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Diese Erfindung betrifft das Feld der Röntgenaufnahme
und findet insbesondere Anwendung in Verbindung mit
Röntgenstrahlröhren für Computertomographie-Scanner und wird
unter besonderer Bezugnahme hierauf beschrieben. Es ist
aber selbstverständlich, daß die Erfindung auch noch
weitere Anwendung in anderen Feldern der Röntgenaufnahme
findet, wie beispielsweise medizinische diagnostische
digitale Röntgenaufnahmen, herkömmliche Röntgenaufnahmen,
Strahlentherapie und dergleichen.
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In der Computertomographie (CT) wird ein
Körperabschnitt eines Patienten, der untersucht werden soll, in
einem Abtastkreis eines Scanners angeordnet. Ein
fächerförmiges Strahlenbündel wird von einer Röntgenstrahlröhre
ausgesandt, durch einen Verschluß, einen Kollimator, den
Abtastkreis und den Patientenkörperabschnitt hindurch auf
eine Anordnung von Strahlendetektoren. Durch Drehen der
Strahlenquelle, des Verschlusses und des Kollimators in
bezug auf den Patienten, wird die Strahlung durch den
abgetasteten Körperabschnitt hindurch auf die Detektoren aus
einer Vielzahl von Richtungen projiziert. Aus den
Strahlenintensitätsdaten der Detektoren, Daten, die den
zurückgelegten Pfad der abgetasteten Strahlung bis zum Erreichen jedes
Abtastdetektors anzeigen und weiteren Daten, wird ein Bild
des untersuchten Körperabschnitts des Patienten
rekonstruiert.
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Eines der mit CT-Scannern verbundenen Probleme ist
der gesundheitsschädliche Effekt einer vom Brennpunkt
abweichenden Strahlung. In der Röntgenstrahlröhre trifft ein
Elektronenstrahl einen Brennpunkt oder eine Brennlinie auf
einer Anode. In diesem Brennpunktspot werden
Röntgenstrahlen erzeugt und bewegen sich entlang divergierender
gradliniger Pfade in einem Röntgenstrahl-Fächerbündel mit einer
Abmessung, die durch den Kollimator geregelt ist. Wenn die
gesamte Strahlung von dem Brennpunktspot emittiert wurde,
kann der von jedem Röntgenstrahlbündel zurückgelegte Weg
von der Röntgenstrahlröhre bis zu dem Detektor für jede
Detektorabtastanordnung genau bestimmt werden. Jedoch
werden
auch Röntgenstrahlen von Bereichen der Anode emittiert,
die nicht zu dem Brennpunktbereich gehören. In
CT-Abtaströntgenstrahlenröhren sind im allgemeinen 3 bis 8% der
detektierten Strahlung eine vom Brennpunkt abweichende
Strahlung, d.h. eine Strahlung, die nicht im Brennpunkt
entspringt. Die Spreizung im Strahlenursprung der vom
Brennpunkt abweichenden Strahlung bewirkt, daß kleine
Objekte und scharfe Kanten ihre exakte Definition verlieren
und verschwommen werden. Dieser Verlust an Definition läßt
nichtlineare Artefakte in dem rekonstruierten Bild
ansteigen.
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Die CT-Scanner-Kollimatoren sind im allgemeinen nahe
dem Abtastkreis angeordnet, d.h. entfernt von der Anode
der Röntgenstrahlröhre. Obwohl diese Anordnung exakte
Strahlabmessungen im Abtastkreis sicherstellt, kann vom
Brennpunkt abweichende Strahlung, die in Teilen der Anode
entspringt, die von dem Brennpunktbereich ausreichend weit
entfernt sind, durch den Kollimator hindurch zu den
Detektoren gelangen. Je größer der Abstand zwischen der Anode
und dem Kollimator, je größer die Parallaxe ist, und je weiter
weg die vom Brennspot abweichende Strahlung vom
Brennpunktbereich entsteht und dennoch durch den Kollimator hindurch
zu den Detektoren gelangt, desto verschwommener wird der
Brennpunktbereich.
