DE102005062448A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds Download PDF

Info

Publication number
DE102005062448A1
DE102005062448A1 DE102005062448A DE102005062448A DE102005062448A1 DE 102005062448 A1 DE102005062448 A1 DE 102005062448A1 DE 102005062448 A DE102005062448 A DE 102005062448A DE 102005062448 A DE102005062448 A DE 102005062448A DE 102005062448 A1 DE102005062448 A1 DE 102005062448A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
intensity
distribution
anode
focal spot
generating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102005062448A
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE102005062448A priority Critical patent/DE102005062448A1/de
Priority to DE502006007410T priority patent/DE502006007410D1/de
Priority to AT06016644T priority patent/ATE473685T1/de
Priority to EP06016644A priority patent/EP1803398B1/de
Priority to PCT/EP2006/069355 priority patent/WO2007074029A1/de
Priority to US12/159,486 priority patent/US7817777B2/en
Publication of DE102005062448A1 publication Critical patent/DE102005062448A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/40—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4021—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis involving movement of the focal spot
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H01J35/105—Cooling of rotating anodes, e.g. heat emitting layers or structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H01J35/108—Substrates for and bonding of emissive target, e.g. composite structures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/041—Phase-contrast imaging, e.g. using grating interferometers
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K2207/00—Particular details of imaging devices or methods using ionizing electromagnetic radiation such as X-rays or gamma rays
    • G21K2207/005—Methods and devices obtaining contrast from non-absorbing interaction of the radiation with matter, e.g. phase contrast
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/081—Target material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/083—Bonding or fixing with the support or substrate
    • H01J2235/084—Target-substrate interlayers or structures, e.g. to control or prevent diffusion or improve adhesion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/12—Cooling
    • H01J2235/1204—Cooling of the anode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/12—Cooling
    • H01J2235/1225—Cooling characterised by method
    • H01J2235/1291—Thermal conductivity

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbilds mit hoher Auflösung. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Brennfleck (1) mit mehreren Intensitätsmaxima (2a bis 2d) und einer bekannten Ortsverteilung der Intensitäten (2a bis 2d) zu verwenden. Die zu jeden der Intensitätsmaxima korrespondierenden Teilröntgenbilder (18a bis 18d) werden anschließend durch einen die Ortsverteilung berücksichtigenden Algorithmus zu einem Röntgenbild hoher Auflösung rekonstruiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds.
  • Nach dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, Röntgenstrahlung durch Abbremsen von Elektronen auf einer Anode zu erzeugen. Wegen der dabei entstehenden Wärme bezeichnet man den Bereich der Anode, in welchem die Elektronen abgebremst werden, auch als Brennfleck.
  • Die Bildinformation eines Röntgenbilds wird insbesondere durch die Auflösung und das Signal/Rauschverhältnis bestimmt. Die Auflösung nimmt mit abnehmender Größe des Brennflecks zu. Das Signal/Rauschverhältnis nimmt mit zunehmender Intensität der Röntgenstrahlung zu. Zur Erzeugung eines Röntgenbilds mit hoher Bildinformation versucht man nach dem Stand der Technik also mit einem möglichst kleinen Brennfleck eine möglichst hohe Intensität an Röntgenstrahlung zu erzeugen. Dabei tritt allerdings das Problem auf, dass das Anodenmaterial bei einer zu hohen thermischen Belastung schmilzt. Um dem entgegen zu wirken, wird die Anode – soweit das von der Konstruktion her möglich ist – gekühlt. Ferner kann die thermische Belastung durch eine Bewegung des Anodenmaterials relativ zum Brennfleck verringert werden. Entsprechende Anoden sind z. B. Drehanoden.
  • Mit Drehanoden ist es im Vergleich zu feststehenden Anoden gelungen, bei gleicher Größe des Brennflecks die applizierte elektrische Leistung etwa um den Faktor 10 zu erhöhen. Dabei muss die Drehanode mit einer hohen Drehzahl rotiert werden, um eine ausreichend kurze Verweilzeit des Brennflecks auf dem Anodenmaterial zu gewährleisten und damit ein Schmelzen desselben zu vermeiden.
  • Zur Erzeugung von Röntgenbildern mit einer weiter gesteigerten Bildinformation könnte daran gedacht werden, die Drehzahl von Drehanoden weiter zu steigern und gleichzeitig die Größe des Brennflecks zu verringern. Voraussetzung dafür wäre die Herstellung höchst exakt gefertigter Drehanoden, bei denen bei der Rotation eine Änderung der Lage des Brennflecks höchstens etwa 10 % der Brennfleckgröße beträgt. Die Herstellung derartiger Drehanoden ist bei Brennfleckgrößen von weniger als 50 μm technisch kaum möglich.
