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Die
Erfindung betrifft ein Röntgengerät.
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Ein
derartiges Röntgengerät ist beispielsweise
aus dem Prospekt ”Exzellenz
in CT SOMATOM Definition” der
Siemens AG, Bestell-Nr. A91100-M2100-4305-1, bekannt. In dieser
Veröffentlichung
ist ein Computertomografie-Gerät
(CT-Scanner) beschrieben, das zwei Röntgenröhren (diskrete Röntgenstrahler)
besitzt, die jeweils mit einer eigenen Hochspannung betrieben werden.
Dadurch können
unterschiedliche Röntgenenergien
gleichzeitig erzeugt werden. Die beiden Röntgenröhren und die zugehörigen Röntgendetektoren
sind zusammen mit einem Teil der notwendigen Peripheriegeräte und -aggregate
in einer Gantry angeordnet, die in einem feststehenden Teil drehbar
gelagert ist und einen Untersuchungsraum in Umfangsrichtung umschließt. Für eine Röntgenaufnahme
eines im Untersuchungsraum liegenden Untersuchungsobjektes (Patient) werden
beide Röntgenröhren und
die Röntgendetektoren
mit Hilfe der Gantry um den im Untersuchungsraum liegenden Patienten
elektromotorisch bewegt.
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Aus
der
US 4,606,061 A1 sowie
aus der korrespondierenden
EP
0 147 009 B1 ist jeweils ein CT-System mit einer stationären Röntgenröhre bekannt,
bei der eine durch (Laser-)Licht gesteuerte Elektronenemission auf
der Kathode einen Brennfleck auf der gegenüber liegenden Anode erzeugt. Aufgrund
der Anordnung von Kathode und Anode können nur Brennflecke mit gleicher
Röntgenenergie erzeugt
werden.
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Weiterhin
ist aus der
US
2004/0247082 A1 und aus der korrespondierenden
DE 10 2004 027 092
A1 jeweils eine Röntgenstahlquelle
für ein
bildgebendes CT-System bekannt. Die Röntgenstahlquelle umfasst mehrere
Elektronenquellen, die Elektronen unterschiedlicher Energie erzeugen,
welche auf eine gemeinsame Anode beschleunigt werden, wodurch Röntgenstrahlungen
mit entsprechend unterschiedlichen Energien zeitlich aufeinanderfolgend erzeugt
werden.
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Darüber hinaus
ist in der
DE
10 2005 043 372 A1 ein Röntgenstrahler beschrieben,
der eine Kathode aufweist, die bei einer Bestrahlung durch einen
Laserstrahl Elektronen thermoionisch emittiert.
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Ferner
ist aus der
EP 0 466
956 A1 sowie aus der korrespondierenden
US 5,125,012 jeweils ein Computertomograf
bekannt, der eine stationäre Röntgenröhre aufweist,
die einen Untersuchungsraum in Umfangsrichtung umschließt. Die
Röntgenröhre umfasst
eine ringförmige
Anode sowie einen koaxial zur Anode angeordneten Kathodenring mit
einer Vielzahl von Kathoden, die jeweils Elektronen gleicher Energie
erzeugen. Jeder Kathode ist eine Ablenkvorrichtung zugeordnet, welche
die in der jeweiligen Kathode erzeugten Elektronen derart ablenkt,
dass jeder Kathode eine Fokusbahn zugeordnet ist. Dadurch steigt
die Gesamtzahl der für
die Bildrekonstruktion benutzten Fokusse, wodurch die Bildqualität verbessert
wird.
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Schließlich ist
aus der
EP 0 564 292
A2 ein CT-Scanner mit einer Vielzahl von Strahlermodulen bekannt,
die um einen Untersuchungsraum herum angeordnet sind. In den Strahlermodulen
sind Kathodensegmente angeordnet, die beim Anlegen einer Heizspannung
Elektronen thermisch emittieren.
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Die
Erfindung betrifft ein Röntgengerät, das zumindest
ein Strahlermodul (1) mit einem Vakuumgehäuse (2)
umfasst, wobei das zumindest eine Strahlermodul (1) wenigstens
teilweise um einen Untersuchungsraum herum angeordnet ist und in
dem Vakuumgehäuse
(2) ein Anodensegment (3) und diesem gegenüberliegend
zumindest zwei potenzialgetrennte Kathodensegmente (4a, 4b)
angeordnet sind, wobei die Kathodensegmente (4a, 4b)
bei einer Bestrahlung mit Laserlicht (7a, 7b)
Elektronen (8a, 8b) thermoionisch emittieren,
die auf dem Anodensegment (3) auftreffen und Röntgenstrahlung
(9) entsprechender Energie er zeugen. Ein derartiges Röntgengerät ist konstruktiv
einfacher aufgebaut.
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Ein
Angiografiegerät,
mit dem von einem Patienten quasitomografische 3D-Bilder erzeugt
werden können,
ist beispielsweise in der
DE 10 2005 049 106 A1 sowie in der korrespondierenden
US 2007/0086570 A1 offenbart.
