DE102012211661B4

DE102012211661B4 - Röntgenaufnahmesystem zur Erzeugung von Tomosynthese-Bilddaten

Info

Publication number: DE102012211661B4
Application number: DE102012211661.3A
Authority: DE
Inventors: Mathias Hörnig
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2022-09-08
Anticipated expiration: 2032-07-05
Also published as: DE102012211661A1

Abstract

Röntgenaufnahmesystem (1) zur Erzeugung von Tomosynthese-Bilddaten eines Untersuchungsobjektes (B), aufweisend:1.1. ein Gehäuse, in dem ein Vakuum erzeugbar ist,1.2. mindestens eine Kathode (5.1, 5.3) zur Erzeugung freier Elektronen (e-) im Vakuum,1.3. eine Drehanode (4) mit einer Drehachse (4.1), welche relativ zur mindestens einen Kathode (5.1, 5.3) mit einer Beschleunigungsspannung beaufschlagbar ist, wobei auf der Drehanode (4) an mindestens einem Fokus (F) Röntgenstrahlung durch die auftreffenden freien Elektronen (e-) erzeugt wird,1.4. einen Detektor (8) mit einer Vielzahl von Detektorelementen, welche die vom mindestens einen Fokus (F) ausgehende Röntgenstrahlung messen können,1.5. einen Messbereich, in dem das aufzunehmende Untersuchungsobjekt (B) positioniert wird,1.6. ein Computersystem (10) mit gespeichertem Programmcode (Prg1-Prgn) zur Steuerung und Bildrekonstruktion, und1.7. einen vordefinierten Fokusweg, auf welchem der mindestens eine Fokus (F) zur Aufnahme von Detektordaten aus unterschiedlichen Projektionswinkeln positioniert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass1.8. die Drehanode (4), abgesehen von ihrer Rotation, ortsfest im Röntgenaufnahmesystem (1) und ortsfest gegenüber dem Untersuchungsobjekt (B) angeordnet ist,1.9. die zur Strahlungserzeugung genutzte Oberfläche der Drehanode (4) sich entlang des gesamten Fokusweges derart erstreckt, dass die erzeugten Projektionsrichtungen einen Projektionswinkelbereich (α) von mindestens 10° überdecken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgenaufnahmesystem, insbesondere ein Mammographiesystem, zur Erzeugung von Tomosynthese-Bilddaten eines Untersuchungsobjektes, aufweisend ein Gehäuse, in dem ein Vakuum erzeugbar ist, mindestens eine Kathode zur Erzeugung freier Elektronen im Vakuum, eine Drehanode mit einer Drehachse, welche relativ zur mindestens einen Kathode mit einer Beschleunigungsspannung beaufschlagbar ist, wobei auf der Drehanode an mindestens einem Fokus Röntgenstrahlung durch die auftreffenden freien Elektronen erzeugt wird, einen Detektor mit einer Vielzahl von Detektorelementen, welche die vom mindestens einen Fokus ausgehende durch Röntgenstrahlung messen können, einen Messbereich, in dem das aufzunehmende Untersuchungsobjekt positioniert wird, ein Computersystem mit gespeichertem Programmcode zur Steuerung und Bildrekonstruktion, und einen vordefinierter Fokusweg, auf welchem der mindestens eine Fokus zur Aufnahme von Detektordaten aus unterschiedlichen Projektionswinkeln positioniert werden kann.
Aus dem Bereich der Mammographie sind Röntgensysteme, die mit einer Tomosynthese-Funktion ausgestattet sind, allgemein bekannt. Hierbei werden eine Vielzahl von Projektionsaufnahmen aus unterschiedlichen Projektionswinkeln mit niedriger Dosis über einen Winkelbereich zwischen etwa 15°-50° erzeugt. Dazu fährt ein Röntgenstrahler an einem Gerätearm um die Patientin.
Ein Problem solcher Mammographiesysteme besteht darin, dass die Einzelprojektionen durch die konstante Bewegung während des Röntgenpulses eine Verwischung erzeugt, die zu einer Unschärfe in der Aufnahme führt. Hierdurch reduziert sich die Auflösung und die Sichtbarkeit beziehungsweise Erkennbarkeit von Mikrokalk wird reduziert. Außerdem erzeugt auch die Bewegung der Röntgenröhre, die eine schwere Last darstellt, unerwünschte Schwingungen.
