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Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikvorrichtung mit einer rotierbaren Gantry gemäß dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Ansteuerung einer Röntgendiagnostikvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 11.
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Röntgendiagnostiksysteme gehören zum Standard der medizinischen Bildgebung und werden zum Beispiel für die interventionelle Therapie eingesetzt. Angiographiesysteme, im Allgemeinen C-Bogen-Röntgensysteme, werden zum Beispiel für die Therapieüberwachung von Gefäß- und Herzerkrankungen und für die minimal-invasive Therapie von Tumoren eingesetzt. Sie bieten durch ihre Flat-Panel-Röntgendetektoren mit in einer Matrix angeordneten Pixelelementen eine sehr hohe Ortsauflösung (Pixelgröße i. A. etwa 150 μm) und können sowohl für 2D- als auch für 3D-Bildgebung (sogenanntes DynaCT der Firma Siemens) eingesetzt werden. Bei der Niedrigkontrastauflösung und der Aufnahmegeschwindigkeit sind in der 3D-Bildgebung jedoch noch immer die klassischen Computertomographen überlegen; diese haben andererseits Nachteile bei der Auflösung und dem Aufnahmefeld in der 2D-Bildgebung.
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Um die Vorteile beider Systeme nutzen zu können, ist zum Beispiel aus der
DE 198 02 405 B4 eine Röntgendiagnostikvorrichtung bekannt, bei der an einer rotierbaren Gantry zwei Aufnahmesysteme angeordnet sind: Ein erstes CT-Aufnahmesystem mit einem zeilenförmigen Röntgendetektor und ein zweites Angioaufnahmesystem mit einem flächenförmigen Röntgendetektor. Mit dem CT-Aufnahmesystem können die bekannten CT-Modi realisiert werden, z. B. die Aufnahme sequentieller Schichten mit sogenanntem Stop-and-Shoot-Vorschub eines Patiententisches oder Spiralbildgebung mit kontinuierlichem Vorschub des Patiententisches und kontinuierlicher Gantryrotation. Mit dem Angioaufnahmesystem können zwei bekannte Modi realisiert werden, eine 2D-Durchleuchtungsbildgebung mit unbewegter Gantry und eine 3D-Rotationsbildgebung (z. B. DynaCT) mit kontinuierlich oder sequentiell rotierender Gantry. Durch die Gantrygeometrie, die im Wesentlichen einer CT-Geometrie entspricht, ergeben sich jedoch für das Angioaufnahmesystem Einschränkungen. Beispielsweise ist der Röntgendetektor relativ weit vom Isozentrum (Drehzentrum) entfernt und dadurch kommt es zu Fokusverschmierungen. Außerdem ist es praktisch schwierig, weit außerhalb des Isozentrums angeordnete Untersuchungsobjekte (exzentrische Organe) aufzunehmen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Röntgendiagnostikvorrichtung mit einer rotierbaren Gantry bereitzustellen, welche sowohl 2D- als auch 3D-Bildgebung in besonders hochwertiger Qualität bei geringem Aufwand ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Röntgendiagnostikvorrichtung mit einer rotierbaren Gantry gemäß dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Ansteuerung einer Röntgendiagnostikvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist eine Röntgendiagnostikvorrichtung mit einer rotierbaren Gantry und zwei in der Gantry angeordneten Aufnahmesystemen vorgesehen, wobei
- – ein erstes Computertomographie-Aufnahmesystem eine erste Röntgenquelle, die ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel aussendet, und einen gegenüber der ersten Röntgenquelle angeordneten ersten Computertomographie-Röntgendetektor mit einer Reihe von Einzeldetektoren aufweist, und
- – ein zweites Aufnahmesystem (Angioaufnahmesystem) eine in Bezug zu der ersten Röntgenröhre versetzt angeordnete zweite Röntgenröhre, die ein zweites Röntgenstrahlenbündel aussendet, und einen der zweiten Röntgenquelle gegenüberliegenden, flächenförmigen Röntgendetektor mit matrixförmig angeordneten Pixelelementen aufweist,
wobei die zweite Röntgenröhre und/oder der zweite Röntgendetektor derart mechanisch gelagert sind, dass sie in bezüglich der Gantry axialer und/oder radialer und/oder lateraler Richtung verstellbar sind. Durch die Verstellbarkeit werden die Nachteile, die für das Angioaufnahmesystem durch die Anordnung auf der Gantry entsprechend dem CT-Aufnahmesystem entstehen, aufgehoben und es kann zusätzlich zur CT-Bildgebung mit geringem Aufwand eine hochwertige Bildgebung auch mittels des Angioaufnahmesystems durchgeführt werden. So können mittels einer Regulierung des SID (Source-Image-Distance), zum Beispiel durch Bewegung des Flachbild-Röntgendetektors nah an das Untersuchungsobjekt, bei stillstehender oder nur langsam bewegter Gantry Aufnahmen ohne Fokusverschmierungen durchgeführt werden, während bei einer schnellen Rotation der Gantry bei ausreichendem Abstand des Flachbild-Röntgendetektors 3D-Aufnahmen ohne Kollisionsgefahr durchgeführt werden können. Außerdem können beispielsweise bei einer gemeinsamen Lateralverstellung von zweiter Röntgenquelle und Flachbild-Röntgendetektor auch exzentrische Untersuchungsobjekte vollständig und mit hoher Qualität abgebildet werden.
