DE10127267B4 - Medical imaging X-ray machine - Google Patents

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Abstract

Bildgebendes medizinisches Röntgengerät (1) zur Untersuchung eines Patienten (9), mit einer Röntgenquelle (3), einem der Röntgenquelle (3) zugeordneten Röntgendetektor (15), einer ein Röntgenbeugungselement (13) umfassenden Spektral-Einrichtung (12) und einer Detektorblende (11), die – in Strahlenrichtung gesehen – nach dem Patienten (9) und vor dem Röntgendetektor (15) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Spektral-Einrichtung (12) zur Messung der Röntgenquantenenergie der durch den Patienten (9) hindurchgedrungenen Röntgenstrahlen hergerichtet derart ist, dass das Röntgenbeugungselement (13) zwischen der Detektorblende (11) und dem Röntgendetektor (15) angeordnet oder mittels einer Stelleinrichtung (17) dort positionierbar ist, und
b) dass eine Auswerteeinheit (21) vorhanden ist zur Berechnung einer Gewebezusammensetzung des Patienten (9) unter Berücksichtigung einer von der Spektral-Einrichtung (12) ermittelten spektralen Information.Imaging medical X-ray apparatus (1) for examining a patient (9) with an X-ray source (3), an X-ray detector (15) assigned to the X-ray source (3), a spectral device (12) comprising an X-ray diffraction element (13) and a detector diaphragm ( 11) which, viewed in the beam direction, is arranged after the patient (9) and in front of the x-ray detector (15),
characterized,
a) that the spectral means (12) for measuring the X-ray quantum energy of the patient (9) penetrated X-rays prepared such that the X-ray diffraction element (13) between the detector diaphragm (11) and the X-ray detector (15) arranged or by means of an adjusting device (17) is positionable there, and
b) that an evaluation unit (21) is provided for calculating a tissue composition of the patient (9) taking into account a spectral information determined by the spectral device (12).

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Description

Die Erfindung betrifft ein bildgebendes medizinisches Röntgengerät, insbesondere ein Computertomographie-Gerät, zur Untersuchung eines Patienten.The The invention relates to an imaging medical X-ray device, in particular a computed tomography device, to examine a patient.

Ein bildgebendes medizinisches Röntgengerät umfasst üblicherweise eine Röntgenquelle oder Röntgenröhre und einen der Röntgenquelle zugeordneten Röntgendetektor, der beispielsweise als zweidimensionales Array ausgebildet ist. Im Strahlenverlauf zwischen der Röntgenröhre und dem Röntgendetektor wird der zu untersuchende Patient angeordnet und von den Röntgenstrahlen durchdrungen. Bei einer konventionellen Röntgendurchleuchtungsanlage wird die lokal unterschiedliche Röntgentransmission des Patienten direkt in ein Bild auf dem bildgebenden Röntgendetektor umgesetzt. Bei einem Computertomographie-Gerät wird der zu untersuchende Patient von einer um die Patientenachse rotierenden Röntgenquelle und/oder einem um die gleiche Achse rotierenden Röntgendetektor nach und nach abgetastet. Aus dem daraus ermittelten Datensatz wird mittels eines Computers ein dreidimensionaler Bilddatensatz rekonstruiert.One Medical X-ray imaging equipment typically includes an X-ray source or x-ray tube and one of the x-ray source associated X-ray detector, for example, formed as a two-dimensional array. In the beam path between the x-ray tube and the x-ray detector the patient to be examined is placed and by the x-rays penetrated. In a conventional fluoroscopy system becomes the locally different X-ray transmission of the patient converted directly into an image on the X-ray imaging detector. at a computed tomography device the patient to be examined is from one around the axis of the patient rotating X-ray source and / or an X-ray detector rotating about the same axis gradually scanned. From the data set determined from it is a computer reconstructs a three-dimensional image data set.

Aus der DE 199 55 848 A1 und der EP 0 924 967 A2 sind Verfahren und Vorrichtungen zur röntgenologischen Abbildung von Untersuchungsobjekten bekannt. Dabei wird mittels Röntgenbeugungselementen das Emissionsspektrum der Röntgenquelle vor Durchstrahlen des Untersuchungsobjekts eingeschränkt. Bei der DE 199 55 848 A1 wird dazu ein Kristall verwendet. Bei der EP 0 924 967 A2 wird mittels Kristall-Monochromatoren monochromatische Röntgenstrahlung erzeugt.From the DE 199 55 848 A1 and the EP 0 924 967 A2 Methods and devices for the radiographic imaging of examination objects are known. In this case, the emission spectrum of the X-ray source is limited by irradiation of the examination subject by means of X-ray diffraction elements. In the DE 199 55 848 A1 For this purpose a crystal is used. In the EP 0 924 967 A2 Monochromatic X-rays are generated by means of crystal monochromators.

Ein Röntgenbeugungselement ist auch aus der US 5 164 975 bekannt.An X-ray diffraction element is also from the US 5,164,975 known.

