenstrahlgeneratorvorrichtungen 9 einer Zielanode 12, um an einem Fokussierpunkt, auf welchem ein Elektronenstrahl auftrifft. Röntgenstrahlen zu erzeugen. Weiter ist ein Vakuumkolben 14 vorhanden, der diese Komponenten enthält. Jede der Eiektronenstrahlgeneratorvorrichtungen 9 besteht aus einer länglichen Kathode 8, um Elektronenstrahlen zu erzeugen und aus einem Steuergitter 10, welches, wie gezeigt, bei der Kathode 8 angeordnet ist und die Möglichkeit bietet, daß Elektronenstrahlen der Kathode 8 gesteuert abgestrahlt werden können. Ein Kollimator (in F ί g. 1 nicht gezeigt) ist an einer Seite des Segments 6 befestigt und weist zum Körper 5 hin. Der durch den Kollimator hindurchgelangende Röntgenstrahl wird fächerförmig aufgeweitet lind trifft auf den Körper 5, Darüber hinaus ist die Röntgenröhrenanordnung 2 mit einer Detekloranördnung 16 ausgestattet, die mehrere Bezugsröntgenstrahldetektoren, um direkt die von der Ziolanode 12 emittierte Dosis der Röntgenstrahlen zu messen, und mehrere Hauptröntgenstrahldetektoren aufweist, um die durch den Körper 5 hindurchgesendete Röntgeiistrahldosis zu messen, wobei die Detektoranordnung 16 entlang dem inneren Umfang der Röntgenröhrenanordnung 2 angeordnet ist.

Die Bezugs- und Hauptröntgenstrahldetektoren der Detektoranordnung 16 sind mit einer zentralen Prozessoreinheit (CPU) 22 jeweils über Verstärker 18 und 20 verbunden und die festgestellten oder erfaßten Signale gelangen zur CPU 22. Die Kathode 8 jedes Segmentes 6 ist mit einer elektrischen Stromversorgungsquelle 24 verbunden, die die Kathode 8 mit elektrischer Energie versorgt. Die Stromversorgungsquelle 24 ist mit der CPU 22 verbunden, welche die Stromversorgung von der Stromversorgungsquelle 24 zur Kathode 8 hin steuert Ein Regler 26, der die Steuergitter 10 aller Röntgenröhrensegmente 6 steuert, ist mit der CPU 22 verbunden. Der Regler 26 steuert die jeweiligen Steuergitter 10 derart, daß ^sie zeitweilig eine Durchlaßspannung empfangen, wobei die Steuergitter 10 aufeinanderfolgend auf einer Unterbrechungsspannung gehalten werden und die Steuerung so erfolgt, daß sie nach der Durchlaßspannung wieder eine Sperrspannung erhalten. Die zentrale Prozessoreinheit 22 ist darübei ninaus mit einer Kathodenstrahlröhre (CRT) 28 verbunden.

Ein Querschnittsbi d des zu untersuchenden Körpers 5 kann mit Hilfe des zuvor erläuterten rechnergesteuerten Tomographiegeräts in der folgenden Weise erhalten werden. Vor dem Fotografiervorgang werden die Kathoden 8 der Segmente 6 mit elektrischer Energie von der elektrischen Stromversorgungsquelle 24 in Abhängigkeit von einem Befehlssignal der CPU 22 versorgt und werden alle gleichzeitig aufgeheizt. In diesem Fall liegen die Zielanoden 12 auf Masse oder Erdpotential, die Kathoden 8 werden auf einem hohen negativen Potential gehalten, die Steuergitter 10 werden auf einem negativen Unterbrechungs- oder Sperrpotentia! relativ zu den Kathoden 8 gehalten, was aller während der Vorbereitung des Fotografiervorganges erfolgt. Dann wird beim Fotografieren der Regler 26 in Abhängigkeit von einem Befehlssignal der CPU 22 betätigt, um den Sperrzustand der Steueigitter 10 aufeinanderfolgend aufzuheben und zv, ar ausgehend von dem einen, welches am Ende des ersten Segments 6 gelegen ist, wobei dann anschließend die Steuergitter 10 aufeinanderfolgend wieder in den Sperrzustand gebracht werden. Es wird daher ein Elektronenstrahl von jeder Kathode 8 ausgesendet und trifft auf die Zielanode 12 und es wird ein Röntgenstrahl von einer entsprechenden Stelle der Zielanode 12 abgestrahlt, die von dem Elektronenstrahl getroffen wurde. Wenn alle Steuergitler 10 des ersten Segments 6 vom einen Ende zum anderen angesteuert wurden, v/erden die Stpuergitter 10 des zweiten Segments 6, welches sich neben dem ersten befindet, in der gleichen Weise angesteuert. Es werden daher fächerförmige Röntgenstrahlen aufeinanderfolgend zu dem zu ur.'ersuchenden Körper 5 ausgesendet. Es werden dann an verschiedenen Röntgenstrahlabgabepunkten auf der Zielanode 12 die Dosen durch die Bezugsröntgenstrahldetekloren ermittelti.'ind¹ gelangen in Form von elektrischen Signalen über den Verstärker 18 zur CPU 22. Diese elektrischen Signale werden dazu Verwendet, Ungleichrnäßigkeiten, wenn diese vorhanden sind, elektrisch zu korrigieren und zwar in Dosen