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In vorteilhafter Weise ist die zweite Röntgenröhre orthogonal zu der ersten Röntgenröhre an der Gantry angeordnet. Auf diese Weise kann die Röntgendiagnostikvorrichtung auch als Biplan-Röntgendiagnostikvorrichtung verwendet werden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist der zweite Röntgendetektor derart mechanisch gelagert, dass er in bezüglich der Gantry radialer Richtung, also auf das Zentrum zu, verstellbar ist, so dass der Abstand zwischen der zweiten Röntgenquelle und dem zweiten Röntgendetektor veränderbar ist. Auf diese Weise kann der SID bei Bedarf verstellt werden und damit die Fokusverschmierung, die bei 2D-Aufnahmen bei zu großen Abständen zwischen dem Untersuchungsobjekt und dem Röntgendetektor entsteht, minimiert werden. Zur Realisierung dieser Anordnung des zweiten Röntgendetektors ist in vorteilhafter Weise der zweite Röntgendetektor auf einer mechanischen Liftvorrichtung in der Gantry angeordnet.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die zweite Röntgenquelle und der zweite Röntgendetektor bezüglich der Gantry in axialer und/oder lateraler Richtung, also zum Beispiel in der Richtung der Drehachse der Gantry (axial) oder orthogonal sowohl zur Drehachse als auch zum Radius der Gantry (lateral) verstellbar. Insbesondere sind die zweite Röntgenquelle und der zweite Röntgendetektor synchron zueinander verstellbar. Zur Realisierung dieser Anordnung kann auch hier die zweite Röntgenquelle auf einer ersten mechanischen Liftvorrichtung und der zweite Röntgendetektor auf einer zweiten mechanischen Liftvorrichtung in der Gantry angeordnet sein. Beide können auch auf Schienen angeordnet sein.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das zweite Aufnahmesystem einen ersten 2D-Aufnahmemodus zur Aufnahme von Radiographiebildern und einen zweiten 3D-Aufnahmemodus zur Aufnahme von Projektionsbildserien aus verschiedenen Projektionsrichtungen zur 3D-Rekonstruktion von Volumenbilddaten auf.
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In vorteilhafter Weise weist die Röntgendiagnostikvorrichtung eine Steuerungs- und Regelungseinheit zur Ansteuerung und Regelung der Verstellung der zweiten Röntgenröhre und/oder des zweiten Röntgendetektors auf. Die Steuerungs- und Regelungseinheit ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dazu ausgebildet, die Position der zweiten Röntgenröhre und/oder des zweiten Röntgendetektors in Abhängigkeit von zugeführten Informationen zu regeln. Hier kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass im ersten 2D-Aufnahmemodus der zweite Röntgendetektor dynamisch verstellbar nah an das Untersuchungsobjekt bewegt wird, während im zweiten 3D-Aufnahmemodus ein starrer ausreichender Abstand zwischen Untersuchungsobjekt und zweiten Röntgendetektor eingestellt wird. Die entsprechende Information ist also zum Beispiel der Aufnahmemodus der Röntgendiagnostikeinrichtung; es können aber auch Information bezüglich Positionen, Größe des Untersuchungsobjektes, der Röntgendosis usw. verwendet werden. Die Informationen können zum Beispiel automatisch von einer Systemsteuerung weitergeleitet oder von einem Nutzer eingegeben werden. Es können auch beispielsweise eine automatische Regelung und dynamische Anpassung des SID oder eine automatische Regelung und dynamische Anpassung von Lateralverschiebungen vorgesehen sein.
