DE102014000402B4

DE102014000402B4 - Intraorales Phasenkontrast-Röntgengerät

Info

Publication number: DE102014000402B4
Application number: DE102014000402.3A
Authority: DE
Inventors: Walter Bauer
Original assignee: Duerr Dental SE
Current assignee: Duerr Dental SE
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2034-01-18
Also published as: DE102014000402A1

Abstract

Ein intraorales Röntgengerät (10) zum Erzeugen von Röntgenaufnahmen des Mundraumes (16) eines Patienten (14) hat eine Tragstruktur (12), die eine Röntgenröhre (18) zur Erzeugung von Röntgenstrahlung so trägt, dass deren Röntgenquellpunkt (34) im Mundraum (16) des Patienten (14) anordenbar ist und dabei die Röntgenstrahlung von innerhalb des Mundraumes (16) nach außerhalb des Mundraumes (16) gerichtet ist. Um eine Phasenkontrast-Röntgenaufnahme zu ermöglichen trägt die Tragstruktur (12) ferner eine Phasenkontrast-Messeinrichtung, die eine Phasenkodiereinrichtung (G1; 70, 72) und eine Phasenanalyseeinrichtung (G2; 74, 76; 44) umfasst, wobei die Phasenanalyseeinrichtung (G2; 74, 76; 44) einen Detektor (44) für Röntgenstrahlung aufweist und bezüglich dem Röntgenquellpunkt (34) der Röntgenröhre (18) so angeordnet ist, dass sich die Phasenanalyseeinrichtung (G2; 74, 76; 44) bei einer Anordnung des Röntgenquellpunkts (34) im Mundraum (16) außerhalb des Mundraumes (14) befindet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein intraorales Röntgengerät zum Erzeugen von Röntgenaufnahmen des Mundraumes eines Patienten.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Intraorale Röntgengeräte werden in der Zahnmedizin dazu verwendet, Röntgenaufnahmen von verschiedenen Bereichen und Strukturen des Mundraumes, insbesondere der Zähne und/oder des Zahnwurzelbereichs im Kiefer, zu erstellen. Im Folgenden wird bezüglich der aufgenommenen Bereiche und Strukturen vereinfachend nur von Zähnen gesprochen, worunter dann sämtliche für die Zahnmedizin relevanten Bereiche und Strukturen des Mundraums zu verstehen sind. Derartige Röntgenaufnahmen dienen dem behandelnden Arzt beispielsweise zur Diagnose von verdeckter Zahnkaries, die häufig in Zahnzwischenräumen oder unter älteren Zahnfüllungen zu finden ist.
Üblicherweise wird bei den bekannten intraoralen Röntgengeräten ein Detektor für Röntgenstrahlung, wie beispielsweise ein Röntgenfilm, eine Röntgenspeicherfolie oder ein Röntgendetektor, in den Mundraum des Patienten eingebracht und hinter dem zu untersuchenden Bereich angeordnet. Mit einer außerhalb des Mundraumes angeordneten Röntgenquelle wird Röntgenstrahlung auf den Detektor gerichtet, deren Wellenlängenbereich so gewählt ist, dass die Röntgenabsorptionskoeffizienten der untersuchten Strukturen in diesem Wellenlängenbereich sich möglichst stark unterscheiden. Die Röntgenstrahlung wird dadurch von den Strukturen unterschiedlich stark abgeschwächt, sodass eine optimale Absorptionskontrast-Röntgenaufnahme erzeugt wird.
Andere intraorale Röntgengeräte, die meist für Panographieaufnahmen verwendet und heute aufgrund ihrer geringeren Flexibilität kaum mehr eingesetzt werden, weisen eine im Mundraum anordenbare Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung auf, so dass die Röntgenstrahlung von innerhalb des Mundraumes nach außerhalb des Mundraumes gerichtet ist. Der Detektor für die Röntgenstrahlung ist bei derartigen Röntgengeräten entsprechend außerhalb des Mundraumes angeordnet.
Ein solches gattungsbildendes intraorales Röntgengerät wird beispielsweise in der DE 10 2010 009 276 A1 beschrieben. Nachteilig an diesen bekannten intraoralen Röntgengeräten ist, dass manche Strukturen, wie beispielsweise die Gewebestrukturen im Bereich der Zahnwurzeln, Röntgenabsorptionskoeffizienten aufweisen, die sich nur geringfügig voneinander unterscheiden. Dadurch wird die Röntgenstrahlung, welche die Strukturen durchtritt, kaum unterschiedlich stark abgeschwächt. Entsprechend gering fällt der Kontrast dieser Strukturen in den erzeugten Röntgenaufnahmen aus.
Aus der allgemeinen Röntgentechnik ist ferner die so genannte Phasenkontrast-Röntgentechnik bekannt. Bei dieser Aufnahmetechnik wird die Bildinformation nicht wie bei der konventionellen Absorptionsröntgentechnik aus Unterschieden in den Röntgenabsorptionskoeffizienten verschiedener Materialen gewonnen, sondern aus Unterschieden der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Röntgenstrahlung in den Materialien. Dazu wird die aus den unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten resultierende Phasenverschiebung meist mit Hilfe von Röntgengittern ermittelt. Im Ergebnis können so auch von schwächer absorbierenden Strukturen ausreichend kontrastreiche Röntgenaufnahmen erzeugt werden, wenn die Strukturen zumindest eine entsprechende Phasenverschiebung erzeugen.