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Die vom Brennpunkt abweichende Strahlung hat
insbesondere einen gesundheitsschädlichen Effekt auf die
Knochenkorrektur, die bei Gehirnabtastungen angewandt wird. Eine
Calciumkorrektur wird allgemein gemacht, um die Effekte zu
minimieren, die den Strahlungsspektrumänderungen infolge
der Absorption durch das Knochengewebe zugeordnet werden.
Die Calciumkorrektur entschärft den Effekt der
Breitspektrumstrahlungsprojektion der Strahlenquelle über die
Knochen/Gehirn-Zwischenschicht auf das Weichgewebe. Die
Vielzahl von Größen, Gestalten und die Dichte von Schädeln,
die in der üblichen klinischen Praxis untersucht werden,
macht es nahezu nicht praktikabel, eine universelle
Korrektur der Effekte der vom Brennpunkt abweichenden Strahlung
und der Strahlhärtung vorzunehmen.
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In der US-A-4 195 229 ist eine
Röntgenstrahlvorrichtung offenbart, die eine Röntgenstrahlröhre zum Erzeugen
eines Röntgenpulsstrahls aufweist, einen Verschluß zum
Abschalten des Röntgenpulsstrahls, der von der
Röntgenstrahlröhre ausgesandt wird und einen Verschlußregler, der es
zuläßt, daß der durch den Verschluß abgeschaltete
Röntgenpulsstrahl passieren kann, wenn die Intensität des
Röntgenpulsstrahls von der Röntgenstrahlröhre einen im wesentlichen
konstanten Pegel erreicht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen
Röntgenstrahl-Scanner zum Reduzieren der vom Brennpunkt
abweichenden Strahlung für kleinere Abtastungen ohne die Reduktion für
größere Abtastungen zu beeinflussen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein
Röntgenstrahlen-Scanner vorgesehen, mit einer durchdringende Strahlen
abgebenden Quelle, die ein im wesentlichen fächerförmiges
Strahlenbündel aussendet, einem Verschluß, der zwischen
der Strahlenquelle und einem Patientenaufnahmebereich für
das selektive Hindurchlassen des Strahlenbündels angeordnet
ist, um einen bestimmten Körperbereich eines Patienten zu
bestrahlen, einem Strahlkollimator, angebracht zwischen
der Strahlenquelle und dem Patientenaufnahmebereich zur
genauen Definition der Strahlenbündelabmessungen, einem
Strahlendetektor für den Empfang der durch den Patienten
hindurchgetretenen Strahlung der Strahlenquelle und einem
Strahlenabsorberelement, das zwischen der Strahlenquelle
und dem Verschluß positioniert ist, gekennzeichnet dadurch,
daß eine Brennpunktabweich-Regeleinrichtung aus dem
Strahlenabsorberelement, das zumindest zwei unterschiedlich
dimensionierte Strahlendurchlaßteile aufweist, und einem
beweglichen Befestigungselement besteht, das das
Strahlenabsorberelement nahe der Strahlenquelle derart bewegbar
anbringt, daß einer der Strahlendurchlaßteile wahlweise bis
zum Fluchten mit dem Strahlenbündel bewegbar ist und daß das
bewegliche Befestigungselement das Strahlenabsorberelement
für die Rotation um eine Achse an dieser befestigt, die im
wesentlichen parallel zu einer Zentralachse des
Strahlenbündels verläuft und das Strahlenabsorberelement eine Platte
und das erste und zweite Strahlendurchlaßteil Schlitze
sind, die die Drehachse kreuzen.
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Ein Vorteil des Scanners nach der vorliegenden
Erfindung besteht darin, daß er die vom Brennpunkt
abweichende Strahlung insbesondere während kleiner Abtastungen,
das sind beispielsweise Kopfabtastungen, reduziert.
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Ein anderer Vorteil des Scanners nach der
vorliegenden Erfindung besteht darin, daß er innerhalb der Grenzen
einer herkömmlichen Röntgenstrahlröhrenanordnung
angebracht ist. Dies vereinfacht und ermöglicht die
Installation, insbesondere die Nachrüstung von Scannern, die schon
vor Ort sind.