Aus der JP 61 256 243 A ist es bekannt, einen im Strahlengang der Röntgenstrahlung zwischen Untersuchungsobjekt und dem Röntgendetektor angeordneten Monokristall vorzusehen. Der Monokristall bewirkt eine Röntgenbildvergrößerung und ermöglicht eine Einschränkung des Spektrums der durch das Untersuchungsobjekt hindurchgedrungenen Röntgenstrahlung.From the JP 61 256 243 A It is known to provide a monocrystal arranged in the beam path of the X-ray radiation between the examination subject and the X-ray detector. The monocrystal causes an X-ray image magnification and allows a restriction of the spectrum of the penetrated through the examination subject X-ray.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Funktionalität bekannter bildgebender medizinischer Röntgengeräte zu erweitern.Of the Invention is based on the object, the functionality of known imaging medical X-ray equipment.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1The said object is according to the invention solved by the features of claim 1

Die Funktionalität des erfindungsgemäßen Röntgengeräts ist in vorteilhafter Weise dahingehend erweitert, dass nicht nur ein Transmissionskontrast des Patienten, infolge einer lokal unterschiedlichen Absorption, erfassbar ist, sondern vielmehr auch Rückschlüsse auf den spektralen Verlauf der Absorption am durchstrahlten Ort des Patienten möglich sind. Dies eröffnet Möglichkeiten zur lokalen Gewebecharakterisierung. Daraus ergeben sich für die nachfolgende Diagnose neue wertvolle Hilfestellungen.The functionality of the X-ray device according to the invention is in advantageously extended to the effect that not only a transmission contrast of the Patients, as a result of a locally different absorption, detectable is, but also conclusions on the spectral shape of the absorption at the irradiated place of the Patients are possible. This opens options for local tissue characterization. This results for the following Diagnosis new valuable help.

Als Spektral-Einrichtung ist beispielsweise ein Halbleiter-Detektor, insbesondere ein Germanium- oder Siliziumdetektor, oder ein Kalorimeter vorhanden. Die Spektral-Einrichtung kann auch einen geschichteten Mehrfachdetektor aufweisen, der insbesondere zwei hintereinander angeordnete Szintillationsdetektoren umfasst, wovon einer ein niederenergetischer Detektor und der andere ein hochenergetischer Detektor ist. Aus dem Verhältnis zweier Messwerte der beiden Detektoren sind dann Rückschlüsse auf die die Röntgenstrahlung absorbierenden Materialien möglich. Eine andere Variante besteht darin, dass die Spektral-Einrichtung nach dem Zweistrahlverfahren arbeitet. Dabei werden zwei Messvorgänge mit unterschiedlicher Quantenenergie am gleichen Patienten durchgeführt.When Spectral device is for example a semiconductor detector, in particular a germanium or silicon detector, or a calorimeter available. The spectral device may also include a layered multiple detector in particular, two scintillation detectors arranged one behind the other one of which is a low-energy detector and the other is a high energy detector. From the ratio of two measured values of the Both detectors are then conclusions on the X-rays absorbent materials possible. Another variant is that the spectral device works according to the two-beam method. There are two measuring procedures different quantum energy performed on the same patient.

Die Spektral-Einrichtung nutzt das Prinzip der Röntgenbeugung aus.The Spectral device exploits the principle of X-ray diffraction.

Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Spektral-Einrichtung platzsparend in ein Röntgengerät zu integrieren. Außerdem ist eine nach dem Prinzip der Röntgenbeugung funktionierende Spektraleinrichtung preiswerter realisierbar als beispielsweise ein Halbleiter-Detektor. Im Vergleich zu den genannten Zweistrahlverfahren ergibt sich der Vorteil einer verkürzten Untersuchungszeit und – besonders wesentlich – eine Verminderung der Strahlendosis für den Patienten.Thereby it is possible in an advantageous manner, the Spectral device to save space in an X-ray machine. Furthermore is one according to the principle of X-ray diffraction functioning spectral device cheaper than realizable for example, a semiconductor detector. Compared to the mentioned Two-beam method gives the advantage of a shortened examination time and - especially essential - a reduction the radiation dose for the Patients.

Das Röntgenbeugungselement ist im Strahlenverlauf zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordnet oder mittels einer Stelleinrichtung dort positionierbar.The X-ray diffraction element is in the beam path between the X-ray source and the X-ray detector arranged or positionable there by means of an adjusting device.

