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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Computertomographie-System, einen Teilring für ein Computertomographie-System und ein Verfahren zum Generieren von Computertomographie-Daten
Computertomographie-(CT-)Systeme, insbesondere im medizinischen Umfeld, sind aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts hinsichtlich ihrer Anwendung limitiert. Beispielsweise im Therapiebereich, insbesondere bei der Unterstützung von Operationen oder der Strahlentherapie, sind die Einsatzmöglichkeiten aufgrund der Größe, insbesondere in radialer Richtung, und der wenig flexiblen Installation beschränkt. Zwar gibt es bereits Ansätze wie eine „Sliding Gantry“, also einem beweglichen Ringtunnel, die eine Bildgebung ohne Bewegung eines Subjekts, z.B. eines Patienten, ermöglicht. Diese sind jedoch u.a. aufgrund ihrer Größe nur schwer in den klinischen Arbeitsablauf integrierbar. Ansätze, eine 3D-Bildgebung mittels C-Bögen zu realisieren, stellen nach wie vor eine recht hohe Unfallgefahr dar und liefern üblicherweise eine verhältnismäßig schlechte Bildqualität, u.a. aufgrund ihres eingeschränkten Sichtfeldes.
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Die
US 2015/0305697 A1 beschreibt eine Gantry mit einen Röntgenstrahlenquellenring und einem Detektorring sowie einem rotierenden Wedge-Filter.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Computertomographie-System bereitzustellen, welches sowohl möglichst platzsparend als auch möglichst gut transportabel und flexible einsetzbar ist, ohne dabei allzu große Abstriche hinsichtlich der Bildqualität zu machen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Computertomographie-System gemäß Anspruch 1, einem Teilring für ein Computertomographie-System gemäß Anspruch 19 und einem Verfahren gemäß Anspruch 20 gelöst. Weitere Vorteile und Eigenschaften ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Die Erfindung betrifft ein Computertomographie-System, aufweisend einen Satz von Teilringen,
- - wobei die Teilringe des Satzes von Teilringen miteinander lösbar verbindbar sind, insbesondere miteinander lösbar verbunden sind,
- - wobei der Satz von Teilringen zumindest eine röntgenstrahlenerzeugende Einheit aufweist,
- - wobei der Satz von Teilringen zumindest eine Detektoreinheit, die dazu eingerichtet ist, von der zumindest einen röntgenstrahlenerzeugenden Einheit erzeugte Röntgenstrahlen zu erfassen, aufweist,
- - wobei das Computertomographie-System ferner eine Datenerfassungseinheit, die dazu eingerichtet ist, von der zumindest einen Detektoreinheit erfasste Daten digital zu speichern und/oder an eine Datenverarbeitungseinheit weiterzuleiten, aufweist,
- - wobei jeder Teilring des Satzes von Teilringen jeweils in Form eines entsprechenden Kreisbogens mit einem Mittelpunktswinkel, der kleiner als 360° ist, ausgebildet ist,
- - wobei ein erster Teilring des Satzes von Teilringen einen Abschnitt der zumindest einen röntgenstrahlenerzeugenden Einheit aufweist,
- - wobei ein zweiter Teilring des Satzes von Teilringen einen Abschnitt der zumindest einen Detektoreinheit aufweist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Abschnitt der zumindest einen röntgenstrahlenerzeugenden Einheit eine Vielzahl von Röntgenstrahlquellen aufweist, die entlang einer Kreisumfangsrichtung des ersten Teilrings, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, kreisbogenförmig angeordnet sind und die dazu eingerichtet sind, jeweils einzeln Röntgenstrahlen erzeugen zu können, und dass das Computertomographie-System dazu konfiguriert ist, die Röntgenstrahlquellen der Vielzahl von Röntgenstrahlenquellen einzeln anzusteuern.
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Der Satz von Teilringen kann insbesondere aus dem ersten Teilring des Satzes von Teilringen und dem zweiten Teilring des Satzes von Teilringen bestehen. Alternativ kann der Satz von Teilringen zusätzlich zu dem ersten Teilring des Satzes von Teilringen und dem zweiten Teilring des Satzes von Teilringen wenigstens einen weiteren Teilring des Satzes von Teilringen aufweisen. Der erste Teilring des Satzes von Teilring und der zweite Teilring des Satzes von Teilringen können beispielsweise unmittelbar miteinander lösbar verbindbar sein oder mittels des wenigstens einen weiteren Teilrings des Satzes von Teilringen miteinander lösbar verbindbar sein.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der zweite Teilring des Satzes von Teilringen verschieden von dem ersten Teilring des Satzes von Teilringen ist. Im Folgenden werden der erste Teilring des Satzes von Teilringen und der zweite Teilring des Satzes von Teilringen zusammengefasst auch als „die beiden Teilringe“ bezeichnet.
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Der Satz von Teilringen kann derart ausgebildet sein, dass die Teilringe des Satzes von Teilringen zusammen eine Gantry des Computertomographie-Systems bilden können, wenn die Teilringe des Satzes von Teilringen miteinander lösbar verbunden sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Teilringe des Satzes von Teilringen derart miteinander lösbar verbunden sind, dass die Teilringe des Satzes von Teilringen zusammen die Gantry des Computertomographie-Systems bilden.
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Im Folgenden ist mit einer Formulierung, der zufolge Teilringe zusammengesetzt sind, gemeint, dass die Teilringe lösbar miteinander verbunden sind. Im Folgenden ist mit einem zusammengesetzten Zustand ein Zustand des Computertomographie-Systems gemeint, in dem die Teilringe des Satzes von Teilringen miteinander lösbar verbunden sind, insbesondere derart miteinander lösbar verbunden sind, dass die Teilringe des Satzes von Teilringen zusammen einen Vollring bilden.
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Die Gantry kann insbesondere eine tunnelförmige Öffnung aufweisen. In die tunnelförmige Öffnung kann beispielsweise ein Subjekt, wie beispielswiese ein Patient, zur Untersuchung mittels des Computertomographie-Systems einführbar sein.
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Beispielsweise kann die Gantry einen Durchmesser von 30 bis 500 cm, bevorzugt von 50 cm bis 200 cm haben. Vorzugsweise kann jeder einzelne Teilring weniger als einen kompletten Kreisbogen in Kreisumfangsrichtung umfassen. Mit anderen Worten kann jeder Teilring beispielsweise als offener Kreis oder als in Umfangrichtung nicht vollständig geschlossene Zylindermantelfläche betrachtet werden.
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Vorzugsweise kann jeder Teilring eine Erstreckung in Axialrichtung, im Folgenden auch als z-Richtung bezeichnet, aufweisen. In einer Ausführungsform ist die Erstreckung der beiden Teilringe in Axialrichtung im Wesentlichen gleich groß. Insbesondere können die Teilringe in ihrer Form und/oder ihrem Aufbau im Wesentlichen identisch oder quasi-identisch sein. Es ist aber auch denkbar, dass die Erstreckung der beiden Teilringe in Axialrichtung sich unterscheidet.
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Die Verwendung von Teilringen hat den Vorteil, dass das Computertomographie-System leichter zu transportieren und gegebenenfalls zu lagern ist, da es auseinandergenommen werden kann. Die einzelnen Teilringe können insbesondere jeweils ein geringeres Gewicht und eine geringere Größe aufweisen als ein komplettes Computertomographie-System. Es ist daher einfacher möglich, dass System mobil einzusetzen, indem es beispielsweise am Einsatzort zusammengesetzt wird.
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Denkbar ist zum Beispiel das Mitführen in einem Krankenwagen oder das flexible Aufbauen in einem Container, der z.B. als temporäre Behandlungsstation dienen kann. Auch ist es denkbar, einen Raum, in dem Computertomographie-Messungen durchgeführt werden, zusätzlich auch für andere Zwecke zu nutzen, indem das Computertomographie-System zwischenzeitlich relativ schnell abgebaut und verstaut und auch wieder schnell aufgebaut werden kann.
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Des Weiteren können die trennbaren Teilringe den Vorteil haben, dass sie einfach um ein Subjekt herum angeordnet werden können. Beispielsweise können die Teilringe um einen Patienten auf einem OP-Tisch herum angeordnet werden. Der Patient muss für eine CT-Messung also nicht erst umgelagert werden. Zudem können die zwei Teilringe es ermöglichen einen Aufbau des Computertomographie-Systems mit Rücksichtnahme auf andere Gegenstände, beispielsweise Operationswerkzeuge vorzunehmen.
