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Die Erfindung betrifft ein Röntgengerät, mit einem an einem Träger drehbar angebrachten C-Bogen, an dem ein Röntgenstrahler und ein Detektor nicht-isozentrisch angebracht sind.
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Mobile, kompakte Röntgengeräte werden vor allem für chirurgische Eingriffe benötigt, da dort üblicherweise der Platz eingeschränkt ist und ein möglichst freier Zugang zum Patienten sehr wichtig ist. Einerseits sollen die Röntgengeräte kompakt sein, andererseits sollen sie insbesondere für die 2D-Bildgebung weit über den Patienten „hineinragen“, um einen ausreichend großen freien Arbeitsraum zur Verfügung zu stellen.
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Herkömmliche stationäre oder mobile bildgebende Systeme für die Chirurgie besitzen normalerweise eine feste Geometrie zwischen Strahler und Detektor, das heißt der Röntgenstrahler und der gegenüberliegende Detektor sind fest auf einem Rahmen angebracht. Zumeist handelt es sich dabei um einen kreisförmigen oder einen kreissegmentförmigen Rahmen, der wie bei der Computertomographie geschlossen oder als C-Bogen ausgebildet sein kann. Für die 2D-Bildgebung ist ein C-Bogen gebräuchlich, dessen Bogenlänge sich über mehr als 180° erstreckt, an den beiden Enden des Bogens sind der Röntgenstrahler beziehungsweise der Detektor angebracht.
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1 zeigt ein herkömmliches Röntgengerät mit einem nicht-isozentrischen C-Bogen. Bei einem nicht-isozentrischen C-Bogen sind der Drehpunkt des C-Bogens und der Mittelpunkt der Bildgebung voneinander beabstandet. Beim Verfahren eines derartigen herkömmlichen C-Bogens in orbitaler Richtung dreht der Fokuspunkt nicht um den Drehpunkt. Ein derartiger C-Bogen wird eingesetzt, da die Eindringtiefe relativ groß ist und das Röntgengerät andererseits kompakt und mit niedriger Bauhöhe ausgeführt sein kann.
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Wie in 2 gezeigt ist, „wandert“ das abzubildende Objekt allerdings aus dem Abbildungskegel heraus, wenn man einen derartigen nicht-isozentrischen C-Bogen orbital dreht. Bei derartigen Geräten ist es daher erforderlich, den Geräteträger z. B. vertikal nachzuführen. Dementsprechend muss bei jeder Drehbewegung auch eine nachführende Verschiebung vorgenommen werden. Allerdings werden dadurch 3D-Aufnahmen erschwert, zu deren Gewinnung eine grundlegende Sequenz von Projektionsbildern aufgenommen wird, indem der C-Bogen zwischen den einzelnen Projektionsbildaufnahmen gedreht wird. Da bei jeder Drehbewegung eine korrigierende Translation vorgenommen werden muss, ergeben sich Geometrieschwankungen, die in Unschärfen des erzeugten Volumenabbilds resultieren können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Röntgengerät anzugeben, mit dem 3D-Aufnahmen in hoher Qualität erstellt werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Röntgengerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass es ein Mittel aufweist, um den Detektor tangential entlang des C-Bogens zu verschieben.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Möglichkeit der Verschiebung des Detektors entlang des C-Bogens kann der Detektor so positioniert werden, dass der Abbildungsbereich mit der Drehachse des Trägers übereinstimmt. Dementsprechend kann durch die Verschiebung des Detektors die durch den nichtisozentrischen C-Bogen erzeugte Abweichung korrigiert werden. Wenn eine Sequenz von mehreren Aufnahmen erstellt wird, erfolgt somit bei jeder stückweisen Drehung des C-Bogens eine Nachführung des Detektors tangential entlang des C-Bogens, wodurch sichergestellt wird, dass sich der Abbildungsbereich und somit z. B. ein abzubildendes Organ des Patienten im Drehzentrum des Trägers befindet. Durch die Verschiebung des Detektors ergibt sich während der 3D-Aufnahme eine zeitweilige Verringerung der Eindringtiefe im Vergleich zu einer unkorrigierten Drehung des nicht-isozentrischen C-Bogens, die jedoch nicht nachteilig ist.
