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    Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Leistungsversorgung einer umlaufenden Röntgenröhre (17) zur Erzeugung eines Röntgenstrahls zur Akquisition von CT-Daten. Die Vorrichtung beinhaltet einen Schleifring (56), um Leistung von einem stationären Inverter zu einem umlaufenden HV-Teil (50) zu übertragen. Das HV-Teil (50) setzt die übertragene Leistung um und erzeugt an der Röntgenröhre (17) ein Spannungspotential zur Röntgenstrahlerzeugung. Der Inverter weist einen einzigen oder ein Paar Serienresonanzkreis(e) (62) auf, der bzw. die mit dem Schleifring (56) entweder direkt oder indirekt über einen Transformator (70) verbunden ist bzw. sind, um den Frequenzgehalt zu begrenzen und die Gleichtaktkomponente der über den Schleifring (56) gehenden Spannungs- und Stromwellenform zu verkleinern und auch um Leistungsverluste zu verringern.
    公开号:DE102004029962A1
    申请号:DE200410029962
    申请日:2004-06-21
    公开日:2005-01-20
    发明作者:Jason S. Waukesha Katcha；Jonathan R. Wales Schmidt
    申请人:GE Medical Systems Global Technology Co LLC；
    IPC主号:A61B6-03
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf diagnostische Bildgebungssysteme,die Computertomographie benutzen und mehr im Einzelnen auf einenRöntgenstrahlgeneratorund einen Schleifring fürein CT-System, derart, dass ein stationärer Inverter dem SchleifringLeistung zur Übertragungauf ein umlaufendes Hochspannungsteil zur Erzeugung eines Spannungspotentialsan einer umlaufenden Röntgenröhre überträgt.
    [0002] Typischerweiseemittiert bei Computertomographie(CT)-Bildgebungssystemen eine Röntgenstrahlquelleeinen fächerförmigen Röntgenstrahlauf ein Subjekt oder Objekt wie einen Patienten oder ein Gepäckstück. Im Nachfolgendenumfassen die Ausdrücke „Subjekt" und „Objekt" alles, was abgebildet werdenkann. Der Strahl trifft nach der Abschwächung durch das Subjekt aufein Array von Strahlungsdetektoren. Die Intensität der an dem Detektorarrayempfangenen geschwächtenRöntgenstrahlungist typischerweise von der Schwächungdes Röntgenstrahlsdurch das Subjekt abhängig.Jedes Detektorelement des Detektorarrays erzeugt ein getrennteselektrisches Signal, das fürden von dem jeweiligen Detektorelement empfangenen, geschwächten Strahlkennzeichnend ist. Die elektrischen Signale werden einem Datenverarbeitungssystemzur Analyse übermittelt,das schließlichein Bild erzeugt.
    [0003] Üblicherweisewerden die Röntgenstrahlquelleund das Detekotrarray in einer bildgebenden Ebene und rings um dasSubjekt herum mittels der Gantry umlaufen lassen. Röntgenstrahlquellenweisen typischerweise Röntgenröhren auf,die den Röntgenstrahljeweils an einem Brennfleck emittieren. Röntgenstrahldetektoren enthaltentypischerweise einen Kollimator zum Kollimieren von an dem Detektorempfangenen Röntgenstrahlen,außerdem,anschließendan den Kollimator, einen Szintillator zum Umsetzen der Röntgenstrahlenin Lichtenergie und Fotodioden um die Lichtenergie von dem angrenzendenSzintillator zu empfangen und daraus elektrische Signale zu erzeugen.
    [0004] Typischerweisesetzt jeder Szintillator eines Szintillatorarrays Röntgenstrahlenin Lichtenergie um. Jeder Szintillator überträgt Lichtenergie auf eine sichan ihn anschließendeFotodiode. Jede Fotodiode erfasst die Lichtenergie und erzeugt einentsprechendes elektrisches Signal. Die Ausgangsgrößen derFotodioden werden sodann dem Datenverarbeitungssystem zur Bildrekonstruktion übermittelt.
