DE4424742C1

DE4424742C1 - Computer tomograph

Info

Publication number: DE4424742C1
Application number: DE19944424742
Authority: DE
Inventors: Guenter Schwierz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-07-13
Filing date: 1994-07-13
Publication date: 1995-08-31
Anticipated expiration: 2014-07-14
Also published as: JPH0838466A; CN1116305A

Abstract

The computer tomograph has an annular anode (6) and a detector ring (15) which encloses the anode coaxially. A cathode ring, which can be arranged coaxial to the anode, contains a number of cathodes (7) in a row. The radiation of electrons from the cathodes in the cathode ring is released in steps. The number of the cathodes in the cathode ring, which are uniformly distributed around the ring, is reduced and the cathode ring can be rotated wrt. the anode and the detector ring by a motorised drive.

Description

Die Erfindung betrifft einen Computertomographen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a computer tomograph according to the Preamble of claim 1.

Computertomographen dieser Art sind in US 5 125 012, US 4 203 036 und GB 20 19 688 A beschrieben. Ferner ist durch JP-Abstr. 60-73441 in Pat.Abstr. of JP, P-383, Aug. 28, 1985, Vol. 9, Nr. 210 ein Computertomograph bekannt, bei dem der Röntgenstrahler auf einem drehbaren, offenen Ring angeordnet ist, welcher eine Durchstrahlung des Untersuchungsraumes unter verschiedenen Winkeln ermöglicht.Computer tomographs of this type are described in US Pat. No. 5,125,012. US 4 203 036 and GB 20 19 688 A. Furthermore is by JP Abstr. 60-73441 in Pat. of JP, P-383, Aug. 28, 1985, Vol. 9, No. 210 a computer tomograph known in which the X-ray tube arranged on a rotatable, open ring which is a radiograph of the examination room enables at different angles.

Bei einem Computertomographen dieser Art stehen während der Abtastung des Untersuchungsobjektes unter verschiedenen Win keln durch ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel sowohl die Anode als auch der Detektorring und der Kathodenring fest. Es ist demgemäß eine sehr schnelle Abtastung des Unter suchungsobjektes um einen Gesamtwinkel von 360° möglich. Die Bildaufnahmezeit kann demgemäß sehr kurz sein.With a computed tomography scanner of this type, Scanning the examination object under different win through a fan-shaped X-ray beam the anode as well as the detector ring and the cathode ring firmly. It is therefore a very fast scan of the sub Search object possible by a total angle of 360 °. The Accordingly, image acquisition time can be very short.

Da die einzelnen Kathodensysteme des Kathodenringes eine ähn liche Breite haben, ist die Zahl der im Kathodenring einsetz baren Kathodensysteme und damit die Zahl der möglichen Fokuspositionen begrenzt. Weiterhin ist der Leistungsver brauch für die Heizung der Kathoden erheblich.Since the individual cathode systems of the cathode ring are similar width, is the number used in the cathode ring bar cathode systems and thus the number of possible Focus positions limited. Furthermore, the power ratio need for heating the cathodes considerably.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Computertomo graphen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 so aus zubilden, daß eine hohe Zahl von Fokuspositionen und damit eine hohe Bildqualität bei geringem Leistungsverbrauch für die Heizung der Kathoden möglich ist.The invention has for its object a computer tomo graphen according to the preamble of claim 1 to form a large number of focus positions and thus high image quality with low power consumption for heating of the cathodes is possible.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1. Bei dem erfindungsgemäßen Computertomographen ist die Anzahl der Kathoden und die Heizleistung pro Kathode dadurch reduziert, daß eine Relativbewegung zwischen den Kathoden einerseits und der Anode sowie dem Detektorring andererseits während der Meßdatenerfassung mit geringer Rotationsgeschwindigkeit er folgt.According to the invention, this object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1. In the Computed tomographs according to the invention is the number of Cathodes and the heating power per cathode are reduced, that a relative movement between the cathodes on the one hand and the anode and the detector ring on the other hand during the Measurement data acquisition with low rotation speed follows.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zei gen:The invention is based on one in the drawing illustrated embodiment explained in more detail. It shows gene:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Computertomographen zur Er läuterung des Erfindungsgedankens, Fig. 1 shows a section through a computer tomograph for He purification of the inventive idea

Fig. 1a eine Einzelheit des Computertomographen gemäß Fig. 1. Fig. 1a shows a detail of the computer tomograph of FIG. 1.

Fig. 2 einen Schnitt durch den Computertomographen gemäß Fig. 1 nach der Linie II-II, und Fig. 2 shows a section through the computer tomograph of FIG. 1 along the line II-II, and

Fig. 3 eine Einzelheit der Computertomographen gemäß den Fig. 1 und 2. Fig. 3 shows a detail of the computer tomograph shown in FIGS. 1 and 2.