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Erfindungsgemäß ist außerdem ein Verfahren zur Ansteuerung der Röntgendiagnostikeinrichtung mit folgenden Schritten vorgesehen: Feststellung eines Aufnahmemodus des zweiten Aufnahmesystems und Regelung des Abstandes zwischen der zweiten Röntgenquelle und dem zweiten Röntgendetektor in Abhängigkeit von dem Aufnahmemodus. In vorteilhafter Weise ist der Abstand im Falle des ersten Modus größer als im Falle des zweiten Modus.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:
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1 eine bekannte Röntgendiagnostikvorrichtung mit zwei Aufnahmesystemen,
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2 eine erfindungsgemäße Röntgendiagnostikvorrichtung mit zwei Aufnahmesystemen und einem Detektorlift in einer ersten Position,
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3 eine erfindungsgemäße Röntgendiagnostikvorrichtung mit zwei Aufnahmesystemen und einem Detektorlift in einer zweiten Position,
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4 eine erfindungsgemäße Röntgendiagnostikvorrichtung mit zwei Aufnahmesystemen und Schienen zur ersten lateralen Verstellung von vorne und
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5 eine erfindungsgemäße Röntgendiagnostikvorrichtung mit zwei Aufnahmesystemen und Schienen zur zweiten lateralen Verstellung von der Seite.
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Eine bekannte Röntgendiagnostikvorrichtung gemäß
1 weist in einer Gantry ein erstes Aufnahmesystem mit einer ersten Röntgenquelle
11 und einem ersten CT-Röntgendetektor
13 und ein zweites Aufnahmesystem mit einer zweiten Röntgenquelle
12 und einem zweiten Flachbild-Röntgendetektor
14 auf. Das erste Aufnahmesystem ist als Computertomographie-Aufnahmesystem ausgebildet, so dass die erste Röntgenquelle
11 einen Fächerstrahl
19 aussendet und der CT-Röntgendetektor
13 gewölbt und aus einer Reihe von Einzeldetektoren (z. B. 512) zusammengesetzt ist. Zur Abtastung eines auf einem Patiententisch
17 angeordneten Untersuchungsobjekts
18 wird das Aufnahmesystem mittels der Gantry
10 um das Untersuchungsobjekt
18 um 360° rotiert. Das zweite Aufnahmesystem, ein Angio-Aufnahmesystem, weist eine zweite Röntgenquelle
12 und einen Flachbild-Röntgendetektor
14 auf; die zweite Röntgenquelle sendet einen zweiten Röntgenstrahl
20 auf den Flachbild-Röntgendetektor
14 aus. Mittels des Angio-Aufnahmesystems können bei stehender Gantry 2D-Durchleuchtungsbilder und bei rotierender Gantry 3D-Bilder aufgenommen werden. Es können gleichzeitig oder abwechselnd das CT-Aufnahmesystem und das Angio-Aufnahmesystem betrieben werden, wie zum Beispiel in der
DE 198 02 405 B4 beschrieben. Da der Abstand zwischen Untersuchungsobjekt und Flachbild-Röntgendetektor
14 jedoch durch die Gantry deutlich größer als bei der bekannten Angiographie-Geometrie ist, kommt es zu Verschmierungen des Fokus und damit zu unscharfen Aufnahmen. Außerdem ist auch die Aufnahme von exzentrisch angeordneten Untersuchungsobjekten häufig nicht möglich.
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In der 2 ist eine erfindungsgemäße Röntgendiagnostikvorrichtung mit zwei Aufnahmesystemen (einem CT-Aufanhemsystem und einem Angio-Aufnahmesystem) gezeigt, wobei der Flachbild-Röntgendetektor 14 auf einem mechanischen Lift 16 angeordnet ist, durch welchen der Flachbild-Röntgendetektor 14 in bezüglich der Gantry 10 radialer Richtung, also auf die zweite Röntgenquelle 12 zu, verstellbar ist. Die Anordnung der ersten Röntgenquelle 11 und der zweiten Röntgenquelle 12 zueinander und dadurch auch die jeweiligen Hauptstrahlungsrichtungen sind vorzugsweise orthogonal. Durch den mechanischen Lift 16 kann der Flachbild-Röntgendetektor 14 bei Bedarf näher an die zweite Röntgenquelle 12 bzw. an das Untersuchungsobjekt 18 bewegt werden; es kann also die sogenannte SID (Source-Image Distance) verändert werden. In 3 ist der Flachbild-Röntgendetektor 14 im Vergleich zur 2 näher an der zweiten Röntgenquelle 12; die SID ist also kürzer.
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Insbesondere bei 2D-Aufnahmen (also bei einem ersten 2D-Aufnahmemodus des Angio-Aufnahmesystems) ist ein relativ kleiner Abstand zwischen Flachbild-Röntgendetektor 14 und Untersuchungsobjekt (im Vergleich zum Abstand zwischen Untersuchungsobjekt und zweiter Röntgenquelle) vorteilhaft, um eine möglichst geringe Fokusverschmierung und damit eine hohe Bildqualität zu erreichen und eine Streustrahlung für einen nahestehenden Anwender zu minimieren.
