DE3244636A1

DE3244636A1 - Rechnergestuetzter roentgentomograph

Info

Publication number: DE3244636A1
Application number: DE19823244636
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Tokyo Mitamura; Tadashi Kanagawa Ogawa; Tooru Koganei Tokyo Shimizu; Keiki Fuchu Tokyo Yamaguchi
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1982-10-08
Filing date: 1982-12-02
Publication date: 1984-04-12
Also published as: JPS5968200A; IL67570A; JPH0250734B2; IL67570A0; DE3244636C2; US4532644A; GB2129233A; GB2129233B

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Mefnig-

Yokogawa Electric Works Tokio, Japan

Patentanwälte

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter vor dem Europaischen Patentamt

Dr phil G Henkel- München Dip! -Ing J Pfenning. Berlin Dr rer nat L Feiler. München Dipt -Ing W Hänzel, München Dipl -Phys K. H. Meinig, Berlin Dr Ing A Butenschön. Berlin

Mohlstraße 37
D-8000 München 80

Tel.. 089/982085-87 Telex 0529802 hnWd Telegramme ellipsoid

FA 82219

Dez. 1382

Rechnergestützter Röntgentomograph

BAD ORIGINAL

324Λ636

Die Erfindung betrifft einen rechnergestützten Dreh/-Dreh- bzw. Doppeldrehungs-Röntgentomographen, insbesondere zur Gewinnung eines Tomogramms eines Untersuchungsobjekts nach einem Verfahren, bei dem eine Hochspannung an eine Röntgenröhre angelegt wird, wobei pulsierende Röntgenstrahlung auf das Untersuchungsobjekt gerichtet und nach dem Durchtritt durch letzteres die Röntgenstrahlung durch einen Röntgendetektor mit Hunderten von Detektorelementen erfaßt wird und die erfaßten Daten durch einen elektronischen Rechner verarbeitet werden. ^-~~

Fig. 1 veranschaulicht in- Blockschaltbildform den Aufbau eines bisherigen rechnergestützten Röntgentomographen. Die Anordnung nach Fig. 1 umfaßt eine Röntgenröhre 1, die entsprechend der über Anode und Kathode angelegten Spannung Röntgenstrahlung emittiert, die infolge der pulsierenden Wellenform (pulse wave) der Spannung als pulsierende Wellenform auftritt, einen der Röntgenröhre 1 unter Zwischenfügung eines Untersuchungsobjekts 12 gegenüberstehenden Röntgen-Detektor 2, der zusammen mit der Röntgenröhre 1 um das Untersuchungsobjekt 12 herum in Drehung versetzbar ist und der gemäß Fig. 1 eine Anzahl von in einer Reihe angeordneten Detektorelementen aufweist, die jeweils einen Ausgangsstrom entsprechend der Stärke der einfallenden Röntgenstrahlung liefern, einen

°® Drehkörper 3, an dem Röntgenröhre 1 und Detektor 2 angebracht sind, einen Portal-Antriebsmotor 4 zum Drehen des Drehkörpers 3, einen Drehwinkeldetektor bzw. -fühler 5 zur Messung des Drehwinkels des Drehkörpers 3, eine Gruppe von Integratoren 6, die jeweils die von jedem Element des Röntgen-Detektors gelieferten Ströme integrieren und die jeweils durch eine noch zu beschreibende Zeit- oder Taktsteuerschaltung bezüglich ihrer Integral- oder Nachstellzeit

(integral period) so angesteuert werden, daß eine integrierte Größe auf Impulsbasis von dem durch den Detektor 2 in vorbestimmten Perioden eingegebenen Impulsstrom erhalten oder abgeleitet werden kann, einen Multiplexer 7 zum Wählen des Ausgangssignals jedes Integrators und zur übertragung des Ausgangssignals zur nächsten Stufe oder Ebene (level), einen Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler 8 zur Umwandlung eines vom Multiplexer 7 gelieferten Analogsignals in ein Digitalsignal, eine Datenverarbeitungseinheit 9, z.B. einen elektronischen Rechner, zur Verarbeitung des über den A/D-Wandler 8 eingespeisten, auf die Intensität der durch das Untersuchungsobjekt hindurchgetretenen Röntgenstrahlung bezogenen Si -

gnals zur Lieferung eines Tomogramms, eine Bildanzeigeeinheit 10 bzw. eine Kathodenstahlröhre zur Darstellung von Tomogrammen, eine Zeit- oder Taktsteuerschaltung11 zur Einstellung des Takts (timing) verschiedener Bauteile auf den Empfang von Signalen vom Drehwinkelfühler 5 hin, Hochspannungs-Schaltröhren 13 und 14, z.B. Tetroden, Gittersteuerkreise 15 und 16, einen in Sternschaltung angeordneten