    [0005] DerRöntgenstrahlgeneratoreines CT-Systems ist an der Gantry angeordnet und läuft demgemäß während derDatenakquisition um einen Bildgebungstunnel um. Die Röntgenstrahlerzeugungbeinhaltet üblicherweiseeine Röntgenröhre, einDatenakquisitionssystem und bogenförmige Detektorarrays. Dieseran sich bekannte Aufbau ist in 1 veranschaulicht.Wie dargestellt, weisen der Röntgenstrahlgenerator- und Schleifringaufbau 2 eineRöntgenröhre 3,einen Hochspannungs(HV)-Teil (HV-Tank) 4 und einen Inverter 5 auf,der mit einem Schleifring 6 betriebsmäßig verbunden ist. Die Röhre 3,das HV-Teil 4 und der Inverter sind jeweils für sich miteiner umlaufenden Basis 7 verbunden und an dieser befestigt,die diese Elemente bei der Umlaufbewegung der Gantry trägt. Außerhalbder umlaufenden Basis 7 und elek trisch an den Schleifring 6 angeschlossen,ist eine Energieversorgungseinheit (PDU) 8 angeordnet,die stationärist und die deshalb nicht mit der Röhre 3 in dem Teil 4 unddem Inverter 5 umläuft.Der Inverter 5 ist typischerweise mit einer Gleichspannungvon bspw. 650 V= beaufschlagt und erzeugt eine Wechselspannungswellevon bspw. etwa 300 V Wechselspannung bei einer bestimmten Frequenzz.B. 20 bis 50 KHz. Die Wechselspannung wird dann dem HV-Teil 4 zugeführt, daseinen Transformator und einen Gleichrichter (nicht dargestellt) enthält, dieein HV-Gleichpotential erzeugen. Das HV-Potential wird an die Röntgensröhre 3 angelegt. Dadas HV-Teil und der Inverter auf der umlaufenden Basis sitzen, wirddie Energie zu dem Inverter in einfacher Weise auf der umlaufendenSeite übereinen Schleifring 6 verhältnismäßig niederer Spannung (ungefähr 650 VGleichspannung) übertragen.Die umlaufende Basis 7 ist außerdem mit einem oder mehrerenHilfseinrichtungen ausgerüstet,die Hilfsenergieversorgungsvorrichtungen beinhalten können, welcheallgemein mit dem Bezugszeichen 4a bezeichnet sind.
    [0006] Beidiesem Aufbau ist der Inverter 5 auf der umlaufenden Basis 7 angeordnetund läuftdeshalb währendder Datenakquisition um. Eine schematische Schaltungsanordnung desInverters ist in 2 veranschaulicht.Der Inverter 5 enthälteine Anzahl Leistungsschalter 9 (z.B. IGBTs), die in einerH-Konfiguration angeordnet sind. An einen Ausgang der H-Konfigurationist ein einen Resonanzkreis 10 bildender LC-Schaltkreis angeschlossen.Die Ausgangsgröße des Resonanzkreises 10 unddie andere Ausgangsgröße der H-Konfiguration 9 werdenin das HV-Teil 4 eingespeist. Das HV-Teil enthält einen Transformator 11,der an eine Gleichrichter- und Filterschaltung 12 angeschlossenist, um ein Spannungspotential an einer monopolaren Röntgenröhre 3 zuerzeugen. Der Inverter 5, das HV-Teil 4 und die Röhre 3 sindauf der umlaufenden Seite des Schleifrings 6 angeordnet.Bei diesem bekannten Aufbau wird somit eine verhältnismäßig niedrige Gleichspannungdem Schleifring 6 zugeführt,die dann zur weiteren Verarbeitung dem Inverter 5 zugeführt wird.
    [0007] DieAnordnung des Inverters auf der rotierenden Seite des Schleifringshat eine Anzahl Nachteile. So ist z.B. ein Umlaufenlassen mit höheren Gantrydrehzahlendeshalb problematisch, weil die Masse der Komponenten auf der sichdrehenden Seite, wie auch diesen zugeordnete, von der DrehbewegungherrührendeKräftedie Gantrydrehzahl begrenzen. Außerdem nehmen bei einer Erhöhung der Gantrydrehzahldie Leistungsanforderungen an den Röntgenstrahlgenerator ebenfallszu, um ein konstantes SNR erhalten zu können. Auch müssen die Abmessungenund die Masse der Röntgenstrahlgeneratorkomponentenebenfalls vergrößert werden, umdie erforderliche Leistung zu liefern. Schließlich führte die Größe der Röntgenstrahlgeneratorkomponentenbei gebräuchlichenCT-Systemen zu einem von der umlaufenden Basis vorkragenden Aufbau. Dieservorkragende Aufbau ergibt ein zusätzliches Drehmoment auf diezur Befestigung der Komponenten verwendeten Abstützungen, wie auch die an den Halterungenangreifenden Kräftevergrößert werden. Alldies beschränktdie Umlaufgeschwindigkeit der Gantry.
    [0008] Esgeht deshalb der Wunsch dahin, einen Röntgenstrahlgeneratoraufbauzu schaffen, der die Größen- undGewichtseinschränkungenbei der umlaufenden Basis eines CT-Systems verringert und damiteine Erhöhungder Gantrydrehzahl ohne Verschlechterung der Leistungsübertragungzu der Röntgenröhre erlaubt.