Alternativ gibt es Lösungen, bei denen die Röntgenröhre zur Aufnahme an den verschiedenen Projektionswinkeln jeweils stehen bleibt, allerdings bedingt dies neue Probleme und Kosten, da eine entsprechend aufwändige Mechanik für die Bewegung und Positionierung der Röntgenröhre notwendig wird.
Ein weiterer aus Patientensicht unerwünschter Aspekt liegt in den sich um den Kopf der Patientin drehenden Teile, die bei einigen Patientinnen Unbehagen auslösen.
Aus der Druckschrift DE 10 2010 033 511 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Mehrzahl von projektiven Röntgenbildern von einem Untersuchungsobjekt aus unterschiedlichen Richtungen bekannt, insbesondere bei einem Mammographieverfahren zum Erzeugen von Röntgenbildern von einer Brust. Dabei ist die Verwendung einer Röntgenquelle vorgesehen, die eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Rontgenemittern umfasst, die jeweils ein auf das Untersuchungsobjekt gerichtetes Röntgenstrahlbündel emittieren. Diese werden mit einem digitalen Röntgendetektor empfangen, der einen zum jeweiligen Röntgenemitter gehörenden Projektionsdatensatz bereitstellt, wobei der Projektionsdatensatz mit einer zu einer näherungsweise bestimmten Materialzusammensetzung und zu dem jeweiligen Röntgenemitter gehörenden Streustrahlausbreitungsfunktion im Hinblick auf den jeweiligen Streustrahlungsanteil korrigiert wird.
Aus der Druckschrift DE 10 2010 026 434 A1 ist ein Mammographiegerät mit zumindest einer Röntgenquelle zum Abgeben von Röntgenstrahlung und einem Röntgendetektor mit einer Mehrzahl von Pixeln bekannt. Das Mammographiegerät ist so ausgestaltet, dass die Röntgenstrahlung an einer Mehrzahl von Positionen in das Brustgewebe einer Patientin abgegeben wird, und die Röntgenstrahlung durch den Röntgendetektor erfasst wird, nachdem sie das Brustgewebe passiert hat. Die Positionen haben einen unterschiedlichen.Abstand von der Achse von Schulter zu Schulter der Patientin.
Aus der Druckschrift US 2005 / 0 100 126 A1 ist ein CT-Bildgebungssystem bekannt, welches eine zweidimensionale Detektoranordnung und eine Röntgenquelle umfasst, die sich beide während eines Scans um das Objekt drehen. Die Röntgenquelle erzeugt einen Kegelstrahl aus Röntgenstrahlen und der Brennpunkt dieses Kegelstrahls wird elektrisch an verschiedene Stellen entlang der z-Achse bewegt, um die z-Achsen-Ausdehnung der ROI zu vergrößern, die ohne Bewegung des Patiententisches abgebildet werden kann. Es werden verschiedene Brennpunkt-Scanmuster für eine Vielzahl unterschiedlicher klinischer Anwendungen beschrieben.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Röntgenaufnahmesystem, insbesondere ein verbessertes Mammographiesystem, zur Erzeugung von Tomosynthese-Bilddaten eines Untersuchungsobjektes zu finden.
Diese'Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Der Erfinder hat erkannt, dass es möglich ist, durch Ausgestaltung einer Röntgenröhre mit einer entsprechend länglich dimensionierten Drehanode - ohne Bewegung der Röntgenröhre selbst - einen so großen Projektionswinkelbereich abzudecken, dass sinnvoll Projektionsdaten zur Rekonstruktion von Tomosynthese-Bilddaten erstellt werden können.
Erfindungsgemäß wird hierzu eine Anordnung vorgeschlagen, die auf der Idee einer Zylinderdrehanode aufbaut. Mit einer solchen Drehanode ist es möglich auf der Anodenoberfläche an weit auseinander liegenden Brennflecken Röntgenstrahlung zu erzeugen, ohne dass die Röntgenröhre selbst ihre Position wechseln müsste.
Zur Erzeugung eines variabel auf dem länglichen Drehanodenzylinder positionierbaren Brennflecks an relativ weit voneinander entfernten Positionen kann eine bewegliche Kathode verwendet werden, die z.B. wie eine klassische Wendel mit Wehneltzylinder aufgebaut ist und entlang der Drehanodenoberfläche bewegt wird. Vorzugsweise kann eine solche Kathode linear translatorisch auf einer Antriebswelle bewegt werden.
