DE3249542A1

DE3249542A1 - Rechengestuetzter roentgentomograph

Info

Publication number: DE3249542A1
Application number: DE19823249542
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Tokio/Tokyo Mitamura; Tadashi Kanagawa Ogawa; Tooru Koganei Tokio/Tokyo Shimizu; Keiki Fuchu Tokio/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: 1984-06-20
Also published as: DE3249542C2

Description

Rechnergestützter Röntgentomograph
Rechnergestützter Röntgentomograph Die Erfindung betrifft einen rechnergestützten Röntgentomograph mit einem um ein Untersuchungsobjekt umlaufenden Röntgen-Detektor, einer Einrichtung zum Integrieren des Ausgangssignals des Röntgen-Detektors in Synchronismus mit Röntgenstrahlungsimpulsen, einer Bilderzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Tomogramms des Untersuchungsobjektes aufgrund der Datensignale des Röntgen-Detektors und einer Bildanzeige-Vorrichtung zur Wiedergabe des Tomogramms.
Sie bezieht sich insbesondere auf einen Dreh/-Dreh- bzw. Doppeldrehungs-Röntgentomographen zum Bestrahlen eines Untersuchungsobjekts mit Röntgenstrahlenimpulsen durch Anlegen einer hohen Spannung an eine Röntgenröhre und zum Erfassen der durch das Untersuchungsobjekt hindurchgegangenen Röntgenstrahlen mit einem Röntgen-Detektor, der Hunderte von Detektorelementen enthält, wobei die. erfaßten Daten durch einen Computer verarbeitet werden, um ein Tomogramm des Untersuchungsobjekts zu erhalten.
Rechnergestützte Röntgentomographen arbeiten in der Weise, daß ein eine Röntgenröhre und einen Röntgen-Detektor tragender Drehkörper um ein Untersuchungsobjekt herumgefUhrt und dieses mit Röntgenstrahlenimpulsen bestrahlt wird, um Teilbilder zu erhalten, die scheibenförmigen Abschnitten des Untersuchungsobjekts entsprechen. Die Drehbewegung des Drehkörpers soll hierbei in Synchronismus mit der Emission der Röntgenstrahlenimpulse gehalten werden.
Wenn beispielsweise 576 Röntgenstrahlenimpulse emittiert werden, während der Drehkörper eine Umdrehung vollführt, dann muß der Tomograph in der Weise gesteuert werden, daß das Untersuchungsobjekt während einer einzelnen Umdrehung des Drehkörpers gleichmäßig mit den 576 Röntgenstrahlenimpulsen bestrahlt wird.
Um die Drehbewegung des Drehkörpers in Synchronismus mit der Emission der Röntgenstrahlenimpulse zu bringen, arbeiten die herkömmlichen rechnergesteuerten Röntgentomographen wie folgt: (A) Der Drehwinkel des Drehkörpers wird erfaßt und als Bezugssignal verwendet und die Röntgenstrahlenimpulse werden in zeitlicher Beziehung zum Bezugssignal ausgesandt.
(B) Der Drehkörper dreht sich unabhängig von der Frequenz der Netzspannungsversorgung und daher außer Synchronismus mit der Periode der Netzspannung.
(C) Anders ausgedrückt: Die Drehung des Drehkörpers und die Emission von Röntgenstrahlen impulsen erfolgen unabhängig von der Periode der Netzspannunq.
Da bei den früheren rechnergestützten Röntgentomographen der Drehwinkel des Drehkörpers als Bezugssignal verwendet wird, sollte zur Emission der Röntgenstrahlen eine hohe Gleichspannung an die Röntgenröhre angelegt werden. Dies beruht darauf, daß, wenn die an die Röntgenröhre angelegte Spannung einen niedrigen Pegel in dem Zeitpunkt, in dem ein Röntgenstrahlenimpuls als Antwort auf ein Signal des Drehkörpers ausgesendet werden soll, hat, tatsächlich keine Röntgenstrahlen emittiert werden. Daher werden die bekannten rechnergestützten Röntgentomographen mit einer Gleichhochspannungsgeneratorschaltung ausgestattet, damit es möglich ist, daß die Röntgenröhre zu jeder Zeit Röntgenstrahlen emittieren kann.
Dies hat jedoch zu den folgenden Nachteilen geführt: (1) Die Erzeugung von Röntgenstrahlen erfordert eine hohe Gleichspannung von etwa - 60 kV. Um diesem Erfordernis zu genügen, verwenden die bisherigen rechnergestützten Röntgentomographen einen Dreiphasentransformator, um Dreiphasenwechselströme zu erzeugen, welche in eine Halbwellen-Gleichspannung gleichgerichtet werden, die zur Gleich-.
hochspannungsversorgung dient. Bei einer derartigen Konstruktion erhält man einen komplexen, großen und teuren Apparat. Die den Transformator enthaltende Versorgungseinrichtung allein wiegt in einem kommerziell erhältlichen rechnergestützten Röntgentomographen etwa 1,3 t und ist daher nur schwer bewegbar.
(2) Die von der Gleichhochspannungsgeneratorschaltung erzeugte Spannung ist eine Halbwellen-Gleich spannung , die Welligkeiten enthält, da die Spannung die Summe der gleichgerichteten Wechselströme ist. Daher haben die emittierten Röntgenstrahlenimpulse unregelmäßige Pegel, was dazu führt, daß die Qualität des erzeugten Tomogramms nicht zufriedenstellend ist.