Außerdem ist eine Detektorblende vorhanden, die – in Strahlenrichtung gesehen – nach dem Patienten und vor dem Röntgendetektor angeordnet ist, wobei das Röntgenbeugungselement zwischen der Detektorblende und dem Röntgendetektor angeordnet oder mittels der Stelleinrichtung dort positionierbar ist. Mittels der Detektorblende wird ein Teil des von der Röntgenquelle emittierten Röntgenstrahlenbündels unmittelbar vor dem Röntgenbeugungselement ausgeblendet. Die Detektorblende wird vorzugsweise eng kollimierend betrieben. Bei einem als Array ausgebildeten Röntgendetektor ist die Blendenweite vorzugsweise kleiner oder gleich der Ausdehnung eines Pixels des Detektorarrays, so dass alleine die Pixel des Arrays die Apparatefunktion bestimmen. Die Blende dient vor allen Dingen dazu, die Detektoren gegen ungebeugte Primärstrahlung zu schützen.In addition, a detector diaphragm is present, which - as seen in the beam direction - is arranged after the patient and in front of the X-ray detector, wherein the X-ray diffraction element is arranged between the detector diaphragm and the X-ray detector or can be positioned there by means of the actuator. By means of the detector diaphragm, part of the x-ray beam emitted by the x-ray source is masked out immediately in front of the x-ray diffraction element. The detector diaphragm is preferably operated in a close collimating manner. In the case of an X-ray detector designed as an array, the aperture width is preferably smaller than or equal to the extent of a pixel of the detector array, so that only the pixels of the array are the apparatus function vote. Above all, the aperture serves to protect the detectors against undiffracted primary radiation.

Wie bereits erläutert, erlauben die mittels der Spektral-Einrichtung gewonnenen Messdaten, Röntgenbeugungsmuster oder Röntgenspektren Rückschlüsse auf eine lokale Gewebe-Zusammensetzung oder Gewebe-Charakterisierung des Patienten. Das Röntgengerät weist daher eine Auswerteeinheit zur Berechnung einer Gewebezusammensetzung des Patienten auf, wobei eine von der Spektral-Einrichtung ermittelte spektrale Information verwendet wird.As already explained, allow the measured data obtained by the spectral device, X-ray diffraction pattern or X-ray spectra Conclusions on a local tissue composition or tissue characterization of the patient. The X-ray machine points Therefore, an evaluation unit for calculating a tissue composition of the patient, one determined by the spectral device spectral information is used.

Das Röntgenbeugungselement kann ein Pulverelement sein, welches ein Kristallpulver aufweist. Die Bestrahlung des Pulverelements und/oder die Auswertung gemessener Röntgenspektren geschieht beispielsweise analog zum Debye-Scherrer-Verfahren. Die Folge der Verwendung eines Pulvers ist ein radialsymmetrisches Beugungsmuster in der Detektorebene.The X-ray diffraction element may be a powder element having a crystal powder. The Irradiation of the powder element and / or the evaluation measured X-ray spectra happens, for example, analogous to the Debye-Scherrer method. The The consequence of using a powder is a radially symmetric diffraction pattern in the detector level.

Insbesondere zur Verwendung in einem Computertomographie-Gerät ist die Verwendung eines Röntgenkristalls von besonderem Vorteil. Dabei ergibt sich kein radialsymmetrisches Beugungsmuster, sondern es treten zahlreiche Einzelreflexe entsprechend der Zusammensetzung und Symmetrie der Elementarzelle des Röntgenkristalls auf. Der Röntgenkristall ist insbesondere ein Einkristall, beispielsweise LiF, KCl oder NaCl.Especially for use in a computed tomography device is the use of an x-ray crystal of particular advantage. This results in no radially symmetric Diffraction pattern, but there are numerous individual reflexes accordingly the composition and symmetry of the unit cell of the X-ray crystal on. The X-ray crystal is in particular a single crystal, for example LiF, KCl or NaCl.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist ein der Röntgenquelle zugeordneter Röntgendetektor sowohl zur Bilderfassung als auch zur Messung der Röntgenquantenenergie ausgebildet und/oder angeordnet. Mit anderen Worten: Die Spektral-Einrichtung nutzt als Röntgendetektor den zur Bilderfassung ohnehin vorhandenen Röntgendetektor. Daraus resultiert sowohl ein Platz- als auch ein Kostenvorteil.To another preferred embodiment is one of the X-ray source associated X-ray detector both for image acquisition and for measuring the X-ray quantum energy trained and / or arranged. In other words, the spectral device uses as an x-ray detector the X-ray detector, which is present anyway for image acquisition. This results both a space and a cost advantage.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Abstand des Röntgenbeugungselements zum Röntgendetektor zur Einstellung eines detektierbaren Energiefensters variierbar ist. Der genannte Abstand legt nämlich – neben der Detektorfläche – einen maximalen Beugungswinkel und somit das detektierbare Energieintervall fest.A advantageous development provides that the distance of the X-ray diffraction element to X-ray detector variable for setting a detectable energy window is. The said distance is in fact - next to the detector surface - a maximum diffraction angle and thus the detectable energy interval firmly.