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Ein weiterer Vorteil des Scanners nach der
vorliegenden Erfindung besteht darin, daß er die selektive
Einstellung des Auffächerungswinkels oder einer sonstigen
Dimension eines Röntgenstrahlbündels zuläßt, um eine Anpassung
an die Untersuchung von Bereichen unterschiedlicher Größe
vornehmen zu können.
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Ein Röntgenstrahlgerät und ein Verfahren zur
Röntgenstrahluntersuchung gemäß der Erfindung werden beispielhaft
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. In diesen zeigen:
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FIG. 1 eine schematische Darstellung eines
Computertomographie-Scanners gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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FIG. 2 eine Seitenansicht eines Teilschnitts einer
Röntgenstrahlröhrenanordnung des Scanners, unter Einschluß
einer einstellbaren Brennpunktabweich-Regeleinrichtung,
eines Verschlusses und einer Kollimatoranordnung;
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FIG. 3 eine vergrößerte Ansicht eines
Röntgenstrahlenaustritts der Röntgenstrahlröhre der FIG. 2, unter
Einschluß der einstellbaren
Brennpunktabweich-Regeleinrichtung;
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FIG. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4
der FIG. 2; und
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FIG. 5 eine Draufsicht der Kollimatoranordnung
von FIG. 2.
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Wie aus FIG. 1 zu ersehen ist, bildet ein
Computertomographie-Scanner 10 selektiv Querschnittschichten eines
Körperbereichs eines Patienten ab, der sich auf einem
Patientenbett 12 innerhalb eines Abtastkreises oder einer
Patientenöffnung 14 abstützt. Ein Röntgenstrahlrohr 16
für das Emittieren eines aufgefächerten Strahlenbündels
gegen und zum Überspannen des Abtastkreises 14 ist auf
einem drehbaren Rollengerüst 18 befestigt. Ein
Brennpunktabweich-Strahlenkollimator oder eine Regeleinrichtung 20
ist auf einem Strahlenausgang des Röntgenstrahlrohrs
angebracht, um die vom Brennpunkt abweichende Strahlung am
Erreichen des Abtastkreises zu verhindern. Ein Verschluß
22 leitet selektiv das Röntgenstrahlbündel derart, daß er
es durchläßt und von dem Erreichen des Abtastkreises
blockiert. Ein erster Kollimator 24 adjustiert selektiv
die Abmessungen des Röntgenstrahlbündels, insbesondere
seine Breite, um die Dicke des abgetasteten
Körperabschnitts auszuwählen, welcher abgebildet ist. Eine
Anordnung von Strahlendetektoren 26 ist gegenüber dem
Abtastkreis, gesehen von dem Röntgenstrahlrohr aus, angeordnet,
um die Strahlung zu empfangen und umzuwandeln, die den
Abtastkreis durchquert hat, in Daten, die die
Röntgenstrahlintensität anzeigen. Eine
Bildrekonstruktionseinheit 28 wie ein Hochgeschwindigkeitsdatenprozeßrechner
erstellt eine oder mehrer Abbildungsdarstellungen aus
den Intensitätsdaten.
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Im Betrieb wird ein auf dem Patientenbett 12
liegender Patient in den Patientenempfangsbereich bewegt, bis
der interessierende Bereich ungefähr im Abtastkreis
positioniert ist. Der Verschluß 22 läßt es zu, daß das
fächerförmige Strahlenbündel des Röntgenstrahlrohrs den
Abtastkreis 14 durchquert, wenn ein nicht gezeigter
Elektromotor das Rollengrüst 18 zu drehen beginnt. Wenn das
Rollengerüst sich dreht, empfängt jeder Strahlendetektor 26
Strahlung längs einer Anzahl von Pfaden. Der Rechner 28
rekonstruiert eine zweidimensionale Bilddarstellung des
untersuchten Patientenkörperabschnitts aus den abgetasteten
Röntgenstrahldetektorintensitätsdaten, den Daten zum
Anzeigen der Position der Röntgenstrahlquelle und dergleichen.