Die bisherigen rechnergestützten Röntgentomographen sind noch mit weiteren Nachteilen behaftet.
Ein bisheriger rechnergestützter Röntgentomograph wird im folgenden anhand der Fig. 1 beschrieben.
Da die einzelnen Komponenten mit Ausnahme des Röntgenstrahlenimpulsgenerators und der Vorrichtung zum Drehen des Drehkörpers mit denen beim erfindungsgemäßen Röntgentomographen übereinstimmen, wird der in Fig. 1 dargestellte Tomograph im einzelnen erläutert.
Fig. 1 enthält ein Blockdiagramm, das die schematische Anordnung eines konventionellen rechnergestützten Röntgentomographen zeigt.
Dieser enthält eine Röntgenröhre 1 zur Erzeugung von Röntgenstrahlen in Abhängigkeit von einer zwischen Anode und Kathode gelegten Spannung.
Diese Spannung ist eine Welligkeiten enthaltende Halbwellen-Gleichspannung, die durch Gleichrichtung von Dreiphasenwechselströmen erhalten wurde.
Ein Röntgen-Detektor 2 ist gegenüber der Röntgenröhre 1 angeordnet, wobei sich zwischen diesen ein Untersuchungsobjekt 12 befindet. Die Röntgenröhre 1 und der Röntgen-Detektor 2 drehen sich um das Untersuchungsobjekt 12. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist der Röntgen-Detektor 2 aus einer Anordnung einer Vielzahl von Detektorelementen zusammengesetzt, von denen jedes einen Strom abgibt, der von der Intensität der auftreffenden Röntgenstrahlen abhängt.
Der rechnergestützte Röntgentomograph enthält weiterhin einen Drehkörper 3, an dem die Röntgenröhre 1 und der Röntgen-Detektor 2 befestigt sind, einen Portal-Antriebsmotor 4 zum Drehen des Drehkörpers 3, einen Drehwinkeldetektor 5 zum Erfassen des Drehwinkels des Drehkörpers 3 und eine Gruppe von Integratoren 6 zum Integrieren der von den Detektorelementen des Röntgen-Detektors 2 gelieferten Ströme. Jeder der Integratoren 6 wird hinsichtlich seiner Integrierperiode durch eine später beschriebene Zeitsteuerschaltung 11 gesteuert, so daß der integrierte Wert jedes der aufeinanderfolgend mit einer konstanten Periode vom Röntgen-Detektor 2 gelieferten Impulsströme erzeugt werden kann.
Der rechnergestützte Röntgentomograph besitzt weiterhin einen Multiplexer 7 zum selektiven Übertragen der Ausgangssignale der Integratoren 6 zur nächsten Stufe, einen A/D-Wandler 8 zum Umwandeln des vom Multiplexer 7 gelieferten analogen Signals in ein digitales Signal, eine Datenverarbeitungsvorrichtung 9 beispielsweise in Form eines Computers, um verschiedene arithmetische Operationen mit den Datensignalen, die die Intensitäten der durch das Untersuchungsobjekt 12 hindurchgetretenen Röntgenstrahlen anzeigen und vom A/D-Wandler 8 geliefert wurden, zur Erzeugung eines Tomogramms durchzuführen, eine Bildanzeigevorrichtung 10, wie z.B. eine Kathodenstrahlröhre zur Wiedergabe der erzeugten Tomogramme, eine Zeitsteuerschaltung 11 zum Regeln des Zeitverhaltens verschiedener Komponenten des Tomographen in Abhängigkeit vom Signal des Drehwinkeldetektors 5, Hochspannungsschaltröhren 13, 14 wie Tetroden, Gittersteuerkreise 15, 16, einen Dreiphasentransformator T1 in Dreieck/Stern-Schaltung und Gleichrichter D1 - D12.
Der Dreiphasentransformator T1, die Gleichrichter D1 - D12, die Hochspannungsschaltröhren 13, 14 und die Gittersteuerkreise 15, 16 bilden zusammen einen Röntgenstrahlenimpulsgenerator.
Der Portal-Antriebsmotor 4, der Drehwinkeldetektor 5 und der Drehkörper 3 bilden gemeinsam eine Vorrichtung zum Drehen der Röntgenröhre 1 und des Röntgen-Detektors 2.
Dieser bisherige rechnergestützte Röntgentomograph arbeitet wie folgt: Wie vorstehend unter (A) beschrieben ist, arbeitet der in Fig. 1 dargestellte rechnergestützte Röntgentomograph grundsätzlich in der Weise, daß der Drehwinkel des Drehkörpers 3 erfaßt wird, um ein der Anzeige dieses Drehwinkels dienendes Bezugssignal zu erzeugen, und daß Röntgenstrahlenimpulse in Synchronismus mit dem Bezugssignal emittiert werden.
Wenn der Drehwinkel des Drehkörpers 3 als Bezugssignal in dem Tomographen nach Fig. 1 verwendet wird, sollte zum Emittieren von Röntgenstrahlen eine hohe Gleichspannung an die Röntgenröhre 1 angelegt werden. Zu diesem Zweck arbeiten der Dreiphasentransformator T1 und die Gleichrichter D1 - 12 zusammen, um eine Gleichspannung zu erzeugen, wie sie in Fig. 2A durch die ausgezogene Linie dargestellt ist, die eine reduzierte Spannungsregelung besitzt.
