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Die
Erfindung betrifft einen Röntgen-Computertomograph der
5ten Generation mit mindestens einem Mittel zur Erzeugung mindestens
eines Elektronenstrahls, einem, um eine Systemachse konzentrisch
angeordneten, Anodenring oder Anodenteilring, auf dem durch Auftreffen
des mindestens einen Elektronenstrahls an einer Vielzahl von Fokuspositionen Röntgenstrahlung
erzeugt werden kann, einem um die Systemachse konzentrisch angeordneten
Detektorring oder Detektorteilring mit einer Vielzahl von mindestens
eine Detektorzeile bildenden Detektorelementen zur Detektion der
auftreffenden Röntgenstrahlung, und einem rotierbaren Tragrahmen
zur Aufnahme von Filter- und Kollimatorelementen. Außerdem
betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Steuerung dieses Röntgen-Computertomographen.
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CT-Systeme
der 5ten Generation sind allgemein bekannt. Es handelt sich hierbei
um CT-Systeme mit feststehender ringförmig ausgebildeter
Anode, welche um die Systemachse angeordnet ist, wobei mit Hilfe
unterschiedlicher Mittel an einer Vielzahl von Positionen auf der
feststehenden Anode Röntgenstrahlung erzeugt wird. Auch
verfügt ein solches CT über einen ebenfalls feststehenden
ringförmig ausgebildeten Detektor. Hierdurch wird weitgehend auf
rotierende Teile verzichtet, wodurch eine relativ hohe Abtastrate
erreichbar ist. Zur Erzeugung von Röntgenstrahlung wird
zum Beispiel eine Elektronenkanone mit entsprechenden Ablenkungs-
und Bündelungsvorrichtungen verwendet, durch welche ein Elektronenstrahl
an gewünschte Positionen des Anodenrings geführt
werden kann, wo sie an einem dort entstehenden Fokus Röntgenstrahlung
erzeugen. Bezüglich derartiger „Elektron Beam"-CT-Systeme wird
beispielhaft auf die US-Schriften
US
4,158,142 ;
US 4,352,021 ;
US 4,521,900 und
US 4,521,901 verwiesen.
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Andere
bekannte Varianten der CT-Systeme der 5ten Generation verwenden
einen Laser, um auf einem gegenüber des Anodenrings angeordneten Kathodenrings
an beliebiger Stelle Elektronenemission anzuregen, wodurch die emittierten
Elektronen an der gegenüberliegenden Anode an einem dort
entstehenden Fokus Röntgenstrahlung erzeugen. Bezüglich
dieser Ausführungsvariante wird auf die Schrift
US 4,606,061 C2 verwiesen.
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Aus
den Schriften
DE 40
15 105 C3 und
DE 40
15 180 ist schließlich ein CT-System mit feststehendem
Anodenring und feststehendem Detektorring bekannt, bei dem ein Kathodenring
in eine Vielzahl von einzeln aktivierbaren Segmenten aufgeteilt
ist. Durch Aktivierung der einzelnen Kathodensegmente können
gezielt über den Umfang des Anodenrings verteilt Röntgenquellen
erzeugt werden, mit denen eine kreisförmige Abtastung eines
Patienten ermöglicht wird.
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Diese
bekannten CT-Systeme haben den Vorteil, dass weder eine Röntgenröhre
noch ein Detektor – wie es in der 3ten Generation der CT-Systeme üblich
war – auf einer Gantry um eine Systemachse mit hoher Geschwindigkeit
rotiert werden muss, wodurch sich viele Probleme erübrigen,
die durch auftretende hohe Fliehkräfte oder die Notwendigkeit zur Übertragung
hoher Spannungen, großer Ströme und großer
Datenmengen über Schleifringe entstehen. Allerdings ergeben
sich aufgrund des sehr schnell verstellbaren Fokus neue Probleme
bezüglich einer optimalen Strahlfilterung und Kollimierung einerseits
und einer optimalen Streustrahlunterdrückung am Detektor
andererseits. Eine optimale Filterung, Kollimierung und Streustrahlungsunterdrückung
erfordert Filter und Kollimatoren, die im Wesentlichen symmetrisch
zu einer gedachten Achse Fokus-Systemachse ausgebildet sind und
somit bezogen auf die Umfangsrichtung veränderlich gestaltet
sind. Einfache Filter, die über den gesamten Umfang eine
rotationssymmetrische Ausgestaltung aufweisen, sind hier weniger
geeignet.
