DE10164318A1 - Festkörper-CT-System und Verfahren - Google Patents

Abstract

Es ist eine Festkörper-Röntgenquelle (14) für ein Computertomographie-(CT-)Abbildungssystem (10) dargestellt. Die Röntgenquelle (14) weist eine Kathode (58) auf, die vorzugsweise aus einer Vielzahl adressierbarer Elemente gebildet ist. Die Kathode ist in einer Vakuumkammer (74) positioniert, so dass von ihr emittierte Elektronen auf eine Anode (68) treffen, die von der Kathode (58) räumlich entfernt ist. Ein Elektronenstrahl (82) wird gebildet und entlang der Länge der Kathode (58) bewegt. Die Anode (68) ist in einem Kühlblockabschnitt (58) angeordnet und liegt funktionsfähig an einem Röntgentransmissionsfenster (66). Die Anode (68) und das Röntgentransmissionsfenster (66) sind in einem verlängerten Kanal (64) des Kühlblockabschnitts (56) angeordnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Computertomographie-(CT-)Abbildung und insbesondere eine Röntgenquelle, die in Verbindung mit CT-Systemen verwendet wird.

Bei zumindest einigen Computertomographie-(CT-)­ Abbildungssystemanordnungen projiziert eine Röntgenquelle einen fächerförmigen Strahl, der kollimiert ist, so dass er in einer X-Y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems liegt, die allgemein als die "Abbildungsebene" bezeichnet wird. Der Röntgenstrahl fällt durch das abgebildete Objekt, wie einen Patienten. Nachdem der Strahl durch das Objekt gedämpft wurde, trifft er auf ein Array von Strahlungserfassungseinrichtungen. Die Intensität der am Erfassungsarray empfangenen gedämpften Strahlung hängt von der Dämpfung des Röntgenstrahls durch das Objekt ab. Jedes Erfassungselement des Arrays erzeugt ein separates elektrisches Signal, das ein Maß der Strahldämpfung am Erfassungsort ist. Die Dämpfungsmaße von allen Erfassungseinrichtungen werden separat zur Erzeugung eines Übertragungsprofils erfasst.

Bei bekannten CT-Systemen der dritten Generation drehen sich die Röntgenquelle und das Erfassungsarray mit einem Fasslager in der Abbildungsebene und um das abzubildende Objekt, so dass sich der Winkel, an dem der Röntgenstrahl das Objekt schneidet, konstant ändert. Röntgenquellen beinhalten typischerweise Röntgenröhren, die den Röntgenstrahl am Brennpunkt emittieren.

Röntgenerfassungseinrichtungen beinhalten typischerweise einen Kollimator zur Kollimation von an der Erfassungseinrichtung empfangenen Röntgenstrahlen. Ein Scintillator ist angrenzend an den Kollimator angeordnet, und Photodioden sind angrenzend an den Scintillator positioniert.

Mehrfachschnitt-CT-Systeme werden zum Erhalten von Daten für eine erhöhte Anzahl von Schnitten während einer Abtastung verwendet. Bekannte Mehrfachschnittsysteme enthalten typischerweise Erfassungseinrichtungen, die allgemein als 3-D-Erfassungseinrichtungen bekannt sind. Bei solchen 3-D-Erfassungseinrichtungen bildet eine Vielzahl von Erfassungselementen separate Kanäle, die in Spalten und Reihen angeordnet sind. Jede Reihe von Erfassungseinrichtungen bildet einen separaten Schnitt. Beispielsweise weist eine 2-Schnitt-Erfassungseinrichtung zwei Reihen von Erfassungselementen auf, und eine 4- Schnitt-Erfassungseinrichtung weist vier Reihen von Erfassungselementen auf. Während einer Mehrfachschnittabtastung wird eine Vielzahl von Reihen von Erfassungszellen gleichzeitig von dem Röntgenstrahl getroffen, und daher werden Daten für mehrere Schnitte erhalten.