Fig. 2A stellt auch die Wellenformen der gleichgerichteten Dreiphasenwechselströme dar, wie durch die strichlierten Linien angezeigt ist.
Die durch die ausgezogene Linie in Fig. 2A wiedergegebene Gleichspannung wird über die Hochspannungsschaitröhren 13, 14 an die Röntgenröhre 1 angelegt.
Fig. 3 zeigt ein Zeitdiagramm, das bei (1), (m) und (n) die Arbeitsweise einzelner Komponenten des Tomographen in Fig. 1 darstellt. Die Kurve (1) zeigt das Ausgangssignal des Drehwinkeldetektors 5, die Kurve (m) gibt die von der Röntgenröhre 1 emittierten Röntgenstrahlenimpulse wieder und die Kurve (n) zeigt die Arbeitsweise der Integratoren 6.
Der Drehkörper 3 wird vom Motor 4 gedreht und der Drehwinkel des Drehkörpers 3 wird vom Drehwinkeldetektor 5 erfaßt, welcher das durch die Kurve (1) in Fig. 3 gezeigte Impulssignal jedes Mal, wenn der Drehkörper 3 sich um einen bestimmten Winkel gedreht hat, an die Zeitsteuerschaltung 11 abgibt. Durch die Zeitsteuerschaltung 11 werden die Gittersteuerkreise 15 und 16 in zeitlicher Beziehung zu den abfallenden Kanten der in der Kurve (1) der Fig. 3 gezeigten Impulse in der Weise angesteuert, daß Hochspannungsimpulse an die Röntgenröhre 1 angelegt werden, so daß sie die in der Kurve (m) der Fig. 3 enthaltenen Röntgenstrahlenimpulse emittiert. Somit sind die emittierten Röntgenstrahlen impulse in Synchronismus mit dem Bezugssignal, das den Drehwinkel des Drehkörpers 3 anzeigt.
Die emittierten Röntgenstrahlen impulse treten durch das Untersuchungsobjekt 12 hindurch und werden dann vom Röntgen-Detektor 2 erfaßt. Der Röntgen-Detektor 2 liefert einen Strom im Bereich von 10 pA bis 500 um mit einer Impulsform, die in Synchronismus mit der Form der Kurve (m) der Fig. 3 ist. Die Integratoren 6 integrieren die gemessenen Ausgangsströme des Röntgen-Detektors 2 in den Zeitintervallen 1, 3 und 5 der Kurve (n) in Fig. 3, um die Menge der durch das Untersuchungsobjekt 12 hindurchgetretenen Röntgenstrahlung in einen Spannungswert umzuwandeln. Die Integratoren 6 arbeiten in den Intervallen 2 und 4 der Kurve (n) der Fig. 3, wobei die integrierten Werte in diesen Zeitintervallen 2 und 4 eine Anzeige dafür liefern, daß keine Röntgenstrahlen emittiert werden. Durch Angleichen der Zeitintervalle 2 und 4 an die Intervalle 1, 3 und 5 und Subtrahieren der in den Intervallen 2 und 4 erzeugten Werte von den in den Intervallen 1, 3 und 5 erzeugten Datensignalen können somit Schwankungen der Nullpunkte in den Integratoren 6 kompensiert werden. Die Integratoren 6 werdenin den Zeitabschnitten zwischen den Intervallen 1, 2, 3 . . zurückgesetzt. Wie vorstehend beschrieben wurde, werden die Integratoren 6 abwechselnd zyklisch betätigt, um die Signale bei einer Emission von Röntgenstrahlen zu integrieren, zurückgesetzt, betätigt, um die Signale zu integrieren, wenn keine Röntgenstrahlen emittiert werden, und wieder zurückgesetzt. Ein Tomogramm wird durch die Bildanzeigevorrichtung lo wiedergegeben, das auf den über den A/D-Wandler 8 und die Datenverarbeitungsvorrichtung 9 gelieferten Signalen beruht.
Der frühere rechnergest#tzte Röntgentomograph der beschriebenen Konstruktion weist die folgenden Schwierigkeiten auf: (1) Da die Röntgenstrahlenimpulse in zeitlicher Beziehung zu einem Synchronisiersignal, das den Drehwinkel des Drehkörpers 3 anzeigt, emittiert werden, ist eine hohe Gleichspannung erforderlich, um die Röntgenröhre 1 zu speisen. Um diesem Erfordernis zu genügen, wird der Dreiphasentransformator verwendet, und es wird eine Halbwellen-Gleichspannung durch Gleichrichten von Dreiphasenwechselströmen erzeugt, die als Gleichhochspeisespannung dient. Eine derartige Konstruktion macht den Tomographen sehr komplex, sehr gFo.ß und sehr teuer. Allein die Energieversoryungseinheit, die den Transformator enthält,{#iegt bei einem im Handel erhä1ti#chen rechner##tützten Röntgentomographen etwa 1,3 t und ist * er schwer beweglich.