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Eine
Möglichkeit zur besseren Strahlfilterung und Kollimation
der Röntgenstrahlung wurde mit der Patentschrift
DE 10 2004 061 347
B3 geschaffen. Diese Patentschrift zeigt ein CT-System
der 5ten Generation, bei dem auf einem rotierenden Ring ein fokusseitiges
Filter einschließlich eines Bowtie-Filters und ein detektorseitiger
Kollimator angebracht sind, wobei sowohl der Filter als auch der
gegenüberliegende Kollimator derart rotiert werden, dass
sie jeweils an der hier Laser-aktivierten Fokusposition positioniert
sind.
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Bei
dieser Ausführung eines CT-Systems besteht jedoch der Nachteil,
dass die Laufgeschwindigkeit des Fokus der Rotationsgeschwindigkeit
des Tragrahmens, an dem die fokusseitigen Filter und der detektorseitige
Kollimator angebracht sind, entsprechen muss. Damit werden die Möglichkeiten
dieses CTs bezüglich der variablen Fokuspositionierung wiederum
stark eingeschränkt und auch die Umlaufzeit des Fokus ist
durch die maximale Drehgeschwindigkeit des Tragrahmens beschränkt.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, ein CT-System der 5ten Generation
zu finden, welches einerseits die Vorteile des Verzichts auf eine
rotierende Röntgenröhre und einen rotierenden
Röntgendetektor aufweist, andererseits jedoch über
eine optimale fokusseitige Filterung und Kollimierung und gegebenenfalls
auch über eine detektorseitige Kollimation verfügt,
wobei die Variabilität bezüglich der schnell wechselnden
Positionierung des Fokus erhalten bleiben soll.
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Des
Weiteren soll auch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen CT-Systems
gefunden werden, welche diese Aufgaben erfüllt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
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Der
Erfinder hat erkannt, dass es mit Hilfe von mehreren auf einem rotierenden
Tragrahmen angebrachten Filter und Kollimatorelementen möglich ist,
die an unterschiedlichen Fokuspositionen entstehende Röntgenstrahlung,
entsprechend den in CT-Systemen der 3ten Generation üblichen
Filterung, zu filtern und damit eine entsprechend hohe Bildqualität
bei gleichzeitig optimaler Dosisausnutzung zu erreichen. Da sich
zusätzlich die Rotationsgeschwindigkeit des Tragrahmens,
entsprechend der Anzahl der vorgesehenen Positionen für
Filter und Kollimatorelemente, reduziert, reduziert sich entsprechend
auch die entstehende g-Belastung dieses Tragrahmens. Betrachtet
man beispielsweise einen Tragrahmen mit einem typischen Durchmesser
von 1 m und einer Rotationsgeschwindigkeit von 10 Umdrehungen pro
sec. – welches der typischen Rotationsgeschwindigkeit des
Fokus bei einem Scanner der 5ten Generation entspricht – so
entstehen g-Kräfte im Bereich von 2000 g, während
eine Verwendung eines solchen Tragrahmens mit insgesamt sechs Positionen
für fokusseitige Filter oder Kollimatorelemente diese g-Kräfte
auf 80 g reduziert. Entsprechend dieser drastischen Reduktion der
auftretenden g-Kräfte kann der konstruktive Aufwand für
einen derartigen Tragrahmen gegenüber dem Stand der Technik – gemäß der
zuvor zitierten
DE
10 2004 061 347 B3 – stark reduziert werden. Es
ist dabei auch nicht mehr notwendig, den Fokus über den
Fokusring kontinuierlich im Kreis zu bewegen, sondern es besteht
die Möglichkeit, den Fokus springend über die
einzelnen Positionen der Filterelemente springen zu lassen, wobei
sich die auftretenden thermischen Belastungen der Anode wesentlich
gegenüber dem Stand der Technik verringern oder zumindest
besser verteilen.
