DE102004037076B4

DE102004037076B4 - Gantry und Computertomograph

Info

Publication number: DE102004037076B4
Application number: DE102004037076A
Authority: DE
Inventors: Matthias Seufert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2011-02-24
Anticipated expiration: 2024-07-31
Also published as: US7206373B2; US20060023833A1; DE102004037076A1

Abstract

Gantry (1.1; 1.2) mit einer Röntgenröhrenvorrichtung (3.1; 3.2), einer dieser zugeordneten Detektorvorrichtung (4; 4.1) sowie einem von der Röntgenröhrenvorrichtung (3.1; 3.2) erzeugten, einen definierten Untersuchungsbereich und einen definierten Bereich der Detektorvorrichtung (4; 4.1) überdeckenden Röntgenstrahl (7.1; 7.2), wobei zur Erzeugung des Röntgenstrahls (7.1; 7.2) zumindest zwei Röntgenröhren (3.1; 3.2) vorgesehen sind, deren Röntgenstrahlenbündel (7.1; 7.2) jeweils in axialer Richtung der Gantry (1.1; 1.2) zueinander überschneidungsfrei den definierten Untersuchungsbereich und den definierten Bereich der Detektorvorrichtung (4; 4.1) überdecken und wobei das Röntgenstrahlenbündel (7.1; 7.2) jeder Röntgenröhre (3.1; 3.2) im Untersuchungsbereich und im Bereich der Detektorvorrichtung (4; 4.1) bündig an das Röntgenstrahlenbündel (7.1; 7.2) der jeweils nächstgelegenen Röntgenröhre (3.1; 3.2) angrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gantry für einen Computertomographen nach dem Patentanspruch 1. Eine derartige Gantry ist zum Beispiel aus der DE 196 47 626 A1 bekannt. Die Erfindung betrifft außerdem einen Computertomographen mit einer Gantry nach dem Patentanspruch 6.
Bei derartigen Gantrys, insbesondere für Computertomographie-Anlagen, mit einer einzelnen Röntgenröhre ist die Ausdehnung eines von der Röntgenröhre erzeugten Röntgenstrahlenbündels in bezüglich der Rotation der Gantry axialer Richtung vor allem durch zwei Faktoren bestimmt. Einerseits begrenzt ein Anodenneigungswinkel α eines in der Röntgenröhre angeordneten drehbaren Anodentellers einer Drehanode den von dem Röntgenstrahlenbündel maximal mit ausreichender Leistung überdeckbaren Winkelbereich, sodass an sich ein möglichst großer Anodenneigungswinkel zu erstreben wäre. Andererseits verursacht ein zu großer Anodenneigungswinkel eine erhöhte Varianz der wirksamen Größe der Projektionen des Brennfleckes in Richtung der Abbildung und kann so zu hoher Abbildungsunschärfe führen; daher sind einer Vergrößerung der Ausdehnung des Röntgenstrahlenbündels in axialer Richtung Grenzen gesetzt. Zur Erhöhung der Röntgenleistung, welche in etwa proportional zu dem Durchmesser des Anodentellers der Röntgenröhre ist, wäre an sich eine Vergrößerung des Anodentellers wünschenswert.
Die US 6 229 870 B1 beschreibt einen Computertomographen mit einer Gantry, die eine Röntgenröhre und einen Röntgendetektor aufweist. Die Röntgenröhre besitzt mehrere in axialer Richtung der Gantry hintereinander angeordnete Anoden, die mehrere beabstandet voneinander in axialer Richtung der Gantry angeordnete Röntgenstrahlenbündel erzeugen. Das Dokument FR 2 819 141 A1 beschreibt eine Röntgenröhre, welche eine doppelte Anode mit zwei Anodentellern zur Erzeugung von zwei Röntgenstrahlenbündeln aufweist. Die beiden Anodenteller sind dabei derart angeordnet, dass die Röntgenstrahlenbündel einander überlappen. Die DE 31 09 100 A1 offenbart eine Gantry mit einer mehrere Foki in Form von mehreren Anoden aufweisenden Röntgenröhre. Die Anoden sind dabei axial in Bezug auf die Gantry hintereinander angeordnet; die Röntgenstrahlenbündel überschneiden sich. Die EP 1 570 785 A1 offenbart ebenfalls einen Computertomographen mit zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Foki, welche zwei kegelförmige Röntgenstrahlenbündel erzeugen, die sich überschneiden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei derartigen Gantrys den mit einem Röntgenstrahl in axialer Richtung der Gantry zu überdeckenden Bereich bei möglichst kleiner Varianz der Brennfleckgröße zu erhöhen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Gantry für einen Computertomographen gemäß Patentanspruch 1 sowie bei einem Computertomographen mit einer Gantry gemäß Patentanspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
Durch die erfindungsgemäße Gantry wird mittels der Anordnung von mindestens zwei Röntgenröhren der überdeckbare Winkelbereich vergrößert, ohne dass dadurch die Varianz der Größe der Projektionen des optischen Brennfleckes auf einen Wert verschlechtert wird, der sich einstellen würde, wenn bei einer einzelnen Röntgenröhre der Anodenneigungswinkel entsprechend erhöht würde. Durch die Wahl zweier jeweils der Größe einer einzelnen Röntgenröhre entsprechender Röntgenröhren können der maximal überdeckbare Winkelbereich und die Röntgenleistung verdoppelt werden ohne dass die Varianz sich entsprechend verschlechtert; andererseits kann bei gleich bleibendem, überdeckbarem Winkelbereich durch den erfindungsgemäßen Austausch einer einzelnen Röntgenröhre gegen mindestens zwei Röntgenröhren mit entsprechend geringerem Anodenneigungswinkel die Varianz klein gehalten und damit die Abbildung verbessert werden. Erfindungsgemäß grenzt das Röntgenstrahlen bündel jeder Röntgenröhre im Untersuchungsbereich und im Bereich der Detektorvorrichtung bündig an das Röntgenstrahlenbündel der jeweils nächstgelegenen Röntgenröhre an.