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Denkbar ist es zum Beispiel, einen oberen Teilring von oben herab mit einem Hebearm herabzulassen und einen unteren Teilring unter eine Liege zu schieben und dann anzuheben. Aber auch Einsätze abseits von medizinischen Anwendungen sind denkbar. Beispielsweise können archäologische Objekte, die möglichst wenig bewegt werden sollen oder die aufgrund ihrer Form nicht auf einer herkömmlichen CT-Liege platziert werden können, untersucht werden, indem die beiden Teilringe um das jeweils zu untersuchende Objekt herum angeordnet werden.
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Vorzugsweise kann die Gantry des Computertomographie-Systems im Einsatz in z-Richtung verschiebbar bzw. bewegbar sein, beispielsweise mittels Haltearmen. Eine verschiebbare Gantry kann es ermöglichen, dass Messungen an nicht beweglichen Subjekten oder Objekten durchzuführen. Alternativ ist es auch denkbar, dass das Computertomographie-System selbst eine Liege umfasst. In diesem Fall kann die Liege des Computertomographie-System und/oder die Gantry in z-Richtung verschiebbar bzw. bewegbar sein.
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Die Röntgenstrahlquellen können bevorzugt zumindest eine Anode und einen Elektronenemitter, der als Kathode fungiert, umfassen. Die Röntgenstrahlquellen können derart ausgebildet sein, dass sie, wenn sie angesteuert werden, eine Beschleunigungsspannung zwischen Kathode und Anode aufbauen. Insbesondere kann zwischen Kathode und Anode eine Fokussiereinheit angeordnet sein, die dazu ausgebildet ist, emittierte und beschleunigte Elektronen auf einen Punkt der Anode zu fokussieren. Die Anode kann beispielsweise eine Wolfram-Anode sein. Insbesondere kann die Anode dazu dienen die Elektronen abzubremsen und somit eine Brems- bzw. Röntgenstrahlung zu erzeugen.
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Die Kathode kann vorzugsweise eine kalte Kathode sein. Kalte Kathoden können unter Verwendung einer ausreichend hohen Spannung bereits bei relativ niedrigen Temperaturen, beispielsweise bei ca. Raumtemperatur, emittieren. Vorzugsweise basiert die Elektronenemission bei einer kalten Kathode auf einer hohen Spannung, beispielsweise auf dem Prinzip der Feldemission, und nicht auf der Temperatur der Kathode, d.h. nicht auf Glühemission. Beispielsweise kann die kalte Kathode aus nanostrukturiertem Kohlenstoff bestehen, insbesondere geringe Krümmungsradien, beispielsweise eine oder mehrere dünne Spitzen, können günstig sein. Vorzugsweise kann die röntgenstrahlerzeugende Einheit eine Fläche, insbesondere auf einem Substrat oder Chip, mit einer Vielzahl von Kathoden, insbesondere kalten Kathoden, umfassen. Dazu können beispielsweise kalte Kathoden in einem Mikrosystem, insbesondere in einem MEMS („microelectromechanical system“, zu Deutsch „Mikro-Elektro-Mechanisches System“), angeordnet sein.
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Das Substrat bzw. der Chip können beispielsweise aus einem Halbleiter, insbesondere Silizium oder Galliumarsenid, aus Polymeren, aus einem Metall, aus einer Keramik und/oder aus einem Kunststoff hergestellt sein. Ein derartiges System kann beispielsweise in einem kostengünstigen und geringen Maße ermöglichenden MEMS-Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise können pro Teilring 100 bis 10000, bevorzugt 500 bis 4000 Kathoden vorgesehen sein. Die Kathoden sind vorzugsweise dazu ausgebildet, jeweils einzeln angesteuert werden zu können. Durch die Verwendung von kalten Kathoden kann es vorteilhafterweise möglich sein, eine große Zahl von Kathoden auf engem Raum anzuordnen, ohne dass Probleme durch eine zu große Hitzeentwicklung auftreten. Vorzugsweise können die Kathoden in einer Kreisumfangsrichtung ihres jeweiligen Teilrings kreisförmig angeordnet sein.
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Jeder Kathode kann eine Anode zugeordnet sein. Alternativ können mehrere oder alle Kathoden jeweils einer röntgenstrahlerzeugenden Einheit einer gemeinsamen Anode zugeordnet sein. Bevorzugt ist dabei jeder Kathode ein anderer Ort der Anode zugeordnet. Mit anderen Worten können die Kathoden bevorzugt derart konfiguriert sein, dass ein durch die jeweiligen Kathoden erzeugter Elektronenstrahl jeweils an unterschiedlichen Stellen auf die Anode auftrifft. Demnach kann jeder Kathode eine Stelle oder ein Bereich auf der gemeinsamen Anode zugeordnet sein. In diesem Fall können die einzelnen Röntgenstrahlquellen vorzugsweise durch jeweils eine Kathode und die ihr zugeordnete Stelle bzw. den ihr zugeordneten Bereich auf der Anode definiert sein.
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Es ist denkbar, dass der Auftreffpunkt der Elektronen von jeweils einer Kathode auf der Anode, insbesondere in einem gewissen Bereich, variierbar ist, beispielsweise mittels einer variablen Fokussiereinheit. Vorzugsweise ist die Anode in Bezug zu der Radialrichtung der Gantry bzw. des Teilrings geneigt. Vorzugsweise ist die Anode derart angeordnet, dass ein für die Bildgebung genutzte Spektrum der Röntgenstrahlen nicht oder möglichst wenig durch den Heel-Effekt beeinträchtigt ist. Beim Heel-Effekt variiert die Intensität der Röntgenstrahlen in Abhängigkeit vom Abstrahlungswinkel, insbesondere in r,z-Richtung. Die Intensität der Röntgenstrahlen hängt dabei von dem Weg der Röntgenstrahlen durch die Anode ab, je länger der Weg, desto mehr Photonen werden absorbiert und desto geringer ist die Intensität des Röntgenstrahls.
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Eine stark geneigte Anodenfläche und auch ein größerer Abstand zum untersuchenden Subjekt oder Objekt verringert den Heel-Effekt. Da eine zu stark geneigte Anode die Auflösung negativ beeinflussen kann, kann es hier vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Anodenwinkel so eingestellt ist, dass sowohl der Heel-Effekt ausreichend gering ist und gleichzeitig die Auflösung ausreichend gut ist.
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Bevorzugt kann das Computertomographie-System dazu konfiguriert sein, die Röntgenstrahlquellen nacheinander, insbesondere gepulst, anzusteuern. Insbesondere kann eine sehr schnelle, gepulste Schaltung der Ansteuerung vorgesehen bzw. möglich sein. Werden die verschiedenen Röntgenstrahlquellen sehr schnell, und insbesondere asynchron, angesteuert, kann eine Beeinträchtigung der Bildqualität durch Querstreuung vermieden werden. Mit anderen Worten kann eine Interferenz der Signale, insbesondere quergestreuter Signale, der verschiedenen Röntgenstrahlquellen vermieden werden. In einer Variante kann das Computertomographie-System dazu konfiguriert sein, die Fokusgröße durch Ansteuerung vorbestimmter Mengen von Kathoden, insbesondere benachbarter Kathoden, einzustellen.
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Das Computertomographie-System kann eine Bedienkonsole und/oder eine Benutzerschnittstelle umfassen und/oder dazu konfiguriert sein, mit einer Bedienkonsole und/oder einer Benutzerschnittstelle verbindbar und/oder durch sie steuerbar zu sein. Es ist denkbar, dass das Computertomographie-System dazu ausgebildet ist, es einem Nutzer über die Bedienkonsole bzw. Benutzerschnittstelle zu ermöglichen, das Ansteuern der Röntgenstrahlquellen zu kontrollieren und/oder einzustellen.
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Vorzugsweise können die Kathode und die Anode sowie der Weg der beschleunigten Elektronen von der Kathode zu der Anode unter Vakuum stehen. Insbesondere kann ein gesamter Bereich der röntgenstrahlerzeugenden Einheit, der die Kathoden, die Anoden und den Elektronenweg umfasst in einem Vakuum angeordnet sein.