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Das erfindungsgemäße Röntgengerät weist den Vorteil auf, dass durch die korrigierte Position des Detektors eine isozentrische Rotation möglich ist, wodurch eine 3D-Bildakquisition und eine 3D-Bildrekonstruktion durchgeführt werden kann.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Röntgengeräts sieht vor, dass das Mittel einen Antrieb zum Verschieben des Detektors aufweist. Das Mittel kann beispielsweise einen elektrischen Antrieb aufweisen, um den Detektor tangential beziehungsweise orbital zu verschieben. Alternativ oder zusätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass der Detektor manuell verschiebbar ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Röntgengeräts sieht vor, dass das Mittel eine Führung aufweist, entlang der der Detektor manuell oder durch den Antrieb verschiebbar ist. Durch die Führung kann der Detektor stufenlos tangential entlang des C-Bogens verschoben werden. Es ist dabei ausreichend, wenn sich die Führung über einen Teil des C-Bogens erstreckt, da lediglich die durch die nicht vorhandene Isozentrizität verursachte Abweichung ausgeglichen werden muss.
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Im Rahmen der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass die Führung Rastpositionen aufweist, an denen der Detektor festlegbar ist. Beispielsweise können definierte Rastpositionen vorgesehen sein, an denen sich Ausnehmungen in der Führung befinden, in denen ein am Detektor vorgesehenes Rastelement einrastbar ist.
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Eine besonders zuverlässige Funktion ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Röntgengerät, wenn es eine Steuerungseinrichtung aufweist, die zum Ausrichten wenigstens einer Blende in Abhängigkeit der Position des Detektors ausgebildet ist. Wenn der Detektor erfindungsgemäß tangential entlang des C-Bogens verschoben wird, muss auch der von der Röntgenquelle erzeugte Strahlenkegel entsprechend nachgeführt und ausgerichtet werden. Dazu kann die Steuerungseinrichtung wenigstens eine Blende in Abhängigkeit der Position des Detektors ausrichten, so dass der Strahlenkegel exakt auf den Detektor ausgerichtet wird.
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Eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgengeräts sieht vor, dass die oder eine Steuerungseinrichtung zum Ausrichten des Strahlenkegels des Röntgenstrahlers in Abhängigkeit der Position des Detektors ausgebildet ist. Vorzugsweise kann die Steuerungseinrichtung den Strahlenkegel schwenken, so dass er exakt auf den Detektor gerichtet ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die aktuelle Position des Detektors nach einer Verschiebung mittels eines Positionssensors oder dergleichen erfasst wird und dass diese Positionsinformation der Steuerungseinrichtung zugeführt wird, die sodann den Strahlenkegel des Röntgenstrahlers entsprechend ausrichtet. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass die Strahlerkomponente, der so genannte Eintank, komplett geschwenkt wird. Es ist optimal, wenn die Drehung des Eintanks um den Fokuspunkt erfolgt, da dann eine Nachführung von Blendenlamellen entfällt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Röntgengerät ein Mittel aufweist, um den Detektor in Radialrichtung zu verschieben. Diese zum Zentrum gerichtete Verschiebung des Detektors bewirkt eine Vergrößerung des Abbildungsbereichs mit möglicherweise nicht mehr kreisförmiger Grundfläche und somit eine entsprechende Vergrößerung des 3D-Volumens.
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Die Verschiebung des Detektors in Radialrichtung kann mittels eines Teleskopantriebs erfolgen. Der Teleskopantrieb ist dabei zwischen dem C-Bogen und dem Detektor in Radialrichtung angeordnet, im ausgefahrenen Zustand ist der Abbildungsbereich vergrößert.