(2) Die d Hh die Gleichhochspannungsgeneratorschaltung erzeugte Spannung ist eine Halbwellen-Gleichspannung mit Welligkeiten, wie in Fig. 2A gezeigt, da die Spannung die Summe von gleichge- richteten Wechselströmen darstellt. Dementsprechend haben die Röntgenstrahlenimpulse, die vom Zeitverhalten der Signale des Drehkörpers 3 (dem Zeitverhalten der vom Drehwinkeldetektor 5 und der Zeitsteuerschaltung 11 gelieferten Signale) abhängig sind, ungleichmäßige Pegel, wie durch P1 und P2 in Fig. 2A dargestellt ist. Als Ergebnis hiervon weisen die Tomogramme eine nicht zufriedenstellende Qualität auf.
(3) Fig. 4 zeigt bei (I) die Wellenform einer Ausgangsspannung der Gleichrichter D4- D12 und bei (II) die Wellenform eines Stromes im Bereich von 50 mA bis 500 mA, welcher durch die Röntgenröhre fließt. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, erzeugt der in Fig. 1 gezeigte rechnergestützte Röntgentomograph eine hohe gleichgerichtete Gleichspannung, wenn der Tomograph unbelastet ist, während Schwankungen im Gleichspannungsausgang auftreten, wenn der Tomograph belastet ist. Diese Schwankungen ergeben sich aufgrund von Änderungen im durch die Röntgenröhre 1 fließenden Laststrom. WEenn daher eine vorbestimmte Hochspannung zu der Last geliefert wird, erhöht sich die angelegte Spannung, wenn keine Last vorhanden ist, so daß es erforderlich ist, die dielektrische Festigkeit der Komponenten des Röntgenstrahlenimpulsgenerators einschließlich des Transformators zu erhöhen. Als Folge hiervon erhält >man einen großen und teuren Tomographen.
Aus diesem Grund wurde die an die Röntgenröhre 1 angelegte Spannung auf etwa 120 kV begrenzt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen rechnergestützten Röntgentomographen zu schaffen, der Tomogramme von verbesserter Qualität liefert und dessen Größe, Gewicht und Preis relativ gering sind.
Diese Aufgabe wird bei dem anfangs genannten rechnergestützten Röntgentomographen erfindungsgemaß gelöst durch einen #öntgenstrahlenimpulsgenerator, bestehend aus einer dem Röntgen-Detektor gegenüberliegenden Röntgenstrahlungs-Triode, die mit dem Röntgen-Detektor um das Untersuchungsobjekt herum drehbar ist, einem Einphasentransformator, dessen Primärwicklung an die Netzspannungsversorgung angeschlossen ist, einer Gleichrichterschaltung zur Gleichrichtung einer Spannung über einer Sekundärwicklung#des Einphasentransformators und zum Anlegen der gleichgerichteten Spannung an die Röntgenstrahlungs-Triode, und einer Einrichtung zum Anlegen eines Impulssignals an die Gitterelektrode der Röntgenstrahlungs-Triode in Phase mit den wesentlichen Spitzenwerten der gleichgerichteten, zwischen Anode und Kathode der Röntgenstrahlungs-Triode gelegten Spannung, so daß wenigstens ein Röntgenstrahlenimpuls während jeder Periode der Netzspannungsversorgung von der Röntgenstrahlungs-Triode emittierbar ist, und durch eine Vorrichtung, die auf ein den Drehwinkel der Röntgenstrahlungs-Triode und des Röntgen-Detektors ~die gemeinsam rotieren, anzeigendes Signal und ein von der Frequenz der Netzspannungsversorgung abgeleitetes Signal anspricht, um die Röntgenspannungs-Triode und den Röntgen-Detektor in Beziehung zur Frquenz der Netzspannungsversorgung zu drehen, wobei die Anordnung in der Weise ausgebildet ist, daß die Röntgenstrahlungs-Triode und der Röntgen-Detektor in Beziehung zur Frequenz der Netzspannungsversorgung drehbar sind und zumindest ein Röntgenstrahlen impuls während jeder Periode der Netzspannungsversorgung emittierbar ist.
Dadurch, daß die Netzspannung als Bezugssignal verwendet wird, können die Drehbewegung der Röntgenstrahlungs-Triode und des Röntgen-Detektors sowie die Emission von Röntgenstrahlenimpulsenin Synchronismus mit der Netzspannung gebracht werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer schematischen Anordnung eines bisherigen rechnergestützen Röntgentomographen; Fig. 2 ein Blockdiagramm mit einer schematische Anordnung eines rechnergestützten Röntgentomographen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig.2A ein Zeitdiagramm der Wellenform einer Halbwellen-Gleichspannung, die durch Gleichrichtung von Dreiphasenwechselströmen gewonnen wurde; Fig. 3 ein Zeitdiagramm von Signalformen zur Veranschaulichung der Wirkungsweise einzelner Bauteile im Tomographen nach Fig. 1; Fig. 4 ein Zeitdiagramm zur Darstellung von Lastschwankungen im Tomographen nach Fig. 1; Fig. 5 ein Zeitdiagramm von Signalformen zur Darstellung der Wirkungsweise einzelner Bauteile im Tomographen nach Fig. 2; und Fig. 6 und 7 Schaltbilder einer Einrichtung zur Verhinderung eines magnetisch abgelenkten Stroms.