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Vorzugsweise kann die zumindest eine Detektoreinheit derart konfiguriert sein, dass sie Röntgenstrahlen synchron zu der Ansteuerung der Röntgenquellen erfasst. Insbesondere können Detektorelemente der Detektoreinheit dazu konfiguriert sein, dass sie Röntgenstrahlen synchron zu der Ansteuerung der Röntgenquellen erfassen. Beispielsweise kann die zumindest eine Detektoreinheit dazu konfiguriert sein, dass sie jeweils mit Detektorelementen Röntgenstrahlen erfasst, die gegenüber der aktuell angesteuerten Röntgenstrahlquelle, insbesondere in Umfangsrichtung um 180° versetzt, platziert ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Detektoreinheit in einer Kreisumfangsrichtung kreisförmig an einem oder beiden Teilringen angeordnet sein. Insbesondere kann die Detektoreinheit aus einer Vielzahl von Detektoren bestehen, die gleichmäßig in Kreisumfangsrichtung angeordnet sind. Beispielsweise kann eine Szintillator-Detektortechnologie oder eine direktwandelnde, d.h. insbesondere zählende („Counting“), Detektortechnologie verwendet werden.
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Mit der Vielzahl von einzeln ansteuerbaren Röntgenquellen, die in Umfangsrichtung angeordnet sind, kann, insbesondere in Kombination mit einer ebenfalls kreisförmig angeordneten Detektoreinheit, eine bewegliche, insbesondere rotierende, Röntgenquelle simuliert werden, ohne dass die Gantry tatsächlich rotieren muss. Dies kann vorteilhaft sein, da aus dem Stand der Technik bekannte CT-Systeme oft mit sehr großen Drehgeschwindigkeiten operieren, um eine schnellere Messgeschwindigkeit zu erreichen, wodurch große Kräfte auftreten. Insbesondere beschränkt die Notwendigkeit des Drehens die Geschwindigkeit, mit der Messungen durchgeführt werden können.
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Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung kann das Computertomographie-System vorteilhafterweise ohne Drehung einer Röntgenröhre und gegebenenfalls einer Detektoreinheit operiert werden. Zum einen können dadurch prinzipiell schnellere Messungen ermöglicht werden, zum anderen ist es möglich eine weniger robuste und damit leichtere Bauweise des Systems zu verwenden und dadurch eine weiterhin verbesserte Transportierbarkeit zu erreichen. Beispielsweise kann die Röntgenstrahlerzeugende Einheit und/oder die Detektoreinheit sehr kompakt angeordnet sein bzw. einen sehr günstigen bzw. platzsparenden Formfaktor aufweisen. Die röntgenstrahlerzeugende Einheit und/oder die Detektoreinheit kann/können eine Bauform im Bereich von wenigen Zentimetern, bevorzugt von 3-20 Zentimetern, besonders bevorzugt von 3-10 Zentimetern, in Axialrichtung (bzw. z-Richtung) und/oder Radialrichtung (bzw. r-Richtung) aufweisen. Ein weiterer Vorteil einer nichtrotierenden Gantry kann es sein, dass die Notwendigkeit von Schleifringen und/oder einem Gantry-Lager entfallen kann.
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Zudem kann die Kühlung eines solchen Systems vereinfacht sein. Beispielsweise kann eine nicht rotierende Anode thermisch direkt an die Gantry gekoppelt sein. Beispielsweise können zusätzliche Finnenkühler vorgesehen sein. Bei niedrigen Röntgenleistungen ist es denkbar, dass eine Kühlung über eine Kopplung an das Gehäuse der Gantry ausreichend sein kann. Es kann eine Luft- oder Wasserkühlung, insbesondere ein direkter Anschluss an eine Kühlschlange und/oder an einen Hausanschluss, für die Anode vorgesehen sein. Eine aufwändige Einkopplung kann hiermit überflüssig sein. Ähnliche Überlegungen gelten für die Kathode, bzw. eine Steuereinheit der Kathode.
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Die Teilringe des Satzes von Teilringen können insbesondere mittels eines formschlüssigen Verbindungsmechanismus miteinander lösbar verbindbar sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Teilringe des Satzes von Teilringen derart miteinander lösbar verbindbar sind, dass die Teilringe des Satzes von Teilringen zusammen einen Vollring bilden, wenn die Teilringe des Satzes von Teilringen derart miteinander lösbar verbunden sind.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Teilringe des Satzes von Teilringen derart miteinander lösbar verbunden sind, dass die Teilringe des Satzes von Teilringen zusammen einen Vollring bilden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass jeder Teilring des Satzes von Teilringen jeweils einen entsprechenden kreisbogenförmigen Teil eines Kreisumfangs des Vollrings abdeckt.
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Beispielsweise kann der formschlüssige Verbindungsmechanismus mittels einer Hinterschneidung und/oder Einkerbung und/oder einer Feder oder Passfeder realisiert sein. Denkbar ist z.B. ein Einrast- oder Klick-Mechanismus. Die beiden Teilringe können insbesondere komplementäre Teile eines Vollrings sein. Es ist denkbar, dass die beiden Teilringe sich im zusammengesetzten Zustand überschneiden. Beispielsweise kann ein Teilring nach unten geöffnet und einer nach oben geöffnet sein.
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Dies kann insbesondere bedeuten, dass die Teilringe in vertikaler Richtung lösbar miteinander verbindbar sind. Alternativ können die Teilringe auch mit ihrer Öffnung seitlich ausgerichtet sein und beispielsweise in horizontaler Richtung lösbar miteinander verbindbar sein. Grundsätzlich kann die Anordnung der Teilringe aber unter irgendeinem Winkel vorgesehen sein. Beispielsweise ist auch eine flexible Anpassung an die äußeren Gegebenheiten, z.B. die Geometrie eines Operationstisches oder die Platzverhältnisse in einem Untersuchungsraum, denkbar.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass jeder Teilring des Satzes von Teilringen jeweils in Form eines entsprechenden Kreisbogens mit einem Mittelpunktswinkel, der größer als 170° und kleiner als 270° ist, ausgebildet ist.
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Der Mittelpunktswinkel kann in diesem Kontext dabei als der Winkel, der durch die Enden eines Teilkreises bzw. des Teilrings und den Mittelpunkt bestimmt wird, angesehen werden, wobei grundsätzlich der Winkel verwendet wird, der zum Inneren des Teilkreises hingerichtet ist. Der Mittelpunktswinkel ist damit umso größer, je größer der relative Umfang des Teilrings mit Bezug zu einem Vollring ist. Es ist demnach in dieser Ausführungsform auch denkbar, dass die Teilringe sich im zusammengesetzten Zustand teilweise überlappen. Gemäß einer Variante können die Teilringe jeweils im Wesentlichen einen Halbkreis bzw. Halbring bilden. In diesem Fall kann der Mittelpunktswinkel also im Wesentlichen 180°C betragen. Dies kann insbesondere zur Folge haben, dass die Teilringe sich kaum oder gar nicht überlappen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der erste Teilring und/oder der zweite Teilring an einem Haltearm, der insbesondere schwenkbar angeordnet sein kann, befestigt ist.
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Vorzugsweise können beide Teilringe an einem Haltearm befestigt sein. Der Haltearm kann schwenkbar und/oder ausfahrbar sein. Beispielsweise kann der Haltearm einen Teleskopmechanismus aufweisen. Ein Teilring, beispielsweise ein oberer Teilring, kann über einen schwenkbaren Haltearm oder ein Schienensystem an der Decke eines Raums montiert oder montierbar ist. Ein unterer Teilring kann unabhängig dazu befestigt sein, beispielsweise mittels eines schwenkbaren Arms oder auf einem fahrbaren Untersatz, insbesondere mit Hebemechanismus.