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Wird das Angio-Aufnahmesystem in einem zweiten 3D-Aufnahmemodus für 3D-Bildgebung genutzt, also zum Beispiel für die Aufnahme von Bildserien aus verschiedenen Winkelpositionen während einer Rotation der Gantry und anschließender Rekonstruktion, so ist eine Aufnahmegeometrie mit vergleichsweise großem bzw. der CT-Geometrie entsprechendem Abstand zwischen Untersuchungsobjekt und Flachbild-Röntgendetektor 14 sinnvoll, um zum Beispiel Kollisionen mit dem Untersuchungsobjekt zu vermeiden. Es kann vorgesehen sein, eine automatische und dynamische Verstellung der SID abhängig von dem Aufnahmemodus des Angio-Aufnahmesystems vorzusehen. Hierzu kann zum Beispiel eine Steuerungs- und Regelungseinheit vorgesehen sein, welche anhand von ihr zugeführten Informationen die Verstellung regelt. Die Röntgendiagnostikvorrichtung kann insgesamt mittels einer Systemsteuerung gesteuert werden, wobei die Systemsteuerung zum Beispiel Informationen oder Daten an die Steuerungs- und Regelungseinheit weitergibt, welche Daten und Informationen die Steuerungs- und Regelungseinheit zur Verstellung verwendet. Bei diesen Daten kann es sich zum Beispiel um die Röntgendosis, Daten der Aufnahmegeometrie, Informationen über das Untersuchungsobjekt und Informationen über den Aufnahmemodus des Angio-Aufnahmesystems usw. handeln.
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Das Angio-Aufnahmesystem kann zwischen dem 2D-Aufnahmemodus und dem 3D-Aufnahmemodus hin- und hergeschaltet werden. Es kann zum Beispiel folgende Anwendung vorgesehen sein: Im 3D-Aufnahmemodus ist die SID auf dem Maximum arretiert. Dies erlaubt eine schnelle Rotation der Gantry und vermeidet rotierende Teile in der Nähe des Patienten. Beim 2D-Aufnahmemodus ist die SID anpassbar und der Flachbild-Röntgendetektor kann je nach Bedarf nahe an das Untersuchungsobjekt herangebracht werden. Im 2D-Aufnahmemodus stellt die Röntgendiagnostikvorrichtung automatisch sicher, dass nur langsame, typischerweise manuell überwachte Rotationen der Gantry möglich sind. Durch die kleine SID kann die Auflösung des Flachbild-Röntgendetektors 14 maximal ausgenutzt werden.
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In den 4 und 5 ist eine Röntgendiagnostikvorrichtung gezeigt, bei der die zweite Röntgenquelle 12 und der zweite Flachbild-Röntgendetektor 14 entlang von Schienen 21 lateral (4) und axial (5) zu der Gantry 10 verstellbar sind. In 5 ist eine axiale Verstellbarkeit in der Richtung der Drehachse 22 der Gantry gezeigt, in der 4 eine laterale Verstellbarkeit orthogonal sowohl zur Drehachse als auch zum Radius der Gantry gezeigt. Laterale oder axiale Verstellungen der zweiten Röntgenquelle 12 und des Flachbild-Röntgendetektors 14 werden insbesondere synchron zueinander durchgeführt. Die mechanische Anordnung der Gantry muss so ausgelegt sein, dass die bei einer Verstellung auftretenden Kräfte und bei einer zusätzlichen Rotation der Gantry auftretenden Unwuchten kompensiert werden; so können zum Beispiel Ausgleichsgewichte an der Gantry angeordnet werden. Diese Ausgleichsgewichte können beispielsweise synchron zu den Verstellungen der zweiten Röntgenquelle 12 und des zweiten Flachbild-Röntgendetektors 14 bewegt werden.
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Bei verschiedenen Aufnahmemodi des Angio-Aufnahmesystems kann zum Beispiel Folgendes vorgesehen sein: Im 2D-Aufnahmemodus kann eine einmalige Einstellung der lateralen Verstellung der zweiten Röntgenröhre und des Flachbild-Röntgendetektors 14 vorgesehen sein, so dass ein exzentrisches Untersuchungsobjekt in der Mitte des Field of View (FoV) liegt. Im 3D-Aufnahmemodus ist während der Rotation der Gantry eine dynamisch angepasste laterale Verstellung der zweiten Röntgenröhre und des Flachbild-Röntgendetektors 14 vorgesehen, um das exzentrische Untersuchungsobjekt aus allen Projektionsrichtungen optimal aufzunehmen. Ausgleichsgewichte können dazu synchron verschoben werden, um Unwuchten auszugleichen. Insbesondere kann für diese Betriebsart eine langsame Rotation vorgesehen werden, die die mechanischen Trägheiten berücksichtigt.
