DE102022212908A1

DE102022212908A1 - Röntgenbildgebung mit spektraler Filterung

Info

Publication number: DE102022212908A1
Application number: DE102022212908.3A
Authority: DE
Inventors: Sai Gokul Hariharan; Christoph Lötzsch; Andreas Meyer
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2023-11-16

Abstract

Ein Röntgenbildgebungssystem (1) weist eine Filtervorrichtung (5) zur spektralen Filterung von Röntgenstrahlung (9) auf, die einer Röntgenquelle (2) und einem dem Röntgendetektor (4) angeordnet ist. Die Filtervorrichtung (5) weist eine kreisförmige erste Scheibe (6a), die drehbar um eine parallel erste Drehachse (8a) gelagert ist, und eine kreisförmige zweite Scheibe (6b), die drehbar um eine parallel zu der ersten Drehachse (8a) orientierte zweite Drehachse (8b) gelagert ist, auf. Die Scheiben (6a, 6b) sind einander überlappend angeordnet und bezüglich eines Austrittsfensters (3) derart angeordnet, dass dessen laterale Position des Austrittsfensters (3) in einen Überlappungsbereich (10) liegt. Die Scheiben (6a, 6b) sind jeweils in Kreissektoren (16a, 16b, 16c, 16d, 17a, 17b, 17c, 17d) aufgeteilt, wobei benachbarte Kreissektoren (16a, 16b, 16c, 16d, 17a, 17b, 17c, 17d) unterschiedliche Röntgentransmissionscharakteristika aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Röntgenbildgebungssystem aufweisend eine Röntgenquelle mit einem Austrittsfenster für Röntgenstrahlung, einen Röntgendetektor und eine Filtervorrichtung zur spektralen Filterung der Röntgenstrahlung, die zwischen dem Austrittsfenster und dem Röntgendetektor angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren zur röntgenbasierten Bildgebung.
Mit Hilfe von Röntgenbildgebung, beispielsweise in Form der Computertomographie, CT, der fluoreszenzgestützten Röntgenbildgebung oder der Röntgenangiographie, ist es möglich, ein Objekt in Form eines Schwächungskoeffizienten darzustellen. Es kann jedoch von Vorteil sein, weitergehende Information zur Charakterisierung des Objekts zur Verfügung zu haben. Für eine gegebene Beschleunigungsspannung und den sich daraus ergebenden Energiebereich resultiert die Abschwächung der Röntgenstrahlung im Wesentlichen aus einer Kombination von zwei Photonen-Materie-Wechselwirkungen, nämlich dem photoelektrischen Effekt und der Compton-Streuung. Diese beiden Wechselwirkungen und ihr jeweiliger Beitrag zur Gesamtschwächung sind abhängig von der Energie der Röntgenstrahlung.
Es ist bekannt, spektrale Filter zu verwenden, um das Spektrum der Röntgenstrahlung zu beeinflussen beziehungsweise zu formen. Es ist ebenfalls bekannt, zum Beispiel bei der CT, zunächst eine Aufnahme mit im Strahlengang angeordnetem Filter durchzuführen und danach eine Aufnahme ohne Filter. Dabei können jedoch Bewegungen des Objekts, insbesondere Patienten- oder Organbewegungen, zu Unterschieden zwischen den beiden Aufnahmen führen, was sowohl bei der 2D- als auch bei der 3D-Bildgebung zu Artefakten oder Ungenauigkeiten in der Auswertung führen kann.
Dokument US 2022/ 0 296 185 A1 beschreibt ein Verfahren und ein System zur Erfassung von Bilddaten eines Objekts. Die Bilddaten können mit einem Bildgebungssystem mit mindestens zwei verschiedenen Energiecharakteristiken erfasst werden. Die Bilddaten können mit Hilfe von Rekonstruktionstechniken rekonstruiert werden. Dabei kann eine Filtervorrichtung so betrieben werden, dass die Unterscheidung zwischen den beiden Energiecharakteristiken erreicht wird. Die Filtervorrichtung kann beispielsweise einen rotierbaren Filterträger und ein darauf befestigtes Filterelement aufweisen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der röntgenbasierten Bildgebung mit einer Filtervorrichtung zur spektralen Filterung der Röntgenstrahlung schneller zwischen zwei verschiedenen spektralen Filterungen wechseln zu können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, eine Filtervorrichtung vorzusehen, die zwei in Kreissektoren aufgeteilte kreisförmige Scheiben aufweist, wobei jeweils benachbarte Kreissektoren voneinander verschiedene Röntgentransmissionscharakteristika aufweisen und die Scheiben jeweils in eine kontinuierliche Rotationsbewegung versetzt werden, sodass die Röntgenstrahlung durch einen Überlappungsbereich der beiden Scheiben hindurchtritt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Röntgenbildgebungssystem angegeben. Das Röntgenbildgebungssystem weist eine Röntgenquelle auf, die zur Erzeugung von Röntgenstrahlung eingerichtet ist und ein Austrittsfenster für die Röntgenstrahlung aufweist. Das Röntgenbildgebungssystem weist einen Röntgendetektor auf, der dazu eingerichtet und angeordnet ist, die mittels der Röntgenquelle erzeugte Röntgenstrahlung beziehungsweise Teile der Röntgenstrahlung zu detektieren, sowie ein Steuerungssystem. Das Röntgenbildgebungssystem weist außerdem eine Filtervorrichtung zur spektralen Filterung der Röntgenstrahlung auf, wobei die Filtervorrichtung zwischen dem Austrittsfenster und dem Röntgendetektor angeordnet ist. Die Filtervorrichtung weist eine kreisförmige erste Scheibe auf, die drehbar um eine im Wesentlichen parallel zu einer Strahlrichtung der Röntgenstrahlung orientierte erste Drehachse gelagert ist. Mit im Wesentlichen parallel ist dabei eine Orientierung der ersten Drehachse gemeint, die eine Drehung der ersten Scheibe durch mindestens einen Teil der Röntgenstrahlung hindurch ermöglicht. Mithin ist damit eine Orientierung gemeint, die eine Ausrichtung der ersten Scheibe bewirkt, die zumindest nicht parallel zu besagtem Teil der Röntgenstrahlung ist. Mit im Wesentlichen parallel kann insbesondere eine Ausrichtung der ersten Drehachse parallel zu besagtem Teil der Röntgenstrahlung gemeint sein. Die Filtervorrichtung weist eine kreisförmige zweite Scheibe auf, die drehbar um eine im Wesentlichen parallel zu der ersten Drehachse orientierte zweite Drehachse gelagert ist, wobei die zweite Drehachse insbesondere von der ersten Drehachse verschieden ist, von dieser also lateral beabstandet ist. Mit im Wesentlichen parallel zu der ersten Drehachse ist dabei eine Orientierung der zweiten Drehachse gemeint, die eine Ausrichtung der zweiten Scheibe bewirkt, die zumindest nicht senkrecht zur Ausrichtung der ersten Scheibe ist. Mit im Wesentilichen parallel zur ersten Drehachse kann insbesondere eine Ausrichtung der zweiten Drehachse parallel zu der ersten Drehachse gemeint sein.
Die erste Scheibe und die zweite Scheibe sind einander überlappend angeordnet und sind bezüglich des Austrittsfensters derart angeordnet, dass eine laterale Position des Austrittsfensters in einem Überlappungsbereich der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe liegt.
Die erste Scheibe ist in zwei oder mehr Kreissektoren aufgeteilt, wobei jeweils benachbarte Kreissektoren der ersten Scheibe voneinander verschiedene Röntgentransmissionscharakteristika aufweisen. Die zweite Scheibe ist in zwei oder mehr Kreissektoren aufgeteilt, wobei jeweils benachbarte Kreissektoren der zweiten Scheibe voneinander verschiedene Röntgentransmissionscharakteristika aufweisen. Das Steuerungssystem ist dazu eingerichtet, die Röntgenquelle zur Erzeugung der Röntgenstrahlung für eine Sequenz aufeinanderfolgender Aufnahmezeiträume zu erzeugen und eine Antriebsvorrichtung der Filtervorrichtung dazu anzusteuern, die erste Scheibe in eine kontinuierliche Rotationsbewegung um die erste Drehachse zu versetzen, und die zweite Scheibe in eine kontinuierliche Rotationsbewegung um die zweite Drehachse zu versetzen.
Das Steuerungssystem ist dazu eingerichtet, die Ansteuerung der Antriebsvorrichtung und der Röntgenquelle zu synchronisieren, sodass die Röntgenstrahlung während eines ersten der Aufnahmezeiträume einen ersten Kreissektor der ersten Scheibe passiert und während eines auf den ersten Aufnahmezeitraum folgenden, insbesondere unmittelbar folgenden, zweiten der Aufnahmezeiträume einen zu dem ersten Kreissektor benachbarten zweiten Kreissektor der ersten Scheibe passiert. Dies ist insbesondere für jedes Paar aufeinanderfolgender Aufnahmezeiträume der Fall.
Jeder der Kreissektoren der ersten beziehungsweise der zweiten Scheibe hat insbesondere einen Mittelpunktswinkel von 180 Grad oder weniger. Beispielsweise kann der Mittelpunktswinkel für alle Kreissektoren der ersten Scheibe gleich sein und der Mittelpunktswinkel für alle Kreissektoren der zweiten Scheibe kann ebenfalls gleich sein. Es können jedoch auch Kreissektoren mit unterschiedlich großen Mittelpunktswinkeln auf einer Scheibe verwendet werden. Die Kreissektoren einer Scheibe unterscheiden sich voneinander insbesondere hinsichtlich ihrer Eigenschaften bezüglich der spektralen Filterung der Röntgenstrahlung, also in ihrer jeweiligen Röntgentransmissionscharakteristik. Die kann insbesondere durch verschiedene Röntgenfiltermaterialien und/oder eine Kombination eines oder mehrerer Röntgenfiltermaterialien mit röntgentransparentem Material erreicht werden.
Durch die Ansteuerung der Antriebsvorrichtung kann beispielsweise die erste Scheibe in eine Rotationsbewegung mit einer vorgegebenen ersten Rotationsgeschwindigkeit versetzt werden und die zweite Scheibe in eine Rotationsbewegung mit einer vorgegebenen zweiten Rotationsgeschwindigkeit, die gleich der ersten Rotationsgeschwindigkeit oder verschieden von dieser sein kann. Insbesondere ist die Antriebsvorrichtung dazu eingerichtet, die erste und die zweite Scheibe in die entsprechende Rotationsbewegung zu versetzen, sodass sich diese gleichzeitig und kontinuierlich um die jeweilige Drehachse drehen, beispielsweise mit der ersten beziehungsweise zweiten Rotationsgeschwindigkeit. Die Rotationsgeschwindigkeiten können insbesondere als Winkelgeschwindigkeiten verstanden werden.