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Der Haltearm kann vom Nutzer einstellbar sein. Beispielsweise kann ein Winkel, unter dem ein Teilring angeordnet ist, einstellbar sein. Der jeweils andere Teilring kann äquivalent zu dem ersten Teilring anordenbar sein, vorzugsweise in Umfangsrichtung um 180° versetzt. Ein Teilring kann beispielsweise von schräg linkes oder schräg rechts heranführbar sein, während der andere Teilring aus der entgegengesetzten Richtung heranführbar sein kann. Der Haltearm kann per Fernsteuerung oder manuell verstellbar sein.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass jeder Teilring des Satzes von Teilringen jeweils einen entsprechenden Abschnitt der zumindest einen röntgenstrahlerzeugenden Einheit und jeweils einen entsprechenden Abschnitt der zumindest einen Detektoreinheit aufweist.
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Durch diese Konfiguration kann es insbesondere ermöglicht sein, Röntgenstrahlen von jedem Winkel aus zu messen und zu detektieren. Insbesondere kann somit beispielsweise eine Rotation um den kompletten Umfang der Gantry, d.h. um 360° simuliert werden. Vorzugsweise können im Wesentlichen quasi identische Teilringe vorgesehen sein, wobei im zusammengesetzten Zustand Röntgenquellen und Detektoren um den kompletten Kreisumfang, insbesondere gleichmäßig, verteilt angeordnet sind. Die Teilringe könnten jeweils gleich aufgebaut sein.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zumindest eine Detektoreinheit als Detektorring ausgebildet ist, der in einem Zustand, in dem die Teilringe des Satzes von Teilringen zusammengesetzt sind, insbesondere zu dem Vollring zusammengesetzt sind, in Axialrichtung verschoben und koaxial zu der kreisförmigen Anordnung der Röntgenstrahlquellen der zumindest einen röntgenstrahlenerzeugenden Einheit angeordnet ist. In anderen Worten können die Röntgenstrahlquellen zu dem Detektorring parallel und in z-Richtung versetzt angeordnet sein. Dies kann eine besonders platzsparende und gleichzeitig effektive Messung erlaubende Variante darstellen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Computertomographie-System dazu konfiguriert ist, während eines Scans Streustrahlung mittels der zumindest einen Detektoreinheit zu erfassen und aufgenommene Bilddaten unter Berücksichtigung der erfassten Streustrahlung zu korrigieren.
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Insbesondere kann das System dazu konfiguriert sein, alle Detektorelemente der Detektoreinheit zur Erfassung der Streustrahlung zu verwenden. Beispielsweise können Randzeilen der Detektoreinheiten zur Messung von Streustrahlung vorgesehen sein. Randzeilen können dabei insbesondere Detektorelemente sein die in Axialrichtung gesehen am Rand der Detektoreinheit angeordnet sind. Insbesondere, wenn die zumindest eine Detektoreinheit gleichmäßig als Detektorring über den kompletten Umfang der Gantry angeordnet ist, kann somit eine Streuprofil für einen sehr großen Bereich, insbesondere über 360°, erfasst werden. Dies kann es ermöglichen, ohne zusätzliche Abschirmtechniken auszukommen, wodurch eine kompaktere Bauweise und das Einsparen von Material und Kosten ermöglicht werden kann.
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In einer Variante kann das Computertomographie-System zudem dazu konfiguriert sein, spektrale Informationen für die Erfassung und den Ausgleich von Streustrahlung zu verwenden. Dies kann beispielsweise bei der Verwendung einer Counting-Detektortechnologie eine Option sein. Beispielsweise kann das System dazu konfiguriert sein, die Energieschwellen und/oder -fenster im Teil der Detektoreinheit, insbesondere des Detektorrings, gemäß dem erwarteten Spektrum bzw. der gemessenen Körperregion, z.B. Abdomen und/oder Kopf, und/oder unter Berücksichtigung von Materialien, z.B. Metall im und/oder am Körper und/oder Implantate einzustellen und/oder zu optimieren. Diese Schwellen können beispielsweise von denen des Haupt-Scans abweichen. Der Haupt-Scan kann in diesem Fall der für die Bildgebung verwendete Scan ohne Berücksichtigung von Streustrahlung sein. Beispielsweise könnte es vorgesehen sein, dass die Schwellen während des Scans umschaltbar sind, insbesondere wenn im Voraus nicht ausreichend Schwellen einstellbar sind.
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Optional kann das System auch dazu konfiguriert sein, die Energieschwellen sukzessive zu erhöhen und somit einen Schwellen-Scan durchzuführen, um ein spektrales Antwortverhalten zeitlich abzutasten. Dies kann insbesondere eine Option sein, da die Streustrahlung oftmals relativ langwellig sein kann. Somit könnte beispielsweise das räumliche als auch das spektrale Streustrahlspektrum abgetastet und für die Korrektur herangezogen werden.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass zumindest eine Anode der zumindest einen röntgenstrahlenerzeugende Einheit Vertiefungen, beispielsweise in Form von Schlitzen, aufweist, um das Aussenden von Röntgenstrahlen in vorbestimmte Raumwinkel zu ermöglichen. Vorzugsweise können die Vertiefungen in regelmäßigen Abständen, insbesondere alle 1 bis 5 mm, bevorzugt alle 2mm, angeordnet sein. Die Vertiefungen können beispielsweise 0,5mm-2mm breit, bevorzugt ca. 1mm breit, und/oder 1-3 mm tief, bevorzugt 1,5-2 mm tief, besonders bevorzugt 1,75 mm tief sein. Dies kann das Aussenden von Röntgenstrahlen in vorbestimmte Raumwinkel ermöglichen.
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Beispielsweise kann durch solche Vertiefungen eine phi-Blende ersetzt werden. Alternativ können derartige Vertiefungen derart verwendet werden, dass sie eine Wedge-Filter ersetzten. Beispielsweise können die Vertiefungen derart angepasst sein, dass sie ein Strahlprofil so modifizieren, dass es an die Form eines zu untersuchenden Subjekts oder Objekts, beispielsweise an die Körperform eines Patienten, angepasst ist. Insbesondere können die Vertiefungen derart ausgebildet sein, dass die Strahlenintensität in dünneren Bereichen, beispielsweise Seitenbereichen eines menschlichen Körpers, schwächer sind als in dickeren Bereichen, beispielsweise der Mitte eines menschlichen Körpers. Eine Alternative könnte ein Wedge-Filter sein, der dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit vom Ansteuern der Röntgenstrahlquellen seine Position anzupassen, insbesondere in Umfangsrichtung rotierbar zu sein.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zumindest eine röntgenstrahlenerzeugende Einheit einen Kathodenteilring aus mehreren Kathodenelementen und einen dazu axial versetzten und koaxialen Anodenteilring aus einer oder mehreren Anoden, insbesondere aus Wolfram, aufweist, wobei das Computertomographie-System dazu konfiguriert ist, die Kathoden einzeln ansteuern zu können, und zwischen der angesteuerten Kathode und einer der Kathode jeweils zugeordneten Anode eine Beschleunigungsspannung zu erzeugen.
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Vorzugsweise können der Kathodenteilring und der Anodenteilring in einem gemeinsamen Vakuum angeordnet sein. Der Anodenteilring kann insbesondere aus einer (teil-)kreisförmigen Anode bestehen, von der einzelne Bereiche jeweils einer gegenüberliegenden Kathode zuordenbar sein können. In diesem Fall können die Röntgenstrahlquellen jeweils eine Kathode und den jeweils zugeordneten Bereich auf der Anode umfassen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Computertomographie-System dazu konfiguriert ist, durch Ansteuern verschiedener geeignet platzierter Kathoden den Elektronen-Auftreffpunkt auf einer zur Radialrichtung der Teilringe des Satzes von Teilringen geneigt orientierten Anode zu variieren und somit den Fokus in einer Axialrichtung senkrecht zu einer durch die Teilringe des Satzes von Teilringen gebildeten Kreisfläche entsprechend einem z-Spring-Fokus hin- und herspringen zu lassen.