Die Bewegung der Kathode kann dabei kontinuierlich während der Aufnahme bewegt werden, wodurch ein auf der Drehanodenoberfläche sich ebenfalls bewegender Brennfleck beziehungsweise Fokus entsteht. Alternativ kann jedoch auch an einer Vielzahl von Positionen die Bewegung der Kathode gestoppt werden und nur im Stillstand der Kathode, also bei fest positioniertem Fokus, die Aufnahme eines Projektionsbildes erfolgen. Während der Bewegung der Kathode wird dann die Elektronenemission unterbunden. Als Antrieb für die Kathode kann beispielsweise ein Linearaktuator oder Linearstellantrieb verwendet werden.
Ergänzend kann in einer nicht beanspruchten Ausführungsform zusätzlich zur Rotation der Drehanode um deren Längsachse noch zusätzlich eine Längsverschiebung der Drehanode entlang der Längsachse erzeugt werden, damit sich die am Brennfleck erzeugte thermische Energie über eine größere Oberfläche verschmiert. Hierbei bleibt allerdings der Brennfleck selbst ortsfest an seiner Position relativ zum Detektor, zum Untersuchungsobjekt und zum Röntgensystem stehen.
Es wird auch vorgeschlagen, mehrere bewegliche Kathoden nebeneinander anzuordnen, wobei allerdings nur jeweils eine Kathode in Betrieb ist. Fällt eine solche Kathode aus, so kann ohne besondere Reparaturmaßnahmen auf eine Ersatzkathode zurückgegriffen werden. Außerdem können so auch Kathoden unterschiedlicher Größe zur Verfügung gestellt werden, wobei je nach Einsatzbedingungen eine kleinere oder größere betrieben wird.
Die Kathoden können über eine Konditionierungsprozedur eingefahren und kalibriert werden.
Vorzugsweise kann eine als Wendel ausgebildete Kathode bezüglich der die Brennfleckgröße bestimmenden Länge und Breite so angeordnet werden, dass die Längsachse parallel zur Zylinderhöhe und Drehachse der zylindrischen Drehanode liegt.
In einer weiteren Ausführung kann die Anode aus mehreren Segmenten bestehen, die im Winkel relativ zum Detektor variieren und auf einer Achse angeordnet sind, so dass immer eine optimale Anstellung der Anodenoberfläche zum Projektionswinkel erzeugt wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen stationären Röntgenstrahlers in einem Tomosynthese-System besteht darin, dass eine bekannte Kathodentechnologie verwendet werden kann und dadurch erforderliche Leistungskennzahlen erreicht werden. Weiterhin ist keine Bewegung der gesamten Röntgenröhre selbst notwendig, um Projektionsaufnahmen über einen großen Projektionswinkelbereich zu erstellen, wodurch eine hohe mechanische Genauigkeit der Komponentenausrichtung zueinander möglich ist. Entsprechend ist auch die Gerätemechanik einfach und damit preisgünstig zu gestalten. Im Betrieb werden keine großen Komponenten mehr im Kopfbereich des Patienten bewegt, so dass hier keine Verunsicherung entsteht. Wird nicht eine Vielzahl einzeln positionierter Kathoden verwendet, so ist auch kein Schalten vieler Kathoden hintereinander notwendig und die eine in Betrieb befindliche Kathode kann kontinuierlich für den kompletten Scan auf Heizspannung gelassen werden. Hierbei entfällt das Problem schwankender Intensitäten pro Kathode, wie es bei einer Multikathodenanordnung vorkommt. Es sind außerdem verschiedene Ausrichtungen der Kathode zur Anode je nach Anforderung möglich. Im Übrigen ergibt sich über einen kompletten Scan betrachtet eine verbesserte Strahlungskühlung aufgrund der größeren Oberfläche des Drehanodenzylinders.
Entsprechend dieser Erkenntnis schlägt der Erfinder die Verbesserung eines Röntgenaufnahmesystems zur Erzeugung von Tomosynthese-Bilddaten eines Untersuchungsobjektes vor, aufweisend:

- ein Gehäuse, in dem ein Vakuum erzeugbar ist,
- mindestens eine Kathode zur Erzeugung freier Elektronen im Vakuum,
- eine Drehanode mit einer Drehachse, welche relativ zur mindestens einen Kathode mit einer Beschleunigungsspannung beaufschlagbar ist, wobei auf der Drehanode an mindestens einem Fokus Röntgenstrahlung durch die auftreffenden freien Elektronen erzeugt wird,
- einen Detektor mit einer Vielzahl von Detektorelementen, welche die vom mindestens einen Fokus ausgehende Röntgenstrahlung messen können,
- einen Messbereich, in dem das aufzunehmende Untersuchungsobjekt positioniert wird,
- ein Computersystem mit gespeichertem Programmcode zur Steuerung und Bildrekonstruktion,
- und einen vordefinierten Fokusweg, auf welchem der mindestens eine Fokus zur Aufnahme von Detektordaten aus unterschiedlichen Projektionswinkeln positioniert werden kann.