Je nach Anwendungsfall oder konkreter Ausgestaltung des Röntgenbildgebungssystems kann die Röntgenquelle beispielsweise stationär bezüglich eines Patienten oder einer Patientenliege angeordnet sein. Die erste Rotationsgeschwindigkeit und die zweite Rotationsgeschwindigkeit können dann beispielsweise während der Sequenz aufeinanderfolgender Aufnahmezeiträume jeweils konstant sein.
In anderen Anwendungsfällen können die erste Rotationsgeschwindigkeit und die zweite Rotationsgeschwindigkeit sich während der Sequenz aufeinanderfolgender Aufnahmezeiträume auch verändern. Beispielsweise können sich die Pulsdauern und/oder Pulsabstände von Röntgenpulsen der Röntgenstrahlung während der Sequenz aufeinanderfolgender Aufnahmezeiträume verändern, etwa bei Kegelstrahl-CT Sequenzen. Dies kann insbesondere erforderlich sein, wenn sich die Röntgenquelle, beispielsweise an einem C-Arm, auch als C-Bogen bezeichnet, bewegt beziehungsweise dieser beschleunigt oder abgebremst wird. In diesem Fall können auch die erste Rotationsgeschwindigkeit und die zweite Rotationsgeschwindigkeit entsprechend verändert werden, um eine Synchronisierung mit den Röntgenpulsen während der Sequenz aufeinanderfolgender Aufnahmezeiträume sicherzustellen. Dabei kann bei der Anpassung der Rotationsgeschwindigkeiten insbesondere auch eine Beschleunigung des C-Arms zu Beginn seiner Bewegung und eine Abbremsung des Arms zum Ende seiner Bewegung berücksichtigt werden. Alternativ können die Röntgenpulse synchronisiert mit der Drehung der Scheibe später getriggert werden, wenn der C-Arm eine stationäre Winkelgeschwindigkeit erreicht hat.
Beispielsweise können die Kreissektoren der ersten Scheibe abwechseln ein erstes Filtermaterial enthalten und röntgentransparent sein, also kein Röntgenfiltermaterial, insbesondere im relevanten spektralen Bereich der emittierten beziehungsweise erzeugten Röntgenstrahlung, enthalten. Es ist auch möglich, dass die Kreissektoren der ersten Scheibe abwechseln das erste Röntgenfiltermaterial und ein davon verschiedenes weiteres erstes Röntgenfiltermaterial enthalten. Es sind auch andere Kombinationen von Kreissektoren auf der ersten Scheibe möglich, wobei wenigstens einer der Kreissektoren das erste Röntgenfiltermaterial enthält. Die übrigen Kreissektoren können röntgentransparent sein oder das weitere erste Röntgenfiltermaterial beinhalten und so weiter. Die Kombination der einzelnen Röntgenfiltermaterialien beziehungsweise röntgentransparenten Materialien in den verschiedenen Kreissektoren kann je nach Anwendung angepasst werden.
Beispielsweise können die Kreissektoren der zweiten Scheibe abwechseln ein von dem ersten Filtermaterial verschiedenes zweites Röntgenfiltermaterial enthalten und röntgentransparent sein. Es ist auch möglich, dass die Kreissektoren der zweiten Scheibe abwechseln das zweite Röntgenfiltermaterial und ein davon verschiedenes weiteres zweites Röntgenfiltermaterial enthalten. Es sind auch andere Kombinationen von Kreissektoren auf der zweiten Scheibe möglich, wobei wenigstens einer der Kreissektoren das zweite Röntgenfiltermaterial enthält. Die übrigen Kreissektoren können röntgentransparent sein oder das weitere zweite Röntgenfiltermaterial beinhalten und so weiter. Die Kombination der einzelnen Röntgenfiltermaterialien beziehungsweise röntgentransparenten Materialien in den verschiedenen Kreissektoren kann je nach Anwendung angepasst werden.
Als Röntgenfiltermaterialien, insbesondere für das erste und das zweite Röntgenfiltermaterial, kommen verschiedene an sich bekannte Materialien, insbesondere Metalle, wie etwa Zinn, Kupfer, Gadolinium, Beryllium, Aluminium und so weiter, infrage. Die Auswahl der Röntgenfiltermaterialien hängt vom konkreten Anwendungsfall ab.
Wenn hier und im Folgenden davon die Rede ist, dass ein Kreissektor der ersten oder der zweiten Scheibe ein bestimmtes Röntgenfiltermaterial enthält, so kann dies derart verstanden werden, dass der entsprechende Kreissektor aus dem jeweiligen Röntgenfiltermaterial besteht, oder dass ein Substrat, insbesondere ein röntgentransparentes Substrat im entsprechenden Kreissektor mit dem Röntgenfiltermaterial bedeckt oder beschichtet oder dergleichen ist, und so weiter. Das entsprechende Röntgenfiltermaterial befindet sich vorzugsweise vom Mittelpunkt der jeweiligen Scheibe bis zu dessen Rand in radialer Richtung vollständig beziehungsweise ganzflächig in dem entsprechenden Kreissektor. Es ist jedoch auch möglich, dass bestimmte radiale Bereiche in dem entsprechenden Kreissektor frei von dem jeweiligen Röntgenfiltermaterial sind, insbesondere sodass ein radialer Streifen innerhalb des Kreissektors das Röntgenfiltermaterial beinhaltet. Die radiale Breite des Streifens kann auf den Strahldurchmesser der Röntgenstrahlung beim Durchtritt durch den Überlappungsbereich angepasst sein, sodass der Strahl beispielsweise vollständig durch den Streifen verläuft.
Auch bei einer vollständigen Belegung eines Kreissektors mit dem Röntgenfiltermaterial können die Position und Größe der Scheiben, insbesondere deren Durchmesser, deren Abstand voneinander und deren Position bezüglich des Austrittsfensters in lateraler Richtung sowie in longitudinaler Richtung, an eine Strahlaufweitung oder einen Durchmesser beziehungsweise eine Ausdehnung des Austrittsfensters angepasst sein, sodass die Röntgenstrahlung im Wesentlichen vollständig oder vollständig durch den Überlappungsbereich tritt.
Eine longitudinale Richtung ist hierbei und im Folgenden insbesondere als Richtung parallel zu den beiden Drehachsen und damit parallel zu der Strahlrichtung zu verstehen. Eine laterale Richtung beziehungsweise eine laterale Position entspricht einer Richtung oder Position senkrecht zu den Drehachsen beziehungsweise in einer Ebene senkrecht zu den Drehachsen. Die Strahlrichtung kann insbesondere als Hauptausbreitungsrichtung oder nominelle Ausbreitungsrichtung der Röntgenstrahlung aufgefasst werden. Beispielsweise kann die Strahlrichtung senkrecht zu einer planen Oberfläche des Austrittsfensters sein. Insbesondere ist eine Detektoroberfläche des Röntgendetektors senkrecht zu der Strahlrichtung ausgerichtet. Demzufolge kann die Strahlrichtung auch derart aufgefasst werden, dass sie durch die Orientierung der Detektoroberfläche definiert ist, nämlich als Normalenrichtung auf die Detektoroberfläche an einer definierten lateralen Position, beispielsweise im Zentrum des Austrittsfensters beziehungsweise des Röntgendetektors beziehungsweise der Detektoroberfläche.
Dass die Scheiben einander überlappend angeordnet sind, kann insbesondere derart verstanden werden, dass sie in longitudinaler Richtung versetzt zueinander angeordnet sind und in longitudinaler Richtung überlappen, insbesondere teilweise überlappen.
Geometrisch ausgedrückt weist die erste Scheibe einen ersten Radius R1 auf und die zweite Scheibe einen zweiten Radius R2 und die beiden Drehachsen weisen voneinander einen senkrechten Abstand D auf. Dann gilt R1 + R2 - d = D, wobei d > 0 und d ≤ min (R1, R2). Vorzugsweise sind R1 und R2 gleich, sodass 0 < d ≤ R1 = R2 = R.
Die erste Drehachse verläuft insbesondere durch einen Kreismittelpunkt der ersten Scheibe und steht senkrecht auf der durch die erste Scheibe aufgespannten Kreisebene. Die zweite Drehachse verläuft insbesondere durch einen Kreismittelpunkt der zweiten Scheibe und steht senkrecht auf der durch die zweite Scheibe aufgespannten Kreisebene. Die Drehrichtungen der ersten und der zweiten Scheibe beziehungsweise der entsprechenden Rotationsbewegungen um die erste und die zweite Drehachse können gleichsinnig sein oder gegenläufig. In bevorzugten Ausführungsformen sind die Kreisradien der ersten und der zweiten Scheibe gleich oder im Wesentlichen gleich.
Die Antriebsvorrichtung beinhaltet insbesondere für jede der Scheiben einen entsprechenden Motor. Darüber hinaus kann die Antriebsvorrichtung beispielsweise auch entsprechende Getriebe, Steuerungskomponenten, Sensorkomponenten zur Lagebestimmung der Scheiben, Drehgeber und so weiter beinhalten.
Das Ansteuern der Antriebsvorrichtung beziehungsweise der Röntgenquelle kann im Allgemeinen sowohl eine Steuerung als auch eine Regelung beinhalten.
Um eine Röntgenaufnahme eines Objekts durchzuführen, wird das Objekt an eine dafür vorgesehene Position im Strahlengang, also zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor, positioniert, im Falle eines Patienten beispielsweise auf einer Patientenliege oder dergleichen. Prinzipiell kann sich die Röntgenfiltervorrichtung bei der Erzeugung der Röntgenaufnahme zwischen dem Austrittsfenster und dem Objekt befinden oder zwischen dem Objekt und dem Röntgendetektor. Vorzugsweise befindet sich die Filtervorrichtung jedoch zwischen dem Austrittsfenster und dem Objekt. Dies hat den Vorteil, dass, je näher sich die Filtervorrichtung, und insbesondere die Scheiben beziehungsweise der Überlappungsbereich, an dem Austrittsfenster befinden, umso geringer der Strahldurchmesser der Röntgenstrahlung beziehungsweise umso geringer die Strahlaufweitung ist. Der Durchmesser der beiden Scheiben kann dementsprechend geringer gewählt werden. Mit Vorteil wird durch die spektrale Filterung auch die Strahlenbelastung des Objekts auf diese Weise verringert.
