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Die vorliegende Erfindung betrifft ein bildgebendes System mit einer Röntgenquelle zum Aussenden von Röntgenstrahlung, einem Bildgebungsbereich und einem Röntgendetektor. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bildgebung mit einem solchen System.
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Bei bekannten Systemen zur Röntgenbildgebung wird typischerweise die Schwächung der Intensität der Röntgenstrahlung durch die Materie eines zu untersuchenden Objekts, beispielsweise eines menschlichen Körperteils, gemessen. Die Absorption und die Streuung der Röntgenstrahlung in dem zu untersuchenden Objekt bewirkt dabei eine Schwächung der auf dem Detektor auftreffenden Strahlung, die von der Masse, der Kernladungszahl und dem durchstrahlten Materialvolumen abhängt. Bei Verwendung eines pixelierten Detektors werden dann Abbildungen der über verschiedene Positionen des Objekts variierenden Massenschwächung erhalten. Bei der einfachen Durchleuchtung wird dabei ein zweidimensionales Bild aus einer Projektionsrichtung erhalten, bei der Computertomographie dagegen wird ein dreidimensionaler Datensatz an Schwächungskoeffizienten aus einer Vielzahl verschiedener Durchleuchtungsmessungen mit unterschiedlichen Projektionsrichtungen rekonstruiert.
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Stark röntgenabsorbierende Gewebe wie Knochen und Kalkablagerungen können über die bekannten Verfahren der Absorptionsbildgebung sehr gut dargestellt werden. Eine größere Herausforderung ist das Erreichen eines hohen Weichteilkontrasts, um diagnostisch relevante Unterschiede zwischen verschiedenen schwach absorbierenden Gewebearten gut abbilden zu können.
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Um den Weichteilkontrast in der Röntgenbildgebung zu verbessern, wurde in den letzten Jahren die Methode der Phasenkontrastbildgebung mit Röntgenlicht entwickelt. Beim Phasenkontraströntgen wird anstelle der Absorptionskoeffizienten der räumlich variable Brechungsindex für Röntgenstrahlung in einem Objekt abgebildet. Hierzu wird neben der Absorption auch die Phasenveränderung der Strahlungswellen nach Durchstrahlung des Objekts gemessen. Nach dem Stand der Technik wird hierzu ein Talbot-Lau-Interferometer verwendet, bei dem mehrere sehr feine Gitter teils vor und teils hinter dem zu untersuchenden Objekt angeordnet werden und bei mehreren nacheinander durchgeführten Messungen definiert gegeneinander verschoben werden. Mit dieser Methode werden mit schwach absorbierenden Gewebestrukturen gute Kontraste erzielt, da der Brechungsindex für Röntgenstrahlung viel stärker als der Absorptionskoeffizient von der Konzentration leichter Atome wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff bestimmt wird. Das bekannte Verfahren ist jedoch apparativ sehr aufwendig, vor allem bedingt durch die Herstellung und Positionierung der feinen Röntgengitter, die Gitterkonstanten im Bereich von 2 µm benötigen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein bildgebendes System zur Röntgenbildgebung anzugeben, welches die genannten Nachteile vermeidet. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Röntgenbildgebung mit einem solchen bildgebenden System anzugeben.
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Diese Aufgaben werden durch das in Anspruch 1 beschriebene bildgebende System und das in Anspruch 15 beschriebene Verfahren zur Bildgebung gelöst.
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Das erfindungsgemäße bildgebende System umfasst eine Röntgenquelle zum Aussenden von Röntgenstrahlung entlang einer zentralen Strahlachse, einen Bildgebungsbereich zum Positionieren eines zu untersuchenden Objekts und einen Röntgendetektor. Zwischen dem Bildgebungsbereich und dem Röntgendetektor ist ein Linsenfeld aus einer Mehrzahl von für Röntgenstrahlung fokussierenden Röntgenlinsen angeordnet.