Ein System, das keine rotierende Röntgenquelle erfordert, ist in der US-A-4521900 und in der US-A-4521901 beschrieben. In der US-A-4521900 wird eine große Vakuumkammer verwendet, die eine Elektronenkanone und ringförmige Targets zur Erzeugung von Röntgenstrahlen beinhaltet. Der Elektronenstrahl tritt aus der Kanone mehrere Fuß weg vom Patienten aus, läuft einen gebogenen Weg entlang, und bewegt sich in Richtung der Targets, und trifft dann auf das Material zur Erzeugung von Röntgenstrahlen. Der einzelne Elektronenstrahl mit ziemlich hoher Leistung beschreibt einen Kreis, einen Ring, der den Patienten umgibt, um den "Abtast"-Effekt zu erzeugen. Ein Nachteil dieses Systems besteht darin, dass ein großes Vakuumsystem erforderlich ist, um den Weg des Elektronenstrahls bzw. die Trajektorie zu umschließen, und des weiteren ein kompliziertes Strahlablenksystem zum genauen Lenken des Strahls angewendet wird.

Es wäre demnach erwünscht, eine CT-Abtasteinrichtung und ein CT-Abtastsystem auszubilden, das eine Röntgenquelle bereitstellt, wobei die Komplexität des Abtastsystems reduziert wird und keine rotierende Röntgenquelle erforderlich ist.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt daher in der Ausbildung einer Festkörper-Röntgenröhre zur Verringerung der Komplexität der Röntgenröhre. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein CT-System eine Festkörper- Röntgenquelle für ein Computertomographie-(CT-)Ab­ bildungssystem. Die Röntgenquelle weist eine Kathode auf, die vorzugsweise aus einer Vielzahl von adressierbaren Elementen gebildet wird. Die Kathode ist in einer Vakuumkammer positioniert, so dass von dieser emittierte Elektronen auf eine Anode treffen, die von der Kathode beabstandet angeordnet ist. Ein Elektronenstrahl wird gebildet und bewegt sich entlang der Länge der Kathode. Die Anode ist in einem Kühlblockabschnitt angeordnet und grenzt funktionsfähig an ein Röntgentransmissionsfenster an. Die Anode und das Röntgentransmissionsfenster sind in einem verlängerten Kanal des Kühlblockabschnitts angeordnet.

Vorzugsweise verwendet die Erfindung die Kaltkathodentechnik. Die Anwendung der Kaltkathodentechnik ermöglicht ein sehr schnelles Ein- und Ausschalten einer Elektronenstrahlquelle, wobei durch die Schaltgeschwindigkeit der assoziierten elektronischen und optischen Schaltung eine Grenze gesetzt wird. Außerdem können schnelle elektronische Steuerschaltungen ein aufeinanderfolgendes Schalten einer Vielzahl dieser emittierenden Quellen ermöglichen, wodurch einem Elektronenstrahl das Abfahren eines Target ermöglicht wird. Diese Technologie ermöglicht die Beseitigung einer typischen rotierenden Röntgenquelle in einem CT-System, was die hiermit verbundene Komplexität wesentlich beseitigt. Beispielsweise sind mit bekannten CT-Systemen Lagerfragen, Targetausgleichsprobleme und Z-Achsen-Ausdehnungsprobleme verbunden. Außerdem sind die vorbekannten Systeme komplex zu warten.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Verwendung von Festkörperkomponenten das Erfordernis eines großen Vakuumsystems und eines komplizierten Strahlablenksystems beseitigt. Weitere beseitigte Merkmale, die verglichen mit dem Stand der Technik nicht erforderlich sind, enthalten ein rotierendes Target, eine Heizfadenschaltung und Motoren und die großen Trägerrahmen für ein rotierendes Target.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass aufgrund der schnellen Abtastzeiten Anwendungen mit schnellen Abtastzeiten, wie eine Herzabbildung, durchgeführt werden können.

Eine weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass im allgemeinen bei einem rotierenden System verwendete Kontaktringe beseitigt werden können. Kontaktringverbindungen führen typischerweise Rauschen und Komplexität in die Übertragung von Signalen, die von den Erfassungseinrichtungen erhalten werden, sowie in die Sendeleistung und Hochspannung für die Röntgenquelle ein.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass aufgrund der durch eine stationäre Anode ermöglichten großen Wärmeabstrahlung das gewöhnliche massive Target mit der massiven Graphitrückwand zur Speicherung von Wärme nicht erforderlich ist, die durch Elektronen erzeugt wird, die im Target zur Ruhe kommen. Dies reduziert des weiteren das Erfordernis des Wartens auf die Abkühlung der Röntgenröhre stark oder beseitigt es.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass keine Abschirmung zur Beseitigung des Effekts des Erdmagnetfeldes erforderlich ist.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung ersichtlich.