Die Phasenkontrast-Röntgentechnik war bisher nur Messsystemen an so genannten ”high brilliance” Röntgenquellen, wie beispielsweise Synchrontronbeschleunigern, vorbehalten. In jüngster Zeit ist es jedoch gelungen, diese Technik auch mit konventionellen, so genannten ”low brilliance” Röntgenquellen zu realisieren. Für die intraoralen Röntgengeräte wurde jedoch noch keine praxistaugliche Lösung gefunden. Aus der US 2013/0028379 A1 ist ein Phasenkontrast-Röntgengerät bekannt, bei welchem der Detektor zusammen mit einer Maske vor den Zähnen und einer Maske nach den Zähnen auf einem festen Tragrahmen montiert ist. Der Detektor ist dabei jedoch innerhalb des Mundraums und dadurch in unmittelbarer Nähe zu den Zähnen angeordnet, so dass Vergrößerungseffekte verloren gehen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein intraorales Röntgengerät anzugeben, welches die Aufnahme von Phasenkontrast-Röntgenaufnahmen ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird dies durch ein intraorales Röntgengerät mit einer Tragstruktur erreicht, die eine Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung so trägt, dass deren Röntgenquellpunkt im Mundraum des Patienten anordenbar ist und dabei die Röntgenstrahlung von innerhalb des Mundraumes nach außerhalb des Mundraumes gerichtet ist. Die Tragstruktur trägt dabei ferner eine Phasenkontrast-Messeinrichtung, die eine Phasenkodiereinrichtung und eine Phasenanalyseeinrichtung umfasst, wobei die Phasenanalyseeinrichtung einen Detektor für Röntgenstrahlung aufweist und bezüglich dem Röntgenquellpunkt der Röntgenröhre so angeordnet ist, dass sich die Phasenanalyseeinrichtung bei einer Anordnung des Röntgenquellpunkts im Mundraum außerhalb des Mundraumes befindet.
Der Erfinder hat erkannt, dass eine für die Phasenkontrast-Röntgentechnik mit ”low brilliance” Röntgenquellen notwendige mechanische Stabilität der Anordnung der Phasenkodiereinrichtung und der Phasenanalyseeinrichtung zueinander mit den heute üblichen intraoralen Röntgengeräten nicht möglich ist.
Denn die Anordnung des Detektors mit zumindest einem Teil der Phasenanalyseeinrichtung für die Phasenkontrast-Messung erfordert eine Größe der Vorrichtung, die eine Anordnung im Mundraum unmöglich macht.
Der Grundgedanke der Erfindung beruht nun darauf, den Röntgenquellpunkt der Röntgenquelle, wie von den heute kaum mehr verwendeten Röntgengeräten bekannt, ins Innere des Mundraumes zu verlagern. Der Detektor der Phasenanalyseeinrichtung kann dann mit Hilfe einer gemeinsamen Tragstruktur mechanisch ausreichend stabil und mit für die Phasenanalyse notwendigen Abständen außerhalb des Mundraumes angeordnet werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich die relativen Lagen von Röntgenquellpunkt, Phasenkodiereinrichtung und Phasenanalyseeinrichtung zueinander während des Messvorgangs nur unwesentlich verändern.
Die Phasenkodiereinrichtung ist zwischen dem Röntgenquellpunkt der Röntgenröhre und der Phasenanalyseeinrichtung im Strahlengang der Röntgenstrahlung angeordnet. Vorzugsweise so, dass die Phasenkodiereinrichtung bei einer Anordnung des Röntgenquellpunktes im Mundraum weniger als 2 cm (vorzugsweise weniger als 10 mm, nochmals vorzugsweise weniger als 3 mm) beabstandet vor oder hinter den Zähnen angeordnet ist. Denn je näher die Phasekodiereinrichtung zu den Zähnen liegt, desto höher fällt der durch die Zähne hervorgerufene Phasenkontrast aus.
Weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
So kann die Phasenkodiereinrichtung ein Röntgengitter, insbesondere ein Phasen-Röntgengitter, umfassen.
Grundsätzlich existieren entsprechend der eingangs erwähnten Wechselwirkung zwischen Röntgenstrahlung und Materie zwei Arten von Röntgengittern, namentlich Amplituden-Röntgengitter, bei welchen die Gitterstruktur von Materialien mit unterschiedlichem Absorptionskoeffizient gebildet wird, und Phasen-Röntgengitter, bei welchen die Gitterstruktur von Materialien mit unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten für Röntgenstrahlung gebildet wird. Wird ein Röntgengitter vom Röntgenquellpunkt her gesehen hinter den Zähnen angeordnet, sollte ein Phasen-Röntgengitter verwendet werden, da ansonsten eine Strahlungsdosis auf den Patienten wirkt, die bei der Verwendung eines Amplituden-Röntgengitter an dieser Stelle teilweise verloren gehen würde.
Um die Verwendung verschiedener Röntgengitter zu ermöglichen, kann die Tragstruktur mindestens eine mechanische Aufnahme für das Röntgengitter der Phasenkodiereinrichtung aufweisen, die ohne Öffnen eines Gehäuses einen werkzeuglosen Wechsel des Röntgengitters erlaubt. Dadurch kann das intraorale Röntgengerät flexibel an unterschiedliche Aufnahmesituationen angepasst werden.