Die erfindungsgemäße Verbesserung liegt darin, dass die Drehanode, abgesehen von ihrer Rotation, ortsfest im Röntgenaufnahmesystem angeordnet ist und die zur Strahlungserzeugung genutzte Oberfläche der Drehanode sich entlang des gesamten Fokusweges derart erstreckt, dass die erzeugten Projektionsrichtung einen Projektionswinkelbereich von mindestens 10°, vorzugsweise 15° bis 50°, überdecken.
Günstig ist es, wenn in diesem Röntgenaufnahmesystem der gespeicherte Programmcode derart ausgebildet ist, dass das Computersystem im Betrieb die Fokusbildung auf der Drehanodenoberfläche derart steuert, dass das Untersuchungsobjekt aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln abgetastet wird und aus den so aufgenommenen Projektionen mindestens ein Tomosynthese-Bild rekonstruiert und ausgegeben wird.
Weiterhin kann die Drehanode im Wesentlichen zylinderförmig, vorzugsweise mit einem Zylinderdurchmesser ausgebildet sein, der kleiner ist als die Zylinderhöhe. Dabei kann der Mantel der Drehanode exakt zylinderförmig oder in einer besonderen Ausführung mit rotationssymmetrisch angeordneten Stufen ausgebildet sein. In letzterem Fall können die Stufen derart gestaltet werden, dass die Schnittpunkte der Mittelsenkrechten auf den Stufen des Mantels einen Kreisbogen bilden.
Weiterhin kann auch eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Kathoden vorgesehen werden, die parallel zur Drehachse der Drehanode angeordnet sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die mindestens eine Kathode parallel zur Drehachse der Drehanode verfahrbar ausgebildet wird, wobei auch insbesondere mehrere alternativ betreibbare Kathoden an einer gemeinsamen Höhenposition der Drehanode angeordnet werden können.
Grundsätzlich können mindestens zwei einzeln ansteuerbare Kathoden vorgesehen werden und diese derart ausgebildet sein, dass sie unterschiedlich große Brennflecke erzeugen. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit die Kathode bezüglich ihres Anstellwinkels zur Anodenoberfläche einstellbar auszuführen, so dass durch eine Veränderung des Anstellwinkels unterschiedlich große Brennflecke auf der Anode erzeugt werden können.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Röntgenaufnahmesystems schlägt der Erfinder auch vor, als mindestens eine Kathode entlang der Zylinderoberfläche der Drehanode ein laserinduzierbares Kathodenmaterial anzuordnen, und mindestens einen Laser vorzusehen, welcher eine lokale Elektronenemission - an der jeweils gewünschten Position - zur Erzeugung eines Brennflecks auf der Anode induzieren kann.
Hierzu kann ein Laser und ein steuerbares Spiegelsystem oder alternativ für jede Fokusposition genau ein Laser angeordnet werden.
Vorteilhaft kann außerdem der Detektor als Flachdetektor ausgebildet werden.
Grundsätzlich ist es mit der vorliegenden Ausführungsform einer ortsfesten Röntgenröhre mit dem über einen weiten räumlichen Bereich veränderlichen Fokus möglich ein Röntgenaufnahmesystem zu betreiben, welches über einen Detektor verfügt, der - zumindest während der Abtastung des Untersuchungsobjektes - ortsfest relativ zum Röntgenaufnahmesystem ausgebildet ist. Hierbei werden die unterschiedlichen Projektionsrichtungen ausschließlich durch die Ortsveränderung des Fokus vorgenommen. Alternativ kann zusätzlich eine Änderung der Projektionsrichtung auch noch durch einen Detektor unterstützt werden, der - zumindest während der Abtastung des Untersuchungsobjektes - relativ zum Röntgenaufnahmesystem verschiebbar beziehungsweise verschwenkbar ausgebildet ist.
Das erfindungsgemäße Röntgenaufnahmesystem eignet sich besonders als Mammographiesystem, bei dem das Untersuchungsobjekt eine weibliche Brust ist. Insbesondere hierbei kann - in an sich bekannter Weise - auch ein Auflagetisch und eine Anpressvorrichtung für das Untersuchungsobjekt vorgesehen werden.