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Die zentrale Strahlachse ist dabei zweckmäßig so ausgerichtet, dass das zu untersuchende Objekt von der durch die Röntgenquelle ausgesendeten Röntgenstrahlung durchleuchtet wird. Außerdem weist die Röntgenquelle zweckmäßig einen möglichst kleinen Brennfleck auf, also einen möglichst kleinen Ausgangsort für die Entstehung der Röntgenstrahlung, der vorteilhaft einen effektiven Durchmesser von höchstens 500 µm, besonders vorteilhaft höchstens 200 µm besitzt. Durch die geringe Ausdehnung des Brennflecks wird jeder Teilbereich des Objektsvolumens von Röntgenstrahlung durchleuchtet, die innerhalb dieses Bereichs nur eine geringe Winkelverteilung aufweist. Beim Durchtritt der Röntgenstrahlung durch das zu untersuchende Objekt wird die Röntgenstrahlung durch Absorption im Objekt abgeschwächt. Außerdem wird durch den typischerweise über die Ausdehnung des Objekts variierenden Röntgen-Brechungsindex die Phase der Röntgenstrahlung verschoben, was nach dem Durchtritt durch das Objekt zu einer verzerrten Wellenfront führt. Das erfindungsgemäße bildgebende System ist geeignet, diese Verzerrung der Wellenfront mit einem Röntgendetektor sichtbar zu machen. Der Röntgendetektor ist dabei vorteilhaft so angeordnet, dass ein möglichst vollständiger Winkelbereich der das Objekt ohne Streuung durchtretenden Strahlung auf den Detektor trifft. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Bildgebungsbereich und dem Röntgendetektor ein Linsenfeld aus Röntgenlinsen angeordnet, bei einem Betrieb des bildgebenden Systems also zwischen Objekt und Röntgendetektor. Die Röntgenlinsen wirken für Röntgenstrahlung fokussierend, wodurch die Strahlung in Richtung einer Mehrzahl von Fokusorten gebündelt wird. Für jede Röntgenlinse ergibt sich ein Fokusort. Die Detektion der Wellenfrontverzerrung funktioniert nach demselben Prinzip wie die Vermessung einer optischen Wellenfront mit einem sogenannten Shack-Hartmann-Sensor. Bei einer unverzerrten Wellenfront bündelt das Linsenfeld die ankommende Strahlung auf eine Mehrzahl von idealen Fokusorten. Bei einer verzerrten Wellenfront dagegen wird die Strahlung auf eine Mehrzahl von gegenüber diesen idealen Fokusorten mehr oder weniger verschobenen Fokusorten gebündelt. Der Röntgendetektor ist nun zweckmäßig so angeordnet und ausgestaltet, dass er die Verschiebung der Fokusorte und somit die Verzerrung der Strahlungswellenfront vermessen kann.
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Besonders geeignet ist das beschriebene bildgebende System für einen Einsatz in der medizinischen Diagnostik, insbesondere bei medizinischen Anwendungen, bei denen ein hoher Weichteilkontrast diagnostisch relevant ist. Ein Beispiel ist die Mammographie, bei der zur Früherkennung und zur therapiebegleitenden Untersuchung von Brustkrebs die weibliche Brust auf sehr kleine Gewebeveränderungen hin untersucht wird. Der allein durch die Absorption erzielbare Kontrast ist in diesem Gewebe zumindest für mittelharte und härtere Röntgenstrahlung relativ gering. Daher ist die Mammographie ein ideales Einsatzgebiet für die Phasenkontrastbildgebung, bei der die Verzerrung der Wellenfront durch niedrig absorbierendes Gewebe auch zu einem guten Bildkontrast führen kann.