Eine solche mechanische Aufnahme kann beispielsweise über mehrere nebeneinander angeordnete Klemmschlitze in der Tragstruktur realisiert werden. Vorzugsweise kann die mechanische Aufnahme aber auch werkzeuglos zumindest in einem Bereich zwischen der Phasenkodiereinrichtung und der Phasenanalyseeinrichtung entlang der Tragstruktur verschiebbar sein. Zudem kann eine erste mechanische Aufnahme vor den Zähnen und eine zweite mechanische Aufnahme hinter den Zähnen angeordnet sein, was ein Anordnen des Röntgengitters vor oder hinter den Zähnen erlaubt.
Vorzugsweise ist das Röntgengitter der Phasenkodiereinrichtung gekrümmt. Dabei kann das Röntgengitter beispielsweise zylindrisch oder kugelförmig gekrümmt sein, wobei der Krümmungsradius vorzugsweise dem Abstand des Röntgengitters zur Röntgenquelle, insbesondere zum Röntgenquellpunkt, entspricht. Die Krümmung kann aber auch der Krümmung des Zahnbogens entsprechen, wobei im Zusammenspiel mit der oben genannten mechanischen Aufnahme je nach Zahnbogenform die Verwendung verschieden gekrümmter Röntgengitter möglich ist.
Eine mittlere Wellenlänge der Röntgenstrahlung sowie die Periodizität und der Abstand des Röntgengitters zu einer Analysefläche der Phasenanalyseeinrichtung sind vorzugsweise derart gewählt, dass die Talbot-Bedingung erfüllt wird. Dadurch zeigen sich ausgeprägte Interferenzmuster, mit deren Hilfe der Phasenkontrast bestimmbar ist.
Für die Realisierung der Talbot-Bedingung muss im vorliegenden Fall auch die Abbildungsgeometrie der sich kegelförmig ausbreitenden Röntgenstrahlung berücksichtigt werden. Beides ist hinreichend bekannt und in der Fachliteratur beschrieben. Für eine praktikable Dimensionierung des erfindungsgemäßen Röntgengeräts wird beispielsweise ein Röntgenspektrum mit einer mittleren Wellenlänge, welche äquivalent zu einer Röntgenenergie von 45 keV ist, verwendet. Ein solches Röntgenspektrum kann durch Beschleunigungsspannungen von ca. 60 kV bis 70 kV und durch Abfiltern niederenergetischer Röntgenstrahlung unterhalb einer Röntgenenergie von 30 keV erzeugt werden. Entsprechende Röntgengitter haben dann Gitterkonstanten zwischen 0,5 μm und 5 μm, vorzugsweise circa 2 μm. Die Talbot-Bedingung wird dann in Abständen im Bereich von 2 bis 10 cm erfüllt.
Vorzugsweise weist der Detektor der Phasenanalyseeinrichtung mehrere zumindest entlang einer Zeile nebeneinander angeordnete Erfassungsbereiche auf. Dadurch hat der Detektor, beispielsweise ein Zeilendetektor, ein laterales Auflösungsvermögen. Ist die Auflösung des Detektors unter Berücksichtigung der mittleren Wellenlänge des Röntgenlichts, des Röntgengitters der Phasenkodiereinrichtung und der oben beschriebenen Talbot-Bedingung ausreichend hoch, um das Phasenkontrast-Interferenzmuster direkt zu erfassen, wird in der Phasenanalyseeinrichtung kein weiteres Analyseelement benötigt. Die Erfassungsfläche des Detektors entspricht dann der Analysefläche der Phasenanalyseeinrichtung.
Hat der Detektor jedoch eine zu geringe Auflösung so kann die Phasenanalyseeinrichtung ein Röntgengitter, insbesondere ein Amplituden-Röntgengitter, umfassen. Dieses ist mit seiner periodischen Struktur parallel zur periodischen Struktur des Röntgengitters der Phasenkodiereinrichtung angeordnet und kann vorzugsweise mit einem Stellglied vorzugsweise senkrecht zur periodischen Struktur des Röntgengitters verschoben werden. Auf diese Weise kann das Phasenkontrast-Interferenzmuster nach und nach erfasst werden. Alternativ kann das Phasenkontrast-Interferenzmuster auch durch eine entsprechende Verschiebung des Röntgengitters der Phasenkodiereinrichtung oder des Röntgenquellpunkts erfasst werden.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen vorzugsweise mehrzeiligen Zeilendetektor vorzusehen und die periodische Struktur des Röntgengitters unter einem Winkel kleiner etwa 10°, vorzugsweise kleiner etwa 2°, zur periodischen Struktur des Röntgengitters der Phasekodiereinrichtung auszurichten. Dadurch kann das Phasenkontrast-Interferenzmuster auch ohne das Verschieben des Röntgengitters erfasst werden, da das so erzeugte Moiré-Muster die Phaseninformation enthält. Der Winkel sollte dabei so gewählt werden, dass die Periodizität des entstehenden Moiré-Musters etwa 3- bis 5-fach größer ist als die Pixelauflösung des Detektors.
Im Hinblick auf die Talbot-Bedingung stellt das Röntgengitter die Analysefläche dar.