  • Aus dem Bereich der industriellen Röntgentechnik sind Röntgenröhren bekannt, bei denen die Größe des Brennflecks im Bereich von 10 bis ca. 0,5 μm liegt. Die damit erzeugte Intensität der Röntgenstrahlung ist wegen der maximal tolerierbaren thermischen Belastung der Anode nachteiligerweise relativ gering. Zur Erzeugung eines einzigen Röntgenbilds mit der gewünschten Bildinformation sind hier bei typischen medizinischen Anwendungen lange Belichtungszeiten im Bereich von 10 Sekunden erforderlich. Eine Verwendung derartiger Röntgenröhren im Bereich der medizinischen Röntgen-Computertomografie hätte Belichtungszeiten von 1,5 bis 3 Stunden zur Folge.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung angegeben werden, mit denen ein Röntgenbild mit verbesserter Bildinformation bei verkürzten Belichtungszeiten herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 14 und 15 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 13 und 16 bis 27.
  • Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbilds mit folgenden Schritten vorgesehen:
    Erzeugen eines Brennflecks auf einer Anode durch Abbremsen von Elektronen, wobei eine Ortsverteilung einer vom Brenn fleck abgestrahlten Intensität einer Röntgenstrahlung bekannt ist,
    Durchstrahlen eines Objekts mit der Röntgenstrahlung,
    ortsaufgelöste Messung einer aus dem durchstrahlten Objekt austretenden Gesamtintensitätsverteilung und
    mathematische Rekonstruktion des Röntgenbilds durch Anwendung eines die Ortsverteilung berücksichtigenden Algorithmus auf die Gesamtintensitätsverteilung wiedergebende Intensitätsmesswerte.
  • Die Intensität der abgestrahlten Röntgenstrahlung ist in der Regel nicht an allen Orten des Brennflecks gleich. Sie kann kontinuierlich, z. B. gemäß einer Gauß'schen Verteilung, zum Rand des Brennflecks hin abnehmen oder im Falle von Unebenheiten an der Oberfläche der Anode mehrere Intensitätsmaxima aufweisen. Derartige Unregelmäßigkeiten in der Ortsverteilung können Unschärfen im Röntgenbild bewirken:
    Jedes Intensitätsmaximum im Brennfleck erzeugt eine dazu korrespondierende Intensitätsverteilung bzw. ein Teilröntgenbild des durchstrahlten Objekts. Bei mehreren Intensitätsmaxima ergeben sich mehrere dazu korrespondierende Intensitätsverteilungen bzw. Teilröntgenbilder, welche überlagert und gegeneinander geringfügig verschoben sind. Die überlagerten Intensitätsverteilungen bilden die Gesamtintensitätsverteilung.
  • Nach dem vorgeschlagen Verfahren ist die Ortsverteilung bekannt und wird bei der mathematischen Rekonstruktion des Röntgenbilds verwendet. Dazu kann auf die die Gesamtintensitätsverteilung wiedergebenden Intensitätsmesswerte ein Algorithmus angewendet werden, mit dem die durch die Unregelmäßigkeiten in der Ortsverteilung bedingten Verschiebungen der überlagerten Teilröntgenbilder korrigiert werden. Die Teilröntgenbilder werden deckungsgleich gemacht. Es ergibt sich bei verkürzten Belichtungszeiten ein Röntgenbild verbesserter Qualität.
  • Mit dem vorgeschlagenen Verfahren können bei verkürzten Belichtungszeiten hochaufgelöste Röntgenbilder hergestellt werden. Daneben kann auch die Tiefenauflösung drastisch verbessert werden. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es beispielsweise bei der Phasenkontrasttechnik nach Christian David möglich, die Intensität zu erhöhen und damit das Signal/Rauschverhältnis zu verbessern.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Ortsverteilung mehrere Intensitätsmaxima und die Gesamtintensitätsverteilung mehrere überlagerte, zu jedem der Intensitätsmaxima korrespondierende Intensitätsverteilungen. Der Brennfleck kann insbesondere mehrere die Intensitätsmaxima bildende Brennpunkte aufweisen. Dabei sind die Brennpunkte im Brennfleck zweckmäßigerweise so voneinander beabstandet, dass sich um die Brennflecke durch laterale Wärmeabfuhr ausbildende Hitzezonen nicht oder nur geringfügig überlagern.
  • Die Brennpunkte können einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 20 μm aufweisen. Die Brennpunkte sind vorzugsweise nicht regelmäßig im Brennfleck angeordnet. Die Gesamtheit der Brennpunkte bzw. der Brennfleck kann einen mittleren Durchmesser im Bereich von 1 bis 100 μm aufweisen.
  • Zur erfindungsgemäßen Rekonstruktion des Röntgenbilds ist es erforderlich, dass die Ortsverteilung bekannt ist. Die Ortsverteilung kann durch eine entsprechende Steuerung eines den Brennfleck erzeugenden Elektronenstrahls erzeugt werden. Dabei kann es sich um einen breiten über den gesamten Brennfleck reichenden Elektronenstrahl handeln. Es kann sich aber auch um einen Elektronenstrahl handeln, welcher dem mittleren Durchmesser eines Brennpunkts entspricht, wobei der Elektronenstrahl dann sequenziell und mit hoher Geschwindigkeit die einzelnen Brennpunkte erzeugt.