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Grundsätzlich
sind bei dieser Ausführung unterschiedliche Sprungmuster
für den Fokus möglich. Beispielsweise kann der
Fokus der Reihe nach die auf dem Tragrahmen befindlichen Filterpositionen auf
dem Anodenring sukzessive anfahren, wobei nach jeder Runde ein zusätzlicher
kleiner Versatz des Fokus in Umfangsrichtung durchgeführt
wird, so dass der Anodenring in so viele Segmenten der Reihe nach
abgetastet wird, wie Positionen für fokusseitige Filter
und Kollimatorelemente vorhanden sind. Eine andere Alternative besteht
darin, dass jeweils gegenüberliegende Positionen der Reihe
nach angefahren werden, wobei nach dem vollständigen Abarbeiten
von zwei gegenüberliegenden Positionen die nächsten
beiden winkelversetzt dazu angeordneten Positionen der Filterelemente
angesteuert werden. Auch auf diese Weise ist eine vollständige
kreisförmige Abtastung des Anodenrings oder Anodenteilrings möglich.
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Entsprechend
diesem Grundgedanken schlägt der Erfinder also einen Röntgen-Computertomograph
der 5ten Generation vor, mit:
- – mindestens
einem Mittel zur Erzeugung mindestens eines Elektronenstrahls,
- – einem, um eine Systemachse konzentrisch angeordneten,
Anodenring oder Anodenteilring, auf dem durch Auftreffen des mindestens
einen Elektronenstrahls an einer Vielzahl von Fokuspositionen Röntgenstrahlung
erzeugt werden kann,
- – einem um die Systemachse konzentrisch angeordneten
Detektorring oder Detektorteilring mit einer Vielzahl von mindestens
eine Detektorzeile bildenden Detektorelementen zur Detektion der auftreffenden
Röntgenstrahlung, und
- – einem rotierbaren Tragrahmen zur Aufnahme von Filter-
und Kollimatorelementen.
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Erfindungsgemäß werden
an dem Tragrahmen an mindestens zwei zueinander winkelversetzten
angeordneten Positionen fokusseitige Filter- und Kollimatorelemente
befestigt.
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Mit
dieser Ausführung ist es möglich, alternierend
unterschiedliche Winkelpositionen, an denen sich die Filter und
Kollimatorelemente befinden, auf dem Anodenring anzusteuern, wobei
jeder Fokus, der auf dem Anodenring entsteht, einen optimal ausgebildeten
auch in φ-Richtung variablen Filter hat. Entsprechendes
gilt auch für den eingesetzten Kollimator. Würde
ein stationärer Filter oder Kollimator eingesetzt wer den,
so wäre keine Variation in φ-Richtung möglich.
Somit entspricht die Filter- und Kollimatorgestaltung einem individuell
in einer Röntgenröhre, die auf einer Gantry rotiert,
eingebauten Filter beziehungsweise Kollimator. Da die Rotationsgeschwindigkeit
entsprechend der Anzahl der Positionen, an denen Filterelemente
auf dem Tragrahmen angebracht sind, funktional reduziert wird, reduzieren sich
die g-Kräfte überproportional – wie zuvor
bereits dargestellt. Hierdurch vermindert sich der konstruktive
Aufwand für den Bau derartiger Tragrahmen wesentlich, so
dass insgesamt ein wirtschaftlicher Bau solcher Röntgen-Computertomographen
nun möglich wird.