Ähnlich wie das Röntgengitter der Phasenkodiereinrichtung ist auch das Röntgengitter der Phasenanalyseeinrichtung vorzugsweise gekrümmt, wobei auch hier eine mechanische Aufnahme zum werkzeuglosen Wechsel zur Anwendung kommen kann.
Nach einer anderen Art der Erfassung des Phasenkontrasts kann die Phasenkodiereinrichtung eine Kodierblende mit mindestens einer vorzugsweise L-förmigen Kodieröffnung umfassen. Die Phasenanalyseeinrichtung umfasst dann eine Analyseblende, in welcher jeweils eine äquivalente Analyseöffnung vorgesehen ist, die durch eine vom Röntgenquellpunkt ausgehende Zentralprojektion der mindestens einen Kodieröffnung vorgegeben ist.
Die Phasenkontrast-Messeinrichtung arbeitet dann nach dem ”coded aperture”-Prinzip. Aufgrund der sich ausgehend vom Röntgenquellpunkt aufweitenden Röntgenstrahlung tritt dabei jedoch entsprechend der Zentralprojektion ein Vergrößerungseffekt auf, der zu einer höheren lateralen Auflösung bei der Bestimmung des Phasenkontrasts führt. Da es sich bei den verwendeten Blenden um Absorbtionsblenden handelt, sollte die Kodierblende vom Röntgenquellpunkt aus gesehen vorzugsweise vor den Zähnen liegen.
Die Röntgenröhre kann eine in einem Vakuumgehäuse angeordnete Elektronenstrahlquelle und eine Fokussier- und Ablenkeinrichtung umfassen, wobei der Elektronenstrahl mit Hilfe der Fokussier- und Ablenkeinrichtung auf ein Röntgentarget fokussiert wird. Das Röntgentarget ist vorzugsweise unter einem Winkel kleiner 10°, vorzugsweise kleiner 5°, zu einer zentralen Blickrichtung zum Detektor geneigt.
Durch die Neigung des Röntgentargets bezüglich des Detektors erscheint der Röntgenquellpunkt vom Detektor her gesehen kleiner, wodurch die für den Phasenkontrast relevante Kohärenzlänge des Röntgenlichts größer ist. Aufgrund des begrenzten Platzes im Mundraum und der damit verbundenen geometrischen Rahmenbedingungen wird hierbei auch der Elektronenstrahl nicht senkrecht auf das Röntgentarget fallen, sondern wird unter einem Winkel zwischen 40° bis 70° einfallen. Die zentrale Blickrichtung zum Detektor entspricht im Wesentlichen dem mittig im Strahlenbündel des Röntgenlichts liegenden Hauptstrahl.
Vorzugsweise umfasst die Röntgenröhre ein Austrittsfenster mit einer Filterwirkung für Röntgenlicht mit Energien von weniger als 30 keV. D. h. das Austrittsfenster schwächt unterhalb von 30 keV Energien stärker als darüberliegende. Dadurch erhält der Patient nur die zur Erzeugung der Phasenkontrastaufnahme verwendete Röntgenstrahlungsdosis. Eine solche Filterwirkung kann zusätzlich oder anstatt am Austrittsfenster auch am Röntgengitter oder der Kodierblende der Phasenkodiereinrichtung vorgesehen sein. Durch Anwendung solcher Filter wird auch die Bandbreite des Röntgenspektrums der Röntgenstrahlung verkleinert, wodurch die Phasenkontrastmessung verbessert wird.
Vorteilhaft ist die Tragstruktur, insbesondere mit Hilfe eines verwindungssteifen Gehäuses, so ausgestaltet, dass sich die Röntgenröhre, die Phasenkodiereinrichtung und die Phasenanalyseeinrichtung um weniger als die Gitterkonstante des Röntgengitters der Phasenkodiereinrichtung bzw. um weniger als 1/20 einer Strukturgröße der Kodieröffnung der Kodierblende gegeneinander verschieben.
Eine solche Tragstruktur, die beispielsweise durch Verdickungen oder Verstrebungen in einem Gehäuse realisierbar ist, verhindert, dass Relativbewegungen zwischen den an der Messung beteiligten Komponenten, beispielsweise aufgrund von Patientenbewegungen, die Messung des Phasenkontrasts beeinflusst wird. In der Praxis sollten die Verschiebungen kleiner als circa 0,5–5 μm, vorzugsweise kleiner als 2 μm, sein, auch wenn beispielsweise durch das Berühren des Gehäuses mit den Zähnen oder Teilen des Mundraums Kräfte im Bereich von circa 10 N auf das Gehäuse wirken können.
Ferner kann eine vorzugsweise optische Messeinrichtung vorgesehen sein, mit der sich Verschiebungen zwischen dem Röntgenquellpunkt, insbesondere einem Röntgentarget, der Röntgenröhre, der Phasenkodiereinrichtung und/oder der Phasenanalyseeinrichtung messen lassen. Eine optische Messeinrichtung für einen solchen Zweck kann beispielsweise über eine Lichtquelle, die vom Röntgentarget entlang der Röntgenröhre im Wesentlichen in Richtung Detektor strahlt und auf einen dort angeordneten Lichtdetektor, wie beispielsweise einen CCD- oder CMOS-Kamerasensor, fällt, realisiert werden.