Fig. 1 zeigt eine bildliche Darstellung eines erfindungsgemäßen CT-Abbildungssystems.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild des in Fig. 1 dargestellten Systems.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Festkörper-Röntgenröhre.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Die Fig. 5A und 5B zeigen schematische Darstellungen einer Abtastung unter Verwendung einer Vielzahl von Röntgenröhren und Erfassungseinrichtungen gemäß der Erfindung.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt eines alternativen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Computertomographie-(CT-)Ab­ bildungssystem 10 gezeigt, das ein Fasslager 12 enthält, das eine CT-Abtasteinrichtung der "dritten Generation" darstellt. Das Fasslager 12 weist eine Röntgenquelle 14 auf, die Röntgenstrahlen 16 in Richtung eines Erfassungsarrays 18 auf der gegenüberliegenden Seite des Fasslagers 12 projiziert.

Das Erfassungsarray 18 ist aus einer Vielzahl von Erfassungselementen 20 gebildet, die zusammen die projizierten Röntgenstrahlen erfassen, die durch einen medizinischen Patienten 22 fallen. Jedes Erfassungselement 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls und somit die Dämpfung des Strahls darstellt, wenn er durch den Patienten 22 fällt. Während einer Abtastung zur Erfassung von Röntgenprojektionsdaten drehen sich das Gehäuse 12 und die daran angebrachten Komponenten um einen Gravitationsmittelpunkt.

Der Betrieb der Röntgenquelle 14 wird durch eine Steuereinrichtung 26 des CT-Systems 10 gesteuert. Die Steuereinrichtung 26 enthält eine Röntgensteuereinrichtung 28, die die Röntgenquelle 14 mit Energie- und Zeitsignalen versorgt. Ein Datenerfassungssystem (DAS) 32 in der Steuereinrichtung 26 tastet analoge Daten von den Erfassungselementen 20 ab und wandelt die Daten in digitale Signale zur nachfolgenden Verarbeitung um. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung 34 empfängt abgetastete und digitalisierte Röntgendaten von dem DAS 32 und führt eine Hochgeschwindigkeitsbildrekonstruktion durch. Das rekonstruierte Bild wird einem Computer 36 als Eingangssignal zugeführt, der das Bild in einer Massenspeichereinrichtung 38 speichert.

Der Computer 36 empfängt und führt Signale auch über eine Benutzerschnittstelle oder graphische Benutzerschnittstelle (GUI) zu. Insbesondere empfängt der Computer 36 Befehle und Abtastparameter von einer Bedienerkonsole 40, die vorzugsweise eine Tastatur und eine Maus (nicht gezeigt) enthält. Eine zugehörige Kathodenstrahlröhrenanzeigeeinrichtung 42 ermöglicht dem Bediener die Betrachtung des rekonstruierten Bildes und anderer Daten vom Computer 36. Die vom Bediener zugeführten Befehle und Parameter, werden vom Computer 36 zur Ausbildung von Steuersignalen und Informationen für die Röntgensteuereinrichtung 28, das DAS 32 und eine Tischmotorsteuereinrichtung 44 unter Kommunikation mit einem Tisch 46 zur Steuerung des Betriebs und der Bewegung der Systemkomponenten verwendet.

In den Fig. 3 und 4 sind jeweils ein longitudinaler Querschnitt und ein lateraler Querschnitt einer Röntgenquelle gezeigt. Die Röntgenquelle 14 weist ein Gehäuse 50 auf, das zum Ausbilden eines Vakuums darin versiegelt ist. Das Gehäuse 50 weist einen Trägerrahmen 52 auf, der darin positioniert ist. Der Trägerrahmen 52 umfasst vorzugsweise ein isolierendes Material wie Aluminiumoxid.

Das Gehäuse 50 weist einen Trägerabschnitt 54 und einen Kühlblockabschnitt 56 auf. Der Trägerabschnitt 54 ist vorzugsweise aus einem isolierenden Material wie einer Hochspannungs-Epoxid-Verbindung gebildet. Verschiedene Arten von Verbindungen sind für den Fachmann ersichtlich. Der Kühlblockabschnitt 56 ist wärmeleitend und elektrisch leitend. Der Kühlblockabschnitt 56 ist vorzugsweise aus Kupfer gebildet.

