DE3034717A1

DE3034717A1 - Einrichtung zur computertomographie

Info

Publication number: DE3034717A1
Application number: DE19803034717
Authority: DE
Inventors: Anthony South Euclid Palermo; Anton Z. Kirtland Ohio Zupancic
Original assignee: Picker Corp
Current assignee: Philips Nuclear Medicine Inc
Priority date: 1979-09-17
Filing date: 1980-09-15
Publication date: 1981-03-19
Also published as: NL8005171A; JPS5657433A; GB2061028A; NL190630B; FR2464694A1; JPS6353814B2; FR2464694B1; DE3034717C2; CA1129564A; GB2061028B; NL190630C

Description

US-Ser.No. 76,193 2.September 1980

AT: 17.September 1979 RCA 75,603

Picker Corporation
595 Miner Road, Cleveland , Ohio 44143/V.St.A.

Einrichtung zur Computertomographie

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Allgemein gesprochen betrifft die Erfindung eine Einrichtung, mit der elektrische Leistung einem drehbaren Element zuführbar
ist. Durch computertomographische Abtastverfahren sind die
Möglichkeiten, eine genaue medizinische Diagnose der inneren Struktur eines Patienten zu stellen, stark verbessert worden. Bei der Abtastung im Rahmen der Computertomographie läßt man Röntgenstrahlung von verschiedenen Orten aus durch den Patienten fallen und bestimmt die Intensität der aus dem Patienten austretenden Strahlung mit einem oder mehreren Röntgenstrahlungs-Detektoren. Die dabei gewonnenen Intensitätsdaten werden einer Abbildungselektronik zur Rekonstruktion eines Bildes zugeführt. Bei vielen Untersuchungen kann der Arzt in einem
solchen Bild wesentlich mehr Details erkennen als in einer
konventionellen Röntgenaufnahme und er kann daher auch eine
sicherere Diagnose des Zustandes des Patienten stellen.

Bei einer typischen computertomographischen

Untersuchung wird die Röntgenstrahlungsquelle während der Bestrahlung längs eines Kreisbogens um den Patienten bewegt.
Der Detektor oder die Detektoren laufen entweder mit der
Röntgenstrahlungsquelle um oder sie bilden eine nicht mit um-

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laufende Anordnung von Detektoreinheiten. Bei beiden Konfigurationen läuft ein wesentlicher Teil der die Röntgenstrahlen emittierenden und fokussierenden Einrichtung mit der Röntgenstrahlungsquelle um. Diese Einrichtung muß ebenso wie die Röntgenstrahlungsquelle von einer elektrischen Energiequelle, die sich außerhalb der rotierenden Vorrichtung des Computertomographen befindet, mit elektrischer Energie versorgt werden.

Die Abtasteinheit eines bekannten Computertomographen enthält eine umlaufende Röntgenstrahlungsquelle, die einen fächerförmigen Röntgenstrahl emittiert. Alle Detektoren mit der Ausnahme eines Eichdetektors sind bezüglich der Röntgenstrahlungsquelle stationär und bilden einen den Patienten umgebenden Detektorring. Die Röntgenstrahlungsquelle ist so angeordnet, daß sie beim Umlaufen Röntgenstrahlung längs einer Reihe von Strahlwegen durch den Patienten fallen läßt. Da in der umlaufenden Vorrichtung während des Umlaufens eine Anzahl von Strahlerzeugungs-, Strahlformungs- und Übertragungs-Funktionen ausgeübt werden muß, ist es erforderlich, dieser Vorrichtung eine Anzahl von elektrischen Signalen zuzuführen.

Für die Erzeugung von Röntgenstrahlung ist

eine große Potentialdifferenz, nämlich in der Größenordnung von 150 Kilovolt, erforderlich. Diese Spannung dient dazu, Elektronen von der Kathode einer Röntgenröhre auf eine Anode zu beschleunigen, wo die Röntgenstrahlung erzeugt wird. Typischerweise werden eine Heizfadenspannung und eine Fokussierungselektrodenspannung (Wehnelt-Spannung) benötigt, so daß eine Anzahl von Eingangshochspannungen benötigt werden. Diese hohen Spannungen der umlaufenden Röntgenstrahlungsquelle zuzuführen wirft erhebliche konstruktive Probleme auf, die bisher nur durch komplizierte Kopplungstechniken gelöst werden konnten.