Beispielsweise kann die Filtervorrichtung beziehungsweise können die Scheiben unmittelbar vor dem Austrittsfenster angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass aus technischen Gründen ein gewisser Mindestabstand eingehalten werden muss. Ferner ist es möglich, dass sonstige Komponenten zur Strahlformung oder dergleichen zwischen der Filtervorrichtung und dem Austrittsfenster angeordnet sind.
Dass die Rotationsbewegungen der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe kontinuierlich sind, kann insbesondere derart verstanden werden, dass die Scheiben während der Sequenz aufeinanderfolgender Aufnahmezeiträume dauerhaft in Bewegung sind. Dies bedeutet jedoch nicht notwendigerweise, dass die Rotationsgeschwindigkeiten dabei konstant sind.
Bei einem erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungssystem verläuft die Röntgenstrahlung wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, durch den Überlappungsbereich der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe. Je nach aktueller Drehposition der ersten Scheibe wird die Röntgenstrahlung daher durch die erste Scheibe spektral gefiltert. Analog wird die Röntgenstrahlung je nach Drehposition der zweiten Scheibe durch die zweite Scheibe spektral gefiltert. Die initiale Drehposition der beiden Scheiben, insbesondere zueinander, kann gemäß der konkreten Anforderungen der Anwendung angepasst werden ebenso wie die erste und die zweite Rotationsgeschwindigkeit der ersten und der zweiten Scheibe. Zudem kann die Aufteilung der Scheiben in die entsprechenden Kreissektoren gemäß der konkreten Anwendung angepasst werden. Auf diese Weise lassen sich verschiedenste Kombinationen von spektralen Filterungen, insbesondere Sequenzen von aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Filterungen, erzielen.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungsvorrichtung ist dabei, dass sich die Position der Kreissektoren der ersten und der zweiten Scheibe bezüglich der Röntgenstrahlung, also insbesondere bezüglich der lateralen Position des Austrittsfensters, ausschließlich durch die beiden Drehbewegungen verändern lässt, ohne dass eine Translationsbewegung der Scheiben beziehungsweise der Filtermaterialien erforderlich ist. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass beide Scheiben kontinuierlich rotieren können, ohne dass eine translatorische Beschleunigung oder ein translatorisches Abbremsen erforderlich ist. Mit anderen Worten können die beiden Scheiben kontinuierlich rotieren, um sequentiell verschiedene Kombinationen von Röntgenfiltermaterialien und/oder röntgentransparenten Materialen und so weiter zu realisieren, durch die die Röntgenstrahlung hindurch tritt, wie sie für die konkrete Anwendung vorteilhaft oder erforderlich sind.
Es wird somit insbesondere vermieden, dass zu diesem Zweck entsprechende Filterelemente in den Strahlengang hinein- beziehungsweise wieder aus dem Strahlengang herausgefahren werden müssen, insbesondere in lateraler Richtung beziehungsweise senkrecht zur Strahlrichtung. Bei solchen translatorischen Bewegungen müsste bei jeder Veränderung die Massenträgheit der Filter beziehungsweise der Scheiben überwunden werden, was die Geschwindigkeit, mit der unterschiedliche Filterungen eingestellt werden können, erheblich begrenzt. Derselbe Nachteil ergäbe sich auch bei einer nicht kontinuierlichen Rotationsbewegung zum Verändern der spektralen Filterung.
Erfindungsgemäß tritt dieses Problem in den Hintergrund, da die beiden Scheiben beispielsweise vor Beginn der Röntgenaufnahme in die Drehbewegungen versetzt werden können und zur Aufrechterhaltung der Drehbewegungen eine wesentlich geringere Kraft beziehungsweise ein Drehmoment, das einer wesentlich geringeren Kraft entspricht, als bei einer zeitlich begrenzten Translations- oder Rotationsbewegung, überwunden werden muss. Durch Anpassung der Rotationsgeschwindigkeiten, insbesondere im Rahmen einer Synchronisation mit der gepulsten Erzeugung der Röntgenstrahlung, lässt sich die Geschwindigkeit, mit der die spektrale Filterung verändert werden kann, gezielt beeinflussen und stark erhöhen.
In der Konsequenz bedeutet dies, dass zwischen aufeinanderfolgenden Röntgenaufnahmen mit unterschiedlichen spektralen Filterungen weniger Zeit vergeht, sodass sich Bewegungen des Objekts während der Aufnahmen weniger stark bemerkbar machen.
Durch die erfindungsgemäße Kombination von zwei verschiedenen um parallele Drehachsen rotierbaren Scheiben mit verschiedenen Röntgentransmissionscharakteristika in benachbarten Kreissektoren lässt sich durch eine entsprechende Anpassung der Rotationsgeschwindigkeiten und der initialen Drehpositionen der ersten und der zweiten Scheibe eine größere Anzahl von Kombinationen verschiedener Kreissektoren und dementsprechend eine größere Anzahl von verschiedenen spektralen Filterungen realisieren, ohne dass Hardwarekomponenten, insbesondere die Filterscheiben, ausgetauscht werden müssten.
Durch die Verwendung von zwei kontinuierlich rotierenden Scheiben anstelle beispielsweise nur einer kontinuierlich rotierenden Scheibe, werden auch die akzeptablen Toleranzen für die Rotationsgeschwindigkeit beziehungsweise die Rotationspositionen und dementsprechend die Ansteuerung und Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung erhöht. Insbesondere ist es in der Regel erstrebenswert, dass die spektrale Filterung sich während einer einzigen Aufnahme, beispielsweise während eines Röntgenpulses, nicht verändert. Durch die Pulsdauer des Röntgenpulses beziehungsweise die Aufnahmedauer ist dementsprechend ein minimales Zeitfenster vorgegeben, in dem die Röntgenstrahlung durch dieselben Materialien innerhalb des Überlappungsbereichs verlaufen muss. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von zwei Scheiben können die Rotationsgeschwindigkeiten kleiner, insbesondere halb so groß, gewählt werden als bei einer einzigen Scheibe. Relative Schwankungen oder Ungenauigkeiten der Rotationsgeschwindigkeit wirken sich also nur in geringerem Maße, insbesondere um einen Faktor zwei geringere Massen, auf die resultierenden Zeitdauern aus, in der die spektrale Filterung konstant ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Steuerungssystem dazu eingerichtet, die Ansteuerung der Antriebsvorrichtung und der Röntgenquelle derart zu synchronisieren, sodass die Röntgenstrahlung während des ersten Aufnahmezeitraums einen ersten Kreissektor der zweiten Scheibe passiert und während des zweiten Aufnahmezeitraums ebenfalls den ersten Kreissektor der zweiten Scheibe passiert.
Alternativ ist das Steuerungssystem dazu eingerichtet, die Ansteuerung der Antriebsvorrichtung und der Röntgenquelle derart zu synchronisieren, sodass die Röntgenstrahlung während des ersten Aufnahmezeitraums einen ersten Kreissektor der zweiten Scheibe passiert und während des zweiten Aufnahmezeitraums einen zu dem ersten Kreissektor benachbarten zweiten Kreissektor der zweiten Scheibe passiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die erste Scheibe und die zweite Scheibe jeweils gleichmäßig in wenigstens vier Kreissektoren, beispielsweise jeweils in genau vier Kreissektoren, aufgeteilt.
Mit anderen Worten ist die Anzahl der Kreissektoren der ersten Scheibe gleich einer Zahl N1 ≥ 4 und die Anzahl der Kreissektoren der zweiten Scheibe ist gleich einer Zahl N2 ≥ 4, wobei vorzugsweise N1 = N2, beispielsweise N1 = N2 = 4.
Dass die Aufteilung gleichmäßig ist bedeutet insbesondere, dass die jeweiligen Mittelpunktswinkel aller Kreissektoren einer Scheibe gleich sind. Insbesondere ist der Mittelpunktswinkel aller Kreissektoren der ersten Scheibe gleich 360°/N1 und der Mittelpunktswinkel aller Kreissektoren der zweiten Scheibe gleich 360°/N2.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthalten zwei einander gegenüberliegende Kreissektoren der wenigstens vier Kreissektoren der ersten Scheibe das erste Röntgenfiltermaterial. Zwei einander gegenüberliegende Kreissektoren der wenigstens vier Kreissektoren der zweiten Scheibe enthalten das zweite Röntgenfiltermaterial.
Ist beispielsweise N1 = N2 =4, so enthalten die zwei gegenüberliegenden Kreissektoren der ersten Scheibe das erste Röntgenfiltermaterial und die zwei übrigen einander gegenüberliegenden Kreissektoren der ersten Scheibe enthalten beispielsweise das erste Röntgenfiltermaterial nicht. Diese übrigen gegenüberliegenden Kreissektoren können beispielsweise röntgentransparent sein oder das weitere erste Röntgenfiltermaterial beinhalten oder das zweite Röntgenfiltermaterial. Dasselbe gilt analog für die zweite Scheibe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zwei weitere einander gegenüberliegende Kreissektoren der wenigstens vier Kreissektoren der ersten Scheibe röntgentransparent und/oder, vorzugsweise und, zwei weitere einander gegenüberliegende Kreissektoren der wenigstens vier Kreissektoren der zweiten Scheibe sind röntgentransparent.
Die Vorteile solcher Ausführungsformen seien anhand des nicht beschränkenden Beispiels N1 = N2 = 4 und R1 = R2 = R erläutert, wobei die zwei gegenüberliegenden Kreissektoren der ersten Scheibe das erste Röntgenfiltermaterial beinhalten, die weiteren beiden einander gegenüberliegenden Kreissektoren der ersten Scheibe röntgentransparent sind, die zwei einander gegenüberliegenden Kreissektoren der zweiten Scheibe das zweite Röntgenfiltermaterial enthalten und die zwei weiteren einander gegenüberliegenden Kreissektoren der zweiten Scheibe röntgentransparent sind.
Mit anderen Worten enthalten die vier Kreissektoren der ersten Scheibe abwechselnd das erste Röntgenfiltermaterial beziehungsweise sind röntgentransparent. Analog enthalten die vier Kreissektoren der zweiten Scheibe abwechselnd das zweite Röntgenfiltermaterial beziehungsweise sind röntgentransparent.