  • Die Ortsverteilung kann auch durch ein auf der Anode vorgesehenes Relief erzeugt werden. Das Relief kann die Form einer Scheibe oder zumindest eines Rings, vorzugsweise mehrerer konzentrisch angeordneter Ringe, aufweisen. Die Scheibe oder der Ring können einen Aussendurchmesser im Bereich von 10 bis 30 μm, vorzugsweise 18 bis 28 μm, aufweisen.
  • Die Ortsverteilung kann auch durch eine entsprechende Verteilung eines ersten Anodenmaterials mit einer Kernladungszahl von mehr als 40 innerhalb oder auf einem zweiten Anodenmaterial mit einer Kernladungszahl von weniger als 30 erzeugt werden. Das erste Anodenmaterial dient dem Abbremsen der Elektronen und damit der Erzeugung von Röntgenstrahlung. Das zweite Anodenmaterial dient der Abfuhr der im ersten Anodenmaterial erzeugten Wärme. Beim ersten Anodenmaterial kann es sich beispielsweise um Wolfram, Tantal oder Legierungen daraus handeln. Beim zweiten Anodenmaterial kann es sich beispielsweise um Kupfer, Molybdän, Diamant oder dgl. handeln. Bei der Anode kann es sich um eine Drehanode handeln.
  • Bei dem Algorithmus kann es sich um einen Faltungs- oder Entfaltungsalgorithmus handeln. Der Algorithmus kann auf der Fouriertransformation beruhen. Insbesondere kommt auch die Verwendung des Richardson-Lucy Algorithmus oder eines Maximum Entropy Algorithmus in Betracht. Sowohl der Richardson-Lucy Algorithmus als auch Maximum Entropy Algorithmen eignen sich auch zur Rekonstruktion von Röntgenbildern, bei denen die Gesamtintensitätsverteilung unter Verwendung von Anoden mit Flächen, welche nicht parallel zum Detektor sind, erzeugt worden ist.
  • Mit den vorgenannten Merkmalen kann eine bekannte Ortsverteilung erzeugt werden. Es kann aber auch sein, dass die Ortsverteilung gemessen wird. In Kenntnis des dabei erzielten Ergebnisses, ist die Ortsverteilung wiederum bekannt.
  • Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds vorgeschlagen, wobei zur Erzeugung eines Brennflecks eine Beschleunigungseinrichtung zur Beschleunigung von Elektronen auf eine Anode vorgesehen ist, wobei eine Messeinrichtung zur Messung einer Ortsverteilung einer vom Brennfleck abgestrahlten Intensität der Röntgenstrahlung vorgesehen ist, wobei ein Detektor zur ortsaufgelösten Messung einer hinter einem durchstrahlten Objekt erfassbaren Gesamtintensitätsverteilung vorgesehen ist, und wobei eine Rekonstruktionseinrichtung zur mathematischen Rekonstruktion des Röntgenbilds durch Anwendung eines die Ortsverteilung berücksichtigenden Algorithmus auf die Gesamtintensitätsverteilung wiedergebende Intensitätsmesswerte vorgesehen ist.
  • Des Weiteren wird eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds vorgeschlagen, bei der an Stelle der Messeinrichtung zur Messung der Ortsverteilung eine Einrichtung zur Erzeugung einer vorgegebenen Ortsverteilung einer vom Brennfleck abgestrahlten Intensität der Röntgenstrahlung vorgesehen ist.
  • Die vorgeschlagenen Vorrichtungen ermöglichen die Erzeugung besonders exakter Röntgenbilder.
  • Die Ortsverteilung umfasst vorzugsweise mehrere Intensitätsmaxima und die Gesamtintensitätsverteilung mehrere überlagerte, zu jedem der Intensitätsmaxima korrespondierende Intensitätsverteilungen. Der Brennfleck kann insbesondere mehrere die Intensitätsmaxima bildende Brennpunkte aufweisen. Das Vorsehen mehrerer separater Brennpunkte in einem Brennfleck ermöglicht einerseits die Erzeugung von Röntgenbildern mit einer hervorragenden Auflösung und einem sehr guten Signal/Rauschverhältnis:
    Ein herkömmlicher Brennfleck mit einem Durchmesser von 10 μm weist bei einer Festanode in der Regel eine Röntgenintensität auf, welche einer elektrischen Leistung in der Größenordnung von etwa 10 W (bei einer Wolframanode) entspricht. Ein erfindungsgemäßer Brennfleck mit 10 Brennpunkten, welche jeweils einen Durchmesser von 1,0 μm aufweisen, können jeweils mit einem Watt belastet werden. Es ergibt sich also die gleiche Röntgenintensität, jedoch eine zehnfach höhere Auflösung.