Bei einer derartigen Serie von Röntgenbildern
rotiert der C-Bogen, der einen Röntgenstrahler
und ein Detektorsystem trägt,
mit zum Teil erheblicher Geschwindigkeit um ca. 180° um den Patienten.
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Bei
allen bekannten Computertomografen stellt der mechanische Aufbau,
inklusive der Signal- und Energieübertragung zu der und von der
rotierenden Gantry, aufgrund der technischen Komplexität einen
erheblichen Teil der Gesamtkosten des Systems dar. Gleiches gilt
für die
bekannten Angiografiegeräte hinsichtlich
ihres C-Bogens.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Röntgengerät zu schaffen, das konstruktiv
einfacher aufgebaut ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Röntgengerät nach Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Röntgengerätes sind jeweils Gegenstand
von weiteren Ansprüchen.
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Das
erfindungsgemäße Röntgengerät umfasst
zumindest ein Strahlermodul mit einem Vakuumgehäuse, wobei das zumindest eine
Strahlermodul wenigstens teilweise um einen Untersuchungsraum herum
angeordnet ist und in dem Vakuumgehäuse ein Anodensegment und diesem
gegenüberliegend
zumindest zwei potenzialgetrennte Kathodensegmente angeordnet sind,
wobei die Kathodensegmente bei einer Bestrahlung mit Laserlicht
Elektronen thermoionisch emittieren, die auf dem Anodensegment auftreffen
und Röntgenstrahlung
entsprechender Energie erzeugen.
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Bei
dem Röntgengerät gemäß Anspruch
1 müssen
die Röntgenröhren für Röntgenaufnahmen keine
Rotationsbewegungen ausführen.
Damit ist der hohe konstruktive Aufwand, der bei den bekannten Computertomografen
aufgrund der um den Untersuchungsraum rotierenden Gantry mit einer
Masse von ca. 1.000 kg notwendig ist, bei dem erfindungsgemäßen Röntgengerät nicht
erforderlich. Aus dem reduzierten konstruktiven Aufwand resultiert
eine entsprechende Kostenersparnis. Das verringerte Gewicht führt zu einem
geringeren Verschleiß und
damit zu einer höheren
mechanischen Stabilität
und zu einer entsprechend erhöhten
Lebensdauer.
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Die
Anzahl der stationären
Strahlermodule kann bei dem erfindungsgemäßen Röntgengerät auf einfache Weise entsprechend
dem Anforderungsprofil ausgelegt werden. Das Röntgengerät gemäß Anspruch 1 ist damit sowohl
für die
medizinische Diagnose bei Menschen und Tieren als auch für die zerstörungsfreie
Untersuchung von unterschiedlichen Materialien, z. B. Gepäck, geeignet.
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Das
erfindungsgemäße Röntgengerät bietet neben
einer durch den Verzicht auf rotierende Röntgenquellen aufwandsarmen
Mechanik weitere wesentliche Vorteile. So können beispielsweise durch den
modularen Aufbau beliebige Geometrien, insbesondere für Computertomografie-
und Angiografie-Systeme realisiert werden. Das Strahlermodul kann
z. B. als gebogenes Strahlermodul, insbesondere als kreisbogenförmiges Strahlermodul
ausgebildet sein. Auch eine Ausgestaltung als gerades Strahlermodul
ist im Rahmen der Erfindung realisierbar.
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Vorzugsweise
wird das erfindungsgemäße Röntgengerät jedoch
ein einziges Strahlermodul aufweisen, das bei Computertomografie-Systemen
als 360° umlaufendes
Strahlermodul ausgeführt
ist.
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Die
von der ca. 100 kg schweren Laserquelle erzeugten Laserstrahlen
können
beispielsweise über Spiegel
oder andere optische Systeme auf die Kathodensegmente gelenkt werden.
Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, die Laserquelle auf einer
Gantry anzuordnen und um die Längsachse des
Röntgensystems
rotieren zu lassen. Da die Gantry bei zwei Laserquellen nur etwa
200 kg tragen muss, kann eine derartige Gantry entsprechend massearm
und damit konstruktiv einfach aufgebaut werden.
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Im
Rahmen der Erfindung können
die potenzialgetrennten Kathodensegmente auf gleichem Potential
liegen, so dass anstatt einer Strombelastung von 1 A bei einem einzelnen
Kathodensegment z. B. über
zwei Kathodensegmente in konstruktiv vorteilhafter Weise jeweils
nur ein Strom von 500 mA fließt.
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Üblicherweise
liegen alle Kathodensegmente des Strahlermoduls auf unterschiedlichen
Potenzialen, wobei jedem Kathodensegment eine Laserquelle zur Erzeugung
von thermoionisch emittierten Elektronen entsprechender Energie
zugeordnet ist. Für
die von den entsprechenden Elektronen in dem Anodensegment erzeugten
energetisch unterschiedlichen Röntgenstrahlungen
wird in vorteilhafter Weise nur ein Detektorsystem benötigt.