Der erfindungsgemäße rechnergestützte Röntgentomograph ist gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Drehen einer#Röntgenstrah1ungs-Triode und eines Röntgen-Detektors in Beziehung zu der Frequenz einer Netzspannungsversorgung und durch einen Röntgenstrahlenimpulsgenerator.
zum Emittieren von einem oder zwei Röntgenstrahlen impulsen in jeder Periode der Netzspannungsversorgung. Die Netzspannungsversorgung wird somit als Bezugssignal verwendet und die Drehbewegung. der Röntgenstrahlungs-Triode und des Röntgen-Detektors sowie die Emission der Röntgenstrahlenimpulse werden in Synchronismus mit der Netzspannungsversorgung gebracht.
Zunächst wird der a Fig. 2 dargestellte rechner- -gestützte Röntgentomograph näher erläutert.
Der Tomograph nach Fig. 2 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten hinsichtlich der Vorrichtung zum Drehen des Drehkörpers 3 und des Röntgenstrahlenimpulsgenerators. - Die Vorrichtung zum Drehen des Drehkörpers 3 in Fig. 2 enthält eine phasenstarre Schleife (im folgenden als PLL bezeichnet). Ein Signal der Netzspannungsversorgung (z.B. ein Signal vom Einphasentransformator T3) und ein Signal des Drehwinkeldetektors 5 werden der PLL 17 zugeführt. Die beiden Signale werden in der Phase verglichen, um eine Drehung des Drehkörpers 3, auf dem die Röntgenstrahlungs-Triode 1 und der Röntgen-Detektor 2 befestigt sind, in Synchronismus mit der Frequenz der Netzspannungsversorgung zu bewirken.
Im Röntgenstrahlenimpulsgenerator stellen der Transformator T3 einen Einphasentransformator, der Gleichrichter einen Einphasen-Gleichrichter (die vorliegende Erfindung ist unabhängig davon wirksam, ob der Gleichrichter ein Einweg-oder ein Vollweg-Gleichrichter ist) und die Röntgenröhre eine Röntgenstrahlungs-Triode dar, und er enthält eine phasenstarre Schleife (PLL-Schaltkreis)35, einen Phasenschieber 37 und einen Gittersteuerkreis 39 zum Steuern der Gitterelektrode der Röntgenstrahlungs-Triode, wobei ein oder zwei Spannungsimpulse in jeder Periode der Netzspannungsversorgung an die Gitterelektrode der Röntgenstrahlungs-Triode angelegt werden.
Der PLL-Schaltkreis 35 besitzt den gleichen Aufbau wie der PLL-Schaltkreis 17 und diese beiden PLL-Schaltkreise 17 und 35 können aus einer einzigen Schaltkreisanordnung bestehen, deren Funktion entsprechend aufgeteilt ist.
Der PLL-Schaltkreis 35 ist zur Abgabe eines Signals, dessen Frequenz derjenigen der angelegten Wechselspannung zugeordnet ist, mit der Primärwindung des Einphasentransformators T3 verbunden.
Wenn die Frequenz des Eingangssignals des PLL-Schaltkreises 35 beispielsweise gleich f ist, dann erzeugt der PLL-Schaltkreis 35 ein Signal mit der Frequenz n . fl.
Dem Phasenschieber 37 wird das Ausgangssignal des PLL-Schaltkreises 35 zugeführt, dessen Phase hierdurch verschoben wird.
Der Gittersteuerkreis 39 wird v#on einem Signal des Phasenschiebers 37 zur Abgabe eines Impulssignals an die Gitterelektrode der Röntgenstrahlungs-Triode 33 gesteuert.
Der weitere Aufbau in Fig. 2 ist der gleiche wie der des Tomographen nach Fig. 1. Die Vorrichtung zum Drehen des Drehkörpers 3 und der Röntgen- -strahlenimpulsgenerator, die gegenüber denen nach Fig. 1 unterschiedlich sind, werden im folgenden beschrieben.
Fig. 5 enthält ein Zeitdiagramm, das die Arbeitsweise des Tomographen nach Fig. 2 illustriert.
Die Kurve (p) in Fig. 5 zeigt die Wellenform einer gleichgerichteten und zwischen Anode und Kathode der Röntgenstrahlungs-Triode 33 angelegten Spannung. Es sei hier angenommen, daß der Gleichrichter 31 ein Vollweg-Gleichrichter ist, obwohl er sowohl ein Einweg-Gleichrichter als auch ein Vollweg-Gleichrichter sein kann, wie vorstehend dargetan wurde. Die Kurve (g) in Fig. 5 stellt die Wellenform der an die Gitterelektrode der Röntgenstrahlungs-Triode 33 angelegten Impulse dar und die Kurve (r) zeigt die Wellenform der von der Röntgenstrahlungs-Triode 33 emittierten Röntgenimpulse. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat jeder der Röntgenimpulse eine Dauer t im Bereich von etwa 3 - 4 ms.
Bei dem rechnergestützten Röntgentomographen gemäß Fig. 2 wird der Ausgang einer kommerziellen Stromversorgung an die Primärwicklung des Einphasentransformators T3 angelegt. Die Bezeichnung "kommerzielle Stromversorgung schließt auch einen nicht an das Versorgungsnetz angeschlossenen Generator ein. In der Sekundärwicklung des Einphasentransformators T3 wird eine vorbestimmte Hochspannung induziert (beispielsweise von 120 kV), welche durch den Vollweg-Gleichrichter 31 in eine Spannung gleichgerichtet wird, die als Kurve 11 in Fig. 5 (p) dargestellt ist und die zwischen die Anode und die Kathode der Röntgenstrahlungs-Triode 33 gelegt wird.