Bei dem Röntgengerät kann es sich um ein Computertomografie-Gerät handeln. Bei einem Computertomographie-Gerät mit einem als zweidimensionales Array ausgebildeten Röntgendetektor ist es von besonderem Vorteil, falls das Röntgenbeugungselement, insbesondere der Röntgenkristall, derart ausgerichtet oder ausrichtbar ist, dass Hauptbeugungsreflexe entlang einer zur Patientenachse parallelen Spalte des Arrays auftreten.at the X-ray machine can to be a computed tomography device. In a computed tomography device with one as a two-dimensional Array trained X-ray detector it is of particular advantage if the X-ray diffraction element, in particular the x-ray crystal, is oriented or orientable such that main diffraction reflexes occur along a parallel to the patient axis column of the array.

Die Einstellung des Röntgenbeugungselements zielt insbesondere darauf ab, eine möglichst hohe anteilige Abbildung der Gesamtbeugungsintensität auf eine einzige Spalte zu erreichen. Dabei ist es zur Vermeidung eines Übersprechens zwischen benachbarten Spalten zweckmäßig, zwischen den Kanälen Kollimatoren zu positionieren oder dort positionierbar zu haben.The Adjustment of the X-ray diffraction element aims in particular to ensure the highest possible proportionate picture the total diffraction intensity to reach a single column. It is to avoid a crosstalk between adjacent columns expediently, between the channels collimators to position or to have positionable there.

Bekannte moderne Computertomographie-Geräte nutzen ein zweidimensionales Array anstelle eines eindimensionalen Arrays. Bei einem eindimensionalen Array werden die einzelnen Pixel in Umfangs- oder φ-Richtung aufgereiht. Dadurch, dass auch in der Patienten- oder z-Richtung mehrere Pixel vorhanden sind, welche die Spalten bilden, ergibt sich der Vorteil einer erhöhten Scan-Geschwindigkeit. Unter Umständen ergibt sich außerdem der Vorteil einer verminderten Strahlenbelastung, wenn ein zweiter Scan mit höherer Auflösung vermieden wird. Bei einem Röntgengerät oder einem Computertomographie-Gerät nach der Erfindung wird die Aufreihung mehrerer Pixel in z-Richtung (Spalten) zur Auswertung der spektralen Energieverteilung verwendet.Known modern computed tomography devices use a two-dimensional array instead of a one-dimensional array Arrays. For a one-dimensional array, the individual pixels become one in the circumferential or φ direction lined up. Because of that also in the patient or z-direction There are several pixels which form the columns, resulting the advantage of an increased Scanning speed. In certain circumstances also results the benefit of reduced radiation exposure when a second Scan with higher resolution is avoided. In an X-ray machine or a Computed tomography device according to the invention, the alignment of several pixels in the z-direction (Columns) used to evaluate the spectral energy distribution.

Das Computertomographie-Gerät nach der Erfindung weist daher vorzugsweise einen ersten Betriebsmodus auf, in welchem ein Scan des Patienten ohne im Strahlenverlauf angeordnetes Röntgenbeugungselement durchführbar ist, sowie einen zweiten Betriebsmodus, in welchem ein Scan des Patienten mit im Strahlenverlauf angeordnetem Röntgenbeugungselement durchführbar ist. Die beiden Betriebsmodi können beispielsweise derart sein, dass im ersten Betriebsmodus mit hoher Scan-Geschwindigkeit ein 3D-Datensatz erzeugt wird, und dass dieser 3D-Datensatz auch im zweiten Betriebsmodus, wenngleich auch langsamer, erzeugbar ist, wobei dann aber zusätzlich gleichzeitig eine spektrale Information gewinnbar ist, welche zur lokalen Gewebe-Charakterisierung heranziehbar ist.The Computed tomography device according to the invention therefore preferably has a first mode of operation in which a scan of the patient without arranged in the beam path X-ray diffraction element feasible is a second mode of operation in which a scan of the Patients can be performed with arranged in the beam path X-ray diffraction element. The two operating modes can For example, be such that in the first operating mode with high Scan speed a 3D record is generated, and that this 3D record is also in the second mode of operation, albeit slower, can be generated, but then in addition at the same time a spectral information can be obtained, which for local tissue characterization is approachable.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von drei in den 1 bis 4 wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be described below with reference to three in the 1 to 4 reproduced embodiments explained in more detail. Show it:

1 ein Röntgengerät nach der Erfindung in einer schematischen Übersichtsdarstellung, 1 an X-ray device according to the invention in a schematic overview,

2 eine Spektral-Einrichtung des Röntgengeräts nach der 1 in einer vergrößerten Darstellung (erstes Ausführungsbeispiel), 2 a spectral device of the X-ray device according to the 1 in an enlarged view (first embodiment),

3 eine Spektral-Einrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel, und 3 a spectral device according to a second embodiment, and

4 eine Spektral-Einrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel. 4 a spectral device according to a third embodiment.

