DE102017214196A1

DE102017214196A1 - Röntgensystem sowie Verfahren zu dessen Betrieb

Info

Publication number: DE102017214196A1
Application number: DE102017214196.4A
Authority: DE
Inventors: Jörg Freudenberger; Petra Maurer
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2017-08-15
Filing date: 2017-08-15
Publication date: 2019-02-21
Also published as: US20240016458A1; WO2019034417A1; CN111031917A; CN111031917B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreib eines Röntgensystem (2) sowie ein hierzu geeignetes Röntgensystem (2) mit einer Röntgenquelle (4), welche im Betrieb an mehreren Röntgenbrennflecken (8) Röntgenstrahlung (10) erzeugt, wobei jedem Röntgenbrennfleck (8) jeweils ein Kollimator (12) zugeordnet ist, der die von dem jeweiligen Röntgenbrennfleck (8) erzeugte und auf einen gemeinsamen Detektor (14) gerichtete Röntgenstrahlung (10) selektiert, und wobei die Kollimatoren (12) bezüglich deren jeweils zugeordneten Röntgenbrennflecks (8) vorzugsweise feststehend angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgensystem mit einer Röntgenquelle, welche im Betrieb an mehreren Röntgenbrennflecken Röntgenstrahlung erzeugt, wobei jedem Röntgenbrennfleck jeweils ein Kollimator zugeordnet ist. Sie bezieht sich weiter auf ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Röntgensystems.
Röntgensysteme werden bei medizinischen Untersuchungen eingesetzt. Dabei wird Röntgenstrahlung in einem Röntgenbrennfleck einer Röntgenquelle erzeugt und von dort emittiert. Die Röntgenstrahlung durchdringt anschließend ein zu untersuchendes Objekt, wobei zumindest ein Anteil der Röntgenstrahlung vom Objekt absorbiert wird, und wobei die Röntgenstrahlung an einem, insbesondere digitalen, Detektor ein Röntgenbild erzeugt. Werden mehrere Röntgenbilder des Objekts (Projektionen) aus unterschiedlichen Raumwinkeln (Projektionswinkel) aufgenommen, können mittels eines geeigneten Algorithmus aus den Projektionen eine dreidimensionale Rekonstruktion des Objekts und daraus Bilddaten erstellt werden. Vorteilhaft können auf diese Weise Strukturen im Objekt verbessert unterschieden und lokalisiert werden, welche beispielsweise aufgrund deren Lage zueinander in einer einzelnen Aufnahme ein nur vergleichsweise undeutlich zu deutendes Röntgenbild ergeben. Beispielsweise ist bei einer Mammographie mittels einer sogenannten Tomosynthese eine im Vergleich zu einem herkömmlichen zweidimensionalen Mammogram der Brust ein Tumor von dem darüber bzw. darunterliegenden Gewebe vorteilhaft leichter unterscheidbar, weshalb Fehldiagnosen vermieden werden.
Bei der Tomosynthese werden mehrere Projektionen des Objekts unter einem jeweils unterschiedlichen Projektionswinkel des Objekts in einem eingeschränktem Winkelbereich aufgenommen, welcher beispielsweise zwischen 10° und 50° beträgt. Hierzu wird eine relative Orientierung des Detektors, des Objekts und eines Röntgenbrennflecks der Röntgenquelle zueinander verändert. Beispielsweise wird sowohl der Detektor als auch die Röntgenquelle in einer vorgegebenen Weise relativ zueinander bewegt. Alternativ ist der Detektor ortsfest angeordnet und lediglich die Röntgenquelle wird bewegt, oder die Röntgenquelle ist ortsfest angeordnet und lediglich der Detektor wird bewegt.
Die US 7,751,528 offenbart eine weitere Möglichkeit, wonach das Röntgensystem einen ortsfest angeordneten Detektor aufweist und die Röntgenquelle nicht mechanisch bewegt wird. Die Röntgenquelle weist hier mehrere ortsfeste Röntgenbrennflecke auf, welche sequenziell nacheinander aktiviert werden und Röntgenstrahlung aussenden. Die Röntgenbrennflecke sind örtlich derart verteilt, dass zur Rekonstruktion des Objekts geeignete Projektionen erzeugt werden. So sind die Röntgenbrennflecke beispielsweise auf einer zum Detektor parallelen Geraden angeordnet.
Bei der Aufnahme der Projektionen soll die von dem oder jedem Röntgenbrennfleck ausgesandte Röntgenstrahlung mittels eines Kollimators oder jeweils mittels eines Kollimators auf den Detektor kollimiert werden. Mit anderen Worten soll diejenige Röntgenstrahlung, welche nicht auf den Detektor gerichtet ist, mittels des Kollimators ausgeblendet werden. Auf diese Weise ist insbesondere bei einer Mammographie eine Exposition einer zu untersuchenden Person (Patientin) mit Röntgenstrahlung, welche nicht zur Bildgebung genutzt wird, vermieden und eine Strahlungsbelastung der Patientin verringert.