der Röntgenstrahlen an den verschiedenen Rönlgefistrahlemissionsslellen. Es wird dann die durch den Körper 5 gesendete Röntgenstrahldosis durch eine Anzahl von Hauptröntgenstrahldetektoren festgestellt, die auf der gegenüberliegenden Seile vom Körper 5 bzw. zur Zielanode 12 angeordnet sind, von welcher der Röntgenstrahl abgegeben wurde und diese Dosis gelangt in Form eines elektrischen Signals über den Verstärker 20 zur CPU 22. Auf diese Weise wird eine praktische Eleklronenslrahlablästung durch elektrische Steuerung erreicht, die Röntgenstrahlen werden aufeinanderfolgend in regelmäßigen Intervallen emittiert, so daß sie den gesamten Umfang des Körpers 5 überdecken und es wird eine Rönlgenstrahldosis und ein Rönlgenstrahlsignal bei jeder derartigen Emission festgestellt. Die festgestellten Dosen und Signale werden in der CPU 22 arithmetisch verarbeitet, so daß also ein tomographisches Röntgenstrahlbild beispielsweise auf der Kathodenstrahlröhre CRT 28 rekonstruiert werden kann.

Für das Fotografieren von Querschnittsbildern eines menschlichen Körpers ist die Röntgenröhrenanordnung 2 aus mehreren Segmenten 6 zusammengesetzt, die einen Außen- bzw. Innendurchmesser von jeweils 1,8 m bzw. 15 m aufweisen können. Wenn die Elektronenstrahl-Generatorvorrichtung 9 jedes Segments 6 beispielsweise 50 Steuergitter enthält, die in gleichmäßigen Intervallen angeordnet sind, so werden Röntgenstrahlen aufeinanderfolgend von 300 (50 χ 6) Stellen von der Zielanode 12 abgestrahlt, und zwar über den gesamten Umfang der Röntgenröhrenanordnung 2. Demzufolge sind also 300 Bezugsröntgenstrahldetektoren und 500 bis 1000 Hauptröntgenstrahldetektoren in regulären Abständen oder Intervallen entlang dem gesamten Umfang der Röntgenrohrenanordnung 2 angeordnet. Wenn die Vorspannung jedes der 300 Steuergitter 10 während 200 μϊ angesteuert wird, so kann das Fotografieren eines Querschnittsbüdes in 60 ms realisiert werden (200 μ5 χ 300). Es sei darauf hingewiesen, daß diese Angaben lediglich als Beispiel dienen und daß die zum Fotografieren erforderliche Zeit auch noch weiter reduziert werden kann.

Wenn die Anodenspannung und der Anodenstrom zwischen der Zielanode und der Kathode 100 kV und 1 A (Impulsbreite 100 μ5) betragen, so beträgt die auf die Zielanode des Röntgenröhrensegments übertragene Wärmemenge ca. 500 J. die beispielsweise durch direkte Flüssigkeitskühlung einer Metallbasis abgeführt werden kann, auf welcher die Zielanode befestigt ist.

