DE19933537A1 - Röntgen-Computertomographie-Gerät mit Mitteln zur Modulation der Röntgenleistung einer Röntgenstrahlenquelle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Röntgen-CT-Gerät mit Mitteln (11 bis 16, 21) zur Modulation der Röntgenleistung einer relativ zu einem Untersuchungsobjekt (5) verlagerbaren Röntgenstrahlenquelle (1), wobei die Röntgenstrahlenquelle (1, 22, 32) die Röntgenstrahlung während der Aufnahme einer Projektion in mehreren Pulsen abgibt, und wobei die Mittel (11 bis 16, 21) zur Modulation der Röntgenleistung die Dauer der Pulse in Abhängigkeit von einem Winkelschwächungsprofil des Untersuchungsobjektes (5) für die einzelnen Projektionen derart einstellen, daß die für die einzelnen Projektionen applizierten mAs-Produkte dem Verlauf des Winkelschwächungsprofils entsprechen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgen-Computertomographie(CT)- Gerät mit Mitteln zur Modulation der Röntgenleistung einer relativ zu einem Untersuchungsobjekt verlagerbaren Röntgen­ strahlenquelle und mit einem Detektorsystem für die von der Röntgenstrahlenquelle ausgehende Röntgenstrahlung.

Ein solches Röntgen-CT-Gerät ist beispielsweise in der US 5,379,333, der DE 195 27 518 A1, der DE 195 32 535 A1 und der DE 28 15 347 A1 beschrieben.

In der prioritätsälteren, aber nicht vorveröffentlichten DE 198 07 639 ist ein Röntgen-CT-Gerät mit Mitteln zur Modu­ lation der Röntgenleistung einer relativ zu einem Untersu­ chungsobjekt verlagerbaren Röntgenstrahlenquelle und mit einem Detektorsystem für die von der Röntgenstrahlenquelle ausgehende Röntgenstrahlung beschrieben, wobei das Röntgen- CT-Gerät in unterschiedlichen Positionen der Röntgenstrahlen­ quelle Projektionen aufnimmt, und wobei die Mittel zur Modu­ lation der Röntgenleistung die Röntgenleistung in Abhängig­ keit von einem Schwächungsprofil des Untersuchungsobjektes für die einzelnen Projektionen derart einstellen, daß das im Mittel für die jeweilige Projektion applizierte mAs-Produkt dem Verlauf des Schwächungsprofils zumindest qualitativ ent­ spricht.

Im allgemeinen weist ein Röntgen-CT-Gerät eine Röntgenstrah­ lenquelle auf, die einen kollimierten, fächerförmigen Rönt­ genstrahl durch das Untersuchungsobjekt, z. B. einen Patien­ ten, auf eine reihenförmige Bank von Detektoren des Detektor­ systems richtet. Die Quelle, und je nach Bauart des Röntgen- CT-Gerät auch das Detektorsystem sind auf einer Gantry ange­ bracht, die um das Untersuchungsobjekt rotiert. Ein Lage­ rungstisch für das Untersuchungsobjekt kann innerhalb der Gantry verschoben bzw. bewegt werden. Die Position, ausgehend von welcher der Röntgenstrahl das Untersuchungsobjekt durch­ dringt, und der Winkel, unter welchem der Röntgenstrahl das Untersuchungsobjekt durchdringt, werden infolge der Rotation der Gantry ständig verändert. Jeder Detektor des Detektor­ systems produziert ein Signal, das ein Maß der Gesamttranspa­ renz des Körpers des Untersuchungsobjekts für die von der Röntgenstrahlenquelle ausgehenden Röntgenstrahlung auf ihrem Weg zu dem Detektor darstellt. Der Satz von Ausgangssignalen der Detektoren des Detektorsystems, der für eine bestimmte Position der Röntgenstrahlenquelle gewonnen wird, wird als Projektion bezeichnet. Ein sogenannter Scan umfaßt einen Satz von Projektionen, die an verschiedenen Positionen der Gantry und/oder verschiedenen Positionen des Lagerungstisches gewon­ nen wurden. Das Röntgen-CT-Gerät nimmt während eines einen vollen Umlauf der Gantry um 360° um das Untersuchungsobjekt umfassenden Scans eine Vielzahl von Projektionen auf, um ein zweidimensionales Schnittbild einer Schicht des Körpers des Untersuchungsobjekts aufbauen zu können. Neuere CT-Geräte nehmen viele Schichten gleichzeitig auf, indem sie Detektor­ systeme mit mehreren Reihen von Detektoren verwenden. Für jede Projektion mißt ein als Monitor- oder Referenz-Detektor bezeichneter Detektor die ungeschwächte Intensität der Rönt­ genstrahlung.

Es gibt zwei systematisch verschiedene Methoden, um die zur Erzeugung von CT-Bildern dreidimensionaler Bereiche eines Un­ tersuchungsobjekts erforderlichen Daten aufzunehmen.

Bei der herkömmlichen Abtastung werden die Daten während ei­ ner vollständigen Umdrehung der Gantry aufgenommen und damit eine Schicht abgetastet, während sich das Untersuchungsobjekt in einer festen Position befindet. Zwischen der Abtastung aufeinanderfolgender Schichten wird das Untersuchungsobjekt jeweils in eine neue Position bewegt, in der die nächste Schicht abgetastet werden kann. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis alle vor der Untersuchung festgelegten Schichten abgetastet sind.

Bei der Spiralabtastung rotiert die Gantry mit der Röntgen­ strahlenquelle um das Untersuchungsobjekt, während der Lage­ rungstisch und die Gantry kontinuierlich in Richtung der Längsachse des Lagerungstisches relativ zueinander verschoben werden. Die Röntgenröhre beschreibt so bezogen auf das Unter­ suchungsobjekt eine Spiralbahn, bis das vor der Untersuchung festgelegte Volumen abgetastet wurde. Aus den so gewonnen Spiraldaten werden dann Bilder einzelner Schichten errechnet.

