Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Elektronenstrahl-Röntgencomputertomographie. Die Elektronenstrahl-Röntgencomputertomographie wird beispielsweise seit einigen Jahren in der medizinischen Diagnostik, insbesondere zur Bildgebung des schlagenden Herzens, eingesetzt oder in der Prozesstomographie, um Schnittbildfolgen von Strömungsvorgängen mit sehr hoher zeitlicher und örtlicher Auflösung zu erzeugen.

Dabei wird ein in einer Vakuumkammer geführter Elektronenstrahl mittels eines elektromagnetischen Ablenksystems über ein teilkreisförmiges Metalltarget geführt, womit ein schnell beweglicher Röntgenbrennfleck erzeugt wird. Ein mit leichtem axialem Versatz zum Target angeordneter kreis- oder teilkreisförmiger Röntgendetektor erfasst die durch das Objekt transmittierte Röntgenstrahlung. Aus den Messdaten kann dann durch Anwendung tomographischer Bildrekonstruktionsverfahren die Dichteverteilung in der durchstrahlten Schnittebene berechnet werden.

US 4,352,021 A beschreibt ein solches System, bei dem der Elektronenstrahl aus einer statischen Elektronenkanone aus axialer Richtung auf das Target geführt wird. Auf Grund des begrenzt möglichen Ablenkwinkels des Ablenkspulenpakets der in US 4,352,021 A beschriebenen Anordnung ist hier ein erheblicher axialer Abstand der Elektronenkanone zur Bildebene notwendig, um eine Brennfleckbahn sinnvollen Durchmessers zu erreichen. Das führt zu erhöhtem Aufwand bei der Strahlformung und -führung, und erhöht damit den Aufwand für das Vakuumpumpsystem wegen des großen Rezipientenvolumens, und beschränkt die Größe der zu untersuchenden Objekte in axialer Richtung. Darüber hinaus beschränkt diese Anordnung den möglichen Projektionswinkel für tomographische Scans, da sich Elektronenstrahl und Objekt teilweise gegenseitig im Weg stehen. Selbiges gilt für US 2003/0161434. DE 10 2007 008 349 A1 beschreibt ein System für schnelle axialversatzfreie Scans, das in der Prozesstomographie genutzt werden kann. Auch hier gelten die oben beschriebenen Einschränkungen und erhöhen den technischen Aufwand. Gleichzeitig macht die Bauform des schräg aus axialer Richtung an das Target herangeführten Elektronenstrahls bei Untersuchungen von Strömungen in Rohrleitungen einen Mindestabstand des Elektronenstrahl-Röntgencomputertomographiesystems zu Flanschen, Armaturen und ähnlichen radial ausladenden Bauteilen notwendig. Dies führt zu relevanten Einschränkungen bei der Auswahl der möglichen Untersuchungsobjekte und -orte, und damit zu einer Einschränkung der Anwendbarkeit.

Die DE 44 09 365 C1 beschreibt einen Röntgencomputertomographen mit einer ringförmigen Magnetanordnung aus einer Vielzahl einzelner Magnetelemente zur Führung eines Elektronenstrahls, wobei jedes der Magnetelemente mittels einer separaten Erregerspule separat ansteuerbar ist, und wobei der Elektronenstrahl mittels der Magnetelemente auf einer Kreisbahn geführt wird und an vorgegebenen Positionen mittels sprunghaften Umpolens des Magnetfeldes eines der Magnetelemente von der Kreisbahn abgezweigt und auf ein Target gelenkt wird. Auch DE 197 21 981 C1 beschreibt einen derartigen Röntgencomputertomographen mit einer ringförmigen Magnetanordnung aus mehreren Kernelementen, die jeweils eine Wicklung aufweisen. Die DE 195 14 332 C1 beschreibt ebenfalls einen Röntgencomputertomographen mit einer ringförmigen Magnetanordnung zum Führen eines Elektronenstrahls.