Die zu einer Untersuchung benötigte Zeit soll möglichst kurz sein. Auf diese Weise ist eine Bewegungsunschärfe der zu untersuchenden Person bei der Aufnahme der Projektionen verringert. Zudem ist beispielsweise bei der Mammographie eine für die zu untersuchende Person unkomfortable oder schmerzhafte Untersuchung verkürzt.
Beispielsweise werden die Röntgenquelle und/oder der Kollimator zur Aufnahme der Projektionen während der Untersuchung verstellt, so dass aufgrund des Verstellens vergleichsweise viel Zeit vergeht, welche nicht zur Aufnahme der Projektionen genutzt wird. In Folge dessen ist die zur Untersuchung benötigte Zeit vergleichsweise lange, so dass die Bewegungsunschärfe und/oder ein Unkomfort der zu untersuchenden Person vergleichsweise groß ist.
Aus der WO 2014/116665 A2 ist ein zur Tomosynthese geeignetes System mit mehreren Röntgenbrennflecken bekannt, bei welchem die von einem Röntgenbrennfleck ausgehende Röntgenstrahlung mittels eines gemeinsamen Kollimators oder mittels jeweils eines Kollimators kollimiert wird. Die Röntgengenquelle und/oder der Kollimator bzw. die Kollimatoren sind hierbei verstellbar angeordnet und ausgebildet, wie beispielsweise drehbar oder verfahrbar, so dass eine Aufnahmegeometrie an eine vorgesehene Untersuchung angepasst werden kann. Dazu müssen die Röntgenquelle und der Kollimator bzw. die Kollimatoren entsprechend gesteuert werden, und das System muss eine zum Verstellen geeignete Verstellvorrichtung aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Röntgensystem anzugeben, bei welchem eine Untersuchungsdauer möglichst kurz ist und/oder welches einen möglichst einfachen Aufbau aufweist. Des Weiteren soll ein geeignetes Verfahren zum Betrieb eines solchen Röntgensystems angegeben werden.
Bezüglich des Röntgensystems wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Röntgensystem weist eine Röntgenquelle auf, welche im Betrieb an mehreren Röntgenbrennflecken eine Röntgenstrahlung erzeugt. Dabei ist jedem Röntgenbrennfleck ein Kollimator zugeordnet, welcher die im jeweiligen Röntgenbrennfleck erzeugte und auf einen gemeinsamen Detektor gerichtete Strahlung selektiert. Mit anderen Worten wird die von den Röntgenbrennflecken emittierte Röntgenstrahlung mittels des jeweils zugeordneten Kollimators auf den allen Röntgenbrennflecken gemeinsamen Detektor kollimiert. Die Kollimatoren sind dabei bezüglich des jeweils zugeordneten Röntgenbrennflecks feststehend angeordnet. Mit anderen Worten ist eine Relativposition zwischen dem Röntgenbrennfleck und dem Kollimator zeitlich konstant.
Die von einem der Röntgenbrennflecke ausgesandte (emittierte) Röntgenstrahlung durchdringt ein zwischen dem Röntgenbrennfleck der Röntgenquelle und dem Detektor angeordnetes Objekt in einem (Projektions-)Winkel, welcher beispielsweise bezüglich einer Orientierung des Detektors oder vorzugsweise des Objekts bestimmt ist. Die Röntgenstrahlung wird mittels des Detektors erfasst. Auf diese Weise wird ein (Projektion) Röntgenbild mittels des Detektors aufgenommen. Zur dreidimensionalen Rekonstruktion und damit zur Erstellung von Bilddaten aus der Rekonstruktion werden von einem Objekt mindestens zwei unterschiedliche Projektionen, vorzugsweise eine der Anzahl der Röntgenbrennflecke entsprechende Anzahl an unterschiedlichen Projektionen aufgenommen. Mit anderen Worten sind mindestens zwei unter unterschiedlichen Projektionswinkeln aufgenommene Röntgenbilder zur Rekonstruktion notwendig.
Beim Betrieb des Röntgensystems wird in den Röntgenbrennflecken die Röntgenstrahlung erzeugt. Die Röntgenbrennflecke des Röntgensystems sind dabei in der Röntgenquelle räumlich verteilt angeordnet. Insbesondere sind die Röntgenbrennflecke zueinander beabstandet angeordnet, d.h. die Röntgenbrennflecke überdecken sich jeweils weder teilweise noch vollständig. Vorzugsweise weisen die Röntgenquelleorte die gleiche Größe auf, und vorzugsweise sind die Röntgenbrennflecke regelmäßig auf einer Linie oder auf einer Fläche angeordnet.