Bei jeder der beiden Abtastarten wird die Bildqualität durch das Quantenrauschen beeinträchtigt. Daher muß die Strahlungs­ intensität der von der Röntgenstrahlenquelle abgegebenen Röntgenstrahlung für jede Projektion hoch genug sein, um zu gewährleisten, daß auch die minimale Strahlungsintensität der aus dem Körper eines Untersuchungsobjekts austretenden und zu einem Detektor gelangenden Röntgenstrahlung noch höher als der Rauschpegel ist.

Bei den bekannten Röntgen-CT-Geräten mit Modulation der Rönt­ genleistung wird die Strahlungsintensität, d. h. der Photonen­ fluß, in geeigneter Weise als Funktion der Winkelstellung der Gantry während der Abtastung des Untersuchungsobjekts ver­ ändert, um einerseits bei der Aufnahme von Projektionen die Bereiche des Untersuchungsobjekts hoher Strahlenschwächung enthalten mit der erforderlichen hohen Strahlungsintensität zu arbeiten und andererseits bei der Aufnahme von Projek­ tionen die Bereiche des Untersuchungsobjekts geringer Strah­ lenschwächung enthalten mit entsprechend geringerer Strah­ lungsintensität und somit geringerer Strahlenbelastung des Untersuchungsobjekts zu arbeiten.

Derartige Röntgen-CT-Geräte benötigen beispielsweise zwei orthogonale Tomogramme (US 4 174 481) oder "Scout Views" (US 5 379 333), um die zur Modulation der Röntgenleistung er­ forderliche Informationen bezüglich des Verlaufs des maxima­ len Strahlenschwächungswertes der einzelnen Projektionen als Funktion der Winkelstellung der Gantry, d. h. bezüglich des sog. Winkelschwächungsprofils des Untersuchungsobjekts, ge­ winnen zu können.

Dazu kann beispielsweise aus der Schwächungsinformation jeder Linie der Topogramme oder aus den "Scout Views" ein den tat­ sächlichen Verhältnissen angenähertes Winkelschwächungsprofil bestimmt werden.

Die entsprechende Modulation der Röntgenleistung erfolgt durch eine der jeweils gewünschten Röntgenleistung entspre­ chende Einstellung der Strahlungsintensität der Röntgenstrah­ lung über die Veränderung des Röhrenstromes der Röntgenstrah­ lenquelle, und zwar durch Beeinflussung des Heizstroms der Glühkathode. Da dann aber die solche Einstellung des Röhren­ stromes wegen der begrenzten Aufheiz- und Abkühlgeschwindig­ keit der Glühkathode relativ träge ist, vermag die Modulation der Röntgenleistung Winkelschwächungsprofilen mit raschen Än­ derungen der Strahlenschwächung nur ungenügend zu folgen. Es tritt daher durch eine ungenügende Anpassung der Modulation der Röntgenleistung an das Winkelschwächungsprofil zusätz­ liches, auch inhomogenes Bildrauschen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Röntgen-CT-Ge­ rät der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Modu­ lation der Röntgenleistung auch starken Änderungen des Schwä­ chungsprofils zu folgen vermag.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Rönt­ gen-CT-Gerät mit Mitteln zur Modulation der Röntgenleistung einer relativ zu einem Untersuchungsobjekt verlagerbaren Röntgenstrahlenquelle und mit einem Detektorsystem für die von der Röntgenstrahlenquelle ausgehende Röntgenstrahlung, wobei das Röntgen-CT-Gerät in unterschiedlichen Positionen der Röntgenstrahlenquelle Projektionen aufnimmt, wobei die Röntgenstrahlenquelle die Röntgenstrahlung während der Auf­ nahme einer Projektion in einem oder mehreren Pulsen abgibt, und wobei die Mittel zur Modulation der Röntgenleistung die Dauer der Pulse in Abhängigkeit von einem Schwächungsprofil des Untersuchungsobjektes für die einzelnen Projektionen der­ art einstellen, daß das im Mittel für die jeweilige Projek­ tion applizierte mAs-Produkt dem Verlauf des Schwächungspro­ fils zumindest qualitativ entspricht.

Wird eine herkömmliche Abtastung, bei der die Röntgenstrah­ lenquelle um das Untersuchungsobjekt rotiert, oder eine Spi­ ralabtastung, bei der gleichzeitig eine Verschiebung der Röntgenstrahlenquelle und des Detektorsystems einerseits und des Untersuchungsobjektes andererseits in Richtung der Achse der Rotation erfolgt, vorgenommen, liegt das Schwächungspro­ fil in Form eines Winkelschwächungsprofils vor. Wird dagegen eine Abtastung vorgenommen, bei der die Rotation der Röntgen­ strahlenquelle blockiert ist und lediglich eine Verlagerung der Röntgenstrahlenquelle und des Detektorsystems einerseits und des Untersuchungsobjektes andererseits in Richtung der Achse der Rotation relativ zueinander erfolgt, liegt das Schwächungsprofil in Form eines Axial-Schwächungsprofils vor, d. h., es gibt den Verlauf der Strahlenschwächung des Unter­ suchungsobjektes in Richtung der Achse der Rotation wieder.

Es wird also deutlich, daß sich die Erfindung für herkömm­ liche Abtastung, Sprialabtastung und die Ermittlung sogenann­ ter Topogramme eignet.