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Eine in Radialrichtung geneigte Anode kann dabei so verstanden werden, dass eine Gerade, die sowohl in z-Richtung als auch in r-Richtung eine Komponente ungleich null aufweist, in der Anodenfläche, auf die die Elektronen auftreffen, liegt bzw. parallel dazu verläuft. Beispielsweise kann das System dazu konfiguriert sein, verschiedene, in radialer Richtung angeordnete Kathoden sequenziell anzusteuern und somit den Elektronenauftreffpunkt auf der Anode in Radialrichtung zu variieren. Bei einer geneigten Anode kann dies den Effekt haben, dass der Strahlengang durch das zu untersuchende Subjekt oder Objekt in axialer Richtung (z-Richtung) variiert. Mit dieser Ausführungsform kann ein z-Spring-Fokus (bzw. ein „z-flying focal spot“) ermöglicht werden, ohne dass ein Ablenken des Elektronenstrahls durch Ablenkeinheiten vonnöten ist. Vorteilhafterweise kann mit einem z-Spring-Fokus beispielsweise die Ortsauflösung erhöht werden. Eine weitere Ausführungsform kann einen springenden Fokus in Umfangsrichtung (phi-Spring-Fokus) vorsehen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Computertomographie-System dazu konfiguriert ist, die Kathoden in der Kreisumfangsrichtung umlaufend anzusteuern. Damit kann insbesondere ein rotierendes Computertomographie-System simuliert werden, ohne dass die Gantry tatsächlich rotierbar sein muss. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass das Computertomographie-System insbesondere dazu konfiguriert ist, jeweils zwei oder mehr in der Kreisumfangsrichtung zueinander versetzte Kathoden gleichzeitig umlaufend anzusteuern. Beispielsweise kann das Computertomographie-System dazu konfiguriert sein, gleichzeitig um 90° versetzte Kathoden in Kreisumfangsrichtung umlaufend anzusteuern, insbesondere um 90° versetzt zu scannen und zu detektieren. Durch das gleichzeitige Ansteuern mehrerer Kathoden kann beispielsweise ein Dual-Source-Betrieb oder ein Multi-Source-Betrieb ermöglicht werden.
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In einer Variante kann der Umlauf der Ansteuerung der Kathoden bzw. der Umlauf des Fokus mit variierender Frequenz vorgesehen sein. Damit kann z.B. der Strahlengang durch das Subjekt in bestimmten Durchleuchtungsrichtungen bzw. Winkelpositionen langsamer oder schneller gefahren werden. Insbesondere kann die Ansteuerung entlang eines Umlaufs mit variabler Geschwindigkeit, z.B. mal schneller und mal langsamer, einstellbar sein. Mit einer variablen Geschwindigkeit des Umlaufs kann beispielsweise in Bereichen geringer Schwächung des Röntgensignals eine schnellere Ansteuerfrequenz bzw. Umlaufgeschwindigkeit vorgesehen sein. Eine geringere Schwächung kann beispielsweise in dünnen Bereichen des durchleuchteten Subjekts vorliegen, z.B. Durchstrahlung eines Patienten von vorne nach hinten, z.B. frontal durch den Bauch. Andererseits kann in Bereichen größerer Schwächung des Röntgensignals eine langsamere Ansteuerfrequenz bzw. Umlaufgeschwindigkeit vorgesehen sein. Eine größere Schwächung kann beispielsweise in dicken Bereichen des durchleuchteten Subjekts vorliegen, z.B. eine Durchstrahlung quer durch einen Patienten, z.B. von links nach rechts. Weiterhin oder alternativ kann das Computertomographie-System dazu konfiguriert sein, in Umlaufrichtung Zwischenscans auszuführen, wobei die Zwischenscans im Vergleich zum aktuellen Stand des umlaufenden Scans um einen vorbestimmten Winkel in Umfangsrichtung (bzw. phi-Richtung) versetzt oder gesprungen, insbesondere vor- oder zurückgesprungen, durchgeführt werden.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Computertomographie-System dazu konfiguriert ist, die Ansteuerung der Kathoden an Bewegungen eines untersuchten Subjekts oder Objekts anzupassen, insbesondere mittels Sprüngen der Ansteuerung in Umfangsrichtung.
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Beispielsweise kann eine Bewegung eines Patienten, beispielsweise die Atmung, der Herzschlag, oder die Durchblutung berücksichtigt werden. Dabei kann beispielsweise ein Blutfluss durch ein Kontrastmittel erkennbar gemacht werden. Beispielsweise kann sich eine horizontale und eine vertikale Durchleuchtung, d.h. kontinuierliche Betrachtung des Subjekts oder Objekts mittels Röntgenstrahlen, abwechseln, was einem Dual-Source Ansatz entsprechen würde. Auch eine statistische Aufnahme von Projektionen ist denkbar, wobei der Fokus nach einem (pseudo)Zufallsprinzip in Umfangsrichtung und ggf. auch in Radialrichtung variiert wird. Dies kann beispielsweise für die Reduktion von Bewegungsartefakten, z.B. durch Herzschlag oder Atmung eines Patienten verursacht, dienlich sein. Im Vergleich zu einem kontinuierlichen Umlauf der Ansteuerung (analog zu einem Umlauf eines Computertomographen des Standes der Technik), kann ein zufälliges und/oder vorbestimmtes aber nicht kontinuierliches Variieren des Fokus den Vorteil haben, dass benachbarte Messpunkte bzw. Messungen von benachbarten Detektoren nicht mehr direkt aufeinanderfolgend erfasst werden sondern mit größerem zeitlichem Abstand. Dadurch können durch Bewegungen erzeugte Unterschiede deutlicher erkennbar und damit auch leichter korrigierbar sein.
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Im Gegensatz dazu kann ein kontinuierlicher Umlauf den Nachteil haben, dass Messpunkte, die mit größerem zeitlichem Abstand aufgenommen werden, immer gleichzeitig auch einen größeren örtlichen Unterschied aufweisen, da sie nicht direkt nebeneinander liegen. Die Bewegung mit dem Laufe der Zeit ist durch diesen zusätzlichen Faktor oft nachträglich nicht mehr so leicht bestimmbar und korrigierbar. Mit anderen Worten kann eine kontinuierliche Rotation eines Computertomographen bzw. eine durch Ansteuerung simulierte kontinuierliche Rotation mit einer Bewegung des Subjekts, beispielsweise der Atmung oder dem Herzschlag eines Patienten, synchron einhergehen.
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Eine endliche zeitliche Abtastung, z.B. 1000 bis 4000 Abtastungen pro Umdrehung, kann dabei zu verschwommenen Strukturen führen. Beispielsweise kann das Computertomographie-System dazu konfiguriert sein, immer um einen vorbestimmten Umfangswinkel springend, z.B. um 90°, zu messen. Mit anderen Worten kann das Computertomographie-System dazu konfiguriert sein, einzelne Projektionen in der zeitlichen Abfolge aus verschiedenen Raumwinkeln aufzunehmen. Mit dieser Maßnahme kann insbesondere ein Synchronlaufen zwischen Bewegung des Subjekts und zeitlicher Aufnahme durchbrochen werden. Denkbar ist auch die Beobachtung von Perfusion bzw. Durchblutung, z.B. in Form einer 4D-Aufnahme des Gehirns, wobei die vierte Dimension bevorzugt die Zeit ist. Hierbei kann es vorgesehen sein, die Ausbreitung eines Kontrastmittels (auch Anflutung des Kontrastmittels) zu beobachten.
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Beispielsweise kann das Computertomographie-System dazu konfiguriert sein, einzelne, zeitliche versetzte Messungen, insbesondere Schnappschüsse bzw. Snapshots, aus verschiedenen Raumwinkeln vorzunehmen. Es kann dann vorgesehen sein diese Einzelmessungen in die native Untersuchung bzw. ein vorausgegangenes Computertomographiebild einzusetzen bzw. zu integrieren. Vorteilhafterweise können so Änderungen erkennbar sein, ohne dass mehrere vollständige Scans durchgeführt werden müssen. Dadurch kann eine Dosisersparung, beispielsweise um einen Faktor 10, ermöglicht werden. In diesem Zusammenhang ist es weiterhin auch denkbar, dass damit eine Anwendung von Spiral- oder Sequenzscans optimierbar ist.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Computertomographie-System dazu konfiguriert ist, zwei Abschnitte der zumindest einen röntgenstrahlerzeugenden Einheit, die sich in verschiedenen Teilringen des Satzes von Teilringen befinden, mit unterschiedlichen Kathodenspannungen (kVs) anzusteuern, insbesondere um unterschiedliche Röntgenspektren zu realisieren.