    [0009] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Leistungszufuhrzu einer Röntgenröhre zurErzeugung eines Röntgenstrahlsfür dieCT-Datenakquisition, die die im Vorstehenden erwähnten Nachteile vermeidet.Die Vorrichtung weist einen Schleifring auf, der dazu ausgelegtist, Leistung von einem stationärenInverter auf ein umlaufendes HV-Teilzu übertragen.Das HV-Teil ist so ausgelegt, dass es die übertragene Leistung konditioniertund an der Röntgenröhre einSpannungspotential zur Röntgenstrahlerzeugungerzeugt. Außerdemist der Inverter so konstruiert, dass er einen einzigen Serienresonanzkreisoder ein paar Serienresonanzkreise aufweist, der bzw. die mit demSchleifring entweder direkt oder indirekt über einen Transformator verbundenist bzw. sind.
    [0010] Gemäß einemAspekt der vorliegenden Erfindung weist deshalb ein Röntgenstrahlgeneratorfür einenCT-Scanner einen Schleifring zur Leistungsübertragung zu einem umlaufendenHochspannungsteil und einer umlaufenden Röntgenstrahlröhre auf, diemit dem Schleifring betriebsmäßig verbundenist, um von dem Hochspannungsteil Leistung zu erhalten. Die Röntgenröhre istso ausgelegt, dass sie Röntgenstrahlenauf ein auf einem Scangestell angeordnetes, zu scannendes Subjektprojiziert. Der Röntgenstrahlgeneratorweist außerdemeinen stationärenInverter auf, um dem Schleifring Wechselspannungsenergie zur Übertragungzu dem Hochspannungsteil zuzuführen.
    [0011] Gemäß einemanderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein CT-Bildgebungsgerät eine umlaufendeGantry mit einem durchgehenden Bildgebungstunnel und einem die Gantrytragenden stationärenSockel auf. An der umlaufenden Gantry ist ein Schleifring angeordnetund elektrisch mit einer Röntgenröhre undeinem Hochspannungsteil gekoppelt. Das Hochspannungsteil ist soausgelegt, dass es an die Röntgenröhre einHochspannungspotential zur Erzeugung von Röntgenstrahlen für die Datenakquisitionanlegt. Das CT-Bild gebungsgerätweist außerdemein außerhalbder Gantry befindliches Leistungsversorgungsgerät auf, dem eine Gleichspannungzugeführtwird und das eine Wechselspannung erzeugt, die über den Schleifring an dasHochspannungsteil angelegt wird.
    [0012] Untereinem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein CT-Scannereine Röntgenröhre undein Hochspannungsteil auf. Das Hochspannungsteil ist so ausgelegt,dass es an die Röntgenröhre einHochspannungspotential anlegen kann. Der CT-Scanner weist außerdem einenSchleifring auf, um dem Hochspannungsteil Strom zuzuführen. Außerdem istein stationärerSockel mit einem Inverter vorhanden, um dem Schleifring Wechselstromleistungzur Übertragungzu dem Hochspannungsteil zuzuleiten. Der Inverter beinhaltet wenigstenseinen Resonanzkreis, der mit dem Schleifring verbunden ist. Zahlreicheandere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindungergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung undder Zeichnung.
    [0013] DieZeichnung veranschaulicht eine fürdie Ausführungder Erfindung gegenwärtigbevorzugte Ausführungsform.In der Zeichnung ist:
    [0014] 1 eine schematische Skizzeeines bekannten Röntgenstrahlgenerator-und Schleifringaufbaus fürein CT-Bildgebungssystem;
    [0015] 2 ein schematisches Schaltbildeiner bekannten Invertertopologie zur Verwendung bei dem in 1 dargestellten Aufbau;
    [0016] 3 eine bildliche Darstellungeines CT-Systems gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0017] 4 ein schematisches Blockschaltbilddes in 1 veranschaulichtenSystems;
    [0018] 5 eine schematische Darstellungeines Röntgenstrahlgenerator-und Schleifringaufbaus gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0019] 6 ein schematische Schaltbildeiner Invertertopologie fürden in 5 dargestelltenAufbau, gemäß eineranderen Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0020] 7 ein schematisches Schaltbildeiner alternativen Invertertopologie für den Aufbau nach 5, gemäß einer weiteren Ausführungsformder vorliegenden Erfindung;
    [0021] 8 ein schematisches Schaltbildeiner anderen Invertertopologie für den in 5 dargestellten Aufbau, gemäß einernoch anderen Ausführungsformder vorliegenden Erfindung und
    [0022] 9 eine bildliche Darstellungeines CT-Systems zur Verwendung bei einem nicht-invasiven Gepäckuntersuchungssystem.