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Optional kann die Verschiebung in Radialrichtung auch gleichzeitig mit der Tangentialverschiebung erfolgen, beispielsweise mit einer entsprechenden Mechanik, z. B. mit einer Parallelogrammführung. Die mechanische Führung, insbesondere die Parallelogrammführung, bewirkt eine zwangsläufige gekoppelte Verschiebung in radialer und tangentialer Richtung.
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Im Rahmen der Erfindung wird es ganz besonders bevorzugt, dass das Röntgengerät zur Durchführung einer Tomosynthese ausgebildet ist. Im Rahmen einer Tomosynthese wird eine Sequenz von Schichtbildern erzeugt, die rekonstruiert werden, um ein 3D-Bild ohne Überlagerungen zu ergeben. Zur Aufnahme der einzelnen Schichtbilder bewegt sich der Röntgenstrahler in einem Bogen über das zu untersuchende Objekt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 ein herkömmliches Röntgengerät mit einem nicht-isozentrischen C-Bogen;
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2 das in 1 gezeigte herkömmliche Röntgen gerät in einer anderen Position;
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3 ein erfindungsgemäßes Röntgengerät;
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4 ein erfindungsgemäßes Röntgengerät mit einem Teleskopantrieb;
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5–10 verschiedene Positionen des erfindungsgemäßen Röntgengeräts von 3; und
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11 ein erfindungsgemäßes Röntgengerät mit einer Parallelogrammführung.
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Das in 3 gezeigte Röntgengerät 1 umfasst einen C-Bogen 2, der an einem Träger 3 angebracht ist. Der Träger 3 ist an einem Grundkörper 4 befestigt, der mittels Rädern 5 verfahrbar ist, so dass das Röntgengerät 1 mobil einsetzbar ist.
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An dem C-Bogen 2 sind ein Röntgenstrahler 6 und ein Detektor 7 einander gegenüberliegend angebracht. Die Länge des C-Bogens 2 beträgt mehr als 180°, es handelt sich somit um einen nicht-isozentrischen C-Bogen. Bei einem nicht-isozentrischen C-Bogen stimmen der Drehpunkt und der Mittelpunkt der Bildgebung nicht überein. Daher weist das Röntgengerät 1 ein Mittel auf, um den Detektor 7 tangential entlang des C-Bogens 2 zu verschieben. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Mittel einen elektrischen Antrieb (nicht gezeigt) auf, durch den der Detektor 7 verschoben werden kann.
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In 3 ist eine Ausgangsposition des Detektors 7 gestrichelt dargestellt, in der er sich vertikal über dem Röntgenstrahler 6 befindet. 3 zeigt, dass der Detektor 7 (durchgezogene Linie) tangential so verschoben wurde, dass der Abbildungsbereich, der durch einen Kreis 8 beziehungsweise dessen Mittelpunkt symbolisiert wird, mit der Drehachse 9 des C-Bogens übereinstimmt. Der im oberen Bereich von 3 dargestellte Doppelpfeil 10 gibt die Detektorverschiebung an. Der gestrichelt dargestellte waagerechte Doppelpfeil 11 gibt die so genannte Eindringtiefe des Geräts bei dem herkömmlichen, in 2 gezeigten Röntgengerät zum Vergleich an, der Doppelpfeil 12 gibt die Eindringtiefe für das Ausführungsbeispiel von 3 an, nachdem der Detektor 7 tangential in die dargestellte Position verschoben wurde.
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Der Detektor 7 ist entlang einer Führung des C-Bogens 2 verschiebbar. Eine Verschiebung kann sowohl mittels des erwähnten elektrischen Antriebs als auch manuell vorgenommen werden. Die Führung weist dazu festgelegte Rastpositionen auf, so dass der Detektor 7 an bestimmten Positionen festgelegt werden kann.