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Beispielsweise kann das System dazu konfiguriert sein, insbesondere wenn beide Teilringe in etwa ein Halbring sind, einen halben Umlauf mit einem Satz von Spannungen aufzunehmen. Ein Dual-Source-Betrieb, bei dem gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen gestrahlt wird, kann zu erhöhtem Auftreten von Streustrahlung, insbesondere Querstreuung der einen Röntgenstrahlquelle in den Detektor der anderen Röntgenstrahlquelle, führen. Diese ist Nachhinein zu korrigieren kann oftmals aufwändig und schwierig sein und insbesondere immer wieder zu Bildartefakten führen. Es kann daher ein gepulster Betrieb vorgesehen sein.
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Insbesondere kann das Computertomographie-System dazu konfiguriert sein, einen gepulsten Betrieb auszuführen, bei dem immer abwechselnd aus verschiedenen Umfangswinkeln gemessen wird. Mit dem gepulsten Betrieb kann, gegebenenfalls auf Kosten der Geschwindigkeit, der Einfluss von Streustrahlung vermindert oder gar ganz aufgehoben werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, einzelne Pulse mit höherer Dosis zu verwenden und gleichzeitig die Detektoren so einzustellen, dass sie schneller auslesen können. Dadurch kann es beispielsweise ermöglicht werden auch einen gepulsten Betrieb in gleicher Aufnahmegeschwindigkeit zu ermöglichen, wie einen ungepulsten Betrieb. Bei einem gepulsten Betrieb kann z. B. abwechselnd mit einem Versatz von z. B. 90° oder 180° aufgenommen werden. Jeweils eine halbe „Umdrehung“ kann dann mit einem Satz von kVs aufgenommen werden.
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Optional kann das System weiterhin dazu konfiguriert sein, die Spannungen während des Umlaufs, insbesondere nach einem halben Umlauf, zu ändern, insbesondere die Spannungen beider Ringe auszutauschen, und einen weiteren halben Umlauf mit den geänderten Spannungen durchzuführen. Beispielsweise kann das Umschalten der Spannung an einem Ring zeitlich dann erfolgen, während mit dem anderen Ring noch gescannt wird. Somit können beispielsweise Unterbrechungen während der Aufnahme vermieden oder verringert werden.
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Dies kann einen Dual-Energy-Scan ermöglichen, also einen Scan, bei dem Röntgenstrahlen mit zwei verschiedenen Energien verwendet werden. Beispielsweise interagieren unterschiedliche Bereiche im Körper unterschiedlich mit verschiedenen Energien (z.B. hoher und niedriger Energie) von Röntgenstrahlen. Mit einem Dual-Energy-Scan können demnach beispielsweise verschiedene Informationen erfasst werden. Denkbar ist hierbei auch, dass nach einem Umlauf mit einem Spannungs-Satz ein Umlauf mit einem anderen Spannungs-Satz vorgesehen ist. Beispielsweise kann so ein Multi-Energy Scan realisiert werden.
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Für Multi-Energy Aufnahmen ist es ebenfalls denkbar, die Spannungsversorgung in den Teilringe weiter zu segmentieren, so dass beispielsweise vier verschiedene Spannungen angelegt werden können. Durch geschicktes Umschalten können somit vier Spektren für den Scan verwendet werden.
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Die Kombination mit der Counting Detektor Technologie ermöglicht eine zusätzliche spektrale Aufnahme. Die Schwellen im Detektor können u.a. gemäß des angelegten Spektrums während des Scans variiert werden.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Computertomographie-System dazu konfiguriert ist, zwei Abschnitte der zumindest einen röntgenstrahlerzeugenden Einheit, die sich in verschiedenen Teilringen des Satzes von Teilringen befinden, abwechselnd gepulst mit einer entsprechenden Kathodenspannung zu versorgen. Beispielsweise ist ein gepulster Betrieb mit einem abwechselnden Versatz von 90° in Umlaufrichtung denkbar.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Computertomographie-System zwei röntgenstrahlenerzeugende Einheiten und/oder zwei Detektoreinheiten aufweist. Zwei röntgenstrahlenerzeugende Einheiten können beispielsweise für Dual-Source-Scans in einer Dual-Source-Konfiguration betrieben sein, beispielsweise indem um 90° versetzt gleichzeitig gescannt wird. Alternativ kann ein gepulster Betrieb vorgesehen sein, indem jeweils zeitversetzt um 90° versetzt gescannt wird. Damit kann insbesondere eine Querstreuung unterbunden werden.
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Insbesondere kann eine derartige Konfiguration aber eine spektrale Bildgebung, also eine Bildgebung, bei der unterschiedliche Frequenzen mit unterschiedlichen Eingangsspektren, insbesondere simultan bzw. gepulst leicht versetzt, gemessen werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zwei axial versetzte röntgenstrahlenerzeugende Einheiten mit zwei unterschiedlichen Energien ansteuerbar sind. Beispielsweise kann das System dazu konfiguriert sein, die zwei axial versetzten röntgenstrahlenerzeugende Einheiten zeitlich versetzt abwechselnd gepulst anzusteuern. In einer Variante kann es vorgesehen sein, dass das Spektrum zumindest einer vorzugsweise mehrerer oder aller Röntgenstrahlquellen aufgehhärtet ist, insbesondere mit einem Filter, beispielsweise einem Hafnium-Filter und/oder einem Zinn-Filter.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der erste Teilring des Satzes von Teilringen für jede der zwei röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten jeweils einen Abschnitt dieser röntgenstrahlerzeugenden Einheit aufweist und/oder dass der zweite Teilring des Satzes von Teilringen für jede der zwei Detektoreinheiten jeweils einen Abschnitt dieser Detektoreinheit aufweist.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass jeder Teilring des Satzes von Teilringen für jede der zwei röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten jeweils einen entsprechenden Abschnitt dieser röntgenstrahlerzeugenden Einheit aufweist und/oder dass jeder Teilring des Satzes von Teilringen für jede der zwei Detektoreinheiten jeweils einen entsprechenden Abschnitt dieser Detektoreinheit aufweist.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zumindest eine röntgenstrahlenerzeugende Einheit im Verhältnis zu der zumindest einen Detektoreinheit radial nach außen versetzt ist. Ein derartiger Versatz nach außen kann den Vorteil haben, dass der Spalt zwischen den Detektoren vermindert ist, wodurch eine besonders effektive Signalerfassung ermöglicht sein kann.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der erste Teilring des Satzes von Teilringen die zumindest eine röntgenstrahlenerzeugende Einheit aufweist und dass der zweite Teilring des Satzes von Teilringen die zumindest eine Detektoreinheit aufweist. Der erste Teilring des Satzes von Teilringen und der zweite Teilring des Satzes von Teilringen können insbesondere derart ausgebildet sein, dass sie in einem zusammengesetzten Zustand in Kreisumfangsrichtung teilweise miteinander überlappen.
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Insbesondere kann der erste Teilring des Satzes von Teilringen in Form eines ersten Kreisbogens ausgebildet sein. Insbesondere kann der zweite Teilring des Satzes von Teilringen in Form eines zweiten Kreisbogens ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Mittelpunktswinkel des ersten Kreisbogens größer als 180° sein. Beispielsweise kann der Mittelpunktswinkel des zweiten Kreisbogens größer als 180° sein. Beispielsweise kann der Mittelpunktswinkel des ersten Kreisbogens gleich der Summe von 180° und dem Fächerwinkel des Röntgenstrahls sein. Beispielsweise kann der Mittelpunktswinkel des zweiten Kreisbogens gleich der Summe von 180° und dem Fächerwinkel des Röntgenstrahls sein.
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Dies kann insbesondere eine Option für die Aufnahme eines Schnittbildes sein, da hierzu nur eine Abtastung des Patienten von 180° notwendig sein kann. Vorzugsweise kann sich die Detektoreinheit über einen Kreisbogen erstrecken, der größer als ein Halbkreis ist. Damit kann beispielsweise das gesamte Sichtfeld, insbesondere auch bei 0° und 180°, aufgenommen werden.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Teilring für ein Computertomographie-System,
- - wobei der Teilring einen Abschnitt zumindest einer röntgenstrahlenerzeugenden Einheit aufweist,
- - wobei die röntgenstrahlenerzeugende Einheit eine Vielzahl von Röntgenstrahlquellen umfasst, die entlang einer Kreisumfangsrichtung ihres jeweiligen Teilrings, vorzugsweise gleichmäßig verteilt, kreisbogenförmig angeordnet sind und die dazu eingerichtet sind, jeweils einzeln angesteuert zu werden und Röntgenstrahlen erzeugen zu können,
- - wobei der Teilring dazu ausgebildet ist, mit einem zweiten Teilring zu einem Vollring zusammengesetzt zu werden,
- - wobei der zweite Teilring einen Abschnitt einer Detektoreinheit, die dazu eingerichtet ist, von dem Abschnitt der röntgenstrahlenerzeugenden Einheit erzeugte Röntgenstrahlen zu erfassen, aufweist.
