DE102004052911A1

DE102004052911A1 - Röntgenstrahler mit einem Strahlergehäuse, Röntgeneinrichtung mit einem derartigen Röntgenstrahler und Computertomographiegerät mit einer derartigen Röntgeneinrichtung

Info

Publication number: DE102004052911A1
Application number: DE102004052911A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Kühn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2024-11-03
Also published as: DE102004052911B4; US7284905B2; US20060093092A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler (17) mit einem Strahlergehäuse (20), von dem von einem Fokus (F) ausgehende Röntgenstrahlung (S) emittierbar ist, wobei eine im Strahlengang der Röntgenstrahlung (S) angeordnete, eine Blendenöffnung (27) aufweisende Vorblende (26) in oder an dem Strahlergehäuse (20) angeordnet ist, welche mit wenigstens einem zusätzlichen Schlitz (28, 29) versehen ist, durch welchen Röntgenstrahlung (S) auf wenigstens ein für Röntgenstrahlung (S) empfindliches Element (30, 31) zur Bestimmung der Lage des Fokus (F) treffen kann. Die Erfindung betrifft außerdem eine Röntgeneinrichtung (15) mit einem derartigen Röntgenstrahler (17) und Computertomographiegerät (11) mit einer derartigen Röntgeneinrichtung (15).

Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler mit einem Strahlergehäuse, von dem von einem Fokus ausgehende Röntgenstrahlung emittierbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Röntgeneinrichtung aufweisend einen derartigen Röntgenstrahler und ein dem Strahlergehäuse benachbartes Gehäuse. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Computertomographiegerät mit einer derartigen Röntgeneinrichtung.

Röntgenstrahler beispielsweise von Röntgendiagnostikgeräten, wie einem Computertomographiegerät, weisen in der Regel eine eine Anode umfassende Röntgenröhre auf. Im Betrieb der Röntgenröhre trifft ein von einer Kathode der Röntgenröhre emittierter Elektronenstrahl idealer Weise in einem Punkt, dem Fokus, auf der Anode auf, wobei ausgehend von dem Fokus Röntgenstrahlung emittiert wird. In Folge thermischer Einflüsse oder Bewegungen des Anodentellers der Anode auf Grund mechanischer Toleranzen kann es während des Betriebes der Röntgenröhre zur Verlagerung des Fokus aus seiner Ideallage auf dem Anodenteller heraus kommen, was zu einer unerwünschten Verlagerung der vom Fokus ausgehenden Röntgenstrahlung führt. Um dieser Verlagerung des Fokus entgegenwirken zu können, ist in einem dem Röntgenstrahler nach gelagerten Blendengehäuse eine eine Blendenöffnung aufweisende Vorblende angeordnet, die zu der Blendenöffnung zusätzlich in der Regel zwei kleinere Schlitze aufweist, durch die Röntgenstrahlung hindurch dringen kann. Die durch die beiden Schlitze hindurch tretende Röntgenstrahlung trifft dabei auf für Röntgenstrahlungen empfindliche Elemente, wobei registriert wird, welcher Bereich der Elemente mit Röntgenstrahlung beaufschlagt wird. Anhand der von den Elementen erzeugten Signale und basierende auf dem bekannten Abstandsverhältnis zwischen Fokus, Vorblende und Elementen, kann mittels einer Recheneinrichtung die Istposition des Fokus auf dem Anodenteller bestimmt und mit der Sollposition des Fokus verglichen werden. Ist eine Abweichung des Fokus ermittelt worden, kann beispielsweise durch Beeinflussung des von der Kathode ausgehenden Elektronenstrahls der Fokus wieder in seine Sollposition verlagert werden. In der Regel geschieht dies durch eine entsprechende Veränderung des den Elektronenstrahl beeinflussenden elektromagnetischen Feldes, welches mit an der Röntgenröhre angeordneten Spulen erzeugt wird. Die Recheneinrichtung ermittelt hierzu die veränderten Spulenströme.