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Der umlaufenden Vorrichtung muß ferner eine

Anzahl von niedrigen Steuer- und Betriebsspannungen sowie Signalen zugeführt werden. Z.B. muß ein Motor, der die Anode der Röntgenröhre dreht, mit Leistung versorgt werden, wofür eine Spannung verwendet wird, die im Vergleich zur Beschleunigungsspannung der Röntgenröhre verhältnismäßig niedrig ist.

Bei einem aus der US-PS 40 93 580 bekannten

Axialtomographen werden Schleifringe verwendet, um Leistung von einer äußeren Quelle einer rotierenden Röntgenstrahlungsquelle zuzuführen, und um Signalquellen sowie weitere Leistungsquellen mit anderen Komponenten, die mit der Röntgenstrahlungsquelle umlaufen, zu koppeln. Dieser bekannte Tomograph weist ein stationäres Bauteil auf, das mit einer eine Röntgenstrahlungsquelle tragenden Anordnung gekoppelt ist, die um eine einzige Achse bezüglich des stationären Bauteils auf zwei Sätzen von Lagern rotiert, die voneinander in Längsrichtung der Achse beabstandet sind. Die Schleifringe sind an einer Stelle angeordnet, welche längs der Achse von der Ebene beabstandet ist, in der die Röntgenstrahlungsquelle umläuft.

Wenn die Schleifringe zur Verringerung der

Gefahr von Überschlägen und der Bildung von Lichtbögen in ein isolierendes Fluid eingetaucht werden sollen, ermöglicht die in der US-PS 40 93 589 beschriebene Struktur keine kompakte und bequeme Anordnung, das islierende Fluid in seinem Gehäuse unterzubrungen, das dann die Schleifringe umgeben muß. Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, die Nachteile dieser und anderer bekannter Computertomographen-Schleifringanordnungen zu vermeiden und eine einheitliche sowie kompakte Schleifringanordnung zur Übertragung elektrischer Energie zu umlaufenden Komponenten einer Computertomographen-Abtasteiheit anzugeben, bei der die Schleifringanordnung in einem elektrisch isolierenden Fluid angeordnet werden kann.

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Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der

eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung bilden also entsprechende Teile eines Rahmens, einer Brücke oder eines Gestelles und einer drehbaren Anordnung oder Vorrichtung eines Computertomographen einen Hohlraum, der die Schleifringe enthält und zur Aufnahme eines isolierenden Fluids dient, das die Schleifringe umgibt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Vorkehrungen getroffen, um den von der Röntgenstrahlungsquelle beschriebenen Weg und mit diesem den Hohlraum bezüglich des Gestelles kippen zu können, so daß man verschiedene Abtastquerschnitte durch den Patienten wählen kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der wesentlichen Bestandteile eines Computertomographen;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer

Röntgenstrahlungsquelle bei der Durchstrahlung eines Querschnitts eines Patienten;

Fig. 3A eine vereinfachte Stirnansicht einer Abtasteinrichtung eines Computertomographen;

Fig. 3B eine teilweise geschnittene Ansicht der in Fig. 3A dargestellten Abtasteinrichtung;

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Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittansicht eines Teiles der in Fig. 3B dargestellten Abtasteinrichtung;

Fig. 4A einen weiter vergrößerten Teil des in Fig. 4 dargestellten Querschnitts und

Fig. 5A bis 5C Schaltbilder für die Hochspannungsversorgung einer Röntgenröhre eines Computertomographen.

Fig. 1 zeigt einen Computertomographen 10 für

die Untersuchung der inneren Struktur eines Patienten. Der Computertomograph enthält eine Abtasteinheit 12, eine Liege 16, eine Signalverarbeitungseinrichtung 20 und ein Bildgerät 22. Die Abtasteinheit 12 enthält ein Gehäuse 13, das das Röntgengerät abdeckt und der Einheit ein gefälliges Aussehen verleiht. Vor einer computertomographischen Abtastung wird die Liege 16 und ein auf ihr liegender Patient in eine öffnung im Gehäuse 13 geschoben. Eine in der Einheit vorgesehene Röntgenröhre wird dann in Betrieb gesetzt, so daß sie Röntgenstrahlung emittiert, mit der der Patient durchleuchtet wird.