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Erfindungsgemäß können
die winkelversetzten Positionen der fokusseitigen Filter- und Kollimatorelemente
in gleichen Winkelabständen auf dem Tragrahmen positioniert
werden. Hier eignen sich beispielsweise die Winkelabstände
von 180° bei lediglich zwei Sätzen von Filter
oder Kollimatorelementen, oder 120° bei drei Sätzen,
oder 90° bei vier Sätzen beziehungsweise 60° bei
sechs Sätzen von Filter und Kollimatorelementen. Grundsätzlich
können auch mehr als sechs Sätze von Filter und
Kollimatorelementen verwendet werden, wobei ein guter Kompromiss
bezüglich des konstruktiven Aufwandes und der Effektivität
bei vier bis sechs Sätzen gegeben zu sein scheint.
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Als
fokusseitige Filter können beispielsweise ein Bowtie-Filter,
Spektralfilter, z-Kollimatoren oder φ-Kollimatoren oder
Kombinationen hiervor, die erfindungsgemäß auch
in einem einzigen Bauteil zusammengefasst sein können,
verwendet werden.
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Typischerweise
kann der hier beschriebene Röntgen-Computertomograph einen
stationären Detektorring aufweisen, der die Systemachse
geschlossen umfasst. Andererseits besteht jedoch auch die Möglichkeit,
diesen stationären Detektorring als Detektorteilring auszubilden,
der die Systemachse nur teilweise umschließt.
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Vorteilhaft
ist es bei dieser Ausbildung, wenn der Detektorring mindestens einen
Winkelbereich von 180°, vorzugsweise zuzüglich
des für die Röntgenstrahlung verwendeten Fächerwinkels,
umfasst. Selbstverständlich kann ein solcher Detektorring
sowohl einzeilig als auch mehrzeilig ausgebildet werden.
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Bezüglich
der Ausgestaltung des stationären Anodenrings kann sowohl
ein vollständig umlaufender Anodenring oder auch ein Anodenteilring,
der die Systemachse nicht vollständig umschließt,
verwendet werden.
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Grundsätzlich
ist vorgesehen, am Tragrahmen gleich ausgestaltete Filterelemente
zu verwenden, jedoch besteht auch die Möglichkeit, am Tragrahmen
gleichzeitig unterschiedlich ausgestaltete Filterelemente zu verwenden,
die beispielsweise entsprechend einer unterschiedlichen Ausgestaltung von
Fächerwinkeln angepasst sind oder auch entsprechend einer
unterschiedlich erzeugten Strahlungsenergie Rechnung tragen. Das
heißt, es können also an einem einzigen Tragrahmen
mehrere unterschiedliche Filterelemente verwendet werden, so dass
mit Hilfe dieser Filterelemente an unterschiedlichen Tragrahmenpositionen
unterschiedliche Fächerwinkel gebildet werden. Beispielsweise
können diese unterschiedlichen Fächerwinkel alternierend während
einer einzigen Untersuchung genutzt werden, oder es besteht die
Möglichkeit, zwischen den einzelnen Fächerwinkeln
umzuschalten. Entsprechendes gilt auch für unterschiedlich
ausgestaltete Filter, die verschiedene erzeugte Röntgenenergien berücksichtigen.
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Prinzipiell
können derartige unterschiedliche Filtersätze
fest am Tragrahmen montiert sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit,
den Tragrahmen mit Adapterelementen zu versehen, welche zum Anschluss
von unterschiedlichen Filterelementen geeignet sind. Durch diese
Ausgestaltung können entweder manuell zwischen einzelnen
Untersuchungen Filterelemente ausgetauscht werden, oder es besteht auch
die Möglichkeit, im CT- System eine automatisch arbeitende
Austauschvorrichtung zu integrieren, welche zwischen den Untersuchungen
automatisch den Austausch der einzelnen Filterelemente am Tragrahmen
vornimmt. Hierbei kann es sich um eine roboterartige Vorrichtung
handeln, die entsprechend einer vom Betriebspersonal vorgenommenen
Anwahl den Tragrahmen mit gleichen oder unterschiedlichen Filtersätzen
versieht. Selbstverständlich muss entsprechend der ausgewählten
Filtersätze der Betriebsmodus des CT-Systems entsprechend
gewählt werden, um an den Filterpositionen jeweils die
richtige Röntgenenergie zu erzeugen und andererseits auch
bei der Datenaufnahme entsprechend die richtige Zuordnungen der
gemessenen Detektorwerte vorzunehmen. Hierdurch kann beispielsweise
auf sehr einfache Art während einer einzigen Untersuchung
mit Hilfe von beispielsweise drei unterschiedlichen Filtersätzen,
tomographische Datensätze erzeugt werden, die von drei
unterschiedlichen oder mehreren unterschiedlichen Röntgenenergien
stammen. Ein derartiges Röntgen-CT-System ist gegenüber
den bekannten CT-Systemen, die bezüglich ihrer Filterausstattung
und der möglichen verwendbaren Energien relativ unflexibel
sind, wesentlich variabler.