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In 3 erkennt man, dass der von dem Röntgenstrahler 6 ausgehende Strahlenkegel 13 im Vergleich zu demjenigen des herkömmlichen, in den 1 und 2 gezeigten Röntgengeräts geschwenkt wurde, so dass der Strahlenkegel 13 exakt auf den verschobenen Detektor 7 ausgerichtet ist. Dazu weist das Röntgengerät 1 eine schematisch dargestellte Steuerungseinrichtung 14 auf, die den dem Detektor 7 zugeordneten Antrieb und den Schwenkvorgang des Röntgenstrahlers 6 steuert. Im Bereich der Führung des C-Bogens 2 können dazu Positionssensoren angeordnet sein, durch die die Position des Detektors 7 erfasst werden kann.
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Zusätzlich oder alternativ kann der Strahlenkegel 13 auch durch Verschieben von Blenden beeinflusst werden, die sich im Strahlengang vor dem Röntgenstrahler 6 befinden.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Röntgengeräts 15, das ähnlich wie das Röntgengerät 1 ausgebildet ist. Auf eine nochmalige detaillierte Beschreibung übereinstimmender Komponenten wird daher verzichtet. In Übereinstimmung mit dem vorangehenden Ausführungsbeispiel weist das Röntgengerät 15 einen drehbar an dem Träger 3 angebrachten C-Bogen 2 auf, an dem ein Röntgenstrahler 6 und ein Detektor 7 angebracht sind. Im Unterschied zu dem vorangehenden Ausführungsbeispiel ist zwischen dem C-Bogen 2 und dem Detektor 7 ein Teleskopantrieb 16 angebracht, der eine radiale Verschiebung des Detektors 7 ermöglicht. Der Teleskopantrieb 16 ist als elektrischer Antrieb ausgebildet, alternativ ist auch eine manuelle teleskopische Verstellung des Detektors 7 möglich.
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In 4 ist der Detektor 7 zusätzlich gestrichelt in einer Ausgangsposition dargestellt. In Übereinstimmung mit dem vorangehenden Ausführungsbeispiel ist der Detektor 7 tangential entlang des C-Bogens 2 verschiebbar, indem der zwischen dem C-Bogen 2 und dem Detektor 7 angebrachte Teleskopantrieb 16 verschoben wird. Zusätzlich kann der Detektor 7 radial z. B. mittels des Teleskopantriebs 16 verschoben werden. Im Vergleich mit 3 erkennt man, dass der Detektor in 4 radial in Richtung des Zentrums verschoben wurde. Dadurch vergrößert sich der Abbildungsbereich, der durch einen Kreis 17 symbolisch dargestellt wird. Dementsprechend kann mittels des Teleskopantriebs 16 der Abbildungsbereich bei Bedarf vergrößert werden. Dadurch wird ermöglicht, dass an der Seite eines Patiententisches während der Durchführung der einzelnen Aufnahmen durch eine Drehbewegung des C-Bogens 2 ein größerer Abstand eingehalten wird als von vorne oder hinten. Mittels des Teleskopantriebs 16 ist eine Vergrößerung des 2D-Abbildungsbereichs auch in der gestrichelt dargestellten Ausgangsposition möglich.
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Bei allen Verschiebungen des Detektors 7 mittels des Teleskopantriebs 16, sowohl tangential als auch radial, ist eine Justierung des Strahlenkegels 13 (Röntgenkegel) erforderlich, entweder durch eine Justierung motorisch angetriebener Blenden oder durch eine Neigung von Komponenten des Röntgenstrahlers 6 oder der gesamten Strahlerzeugungseinheit. Somit kann auch der komplette Eintank nachgeführt werden, da dieser ausbalanciert angebracht und somit leicht zu neigen ist.
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Die in den 3 und 4 anhand des Doppelpfeils 12 erkennbare im Vergleich zu den 1 und 2 verringerte Eindringtiefe ist für einen beabsichtigten 3D-Scan ausreichend, da sie immer noch größer als bei CT-Geräten ist, bei Bedarf kann die Eindringtiefe bei weiteren Aufnahmen durch Zurückfahren des Detektors wieder aufgeweitet werden.