In 1 ist der Aufbau einer derartigen einen Röntgenstrahler 1 und ein Blendengehäuse 2 umfassenden Röntgeneinrichtung 3 dargestellt. Der Röntgenstrahler 1, von dessen Fokus F Röntgenstrahlung S ausgeht, weist neben einem Strahlenfenster 4 eine grobe Vorblende 5 auf. Die mit den Schlitzen versehene Vorblende 6 sowie die Elemente 7 und 8 zur Bestimmung der Lage des Fokus F als auch die eigentliche Hauptblende 10 zur Formung des Nutzröntgenstrahlenbündels sind in das Blendengehäuse 2 integriert. Zum Schutz vor Streustrahlung ist zusätzlich zwischen dem Röntgenstrahler 1 und dem Blendengehäuse 2 eine Streustrahlungsdichtung 9 vorhanden.

Nachteilig hierbei ist der relativ große Raumbedarf der aus Röntgenstrahler und Blendengehäuse bestehenden Anordnung. Wegen des Raumbedarfs dieser Anordnung war es bisher für ein Computertomographiegerät nicht möglich, die Patientenöffnung, also die Öffnung in der sich bzw. durch die sich ein Patient während einer Untersuchung mit einem Röntgencomputertomographiegerät befindet bzw. bewegt, im Durchmesser größer zu gestalten, ohne den Außendurchmesser des Drehrahmens zu vergrößern, auf dem der Röntgenstrahler und das Blendengehäuse angeordnet sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Röntgenstrahler, eine Röntgeneinrichtung sowie ein Computertomogra phiegerät der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass der Raumbedarf des Röntgenstrahlers und des nach gelagerten Gehäuses reduziert ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Röntgenstrahler mit einem Strahlergehäuse, von dem von einem Fokus ausgehende Röntgenstrahlung emittierbar ist, wobei eine im Strahlengang der Röntgenstrahlung angeordnete, eine Blendenöffnung aufweisende Vorblende in oder an dem Strahlergehäuse angeordnet ist, welche mit wenigstens einem zusätzlichen Schlitz versehen ist, durch welchen Röntgenstrahlung auf wenigstens ein für Röntgenstrahlung empfindliches Element zur Bestimmung der Lage des Fokus treffen kann. Dadurch, dass die bisher in einem dem Röntgenstrahler nach gelagerten Gehäuse angeordnete, mit dem wenigstens einen zusätzlichen Schlitz versehene Vorblende nunmehr direkt in oder an dem Strahlergehäuse des Röntgenstrahlers angeordnet ist, lässt sich unter Einhaltung eines geeigneten Abstandsverhältnisses zwischen Fokus, Vorblende und dem Element zur Bestimmung der Lage des Fokus die den Röntgenstrahler und ein dem Röntgenstrahler nach gelagertes Gehäuse umfassende Einrichtung baulich verkleinern, so dass der Raumbedarf gegenüber der konventionellen Anordnung deutlich verringert ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Röntgenstrahlers ist es also möglich, das nach gelagerte Gehäuse, welches in der Regel das Element zur Bestimmung der Lage des Fokus enthält, kleiner auszuführen. Auf diese Weise sind beispielsweise für ein Computertomographiegerät die Voraussetzungen geschaffen, die Patientenöffnung in der sich bzw. durch die sich der Patient während einer Untersuchung mit dem Computertomographiegerät befindet bzw. bewegt, bei unverändertem Aussendruchmesser des Drehrahmens größer auszuführen. Dadurch verspüren nicht nur weniger Patienten in der Patientenöffnung ein Gefühl der Beengung, sondern auch der für medizinisches Personal zur Verfügung stehende Raum für medizinische Eingriffe im Bereich der Patientenöffnung ist vergrößert. Zudem wird die Möglichkeit eröffnet, Patienten in anderer Haltung, beispielsweise mit abgewinkelten Gliedmaßen zu untersuchen. Darüber hinaus ergeben sich weniger Probleme bei der Untersuchung von Personen, welche eine besonders große Körperfülle aufweisen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die in oder an dem Strahlergehäuse angeordnete Vorblende des Röntgenstrahlers zwei zusätzliche, wenigstens im Wesentlichen orthogonal zueinander ausgerichtete, Schlitze auf, von denen jeder einem für Röntgenstrahlung empfindlichen Element zur Bestimmung der Lage des Fokus zugeordnet ist. Durch diese Anordnung der Schlitze kann bezogen auf die Geometrie eines Computertomographiegerätes die Veränderung der Lage des Fokus sowohl in z-Richtung, welche der Richtung der Systemachse des Computertomographiegerätes entspricht, als auch in φ-Richtung, welche der Rotationsrichtung des Röntgenaufnahmesystems des Computertomographiegerätes entspricht, ermittelt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst durch eine Röntgeneinrichtung, aufweisend einen vorstehend beschriebenen Röntgenstrahler sowie ein dem Strahlergehäuse benachbartes bzw. nach gelagertes Gehäuse, in dem das oder die Elemente zur Bestimmung der Lage des Fokus angeordnet sind. Gemäß einer Variante der Erfindung ist dabei in dem Gehäuse wenigstens eine weitere Blende angeordnet, um aus der durch die Vorblende hindurch getretenen Röntgenstrahlung das Nutzröntgenstrahlenbündel, welches durch ein zu untersuchendes Objekt treten soll, zu formen. Wie bereits erwähnt, kann das die Elemente zur Bestimmung der Lage des Fokus und die weitere Blende enthaltende Gehäuse unter Einhaltung der geeigneten geometrischen Bedingungen, das heißt eines geeigneten Abstandsverhältnisses zwischen Fokus, Vorblende und Elementen zur Bestimmung der Lage des Fokus kleiner ausgeführt werden, so dass die den Röntgenstrahler und das zusätzliche Gehäuse aufweisende Röntgenanordnung einen kleineren Raumbedarf mit den bereits erwähnten Vorteilen benötigt.