In einer initialen Drehposition der beiden Scheiben verläuft beispielsweise eine senkrechte Verbindungslinie zwischen der ersten und der zweiten Drehachse mittig durch die zwei einander gegenüberliegenden Kreissektoren der ersten Scheibe oder die zwei weiteren einander gegenüberliegenden Kreissektoren der ersten Scheibe. In der initialen Drehposition verläuft beispielsweise die senkrechte Verbindungslinie zwischen der ersten und der zweiten Drehachse mittig durch die zwei einander gegenüberliegenden Kreissektoren der zweiten Scheibe oder die zwei weiteren einander gegenüberliegenden Kreissektoren der zweiten Scheibe.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die erste Rotationsgeschwindigkeit gleich der zweiten Rotationsgeschwindigkeit. Es sei angenommen, dass in der initialen Drehposition ein Kreissektor der ersten Scheibe mit dem ersten Röntgenfiltermaterial mit einem röntgentransparenten Kreissektor der zweiten Scheibe überlappt. Rotieren die beiden Scheiben gegenläufig oder gleichläufig, so ergibt sich eine Sequenz, in der die Röntgenstrahlung abwechselnd durch das erste Röntgenfiltermaterial und das zweite Röntgenfiltermaterial gefiltert wird.
Die Rotationsgeschwindigkeiten können dementsprechend an die Pulsdauer der Röntgenpulse beziehungsweise die entsprechenden Aufnahmezeiträume angepasst werden, gegebenenfalls auch dynamisch, sodass während jedes Röntgenpulses beziehungsweise Aufnahmezeitraums abwechselnd eine Filterung mit dem ersten Röntgenfiltermaterial und dem zweiten Röntgenfiltermaterial erfolgt.
Bei einer alternativen initialen Drehposition überlappt beispielsweise ein Kreissektor der ersten Scheibe mit dem ersten Röntgenfiltermaterial mit einem Kreissektor der zweiten Scheibe mit dem zweiten Röntgenfiltermaterial. In diesem Fall ergibt sich bei gleichen Rotationsgeschwindigkeiten eine Sequenz, in der abwechselnd eine Filterung sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Röntgenfiltermaterial beziehungsweise keine Röntgenfilterung erfolgt.
Diese Beispiele sind, wie sich dem fachkundigen Leser erschließt, nicht beschränkend. Vielmehr kann eine Vielzahl verschiedener Sequenzen mit verschiedenen Kombinationen röntgentransparenter und nicht-röntgentransparenter Kreissektoren erzielt werden. Die Komplexität der Sequenzen lässt sich durch Erhöhung der Anzahl der Kreissektoren der ersten und/oder der zweiten Scheibe weiter erhöhen. Alternativ oder zusätzlich können verschiedene Röntgenfiltermaterialen auf ein und derselben Scheibe, insbesondere in benachbarten oder gegenüberliegenden Kreissektoren, vorgesehen werden, um noch höhere Flexibilität bei der Sequenz der spektralen Filterungen erzielen zu können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Steuerungssystem dazu eingerichtet, die Röntgenquelle derart anzusteuern, dass die Röntgenstrahlung in jedem der Aufnahmezeiträume einen oder mehrere Röntgenpulse beinhaltet. Das Steuerungssystem kann dabei eine oder mehrere Steuerungseinheiten enthalten.
Jeder Röntgenpuls kann beispielsweise einer Röntgenaufnahme entsprechen. Mit anderen Worten kann jeder Röntgenpuls beispielsweise einem Frame oder Einzelbild entsprechen. Ein Aufnahmezeitraum kann dementsprechend einen oder mehrere Frames enthalten.
Das Synchronisieren der Ansteuerung beinhaltet insbesondere ein entsprechendes Steuern oder Regeln der Rotationsgeschwindigkeiten und/oder ein Einstellen der initialen Drehpositionen der Scheiben. Die Synchronisation erfolgt dabei beispielsweise abhängig von der entsprechenden Pulsdauer der Röntgenpulse und/oder der Dauer der Aufnahmezeiträume.
Zur Einstellung der initialen Drehpositionen, die auch als Kalibrierung bezeichnet werden kann, kann die Antriebsvorrichtung einen oder mehrere Sensoren, wenigstens einen ersten Sensor für die Kalibrierung der Drehposition der ersten Scheibe und wenigstens einen zweiten Sensor für die Kalibrierung der Drehposition der zweiten Scheibe, aufweisen. Die Sensoren können beispielsweise optische Sensoren, wie etwa Lichtschranken oder dergleichen, Näherungssensoren, Hallsensoren, Drehgeber, insbesondere Absolutwertdrehgeber, vorzugsweise Multiturn-Absolutwertdrehgeber und so weiter beinhalten.
In manchen Ausführungsformen ist die Pulsdauer der Röntgenpulse über die Sequenz von Aufnahmezeiträumen hinweg konstant und/oder die Anzahl der Pulse pro Aufnahmezeitraum konstant. Es ist jedoch auch möglich, dass dies nicht der Fall ist. Beispielsweise können für unterschiedliche spektrale Filterungen unterschiedliche Pulsdauern und/oder unterschiedliche Anzahlen von Pulsen pro Aufnahmezeitraum vorgesehen werden. Die Pulsdauer und/oder die zeitlichen Pulsabständen zwischen aufeinanderfolgenden Röntgenpulsen können sich auch synchronisiert mit einer Bewegung der Röntgenquelle verändern, beispielsweise im Falle einer Kegelstrahl-CT-Anwendung mit einem C-Bogen CT-Gerät, um eine Winkeltreue sicherzustellen.
Durch die Synchronisierung der Rotationsgeschwindigkeiten lassen sich die spektralen Filterungen der einzelnen Aufnahmezeiträume genau einstellen. Hierbei wirkt sich das erfindungsgemäße Konzept der beiden drehbaren Scheiben besonders vorteilhaft aus, da die oben erläuterte Problematik der Massenträgheit bei Translationsbewegungen wie beschrieben durch die beiden rotierenden Scheiben überwunden beziehungsweise nicht mehr signifikant ist, und die Synchronisation der Rotationsgeschwindigkeiten daher mit sehr hoher Genauigkeit erfolgen kann. Ferner können bei sich verändernden Pulsdauern und/oder Pulsabständen auch die Rotationsgeschwindigkeiten entsprechend nachgeführt beziehungsweise synchronisiert verändert werden.
Damit kann die Erfindung mit Vorteil auch bei Anwendungen zur Röntgenbildgebung eingesetzt werden, die eine sehr hohe Framerate, beispielsweise in der Größenordnung von bis zu 95 Frames pro Sekunde, erfordern, eingesetzt werden und die Einflüsse der Objektbewegung kann minimiert werden. Dies macht die Erfindung insbesondere bei Kegelstrahl-CT-Anwendungen und bei verschiedenen klinischen Prozeduren, welche röntgenbasierte Angiographie oder fluoreszenzgestützte Röntgenbildgebung einsetzen, vorteilhaft anwendbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Steuerungssystem dazu eingerichtet, zur Synchronisierung der Ansteuerung der Antriebsvorrichtung und der Röntgenquelle eine jeweilige Rotationsgeschwindigkeit der ersten Scheibe um die erste Drehachse und der zweiten Scheibe um die zweite Drehachse abhängig von der Anzahl von Röntgenpulsen pro Aufnahmezeitraum und/oder abhängig von einer Pulsdauer der Röntgenpulse zu steuern oder zu regeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Antriebsvorrichtung eine erste Welle auf, durch deren Zentrum die erste Drehachse verläuft und die mit der ersten Scheibe verbunden ist, sowie einen ersten Motor, der zum Antrieb der ersten Scheibe mit der ersten Welle verbunden ist, um angesteuert durch das Steuerungssystem die erste Scheibe in die Rotationsbewegung zu versetzen.
Beispielsweise kann ein erster Drehgeber der Antriebsvorrichtung mit der ersten Welle verbunden sein, um eine Drehposition der ersten Welle und damit der ersten Scheibe zu bestimmen. Die Ansteuerung der Antriebsvorrichtung zum Versetzen der ersten Scheibe in die Drehbewegung kann dann abhängig von der mittels des ersten Drehgebers bestimmten Drehposition erfolgen oder die Synchronisierung kann abhängig davon erfolgen. Der erste Drehgeber kann direkt oder indirekt, also insbesondere über eines oder mehrere Zahnräder oder Getriebekomponenten, mit der ersten Welle verbunden sein. Insbesondere kann die erste Welle also direkt mit einer Motorwelle des ersten Motors verbunden sein oder der ersten Motorwelle des ersten Motors entsprechen oder indirekt mit der ersten Motorwelle verbunden sein.
Der erste Drehgeber ist vorzugsweise als Absolutwertdrehgeber, insbesondere als Multiturn-Absolutwertdrehgeber, ausgestaltet. Somit lässt sich die Drehposition der ersten Scheibe zuverlässig, und insbesondere auch über Unterbrechungen der Drehbewegung hinweg, bestimmen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Antriebsvorrichtung eine zweite Welle auf, durch deren Zentrum die zweite Drehachse verläuft und die mit der zweiten Scheibe verbunden ist, sowie einen zweiten Motor, der zum Antrieb der zweiten Scheibe mit der zweiten Welle verbunden ist, um, angesteuert durch das Steuerungssystem, die zweite Scheibe in die Rotationsbewegung zu versetzen.
Die obenstehenden Erläuterungen betreffend den ersten Motor, die erste Welle und den ersten Drehgeber gelten analog für den zweiten Motor, die zweite Welle und gegebenenfalls einen zweiten Drehgeber.
Der erste Motor und/oder der zweite Motor sind in bevorzugten Ausführungsformen als jeweilige Schrittmotoren ausgestaltet. Dadurch wird eine genaue Synchronisierung der beiden Motoren zueinander und bezüglich der Erzeugung der Röntgenstrahlung, insbesondere der Röntgenpulse, ermöglicht.
Alternativ können der erste und der zweite Motor auch als Servomotoren ausgestaltet sein. Dabei kann bei der Auswahl eines Schrittmotors oder Servomotors beispielsweise die konkrete Anforderung an eine Drehzahl des jeweiligen Motors beziehungsweise Positionierungsgenauigkeit der jeweiligen Motorwelle berücksichtigt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste Scheibe ein kreisförmiges röntgentransparentes erstes Substrat auf sowie eine erste Schicht, die auf einer Oberfläche des ersten Substrats angeordnet ist und die das erste Röntgenfiltermaterial enthält oder daraus besteht.
Somit lässt sich eine stabile und robuste Anbringung des ersten Röntgenfiltermaterials auf der ersten Scheibe erzielen. Mit Vorteil können röntgentransparente Kreissektoren der ersten Scheibe aus dem röntgentransparenten ersten Substrat bestehen, sodass ein besonders einfacher Aufbau der ersten Scheibe resultiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die zweite Scheibe ein kreisförmiges röntgentransparentes zweites Substrat auf sowie eine zweite Schicht, die auf einer Oberfläche des zweiten Substrats angeordnet ist und die das zweite Röntgenfiltermaterial enthält oder daraus besteht.