Unter Hinweis auf die F i g. 2 bis 6 soll nun im folgenden im einzelnen die Konstruktion der Röntgenröhrenanordnung 2 erläutert werden. Wie bereits erwähnt wurde, besteht jedes Segment 6 aus einem von z. B. sechs radial aufgeteilten gleichen Teilen der jjRönlgehröhrenanordnung Z Der Vakuumkolben 14 des Segments 6 besteht aus einem Material, welches für Röntgenstrahlen hoch durchlässig ist, wie beispielsweise aus Glas oder Keramik. Das sich erweiternde Ende des Vakuumkolbens 14 ist luftdicht mit einem Anodenbasisteil 32 aus Metall abgedichtet, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt (z.B. Kupfer), wobei ein Dichtungsteil 30 aus Kovar besteht. Innerhalb des anderen Ende des Vakuumkolbens 14 ist die Etektronensirahl-Generatorvorrichtung 9 vorgesehen, die aus den Kathoden 8 und den Steuergittern 10 besteht und durch ein Halteteil 34 in Lage gehalten wird. Weiterhin ist ein Kalsabschr.jit 36 ir.it venr.indsrtem Durchmesser einstückig mit dem Hauptkörper des Vakuumkolbens 14 ausgebildet und ragt von diesem ab und schließlich ist ein Absaugrohr 38 am anderen Ende vorhanden. In den Halsabschnitt 36 sind luftdicht ein Paar von Kathodenzuführdrähten 40 eingeführt und ebenso eine Vielzahl von Sleuergitter-Zufühfdrähten 42. Wie dies in den Fig.4 und 5 im einzelnen gezeigt ist, enthält jede Eleklronenstrahl-Genefalorvorfichturig 9 eine Fokussierelektrode 46 mit einem länglichen Fokussierschlitz 44, um Elcktronenstrahlcn der Kathode 8 zu fokussiefen. Die Kathode 8 besteht aus einem spiralförmigen Wolframfaden, der innerhalb der Fokussierelektrode 46 gespannt ist und radial verlängert gegenüber der Achse 4 verläuft, während das Steuergitter 10 aus mehreren Drähten besteht, die so angeordnet sind, daß die Emission von Elektronenstrahlen von der Kathode 8 gesteuert werden kann. Die Elektrodenstrahl-Generatorvorrichtungen 9, 50 an der Zahl, sind in regulären Intervallen mit Isolatoren 48 angeordnet, die beispielsweise aus Keramik bestehen, und zwar in jedem Röntgenröhrensegment, so daß sie zur bogenförmigen Zielanode 12 zeigen. Das Steuergitter 10 ist direkt mit der Fokussierelektrode 46 mit dem gleichen elektrischen Potential verschweißt und ist mit dem entsprechenden Steuergitter-Zuführdraht 42 verbunden. Das Gitter 10 und die Fokussierelektrode 46 können jedoch auch elektrisch isoliert sein, so daß sie unterschiedliche Potentiale besitzen. Jede Kathode 8 ist von ihrer entsprechenden Fokussierelektrode 46 mit Hilfe eines Isolierrohres 50 isoliert, weiches in die Fokussierelektrode 46 eindringt und ist mit den Zuführungsdrähten 40 über Halterungsstäbe 52 verbunden, wobei also beide Seiten durch die Halterungsstäbe 52 gehaltert werden. Gemäß F i g. 6 ist die Kathode 8 entsprechend zu jedem der Steuergitter 10 angeordnet und es kann eine Steuerspannung unabhängig zu jedem Steuergitter 10 zugeführt werden. Alle Kathoden 8 sind zur Stromversorgungsquelle 24 parallelgeschaltet und werden zur gleichen Zeit erregt.

Die Röntgenstrahlen emittierende Zielanode 12, die aus Wolfram oder einem anderen schweren Metall besteht, ist in einer Fläche des Anodenbasisteils 32, welches zur Kathode 8 weist, eingebettet, wobei die Ebene der Zielanode relativ zur Achse 4 geneigt ist. Ein von der Kathode emittierter Elektronenstrahl wird im wesentlichen parallel zur Achse 4 projiziert, um also eine Elektronenstrahlaufschlagzone oder einen tatsächlichen Röntgenstrahlfokussierfleck 53 auf der Zielanode 12 zu erzeugen. Der Fokussierfleck hat eine rechteckige Form und ist in radialer Richtung zur Achse 4