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. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1: Röntgenaufnahmesystem; 2: Gerätehalterung; 3: Röntgenröhre; 4: zylindrische Drehanode; 4.1: Drehachse; 5: Kathodensystem; 5.1: Kathode; 5.2: Kathodenhalterung; 5.3: Kathode; 5.4: Kathodenhalterung; 5.5: Drehachse; 7: Strahlenbündel; 8: Flachdetektor; 9: Anpressvorrichtung; 10: Computersystem; 11: Linearantrieb; B: Brust; d: Zylinderdurchmesser; e^-: Elektronenstrahl; F: Fokus; h: Zylinderhöhe; M: Mittelstrahl; Prg₁-Prg_n: Computerprogramme;
R: Randstrahlen; α: Projektionswinkelbereich; β: Projektionsöffnungswinkel.
Es zeigen im Einzelnen:

1: Mammographiesystem mit feststehender Röntgenröhre und glattzylindrischer Drehanode in Seitenansicht;
2: Mammographiesystem mit feststehender Röntgenröhre und glattzylindrischer Drehanode in Aufsicht;
3: Mammographiesystem mit feststehender Röntgenröhre und abgestufter zylindrischer Drehanode in Seitenansicht;
4: abgestufte zylindrische Drehanode mit Flachdetektor;
5: schematische Darstellung der Definition von Projektionsöffnungswinkel und Projektionswinkelbereich;
6: Querschnitt durch zylindrische Drehanode mit drehbarer zweifacher Wechselkathode;
7: Querschnitt durch zylindrische Drehanode mit drehbarer vierfacher Wechselkathode.

Die 1 zeigt schematisch ein beispielhaft dargestelltes erfindungsgemäßes Mammographiesystem 1, bestehend aus einer Gerätehalterung 2 mit einer daran befestigten Röntgenröhre 3 und einem darunter in dem von der Röntgenröhre 3 ausgehenden Strahlenbündel 7 angeordneten Flachdetektor 8. Die Röntgenröhre 3 verfügt über eine, im Vakuumbereich der Röntgenröhre 2 angeordnete, zylindrische Drehanode 4, deren Manteloberfläche glattzylindrisch ausgebildet ist und die um eine Drehachse 4.1 rotierbar ausgeführt ist. Außerdem befindet sich im Vakuumbereich ein Kathodensystem 5, bestehend aus Kathodenhalterung und Kathode, welche mit Hilfe eines Linearantriebs 11 entlang des Zylindermantels der Drehanode 4 verschoben werden kann.
Von der Kathode ausgehend wird im Betrieb ein Elektronenstrahl e^- zur Manteloberfläche der Drehanode 4 emittiert, wo er einen Brennfleck erzeugt, der den Fokus F der Röntgenröhre 3 bildet. Vom Fokus F ausgehend wird die dort erzeugte Bremsstrahlung als Strahlenbündel 7 zum darunter liegenden Flachdetektor 8 ausgestrahlt. Über dem Flachdetektor 8 befindet sich zur Abtastung die durch eine Anpressvorrichtung 9 flach gedrückte Brust B einer Patientin, so dass durch die einzelnen Detektorelemente des Flachdetektors die jeweilige Schwächung der vom Fokus F ausgehenden Röntgenstrahlen des Strahlenbündels 7 bestimmt werden kann. Erfindungsgemäß werden mit der hier gezeigten, während der Messung feststehenden, Röntgenröhre nacheinander mehrere Strahlenbündel mit unterschiedlicher Projektionsrichtung erzeugt, so dass nach einem vollständigen Scan mehrere Projektionsbilddaten zur Verfügung stehen, aus denen in bekannter Weise eine Tomosynthese-Aufnahme rekonstruiert werden kann.
Zur unterschiedlichen Positionierung des Fokus auf der Manteloberfläche wird die Kathodenhalterung auf dem Linearantrieb 11 entlang der Manteloberfläche der Drehanode 4 an unterschiedlichen Positionen für die jeweilige Projektionsaufnahme positioniert. Grundsätzlich ist es mit der erfindungsgemäßen Röntgenröhre 3 allerdings auch möglich im laufenden Betrieb der Röntgenröhre 3 die emittierende Kathode entlang der Manteloberfläche zu bewegen, so dass der Fokus kontinuierlich während eines Scans entlang der Drehanode 4 bewegt wird und dabei entsprechende Readings des Detektors in kurzen Zeitabständen ausgenommen werden, so dass insgesamt eine große Anzahl von Projektionsaufnahmen aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen erstellt werden können. Gesteuert wird das Mammographiesystem 1 durch einen Computer 10, der in seinem Speicher Computerprogramme Prg₁-Prg_n aufweist, die im Betrieb des Systems ausgeführt werden. Mit Hilfe dieser Computerprogramme Prg₁-Prg_n kann auch die Auswertung der empfangenen Detektordaten zu Projektionsbilddaten und daraus die Rekonstruktion von Tomosynthese-Bilddaten ausgeführt werden.