Dreiphasen-Transformator T. sowie Gleichrichter D₁ η

Dieser bisherige rechnergestützte Röntgentomograph arbeitet wie folgt: Der Dreiphasen-Transformator T^ und die Gleichrichter D₁ - D₁ liefern eine Gleich-

spannung mit geringer (less) Spannungsregelung, und die gelieferte Gleichspannung wird als Hochspannung/ über die Schaltröhren 13, 14 an die Röntgenröhre 1 angelegt. Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm, in welchem die Kurven (1), (m) und (n) die Wirkungsweise der

ι

einzelnen Bauteile gemäß Fig. 1 angeben. Fig. 3 veranschaulicht das Ausgangssignal (1) des Drehwinkelfühlers 5, den von der Röntgenröhre 1 abgestrahlten

BAD ORIGINAL

Röntgenimpulse (m) und das Verhalten (n) des Integrators. Bei der Drehung des Drehkörpers 3 durch den Motor 4 wird sein Drehwinkel durch den Drehwinkelfühler 5 gemessen, wobei jeweils bei einem vorgegebenen Winkelbetrag ein bei (1) dargestelltes pulsierendes Signal bzw. ein Signalimpuls zur Zeitsteuerschaltung 11 ausgegeben wird. Gemäß Fig. 3 läßt die Zeitsteuerschaltung 11 beispielsweise die Gittersteuerkreise 15, 16 zur Anlegung eines Hochspannungsimpulses an die Röntgenröhre in Synchronismus (in tune) mit den Impulsen (1) bzw. entsprechend diesen arbeiten, so daß der bei (m) angedeutete Röntgenstrahlungsimpuls emittiert wird. Der Röntgenstrahlungsimpuls tritt durch das Untersuchungsobjekt 12 hindurch und wird durch den Röntgen-Detektor 2 erfaßt. Der vom Detektor 2 gemessene oder erfaßte Strom besitzt eine mit der Kurve (m) in Fig. 3 synchronisierte Impulswellenform, und der Integrator 6 integriert den Strom in jedem der Abschnitte 1, 3, 5 (Fig. 3), um die Größe der übertragenen Röntgenstrahlung in eine Spannungsgröße umzusetzen. Andererseits führt der Integrator 6 auch in den Abschnitten 2, 4 der Kurve (n) gemäß Fig. 3 eine Integral-Steuerwirkung bzw. Integration durch, wobei die integralen Größen in diesen Abschnitten 2, 4 den Größen entsprechen, bei denen das Röntgenstrahlungssignal gleich ¹NuIl ist. Mit anderen Worten: durch Vergleichmäßigung der Zeitspannen für die Abschnitte 2, 4 sowie derjenigen für 1, 3, 5 wird die

°Q Nullpunktabweichung eines ',Integrators und dgl. korrigiert, wenn die in den Abschnitten 2, 4 erhaltene. Größe

von dem in.den, Abschnitten 1, 3, 5_erhaltenen, . , Datensignal subtrahiert wird, Der Integrator 6 wird abschnittsweise zwischen 1 und 2 und 3 ... rückgesetzt. Auf die beschriebene'Weise wiederholt der Integrator 6 abwechselnd die,. Integration zum Zeitpunkt der Röntgenbestrahlung - Rückstellen - Nullpunktintegration - Rückstellen synchron mit dem Takt der

BAD ORIGINAL⁷

pulsierenden Hochspannung, wobei über den A/D-Wandler und die Datenverarbeitungseinheit 9 auf der Bildanzeigeeinheit 10 ein Tomogranun anhand eines Datensignals wiedergegeben wird.

Der beschriebene bisherige Röntgentomograph ist jedoch mit den folgenden Mängeln behaftet:

1. Der Hochspannungsgenerator verwendet einen Dreiphasentransformator zur Lieferung eines Halbgleichspannungsausgangs von +^60 kV, so daß der Generator unvermeidlich einen komplizierten Aufbau und große Abmessungen besitzt und aufwendig ist. Die Strom-Versorgung, einschließlich eines Transformators, für den im Handel erhältlichen rechnergestützten Tomographen wiegt allein etwa 1,3 t und ist daher nicht einfach bewegbar.

2. Ein Röntgentomograph mit dem beschriebenen Aufbau ist äußerst kostenaufwendig, weil er Hochspannungs-Schaltröhren und Gittersteuerkreise mit Hochspannungs-Isolierfunktion benötigt.

3. Fig. 4 veranschaulicht bei (I) schematisch die Wellenform der durch die Gleichrichter D₄-D₁₂ als Hochspannungsgeneratoren angelegten Ausgangsspannung, während bei (II) die Wellenform des zur Röntgenröhre 1 fließenden Stroms dargestellt ist.

