Computertomographen
werden beispielsweise in der medizinischen Bildgebung eingesetzt, um
Bilder des Körperinneren
eines Patienten zu erhalten. Ein Computertomograph umfasst u.a.
eine Einrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung, einen Röntgendetektor
und einen Patientenlagerungstisch, mit dem das Untersuchungsobjekt
während
der Untersuchung entlang der Systemachse im Untersuchungsvolumen
bewegt werden kann. Die Einrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung
erzeugt ein Röntgenstrahlbündel, das
von einem um das Untersuchungsvolumen rotierenden Röntgenfokus
ausgeht. Das in einer Schichtebene des Untersuchungsvolumens (X-Y-Ebene)
senkrecht zur Systemachse fächerförmig aufgeweitete
Röntgenstrahlbündel durchdringt
bei Untersuchungen eine Schicht des Untersuchungsobjektes, beispielsweise
eine Körperschicht
eines Patienten, und trifft auf die dem Röntgenfokus gegenüberliegenden
Detektorelemente des Röntgendetektors.
Der Winkel, unter dem das Röntgenstrahlbündel die
Körperschicht
des Patienten durchdringt, und gegebenenfalls die Position des Pati entenlagerungstisches
verändern
sich während der
Bildaufnahme mit dem Computertomographen in der Regel kontinuierlich.
Die
Intensität
der Röntgenstrahlen
des Röntgenstrahlbündels, welche
nach der Durchdringung des Patienten auf die Röntgendetektoren treffen, ist abhängig von
der Schwächung
der Röntgenstrahlen durch
den Patienten. Dabei erzeugt jedes Detektorelement einer Detektorzeile
des Röntgendetektors
in Abhängigkeit
von der Intensität
der empfangenen Röntgenstrahlung
ein Spannungssignal, das einer Messung der globalen Transparenz
des Körpers
für Röntgenstrahlen
von der Röntgenröhre zu dem
entsprechenden Detektorelement entspricht. Ein Satz von Spannungssignalen
der Detektorelemente einer Detektorzeile, welche Schwächungsdaten
entsprechen und für
eine spezielle Position der Röntgenstrahlquelle
relativ zum Patienten aufgenommen wurden, wird als Projektion bezeichnet.
Ein Satz von Projektionen, welche an verschiedenen Positionen während der
Bewegung des Röntgenfokus
um den Patienten aufgenommen wurden, wird als Scan bezeichnet. Der
Computertomograph nimmt viele Projektionen an verschiedenen Positionen
des Röntgenfokus
relativ zum Körper
des Patienten auf, um ein Bild zu rekonstruieren, welches einem
zweidimensionalen Schnittbild des Körpers des Patienten oder einem
dreidimensionalen Bild entspricht. Für die Erfassung mehrerer Schnittbilder
oder eines dreidimensionalen Bildes wird ein Volumenscan durchgeführt, der eine
Vielzahl von Rotationen des Röntgenfokus
um das Untersuchungsvolumen bei einer Vorschubbewegung des Patiententisches
in Z-Richtung umfasst. Das gängige
Verfahren zur Rekonstruktion eines Schnittbildes oder dreidimensionalen
Bildes aus aufgenommenen Schwächungsdaten
ist als das Verfahren der gefilterten Rückprojektion bekannt. Die Bildrekonstruktion
wird in der Regel mit einem Bildrechner durchgeführt, der die Messdaten von
den Detektorelementen erhält
und weiterverarbeitet.
Der
rotierende Röntgenfokus
wird bei Computertomographen der dritten Generation durch eine Röntgenröhre erzeugt,
die eben so wie der Röntgendetektor
an einem um das Untersuchungsvolumen rotierbaren Drehrahmen befestigt
ist. Die Rotationsgeschwindigkeit des Drehrahmens wurde in den letzten
Jahren zunehmend erhöht,
um schnellere Scan-Geschwindigkeiten bei der Bildaufzeichnung zu
erreichen. Für
neue Anwendungen der Computertomographie, wie beispielsweise die
Untersuchung des Herzens oder der Durchblutung von Gefäßen, sind
jedoch noch höhere
Scan-Geschwindigkeiten erforderlich. Bei Computertomographen der
dritten Generation ist aus Gründen
der mechanischen Stabilität
und Sicherheit inzwischen eine Grenze erreicht, die aufgrund der
zu bewegenden Massen und der daraus resultierenden hohen Beschleunigungskräfte keine
deutliche Steigerung der Rotationsgeschwindigkeit des Drehrahmens
mehr zulässt.