  • Jeder der Brennpunkte erzeugt ein Teilröntgenbild. Die gemessene Gesamtintensitätsverteilung gibt in überlagerter Form jedes zu einem Brennpunkt korrespondierende Teilröntgenbild wieder. Die Rekonstruktion des Röntgenbilds geschieht durch mathematische, vorzugsweise digitale, Rechenoperationen auf der Grundlage der Fouriertransformation.
  • Zur Rekonstruktion des Röntgenbilds ist es erforderlich, dass die Ortsverteilung im Brennfleck bekannt ist. Dazu kann eine vorgegebene Ortsverteilung erzeugt oder eine zunächst unbekannte Ortsverteilung gemessen werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine vorgegebene Ortsverteilung zu erzeugen und zusätzlich die erzeugte Ortsverteilung zu messen.
  • Zur Erzeugung eines Brennflecks mit vorgegebener Ortsverteilung kann eine Einrichtung zur Steuerung des Elektronenstrahls vorgesehen sein. Dabei können die Brennpunkte beispielsweise sequenziell erzeugt werden. In diesem Fall können die zu den Brennpunkten korrespondierenden Intensitätsverteilungen bzw. Teilröntgenbilder auch nacheinander aufgenommen, separat abgespeichert und später zum Röntgenbild rekonstruiert werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtungen ergeben sich aus den im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Merkmalen, welche sinngemäß in gleicher Weise auf die Vorrichtung anwendbar sind.
    •
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Erzeugung hochaufgelöster Röntgenbilder,
  • 2 eine schematische Teilquerschnittsansicht einer ersten Drehanode,
  • 3 eine schematische Teilquerschnittsansicht einer zweiten Drehanode,
  • 4 eine schematische Teilquerschnittsansicht einer dritten Drehanode,
  • 5 eine schematische Teilquerschnittsansicht einer vierten Drehanode,
  • 6 eine schematische Teilquerschnittsansicht einer fünften Drehanode,
  • 7 eine schematische Teilquerschnittsansicht einer sechsten Drehanode,
  • 8 eine schematische Ansicht der Erzeugung von Teilröntgenbildern,
  • 9a ein Testmuster,
  • 9b eine gemessene Gesamtintensitätsverteilung des Testmusters gemäß 9a und
  • 9c ein Röntgenbild nach mathematischer Entfaltung der gemessenen Gesamtintensitätsverteilung gemäß 9b.
  • 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds mit hoher Auflösung. Ein mit der unterbrochenen Linie angedeudeter Brennfleck 1 umfasst mehrere unregelmäßig angeordnete Brennpunkte 2. Die Brennpunkte 2 können im be trachteten Beispiel einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 5 μm aufweisen und sind so voneinander beabstandet, dass sich eine um jeden der Brennpunkte 2 ausbildende Hitzezone lateral nicht oder nur unwesentlich mit einer benachbarten Hitzezone überlagert. Mit dem Bezugszeichen 3 ist eine Folie bezeichnet, welche für Röntgenstrahlen nahezu vollständig, z. B. zu 99 %, durchlässig ist. Die Folie weist ein Loch 4 auf. Anstelle des Lochs 4 kann aber auch ein Fleck vorgesehen sein, welcher eine geringfügig geringere Transparenz, z. B. 98 %, als die Folie 4 aufweist.
  • Mit dem Bezugszeichen 5 ist eine Messkammer zur Aufnahme einer durch die Brennpunkte 2 gegebenen Ortsverteilung des Brennflecks 1 bezeichnet. Die Messkammer 5 ist so ausgebildet, dass damit kein Schatten abgebildet wird. Der Messkammer 5 ist im Strahlengang ein zu durchstrahlendes Objekt 6 und ein Detektor 7 zur Erfassung einer aus dem Objekt 6 austretenden Gesamtintensitätsverteilung nachgeordnet. Die mit dem Detektor 7 gemessene Gesamtintensitätsverteilung wird, vorzugsweise in digitalisierter Form, mit einem damit verbundenen Computer 8 erfasst. Der Computer 8 ist ferner mit der Messkammer 5 zur Erfassung, vorzugsweise in digitalisierter Form, einer damit gemessenen Ortsverteilung des Brennflecks 1 verbunden. Der Computer 8 umfasst ein Programm zur mathematischen Rekonstruktion eines Röntgenbilds aus der gemessenen Gesamtintensitätsverteilung sowie der Ortsverteilung. Die mathematische Rekonstruktion erfolgt nach dem Prinzip der Entfaltung der Gesamtintensitätsverteilung bei bekannter Ortsverteilung in herkömmlicher Weise mittels Fouriertransformation. Ein damit rekonstruiertes Röntgenbild kann auf einem mit dem Computer 8 verbunden Monitor 9 dargestellt werden.
  • Mit der in 1 gezeigten Vorrichtung wird eine, ggf. zufällig erzeugte, Ortsverteilung der Intensität im Brennfleck 2 mittels der Messkammer 5 gemessen und ist infolgedessen bekannt.
