NO841579L - Fremgangsmaate og anordning for styring og fokusering av et tomografiapparat - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og en anordning for styring og fokusering av et tomografiapparat basert på utnyttelse av en elektronstråle, hvor det til anordningen hører minst en elektronkanon og som dennes mål en anode samt nødvendige røntgenstråledetektorer for frembringelse av et tomografibilde.

I tomografiapparater anvendes som strålingsskilde et røntgenrør som under belysningstiden beveger seg rundt det objekt som skal fotograferes. Røntgenrørets rotasjons-hastighet fås imidlertid ikke så høy at apparatene skulle kunne benyttes ved fotografering av legmets hurtig bevegelige partier, eksempelvis hjerteområdet. I praksis oppnås ikke kortere eksponeringstider enn 1 sekund, mens fotografering av hjerteområdet eller hurtig registrering av skyggeemner i hjernens blodomløp skulle kreve eksponeringstider i størrel-sesordenen 0,1 sek.

For å oppnå tilstrekkelig kort eksponeringstid er det utviklet anordninger basert pa et alminnelig kjent prinsipp hvor røntgenrøret erstattes med en elektronkanon og hvor elektronstrålen som oppnås fra denne fokuseres og styres for eksempel til en fast anode som omgir objektet.

Vanskeligheten med slike løsninger ligger i styrin-gen og fokuseringen av den høyintensive og energirike elektronstråle samt ved stabilisering av høyspenningen som påvir-ker det foregående.

Denne oppfinnelse tar sikte på å unngå de ovenfor nevnte ulemper og å oppnå en fremgangsmåte og en anordning som ikke krever noen fokusering av elektronkanonen eller nøy-aktig styring av strålen. Det stilles heller ikke krav til stabilisering av høyspenningen på grunnlag av fokuserings-

og styringssynspunkt av strålen. Strålens innstilling ut-føres i det vesentlige mekanisk ved hjelp av spesielt for formålet anordnede hull i fokuseringsorganet og fokuseringen utføres mellom fokuseringsorganet og anoden der den egentlige akselerering også foregår. Karakteristisk for en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen er at den av elektronkanonen utstrålte elektronstråle rettes grovt mot et hull i et fokuseringsplan anordnet i anordningen hvor hullet ved hjelp av fokuserende feltlinjer både drar til seg elektronene og foku-

serer, samt akselererer elektronstrålene mot anodens over-side for å frembringe en elektronkilde, og at fokuseringshullet forflyttes i forhold til anoden slik at det i anoden oppstår etter hverandre følgende røntgenstrålekilder for å frembringe et tomografibilde av de objekt som skal avbildes.

Karakteristisk for en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen er også at fokuseringsplanet befinner seg i nullpotensial, idet den egentlige akselerering av elektronene skjer mellom det fokuserende plan og anoden og at hullet som befinner i fokuseringsplanet er slik utformet at feltlinjene som dannes av potensialet mellom dette og anoden, delvis strekker seg til rommet mellom fokuseringsplanet og elektronkanonen og traktformet styres elektronstrålens elektroner i fokuseringshullet.

Karakteristisk for en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen er det videre at anoden og fokuseringsplanet utgjøres av konsentriske ringer, at fokuseringsplanets bevegelse gjøres til en jevn rotasjonsbevegelse og at elektronkanonen pulseres for utskyting av elektronstråler til anoden med hensiktsmessig mellomrom. Foruten å omgis av anode- og fokuseringsringene, omgis fotograferingsobjektet også av en ring som er dannet av røntgenstråledetektorer slik at anordningen naturligst ut-gjøres av en traktformet eller sylinderformet helhet.

Karakteristisk for en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen er det videre at flere elektronkanoner plasseres på anordningens i det vesentlige sylindriske mantel slik at deres elektronstråler avledes grovt i retning av mantelens tangent mot fokuseringsplanets hull, hvorav det finnes ett eller flere for hver elektronkanon, slik at målet for hver avledningsretning er et bestemt parti av anoderingen og foku-seringplanets rotasjonsvei under fotograferingen er et hullintervall. Elektronstrålenes avledning kan eksempelvis ut-føres av en grov avledning i et plan, idet to hull kan benyttes i fokuseringsplanet for hver elektronkanon.