so verlängert. Ein effektiver Brennpunkt, der erhalten wird, indem man den rechteckigen tatsächlichen Fokussierpunkt durch den Kollimator betrachtet, ist offensichtlich klein und dieser kleine effektive Fokussierpunkt Kann somit als Quelle oder Entstehungsfläche eines Röntgen-Strahls betrachtet werden, der zu dem zu prüfenden "Körper 5 gelangt. Auf jeder Seite der Zielfläche oder inneren Fläche des Basisteils 32 ist ein Flansch 54 ausgebildet, um den Verbindungsabschnitt zwischen dem Dichtungsteil 30 und dem Vakuumkolben 14 gegen einen Elektroneriaufschlag zu schützen, während an der äußeren Fläche des Anodenbasisteils 32 bogenförmige und strahlenförmige Rippen 56 vorgesehen sind. An beiden Enden der äußeren Fläche des Anodenbasisteils 32 sind Flansche 58 vorgesehen, die nach außen ragen.

Ein Flüssigkeitskühlmantel 62 ist auf die Flansche 58 über eine Dichtung 60 aus Gummi oder einem ähnlichen Material aufgeschraubt. Der Flüssigkeitskühlmantel 62 besitzt eine ringförmige Gestalt und ist einzeln auf alle

sechs Segmente von Röntgenröhren aufgepaßt, nachdem sie zusammengefügt sind. Der Fiüssigkcitskühlniiintcl 62 ist mit Rohrleitungen 64 und 66 versehen, um Kühlwasser in und aus einem Raum einzuleiten bzw. abzuführen, der fwisehen dem Flüssigkcilskühlmantel und der äußeren Fläche des Anodenbasislcils 32 vorhanden ist. Jedes von zwei benachbarten Röntgcnröhrcnscgmcntcn sind flüssigkeitsdicht miteinander vcfbu'vdcii. wobei eine Gummidichtung 68 zwischen den jeweiligen Anodenbasislcileh angeordnet ist. Auf diese n, Weise wird ein Zirkulierkanal für das Zirkulieren eines Kühlmiliels entlang dem gesamten Umfang vorgesehen und /war entlang der äußeren Machen der Anodenba sisteile aller Rönlgcnrohrenscgmcnte I Im den Kühlwir ktingsgrad /u verbessern, zirkuliert das Kühlmittel in ι einer Richtung, die entgegengesetzt zur Elektronen strahl- Abtastrichtung verläuft. Die Rohre 64 und 66 sind daher an Stellen angesetzt, die den Stellen der Kathoden für die erste und die letzte Emission des Röntgenstrahl* während eines Betriebes der Röntgen- ,?,■ rollenanordnung 2 einsprechen. Das heißt also, dab zeitlich der Röntgenstrahl, bzw. die Röntgenstrahl-Emittierstellc für die Abtastung im Uhrzeigersinn verschoben wird und das Kühlmittel in entgegengesetzter Richtung, also im Gegenuhrzeigersinn zirkuliert. Um ν dies zu erreichen, sind das Einleitungsrohr 64 und das Ableitungsrohr 66 jeweils in der gleichen azimutalen Lage befestigt und ferner ist eine Zwischenwand dicht bei dieser Stelle innerhalb des Mantels vorgesehen. Durch diese Maßnahme kann die Stelle, die von dem «■ Elektronenstrahl beaufschlagt wird, und die Erzeugung von Hitze immer durch denjenigen Abschnitt des Kühlmittels gekühlt werden bzw. abgeführt werden, der die niedrigste Temperatur besitzt. Ein Kollimator 70. der aus einer Platte aus einem röntgenstrahlabsorbie- y, renden Metall, wie beispielsweise Blei, besteht, ist mit einem Schlitz 72 für den Durchtritt des Röntgcnstralils 55 ausgestattet. Der durch den Schlitz 72 hindurchtretende Röntgenstrahl 55 wird fächerförmig aufgeweitet. Gemäß den Fig. 2 und 3 ist sowohl eine große Anzahl von Bezugsröntgenstrahldelekioren 74. deren Röntgenstrahl-Eingangsflächen zur Zielanode 12 hinweisen, als auch eine Anzahl von Hauptröntgenstrahldetektoren 76. deren Rönigenstrahleingangsflächen zur Achse 4 hinweisen, in der Nähe des Schlitzes 72 angeordnet. 50 Bezugs-Röntgenstrahldetektoren sind für jedes Segment 6 vorhanden. Jeder Bezugs-Röntgenslrahldetektor 74 ist mit einem Zuleitungsdraht 78 verbunden, über den Signale abgegriffen werden. Die Hauptröntgenstrahldetektoren. 150 an der Zahl, sind in gleichmäßigen Intervallen entlang dem inneren Umfang jedes Segments 6 angeordnet und sie empfangen die von der Zielanode 12 des Segments 6 emittierten Röntgenstrahlen, welches zu diesen hinweist und die durch den Körper 5 gelaufen sind. Jeder von ihnen ist mit einem Züleitungsdraht 80 verbünden. Demnach ist eine Gesamtzahl von 900 Hauptröntgenstrahldetektoren über dem gesamten inneren Umfang der Röntgenröhrenanordnung 2 verteilt. Gemäß F i g. 2 sind die Bezugsund Hauptröntgenstrahldetektoren 74 und 76 durch die Röntgenstrahl-AbschirmmetallpiaUe isoliert, die den Kollimator 70 bildet. Der Kollimator 70 und die Detekloranordnung 16. die die Bezugs- und Hauptröntgenstrahldetektoren 74 und 76 enthält, sind in einem Körper konstruiert und an dem Flansch 54 auf der Innenseite des Anodenbasistefls 32 jedes Segments 6 befestigt, um dadurch eine genaue Lage sicherzustellen. Anstatt an dem Segment 6 befestigt zu sein, können natürlich diese Komponenten iiucli getrennt vorgesehen werden.