  • Die 2 bis 7 zeigen verschiedene Möglichkeiten der Erzeugung einer vorgegebenen und damit bekannten Ortsverteilung. Bei diesen Möglichkeiten ist es nicht unbedingt erforderlich, jedoch vorteilhaft, die Ortsverteilung zusätzlich zu messen.
  • 2 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht eines Anodentellers 10 einer Drehanode. Der Anodenteller 10 weist an seiner einer (hier nicht gezeigten) Kathode zugewandten Oberseite 11 mehrere umlaufende Ausnehmungen 12 auf. Die Ausnehmungen 12 sind so ausgebildet, dass dort erzeugte Röntgenstrahlung nicht oder nur unwesentlich in Richtung eines Röntgenfensters 13 abgestrahlt wird. Zwischen den Ausnehmungen 11 sind umlaufende Erhebungen 14 vorgesehen. Die Erhebungen 14 sind im Gegensatz zu den Ausnehmungen 12 so ausgebildet, dass dort erzeugte Röntgenstrahlung durch das Röntgenfenster 13 abgestrahlt wird. Wie aus der rechts neben dem Röntgenfenster 13 gezeigten Intensitätsverteilung über dem Ort hervorgeht, kann mit dem vorgeschlagenen Relief an der Oberseite 11 des Anodentellers 10 ein Brennfleck mit mehreren Intensitätsmaxima bzw. Brennpunkten, erzeugt werden. Die Intensitätsmaxima weisen hier jeweils eine steile und eine schräg abfallende Flanke auf, welche durch die Breite des zur Erzeugung der Röntgenstrahlung verwendeten Elektronenstrahls 15 bedingt ist. Der Elektronenstrahl 15 weist einen mittleren Durchmesser auf, welcher etwa dem Durchmesser des Brennflecks 1 entspricht.
  • In Zusammensicht mit 3 wird ersichtlich, dass bei der Verwendung eines breiten Elektronenstrahls, eine rechteckförmige Intensitätsverteilung mit demselben Relief erzeugt werden kann. Die Verwendung eines Fokus mit einer rechteckförmigen Intensitätsverteilung ermöglicht eine Steigerung der räumlichen Auflösung.
  • Anstelle eines einzigen Elektronenstrahls 15 ist es auch möglich, mehrere Elektronenstrahlen 15a bis 15c zur Erzeugung mehrerer Intensitätsmaxima zu verwenden.
  • 4 zeigt eine Teilquerschnittsansicht eines Anodentellers 10, der in herkömmlicher Weise eine glatte Oberfläche 11 aufweist. Zur Erzeugung mehrerer Intensitätsmaxima wird die Oberfläche 10 mit mehreren diskreten Elektronenstrahlen 15a bis 15c beaufschlagt. Anstelle der hier gezeigten mehreren diskreten Elektronenstrahlen 15a bis 15c kann auch ein einzelner diskreter Elektronenstrahl verwendet werden, welcher zur Erzeugung der Intensitätsmaxima innerhalb des Brennflecks 1 abgelenkt wird. Die hier gezeigten diskreten Elektronenstrahlen 15a bis 15c weisen einen mittleren Durchmesser auf, welcher dem mittleren Durchmesser der Intensitätsmaxima etwa entspricht.
  • Die 6 und 7 zeigen weitere Möglichkeiten der Herstellung eines Brennflecks 1 mit mehreren Intensitätsmaxima bzw. Brennpunkten. Bei der in 6 gezeigten Drehanode besteht der Anodenteller 10 aus einem ersten Anodenmaterial, welches Elektronen mit einem hohen Wirkungsquerschnitt abbremst. Es kann sich dabei beispielsweise um Wolfram, Tantal oder dgl. handeln. An der Oberseite 11 sind mehrere umlaufende Ringe 16 aufgebracht, welche aus einem zweiten Anodenmaterial hergestellt sind. Bei dem zweiten Anodenmaterial handelt es sich um ein Material mit einer niedrigen Kernladungszahl, welches Elektronen nur unwesentlich abbremst und infolgedessen keine oder nur wenig Röntgenstrahlung abstrahlt. Es kann sich dabei beispielsweise um eine Keramik handeln, z. B. Al2O3 oder dgl. Die Intensitätsverteilung über dem Ort zeigt, dass mit der vorgeschlagenen Kombination unterschiedlicher Anodenmaterialien ebenfalls ein Brennfleck 1 mit mehreren Intensitätsmaxima erzeugt werden kann.
  • Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Anodenteller 10 aus dem zweiten Anodenmaterial mit einer geringen Kernladungszahl, d. h. einem Material, welches Elektronen nur unwesentlich abbremst und infolgedessen keine oder nur wenig Röntgenstrahlung abstrahlt. Es kann sich dabei ins besondere um ein Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Molybdän, Kupfer oder dgl. handeln. An der Oberseite 11 des Anodentellers 10 befinden sich mehrere umlaufende weitere Ringe 17, welche aus dem ersten Anodenmaterial mit einer hohen Kernladungszahl hergestellt sind. Dieses Material bremst Elektronen mit einer hohen Effektivität ab und strahlt infolgedessen Röntgenstrahlung ab. Es kann sich dabei beispielsweise um Wolfram, Tantal oder dgl. handeln. Auch damit kann ein Brennfleck 1 mit mehreren diskreten Intensitätsmaxima 2 erzeugt werden.