Im Falle der Erfindung erfolgt also die Modulation der Rönt­ genleistung nicht in der Weise, daß über den Heizstrom der Glühkathode die Strahlungsintensität der Röntgenstrahlung verändert wird, sondern dadurch, daß die Röntgenstrahlen­ quelle die Röntgenstrahlung während der Aufnahme einer Pro­ jektion in mehreren Pulsen abgibt, deren Dauer zur Beeinflus­ sung der zur Aufnahme der jeweiligen Projektion applizierten mittleren Röntgenleistung verändert wird. Im Gegensatz zu der Beeinflussung der Röntgenleistung über den Heizstrom der Glühkathode ist eine Veränderung der mittleren Röntgenlei­ stung durch Pulsung der Röntgenstrahlung praktisch träg­ heitslos möglich, so daß die Modulation der Röntgenleistung auch starken Änderungen des Schwächungsprofils zu folgen ver­ mag.

Dabei ist von Vorteil, daß die Strahlungsintensität während eines Scans nicht verändert werden muß, sondern bei allen Pulsen eines Scans die gleiche Strahlungsintensität vorliegen kann, was vorzugsweise auch der Fall ist, da nicht die momen­ tan vorliegende Röntgenleistung geändert werden muß, sondern nur die während der Aufnahme einer Projektion wirksame mitt­ lere Röntgenleistung durch entsprechende Einstellung der Dauer der Pulse geändert wird. Dies bietet zugleich den Vor­ teil, daß stets mit einer für einen guten Signal/Rausch-Ab­ stand ausreichend hohen Strahlungsintensität, u. U. sogar der maximalen Strahlungsintensität der Röntgenstrahlenquelle, ge­ arbeitet werden kann, wobei dies infolge der dem Schwächungs­ profil entsprechend gewählten Dauer der Pulse, die bei ge­ gebener Anzahl der Pulse und gegebenem Röhrenstrom für das mAs-Produkt maßgeblich ist, dennoch nicht dazu führen kann, daß das Untersuchungsobjekt eine unnötig hohe Strahlenbe­ lastung erfährt.

Da die Röntgenstrahlenquelle infolge der Pulsung der Röntgen­ strahlung nicht während der gesamten zur Erfassung einer Pro­ jektion jeweils erforderlichen Zeit in Betrieb ist, wird auch eine verbesserte Bildauflösung erreicht, da infolge der ver­ ringerten Gesamtzeit, während derer die Röntgenstrahlenquelle zur Aufnahme einer Projektion im allgemeinen aktiv ist, eine Verringerung der azimutalen Verschleifung der Meßwerte bei herkömmlichen Abtastungen wie auch bei Spiralabtastungen er­ reicht wird, was insbesondere für größere Abstände von der Rotationsachse gilt.

Bezüglich des Schwächungsprofils kann vorgesehen sein, daß dieses in an sich bekannter Weise auf Basis von Topogrammen oder Scout Views vor der eigentlichen Untersuchung ermittelt wird; es kann aber auch vorgesehen sein, daß das Schwächungs­ profil während der Untersuchung auf Basis geeigneter Algo­ rithmen aus den zurückliegend gewonnenen Projektionen voraus­ berechnet wird.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung weist das erfindungsgemäße Röntgen-CT-Gerät eine Rönt­ genstrahlenquelle mit einem Vakuumgehäuse auf, in dem eine Anode und ein Elektronenemitter zur Erzeugung eines Elektro­ nenstrahls aufgenommen sind, wobei der Elektronenstrahl zur Erzeugung von Röntgenstrahlung auf die Anode trifft, und mit einer dem Elektronenemitter zugeordneten Steuerelektrode, z. B. einem Wehnelt-Zylinder oder einem Gitter, welche durch die Mittel zur Modulation der Röntgenleistung an ein Sperr­ potential zur Unterbrechung des Elektronenstrahls anschaltbar ist. Die Röntgenstrahlenquelle ist also analog zu einer Tri­ ode aufgebaut und erlaubt eine trägheitslose Pulsung der Röntgenstrahlung.

Eine Variante der Erfindung sieht vor, daß die Mittel zur Modulation der Röntgenleistung Schaltmittel zum Anlegen des Sperrpotentials aufweisen, die mit der Röntgenstrahlenquelle zu einer Einheit zusammengefaßt sind. Auf diese Weise ist die Verbindung zwischen den Schaltmitteln und der Steuerelektrode kurz, so daß nachteilige Einflüsse auf das Sperrverhalten und damit die Pulsung der Röntgenstrahlung infolge hoher Kapazi­ täts- und Induktivitätswerte der zwischen den Schaltmitteln und der Steuerelektrode befindlichen Leitungen ausgeschlossen sind. Vorzugsweise ist die Einheit der Schaltmittel und der Röntgenstrahlenquelle dadurch hergestellt, daß entweder die Schaltmittel an der Röntgenstrahlenquelle angebracht oder im Inneren des Vakuumgehäuses der Röntgenstrahlenquelle aufge­ nommen sind.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Mittel zur Modulation der Röntgenleistung die Dauer der Pulse für jede Projektion derart einstellen, daß für die jeweilige Projektion das zur Einhaltung eines gewünschten Signal/Rausch-Ab­ standes erforderliche mAs-Produkt erreicht wird. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß ein bestimmter Signal/Rausch-Ab­ stand erreicht wird, ohne daß dem Untersuchungsob­ jekt unnötige Röntgendosis verabreicht wird.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das erfindungsgemäße Röntgen-CT-Gerät einen Monitor-Detektor auf­ weist, auf den die von der Röntgenstrahlenquelle ausgehende Röntgenstrahlung ungeschwächt auftrifft, wobei das Schwä­ chungsprofil unter Verwendung der Ausgangssignale des Detek­ torsystems und des Monitor-Detektors ermittelt wird.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die zur Ermittlung des Schwächungsprofils vorgesehe­ nen Mittel gemeinsam mit der Röntgenstrahlenquelle und dem Detektorsystem relativ zu dem Untersuchungsobjekt verlagerbar sind. In diesem Fall ist es nämlich nicht erforderlich die zur Ermittlung des Schwächungsprofils erforderlich, von dem Detektorsystem gelieferten Daten zwischen einem bewegten und einem feststehenden Teil hin und her zu übertragen. Außerdem wir eine Entlastung des Bildrechners, der prinzipiell auch die Ermittlung des Schwächungsprofils übernehmen könnte, er­ reicht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Röntgen-CT-Gerät, wie es verwendet wird, um Quer­ schnittsbilder von einem Untersuchungsobjekt zu er­ zeugen,