Die Abtasteinheit 12 kann um eine zum Erdboden

parallele Achse 24 geschwenkt werden. Diese Bewegungsmöglichkeit erhöht die Flexibilität der Abtastung, ohne daß die Lage des Patienten hierfür geändert werden müßte. Die Einheit 12 ist für die Drehung um die Achse 24 an zwei Stützsäulen 23 gelagert. Die Drehung erfolgt durch einen Wechselstrommotor 25, ein rechtwinkliges Umlenkgetriebe und einen Schwenkhebel 27.

Die Intensität der durch den Patienten gefallenen Röntgenstrahlung wird durch eine Reihe von Röntgenstrahlungsdetektoren gemessen, die entsprechende elektrische Signale liefern. Diese Signale, die die Dichte längs des betreffenden Strahlenganges darstellen, werden von der Abtasteinheit über eine elektrische Verbindung 15 der Signalverarbei-

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tungseinrichtung 20 zugeführt. Die Signalverarbeitungseinrichtung verarbeitet diese Signale, wie es bei der Computertomographie üblich ist, zu Signalen, die die Dichteverteilung im durchleuchteten Querschnitt des Patienten darstellen. Diese Signale werden von der SignalVerarbeitungseinrichtung dem Bildgerät 22 zugeführt, das ein Bild des Patienten, d.h. der Dichteverteilung im durchleuchteten Querschnitt erzeugt.

In Fig. 2 ist schematisch eine Computertomograph-Röntgenstrahlungsquelle 30 und eine Anordnung von Detektoren 32, die um die für die Aufnahme des Patienten dienende Öffnung 14 angeordnet sind, dargestellt. Die Röntgenstrahlungsquelle 30 emittiert ein fächerförmiges Röntgenstrahlungsbündel, das durch einen Kollimator 34 fällt, der die Röntgenstrahlung zu einer Anzahl von einzelnen Bündeln formt. So fällt z.B. ein Röntgenstranlungsbündel 33 durch die Patientenöffnung auf einen Detektor der kreisbogenförmigen Anordnung 32 aus Röntgenstrahlungsdetektoren. Die Detektoren befinden sich, wie dargestellt, auf der der Röntgenstrahlungsquelle 30 gegenüberliegenden Seite der Patientenöffnung und mindestens ein Teil von ihnen mißt daher die Intensität von Strahlung, die durch den Patienten gefallen ist.

In Fig. 2 ist nur eine begrenzte Anzahl von

Detektoren dargestellt, es gibt jedoch auch Computertomographen mit einer sogenannten stationären Detektoranordnung, bei der die Patientenöffnung vollständig mit Detektoren umgeben ist. Die Röntgenstrahlungsdetektoren können daher stationär bleiben, während die Röntgenstrahlungsquelle 30 um die Patientenöffnung umläuft und den Patienten von einer Anzahl von verschiedenen Positionen aus durchleuchtet. Bei den Detektoren handelt es sich um bekannte Vorrichtungen, die Röntgenstrahlung in elektrische Signale umwandeln, die der Signalverarbeitungseinrichtung 20 für die Erzeugung der tomohraphisehen Darstellung zugeführt werden können.

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AlIe computertomographischen Rekonstruktionsalgorithmen erfordern, daß die Röntgenstrahlung von einer Anzahl von verschiedenen Stellen aus durch den Patientenquerschnitt fällt, so daß Intensitätsdaten für Strahlung, die von verschiedenen Stellen ausgeht, erhalten werden. Mit diesen Intensitätsdaten von mehreren Stellen ist es möglich, eine Karte oder ein Bild der Dichteverteilung im Patientenquerschnitt zu rekonstruieren. Um diese Durchleuchtung von'mehreren Stellen aus zu bewirken, ist bei der Abtasteinrichtung des vorliegenden Computertomographen eine rotierende Anordnung oder Vorrichtung vorgesehen, die eine Röntgenstrahlungsquelle 30 enthält und bezüglich der Röntgenstrahlungsdetektoranordnung 32 beweglich ist oder synchron mit dieser umläuft.

Die Bewegung der Röntgenstrahlungsquelle

längs eines kreisförmigen Weges bringt Probleme hinsichtlich der elektrischen Energieversorgung mit sich, die durch die für die Röntgenröhre erforderlichen hohen Potentialdifferenzen kompliziert werden.

