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Die Erfindung bezieht sich auf ein Röntgengerät, insbesondere einen Computertomographen.
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Zur Erzielung einer hohen Bildqualität ist in der bildgebenden Röntgentechnik und hierbei insbesondere in der Computertomographie die Kenntnis der geometrischen Eigenschaften, insbesondere Lage und Größe des Röntgenstrahlfokus (nachfolgend kurz Röntgenfokus) wichtig. So ist beispielsweise die Größe des Röntgenfokus bestimmend für die Auflösung, mit der feine Strukturen durch das Röntgengerät abgebildet werden können.
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Zur Bestimmung der Auflösungsfunktion eines Röntgengeräts wird herkömmlicherweise ein sogenanntes Kantenphantom herangezogen. Das Kantenphantom ist meist durch eine Platte aus röntgenintransparentem Material, beispielsweise Tungsten, gebildet und weist eine präzise bearbeitete (Mess-)Kante auf, die bei Belichtung mit Röntgenstrahlung auf dem Detektor einen definierten Schatten hervorruft. Aus dem Schattengrenzverlauf, das heißt aus der örtlichen Änderung der Lichtintensität am Übergang zwischen der abgeschatteten und der belichteten Detektorfläche können Informationen bezüglich der Fokusgröße abgeleitet werden. Die präzise bearbeitete Kante dient dabei zur scharfen und homogenen Abbildung der Kante. Das Kantenphantom wird üblicherweise auf dem Objekttisch des Röntgengeräts (bei einem medizinischen Röntgengerät dem Patiententisch) aufgelegt.
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Für eine genaue Bestimmung der Fokusgröße ist eine präzise Justage des Kantenphantoms zu dem Detektor und der Röntgenquelle nötig. Insbesondere kann eine zu dem Zentrum des Strahlengangs versetzte Platzierung des Phantoms ebenso wie eine Schiefstellung des Phantoms gegenüber dem Detektor in gewissem Umfang zu einer „Verschmierung des Schattengrenzverlaufs, und infolgedessen zu einer Fehlberechnung der Auflösungsfunktion führen. Die Messung der Auflösungsfunktion (und damit der Fokusgröße) mittels eines Kantenphantoms erfordert daher – wenn hohe Präzision angestrebt ist – Zeit und geschultes Personal.
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Weitere geometrische Eigenschaften des Röntgenfokus, insbesondere dessen Lage werden – obwohl die Kenntnis dieser Eigenschaften für die Optimierung der Bildqualität grundsätzlich wünschenswert wäre – bisher regelmäßig nicht ermittelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und genaue Bestimmung der Größe und/oder der Lage des Röntgenstrahlfokus zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Röntgengerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Das Röntgengerät umfasst eine Röntgenquelle und einen dieser mit Abstand gegenüberliegenden (Röntgen-)Detektor. Zur Halterung der Röntgenquelle sowie ferner zur Halterung des Detektors umfasst das Röntgengerät einen Halterahmen. Weiterhin umfasst das Röntgengerät ein Kantenphantom. Erfindungsgemäß ist das Kantenphantom hierbei (mittelbar oder unmittelbar) beweglich an dem Halterahmen gehaltert, so dass es reversibel zwischen einer im Strahlengang zwischen der Röntgenquelle und dem Detektor angeordneten Messposition und einer aus dem Strahlengang zurückgezogenen Parkposition bewegbar ist. Das Kantenphantom umfasst mindestens eine (Mess-)Kante, kann im Rahmen der Erfindung aber auch mehrere (Mess-)Kanten aufweisen, die in definierter Lage und Ausrichtung zueinander angeordnet sind.
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Bei dem Röntgengerät handelt es sich insbesondere um einen Computertomographen (nachfolgend kurz: CT). In diesem Fall handelt es sich bei dem Halterahmen vorzugsweise um den die Röntgenquelle und den Detektor tragenden Drehkranz einer sogenannten CT-Gantry.