Fig. 2 das typische Winkelschwächungsprofil für einen voll­ ständigen Umlauf der Röntgenstrahlenquelle eines Röntgen-CT-Geräts gemäß Fig. 1 um einen menschlichen Patienten im Bereich von dessen Schulter,

Fig. 3 und 4 für zwei Projektionen mit unterschiedlicher maximaler Strahlenschwächung die zur Aufnahme der jeweiligen Projektion abgestrahlte gepulste Röntgenstrahlung,

Fig. 5 und 6 in zu den Fig. 3 und 4 analoger Darstellung die Verhältnisse für einen Betriebszustand, in dem pro Projektion nur ein einziger Puls der Rönt­ genstrahlung abgestrahlt wird,

Fig. 7 das CT-Gerät gemäß Fig. 1 in teilweise blockschalt­ bildartiger Darstellung,

Fig. 8 und 9 eine Variante der Röntgenstrahlenquelle des Röntgen-CT-Geräts gemäß den Fig. 1 und 5, und

Fig. 10 in zu der Fig. 7 analoger Darstellung ein weiteres erfindungsgemäßes CT-Gerät.

Das in Fig. 1 dargestellte Röntgen-CT-Gerät der dritten Gene­ ration weist eine Röntgenstrahlenquelle 1 auf, die ein kolli­ miertes, fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel 2 in Richtung auf eine Detektorbank 3 aufweisendes Detektorsystem ab­ strahlt. Die Röntgenstrahlenquelle 1 und die Detektorbank 3 sind auf einer nur teilweise dargestellten drehbaren Gantry 4 angeordnet, die kontinuierlich in ϕ-Richtung um eine Rota­ tionsachse Z um einen Patienten 5 als Untersuchungsobjekt rotieren kann. Ein Monitor-Detektor 6 (siehe Fig. 7) dient dazu, von der Röntgenstrahlenquelle 1 kommende Röntgenstrah­ lung ungeschwächt zu empfangen.

Um eine Projektion aufzunehmen durchdringt das Röntgenstrah­ lenbündel 2 eine Schicht des Patienten 5 und die resultieren­ den Ausgangssignale der einzelnen Detektoren der Detektorbank 3 werden von den Kanälen eines in Fig. 1 nicht dargestellten Datenerfassungs- und Meßsystems erfaßt. Werden beispielsweise in Winkelabständen von jeweils 1° Projektionen während eines vollständigen Umlaufs der Gantry 4 aufgenommen und weist die Detektorbank 3 beispielsweise 512 Detektoren auf, werden wäh­ rend eines vollständigen Umlaufs der Gantry 4 360 Projek­ tionen aufgenommen, wobei jede Projektion 512 Daten umfaßt, bei denen es sich um die bei der jeweiligen Projektion auf­ tretenden Ausgangssignale der Detektoren handelt.

Nimmt man in einem vollständigen Umlauf der Gantry 4 den Schulterbereich des Patienten 5 auf und bestimmt für jede der Projektionen das Ausgangssignal desjenigen Detektors, der das kleinste Ausgangssignal aufweist, kann man anhand des zu der jeweiligen Projektion gehörigen Ausgangssignals des Monitor- Detektors 6 die maximalen Strahlenschwächungswerte A_{proj_max} der einzelnen Projektionen ermitteln.

Die Fig. 2 zeigt für den Schulterbereich eines Patienten die maximalen Strahlenschwächungswerte A_{proj_max} der einzelnen Pro­ jektionen eines vollständigen Umlaufs der Gantry 4 als Funk­ tion der Winkelstellung π der Gantry 4, das sogenannte Win­ kelschwächungsprofil. Demnach wird deutlich, daß der maximale Strahlenschwächungswert A_{proj_max} als Funktion der Winkelstel­ lung π der Gantry 4 stark schwankt.

Wird wie bei Röntgen-CT-Geräten ohne Dosismodulation mit ei­ ner konstanten Intensität der Röntgenstrahlung gearbeitet, die auch für die Projektion mit dem größten maximalen Strah­ lenschwächungswert A_{proj_max} eine gute Bildqualität gewährlei­ stet, wird dem Patienten bei der Aufnahme der übrigen, einen niedrigeren Strahlenschwächungswert A_{proj_max} aufweisenden Pro­ jektionen eine Strahlendosis zugeführt, die viel höher ist, als dies in Röntgen-CT-Geräten der Fall ist, bei denen eine Dosismodulation entsprechend dem Winkelschwächungsprofil des zu untersuchenden Bereichs des jeweiligen Patienten vorge­ sehen ist. Im Falle des erfindungsgemäßen Röntgen-CT-Geräts erfolgt nun die Dosismodulation dadurch, daß einerseits die Röntgenstrahlung derart gepulst abgegeben wird, daß während der Aufnahme einer Projektion ein Puls oder mehrere Pulse auftreten, und andererseits die Dauer der Pulse für die ein­ zelnen Projektionen dem Winkelschwächungsprofil entsprechend unterschiedlich eingestellt wird, und zwar derart, daß im Falle von Projektionen mit hohem Strahlenschwächungswert A_{proj_max} die Dauer der Pulse länger als im Falle von Projek­ tionen mit geringem Strahlenschwächungswert A_{proj_max} ist.