In den Figuren 3A und 3B ist ein Ausführungsbeispiel einer neuen und verbesserten Einrichtung zur Computertomographie angegeben, die die übertragung der Spannungen oder Potentialdifferenzen zur Röntgenstrahlungsquelle für die Röntgenstrahlungserzeugung erleichtert. Die dargestellte Einrichtung zur Computertomographie enthält ein stationäres Gestell 40 (Brücke, Rahmen), eine rotierende Vorrichtung 42 und ein Röntgenröhren-Gehäuse 44. Im Betrieb läßt ein Riemengetriebe 48 die rotierende Vorrichtung in dem stationären Rahmen oder Gestell 40 um eine Achse 36 rotieren, so daß der interessierende Querschnitt des Patienten, der sich in der öffnung 42 befindet, von einer Anzahl von Stellen aus durchleuchtet wird, während die Röntgenstrahlungsquelle 44 einen kreisförmigen Weg um die Achse 36 und um die öffnung 42 beschreibt. Die rotierende Vorrichtung enthält einen Rahmen 50, der an einem ring-

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förmigen Teil der Vorrichtung durch acht Verbindungselemente 43 (siehe Fig. 3A) befestigt ist, die gleichmäßig um die Patientenöffnung 14 verteilt sind. Der Rahmen 50 trägt das die Röntgenröhre enthaltende Gehäuse 44 für die Umlaufbewegung um die Patientenöffnung 14.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht

darin, die hohen Potentialdifferenzen zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre zu erzeugen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung liegt diese Potentialdifferenz in der Größenordnung von 150 000 Volt. Diese Potentialdifferenz wird durch eine positive und eine -negative Eingangsspannung, die jeweils in der Größenordnung von 75 000 Volt bezüglich Masse liegen, erzeugt. Um die elektrische Energie zur Röntgenröhre zu übertragen, weist das stationäre Gestell 4 0 einen positiven und einen negativen Hochspannungsanschluß 46 bzw. 47 auf. Dem positiven Hochspannungsanschluß 46, der in Fig. 3B dargestellt ist, wird eine Eingangsspannung von +75 000 Volt von einer äußeren Spannungsquelle zugeführt. Dem negativen Hochspannungsanschluß, der in Fig. 3B nicht dargestellt ist, wird eine negative Eingangsspannung von etwa 75 000 Volt zugeführt.

Die Anordnung enthält ferner positive und negative Schleifringteile 56 bzw. 58, denen die Eingangshochspannungen zugeführt werden und die diese zur Speisung der Röntgenröhre vom stationären Gestell 40 auf die rotierende Vorrichtung 42 übertragen. Jeder Schleifring enthält einen ringförmigen Leiter, der konzentrisch um die Achse 36 angeordnet ist, sowie eine Bürste, die gegen den ringförmigen Leiter gedrückt ist und elektrischen Kontakt mit diesem macht. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die konzentrischen ringförmigen Leiter jeweils an der rotierenden oder umlaufenden Vorrichtung 42 angebracht, während die Bürsten an einer mit dem Gestell 40 verbundenen Halterung befestigt sind.

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Selbstverständlich könnten auch die ringförmigen Leiter am Gestell 40 und die Bürsten an der rotierenden Vorrichtung 42 angeordnet sein. Die ringförmigen Leiter der Schleifringsysteme sind konzentrisch zur Achse 36 und drehen sich mit der Vorrichtung 42. Der erste, positive Schleifringteil 56 enthält nur einen Schleifring, der mit dem positiven Anschluß 46 gekoppelt ist. Der zweite, negative Teil 58 enthält vier Schleifringe und ist für die Zuführung von mehr als nur einer negativen Einganghochspannung bestimmt. Der Zweck dieses Mehrfach-Hochspannungs-Schleifringsystems besteht darin, die Erzeugung der Röntgenstrahlung durch Verwendung mehrerer Fokussier- oder Gittereingangsspannungen steuern zu können.

Die auf die rotierende Vorrichtung 42 übertragenen Hochspannungen werden durch Kabel (die in Fig. 4 bei 120 dargestellt sind) zu zwei Hochspannungsanschlüssen 60 und 62 übertragen, die am Rahmen 50 angebracht sind. Dem ersten Anschluß 60 wird die positive Spannung und dem zweiten Anschluß 62 die negative Spannung zugeführt. Von diesen Anschlüssen werden die Hochspannungen der Anode (positive Hochspannung) bzw. der Kathode (negative Hochspannung) der rotierenden Röntgenröhre zugeführt.