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Die 5 bis 10 zeigen jeweils das Röntgengerät 1 in verschiedenen Positionen. Ausgehend von der in Position 3 gezeigten Ausgangsposition (Detektor gestrichelt dargestellt) wurde der C-Bogen 2 mit dem daran ortsfest angebrachten Röntgenstrahler 6 um die Drehachse 9 geschwenkt, so dass Schichtbilder unter unterschiedlichen Winkeln aufgenommen werden können. Aufgrund des nicht-isozentrischen C-Bogens ist dabei jeweils eine Nachführung des Detektors 7 erforderlich, so dass sich die Drehachse 9 in dem durch den Kreis 8 symbolisierten Abbildungsbereich befindet oder so dass die Drehachse 9 und der Mittelpunkt des Kreises 8 übereinstimmen. Dazu wird der Detektor 7 jeweils tangential, das heißt orbital verschoben. Die Ausrichtung des Strahlenkegels kann dabei sowohl durch Schwenken der entsprechenden Komponenten des Röntgenstrahlers 6 als auch durch eine entsprechende Ansteuerung motorischer Blenden, die dem Röntgenstrahler 6 zugeordnet sind, erfolgen.
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11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Röntgengeräts 18, das ähnlich wie die Röntgengeräte 1, 15 der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufgebaut ist und umfasst den über den Träger 3 an dem Grundkörper 4 drehbar gelagerten C-Bogen 2. Der Detektor 7 ist an dem C-Bogen 2 über eine Parallelogrammführung 19 bewegbar gelagert. Die Parallelogrammführung 19 dient somit als Mittel zum Verschieben des Detektors 7 entlang des C-Bogens 2. In 11 ist eine Ausgangsposition des Detektors 7 gestrichelt und eine verschobene Position mit durchgezogener Linie dargestellt. Die Parallelogrammführung 19 umfasst je zwei an einer Seite des C-Bogens 2 beabstandet angebrachte Streben, bei einer Verschiebung des Detektors 7 aus der Ausgangsposition wird dieser entlang einer kreissegmentförmigen Bahnkurve gleichzeitig tangential und radial nachgeführt. Ein Pfeil 20 in 11 verbindet die Ausgangsposition und die verschobene Position. Die Nachführung des Detektors 7 in tangentialer und radialer Richtung erfolgt somit zwangsweise durch die Parallelogrammführung 19, wobei die Nachführung entweder manuell oder mittels eines motorischen Antriebs erfolgen kann.
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Dementsprechend kann mit den in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Röntgengeräten 1, 15, 18 eine Tomosynthese durchgeführt werden. Dazu werden wie erwähnt die einzelnen Projektionsbilder gewonnen. Mittels Rekonstruktionsrechnung kann aus den Projektionsbildern ein 3D-Bild erzeugt werden, zur Gewinnung der einzelnen Projektionsbilder bewegt sich der Röntgenstrahler orbital über das zu untersuchende Objekt. Ein auf diese Weise erzeugtes 3D-Bild weist den Vorteil auf, dass es keine Überlagerungen enthält, die bei einem 2D-Röntgenbild zwangsläufig entstehen.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Röntgengerät
- 2
- C-Bogen
- 3
- Träger
- 4
- Grundkörper
- 5
- Rad
- 6
- Röntgenstrahler
- 7
- Detektor
- 8
- Kreis
- 9
- Drehachse
- 10
- Doppelpfeil
- 11
- Doppelpfeil
- 12
- Doppelpfeil
- 13
- Strahlenkegel
- 14
- Steuerungseinrichtung
- 15
- Röntgengerät
- 16
- Teleskopantrieb
- 17
- Kreis
- 18
- Röntgengerät
- 19
- Parallelogrammführung
- 20
- Pfeil