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Alle für das Computertomographie-System beschriebenen Vorteile und Merkmale lassen sich analog übertragen auf den Teilring und umgekehrt.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Generieren von Computertomographie-Daten mittels eines Computertomographie-Systems nach einem der offenbarten Aspekte, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a) Lösbares Verbinden der Teilringe des Satzes von Teilringen miteinander derart, dass die Teilringe des Satzes von Teilringen zusammen einen Vollring bilden, insbesondere um ein zu untersuchendes Objekt oder Subjekt herum bilden;
- b) Individuelles Ansteuern der Röntgenstrahlquellen, insbesondere in einer Umfangsrichtung des Vollrings, und Erzeugen von Röntgenstrahlen mit den angesteuerten Röntgenstrahlquellen;
- c) Detektieren der Röntgenstrahlen mittels der zumindest einen Detektoreinheit;
- d) Generieren von Computertomographie-Daten basierend auf den detektierten Röntgenstrahlen, insbesondere um Schnittbilder und/oder 3D-Bilder des Objekts oder Subjekts basierend auf den Computertomographie-Daten zu erzeugen.
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Alle für das Computertomographie-System und/oder den Teilring beschriebenen Vorteile und Merkmale lassen sich analog übertragen auf das Verfahren und umgekehrt.
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Die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ schließt nicht aus, dass das betroffene Merkmal auch mehrfach vorhanden sein kann. Die Verwendung des Ausdrucks „Einheit“ schließt nicht aus, dass der Gegenstand, auf den sich der Ausdruck „Einheit“ bezieht, mehrere Komponenten aufweisen kann, die räumlich voneinander separiert sind.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezug zu den beigefügten Figuren beschrieben. Die folgende Beschreibung dient lediglich der Verdeutlichung der Erfindung und sollte nicht derart aufgefasst werden, dass durch sie die beiliegenden Ansprüche auf eine der Ausführungsformen beschränkt werden.
- 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Computertomographie-Systems in einer schematischen Ansicht.
- 2 zeigt einen Querschnitt durch zwei zusammengesetzte Teilringe gemäß einer Ausführungsform, die derjenigen, die in 1 gezeigt ist, entsprechen kann.
- 3 zeigt eine schematische Darstellung eine Röntgenstrahlquelle gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
- 4 zeigt einen Querschnitt durch zwei zusammengesetzte Teilringe mit je zwei axial zueinander versetzten röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten und je einer in Axialrichtung mittig zwischen den röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten platzierter Detektoreinheit.
- 5 zeigt einen Querschnitt durch zwei zusammengesetzte Teilringe mit je zwei axial zueinander versetzten röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten und je zwei axial zueinander versetzten Detektoreinheiten, wobei die röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten in Bezug zu den Detektoreinheiten radial nach außen versetzt sind.
- 6 zeigt eine Variante, bei der die Kathoden der beiden Teilringe eine jeweils unterschiedliche Spannungsversorgung aufweisen.
- 7 zeigt eine Ausführungsform mit einem Detektorteilring und einem Röntgenstrahlerzeugungsring.
- 8 zeigt schematisch ein Verfahren zum Generieren von Computertomographie-Daten.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Computertomographie-Systems in einer schematischen Ansicht. Das Computertomographie-System weist einen Satz von Teilringen 1 auf, der aus einem ersten Teilring und einem zweiten Teilring, der von dem ersten Teilring verschieden ist, besteht. Die beiden Teilringe des Satzes von Teilringen sind in dem in 1 gezeigten Zustand des Computertomographie-Systems zusammengesetzt. Die Teilringe 1 werden durch Haltearme 3 gehalten. Trennstellen 12 kennzeichnen die beiden Stellen, an denen die Teilringe 1 zusammengesetzt sind. Ein Mittelpunktswinkel phi 11 ist in der Zeichnung dargestellt.
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In dieser Ausführungsform bilden die Teilringe des Satzes von Teilringen 1 jeweils im Wesentlichen einen Halbring, haben also jeweils einen Mittelpunktswinkel phi mit einem Betrag von ca. 180°. Die beiden Halbringe sind zu einem Vollring (360°) zusammengesetzt. Dabei wird jeweils ein oberer Teil und ein unterer Teil des Vollrings durch je einen Teilring 1 gebildet. In dem hier gezeigten, zusammengesetzten Zustand bilden die Teilringe zusammen die Gantry 2 des Computertomographie-Systems. Die Blickrichtung der gezeigten Perspektive verläuft in Richtung einer Mittelpunktsachse der Gantry 2 bzw. der beiden Teilringe, welche in den 2-5 als z-Richtung bezeichnet ist. Er wird in einer Umfangsrichtung der Teilringe 1 bzw. der Gantry 2 gemessen.
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Die Gantry 2 ist um eine Liege 15 herum angeordnet, auf der ein Subjekt 10, beispielsweise ein Patient, liegt. Die Liege 15 kann Teil des Computertomographie-Systems sein, sie kann aber auch eine von dem System unabhängige Liege 15 oder ein Tisch sein, beispielsweise ein Operationstisch. In einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Teilringe 1 mittels der Haltearme 3, die vorzugs-weise beweglich und/oder schwenkbar sind, um die Liege angeordnet werden können. Beispielsweise kann sich ein Patient 10 bereits auf der Liege 15 befinden, wobei die Teilringe 1 dann mittels der Haltearme 3 jeweils in Position gebracht werden können. Beispielsweise kann der erste Teilring des Satzes von Teilringen 1 von oben herabgesenkt werden. Beispielsweise kann der zweite Teilring des Satzes von Teilringen unter die Liege gefahren werden und anschließend gegebenenfalls angehoben werden, sodass die beiden Teilringe zu einem Vollring zusammengesetzt werden. Vorzugsweise weist jeder der beiden Teilringe des Satzes von Teilringen 1 jeweils einen Abschnitt der röntgenstrahlenerzeugenden Einheit 4 und einen Abschnitt der Detektoreinheit 5 auf.
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Zum Aufnehmen und Weiterleiten von Messdaten sind die beiden Teilringe jeweils mit einer Datenerfassungseinheit 19 verbunden, die dazu konfiguriert ist, von einer oder mehrerer Detektoreinheiten 5 detektierte Röntgenstrahlung zu erfassen und an eine Datenverarbeitungseinheit 20, beispielsweise einen Computer, weiterzuleiten. Vorzugsweise umfasst die Datenverarbeitungseinheit 19 auch eine Steuerfunktion, mit der die Teilringe, insbesondere die röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten 4 angesteuert werden können. Alternativ ist auch eine separate Steuereinheit denkbar, die die röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten 4 ansteuert.
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2 zeigt einen Querschnitt durch zwei zusammengesetzte Teilringe 1 gemäß einer Ausführungsform, die derjenigen, die in 1 gezeigt ist, entsprechen kann. Radialrichtung (r-Richtung) und z-Richtung sind unten rechts definiert. Die Blickrichtung ist dabei derart senkrecht zu einer Mittelpunktsachse der Teilringe 1 ausgerichtet, dass die Trennstelle 12 der Teilringe 1 zentral zu sehen ist. Es ist weiterhin ein Querschnitt durch jeweils die röntgenstrahlenerzeugende Einheit 4 und die Detektoreinheit 5 der beiden Teilringe zu sehen. In dieser bevorzugten Ausführungsform umfassen also beide Teilringe jeweils eine röntgenstrahlenerzeugende Einheit 4 und eine Detektoreinheit 5. Beide, sowohl die röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten 4 als auch die Detektoreinheiten 5 der Teilringe, sind in diesem Fall kreisförmig in Umfangsrichtung der Teilringe 1 an den Teilringen 1 angeordnet, bilden also jeweils selbst Detektor-Teilringe bzw. Röntgenerzeugungs-Teilringe. Insbesondere sind die röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten 4 und die Detektoreinheiten 5 vorzugsweise derart an den Teilringen 1 angeordnet, dass sie in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind. Bei zusammengesetzten Teilringen 1 ergibt sich damit ein Kreis aus Röntgenstrahlquellen 6 und ein Kreis aus Detektoren, wobei die Röntgenstrahlquellen 6 Teil der beiden röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten 4 und die Detektoren Teil der beiden Detektoreinheiten 5 der beiden Teilringe sind. Die röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten 4 und die Detektoreinheiten 5 sind dabei axial in z-Richtung versetzt nebeneinander angeordnet.