Dies ist in den Fig. 3 und 4 für den Fall veranschaulicht, daß zur Aufnahme von zwei unterschiedlichen Projektionen je­ weils mehrere, beispielsweise fünf, Pulse verwendet werden, wobei im Falle der Fig. 3, die die Verhältnisse für einen größeren Strahlenschwächungswert veranschaulicht, die Dauer der Pulse etwa doppelt so lang wie im Falle der Fig. 4 ist, die die Verhältnisse für einen geringeren Strahlenschwä­ chungswert zeigt. In den Fig. 3 und 4 ist die Intensität der Röntgenstrahlung I_R über der Zeit t aufgetragen. Die Ge­ samtfläche der Pulse entspricht daher dem jeweils zur Auf­ nahme der jeweiligen Projektion applizierten mAs-Produkt, das somit im Falle der Fig. 3 etwa doppelt so hoch wie im Falle der Fig. 4 ist.

Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen die Aufnahme der gleichen Projektionen wie im Falle der Fig. 3 und 4 für den Fall, daß zur Aufnahme jeder der beiden Projektionen nur ein einziger Puls verwendet wird, wobei im Falle der Fig. 5 die Verhältnisse für einen größeren Strahlenschwächungswert ver­ anschaulicht sind und die Dauer des Pulses etwa doppelt so lang wie im Falle der Fig. 6 ist, wo die Verhältnisse für einen geringeren Strahlenschwächungswert dargestellt sind.

Infolge der Pulsung der Röntgenstrahlung muß zur Modulation der Röntgenleistung nicht die Strahlungsintensität geändert werden. Vielmehr weisen sämtliche Pulse bei der Aufnahme ei­ ner Projektion die gleiche, eine dem jeweiligen Unter­ suchungsfall angemessenen Bildqualität gewährleistende Strah­ lungsintensität auf. Darüber hinaus wird vorzugsweise während der Aufnahme sämtlicher Projektionen eines Scans mit der gleiche Strahlungsintensität gearbeitet. Wie die Fig. 3 bis 6 beispielhaft veranschaulichen, kann bei der Aufnahme sämt­ licher Projektionen mit der maximalen Intensität der Röntgen­ strahlung gearbeitet werden, was den Vorteil bietet, daß stets der maximal mögliche Signal/Rausch-Abstand erreicht wird, ohne daß der Patient 5 mit einer unnötig hohen Strah­ lungsdosis belastet wird.

Das Röntgen-CT-Gerät gemäß Fig. 1 ist in Fig. 7 näher veran­ schaulicht. Demnach weist die Röntgenstrahlenquelle 1 ein Vakuumgehäuse 7 auf, in dem eine Anode 8 und eine Kathode 9, bei der es sich um eine Glühkathode handelt, aufgenommen sind. Die Röntgenstrahlenquelle 1 ist mit einer elektrischen Generatorschaltung 10 verbunden, die die zum Betrieb der Röntgenstrahlenquelle erforderlichen Spannungen bereitstellt, nämlich zum einen die zwischen Anode 8 und Kathode anliegende Röhrenspannung U_R = U+ + U- und zum anderen die an der Kathode 9 anliegende Heizspannung U_H. Von der Kathode 9 geht im Betrieb der Röntgenstrahlenquelle 1 ein in Fig. 7 punk­ tiert angedeuteter Elektronenstrahl aus, der auf die Anode 8 auftrifft, von der dann wiederum das Röntgenstrahlenbündel 2 ausgeht. Zwischen der Kathode 9 und der Anode 8 ist eine Steuerelektrode angeordnet, die im Falle des Ausführungsbei­ spiels gemäß den Fig. 1 und 7 als Gitter 11 ausgebildet ist.

An das Gitter 11 kann mittels einer Schaltstufe 12 ein von Sperrpotential angelegt werden. In Abhängigkeit von dem an einem Steuereingang der Schaltstufe 12 anliegenden Signal ist das Gitter 11 von dem Sperrpotential getrennt, mit der Folge, daß der Elektronenstrahl zu der Anode 8 gelangen kann, oder mit dem Sperrpotential verbunden, das so bemessen ist, daß bei an dem Gitter 11 anliegendem Sperrpotential verhindert ist, daß Elektronen von der Kathode 9 zu der Anode 8 gelangen können. Es ist also möglich, mittels des Gitters 11 und der Schaltstufe 12 die Röntgenstrahlung zu pulsen.

Die Schaltstufe 12 und der Pulsweitenmodulator 15 sind zur Bildung einer Einheit mit der Röntgenstrahlenquelle 1 ebenso wie diese unmittelbar auf der Gantry 4 angebracht, so daß die Verbindung der Schaltstufe 12 mit dem Gitter 11 kurz und dem­ nach kapazitäts- und induktivitätsarm ist.

Die Schaltstufe 12 weist einen Steuereingang auf, der mit dem Ausgang eines Pulsweitenmodulators 15 verbunden ist. Dem Pulsweitenmodulator 15 ist von einer im Falle des beschriebe­ nen Ausführungsbeispiels stationären, also nicht auf der Gan­ try 4 angebrachten, elektronischen Recheneinrichtung 16, die sowohl als Steuerungseinheit des Röntgen-CT-Geräts als auch als Bildrechner dient, einerseits ein Taktsignal und anderer­ seits ein Signal zugeführt, das dazu dient, die Pulsdauer von synchron zum dem Taktsignal am Ausgang des Pulsweitenmodula­ tors 15 auftretenden und somit dem Steuereingang der Schaltstufe 12 zugeführten Pulsen und damit die Dauer der Pulse der Röntgenstrahlung einzustellen.