Der Trägerabschnitt 54 hat allgemein eine verlängerte Halbrohrform. Wie gezeigt ist der Trägerabschnitt 54 U- förmig. Der Trägerabschnitt 54 wird zur Positionierung einer Kathode 58 zur Erzeugung von Elektronen verwendet. Die Kathode 58 kann von einem Kathodenträgerabschnitt 60 getragen werden, der mit dem Trägerabschnitt 54 integral gebildet ist. Der Kathodenträgerabschnitt 60 erstreckt sich um eine vorbestimmte Distanz D von einer Rückwand 62 des Trägerabschnitts 54. Die Distanz D kann in Abhängigkeit von der gewünschten Eigenschaft der verwendeten Materialien und gewünschten Ausgabe eingestellt werden.

Der Kühlblockabschnitt 56 weist einen verlängerten Kanal 64 oder eine sich dadurch erstreckende Strahlöffnung auf. Der verlängerte Kanal 64 weist ein darin angeordnetes Röntgentransmissionsfenster 66 auf. Das Röntgentransmissionsfenster 66 füllt den verlängerten Kanal 64 vorzugsweise vollständig. Das Röntgentransmissionsfenster 66 ist bevorzugt aus einem elektrisch leitenden Material und einem wärmeleitenden Material wie einem kohlenstoffbasierten Material wie Graphit gebildet. Es wird auch bevorzugt, dass der Massenwert oder "Z" des Röntgentransmissionsfensters 66 relativ niedrig ist. Andere dem Fachmann bekannte geeignete Materialien beinhalten Beryllium.

Eine Anode 68 ist direkt und funktionsfähig angrenzend an das Röntgentransmissionsfenster 66 gebildet. Vorzugsweise ist die Anode 68 aus einer dünnen Metallschicht 68 oder einer Folie gebildet. Die Dünnfilmanode 68 ist vorzugsweise aus einem Material mit großem Atomgewicht wie Wolfram oder Uran gebildet. Natürlich erkennt der Fachmann, dass bevorzugt Material mit höchstem Atomgewicht verwendet wird, es aber einen Kompromiss zwischen der physikalischen Dimension, des Verhältnisses Stärke zu Gewicht und der Röntgenerzeugung gibt. Die Anode 68 kann aus einem dünnen Film gebildet sein, der direkt auf das Fenster 66 aufgebracht bzw. abgeschieden ist. Aufgrund des Röntgenvorgangs kann an der Anode 68 Wärme erzeugt werden, und daher ist die Anode 68 vorzugsweise thermisch mit dem Kühlblockabschnitt 56 gekoppelt. Die Anode 68 kann auch aus einer relativ dünnen Schicht aus Wolfram oder Wolframlegierung (2 bis 30 Mikrometer) auf einem Kupfersubstrat gebildet werden.

Der Kühlblockabschnitt 56 weist vorzugsweise eine Vielzahl von Kühlröhren 70 auf, die sich durch ihn erstrecken. Die Kühlröhre 70 sieht ein Kühlungsfluid oder Luft durch sie vor, um die Temperatur des Kühlblockabschnitts 56 und schließlich die Temperatur der Anode 68 zu verringern. Vorzugsweise erstreckt sich die Kühlröhre 70 im wesentlichen über die Länge L der Röntgenquelle 14. Der verlängerte Kanal 64 ist im Kühlblockabschnitt 56 durch Schultern 72 definiert, die sich in eine Richtung nach innen zu der Kathode 58 erstrecken. Wie es nachstehend beschrieben ist, helfen die Schultern 72 bei der Ausbildung eines leitenden Pfades für Elektronen, die durch die Anode 68 laufen.

Der Trägerabschnitt 54 und der Kühlblockabschnitt 56 definieren darin eine Vakuumkammer 74. Die Vakuumkammer 74 erstreckt sich vorzugsweise im wesentlichen über die Länge des Trägerabschnitts 54 und des Kühlblockabschnitts 56 knapp an den Endwandstrukturen. Die Vakuumkammer 74 wird vorzugsweise aktiv gepumpt, so dass das Vakuum immer auf optimalem Niveau ist. Dies verringert eine Hochspannungsinstabilität.