Die Segmente 6 sind mit Hilfe geeigneter Befestigungsmittel in Form eines ringförmig gestalteten Körpers zusammengesetzt. Die Segmente 6, die von cillcm geeigneten Gehäuse aufgenommen sein können, welches mit Isolieröl gefüllt ist, sind unabhängig voneinander entfernbar befestigt. Wenn demzufolge irgendeines der Segmente 6 defekt ist, kann es als einzelnes ersetzt werden. Obwohl die Verbindung zwischen zwei benachbarten Segmenten 6 eine unregelmäßige Zone bildet, an der die Röntgcnemissions/oncn oder Brennpunkte Verloren gelieh. läßt sieb diese Unregelmäßigkeit auf einen Absland oder eine Strecke begrenzen, die maximal einem Brennpunkt entspricht, so daß kaum ein negativer Einfluß auf die Qualität der sich ergebenden Röntgenstrahl Tomogra phicbilder auftritt.

Die Röntgenröhrenanordnung 2. wie es zuvor beschrieben wurde, kann in einer wirtschaftlichen Weise hergestellt werden, da die maximale Länge
Segments einer Röntgenröhre auf ca. 80 cm beschränkt werden kann. Darüber hinaus lassen sich die jeweiligen Segmente einfach befestigen und wieder abnehmen, so daß die Anordnung und die Handhabung des Gerätes vereinfacht wird und irgendwelche defekten Röntgenröhrensegmente unabhängig voneinander ersetzt werden können. Durch Befestigung des Kollimators und der Detektoreinheit getrennt an jedem Röntgenröhrensegment, lassen sie sich genau plazieren und es kann verhindert werden, daß sich ihre Lagen verschieben.

Anhand der F i g. 7 bis 13 soll nunmehr eine abgewandelte Ausführungsform der Röntgenröhrenanordnung beschrieben werden.

Bei der Konstruktion nach F i g. 7 erstrecken sich eine längliche ebene Kathode 82 gemäß Fig. 8 und eine längliche Fokussiereleklrode 84 mit in dieser eingebohrten Vielzahl von Fokussierschlitzen 44 innerhalb des Vakuumkolbens des Röntgenröhrensegments von einem Ende desselben zum anderen, wobei die Kathode 82 und die Fokussierelektrode 84 auf dem selben Potential gehalten sind. Innerhalb jeden Fokussierschlit· zes 44 ist ein Steuergitter 88 an einem Isolator 86 befestigt und mit dem entsprechenden Zuleitungsdraht verbunden. Die ebene Kathode 82 kann vom direkt beheizten Typ sein, wie beispielsweise reines Wolfram und Thorium-Wolfram, oder kann von irgendeinem indirekt beheizten Typ sein. Die Elektronenstrahl-Generatorvorrichtung 9 läßt sich einfach anordnen, da die Elektroden, ausgenommen das Steuergitter 88. in einem Block ausgeführt sind. Von der Kathode 82 gehen Elektronenstrahlen 55 aus.

