DE4409365C1 - Röntgencomputertomograph - Google Patents

Description

Ein Röntgencomputertomograph gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1, also mit elektronischer Abtastung einer ringförmigen Röntgenstrahlenquelle, ist in der DE-C11 03 588 beschrieben. Mit einem solchen Computertomographen ist bei geringem Raumbedarf eine besonders schnelle Abtastung eines Untersuchungsobjektes möglich. Zur Führung und Ablenkung des Elektronenstrahles ist dabei ein statisches Führungsfeld, das die Elektronen auf der vorgegebenen Kreisbahn hält, und ein dynamisches Kickfeld, das die Elektronen an der jeweils ge­ wünschten Stelle auf die Ringanode ablenkt, erforderlich. Bei dem bekannten Röntgencomputertomographen ist aufgrund der konstruktiven Gestaltung, insbesondere des Führungs- und Kicksystems, nur eine Abtastung von weniger als 360° möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röntgencompu­ tertomographen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 so auszubilden, daß ein Abtastwinkel von etwa 360° erzielbar ist, wobei das Führungs- und Kickfeld von einem Magnetsystem erzeugt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Bei dem erfindungsgemäßen Röntgencom­ putertomographen werden die gleichen magnetischen Dipole zur Erzeugung des Führungs- und Kickmagnetfeldes benutzt. Eine Vielzahl von bis zu 100 separaten, magnetisch voneinander ge­ trennten Magnetelementen ist zu einem Kreisring zusammenge­ setzt. Die Magnetelemente können dabei getrennt angesteuert werden. Das Joch der Magnetelemente besteht entweder aus ge­ eignet gewalztem Trafoblech oder aus einem Ferritkern. Das Kicken der Elektronen aus der Kreisbahn, d. h. deren Ablenkung auf die Ringanode, erfolgt an der entsprechenden Steile mit einem sprunghaften Umpolen des Magnetfeldes vom Führungsmode in den Kickmode.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die wesentlichen Teile eines Röntgencomputertomogra­ phen nach der Erfindung,

Fig. 2 und 3 zwei Ansichten der Magnetelemente des Rönt­ gencomputertomographen gemäß Fig. 1,

Fig. 4 bis 6 eine Variante des Röntgencomputertomographen gemäß Fig. 1,

Fig. 7 eine Einzelheit des Computertomographen gemäß Fig. 1 zur Erläuterung der Fokussierung, und

Fig. 8 eine besonders zweckmäßige Anordnung der Elektronen­ kanone bei einem Röntgencomputertomographen nach der Erfindung.

In der Fig. 1 ist die Röntgenstrahlenquelle eines Röntgencom­ putertomographen mit einer Ringanode 1 teilweise dargestellt. Die Ringanode 1 wird von einem Elektronenstrahl 2 abgetastet, der von einer Elektronenkanone 3 erzeugt wird. Eine ringförmig ausgebildete Magnetanordnung 4 führt den Elektro­ nenstrahl kreisförmig und lenkt ihn auf die Ringanode 1 ab (Kick). Vom jeweiligen Fokus (Auftreffpunkt des Elektronen­ strahles 2 auf der Ringanode 1) geht ein Röntgenstrahlenbün­ del 5 aus, das in bekannter Weise fächerförmig eingeblendet wird und sich um die Systemachse 6 dreht. Es trifft auf einem ringförmigen Strahlendetektor 7 auf, der der jeweils empfan­ genen Strahlenintensität entsprechende elektrische Signale erzeugt und einem Rechner zuführt, der daraus ein Bild eines im Meßfeld 8 angeordneten Patienten erzeugt. Damit das Rönt­ genstrahlenbündel 5 beim Austritt aus einer im Querschnitt elliptischen Vakuumröhre 11 (Fig. 2) den Strahlendetektor 7 passieren kann, ist dieser seitlich neben dem Austrittsfenster angeordnet.

Die Magnetanordnung 4 ist aus einer Vielzahl von Magnet­ elementen 9 aufgebaut, die aneinandergereiht sind. Gemäß Fig. 2 hat die Magnetanordnung 4 einen U-förmigen Quer­ schnitt, wobei die Ringanode 1 im Inneren der Vakuumröhre 11, z. B. Metallröhre mit Be-Fenster, und damit im Inneren des U verläuft und der Elektronenstrahl 2 im U geführt ist sowie das Röntgenstrahlenbündel 5 durch das U austritt.

Gemäß Fig. 3 trägt jedes Magnetelement 9 auf dem Quersteg des U eine Spule 10 zur Erregung. Das Kicken der Elektronen aus der Kreisbahn erfolgt an der entsprechenden Stelle mit einem sprunghaften Umpolen des magnetischen Feldes innerhalb minde­ stens eines Magnetelementes. Die dünnen Pfeile in Fig. 3 stellen dabei das Führungsfeld und die dicken Pfeile das Kickfeld dar. Das Führungs- und Kickmagnetfeld wird von den gleichen Magnetelementen 9 erzeugt, die gemäß Fig. 1 ring­ förmig zu einem Vollkreis zusammengesetzt sind. Die einzelnen Magnetelemente 9 sind magnetisch voneinander durch einen ge­ eigneten Luftspalt getrennt. Das Umschalten vom Führungs- in den Kickmode erfolgt durch sprungartiges Umpolen des Magnet­ feldes mit Hilfe einer geeigneten Elektronik. Die Polschuhtiefe 2r ist mindestens doppelt so groß wie der Polschuhabstand r.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen in zwei Ansichten eine Variante des Röntgencomputertomographen gemäß Fig. 1, bei der die Elektro­ nenkanone 3 an der evakuierten, ringförmigen Röntgenstrahlen­ quelle 11 axial angeflanscht ist, der die Magnetanordnung 9 gemäß Fig. 1 zugeordnet ist. Der Patient ruht auf einem Tisch 12. Die Röntgenstrahlenquelle 11 mit der Elektronenkanone 3 kann mit ihrem Gehäuse um eine horizontale Achse 13 (Fig. 6) gekippt werden. Die Kippung ist bei geringem Raumbedarf mög­ lich, weil die Elektronenkanone 3 unter dem Tisch 12 angeord­ net ist.