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Es gibt jedoch auch andere Anwendungsbereiche für das beschriebene bildgebende System. So kann das im Bildgebungsbereich zu positionierende Objekt alternativ auch ein anderes menschliches oder tierisches Körperteil sein. Oder es können beispielsweise im Bereich des Sicherheitstechnik oder der industriellen Röntgenuntersuchungen auch unbelebte Gegenstände untersucht werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bildgebung wird ein erfindungsgemäßes bildgebendes System verwendet, um mit Hilfe von Röntgenstrahlung eine durch ein Objekt bewirkte Verzerrung der Wellenfront der Röntgenstrahlung mit Hilfe des Röntgendetektors zu vermessen. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich analog zu den oben beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen bildgebenden Systems.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen bildgebenden Systems gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Demgemäß kann das bildgebende System zusätzlich folgende Merkmale aufweisen:
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Das Linsenfeld kann ein zweidimensionales Feld mit einer regelmäßigen Anordnung von Röntgenlinsen sein. Ein regelmäßiges zweidimensionales Linsenfeld führt zu einer zweidimensionalen Anordnung von Fokusorten für die durch die Linsen gebündelte Röntgenstrahlung, die zweckmäßig mit einem zweidimensional abbildenden Röntgendetektor detektiert werden kann. Somit kann auf einfache Weise die für verschiedene Strahllagen im Objekt auftretende Verzerrung der Wellenfront vermessen werden. Für jede der Röntgenlinsen kann somit durch den Detektor ein Verzerrungswert ermittelt werden, der für die jeweilige lokale Strahlrichtung zwischen dem Brennfleck und der jeweiligen Linse dem Integral des Brechungsindex durch das Objekt entlang dieser Richtung entspricht. Die tatsächliche berücksichtigte Breite des Volumenbereichs, über das integriert wird, ist dabei durch die räumliche Dichte des Linsenfeldes gegeben. Die Dichte des zweidimensionalen Linsenfeldes bestimmt also die räumliche Auflösung der für das Objekt erhaltenen zweidimensionalen Bildinformation für eine bestimmte durch die Strahlrichtung vorgegebene Projektionsrichtung. Eine regelmäßige Anordnung der Röntgenlinsen führt dann zu einem aus regelmäßigen Bildelementen zusammengesetzten Bild.
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Das Linsenfeld kann sich in wenigstens einer Raumrichtung senkrecht zur zentralen Strahlachse erstrecken. Damit wird erreicht, dass das bildgebende System eine Abbildung liefert, die eine ortsaufgelöste Information mit wenigstens einer räumlichen Komponente enthält, die senkrecht zur Projektionsrichtung liegt. Ein zweidimensionales Linsenfeld kann sich dabei zweckmäßig in zwei Raumrichtungen erstrecken, die senkrecht zur zentralen Strahlachse liegen.
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Das Linsenfeld kann mehrere Einzellinsenfelder umfassen, die entlang der zentralen Strahlachse hintereinander gestapelt sind. Dies ist dann zweckmäßig, wenn mit einer einzelnen Röntgenlinse eine für eine gegebene Strahlanordnung gewünschte Brennweite nicht erreicht werden kann. Da der Brechungsindex der meisten Materialien für Röntgenstrahlung nur sehr wenig vom Brechungsindex von Vakuum oder Luft abweicht, kann es zur Erzielung eines gewünschten Fokusabstandes nötig sein, für jede abzubildende Projektionsrichtung mehrere Linsen in Richtung der Strahlachse hintereinanderzuschalten. Beispielsweise können zwischen 2 und 20 Einzellinsenfelder entlang der Strahlachse gestapelt sein.
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Wenigstens ein Teil der Röntgenlinsen des Linsenfeldes kann auf wenigstens einer Seite und in wenigstens einer Schnittebene einen konkaven Querschnitt aufweisen. Konkave Röntgenlinsen sind zweckmäßig, da der Brechungsindex aller Materialien leicht unterhalb von 1 liegt. Somit können mit konkaven Formen fokussierende Sammellinsen erzeugt werden. Die Röntgenlinsen können beispielsweise bikonkav oder planar-konkav ausgebildet sein. Sie können beispielsweise als planar-konkave Zylinderlinsen ausgebildet sein, so dass sich nur in einer Schnittebene ein konkaver Querschnitt ergibt. In der anderen die Richtung der Strahlachse enthaltenen Schnittebene weist eine solche Zylinderlinse beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Linsen können jedoch auch in allen die Richtung der Strahlachse umfassenden Schnittebenen einen konkaven Querschnitt aufweisen. Insbesondere können die Linsen als planar-konkave oder bikonkave um die Richtung der Strahlachse und/oder die lokale Strahlrichtung rotationssymmetrische Linsen ausgebildet sein. In all diesen unterschiedlichen Ausprägungen können die Linsen jeweils eine Symmetrieachse aufweisen, die entweder für alle Linsen entlang der zentralen Strahlachse ausgerichtet ist, oder die für jede Linse entlang einer lokalen Strahlrichtung der Röntgenstrahlung ausgerichtet ist. Im zweiten Fall sind also die Symmetrieachsen aller Röntgenlinsen des Linsenfeldes zweckmäßig im Wesentlichen auf den Brennfleck der Röntgenquelle ausgerichtet.