Beispielsweise sind die Röntgenbrennflecke äquidistant entlang einer Geraden, welche parallel zum Detektor verläuft. Alternativ sind die Röntgenbrennflecke entlang eines Kreisbogenabschnitts angeordnet, wobei der Kreisbogenabschnitt eine Ebene definiert, welche senkrecht zum Detektor angeordnet ist. In einer weiteren Alternative sind die Röntgenbrennflecke matrixförmig, d.h. gitterförmig auf einer ebenen oder im Wesentlichen kugelförmigen Fläche angeordnet. Aufgrund der regelmäßigen Anordnung ist insbesondere eine dreidimensionale Rekonstruktion des Objekts vereinfacht.
Aufgrund der räumlichen Verteilung der Röntgenbrennflecke werden Projektionen des Objekts aus unterschiedlichen Projektionswinkeln aufgenommen. Im Vergleich zu Röntgensystemen, welche lediglich einen einzelnen Röntgenbrennfleck aufweisen, ist auf diese Weise eine Aufnahme der Projektionen mit unterschiedlichen Projektionswinkeln ermöglicht, ohne dass die Röntgenquelle und somit der Röntgenbrennfleck verstellt, wie beispielsweise verfahren oder verschwenkt, werden muss.
Der Detektor ist dazu geeignet, die von der Röntgenquelle ausgesandte Röntgenstrahlung zu erfassen (detektieren), d.h. der Detektor ist sensitiv für elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich, welcher der ausgesandten Röntgenstrahlung entspricht. Insbesondere handelt es sich bei dem Detektor um einen digitalen Detektor, beispielsweise um einen Flachbilddetektor für Röntgenstrahlung (Festkörperdetektor) oder um einen Detektor mit einem Szintillator und einer Kamera.
Die Röntgenquelle ist mittels eines Steuergeräts insbesondere derart gesteuert, dass die Röntgenstrahlung zeitlich nacheinander, d.h. sequentiell, von den entsprechenden Röntgenbrennflecken ausgesendet wird. Beispielsweise wird ebenfalls mittels des Steuergeräts der Detektor derart angesteuert, dass die Aufnahme einer Projektion mittels des Detektors synchron (zeitgleich oder zeitkorreliert) mit der Exposition dessen durch die ausgesandte Röntgenstrahlung erfolgt.
Die Kollimatoren sind aus einem Material gebildet, welches Röntgenstrahlung möglichst effektiv absorbiert. Beispielsweise sind die Kollimatoren aus Blei, Wolfram oder Messing hergestellt. Des Weiteren sind die Kollimatoren derart geformt oder geometrisch ausgebildet, dass jeweils die von dem Röntgenbrennfleck, der dem Kollimator zugeordnet ist, ausgesandte Röntgenstrahlung auf den Detektor kollimiert ist/wird. Mit anderen Worten wird jeweils derjenige Teil der vom Röntgenbrennfleck ausgesandten Röntgenstrahlung mittels des Kollimators absorbiert, welche ohne Berücksichtigung einer Wechselwirkung der Röntgenstrahlung mit dem Objekt nicht auf den Detektor auftreffen würde. Zweckmäßigerweise ist der Kollimator zwischen dem zugeordneten Röntgenbrennfleck und dem Detektor angeordnet. Sofern sich das zu untersuchende Objekt zwischen dem Röntgenbrennfleck und dem Detektor befindet, ist der Kollimator zwischen dem Röntgenbrennfleck und dem Objekt angeordnet.
Beispielsweise sind die Kollimatoren zusammenhängend, einstückig oder einteilig ausgeführt. Vorzugsweise jedoch sind die Kollimatoren jeweils als ein separates Teil ausgeführt. Im Vergleich zur zusammenhängenden Ausführung ist auf diese Weise insbesondere eine individuelle Justage der einzelnen Kollimatoren bei deren Montage vorteilhaft ermöglicht.
Aufgrund der feststehenden Anordnung der Kollimatoren bezüglich des jeweiligen Röntgenbrennflecks und sofern der Detektor bezüglich der Röntgenbrennflecke feststehend angeordnet ist, ist es ermöglicht, dass jeweils ein Kollimator lediglich eine, von dessen dem Röntgenbrennfleck zugewandten Seite zu dessen dem Detektor zugewandten Seite, durchgehende Aussparung aufweist, welche im Betrieb des Röntgensystems von der Röntgenstrahlung ungehindert durchdrungen wird.