Bei
Computertomographen der vierten Generation ist der Röntgendetektor
als stationärer
Ring um das Untersuchungsvolumen angeordnet, so dass nur noch die
Röntgenröhre mit
dem Drehrahmen bewegt werden muss. Auch hier wirken jedoch bei einer weiteren
Erhöhung
der Rotationsgeschwindigkeit des Drehrahmens erhebliche Kräfte auf
die Röntgenröhre, die
die maximale Rotationsgeschwindigkeit begrenzen.
Zur
Vermeidung dieser Problematik sind inzwischen Computertomographen
der fünften
Generation bekannt, bei denen sowohl die Einrichtung zur Erzeugung
von Röntgenstrahlung
als auch der Röntgendetektor
stationär
angeordnet sind. Bei diesen Computertomographen wird ein Target
eingesetzt, das das Untersuchungsvolumen des Computertomographen
in einer Ebene zumindest teilweise umschließt. Auf diesem Target wird
ein sich um das Untersuchungsvolumen bewegender Röntgenfokus
erzeugt, von dem die Röntgenstrahlung
ausgeht. Diese Computertomographen kommen somit vollständig ohne
eine mechanisch bewegte Röntgenröhre aus. Das
Target erstreckt sich hierbei entweder vollständig oder zumindest über einen
Winkel von mehr als 180° um
das Untersuchungsvolumen. In gleicher Weise umschließt der Röntgendetektor
das Untersuchungsvolumen ent weder vollständig oder über einen Winkel von zumindest
180° und
ist derart angeordnet, dass ein vom Röntgenfokus ausgehendes Röntgenstrahlbündel durch
das Untersuchungsvolumen hindurch auf jeweils momentan gegenüberliegende
Detektorelemente des stationären
Röntgendetektors
trifft.
So
zeigen beispielsweise die
US
4,158,142 oder die
US
4,352,021 Computertomographen der fünften Generation, bei denen
das Target und der Röntgendetektor
das Untersuchungsvolumen jeweils vollständig bzw. über einen Winkel von 210° umschließen. Zur
Erzeugung des Röntgenfokus
wird mit einer Elektronenkanone ein Elektronenstrahl erzeugt und
durch geeignete Ablenkung über
das Target geführt.
Diese Computertomographen kommen somit vollständig ohne mechanisch rotierende
Teile aus.
Auch
die
US 6,792,077 B2 zeigt
einen derartigen Computertomographen mit einer stationären Einrichtung
zur Erzeugung von Röntgenstrahlung und
einem stationären
Detektorarray, die den Untersuchungsbereich des Computertomographen
jeweils teilweise umschließen.
Zwischen der Einrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung und dem Detektorarray
sind bei diesem Computertomographen ringförmige Blenden zur Begrenzung
des von dem Röntgenstrahlbündel bestrahlten
Untersuchungsbereichs angeordnet.
In
einer anderen bekannten Ausgestaltung eines Computertomographen
der fünften
Generation, wie sie beispielsweise in der
DE 40 15 105 C3 beschrieben
ist, wird ein das Untersuchungsvolumen voll umschließendes Target
eingesetzt, in dessen unmittelbarer Nähe ein koaxialer Elektronenquellring angeordnet
ist. Durch einzelne Ansteuerung der Elektronenquellen des Elektronenquellrings
lässt sich
ebenfalls ein um das Untersuchungsvolumen rotierender Röntgenfokus
erzeugen.
Die
US 4,606,061 zeigt eine
weitere Ausgestaltung eines Computertomographen der fünften Generation,
bei dem auf einem das Untersuchungsvolumen vollständig umschließenden Target ein
sich um das Untersuchungsvolumen bewegender Röntgenfokus erzeugt wird. Dabei
ist ebenfalls ein zum Target koaxialer Elektronenquellring vorgesehen,
der über
einen auf dessen Oberfläche
auftreffenden Laserstrahl zur Elektronenemission angesteuert wird.