Die mechanische Kopplung zwischen dem Gestell

40 und der rotierenden Vorrichtung 42 enthält einen Support 52, der durch ein geeignetes Verbindungselement 54, wie einen Schraubenbolzen mit Mutter, ±n radialem Abstand von der Patientenöffnung gehalten wird. Diese Halterung dient dazu, das stationäre Gestell 40 in seiner Position bezüglich des Patienten zu halten und erlaubt, wie noch erläutert werden wird, daß der Support 52 und die rotierende Vorrichtung 42 um eine Achse 24 geschwenkt oder gekippt werden kann, welche senkrecht zur Achse 36 der Abtastbewegung des Computertomographen (CT) verläuft. Wenn der Support 52 gekippt wird, während der Patient in einer horizontalen Lage verbleibt, fällt die Röntgen-

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strahlung in einer von der Vertikalen abweichenden Richtung durch die Patientenöffnung, so daß sich eine größere Flexibilität für die CT-Abtastung ergibt. Wenn beispielsweise der Support 52 um 20° um eine Achse senkrecht zur Abtastaches 36 gekippt wird, ist auch der durchleuchtete Querschnitt des Patienten um 20° bezüglich der Vertikalen gekippt

Der Rahmen 50 und das Gehäuse 44 haben eine

solche geometrische Konfiguration, daß die rotierende Vorrichtung 42 bezüglich der Abtastachse 36 gut ausgewuchtet ist. Der Rahmen 50 ist an einer dem Gehäuse 44 gegenüberliegenden Seite 51 viel breiter, so daß er das Gewicht des Gehäuses 44 und der in ihm enthaltenen Röhre kompensiert und eine symmetrische Massenverteilung um die Achse 36 gewährleistet.

Das stationäre, ringförmige Gestell 40 lagert

die drehbare Vorrichtung 42 längs einer ringförmigen Lagerverbindung 64 (Fig. 4), die eine freie Umlaufbewegung oder Rotation der Vorrichtung 42 um die Achse 36 ermöglicht. Die kompakte Konstruktion der Einrichtung einschließlich der Anordnung des Lagers 24 und des beschriebenen ringförmigen Schleifringteils 58 nahe beieinander, d.h. im geringen Abstand längs der Drehachse 36 ermöglicht es, mit einem Lager für die rotierende Vorrichtung auszukommen. Die Verwendung von nur einem einzigen Lager und die bezüglich der Achse 36 kompakte Konstruktion der Anordnung 42 ermöglicht es wiederum, die Anordnung 42 und den gesamten Körper des einzigen Lagers um einen relativ großen Winkel um die Achse 24 schwenken zu können, ohne daß dies durch die Liege 16 oder den Patienten behindert wird.

An der rotierenden Vorrichtung 42 ist ein Codierer 66 in Form eines Kreisringes angeordnet. Dieser Codierer 66 enthält eine Anzahl von in Umfangsrichtung gleichmäßig

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beabstandeten Markierungen, die die Winkellage des Codierers angeben. Die Position des Codierringes bezüglich des stationären Gestells 40 wird durch einen optischen Codierer 67 bestimmt. Auf diese Weise läßt sich die Position der Röntgenstrahlungsquelle während der Bestrahlung des Patienten zu jeder Zeit genau feststellen. Die Positionsdaten werden mit den Intensitätswerten von der Röntgenstrahlungsdetektoranordnung korreliert und finden in bekannter Weise im Rekonstruktionsalgorithmus Verwendung.

Die Figuren 5A bis 5C zeigen drei verschiedene Eingangs- oder Versorajingsschaltungen für die Speisung einer Röntgenröhre. Dargestellt sind jeweils eine Anode 70 und eine Kathode 12, die mit Hochspannungseingangsanschlüssen gekoppelt sind. Es ist eine Anzahl solcher Eingänge gezeigt.