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Die (im Rahmen der vorstehend beschriebenen Beweglichkeit) feste Integration des Kantenphantoms in dem Röntgengerät, nämlich die Halterung des Kantenphantoms an dem auch die Röntgenquelle tragenden Halterahmen, ermöglicht eine wesentlich vereinfachte Bestimmung des Größe des Röntgenstrahlfokus und damit auch der Abbildungseigenschaften des Röntgengeräts. So muss die Messposition des Kantenphantoms regelmäßig lediglich einmal, und zwar bei einer (ersten) Grundeinrichtung des Röntgengeräts bestimmt und gegebenenfalls einjustiert werden und kann dann während des eigentlichen Betriebs des Röntgengeräts einfach und mit hoher Wiederholgenauigkeit wiederhergestellt werden. Dadurch ist insbesondere eine Messung relativ zu der Position des Kantenphantoms (und dessen Kante) vereinfacht. Zudem können die Auflösungsfunktion und Fokusgröße mit besonders hoher Messgenauigkeit bestimmt werden.
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Die bezüglich der Röntgenquelle wohldefinierte Messposition des Kantenphantoms ermöglicht dabei, nicht nur die Fokusgröße, sondern darüber hinaus auch die (messtechnisch schwerer zugängliche) Fokuslage unter Nutzung des Kantenphantoms zu ermitteln. Des Weiteren ermöglicht und vereinfacht die Integration des Kantenphantoms in das Röntgengerät eine automatisierte Bestimmung der Fokusgröße und gegebenenfalls der Fokuslage.
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Das Kantenphantom ist in vorteilhafter Ausgestaltung in oder an einem Kollimator des Röntgengeräts befestigt. Der Kollimator ist ein regelmäßig fokusnah, das heißt nahe der Röntgenquelle, angeordnetes Mittel zur (Röntgen-)Strahlformung. Hierfür beinhaltet der Kollimator gewöhnlich eine Anzahl von Blenden und Filtern. Durch die Befestigung in oder an dem Kollimator ist auch das Kantenphantom fokusnah angeordnet, wodurch vorteilhafterweise eine hohe Vergrößerung der abgebildeten Kante auf dem Detektor erreicht wird.
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Zweckmäßigerweise ist dem Kantenphantom ein Verstellmechanismus zugeordnet, mittels dessen das Phantom automatisch zwischen der Messposition und der Parkposition bewegbar ist. Die automatische Verfahrbarkeit des Kantenphantoms begünstigt einerseits die automatisierte Bestimmung der Fokusgröße bzw. – lage. Zudem ist sie vorteilhaft für die Erzielung einer besonders hohen Wiederholgenauigkeit sowie für die Vermeidung von Bedienfehlern.
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Das Kantenphantom ist in einer besonders vorteilhaften Ausführung an einem Filter gehaltert, der in oder an dem Kollimator reversibel in den Strahlengang verfahrbar ist. Solche Filter sind in Kollimatoren herkömmlicher Röntgengeräte, insbesondere Computertomographen, ohnehin meist vorhanden, so dass die Verstellkinematik und ein gegebenenfalls vorhandener Verstellantrieb des Filters für die Verstellung des Kantenphantoms mitbenutzt werden können. Dadurch ist ein separater Verstellmechanismus zur Bewegung des Kantenphantoms nicht nötig (und daher zweckmäßigerweise auch nicht vorgesehen). Die erfindungsgemäße Integration des Kantenphantoms in das Röntgengerät lässt sich somit besonders einfach und bauraumoptimiert realisieren.
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Zweckmäßigerweise ist die Röntgenquelle des Röntgengeräts durch eine Drehanodenröhre oder eine Drehkolbenröhre gebildet. In beiden Fällen umfasst die Röntgenquelle eine Drehanode, die gegenüber einem raumfest gehaltenen Elektronenstrahl um eine Drehachse rotierbar ist.
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Die Kante (oder gegebenenfalls eine von mehreren Kanten) des Kantenphantoms ist dabei vorzugsweise parallel zu der Drehachse der Drehanode ausgerichtet. Bei einem CT ist die Kante des Kantenphantoms damit insbesondere auch parallel zu der sogenannten isozentrischen Achse, das heißt zu dem Drehzentrum der CT-Gantry angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Kante (oder gegebenenfalls eine weitere Kante) schräg zur Drehachse der Drehanode – dabei aber senkrecht zu einem Zentralstrahl des Strahlenganges – ausgerichtet. Mit anderen Worten weist die Kante einen Winkel gegenüber der Drehachse auf und liegt in einer Ebene, die senkrecht zu dem Zentralstrahl ausgerichtet ist. Im Fall eines ebenen Detektors liegt die Kante ferner in einer Ebene, die parallel zu dem Detektor ausgerichtet ist. Aufgrund der (definierten) Schrägstellung der Kante lässt sich bei mehrzeiligen Detektoren der Informationsgrad der Messung erhöhen, da sich eine durch die Kante auf dem Detektor abgebildete Schattengrenze über mehrere Detektorzeilen erstreckt und in jeder Zeile unterschiedlich abgebildet wird.