Die
vorgenannten Ausgestaltungen von Computertomographen der fünften Generation
erreichen aufgrund des Verzichts auf eine rotierende Röntgenröhre erheblich
höhere
Scan- Geschwindigkeiten,
leiden jedoch unter einer gegenüber
Computertomographen der dritten Generation verminderten Bildqualität und Dosiseffizienz.
Dies ist vor allem auf die eingeschränkten Möglichkeiten zur Beeinflussung
von Strahlparametern des Röntgenstrahlbündels zurückzuführen. So
wird bei Computertomographen der dritten Generation ein so genannter Phi-Kollimator
eingesetzt, der den Öffnungswinkel des
Röntgenstrahlbündels in
der jeweiligen Schichtebene (X-Y-Ebene) auf das erforderliche FoV
(FoV: Field of View) begrenzt. Dadurch wird eine unnötige Röntgenexposition
außerhalb
des interessierenden Bereichs vermieden, die zu einer erhöhten Streustrahlung
und somit zu einem verminderten Bildkontrast und einer erhöhten Strahlungsdosis
für den
Patienten führt.
In Computertomographen der fünften Generation
werden aufgrund der anderen Technik zur Erzeugung des rotierenden
Röntgenfokus
keine Phi-Kollimatoren eingesetzt. Das Gleiche gilt für Filter
zur Beeinflussung des Strahlprofils des Röntgenstrahlbündels, beispielsweise
der so genannte Bowtie-Filter, die bei Computertomographen der dritten Generation
vor der Röntgenröhre angeordnet
sind. Derartige Filter verbessern die Dosiseffizienz um 15 bis 20%,
reduzieren die Strahlungsdosis für
den Patienten und vermeiden eine Überbelichtung der Detektorelemente.
Zur
Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses werden auf Seite des
Röntgendetektors
in der Regel Streustrahlenraster zur Verminderung der auf die Detektoren
treffenden Streustrahlung angebracht. Für eine optimale Unterdrückung der
Streustrahlung sollten die Lamellen dieses Streustrahlenrasters
auf den Röntgenfokus
ausgerichtet sein. Dies lässt
sich jedoch bei den bekannten Computertomographen der fünften Generation
mit einem stationären
Streustrahlenraster nicht mit vertretbarem Aufwand realisieren.
Bei den eingangs beschriebenen Ausgestaltungen sind daher die Lamellen
des Streustrahlenrasters nicht auf den Röntgenfokus ausgerichtet.
Die
Begrenzung des Röntgenstrahlbündels in
Z-Richtung wird bei den bekannten Computertomographen der fünften Generation
durch einen Z-Kollimator erreicht, der sich aus zwei parallelen stationären Ringen
zusammensetzt, die das Untersuchungsvolumen innerhalb des Target-
und Detektorringes umschließen
und deren Abstand die Ausdehnung des Röntgenstrahlbündels in
Z-Richtung vorgibt. In Abhängigkeit
vom gegenseitigen Versatz des Targets und des Röntgendetektors in Z-Richtung führt dies
jedoch bei Einsatz eines Mehrzeilendetektors zu einer Verzerrung
des im Idealfall rechteckförmigen
Querschnitts des Röntgenstrahlbündels auf den
Detektorelementen, insbesondere einer bananenförmigen oder einer tonnenförmigen Verzerrung. 1 zeigt ein Beispiel für eine bananenförmige Verzerrung
des Querschnitts 1 des Röntgenstrahlbündels auf
einem achtzeiligen Röntgendetektor.
Die äußeren linken
Detektorzeilen 2 werden dabei im Zentrum nicht oder zumindest
geringer belichtet, während
die äußeren rechten
Detektorzeilen 2 lediglich im Zentrum belichtet werden.
Dieses bananenförmige
Strahlprofil auf dem Detektor kann nur vermieden werden, wenn der
Z-Kollimator weiter
geöffnet
wird. Dies reduziert jedoch die Dosiseffizienz. Wird der Z-Kollimator
nicht so weit geöffnet,
so sind die äußeren Detektorkanäle nicht
benutzbar, da sie keine oder nur sehr wenig Röntgenstrahlung detektieren.