Insbesondere weist der Detektor eine rechteckige Detektorfläche auf, so dass die Aussparung zweckmäßigerweise pyramidenstumpfförmig ausgebildet ist. Der Kollimator weist somit keine Blenden oder andere verstellbare Elemente auf, weshalb vorteilhafterweise auch keine Steuerung für die Kollimatoren notwendig ist. Zusammenfassend ist ein besonders einfacher Aufbau des Kollimators realisiert.
Aufgrund der Kollimation der Röntgenstrahlung auf den Detektor ist das Objekt, wie beispielsweise ein Körperteil einer zu untersuchenden Person (Patient/in), lediglich von demjenigen Anteil der von den Röntgenbrennflecke ausgesandten Röntgenstrahlung durchsetzt, welche zu einer Aufnahme einer Projektion mittels des Detektors beitragen. Somit ist eine Strahlenbelastung der zu untersuchenden Person besonders gering. Des Weiteren ist besonders vorteilhaft aufgrund der feststehenden Anordnung der Kollimatoren bezüglich des jeweils zugeordneten Röntgenbrennflecks eine Untersuchungsdauer zur Aufnahme der Projektionen vergleichsweise gering.
Die Erfindung geht von folgender Überlegung aus, dass bei einem Röntgensystem, welches lediglich einen Röntgenbrennfleck aufweist, bei der Untersuchung des Objekts zur Aufnahme der Projektionen unter unterschiedlichen Projektionswinkeln sowohl die Röntgenquelle als auch der Kollimator entsprechend verstellt werden müsste. Bei Röntgensystemen mit mehreren Röntgenbrennflecken ist es nicht notwendig, zur Aufnahme der Projektionen die Röntgenquelle zu verstellen. Sofern jedoch die Kollimatoren bezüglich des jeweils zugeordneten Röntgenbrennflecks nicht feststehend angeordnet sind, und/oder sofern nicht jedem Röntgenbrennfleck ein eigener Kollimator zugeordnet ist, werden die Kollimatoren jeweils zur Kollimation der von einem Röntgenbrennfleck ausgesandten Röntgenstrahlung auf den Detektor während der Untersuchung verstellt. Dieses Verstellen ist vergleichsweise zeitintensiv, wobei insbesondere die Zeit zum Verstellen (Verstellzeit) im Vergleich zu einer Auslesezeit des Detektors vergleichsweise lang ist. In Folge dessen ist die Zeit zwischen der Aufnahme zweier Projektionen mit unterschiedlichen Projektionswinkeln im Wesentlichen durch die zum Verstellen benötigte Zeit bestimmt. Sind die Kollimatoren dagegen feststehend, so entfällt diese vergleichsweise lange Verstellzeit, weswegen die Untersuchungsdauer vorteilhaft verkürzt ist.
Zweckmäßigerweise ist die Röntgenquelle in einem Röntgenstrahlergehäuse angeordnet. Das Röntgenstrahlergehäuse deckt die Röntgenquelle sowie beispielsweise eine Elektronik des Röntgensystems ab.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Röntgenquelle als eine Röntgenröhre mit einer Anode und mit einer Anzahl an Kathoden ausgeführt. Mit anderen Worten sind die Anode und die Kathoden von einer gemeinsamen Vakuumhülle unter Bildung der Röntgenröhre umschlossen. Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung entspricht die Anzahl der Kathoden der Anzahl der Röntgenbrennflecke, so dass mittels einer Anode jeweils ein Röntgenbrennfleck erzeugt wird. Unter einem Röntgenbrennfleck ist somit derjenige Bereich der Anode zu verstehen, in welchem von der entsprechenden Kathode ausgesandten Elektronen mit der Anode wechselwirken und derart Röntgenstrahlung erzeugt wird. Alternativ weist die Röntgenröhre mehrere Anoden auf, welche beispielsweise jeweils einen Röntgenbrennfleck oder alternativ jeweils mehrere der Röntgenbrennflecke aufweist.
In einer alternativen Ausgestaltung weist die Röntgenquelle mehrere Röntgenröhren auf. Hierbei weist beispielsweise eine Röntgenröhre eine Anode mit einem Röntgenbrennfleck oder alternativ eine Anode mit mehreren Röntgenbrennflecken oder mehrere Anoden mit jeweils einem Röntgenbrennfleck oder mehrere Anoden mit mehreren Röntgenbrennflecken auf.
Allenfalls sind die Röntgenbrennflecke zur Aufnahme der Projektionen mit unterschiedlichen Projektionswinkeln in geeigneter Weise räumlich verteilt angeordnet.