    [0023] Bezugnehmendauf die 3, 4 ist dort ein Computertomographie(CT)-Bildgebungssystem 14 dargestellt,das eine umlaufende Gantry 15 aufweist, die für einenCT-Scanner der „drittenGeneration" repräsentativist. Die Gantry 15 ist in einem Gantrysockel 16 gelagertund weist eine Röntgenröhre 17 auf, dieein BündelRöntgenstrahlen 18 aufein auf der gegenüberliegendenSeite der Gantry 15 angeordnetes Detektorarray 19 projiziert.Die Gantry 15 ist so aufgebaut, dass sie sich dreht undwird deshalb auch als die umlaufende Seite bezeichnet während derSockel 16 nicht umläuftund deshalb als die stationäreSeite definiert ist.
    [0024] Ein(nicht dargestellter) Schleifring ist in der Nähe einer (nicht dargestellten)umlaufenden Basis angeordnet, um Strom zu den während der Datenakquisitionumlaufenden Röntgenstrahlgeneratorkomponentenzu übertragen.Die rotierende Basis ist so konstruiert, dass sie die Röntgensröhre 17,ein (nicht dargestelltes) Hochspannungs(HV)-Teil (HV-Tank) und andere(nicht dargestellte) Hilfskomponenten beim Umlauf um einen medizinischenPatienten 22 trägt.Wie im Nachstehenden noch in größerem Detailbeschrieben werden wird, ist der Schleifring so ausgelegt, dasser von einem (nicht dargestellten) stationären Inverter in dem Gantrysockelempfangene elektrische Energie zu dem HV-Teil weiterleitet, so dassan der Röntgensröhre 17 einSpannungspotential angelegt werden kann. Für den Fachmann versteht sich,dass die vorliegende Erfindung auch für die Projektion und Detektionvon Gammastrahlen und anderer elektromagnetischer HV-Energie eingesetztwerden kann.
    [0025] DasDetektorarray 19 ist durch eine Anzahl Detektoren gebildet,die gemeinsam die durch den medizinischen Patienten 22 durchgehendenprojizierten Röntgenstrahlenerfassen. Jeder Detektor 20 erzeugt ein elektrisches Signal,das die Intensitäteines auftreffenden Röntgenstrahlsund damit den beim Durchgang durch den Patienten 22 geschwächten Röntgenstrahlkennzeichnet. Währendeines Scans zur Akquisition von Röntgenstrahlprojektionsdatenlaufen die Gantry 12 und die darauf angeordneten Komponentenum einen Drehpunkt 24 um.
    [0026] DieUmlaufbewegung der Gantry 15 und der Betrieb der Röntgenstrahlquelle 17 sinddurch einen Steuermechanismus 26 des CT-Systems 14 gesteuert.Der Steuermechanismus 26 beinhaltet eine Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28,die einer Röntgenstrahlquelle 17 Energie-und Taktsignale liefert und eine Gantrymotor-Steuereinrichtung 30,die die Umlaufgeschwindigkeit (Drehzahl) und Drehlage der Gantrysteuert. Ein Datenakquisitionssystem (DAS) 32 in dem Steuermechanismus 26 erfasstAnalogdaten von den Detektoren 20 und setzt diese Datenin Digitaldaten fürdie nachfolgende Verarbeitung um. Eine Bildrekonstruktionsbildeinrichtung 34 empfängt dieerfassten und digitalisierten Röntgenstrahldaten vondem DAS 32 und führteine Hochgeschwindigkeitsrekonstruktion durch. Das rekonstruierteBild wird sodann als Eingabegröße einemComputer 36 zugeführt,der das Bild in einer Großspeichereinrichtung 38 abspeichert.
    [0027] DerComputer 36 empfängtaußerdemvon einem Bediener übereine eine Tastatur aufweisende Konsole 40 Befehle und Scanparameter.Ein zugeordneter Bildschirm 42 gestattet es dem Bediener, dasrekonstruierte Bild und andere Daten von dem Computer 36 zubetrachten. Die von dem Bediener zugeführten Befehle und Parameterwerden von dem Computer dazu verwendet, Steuersignale und Informationenzu dem DAS 32, der Röntgenstrahlsteuereinrichtung 28 undder Gantrymotor-Steuereinrichtung 30 zuliefern. Außerdemsteuert der Computer 36 ein Liegenmotorsteuergerät 44 an,das eine motorbetätigteLiege 46 steuert, um den Patienten 22 und dieGantry 15 jeweils entsprechend zu positionieren. Die Liege 46 bewegtinsbesondere Teile des Patienten 22 durch einen Gantrytunnel 48.