Dies reduziert die Detektoreffizienz und die Bildqualität und führt zu erhöhten Teilvolumeneffekten.
Ausgehend
von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, einen Computertomographen zur schnellen Bildaufzeichnung
anzugeben, der gegenüber
den bekannten Computertomographen der fünften Generation eine verbesserte
Bildqualität
liefert.
Die
Aufgabe wird mit dem Röntgen-Computertomographen
gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Computertomographen sind Gegenstand der Unteransprüche oder
lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen
entnehmen.
Der
vorliegende Röntgen-Computertomograph
weist eine stationäre
Einrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung
auf. Diese Einrichtung umfasst ein Target, das ein Untersuchungsvolumen des
Computertomographen in einer Ebene zumindest teilweise umschließt. Auf
dem Target ist mit der Einrichtung ein sich um das Untersuchungsvolumen bewegender
Röntgenfokus
erzeugbar, von dem zumindest ein Röntgenstrahlbündel durch
das Untersuchungsvolumen hindurch auf jeweils momentan gegenüberliegende
Detektorelemente eines stationären
Röntgendetektors
gerichtet ist, der das Untersuchungsvolumen ebenfalls zumindest
teilweise umschließt.
Weiterhin sind ein oder mehrere Formungselemente zur Beeinflussung
eines oder mehrerer Strahlparameter des Röntgenstrahlbündels zwischen dem
Target und den Detektorelementen angeordnet. Der vorliegende Röntgen-Computertomograph zeichnet
sich dadurch aus, dass ein oder mehrere dieser Formungselemente
an einem um eine Systemachse des Untersuchungsvolumens synchron
mit der Bewegung des Röntgenfokus
rotierbaren Trägerrahmen
angeordnet sind.
Der
vorliegende Röntgen-Computertomograph
kann somit hinsichtlich der Erzeugung und der Detektion der Röntgenstrahlung
wie die bekannten Computertomographen der fünften Generation aufgebaut
sein, auch als Elektronenstrahl-Computertomographen (EBCT: Electron
Beam Computer Tomography) bezeichnet. Im Gegensatz zu den Ausgestaltungen
dieser Computertomographen weist der vorliegende Computertomograph
jedoch zusätzlich
einen rotierenden Trägerrahmen
auf, an dem ein oder mehrere Formungselemente zur Beeinflussung
eines oder mehrerer Strahlparameter des Röntgenstrahlbündels angeordnet
sind. Der um die Systemachse rotierbare Trägerrahmen wird synchron mit
der Bewegung des Röntgenfokus
auf dem Target bewegt. Auf diese Weise wird einerseits eine gegenüber Röntgen-Computertomographen
der dritten Generation deutlich erhöhte Scan-Geschwindigkeit erreicht, da
der Trägerrahmen
keine schweren Teile, insbesondere weder eine Röntgenröhre noch die Röntgendetektoren,
trägt.
Gegenüber
dem Trägerrahmen
eines Computertomographen der dritten Generation kann das Gewicht
um den Faktor 100 reduziert werden, so dass eine deutliche Steigerung
der Rotations- und somit Scan-Geschwindigkeit
ohne Verringerung der Bildqualität
erzielbar ist. Auf der anderen Seite wird gegenüber den bekannten Computertomographen
der fünften
Generation eine deutliche Bildverbesserung erreicht, da die mit
dem Röntgenfokus mitrotierenden
Formungselemente eine optimale Strahlformung und/oder Unterdrückung von
Streustrahlung ermöglichen.
Die
Synchronisation zwischen der Bewegung des Trägerrahmens und der Bewegung
des Röntgenfokus
kann durch synchronisierte Ansteuerung des Antriebs für den Trägerrahmen
und der Einrichtung zur Erzeugung der Röntgenstrahlung erfolgen. Weiterhin
kann eine Detektionseinrichtung am Trägerrahmen vorgesehen sein,
die die momentane Position des Röntgenfokus
erfasst und an eine Steuereinrichtung übermittelt, die die Bewegung
des Trägerrahmens
entsprechend regelt.