Der Gleichrichter 31 und die Röntgenstrahlungs-Triode 33 sind normalerweise durch nicht gezeigte Hochspannungskabel von einer Länge von etwa 20 m miteinander verbunden, mit dem Ergebnis, daß die zwischen Anode und Kathode der Röntgenstrahlungs-Triode 33 angelegte Spannung eine Wellenform besitzt, die der strichpunktierten Kurve 12 in Fig. 5 (p) entspricht. Die vorliegende Erfindung ist jedoch in gleicher Weise unabhängig davon, ob die Wellenform der an die Röntgenstrahlungs-Triode 33 angelegte Spannung der strichlierten Kurve 11 oder der strichpunktierten Kurve 12 in Fig. 5 (p) entspricht, wirksam.
Wie bereits beschrieben, werden in jeder Periode der Netzspannungsversorgung zwei Spannungswellen zu der Röntgenstrahlungs-Triode 33 geliefert. Wenn der Gleichrichter 31 aus einem Einweg-Gleichrichter besteht, dann wird nur eine Spannungswelle an die Röntgenstrahlungs-Triode 33 angelegt. Der Gleichrichter 31 kann beispielsweise aus einem Silizium-Gieichrichter bestehen.
Der PLL-Schaltkreis 35 erzeugt ein Ausgangssignal mit einer Frequenz, die derjenigen der Wechselspannung des Einphasentransformators T3 zugeordnet ist. Wenn das Wechselspannungssignal des Einphasentransformators T3 eine Frequenz von 50 Hz besitzt, dann kann der PLL-Schaltkreis 35 ein Ausgangssignal mit einer Frequenz von 50 Hz oder 100 Hz erzeugen. Während bei der Anordnung nach Fig. 2 die Spannung an der Primärwicklung des Einphasentransformators als Eingangssignal für den PLL-Schaltkreis 35 verwendet wird, kann auch die Spannung der - Sekundärwicklung als Eingangssignal des PLL-Schaltkreises 35 benutzt werden. Da jedoch die Sekundärwicklung einen Hochspannungsschaltkreis darstellt und ihre Ausgangsspannung in eine niedrige Spannung umgewandelt werden muß, wird normalerweise das Wechselspannungssignal der Primärwicklung des Einphasentransformators zum PLL-Schaltkreis 35 geliefert.
Der PLL-Schaltkreis 35 gibt somit ein Signal ab, dessen Frequenz derjenigen der Netzspannungsversorgung zugeordnet ist. Die Phase des Ausgangssignals des PLL-Schaltkreises 35 wird in gewünschter Weise durch den Phasenschieber 37 eingestellt. Demgemß erzeugt der Gittersteuerkreis 39 ein Ausgangsimpulssignal mit der in Fig. 5 (q) gezeigten Phase.
Durch entsprechende Einstellung des Phasenschiebers 37 kann das vom Gittersteuerkreis 39 abgegebene Impulssignal in Phase mit den Spitzenwerten der gleichgerichteten, zwischen Anode und Kathode der Röntgenstrahlungs-Triode 33 gelegten Spannung ge#bracht werden, wie in Fig. 5 (p) und (q) gezeigt ist. Da die an die Gitterelektrode der Röntgenstrahlungs-Triode 33 gelegte Impulsspannung sich in Synchronismus mit jedem Spitzenwert der gleichgerichteten, zwischen Anode und Kathode derselben gelegten Spannung befindet, erzeugt die Röntgenstrahlungs-Triode 33 Röntgenimpulse wie in Fig. 5 (r) dargestellt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird normalerweise eine Spannung von -4000 V an die Gitterelektrode der Röntgenstrahlungs-Triode 33 angelegt und diese #Gitterspannung wechselt auf O V, wenn die Röntgenstrahlungs-Triode 33 an Spannung gelegt wird. Der dann durch die Triode 33 fließende Strom hat einen maximalen Wert von 500 nA.
Wie in Fig. 5 (r) gezeigt ist, werden in jeder Periode der Netzspannungsversorgung zwei Röntgenimpulse emittiert. Wenn der Gleichrichter 31 ein Einweg-Gleichrichter ist, wird jede zweite Welle der in Fig. 5 (p) gezeigten wellenförmigen Spannung an die Röntgenstrahlungs-Triode angelegt. Da das an die Gitterelektrode angelegte Impulssignal in Phase mit dem Spitzenwert jeder derartigen Wellenform ist, emittiert die Röntgenstrahlungs-Triode in jeder Periode der Netzspannungsversorgung einen Röntgen impuls.
Wie oben beschrieben wurde, dreht sich der Drehkörper 3 synchron mit der Frequenz der Netzspannungsversorgung durch die Steuerung des PLL-Schaltkreises 17. Wenn die Frequenz der Netzspannungsversorgung 50 Hz beträgt, dann werden Röntgen impulse in Zeitabständen von 0,01 s emittiert, welche zwei aufeinanderfolgenden Wellen der 50 Hz-Netzspannungsversorgung entsprechen.