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Umfasst
das Strahlermodul zwei Kathodensegmente, dann liegt bei medizinischen
Röntgengeräten das
eine Kathodensegment vorzugsweise auf einem Potenzial von 140 kV
und das andere Kathodensegment auf einem Potenzial von 80 kV. Bei
diesen beiden Potenzialen erhält
man sowohl für
die energieabhängige
Schwächung
als auch für
die gewebeabhängige
Absorption optimale Werte, wodurch man ein Röntgenbild mit guter Auflösung und
gutem Kontrast erhält.
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Treffen
die von den beiden Kathodensegmenten thermoionisch emittierten Elektronen
in einem gemeinsamen Bahnradius auf dem Anodensegment auf, dann
sind aus den vom Detektorsystem erfassten Daten besonders einfache
und damit entsprechend schnelle Bildrekonstruktionen möglich. Dazu
sind die Kathodensegmente in ihrer Geometrie derart ausgestaltet,
dass die aus der Geometrie und der angelegten Hochspannung resultierenden
elektrischen Felder die jeweiligen Elektronenstrahlen auf die gewünschte Position
ablenken und/oder fokussieren.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgengerätes ist die auf einem gemeinsamen
Bahnradius im Anodensegment erzeugte Röntgenstrahlung mittels eines
gemeinsamen Kollimators kollimierbar. Dies führt zu einer nochmaligen Gewichtsreduzierung
mit den entsprechenden Vorteilen hinsichtlich Konstruktionsaufwand
und Lebensdauer.
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Nachfolgend
ist ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Strahlermoduls
des erfindungsgemäßen Röntgengerätes in der
Zeichnung näher
erläutert,
ohne jedoch darauf beschränkt zu
sein. Die einzige Figur zeigt das Strahlermodul in einem Radialschnitt.
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Das
nachfolgend erläuterte
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Röntgengerätes umfasst
ein Strahlermodul 1, das als 360° umlaufendes Strahlermodul ausgeführt ist.
Das Strahlermodul 1 weist ein Vakuumgehäuse 2 auf, das in
einem aus Gründen
der Übersichtlichkeit
in der Zeichnung nicht dargestellten Strahlergehäuse angeordnet ist.
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Der
Zwischenraum zwischen dem Vakuumgehäuse 2 und dem Strahlergehäuse ist
zur Hochspannungsisolierung und zur Wärmeabfuhr mit einem Kühlmittel
gefüllt.
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In
dem Vakuumgehäuse 2 sind
ein Anodensegment 3 und diesem gegenüberliegend zwei potenzialgetrennte
Kathodensegmente 4a und 4b angeordnet.
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Das
Kathodensegment 4a liegt über eine Hochspannungsdurchführung 5a auf
einem Potential von beispielsweise 140 kV, wohingegen das Kathodensegment 4b über eine
Hochspannungsdurchführung 5b auf
einem Potential von beispielsweise 80 kV liegt.
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Im
Vakuumgehäuse 2 ist
ein optisches Fenster 6 angeordnet, durch das Laserlicht 7a,
das von einer ersten Laserquelle emittiert wird, eintritt und auf das
Kathodensegment 4a auftrifft. Durch das optische Fenster 6 tritt
gleichzeitig Laserlicht 7b ein, das von einer zweiten Laserquelle
emittiert wird und auf das Kathodensegment 4b auftrifft.
Die erste und zweite Laserquelle sind aus Gründen der Übersichtlichkeit ebenfalls
nicht dargestellt.
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Beide
Kathodensegmente 4a und 4b emittieren bei der
Bestrahlung mit Laserlicht 7a bzw. 7b jeweils
Elektronen thermoionisch, aus denen auf bekannte Weise jeweils ein
Elektronenstrahl 8a bzw. 8b erzeugt wird. Der
Elektronenstrahl 8a wird aus den vom Kathodensegment 4a thermoionisch
emittierten Elektronen erzeugt, wohingegen der Elektronenstrahl 8b aus
den vom Kathodensegment 4b thermoionisch emittierten Elektronen
erzeugt wird.
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Die
Elektronenstrahlen 8a und 8b treffen auf das Anodensegment 3 auf
und erzeugen Röntgenstrahlung 9 entsprechender
Energie, die von den an den Kathodensegmenten 4a und 4b anliegenden
Potenzialen abhängt.
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Die
Röntgenstrahlung 9 tritt
durch ein im Vakuumgehäuse 2 gegenüber dem
optischen Fenster 6 angeordnetes Strahlenaustrittsfenster 10 aus
und trifft auf ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Untersuchungsobjekt
(Patient), durchstrahlt dieses und wird dann auf bekannte Weise
von einem nicht gezeigten Detektorsystem erfasst.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
treffen die von den beiden Kathodensegmenten 4a und 4b thermoionisch
emittierten Elektronenstahlen 8a und 8b in einem
gemeinsamen Bahnradius 11 auf dem Anodensegment 3 auf.
Die auf dem gemeinsamen Bahnradius im Anodensegment erzeugte Röntgenstrahlung 9 ist
dadurch mittels eines gemeinsamen Kollimators (in der Zeichnung
nicht dargestellt) kollimierbar.