Gemäß Fig. 4 schwankt der Hochspannungsausgang des Hochspannungsgenerators nach Fig. 1, weil sich der Laststrom bzw. Röhrenstrom ändert. Wenn daher die gewünschte Hochspannung an die Last angelegt wird, steigt die Spannung im lastfreien Zustand an, weshalb die Bauteile des Hochspannungsgenerators, einschließlich des Transformators, eine hohe dielektrische Durchschlagfestigkeit besitzen

BAD

müssen, was größere Abmessungen des Röntgentomographen und höhere Kosten für diesen bedingt. Aus diesem Grund wurde die Röntgenröhrenspannung bisher auf etwa 120 kV beschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Ausschaltung der vorstehend geschilderten Mangel durch Schaffung eines rechnergestützten Röntgentomographen, bei dem eine Strom- oder Spannungsversorgung, ähnlich derjenigen beim bisherigen Röntgentomographen, kompakt und mit niedrigem Gewicht ausgelegt ist, ohne die Eigenschaften des Geräts, wie Stabilität der von einer Röntgenröhre emittierten Röntgenstrahlung, zu beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Blockschaltbilddarstellung des Aufbaus eines bisherigen rechnergestützten

Röntgentomographen,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines rechnergestützten.

Röntgentomographen gemäß der Erfindung, 30

Fig. 3 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung der

Wirkungsweise bestimmter Bauteile nach Fig. 1 ,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Lastschwankungen beim Gerät nach Fig. 1 ,

Fig. 5 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung der

Wirkungsweise bestimmter Bauteile beim Gerät

Λ 40.

nach Fig. 2,

Fig. 6 , 7 und 8 Schaltbilder für andere Ausführungsformen der Erfindung, in denen nur der An

schluß einer Spannungsversorgung an eine Röntgenröhre dargestellt ist,

Fig. 9 ein Zeitdiagramm zur Darstellung der Wirkungsweise bestimmter Bauteile beim Gerät nach

Fig. 8 und

Fig. 10 und 11 Schaltbilder einer Einrichtung zur Verhinderung des Auftretens eines ablenkenden MagnetisierungsStroms.

Die Fig. 1, 3 und 4 sind eingangs bereits erläutert worden.

Die Bauteile 1 bis 11 gemäß Fig. 2 entsprechen, auch bezüglich ihrer Verbindungen, völlig den betreffenden Bauteilen nach Fig. 1, so daß auf ihre nähere Erläuterung verzichtet werden kann. Die Unterschiede von Fig. 2 gegenüber Fig. 1 liegen in der Verwendung eines Einphasentransformators als Transformator T₂ sowie zweier Gleichrichter D₂₁ und D-^ sowie einer phasenstarren Regelschleife (PLL) zum Vergleichen ■ eines vom Drehwinkelfühler 5 gelieferten Signals mit der Netzfrequenz bezüglich der Phase, um den Dreh-

"^ körper 3 (Portal), an dem die Röntgenröhre und der Röntgere-Detektor angebracht sind, sich in Synchronismus (in tune) mit der Netzfrequenz bzw. entsprechend dieser drehen zu lassen.

Das Zeit(Steuer)diagramm von Fig. 5 veranschaulicht die Wirkungsweise verschiedener Bauteile des Geräts nach Fig. 2. Bei (a) ist die Wellenform der durch

BAD ORIGINAL

λ/

Halbwellen- oder Einweggleichrichtung verarbeiteten und über Anode und Kathode der Röntgenröhre 1 angelegten Hochspannung angegeben. Die Kurve (b) steht für die Impulswellenform der von der Röntgenröhre abgestrahlten Röntgenstrahlung. Bei (c) ist die Arbeitsperiode der Gruppe der Integratoren 6 angegeben .

Die vom Netz.gelieferte Spannung wird an die Primärwicklungsseite des Einphasentransformators T» im rechnergestützten Röntgentomographen nach Fig. 2 angelegt. Die gewünschte Hochspannung wird an der Sekundärwicklungsseite des Transformators T, induziert und durch die Gleichrichter D₂₁ und D22 einer Einweggleichrichtung unterworfen, so daß eine Spannung mit der Wellenform gemäß Fig. 5(a) über Anode und Kathode der Röntgenröhre 1 angelegt wird. Obgleich die Gleichrichter D₂-, und D₂₂ iⁿ Fig. 2 als Einzelelemente dargestellt sind, können jeweils mehrere in Reihe geschaltete Elemente verwendet werden^ so daß dielektrische Durchschlagfestigkeit geboten wird.

Da die von der Röntgenröhre 1 abgestrahlten Röntgen-Strahlungsmengen ungefähr der dritten Potenz der , Röhrenspannung proportional sind, besitzt der Strahlungsausgang eine pulsierende bzw. Impulswellenform gemäß Fig. 5(b).