Zur Verdeutlichung des Aufbaues des Mammographiesystems 1 ist in der 2 das System aus der 1 - allerdings ohne Computer - nochmals in einer Aufsicht dargestellt worden. Die Figur zeigt schematisch die Gerätehalterung 2 mit dem daran angeordneten Flachdetektor 8. Darüber befindet sich die Röntgenröhre 3, in der die zylindrische Drehanode 4 auf einer Drehachse 4.1 rotierbar befestigt ist. Vor der Drehanode 4 befindet sich ein Linearantrieb 11, auf dem ein Kathodensystem 5 mit Kathodenhalterung 5.2 und Kathode 5.1 verfahrbar befestigt ist. Das Kathodensystem 5 kann, wie oben beschrieben, mit diesem Linearantrieb 11 parallel zur Drehachse 4.1 der Drehanode 4 an beliebiger Höhenposition des Zylinders der Drehanode 4 positioniert werden. Dargestellt ist auch der von der Kathode 5.1 ausgehende Elektronenstrahl e^-, der auf der Drehanode 4 einen Fokus F ausbildet, und das hiervon ausgehende Strahlenbündel 7 zum Flachdetektor 8 erzeugt.
Alternativ zu dem hier dargestellten einfachen Kathodensystem mit nur einer einzelnen Kathode kann dieses Kathodensystem im Rahmen der Erfindung auch mehrere Kathoden aufweisen, die wechselweise betrieben werden können oder es kann die mindestens eine Kathode bezüglich ihres Anstellwinkels zur Anodenoberfläche variabel gestaltet werden, so dass die auf der Manteloberfläche projizierte Kathodenfläche sich in ihrer Größe ändert, sodass die Größe des Fokus verändert werden kann.
Eine alternative Ausführung eines Mammographiesystems 1 mit einem stufenförmig ausgebildeten Zylindermantel der zylindrischen Drehanode 4 ist in den 3 und 4 gezeigt. Die 3 zeigt das Mammographiesystem 1 in einer Seitenansicht entsprechend der 1, wobei im Unterschied zur 1 seitlich ein Mehrfachkathodensystem 5 zu erkennen ist, welches eine Kathodenhalterung 5.2 mit einer großen Kathode 5.1 und eine kleine Kathodenhalterung 5.4 mit einer kleinen Kathode 5.3 aufweist. Auch diese beide Kathoden 5.1 und 5.3 können mit Hilfe des Linearantriebes 11 gemeinsam oder getrennt an eine beliebige Position parallel zur Drehachse 4.1 verfahren und getrennt betrieben werden. werden. Ein weiterer wesentlicher Unterschied dieses Mammographiesystems 1 ist in der 4 zu erkennen, die in einer Frontalansicht ausschließlich die Drehanode 4 mit dem darunter angeordneten Flachdetektor 8 zeigt. Diese grundsätzlich ebenfalls zylindrisch ausgebildete Drehanode 4 weist auf seiner Manteloberfläche eine stufenförmige Struktur auf, welche es ermöglicht, dass die Oberfläche jeder Stufe in gleicher Weise auf den darunter angeordneten Flachdetektor 8 ausgerichtet ist. Betrachtet man alle Mittelsenkrechten auf den Stufen, so schneiden sich diese durch deren unterschiedlichen Anstellwinkel zur Drehachse 4.1 alle auf einem gemeinsamen zentralen Umkreis um die Drehanode 4. Hierdurch wird erreicht, dass trotz der unterschiedlichen Projektionsrichtungen der einzelnen Strahlenbündel 7 relativ zur Drehachse 4.1 die Verteilung der abgegebenen Dosisleistung über die Fläche der verschiedenen Strahlenbündel 7 auf dem Detektor weitgehend gleich ist. Drei verschiedene Strahlenbündel 7 sind beispielhaft dargestellt. Außerdem sind beispielhaft auf der Oberfläche einer der Stufen der Drehanode 4 ein kleiner und ein großer Fokus F gezeigt, wie sie durch die unterschiedlichen Kathoden 5.1 und 5.3 entstehen.