Somit lässt sich eine stabile und robuste Anbringung des zweiten Röntgenfiltermaterials auf der zweiten Scheibe erzielen. Mit Vorteil können röntgentransparente Kreissektoren der zweiten Scheibe aus dem röntgentransparenten zweiten Substrat bestehen, sodass ein besonders einfacher Aufbau der zweiten Scheibe resultiert.
Ist im Rahmen der vorliegenden Offenbarung die Rede davon, dass eine Komponente des erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungssystems, insbesondere das Steuerungssystem, dazu eingerichtet, ausgebildet, ausgelegt, oder dergleichen ist, eine bestimmte Funktion auszuführen oder zu realisieren, eine bestimmte Wirkung zu erzielen oder einem bestimmten Zweck zu dienen, so kann dies derart verstanden werden, dass die Komponente, über die prinzipielle oder theoretische Verwendbarkeit oder Eignung der Komponente für diese Funktion, Wirkung oder diesen Zweck hinaus, durch eine entsprechende Anpassung, Programmierung, physische Ausgestaltung und so weiter konkret und tatsächlich dazu in der Lage ist, die Funktion auszuführen oder zu realisieren, die Wirkung zu erzielen oder dem Zweck zu dienen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur röntgenbasierten Bildgebung, insbesondere mittels eines erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungssystems, angegeben. Dabei wird eine Filtervorrichtung zur spektralen Filterung von durch eine Röntgenquelle erzeugter Röntgenstrahlung zwischen einem dem Austrittsfenster der Röntgenquelle und einem Röntgendetektor angeordnet, wobei eine kreisförmige erste Scheibe und eine kreisförmige zweite Scheibe der Filtervorrichtung jeweils in zwei oder mehr Kreissektoren aufgeteilt sind, wobei alle Paare benachbarter Kreissektoren voneinander verschiedene Röntgentransmissionscharakteristika aufweisen. Die erste Scheibe wird drehbar um eine im Wesentlichen parallel zu einer Strahlrichtung der Röntgenstrahlung orientierte erste Drehachse gelagert und die zweite Scheibe wird drehbar um eine im Wesentlichen parallel zu der ersten Drehachse orientierte zweite Drehachse gelagert. Mit im Wesentlichen parallel zu einer Strahlrichtung der Röntgenstrahlung ist dabei eine Orientierung der ersten Drehachse gemeint, die eine Drehung der ersten Scheibe durch mindestens einen Teil der Röntgenstrahlung hindurch ermöglicht. Mithin ist damit eine Orientierung gemeint, die eine Ausrichtung der ersten Scheibe bewirkt, die zumindest nicht parallel zu besagtem Teil der Röntgenstrahlung ist. Insbesondere kann damit eine Orientierung der ersten Drehachse parallel zu besagtem Teil der Röntgenstrahlung gemeint sein. Mit im Wesentlichen parallel zu der ersten Drehachse ist dabei eine Orientierung der zweiten Drehachse gemeint, die eine Ausrichtung der zweiten Scheibe bewirkt, die zumindest nicht senkrecht zur Ausrichtung der ersten Scheibe ist. Insbesondere kann damit eine Orientierung der zweiten Drehachse parallel zur ersten Drehachse gemeint sein.
Die erste Scheibe und die zweite Scheibe werden einander überlappend angeordnet und werden bezüglich des Austrittsfensters derart angeordnet, dass eine laterale Position des Austrittsfensters in einem Überlappungsbereich der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe liegt.
Die Röntgenstrahlung wird für eine Sequenz aufeinanderfolgender Aufnahmezeiträume erzeugt, die erste Scheibe wird in eine kontinuierliche Rotationsbewegung um die erste Drehachse versetzt und die zweite Scheibe wird in eine kontinuierliche Rotationsbewegung um die zweite Drehachse versetzt. Die Rotationsbewegungen der ersten und der zweiten Scheibe und die Erzeugung der Röntgenstrahlung werden synchronisiert, sodass die Röntgenstrahlung während eines ersten der Aufnahmezeiträume einen ersten Kreissektor der ersten Scheibe passiert und während eines auf den ersten Aufnahmezeitraum folgenden zweiten der Aufnahmezeiträume einen zu dem ersten Kreissektor benachbarten zweiten Kreissektor der ersten Scheibe passiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zur Synchronisierung der Ansteuerung der Antriebsvorrichtung und der Röntgenquelle eine jeweilige Rotationsgeschwindigkeit der ersten Scheibe und der zweiten Scheibe abhängig von einer Anzahl von Röntgenpulsen pro Aufnahmezeitraum und/oder abhängig von einer Pulsdauer der Röntgenpulse gesteuert oder geregelt.
Je nach Ausführungsform können die Anzahl von Röntgenpulsen pro Aufnahmezeitraum und/oder die Pulsdauer dabei zeitlich konstant oder zeitlich veränderlich sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine erste Rotationsgeschwindigkeit der ersten Scheibe um die erste Drehachse auf einen Zielwert gesteuert oder geregelt, insbesondere mittels des Steuerungssystems. Eine zweite Rotationsgeschwindigkeit der zweiten Scheibe um die zweite Drehachse wird, insbesondere mittels des Steuerungssystems, auf den Zielwert oder auf einen weiteren Zielwert, der gleich einem ganzzahligen Vielfachen des Zielwerts ist, gesteuert oder geregelt. Insbesondere ist der weitere Zielwert mindestens zweimal so groß wie der Zielwert.
Je nach Ausführungsform können der Zielwert und der weitere Zielwert dabei zeitlich konstant oder zeitlich veränderlich sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird mittels des Röntgendetektors während des ersten Aufnahmezeitraums ein erster Bilddatensatz erzeugt und während des zweiten Aufnahmezeitraums ein zweiter Bilddatensatz. Ein abzubildendes Objekt befindet sich während des ersten und des zweiten Aufnahmezeitraums in einem Strahlengang der Röntgenstrahlung.
Der erste und der zweite Bilddatensatz stellen also insbesondere Röntgenaufnahmen des Objekts mit unterschiedlichen spektralen Filterung dar.
Der erste und der zweite Bilddatensatz entsprechen insbesondere Aufnahmen in zwei verschiedenen Energiebereichen oder mit zwei verschiedenen Energiespektren der Röntgenstrahlung. Auf diese Weise kann zwischen verschiedenen Materialien unterschieden werden beziehungsweise es können materialspezifische Röntgenaufnahmen erstellt werden. Darüber hinaus aus den materialspezifischen Bilddatensätzen gegebenenfalls auch eine Dicke eines bestimmten Materials bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können so besonders kontrastreiche Bilder erzeugt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden der erste Bilddatensatz und der zweite Bilddatensatz voneinander subtrahiert oder gewichtet und voneinander subtrahiert werden, um ein finales Bild des Objekts zu erzeugen.
Zum Erzeugen des finalen Bildes wird also der erste Bilddatensatz von dem zweiten Bilddatensatz subtrahiert oder umgekehrt. Alternativ werden der erste und der zweite Bilddatensatz relativ zueinander gewichtet und der gewichtete erste Bilddatensatz wird von dem gewichteten zweiten Bilddatensatz subtrahiert oder umgekehrt.
Durch die Subtraktion oder gewichtete Subtraktion können die materialspezifischen unterschiede noch stärker hervorgehoben werden und/oder der kontrasterhöhende Effekt kann weiter verstärkt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird abhängig von dem finalen Bild eine Menge eines röntgenopaken Materials in dem Objekt bestimmt. Abhängig von der bestimmten Menge des röntgenopaken Materials und einem vorgegebenen Verhältnis der Menge des röntgenopaken Materials zu einer Menge eines radioaktiven Materials in dem Objekt wird die Menge des radioaktiven Materials in dem Objekt berechnet.
So kann das Objekt besonders genau charakterisiert werden, beispielsweise in Anwendungen wie der selektiven internen Strahlentherapie, SIRT (englisch: selective internal radiation therapy).
Insbesondere kann einem Patienten vorab das radioaktive zur Strahlentherapie vorgesehene Material injiziert werden, welches jedoch mit röntgenbasierter Bildgebung nicht oder nicht zuverlässig quantifizierbar ist. Darüber hinaus wird, beispielsweise zusammen mit dem radioaktiven Material das röntgenopake Material injiziert, und zwar in dem vorgegebenen Verhältnis, zum Beispiel Masseverhältnis.
Die durch das radioaktive Material an einen Tumor oder an gesundes Gewebe abgegebene Dosis kann abgeschätzt werden, indem, wie oben beschrieben, die Menge des radioaktiven Materials in dem Objekt indirekt über die Menge des abgelagerten röntgenopaken Materials bestimmt wird.
Durch die Aufnahme der Bilddatensätze wie beschrieben, kann die Menge des abgelagerten röntgenopaken Materials zuverlässig bestimmt werden.
Insbesondere falls Kontrastmittel in dem Objekt vorhanden sind, beispielsweise zur Unterstützung der Navigation eines Instruments oder Werkzeugs, ist es kaum oder nur schwer möglich, das röntgenopake Material mit herkömmlichen Röntgenaufnahmen gemäß einem einzigen Energiespektrum sichtbar zu machen und zu quantifizieren. Die Erfindung wirkt sich daher hier besonders vorteilhaft aus.
Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens folgen unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungssystems und umgekehrt. Insbesondere lassen sich einzelne Merkmale und entsprechende Erläuterungen sowie Vorteile bezüglich der verschiedenen Ausführungsformen zu dem erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungssystem analog auf entsprechende Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens übertragen. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Röntgenbildgebungssystem zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren mit dem erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungssystem durchgeführt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen können nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen von der Erfindung umfasst sein. Es können insbesondere auch Ausführungen und Merkmalskombinationen von der Erfindung umfasst sein, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten Anspruchs aufweisen. Es können darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen von der Erfindung umfasst, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand konkreter Ausführungsbeispiele und zugehöriger schematischer Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren können gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Beschreibung gleicher oder funktionsgleicher Elemente wird gegebenenfalls nicht notwendigerweise bezüglich verschiedener Figuren wiederholt.
In den Figuren zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungsvorrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer Filtervorrichtung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungssystems in einer Seitenansicht;
3 eine schematische Darstellung einer Filtervorrichtung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungssystems in einer Draufsicht;
4 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Aufteilungsmöglichkeit von der Kreissektoren der Scheiben einer Filtervorrichtung;
5 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Aufteilungsmöglichkeit von der Kreissektoren der Scheiben einer Filtervorrichtung;
6 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Aufteilungsmöglichkeit von der Kreissektoren der Scheiben einer Filtervorrichtung;
7 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Aufteilungsmöglichkeit von der Kreissektoren der Scheiben einer Filtervorrichtung; und
8 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Röntgenbildgebungsvorrichtung.