Wie erwähnt, dreht sich andererseits der Drehkörper

3 aufgrund der Wirkung der phasenstarren Regelschleife 17 in Synchronismus mit der Netzfrequenz, während die Röntgenröhre 1 ebenfalls eine mit der Netzfrequenz synchrone Röntgenstrahlungs-Impulswelle abstrahlt. 35

Die Gruppe derIntegratoren 6 führt in jedem der Abschnitte (1), (3), (5) gemäß Fig. 5 eine integrale

Al.

bzw. integrierende Regelwirkung durch, bei der die in jeden Abschnitt eingegebene Röntgenstrahlungsmenge in eine Spannungsgröße umgewandelt wird, und integriert den Strom in jedem der Abschnitte (2), (4) gemäß Fig. 5(c) am Pegel Null, wenn die Röntgenstrahlung nicht emittiert wird. Die dabei von den Abschnitten (1)/ (3), (5) ... erhaltenen Daten werden durch die Datenverarbeitungseinheit mittels Nullkorrektur verarbeitet und in Bilder umgesetzt. Anstelle der Nullkorrektur durch die Datenverarbeitungseinheit 9 kann auch eine analoge Nullkorrektur durch jeden Integrator 6 erfolgen.

Fig. 6 veranschaulicht eine andere Ausführungsform . der Erfindung, wobei nur ein Einphasentransformator Tp, Gleichrichter D-.,-D-,- und eine Röntgenröhre 1 dargestellt sind. Die anderen Bauteile nebst ihren Verbindungen entsprechen völlig denen nach Fig. 2.

Gemäß Fig. 6 wird, wie im Fall von Fig. 2, die Netzspannung an die Primärwicklung des Transformators T- angelegt, und die Impulswelle der durch Vollweggleichrichtung erhaltenen Hochspannung wird der Röntgenröhre 1 aufgeprägt. Infolgedessen strahlt die Röntgenröhre 1 doppelt so viele Röntgenstrahlungsimpulswellen wie in Fig. 5(c) ab. Bei Anwendung der Vollweggleichrichtung gemäß Fig. 6 wird die integrale Periode für die Nullkorrektur in den Abschnitten (2), (4) nach Fig. 5(c) nicht aufgehoben. In diesem Fall

^Q wird eine Nullintegration anstelle einer Nullkorrektur auf Wellenformbasis einmal zu Beginn der Röntgenabtastung durchgeführt, um die Nullkorrektur durch Subtrahieren der Nullintegralgröße zu diesem Zeitpunkt von den Daten zu jedem Röntgenbestrahlungs-Zeitpunkt zu bewirken. Der Vorteil der einmal vor der Röntgenabtastung durchzuführenden Nullintegration besteht darin, daß die Häufigkeit der A/D-Umwandlungen herabgesetzt werden kann.

BAD ORIGINAL

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher, wie in Fig. 6, nur ein Einphasentransformator T~, ein Gleichrichter D₂₇/ ein Kondensator C^ und eine Röntgenröhre 1 dargestellt sind, während der restliche Aufbau demjenigen nach Fig. 2 entspricht. Gemäß Fig. 7 sind der Gleichrichter D₂₇ und der mit ihm in Reihe geschaltete Kondensator C-an die Sekundärwicklung des Transformators T~ angeschlossen. Die Röntgenröhre 1 ist zum Gleichrichter D₂₇ derart parallelgeschaltet, daß sie gegenüber letzterem die umgekehrte Polarität besitzt. Wenn bei der Anordnung nach Fig. 7 die Netzspannung an die Primärwicklung des Transformators T2 angelegt wird, wird in seiner Sekundärwicklung unter der Wirkung des Gleichrichters D^- und des Kondensators C₁ eine Spannung induziert, und der Kondensator C₁ wird mit einer positiven Gleichspannung e₂, die durch Spitzengleichrichtung verarbeitet ist, für die Anode der Röntgenröhre 1 aufgeladen. Andererseits wird der Kathode der Röntgenröhre 1 eine in der Sekundärwirkung induzierte Wechselspannung e.. aufgeprägt. Die positive Spannung (e₂-e..) liegt demzufolge ständig über Anode und Kathode der Röntgenröhre 1 an, wobei Röntgenstrahlung abgestrahlt wird, wenn der Spannungsunterschied nahezu am größten ist.

Die beschriebenen Ausführungsformen nach Fig. 2, 6 und

7 gewährleisten die folgenden Wirkungen: 30

1. Wegen der Verwendung eines Einphasentransformators kann die Zahl der Bauteile des Hochspannungsgenerators im Vergleich zum Stand der Technik erheblich verringert werden; zudem läßt sich der Generator ^° kompakt und kostensparend ausbilden. Das Gewicht einer den erfindungsgemäß vorgesehenen Transformator verwendenden Spannungsversorgung kann von etwa 1,3t auf 0,4 t verringert werden.