    [0028] Bezugnehmendnun auf 5 ist dort eine Röntgenstrahlgenerator-und Schleifringanordnung gemäß der vorliegendenErfindung veranschaulicht. Die Röntgenstrahl- und Schleifringanordnung 48 umfasstdie Röntgenröhre 17 undein mit einer umlaufenden Basis 52 verbundenes Hochspannungsteil. Dieumlaufende Basis 52 ist in der Gantry des CT-Systems gelagertund so ausgelegt, dass sie die Umlaufbewegung der Röntgenröhre 17 unddes Hochspannungs(HV)-Teils 50 ermöglicht. Mittels der umlaufendenBasis 52 ist auch eine Hilfsvorrichtung 54 gelagert.Das HV-Teil 50 ist dazu ausgelegt ein Wechselstromsignalso umzuwandeln, dass eine hohe Gleichhochspannung erzeugt wird,die an die Röntgenröhre 17 angelegtwerden kann. Bei einer Ausführungsformist des HV-Teil 50 z.B.so ausgelegt, dass es ein Potential bis zu 160 KV zur Beaufschlagungder Röntgenröhre 17 erzeugenkann. Die Röntgenröhre erzeugtin Abhängigkeitvon der an sie angelegten Spannung Röntgenstrahlen zur Projektionauf einen zu scannenden Patienten.
    [0029] DieAnordnung 48 umfasst auch einen Schleifring, der schematischdurch einen Bogen 56 angedeutet ist, welcher einer im WesentlichenringförmigeGestalt aufweist und dazu ausgelegt ist dem HV-Teil 50 elektrischenStrom zuzuführen.Zu diesem Zwecke erhältder Schleifring 56 von der Netzversorgungseinheit (powerdistribution unit PDU) 58 eine Wechselspannung. Wie dargestelltkann die PDU 58 einen Inverter 60 beinhalten,der dazu eingerichtet ist, dem Schleifring 56 die Wechselspannungzuzuführen.Für denFachmann versteht sich aber, dass der Inverter auch außerhalbder PDU angeordnet sein kann. Außerdem ist, wie dies im Weiterennoch im Einzelnen erläutertwerden wird, der Inverter 60 bezüglich der umlaufenden Komponentender Anordnung 48 stationär und läuft deshalb während derDatenakquisition nicht um den Patienten um. Außerdem ist bei einer Ausführungsformder Inverter 60 so ausgelegt, dass er dem Schleifring 56 eineWechselspannung von etwa 300 Volt bei einer Frequenz von 30 kHzzuführt.Es versteht sich, dass auch andere Frequenzbereiche in Betrachtkommen, wie etwa von 20 Khz bis zu 1 mHz.
    [0030] DerSchleifring 56 hat einen verhältnismäßig großen Durchmesser und kann deshalbals eine strahlende Antenne wirken. Um die elektromagnetische Strahlungzu minimieren ist es daher wichtig, den Frequenzgehalt des Wechselstromsund der Wechselspannung an dem Schleifring auf ein Minimum zu reduzieren.Zu diesem Zwecke weist, wie in 6 dargestellt,die vorliegende Erfindung eine Invertertopologie auf, um den Frequenzgehaltder auf den Schleifring übertragenenWechselgrößen zu beschränken. DerInverter 60 enthältein Paar Resonanzkreise 62. Jeder Resonanzkreis beinhalteteinen Kondensator C und eine Induktivität (Induktor) L), die miteinanderin Serie geschaltet sind. Jeder Resonanzkreis 62 ist aneinen Ausgang einer Anzahl Leistungsschalter 64 angeschlossen,die in einer H-Konfiguration angeordnet sind. Zu den LeistungsschalternkönnenMosfets, IGBT'sund dergleichen gehören.Die Leistungsschalter 64 sind so ausgelegt, dass sie einehohe Gleichspannungseingangsgröße, wie etwa650 Volt Gleichspannung, erhalten und eine Wechselspannung variablerFrequenz, d.h. von etwa 20 bis 100 kHz, erzeugen.
    [0031] DieResonanzkreise sind an die Ausgänge derLeistungsschalterkonfiguration angeschlossen und liegen somit zwischenden Leistungsschalterausgängenund dem Schleifring 56. Zu bemerken ist, dass bei einerAusführungsformdie Werte der induktiven und reaktiven Komponenten der Resonanzkreisebei jedem Konverter gleich sind. Die Resonanzkreise sind daraufausgelegt, die schnellen Schalterscheinungen der Leistungsschalterzu glättenund damit den Frequenzgehalt zu begrenzen und die Gleichtaktkomponenteder auf den Schleifring 56 übertragenen Wellen zu verringern.
