DE102007027451A1

DE102007027451A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Röntgenbilderzeugung

Info

Publication number: DE102007027451A1
Application number: DE102007027451A
Authority: DE
Inventors: Mathias HÖRNIG
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2008-12-18

Abstract

Vorrichtung und dazugehöriges Verfahren zur Erzeugung von Stereo-Röntgenbildern und Röntgenschichtbildern eines Objekts (4) mit einer ein erstes Röntgenstrahlbündel (1) aussendenden Strahlungsquelle (14), wobei ein erstes Mittel (10) im ersten Röntgenstrahlbündel (1) angerodnet und die Röntgenstrahlen des ersten Röntgenstrahlbündels (1) derart aufnimmt und abgibt, dass es das erste Röntgenstrahlbündel (1) in mindestens ein zweites und ein drittes Röntgenstrahlbündel teilt, wobei die Zentralstrahlen (5, 6) des zweiten und dritten Röntgenstrahlbündels (2, 3) das erste Mittel (10) unter verschiedenen Winkeln (7, 8) verlassen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine in den unabhängigen Patentansprüchen angegebene Vorrichtung und ein dazugehörigen Verfahren mit einer ein Röntgenstrahlbündel aussendenden Strahlungsquelle.
Die Stereo- und Schichtenaufnahmetechnik findet in der Radiographie und Mammographie Anwendung, da Stereo- und Tomographieaufnahmen eine verbesserte Diagnose infolge von zusätzlichen Projektionen ermöglichen. Eine für weitere Projektionen erforderliche Bewegung eines Röntgenstrahlers und gegebenenfalls eines Röntgendetektors führt zu einem zeitlichen Versatz der Projektionsaufnahmen und damit zu potenziellen Bewegungsartefakten im Röntgenbild. Außerdem wird der Arbeitsablauf der Bilderzeugung unterbrochen, da beispielsweise bei der Mammographie eine Umlagerung und/oder Dekomprimierung der Brust zwischen zwei Aufnahmen erfolgt. Auch können in der Zeit der Umlagerung oder einer Bewegung des Röntgenstrahlers und Röntgendetektors wichtige Korrekturen im Röntgendetektor, wie zum Beispiel ein Offsetabgleich, nicht durchgeführt werden, da Schwingungen und Oszillationen Artefakte auslösen können.
Die Patentschrift US 5 608 776 beschreibt eine Zwei-Strahl-Röntgenvorrichtung für eine spiralförmige Abtastung, bei der durch Einbringen von einem Röntgenstrahlen absorbierenden Material in ein Röntgenstrahlbündel ein Teil des Röntgenstrahlbündels ausgeblendet wird, und somit zwei Teilstrahlenbündel übrig bleiben.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Vorrichtung und ein dazugehöriges Verfahren anzugeben, das oben beschriebene Nachteile vermeidet und zeitgleiche bzw. zeitnahe Röntgenbildaufnahmen eines Objekts ermöglicht.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe durch eine Vorrichtung und ein dazugehöriges Verfahren durch die in den unabhängigen Patentansprüchen aufgeführten Merkmale gelöst.
Der Gegenstand der Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass mit einer einzigen Strahlungsquelle Stereo- und Schichtaufnahmen zeitgleich oder zeitnah durchführbar sind, ohne dass die Strahlungsquelle bewegt werden muss.
Der Gegenstand der Erfindung bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass die Teilröntgenstrahlbündel unter verschiedenen Winkeln einen Röntgenstrahlteiler verlassen und somit einfach auf unterschiedlichen Wegen ein zu untersuchendes Objekt erreichen können.
Vorteilhaft ist, dass Stereo- und Schichtaufnahmen ohne Bewegungsartefakte erzeugbar sind.
Der Gegenstand der Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass das Röntgenstrahlenbündel einer Strahlungsquelle effizient teilbar ist.
Der Gegenstand der Erfindung bringt den weiteren Vorteil mit sich, dass Fokussierung, Projektionswinkel und Filterung der Teilröntgenstrahlbündel applikationsabhängig einstellbar sind.
Der Gegenstand der Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass ein Beginn der Strahlzeit für eine Bildaufnahme in einer zweiten Ebene einfach steuerbar ist.
Vorteilhaft ist weiters, dass Anwendungen sowohl im medizinischen als auch im nicht-medizinischen Bereich, beispielsweise bei der Materialprüfung, möglich sind.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Weitere Besonderheiten der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
1: eine Röntgenvorrichtung,
2: eine Detektoranordnung,
3: eine Röntgenstrahleranordnung für eine Stereobildgebung,
4: eine weitere Röntgenstrahleranordnung für eine Stereobildgebung,
5: eine Röntgenlinseneinheit,
6: eine Röntgenstrahleranordnung für einen Ein-Ebenen-Betrieb und
7: ein Ablaufdiagramm.