Mit Hilfe dieser Information über mögliche Verschiebungen der relevanten Komponenten kann eine Auswerteeinrichtung die Messungen des Phasenkontrastes nachträglich korrigieren oder zumindest erkennen, dass diese fehlerhaft sind.
Ferner kann eine mit der Messeinrichtung zusammenarbeitende Regeleinrichtung zur Kompensation der Verschiebungen während der Röntgenaufnahme vorgesehen sein.
Des Weiteren kann an der Tragstruktur eine Kamera angeordnet sein, die von außen den Mund des Patienten erfasst.
Das von einer solchen Kamera in zeitlicher Korrelation mit der Röntgenaufnahme erfasste Bild erlaubt es, in Kombination mit einer Auswerteeinheit, bei der Auswertung Bewegungen des Patienten zu kompensieren. Vorzugsweise kann dazu ferner eine Beleuchtungseinrichtung miteinbezogen werden, die von außen Orientierungslinien auf den Mund des Patienten projiziert. Eine solche Beleuchtungseinrichtung kann auch unabhängig von der Kamera vorgesehen werden, um dem Bediener die korrekte Platzierung des Patienten zu erleichtern.
Die Röntgenröhre kann ferner eine variable Abschirmung umfassen, mit welcher einzelne Winkelbereiche eines Röntgenfächers ein- und ausblendbar sind. Dies ermöglicht nur die für die Röntgenaufnahme relevanten Bereiche der Zähne mit Röntgenlicht zu belichten.
Ferner kann eine bügelförmige Stütze vorgesehen sein, die dazu eingerichtet ist, die Lippen des Patienten aus einem Röntgendurchstrahlungsbereich zu halten. Dadurch wird die Strahlenbelastung reduziert und die Bildqualität verbessert.
Ferner kann ein vorzugsweise durchsichtiger Eingreifschutz vorgesehen sein, der vorzugsweise in seiner Größe veränderbar ist und der den Strahlengang vor versehentlichem Eingreifen während der Aufnahme schützt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Röntgengerät entlang dessen Röntgenröhre;
2 eine schematische Darstellung, in welcher das Röntgengerät aus 1 im Mundraum eines Patienten angeordnet ist;
3 einen Längsschnitt durch ein abgewandeltes Röntgengerät;
4 eine perspektivische Darstellung der für die Röntgenaufnahme relevanten Komponenten eines Röntgengeräts nach einem anderen Ausführungsbeispiel.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Röntgengerät, welches die Aufnahme von intraoralen Phasenkontrast-Aufnahmen ermöglicht.
Das Röntgengerät 10 weist dazu zunächst ein verwindungssteifes Gehäuse 12 mit einem im Wesentlichen tubusförmigen Abschnitt 13 auf, der in den Mundraum 16 eines Patienten eingeführt werden kann (vgl. 2). Ein Detektorabschnitt 42 des Gehäuses 12, in welchem ein Detektor 44 angeordnet ist, befindet sich dabei außerhalb des Mundraums 16 in einem Abstand von circa 5–15 cm vor den Zähnen.
Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel dient das Gehäuse 12 zugleich als Tragstruktur für weitere Komponenten des Röntgengeräts 10 und kann daher beispielsweise aus Edelstahl gefertigt sein und verschiedene nicht gezeigte Versteifungen aufweisen, um eine hohe mechanische Stabilität zu gewährleisten. Das Gehäuse 12 weist ferner einen nicht gezeigten Befestigungsanschluss auf, mit welchem es an einem von zahnmedizinischen Behandlungsplätzen bekannten Schwenkarm angebracht werden kann, welcher auf einfache Weise die Anordnung und Orientierung des Röntgengeräts 10 zum Patienten 14, d. h. insbesondere zu dessen Mundraum 16, erlaubt.
Im Inneren des Gehäuses 12 ist eine hier als Stabanoden-Mikrofokus-Röntgenröhre ausgeführte Röntgenröhre 18 angeordnet, mit welcher die Röntgenstrahlung erzeugt wird. Die Röntgenröhre 18 umfasst ein röhrenförmiges Vakuumgehäuse 20, an dessen einem Ende zur Erzeugung eines Elektronenstrahls 22 eine Elektronenstrahlquelle 24 mit verschiedenen Strahlformungskomponenten 26 vorgesehen ist.
Mit Hilfe von entlang des Strahlengangs des Elektronenstrahls 22 angeordneten Strahlfokussier- und Ablenkmitteln 28 wird der Elektronenstrahl 22 am anderen Ende der Röntgenröhre 18 auf ein Röntgentarget 30 gerichtet, welches sich am distalen Ende des tubusförmigen Abschnitts 13 und somit im Mundraum 16 befindet. Der Elektronenstrahl 22 trifft dabei auf einer unter einem Winkel β von ca. 50° angestellten Targetfläche 32 auf und bildet dort einen Strahlfleck, der den Röntgenquellpunkt 34 definiert.
Um die Lage und die Abmessung des Strahlflecks und damit des Röntgenquellpunkts 34 möglichst präzise konstant bzw. klein zu halten, ist die gesamte Röntgenröhre 18 von einer Mu-Metall-Abschirmung 36 umgeben, welche den Einfluss externer Magnetfelder auf den Elektronenstrahl 22 minimiert.