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Eine Verstellbarkeit von zweiter Röntgenquelle 12 und Flachbild-Röntgendetektor 14 kann auch gleichzeitig radial und lateral und/oder axial zur Gantry vorgesehen sein.
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Eine weitere Anwendungsart der erfindungsgemäßen Röntgendiagnostikvorrichtung sieht zum Beispiel folgendermaßen aus: zuerst wird das CT-Aufnahmesystem genutzt, um eine Aufnahme des gesamten Untersuchungsobjekts (z. B. Patientenkörper) zu machen. Daraus wird die geometrische Lage eines exzentrischen Ausschnittes (z. B. Organ) bestimmt und daraus werden wiederum entsprechende einzustellende Verstellungen der zweiten Röntgenquelle und des Flachbild-Röntgendetektors des Angio-Aufnahmesystems während einer Rotation vorab bestimmt. Dies kann zum Beispiel automatisch an die Systemsteuerung weitergegeben werden. Dieses Vorwissen aus der CT-Aufnahme, zusammen mit dem vorbestimmten Parameter der Verstellung kann auch vorteilhaft benutzt werden, um eine Truncation-Korrektur pro Röntgenbild optimal zu gestalten. Dieses Vorwissen aus der CT-Aufnahme kann auch dazu verwendet werden, um eine objektspezifische und evtl. iterative Korrektur für eine Streustrahlung und Strahlaufhärtung im 3D-Aufnahmemodus des Angio-Aufnahmesystems zu optimieren. Letztlich kann das Vorwissen aus CT-Aufnahmen auch dazu verwendet werden, um im 3D-Aufnahmemodus des Angio-Aufnahmesystems qualitativ hochwertige 3D-Rekonstruktionen aus wenigen Projektionsbildern mit geringer Röntgendosis zu erhalten (Piccs und/oder VOI).
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Die axiale Verstellung von zweiter Röntgenquelle und Flachbild-Röntgendetektor 14 kann benutzt werden, um einen biplanen Durchleuchtungsbetrieb zu approximieren. In dieser Betriebsart kann das Angio-Aufnahmesystem z. B. bei stehender Gantry verwendet werden. Da das CT-Aufnahmesystem eine begrenzte axiale Abdeckung hat, wenige Zentimeter je nach Multizeilendetektor, kann mit dem CT-Aufnahmesystem nur dadurch ein Übersichtsbild erstellt werden, dass ein Patiententisch, auf welchem das Untersuchungsobjekt gelagert ist, durch die Gantry kontinuierlich vorgeschoben wird. Auf diese Weise wird Stück für Stück ein Projektionsbild der betreffenden Körperregion aufgebaut. Damit das entsprechende Durchleuchtungsbild des Angio-Aufnahmesystems räumlich fixiert bleibt, wird das Angio-Aufnahmesystem synchron mit dem Patiententisch axial verschoben. Das Angio-Aufnahmesystem kann dabei mit den üblichen Frequenzen der Durchleuchtung, z. B. 15 Bilder/sek. betrieben werden.
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Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine verbesserte 2D- und 3D-Röntgenbildgebung ist eine Röntgendiagnostikvorrichtung mit einer rotierbaren Gantry und zwei in der Gantry angeordneten Aufnahmesystemen vorgesehen, wobei ein erstes Computertomographie-Aufnahmesystem eine erste Röntgenquelle, die ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel aussendet, und einen gegenüber der ersten Röntgenquelle angeordneten ersten Computertomographie-Röntgendetektor mit einer Reihe von Einzeldetektoren aufweist, und ein zweites Aufnahmesystem eine in Bezug zu der ersten Röntgenröhre versetzt angeordnete zweite Röntgenröhre, die ein zweites Röntgenstrahlenbündel aussendet, und einen der zweiten Röntgenröhre gegenüberliegenden, flächenförmigen Röntgendetektor mit matrixförmig angeordneten Pixelelementen aufweist, wobei die zweite Röntgenröhre und/oder der zweite Röntgendetektor derart mechanisch gelagert sind, dass sie in bezüglich der Gantry radialer und/oder axialer und/oder lateraler Richtung verstellbar sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19802405 B4 [0003, 0019]