Durch die Wahl kleinerer Röntgenröhren mit geringeren Anodenneigungswinkeln kann zusätzlich eine Verkleinerung der Röntgenröhrenvorrichtung bei ansonsten gleich bleibenden Leistungsdaten erzielt werden, so dass für die Gantry ein geringerer Außendurchmesser und/oder ein größerer Nutzraum-Innendurchmesser möglich ist.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Röntgenröhren in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, wodurch zusätzlich Platz gespart wird und eine kompaktere Anordnung möglich ist.
Zur Verbesserung der Abbildung des zu durchstrahlenden Bereiches ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Detektorvorrichtung jeweils einen jeder Röntgenröhre zugeordneten gesonderten Detektorbereich aufweist.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
1 in axialer Seitenansicht eine bekannte Gantry mit einer einzigen Röntgenröhre;
2 in axialer Seitenansicht eine erfindungsgemäße Gantry mit zwei, die eine Röntgenröhre gemäß 1 ersetzenden, Röntgenröhren;
3 einen vergrößerten Ausschnitt der erfindungsgemäßen Gantry gemäß 2;
4 in stirnseitiger Vorderansicht die erfindungsgemäße Gantry gemäß 2;
5 in stirnseitiger Vorderansicht die erfindungsgemäße Gantry gemäß 2 mit einer alternativen Detektorvorrichtung.
In 1 zeigt eine durch den Stand der Technik an sich bekannte Gantry 1 für einen Computertomographen mit einer Röntgenröhre 3 in einem Gehäuse 10 und einer Detektorvorrichtung 4. Im Zentrum der ringförmigen Gantry 1 ist ein zu untersuchendes Objekt 2, insbesondere ein Patient, gelagert. Die Gantry 1 ist rotierbar um eine zentrale Achse 9 gelagert. Die Röntgenröhre 3 umfasst als wichtigste Bestandteile eine Kathode 6 und einen rotierbaren Anodenteller 5 einer Drehanode.
Der Anodenteller 5 der Drehanode ist im vorliegenden Fall in bekannter Weise nach Art einer umlaufenden Fase um einen Anodenneigungswinkel α abgeschrägt. Die Kathode 6 emittiert einen Elektronenstrahl 14, der bei seinem Auftreffen auf die umlaufende Fase des Anodentellers 5 ein auf die Detektorvorrichtung 4 gerichtetes Röntgenstrahlenbündel 7 unter einem Öffnungswinkel γ erzeugt. Die erwähnte Varianz ergibt sich aus dem Größenunterschied zwischen den Projektionen die von den jeweils äußersten Randstrahlen des von dem Brennfleck ausgesendeten Röntgenstrahlenbündels 7 definiert sind. Das Röntgenstrahlenbündel 7 überdeckt einen definierten Untersuchungsbereich, in dem sich das Objekt 2 befindet. Das Röntgenstrahlenbündel 7 bildet einen axialen Ausschnitt des in der Öffnung der Gantry 1 gelagerten Objektes 2 mit dem Öffnungswinkel γ auf die Detektorvorrichtung 4 ab. Für eine Computertomographie-Abbildung rotiert die Gantry 1 mit der Röntgenröhre 3 und der Detektorvorrichtung 4 um die Drehachse 9 und das Objekt 2.
Wie aus 2 und in vergrößerter Darstellung aus 3 ersichtlich, sind in vorteilhafter Weise zur Erzeugung des Röntgenstrahles eine erste Röntgenröhre 3.1 und eine zweite Röntgenröhre 3.2 vorgesehen, wobei die erste Röntgenröhre 3.1 gegenüber der zweiten Röntgenröhre 3.2 in axialer Richtung der Gantry gespiegelt und achsparallel versetzt angeordnet ist. Die Kathoden 6.1; 6.2 emittieren jeweils einen Elektronenstrahl 14.1; 14.2 zur Erzeugung der Röntgenstrahlenbündel 7.1; 7.2. Die erste und die zweite Röntgenröhre 3.1 und 3.2 befinden sich in einem gemeinsamen Gehäuse 10.1.
Gemäß 4 ist in stirnseitiger Frontansicht gezeigt, wie ein Röntgenstrahlenbündel 7.1 der ersten Röntgenröhre 3.1 im Untersuchungsbereich und im Bereich der Detektorvorrichtung 4 bündig an ein Röntgenstrahlenbündel 7.2 der zweiten Röntgenröhre 3.2 angrenzt. Gemeinsam bilden die Röntgenstrahlenbündel 7.1 und 7.2 den Röntgenstrahl. Durch die gegenüber dem Anodenneigungswinkel α der einzelnen Röntgenröhre 3 nach dem Stand der Technik gemäß 1 geringeren Anodenneigungswinkel der beiden Röntgenröhren 3.1 und 3.2 ist die Varianz geringer bei gleichzeitig größerem Gesamtöffnungswinkel β1 + β2 des Röntgenstrahles. Gemäß einer Ausgestaltung sind die zwei Röntgenröhren 3.1 und 3.2 in einem gemeinsamen Gehäuse 10.1 untergebracht, so dass eine kompaktere Baueinheit möglich ist. Diese Kompaktheit kann dadurch vergrößert werden, dass ein gemeinsamer Antrieb für beide Drehanoden verwendet wird. Es können auch Drehanoden mit ebenen Anodentellern, also ohne Fasenanschrägung, verwendet werden, wodurch die Röntgenröhren kostengünstig herstellbar sind.
5 zeigt eine alternative Möglichkeit einer Detektorvorrichtung 4.2 mit zwei Detektorbereichen 12 und 13, so dass eine individuelle Auslegung der Detektorbereiche möglich ist. In vorteilhafter Weise ist jeder gesonderte Detektorbereich 12 und 13 derart angeordnet bzw. ausgebildet, dass der Fokus des von Röntgenröhre 3.1 bzw. 3.2 erzeugten Röntgenstrahlenbündels 7.1 bzw. 7.2 zentrisch auf den jeweiligen zugeordneten Detektorbereich 12 bzw. 13 ausgerichtet ist; dadurch ergibt sich ohne gesteigerten Auswertungsaufwand jeweils eine gleichartig scharfe Abbildung.
Die Erfindung lässt sich wie folgt kurz zusammenfassen: Zur Vergrößerung des zu überdeckenden Winkelbereiches bei gleichzeitig geringer Varianz der optischen Brennflecke sind bei einer Gantry, insbesondere für einen Computertomographen, zur Erzeugung eines Röntgenstrahls zumindest zwei Röntgenröhren anstelle einer einzigen vorgesehen, deren Röntgenstrahlenbündel jeweils in axialer Richtung der Gantry im wesentlichen zueinander überschneidungsfrei einen definierten Untersuchungsbereich und einen definierten Bereich der Detektorvorrichtung überdecken.