Nach einer weiteren Variante der Erfindung weist die Röntgeneinrichtung zur Bestimmung der Lage des Fokus mit dem Element bzw. den Elementen zur Bestimmung der Lage des Fokus verbundene Rechenmittel auf, welche aus von dem Element bzw. den Elementen zur Bestimmung der Lage des Fokus erzeugten Signalen unter Berücksichtigung der bekannten geometrischen Verhältnisse die Lage des Fokus berechnen.

Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst durch ein Computertomographiegerät mit einer vorstehend erwähnten Röntgeneinrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlung und einem der Röntgeneinrichtung zugeordneten Röntgenstrahlendetektor, welche einander gegenüberliegend an einem um eine Systemachse rotierbaren Drehrahmen angeordnet sind. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Röntgeneinrichtung kann das Computertomographiegerät eine gegenüber herkömmlichen Computertomographiegeräten vergrößerte Patientenöffnung aufweisen, so dass wie bereits erwähnt, Personen mit großer Körperfülle problemlos untersucht werden können, mehr Raum für medizinisches Personal an der Patientenöffnung zur Verfügung steht und zudem neue Untersuchungsformen an dem Computertomographiegeräten möglich sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 eine Röntgeneinrichtung nach dem Stand der Technik,
2 in stark vereinfachter Darstellung ein Computertomographiegerät,
3 eine Röntgeneinrichtung mit einem Röntgenstrahler des Computertomographiegerät aus 2, und
4 eine mit zwei Schlitzen versehene Vorblende und zwei dieser zugeordneten Elemente zur Bestimmung der Lage des Fokus der Röntgeneinrichtung aus 3.
In 2 ist in stark vereinfachter Weise ein Computertomographiegerät 11 dargestellt, welches eine Gantry aus einem feststehenden Teil 12 und einem relativ zu dem feststehenden Teil 12 um eine Systemachse Z rotierbaren Drehrahmen 13 aufweist. In 2 ist außerdem in schematisch angedeuteter Weise eine Patientenliege 14 gezeigt, welche in an sich bekannter Weise zur Untersuchung eines Objektes, bevorzugt eines Patienten P, während des Betriebs des Computertomographiegerätes 11 in Richtung der Systemachse Z verstellt werden kann, so dass nicht nur unterschiedliche Schichtaufnahmen bei jeweils ortsfester Patientenliege 14, sondern auch Spiralaufnahmen mit dem Computertomographiegerät 11 möglich sind, wobei sich die Patientenliege 14 mit dem Patienten P durch die Patientenöffnung 19 des Computertomographiegerätes 11 bewegt. An dem Drehrahmen 13 sind einander gegenüberliegend eine Röntgeneinrichtung 15 und ein Röntgenstrahlendetektor 16 angeordnet. Während einer Untersuchung dreht sich der Drehrahmen 13 in φ-Richtung um die Systemachse Z, wobei von einem Fokus F der Röntgeneinrichtung 15 ausgehende Röntgenstrahlung unter verschiedenen Richtungen einen Körberbereich des auf der Patientenliege 14 gelagerten Patienten P durchdringt und anschließend auf dem Röntgenstrahlendetektor 16 auftrifft, bei dem es sich in der Regel um einen aus mehreren Detektormodulen aufgebauten mehrzeiligen Röntgenstrahlendetektor handelt. Aus den aufgenommenen Röntgenprojektionen können in an sich bekannter Weise mit einer nicht dargestellten Recheneinrichtung Schichtbilder oder Volumenbilder von dem aufgenommenen Körperbereich des Patienten P rekonstruiert und auf einer ebenfalls nicht dargestellten Anzeigeeinheit dargestellt werden.