Um eine bezüglich der Röntgenbrennflecke feststehende Anordnung der jeweils zugeordneten Kollimatoren und damit ein vergleichsweise einfacher Aufbau der Kollimatoren zu ermöglichen, beispielsweise ohne verstellbare Elemente, muss der Detektor bezüglich der Röntgenbrennflecke feststehend angeordnet sein. Zusätzlich muss jeweils der Kollimator eines zugeordneten Röntgenbrennflecks stets, d.h. ohne diesen zu verstellen, außerhalb desjenigen Raumbereichs angeordnet sein, welcher von auf den Detektor kollimierter Röntgenstrahlung der anderen Röntgenbrennflecke durchdrungen wird. Dies ist bei einer vergleichsweise nahen Anordnung der Kollimatoren an den entsprechenden Röntgenbrennflecken ermöglicht. Hierbei ergibt sich jeweils ein Maximalabstand des Kollimators von der Linie oder von der Fläche, auf welcher die Röntgenbrennflecke angeordnet sind, in welchem eine feststehende Anordnung des Kollimators bezüglich des zugeordneten Röntgenquellpunkts ermöglicht ist. Dieser ist insbesondere abhängig vom Abstand des Röntgenbrennflecks zu einem benachbarten Röntgenbrennfleck, von einer Breite des Detektors sowie von einem Abstand des Detektors zur Linie bzw. zur Fläche, auf welcher die Röntgenbrennpunkte angeordnet sind.
Zusammenfassend müssen die Kollimatoren derart angeordnet sein, dass die Kollimatoren einen Abstand von der Linie oder Fläche aufweisen, welcher kleiner ist als der Maximalabstand, um eine bezüglich der Röntgenbrennflecke feststehende Anordnung zu ermöglichen. Insbesondere sind aufgrund dieses Maximalabstands die Kollimatoren vorzugsweise innerhalb des Röntgenstrahlergehäuses angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kollimatoren in der Röntgenröhre angeordnet. In Folge dessen sind die Kollimatoren ausreichend nahe an den jeweils zugeordneten Röntgenbrennflecken angeordnet, d.h. die Kollimatoren weisen jeweils zur Linie bzw. zur Fläche, auf welcher die Röntgenbrennflecke angeordnet sind, einen geringeren Abstand als den Maximalabstand auf. Deshalb sind die Kollimatoren vorteilhaft feststehend bezüglich des zugeordneten Röntgenbrennflecks angeordnet.
Bevorzugt ist dabei jeweils ein Kollimator an ein Trägerelement angebunden. Dieses Trägerelement kann beispielsweise im Zuge einer Justage bei einem Montagevorgang vor Inbetriebnahme verstellt werden. Auf diese Weise ist insbesondere eine vergleichsweise einfache Justage der Kollimatoren ermöglicht.
In einer Alternative sind die Kollimatoren außerhalb der Röntgenröhre bzw. entsprechend außerhalb der Röntgenröhren angeordnet, sofern die Röntgenquelle mehr als eine Röntgenröhre aufweist. Hierbei sind die Kollimatoren jedoch nicht weiter als der jeweilige Maximalabstand von der die jeweils zugeordneten Röntgenbrennflecke aufweisenden Linie bzw. Fläche entfernt angeordnet. Beispielsweise sind die Kollimatoren jeweils analog zur Anordnung in der Röntgenröhre an einem zur Justage in einem Montageschritt verstellbaren Trägerelement angebunden.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind die Kollimatoren an der Anode angeordnet. Bei einer Ausführung der Röntgenquelle mit mehreren Anoden sind die Kollimatoren entsprechend an den Anoden angeordnet. In Folge dessen weisen die Kollimatoren einen vergleichsweise geringen Abstand zum jeweils zugeordneten Röntgenbrennfleck auf, so dass die Kollimatoren vorteilhaft feststehend angeordnet sind.
Insbesondere sind die Kollimatoren auf der Anode mittels eines additiven Verfahrens angebracht. Beispielsweise sind die Kollimatoren an die vorgesehenen Stellen mittels eines 3D-Druckverfahrens aufgedruckt. Alternativ sind die Kollimatoren jeweils vor deren Montage durch Fräsen oder Drehen hergestellt und anschließend an die für diese vorgesehene Stellen der Anode angebunden, wie gelötet, geschweißt, aufgesteckt oder stoffschlüssig angebunden (geklebt).
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind die Kollimatoren ein Bestandteil der Vakuumhülle. Dabei umfassen die Kollimatoren beispielsweise jeweils ein für Röntgenstrahlung transparentes Fenster der Vakuumhülle, durch welches die Röntgenstrahlung aus der Röntgenröhre austritt. Alternativ ist das Fenster endseitig an die Kollimatoren angebracht.