Die Röntgenröhre 18 weist ferner an ihrem vorderen Ende in der Nähe des Röntgentargets 30 ein Austrittsfenster 38 auf, welches nur Röntgenstrahlung mit Energien ab etwa 30 keV passieren lässt. Durch diese Filterwirkung des Austrittsfensters 38 wird sichergestellt, dass nur zur Phasenkontrastmessung geeignete Röntgenstrahlung aus der Röntgenröhre 18 austritt.
Mit am Austrittsfenster 38 anbringbaren Abschirmelementen 39 kann der austretende Röntgenfächer dabei sowohl in der Senkrechten als auch in der Waagrechten begrenzt und ausgerichtet werden. Im Übrigen sind andere Bereiche um das Austrittsfenster 38 herum gegebenenfalls mit einer feststehenden Abschirmung versehen, um zu verhindern, dass Röntgenstrahlung in Bereiche außerhalb des Messbereichs gelangt.
Der so definierte Röntgenfächer ist auf den im Detektorabschnitt 42 angeordneten Detektor 44 ausgerichtet, wobei die verschiedenen Komponenten so zueinander angeordnet sind, dass der mittige Hauptstrahl des Röntgenfächers mit der Targetfläche 32 des Röntgentargets 30 einen Winkel α von circa 5° bildet. Aufgrund dieser Schrägstellung der Targetfläche 32 zur Blickrichtung des Detektors 44 sowie einer präzisen Fokussierung und Regelung des Elektronenstrahls 22 hat der Röntgenquellpunkt 34 vom Detektor 44 her gesehen effektive Abmessungen von weniger als 5 μm, wodurch die erzeugte Röntgenstrahlung eine für die Phasenkontrastmessung ausreichende Kohärenz aufweist.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der tubusförmige Abschnitt 13 des Gehäuses 12, an dessen Ende das Austrittsfenster 38 der Röntgenröhre 18 angeordnet ist, im Mundraum 16 des Patienten 14 angeordnet.
In einem Abstand von etwa 2–3 cm vom Röntgenquellpunkt 34 und nahe bei den Zähnen 40, d. h. weniger als 2 cm von diesen beabstandet, ist ein Röntgengitter G1 angeordnet, das hier als Phasen-Röntgengitter ausgestaltet ist und als Phasenkodiereinrichtung wirkt.
Von diesem Röntgengitter G1 unter einem Talbotabstand beabstandet ist außerhalb des Mundraums 16 im Detektorabschnitt 42 des Gehäuses 12 ein zweites Röntgengitter G2 angeordnet, das als Amplitudengitter ausgebildet ist und zusammen mit dem im Strahlengang der Röntgenstrahlung dahinter liegenden Detektor 44, der mehrere entlang einer Zeile nebeneinander angeordnete Erfassungsbereiche 45 aufweist, eine Phasenanalyseeinrichtung darstellt.
Zur Analyse der Phase ist dabei ein Stellantrieb 46 vorgesehen, mit dessen Hilfe sich das Röntgengitter G2 senkrecht zu den Gitterlinien hin- und herverschieben lässt, wodurch sich die von einem Talbot-Interferometer bekannten Interferenzstrukturen nach und nach auf dem Detektor 44 erfassen lassen.
Um Relativverschiebungen zwischen den für die Phasenkontrast-Röntgenaufnahme relevanten Komponenten, d. h. insbesondere dem Röntgenquellpunkt 34, dem Röntgengitter G1 und dem Röntgengitter G2, kompensieren zu können, ist am distalen Ende des tubusförmigen Abschnitts 13 beim Röntgentarget 30 eine Laserdiode 48 angeordnet, die von diesem distalen Ende aus einen entgegen der Elektronenstrahlrichtung entlang der Röntgenröhre 18 verlaufenden Lichtstrahl 50 aussendet, welcher eine Lochblende 51 auf Höhe des Röntgengitters G1 passiert. Auf Höhe des Detektors 44 trifft dieser Lichtstrahl 50 zunächst mittig auf einen Kamerasensor 52 auf. Wird der tubusförmige Abschnitt 13 des Gehäuses 12 aufgrund äußerer Kräfte leicht gebogen, so verändert sich die Auftreffposition des Lichtstrahls 50 auf dem Kamerasensor 52. Die Laserdiode 48 und der Kamerasensor 52 dienen so als optische Einrichtung zur Überwachung des Biegezustands der Gesamtanordnung bzw. insbesondere der Position des Röntgentargets 30 und damit des Röntgenquellpunkts 34 sowie der Röntgengitter G1 und G2 jeweils zueinander.
Eine nicht gezeigte Auswerteeinheit nutzt diese Information bei der Auswertung, um die Verschiebungen rechnerisch zu kompensieren. Über eine Regeleinrichtung 54, die mit dem CMOS-Sensor 52 und dem Stellantrieb 46 verbunden ist, kann das Röntgengitter G2 zudem aber auch bezüglich des Röntgenquellpunkts 34 und des Röntgengitters G1 nachgeführt werden, so dass mechanische Instabilitäten weitgehend kompensiert werden.
Des Weiteren umfasst das Röntgengerät 10 im Detektorabschnitt 42 des Gehäuses 12 eine Positionierbeleuchtungseinrichtung 56, mit der Orientierungslinien 58 von vorne auf den Patienten 14 projizierbar sind. Diese unterstützen den Bediener bei der Positionierung des Röntgengeräts 10 zum Patienten 14, indem sie den zu durchstrahlenden Bereich der Zähne 40 andeuten.