Der in den Fig. 1, 1a, 2 dargestellte Computertomograph weist ein Gehäuse 1 auf, das an zwei Stützen 2 um eine horizontale Achse 3 schwenkbar gelagert ist. Durch Schwenkung des Gehäu ses 1 um die Achse 3 kann die Lage der gewünschten Transver salschicht des untersuchten Aufnahmeobjektes gewählt werden. Im Gehäuse 1 ist eine Röntgenstrahlenquelle 4 angeordnet, welche einen evakuierten Glasring 5 aufweist, in dem eine ebenfalls als Ring ausgebildete Anode 6 angeordnet ist. Der Anode 6 ist eine Vielzahl von Kathoden 7, 8, 9, 10 usw. zuge ordnet. Die Kathoden 7 usw. sind an einer Schaltvorrichtung 11 angeschlossen, welche den negativen Pol eines Hochspan nungsgleichrichters 12, der von einem Hochspannungstransfor mator 13 gespeist wird, schrittweise mit den Kathoden 7 usw. verbindet. Der positive Pol des Hochspannungsgleichrichters 12 ist mit der Anode 6 verbunden. Die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 13 ist über einen Hauptschalter 14 ans Netz anschaltbar.The computer tomograph shown in FIGS. 1, 1a, 2 has a housing 1 which is mounted on two supports 2 so as to be pivotable about a horizontal axis 3 . By swiveling the housing 1 about the axis 3 , the position of the desired transver sal layer of the object under examination can be selected. An X-ray source 4 is arranged in the housing 1 and has an evacuated glass ring 5 , in which an anode 6, which is also designed as a ring, is arranged. The anode 6 is assigned a plurality of cathodes 7 , 8 , 9 , 10 , etc. The cathodes 7 , etc. are connected to a switching device 11 , which connects the negative pole of a high-voltage rectifier 12 , which is fed by a high-voltage transformer 13 , step by step to the cathodes 7 , etc. The positive pole of the high-voltage rectifier 12 is connected to the anode 6 . The primary winding of the high-voltage transformer 13 can be connected to the mains via a main switch 14 .

Die Röntgenstrahlenquelle 4 umschließt konzentrisch den eben falls als Kreisring ausgebildeten Strahlenempfänger 15, wel cher aus einer Reihe einzelner Detektoren besteht, deren An zahl von der gewünschten Meßwertzahl abhängt. Zur Einblendung der fächerförmigen Röntgenstrahlenbündel 16a, b, c ist die Blendenanordnung 28 vorgesehen.The X-ray source 4 concentrically encloses the beam receiver 15 , which is also formed as a circular ring, which consists of a number of individual detectors, the number of which depends on the desired measured value number. The aperture arrangement 28 is provided for fading in the fan-shaped x-ray beams 16 a, b, c.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind drei gegeneinan der versetzte Röntgenstrahlenbündel 16a, b, c vorgesehen, so daß eine sehr schnelle Abtastung des Aufnahmeobjektes möglich ist. Ein Röntgenstrahlenbündel braucht nämlich nur einen Win kel von etwa 120° zu überstreichen. Im Rahmen der Erfindung ist es je nach Streustrahlenkorrektur auch möglich, nur zwei oder nur ein Röntgenstrahlenbündel zu nutzen. In diesem Fall muß ein Röntgenstrahlenbündel einen Winkel von 180° bzw. 360° überstreichen. Auch dabei ist eine sehr schnelle Abtastung wegen der elektronischen Fokusfortschaltung sichergestellt.In the embodiment according to FIG. 1, three staggered x-ray beams 16 a, b, c are provided so that a very fast scanning of the object to be photographed is possible. An X-ray beam only needs to sweep an angle of about 120 °. Depending on the scatter correction, it is also possible within the scope of the invention to use only two or only one x-ray beam. In this case, an X-ray beam must cover an angle of 180 ° or 360 °. Here too, very fast scanning is ensured because of the electronic focus advance.

Die Schaltvorrichtung 11 ist so ausgebildet, daß mehrere, und zwar drei Röntgenstrahlenbündel 16a, b, c gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen den Patienten durchsetzen und syn chron zueinander in gleichen Schritten wandern. Die Zentral strahlen der Röntgenstrahlenbündel 16a, b, c sind dabei um 120° gegeneinander versetzt.The switching device 11 is designed so that several, namely three X-ray beams 16 a, b, c penetrate the patient simultaneously from different directions and move synchronously to one another in the same steps. The central rays of the X-ray beams 16 a, b, c are offset from one another by 120 °.