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Als Zentralstrahl wird dabei die Symmetrieachse des von der Röntgenquelle emittierten Strahlenbündels bezeichnet. Da bei Röntgengeräten der Detektor in der Regel zentriert zu der Röntgenquelle ausgerichtet ist, fällt der Zentralstrahl mit der Linie zusammen, die den Röntgenfokus mit dem Detektormittelpunkt verbindet.
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Im Rahmen der Erfindung ist es allerdings auch denkbar, dass die Kante – oder gegebenenfalls eine von mehreren Kanten – senkrecht zu der Drehachse der Drehanode angeordnet ist. Durch eine solche Kante ist der Strahlengang derart teilweise abschattbar, dass eine Schattengrenze parallel zu einer Detektorzeile hervorgerufen wird. Hierdurch können, insbesondere bei einem mehrzeiligen Detektor, Informationen bezüglich einer Lage des Fokus in Richtung der Drehachse der Drehanode ermittelt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Kante zumindest teilweise mit einem röntgenabschwächendem (d.h. einem für Röntgenstrahlung teildurchlässigem) Material abgedeckt, wobei dieses Material der Kante in Strahlrichtung wahlweise vorgeschaltet oder nachgeschaltet sein kann. Die Abschwächung der Röntgenstrahlung ermöglicht eine präzise Messung unter Praxisbedingungen mit normaler oder überhöhter Strahlungsintensität, unter der der Detektor in Abwesenheit eines abzubildenden Objekts übersteuern würde.
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Zur Erzielung einer hohen Messgenauigkeit ist das Kantenphantom zweckmäßigerweise weiterhin aus einem stark röntgenabschwächenden Material gebildet, so dass bei möglichst geringer Bauteildicke eine ausreichend hohe Röntgenabschwächung vorhanden ist. Dadurch wird eine besonders scharfe Abbildung der Kante erreicht.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in schematischer Darstellung ein Röntgengerät mit einem daran gehalterten Kantenphantom,
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2 in vergrößerter Ansicht schematisch eine Röntgenquelle des Röntgengeräts sowie das hier in einer Messposition angeordnete Kantenphantom,
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3 in einer Seitenansicht die Röntgenquelle sowie das Kantenphantom in der Messposition,
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4 in Ansicht gemäß 2 das Kantenphantom in einer Parkposition,
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5 in Ansicht gemäß 3 das Kantenphantom in der Parkposition gemäß 4,
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6 in Draufsicht VI-VI gemäß 3 das Kantenphantom mit einer Verstelleinrichtung zur Bewegung des Kantenphantoms zwischen der Messposition und der Parkposition, und
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7 in einer Ansicht gemäß 6 eine alternative Ausführung des Kantenphantoms.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch ein Röntgengerät in Form eines Computertomographen (nachfolgend CT 1) dargestellt. Das CT 1 umfasst eine Gantry mit einem Gantry-Rahmen 2 und einem Drehkranz 3, der einen Halterahmen für eine Röntgenquelle 4 bil- det. In Gegenüberstellung zu der Röntgenquelle 4 ist ein (Röntgen-)Detektor 5 an dem Drehkranz 3 gehaltert.
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Von einem (Röntgen-)Fokus 7 der Röntgenquelle 4 geht im Betrieb des CTs 1 ein Fächerstrahl 8 aus. Eine Symmetrieachse des Fächerstrahls 8, die den Fokus 7 mit dem Mittelpunkt des Detektors 5 verbindet, wird nachfolgend als Zentralstrahl 10 bezeichnet.
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Der Röntgenquelle 4 ist in Strahlrichtung des Fächerstrahls 8 ein ebenfalls an dem Drehkranz 3 angebrachter Kollimator 11 vorgeschaltet. In dem Kollimator 11 sind – neben weiteren und nicht näher dargestellten Strahlformmitteln wie z.B. Blenden – ein Kantenphantom 12 und ein Filter 14 angeordnet. Das Kantenphantom 12 ist an dem Filter 14 gehaltert und zusammen mit dem letzteren verschiebbar in dem Kollimator 11 geführt.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, weist die Röntgenquelle 4 eine Drehanode 20 auf, auf deren schrägen Randfläche 22 der Fokus 7 liegt. Die Drehanode 20 ist um eine Drehachse 24 rotierbar.