Des Weiteren umfasst das Röntgengerät 10 einen Eingreifschutz 59 aus vorzugsweise durchsichtigem Material, der ein versehentliches Eingreifen in den Strahlengang während der Aufnahme verhindert.
Schließlich umfasst das Röntgengerät 10 noch eine Digitalkamera 60, welche während der Röntgenaufnahme die Stellung der Zähne 40 gegenüber dem Röntgengerät 10 erfasst. Auf diese Weise können bei einer Mittelung mehrerer Einzelröntgenaufnahmen zu einer Gesamtröntgenaufnahme Bewegungen des Patienten 14 kompensiert werden.
3 zeigt ein leicht abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Röntgengeräts 10, bei welchem das Röntgengitter G1 als lösbare Komponente in einer mechanischen Aufnahme 62 des Gehäuses 12 angeordnet ist, die einen werkzeuglosen Wechsel des Röntgengitters G1 erlaubt. Das Gehäuse 12 weist dabei eine erste Aufnahme 62 und eine zweite Aufnahme 64 auf, die derart vom Ende der Röntgenröhre 18 beabstandet sind, dass das Röntgengitter G1 entweder hinter oder vor den Zähnen im Strahlengang angeordnet werden kann.
Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, kann das Austrittsfenster 38 der Röntgenröhre 18 ein Röntgengitter G0 umfassen, welches aus der am Röntgentarget 30 erzeugten Röntgenstrahlung eine Röntgenstrahlung mit einer ausreichenden Kohärenz erzeugt, falls durch die kleine Abmessung des Röntgenquellpunkts 34 alleine keine ausreichende Kohärenz hergestellt werden kann.
Die im Strahlengang hinter den Zähnen 40 angeordnete mechanische Aufnahme 62 kann auch dazu verwendet werden, einen Bügel 65 anzubringen, mit welchem die Lippen des Patienten 14 aus dem Strahlengang gehalten werden.
Schließlich ist in 3 auch ein Röntgengitter G0 gezeigt, das hier einstückig mit dem Austrittsfenster 38 realisiert ist. Mit Hilfe dieses Röntgengitters G0 kann alternativ oder in Ergänzung zu einem möglichst kleinen Röntgenquellpunkt 34 eine ausreichende Kohärenz der Röntgenstrahlung erzeugt werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem anstatt der Röntgengitter G1 und G2 zum bestimmen des Phasenkontrasts ein sogenanntes Coded-Aperture-Verfahren zur Anwendung kommt. Dabei wurde auf die Darstellung des Gehäuses 12 verzichtet.
Das nach dem Coded-Aperture-Verfahren arbeitende intraorale Röntgengerät 10 umfasst eine Kodierblende 70, die so angeordnet ist, dass sie sich bei der Aufnahme in der Nähe der Zähne 40 befindet. Die Kodierblende 70 hat eine Vielzahl von strukturierten Kodieröffnungen 72. In 4 sind hier beispielhaft zehn L-förmige Öffnungen dargestellt, wobei die Anzahl von tatsächlich vorhandenen Kodieröffnungen 72 deutlich größer ist.
Eine Analyseblende 74 vor dem Detektor 44 weist bis auf einen Skalierungsfaktor dieselben strukturierten Analyseöffnungen 76 auf. Der Skalierungsfaktor beruht auf der Tatsache, dass sich die Röntgenstrahlung vom Röntgenquellpunkt 34 her fächer- bzw. kegelförmig aufweitet, sodass auch die strukturierten Kodieröffnungen 72 der Kodierblende 70 entsprechend einer vom Röntgenquellpunkt 34 ausgehenden Zentralprojektion vergrößert und auseinandergestreckt auf die Analyseblende 74 abgebildet werden. Dort sind dann die entsprechend skalierten Analyseöffnungen 76 angeordnet.
Da eine Phasenverschiebung aufgrund einer Wechselwirkung mit den aufzunehmenden Strukturen zu einer anderen Beugung der Röntgenstrahlung an den Kodieröffnungen 72 führt, verändert sich die Richtung, in welche sich die Röntgenstrahlung ausbreitet, d. h. in wohin die Kodieröffnung 72 projiziert wird. In der Folge überdecken sich die Muster nicht mehr 1:1, sodass die Erfassungsbereiche 45 des Detektors 44 unterschiedliche Intensitäten erfassen. Auf diese Weise lässt sich somit ebenfalls die für die Röntgenaufnahme notwendige Phasenkontrast-Messung durchführen.
Das oben beschriebene intraorale Röntgengerät 10 kann außer zur Verwendung im Mundraum 16 eines menschlichen Patienten 14 auch zur Aufnahme des Mundraumes eines Tieres mit einem ähnlichen Mundraumvolumen von circa 9–25 cm³ verwendet werden. Auch andere Bereiche eines Patienten, Tieres oder Objektes (auch technischer Objekte) können aufgenommen werden, sofern eine Öffnung vorhanden ist, in welche die Röntgenröhre 18 eingeführt werden kann. Für besonders große oder kleine Öffnungen können zudem Röntgengeräte mit anderen Abmessungen bereitgestellt werden.