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Aus FIG. 2 ist zu ersehen, daß das Röntgenstrahlrohr
16 eine Anode 30 aufweist, die drehbar innerhalb einer
evakuierten Glashülle 32 angeordnet ist. Eine hohe
Potentialdifferenz beschleunigt einen Elektronenstrahl von einer
nicht gezeigten Kathode auf die rotierende Anode 30. Die
Kathode und die übrige Rohrstruktur bewirken eine
Fokussierung des Elektronenstrahls auf einen rechteckigen oder
linearen Bereich (oder eine andere vorgewählte Gestalt),
um einen Brennpunktbereich oder Brennspot 34 zu bilden.
Die Anode besteht typischerweise aus Wolfram oder einem
ähnlichen Metall mit einem hohen Schmelzpunkt. Die
Abbremsung der Elektronen, wenn sie auf die Anode
auftreffen, erzeugt poly-energetische Röntgenstrahlung. Die
erzeugte Strahlung ist vielfachgerichtet, doch breitet sich
im allgemeinen ein Strahl gegen einen Röntgenstrahlauslaß
36 infolge der geneigten Fläche der Anode aus. Gestreute
Elektronen unter Strahlung vergleichbarer Energie treffen
die Anode in Bereichen, die weg von dem Brennspot liegen,
und bewirken die Emission der vom Brennpunkt abweichenden
Strahlung.
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Ein Metallgehäuse 40 umgibt die Glashülle 32, und
dazwischen befindet sich ein Ölaufnahmebehälter 42. Öl
von dem Behälter zirkuliert im allgemeinen in einem nicht
gezeigten Kühlsystem, das die Temperatur des
Röntgenstrahlrohres regelt. Der Röntgenstrahlauslaß 36 ist durch
eine Öffnung 44 in dem Gehäuse bestimmt, die durch ein
flüssigkeitsundurchlässiges, Röntgenstrahlen durchlassendes
Fenster 46, im allgemeinen eine Aluminiumplatte,
abgedichtet ist. Das Gehäuse weist einen Bund 48 auf, der den
Röntgenstrahlauslaß 36 zwecks größerer Strukturstärke
umgibt.
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Wie aus FIG. 2 und insbesondere den FIG. 3 und 4
ersichtlich ist, ist der einstellbare, vom Brennpunktbereich
abweichende Kollimator oder die Regeleinrichtung 20
innerhalb des Bundes 48 angeordnet, der den Röntgenstrahlauslaß
36 umschließt. Das Aluminiumfenster 46 ist an einem inneren
oder nahen Ende des Bundes befestigt, und eine erste
stationäre Strahlungs- oder Sperrplatte 50 ist atationär an
einem entfernten Ende des Bundes angebracht. Die erste
stationäre Platte 50 ist aus einem dichten
röntgenstrahlenabsorbierenden Material oder Materialien konstruiert.
Z.B. kann die Platte eine oder mehrere Bleischichten
umfassen, die auf einem mechanisch stärkerem Material
abgestützt sind, die gleichfalls hohe energieabsorbierende
Eigenschaften besitzen. Die erste stationäre Platte 50
schließt einen Röntgenstrahldurchlaßbereich 52 wie einen
Längsschlitz ein. Die Länge und Breite des
Röntgenstrahldurchlaßbereichs begrenzen die Spannweite und die Dicke
des Röntgenstrahlbündels, und bis zu einem begrenzten
Bereich blockieren sie die vom Brennpunkt abweichende
Strahlung am Erreichen der Strahlendetektoren 26.