Die
Formungselemente zur Beeinflussung eines oder mehrerer Strahlparameter
des Röntgenstrahlbündels können so
ausgebildet und angeordnet sein, dass sie den Öffnungswinkel des Röntgenstrahlbündels in
der Schichtebene (X-Y-Ebene; Phi-Kollimator),
in Z-Richtung (Z-Kollimator) oder in beiden Dimensionen begrenzen.
Weiterhin können diese
Formungselemente als Filter ausgebildet sein, die das Intensitätsprofil
des Röntgenstrahlbündels oder
dessen spektrale Verteilung beeinflussen. Schließlich kann das Formungselement
auch ein Streustrahlenraster für
den Röntgendetektor
bilden.
In
allen Fällen
wird bei dem vorliegenden Computertomographen eine optimale Anpassung
der ein oder mehreren Formungselemente an den momentanen Röntgenfokus
ermöglicht,
da sich die Formungselemente durch den rotierenden Trägerrahmen
synchron mit dem Röntgenfokus
bewegen. Auf diese Weise ist einerseits der Einsatz eines Phi-Kollimators
und/oder Bowtie-Filters wie bei Computertomographen der dritten
Generation möglich.
Ande rerseits können
die Lamellen bzw. Wandungen eines am Trägerrahmen angeordneten Streustrahlenrasters
optimal auf den Röntgenfokus
ausgerichtet werden. Beide Maßnahmen
verbessern die Bildqualität und
reduzieren die Röntgendosis,
der der Patient ausgesetzt ist. Durch die Rotationsbewegung müssen in
diesem Fall die einzelnen Zellen des Streustrahlenrasters auch nicht
an die Unterteilung des Röntgendetektors
angepasst werden. Vielmehr kann die statistische Beziehung zwischen
dem Streustrahlenraster und dem Röntgendetektor ausgenutzt werden.
Bei
der Anordnung eines Z-Kollimators am Trägerrahmen kann eine Verzerrung
der Projektion des Röntgenstrahlbündels auf
der Detektorfläche durch
geeignete Formung der Lamellen dieses Z-Kollimators verhindert werden.
Hierzu werden die vom Röntgenfokus
weg gerichteten Ränder
der beiden Begrenzungslamellen des Z-Kollimators so an den Verlauf
der äußeren Begrenzungen
des Röntgendetektors
angepasst, dass die Projektionsränder des
Röntgenstrahlbündels auf
der Detektorfläche diesem
Verlauf folgen.
Der
vorliegende leichte Trägerrahmen
lässt sich
auch zur weiteren Verbesserung eines Computertomographen einsetzen,
wie er beispielsweise aus der
US
4,606,061 bekannt ist. Bei diesem Computertomographen wird
der sich bewegende Röntgenfokus über einen
Laserstrahl erzeugt, der auf einen in geringem Abstand zum ringförmigen Target
angeordneten Elektronenquellring trifft. Der Laserstrahl löst dort
Elektronen aus, die durch eine zwischen dem Target und dem Elektronenquellring
anliegende Spannung in Richtung auf das Target beschleunigt werden
und dort beim Auftreffen Röntgenstrahlung erzeugen.
Durch eine Bewegung des Laserstrahls über den Elektronenquellring,
die über
einen Scanmechanismus erzeugbar ist, wird die Rotation des Röntgenfokus
um das Untersuchungsvolumen erreicht. Am Trägerrahmen ist bei der vorliegenden Ausgestaltung
eines derartigen Computertomographen auch die Einrichtung zur Einkopplung
des Laserstrahls auf den Elektronen quellring angebracht, im einfachsten
Fall eine umlaufende Abdeckung des Elektronenquellrings mit einem
Eintrittfenster. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass
der Laserstrahl immer an der korrekten Position auf den Elektronenquellring
auftrifft. Dies vermindert die Gefahr einer Fehlfunktion oder Beschädigung durch
unerwünschte
Lichtreflexionen. In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist
eine konvergierende Linse am Eintrittsfenster angeordnet, mit der
der Laserstrahl zusätzlich
auf den Elektronenquellring fokussiert wird. Dies erhöht die Photoemissions-Effizienz.