Ein Segment 6 gemäß einer alternativen Ausführungsform ist in den F i g. 9 bis 11 gezeigt und so konstruiert, daß jede einzelne Elektronenstrahl-Genefatorvorrichtung 9 unabhängig ersetzt werden kann und daß die Richtung des Elektronenstrahls fein eingestellt werden kann. Das Segment 6 besitzt einen getrennten Vakuumkolben 14. Das heißt, das Vakuumkolben 14 aus Keramik oder einem anderen Isoliermaterial hat zwei Öffnungen, von denen eine, wie bereits beschrieben wurde, mit dem Anodenbasisteil 32 ausgestattet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die andere Öffnung des Vakuumkolbens 14 luftdicht von einem Deckelabschnitt 90 über Flansche 92 und 94 umschlossen, die auf dem Vakuumkolben 14 und dem Deckeiabschnitt 90 vorgesehen sind. Der Deckeiabschnitt 90 ist durch eine Isolierbasisplatte 96 mit Hilfe einer Metallfassung 98

isoliert. Die IsoliertJasisplalle 96 ist mit Ansuhlußslifien 100 und 102 für die Kathode und das Slciicrgiflcr ati.sgeslaticl. während die /uleitungsdriihle 40 und 42 im Deckelabsehnitt 90 vuigesehen sind. Der Steuergitter· Anschlußslifl 102 ist mit dem Zulciliingsdraht 42 über eine Streifenleitung 104 verbunden. Auf der Isolier-Basi.spliillu % sind 50 Elcklronenslrahl-Gcncriitorvorrichttingen 9 abnehmbar in gleichmäßigen Intervallen befestigt. Die Anschlußslifte 100 und 102. wie dies in Fig.9 gezeigt H. sind nämlich mit Einführöffniingen verschen, in die die Kalhoden-Hallcstäbe 52 und Zuleitungsdrähte 106 für das Steuergitter und die Fokussiereleklrode jeweils eingeführt sind. Metallfassungen 108 sind auf Schrauben 110 aufgeschraubt, die drehbar an der Basisplattc % befestigt sind und sind fest durch Befesliguiigsmuttern 112 angebracht. Die Schrauben 110 sind an den vier Ecken jeder Elektronenstrahl-Generatorvorrichtung 9 vorhanden. Die Neigung jeder Elcktronen-Gcneralorvorrichtung 9 relativ zur Basisplatte 96 kann frei durch Einstellung der Schrauben 110 reguliert werden. Die Flansche 92 und 94, die an einem Teil des Vakuumkolbens befestigt sind, sind dicht mit Hilfe von Schrauben 116 über Vaknumdichtungsringe 114 befestigt. Der Anodenbasisleil 32 ist mit einem Absaugpfad 118 versehen, der mit einem Absaugrohr 120 verbunden ist. Eine Vakuumpumpe 122 hält das Vakuum innerhalb des Vakuumkolbens aufrecht. Wenn die Brennpunkte der Röntgenstrahlen uneben sind, so werden die Schrauben 116 gelockert, um den Deckelabsehnitt 90 nach Anhalten der Vakuumpumpe zu entfernen und es werden dann die Röntgenstrahl-Brennpunkte genau justiert, und zwar durch Feineinstellung mit Hilfe der Schrauben 110. Wenn darüber hinaus beim Röutgenröhrensegment 6 nach diesem Ausführungsbeispiel eine Kathode abgetrennt wird, ober eine schlechte Elektronenemission entsteht, so kann dieses unabhängig von den anderen ersetzt werden. Wenn weiter die Lagen der Röntgenslrahl-Fokussierpunkte fichtig eingestellt sind, können die Flansche 92 und 94 des Vakuumkolbens 14 und der Abdeckungs- oder Deckelabsehnitt 90 luftdicht aneinander geschweißt werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 12 und 13 ist jedes Segment 6 so konstruiert, daß Röntgenstrahlen von einer Anzahl von Fnkussicrpunklcn auf der Zielanode 12 emittiert werden, um den zu untersuchenden Körper 5 abzutasten und zwar durch Ablcnk-Abtiistunf oder es kann die Zielunodc 12 von einem einzigen Elektronenstrahl getroffen werden. Das Segment 6 enthält den geneigten Anodenbasisteil 32 und die längliche Zielanodc 12. Der Vakuunikolben 14 besitz.! einen gekrümmten Abschnitt 124 mit großem Durchmesser, um die Zielanode 12 z.u hallen, und einen Halsabschnitl 126 mit kleinem Durchmesser, der eine Elektronenkanone 128 enthält, um die Elektronenstrahlen zu erzeugen. Eine elektromagnetische Ablenkspule 130 für eine Elektronenstrahlablenkung bzw. Abtaststeuerung ist um den äußeren Umfang des Halsabschnittes 126 angeordnet und /war vor der Elektronenkanone 128. Die Elektronenkanone 128 besitzt ein Steuergitter (in Fig. 12 nicht gezeigt). Die Ablcnk-Abtastung kann auch unter Verwendung einer elektrostatischen Ablenkvorrichtung anstelle der magnetischen Ablenkwicklung 130 durchgeführt werden.