    [0032] Nochbezugnehmend auf 6 definiertder Schleifring 56 eine Trennstelle zwischen einer stationären Seiteund einer umlaufenden Seite des Röntgenstrahlgenerators. Wieoben erwähnt,sind der Inverter und dessen zugeordnete Topologie auf der stationären Seitedes Schleifrings 56 angeordnet. Demgemäß läuft der Inverter während desDatenaquisiontsvorgangs nicht mit dem Hochspannungsteil 50 oderder Röntgenröhre 17 um.Die umlaufende Seite des Röntgenstrahlgenerator-und Schleifringaufbaus beinhaltet das Hochspannungsteil 50,das von dem Schleifring 56 eine Wechselgröße zugeführt erhält und dasdiese Wechselgröße so umsetzt,dass es an der Röntgenröhre 17 einGleichhochspannungspotential anlegt. Das HV-Teil 50 beinhalteteinen Transformator 66 und eine Gleichrichter- und Filterschaltung 68,um das durch den Schleifring 56 zugeführte Wechselspannungssignalzu verarbeiten. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das HV-Teil 50 dazuausgelegt, an der Röntgenröhre 17 einGleichpotential von 160 kV anzulegen.
    [0033] Bezugnehmendauf 7 ist dort eineInvertertopologie gemäß eineranderen Ausführungsform dervorliegenden Erfindung dargestellt. Der Inverter 60 hatbei dieser Ausführungsformeine ähnlicheTopologie, wie sie anhand von 6 beschriebenworden ist, und weist eine Anzahl in einer H-Konfiguration angeordneter Leistungsschalter 64 auf,die eine Wechselspannung abgeben können, welche von einem PaarSerienresonanzkreise 62 geglättet wird. Im Gegensatz zuder in 6 veranschaulichtenTopologie beinhaltet der in 7 gezeigteAufbau aber einen Transformator, der zwischen den Resonanzkreisausgängen unddem Schleifring 56 angeordnet ist. Der Transformator 70 istin die Anordnung deshalb eingeführt,um die wirksame Induktivitätdes Schleifrings 56 zu beeinflussen. Der Schleifring 56 hatbeispielsweise eine Indukivität,die typischerweise zwischen 0,0 mH bis 0,6 mH, abhängig vonder jeweiligen Drehstellung, liegt. Durch das Zufügen des Transformators 70 zuder Schaltung wird die wirksame Induktanz um N2 verringert,wobei N das Windungsverhältnisdes Transformators 70 ist. Wenn zum Beispiel das Windungsverhältnis desTransformators 70 gleich 1 : N ist, wird die Induktivität oder Schwankungsbreitedes Schleifrings 56 z.B . von 0,4 mH auf 0,016 mH, um einenFaktor 25 verkleinert. Außerdem hat der Schleifringeinen in Reihe liegenden Widerstand, der ebenfalls um N2 verkleinertwird, wodurch die Verluste herabgesetzt werden.
    [0034] DasEinfügendes Transformators 70 mit einem Windungsverhältnis von1 : N in den Röntgenstrahlgenerator-und Schleifringaufbau erfordert, dass das Windungsverhältnis desTransformators 66 und des HV-Teils 50 um N herabgesetztwird, um das Einfügendes Transforators 70 zu kompensieren. Das bedeutet, dassdas Windungsverhältnisdes Transformators 66 gleich 1 : X – N wird, wobei N das Windungsverhältnis desTransformators 70 und X das Windungsverhältnis desTransformators 66, ohne in dem System befindlichem Transformator 70,ist. Wenn der Transformator 66, z.B. bei fehlendem Transformator 70 sonstein Windungsverhältnisvon 8 hätte,erfordert das Einfügendes Transformators 70 mit einem Windungsverhältnis von5, dass der Transformator 66 so ausgelegt wird, dass erein Windungsverhältnisvon 3 hat. Außerdemhat der Schleifring eine effektive Induktivität von Y/N2,wobei Y gleich der Induktivitätdes Schleifrings bei in der Schaltungstopologie nicht enthaltenemTransformator 70 ist.