Claims

Intraorales Röntgengerät (10) zum Erzeugen von Röntgenaufnahmen des Mundraumes (16) eines Patienten (14) mit a) einer Tragstruktur (12), die eine Röntgenröhre (18) zur Erzeugung von Röntgenstrahlung so trägt, dass deren Röntgenquellpunkt (34) im Mundraum (16) des Patienten (14) anordenbar ist und dabei die Röntgenstrahlung von innerhalb des Mundraumes (16) nach außerhalb des Mundraumes (16) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass b) die Tragstruktur (12) ferner eine Phasenkontrast-Messeinrichtung trägt, die – eine Phasenkodiereinrichtung (G1; 70, 72) und – eine Phasenanalyseeinrichtung (44, 45, G2; 74, 76) umfasst, wobei die Phasenanalyseeinrichtung (44, 45, G2; 74, 76) einen Detektor (44, 45) für Röntgenstrahlung aufweist und bezüglich dem Röntgenquellpunkt (34) der Röntgenröhre (18) so angeordnet ist, dass sich die Phasenanalyseeinrichtung (44, 45, G2; 74, 76) bei einer Anordnung des Röntgenquellpunkts (34) im Mundraum (16) außerhalb des Mundraumes (16) befindet.
Intraorales Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenkodiereinrichtung (G1) ein Röntgengitter (G1), insbesondere ein Phasen-Röntgengitter, umfasst.
Intraorales Röntgengerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (12) mindestens eine mechanische Aufnahme (62, 64) für das Röntgengitter (G1) der Phasenkodiereinrichtung (G1) aufweist, die ohne Öffnen eines Gehäuses (12) einen werkzeuglosen Wechsel des Röntgengitters (G1) erlaubt.
Intraorales Röntgengerät nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittlere Wellenlänge der Röntgenstrahlung sowie die Periodizität und der Abstand des Röntgengitters (G1) zu einer Analysefläche der Phasenanalyseeinrichtung (44, 45, G2) derart gewählt sind, dass die Talbot-Bedingung erfüllt wird.
Intraorales Röntgengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenanalyseeinrichtung (G2) ein Röntgengitter (G2), insbesondere ein Amplituden-Röntgengitter, umfasst.
Intraorales Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Phasenkodiereinrichtung (70, 72) eine Kodierblende (70) mit mindestens einer vorzugsweise L-förmigen Kodieröffnung (72) umfasst, b) die Phasenanalyseeinrichtung (44, 45, 74, 76) eine Analyseblende (74) umfasst, in welcher jeweils eine äquivalente Analyseöffnung (76) vorgesehen ist, die durch eine vom Röntgenquellpunkt (34) ausgehende Zentralprojektion der mindestens einen Kodieröffnung (72) vorgegeben ist.
Intraorales Röntgengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenröhre (18) eine in einem Vakuumgehäuse (20) angeordnete Elektronenstrahlquelle (24) und eine Fokussier- und Ablenkeinrichtung (28) umfasst, wobei der Elektronenstrahl (22) mit Hilfe der Fokussier- und Ablenkeinrichtung (28) auf ein Röntgentarget (30, 32) fokussiert wird, und dass das Röntgentarget (30, 32) unter einem Winkel α kleiner 10°, vorzugsweise kleiner 5°, zu einer zentralen Blickrichtung zum Detektor (44, 45) geneigt ist.
Intraorales Röntgengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenröhre (18) ein Austrittsfenster (38) mit einer Filterwirkung für Röntgenlicht mit Energien von weniger als 30 keV umfasst.
Intraorales Röntgengerät nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (12), insbesondere mit Hilfe eines verwindungssteifen Gehäuses (12), so ausgestaltet ist, dass sich die Röntgenröhre (18), insbesondere der Röntgenquellpunkt (34), die Phasenkodiereinrichtung (G1; 70, 72) und die Phasenanalyseeinrichtung (G2; 74, 76) um weniger als die Gitterkonstante des Röntgengitters (G1) der Phasenkodiereinrichtung bzw. um weniger als 1/20 einer Strukturgröße der Kodieröffnung (72) der Kodierblende (70) gegeneinander verschieben.
Intraorales Röntgengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorzugsweise optische Messeinrichtung (48, 52) vorgesehen ist, mit der sich Verschiebungen zwischen dem Röntgenquellpunkt (34), insbesondere einem Röntgentarget (30, 32), der Röntgenröhre (18), der Phasenkodiereinrichtung (G1; 70, 72) und/oder der Phasenanalyseeinrichtung (G2; 74, 76) messen lassen.
Intraorales Röntgengerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Messeinrichtung (48, 52) zusammenarbeitende Regeleinrichtung (54) zur Kompensation der Verschiebungen während der Röntgenaufnahme vorgesehen ist.
Intraorales Röntgengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Tragstruktur (12) eine Kamera (60) angeordnet ist, die von außen den Mund des Patienten (14) erfasst.
Intraorales Röntgengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenröhre (18) eine variable Abschirmung (39) umfasst, mit welcher einzelne Winkelbereiche eines Röntgenfächers ein- und ausblendbar sind.
Intraorales Röntgengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine bügelförmige Stütze (65) vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, die Lippen des Patienten (14) aus einem Röntgendurchstrahlungsbereich zu halten.