1 zeigt ein Röntgengerät 1 nach der Erfindung, welches eine Röntgenquelle 3 mit einer röhrenseitigen Blendenanordnung 5 umfasst. Mittels der Blendenanordnung 5 wird ein Röntgenstrahlenbündel 7 gewünschter Größe ausgeblendet. Das Röntgenstrahlenbündel 7 durchstrahlt einen Patienten 9 und würde – bei Nichtvorhandensein der mit 12 bezeichneten Spektral-Einrichtung, gegebenenfalls nach Passieren einer detektorseitigen Blende – zum Röntgendetektor 15 gelangen, welcher ein Bild vom Patienten 9 mit einem Kontrast entsprechend der lokal unterschiedlichen Transmission oder Absorption des Patienten 9 erfasst. 1 shows an x-ray machine 1 after the He which is an X-ray source 3 with a tube-side aperture arrangement 5 includes. By means of the aperture arrangement 5 becomes an x-ray beam 7 desired size hidden. The x-ray beam 7 radiates a patient 9 and would - in the absence of the with 12 designated spectral device, optionally after passing through a detector-side aperture - the X-ray detector 15 which takes a picture of the patient 9 with a contrast corresponding to the locally different transmission or absorption of the patient 9 detected.

Bei dem Röntgengerät 1 nach der Erfindung ist im Strahlenverlauf eine insgesamt mit 12 bezeichnete Spektral-Einrichtung vorhanden.In the X-ray machine 1 According to the invention, a total of in the beam path 12 designated spectral device available.

Die Spektraleinrichtung 12 umfasst eine Detektorblende 11, ein Röntgenbeugungselement 13 sowie den Röntgendetektor 15. Außerdem umfasst sie eine Stelleinrichtung 17, mittels derer das Röntgenbeugungselement 13 in einer lateralen Richtung 19 in den Strahlengang einführbar und aus diesem herausbringbar ist. Zudem ist mittels der Stelleinrichtung 17 ein Abstand l zwischen dem Röntgenbeugungselement 13 und dem Röntgendetektor 15 einstellbar, indem das Röntgenbeugungselement 13 in Abstandsrichtung 20 verschiebbar ist.The spectral device 12 includes a detector aperture 11 , an X-ray diffraction element 13 and the X-ray detector 15 , It also includes an adjusting device 17 , by means of which the X-ray diffraction element 13 in a lateral direction 19 can be inserted into and out of the beam path. In addition, by means of the adjusting device 17 a distance I between the X-ray diffraction element 13 and the X-ray detector 15 adjustable by the X-ray diffraction element 13 in the distance direction 20 is displaceable.

In 1 ist außerdem ein mit α bezeichneter Beugungswinkel eingezeichnet, der bezüglich einer Normalen gemessen ist.In 1 In addition, a diffraction angle designated α is plotted, which is measured with respect to a normal.

Die Spektral-Einrichtung 12 ist in 2 näher dargestellt. Der Röntgendetektor 15 ist als zweidimensionales Array ausgebildet, wobei jedes Pixel aus einer oberen Schicht und einer unteren Schicht besteht. Die obere Schicht enthält einen Szintillator, insbesondere eine sogenannte UFC-Keramik (Ultra Fast Ceramic). Die jeweils untere Schicht stellt eine Photodiode dar, welche an die jeweilige obere Schicht mit der UFC-Keramik optisch angekoppelt ist. Alternativ könnte der Röntgendetektor 15 ein hochauflösendes Flächenelement, z.B. auf Cäsiumiodid-Silizium-Basis (CsI-αSi) sein. Die Detektorblende 11 ist gemäß 2 eine Punktblende mit rechteckigem Querschnitt, der an die Größe eines Pixels des Röntgendetektors 15 angepasst ist. Das Röntgenbeugungselement 13 ist in diesem Beispiel ein Kristallpulver, beispielsweise mit LiF, KCl oder NaCl.The spectral device 12 is in 2 shown in more detail. The x-ray detector 15 is formed as a two-dimensional array, each pixel consisting of an upper layer and a lower layer. The upper layer contains a scintillator, in particular a so-called UFC (Ultra Fast Ceramic) ceramic. The respective lower layer represents a photodiode, which is optically coupled to the respective upper layer with the UFC ceramic. Alternatively, the x-ray detector could 15 a high-resolution surface element, for example on cesium iodide silicon base (CsI-αSi) be. The detector aperture 11 is according to 2 a point aperture of rectangular cross-section, the size of a pixel of the X-ray detector 15 is adjusted. The x-ray diffraction element 13 is in this example a crystal powder, for example with LiF, KCl or NaCl.