Karakteriserende for en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen er det videre at når fokuseringsringen roterer over et hullmellomrom under eksponeringen, aktiveres elektronkanonene for synkront å skyte etter hverandre i tur og orden i rotasjonsretningen. Herved avskytes elektronstråler i flere omdreininger under eksponeringen til fokuseringen har beve-get seg den bestemte strekning. Dersom elektronkanonene har flere hull på fokuseringsringen som sine mål, utføres avled-ningen i tur og orden mot de ulike hull.

Karakteriserende for en anordning som har en hensiktsmessig utførelse av oppfinnelsen, er at det mellom elektronkanonene og anoden finnes et bevegelig fokuseringsplan ut-styrt med ett eller flere hull, for en i det vesentlige mekanisk styring av elektronstrålen.

Karakteriserende for en anordning i henhold til oppfinnelsen er det også av anoden, fokuseringsplatene og rønt-gendetektorene er konsentriske ringer og at fokuseringsringen kan roteres med jevn hastighet.

Karakteriserende for en anordning ifølge oppfinnelsen er det videre at anordningen har flere elektronkanoner plassert med jevne mellomrom langs anordningens mantel og at det i fokuseringsringen finnes ett eller flere hull for hver elektronkanon, hvis stråler kan rettes mot et bestemt hull med en grov avledning i retning av den sylindrisk utformede anordnings tangent.

Oppfinnelsen forklares i det følgende eksempelvis på grunnlag av tegninen hvor figur 1 viser oppfinnelsens hoved-prinsipp, figur 2 viser en utførelse av oppfinnelsen vist fra siden, figur 3 viser anordningen på figur 2 sett ovenfra, figur 4 viser en annen utførelse av oppfinnelsen sett fra siden, figur 5 viser et tverrsnitt langs V-V på figur 4,

figur 6 viser et tverrsnitt langs VI-VI på figur 4 og figur 7 viser et tverrsnitt langs VII-VII på figur 4.

Eksempel 1:

Figur 1 viser en enkel anordning hvor oppfinnelsens prinsipp fremkommer. Som elektronkilde fungerer en elektronkanon 1 med stor intensitet, hvis stråler kan pulseres ved hjelp av en styrespenning i kanonen. Mellom anode-platen 2 og fokuseringsplaten 3 finnes en høyspenning med hvis hjelp de fokuserende feltlinjer (stiplede linjer på

figur 1) dannes ved hjelp av det spesielt for formålet utformede hull 4. Endel av feltlinjene som dannes av høyspen-ningen U, strekker seg på grunn av hullets 4 størrelse også til vakuumrommet mellom elektronkanonen og fokuseringssystemet

omdreininger under eksponeringen til fokuseringen har beve-get seg den bestemte strekning. Dersom elektronkanonene har flere hull på fokuseringsringen som sine mål, utføres avled-ningen i tur og orden mot de ulike hull.

Karakteriserende for en anordning som har en hensiktsmessig utførelse av oppfinnelsen, er at det mellom elektronkanonene og anoden finnes et bevegelig fokuseringsplan ut-styrt med ett eller flere hull, for en i det vesentlige mekanisk styring av elektronstrålen.

Karakteriserende for en anordning i henhold til oppfinnelsen er det også av anoden, fokuseringsplatene og rønt-gendetektorene er konsentriske ringer og at fokuseringsringen kan roteres med jevn hastighet.

Karakteriserende for en anordning ifølge oppfinnelsen er det videre at anordningen har flere elektronkanoner plassert med jevne mellomrom langs anordningens mantel og at det i fokuseringsringen finnes ett eller flere hull for hver elektronkanon, hvis stråler kan rettes mot et bestemt hull med en grov avledning i retning av den sylindrisk utformede anordnings tangent.

Oppfinnelsen forklares i det følgende eksempelvis på grunnlag av tegninen hvor figur 1 viser oppfinnelsens hoved-prinsipp, figur 2 viser en utførelse av oppfinnelsen vist fra siden, figur 3 viser anordningen på figur 2 sett ovenfra, figur 4 viser en annen utførelse av oppfinnelsen sett fra siden, figur 5 viser et tverrsnitt langs V-V på figur 4,

figur 6 viser et tverrsnitt langs VI-VI på figur 4 og figur 7 viser et tverrsnitt langs VII-VII på figur 4.