    [0035] Wennbei der im Vorstehenden beschriebenen Erfindung die Inverteranordnungund deren zugeordnete Halterung von der umlaufenden Seite weggenommenwerden, kann auch ein dem CT-System typischerweise zugeordnetesAusgleichsgewicht, das die gleiche Masse wie die Inverteranordnungaufweist, entfallen. Die Aufstellung des Inverters auf der stationären Seitedes Systems, wie auch die Wegnahme irgendwelcher Gegengewichte,erlauben auch die Vermeidung von vorkragenden Anordnungen und ergebendeshalb eine gleichmäßig ausgewuchteteGantry, was bei höherenGantry Umlaufgeschwindigkeiten, wie etwa 0,2 Sek./Umlauf von kritischerBedeutung ist. Außerdemgestattet die Hochfrequenzwechselspannung an dem Schleifring dieBenutzung eines kontaktlosen Schleifrings, wodurch Schleifringbürsten vermiedenwerden. Schließlichwird durch das Überführen desInverters von der umlaufenden Seite auf die stationäre Seitedes Systems Platz füreinen größeren Generatorzur Erzeugung größerer Leistungen,wie etwa 150 kW und 200 kW geschaffen, wie sie typischerweise für schnelleresScannen erforderlich sind.
    [0036] Bezugnehmendnun auf 8 ist dort ein Röntgenstrahlgenerator-und Schleifringaufbau gemäß einerweiteren Ausführungsformder Erfindung veranschaulicht. Der Aufbau nach 8 ist ähnlich jenem der Ausführungsformnach 7. Der Aufbau nach 8 verwendet jedoch lediglicheinen einzigen Serienresonanzkreis 62. Demgemäß ist einAusgang der H-Konfiguration der Leistungsschalter 64 anden Resonanzkreis 62 angeschlossen, während der andere Ausgang direktmit dem Transformator 70 verbunden ist. Der Ausgang desResonanzkreises 62 ist außerdem eingangsseitig an denTransformator 70 angeschlossen. Demgemäß wird der positive Teil dervon den Leistungsschaltern abgegebenen Wechselspannung dem Resonanzkreiszur Glättungzugeführtwährendder negative Teil der Wechselspannung unmittelbar in den Transformator 70 eingespeistwird. Ähnlichwie bei den Ausführungsformen nachden 6, 7 ist der Inverter 60 stationär während dasHV-Teil 50 und die Röntgenröhre 17 umlaufen.Dem Schleifring 56 von dem Transformator 70 zugeführter Stromwird dem HV-Teil 50 zur Erzeugung eines Hochspannungspotentialszugeleitet, das an der Röntgenröhre 17 angelegtwird, um Röntgenstrahlenfür dieCT-Datenakquisition zu erzeugen. Ähnlich wie bei dem in 7 veranschaulichten Aufbaubeeinflusst in 8 dasWindungs verhältnisdes Transformators 70 das Windungsverhältnis des Transformators 66 desHV-Teils 50. Außerdemwerden Hochfrequenz- und Gleichtaktkomponenten bei den Schleifring-Wechselgrößen-Wellenformenverringert.
    [0037] Bezugnehmendnun auf 9 beinhaltetein Paket/Gepäckinspektionssystem 100,das die vorbeschriebene Röntgenstrahlgenerator-und Schleifringarchitektur und die ebenfalls beschriebene Invertertopologieaufweist, eine umlaufende Gantry 102 mit einer durchgehenden Öffnung 104,durch die Pakete oder Gepäckstücke durchgehenkönnen.Die umlaufende Gantry 102 weist eine elektromagnetische Hochfrequenzenergiequelle 106 undeine Detektoreinrichtung 108 auf. Außerdem ist ein Fördersystem 110 vorgesehen,das ein Förderband 112 aufweist, welchesauf einem Gestell 114 so gelagert ist, dass es automatischund fortwährendzu scannende Pakete oder Gepäckstücke 116 durchdie Öffnung 104 transportiert.Objekte 116 werden von dem Förderband 112 durchdie Öffnung 104 transportiert.Dabei werden bildgebende Daten akquiriert, und daran anschließend bewegtdas Förderband 112 dieGepäckstücke 116 ingesteuerter und fortlaufender Weise aus der Öffnung 104 heruas.Demgemäß können Postüberwacher,Gepäckhandhabungspersonalund anderes Sicherheitspersonal den Inhalt der Gepäckstücke 116 nichtinvasivauf Sprengstoffe, Messer, Gewehre, Schmuggelgut, etc. untersuchen.
    [0038] Gemäß einerAusführungsformder vorliegenden Erfindung weist ein Röntgenstrahlgenerator für einenCT-Scanner deshalb einen Schleifring auf, um Leistung zu einem umlaufendenHochspannungsteil und einer umlaufenden Röntgenröhre zu übertragen, die mit dem Schleifringelektrisch so gekoppelt sind, dass die Röhre Leistung aus dem Hochspannungsteilerhält.Die Röntgenröhre istso ausgelegt, dass sie Röntgenstrahlenauf ein auf einem Scangestell angeordnetes zu scan nendes Subjekt projiziert.Der Röntgenstrahlgeneratorbeinhaltet außerdemeinen stationärenInverter, der dem Schleifring Wechselspannungsleistung zur Weiterleitungan das Hochspannungsteil zuführt.
