DE8390478U1 - Unter anwendung eines elektronenstrahls arbeitende tomographische roentgenvorrichtung - Google Patents
Unter anwendung eines elektronenstrahls arbeitende tomographische roentgenvorrichtungInfo
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Description
1. November 1984
PüUfnalaisen Tutkimuslaitos OY, Sätamakatu 8,
70100 Kuopio 10, Finnland
/ Unter Anwendung eines Elektronenstrahls arbeitende tomographische Itöntgenvorrichtung J
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung und Fokussierung
einer unter Anwendung eines Elektronenstrahls arbeitenden tomographischen Rontgenanlage, die wenigstens eine Elektronenkanone
und als ihr Ziel eine Anode sowie die zur Erzeugung des Tomographiebildes erforderliehen Röntgenstrahldetektofen umfaßt.
In tomographischen Röntgenanlagen wird als Strahlungsquelle eine Röntgenröhre benutzt, die sich während der Aufnahme um das Objekt
dreht. Man kann jedoch keine so hohe Drehgeschwindigkeit erreichen, mit der die Anlage bei der Aufnahme von sich schnell bewegenden
Teilen des Körpers,, wie z.B. der Heragegend, anwendbar wäre. In der
Praxis erreicht man keine Aufnähmezeiten, die kürzer als 1 Sekunde
it.
sind, während Aufnahmen von der Herzgegend oder schnelle Aufnahmen
des Gehirn-Blutkreislaufs unter Anwendung eines Abschirmelements
Aufnahmezeiten in der Grössenordnung von 0,1 Sekunde verlangen.
Um eine genügend kurze Aufnahmezeit 2u erreichen, sind auf einem allgemein bekannten Prinzip basierende Anlagen entwickelt worden,
in denen die Röntgenröhre durch eine Elektronenkanone ersetzt worden
ist, die einen Elektronenstrahl aussendet, der fokussiert und z.B. magnetisch auf eine das Objekt umgebende feste Anode gesteuert
wird*
Problematisch sind bei Lösungen dieser Art Steuerung und Fokussierung
des hochintensiven und hochenergetischen Elektronenstrahls
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sowie die Stabilisierung der Hochspannung, die auf die ersteren einwirkt.
Das 2i<*l dieser Erfindung besteht darin, die oben angeführten Nachteile zu beseitigen und eine Vorrichtung zu schaffen, die von der
Elektronenkanone keinerlei Fokussierung und kein genaues Richten des Strahls verlangt. Auch an die Stabilisierung der Hochspannung
sollen in Hinblick auf die Fokussierung und die Steuerung des Strahls keine Forderungen gestellt werden. Das Richten des Strahls
soll hauptsächlich mechanisch über spezielle sich im Fokussierungselament
befindende Löcher erfolgen, und die Fokussierung zwischen dem Fokussierungselernent und der Anode durchgeführt werden, wo auch
die eigentliche Beschleunigung erfolgt.
Eine Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
in einer Fokussierungsebene mindestens ein Loch, auf das ein von der Elektronenkanone ausgesendeter Elektronenstrahl grob ausrichtbar
ist, vorgesehen ist, wobei im Bereich der Fokussierungsebene von dieser ein Feld fokussierender Feldlinien zum Hineinziehen der
Elektronen in das Loch und zum Fokussieren und Beschleunigen des Elektronenstrahls auf die Anodenfläche zwecks Erzeugung einer Röntgenstrahlquelle
aufgebaut ist, und daß das Fokussierungsloch relativ zur Anode derart bewegbar ist, daß in der Anode bzw. auf der
Anodenoberfläche eine bewegliche Röntgenstrahlquelle ausbildbar
ist.
Eine Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Fokussierungsloch in der auf Nullpotential
liegenden Fokussierungsebene eine zum teilweisen Hindurchreichen der vom Potential zwischen der Fokussierungsebene und der Anode
erzeugten Feldlinien in den Räum zwischen der Fokussierungsebene
und der Elektronenkanone sowie zur trichterärtigen Führung der Elektronen des Elektronenstrahls in das Fokussierungsloch geeignete
Ausbildung aufweist.
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Eine weitere Aueführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Elektronenkanone und der Anode vorgesehene Fokussierungsebene in Form einer bewegbaren,
den Elektronenstrahl hauptsächlich mechanisch richtenden Fokussierungsebene ausgebildet ist, die ein oder mehrere Löcher aufweist.