Der Aufbau der einen Röntgenstrahler 17 und ein Blendengehäuse 18 aufweisenden Röntgeneinrichtung 15 ist in 3 näher dargestellt. Wie 3 zu entnehmen ist, umfasst der Rönt genstrahler 17 ein Strahlergehäuse 20, in dem, wie in 3 schematisch angedeutet ist, eine Röntgenröhre 21 angeordnet ist. Mit F ist der Fokus der Röntgenröhre 21 gekennzeichnet. Der Fokus F ist der Auftreffpunkt des von einer Kathode 22 ausgehenden Elektronenstrahls auf der Anode 23 der Röntgenröhre 21, von dem aus Röntgenstrahlung S in Richtung auf den Patienten P emittiert wird. Zur Begrenzung des Strahlenbündels der Röntgenstrahlung S weist der Röntgenstrahler 15 in seinem Gehäuse ein Strahlerfenster 25 auf. Des Weiteren weist der Röntgenstrahler 17 eine in das Strahlergehäuse 20 integrierte Vorblende 26 auf, welche das von dem Fokus F ausgehende, durch das Strahlerfenster 25 hindurch tretende Röntgenstrahlenbündel fächerförmig formt.
Die Vorblende 26, welche in 4 näher dargestellt ist, weist eine rechteckförmige Öffnung 27 zur Formung des Röntgenstrahlenbündels S auf, und ist außerdem mit zwei zusätzlichen, wenigstens im Wesentlichen orthogonal zueinander ausgerichteten Schlitzen 28 und 29 versehen, durch die ebenfalls Röntgenstrahlung dringen kann. Die Schlitze 28, 29 sind dabei jeweils einem für Röntgenstrahlung empfindlichen Element 30, 31 zur Bestimmung der Lage des Fokus F des Röntgenstrahlers 17 zugeordnet. Bei den Elementen 30 und 31 handelt es sich dabei um Messeinrichtungen, welche empfindlich für Röntgenstrahlungen sind. Der Aufbau der Elemente 30, 31 kann dabei dem Aufbau von Detektorelementen, wie sie in dem Röntgenstrahlendetektor 16 verwendet werden, entsprechen. Jedes der Elemente 30, 31 umfasst beispielsweise in an sich bekannter Weise eine Szintillatorkeramik zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in Licht, der in der Regel ein Diodenarray nachgeschaltet ist. Die Elemente 30, 31 können aber auch direkt konvertierend ausgeführt sein.
Kommt es im Betrieb des Computertomographiegerätes 11 aufgrund thermischer Effekte oder auch aufgrund von mechanischen Toleranzen des in den Figuren nicht explizit dargestellten Anodentellers der Anode 23 der Röntgenröhre 21 zu Bewegungen beispielsweise in Richtung des Systemachse Z, so entspricht die Lage des Fokus F auf dem Anodenteller nicht mehr seiner Sollposition, weshalb es zu einer unerwünschten Veränderung der Röntgenstrahlung kommt. Eine Verlagerung des Fokus F bewirkt aber auch, dass die durch die Schlitze 28 und 29 tretende Röntgenstrahlung einen anderen Bereich der für Röntgenstrahlungen empfindlichen Elemente 30 und 31 zur Bestimmung der Lage des Fokus F beleuchtet. Diese Lageverschiebung bewirkt eine Änderung der von den Elementen 30 und 31 zur Bestimmung der Lage des Fokus F abgegebenen Signale. Wie in 2 schematisch angedeutet, sind die Elemente 30 und 31 mit einer Recheneinrichtung 32, z. B. einem PC, verbunden, die aus den von den Elementen 30 und 31 bereitgestellten Signalen die Änderung der Lage des Fokus F berechnen kann und die Röntgenröhre 21 des Röntgenstrahlers 17 derart beeinflusst, dass der Fokus F von seiner Istposition in seine Sollposition zurückbewegt wird. In der Regel geschieht dies, indem das elektro-magnetische Feld, welches den von der Kathode 22 der Röntgenröhre 21 in Richtung auf die Anode 23 emittierten Elektronenstrahl ablenkt, entsprechend modifiziert wird, so dass der Elektronenstrahl wieder in der gewünschten Sollposition auf den Anodenteller der Anode 23 der Röntgenröhre 21 auftrifft. Hierzu werden die Spulenströme von in den Figuren nicht näher dargestellten, der Röntgenröhre 21 in geeigneter Weise zugeordneten Spulen geregelt durch die Recheneinrichtung 32 entsprechend verändert. Eine ein derartiges Vorgehen erlaubende Röntgenröhre ist beispielsweise in der DE 198 10 346 C1 beschrieben.