Der Strahlenempfänger 15 ist seitlich an einer ringförmigen Spaltblende 37 angeordnet, welche senkrecht zur Schichtebene die Röntgenstrahlenbündel 16a, b, c begrenzt und Ansätze 38, 39 zur Abschirmung der auf das Aufnahmeobjekt gerichteten Röntgenstrahlung besitzt.The radiation receiver 15 is arranged laterally on an annular slit diaphragm 37 , which delimits the x-ray beams 16 a, b, c perpendicular to the layer plane and has projections 38 , 39 for shielding the x-ray radiation directed at the object to be photographed.

Das Gehäuse 1 besitzt eine zentrische Öffnung 17, in die eine Liege mit einem Patienten einführbar ist.The housing 1 has a central opening 17 into which a couch with a patient can be inserted.

Der Strahlenempfänger 15 ist an einem Meßwertumformer 20 an geschlossen, welcher aus den Meßwerten ein Bild der durch strahlten Transversalschicht des Patienten berechnet und seine Wiedergabe auf einem Sichtgerät 21 bewirkt. The radiation receiver 15 is connected to a transducer 20 , which calculates an image of the transversal layer radiated by the patient from the measured values and effects its display on a display device 21 .

Die Röntgenstrahlenbündel 16a, b, c und der Strahlenempfänger 15 sind so aufeinander ausgerichtet, daß die Röntgenstrahlen bündel in Strahlenrichtung gesehen zunächst seitlich am Strahlenempfänger 15 an der Stelle 22 vorbei verlaufen und auf ihm auftreffen, wenn sie den Patienten durchstrahlt haben.The x-ray beams 16 a, b, c and the radiation receiver 15 are aligned with one another such that the x-ray beams, viewed in the radiation direction, first run laterally past the radiation receiver 15 at point 22 and strike it when they have irradiated the patient.

Zur Untersuchung eines Patienten, d. h. zur Aufnahme eines Schichtbildes, werden zunächst drei Schalter der Schaltvor richtung 11 geschlossen. Dadurch wird Hochspannung zwischen die Anode und drei Kathoden gelegt und die Röntgenstrahlen bündel 16a, b, c z. B. in den in der Fig. 1 dargestellten Richtungen ausgestrahlt. Nachdem der Meßwertumformer 20 die Meßwerte des Strahlenempfängers 15 verarbeitet hat, gibt er an die Schaltvorrichtung 11 ein Signal zur Öffnung dieser Schalter und zum Schließen der nächsten Schalter. Die Symme trieachse der Röntgenstrahlenbündel wandert daher um z. B. 0,1° im Uhrzeigersinn weiter. Nachdem der Meßwertumformer 20 wieder die Meßwerte des Strahlenempfängers 15 abgefragt hat, gibt er an die Schaltvorrichtung 11 ein Signal zum Öffnen dieser Schalter und zum Schließen der folgenden Schalter. Die Symmetrieachse der Röntgenstrahlenbündel wandert somit wieder um 0,1° weiter. Die schrittweise Verdrehung der Röntgenstrah lenbündel wiederholt sich so lange, bis jedes Röntgenstrah lenbündel einen vorbestimmten Winkelbereich von beispielswei se 120° überstrichen hat. Denn ist die Bildaufnahme beendet und das berechnete Querschnittsbild kann auf dem Sichtgerät 21 wiedergegeben werden.To examine a patient, ie to record a slice image, first three switches of the Schaltvor device 11 are closed. As a result, high voltage is placed between the anode and three cathodes and the X-ray beams 16 a, b, c z. B. broadcast in the directions shown in FIG. 1. After the measured value converter 20 has processed the measured values of the radiation receiver 15 , it sends a signal to the switching device 11 to open these switches and to close the next switches. The symmetry axis of the X-ray beam therefore moves around z. B. 0.1 ° clockwise. After the measured value transducer 20 has again queried the measured values of the radiation receiver 15, it sends a signal to the switching device 11 to open these switches and to close the following switches. The axis of symmetry of the X-ray beam thus moves on again by 0.1 °. The gradual rotation of the x-ray bundle is repeated until each x-ray bundle has covered a predetermined angular range of 120 °, for example. This is because the image acquisition has ended and the calculated cross-sectional image can be displayed on the viewing device 21 .

Aus der Fig. 1 ergibt sich, daß die Röntgenstrahlenbündel 16a, b, c fächerförmig und in der Schichtebene so groß sind, daß der ganze Patient gleichzeitig durchstrahlt wird. Die Ausdehnung der Röntgenstrahlenbündel senkrecht zur Schicht ebene ist etwa gleich der Schichtstärke. From Fig. 1 it follows that the X-ray beams 16 a, b, c are fan-shaped and so large in the layer plane that the entire patient is irradiated simultaneously. The expansion of the X-ray beams perpendicular to the layer plane is approximately equal to the layer thickness.