Eine andere AusfUhrungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist
dadurch gekennzeichnet, dad die Anode als Ziel der aus der Elektronenkanone getaktet austretenden Elektronenstrahlen und die Fokussierungsebene drehbare konzentrische Ringe sind. Dabei kann vorteilhaft die ringförmige Fokussierungsebene mit gleichmäßiger
Geschwindigkeit drehbar sein, und auch die Röntgenstrahldetektoren können konzentrische Ringe sein.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungeform der Erfindung
sind mehrere Slektronenkanonen entlang dem Mantel der Vorrichtung derart angeordnet, daß ihre Elektronenstrahlen in der Richtung der
Tangente des Mantels auf bestimmte Löcher der Fokussierungsebene, die ein oder mehrere Löcher für jede Elektronenkanone aufweist,
grob ablenkbar, wobei jede Ablenkrichtung einem bestimmten Zielabschnitt der Anodenscheibe und sein Lochabstand (Abstand zwischen
zwei Löchern) der Drehung der Fokussierungsebene während der Aufnahme entspricht.
Die Ablenkung der Elektronenstrahlen kann z.B. als eine aaf einem
niveaufunktionierende Grobablenkung veirwirklicht werden, wobei zwei
Löcher in der Fokussierungsebene für je eine Elektronenkanone benutzt werden können. Beim Drehen des Fokussierungsrings während
der Aufnahme um einen Lochabstand werden die Elektronenkanonen phasengleich (synchronisiert) in der durch die Drehrichtung des
Fokussierungsrings bestimmten Reihenfolge betätigt. Dabei werden während der Aufnahme mehrere Runden Elektronenstrahlen abgegeben,
bis der Fokussierungsring den für ihn. bestimmten Weg gegangen ist. Wenn die Elektronenkanonen mehrere Löcher in dem Fokussierungsring
zum Ziel haben, wird die Ablenkung für die verschiedenen Löcher abwechselnd ausgeführt.
Ebenfalls von Vorteil ist, den Mantel der Röntgenvorrichtung in
wesentlichen zylindrisch auszubilden, da außer von den Anoden und Fokussxerungsrxngen das aufzunehmende Objekt auch von einem sich
aus den Rontgenanstrahldetektoren zusammengesetzten Ring umgeben ist, so daß aus der Röntgenvorrichtung am natürlichsten ein
trichter- oder zylinderartiger Körper wird.
Schließlich ist es von Vorteil, die Elektronenkanonen zueinander entlang des Mantels in gleichmäßigen Abständen anzuordnen.
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Die Erfindung wird im folgenden durch Beispiele und unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei
Fig. 2 eine Anwendunsfor« der Erfindung,°von der
Seite her gesehen, darstellt,
Fig. 3 eine Vorrichtung, die Fig. 2 entspricht, von vorne her gesehen, darstellt,
von der Seite her gesehen, darstellt, 25
FIg4 5 den Schnitt V-V einer Vorrichtung, die
Fig. 4 entspricht, darstellt,
Fig. 6 den Schnitt VI-VI einmr Vorrichtung, die Fig. 4 entspricht, darstellt und
Fig. 7 den Schnitt VII-VII einer Vorrichtung, die
Fig. 4 entspricht, darstellt.
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Betrachten Mir eine einfache Vorrichtung (Fig. 1). die
daa Prinzip der Erfindung veranschaulicht. Als Elektronen quelle dient eine hochintensive Elektronenkanone 1, deren
Strahl Mittels Stsuerapannung in der Kanone, ein- und
ausgeschaltet werden kann« Zwischen einer Anodenscheibe 2 und einen Fokuaeierungering 3 besteht Hochspannung, die
Feldlinien (gebogene Linien in Fig. 1) erzeugt, die die Elektronen Mittels eines speziell gestalteten Lochs 4
fokussieren. Ein Teil der von der Hochspannung U erzeugten Feldlinien gelangt wegen der AbMeseungen des Lochs
4 auch in das tfakuu* zwischen der Elektronenkanone 1 und
den Fokuesierungssysten 3, wo sie den Elektronenstrahl 7
in das Fokussionsloch 4 führen sowie die Beschleunigung einleiten.
Wenn man den Fokussierungsring 3 senkrecht gegen die
FlSche des Bilden bewegt und gleichzeitig den Strahl der
Elektronenkanone 1 ein- und ausschaltet, kann man auf der Fläche der Anode 2 in der Bewegungsrichtung aufeinanderfolgende RöntgenstrahJquellen bilden.