Alternativ sind die Kollimatoren an die Vakuumhülle der Röntgenröhre jeweils innenseitig oder außenseitig angebunden, wie beispielsweise geklebt, so dass die Röntgenstrahlung das Fenster der Vakuumhülle in dessen Strahlungsrichtung nach bzw. vor dem Kollimator durchdringt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird ein nach einer der oben beschriebenen Varianten ausgebildetes Röntgensystem bei einer Tomosynthese, insbesondere bei einer Mammographie, zur Erzeugung von Bilddaten verwendet. Das derart ausgebildete Röntgensystem weist aufgrund von feststehenden Kollimatoren einen vergleichsweise einfachen Aufbau auf. Des Weiteren ist vorteilhafterweise eine Untersuchungsdauer eines Objekts, insbesondere einer menschlichen Brust eines Patienten im Falle der Mammographie, mittels dieses Röntgensystems vergleichsweise kurz, weshalb eine Bewegungsunschärfe durch den Patienten verringert und/oder eine für den Patienten unkomfortable oder schmerzhafte Untersuchung verkürzt ist.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch ein Röntgensystem mit einer Röntgenquelle mit mehreren Röntgenröhren mit jeweils einem Röntgenbrennfleck, von welchen jeweils mittels eines Kollimators auf einen Detektor kollimierte Röntgenstrahlung emittiert wird, wobei die Röntgenstrahlung ein Objekt unter einem Projektionswinkel durchdringt,
2 schematisch die Röntgenquelle gemäß 1 in einer alternativen Ausgestaltung, wobei die Röntgenquelle als eine Röntgenröhre mit einer alle Röntgenbrennflecke aufweisenden und kreisbogenförmigen Anode ausgeführt ist, und wobei die Kollimatoren zusammenhängend ausgebildet und innerhalb der Röntgenröhre angeordnet sind,
3 schematisch eine alternative Ausführung der Röntgenröhre gemäß 2 in einem Querschnitt durch einen Röntgenbrennfleck, mit einer Kathode und mit einem Kollimator sowie mit der Anode, wobei der Kollimator an die Anode angebunden ist,
4 eine alternative Ausgestaltung der Röntgenröhre gemäß 3, wobei der Kollimator als ein Bestandteil einer Vakuumhülle der Röntgenröhre ausgebildet ist.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Röntgensystem 2 mit einer Röntgenquelle 4 dargestellt, welche mehrere Röntgenröhren 6 aufweist, wobei zum Zwecke einer verbesserten Übersicht beispielhaft lediglich vier Röntgenröhren 6 gezeigt sind. Die Röntgenröhren 6 werden im Betrieb mittels eines nicht weiter dargestellten Steuergeräts sequenziell, d.h. zeitlich aufeinanderfolgend, aktiviert, so dass jeweils von einem in der Röntgenröhre angeordneten Röntgenbrennfleck 8 Röntgenstrahlung 10 (3 und 4) ausgesendet wird.
Die von einem Röntgenbrennfleck 8 ausgesendete Röntgenstrahlung 10 ist dabei jeweils mittels eines Kollimators 12 auf einen Detektor 14 mit einer Detektorbreite D_B kollimiert, welcher bezüglich der Röntgenbrennflecke 8 feststehend angeordnet ist. Mit anderen Worten ist jeweils diejenige Röntgenstrahlung 10 mittels des dem entsprechenden Röntgenbrennfleck 8 zugeordneten Kollimators 12 ausgeblendet, welche nicht auf den Detektor gerichtet ist.
Die auf den Detektor 14 gerichtete Röntgenstrahlung 10 ist zusammenfassend als Strahl 15 dargestellt. Zusammenfassend wird mittels der Kollimatoren 12 diejenige, von deren jeweils zugeordnetem Röntgenbrennfleck 8 emittierte, Röntgenstrahlung 10 selektiert, welche auf den Detektor 14 gerichtet ist. In Folge dessen ist derjenige Anteil der Röntgenstrahlung 10, welcher nicht zu einer Projektion eines Objekts 16 beiträgt, vom jeweils zugeordneten Kollimator 12 absorbiert.
Mittels des Röntgensystems 2 werden mehrere Projektionen unter einem Projektionswinkel α erstellt, welche zur dreidimensionalen Rekonstruktion des Objekts 16 und zur Gewinnung von Bilddaten aus dieser Rekonstruktion mittels einer nicht weiter dargestellten Auswerteeinheit verwendet werden. Der Projektionswinkel α ist hier durch die Lage des jeweiligen Röntgenbrennflecks 8 bezüglich des Objekts 16 bestimmt. Zum Zwecke einer verbesserten Übersicht ist dabei lediglich ein Projektionswinkel α entsprechenden eines Röntgenbrennflecks 8 eingezeichnet.