2. Aufwendige Hochspannungs-SchaltrÖhren und Gittersteuerkreise sind unnötig.

3. Gemäß Fig. 4 wird die Hochspannung beim bisherigen Röntgentomographen durch Lastschwankungen beeinflußt. Beim erfindungsgemäßen Röntgentomographen ist dies jedoch nicht der Fall, weil stets eine gleichgerichtete Spannung an der Last anliegt. Der Wirkungsgrad der Röntgenröhre kann demzufolge größer sein, weil ihre Röhren-Spitzenspannung auf einen hohen Wert eingestellt sein kann.

Die Wellenform des von der Röntgenröhre 1 abgestrahlten Röntgenstrahlungsimpulses ist in Fig. 5(b) dargestellt. Beim beschriebenen rechnergestützten Röntgentomographen mißt der Röntgen-Detektor die durch ein Untersuchungsobjekt hindurchgedrungenen Röntgenstrahlungsimpulse auf Impulsbasis, während der Rechner zur Verarbeitung der auf den Meßwerten oder -großen basierenden Daten zwecks Lieferung eines Tomogramms dient. Bei einem solchen Röntgentomographen sollte die Zeit für die Messung der Intensität der Röntgenstrahlung möglichst kurz sein, weil ein Tomogramm mit hoher Geschwindigkeit erhalten werden muß. Im Hinblick auf diese Erfordernisse zeigt die Wellenform des Röntgenstrahlungsimpulses gemäß Fig. 5(b) eine geringe Steilheit (sharpness) in einem Bereich dicht an ihrem Abschaltpunkt sowie eine zu große Impulsbreite; diesbezüglich

^ow wird daher eine Verbesserung angestrebt.

Im Hinblick auf die genannten Probleme ist in Fig. 8 eine Vorrichtung dargestellt, die einen Röntgenstrahlungsimpuls mit scharfer bzw. steiler Wellenform

zu liefern vermag, während die durch die Ausführungsformen nach Fig. 2, 6 und 7 gewährleisteten Hauptwirkungen, d.h. kompakte Bauart und niedriges Gewicht der Spannungsversorgung, beibehalten werden.

bAD ORIGINAL

In Fig. 8, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, ist nur die einen Einphasentransformator T₃ enthaltende Schaltung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung dargestellt. Die anderen Bauteile und Anschlüsse ähneln denjenigen nach Fig. 2. Die Anordnung nach Fig. 8 umfaßt einen Transformator T^, ähnlich demjenigen nach Fig. 2, 6 und 7, einen Gleichrichterkreis 31, mit dem die Erfindung auch dann realisiert wird, wenn die Schaltung für Einweg- oder Vollweggleichrichtung ausgelegt ist, eine Röntgen-Triode 33, die von der Röntgenröhre nach Fig. 2, 6 oder 7 verschieden, aber mit einer Gitterelektrode versehen ist und bei der die durch den Gleichrichterkreis 31 gleichgerichtete Sekundärspannung vom Einphasentransformator T3 über Anode und Kathode angelegt wird, und eine phasenstarre Regelschleife (PLL) 35, die mit der Primärwicklung des Transformators To auf die in Fig. 8 dargestellte Weise verbunden ist und ein Signal mit einer Frequenz entsprechend der Frequenz der an die Primärwicklung angelegten Wechselspannung abzugeben vermag. Wenn beispielsweise die Eingangsfrequenz der phasenstarren Regelschleife 35 mit f. vorausgesetzt wird, wird ein Signal mit einer Frequenz n-fj abgegeben. Die phasenstarre Regelschleife 35 ähnelt der Regelschleife 17 gemäß Fig. 2; die beiden Regelschleifen 17 und 35 können für gemeinsame Anwendung zu einer Einheit zusammengefaßt werden. Gemäß Fig. 8 sind weiterhin ein Phasenschieber 37, welcher die Phase eines von der phasSnstarren Regelschleife 35 gelieferten Ausgangssignals zweckmäßig zu verschieben vermag, und ein Gittersteuerkreis 39 vorgesehen, der das Signal vom Phasenschieber 37 abnimmt und nach Maßgabe dieses Signals einen Signalimpuls an die Gitterelektrode der Röntgen-Triode 3 3 anlegt.