Durch Anwendung des oben beschriebenen Prinzips kann man direkt eine der Fig. 2 entsprechende Tomographieanlage
bzw. -vorrichtung bauen. Die Elektronenkanone 1 ist am Ende einer zylindrischen Vakuumröhre angebracht, und die
Anode 2 und der Fokussierungering 3 bilden Kreieringe, die sich um das aufzunehmende Objekt 6 drehen. Indem men
den mit einem Loch 4 versehenen Fokussierungering 3 in
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■ξ 0,1 Sekunde einmal umdreht und während dessen z.B. 1000
schnelle Elektrqnenimpulee aussendet sowie mit den festen Detektoren 5 (z.B. Szintillations-Kriatall-Halbleiter-Petektoren) stets auf der entgegengesetzten Seite des
Objekts, z.B. m|t 250 Detektoren, für jeden Bestrahlungsimpuls die Absorptionsinformation sammelt, kann man von
dem Objekt eine Querschnittsaufnahme mit 500 χ 500 Bildpunkten erzeugen.
Eine einfache Anwendung dieser Art verlangt jedoch eine hocheffektive Elektronenkanone sowie schnelle Detektoren
zur Messung der Strahlung. Die Situation kann auf zwei verschiedene Weisen verbessert werden (Beispiele 3 und
4).
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Die Elektronenkanone 1 arbeitet mit grober Ablenkung; wenn man z.B. den Elektronenstrahl 7 auf ein bestimmtes
Viertel des Konus (Fig* 2) richten kenn, kann man die
Zahl der Fokussierungelöcher auf vier erhöhen. Jetzt Uann man den Strahl so aussenden, dsG man ihn nach einem
Loch auf daa nächste richtet. Dabei dreht sich der Fokuseierungering während der Aufnahme um eine vierte 5?un-
de, und der Brennpunkt verschiebt sich während der Bestrahlung nur um ein Viertel im Vergleich zu dem Fall,
in dem es nur ein Loch gibt, was die Auflösung erheblich verbessert.
Statt der konischen Anordnung wählt man eine zylindrische (Fig. 4) und benutzt mehrere Elektronnnkanonen 1 sowie
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eine entsprechende Anzahl Fokusaierungelöcher 4, wobei
man eine Situation erreicht, die dem Bei§piel 3 analog
iat. Dadurch erreicht man kürzere Aufnehme-(Sende-)Entfernungen mit den Elektronenkanonen und ein leichteres
Richten dea Strahle 7.
Eine optimale Aufnahmevorrichtung erreicht men, wenn man
eine Kombination von Vorrichtung, die den Beispielen 3 und 4 entsprechen, benutzt, wobei beide Verfahren zur
Verzögerung des Brennpunktee angewandt werden. Das Prinzip dieser Vorrichtung wird in den Figuren 4, 5, 6 und
veranschaulicht· Die Vorrichtung besteht aua einem zylinderförmigen Hantel 9 um das Aufnahmeobjekt 6. Im Va
kuumzylinder alnd θ Elektronenkanonen 1 angeordnet und im Fokuseierungsring 3 befinden sich z.B. 2 Löcher für jede
Kanone, d.h. insgesamt 16 Löcher, woboi die Anode 2 einen vollen Ring um das Aufnahmeobjekt bildet. Auch die Detektoren 5 bilden einen vollen Ring um das Aufnahmeobjekt.
Die Elektronenkanonen haben nur eine Grobablenkung in der Richtung der Tangente des Fokussierungsringe, mit
der man die annähernde Richtung auf das gewünschte Fokussierungsloch 4 bestimmt. Die Kenonen arbeiten derart
synchronisiert, daß sich der Fokussierunsring 3 während
der Aufnahme um einen Lochabstand dreht und die Kanonen immer nacheinander in der Drehrichtung aussenden.
Wenn die Aufnahmezeit z*B. 0,1 Sekunde ist und man ein
Bild mit 500 χ 500 Bildpunkten haben möchte, sendet man,
Wie oben beschrieben, 1000 Punkte auf den Ring aus und
sammelt für jeden Punkt die Information der 250 Detekto-
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ren Uoγ entgegengesetzten Seite· Ein mit verachiendenen
Kanonen geformter, in zwei Fokueeierunalöcher 4 abwechselnd
abgelenkter und getakteter Strahl dreht sich also während einer Aufnahme ca« 63 Hai um din Anode 2, wobei.eich der
Fokuss,arungering 1/16 der Runde dreht.