Wie in der 1 dargestellt ist, ist der Detektor 14 sowie die Röntgenquelle 4 feststehend angeordnet, so dass ein Winkelbereich der Projektionswinkel α in Folge dessen eingeschränkt ist. Eine dreidimensionale Rekonstruktion eines Objekts 16 mittels aus einem eingeschränkten Winkelbereich aufgenommenen Projektionen wird im Weiteren als Tomosynthese bezeichnet. Zusammenfassend wird das Röntgensystem 2 somit bei einer Tomosynthese, insbesondere bei einer Mammographie, zur Erzeugung von Bilddaten aus einer dreidimensionalen Rekonstruktion des Objekts 16 verwendet.
Die Röntgenbrennflecke 8 sind äquidistant auf einer zum Detektor 14 parallelen und beabstandeten geraden Linie L angeordnet, was eine für die Rekonstruktion geeignete Anordnung darstellt. Dabei weist ein Röntgenbrennfleck 8 jeweils zu dessen benachbarten Röntgenbrennfleck 8 einen Abstand D_Q , und die Linie L weist einen Abstand D zum Detektor 14 auf.
Vorteilhafterweise sind die Kollimatoren 12 feststehend bezüglich deren jeweils zugeordneten Röntgenbrennflecks 8 angeordnet. Mit anderen Worten sind die Kollimatoren 12 nicht verstellbar oder beweglich. Die Kollimatoren weisen dabei einen Maximalabstand M zu der Linie L auf. Mit anderen Worten ist ein Kollimator 12 jeweils in einem Bereich angeordnet, welcher nicht von den kollimierten Strahlen 15 der anderen Röntgenbrennflecke 8 durchdrungen wird. Auf diese Weise sind die Kollimatoren 12 bezüglich deren jeweils zugeordneten Röntgenbrennflecks 8 feststehend angeordnet, ohne dabei den auf den Detektor 14 kollimierten Strahl 15 der anderen Röntgenbrennflecke 8 einzuschränken. Dabei gilt für den Maximalabstand M: M = D*D_Q/ (D_B+D_Q).
Auf Grund der feststehenden Anordnung der Kollimatoren 12 ist ein einfacher Aufbau der Kollimatoren 12 sowie des Röntgensystems 2 gegeben. Die Kollimatoren 12 weisen jeweils lediglich eine Aussparung 18 auf, welche sich von der dem zugeordneten Röntgenbrennfleck 8 zugewandten Seite des jeweiligen Kollimators 12 zu der dem Detektor 14 zugewandten Seite des jeweiligen Kollimators 12 durchgehend erstreckt. Somit weisen die Kollimatoren 12 keine verstellbaren Elemente wie beispielsweise verstellbare Blenden auf.
Zusammenfassend sind weder die Kollimatoren 12 verstellbar, noch weisen die Kollimatoren 12 verstellbare Elemente auf, so dass weder eine Verstellvorrichtung für der Kollimatoren 12 bzw. für verstellbaren Elemente noch eine entsprechende Steuerung für diese notwendig ist. Zudem entfällt aufgrund dessen eine zum Verstellen notwendige Zeit, so dass eine Gesamtdauer der Tomosynthese verkürzt ist.
In der 1 sind die Kollimatoren 14 außerhalb der entsprechenden Röntgenröhre 6, jedoch nicht weiter als der Maximalabstand M von der Linie L entfernt angeordnet. Die Röntgenquelle 4 und somit die Röntgenröhren 6 sind in einem gemeinsamen Röntgenstrahlergehäuse 20 angeordnet. Dabei sind vom Röntgenstrahlergehäuse 20 weitere nicht dargestellte Elemente wie beispielsweise eine Elektronik umfasst.
2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Röntgenquelle 4. Diese weist eine einzige Röntgenröhre 6 mit einer Anode 22 auf, auf welcher im Betrieb sequenziell mittels jeweils einer zugeordneten Kathode 24 (3 und 4) die Röntgenbrennflecke 8 erzeugt werden. Dabei ist hier die Linie L, auf welcher die Röntgenbrennflecke 8 angeordnet sind, kreisbogenförmig. Des Weiteren sind die Kollimatoren 12 innerhalb der Röntgenröhre 6 angeordnet, wobei die Kollimatoren 12 zusammenhängend ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind die Kollimatoren 12 als ein Element mit einer der Anzahl der Röntgenbrennflecke 8 entsprechenden Anzahl an Aussparungen 18 ausgebildet. Die Kollimatoren 12 sind feststehend bezüglich der Anode 22 angeordnet. Dabei sind die Kollimatoren 12 an ein nicht weiter dargestelltes Trägerelement angebunden. Mittels diesem ist eine Justage der Kollimatoren 12 bei der Montage des Röntgensystems 2 vor dessen Inbetriebnahme ermöglicht.