Beiden oben beschriebenen Mammographiesystemen ist gemeinsam, dass die Röntgenröhre - zwar grundsätzlich bezüglich ihrer Aufnahmeposition einstellbar - ortsfest während eines Scans, bei dem Projektionsaufnahmen aus verschiedenen Projektionsrichtungen aufgenommen werden, betrieben wird. Die verschiedenen Projektionswinkel werden ausschließlich durch eine variable Positionierung des Fokus über die Höhe der Drehanode erreicht. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Drehanode und der Röntgenröhre bewegt sich dabei der Fokus auf einer Strecke, die einen Projektionswinkelbereich α von mindesten 10°, vorzugsweise 15° bis 50°, überstreicht.
Zur Vermeidung von Unklarheiten und zur genauen Begriffsbestimmung sind in der 5 der Projektionswinkelbereich α und der Projektionsöffnungswinkel β einer Projektion im Sinne dieser Schrift und im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Drehanode 4 und dem darunter angeordneten Flachdetektor 8 dargestellt. Die Drehanode weist einen Zylinderdurchmesser d und eine Zylinderhöhe h auf. Eingezeichnet sind fünf Fokuspositionen F, von denen jeweils Strahlenbündel 7 zum darunter liegenden Detektor 8 ausgehen. Betrachtet man das mittlere durchgehend gezeichnete Strahlenbündel 7, so bilden die Randstrahlen R dieses Strahlenbündels einen Winkel aus, der dem Projektionsöffnungswinkel β entspricht. Betrachtet man die jeweils außen liegenden Strahlenbündel 7, so beschreiben die darin strichpunktiert gezeichneten Mittelstrahlen M die Projektionsrichtungen und umfassen einen Projektionswinkelbereich α.
Zwei besondere Ausführungen erfindungsgemäß drehbarer Kathodensysteme 5 sind in den 6 und 7 dargestellt. Die 6 zeigt eine, um die Drehachse 4.1 rotierbare Drehanode 4 mit einem Kathodensystem 5. Das Kathodensystem 5 selbst ist - hier nicht näher dargestellt - an einem Linearantrieb befestigt und kann damit entsprechend zur Drehanode variabel positioniert werden. Zusätzlich verfügt das Kathodensystem 5 über zwei Kathodenhalterungen 5.2 an denen zwei separat betreibbare Kathoden 5.1 und 5.3 angeordnet sind. Fällt eine in Betrieb befindliche Kathode aus, so kann ohne besondere Reparaturmaßnahmen das Kathodensystem 5 um 180° auf der Drehachse 5.5 gedreht werden und der Betrieb mit der jeweiligen Ersatzkathode fortgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich parallel zur Drehachse 5.5 können allerdings auch zwei unterschiedlich große Kathoden angebracht werden, so dass durch deren Verwendung unterschiedlich große Brennflecke und damit Fokusse erzeugt werden können.
Eine ähnliche Variante ist in der 7 dargestellt, die einen drehbare Vierfach-Kathodenhalterung 5.2 zeigt, an der zwei Paare unterschiedlich großer Kathoden 5.1 und 5.3 angebracht sind, so dass auch hiermit in vier Winkelstellungen der Kathodenhalterung unterschiedlich große Brennflecke erzeugt werden können.
Insgesamt wird mit der Erfindung also ein Röntgenaufnahmesystem zur Erzeugung von Tomosynthese-Bilddaten eines Untersuchungsobjektes vorgeschlagen, welches einen Detektor und eine Röntgenröhre mit einer Drehanode und mindestens einer Kathode aufweist, wobei die Drehanode, abgesehen von ihrer Rotation, ortsfest im Röntgenaufnahmesystem angeordnet ist und die zur Strahlungserzeugung genutzte Oberfläche der Drehanode sich entlang des gesamten Fokusweges derart erstreckt, dass die erzeugten Projektionsrichtungen einen Winkelbereich von mindestens 10° überdecken.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Röntgenaufnahmesystem
2: Gerätehalterung
3: Röntgenröhre
4: zylindrische Drehanode
4.1: Drehachse
5: Kathodensystem
5.1: Kathode
5.2: Kathodenhalterung
5.3: Kathode
5.4: Kathodenhalterung
5.5: Drehachse
7: Strahlenbündel
8: Flachdetektor
9: Anpressvorrichtung
10: Computersystem
11: Linearantrieb
B: Brust
d: Zylinderdurchmesser
e-: Elektronenstrahl
F: Fokus
h: Zylinderhöhe
M: Mittelstrahl
Prg1-Prgn: Computerprogramme
R: Randstrahlen
α: Projektionswinkelbereich
β: Projektionsöffnungswinkel

Claims