Grundsätzlich brauchen die Rönigenröhrensegmenle nicht über den gesamten umfang eines um die /eniraie Achse 4 verlaufenden Kreises angeordnet zu werden. Um jedoch ein gutes tomographisches Bild zu erhalten, können diese Segmente in bevorzugter Weise verbunden und über einen Winkelbereich von 180° oder mehr um die Achse 4 herum angeordnet werden.

Es kann jedoch gemäß Fig. 14 die Gestalt jedes Segments 6 so ausgelegt werden, daß das Segment einer Seite eines Polygons entspricht, so daß ein im wesentlichen ringförmig gestaltetes Röntgengerät erhalten wird. In diesem Fall braucht die Zielanode 12, die Elektronenstrahl-Generalorvorrichlung 9 und der Vakuumkolben 14 keine äußere bogenförmige Gestalt aufzuweisen und können also geradlinig verlaufend angeordnet sein, wodurch zusätzlich noch die Herstellung vereinfacht wird. Es müssen jedoch die Röntgenstrahldetektoren 74 und 76 in einer Schleife oder Bogen angeordnet werden und es müssen Abweichungen in der Dosis der Röntgenstrahlen und im Winkel, die zu Unterschieden zwischen den Abständen zwischen den mehreren örtlichen Brennpunkten führen und es muß mit Hilfe der CPU auch die Zentralachse 4 korrigiert werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Röntgenröhrenanordnung eines Computer-Röntgen-Tomographiegeräts mit mehreren einzelnen Röntgenröhren (6), die aneinandergefügt eine im wesentlichen ringförmige Anordnung bilden und deren jede jeweils in einem luftdicht verschlossenen Kolben (14) eine Kathode (8) zur Erzeugung eines Elektronenstrahls sowie eine Zielanode (12) aufweist, die durch den Elektronenstrahl beaufschlagt wird, und dadurch Röntgenstrahlen zu einem zentralen Bereich hin emittiert, der zum Einbringen eines zu prüfenden Körpers dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (t4) jeder der Röntgenröhren (6) mit einem Anodenbasisteil (32) aus einem gut wärmeleitenden Material ausgestattet ist, welches eine innere, mit der Zielanode (12) versehene Fläche aufweist und welches mit den benachbarten Anodenbasisteilen (32) der angrenzenden Röntgenröhren (6) derart gekoppelt h>i.daß die Anodenbasisteile (32) entlang der ringförmigen Anordnung der Röntgenröhren (6) liegen, und daß zwischen den äußeren Flächen der ringförmigen Anordnung der Anodenbasisteile (32) und einem einzigen, an den verbundenen Anodenbasisteilen (32) montierten Flüssigkeitskühlmantel (62) ein durchgehender Kühlmittelkanal gebildet ist.

2. Röntgenröhrenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der äußeren Fläche der Anodenbasisteile (32) Kühlrippen (56) ausgebildet sind.

3. Röntgen· ölirenanordnung nach Anspruch 1, bei der der Elektronenstrahl jeder Röntgenröhre eine Abtastbewegung in einer vorgegebenen Richtung längs der Zielanoden dieser Röntgenröhre ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß da., Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal in einer Richtung strömt, die zu der Abtastrichtung der Elektronenstrahlen entgegengesetzt ist.