In 3 ist eine alternative Ausführung der Röntgenröhre 6 gemäß der 2 in einem Querschnitt durch einen Röntgenbrennfleck 8 gezeigt, mit Blickrichtung entlang der Linie L. Dabei sind lediglich die in der Schnittebene angeordnete Kathode 24 und der in der Schnittebene angeordnete Kollimator 12 gezeigt. Jedoch sind in der Röntgenröhre 6 eine der Anzahl der Röntgenbrennflecke 8 entsprechende Anzahl an Kathoden 24 angeordnet. Dabei wird mittels einer Kathode 24 jeweils ein Röntgenbrennfleck 8 erzeugt.
Hierzu werden aus der Kathode 24 emittierte Elektronen 26 aufgrund einer zwischen der Kathode 24 und der Anode 22 anliegenden Hochspannung U_H zur Anode 22 hin beschleunigt. Diese wechselwirken anschließend im Röntgenbrennfleck 8 der Anode 22 unter Erzeugung der Röntgenstrahlung 10 mit der Anode 22. Der Strahl 15 der kollimierten Röntgenstrahlung 10 dringt durch ein für Röntgenstrahlung 10 transparentes Fenster 28 der die Röntgenröhre 6 umschließenden Vakuumhülle 30 nach außerhalb der Röntgenröhre 6.
Im Unterschied zur Ausführung gemäß 2 ist der Kollimator 12 in die Anode 22 integriert. Insbesondere ist der Kollimator 12 auf der Anode 22 mittels eines additiven Verfahrens angebracht, beispielsweise mittels eines 3D-Druckverfahrens. Auf diese Weise sind die Kollimatoren 12 feststehend bezüglich deren jeweils zugeordneten Röntgenbrennflecks 8 angeordnet.
4 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Röntgenröhre 6 im Querschnitt. Analog zur 3 weist die Röntgenröhre die Anode 22 sowie die Kathoden 24 zur Erzeugung der Röntgenstrahlung 10 in den entsprechenden Röntgenbrennflecken 8 auf, jedoch sind in dieser Darstellung lediglich die in der Schnittebene angeordnete Kathode 24 und der in der Schnittebene angeordnete Kollimator 12 gezeigt. Der Kollimator 12 ist ein Bestandteil der Vakuumhülle 30 der Röntgenröhre 6, so dass der Kollimator 12 feststehend bezüglich dessen zugeordneten Röntgenbrennflecks 8 angeordnet ist. Das Fenster 28 der Vakuumhülle 30 der Röntgenröhre 6 ist hier röhreninnenseitig am Kollimator 12 angeordnet.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle in Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7751528 [0004]
WO 2014/116665 A2 [0008]

Claims

Röntgensystem (2), aufweisend eine Röntgenquelle (4), welche im Betrieb an mehreren Röntgenbrennflecken (8) Röntgenstrahlung (10) erzeugt, - wobei jedem Röntgenbrennfleck (8) jeweils ein Kollimator (12) zugeordnet ist, der die im jeweiligen Röntgenbrennfleck (8) erzeugte und auf einen gemeinsamen Detektor (14) gerichtete Röntgenstrahlung (10) selektiert, und - wobei die Kollimatoren (12) bezüglich deren jeweils zugeordneten Röntgenbrennflecks (8) feststehend angeordnet sind.
Röntgensystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenquelle (4) als eine Röntgenröhre (6) mit einer die Röntgenbrennflecke (8) aufweisenden Anode (22) und mit einer Anzahl an Kathoden (24) ausgeführt ist.
Röntgensystem (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an Kathoden (24) der Anzahl der Röntgenbrennflecke (8) entspricht.
Röntgensystem (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimatoren (12) in der Röntgenröhre (6) angeordnet sind.
Röntgensystem (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimatoren (12) an der Anode (22) angeordnet sind.
Röntgensystem (2) nach einem Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Kollimatoren (12) ein Bestandteil einer Vakuumhülle (30) der Röntgenröhre (6) ist.
Röntgensystem (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Röntgenbrennfleck (8) eine Röntgenröhre (6) sowie jeweils ein innerhalb eines Röntgenstrahlergehäuses (20) angeordneter Kollimator (12) zugeordnet ist.
Verwendung eines Röntgensystems (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Erzeugung von Bilddaten bei einer Tomosynthese, insbesondere einer Mammographie.
Verfahren zum Betreiben eines Röntgensystems (2) mit einer Röntgenquelle (4), die Röntgenstrahlung (10) an mehreren Röntgenbrennflecken (8) erzeugt, denen jeweils ein Kollimator (12) zugeordnet ist, - wobei der jeweilige Kollimator (12) denjenigen Anteil der im jeweiligen Röntgenbrennfleck (8) erzeugten Röntgenstrahlung (10) selektiert, welcher auf einen den Röntgenbrennflecken (8) gemeinsamen Detektor (14) gerichtet ist.