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Ergänzend
wird außerdem vorgeschlagen, dass der Tragrahmen mindestens
zwei winkelversetzt angeordnete detektorseitige Kollimatoren aufweist,
die den jeweiligen Strahlenfächer des gegenüberliegenden
Fokus abdecken, wobei jede Kollimatorposition einer gegenüberliegenden
Filterposition zugeordnet ist.
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Entsprechend
dem zuvor beschriebenen Grundgedanken der Erfindung schlägt
der Erfinder auch ein Verfahren zur Steuerung eines Röntgen-Computertomograph
der 5ten Generation mit einem System zur Erzeugung mindestens eines
Elektronenstrahls, einem, um eine Systemachse konzentrisch angeordneten,
Anodenring oder Anodenteilring, auf dem alternierend an einer Vielzahl
von Fokuspositionen Röntgenstrahlung erzeugt wird, und einem
um die Systemachse konzentrisch angeordneten Detektorring oder Detektorteilring,
welcher die vom jeweiligen Fokus ausgehende Röntgenstrahlung misst,
vor, wobei erfindungsgemäß mit einem rotierbaren
Tragrahmen mindestens zwei zueinander winkelversetzt angeordnete
fokusseitige Sätze von Filter- und Kollimatorelementen
derart rotiert und die Fokuspositionen vom Elektronenstrahl derart
angesteuert werden, dass sich an jeder angesteuerten Fokusposition
alternierend einer der mindestens zwei Sätze der Filter-
und Kollimatorelemente befindet.
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Entsprechend
diesem Verfahren lassen sich abhängig von der Ausgestaltung
und Anzahl der unterschiedlichen Filtersätze und der verwendeten Strahlungsenergien
beziehungsweise unterschiedlicher verwendeter Strahlungsfächer
diverse Ansteuerungsvarianten und Ansteuerungsrhythmen ermöglichen,
so dass tomographische Datensätze und damit auch tomographische
Rekonstruktionen unterschiedlichster Ausprägung möglich
sind.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele
mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die
zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind.
Hierbei werden die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1:
Röntgen-Computertomograph der 5ten Generation; 2:
Elektronenstrahlkanone; 3: Ablenksystem; 4: stationärer
Anodenring; 5: stationärer Detektorring; 6:
verschiebbare Patientenliege; 7: Patient; 8.1 bis 8.6 Filtersätze
am Tragrahmen; 8.1.1: Bowtie-Filter; 8.1.2; 8.1.3:
Phi-Filter; 9.1, 9.4: detektorseitige Kollimatoren/Streustrahlungsfilter; 10: Steuer-
und Rechensystem; 11: Speicherplatz im Rechensystem; 12:
rotierbarer Tragrahmen; 13: Systemachse; 14: Streustrahlungsfilter;
I, II: Sektoren des stationären Anodenrings; EI, EII: Anodenringsektoren
mit unterschiedlichen Röntgenenergien; F: Fokus: e–: Elektronen; γ: Röntgenstrahlung; φ:
Fächerwinkel; z: z-Achse.