Die Vorrichtung nach Fig. 8 arbeitet wie folgt:

An die Klemmen a, b der Primärwicklung des Einphasentransformators T₃ wird eine Wechselspannung angelegt, die normalerweise von einer Netzstromversorgung geliefert wird, jedoch auch von einem Hilfsgenerator (non-utility generator) geliefert werden kann. In der Sekundärwicklung des Transformators T₃ wird eine vorgegebene Hochspannung induziert, die durch den Gleichrichterkreis 31 zu einer Gleichspannung mit Impulswellenform gleichgerichtet wird. Wie erwähnt, kann für die Erfindungszwecke entweder ein Einwegoder ein Vollweggleichrichterkreis als Gleichrichterkreis 31 Verwendung finden. In den folgenden Ausführungen wird jedoch die Verwendung eines Vollweggleichrichters vorausgesetzt. Die durch Vollweggleichrichtung erhaltene Wellenform ist durch eine gestrichelte Linie 1. in Fig. 9(p) angegeben. Die Verbindung des Gleichrichterkreises 31 mit der Röntgen-Triode 33 erfolgt normalerweise über ein nicht dargestelltes Hochspannungskabel, und je nach dessen Kapazität entspricht die Wellenform der über Anode und Kathode der Triode 33 angelegten Spannung der Strichpunktierten Linie I₂ gemäß Fig. 9 (p). Ersichtlicherweise ist bei der Erfindung sowohl die durch die gestrichelte Linie I₁ als auch die durch die strichpunktierte Linie I₂ gemäß Fig. 9(p) dargestellte Spannungswellen-

form an die Röntgen-Triode anlegbar. 30

Die phasenstarre Regelschleife 35 liefert ein Signal mit einer Frequenz entsprechend der Frequenz der Wechselspannung des Einphasentransformators T₃; wenn letzterer ein Wechselspannungssignal mit einer Frequenz von 50 Hz abgibt, besitzt das Ausgangssignal der phasenstarren Regelschleife 35 ebenfalls 50 Hz. Obgleich gemäß Fig. 8 der phasenstarren Regelschleife

BAD ORIGINAL

35 die Primärspannung des Einphasentransformators T₃ als Eingangssignal eingespeist wird, kann diese Spannung auch vom Sekundär(wicklungs)kreis geliefert werden. Da jedoch an der Sekundärseite eine Hochspannung vorliegt, die in eine niedrige Spannung umgewandelt werden müßte, wird der Regelschleife 35 normalerweise das Wechselspannungssignal vom Primär-(wicklungs)kreis des Einphasentransformators zugeführt.

Die phasenstarre Regelschleife 35 gibt ein Signal mit einer Frequenz entsprechend derjenigen der Wechselspannungsversorgung ab, so daß die Phase dieses Signals mittels des Phasenschiebers 37 beliebig eingestellt werden kann. Demzufolge kann als Ausgangssignal des Gittersteuerkreises 39 ein Signalimpuls mit der Phase gemäß Fig. 9(q) erhalten werden. Mit anderen Worten: durch entsprechende Ansteuerung des Phasenschiebers 37 kann der vom Gittersteuerkreis 39 gelieferte Signalimpuls bezüglich seiner Phase mit dem Spitzen- oder Scheitelwert der an Anode und Kathode der Röntgen-Triode 33 angelegten gleichgerichteten Spannung synchronisiert werden. Diese Beziehung ist in Fig. 9 bei (p) und (q) dargestellt.

Da die Impulsspannung (pulse voltage) an die Gitterelektrode angelegt wird, wenn die an Anode und Kathode liegende gleichgerichtete Spannung ihren Spitzenwert erreicht, emittiert die Röntgen-Triode

"0 33 eine in Fig. 9(r) dargestellte impulsförmige Röntgenstrahlung.

Die Vorrichtung nach Fig. 8 bietet die folgenden

Vorteile:
35

A) An die Gitterelektrode wird eine Impulsspannung in Abhängigkeit vom Spitzenwert der an Anode und Kathode der Röntgen-Triode 33 anliegenden gleich-

1/" if

gerichteten Spannung angelegt, so daß die abgestrahlte Röntgenstrahlung frei ist vom Einfluß der Welligkeitsfrequenz der Hochspannungsversorgung. Auf diese Weise kann somit der Röntgenstrahlungsausgang stabilisiert werden.

B) Die für die Messung bzw. Erfassung der Röntgenstrahlung benötigte Zeit kann verkürzt werden, und das Ansprechen bis zur Bildwiedergabe kann beschleunigt werden, weil ein scharfer bzw. steiler Röntgenstrahlungsimpuls gemäß Fig. 9(r), der von demjenigen nach Fig. 5(b) verschieden ist, abgestrahlt werden kann.

C) Da ein Einphasentransformator als Hochspannungsversorgung verwendet wird, kann letztere, wie bei den Ausführungsformen nach Fig. 2, 6 und 7, kompakt und mit niedrigem Gewicht ausgelegt sein.