Die Kathode 58 weist eine Vielzahl von mit ihr verbundenen Steuerverbindungen 76 auf. Die Steuerverbindungen 76 steuern das Einschalten und Ausschalten der Kathode 76. Ein Hochspannungseingang 78 ist mit der Kathode 58 zum Ausbilden des erforderlichen Potentials für die Erzeugung der Elektronen verbunden. Sowohl die Steuerverbindungen 76 als auch der Hochspannungseingang 78 können durch den Trägerabschnitt 54 gebildet sein.

Die Kathode 58 ist vorzugsweise aus einem verlängerten Array von Elektronenemittern gebildet. Verschiede Emittertypen können verwendet werden. Beispielsweise können ferroelektrische Emitter zur Erzeugung einer Elektronenemission in der Form einer kleinen, relativ engen Strahlbreite verwendet werden, die auf die Anode 68 trifft. Ein anderer verwendbarer Kathodentyp ist eine Dünnfilmemissionskathode. Diese Technologie ist ähnlich der bei Flachschirmmonitoren und Fernsehgeräten verwendeten. Für die Kathode 58 können auch Photoemitter verwendet werden. Photoemitter können beispielsweise kompakte Laserdiodenarrays verwenden. Eine Emission geschieht entsprechend der Reihenfolge, wie die Laserstrahlen mit ausreichend Leistung und der geeigneten Wellenlänge die Emitter durch Rasterabtastung der Emitter "adressieren", die über eine Seite einer Flachfeldebene oder auf einem Streifen angeordnet sind, der über die Seite der Einrichtung abtastet bzw. sich darüber bewegt. Die Photoemitter können auch in der Form einer Zeile oder Reihe alleinstehender Emittersätze kleinerer Dimension gebildet sein, die in einem Muster emittieren, das den Emittern entspricht, die zur Emission adressiert wurden. Bei allen Ausführungsbeispielen kann die Kathode 58 aus einer Vielzahl von Emittern 80 gebildet sein, die am besten in Fig. 3 gezeigt sind. Die Kathodenelemente 80 sind vorzugsweise adressierbar, was heißt, dass sie wahlweise ein- und ausgeschaltet werden können, um den Elektronenstrahl zu bilden. Hinsichtlich der Emitter emittieren Photoemitter Elektronen, wenn Licht die Festkörpereinrichtung erreicht, die die Elektronen in die Vakuumkammer 74 entlassen kann. Eine Lichtemission von Photolasereinrichtungen, wie Festkörperlaser und dergleichen, wurden innerhalb von Mikro- oder Nanosekunden gesteuert. Lasereinrichtungen können eine Photoemission mit hoher Ausbeute erzeugen. Vorzugsweise ist die Adressierbarkeit sequentiell und ermöglicht dem an einem Ende gebildeten Strahl eine effektive Bewegung über die Kathode wie bei einer Abtastung. Es können auch Lichtsignalschalteinrichtungen, wie mikrobearbeitete Spiegel auf einem monolithisches Festkörpersubstrat verwendet werden. Licht kann auch unter Verwendung einer Glasfasereinrichtung oder freien Strahleinrichtung zugeführt werden. Beispielsweise wird ein sechs Mikroampere Elektronenstrahl bei jedem Milliwatt des Laserlichts bei einer Quantenausbeute von 1% unter Verwendung eines Galliumarsenidlasers mit 780 Nanometer Licht erzeugt, wobei eine Zirkularpolarisation zum Erhalten polarisierter Elektronen verwendet wird. Infrarotlaserstäbe sind im 1 Watt bis 10 Watt Leistungsbereich auch im Handel erhältlich, was 6 bis 60 Milliampere von Elektronen bei einer Quantenausbeute von 1% entspricht.

Der Fachmann erkennt, dass bei dieser Erfindung keine polarisierten Elektronen erforderlich sind. Dies entspricht der Ausbeute der Photoemitter.

Im Betrieb werden die gewünschten Emitter 80 wie adressiert eingeschaltet, um den gewünschten Strahl 82 zu erzeugen. Vorzugsweise beginnt der Elektronenstrahl 82 an einem Ende der Kathode und arbeitet sich über die Kathode, wobei Röntgenstrahlen auf lineare Weise oder in sequentieller Bewegung erzeugt werden. Die Elektronen verlassen die Kathode 58 und laufen zur Anode 68. Wenn die Elektronen auf die Anode 68 treffen, werden Röntgenstrahlen durch das Fenster 66 freigegeben. Die an der Anode 68 gebildete Wärme wird in die Schulter 72 des Kühlblockabschnitts 56 thermisch gekoppelt. Wärme kann auch im Fenster 66 gebildet werden, das auch mit dem Kühlblock 56 thermisch verbunden ist. Die Wärme wird vom Kühlblock 56 über den Kühlkanal 70 abgeleitet, der mit einem Kühlungsfluid oder Luft versehen sein kann.