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Die konkaven Querschnitte der Röntgenlinsen können als sphärische Querschnitte oder als asphärische Querschnitte geformt sein. Eine besonders vorteilhafte asphärische Form ist die parabolische Form, mit der für eine parabolische Zylinderlinse ein Linienfokus und für eine rotationsparabolische Linse ein Punktfokus erzielt werden kann.
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Wenigstens ein Teil der Röntgenlinsen des Linsenfeldes kann als Fresnellinsen und/oder als Prismenlinsen ausgestaltet sein. Fresnellinsen sind gestuft ausgeformte Linsen, bei denen der Querschnitt beispielsweise anstelle einer einfachen konkaven Form mehrere gestufte konkave Abschnitte aufweist. Somit kann einer Linse mit vergleichbarer Brechwirkung mit einem geringeren Materialvolumen aufgebaut werden. Besonders bei Röntgenlinsen kann dies die Transmission der Linse deutlich erhöhen, da für die meisten Materialien das Verhältnis von Brechzahldekrement zum Absorptionskoeffizienten für Röntgenstrahlung relativ schlecht ist. Auch Prismenlinsen haben den analogen Vorteil einer relativ hohen Lichtbrechung bei geringem zu durchdringendem Materialvolumen.
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Wenigstens ein Teil der Röntgenlinsen des Linsenfeldes kann einen im Wesentlichen punktförmigen Fokus aufweisen. Wenn für jede abzubildende Durchleuchtungsrichtung wenigstens eine Linse oder ein Stapel von Linsen mit gemeinsamem punktförmigem Fokus vorgesehen ist, dann kann das Objekt als ein verzerrtes Muster von Fokuspunkten abgebildet werden, die zweckmäßig in einer gemeinsamen Ebene fokussiert werden. Mit dem Röntgendetektor, der zweckmäßig in dieser Ebene positioniert wird, können dann die Verschiebungen der Fokuspunkte von den Orten der bei einer unverzerrten Wellenfront vorliegenden idealen Fokuspunkte gemessen werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Teil der Röntgenlinsen des Linsenfeldes einen im Wesentlichen linienförmigen Fokus aufweisen. Zweckmäßig weist dann das Linsenfeld eine Mehrzahl erster Röntgenlinsen mit im Wesentlichen linienförmigem Fokus auf, denen jeweils in Strahlrichtung eine zweite Röntgenlinse mit im Wesentlichen linienförmigem Fokus nachgeschaltet ist, deren Linienfokus im Wesentlichen senkrecht zum Linienfokus der ersten Röntgenlinse ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann aus einem Paar von Einzellinsenfeldern mit zueinander senkrecht angeordnetem Linienfokus ein Gesamtlinsenfels mit effektivem Punktfokus erzeugt werden. Es können auch mehrere solche Paare mit zueinander senkrechten Linienfokusrichtungen in Strahlrichtung nacheinander angeordnet werden. Die Vorteile solcher Anordnungen ergeben sich analog zu den Röntgenlinsen mit im Wesentlichen punktförmigem Fokus.
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Die Röntgenlinsen des Linsenfeldes können ein Material umfassen, dessen mittlere Kernladungszahl höchstens 30 ist. Besonders vorteilhaft umfassen die Röntgenlinsen des Linsenfeldes ein Material, dessen mittlere Kernladungszahl höchstens 15 ist. Solche eher leichten Materialien sind besonders geeignet zur Bildung von Röntgenlinsen, da bei ihnen das Verhältnis von Brechzahldekrement zum Absorptionskoeffizienten besonders hoch ist. Es kommt dabei auf die mittlere Kernladungszahl an, so dass einzelne schwerere Elemente in geringerer Konzentration vorliegen können. Besonders geeignet sind Materialien, die die Elemente Beryllium, Silizium, Kohlenstoff, Aluminium und/oder Nickel umfassen. So können insbesondere kohlenstoffhaltige organische Verbindungen als Linsenmaterial verwendet werden, beispielsweise photolithographisch strukturierbare Lacke wie SU-8 oder Polyimide, die mit einer Genauigkeit im Submikrometerbereich strukturiert werden können. Auch Silizium kann durch lithographische Verfahren strukturiert werden. Alternativ können Folien aus Beryllium, Aluminium und/oder organischen Verbindungen beispielsweise mit parabolisch geformten Nadeln geprägt werden, oder das sogenannte LiGA-Verfahren kann eingesetzt werden, um mit den Verfahrensschritten Lithographie, Galvanik und Abformung hochgenaue Schichten aus verschiedenen Kunststoffen, Metallen oder oxidischen Materialien herzustellen.