Claims

Gantry (1.1; 1.2) mit einer Röntgenröhrenvorrichtung (3.1; 3.2), einer dieser zugeordneten Detektorvorrichtung (4; 4.1) sowie einem von der Röntgenröhrenvorrichtung (3.1; 3.2) erzeugten, einen definierten Untersuchungsbereich und einen definierten Bereich der Detektorvorrichtung (4; 4.1) überdeckenden Röntgenstrahl (7.1; 7.2), wobei zur Erzeugung des Röntgenstrahls (7.1; 7.2) zumindest zwei Röntgenröhren (3.1; 3.2) vorgesehen sind, deren Röntgenstrahlenbündel (7.1; 7.2) jeweils in axialer Richtung der Gantry (1.1; 1.2) zueinander überschneidungsfrei den definierten Untersuchungsbereich und den definierten Bereich der Detektorvorrichtung (4; 4.1) überdecken und wobei das Röntgenstrahlenbündel (7.1; 7.2) jeder Röntgenröhre (3.1; 3.2) im Untersuchungsbereich und im Bereich der Detektorvorrichtung (4; 4.1) bündig an das Röntgenstrahlenbündel (7.1; 7.2) der jeweils nächstgelegenen Röntgenröhre (3.1; 3.2) angrenzt.
Gantry nach Anspruch 1, wobei die Röntgenröhren (3.1; 3.2) in einem gemeinsamen Gehäuse (10.1) angeordnet sind.
Gantry nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Erzeugung des Röntgenstrahles (7.1; 7.2) eine erste und eine zweite Röntgenröhre (3.1; 3.2) vorgesehen sind und die erste Röntgenröhre (3.1; 3.2) gegenüber der zweiten Röntgenröhre (3.2; 3.1) in axialer Richtung gespiegelt und achsparallel versetzt angeordnet ist.
Gantry nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Detektorvorrichtung (4.1) jeweils einen jeder Röntgenröhre (3.1; 3.2) zugeordneten gesonderten Detektorbereich (12; 13) aufweist.
Gantry nach Anspruch 4, wobei jeder gesonderte Detektorbereich (12; 13) derart angeordnet ist, dass der Fokus des von jeder Röntgenröhre (3.1; 3.2) erzeugten Röntgenstrahlenbündels (7.1; 7.2) zentrisch auf den jeweiligen zugeordneten Detektorbereich (12; 13) ausgerichtet ist.
Computertomograph mit einer Gantry nach einem der Ansprüche 1 bis 5.