Bei Verwendung eines solchen Pulverelements ergibt sich in der Detektorebene eine radiale Intensitätsverteilung I(r) (r = Abstand von der Normalen), welche über die Gleichung 2·d·sin(αn) = n·λdirekt mit der Intensitätsverteilung I(λ) des einfallenden Röntgenbündels verknüpft ist. Die angegebene Gleichung stellt die bekannte Bragg'sche Reflexionsbedingung dar, worin d für den als bekannt vorausgesetzten Gitterabstand des Röntgenkristalls, λ für die Wellenlänge des einfallenden Röntgenbündels, n für die Beugungsordnung und an für den Beugungswinkel der n-ten Beugungsordnung stehen. Da außerdem gilt: tan (α) = rl ,ist über den Abstand l des Röntgenbeugungselements 13 vom Röntgendetektor 15 und durch die nutzbare Detektorfläche (entsprechend einem Maximum für r) das detektierbare Energiefenster festgelegt oder einstellbarWhen using such a powder element results in the detector plane, a radial intensity distribution I (r) (r = distance from the normal), which on the equation 2 · d · sin (α n ) = n · λ is directly linked to the intensity distribution I (λ) of the incident X-ray beam. The given equation represents the known Bragg reflection condition, where d stands for the assumed lattice spacing of the X-ray crystal, λ for the wavelength of the incident X-ray beam, n for the diffraction order and at the diffraction angle of the n-th diffraction order. In addition: tan (α) = r l . is over the distance I of the X-ray diffraction element 13 from the x-ray detector 15 and by the usable detector area (corresponding to a maximum for r) the detectable energy window is set or adjustable

Bei dem in 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist die Detektorblende 11 als Strichblende 11 ausgebildet, deren Breite an die Breite einer sich in einer φ-Richtung erstreckenden Zeile i des Arrays angepasst ist. Die Länge der Strichblende 11 entspricht der Länge der genannten Zeile i. In diesem Beispiel ist das Röntgenbeugungselement 13 ein Röntgeneinkristall. Als Beugungsmuster ergeben sich Einzelreflexe entsprechend der Zusammensetzung und Symmetrie der Elementarzelle des Kristalls. Die Hauptreflexe des Kristalls werden beim Betrieb des Röntgengeräts 1 nach der Erfindung vorzugsweise auf eine sich in einer z-Richtung erstreckende Spalte c, d.h. "auf einem Kanal", des Arrays ausgerichtet. Ziel ist dabei die möglichst hohe anteilige Abbildung der Gesamtbeugungsintensität auf eine Spalte c. Gegebenenfalls sind zwischen den Spalten c – nicht explizit dargestellte – Kollimatoren zur Vermeidung eines Übersprechens zwischen den Spalten vorhanden. Der Flächendetektor hat dann – wie dargestellt – eine Ortsachse (φ) und eine Spektralachse (z).At the in 3 illustrated second embodiment, the detector aperture 11 as a line stop 11 whose width is adapted to the width of a line i extending in a φ-direction of the array. The length of the line stop 11 corresponds to the length of said line i. In this example, the x-ray diffraction element is 13 an X-ray single crystal. The diffraction pattern results in individual reflections corresponding to the composition and symmetry of the unit cell of the crystal. The main reflexes of the crystal are in the operation of the X-ray machine 1 according to the invention, preferably aligned with a column c extending in a z-direction, ie "on a channel", of the array. The aim here is the highest possible proportionate mapping of the total diffraction intensity to a column c. Optionally, there are collimators between the columns c - not explicitly shown - to avoid crosstalk between the columns. The area detector then has - as shown - a spatial axis (φ) and a spectral axis (z).

Für die übrigen Komponenten des zweiten Ausführungsbeispiels sei auf die Beschreibung zu 1 und 2 verwiesen.For the other components of the second embodiment is to the description 1 and 2 directed.

Die Spektral-Einrichtung 12 der 3 ist bevorzugt in einem Computertomographie-Gerät einsetzbar. φ und z stehen dann für die Rotationsrichtung bzw. Patientenrichtung.The spectral device 12 of the 3 is preferably used in a computed tomography device. φ and z then stand for the direction of rotation or patient direction.

Zur Verdeutlichung ist diese Variante in dem in 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel nochmals erläutert. Bei dem nur ausschnittsweise dargestellten Computertomographie-Gerät (CT-Gerät) sind mehrere, jeweils wenigstens ein Röntgendetektorarray aufweisende Detektormodule 23, 24, 25, 26, 27, auf einem Detektorbogen 28 in Umfangsrichtung φ um den Patienten 9 angeordnet. Außerdem sind zur Realisierung der Spektral-Einrichtung 12 mehrere, entlang der genannten Umfangsrichtung φ angeordnete Beugungsmodule 29, 30, 31, 32, 33 mit jeweils wenigstens einem Beugungskristall vorhanden. Der Detektorbogen 28 umfasst somit mehrere Spektral-Module, die jeweils ein Detektormodul 23, 24, 25, 26, 27 und ein Beugungsmodul 29, 30, 31, 32, 33 umfassen. Die Detektorblende 11 wird eng kollimierend betrieben. Die Blendenweite sollte gleich oder kleiner der Ausdehnung der Pixel eines der Detek tormodule 23, 24, 25, 26, 27 sein, damit allein diese maßgeblich die Apparatefunktion der Spektral-Einrichtung 12 bestimmen.For clarification, this variant is in the in 4 illustrated third embodiment explained again. In the case of the computed tomography device (CT device) shown only in sections, a plurality of detector modules each having at least one x-ray detector array are provided 23 . 24 . 25 . 26 . 27 , on a detector sheet 28 in the circumferential direction φ around the patient 9 arranged. In addition, for the realization of the spectral device 12 a plurality of diffraction modules arranged along said circumferential direction φ 29 . 30 . 31 . 32 . 33 each with at least one diffractive crystal IN ANY the. The detector arc 28 thus comprises several spectral modules, each one a detector module 23 . 24 . 25 . 26 . 27 and a diffraction module 29 . 30 . 31 . 32 . 33 include. The detector aperture 11 is operated close collimating. The aperture should be equal to or smaller than the extension of the pixels of one of the detector modules 23 . 24 . 25 . 26 . 27 so that alone this decisively the apparatus function of the spectral device 12 determine.