Bei einer Einfachfokus-Röntgenröhre (Fig. 5A)

werden drei Hochspannungseingänge benötigt. Ein erster Eingang 76 ist für die positive Hochspannung für die Anode der Röntgenröhre vorgesehen und wird bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch den ersten positiven Teil 56 des Schleifringsystems übertragen. Zwei negative Eingänge 78 und 80 dienen zur Speisung der Kathode 72 und werden bei der bevorzugten Ausführungsform durch den zweiten Teil 58 des Schleifringsystems übertragen. Durch einen Transformator 82 wird ein Heizstrom für die Kathode oder den Heizfaden der Röntgenröhre erzeugt, der bewirkt, daß die Kathode thermisch Elektronen emittiert, die durch die hohe Potentialdifferenz zur Anode 70 beschleunigt werden.

Fig. 5B zeigt eine Doppelfokus-Röntgenröhre. Für die Kathode 72 der Röntgenröhre sind hier drei negative Hochspannungseingänge 86 bis 88 vorgesehen. Durch Steuerung der Spannungen an einer Primärwicklung des Transformators 82 ist es möglich, die Eingangshochspannungen 86 bis 88 zu steuern

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und die Röntgenstrahlung in einem Maße zu beeinflussen, wie es bei der Einfach-Fokusröhre nicht möglich ist.

In Fig. 5C ist eine Röntgenröhre dargestellt,

welche eine Steuerelektrode enthält. Für diese Röhre sind ein positiver Hochspannungseingang 76 und drei negative Hochspannungseingänge 90 bis 92 vorgesehen. Die Eingänge 90 und 91 dienen zur Übertragung einer Spannung von der Sekundärseite des Transformators 82. Der dritte Eingang 92 ist für die Steuerspannung an der Steuerelektrode 94 der Röntgenröhre vorgesehen. Durch Steuerung des Potentials an der Steuerelektrode der Röhre läßt sich der Elektronenfluß zur Anode ebenfalls in einer Weise steuern, die bei der Einfach-Fokusröhre nicht zur Verfügung steht.

Aus den Figuren 5A bis 5C ist ersichtlich,

daß für die Speisung bzw. Steuerung einer Einfachfokus-, einer Doppelfokus- und einer mit einer Steuerelektrode versehenen , gittergesteuerten Röntgearöhre mehrere negative Hochspannungseingänge vorgesehen werden müssen. Der zweite, negative Teil 58 des Schleifringsystems (Fig. 3B) enthält zu diesem Zweck daher mehrere Schleifringe. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind vier Schleifringe vorgesehen, so daß man hinsichtlich der Konstruktion der CT-Abtasteinrichtung flexibel ist. Die diesen Schleifringen zugeführten Spannungen liegen viele tausend Volt unter dem Massepotential, ihre Werte unterscheiden sich jedoch nur durch relativ kleine Beträge. Bei einer Einfach-Fokusröntgenröhre braucht der Spannungsunterschied zwischen den beiden Eingängen 78 und 80 z.B. nur so groß zu sein, daß der erforderliche Heizstrom durch die Kathode der Röntgenröhre fließt.

Fig. 4 zeigt einen mehr ins Einzelne gehenden Querschnitt der inFig. 3B dargestellten Schleifringanord-

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nung. In der letzterwähnten Figur sind das Gehäuse 44 für die Röntgenröhre und die rotierende Vorrichtung 42 dargestellt, die durch das Lager 64 innerhalb des stationären Gestelles 40 gelagert sind. Der in Fig. 4 dargestellte Querschnitt zeigt zusätzliche Einzelheiten.

Das erste Schleifringsystem 56 in Fig. 4

führt eine positive Hochspannung für die Röntgenröhre, während das zweite Schleifringsystem 58 vier verschiedene Schleifringe zur Zuführung der negativen Hochspannungen zur Röntgenröhre enthält, wie oben erläutert worden ist. Sowohl das erste Schleifringsystem 56 als auch das zweite Schleifringsystem sind in einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit, wie einem ölbad, angeordnet, das sich in einem Hohlraum 112 befindet. Das Isoliermittel, wie öl, verhindert Überschläge zwischen den Hochspannung führenden Teilen des Schleifringsystems und anderen Teilen des CT-Gerätes, durch die sowohl die Steuerschaltung als auch die Röntgenröhre beschädigt werden könnten.

Der an diesen Hohlraum 112 angrenzende Teil

des stationären Gestells 40 ist vorzugsweise eine Aluminiumkonstruktion, während der an den Hohlraum angrenzende Teil der rotierenden Vorrichtung aus einer Kunststoffkonstruktion besteht. Diese leichten Werkstoffe gewährleisten, daß die Einrichtung leicht gekippt werden kann und die aus Kunststoff bestehenden umlaufenden Teile lassen sich durch das Riemengetriebe leicht drehen.