  • 8 zeigt schematisch das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein Objekt 6 wird mit Röntgenstrahlung durchstrahlt, welche von einem Brennfleck 1 mit mehreren Brennpunkten 2a bis 2d ausgeht. Jeder der Brennpunkte 2a bis 2d erzeugt auf dem Detektor 7 ein dazu korrespondierendes Teilröntgenbild 18a bis 18d. Die Teilröntgenbilder 18a bis 18d sind überlagert. Durch eine nachfolgende mathematische Entfaltung der auf dem Detektor 7 gemessenen Gesamtintensitätsverteilung werden die Teilröntgenbilder 18a bis 18d deckungsgleich gemacht.
  • Die 9a bis 9c zeigen ein Ergebnis einer Rekonstruktion. Dabei ist die 9a ein aus konzentrischen Kreisen bestehendes Testmuster. Die 9b zeigt eine auf dem Detektor 7 gemessene Gesamtintensitätsverteilung, welche unter Verwendung eines Brennflecks mit mehreren Brennpunkten 2 gemessen worden ist. Es ist dabei erkennbar, dass die gesamte Intensitätsverteilung aus einer Überlagerung mehrerer Teilröntgenbilder 18a bis 18d besteht.
  • 9c zeigt das Ergebnis der mathematischen Entfaltung der gemessenen Gesamtintensitätsverteilung gemäß 9b. Die Entfaltung erfolgte nach einem Richardson-Lucy Algorithmus unter Verwendung der bekannten Ortsverteilung der Intensitätsmaxima 2 im Brennfleck 1.
  • Wegen der mathematischen Rekonstruktion des Röntgenbilds wird beispielhaft verwiesen auf:
    • – Peter A. Jansson (ed.): "Deconvolution of Images and Spectra", Second Edition, Academic Press, London, 1997 (vergriffen, aber in Bibliotheken verfügbar, enthält viele Informationen zu diversen Algorithmen);
    • – S.F. Gull, J. Skilling: "Quantified Maximum Entropy Mem-Sys5 User's Manual", S.F. Gull, J. Skilling, Maximum Entropy Data Consultants Ltd., South Hill, 42 Southgate Street, Bury St. Edmunds, Suffolk, IP33 2AZ, U.K., http://www.maxent.co.uk (zu Maximum Entropy);
    • – E. Caroli, J.B. Stephen, G. Di Cocco, L. Natalucci, A. Spizzichino: "Coded Aperture Imaging in X- and Gamma Ray Astronomy", Space Science Reviews 45 (1987) 349-403, (Beschreibung der Faltungsoperation mittels Matrixmultiplikation; Rekonstruktion durch inverse Matrix, welche man durch Umordnen der Faltungsmatrix erhält);
    • – C.B. Wunderer: "Imaging with the Test Setup for the Coded-Mask INTEGRAL Spectrometer SPI", Dissertation, Technische Universität München, Garching bei München, 30.01.2003.
  • Die letztgenannte Literaturstelle betrifft ein ebenfalls geeignetes mathematisches Rekonstruktionsverfahren, bei dem die gegeneinander verschobenen Teilröntgenbilder mittels Korrelation überlagert werden können.

Claims (27)

  1. Verfahren zur Erzeugung eines Röntgenbilds mit folgenden Schritten: Erzeugen eines Brennflecks (1) auf einer Anode (10, 17) durch Abbremsen von Elektronen, wobei eine Ortsverteilung einer vom Brennfleck (1) abgestrahlten Intensität einer Röntgenstrahlung bekannt ist, Durchstrahlen eines Objekts (6) mit der Röntgenstrahlung, ortsaufgelöste Messung einer aus dem durchstrahlten Objekt (6) austretenden Gesamtintensitätsverteilung und mathematische Rekonstruktion des Röntgenbilds durch Anwendung eines die Ortsverteilung berücksichtigenden Algorithmus auf die Gesamtintensitätsverteilung wiedergebende Intensitätsmesswerte.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ortsverteilung mehrere Intensitätsmaxima (2) und die Gesamtintensitätsverteilung mehrere überlagerte, zu jedem der Intensitätsmaxima korrespondierende Intensitätsverteilungen (18a bis 18d) umfasst.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brennfleck (1) mehrere die Intensitätsmaxima bildende Brennpunkte (2) aufweist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennpunkte (2) einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 20 μm aufweisen.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennpunkte (2) nicht regelmäßig angeordnet sind.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Brennfleck (1) einen mittleren Durchmesser von 1 bis 100 μm aufweist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ortsverteilung und durch eine entsprechende Steuerung eines den Brennfleck (1) erzeugenden Elektronenstrahls erzeugt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ortsverteilung durch ein auf der Anode (10, 17) vorgesehenes Relief (12, 14) erzeugt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Relief (12, 14) die Form einer Scheibe oder zumindest eines Rings (16, 17), vorzugsweise mehrerer konzentrisch angeordneter Ringe, aufweist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Scheibe oder der Ring einen Außendurchmesser im Bereich von 10 bis 30 μm, vorzugsweise 18 bis 28 μm, aufweisen.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ortsverteilung durch eine entsprechende Verteilung eines ersten Anodenmaterials mit einer Kernladungszahl von mehr als 40 innerhalb oder auf einem zweiten Anodenmaterial mit einer Kernladungszahl von weniger als 30 erzeugt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ortsverteilung gemessen wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Algorithmus ein Faltungs- und/oder Entfaltungsalgorithmus oder ein Maximum Entropy Algorithmus ist.