Für einige Elektronen ist es möglich, durch die Anode 68 zu laufen und in das Fenster 66 einzutreten. Da das Fenster 66 vorzugsweise elektrisch leitend ist, werden in das Fenster eintretende Elektronen elektrisch zum Kühlblock 56 geleitet und können über die Schulter 72 in den Strahl 82 neu eintreten. Dies ist als Streuelektronenwege 84 dargestellt. Die Wege 84 vervollständigen die elektrische Schleife zurück zur Anode 68.

Vorzugsweise sind die Länge der Kathode 58, die Länge der Anode 68, die Länge des Fensters 66 und die Länge des verlängerten Kanals 64 im wesentlichen gleich und vorzugsweise gerade so kurz wie oder ungefähr die Länge L.

In den Fig. 5A und 5B ist eine Innenansicht eines Fasslagers 12 veranschaulicht. In Fig. 5A werden eine erste, eine zweite und dritte Röntgenquelle 14A, 14B und 14C zur Erzeugung jeweiliger Röntgenstrahlen 16A, 16B und 16C verwendet. Jeder Röntgenstrahl 16A, 16B und 16C trifft auf eine entsprechende Erfassungseinrichtung 88A, 88B und 88C. Durch die Verwendung einer Einrichtung ohne rotierendes Fasslager ist jede der Röntgenquellen 14A bis 14B, jeder Strahl 16A bis 16B und jede Erfassungseinrichtung 88A bis 88C relativ fixiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel tasten die Strahlen lediglich die Länge der Kathode ab, ohne dass die Röntgenquelle oder die Erfassungseinrichtungen tatsächlich physikalisch bewegt werden. Auf diese Weise wird die nicht rotierende Komplexität in bekannten Systemen wesentlich verringert. Ferner wird angenommen, dass solche Systeme wesentlich schneller bei der Erzeugung eines Bildes sind.

In den Fig. 5A und 5B sind fünf Röntgenquellen 14'A bis 14'E gezeigt, die Röntgenstrahlen 16'A, 16'B, 16'C, 16'D und 16'E in Richtung der Erfassungseinrichtungen 88'A, 88'B, 88'C, 88'D und 88'E auf segmentierte Art und Weise erzeugen. Der Fachmann erkennt natürlich, dass auch eine entsprechend der hier beschriebenen Lehren kontinuierlich geformte Röhre verwendet werden könnte. Ein Herz 90 wird zur Veranschaulichung verwendet, dass ein erfindungsgemäß gebildetes CT-System auf das abzubildende Organ oder den abzubildenden Körperteil zugeschnitten werden kann. Durch die Verwendung von Festkörperkomponenten bei der Erfindung sind kein großes Vakuumsystem und kompliziertes Strahlablenksystem erforderlich. Ferner sind ein rotierendes Anodentarget, Heizfäden, Motoren und große komplexe Trägerrahmen aus dem Entwurf entfernt. Ein derartiges System ist auch leichter zu warten und wird die Ausfallzeit im Einsatz reduzieren.

Es können auch schnellere Abtastzeiten aufgrund der leichten Abtastung des Strahls erzielt werden. Dies ermöglicht Abbildungen wie eine Herzabbildung. Die Leistungspegel sind verringert, da das System näher am Patienten positioniert werden kann, da die Intensität invers bezüglich des Quadrats der Entfernung vom Patienten abfällt. Beispielsweise wird vorausgesagt, dass durch die Verwendung der Lehren der Erfindung der Durchmesser des CT- Systems um 20% verringert werden kann, während der erforderliche Strompegel um 36% reduziert werden kann. Durch das Bilden kleiner Einheiten, die auf die bestimmten Anwendungen zugeschnitten sind, wie Hirnabtastungen oder Herzabtastungen, können eine bessere Auflösung, ein schnellerer Patientendurchsatz und geringere Kosten für Spezialistenbehandlungszentren bereitgestellt werden.