An die elektronische Recheneinrichtung 16 sind eine Tastatur 17 und eine Anzeigeeinheit 18, z. B. ein Monitor, angeschlos­ sen. Die Tastatur 17 gestattet es einer Bedienperson, das Röntgen-CT-Gerät zu bedienen. Die Anzeigeeinheit 18 dient dazu, mittels des Röntgen-CT-Geräts erstellte Bilder anzuzei­ gen.

An die elektronische Recheneinrichtung 16 ist auch ein Daten­ erfassungs- und Meßsystem 19 angeschlossen, mit dessen Ein­ gangskanälen die Detektoren der Detektorbank 3 verbunden sind, die an der Gantry 4 der Röntgenstrahlenquelle 1 gegen­ überliegend angebracht ist. Der bereits erwähnte Monitor-De­ tektor 6 ist an einen besonderen Monitor-Kanal des Datener­ fassungs- und Meßsysteme 19 angeschlossen, das auf der Gantry 4 angebracht ist und somit gemeinsam mit der Detektorbank 3 rotiert.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels ist das dem Pulsweitenmodulator 15 zugeführte Taktsignal mit dem Ar­ beitstakt des Datenerfassungs- und Meßsystems 19 synchroni­ siert, so daß selbst dann, wenn nur mit einem Puls der Rönt­ genstrahlung pro Projektion gearbeitet wird, eine ordnungsge­ mäße Funktion gewährleistet ist. Wird mit mehreren Pulsen der Röntgenstrahlung pro Projektion gearbeitet, ist die genannte Synchronisation nicht unbedingt erforderlich, jedoch für die Bildrekonstruktion von Vorteil.

Die elektronische Recheneinrichtung 16 enthält einen Speicher 21, in dem ein oder mehrere Winkelschwächungsprofile des je­ weils zu untersuchenden Patienten 5 gespeichert sind, die vor der eigentlichen Untersuchung auf der Basis von Topogrammen oder "Scout Views" in an sich bekannter Weise ermittelt wur­ den. Auf Grundlage des für den jeweils abgetasteten Bereich des Patienten 5 maßgeblichen Winkelschwächungsprofils ändert die elektronische Recheneinrichtung 16 das dem Pulsweite­ nmodulator 15 zugeführte Steuersignal derart, daß das mAs- Produkt, das dem Patienten 5 zur Aufnahme der jeweiligen Pro­ jektion appliziert wird, sicherstellt, daß das Bildrauschen einen bestimmten über die Tastatur 17 vorwählbaren Wert nicht überschreitet.

Das Winkelschwächungsprofil muß nicht notwendigerweise aus vor der eigentlichen Untersuchung aufgenommenen Topogrammen oder "Scout Views" gewonnen und in dem Speicher 21 abgelegt werden, sondern kann in einer alternativen Betriebsweise auch während der eigentlichen Untersuchung sozusagen "on line" ge­ wonnen werden, indem der für die jeweils nächste aufzuneh­ mende Projektion gehörige Strahlenschwächungswert des Winkel­ schwächungsprofils aus den Daten einer Anzahl unmittelbar zu­ vor aufgenommener Projektionen und den zugehörigen Daten des Monitor-Detektors 6 sowie eines weiteren im Bereich der Rönt­ genstrahlenquelle angebrachten Monitor-Detektors 20, dieser ist an die elektronische Recheneinrichtung 16 angeschlossen, durch die elektronische Recheneinrichtung 16 extrapoliert wird. Diese Extrapolation kann beginnen, sobald eine gewisse Anzahl von Projektionen, z. B. die einem halben Umlauf der Gantry 4 entsprechende Anzahl, von Projektionen mit eine fest vorgegebenen Dauer der Pulse, z. B. der maximalen Dauer der Pulse, aufgenommen wurde.

Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß den Fig. 1 und 7 sind wie die Röntgenstrahlenquelle 1, die Schaltstufe 12 und der Pulsweitenmodulator 15 gemeinsam auf der Gantry 4 angebracht, so daß diese Komponenten zu einer Einheit zusammengefaßt sind und somit die Verbindung der Schaltstufe 12 mit dem Gitter 11 kurz und demnach kapazitäts- und induktivitätsarm ist. Im Interesse eines nochmals induktivitäts- und kapazitätsärmeren Aufbaus kann jedoch gemäß Fig. 8 auch vorgesehen sein, daß die Röntgenstrahlenquelle, die Schaltstufe und der Pulsweitenmodulator unmittelbar zu einer Baueinheit zusam­ mengefaßt sind.

Wie aus der Fig. 8 ersichtlich ist, weist die Röntgenstrah­ lungsquelle 22 ein insgesamt mit 23 bezeichnetes Vakuumge­ häuse auf, in dem eine Drehanode 24 mittels zweier Wälzlager 25 und 26 drehbar gelagert ist. Das Vakuumgehäuse 22 weist einen Ansatz 27 auf, in dem eine als Glühkathode ausgeführte Kathode 28 aufgenommen ist.