Wie vorstehend beschrieben, wird eine Impulsspannung im Gleichlauf (in keeping with) mit der an Anode und Kathode der Röntgen-Triode anzulegenden gleichgerichteten Spitzenspannung an die Gitterelektrode angelegt. Diese Spannungsanlegung sollte im wesentlichen mit dem Auftreten des Spitzenwerts erfolgen, doch läßt sich die Erfindung auch dann realisieren, wenn die Spannungsanlegung nicht in genauer Übereinstimmung mit der Spitzenwertzeit erfolgt.

Die vorstehenden Ausführungen beziehen sich auf die Vollweggleichrichtung. Im Fall der Einweggleichrichtung tritt die Impulswelle gemäß Fig. 9(p) nur mit der halben Häufigkeit auf, wobei.an die Gitterelektrode ein Signalimpuls beim jedesmaligen Auftreten der Impulswellenspitze angelegt wird.

BAD ORIGINAL

Erfindungsgemäß kann auch die Welligkeitsfrequenz der gleichgerichteten Spannung durch Anschließen eines nicht dargestellten Kondensators an die Ausgangsklemme des Gleichrichterkreises 31 unterdrückt werden, um einen Spielraum für die Taktsteuerung des an die Gitterelektrode anzulegenden Signalimpulses zu bieten.

Gemäß Fig. 8 sind die phasenstarre Regelschleife 35, der Phasenschieber 37 und der Gittersteuerkreis 39 als getrennte Einheiten vorgesehen. Ersichtlicherweise vermag jedoch eine beliebige Konstruktion dieser Bauteile den vorgesehenen Zweck zu erfüllen, sofern sie die Funktionen dieser Schaltungsteile zu gewährleisten vermag.

Wenn der Einweggleichrichterkreis auf die in Fig. 2, 6 und 7 dargestellte Weise an die Sekundärwicklung des Einphasentransformators angeschlossen ist, fließt in diesem Transformator ein ablenkender Magnetisierungsstrom (deflecting magnetized current). Ein solcher Stromfluß muß verhindert werden, weil er den Leistungsfaktor verringert und den Wirkungsgrad des Geräts beeinträchtigt.

Fig. 10 veranschaulicht eine Einrichtung zur Verhinderung dieses ablenkenden Magnetisierungsstroms, bei welcher an die Primärwicklung des Einphasentransformators T. eine Parallelschaltung aus einem Thyristor SCR und einem Widerstand R. angeschlossen ist.

Bei der Anordnung nach Fig. 10 arbeitet der Einphasentransformator T. in seiner positiven Halbperiode im wesentlichen auf dieselbe Weise wie dann, wenn die Parallelschaltung aus dem Thyristor SCR und dem Widerstand R- nicht vorgesehen ist. In der

negativen Halberperiode fließt dagegen Strom über den Widerstand R., während der Thyristor in Gegenrichtung geschaltet ist. Falls ein großer ablenkender Magnetisierungsstrom auftreten sollte, wird die Primärspannung des Transformators T₄ infolge des Widerstands R.. verringert, so daß hierdurch dieser Strom beeinflußt und verkleinert oder ganz unterdrückt wird.

Da bei der Anordnung nach Fig. 10 der Thyristor SCR auch als Netzschalter für den gesamten rechnergestützten Röntgentomographen benutzt werden kann, kann das Ein- und Ausschalten der Spannungsversorgung bell 5 züglich der Phase dadurch wirksam gesteuert werden, daß ein Triggersignal mit einem optimalen Takt an die Gate-Elektrode G des Thyristors SCR angelegt wird.

Da bei diesem Röntgentomographen der Bereich der an die Röntgenröhre 1 anzulegenden Spannung begrenzt ist, ist normalerweise zu Spannungsregelzwecken ein Spannungsregler vorgesehen. Da andererseits die Primärwicklung des Einphasentransformators T. beim Gerät nach Fig. 10 eine Art Einweggleichrichterkreis darstellt, kann der ablenkende Magnetisierungsstrom in den Spannungsregler fließen. Infolgedessen dient eine an die Primärwicklung eines Spannungsreglers T₁. angeschlossene Parallelschaltung aus einem Gleichrichter Dp₈ und einem Widerstand R„ zur Verhinderung eines ablenkenden Magnetisierungsstromflusses in den Spannungsregler T₅ (Fig. 11).