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Es
zeigen im Einzelnen:
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1:
Erfindungsgemäßer Röntgen-Computertomograph
der 5ten Generation;
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2:
Quer- und Längsschnitt durch eine schematische Darstellung
eines Röntgen-Computertomographen im Bereich des Tragrahmens
mit vollständig umlaufendem Detektorring und Anodenring;
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3:
Quer- und Längsschnitt durch eine schematische Darstellung
eines Röntgen-Computertomographen im Bereich des Tragrahmens
mit teilweise umlaufendem Detektorring und Anodenring;
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4:
Schematische Darstellung eines Filtersatzes;
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5:
Beispielhafte Ansteuerungsreihenfolge der Fokusse;
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6:
Alternative Ansteuerungsreihenfolge der Fokuspositionen mit zwei
unterschiedlichen Elektronenenergien;
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7:
Teildarstellung eines Tragrahmens mit Filtersatz und gegenüberliegendem
ebenfalls rotierenden detektorseitigen Kollimator.
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Die 1 zeigt
einen beispielhaften erfindungsgemäßen Röntgen-Computertomographen
der 5ten Generation 1 mit einem Elektronenstrahlerzeuger 2,
der einen Elektronenstrahl e– durch
ein Ablenksystem 3 gezielt und fokussiert auf eine Vielzahl
von individuell ansteuerbaren Fokuspunkten auf einem stationären
Anodenring 4 beschleunigt. Dieser stationäre Anodenring 4 verläuft
in diesem Beispiel über 360° geschlossen um die
Systemachse 13, so dass an beliebiger Stelle auf dem Anodenring 4 und
somit in beliebiger Winkelposition auf dem Anodenring 4 Röntgenstrahlung
erzeugt werden kann. Des Weiteren ist ein um 360° geschlossener
Detektorring 5 gezeigt, mit welchem die erzeugte γ-Strahlung
nach dem Durchtritt durch den Körper eines Patienten 7 detektiert
werden kann.
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Der
Patient 7 befindet sich auf einer in Richtung der Systemachse 13 verfahrbaren
Patientenliege 6 und wird während eines Scans
sukzessive für eine sequentielle Abtastung oder konti nuierlich
für eine Spiralabtastung durch das Messfeld des CTs gefahren.
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Erfindungsgemäß verfügt
das CT 1 im Bereich der Strahlungserzeugung und im Messbereich über
einen umlaufenden Tragrahmen 12, welcher an mehreren – hier
sechs – Positionen jeweils einen fokusseitigen Filtersatz 8.1 und 8.4 aufweist.
Im gezeigten Beispiel sind zusätzlich auf dem Tragrahmen 12 sechs
detektorseitige Streustrahlungsfilter beziehungsweise Kollimatoren 9.1 und 9.4 angeordnet.
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Mit
Hilfe des steuerbaren Elektronenstrahls e– können
für einen Scan nun in sehr kurzen Zeitabständen
alle Positionen der über den Umfang des Tragrahmens verteilten
Filtersätze angesteuert werden. Hierdurch kann einerseits
die Rotationsgeschwindigkeit des Tragrahmens 12 reduziert
werden und es ist möglich, die Ansprungspositionen einem gewünschten
Abtastmuster anzupassen.
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Des
Weiteren ist ein Steuer- und Rechensystem 10 vorgesehen,
welches einerseits die Steuerung des Tragrahmens, des Elektronenstrahls
und der Patientenliege ausführt und Detektordaten aufzeichnet.
Andererseits kann mit diesem Steuer- und Rechensystem 10 auch
die Bildrekonstruktionen aus den empfangenen Detektordaten durchgeführt
werden.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die hier gezeigte Ausführung
eines EBCT-Systems lediglich beispielhaft ist. Grundsätzlich
kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Filter-
und Kollimatoranordnung an einem Tragrahmen in Verbindung mit allen CT-Systemen
der 5ten Generation eingesetzt werden, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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Die 2 zeigt
nochmals einen Querschnitt beziehungsweise rechts einen Linksschnitt
eines erfindungsgemäßen CT-Systems im Bereich
von Anodenring 4, Tragrahmen 12 und Detektorring 5.