Röntgenaufnahmesystem (1) zur Erzeugung von Tomosynthese-Bilddaten eines Untersuchungsobjektes (B), aufweisend: 1.1. ein Gehäuse, in dem ein Vakuum erzeugbar ist, 1.2. mindestens eine Kathode (5.1, 5.3) zur Erzeugung freier Elektronen (e^-) im Vakuum, 1.3. eine Drehanode (4) mit einer Drehachse (4.1), welche relativ zur mindestens einen Kathode (5.1, 5.3) mit einer Beschleunigungsspannung beaufschlagbar ist, wobei auf der Drehanode (4) an mindestens einem Fokus (F) Röntgenstrahlung durch die auftreffenden freien Elektronen (e^-) erzeugt wird, 1.4. einen Detektor (8) mit einer Vielzahl von Detektorelementen, welche die vom mindestens einen Fokus (F) ausgehende Röntgenstrahlung messen können, 1.5. einen Messbereich, in dem das aufzunehmende Untersuchungsobjekt (B) positioniert wird, 1.6. ein Computersystem (10) mit gespeichertem Programmcode (Prg₁-Prg_n) zur Steuerung und Bildrekonstruktion, und 1.7. einen vordefinierten Fokusweg, auf welchem der mindestens eine Fokus (F) zur Aufnahme von Detektordaten aus unterschiedlichen Projektionswinkeln positioniert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass 1.8. die Drehanode (4), abgesehen von ihrer Rotation, ortsfest im Röntgenaufnahmesystem (1) und ortsfest gegenüber dem Untersuchungsobjekt (B) angeordnet ist, 1.9. die zur Strahlungserzeugung genutzte Oberfläche der Drehanode (4) sich entlang des gesamten Fokusweges derart erstreckt, dass die erzeugten Projektionsrichtungen einen Projektionswinkelbereich (α) von mindestens 10° überdecken.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Programmcode derart ausgebildet ist, dass das Computersystem (10) im Betrieb die Fokusbildung auf der Drehanodenoberfläche derart steuert, dass das Untersuchungsobjekt (B) aus einer Vielzahl von Projektionswinkeln abgetastet wird und aus den so aufgenommenen Projektionen mindestens ein Tomosynthese-Bild rekonstruiert und ausgegeben wird.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehanode (4) im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderdurchmesser (d) der Drehanode (4) kleiner als die Zylinderhöhe (h) ist.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel der Drehanode (4) exakt zylinderförmig ausgebildet ist.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel der Drehanode (4) rotationssymmetrisch angeordnete Stufen aufweist.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen derart ausgebildet sind, dass die Schnittpunkte der Mittelsenkrechten auf den Stufen des Mantels einen Kreisbogen bilden.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Kathoden (5.1, 5.3) vorgesehen sind, die parallel zur Drehachse (4.1) der Drehanode (4) angeordnet sind.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kathode (5.1, 5.3) parallel zur Drehachse (4.1) der Drehanode (4) verfahrbar ausgebildet ist.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere alternativ betreibbare Kathoden (5.1, 5.3) an einer gemeinsamen Höhenposition der Drehanode (4) angeordnet sind.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei einzeln ansteuerbare Kathoden (5.1, 5.3) vorgesehen sind und diese derart ausgebildet sind, dass sie unterschiedlich große Brennflecke erzeugen.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens eine Kathode (5.1, 5.3) entlang der Zylinderoberfläche der Drehanode (4) ein laserinduzierbares Kathodenmaterial angeordnet ist, und mindestens ein Laser angeordnet ist, welcher eine lokale Elektronenemission zur Erzeugung eines Brennflecks auf der Anode induzieren kann.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Laser und ein steuerbares Spiegelsystem angeordnet ist.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 12, dadurch gekennzeiehnet, dass für jede Fokusposition genau ein Laser angeordnet ist.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor als Flachdetektor (8) ausgebildet ist.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (8), zumindest während der Abtastung des Untersuchungsobjektes (B), ortsfest relativ zum Röntgenaufnahmesystem (1) ausgebildet ist.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (8), zumindest während der Abtastung des Untersuchungsobjektes (B), relativ zum Röntgenaufnahmesystem (1) verschiebbar beziehungsweise verschwenkbar ausgebildet ist.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es als Mammographiesystem ausgebildet ist und das Untersuchungsobjekt eine weibliche Brust (B) ist.
Röntgenaufnahmesystem (1) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auflagetisch und eine Anpressvorrichtung für das Untersuchungsobjekt (B) ausgebildet ist.