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Die Brennweite der Röntgenlinsen des Linsenfeldes kann bei Werten bis zu 1 m liegen. Dabei richtet sich die jeweils günstige Brennweite auch nach den anderen geometrischen Anforderungen des bildgebenden Systems, insbesondere nach der Größe des zu untersuchenden Objekts. Bei einer Verwendung für die Mammographie kann die Brennweite der Röntgenlinsen vorteilhaft unterhalb von 50 cm liegen. Es ist auch möglich, dass die Brennweite der Röntgenlinsen innerhalb des Linsenfeldes variiert. Dies kann vorteilhaft sein, da bei Anordnungen mit planarem Linsenfeld und planarem Röntgendetektor leichte Weglängenunterschiede für die verschiedenen lokalen Strahlrichtungen vorliegen, so dass mit leicht variierenden, an diese Unterschiede angepassten Brennweiten ein im Wesentlichen scharfer Fokus innerhalb der Detektorebene erreicht werden kann.
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Der Abstand zwischen Röntgenquelle und Linsenfeld kann wenigstens so groß wie die Brennweite der Röntgenlinsen sein. Dann kann auch der Abstand zwischen Röntgendetektor und Linsenfeld so gewählt werden, dass der Brennfleck der Röntgenquelle durch die Röntgenlinsen im Wesentlichen scharf in der Ebene des Röntgendetektors abgebildet wird. Mit einer solchen Anordnung wird eine besonders hohe räumliche Auflösung für die einzelnen durch die Röntgenlinsen abgebildeten Projektionsrichtungen durch das Objekt erhalten. Die Position des Röntgendetektors kann alternativ auch leicht vor oder hinter dem Fokusabstand des Linsenfeldes liegen. In einer solchen Ausführungsform wird die Röntgenstrahlung nicht exakt fokussiert, sondern ist auf einen etwas größeren Bereich der Detektoroberfläche verteilt. Eine solche Anordnung kann die Vermessung der Verschiebung der Fokusorte mit einer relativ geringen räumlichen Auflösung des Röntgendetektors ermöglichen.
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Der Röntgendetektor kann eine Mehrzahl von Detektorelementen umfassen, deren Anzahl wenigstens so groß ist wie die Anzahl der Röntgenlinsen. Zweckmäßig sind die Detektorelemente in einem regelmäßigen Muster angeordnet. Bei Verwendung eines zweidimensionalen Linsenfeldes umfasst der Röntgendetektor zweckmäßig ebenfalls eine zweidimensionale Anordnung von Detektorelementen, wobei vorteilhaft jeder der beiden Raumrichtungen des Detektors die Zahl der Detektorelemente wenigstens so groß ist wie die Zahl der Röntgenlinsen in dieser Raumrichtung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Zahl der Detektorelemente in jeder Raumrichtung wenigstens doppelt so groß wie die Zahl der Röntgenlinsen. Dann kann für jede der Röntgenlinsen zumindest ein Näherungswert für die Verschiebung des Fokusorts durch die Verzerrung der Wellenfront ermittelt werden. Die Ortsauflösung des bildgebenden Systems wird durch die Anzahl der Röntgenlinsen bestimmt, unter der Voraussetzung, dass der Röntgendetektor hochauflösend genug ist, um für jede der Röntgenlinsen die Verschiebung des Fokusortes zu bestimmen. Der Kontrast der Bestimmung der Phaseninformation und damit die Bildqualität wird wesentlich von der Genauigkeit der Ermittlung dieser einzelnen Verschiebungen bestimmt.