Der Kathode 28 ist als Steuerelektrode anders als im Falle der Röntgenstrahlenquelle gemäß Fig. 7 kein Gitter, sondern eine Wehnelt-Elektrode 29 zugeordnet, so daß der im Betrieb der Röntgenstrahlenquelle 22 von der Kathode 28 ausgehende Elektronenstrahl 30 bei Bedarf unterbrochen werden kann, in­ dem die Wehnelt-Elektrode 29 über die Schaltstufe 12 mit dem Pulsweitenmodulator 15 verbunden wird. Sowohl die Schaltstufe 12 als auch der Pulsweitenmodulator 15 sind zur Bildung einer Baueinheit in dem Ansatz 27 des Vakuumgehäuses 23 auf­ genommen, und zwar außerhalb des Vakuumraumes, der im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 8 durch einen die Kathode 28 und die Wehnelt-Elektrode 29 tragenden Isolator 31 begrenzt ist.

Im Interesse eines nochmals induktions- und kapazitätsärmeren Aufbaus besteht auch die Möglichkeit, die Baueinheit von Röntgenstrahlenquelle, Schaltstufe und Pulsweitenmodulator dadurch herzustellen, daß - so wie dies in Fig. 9 schematisch angedeutet ist - die Schaltstufe 12 und der Pulsweiten­ modulator 15 innerhalb des Vakuumgehäuses 23 der ansonsten mit der Fig. 8 übereinstimmenden Röntgenstrahlenquelle 32 aufgenommen sind. Diese Vorgehensweise setzt voraus, daß die Schaltstufe 12 und der Pulsweitenmodulator 15 aus vakuumtaug­ lichen Komponenten aufgebaut oder andernfalls hermetisch dicht gekapselt sind.

Vorstehend ist eine Betriebsart beschrieben, bei der eine einzige Schicht des Patienten 5 abgetastet wird. In einer weiteren Betriebsart werden die Gantry 4 und der Patienten 5 relativ zueinander in Richtung der Drehachse Z verschoben, so daß dreidimensionale Bereiche des Patienten 5 abgetastet wer­ den, sei es durch aufeinanderfolgendes Abtasten ebener Schichten, sei es durch Spiralabtastung.

In einer weiteren Betriebsart ist die Rotation der Gantry 4 blockiert und die Gantry 4 und der Patient 5 werden relativ zueinander in Richtung der Drehachse Z verschoben, um soge­ nannte Topogramme aufnehmen zu können. Auch in diesem Falle erfolgt eine Pulsung der Röntgenstrahlen unter Anpassung der Dauer der Pulse an ein in diesem Falle Axial-Schwächungspro­ fil, das vorzugsweise von der elektronischen Recheneinrich­ tung 16 durch Extrapolation ermittelt wird, wobei analog zu der zuvor für die rotierende Gantry 4 beschriebene Extrapola­ tion verfahren wird.

Übrigens kann auch vorgesehen sein, daß die Speicherung der Schwächungsprofile in dem Pulsweitenmodulator 15 erfolgt bzw. der Pulsweitenmodulator 15 die Extrapolation des Schwächungs­ profils vornimmt. Der Pulsweitenmodulator 15 wird dann von der elektronischen Recheneinrichtung 16 mit den erforder­ lichen Daten versorgt.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 unterscheidet sich von dem vorgeschriebenen dadurch, daß der Pulsweitenmodulator 15 derart ausgebildet ist, daß er auch das jeweils zu berück­ sichtigende Schwächungsprofil vollständig ermittelt, wobei er die hierzu erforderlichen Daten nicht von der elektronischen Recheneinrichtung 16, sondern unmittelbar von dem Datenerfas­ sungs- und Meßsystem 19 erhält, was in Fig. 10 durch eine entsprechende Leitung veranschaulicht ist. Hierdurch wird zum einen die im Falle des zuvor beschriebenen Ausführungsbei­ spiels erforderliche Übertragung von Daten von der stationä­ ren elektronischen Recheneinrichtung 16 zu dem auf der Gantry 4 befindlichen Pulsweitenmodulators 15 vermieden; zum anderen wird die elektronische Recheneinrichtung 16 entlastet, so daß sie ihre sonstigen Aufgaben, beispielsweise die Bildrekon­ struktion, entsprechend schneller erfüllen kann.

Im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele weist der Detektor eine einzige Zeile von Detektorelementen auf. Die Erfindung kann jedoch auch im Zusammenhang mit solchen Rönt­ gen-CT-Geräten Verwendung finden, die einen Detektor aufwei­ sen, der mehrere Zeilen von Detektorelementen aufweist und der es somit gestattet, mehrere Projektionen gleichzeitig aufzunehmen.

Die Röntgenstrahlenquelle des erfindungsgemäßen Röntgen-CT- Geräts kann Röntgenröhren unterschiedlichster Bauart, z. B. Festanodenröhren wie im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß den Fig. 1 und 7, Drehanodenröhren wie im Falle der Ausfüh­ rungsbeispiele gemäß den Fig. 8 und 9 oder an sich bekannte Drehkolbenstrahler, aufweisen. Wesentlich ist nur, daß diese über Mittel zur Pulsung der Röntgenstrahlung verfügen. Dabei muß die Pulsung der Röntgenstrahlung nicht wie im Falle der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele mittels einer den Elektronenfluß unterbindenden Steuerelektrode erfolgen, sondern kann auch anders, z. B. durch Pulsung der Röhrenspan­ nung, erfolgen.

Die Erfindung ist vorstehend am Beispiel von Röntgen-CT-Ge­ räten der dritten Generation beschrieben. Sie kann aber auch in Röntgen-CT-Geräten der vierten Generation Verwendung fin­ den, wo anstelle der mit der Röntgenstrahlenquelle um das Untersuchungsobjekt umlaufenden Detektorbank eine ringförmige stationäre Detektorbank vorgesehen ist.

Obwohl die Erfindung am Beispiel einer medizinischen Anwen­ dung beschrieben ist, kann sie auch im nichtmedizinischen Be­ reich Anwendung finden.