Die
Einrichtung zur Erzeugung der Röntgenstrahlung
sowie der Röntgendetektor
können
bei dem vorliegenden Computertomographen ebenso ausgestaltet sein,
wie bei den eingangs genannten Computertomographen der fünften Generation.
Dies betrifft auch die Ausgestaltung des Targets sowie der Detektoreinheit
entweder als umlaufende Vollringe oder als Teilringe, die sich um
mindestens 180° um das
Untersuchungsvolumen erstrecken. Detektorring und Targetring können auch
hier sowohl koplanar als auch nicht koplanar angeordnet sein, in
gleicher Weise wie beim bekannten Stand der Technik.
Der
beim vorliegenden Computertomographen eingesetzte leichte Trägerrahmen
lässt sich
als elektrisch passives Element ausführen, so dass keinerlei elektrische
Signale oder elektrische Leistung zwischen den stationären Teilen
des Computertomographen und dem Trägerrahmen übertragen werden müssen. Für die Einstellung
der Formungselemente, beispielsweise die Änderung der Öffnungsbreite
des Z-Kollimators oder zum Wechsel eines Filters, wird die Rotationsbewegung
des Trägerrahmens
angehalten. Der Trägerrahmen
wird dann in eine bestimmte Winkel- bzw. Rotationsstellung gebracht,
in der in einer Ausgestaltung des Computertomographen mechanische
Aktuatoren am stationären
Teil mit mechanischen Verstelleinrichtungen am Trägerrahmen
verbunden werden können
und eine geänderte
Einstellung der Formungselemente über die mechanischen Aktuatoren
vorgenommen werden kann.
Vorzugsweise
sind am vorliegenden Trägerrahmen
sowohl das Streustrahlenraster als auch die Kollimatoren (Phi und
Z) angebracht. Selbstverständlich
lässt sich
der Computertomograph jedoch auch mit nur einem der angegebenen
Formungselemente betreiben, falls auf einen Teil der Vorteile verzichtet werden
soll.
Der
vorliegende Röntgen-Computertomograph
wird nachfolgend ohne Beschränkung
des durch die Patentansprüche
vorgegebenen Schutzbereichs anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung
mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
1 in
schematischer Darstellung die Verzerrung der Projektion des Röntgenstrahlbündels durch
einen stationären
Z-Kollimator bei bekannten Computertomographen der 5. Generation;
2 in
schematischer Darstellung ein Beispiel für den Aufbau eines Computertomographen gemäß der vorliegenden
Erfindung;
3 ein
Beispiel für
die Anordnung von Formungselementen am rotierbaren Trägerrahmen gemäß der vorliegenden
Erfindung;
4 eine
perspektivische Teilansicht mit dem Z-Kollimator sowie dem Bowtie-Filter der 3;
5 eine
Darstellung der mit dem Z-Kollimator angepassten Projektion des
Röntgenstrahlbündels auf
den Detektor;
6 eine
perspektivische Teilansicht mit dem Streustrahlenraster der 3;
7 ein
Beispiel für
einen Teil eines Computertomographen gemäß einer weiteren Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung; und
8 eine
Detailansicht zur Ausgestaltung gemäß 7.
Die 1 wurde
bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung des Standes der Technik
erläutert.
Sie zeigt die bananenförmige
Verzerrung der Projektion 1 des Röntgenstrahlbündels auf
die Detektorzeilen 2 eines 8-zeiligen Röntgendetektors bei bekannten
Computertomographen der 5. Generation. Diese Verzerrung kommt durch
den bei diesen Computertomographen eingesetzten ringförmigen Z-Kollimator
bei nicht koplanarer Anordnung des Röntgendetektors und des Targets
zustande.
Eine
derartige Verzerrung kann mit dem vorliegenden Computertomographen
durch geeignete Formung der Lamellen des Z-Kollimators am rotierenden
Trägerrahmen
verhindert werden. 2 zeigt eine schematische Darstellung
eines möglichen
Aufbaus eines Computertomographen gemäß der vorliegenden Erfindung.