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Das regelmäßige Muster der Detektorelemente kann sich zweckmäßig in wenigstens einer Raumrichtung senkrecht zur zentralen Strahlrichtung erstrecken. Das regelmäßige Muster der Detektorelemente kann bezüglich seiner Symmetrieeigenschaften und/oder der Lage seiner Symmetrieachsen und/oder einer seiner räumlichen Periodenlängen und/oder seiner seitlichen Ausrichtung im Verhältnis zu einer zentralen Strahlachse der Röntgenstrahlung von der räumlichen Anordnung der Röntgenlinsen abweichen. Der Vorteil einer solchen absichtlichen Fehlanpassung der beiden Muster untereinander liegt darin, dass so auch mit einer geringen Zahl an Detektorelementen das entstehende Strahlungsmuster genügend abgetastet werden kann, um eine Ermittlung der Verschiebungen der Fokusorte zu ermöglichen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 einen schematischen Querschnitt eines bildgebenden Systems nach einem ersten Ausführungsbeispiel ohne ein zu untersuchendes Objekt zeigt,
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2 einen schematischen Querschnitt desselben bildgebenden Systems mit einem zu untersuchenden Objekt zeigt,
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3 einen schematischen Querschnitt des Linsenfeldes des ersten Ausführungsbeispiels zeigt,
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4 einen schematischen Querschnitt eines Linsenfeldes nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,
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5 einen schematischen Querschnitt eines Linsenfeldes nach einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt und
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6 einen schematischen Querschnitt des Röntgendetektors des ersten Ausführungsbeispiels in Detailansicht zeigt.
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Einander entsprechende Objekte sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines bildgebenden Systems 1 nach der vorliegenden Erfindung. Gezeigt ist der Strahlengang der Röntgenstrahlung 5 von der Röntgenquelle 3 durch den Bildgebungsbereich 11 und das Linsenfeld 15 hin zum Röntgendetektor 13. In 1 ist der Bildgebungsbereich 11 noch frei von einem zu untersuchenden Objekt. Die Röntgenstrahlung 5 breitet sich von dem Brennfleck 7 der Röntgenquelle 3 im Wesentlichen ungestört in Richtung des Linsenfeldes 15 aus. Daher ist die Wellenfront 27 der Röntgenstrahlung 5 kurz vor Eintritt in das Linsenfeld 15 im Wesentlichen unverzerrt. Das Linsenfeld 15 des ersten Ausführungsbeispiels ist eine regelmäßige Anordnung aus planar-konkaven Röntgenlinsen 17. In der 1 ist schematisch ein Querschnitt durch vier untereinander gleiche Linsen 17 gezeigt. Diese sind jedoch nur als repräsentativ für eine wesentlich größere Anzahl an Röntgenlinsen 17 zu sehen, die eine gleichmäßige zweidimensionale Anordnung bilden, die sich auch in der Richtung senkrecht zur gezeigten Schnittebene erstreckt. Beispielsweise können jeder Raumrichtung des zweidimensionalen Linsenfeldes 15 auf einer Länge von 10 cm etwa 500 bis 2500 Linsen angeordnet sein. Das heißt, die räumliche Periodenlänge des Linsenfeldes 15 kann bei einer gleichmäßigen und äquidistanten Anordnung beispielsweise zwischen 200 µm und 40 µm betragen. Die Abmessungen des Linsenfeldes 15 können in jeder Raumrichtung mehrere 10 cm betragen, bei der Mammographie können sie beispielsweise bei etwa 25 cm mal 30 cm liegen.
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Die Röntgenlinsen 17 des Linsenfeldes 15 haben in diesem Beispiel eine einheitliche Brennweite 21 von 25 cm. Die Brennweite 21 kann jedoch auch andere Werte annehmen, die sich nach der Größe des Objekts und geometrischen Anforderungen an die Anordnung des Objekts richten. Beispielsweise kann die Brennweite 21 im Bereich zwischen 25 cm und 1 m liegen. Im gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sind die Röntgenlinsen 17 des Linsenfeldes 15 als punktförmig fokussierende Parabollinsen ausgebildet. Dadurch wird die Röntgenstrahlung 5 sowohl in der Schnittebene der 1 als auch in der Ebene senkrecht dazu von jeder Röntgenlinse 17 in einem zugehörigen Fokuspunkt 19 fokussiert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Entfernungen der einzelnen Komponenten so gewählt, dass die Fokuspunkte 19 im Wesentlichen auf der Bildebene 31 des zweidimensional ausgedehnten Röntgendetektors 13 liegen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Gegenstandsweite 23 und Bildweite 25 die Relation 1/Bildweite + 1/Gegenstandsweite = 1/Brennweite erfüllen. Dabei ist die Gegenstandsweite 23 als Abstand zwischen dem Brennfleck 7 der Röntgenquelle 3 und dem Linsenfeld 15 gegeben und die Bildweite 25 als Abstand zwischen dem Linsenfeld 15 und der Bildebene 31 des Röntgendetektors gegeben. Durch die unverzerrte Wellenfront 27 wird die Röntgenstrahlung auf ein Muster an unverschobenen, idealen Fokuspunkten 19 gebündelt, deren Lage durch den Röntgendetektor 13 abgebildet werden kann.