In einem ersten Betriebsmodus des Röntgengeräts 1 oder des Computertomographie-Geräts ist eine Aufnahme bzw. ein Scan des Patienten ohne im Strahlenverlauf angeordnetes Röntgenbeugungselement bzw. ohne Beugungsmodule 29, 30, 31, 32, 33 durchführbar.In a first operating mode of the X-ray device 1 or the computed tomography device is a recording or a scan of the patient without X-ray diffraction element arranged in the beam path or without diffraction modules 29 . 30 . 31 . 32 . 33 feasible.

In einem zweiten Betriebsmodus wird eine Aufnahme bzw. ein Scan bei im Strahlenverlauf angeordnetem Röntgenbeugungselement bzw. Beugungsmodulen 29, 30, 31, 32, 33 durchgeführt. Bei einem Scan im CT-Gerät läuft die Röntgenquelle 3 z.B. kontinuierlich und spiralförmig um den Patienten 9 um. Bei bestimmten Winkelstellungen findet ein Auslesen der Detektorpixel statt. Von jeder Spalte c oder jedem Kanal (siehe 3) wird dabei nicht nur ein einzelner Messwert, sondern ein Spektrum Ia,c(λ) gemessen. Der Index a steht dabei für Auslesen (reading). Bei der CT-Rücktransformation wird daraus neben der Bildinformation zusätzlich die Wellenlängenabhängigkeit der lokalen Absorptionskoeffizienten μ(x, λ) ermittelt.In a second operating mode, a recording or a scan is carried out with an X-ray diffraction element or diffraction modules arranged in the beam path 29 . 30 . 31 . 32 . 33 carried out. During a scan in the CT device, the X-ray source is running 3 eg continuously and spirally around the patient 9 around. At certain angular positions, a readout of the detector pixels takes place. From each column c or each channel (see 3 ) not only a single measured value, but a spectrum I a, c (λ) is measured. The index a stands for reading. In addition to the image information, the CT back transformation additionally determines the wavelength dependence of the local absorption coefficients μ (x, λ).

Die Absorptionsbeiträge unterschiedlicher Gewebe oder Materialien m, d.h. die einzelnen Gewebe- oder Materialspektren μm(λ), sind in dem so bestimmten Wert überlagert.The absorption contributions of different tissues or materials m, ie the individual tissue or material spectra μ m (λ), are superimposed in the value thus determined.

Bei bekannten Spektren μm(λ) ist ein Maß für die lokale Gewebezusammensetzung am Ort x ermittelbar.For known spectra μ m (λ), a measure of the local tissue composition at location x can be determined.

Die Bestimmung der Körper- oder Gewebezusammensetzung ist sowohl bei einem CT-Gerät als auch allgemein bei einem Röntgengerät 1 (siehe 1) nach der Erfindung durchführbar.The determination of the body or tissue composition is both in a CT device and in general in an X-ray machine 1 (please refer 1 ) can be carried out according to the invention.

Der Röntgendetektor 15 kann über Datenleitungen sowohl mit einer Auswerteeinheit 21 zur Auswertung der Spektral-Daten als auch mit einer Bilderfassungseinheit 22 zur Verarbeitung oder Darstellung der rein absorptionsbasierten Kontrastdaten zu einem Röntgenbild in Verbindung stehen.The x-ray detector 15 can be connected to an evaluation unit via data lines 21 for the evaluation of the spectral data as well as with an image acquisition unit 22 for processing or displaying the pure absorption-based contrast data to an X-ray image.

Außerdem kann eine – nicht dargestellte – Kontrolleinheit vorhanden sein, welche eine von der Spektral-Einrichtung 12 gewonnene Spektral-Information zur Kontrolle und ggf. zur Steuerung der Röntgenquelle 3, insbesondere der Strahlcharakteristik, verwendet.In addition, a - not shown - control unit may be present, which is one of the spectral device 12 obtained spectral information for the control and possibly for controlling the X-ray source 3 , in particular the beam characteristic used.