Wenn der Umfang des Ringe 5 m ist, ergeben eich die Brennpunkte ih Abständen Von S mm. Wenn die Bestrahlung auf
einem Punkt 50 μ β dauert und die Uimttmlung der Information ebenfalls 50/1 β, betrügt die Bewegung des Fokus bei
16 Fskuseierungslächern nur noch 1/2 χ 1/16 χ 5 mm, d.h.
ca. 0,16 mm, die durchaus klein genug ist, eo daß der
Fokus nicht unscharf wird, d.h. eich nicht ausweitet.
Hit der oben beschriebenen Vorrichtung gewinnt man also
von de« Aufnahmeobjekt ein schnelles und genaues Tomographiebild. Einem Fachmann dieses Fachgebietes ist bb
klar, daÖ eich die verechiedenen Anwendungsformen der
Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele be
schränken, sondern im Rahmen der Patentansprüche variieren
können·
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Claims (9)
1. Unter Anwendung eines Elektronenstrahls arbeitende tomographische Rontgenvorrichtung mit wenigstens einer Elektronenkanone (1), einer Anode (2) als Ziel für die Elektronenkanone sowie Rontgenstrahidetektoren (5) zur Erzeugung des
Tomographiebildes, dadurch gekennzeichnet, dafl in einer Fokussierungsebene (3) mindestens ein
Loch (4), auf das ein von der Elektronenkanone (1) ausgesendeter Elektronenstrahl (8) grob ausrichtbar ist, vorgesehen ist, wobei im Bereich der Fokussierungsebene (3) von
dieser ein Feld fokussiere^der Feldlinien zum Hineinziehen der Elektronen in das Loch und zum Fokussieren und Beschleunigen des Elektronenstrahls auf die Anodenfläche zwecks
Erzeugung einer RontgenstrahlguelIe aufgebaut ist, und daß
das Fokussierungsloch (4) relativ zur Anode (2) derart bewegbar ist, dafl in der Anode bzw. auf der Anodenoberfläche
eine bewegliche RontgenstrahlquelIe ausbildbar ist.
2. Rontgenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fokussierungsloch (4) in
der auf Nullpotential liegenden Fokussierungsebene (3) eine zum teilweisen Hindurchreichen der von dem Potential zwischen der Fohussierungsebene (3) und der Anode (2) erzeugten
Feldlinien in den Raum zwischen der Fokussierungsebene (3) und der Elektronenkanone (1) sowie zur trichterartigen Führung der Elektronen des Elektronenstrahls in das Fokussierungeloch (4) geeignete Ausbildung aufweist.
3. Rontgenvorrichtung nach einen: der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen
der Elektronenkanone (1) und der Anode (2) vorgesehene
Fokussierungsebene (3) in Form einer bewegbaren, den Elek-
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tronenstrahl (8) hauptsächlich mechanisch richtenden Fokussierungsebene
(3) ausgebildet ist, die ein oder mehrere Löcher aufweist.
4. Rontgenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (2)
als Ziel der aus der Elektronenkanone (1) getaktet austretenden Elektronenstrahlen und die Fokussierungsebene (3)
konzentrische Ringe sind.
5. Rontgenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die ringförmige Foku^sierungsebene (3) mit gleichmäßiger Geschwindigkeit drehbar ist.
6. Rontgenvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahldetektoren
(5) konzentrische Ringe sind.
7. Rontgenvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, d a du rch gekennzeichnet, daß mehrere
Elektronenkanonen (1) entlang dem Mantel (9) der Vorrichtung derart angeordnet sind, daß ihre Elektronenstrahlen (8) in
der Richtung der Tangente des Mantels (9) auf bestimmte Löcher (4) der Fokussierungsebene (3), die ein oder mehrere
Löcher für jede Elektronenkanone aufweist, grob ablenkbar sind, wobei jede Ablenkrichtung einem bestimmten Zielabschnitt
der Anodenscheibe (2) und ein Lochabstand (Abstand zwischen zwei Löchern) der Drehung der Fokussierungsebene
während der Aufnahme entspricht.
8. Rontgenvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Mantel (9) der Rontgenvorrichtung im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist.
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9. Röntgenvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanonen (1) entlang dem Mantel (9) in gleichmäßigen
Abständen angeordnet sind.
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1984
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