Die Fig. 3 zeigt, daß der Kathodenring 42, auf dem die hier nicht dargestellten Kathoden 7 usw. angebracht sind, auf sei ner Außenseite mit einer Verzahnung 43 versehen ist, in die eine Schnecke 41 eingreift, die von einem Motor 40 gedreht wird. Dadurch erfolgt eine motorische Drehung des Kathoden ringes 42 gegenüber der Anode 6 sowie dem Detektorring 15. Fig. 3 shows that the cathode ring 42 , on which the cathodes 7 , not shown here, etc. are attached, is provided on its outside with a toothing 43 into which a worm 41 engages, which is rotated by a motor 40 . This results in a motor rotation of the cathode ring 42 relative to the anode 6 and the detector ring 15 .

Beispiel für einen feststehenden Kathodenring:Example of a fixed cathode ring:

Umfang: 3.000 mm
Anzahl der Kathoden: 3.000 im Abstand von 1 mm.Circumference: 3,000 mm
Number of cathodes: 3,000 at a distance of 1 mm.

Bei einer Heizleistung von 10 W pro Kathode sind bei fest stehendem Kathodenring 42 insgesamt 30 kW allein für die Hei zung erforderlich.With a heating power of 10 W per cathode, a total of 30 kW is required for heating with a fixed cathode ring 42 .

Es wird nun die Anzahl der Kathoden auf 300 im Abstand von 10 mm gleichmäßig verteilte Kathoden reduziert und der Katho denring 42 zur Erzeugung einer entsprechenden Zahl von Meß werten gedreht. Die Heizleistung beträgt nur noch 3 kW. Soll eine Bildaufnahmezeit von 100 ms realisiert werden, so muß durch eine langsame Drehbewegung der Kathodenabstand von 10 mm während 100 ms überstrichen werden. Die erforderliche Umfangsgeschwindigkeit ist 100 mm/s. Bei kontinuierlicher Drehung muß der Kathodenring 42 daher während 30 Sekunden einmal um 360° gedreht werden. Die Kathoden werden hierbei nach einem zeitlichen Muster angesteuert, vorzugsweise ein fach in ihrer geometrischen Abfolge. Nach 300 Blitzen wird nun die erste Kathode erneut angesteuert. Sie hat sich aber inzwischen geringfügig, d. h. um 10ms × 100 mm/ = 1 mm, wei terbewegt.The number of cathodes is now reduced to 300 evenly spaced cathodes at a distance of 10 mm and the cathode ring 42 is rotated to produce a corresponding number of measured values. The heating output is only 3 kW. If an image recording time of 100 ms is to be realized, the cathode spacing of 10 mm must be covered over 100 ms by a slow rotary movement. The required peripheral speed is 100 mm / s. With continuous rotation, the cathode ring 42 must therefore be rotated once through 360 ° for 30 seconds. The cathodes are controlled according to a temporal pattern, preferably a simple sequence in their geometrical order. After 300 flashes, the first cathode is now activated again. However, it has now moved slightly, ie by 10 ms × 100 mm / = 1 mm.

Soll eine kürzere Aufnahmezeit realisiert werden, so muß der Kathodenring 42 schneller gedreht werden. Im vorliegenden Beispiel von 300 Kathoden ließen sich 3.000 Fokuspositionen in 50 ms realisieren, indem der Kathodenring 42 während 15 s einmal umläuft. Auch die Anzahl der Kathoden läßt sich in einfacher Weise gegen die Umlaufzeit austauschen. Je weniger Kathoden realisiert werden, desto schneller muß der Kathoden ring 42 umlaufen.If a shorter recording time is to be realized, the cathode ring 42 must be rotated faster. In the present example 300 cathodes 3,000 focus positions in 50 ms could be realized by the cathode ring 42 s rotates once during 15th The number of cathodes can also be easily exchanged for the round trip time. The fewer cathodes are realized, the faster the cathode ring 42 must rotate.

Claims

Computer tomograph with a ring-shaped anode ( 6 ), a detector ring ( 15 ) enclosed by it, coaxial with it and a cathode ring ( 42 ) also coaxial with the anode ( 6 ) with a series of cathodes ( 7 etc.), whose electron radiation anode will be (6) gradually freige, characterized in that the number of on the cathode ring (42) uniformly distributed cathode (7) is reduced and the cathode ring (42) ring relative to the anode (6) and detector (15) is rotatable by motor .