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In 2 und 3 ist das Kantenphantom 12 in einer Messposition 25 dargestellt, in der das Kantenphantom 12 in dem Strahlengang des Fächerstrahls 8 angeordnet ist. In der Messposition 25 schattet das Kantenphantom 12 den Fächerstrahl 8 soweit ab, dass der Zentralstrahl 10 eine (Mess-)Kante 26 des Kantenphantoms 12 touchiert. Das Kantenphantom 12 ist an der dem Filter 14 zugewandten Seite von einer Abdeckung 28 verdeckt. Durch die Abdeckung 28 ist die auf dem Detektor 5 auftreffende Strahlungsintensität abgeschwächt, um bei Belichtung des Kantenphantoms 12 mit hoher Ausgangs-Strahlungsintensität ein Übersteuern des Detektors 5, das heißt die Überschreitung Sättigungsgrenze des Detektors 5 in dem nicht abgeschatteten Detektorbereich zu vermeiden.
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Aus 3 ist weiterhin ein Stellantrieb 30 ersichtlich, mittels dem der Filter 14 und somit das daran gehalterte Kantenphantom 12 aus der Messposition 25 in eine außerhalb des Strahlengangs liegende Parkposition 32 (dargestellt in 4 und 5) verschiebbar ist. Zur präzisen Verschiebung des Filters 14 und des Kantenphantoms 12 ist der Filter 14 auf einer Führungsschiene 34 gelagert. Der Fächerstrahl 8 kann somit, wenn das Kantenphantom 12 in die Parkposition 32 verschoben ist, ungehindert auf den Detektor 5 treffen. Das Kantenphantom 12 und der Filter 14 können mittels des Stellantriebs 30 ausgehend von der in 3 gezeigten Messposition 25 andererseits auch in Gegenrichtung verschoben werden, um den Filter 14 in den Strahlengang des Fächerstrahls 8 zu fahren. In dieser (nicht explizit dargestellten) Betriebsposition des Filters 14 ist das Kantenphantom 12 ebenfalls aus dem Strahlengang des Fächerstrahls 8 herausgeschoben.
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Aus 6 ist ersichtlich, dass die Kante 26 des Kantenphantoms 12 parallel zu der Drehachse 24 der Drehanode 20 verläuft. In 7 ist eine alternative Ausführung des Kantenphantoms 12 dargestellt, wobei die Kante 26 schräg zu der Drehachse 24 angestellt ist, weiterhin jedoch senkrecht zu dem Zentralstrahl 10 verläuft.
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Aus den 6 und 7 wir weiterhin deutlich, dass die Abdeckung 28 derart ausgeführt ist, dass das Kantenphantom 12 entlang seiner Kante 26 nur zum Teil abgedeckt ist. Dadurch kann der Fächerstrahl 8 in einer alternativen Messposition derart zu dem Fächerstrahl 8 positioniert werden, dass der Fächerstrahl 8 direkt (d.h. ungeschwächt) auf das Kantenphantom 12 trifft. Dies ist insbesondere bei Belichtung des Kantenphantoms 12 mit niedrigen Strahlungsintensitäten zur Erzielung einer guten Messauflösung vorteilhaft.
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Ferner ist eine von dem Filter 14 abgewandte Vorderkante des Kantenphantoms 12 als weitere (Mess-)Kante 36 ausgebildet, und somit insbesondere hochpräzise gearbeitet. Das Kantenphantom 12 kann hierbei in einer dritten Messposition derart bezüglich des Fächerstrahls 8 positioniert werden, dass die Kante 36 von dem Fächerstrahl 8 gerade touchiert wird, so dass mindestens eine Zeile des (mehrzeiligen) Detektors 5 abgeschattet ist.
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Der Stellantrieb 30 ist von einer (nicht näher dargestellten) Steuereinheit, beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers angesteuert. Die Steuereinheit ist dabei, insbesondere durch lauffähige Implementierung einer entsprechenden Betriebssoftware, dazu eingerichtet, die vorstehend beschriebenen Messpositionen des Kantenphantoms 12 und die Betriebsposition des Filters 14 auf Anfrage eines Nutzers oder eines übergeordneten Steuerprogramms automatisch präzise anzufahren.
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Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.