In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Röntgenbildgebungssystem 1 mit einer Röntgenquelle 2 und einem Röntgendetektor 4 dargestellt. Rein exemplarisch ist der Röntgendetektor 4 vorliegend in einer Patientenliege 12 integriert, auf der sich ein Patient 13 als abzubildendes Objekt befindet. Der Patient 13 befindet sich dabei in einem Strahlengang von der Röntgenquelle 2 erzeugter Röntgenstrahlung 9, sodass der Röntgendetektor 4 die teilweise durch den Patienten 13 hindurchtretende und entsprechend abgeschwächte Röntgenstrahlung 9 detektieren kann. Eine Auswerteeinheit 14 des Röntgenbildgebungssystems ist mit dem Röntgendetektor 4 verbunden und kann basierend auf den detektierten Anteilen der Röntgenstrahlung 9 eine Aufnahme oder ein Röntgenbild eines entsprechenden Teils des Patienten 13 erzeugen.
Die Röntgenquelle 2 weist ein Austrittsfenster 3 für die Röntgenstrahlung 9 auf und eine Filtervorrichtung 5 zur spektralen Filterung der Röntgenstrahlung 9, die zwischen dem Austrittsfenster 3 und dem Röntgendetektor 4, insbesondere zwischen dem Austrittsfenster 3 und dem Patienten 13, angeordnet ist. Mit dem Begriff Austrittsfenster ist dabei der räumliche Bereich gemeint, in dem Röntgenstrahlung die Röntgenquelle verlässt. Die von der Röntgenquelle 2 erzeugte und aus dem Austrittsfenster 3 austretende Röntgenstrahlung 9 hat eine Hauptausbreitungsrichtung 7, die auch als Strahlrichtung 7 bezeichnet werden kann, und weist gegebenenfalls eine Strahlaufweitung auf, sodass sich beispielsweise eine kegelförmige Strahlform der Röntgenstrahlung 9 ergibt, in deren Zentrum die Strahlrichtung 7 verläuft. Beispielsweise kann die Strahlrichtung 7 senkrecht auf einer Detektoroberfläche des Röntgendetektors 4 stehen.
Die aus dem Austrittsfenster 3 austretende Röntgenstrahlung 9 tritt aufgrund der Anordnung der Filtervorrichtung 5 in dem Strahlengang durch die Filtervorrichtung hindurch, vorzugsweise vollständig durch die Filtervorrichtung 5 hindurch, sodass die Röntgenstrahlung 9 spektral gefiltert wird und die spektral gefilterte Röntgenstrahlung 9 auf den Patienten 13 trifft, teilweise durch diesen hindurchtritt und entsprechend durch den Röntgendetektor 4 detektiert werden kann.
Das Röntgenbildgebungssystem 1 weist ein Steuerungssystem 11 auf, das mit der Röntgenquelle 2 verbunden ist, um diese zum Erzeugen der Röntgenstrahlung 9 anzusteuern. Die Ansteuerung kann dabei derart erfolgen, dass die Röntgenstrahlung 9 gepulst erzeugt und emittiert wird, sodass insbesondere eine Sequenz aufeinanderfolgender und beispielsweise gleichmäßig beabstandeter Röntgenpulse erzeugt wird. Die Röntgenpulse sind jedoch nicht notwendigerweise gleichmäßig beabstandet, beispielsweise bei einer Kegelstrahl-CT. Mit jedem der Röntgenpulse kann beispielsweise eine Röntgenaufnahme erzeugt werden, beispielsweise für eine Sequenz aufeinanderfolgender Aufnahmezeiträume, wobei jeder Aufnahmezeitraum einen oder mehrere der Röntgenpulse enthält.
Erfindungsgemäß weist die Filtervorrichtung eine erste kreisförmige Scheibe 6a und eine zweite kreisförmige Scheibe 6b auf, wobei die erste Scheibe 6a drehbar um eine parallel zur Strahlrichtung 7 orientierte erste Drehachse 8a gelagert ist und die zweite Scheibe 6b drehbar um eine parallel zur ersten Drehachse 8a orientierte zweite Drehachse 8b gelagert ist, wie schematisch in einer Seitenansicht in 2 dargestellt. In den gezeigten Figuren 1 und 2 ist die Strahlrichtung 7 parallel zu einer z-Achse und die Scheiben 6a, 6b erstrecken sich demzufolge in der x-y-Ebene. Die Filtervorrichtung 5 weist eine Antriebsvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, insbesondere angesteuert durch das Steuerungssystem 11, die erste Scheibe 6a in eine kontinuierliche Rotationsbewegung um die erste Drehachse 8a und die zweite Scheibe 6b in eine kontinuierliche Rotationsbewegung um die zweite Drehachse 8b zu versetzen.
Dabei kann die Antriebsvorrichtung insbesondere einen ersten Motor 15a aufweisen, der beispielsweise als Schrittmotor ausgestaltet ist, sowie einen zweiten Motor 15b, der insbesondere ebenfalls als Schrittmotor ausgestaltet ist. Die Motoren 15a, 15b sind durch das Steuerungssystem 11 ansteuerbar. Die Antriebsvorrichtung 15a, 15b weist außerdem beispielsweise eine erste Welle 18a auf, die mit der ersten Scheibe 6a verbunden ist, wobei die erste Drehachse 8a parallel zur ersten Welle 18a verläuft, insbesondere durch deren Zentrum, sowie eine zweite Welle 18b, die mit der zweiten Scheibe 6b verbunden ist, wobei die zweite Drehachse 8b parallel zur zweiten Welle 18b verläuft, insbesondere durch deren Zentrum. Die erste Welle 18a ist mit dem ersten Motor 15a gekoppelt, sodass der erste Motor 15a die erste Welle 18a und damit die erste Scheibe 6a in die Rotationsbewegung um die erste Drehachse 8a versetzen kann. Die zweite Welle 18b ist mit dem zweiten Motor 15b gekoppelt, sodass der zweite Motor 15b die zweite Welle 18b und damit die zweite Scheibe 6b in die Rotationsbewegung um die zweite Drehachse 8b versetzen kann.
Die erste Scheibe 6a und die zweite Scheibe 6b sind gegeneinander in z-Richtung versetzt und einander überlappend angeordnet, sodass in z-Richtung in einem Überlappungsbereich 10 beide Scheiben 6a, 6b übereinander liegen. Die erste Scheibe 6a und die zweite Scheibe 6b sind bezüglich des Austrittsfensters 3 derart angeordnet, dass eine laterale Position des Austrittsfensters 3, also eine Position in der x-y-Ebene, in dem Überlappungsbereich 10, insbesondere vollständig innerhalb des Überlappungsbereichs 10, liegt. Mit anderen Worten eine Projektion 3' der äußeren Kontur des Austrittsfensters 3 in z-Richtung innerhalb, insbesondere vollständig innerhalb, des Überlappungsbereichs 10, wie schematisch in der Draufsicht von 3 dargestellt.
Rein beispielhaft und nicht beschränkend ist das Röntgenbildgebungssystem 1 in 1 derart dargestellt, dass die Position der Röntgenquelle 2 bezüglich der Patientenliege 12 während der Sequenz von Aufnahmezeiträumen konstant ist. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise der Fall, beispielsweise bewegt sich die Röntgenquelle 2 während der Sequenz von Aufnahmezeiträumen bei C-Arm CT-Systemen, etwa zur Kegelstrahl-CT, wie schematisch in 8 dargestellt. Hierbei weist das Röntgenbildgebungssystem 1 beispielweise einen Ständer 15 auf oder ist an einer Decke befestigt, sowie einen C-Arm 16, der über Gelenke 18, 19 in verschiedene Richtungen drehbar ist. Am C-Arm 16 ist die Röntgenquelle 2 befestigt sowie der Röntgendetektor 4, beispielsweise an einem Schlitten 17, der am C-Arm 16 entlang bewegt werden kann.
In 3 ist eine Draufsicht auf die Filtervorrichtung 5, insbesondere auf die Scheiben 6a, 6b, einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Filtervorrichtung 5 beziehungsweise des Röntgenbildgebungssystems 1 dargestellt.
Die erste Scheibe 6a ist in zwei oder mehr Kreissektoren, im vorliegenden Beispiel der 3 in vier Kreissektoren 16a, 16b, 16c, 16d, aufgeteilt, insbesondere gleichmäßig aufgeteilt. Die zweite Scheibe 6b ist in zwei oder mehr Kreissektoren, im vorliegenden Beispiel der 3 in vier Kreissektoren 17a, 17b, 17c, 17d, aufgeteilt, insbesondere gleichmäßig aufgeteilt.
Dabei weisen jeweils benachbarte Kreissektoren 16a, 16b, 16c, 16d, 17a, 17b, 17c, 17d der ersten Scheibe 6a wie auch der zweiten Scheibe 6b voneinander verschiedene Röntgentransmissionscharakteristika auf. Das Steuerungssystem 11 ist dazu eingerichtet, die Ansteuerung der Antriebsvorrichtung und der Röntgenquelle 2 zu synchronisieren, sodass die Röntgenstrahlung 9 während eines ersten der Aufnahmezeiträume einen ersten Kreissektor 16a, 16b, 16c, 16d der ersten Scheibe 6a passiert und während eines auf den ersten Aufnahmezeitraum folgenden zweiten der Aufnahmezeiträume einen zu dem ersten Kreissektor 16a, 16b, 16c, 16d benachbarten zweiten Kreissektor 16a, 16b, 16c, 16d der ersten Scheibe 6a passiert.
Beispielsweise weist ein Kreissektor 16c der ersten Scheibe 6a ein erstes Röntgenfiltermaterial auf und ein Kreissektor 17c der zweiten Scheibe 6b weist ein von dem ersten Röntgenfiltermaterial verschiedenes zweites Röntgenfiltermaterial auf. Je nach Drehposition der Scheiben 6a, 6b tritt die Röntgenstrahlung 9 somit durch den Kreissektor 16c der ersten Scheibe 6a, durch den Kreissektor 17c der zweiten Scheibe 6b oder durch beide der Kreissektoren 16c, 17c. Dementsprechend wird die Röntgenstrahlung 9 durch das erste Röntgenfiltermaterial gefiltert, durch das zweite Röntgenfiltermaterial oder durch beide.