Die 576 Röntgenimpulse werden innerhalb einer Periode von 5,76 s in Synchronismus mit der Netzspannungsversorgung emittiert. Der Drehkörper 3 wird durch den PLL-Schaltkreis 17 gesteuert, um synchron mit der Netzspannungsversorgung mit einer Winkelgeschwindigkeit von 360/2880 in jeder Periode der Netzspannungsversorgung zu rotieren. Daher vollführt der Drehkörper 3 in 5,76 s eine Drehung um 3600 und es wird jedesmal ein Röntgenimpuls ausgestrahlt, wenn der Drehkörper 3 sich um einen Winkel von 360/5760 bewegt hat.
Während anhand des vorstehenden Ausführungsbeispiels erklärt wurde, daß die an die Gitterelektrode der Röntgenstrahlungs-Triode 33 angelegten Spannungsimpulse sich in Synchronismus mit den Spitzenwerten der gleichgerichteten, zwischen Anode und Kathode der Triode gelegten Spannung befinden, brauchen diese Spannungsimpulse nicht in starrem Synchronismus mit den Spitzenwerten zu sein, sondern es reicht aus, wenn sie im wesentlichen synchron mit den Spitzenwerten gehalten werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ist der in Fig. 2 dargestellte rechnergestützte Röntgentomograph aus einer Vorrichtung (enthaltend den PLL-Schaltkreis 17, die Vorrichtung zur Lieferung eines Netzspannungssignals an den PLL-Schaltkreis 17, den Portal-Antriebsmotor 4, den Drehwinkeldetektor 5 und den Drehkörper 3) zum Drehen der Röntgenstrahlungs-Triode und des Röntgendetektors in Abhängigkeit von der Frequenz der Netzspannungsversorgung und dem Röntgenimpulsgenerator (enthaltend den Einphasentransformator T3, den Gleichrichter 31, die Röntgenstrahlungs-Triode 33, den PLL-Schaltkreis 35 zum Steuern der Gitterelektrode der Röntgenstrahlungs-Triode 33, den Phasenschieber 37 und den Gittersteuerkreis 39) zur Emission von einem oder zwei Röntgenimpulsen in jeder Periode der kommerziellen Netzspannungsversorgung zusammengesetzt. Als Folge hiervon wird die Netzspannungsversorgung als Bezugssignal verwendet, um die Drehbewegung des Drehkörpers 3 und die Emission der Röntgenimpulse in Synchronismus mit der Netzspannungsversorgung zu bringen.
Die beschriebene Anordnung hat die folgenden Vorteile: (1) Da die Drehbewegung der Röntgenstrahlen-Triode und des Röntgen-Detektors und die Emission der Röntgenstrahlenimpulse synchron mit der Netzspannung verlaufen, braucht die an die Röntgenstrahlungs-Triode 33 angelegte Hochspannung nicht unbedingt ein Gleichstrom zu sein, sondern kann eine wellige Spannung sein, die einfach durch Gleichrichten der Spannung des Einphasen- transformators erhalten wird. Daher ist der Röntgenstrahlenimpulsgenerator von einfacher Konstruktion und das Gewicht der Stromversorgungseinheit einschließlich des Transformators kann von 1,3 t bei den bisherigen Einheiten auf 0,4 t reduziert werden.
(2) Die im bisherigen Tomographen gemäß Fig. 1 erzeugte hohe Gleichspannung ist eine Halbwellen-Gleichspannung, die aus der Summe von gleichgerichteten Dreiphasenwechselströmen gebildet ist und daher Welligkeiten aufweist.
Die emittierten Röntgens#trahlenimpu1se haben demgemäß unrege1mäß#ge Pegel , so daß die erzeugten Tomogramme eine unbefriedigende Qualität besitzen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dagegen die Impulsspannung zu der Gitterelektrode der Röntgenstrahlungs-Triode 33 in Synchronismus mit den Spitzenwerten der gleichgerichteten, zwischen Anode und Kathode der Triode gelegten Spannung geführt, so daß die emittierten Röntgenstrahlen stabil und frei vom -Einfluß von Welligkeiten der Hochspannung sind. Dadurch ergeben sich Tomogramme von guter Qualität.
(3) Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird eine gleichgerichtete hohe Gleichspannung angelegt, wenn der Tomograph keiner Belastung unterworfen ist, und die maximale Spannung wird durch Lastschwankungen beeinträchtigt, wenn die Spannung während der Belastungszeiten auf einem konstanten Pegel gehalten wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird jedoch keine gleichgerichtete Spannung angelegt, wenn keine Belastung gegeben ist, so daß die maximale Spannung nicht durch Lastschwankungen beeinträchtigt wird. Als Folge hiervon kann die an die Röntgenröhre angelegte Spitzenspannung auf einem hohen Pegel gehalten werden, wodurch der Wirkungsgrad der Röntgenröhre erhöht wird.
Wenn der in Fig. 2 gezeigte Gleichrichter 31 ein Einweg-Gleichrichter ist, fließt ein ablenkender magnetisierter Strom in den Einphasentransformator T3. . Das Fließen eines derartigen ablenkenden magnetisierten Stromes muß verhindert werden, da es den Leistungsfaktor reduziert und den Wirkungsgrad des Tomographen verschlechtert.
Fig. 6 zeigt ein Schaltbild, das eine Schaltung zur Verhinderung des genannten ablenkenden magnetisierten Stromes enthält, in der ein Thyristor SCR und ein Widerstand R1 parallel geschaltet und mit der Primärwicklung eines Einphasentransformators T4 verbunden sind.