Die Erfindung gibt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Stereo-Röntgenbildern und Röntgenschichtbildern eines Objekts mit einer ein erstes Röntgenstrahlbündel aussendenden Strahlungsquelle an, wobei ein erstes Mittel im ersten Röntgenstrahlbündel angeordnet ist und die Röntgenstrahlen des ersten Röntgenstrahlbündels derart aufnimmt und abgibt, dass es das erste Röntgenstrahlbündel in mindestens ein zweites und ein drittes Röntgenstrahlbündel teilt, wobei die Zentralstrahlen des zweiten und dritten Röntgenstrahlbündels das erste Mittel unter verschiedenen Winkeln verlassen, und wobei das zweite und dritte Röntgenstrahlbündel das Objekt mit unterschiedlichen Projektionswinkeln durchstrahlen.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das erste Mittel ein Diffraktionsmodul.
In einer weiteren Ausführungsform ist im zweiten und/oder dritten Röntgenstrahlbündel mindestens ein zweites Mittel derart angeordnet und ausgebildet, dass das zweite und/oder das dritte Röntgenstrahlbündel umlenkbar ist.
Durch das zweite Mittel können das zweite und/oder dritte Röntgenstrahlbündel fokussierbar sein.
In einer Ausführungsform umfasst das zweite Mittel einen Göbelspiegel.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine Antriebseinheit derart angeordnet und ausgebildet sein, dass das zweite Mittel durch diese bewegbar ist, so dass die Umlenkrichtung des zweiten und/oder dritten Röntgenstrahlbündels veränderbar ist.
Weiters kann im zweiten und/oder dritten Röntgenstrahlbündel mindestens ein drittes Mittel derart angeordnet und ausgebildet sein, dass es das zweite und/oder dritte Röntgenstrahlbündel fokussiert.
In einer Ausführungsform umfasst das dritte Mittel eine refraktive Röntgenlinse.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das dritte Mittel eine drehbare Scheibe mit mehreren refraktiven Röntgenlinsen, wobei durch Drehung der Scheibe die refraktiven Röntgenlinsen in das zweite und/oder dritte Röntgenstrahlbündel einbringbar sind.
In einer weiteren Ausführungsform ist im zweiten und/oder dritten Röntgenstrahlbündel mindestens ein viertes Mittel derart angeordnet und ausgebildet ist, dass das zweite und/oder dritte Röntgenstrahlbündel in seiner Ausdehnung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung begrenzbar und/oder dass das zweite und/oder dritte Röntgenstrahlbündel kollimierbar ist.
Ein das vierte Mittel aufnehmendes Rollladenelement kann derart angeordnet und ausgebildet sein, dass das vierte Mittel in das zweite und/oder dritte Röntgenstrahlbündel durch Bewegung des Rollladenelements einbringbar ist.
In einer Ausführungsform handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung um eine medizinische Röntgenvorrichtung.
Die Erfindung gibt auch ein Verfahren zur Erzeugung von Stereo-Röntgenbildern und Röntgenschichtbildern eines Objekts mit einem ersten Röntgenstrahlbündel an, wobei die Röntgenstrahlen des ersten Röntgenstrahlbündels derart von einem erstes Mittel aufgenommen und abgegeben werden, dass das erste Röntgenstrahlbündel in mindestens ein zweites und ein drittes Röntgenstrahlbündel geteilt wird, wobei die Zentralstrahlen des zweiten und dritten Röntgenstrahlbündels das erste Mittel unter verschiedenen Winkeln verlassen, wobei das Objekt vom zweiten und dritten Röntgenstrahlbündel mit unterschiedlichen Projektionswinkeln durchstrahlt wird, und wobei in mindestes einem nach dem Objekt angeordneten Röntgendetektor durch das zweite und dritte Röntgenstrahlbündel jeweils ein Röntgenbild erzeugt wird.