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Eine detailliertere schematische Darstellung des Querschnitts durch eine röntgenstrahlenerzeugende Einheit 4 bzw. eine Röntgenstrahlquelle 6 ist in 3 dargestellt. Die Röntgenstrahlquelle 6 umfasst eine Steuereinheit 8, die insbesondere einen Elektronen-Emitter umfasst, eine Anode 7 und eine Fokussierlinse 9, die dazu eingerichtet ist, emittierte Elektronen auf die Anode 7 zu fokussieren. Emittierte Elektronen werden bevorzugt durch eine angelegte Beschleunigungsspannung auf die Anode 7 beschleunigt. Vorzugsweise ist die Seite der Anode 7, die zu der Steuereinheit 8 und der Fokussierlinse 9 gerichtet ist, nicht senkrecht, sondern um einem Anodenwinkel 16 zu auftreffenden Elektronen geneigt ausgerichtet. Die Anode 7 und/oder die Steuereinheit 8 können optional in Umfangsrichtung um den kompletten Teilring 1 angeordnet sein. In diesem Fall werden die einzelnen Röntgenstrahlquellen 6 beispielsweise durch auf der Steuereinheit platzierte Kathoden, insbesondere kalte Kathoden, die dazu konfiguriert sind, Elektronen zu emittieren, definiert. Beispielsweise kann die röntgenstrahlenerzeugende Einheit 4 dazu eingerichtet sein, dass von den einzelnen Kathoden jeweils emittierte Elektronen auf einen in Umfangsrichtung angeordneten Anodenring bzw. Anodenteilring beschleunigt werden. Die von jeweils unterschiedlichen Kathoden erzeugten Elektronen treffen vorzugsweise an jeweils unterschiedlichen, den einzelnen Kathoden zugeordneten, Stellen auf. Der Ort auf dem Anodenring, an dem Röntgenstrahlen erzeugt werden, hängt demnach davon ab, welche der Kathoden angesteuert wird.
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Die 4 und 5 zeigen alternative Ausführungsformen insbesondere bezüglich der Anordnung und Anzahl von röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten 4 und Detektoreinheiten 5. In der in 4 gezeigten Variante umfassen beide Teilringe jeweils 2 röntgenstrahlerzeugende Einheiten 4 und jeweils eine Detektoreinheit 5. Die röntgenstrahlerzeugenden Einheiten 4 sind dabei jeweils an den Rändern der Teilringe 1 über den kompletten Umfang der Teilringe 1 verteilt angeordnet, während die Detektoreinheiten 5 zentral über den kompletten Umfang der Teilringe 1 verteilt an den Teilringen 1 angeordnet sind. Es ergeben sich zwei ringförmige Anordnungen von Röntgenstrahlquellen 6 und eine ringförmige Anordnung von Detektoreinheiten. Mit einer solchen Konfiguration ist ein Betrieb im Dual-Source-Modus möglich. Insbesondere die spektrale Bildgebung kann damit optimiert werden.
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In 5 ist eine Version gezeigt, die für jeden Teilring jeweils zwei ringförmig angeordnete röntgenstrahlerzeugende Einheiten 4 und jeweils zwei ringförmig angeordnete Detektoreinheiten 5 umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel sind die röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten 4 im Verhältnis zu den Detektoreinheiten 5 radial, d.h. in r-Richtung, nach außen versetzt. Vorzugsweise sind dabei die Anoden 7 der röntgenstrahlenerzeugenden Einheiten 4 in z-Richtung zentral angeordnet, sodass erzeugte Röntgenstrahlen durch den Spalt zwischen den Detektoreinheiten 5 zu dem zu untersuchenden Subjekt 10 oder Objekt gelangen können. Dies ermöglicht es, den Spalt zwischen den Detektoren zu minimieren und somit beispielsweise die Messgenauigkeit, insbesondere die Auflösung, zu optimieren.
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6 zeigt eine Variante, bei der die Kathoden der beiden Teilringe 6 eine jeweils unterschiedliche Spannungsversorgung aufweisen. Damit können an den beiden Teilringen 1 jeweils unterschiedliche Spannungen angelegt werden und somit unterschiedliche Röntgenspektren realisiert werden. Dies ermöglicht beispielsweise Dual-Energy-Aufnahmen. Beispielsweise kann jeweils ein halber Umlauf mit einem Satz von zwei unterschiedlichen Spannungen für die beiden Teilringe aufgenommen werden, wobei nach einem halben Umlauf die Spannungen geändert, insbesondere ausgetauscht, werden können. Das Umschalten der Spannung an einem Teilring 1 kann beispielsweise zeitlich dann erfolgen, wenn mit dem anderen Ring noch gescannt wird. Somit kommt es nicht zu Unterbrechungen während der Aufnahme. Zusätzlich ist es auch denkbar, hintereinander mit mehreren verschiedenen Sätzen von Spannungen zu messen, um Multi-Energy-Aufnahmen zu realisieren. Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, für Multi-Energy-Aufnahmen die Spannungsversorgung in den Teilringen 1 weiter zu segmentieren, so dass beispielsweise vier verschiedene Spannungen angelegt werden können. Durch geschicktes Umschalten können in diesem Beispiel vier Spektren für den Scan verwendet werden.
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7 zeigt eine Ausführungsform mit einem Detektorteilring 13 und einem Röntgenstrahlerzeugungsring 14, wobei der Röntgenstrahlerzeugungsring 14 der erste Teilring des Satzes von Teilringen 1 ist, der die röntgenstrahlenerzeugende Einheit 4 aufweist, und wobei der Detektorteilring 13 der zweite Teilring des Satzes von Teilringen 1 ist und die Detektoreinheit 5 aufweist.
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Eine solche Konfiguration ist materialsparend und dennoch ausreichend, weil für die Aufnahme eines Schnittbilds eine Abtastung von 180° ausreichend ist. Vorteilhafterweise beträgt der Mittelpunktswinkel des Detektorteilrings 13 etwas mehr als 180°, um bei Aufnahmen aus der 0°- bzw. 180°-Richtung ein vollständiges Sichtfeld durch die Detektoreinheit 5 zu gewährleisten. Durch diese Ausführungsform wird weniger Detektorfläche und weniger Fläche mit Röntgenstrahlquellen benötigt, wodurch Kosten eingespart werden können.
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8 zeigt schematisch ein Verfahren zum Generieren von Computertomographie-Daten. In einem ersten Schritt 101 werden die Teilringe des Satzes von Teilringen 1 derart miteinander lösbar verbunden, dass die Teilringe des Satzes von Teilringen zusammen einen Vollring bilden. Vorzugsweise werden dabei die Teilringe des Satzes von Teilringen 1 um ein zu untersuchendes Objekt oder Subjekt 10 herum angeordnet. In dem nächsten Schritt 102 werden Röntgenstrahlquellen 6 individuell angesteuert, vorzugsweise in einer Umfangsrichtung des Vollrings. Durch die angesteuerten Röntgenstrahlquellen 6 werden dabei Röntgenstrahlen erzeugt. Im nächsten Schritt 103 werden die Röntgenstrahlen mit zumindest einer Detektoreinheit 5 detektiert. Basierend auf den detektierten Röntgenstrahlen werden nun im Schritt 104 Computertomographie-Daten generiert, insbesondere um Schnittbilder und/oder 3D-Bilder des Objekts oder Subjekts basierend auf den Computertomographie-Daten zu erzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0305697 A1 [0002]