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2 zeigt einen entsprechenden schematischen Querschnitt desselben bildgebenden Systems 1 mit einem zu untersuchenden Objekt 12 im Bildgebungsbereich 11. Das bildgebende System 1 kann zusätzlich eine hier nicht gezeigte Anordnung zur Halterung eines zu untersuchenden Objekts 12 umfassen. Dies kann beispielsweise eine Patentenliege oder eine Einrichtung zur Aufnahme eines Körperteils sein. Für Anwendungen in der Mammographie besteht die Halterung typischerweise aus zwei Platten zur Fixierung und Kompression der weiblichen Brust. Bei Durchtritt durch das zu untersuchende Objekt 12 wird die Röntgenstrahlung 5 sowohl durch Absorption in ihrer Amplitude geschwächt, als auch durch Brechungsindexunterschiede in der räumlichen Lage ihrer Wellenfront 27 verändert. Nach Durchtritt durch das Objekt 12 ergibt sich also eine leicht verzerrte Wellenfront 27', die dann durch das Linsenfeld 15 durchtritt. Die Verzerrung der Wellenfront 27' bewirkt eine Bündelung der Röntgenstrahlung 5 in leicht verschobenen Fokuspunkten 19', wobei die Richtung und das Ausmaß der Verschiebung charakteristisch für die Verschiebung der Wellenfront 27' im jeweiligen durchstrahlten Volumenbereich des Objekts 12 ist. Bei ausreichender räumlicher Auflösung und Empfindlichkeit des Röntgendetektors 13 kann somit für jede Röntgenlinse 17 eine effektive Wellenfrontverschiebung für das zugehörige Volumenelement bestimmt werden. In 1 ist ein solcher durchstrahlter Volumenbereich 28i für eine äußere Linse des Linsenfeldes 15 durch Schraffur gekennzeichnet. Somit bestimmt die Anzahl der Röntgenlinsen 17 maßgeblich die räumliche Auflösung des gesamten bildgebenden Systems 1.
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3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Detailansicht des Linsenfeldes 15 im bildgebenden System 1 des ersten Ausführungsbeispiels. Gezeigt ist ein Ausschnitt im Bereich der zentralen Strahlachse 9. In diesem Beispiel sind alle Röntgenlinsen 17 rotationssymmetrisch um die Richtung dieser zentralen Strahlachse 9 ausgebildet. Weiterhin liegen alle Röntgenlinsen 17 in einer Ebene, die senkrecht zu dieser zentralen Strahlachse 9 liegt.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform des Linsenfeldes 15 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel des bildgebenden Systems 1. Hier sind die einzelnen Röntgenlinsen 17 so ausgestaltet, dass die Symmetrieachsen der einzelnen Linsen 17 den jeweils vorliegenden lokalen Strahlrichtungen 29 der Röntgenstrahlung 5 entsprechen. Die Rotationsparaboloide der Linsenoberflächen sind also leicht gegeneinander verkippt, so dass die einzelnen Linsen in Richtung des Brennflecks 7 der Röntgenquelle 3 ausgerichtet sind. Diese etwas komplexere Geometrie hat den Vorteil, dass das so ausgebildete Linsenfeld 15 eine schärfere Abbildung des Brennflecks 7 in der Bildebene 31 des Detektors 13 bewirkt. Es muss allerdings bereits beim Design des Linsenfeldes 15 die im bildgebenden System 1 zu verwendende Gegenstandsweite 21 festgelegt sein. Im Linsenfeld 15 des zweiten Ausführungsbeispiels variiert außerdem die Brennweite 21 der einzelnen Röntgenlinsen 17, so dass trotz der leicht unterschiedlich langen Strahlwege für verschiedene laterale Positionen ein einheitlich scharfes Abbild des Brennflecks erreicht werden kann. In beiden hier diskutierten Ausführungsbeispielen sind sowohl Linsenfeld 15 als auch Röntgendetektor 13 jeweils auf einer ebenen Fläche angeordnet. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen denkbar, in denen das Linsenfeld 15 und/oder der Röntgendetektor 13 auf einer gekrümmten Fläche angeordnet sind, wodurch ebenfalls eine einheitlich scharfe Abbildung des Brennflecks 7 auf der Detektorfläche 31 erreicht werden kann.