  14. Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds, wobei zur Erzeugung eines Brennflecks (1) zumindest eine Beschleunigungseinrichtung zur Beschleunigung eines Elektronenstrahls auf eine Anode (10, 17) vorgesehen ist, wobei eine Messeinrichtung (5) zur Messung einer Ortsverteilung einer vom Brennfleck (1) abgestrahlten Intensität der Röntgenstrahlung vorgesehen ist, wobei ein Detektor (7) zur ortsaufgelösten Messung einer hinter einem durchstrahlten Objekt (6) erfassbaren Gesamtintensitätsverteilung vorgesehen ist und wobei eine Rekonstruktionseinrichtung (8) zur mathematischen Rekonstruktion des Röntgenbilds durch Anwendung eines die Ortsverteilung berücksichtigenden Algorithmus auf die Gesamtintensitätsverteilung wiedergebende Intensitätsmesswerte vorgesehen ist.
  15. Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds, wobei zur Erzeugung eines Brennflecks (1) zumindest eine Beschleunigungseinrichtung zur Beschleunigung eines Elektronenstrahls auf eine Anode (10, 17) vorgesehen ist, wobei eine Einrichtung zur Erzeugung einer vorgegebenen Ortsverteilung einer vom Brennfleck (1) abgestrahlten Intensität der Röntgenstrahlung vorgesehen ist, wobei ein Detektor (7) zur ortsaufgelösten Messung einer hinter einem durchstrahlten Objekt (6) erfassbaren Gesamtintensitätsverteilung vorgesehen ist und wobei eine Rekonstruktionseinrichtung (8) zur mathematischen Rekonstruktion des Röntgenbilds durch Anwendung eines die Ortsverteilung berücksichtigenden Algorithmus auf die Gesamtintensitätsverteilung wiedergebende Intensitätsmesswerte vorgesehen ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Ortsverteilung mehrere Intensitätsmaxima (2) und die Gesamtintensitätsverteilung mehrere überlagerte, zu jedem der Intensitätsmaxima korrespondierende Intensitätsverteilungen (18a bis 18d) umfasst.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Brennfleck (1) mehrere die Intensitätsmaxima bildende Brennpunkte aufweist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Brennpunkte (2) einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 20 μm aufweisen.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Brennpunkte (2) nicht regelmäßig angeordnet sind.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei der Brennfleck (1) einen mittleren Durchmesser von 1 bis 100 μm aufweist.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei zur Erzeugung des Brennflecks (1) mit vorgegebener Ortsverteilung eine Einrichtung zur Steuerung des Elektronenstrahls (15) vorgesehen ist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei die Ortsverteilung durch ein auf der Anode (10, 17) vorgesehenes Relief (12, 14) erzeugt wird.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, wobei das Relief (12, 14) die Form einer Scheibe oder zumindest eines Rings, vorzugsweise mehrerer konzentrisch angeordneter Ringe, aufweist.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, wobei die Scheibe oder der Ring einen Außendurchmesser im Bereich von 10 bis 30 μm, vorzugsweise 18 bis 28 μm, aufweisen.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, wobei die Ortsverteilung durch eine entsprechende Verteilung eines ersten Anodenmaterials mit einer Kernladungszahl von mehr als 40 innerhalb oder auf einem zweiten Anodenmaterial mit einer Kernladungszahl von weniger als 30 erzeugt wird.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, wobei die Anode eine Drehanode ist.
  27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 26, wobei der Algorithmus ein Faltungs- und/oder Entfaltungsalgorithmus oder ein Maximum Entropy Algorithmus ist.