In diesem Beispiel setzt sich der Computertomograph aus einer Röntgenerzeugungseinrichtung 3 mit
einem Target 4 zusammen, das sich als Teilring um etwa
210° um
das Untersuchungsvolumen erstreckt. Der Röntgenfokus auf dem Target 4, das
beispielsweise aus Wolfram besteht, wird mit einem Elektronenstrahl 5 erzeugt,
der von einer Elektronenkanone 6 über verschiedene Fokussier-
und Ablenkeinrichtungen auf die jeweilige Stelle des Targets 4 fokussiert
wird. Durch geeignete Ablenkung des Elektronenstrahls 5 über den
Teilring des Targets 4 kann ein sich um das Untersuchungsvolumen
bewegender Röntgenfokus
erzeugt werden, von dem die Röntgenstrahlung
zur Durchleuchtung des Objektes ausgeht. Im vorliegenden Beispiel
erfolgt keine vollständige,
sondern nur eine Teilrotation um den Winkel von 210°.
In
gleicher Weise erstreckt sich der Röntgendetektor 7 mit
den ein oder mehreren Zeilen von Detektorelementen parallel zum
Target 4 als Teilring von 210° um das Untersuchungsvolumen.
Der Teilring des Röntgendetektors 7 ist
dabei derart relativ zum Target 4 angeordnet, dass jeder
Fokusposition auf dem Target 4 ein Detektorelement des
Röntgendetektors 7 bzgl.
des Untersuchungsvolumens gegenüber
liegt. Sowohl das Target 4 als auch der Röntgendetektor 7 sind
in diesem Computertomographen stationär angeordnet.
Ein
Untersuchungsobjekt, bspw. ein Patient, wird auf dem Patientenlagerungstisch 8 gelagert
und während
der Bildaufzeichnung in der Regel zumindest teilweise entlang der
Systemachse Z bewegt. Um das Untersuchungsvolumen erstreckt sich
ein um die Systemachse Z rotierbarer Trägerrahmen 9, an dem
ein Streustrahlenraster 10 sowie gegenüberliegend ein Phi- und Z-Kollimator 11 befestigt
sind. Die Rotation des Trägerrahmens 9 erfolgt
bei der Bildaufzeichnung in Synchronisation mit dem auf dem Target 4 umlaufendenden
Röntgenfokus,
so dass sich der Phi- und Z-Kollimator 11 jeweils vor dem
Röntgenfokus
und das Streustrahlenraster 10 auf der gegenüberliegenden
Seite des Trägerrahmens 9 vor
den Detektorelementen des Röntgendetektors 7 befinden,
auf die das vom Röntgenfokus ausgehende
Röntgenstrahlbündel gerade
auftrifft.
3 zeigt
in schematischer Darstellung ein Beispiel für den rotierbaren Trägerrahmen 9,
in Richtung der Systemachse Z gesehen. In dieser Darstellung ist
ein Röntgenfokus 12 auf
dem nicht erkennbaren Target angedeutet, von dem Röntgenstrahlung emittiert
wird. Am Trägerrahmen 9 ist
der Phi-Kollimator 13 erkennbar, der die vom Röntgenfokus 12 ausgehende
Röntgenstrahlung
in der Schichtebene im Winkel begrenzt, so dass ein Röntgenstrahlbündel 15 mit
einem definierten Öffnungswinkel
in das Untersuchungsvolumen gelangt. Unterhalb des Phi-Kollimators 13 ist
ein Bowtie-Filter 14 angebracht, der das Intensitätsprofil
des Röntgenstrahlbündels 15 in der
Schichtebene beeinflusst. Weiterhin ist eine der Begrenzungslamellen des
Z-Kollimators 16 in dieser Figur dargestellt, der die Ausbreitung
des Röntgenstrahlbündels 15 in
Z-Richtung begrenzt. Gegenüber den
Kollimatoren 13, 16 ist ein Streustrahlenraster 10 angeordnet,
das exakt auf den Röntgenfokus 12 ausgerichtet
ist. Dies ist aufgrund des mit dem Röntgenfokus 12 rotierenden
Trägerrahmens 9 möglich. Durch
dieses optimierte Streustrahlenraster 10 ist die Streustrahlung
am Röntgendetektor
deutlich reduziert, so dass der Bildkontrast verbessert wird.