Die DE 195 10 047 A1 beschreibt eine Röntgenröhre mit einem Helmholtz-Spulenpaar, mittels dessen ein Elektronenstrahl auf einer Kreisbahn gehalten wird, und einem Ablenkmagneten, mittels dessen der Elektronenstrahl von der Kreisbahn abgezweigt und auf ein Target gelenkt wird, wobei der Ablenkmagnet bewegbar ist und mittels einer Kreisbewegung des Ablenkmagneten eine Kreisbewegung der Abzweigposition und somit auch des Röntgenbrennflecks hervorgerufen wird.

Die EP 0 455 177 A2 beschreibt einen Röntgenstrahlungsgenerator mit einer ersten Ablenkvorrichtung, mittels der ein Elektronenstrahl entlang einer Kreisbahn geführt wird, und einer zweiten Ablenkvorrichtung, mittels der der Elektronenstrahl von der Kreisbahn abgezweigt wird.

Die EP 1 883 093 A2 beschreibt einen Computertomographen mit einer Röntgenstrahlenquelle mit Mitteln zur Führung eines Elektronenstrahls auf einer Kreisbahn und Mitteln zur Ablenkung des Elektronenstrahles von der Kreisbahn in Richtung auf ein ringförmiges Target, wobei das Target eine Vielzahl diskreter Fokusflächen aufweist, die diskontinuierlich durch den Elektronenstrahl abgetastet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur RöntgenComputertomographie anzugeben, bei der die oben genannten Mängel reduziert sind.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgeführt.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die axiale Baugröße des Elektronenstrahl-Röntgencomputertomographiesystems erheblich reduziert wird, so dass dieses System ohne aufwendige Strahlformungs- und -führungssysteme auskommt. Dadurch wird der Winkelbereich der Durchstrahlung vergrößert.

In der erfindungsgemäßen Anordnung werden ein oder mehrere Längsspulen benutzt, um einen in Richtung der Hauptebenen der Spulen eingeschossenen Elektronenstrahl im Magnetfeld der Spulen auf eine Kreisbahn zu zwingen.

Auf dem Umfang des Spulenpaars befinden sich ein Bremsstrahlungstarget und der Detektorring. Durch periodisches Senken und Erhöhen der Stärke des Magnetfeldes wird der Radius der Kreisbahn des Elektronenstrahls zyklisch verändert, wodurch er mit der Target-Wand kollidiert, was in einem kreisförmig auf dem Target entlang wandernden Brennfleck resultiert, und damit zu einem um die Längsachse des Systems rotierenden Bremsstrahlungsquellspot führt. Durch die Längsachse der Anordnung verläuft das Objekt.

Der hauptsächliche Vorteil der erfundenen Anordnung zur RöntgenComputertomographie besteht darin, dass das System einen geringen axialen Bauraum benötigt, wodurch es auch für berührungslose Messungen unter beengten Verhältnissen und nah an Armaturen und Flanschen zum Einsatz kommen kann. Darüber hinaus erreicht dieses System einen sehr großen Projektionswinkel, was die artefaktfreie Rekonstruktion von Objekten großer Durchmesser im Verhältnis zum Target/Detektor-Durchmesser möglich macht. Vorteilhaft ist, dass das erfindungsgemäße System ohne aufwendige Strahlformung und -führungssysteme auskommt und damit robust zu bedienen ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung wird in Anspruch 1 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen werden in der unabhängigen Ansprüchen dargestellt. Der Röntgendetektorbogen (6) kann aus aneinander gereihten Einzeldetektoren bestehen. Der Röntgendetektorbogen (6) kann innerhalb oder außerhalb des Targetradius liegen und die Röntgendetektorebene kann mit oder ohne Axialversatz zur Targetebene angeordnet sein.

Die Längsspulen können innerhalb oder außerhalb der Vakuumkammer angeordnet sein. Sind die Längsspulen außerhalb der Vakuumkammer angeordnet, besteht die Außenwand der Vakuumkammer (2) vorteilhafterweise aus einem diamagnetischen Werkstoff.