Bei der Anordnung nach Fig. 6 arbeitet der Einphasentransformator T4 während seiner positiven Halbperiode im wesentlichen auf dieselbe Weise wie dann, wenn die Parallelschaltung aus dem Thyristor SCR und dem Widerstand R1 nicht vorgesehen ist. Während der negativen Halbperiode fließt dagegen ein Strom über den Widerstand R1, Obgleich der Thyristor in Gegenrichtung wirkt.
Falls ein großer ablenkender magnetisierter Strom fließen sollte, wird die Spannung an der Primärwicklung des Transformators T4 wegen des Widerstandes R1 reduziert, so daß der ablenkende magnetisierte Strom herabgesetzt oder ganz unterdrückt wird.
Da bei der Anordnung nach Fig. 6 der Thyristor SCR auch als Netzschalter für den gesamtenrechnergestützten Röntgentomographen benutzt werden kann, kann das Ein- und Ausschalten der Spannungsversorgung bezüglich der Phase dadurch wirksam gesteuert werden, daß ein Triggersignal mit einem optimalen Zeitverhalten an die Gate-Elektrode G des Thyristors SCR angelegt wird.
Da der Bereich der an die Röntgenröh#anzulegenden Spannungen im rechnergestützten Röntgentomographen begrenzt ist, ist normalerweise zu Spannungsregelzwecken ein Spannungsregler vorgesehen, Da andererseits die Primärwicklung des Einphasentransformators T4 in der Schaltung nach Fig. 6 eine Art Einweg-Gleichrichterkreis darstellt, kann der ablenkende magnetisierte Strom durch den Spannungsregler fließen. Infolgedessen kann, wie in Fig. 7 gezeigt ist, eine an die Primärwicklung eines Spannungsreglers T5 ange- -schlossene Parallelschaltung aus einem Gleichrichter D28 und einem Widerstand R2 vorgesehen.
sein, die ein Fließen eines ablenkenden magnetisierten Stromes durch den Spannungsregler T5 verhindert.

Claims

Patentansprüche ei Rechnergestützter Röntgentomograph mit einem um ein Untersuchungsobjekt umlaufenden Röntgen-Detektor (2), einer Einrichtung (6) zum Integrieren des Ausgangssignals des Röntgen-Detektors (2) in Synchronismus mit Röntgenstrahlungsimpulsen, einer Bilderzeugungseinrichtung (9) zur Erzeugung eines Tomogramms des Untersuchungsobjekts aufgrund der Datensignale des Röntgen-Detektors, und einer Bildanzeigevorrichtung (10) zur Wiedergabe des Tomogramms, g e k e n n -zeichnet durch einen Röntgenstrahlenimpulsgenerator , bestehend aus einer dem Röntgen-Detektor (2) gegenüberliegenden Röntgenstrahlungs-Triode (33), die mit dem Röntgen-Detektor (2) um das Untersuchungsobjekt herum drehbar ist, einem Einphasentransformator (T3), dessen Primärwicklung an die Netzspannungsversorgung angeschlossen ist, einer Gleichrichterschaltung (31) zur Gleichrichtung einer Spannung über einer Sekundärwicklung des Einphasentransformators (T3) und zum Anlegen der gleichgerichteten Spannung an die Röntgenstrahlungs-Triode (33), und einer Einrichtung (35,37,39) zum Anlegen e-ines Impulssignals an die Gitterelektrode der Röntgenstrahlungs-Triode (33) in Phase mit den wesentlichen Spitzenwerten der gleichgerichteten, zwischen Anode und Kathode der Röntgenstrahlungs-Triode (33) gelegten Spannung, so daß wenigstens ein Röntgenstrahlenimpuls während jeder Periode der Netzspannungsversorgung von der Röntgenstrahlungs-Triode (33) emittierbar ist, und durch eine Vorrichtung (3), die auf ein den Drehwinkel der Röntgenstrahlungs-Triode (33) und des Röntgen-Detektors (2),die gemeinsam rotieren, anzeigendes Signal und ein von der Frequenz der Netzspannungsversorgung abgeleitetes Signal anspricht, um die Röntgenstrahlungs-Triode (33) und den Röntgen-Detektor (2) in Beziehung zur Frequenz der Netzspannungsversorgung zu drehen, wobei die Anordnung in der Weise ausgebildet ist, daß die Röntgenstrahlungs-Triode (33) und der Röntgen-Detektor (2) in Beziehung zur Frequenz der Netzspannungsversorgung drehbar sind und zumindest ein Röntgenstrahlen impuls während jeder Periode der Netzspannungsversorgung emittierbar ist.
2. Röntgentomograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anlegen des Impulssignals an die Gitterelektrode der Röntgenstrahlungs-Triode (33) eine phasenstarre Regelschleife (PLL) (35) zur Abgabe eines von der Frequenz der Netzspannungsversorgung im Einphasentransformator (T3) abhängigen Signals, einen Phasenschieber (37) zum Verschieben der Phase eines Ausgangssignals der phasenstarren Regeischleife (35) und einen auf ein Signal des Phasenschiebers (37) ansprechenden Gittersteuerkreis (39) zum Anlegen des Impulssignals an die Gitterelektrode der Röntgenstrahlungs-Triode (33) umfaßt.