1 zeigt die prinzipielle Funktionsweise durch Wiedergabe der Strahlengänge von Röntgenstrahlbündeln einer erfindungsgemäßen Röntgenvorrichtung für eine Zwei-Ebenen-Darstellung, auch Stereobildgebung genannt. Eine in 1 nicht dargestellte Strahlungsquelle gibt ein erstes Röntgenstrahlbündel 1 ab, welches ein erstes Mittel 10, beispielsweise ein Diffraktionsmodul, durchstrahlt und dabei in zwei Teilröntgenstrahlbündel 2, 3, nämlich in das zweite Röntgenstrahlbündel 2 und in das dritte Röntgenstrahlbündel 3, zerlegt bzw. teilt. Die Strahlteilung erfolgt beispielweise mittels Gitterbeugung. Die Zentralstahlen 5, 6 des zweiten und dritten Röntgenstrahlbündels 2, 3 verlassen mit unterschiedlichen Winkeln 7, 8 das erste Mittel 10 und gelangen somit auf unterschiedlichen Wegen zu einem zu untersuchenden Objekt 4. Dort treffen sie ebenfalls unter verschiedenen Winkeln auf einen Röntgendetektor 13. Das dritte Röntgenstrahlbündel wird durch ein zweites Mittel 11, beispielsweise einen Göbelspiegel, umgelenkt und fokussiert und durch ein drittes Mittel 12, zum Beispiel eine refraktive Röntgenlinse, zusätzlich fokussiert. Durch nicht dargestellte schließbare Blenden im Wege der Teilröntgenstrahlbündel 2, 3 oder durch eine Drehbewegung des zweiten Mittels 11 kann erreicht werden, dass der Röntgenstrahldetektor 13 nicht gleichzeitig vom zweiten und dritten Röntgenstrahlbündel 2, 3 belichtet wird. Im Röntgenstrahldetektor 13 wird das Röntgenbild erzeugt.
Alternativ können auch entsprechend 2 zwei Röntgendetektoren 13 mit verschiedenen Ausrichtungen angeordnet sein. In diesem Fall erfolgt die Belichtung zeitgleich.
Die bei der Stereo-Röntgenbildaufnahme störende Streustrahlung der Teilröntgenstrahlbündel 2, 3 kann durch bekannte Korrekturalgorithmen und Streustrahlrasterlösungen deutlich reduziert werden.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit einer das erste Röntgenstrahlbündel 1 abgebenden Strahlungsquelle 14 und einer das zweite und dritte Röntgenstrahlbündel 2, 3 abgebenden Strahlteilungseinheit 9. Die Strahlteilungseinheit 9 umfasst das erste Mittel 10, welches das erste Röntgenstrahlbündel 1 in zwei Teilröntgenstrahlbündel 2, 3 zerlegt, ein im dritten Röntgenstrahlbündel 3 befindliches zweites Mittel 11, zum Beispiel einen Umlenkspiegel, eine Antriebseinheit 17 für das zweite Mittel 11 sowie vierte Mittel 15, 16, beispielsweise strahlbegrenzende Blenden und strahlausrichtende Kollimatoren. Die vierten Mittel 15, 16 arbeiten nach dem Prinzip eines Rollladens und werden von einer nicht dargestellten Steuereinheit angesteuert. Das zweite Mittel 11 kann über ein Verbindungselement 18 durch die Antriebseinheit 17 bewegt werden, beispielsweise um eine Achse rotieren, und somit den Winkel unter dem das dritte Röntgenstrahlbündel 3 auf das in 3 nicht dargestellte zu untersuchende Objekt 4 auftrifft in gewissen Grenzen variieren. Die vierten Mittel 15, 16 sind vorzugsweise in der Nähe des Röntgenstrahlaustrittsfensters (in 3 nicht dargestellt) angeordnet.
4 zeigt zusätzlich zu den in 3 dargestellten Elementen ein drittes Mittel 12 in Form einer in 5 dargestellten Scheibe 20 mit kreisförmig angeordneten refraktiven Röntgenlinsen 21, 22, 23. Das dritte Mittel 12 in 4 ist nach den vierten Mitteln 15, 16 angeordnet und dient der Fokussierung des zweiten und dritten Röntgenstrahlbündels 2, 3. Das dritte Mittel 12 arbeitet nach dem Revolverprinzip, das heißt angesteuert durch eine nicht dargestellte Steuereinheit werden die refraktiven Röntgenlinsen 21, 22, 23 der revolvierbaren Scheibe 20 in den Strahlgang der Teilröntgenstrahlbündel 2, 3 geschwenkt. Zusätzlich können auch in 4 nicht dargestellte Filter eingefahren werden, wodurch eine spektrale Anpassung bei Dual-Energy Anwendungen ermöglicht wird.
6 zeigt eine Anordnung gemäß 3 bei einer Verwendung für eine Ein-Schicht-Aufnahme. Dafür ist zusätzlich ein Absorber 19 in der Strahlteilungseinheit 9 angeordnet. Für eine Ein-Schicht-Röntgenbildaufnahme wird das zweite Mittel 11 derart durch die Antriebseinheit 17 angesteuert, dass das dritte Röntgenstrahlbündel 3 die Strahlteilungseinheit 9 nicht verlassen kann, sondern in den Absorber 19 gelenkt wird. Zusätzlich kann das vierte Mittel 15 den ursprünglichen Strahlengang des dritten Röntgenstrahlbündels 3 abdecken bzw. verschließen. Das heißt, dass beispielsweise Blenden komplett zugefahren werden.