Die Kaltkathodentechnologie ist insbesondere für ein augenblickliches Hochfahren, eine lange Lebensdauer und einen geringen Energieverbrauch bei schnellem Einschalten/Ausschalten nützlich.

Durch die Ausbildung der Vielzahl der Strahlen wie es in den Fig. 5A und 5B gezeigt ist, können die Temperaturen unter einem gegebenen Elektronenstrahl reduziert werden und so eine gesamte höhere Systemabbildungsleistung erzeugen. Die feste Position der Röntgenquelle ermöglicht das Einschalten und Ausschalten der Strahlen in schneller Folge, um Probleme mit Röntgenabtasteinrichtungen zu eliminieren, die normalerweise mit CT-Systemen verbunden sind.

Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die Anode auf verschiedene Arten gebildet sein, einschließlich der Anwendung von Metall wie Wolfram auf einer Schicht aus Kupfer. Andere derartige Anodenanordnungen können ein Target von Sandwichtyp enthalten, wobei alternierende Schichten aus Wolfram oder Rhenium und einem anderen Material wie Graphit verwendet werden. Die Größe der Schichten kann ungefähr 1 bis 5 Mikrometer für Wolfram sein, und kann zur Minimierung der Temperatur des Brennpunkts und Maximierung der Röntgenstrahlausgabe in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung eingestellt werden. Die Graphitschichten oder andere geeignete Materialien ermöglichen den Durchlauf von Elektronen und Röntgenstrahlen.

Die Erfindung ermöglicht eine herkömmliche Konvektionskühlung aufgrund der stationären Anode. Die große Größe des mit einer derartigen Einrichtung verbundenen Targetrings weist eine große Oberfläche auf, und somit muss der Wärmeübertragungskoeffizient nicht extrem hoch sein. Ferner kann der Fächerstrahlwinkel bei bestimmten Anwendungen zur Verringerung der Brennpunkttemperatur verringert werden.

In Fig. 6 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer zylindrischen Röhre um eine Mittellinie 81 im Querschnitt gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Kathode 92 an einem Winkel bezüglich einer Anode 94 positioniert. Das heißt, ein Elektronenstrahl 96 von der Kathode 92 trifft die Anode 94 bei einem vorbestimmten Winkelbereich von 15-60°. In dieser Darstellung werden 20° verwendet. Die Kathode 92 kann eine Wolframspule 100 aufweisen. Allerdings kann die Kathode 92 auch aus einem konusförmigen Feldemitter gebildet sein, einem hohlen Zylinderemitter, einem Kohlenstoffnanoröhrenemitter, einem Photoemitter oder einem anderen Emittertyp, der dem Fachmann bekannt ist. Der Emittertyp kann von der bestimmten Systemanwendung oder den Leistungsanforderungen abhängen. Die Anode 94 kann beispielsweise ein Ausschnitt aus Wolfram oder Rhenium sein. Die zurückgestreuten Elektronen 104 streifen einen Teil der Anode 94, sowie eine Kupferkühlplatte 106. Linien 108 bezeichnen von der Anode 94 erzeugte Röntgenstrahlen. Der Kühlblock 106 weist ein Röntgentransmissionsfenster 110, das vorzugsweise aus Beryllium (Be) gebildet ist, und Kühlkanäle 112 auf. Die Anode 94 und die Kathode 92 sind räumlich und im Potential durch den Isolator 114 getrennt, der einen Abschnitt eines Gehäuses 116 zusammen mit dem Kühlblock 106 bildet. Die Anode 94 bei diesem Ausführungsbeispiel ist mit dem Fenster 110 funktionsfähig gekoppelt, ist aber im Gegensatz zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel davon getrennt.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einem oder mehreren Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Dagegen soll die Erfindung alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.

Es ist eine Festkörper-Röntgenquelle (14) für ein Computertomographie-(CT-)Abbildungssystem (10) dargestellt. Die Röntgenquelle (14) weist eine Kathode (58) auf, die vorzugsweise aus einer Vielzahl adressierbarer Elemente gebildet ist. Die Kathode ist in einer Vakuumkammer (74) positioniert, so dass von ihr emittierte Elektronen auf eine Anode (68) treffen, die von der Kathode (58) räumlich entfernt ist. Ein Elektronenstrahl (82) wird gebildet und entlang der Länge der Kathode (58) bewegt. Die Anode (68) ist in einem Kühlblockabschnitt (58) angeordnet und liegt funktionsfähig an einem Röntgentransmissionsfenster (66). Die Anode (68) und das Röntgentransmissionsfenster (66) sind in einem verlängerten Kanal (64) des Kühlblockabschnitts (56) angeordnet.