BAD ORIGINAL

L θ e r s e i t θ

Claims

Patentansprüche

Rechnergestützter Röntgentomograph, g e k e η η zeichnet durch eine Röntgenröhre (1) zur Abstrahlung einer Röntgenstrahlungs-Impulswelle in Abhängigkeit von einer über Anode und Kathode angelegten Impulswellenspannung, durch einen der Röntgenröhre (1) zugewandten und mit dieser um ein Untersuchungsobjekt (12) umlaufenden Röntgen-Detektor (2), durch eine Einrichtung (5) zur Messung des Drehwinkels und zum Vergleichen des Meßergebnisses mit der Phase der Impulswellenspannung zwecks Synchronisierung der Drehbewegung mit der Periode der Impulswellenspamvung, durch eine Einrichtung (6) zum Integrieren des Ausgangssignals des Röntgen-Detektors (2) in Synchronis-

mus mit der pulsierenden Röntgenstrahlung, durch eine Einrichtung (8, 9) zur Erzeugung eines Tomogramms des Untersuchungsobjekts (12) auf der Basis eines vom Röntgen-Detektor (2) gelieferten Datensignals, durch eine Bildanzeigeeinheit (10) zur Wiedergabe des Tomo-

gramms und durch einen Einphasentransformator (z.B.

T-), bei dem eine Netzspannungsversorgung an die Primärwicklung angeschlossen ist und die Sekundärspannung einer Einweggleichrichtung unterworfen und

als Impulswellenspannung benutzt wird. 25
2. Röntgentomograph nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Netzspannungsversorgung an die Primärwicklung des Einphasentransformators angeschlossen ist und die Sekundärspannung einer Vollweggleichrichtung unterworfen und als ImpulsweIlenspannung benutzt wird.
3. Rechnergestützter Röntgentomograph, gekennzeichnet durch eine Röntgenröhre (1) zur Abstrahlung einer Röntgenstrahlungs-Impulswelle in Abhängigkeit von einer über Anode und Kathode angelegten Impulswellenspannung, durch einen der Röntgenröhre (1) zugewandten

und mit dieser um ein Untersuchungsobjekt (12) umlaufenden Röntgen-Detektor (2), durch eine Einrichtung (5) zur Messung des Drehwinkels und zum Vergleichen des Meßergebnisses mit der Phase der Impulswellenspannung zwecks Synchronisierung der Drehbewegung mit der Periode der Impulswellenspannung, durch eine Einrichtung (6) zum Integrieren des Ausgangssignals des Röntgen-Detektors (2) in Synchronismus mit der pulsierenden Röntgenstrahlung, durch eine Einrichtung (8, 9) zur Erzeugung eines Tomogramms des Untersuchungsobjekts (12) auf der Basis eines vom Röntgen-Detektor (2) gelieferten Datensignals, durch eine Bildanzeigeeinheit (10) zur Wiedergabe des Tomogramms, durch einen Einphasentransformator (z.B. T2), durch einen Gleichrichter und durch einen Kondensator, wobei die Netzspannungsversorgung an die Primärwicklung des Einphasentransformators angeschlossen ist, indem die Reihenschaltung aus dem Gleichrichter und dem Kondensator in Reihe über die Sekundärwicklung des Einphasentransformators und die Röntgenröhre parallel zum Gleichrichter geschaltet sind, so daß erstere letzterem gegenüber die entgegengesetzte Polarität besitzt.
4. Rechnergestützter Röntgentomograph, bei dem pulsierende Röntgenstrahlung gegen das Untersuchungsobjekt abstrahlbar ist und die durch das Untersuchungsobjekt hindurchgetretene Röntgenstrahlung mittels eines aus einer Anzahl von Detektorelementen bestehenden Röntgen-Detektors erfaßt wird, um ein Tomogramm des Untersuchungsobjekts auf der Grundlage des vom Röntgen-Detektor gelieferten Datensignals zu gewinnen, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Einphasentransformator, einen Gleichrichterkreis zum Gleichrichten der Sekundärspannung des Einphasentransformators und

BAD ORIGINAL

32AA636

eine Röntgenstrahlungs-Triode, bei welcher die vom Gleichrichterkreis gelieferte gleichgerichtete Spannung über Anode und Kathode anlegbar ist, und eine Einrichtung zur Anlegung eines Signalimpulses an die Gitterelektrode der Röntgenstrahlungs-Triode in Übereinstimmung mit im wesentlichen dem Spitzen- oder Scheitelwert der über Anode und Kathode der Röntgenstrahlungs-Triode anzulegenden gleichgerichteten Spannung aufweist.
5. RÖntgentomograph nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine phasenstarre Regelschleife (PLL) zur Lieferung eines Signals mit einer Frequenz entsprechend derjenigen des Wechselspannungssignals am Einphasentransformator, einen Phasenschieber zum Verschieben der Phase des Ausgangssignal von der phasenstarren Regelschleife und einen Gittersteuerkreis zur Anlegung eines Signalimpulses an die Gitterelektrode auf der Basis des vom Phasenschieber gelieferten Signals, als Einrichtung zur Anlegung des Signalimpulses an die Gitterelektrode.