Bei dem Röntgencomputertomographen gemäß Fig. 1 wird ein ech­ ter 360°-Mode, bei dem das Röntgenstrahlenbündel 5 um 360° um die Achse 6 drehbar ist, erzielt, wenn der Elektronenstrahl 2 zwischen dem ersten und dem letzten Magnetelement 9 durch ei­ ne in der Ringanode 1 vorhandene Bohrung 14 radial injiziert, um 90° umgelenkt wird, durch die gesamte Magnetanordnung 4 läuft und das letzte Magnetelement 9 so axial verkippt ist, daß der Elektronenstrahl 2 nicht auf das Einschußloch in der Ringanode 1 trifft.

Die Fokussierung des Elektronenstrahles 2 auf die Ringanode 1 erfolgt in Abhängigkeit von der Distanz zwischen der Fokus­ sierungsspule 15 (Fig. 7) und dem Fokus 16 auf der Ringanode 1 in der Weise, daß der Elektronenstrahl 2 am Fokus 16 scharf gestellt ist.

Direkt im Anschluß an die Fokussierungsspule 15 liegt ein Quadrupolsystem 17, mit dessen Hilfe die Intensitätsvertei­ lung des Elektronenstrahles 2 im Fokus 16 entlang der Umlauf­ bahn der Ringanode 1 konstant gehalten werden kann.

Die Umlaufzeit des Elektronenstrahles kann zwischen 50 ms und 20 ms liegen, d. h. die Umlauffrequenz variiert zwischen 20 Hz und 50 Hz. Die Magnetelemente 9 werden deshalb vorzugsweise aus trapezförmig gewalzten Trafoblechen oder aus Ferritmate­ rial hergestellt. (siehe z. B. Blechlamelle 18 in Fig. 2).

Die Polschuhtiefe der Magnetelemente 9 (2r in Fig. 3) muß we­ gen der Homogenität des Magnetfeldes mindestens doppelt so tief sein wie der Abstand der beiden Polschuhe r. Der Quer­ schnitt der Vakuumröhre 11 sollte wegen der erforderlichen Homogenität des Magnetfeldes eine Ellipse sein (Fig. 2).

Die Fig. 8 zeigt, daß bei der hier dargestellten Variante die Elektronenkanone 3 unter einem von 90° abweichenden Winkel durch eine Bohrung in der Ringanode 1 in die Vakuumröhre ein­ strahlt. Es ist hierdurch eine 360°-Abtastung möglich. Da­ durch ist auch sichergestellt, daß der Elektronenstrahl nicht in die Elektronenkanone zurückläuft, wenn er die Vakuumröhre 11 durchlaufen hat.

Claims (11)

1. Röntgencomputertomograph mit einer ein Meßfeld (8) umge­ benden, ringförmigen Röntgenstrahlenquelle (1, 9, 11), in der eine Ringanode (1) angeordnet ist, die zur Erzeugung eines sich drehenden Röntgenstrahlenbündels (5) von einem Elektro­ nenstrahl (2) abgetastet wird, welcher von einer Elektronen­ kanone (3) erzeugt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Elektronenstrahl (2) in einer ringförmig ausgebildeten Magnetanordnung (4) mit U-förmigem Querschnitt geführt ist, wobei das U die Führung des Elektronenstrahles (2) zur im Inneren des U liegenden Ringanode (1) und den Austritt der Röntgenstrahlung (5) er­ möglicht und wobei die Magnetanordnung (4) aus einer Vielzahl von Magnetelementen (9) zusammengesetzt ist, bei denen je­ weils auf dem Quersteg des U eine Spule (10) zur Erregung an­ geordnet ist.

2. Röntgencomputertomograph nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone (3) unter einem von 90° abweichenden Winkel in die Vakuumröhre (11) radial einstrahlt (siehe Fig. 8).

3. Röntgencomputertomograph nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone (3) radial in die Röntgenstrahlenquelle (11) einstrahlt.

4. Röntgencomputertomograph nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone (3) unterhalb des Patiententisches (12) axial angeordnet ist.

5. Röntgencomputertomograph nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (10) derart gesteuert sind, daß der Elektronenstrahl (2) jeweils am Auftreffort (16) auf die Ringanode (1) fokussiert wird.

6. Röntgencomputertomograph nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone (3) ein Quadrupolsystem (17) aufweist, mit dessen Hilfe die Intensitätsverteilung des Elektronenstrahles im Fokus (16) der Ringanode (1) konstant gehalten wird.

7. Röntgencomputertomograph nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetelemente (9) aus trapezförmig gewalztem Trafoblech aufgebaut sind.

8. Röntgencomputertomograph nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetelemente (9) aus Ferritmaterial bestehen.

9. Röntgencomputertomograph nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhtiefe (2r) der Magnetelemente (9) mindestens doppelt so groß ist wie der Polschuhabstand (r).

10. Röntgencomputertomograph nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahlenquelle (1, 9, 11) mit der Elektronen­ kanone (3) um eine horizontale Achse (13) kippbar ist.

11. Röntgencomputertomograph nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Röntgenstrahlenquelle (11) eine Ellipse ist.