Claims (20)

1. Röntgenquelleneinrichtung mit
einem Vakuumgehäuse (74),
einem Kaltkathodenemitter (58), der in dem Gehäuse (74) angeordnet ist,
einem Kühlblock (56) mit einer durch diesen hindurchgehenden Strahlöffnung,
einem Röntgentransmissionsfenster (66), das in der Strahlöffnung angeordnet ist, und
einer stationären Anode (68), die in dem Gehäuse (74) von dem Emitter (58) beabstandet angeordnet und mit dem Kühlblock (56) thermisch gekoppelt ist, wobei die Anode (68) einen dünnen metallischen Film umfasst.

2. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Röntgentransmissionsfenster ein kohlenstoffbasiertes Material umfasst.

3. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Röntgentransmissionsfenster elektrisch leitend ist.

4. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Röntgentransmissionsfenster (66) mit dem Kühlblock elektrisch gekoppelt ist.

5. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kühlblock eine Kühlröhre (70) umfasst, die sich durch diesen erstreckt.

6. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anode an dem Fenster angeordnet ist.

7. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kathodenemitter (58) eine Vielzahl von Photoemittern umfasst.

8. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kaltkathodenemitter (58) eine Vielzahl von Laserdioden umfasst.

9. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kathodenemitter (58) einen monolithischen Halbleiter umfasst.

10. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kathodenemitter (58) eine Vielzahl adressierbarer Emitterelemente umfasst.

11. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anode (68) direkt angrenzend an das Fenster positioniert ist.

12. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anode (68) eine Wolframschicht umfasst.

13. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 12, wobei die Wolframschicht auf einem Kupfersubstrat aufgebracht ist.

14. Röntgenquelleneinrichtung mit einem Vakuumgehäuse (74),
einem verlängerten Kathodenemitterarray (58) mit einer Vielzahl von Röntgenemitterelementen, die in dem Gehäuse angeordnet sind,
einem elektrisch und thermisch leitenden Kühlblock (56) mit einer hindurchgehenden verlängerten Strahlöffnung, wobei die Strahlöffnung dem verlängerten Kathodenemitterarray entspricht,
einem verlängerten Röntgentransmissionsfenster (66), das in der Strahlöffnung angeordnet ist, und
einer verlängerten stationären Anode (68), die in dem Gehäuse (74) und entfernt vom Emitter (58) angeordnet ist, wobei die Anode (68) einen dünnen metallischen Film umfasst.

15. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 14, wobei das Röntgentransmissionsfenster elektrisch leitend ist.

16. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 14, wobei das Röntgentransmissionsfenster mit dem Kühlblock elektrisch gekoppelt ist.

17. Röntgenquelleneinrichtung nach Anspruch 14, wobei der Kathodenemitter eine Vielzahl adressierbarer Emitterelement umfasst.

18. Röntgensystem mit
einem Fasslager (12),
einer Vielzahl stationärer Erfassungseinrichtungen (18), die in dem Fasslager angeordnet sind,
einer Vielzahl stationärer Röntgenquellen (14), die in dem Fasslager (12) gegenüber der Vielzahl der stationären Erfassungseinrichtungen (18) angeordnet sind, wobei jede der Vielzahl der Röntgenquellen umfasst
ein Vakuumgehäuse (74),
einen Kaltkathodenemitter (58), der im Gehäuse angeordnet ist,
einen Kühlblock (56) mit einer hindurchgehenden Strahlöffnung,
ein Röntgentransmissionsfenster (66), das in der Strahlöffnung angeordnet ist, und
eine stationäre Anode (68), die in dem Gehäuse (74) und entfernt vom Emitter (58) angeordnet und mit dem Kühlblock (56) thermisch gekoppelt ist, wobei die Anode einen dünnen metallischen Film umfasst.

19. Röntgensystem nach Anspruch 18, wobei das Röntgentransmissionsfenster (66) elektrisch leitend ist.

20. Röntgensystem nach Anspruch 18, wobei der Kathodenemitter (58) eine Vielzahl adressierbarer Emitterelemente umfasst.