DE102005062448A 2005-12-27 2005-12-27 Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds Ceased DE102005062448A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005062448A DE102005062448A1 (de) 2005-12-27 2005-12-27 Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds
DE502006007410T DE502006007410D1 (de) 2005-12-27 2006-08-09 Fokus-Detektor-Anordnung zur Erzeugung von Phasenkontrast-Röntgenaufnahmen und Verfahren hierzu
AT06016644T ATE473685T1 (de) 2005-12-27 2006-08-09 Fokus-detektor-anordnung zur erzeugung von phasenkontrast-röntgenaufnahmen und verfahren hierzu
EP06016644A EP1803398B1 (de) 2005-12-27 2006-08-09 Fokus-Detektor-Anordnung zur Erzeugung von Phasenkontrast-Röntgenaufnahmen und Verfahren hierzu
PCT/EP2006/069355 WO2007074029A1 (de) 2005-12-27 2006-12-06 Fokus- detektor- anordnung zur erzeugung von phasenkontrast-röntgenaufnahmen und verfahren hierzu
US12/159,486 US7817777B2 (en) 2005-12-27 2006-12-06 Focus detector arrangement and method for generating contrast x-ray images

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005062448A DE102005062448A1 (de) 2005-12-27 2005-12-27 Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102005062448A1 true DE102005062448A1 (de) 2007-07-05

Family

ID=38135692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102005062448A Ceased DE102005062448A1 (de) 2005-12-27 2005-12-27 Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102005062448A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010006846A1 (de) * 2008-07-15 2010-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Röntgenquelle sowie röntgenanlage mit einer solchen röntgenquelle
DE102014219910A1 (de) 2014-10-01 2016-04-07 Siemens Aktiengesellschaft Rasteranordnung und Verfahren für die Röntgenbildaufnahme

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010006846A1 (de) * 2008-07-15 2010-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Röntgenquelle sowie röntgenanlage mit einer solchen röntgenquelle
DE102014219910A1 (de) 2014-10-01 2016-04-07 Siemens Aktiengesellschaft Rasteranordnung und Verfahren für die Röntgenbildaufnahme
DE102014219910B4 (de) 2014-10-01 2018-10-31 Siemens Healthcare Gmbh Rasteranordnung und Verfahren für die Röntgenbildaufnahme

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102005062447A1 (de) Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds
DE2147382C3 (de) Einrichtung zur Abbildung eines Objektes mittels durch Masken räumlich modulierbarer elektromagnetischer Strahlung oder Korpuskelstrahlung hoher Energie
EP1803398B1 (de) Fokus-Detektor-Anordnung zur Erzeugung von Phasenkontrast-Röntgenaufnahmen und Verfahren hierzu
DE102008056891B4 (de) Computertomographiegerät zur Durchführung eine Spiralscans und Verfahren zum Steuern eines Computertomographiegeräts
DE102006032607B4 (de) Anordnung zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung und Verfahren zum Betreiben der Anordnung
WO2015117899A1 (de) Single source dualenergy mit zwei filtern zur röntgenspektrumsdifferenzierung bei strahlerblenden mit schlitzplatte
DE102006037255A1 (de) Fokus-Detektor-Anordnung einer Röntgenapparatur zur Erzeugung projektiver oder tomographischer Phasenkontrastaufnahmen
DE112008001902T5 (de) Stationäre digitale Röntgen-Brust-Tomosynthese-Systeme und entsprechende Verfahren
WO2005124683A2 (de) Vorrichtung und verfahren für die streustrahlungskorrektur in der projektionsradiographie, insbesondere der mammographie
DE102007046278A1 (de) Röntgenröhre mit Transmissionsanode
DE102015226489A1 (de) Röntgensystem und Verfahren zur Bildrekonstruktion
DE102008021639A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer CT-Rekonstruktion eines Objekts mit einem hochaufgelösten interessierenden Objektbereich
DE102012216269A1 (de) Röntgensystem und Verfahren zur Erzeugung von Bilddaten
DE102011006662A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Korrektur von Artefakten bei einer Röngenbildererzeugung, insbesondere Computertomographie, oder einer Radiographie mittels zeitlicher Modulation der Primärstrahlung
DE102015217421A1 (de) Spektrale Filterung von Röntgenstrahlung für energieselektive Röntgenbildgebung
DE102010042683B4 (de) Einrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Röntgenstrahlung sowie Rechenprogramm und Datenträger
DE112013005309T5 (de) Röntgenstrahlen-Phasenverschiebungs-Kontrastbild-Gebungsverfahren und ein entsprechendes System
EP3120364A1 (de) Schlitzblende für anwendungen in der radiographie
WO2007074029A1 (de) Fokus- detektor- anordnung zur erzeugung von phasenkontrast-röntgenaufnahmen und verfahren hierzu
WO2015010913A1 (de) Bestimmung von fokuseigenschaften
DE102011089595A1 (de) Röntgendetektor und Verfahren zur Erzeugung eines Gesamtröntgenbildes
DE102013107736A1 (de) Röntgenprüfvorrichtung für die Materialprüfung und Verfahren zur Erzeugung hochaufgelöster Projektionen eines Prüflings mittels Röntgenstrahlen
DE102005062448A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Röntgenbilds
EP3577626B1 (de) Verfahren zum dimensionellen röntgenographischen messen, insbesondere mittels computertomographie, und röntgen-computertomograph
EP3569148B1 (de) Verfahren zur aufnahme von einem bilddatensatz mit einem röntgendetektor

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8120 Willingness to grant licences paragraph 23
8131 Rejection