Auf der linken Seite ist der Querschnitt, insbesondere des Tragrahmens 12 dargestellt,
auf dem sechs Filtersätze 8.1 bis 8.6 angeordnet
sind. Die Filtersätze 8.1 bis 8.6 weisen
untereinander die gleichen Abstände auf und bestehen aus
einem Bowtie-Filter (gestrichelt dargestellt) und einem z- und Phi-Filter.
Konzentrisch zu diesem Tragrahmen 12 ist der Anodenring 4 angeordnet,
auf dem der aktive Fokus F in „12-Uhr-Position" dargestellt
ist. Von diesem Fokus F geht ein Strahlenbündel aus, welches
mit Hilfe des Filtersatzes 8.1, ähnlich zu den
aus CT-System der 3ten Generation bekannten fokusseitigen Filtern,
behandelt wird. Im Betrieb werden mit Hilfe der Ablenkvorrichtung
des Elektronenstrahls der Reihe nach oder in bestimmten Sprungmustern
die Positionen der Filtersätze 8.1 bis 8.6 angesprungen,
so dass an der Stelle jedes entstehenden aktiven Fokus jeweils ein
entsprechendes Filter vorliegt und damit die entstehende Röntgenstrahlung
in gewünschter Weise auch in φ-Richtung, wie es
insbesondere durch den Bowtie-Filter gezeigt ist, gefiltert werden
kann und auf diese Weise zu einer besseren Dosisausnutzung führt.
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Auf
der rechten Seite der 2 ist das gleiche System aus
Anodenring, Tragrahmen und Detektorring nochmals im Längsschnitt
dargestellt.
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Eine
gegenüber der 2 andere Ausführungsvariante
des erfindungsgemäßen CT-Systems ist im Abtastbereich
nochmals in der 3 dargestellt. Diese Ausführungsvariante
weist einen nicht geschlossenen und nach oben über einen
Bereich von ca. 90° offenen Anodenring 4 auf,
dem ein Detektorring 5 gegenüberliegt, der seine Öffnung
auf der entgegen gesetzten Seite aufweist. Zwischen dem Anodenring 4 und
dem Detektorring 5 befindet sich ein geschlossener Tragrahmen 12,
an dem wiederum an sechs Positionen gleich verteilt um den Umfang Filtersätze 8.1 bis 8.6 befestigt
sind.
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Grundsätzlich
ist die Funktionsweise eines derartigen CT-Systems mit offenem Anodenring
beziehungsweise offenem Detektorring ähnlich der Funktionsweise
mit geschlossenem Anoden- und Detektorring, lediglich die Abtastung
ist teilweise beschränkt.
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Der
Aufbau eines Filtersatzes 8.1 ist schematisch in der 4 dargestellt.
Diese 4 zeigt diesen Filtersatz 8.1 in der
Position eines aktiven Fokus F, der ein Strahlenbündel
erzeugt. Dieses Strahlenbündel verläuft durch
einen so genannten Bowtie-Filter 8.1.1 und wird durch die
Kollimatoren 8.1.2 und 8.1.3 in z-Richtung begrenzt
und in φ-Richtung geformt.
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In
den 5 und 6 sind zwei beispielhafte Ansteuerungsmuster
für die Sprungmuster für die entstehenden Fokusse
dargestellt. Die 5 zeigt eine mögliche
Variante eines Sprungmusters, bei dem ein Tragrahmen – entsprechend
der 2 – mit sechs gleichmäßig üben
dem Umfang verteilten Filtersätzen verwendet wird. Hierbei
kann beispielsweise zunächst die oberste Position 1 angesprungen werden,
dann die in Umfangsrichtung in Uhrzeigerrichtung nächstgelegene
Position 2 des zweiten Filtersatzes, danach die Position 3 des
dritten Filtersatzes usw. bis alle auf dem Umfang befindlichen Filtersätze
angesprungen wurden, woraufhin inzwischen eine Drehung des Tragrahmens
dazu führte, dass in der „12-Uhr-Position" ein
kleiner Versatz in Uhrzeigerrichtung vorliegt und damit eine nächste
Position 7 – entsprechend der inzwischen zurückgelegten Strecke
des Tragrahmens 12 – angesteuert wird und so weiter.