Das Austreten des dielektrischen Fluids, wie Öl, aus dem Hohlraum 112 wird durch vier elastomere oder gummielastische Dichtungen 114 bis 117 verhindert. Diese Dichtungen sind am nichtumlaufenden Gestell 40 angebracht und werden durch Federelemente 180 gegen die rotierende Vorrichtung

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gedrückt. Kenn die rotierende Vorrichtung sich bezüglich des stationären Gestelles dreht, werden die Dichtungen durch die Federn in fluiddichtem Kontakt mit den rotierenden Teilen gehalten. Der Übertragungsweg des positiven Hochspannungssignales ist in Fig. 4 klar zu sehen. Die dem Hochspannungsanschluß 46, z.B. einer Steckbuchse, zugeführte Hochspannung (typischerweise 75 kV) wird über das erste Schleifringsystem 56 und ein anschließendes Hochspannungskabel 120 dem beispielsweise aus einer Buchse bestehenden zweiten Hochspannungsanschluß 60 zugeführt, der an der rotierenden Vorrichtung angebracht und zum Anschluß der Anode der Röntgenröhre vorgesehen ist. Die Hochspannung fließt über eine Bürste, die durch eine Feder gegen den Schleifring gedrückt wird, um den erforderlichen Kontakt zwischen der Bürste und dem rotierenden Schleifring aufrecht zu erhalten. Das Hochspannungskabel zwischen dem Schleifringsystem 56 und dem Anschluß 60 kann ein genormtes, handelsübliches Röntgengerät-Hochspannungskabel sein und verläuft durch eine Bohrung oder Ausnehmung, die im Kunststoffteil der rotierenden Vorrichtung vorgesehen ist.

Der zweite Teil 58 des Schleifringsystems

enthält vier drehbare Schleifringe 122 bis 125 zur Übertragung von vier negativen Hochspannungen zur Röntgenröhre. Dieser zweite Teil 58 des Schleifringsystems ist in Fig. 4a genauer dargestellt. Wie ersichtlich, macht mit jedem drehbaren Schleifring eine an ihn angedrückte Kohle oder Bürste 127 Kontakt, die ihrerseits mit einem elektrischen Kontakt und einem Gehäuse 126 verbunden ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde eine Einfach-FokusrÖhre verwendet und es werden daher nur zwei negative Hochspannungsexngänge 128, 129 benötigt, die anderen beiden bleiben in Reserve für den Fall, daß andere Röhrentypen verwendet werden sollen.

An einer von der Hochspannungs-Schleifringanordnung entfernten Stelle ist eine Anzahl von Niederspannungs-

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schleifringen 130 bis 135 angeordnet, die zur übertragung von elektrischen Signalen niedriger Spannung vom stationären Gestell zur rotierenden Vorrichtung dienen. Da diese Schleifringe niedrige Spannungen übertragen, brauchen sie nicht in einem ölbad angeordnet zu sein, um die elektrische Isolation zu gewährleisten. Für Zwecke der Erläuterung sind nur sechs Schleifringe dargestellt, bei einer bevorzugten Ausführungsform einer kommerziellen CT-Einheit werden dagegen 16 verwendet. Drei der Niederspannunqseingänge dienen zur Stromversorgung eines Motors, der in der rotierenden Vorrichtung 42 angeordnet ist und die Anode der Röntgenröhre durch Drehen kühlt. Drei weitere Niederspannungsschleifringe dienen als Rückleitungs- oder Masseanschluß. Vier weitere Niederspannungsschleifrinqe dienen als Wechselspannungseingänge für verschiedene Zwecke. Diese Einqänqe dienen z.B. zur Betätigung einer Anzahl von Spulen, solenoiden oder Antriebsmagneten, welche in der Vorrichtung 42 vorgesehen sind und durch Wechselspannunqssignale gespeist werden müssen.