    [0039] Gemäß eineranderen Ausführungsformder vorliegenden Erfindung weist ein CT-Bildgebungsgerät eine umlaufendeGantry mit einer durchgehenden Bohrung (Tunnel) und einen die Gantrylagernden stationärenSockel auf. Ein Schleifring ist an der umlaufenden Gantry montiertund mit einer Röntgenröhre undeinem Hochspannungsteil elektrisch verbunden. Das Hochspannungsteilist so ausgelegt, dass es zur Erzeugung von Röntgenstrahlen für die Datenakquisitionein Hochspannungspotential an die Röntgenröhre anlegt. Das CT-Bildgebungsgerät beinhaltetaußerdemein außerhalbder Gantry vorgesehenes Stromversorgungsgerät, das eingangsseitig Gleichspannungzugeleitet erhältund das eine Wechselspannung erzeugt, die über den Schleifring an dasHochspannungsteil angelegt wird.
    [0040] Gemäß einerweiteren Ausführungsformder vorliegenden Erfindung weist ein CT-Scanner eine Röntgenröhre undein Hochspannungsteil auf. Das Hochspannungsteil ist so ausgelegt,dass es an die Röntgenröhre einHochspannungspotential anlegt. Der CT-Scanner weist außerdem einenSchleifring auf, um dem Hochspannungsteil Strom zuzuleiten. Darüberhinausist eine stationäreBasis mit einem Inverter beschrieben, um dem Schleifring Wechselstromleistungzur Weiterleitung an das Hochspannungsteil zuzuführen. Der Inverter enthält eineneinzigen oder ein Paar Resonanzkreise, die an den Schleifring entwederdirekt oder übereinen Transformator angeschlossen sind.
    [0041] Dievorliegende Erfindung wurde anhand einer bevorzugten Ausführungsformbeschrieben, es versteht sich aber, dass äquivalente Alternativen und Abwandlungen,abgesehen von den ohnehin erwähnten,möglichsind und im Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche liegen.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Röntgenstrahlgeneratorfür einenCT-Scanner (14), wobei der Generator aufweist: – einenSchleifring (56) zur Leistungsübertragung zu einem umlaufendenHochspannungs(HV)-Teil; – eineumlaufende Röntgenröhre (17),die mit dem Schleifring (56) betriebsmäßig verbunden ist und die Leistungvon dem HV-Teil (50) zugeleitet erhält und Röntgenstrahlen auf ein zu scannendesSubjekt (22) projiziert; und – einen stationären Inverter,um dem Schleifring (56) zur Weiterleitung an das HV-Teil(50) Wechselspannungsleistung zuzuführen.
    [2] Röntgenstrahlgeneratornach Anspruch 1, bei dem der stationäre Inverter eine Anzahl ineiner H-Brückenkonfigurationangeordneter Leistungsschalter (64) aufweist, von denendie Konfiguration zwei Ausgängeaufweist, wobei wenigstens ein Ausgang mit einem Resonanzkreis (62)verbunden ist.
    [3] Röntgenstrahlgeneratornach Anspruch 2, bei dem der wenigstens eine Resonanzkreis (62)mit dem Schleifring (56) verbunden ist.
    [4] Röntgenstrahlgeneratornach Anspruch 2, bei dem jeder Resonanzkreis eine Kapazität und eine damitin Reihe liegende Induktivitätaufweist.
    [5] Röntgenstrahlgeneratornach Anspruch 2, bei dem der wenigstens eine Resonanzkreis (62)an Eingängeeines Transformators (70) angeschlossen ist und bei demder Transformator (70) Ausgänge aufweist, die mit dem Schleifring(56) verbunden sind.
    [6] Röntgenstrahlgeneratornach Anspruch 5, bei dem der Transformator (70) ein Windungsverhältnis von1:N und ein Transformator (66) des Hochspannungsteils (50)ein Windungsverhältnis1:X-N aufweisen.
    [7] Röntgenstrahlgeneratornach Anspruch 6, bei dem der Schleifring (56) eine wirksameInduktivität vonY/N2 aufweist.
    [8] Röntgenstrahlgeneratornach Anspruch 1, der in ein CT-Bildgebungsgerät (14)mit einer umlaufenden Gantry (15) eingefügt ist.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-08-18| R012| Request for examination validly filed|Effective date: 20110524 |
    2015-01-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    2015-04-02| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20150101 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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