Dies wird so lange durchgeführt, bis der Tragrahmen ein
Sechstel des Umfanges gelaufen ist, worauf wieder von vorne begonnen
wird, während an der „12-Uhr-Position" ein neuer
Filtersatz positioniert ist.
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Die
hier gezeigten Segmente I beziehungsweise II zeigen den Weg eines
Filtersatzes, während einer gesamten 360°-Abtastung.
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Während
bei der in 4 gezeigten Ansprungsreihenfolge
beispielsweise mit einer einzigen Elektronen- beziehungsweise Röntgenenergie
gearbeitet wird, ist es vorteilhafter, ein anderes Muster – wie
es beispielsweise in der 6 gezeigt ist – für
die Verwendung von zwei unterschiedlichen Elektronenenergien zu
benutzen.
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Die 6 zeigt
diese geänderte Ansprungsfolge. Hier wird zunächst
mit einer ersten Energie EI die Position 1 in der „12-Uhr-Position"
angesprungen, es folgt dann unter Auslassung des nächsten
Filtersatzes ein Ansprung des übernächsten Filtersatzes bei
der hier gezeigten Position 2 und nochmals ein Auslassen
des dritten Filtersatzes mit einem Ansprung der Position 3 am
fünften Filtersatz. Diese Positionen 1, 2, 3 werden
mit einer gleichen Elektronenenergie beziehungsweise gleicher Röntgenenergie angesteuert,
danach kann eine zweite Elektronenenergie EII beziehungsweise daraus
entstehende Röntgenenergie erzeugt werden, oder auch ein
zweiter Elektronenstrahl mit unterschiedlicher Röntgenenergie
verwendet werden und mit diesem Elektronenstrahl nun die Positionen 4, 5 und 6 angesteuert
werden. An den Positionen 4, 5 und 6 befinden
sich dann beispielhafte Filtersätze, die sich von den Filtersätzen
an den Positionen 1, 2 und 3 aufgrund
der unterschiedlich verwendeten Röntgenenergie unterscheiden,
so dass insgesamt für jede Röntgenenergie ein optimal
angepasster Filter vorliegt. Entsprechend dem hier gezeigten Sprungmuster
sind selbstverständlich auch andere Sprungmuster gegebenenfalls mit
einer höheren oder geringeren Anzahl von Ansprungpositionen – entsprechend
der Zahl der verwendeten Filtersätze – möglich.
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Wie
bereits zuvor beschrieben, können derartige Filtersätze
gegebenenfalls automatisch ausgetauscht werden, so dass eine schnelle
Anpassung des CT-Systems an die gewünschten Abtastbedingungen
möglich ist.
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Ergänzend
ist in der 7 nochmals ein Tragrahmen 12 teilweise
dargestellt, an dem sich ein Filtersatz 8.1 befindet, wobei
gegenüberliegend ein Streustrahlungsfilter 14 darge stellt
wird, der sich mit dem rotierenden Tragrahmen 12 mitbewegt
und jeweils eine optimale Streustrahlungsfilterung, gegebenenfalls
angepasst an den fokusseitigen Filtersatz, durchführt.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen
der Erfindung zu verlassen.
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Insgesamt
wird mit der Erfindung also ein CT-System der 5ten Generation vorgeschlagen,
welches ein wesentlich verbessertes und flexibler einsetzbares Filtersystem
aufweist, so dass höhere Scangeschwindigkeiten ohne Verlust
an Bildqualität möglich sind und auch eine flexiblere
Einsatzmöglichkeit in Bezug auf den gleichzeitigen Scan
unterschiedlichen Röntgenenergien eröffnet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4158142 [0002]
- - US 4352021 [0002]
- - US 4521900 [0002]
- - US 4521901 [0002]
- - US 4606061 C2 [0003]
- - DE 4015105 C3 [0004]
- - DE 4015180 [0004]
- - DE 102004061347 B3 [0006, 0011]