Claims (15)

1. Röntgen-CT-Gerät mit Mitteln (11 bis 16, 21, 29) zur Modu­ lation der Röntgenleistung einer relativ zu einem Unter­ suchungsobjekt (5) verlagerbaren Röntgenstrahlenquelle (1, 22, 32) und mit einem Detektorsystem für die von der Röntgen­ strahlenquelle (1, 22, 32) ausgehende Röntgenstrahlung, wobei das Röntgen-CT-Gerät in unterschiedlichen Positionen der Röntgenstrahlenquelle (1, 22, 32) Projektionen aufnimmt, wo­ bei die Röntgenstrahlenquelle (1, 22, 32) die Röntgenstrah­ lung während der Aufnahme einer Projektion in einem oder meh­ reren Pulsen abgibt, und wobei die Mittel (11 bis 16, 21, 29) zur Modulation der Röntgenleistung die Dauer der Pulse in Abhängigkeit von einem Schwächungsprofil des Unter­ suchungsobjektes (5) für die einzelnen Projektionen derart einstellen, daß das im Mittel für die jeweilige Projektion applizierte mAs-Produkt dem Verlauf des Schwächungsprofils zumindest qualitativ entspricht.

2. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Röntgen­ strahlenquelle (1, 22, 32) um das Untersuchungsobjekt (5) verlagerbar ist und das Schwächungsprofil in Form eines Win­ kelschwächungsprofils vorliegt.

3. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 2, bei dem die Verlagerung der Röntgenstrahlenquelle (1, 22, 32) in Form einer Rotation erfolgt und während der Rotation eine Verschiebung der Rönt­ genstrahlenquelle (1, 22, 32) und des Detektorsystems einer­ seits und des Untersuchungsobjektes andererseits in Richtung der Achse der Rotation erfolgt.

4. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Röntgen­ strahlenquelle um eine Achse um das Untersuchungsobjekt rotierbar ist und die Röntgenstrahlenquelle (1, 22, 32) und das Detektorsystem einerseits und das Untersuchungsobjekt (5) andererseits ohne Rotation der Röntgenstrahlenquelle (1, 22, 32) in Richtung der Achse relativ zueinander verlagerbar sind und das Schwächungsprofil in Form eines Axial-Schwächungspro­ fils vorliegt.

5. Röntgen-CT-Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches eine Röntgenstrahlenquelle (1, 22, 32) mit einem Vakuumge­ häuse (7) aufweist, in dem eine Anode (8) und ein Elektro­ nenemitter zur Erzeugung eines Elektronenstrahls aufgenommen sind, wobei der Elektronenstrahl zur Erzeugung von Röntgen­ strahlung auf die Anode (8) trifft, und mit einer dem Elek­ tronenemitter zugeordneten Steuerelektrode, welche durch die Mittel (11 bis 16, 21, 29) zur Modulation der Röntgenleistung an ein Sperrpotential zur Unterbrechung des Elektronenstrahls anschaltbar ist.

6. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 5, dessen Röntgenstrahlen­ quelle (22, 32) eine als Wehnelt-Elektrode (29) ausgeführte Steuerelektrode aufweist.

7. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 5, dessen Röntgenstrahlen­ quelle (1) eine als Gitter (11) ausgeführte Steuerelektrode aufweist.

8. Röntgen-CT-Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dessen Mittel zur Modulation der Röntgenstrahlung Schaltmittel zum Anlegen des Sperrpotentials aufweisen, die mit der Röntgen­ strahlenquelle (1, 22, 32) zu einer Einheit zusammengefaßt sind.

9. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 8, bei dem die Einheit der Schaltmittel und der Röntgenstrahlenquelle (1, 22, 32) da­ durch hergestellt ist, daß die Schaltmittel gemeinsam mit der Röntgenstrahlenquelle (1, 22, 32) um das Untersuchungsobjekt (5) verlagerbar sind.

10. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 8, bei dem die Einheit der Schaltmittel und der Röntgenstrahlenquelle (22, 32) dadurch hergestellt ist, daß die Schaltmittel an der Röntgenstrahlen­ quelle (22, 32) angebracht sind.

11. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 8, bei dem die Einheit der Schaltmittel und der Röntgenstrahlenquelle (32) dadurch her­ gestellt ist, daß die Schaltmittel im Inneren des Vakuumge­ häuses (7) der Röntgenstrahlenquelle (32) aufgenommen sind.

12. Röntgen-CT-Gerät nach Anspruch 8, bei dem die Einheit der Schaltmittel und der Röntgenstrahlenquelle (32) dadurch her­ gestellt ist, daß die Schaltmittel in einen mit der Röntgen­ strahlenquelle (32) verbindbaren Hochspannungs-Stecker oder -Kabel integriert sind.

13. Röntgen-CT-Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, des­ sen Mittel zur Modulation der Röntgenleistung die Dauer der Pulse für jede Projektion derart einstellen, daß für die je­ weilige Projektion das zur Einhaltung eines gewünschten Sig­ nal/Rausch-Abstandes erforderliche mAs-Produkt erreicht wird.

14. Röntgen-CT-Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wel­ ches einen Monitor-Detektor (6) aufweist, auf den die von der Röntgenstrahlenquelle (1, 22, 32)ausgehende Röntgenstrahlung ungeschwächt auftrifft, wobei eine elektronische Rechenein­ richtung (16) das Winkelschwächungsprofil unter Verwendung der Ausgangssignale des Detektorsystems und des Monitor-De­ tektors (6) ermittelt.

15. Röntgen-CT-Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem Mittel zur Ermittlung des Schwächungsprofils vorgesehen sind, die gemeinsam mit der Röntgenstrahlenquelle (1, 22, 32) und dem Detektorsystem um das Untersuchungsobjekt (5) ver­ lagerbar sind.