Es wird also deutlich, dass mit Hilfe der Schlitze 28 und 29 sowie mit Hilfe der Elemente 30 und 31 eine Abweichung des Fokus F von seiner Sollposition ermittelt werden und über die Recheneinrichtung 32 eine Regelung derart erfolgen kann, dass der Fokus F, wenn er von seiner Sollposition abgewichen ist, wieder in diese zurückgeführt werden kann. Hierzu ist bei dem erfindungsgemäßen Röntgenstrahler 17 die Vorblende 26 in das Gehäuse 20 des Röntgenstrahlers 17 integriert. Außerdem sind, wie in 3 dargestellt, die Elemente 30 und 31 zur Bestimmung der Lage des Fokus F in einem weiteren, dem Röntgenstrahler 17 nach geschalteten Gehäuse 18 angeordnet. Dieser Aufbau erlaubt es unter Einhaltung der für die Regelung der Lage des Fokus F erforderlichen Abstandsverhältnisse zwischen Fokus F, Vorblende 26 und Elementen 30, 31 zur Bestimmung der Lage des Fokus F, dass Verlagerungen des Fokus F, welche mit Auslenkungen der durch die Schlitze 28, 29 hindurch tretenden strichförmigen Röntgenstrahlenbündel 35, 36 aus ihrer in 4 gezeigten Nulllage heraus verbunden sind, sicher detektiert und korrigiert werden können. Während das Element 30 zur Feststellung einer Verlagerung in z-Richtung dient, kann mit dem Element 31 eine Verlagerung in φ-Richtung registriert werden.
In dem Gehäuse 18 ist neben den Elementen 30, 31 zur Bestimmung der Lage des Fokus F außerdem eine an sich bekannte verstellbare Blende 34 angeordnet, mit welcher aus dem bereits vor geformten Röntgenstrahlenbündel S nochmals ein Nutzröntgenstrahlenbündel, welches den zu untersuchenden Patienten P durchdringt, geformt werden kann.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Röntgenstrahlers 17, in dem die mit den Schlitzen 28 und 29 versehene Vorblende 26 integriert ist, können die in dem zusätzlichen Gehäuse 18 angeordneten Elemente 30, 31 zur Bestimmung der Lage des Fokus F näher an den Fokus F herangerückt werden, so dass insgesamt die den Röntgenstrahler 17 und das Gehäuse 18 umfassende Röntgeneinrichtung 15 mit geringerem Volumenbedarf realisiert werden kann. Insbesondere kann die Höhe des Gehäuses 18 reduziert werden.
Im Unterschied zu der konventionellen Röntgeneinrichtung ist bei der erfindungsgemäßen Röntgeneinrichtung durch die Integration der Vorblende 26 in das Strahlergehäuse 20 keine Schutzeinrichtung für die Streustrahlung zwischen dem Röntgenstrahler 17 und dem Gehäuse 18 erforderlich. Darüber hin aus kann auf die in der konventionellen Röntgeneinrichtung erforderliche zweite Vorblende verzichtet werden. Der wichtigste Aspekt liegt aber darin, dass der Raumbedarf der erfindungsgemäßen Röntgenanordnung geringer ist als der der konventionellen Röntgenanordnung, so dass die Patientenöffnung 19 des Computertomographiegerätes 11 erhöht werden kann, wodurch sich nicht nur mehr Raum für die Lagerung von Patienten und für an dem Computertomographiegerät 11 arbeitendes medizinisches Personal, sondern auch für zusätzliche Untersuchungsmöglichkeiten von Patienten ergeben, da nun mehr Gliedmaßen von Patienten durch den erhöhten zur Verfügung stehenden Raum anders gelagert werden können.
Die Vorblende 26 muss im Übrigen nicht notwendigerweise zwei Schlitze enthalten. Insbesondere wenn Abweichungen des Fokus F nur in eine Richtung zu erwarten sind, kann auch auf einen zweiten Schlitz verzichtet werden.