Eksempel 1:

Figur 1 viser en enkel anordning hvor oppfinnelsens prinsipp fremkommer. Som elektronkilde fungerer en elektronkanon 1 med stor intensitet, hvis stråler kan pulseres ved hjelp av en styrespenning i kanonen. Mellom anode-platen 2 og fokuseringsplaten 3 finnes en høyspenning med hvis hjelp de fokuserende feltlinjer (stiplede linjer på

figur 1) dannes ved hjelp av det spesielt for formålet utformede hull 4. Endel av feltlinjene som dannes av høyspen-ningen U, strekker seg på grunn av hullets 4 størrelse også til vakuumrommet mellom elektronkanonen og fokuseringssystemet

serer, samt akselererer elektronstrålene mot anodens over-side for å frembringe en elektronkilde, og at fokuseringshullet forflyttes i forhold til anoden slik at det i anoden oppstår etter hverandre følgende røntgenstrålekilder for å frembringe et tomografibilde av de objekt som skal avbildes.

Karakteristisk for en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen er også at fokuseringsplanet befinner seg i nullpotensial, idet den egentlige akselerering av elektronene skjer mellom det fokuserende plan og anoden og at hullet som befinner i fokuseringsplanet er slik utformet at feltlinjene som dannes av potensialet mellom dette og anoden, delvis strekker seg til rommet mellom fokuseringsplanet og elektronkanonen og traktformet styres elektronstrålens elektroner i fokuseringshullet.

Karakteristisk for en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen er det videre at anoden og fokuseringsplanet utgjøres av konsentriske ringer, at fokuseringsplanets bevegelse gjøres til en jevn rotasjonsbevegelse og at elektronkanonen pulseres for utskyting av elektronstråler til anoden med hensiktsmessig mellomrom. Foruten å omgis av anode- og fokuseringsringene, omgis fotograferingsobjektet også av en ring som er dannet av røntgenstråledetektorer slik at anordningen naturligst ut-gjøres av en traktformet eller sylinderformet helhet.

Karakteristisk for en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen er det videre at flere elektronkanoner plasseres på anordningens i det vesentlige sylindriske mantel slik at deres elektronstråler avledes grovt i retning av mantelens tangent mot fokuseringsplanets hull, hvorav det finnes ett eller flere for hver elektronkanon, slik at målet for hver avledningsretning er et bestemt parti av anoderingen og foku-seringplanets rotasjonsvei under fotograferingen er et hullintervall. Elektronstrålenes avledning kan eksempelvis ut-føres av en grov avledning i et plan, idet to hull kan benyttes i fokuseringsplanet for hver elektronkanon.

Karakteriserende for en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen er det videre at når fokuseringsringen roterer over et hullmellomrom under eksponeringen, aktiveres elektronkanonene for synkront å skyte etter hverandre i tur og orden i rotasjonsretningen. Herved avskytes elektronstråler i flere omdreininger under eksponeringen til fokuseringen har beve-get seg den bestemte strekning. Dersom elektronkanonene har flere hull på fokuseringsringen som sine mål, utføres avled-ningen i tur og orden mot de ulike hull.

Karakteriserende for en anordning som har en hensiktsmessig utførelse av oppfinnelsen, er at det mellom elektronkanonene og anoden finnes et bevegelig fokuseringsplan ut-styrt med ett eller flere hull, for en i det vesentlige mekanisk styring av elektronstrålen.

Karakteriserende for en anordning i henhold til oppfinnelsen er det også av anoden, fokuseringsplatene og rønt-gendetektorene er konsentriske ringer og at fokuseringsringen kan roteres med jevn hastighet.

Karakteriserende for en anordning ifølge oppfinnelsen er det videre at anordningen har flere elektronkanoner plassert med jevne mellomrom langs anordningens mantel og at det i fokuseringsringen finnes ett eller flere hull for hver elektronkanon, hvis stråler kan rettes mot et bestemt hull med en grov avledning i retning av den sylindrisk utformede anordnings tangent.