Vorteilhafterweise werden dünne Längsspulen genutzt. Dünne Längsspulen im Sinne der Erfindung sind Spulen mit nur einer oder einer geringen Anzahl von Windungen, d.h. der Durchmesser ist sehr viel größer als die Länge der Spule.

In einer Ausführungsvariante ist der Röntgendetektorbogen (6) außerhalb der Vakuumkammer (2) angeordnet, wobei dann die Vakuumkammer (2) vorteilhafterweise aus einem dünnwandigen Material besteht, welches eine geringe Schwächung der Röntgenstrahlung gewährleistet.

Eine spezielle Ausführungsvariante ermöglicht eine synchrone MehrebenenTomographie. In dieser Variante sind der Elektronenstrahlerzeuger (1), das Target (4) und der Röntgendetektorbogen (6) in axialer Richtung vielfach, idealerweise übereinander angeordnet. Die Längsspule besitzt entsprechende axiale Ausdehnung oder es werden mehrere Längsspulen verwendet.

Idealerweise besteht das Bremsstrahlungstarget (4), wenn es vor dem Röntgendetektorbogen (6) angeordnet ist, aus einem Material geringer Dichte und es ist auf der Innenseite des Bremsstrahlungstargets (4) eine dünne Röntgenkonversionsschicht aus einem Material hoher Kernladungszahl aufgebracht.

Die Targetoberfläche kann in einer weiteren Ausführungsvariante zahnförmig strukturiert ausgeführt sein.

Der Elektronenstrahlerzeuger (1) kann sowohl innerhalb als auch außerhalb der Längsspulen (3) angeordnet sein. Ist der Elektronenstrahlerzeuger (1) außerhalb der Längsspulen (3) angeordnet, wird der Elektronenstrahl durch eine axiale Lücke zwischen den Längsspulen in den Durchflutungsbereich eingeschossen.

Vorteilhafterweise werden die Längsspulen paarweise verwendet.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1

eine Gesamtanordnung mit innenliegendem Strahlerzeuger,

Fig. 2

eine Gesamtanordnung mit außenliegendem Strahlerzeuger.

Die Figuren 1 und 2 zeigen zwei Ausführungsbeispiele der Anordnung. In beiden Fällen umfasst die Anordnung ein ringförmiges Target (4), sowie einen außerhalb des Targets (4) angeordneten Röntgendetektorbogen (6), welcher aus aneinander gereihten Einzeldetektoren bestehen kann. Der Röntgendetektorbogen (6) kann dabei sowohl ohne als auch mit einem geringen Axialversatz zum Target (4) angeordnet sein.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der Elektronenstrahlerzeuger (1) innerhalb der Längsspulen (3) liegt.

Der Elektronenstrahl (5) wird innerhalb der Vakuumkammer (2) im Elektronenstrahlerzeuger (1) generiert und im Durchflutungsbereich der Längsspulen (3) durch die Lorentzkraft auf eine Kreisbahn gezwungen. Durch periodisches Ändern des Spulenstroms und damit Ändern der Stärke des Magnetfelds wird der Radius der Kreisbahn des Elektronenstrahls (5) variiert, wodurch der Elektronenstrahl (5) das Target (4) in einem auf einer Kreisbahn wandernden, Bremsstrahlung emittierenden Brennfleck (7) trifft. In der Mitte der Anordnung befindet sich außerhalb der Vakuumkammer (2) das zu untersuchende Objekt, von dem Datensätze von Durchstrahlungsprojektionen aus unterschiedlichen Projektionswinkeln vom Detektorbogen (6) aufgenommen werden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante befindet sich der Elektronenstrahlerzeuger (1) außerhalb der Längsspulen (3) und läuft durch eine axiale Lücke zwischen diesen Längsspulen (3) in den Durchflutungsbereich. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass der verwendete Eletronenstrahlerzeuger leicht ausgetauscht werden kann.

1

Elektronenstrahlerzeuger

2

Vakuumkammer

3

Längsspule(n)

4

Target

5

Elektronenstrahl

6

Röntgendetektorbogen

7

Röntgenquellspot

8

Objekt