Zur
Vermeidung einer tonnen- oder bananenförmigen Verzerrung der Projektion
des Röntgenstrahlbündels auf
die Detektorfläche
können
die Begrenzungslamellen des Z-Kollimators 16 in ihrer Form
an die Projektionsgeometrie und die Geometrie des Detektors angepasst
werden. 4 zeigt in einer perspektivischen
Teilansicht die beiden Lamellen 17 des Z-Kollimators 16.
Durch die bogenförmige
Ausbildung wird erreicht, dass die Projektion auf der Detektorfläche exakt
den Begrenzungen des Röntgendetektors
folgt. Die geeignete Form der einzelnen Lamellen kann hierbei rechnerisch
ermittelt werden. Diese Projektion zeigt beispielhaft die 5,
in der auch eine Verstellbarkeit des Z-Kollimators 16 in Z-Richtung
zur Einstellung der Breite des Röntgenstrahlbündels 15 in
dieser Richtung angedeutet ist. Durch eine derartige, beim vorliegenden
Computertomographen mögliche
Anpassung werden die Dosiseffizienz sowie die Detektoreffizienz
maximiert und die Bildqualität
verbessert.
6 zeigt
in perspektivischer Darstellung ein Beispiel für die Ausbildung des Streustrahlenrasters 10 gemäß 3.
Die
7 und
8 zeigen
ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Computertomographen gemäß der vorliegenden
Erfindung, bei der lediglich das Target
4, der Röntgendetektor
7 sowie
der Trägerrahmen
9 mit
Einzelheiten dargestellt sind. Target
4 und Röntgendetektor
7 umgeben
das Untersuchungsvolumen jeweils vollständig ringförmig. Diese Ausgestaltung betrifft einen
Computertomographen, bei dem die Elektronen für die Erzeugung des Röntgenfokus
durch einen Laserstrahl
18 aus einem als Kathode betriebenen
Elektronenquellring
21 aus einem geeigneten, beispielsweise
metallischen oder halbleitenden, Material ausgelöst werden. Der Laserstrahl
18 wird
hierzu auf die entsprechende Stelle des Elektronenquellringes
21 fokussiert,
der vom ringförmigen
Target
4, das die Anode bildet, lediglich durch einen Spalt
beabstandet ist. Der Laserstrahl wird dabei mit einem geeigneten
Scanner über
den Elektronenquellring
21 geführt. Durch die Lichteinwirkung werden
an der entsprechenden Stelle des Elektronenquellrings
21 Elektronen
ausgelöst,
die über
die zwischen dem Elektronenquellring
21 und dem Target
4 liegende
Spannung auf das Target
4 beschleunigt werden und dort
die gewünschte
Röntgenstrahlung
erzeugen. Einzelheiten zu dieser Art der Erzeugung von Röntgenstrahlung
können
bspw. der eingangs genannten
US
4,606,061 entnommen werden.
Der
Ring des Röntgendetektors 7 ist
in der 7 ebenfalls zu erkennen. Durch die am Röntgenfokus
erzeugte Röntgenstrahlung
wird in Verbindung mit entsprechenden Kollimatoren ein Röntgenstrahlbündel 15 erzeugt,
das auf die gegenüberliegenden Detektorelemente
des Detektors 7 auftrifft. Auch in diesem Beispiel ist
der rotierbare Trägerrahmen 9 wieder
mit einem Kollimator 10 sowie einem in der Weite mechanisch
verstellbaren Z-Kollimator 16 versehen. Zusätzlich umfasst
der vorliegende Trägerrahmen 9 eine
umlaufende Sichtblende 19, die für die einfallende Laserstrahlung 18 nur
an einer Stelle, an der gerade der Röntgenfokus erzeugt werden soll, durch
ein Eintrittsfenster geöffnet
ist. In diesem Eintrittsfenster ist eine Kollimatorlinse 20 eingebracht, durch
die der einfallende Laserstrahl 18 zusätzlich auf den Elektronenquellring 21 fokussiert
wird. 8 zeigt Einzelheiten dieser Anordnung nochmals
im Detail.