Oppfinnelsen forklares i det følgende eksempelvis på grunnlag av tegninen hvor figur 1 viser oppfinnelsens hoved-prinsipp, figur 2 viser en utførelse av oppfinnelsen vist fra siden, figur 3 viser anordningen på figur 2 sett ovenfra, figur 4 viser en annen utførelse av oppfinnelsen sett fra siden, figur 5 viser et tverrsnitt langs V-V på figur 4,

figur 6 viser et tverrsnitt langs VI-VI på figur 4 og figur 7 viser et tverrsnitt langs VII-VII på figur 4 .-

Eksempel 1:

Figur 1 viser en enkel anordning hvor oppfinnelsens prinsipp fremkommer. Som elektronkilde fungerer en elektronkanon 1 med stor intensitet, hvis stråler kan pulseres ved hjelp av en styrespenning i kanonen. Mellom anode-platen 2 og fokuseringsplaten 3 finnes en høyspenning med hvis hjelp de fokuserende feltlinjer (stiplede linjer på figur 1) dannes ved hjelp av det spesielt for formålet utformede hull 4. Endel av feltlinjene som dannes av høyspen-ningen U, strekker seg på grunn av hullets 4 størrelse også til vakuumrommet mellom elektronkanonen og fokuseringssystemet 3 deri styres av elektronstrålen 7 til fokuseringshullet, samt starter elektronenes akselerering.

Når fokuseringsplaten forflyttes vinkelrett i forhold til billedplanet samtidig som elektronkanonens stråle pulseres, oppnås suksessive røntgenkilder ved anodens 2 flate i bevegelsesretningen.

Eksempel 2:

Ved å utnytte det ovenfor anførte prinsipp kan

et tomografiapparat ifølge figur 2 fremstilles. Elektronkanonen 1 er plassert ved enden av et konisk vakuumrør, anoden 2 og fokuseringsplaten 3 utgjøres av sirkelplater som omgir fotograferingsobjektet 6. Ved å rotere den med et hull utstyrte fokuseringsring 3 én omdreining i løpet av 0,1 sek. og i denne tid utskyte eksempelvis 1 000 hurtige elektronpulser, samt ved hver strålingspuls å oppsamle absorp-sjons inf ormas j onen fra eksempelvis 250 av de faste detektorer 5 (eksempelvis 1 000 scintillasjonhalvlederdetektorer) anordnet på motsatt side av objektet, kan det av objektet dannes et tverrsnittsbilde omfattende 500x500 elementer.

En slik enkel tillempning krever imidlertid en meget høyeffektiv elektronkanon samt hurtige stårlingsmåle-givere. Situasjonen kan forbedres på to måter (eksempler 3 og 4):

Eksempel 3:

Til elektronkanonen 1 tilføres en grov avlednings-anordning, eksempelvis dersom elektronstrålen kan rettes mot en bestemt fjerdedel av konen (figur 2), kan fire fokuseringshull utnyttes. Nå kan avskytingen av strålen utføres ved alltid å forflytte seg fra ett hull til et annet. Herved roterer fokuseringsplanet 1/4 omdreining under ekponeringen og fokuseringspunktene forflytter seg under bestrålingen kun 1/4 av veien i forhold til hva som er tilfellet med ett hull, noe som i betydelig gradøker oppløsningen.

Eksempel 4:

I stedet for en/.konisk konstruksjon velges en sylindrisk (figur 4) samt at flere elektronkanoner utnyttes og tilsvarende antall fokuseringshull 4, idet det dermed oppnås en situasjon tilsvarende eksemplet 3. Nå oppnås kortere skuddavstand med elektronkanonene og en enklere styring av

strålen 7.

Eksempel 5:

Et optimalt avfotograferingsapparat oppnås ved

å benytte en kombinasjon av anordningene ifølge eksemplene 3 og 4, idet begge metoder for fokuseringspunktenes avstan-der utnyttes. Prinsippene for denne anordning fremgår av figurene 4, 5, 6 og 7. Anordningen utgjøres av en sylindrisk mantel 9 som omgir fotograferingsobjektet 6. I vakuumsylin-deren finnes åtte elektronkanoner 1 og i fokuseringsringen 3, eksempelvis to hull for hver kanon, dvs. seksten hull, mens anoden 2 danner en hel sirkel rundt fotograferingsobjektet. Detektorene 5 danner likeledes en hel ring rundt foto-graf eringsobjektet.

I elektronkanonene finnes kun en grov avledning i fokuseringsringens tangents retning, med hvilken den omtrent-lige retning til det ønskede fokuseringshull 4 bestemmes. Kanonene fungerer synkronisert slik at fokuseringsringen 3 roterer ett hullmellomrom under eksponeringen og kanonene avskyter alltid etter hverandre i rotasjonsretningen.

Dersom eksempelvis eksponeringstiden er 0,1 sek. og man ønsker et bilde med 500x500 elementer, avskytes ifølge hva som er forklart ovenfor 1 000 punkter på ringen og for hvert punkt oppsamles informasjonen fra 250 detektorer på den motsatte side. Den med ulike kanoner dannede og til to fokuseringshull 4 avvekslende avledede og pulserende stråle roterer således ca. 63 ganger rundt anoden 2 under en eks-ponering, piens f okuseringsringen roterer 1/16 omdreining.