Claims (9)

Bildgebendes medizinisches Röntgengerät (1) zur Untersuchung eines Patienten (9), mit einer Röntgenquelle (3), einem der Röntgenquelle (3) zugeordneten Röntgendetektor (15), einer ein Röntgenbeugungselement (13) umfassenden Spektral-Einrichtung (12) und einer Detektorblende (11), die – in Strahlenrichtung gesehen – nach dem Patienten (9) und vor dem Röntgendetektor (15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Spektral-Einrichtung (12) zur Messung der Röntgenquantenenergie der durch den Patienten (9) hindurchgedrungenen Röntgenstrahlen hergerichtet derart ist, dass das Röntgenbeugungselement (13) zwischen der Detektorblende (11) und dem Röntgendetektor (15) angeordnet oder mittels einer Stelleinrichtung (17) dort positionierbar ist, und b) dass eine Auswerteeinheit (21) vorhanden ist zur Berechnung einer Gewebezusammensetzung des Patienten (9) unter Berücksichtigung einer von der Spektral-Einrichtung (12) ermittelten spektralen Information.Imaging medical X-ray device ( 1 ) for examining a patient ( 9 ), with an X-ray source ( 3 ), one of the X-ray source ( 3 ) associated X-ray detector ( 15 ), an X-ray diffraction element ( 13 ) spectral device ( 12 ) and a detector aperture ( 11 ), which - seen in the beam direction - after the patient ( 9 ) and in front of the x-ray detector ( 15 ), characterized in that a) that the spectral device ( 12 ) for measuring the X-ray quantum energy of the patient ( 9 ) penetrated X-rays is prepared such that the X-ray diffraction element ( 13 ) between the detector panel ( 11 ) and the X-ray detector ( 15 ) or by means of an adjusting device ( 17 ) is positionable there, and b) that an evaluation unit ( 21 ) is present for calculating a tissue composition of the patient ( 9 ) taking into account one of the spectral means ( 12 ) determined spectral information. Röntgengerät (1) nach Anspruch 1, wobei das Röntgenbeugungselement (13) ein Röntgenkristall ist.X-ray machine ( 1 ) according to claim 1, wherein the X-ray diffraction element ( 13 ) is an X-ray crystal. Röntgengerät (1) nach Anspruch 1, wobei das Röntgenbeugungselement (13) ein Kristall-Pulver ist.X-ray machine ( 1 ) according to claim 1, wherein the X-ray diffraction element ( 13 ) is a crystal powder. Röntgengerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Röntgendetektor (15) sowohl zur Bilderfassung als auch zur Messung der Röntgenquantenenergie ausgebildet und/oder angeordnet ist.X-ray machine ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the X-ray detector ( 15 ) is designed and / or arranged both for image acquisition and for measuring the X-ray quantum energy. Röntgengerät (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Abstand (l) des Röntgenbeugungselements (13) zum Röntgendetektor (15) zur Einstellung eines detektierbaren Energiefensters variierbar ist.X-ray machine ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the distance (l) of the X-ray diffraction element ( 13 ) to the X-ray detector ( 15 ) is variable to set a detectable energy window. Röntgengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Röntgengerät als Computertomografie-Gerät ausgebildet ist.X-ray machine after one the claims 1 to 5, wherein the X-ray machine is designed as a computed tomography device is. Röntgengerät nach Anspruch 6, wobei der Röntgendetektor (15) als zweidimensionales Array ausgebildet ist, und wobei das Röntgenbeugungselement (13), insbesondere der Röntgenkristall, derart ausgerichtet oder ausrichtbar ist, dass Hauptbeugungsreflexe entlang einer zur Patientenachse (z) parallelen Spalte (c) des Arrays auftreten.X-ray apparatus according to claim 6, wherein the X-ray detector ( 15 ) is formed as a two-dimensional array, and wherein the X-ray diffraction element ( 13 ), in particular the X-ray crystal, is oriented or alignable such that main diffraction reflexes occur along a column (c) of the array parallel to the patient axis (z). Röntgengerät nach Anspruch 7, wobei zwischen Spalten (c) des Arrays Kollimatoren positioniert oder positionierbar sind zur Vermeidung eines Übersprechens zwischen benachbarten Spalten (c).X-ray device according to claim 7, wherein positioned between columns (c) of the array collimators or positionable to avoid crosstalk between adjacent ones Columns (c). Röntgengerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, mit einem ersten Betriebsmodus, in welchem ein Scan des Patienten (9) ohne im Strahlenverlauf angeordnetem Röntgenbeugungselement (13) durchführbar ist, und mit einem zweiten Betriebsmodus, in welchem ein Scan des Patienten (9) mit im Strahlenverlauf angeordnetem Röntgenbeugungselement (13) durchführbar ist.X-ray apparatus according to one of claims 6 to 8, with a first operating mode in which a scan of the patient ( 9 ) without an X-ray diffraction element ( 13 ) and a second operating mode in which a scan of the patient ( 9 ) with an X-ray diffraction element arranged in the beam path ( 13 ) is feasible.
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