Claims

Röntgenstrahler mit einem Strahlergehäuse (20), von dem von einem Fokus (F) ausgehende Röntgenstrahlung (S) emittierbar ist, wobei eine im Strahlengang der Röntgenstrahlung (S) angeordnete, eine Blendenöffnung (27) aufweisende Vorblende (26) in oder an dem Strahlergehäuse (20) angeordnet ist, welche mit wenigstens einem zusätzlichen Schlitz (28, 29) versehen ist, durch welchen Röntgenstrahlung (S) auf wenigstens ein für Röntgenstrahlung (S) empfindliches Element (30, 31) zur Bestimmung der Lage des Fokus (F) treffen kann.
Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dessen Vorblende (26) zwei zusätzliche wenigstens im Wesentlichen orthogonal zueinander ausgerichtet Schlitze (28, 29) aufweist, von denen jeder einem für Röntgenstrahlung (S) empfindlichen Element (30, 31) zur Bestimmung der Lage des Fokus (F) zugeordnet ist.
Röntgeneinrichtung aufweisend einen Röntgenstrahler (17) nach Anspruch 1 oder 2 und ein dem Strahlergehäuse (20) benachbartes Gehäuse (18), in dem das Element bzw. die Elemente (30, 31) zur Bestimmung der Lage des Fokus (F) angeordnet ist bzw. sind.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 3, bei dem in dem Gehäuse (18) wenigstens eine Blende (34) angeordnet ist.
Röntgeneinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, welche mit dem Element bzw. den Elementen (30, 31) zur Bestimmung der Lage des Fokus (F) verbundene Rechenmittel (32) aufweist, welche aus von dem Element bzw. den Elementen (30, 31) zur Bestimmung der Lage des Fokus (F) erzeugten Signalen die Lage des Fokus (F) berechnen.
Computertomographiegerät mit einer Röntgeneinrichtung (15) nach einem der Ansprüche 3 bis 5 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung (S) und einem der Röntgeneinrichtung (15) zugeord neten Röntgenstrahlendetektor (16), welche einander gegenüberliegend an einem um eine Systemachse (Z) rotierbaren Drehrahmen (13) angeordnet sind.