Dersom omkretsen er 5 m forligger fokuseringspunktene med 5 mm mellomrom. Dersom bestrålingen i ett punkt tar 50 og informasjonsoppsamlingen likeledes 50 , er foku-seringpunktets bevegelse med seksten fokuseringshull nå kun 1/2x1/16x5 mm, dvs. ca. 0,16 mm, noe som er mer enn tilstrekkelig for at fokuseringspunktene ikke skal bli uskarpe.

Med den ovenfor beskrevne anordning oppnås således et hurtig og nøyaktig tomografibilde av objektet. For en fagmann på området står det klart at oppfinnelsens ulike modi-fikasjoner ikke begrenser seg til de ovenfor anførte eksempler, men kan varieres innenfor rammen av patentkravene.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for styring og fokusering av et tomografiapparat basert på utnyttelse av en elektronstråle, hvor det til anordningen hører minst en elektronkanon (1) og som dennes mål en anode (2), samt nødvendige røntgenstråle-detektorer (5) for frembringing av et tomografibilde, KARAKTERISERT VED at den av elektronkanonen (1) utskutte elektronstråle (8) rettes grovt mot et hull (4) i et fokuseringsplan (3) anordnet i anordningen, hvor hullet ved hjelp av fokuserende feltlinjer både drar til seg elektronene og fokuserer samt akselererer elektronstrålen mot anodens (2) flate for å frembringe en elektronkilde, og at fokuseringshullet (4) forflyttes i forhold til anoden (2) slik at det'i anoden oppstår etter hverandre følgende ele <1> :tronstrålekilder for frembringelse av et tomografibilde av det objekt som skal fotograferes.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at fokuseringsplanet (3) befinner seg i nullpotensial, idet den egentlige akselerasjon av elektronene skjer mellom det fokuserende plan (3) og anoden (2), og at hullet (4) som er anordnet i fokuseringsplanet, utformes slik at feltlinjene som dannes av potensialet mellom dette og anoden, delvis strekker seg til rommet mellom fokuseringsplanet (3) og elektronkanonen (1), traktformet styrer elektronstrålens elektroner i fokuseringshullet (4).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1-2, KARAKTERISERT VED at anoden (2) og fokuseringsplanet (3) utgjøres av konsentriske ringer, at fokuseringsplanets bevegelse gjøres til en jevn rotasjonsbevegelse, og at elektronkanonen pulseres for utskytning av elektronstråler til anoden (2) med hensikts-messige mellomrom.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at flere elektronkanoner (1) plasseres ved anordningens i det vesentlige sylindriske mantel (9), slik at deres elektronstråler (8) avledes grovt i mantelens (9) tangents retning mot fokuseringsplanets (3) hull (4), hvorav det finnes ett eller flere for hver elektronkanon, slik at målet for hver avledningsretning er et visst parti av anoderingen (2) og fokuseringsplanets rotasjonsvei under fotograferingen er ett hullintervall.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at mens fokuseringsringen (3) roterer ett hullmellomrom under eksponeringen, aktiveres elektronkanonene (1) for synkronisert å utskyte etter hverandre i tur og orden i rotasjonsretningen.

6. Anordning for utnyttelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, hvor anordningen omfatter en eller flere elektronkanoner (1), en anode (2), samt røntgenstråledetektorer (5), KARAKTERISERT VED at det mellom elektronkanonene (1) og anoden (2) finnes et bevegelig, med ett eller flere hull ut-styrt fokuseringsplan (3) for i det vesentlige mekanisk styring av elektronstrålen (8).

7. Anordning ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at anoden (2), fokuseringsplanet (3) og røntgendetektorene (5) er konsentriske ringer og at fokuseringsringen (3) kan roteres med konstant hastighet.

8. Anordning ifølge krav 6-7, KARAKTERISERT VED at anordningen har flere elektronkanoner (1) plassert med jevne mellomrom langs anordningens mantel (9), og at det i fokuseringsringen (3) finnes ett eller flere hull (4) for hver elektronkanon (1), hvis stråler (8) kan rettes mot et bestemt hull (4) med en grov avledning i den sylindrisk utformede anordnings tangents retning.