Die erfindungsgemäßen Röntgenvorrichtungen nach 1 bis 6 können sowohl im medizinischen als auch im nicht-medizinischen Bereich, beispielsweise bei einer Materialprüfung, zum Einsatz kommen.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im ersten Schritt 100 wird ein erstes Röntgenstrahlbündel 1 von einer Röntgenquelle erzeugt. Im Schritt 101 wird dieses erste Röntgenstrahlbündel 1 von einem ersten Mittel 10 aufgenommen und im nachfolgenden Schritt 102 wieder abgegeben. Schritt 103 bewirkt, dass das erste Röntgenstrahlbündel 1 durch die Schritte 101 und 102 in mindestens zwei Teilröntgenstrahlbündel 2, 3 zerlegt wird, welche nach Schritt 104 mit unterschiedlichen Winkeln das erste Mittel 10 verlassen. Im Schritt 105 wird ein Objekt 4 unter verschiedenen Projektionswinkeln durchstrahlt. Im abschließenden Schritt 106 wird in mindestens einem Röntgendetektor 13 ein Röntgenbild erzeugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5608776 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung von Stereo-Röntgenbildern und Röntgenschichtbildern eines Objekts (4) mit einer ein erstes Röntgenstrahlbündel (1) aussendenden Strahlungsquelle (14), dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Mittel (10) im ersten Röntgenstrahlbündel (1) angeordnet und die Röntgenstrahlen des ersten Röntgenstrahlbündels (1) derart aufnimmt und abgibt, dass es das erste Röntgenstrahlbündel (1) in mindestens ein zweites und ein drittes Röntgenstrahlbündel (2, 3) teilt, wobei die Zentralstrahlen (5, 6) des zweiten und dritten Röntgenstrahlbündels (2, 3) das erste Mittel (10) unter verschiedenen Winkeln (7, 8) verlassen, und dass das zweite und dritte Röntgenstrahlbündel (2, 3) das Objekt (4) mit unterschiedlichen Projektionswinkeln durchstrahlen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel (10) ein Diffraktionsmodul umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten und/oder dritten Röntgenstrahlbündel (2, 3) mindestens ein zweites Mittel (11) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass das zweite und/oder das dritte Röntgenstrahlbündel (2, 3) umlenkbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das zweite Mittel (11) das zweite und/oder dritte Röntgenstrahlbündel (2, 3) fokussierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel (11) einen Göbelspiegel umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebseinheit (17) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass das zweite Mittel (11) durch diese bewegbar ist, so dass die Umlenkrichtung des zweiten und/oder dritten Röntgenstrahlbündels (2, 3) veränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten und/oder dritten Röntgenstrahlbündel (2, 3) mindestens ein drittes Mittel (12) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass es das zweite und/oder dritte Röntgenstrahlbündel (2, 3) fokussiert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Mittel (12) eine refraktive Röntgenlinse umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Mittel (12) eine drehbare Scheibe (20) mit mehreren refraktiven Röntgenlinsen (21, 22, 23) umfasst, wobei durch Drehung der Scheibe (20) die refraktiven Röntgenlinsen (21, 22, 23) in das zweite und/oder dritte Röntgenstrahlbündel (2, 3) einbringbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten und/oder dritten Röntgenstrahlbündel (2, 3) mindestens ein viertes Mittel (15, 16) derart angeordnet und ausgebildet ist, dass das zweite und/oder dritte Röntgenstrahlbündel (2, 3) in seiner Ausdehnung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung begrenzbar und/oder dass das zweite und/oder dritte Röntgenstrahlbündel (2, 3) kollimierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein das vierte Mittel (15, 16) aufnehmendes Rollladenelement derart angeordnet und ausgebildet ist, dass das vierte Mittel (15, 16) in das zweite und/oder dritte Röntgenstrahlbündel (2, 3) durch Bewegung des Rollladenelements einbringbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine medizinische Röntgenvorrichtung handelt.
Verfahren zur Erzeugung von Stereo-Röntgenbildern und Röntgenschichtbildern eines Objekts (4) mit einem ersten Röntgenstrahlbündel (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenstrahlen des ersten Röntgenstrahlbündels derart von einem erstes Mittel aufgenommen (101) und abgegeben (102) werden, dass das erste Röntgenstrahlbündel in mindestens ein zweites und ein drittes Röntgenstrahlbündel geteilt wird (103), wobei die Zentralstrahlen des zweiten und dritten Röntgenstrahlbündels das erste Mittel unter verschiedenen Winkeln verlassen (104), dass das Objekt vom zweiten und dritten Röntgenstrahlbündel mit unterschiedlichen Projektionswinkeln durchstrahlt wird (105), und dass in mindestes einem nach dem Objekt angeordneten Röntgendetektor durch das zweite und dritte Röntgenstrahlbündel jeweils ein Röntgenbild erzeugt wird (106).