Fünf der verbleibenden Schleifringe dienen

zur Überwachung und Steuerung des Zustandes von. drei Schaltern, welche an der rotierenden Vorrichtung angebracht sind und einen Verschluß, ein Filter bzw. den Kollimator betätigen. Die Funktion dieser drei Komponenten muß bei dem CT-Abbildungsprozess mit der Röntgenstrahlungserzeugung koordiniert werden. Über einen dieser fünf Eingänge wird eine Frequenz, die einer Referenzintensität proportional ist, von der rotierenden Vorrichtung 42 zur stationären Abbildungselektronikeinheit 20 übertragen. Zwei der verbliebenen vier Eingänge dienen zur Übertragung von Synchronisations- und Taktsignalen. Die restlichen beiden Schleifringe dienen zur Sendung und zum Empfang digitaler Daten von einer Multiplexplatine, welche den Zustand der drei Schalter steuert und überwacht.

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Da 16 Schleifringe vorhanden sind, jedoch nur

die Funkrion von 15 Einqängen bzw. Kanälen beschrieben worden sind, hat also einer der 16 Schleifringe bei dieser Konstruktion keine Funktion und steht für evtl. spätere Erweiterungen und Abwandlungen zur Verfügung.

Im Vorstehenden wurde ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bis in gewisse Details beschrieben, selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses spezielle Ausführungsbeispiels eines Computertomographen beschränkt, sondern kann auch bei abgewandelten und geänderten Konstruktionen Anwendung finden.

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Leerseite

Claims

■ 1. Einrichtung zur Computertomographie zum übertragen elektrischer Energie zwischen einem Gestell und einer mit diesem mechanisch gekoppelten drehbaren Vorrichtung, welche eine Öffnung, die ein Loch zur Aufnahme eines Teiles eines Patienten bildet, aufweist, bezüglich des Gestells um eine durch die Öffnung gehende erste Achse drehbar ist und eine Röntgenstrahlungsquelle enthält, die beim Drehen der Anordnung einen kreisförmigen Weg um das Loch beschreibt, mit einer Anzahl von Schleifringsystemen, die jeweils zwei zusammenwirkende Bauelemente in Form eines zur Achse konzentrischen ringförmigen Leiters bzw. einer mit diesem Kontakt machenden Bürste aufweisen, von denen das eine an der drehbaren Vorrichtung angeordnet und mit

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der Röntgenstrahlungsquelle elektrisch verbunden ist, während das andere am Gestell angebracht und mit einer an diesem vorgesehenen Anordnung zum Zuführen einer Hochspannung versehen ist/ die über die Schleifringsysteme mit der Röntgenstrahlungsquelle gekoppelt ist, und mit einer Antriebsvorrichtung zum Drehen der Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringsysteme (56, 58) in einem das Loch (14) umgebenden Hohlraum (112) angeordnet sind, der durch entsprechende Teile des Gestells (4 0) und der drehbaren Vorrichtung (42) gebildet ist und ein isolierendes Fluid enthält, in das die Schleifringe während der Drehung der Anordnung (42) vollständig eintauchen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen dem Gestell (40) und der drehbaren Vorrichtung (42) ein ringförmiges Lager (64) enthält, das neben den von der Röntgenstrahlungsquelle beschriebenen Weg angeordnet ist; daß die Vorrichtung und der Körper des Lagers (64) zusammen um eine zweite Achse (24) kippbar sind, die die erste Achse (36) schneidet, und daß ferner eine Anordnung zum Kippen der Vorrichtung und des Lagerkörpers um die zweite Achse (24) vorgesehen ist, um den Weg um die zweite Achse zu schwenken und dementsprechend mehrere Patientenquerschnitte ohne Änderung der Position des Patienten bezüglich der Richtung der ersten Achse (36) abtasten zu können.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (112) eine ringförmige Konfiguration hat und konzentrisch zur ersten Achse (36) ist und daß am Gestell (40) Dichtungen (114 bis 117) vorgesehen sind, die gegen eine Oberfläche der rotierenden Vorrichtung (42) gedrückt sind und den Hohlraum (112) fluiddicht abdichten.

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4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Bürste jedes Schleifringsystems federnd in Kontakt mit dem zugehörigen ringförmigen Leiter gedrückt ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Achse (24) senkrecht zur ersten Achse (36) verläuft.
6. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen dem einen Bauelement mindestens eines der Schleifringsysteme und der Röntgenstrahlungsquelle ein Kabel (120) enthält, das wegen der Nachbarschaft des von der Röntgenstrahlungsquelle beschriebenen Weges und des Lagers verhältnismäßig kurz ist.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Fluid mindestens zum Teil aus öl besteht.

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