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5 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Linsenfeldes 15 nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier umfasst das Linsenfeld 15 mehrere Einzellinsenfelder 16, die jeweils wieder eine zweidimensionale, gleichmäßige Anordnung von Rotationsparaboloiden aufweisen. In diesem Beispiel sind die Einzellinsenfelder 16 als Felder von bi-konkaven Röntgenlinsen 17 ausgebildet. Der Vorteil der gezeigten Anordnung liegt darin, dass auch mit schwach brechenden Linsenmaterialien Brennweiten 21 unterhalb von 1 m erreicht werden können. Um eine vorgegebene Brennweite 21 zu erzielen, können beispielsweise bis zu 20 oder auch bis zu 100 Einzellinsenfelder 16 in Richtung der zentralen Strahlachse 9 gestapelt werden. In den gezeigten Beispielen ist das Material der Linsenfelder 15 ein lithographisch strukturierbares Polyimid. Es gibt jedoch eine Vielzahl an geeigneten alternativen Materialien, die bevorzugt eine mittlere Kernladungszahl von höchstens 15 aufweisen und die ein hohes Verhältnis von Brechzahldekrement zu Extinktionskoeffizienten besitzen.
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6 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Detailansicht des Röntgendetektors 13 im bildgebenden System 1 des ersten Ausführungsbeispiels. Der Röntgendetektor 13 umfasst eine Vielzahl von Detektorelementen 33, die innerhalb einer Bildebene 31 angeordnet sind und die Röntgenstrahlung absorbieren und jeweils in ein elektrisches Signal umwandeln. Der Röntgendetektor 13 kann entweder als Direktkonverter ausgestaltet sein, bei dem die Absorption in einem halbleitenden Material stattfindet, welches direkt ein elektrisches Signal generiert. Beispiele für solche Materialien sind Selen oder Cadmiumtellurid. Oder der Detektor 13 kann alternativ ein Feld von Photodioden aufweisen, denen ein Szintillator oder eine Mehrzahl von Szintillatoren vorgelagert ist, die jeweils die Röntgenstrahlung in sichtbares Licht konvertieren. Geeignete Szintillatormaterialien sind beispielsweise Cäsiumiodid oder Gadoliniumoxisulfid. All diesen unterschiedlichen Ausführungsformen ist gemeinsam, dass die einzelnen Detektorelemente 33 so angeordnet sind, dass sie die Vermessung der Ablenkung der Fokuspunkte 19' von den idealen Fokuspositionen 19' ermöglichen. Im gezeigten Beispiel umfasst der Röntgendetektor 13 eine zweidimensionale Anordnung von Detektorelementen 33, wobei in jeder Raumrichtung der Bildebene die Anzahl der Detektorelemente 33 doppelt so hoch ist wie die Anzahl der Röntgenlinsen 17 des Linsenfeldes 15. Durch die zwischen Linsenfeld 15 und Röntgendetektor 13 stattfindende leichte Aufweitung der Röntgenstrahlung 5 ist dabei die räumliche Periodenlänge der Anordnung der Detektorelemente 33 zweckmäßig etwas größer als die Hälfte der räumlichen Periodenlänge des Linsenfeldes 15.
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Die Detektorelemente 33 sind so angeordnet, dass die idealen, unverschobenen Fokuspunkte 19 jeweils an der Grenze zweier Detektorelemente 33 liegen. Die Verschiebung der Fokuspunkte 19' kann dann über die relativen Signalhöhen der jeweils benachbarten Detektorelemente 33 ermittelt werden.