Die Aufteilung der Scheiben 6a, 6b in Kreissektoren 16a bis 16d kann auf unterschiedliche Weise, je nach den konkreten Anforderungen der Anwendung, erfolgen. Vorzugsweise sind die beiden Scheiben 6a, 6b gleich groß, weisen also denselben Kreisdurchmesser auf. Vorzugsweise ist die Anzahl der Kreissektoren 16a bis 16d der ersten Scheibe 6a gleich der Anzahl der Kreissektoren 17a bis 17d der zweiten Scheibe 6b, vorliegend beispielsweise gleich vier.
Im Ausführungsbeispiel, das in 3 skizziert ist, weist die erste Scheibe 6a vier Kreissektoren 16a, 16b, 16c, 16d mit gleichem Mittelpunktswinkel, also jeweils 90°, auf. Dies gilt analog für die Kreissektoren 17a, 17b, 17c, 17d der zweiten Scheibe 6b. Die gegenüberliegenden Kreissektoren 16a, 16b der ersten Scheibe 6a sind röntgentransparent ausgestaltet, bestehen also beispielsweise aus einem röntgentransparenten Kunststoff, das beispielsweise einem Substrat der ersten Scheibe 6a entsprechen kann. Die weiteren beiden gegenüberliegenden Kreissektoren 16c, 16d der ersten Scheibe 6a weisen das erste Röntgenfiltermaterial auf. Beispielsweise ist das erste Röntgenfiltermaterial als Schicht auf dem röntgentransparenten Substrat aufgebracht. Die gegenüberliegenden Kreissektoren 17a, 17b der zweiten Scheibe 6b sind röntgentransparent ausgestaltet, bestehen also beispielsweise aus einem röntgentransparenten Kunststoff, das beispielsweise einem Substrat der zweiten Scheibe 6b entsprechen kann. Die weiteren beiden gegenüberliegenden Kreissektoren 17c, 17d der zweiten Scheibe 6b weisen das zweite Röntgenfiltermaterial auf. Beispielsweise ist das zweite Röntgenfiltermaterial als Schicht auf dem röntgentransparenten Substrat aufgebracht.
In der skizzierten Stellung überlappen im Überlappungsbereich 10 der röntgentransparente Kreissektor 16b der ersten Scheibe 6a und der Kreissektor 17c mit dem zweiten Röntgenfiltermaterial der zweiten Scheibe 6b. Die durch den Überlappungsbereich 10, insbesondere die Projektion 3' des Austrittsfensters 3, hindurchtretende Röntgenstrahlung 9 wird somit nur durch das zweite Röntgenfiltermaterial gefiltert. Rotieren die Scheiben 6a, 6b gegenläufig oder gleichläufig mit derselben Rotationsgeschwindigkeit, so wechseln sich zwei verschiedene Phasen ab, wobei in der ersten Phase ein röntgentransparenter Sektor 16a, 16b der ersten Scheibe 6a mit einem weite Röntgenfiltermaterial beinhaltenden Kreissektor 17c, 17d der zweiten Scheibe 6b überlappt und in einer zweiten Phase einer der das erste Röntgenfiltermaterial enthaltenden Kreissektoren 16c, 16d der ersten Scheibe 6a mit einem der röntgentransparenten Kreissektoren 17a, 17b der zweiten Scheibe 6b.
Die Ansteuerung der Röntgenquelle 2 und der Motoren 15a, 15b zur Rotation der Scheiben 6a, 6b kann durch das Steuerungssystem 11 derart synchronisiert werden, dass jeweils einer der Röntgenpulse während einer der aufeinanderfolgenden Phasen durch die Scheiben 6a, 6b tritt. Die Röntgenpulse werden dementsprechend abwechselnd nur durch das erste Röntgenfiltermaterial und nur durch das zweite Röntgenfiltermaterial gefiltert.
Die Rotationsgeschwindigkeiten der beiden Scheiben 6a, 6b sind jedoch nicht notwendigerweise identisch. Beispielsweise kann die Rotationsgeschwindigkeit der zweiten Scheibe 6b doppelt so hoch sein wie die Rotationsgeschwindigkeit der ersten Scheibe. Ausgehend von der gezeigten Drehstellung der 3 würden sich somit drei verschiedene Phasen abwechseln. In der ersten Phase erfolgt die Filterung der Röntgenstrahlung nur durch das zweite Röntgenfiltermaterial, in der darauffolgenden zweiten Phase erfolgt die Filterung der Röntgenstrahlung 9 sowohl durch das erste als auch durch das zweite Röntgenfiltermaterial und in der darauffolgenden dritten Phase erfolgt die Filterung der Röntgenstrahlung 9 nur durch das erste Röntgenfiltermaterial.
Je nach den konkreten Erfordernissen der Anwendung sind verschiedene andere Varianten der Filterung und entsprechende Kombinationen beziehungsweise Sequenzen unterschiedlicher Filterungen erzielbar. Beispielsweise können die röntgentransparenten Kreissektoren 16a, 16b der ersten Scheibe durch solche mit einem dritten Röntgenfiltermaterial, das sich sowohl von dem ersten als auch von dem zweiten Röntgenfiltermaterial unterscheidet, ersetzt werden. Alternativ oder zusätzlich können die röntgentransparenten Kreissektoren 17a, 17b der zweiten Scheibe durch solche mit einem vierten Röntgenfiltermaterial, das von dem ersten, dem zweiten und dem dritten gegebenenfalls verschieden ist, ersetzt werden. Somit ergibt sich eine Vielzahl unterschiedlicher Kombinationsmöglichkeiten. Die Anzahl der Kombinationsmöglichkeiten erhöht sich weiterhin stark durch eine Erhöhung der Anzahl der Kreissektoren und/oder durch einen Verzicht auf die gleichartige Ausgestaltung gegenüberliegender Kreissektoren.
Weitere Möglichkeiten ergeben sich, wenn eine oder mehrere weitere Scheiben parallel zu den beiden Scheiben 6a, 6b und überlappend mit diesen angeordnet werden und um jeweilige parallele Drehachsen drehbar gelagert werden, sodass alle drei oder mehr Scheiben einander in einem Überlappungsbereich überlappen. Die Variationsmöglichkeiten durch die Auswahl verschiedener Röntgenfiltermaterialien und röntgentransparenter Bereiche sowie unterschiedliche oder gleicher Rotationsgeschwindigkeiten der Scheiben ergeben eine noch weitergehende Flexibilisierung.
In den 4 bis 7 ist exemplarisch eine Auswahl weiterer Aufteilungsmöglichkeiten der Kreissektoren der Scheiben 6a, 6b gezeigt, wobei unterschiedliche Röntgenfiltermaterialien beziehungsweise röntgentransparente Materialien durch unterschiedliche Schraffuren dargestellt sind. In 4 ist die Scheibe 6a, 6b gleichmäßig in sechs Kreissektoren aufgeteilt, wobei sich Kreissektoren mit einem Röntgenfiltermaterial mit Kreissektoren, die röntgentransparent ausgestaltet sind, abwechseln. In 5 ist ebenfalls eine Aufteilung in sechs gleichmäßige Kreissektoren gegeben, wobei sich Kreissektoren mit zwei unterschiedlichen Röntgenfiltermaterialien abwechseln. Die Aufteilung gemäß dem Beispiel in 6 entspricht zwölf gleichmäßigen Kreissektoren, wobei sich Kreissektoren mit zwei verschiedenen Röntgenfiltermaterialien beziehungsweise röntgentransparente Kreissektoren gleichmäßig abwechseln. Im Beispiel der 7 ist eine Aufteilung in drei gleichmäßige Kreissektoren gezeigt, wobei zwei der Kreissektoren zwei unterschiedliche Röntgenfiltermaterialien enthalten und der dritte Kreissektor röntgentransparent ist.
Die genannten Beispiele können auch in einer Filtervorrichtung 5 als erste und zweite Scheibe 6a, 6b verschiedenartig kombiniert werden.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Verwendung von zwei oder mehr Scheiben mit entsprechenden Röntgenfiltermaterialien besteht insbesondere darin, dass für jede Phase der spektralen Filterung ein größerer Drehwinkelausschnitt zur Verfügung steht, als dies beispielsweise bei der Verwendung nur einer rotierenden Scheibe, beispielsweise einer Scheibe wie in 4 bis 7 gezeigt, der Fall ist. Beispielsweise ermöglicht die Ausgestaltung, wie sie in 3 gezeigt ist, vier verschiedene spektrale Filterungen, nämlich gemäß dem ersten Röntgenfiltermaterial, gemäß dem zweiten Röntgenfiltermaterial, gemäß dem ersten und dem zweiten Röntgenfiltermaterial und eine neutrale Phase, in der keine Röntgenfilterung erfolgt. Würde man diese vier verschiedenen Filterungen auf einer einzigen Scheibe vorsehen, so stünde für jede der Phasen ein Drehwinkelausschnitt von 90° zur Verfügung. Durch die Kombination der beiden Scheiben, wie in 3 gezeigt, stehen für jede Filterphase 180°, verteilt auf die beiden Scheiben, zur Verfügung. Ein weiterer Vorteil der Verwendung von zwei rotierenden Scheiben gegenüber der Verwendung nur einer Scheibe ist die Tatsache, dass größere Toleranzen für die Drehgeschwindigkeiten akzeptiert werden können.
Wie beschrieben, insbesondere bezüglich der Figuren, ermöglicht es die Erfindung bei der röntgenbasierten Bildgebung mit einer Filtervorrichtung zur spektralen Filterung der Röntgenstrahlung schneller zwischen zwei verschiedenen spektralen Filterungen zu wechseln.
Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder anderer Geschlechteridentität mit umfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 20220296185 A1 [0004]

Claims

Röntgenbildgebungssystem (1) aufweisend eine Röntgenquelle (2) mit einem Austrittsfenster (3) für Röntgenstrahlung (9), einen Röntgendetektor (4) und eine Filtervorrichtung (5) zur spektralen Filterung der Röntgenstrahlung (9), die zwischen dem Austrittsfenster (3) und dem Röntgendetektor (4) angeordnet ist, und ein Steuerungssystem (11) wobei - die Filtervorrichtung (5) eine kreisförmige erste Scheibe (6a) aufweist, die drehbar um eine im Wesentlichen parallel zu einer Strahlrichtung (7) der Röntgenstrahlung (9) orientierte erste Drehachse (8a) gelagert ist, und eine kreisförmige zweite Scheibe (6b) aufweist, die drehbar um eine im Wesentlichen parallel zu der ersten Drehachse (8a) orientierte zweite Drehachse (8b) gelagert ist; - die erste Scheibe (6a) und die zweite Scheibe (6b) einander überlappend angeordnet sind und bezüglich des Austrittsfensters (3) derart angeordnet sind, dass eine laterale Position des Austrittsfensters (3) in einem Überlappungsbereich (10) der ersten Scheibe (6a) und der zweiten Scheibe (6b) liegt; - die erste Scheibe (6a) und die zweite Scheibe (6b) jeweils in zwei oder mehr Kreissektoren (16a, 16b, 16c, 16d, 17a, 17b, 17c, 17d) aufgeteilt sind, wobei jeweils benachbarte Kreissektoren (16a, 16b, 16c, 16d, 17a, 17b, 17c, 17d) voneinander verschiedene Röntgentransmissionscharakteristika aufweisen; - das Steuerungssystem (11) dazu eingerichtet ist, die Röntgenquelle (2) zur Erzeugung der Röntgenstrahlung (9) für eine Sequenz aufeinanderfolgender Aufnahmezeiträume zu erzeugen und eine Antriebsvorrichtung (15a, 15b, 18a, 18b) der Filtervorrichtung (5) dazu anzusteuern, die erste Scheibe (6a) in eine kontinuierliche Rotationsbewegung um die erste Drehachse (8a) und die zweite Scheibe (6b) in eine kontinuierliche Rotationsbewegung um die zweite Drehachse (8b) zu versetzen; und - das Steuerungssystem (11) dazu eingerichtet ist, die Ansteuerung der Antriebsvorrichtung (15a, 15b, 18a, 18b) und der Röntgenquelle (2) zu synchronisieren, sodass die Röntgenstrahlung (9) während eines ersten der Aufnahmezeiträume einen ersten Kreissektor (16a, 16b, 16c, 16d) der ersten Scheibe (6a) passiert und während eines auf den ersten Aufnahmezeitraum folgenden zweiten der Aufnahmezeiträume einen zu dem ersten Kreissektor (16a, 16b, 16c, 16d) benachbarten zweiten Kreissektor (16a, 16b, 16c, 16d) der ersten Scheibe (6a) passiert.
Röntgenbildgebungssystem (1) nach Anspruch 1, wobei das Steuerungssystem (11) dazu eingerichtet ist, die Ansteuerung der Antriebsvorrichtung (15a, 15b, 18a, 18b) und der Röntgenquelle (2) derart zu synchronisieren, dass - die Röntgenstrahlung (9) während des ersten Aufnahmezeitraums einen ersten Kreissektor (17a, 17b, 17c, 17d) der zweiten Scheibe (6b) passiert und während des zweiten Aufnahmezeitraums den ersten Kreissektor (17a, 17b, 17c, 17d) der zweiten Scheibe (6a) passiert; oder - die Röntgenstrahlung (9) während des ersten Aufnahmezeitraums einen ersten Kreissektor (17a, 17b, 17c, 17d) der zweiten Scheibe (6b) passiert und während des zweiten Aufnahmezeitraums einen zu dem ersten Kreissektor (17a, 17b, 17c, 17d) benachbarten zweiten Kreissektor (17a, 17b, 17c, 17d) der zweiten Scheibe (6a) passiert.
Röntgenbildgebungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die erste Scheibe (6a) und die zweite Scheibe (6b) jeweils gleichmäßig in wenigstens vier Kreissektoren (16a, 16b, 16c, 16d, 17a, 17b, 17c, 17d) aufgeteilt sind; - zwei einander gegenüberliegende Kreissektoren (16c, 16d) der wenigstens vier Kreissektoren (16a, 16b, 16c, 16d) der ersten Scheibe (6a) ein erstes Röntgenfiltermaterial enthalten; und - zwei einander gegenüberliegende Kreissektoren (17c, 17d) der wenigstens vier Kreissektoren (17a, 17b, 17c, 17d) der zweiten Scheibe (6b) ein von dem ersten Röntgenfiltermaterial verschiedenes zweites Röntgenfiltermaterial enthalten.
Röntgenbildgebungssystem (1) nach Anspruch 3, wobei - zwei weitere einander gegenüberliegende Kreissektoren (16a, 16b) der wenigstens vier Kreissektoren (16a, 16b, 16c, 16d) der ersten Scheibe (6a) röntgentransparent sind; und - zwei weitere einander gegenüberliegende Kreissektoren (17a, 17b) der wenigstens vier Kreissektoren (17a, 17b, 17c, 17d) der zweiten Scheibe (6b) röntgentransparent sind.
Röntgenbildgebungssystem (1) nach Anspruch 4, wobei das Steuerungssystem (11) dazu eingerichtet ist, - die Röntgenquelle (2) derart anzusteuern, dass die Röntgenstrahlung (9) in jedem der Aufnahmezeiträume einen oder mehrere Röntgenpulse beinhaltet; und - zur Synchronisierung der Ansteuerung der Antriebsvorrichtung (15a, 15b, 18a, 18b) und der Röntgenquelle (2) eine jeweilige Rotationsgeschwindigkeit der ersten Scheibe (6a) und der zweiten Scheibe (6b) abhängig von einer Anzahl von Röntgenpulsen pro Aufnahmezeitraum und/oder abhängig von einer Pulsdauer der Röntgenpulse zu steuern oder zu regeln.
Röntgenbildgebungssystem (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei - die erste Scheibe (6a) ein kreisförmiges röntgentransparentes erstes Substrat aufweist sowie eine erste Schicht, die auf einer Oberfläche des ersten Substrats angeordnet ist und die das erste Röntgenfiltermaterial enthält; und/oder - die zweite Scheibe (6b) ein kreisförmiges röntgentransparentes zweites Substrat aufweist sowie eine zweite Schicht, die auf einer Oberfläche des zweiten Substrats angeordnet ist und die das zweite Röntgenfiltermaterial enthält.
Röntgenbildgebungssystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Antriebsvorrichtung (15a, 15b, 18a, 18b) aufweisend - eine erste Welle (18a), durch deren Zentrum die erste Drehachse (8a) verläuft und die mit der ersten Scheibe (6a) verbunden ist, sowie einen ersten Motor (15a), der zum Antrieb der ersten Scheibe (6a) mit der ersten Welle (18a) verbunden ist; und/oder - eine zweite Welle (18b), durch deren Zentrum die zweite Drehachse (8b) verläuft und die mit der zweiten Scheibe (6b) verbunden ist, sowie einen zweiten Motor (15b), der zum Antrieb der zweiten Scheibe (6b) mit der zweiten Welle (18b) verbunden ist.
Röntgenbildgebungssystem (1) nach Anspruch 7, wobei der erste Motor (15a) als Schrittmotor ausgestaltet ist und/oder der zweite Motor (15b) als Schrittmotor ausgestaltet ist.
Verfahren zur röntgenbasierten Bildgebung, wobei - eine Filtervorrichtung (5) zur spektralen Filterung von durch eine Röntgenquelle (2) erzeugter Röntgenstrahlung (9) zwischen einem dem Austrittsfenster (3) der Röntgenquelle (2) und einem Röntgendetektor (4) angeordnet wird, wobei eine kreisförmige erste Scheibe (6a) und eine kreisförmige zweite Scheibe (6b) der Filtervorrichtung (5) jeweils in zwei oder mehr Kreissektoren (16a, 16b, 16c, 16d, 17a, 17b, 17c, 17d) aufgeteilt sind, wobei jeweils benachbarte Kreissektoren (16a, 16b, 16c, 16d, 17a, 17b, 17c, 17d) voneinander verschiedene Röntgentransmissionscharakteristika aufweisen; - die erste Scheibe (6a) drehbar um eine im Wesentlichen parallel zu einer Strahlrichtung (7) der Röntgenstrahlung (9) orientierte erste Drehachse (8a) gelagert wird und die zweite Scheibe (6b) drehbar um eine im Wesentlichen parallel zu der ersten Drehachse (8a) orientierte zweite Drehachse (8b) gelagert wird; - die erste Scheibe (6a) und die zweite Scheibe (6b) einander überlappend angeordnet werden und bezüglich des Austrittsfensters (3) derart angeordnet werden, dass eine laterale Position des Austrittsfensters (3) in einem Überlappungsbereich (10) der ersten Scheibe (6a) und der zweiten Scheibe (6b) liegt; - die Röntgenstrahlung (9) für eine Sequenz aufeinanderfolgender Aufnahmezeiträume erzeugt wird, die erste Scheibe (6a) in eine kontinuierliche Rotationsbewegung um die erste Drehachse (8a) versetzt wird und die zweite Scheibe (6b) in eine kontinuierliche Rotationsbewegung um die zweite Drehachse (8b) versetzt wird; und - die Rotationsbewegungen der ersten und der zweiten Schiebe (6a, 6b) und die Erzeugung der Röntgenstrahlung (9) synchronisiert werden, sodass die Röntgenstrahlung (9) während eines ersten der Aufnahmezeiträume einen ersten Kreissektor (16a, 16b, 16c, 16d) der ersten Scheibe (6a) passiert und während eines auf den ersten Aufnahmezeitraum folgenden zweiten der Aufnahmezeiträume einen zu dem ersten Kreissektor (16a, 16b, 16c, 16d) benachbarten zweiten Kreissektor (16a, 16b, 16c, 16d) der ersten Scheibe (6a) passiert.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei - eine erste Rotationsgeschwindigkeit der ersten Scheibe (6a) auf einen Zielwert gesteuert oder geregelt wird; und - eine zweite Rotationsgeschwindigkeit der zweiten Scheibe (6b) auf den Zielwert oder auf einen weiteren Zielwert, der gleich einem ganzzahligen Vielfachen des Zielwerts ist, gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei mittels des Röntgendetektors (4) während des ersten Aufnahmezeitraums ein erster Bilddatensatz und während des zweiten Aufnahmezeitraums ein zweiter Bilddatensatz erzeugt wird, wobei sich ein abzubildendes Objekt (13) während des ersten und des zweiten Aufnahmezeitraums in einem Strahlengang der Röntgenstrahlung (9) befindet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Bilddatensatz und der zweite Bilddatensatz voneinander subtrahiert oder gewichtet und voneinander subtrahiert werden, um ein finales Bild des Objekts (13) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei - abhängig von dem finalen Bild eine Menge eines röntgenopaken Materials in dem Objekt (13) bestimmt wird; und - abhängig von der bestimmten Menge des röntgenopaken Materials und einem vorgegebenen Verhältnis der Menge des röntgenopaken Materials zu einer Menge eines radioaktiven Materials in dem Objekt (13) die Menge des radioaktiven Materials in dem Objekt (13) berechnet wird.