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Eine zweite bewegliche Strahlendämpfungs- oder
Sperrplatte 60 ist beweglich in dem Bund angeordnet. Die
zweite bewegliche Platte ist gleichfalls aus einem
dichten röntgenstrahlenabsorbierenden Material wie Wolfram,
Tantal oder verstärkten Bleilegierungen aufgebaut. Die
zweite bewegliche Platte definiert zumindest einen ersten
oder Gesamtkörperabtaststrahldurchlaßteil 62 und einen
zweiten oder Kopfabtaststrahldurchlaßteil 64. Die zweite
bewegliche Platte ist so nahe an dem Brennpunktbereich 34
angeordnet, wie dies das Aluminiumfenster 46 zuläßt. Je
näher die zweite bewegliche Platte an dem
Brennpunktbereich angeordnet ist, desto vollständiger blockiert sie
die vom Brennpunkt abweichende Strahlung. In der
bevorzugten Ausführungsform ist der erste Strahlendurchlaßteil
ein Schlitz- oder Öffnungsteil, der es zuläßt, daß das
Bündel einen Auffächerungswinkel von ungefähr 41º hat,
ausreichend, um den Abtastkreis 14 für eine
Gesamtkörperabbildung zu überspannen. Der zweite Strahlendurchlaßteil
ist ein kürzerer Schlitz- oder Öffnungsteil, der den
Strahlenfächer auf eine Spannbreite von ungefähr 25,5º
für Kopfabtastungen begrenzt. Der kürzere Schlitz
blokkiert die Strahlung, die für die Rekonstruktion eines
Kopfbildes nicht genutzt wird, davor, den
Patientenaufnahmebereich zu erreichen, um so die Streustrahlung und die
potentielle Röntgenstrahldosis zu reduzieren, die der Patient
empfangen könnte.
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Die bewegliche Platte 60 ist durch ein Lager 70 oder
ein anderes bewegliches Befestigungsteil an einer
stationären Tragstruktur 72 befestigt, die an dem Bund 48
angebracht ist. Das Lager ermöglicht es, daß die bewegliche
Platte um eine zentrale Strahlachse 74 rotiert, mit der sich
der erste und zweite Energiedurchlaßteil kreuzen. Eine
erste Haltestiftanordnung 76a, 76b begrenzt die
Drehbewegung der Platte in eine Richtung in einer ersten Position,
in der der erste Strahlendurchlaßteil 62 mit dem stationären
Strahlendurchlaßbereich 52 ausgerichtet ist. Eine zweite
Stiftanordnung 78a, 78b begrenzt die Drehung der beweglichen
Platte in die andere Richtung in einer zweiten Position,
in der der zweite Strahlendurchlaßteil 64 mit dem
stationären Strahlendurchlaßbereich 52 ausgerichtet ist.
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Eine Plattenbeweg- oder Dreheinheit 80 umfaßt einen
Elektromotor 82, der selektiv ein Kabel 84 zurückzieht.
Das Zurückziehen des Kabels wird durch den zweiten Satz
von zwischengeschalteten Haltestiften 78a, 78b begrenzt.
Eine Feder 86 führt die bewegliche Platte in die erste
Position zurück. Auf diese Weise bewirkt die Feder eine
Rückkehr in die erste Position stets dann, wenn die
Energiezufuhr beendet ist.
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Aus den FIG. 2 und 5 ist ersichtlich, daß der
Strahlenbündelfächer von dem vom Brennpunkt abweichenden
Kollimator 20 über den Verschluß 22 zu dem Kollimator 24
geführt ist. Die erste Kollimatoranordnung 24 umfaßt ein
Paar von strahlenabsorbierenden Blättern 90, die in einer
gemeinsamen Ebene parallel zu dem Pfad des
Röntgenstrahlbündels liegen. Blattbefestigungselemente 92 stützen
beweglich die Blätter derart ab, daß diese gegeneinander zu
und voneinander weg bewegt werden können. Die
Blattbefestigungsstruktur besteht aus Endplatten 94 eines
strahlenabsorbierenden Materials, das die Gesamtbreite des
Röntgenstrahlbündelfächers
definiert. Wie es üblich ist, ist der
Abstand der Endplatten 94 so gewählt, daß der
Strahlenbündelfächer den Abtastkreis überspannt. Ein
Kollimatoreinstellmotor 96 liefert die Motorkraft, um die Breite
definiert zwischen den Kollimatorblättern 90 einzustellen.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte
Ausführungsformen beschrieben. Es ist offensichtlich, daß
Modifikationen und Änderungen im Rahmen der voranstehenden
detaillierten Beschreibung möglich sind. Die Erfindung ist
so zu verstehen, daß sie alle derartige Anderungen und
Modifikationen, soweit diese innerhalb des
Erfindungsgedankens der anhängigen Ansprüche oder deren Äquivalente
liegen, mit umfaßt.