DE4015180C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgen-Computer-Tomogra­ phie-System nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es aus der US- Patentschrift 43 52 021 bekannt ist.

In konventionellen Computer-Tomographen werden die Röntgenquelle und/oder die Detektoranordnung mechanisch um ein Objekt herumbewegt. Diese Tomographen sind ge­ wöhnlich auf Scan-Zeiten von etwa 1 sec für einen voll­ ständigen 360-Grad-Scan beschränkt. Wenn keine mechani­ sche Bewegung nötig ist, ermöglicht das deutlich kür­ zere Aufnahmezeiten, d. h. schnellere Scans, die wie­ derum zur Untersuchung schnell beweglicher Objekte wie eines menschlichen Herzens ausgenutzt werden können. In den US-Patenten 43 52 021 und 41 58 142 wird die be­ wegte Röntgenquelle durch einen Elektronenstrahl er­ setzt, der aus einer Richtung, die weitgehend senk­ recht auf der Scan-Scheibe steht, auf eine bogenförmige Anode auftrifft. In US-Patent 43 52 021 wird eine Me­ thode beschrieben, wobei zwei Dipolmagnete den Elektro­ nenstrahl so führen, daß sein Fokus auf der Anodenober­ fläche in etwa einen Bogen von 210 Grad beschreibt. Die von der Anode emittierten Röntgenstrahlen werden mit­ tels einer bogenförmigen Detektoranordnung erfaßt, wo­ bei die Detektoranordnung aus zwei gegen die Scan- Scheibe leicht versetzten Detektorringsegmenten be­ steht. Die Detektoranordnung liegt der Anode gegenüber und umfaßt ebenfalls einen Bogen von etwa 210 Grad. Da­ her bilden weder die Anode noch die Detektoranordnung einen vollen Kreis und es gibt nur einen relativ klei­ nen Überlappbereich. Die beschriebene vorteilhafte Aus­ gestaltung benutzt anstelle von nur einem vier Anoden­ ringe (im folgenden soll mit "Ring" auch ein Ringseg­ ment bezeichnet werden), die jeweils in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Scan-Scheibe leicht gegen diese versetzt sind. Dadurch, daß der Elektronenstrahl sukzessive um jede der vier Anoden geführt wird und in­ dem man bei jedem Anoden-Scan in jedem der aneinander angrenzenden Detektorbögen die durch das Objekt durch­ gelassene Röntgenstrahlung mißt, erhält man Datensätze, die ausreichen, um insgesamt 8 im wesentlichen aneinan­ der angrenzende Schichtbilder aus dem Objekt zu rekon­ struieren.

Im US-Patent 41 58 142 ist die relative geometrische Anordnung von Elektronen- und Röntgenquellen ähnlich wie in US-Patent 43 52 021. Es gibt jedoch Unterschiede beim elektromagnetische Führen und Fokussieren des Elektronenstrahls und es gibt einen einzigen vollstän­ digen 360 Grad umfassenden Anodenring und einen einzi­ gen vollständigen 360 Grad umfassenden Detektorring. Detektor- und Anodenring sind koaxial aber nicht kopla­ nar. Dadurch weicht die Form der Scan-Scheibe wesent­ lich von einer Kreisscheibe mit gleichmäßiger Dicke ab, was zu Teilvolumenartefakten führt.

Die Möglichkeiten schneller Scans in den Konfiguratio­ nen, die in den US-Patenten 43 52 021 und 41 58 142 diskutiert werden, sind verglichen mit konventionellen Tomographen mit verminderten Bildqualitäten verbunden.

Die Auflösung bei geringem Kontrast wird begrenzt durch die schlechten Signal-zu-Rausch-Verhältnisse, die mit den geringen Gesamtröntgenintensitäten verbunden sind, die den Detektor erreichen. Wenn man die Ausbeute da­ durch erhöht, daß man die Elektronenintensität auf der Anode erhöht, wird der Elektronenstrahl wegen des lan­ gen Laufwegs zwischen Elektronenquelle und Anode durch die Raumladung weiter aufgeweitet, wobei die Ausdehnung des Brennpunkts vergrößert wird, was eine schlechtere Auflösung bei hohem Kontrast aber auch einen schlechte­ ren Frequenzgang des Systems bedeutet. Außerdem sind Elektronenströme durch die thermischen Eigenschaften der Anode und wegen der Raumladungsprobleme bei der Er­ zeugung des Elektronenstrahls begrenzt. Eine weitere Schwierigkeit, die die Bildqualität betrifft, ist damit verbunden, daß die Anoden- und Detektorbögen nicht ko­ planar sind, was eine größere und ungleichmäßigere ef­ fektive Schichtdicke und Ausleuchtung der Detektoren und damit eine Zunahme von Teilvolumenartefakten bedeu­ tet. Um diese Probleme zu minimalisieren, muß der Ab­ stand zwischen Anode und Detektor möglichst groß sein. Solche großen Abstände führen jedoch bei fester Elek­ tronenstrahlintensität zu einer merklichen Verringerung der Röntgenintensität, die auf den Detektor trifft, was ein verringertes Signal-zu-Rausch-Verhältnis und schlechtere Auflösung bei niedrigem Kontrast bedeutet. Die Verwendung eines Teilscans (partial scan) über nur 210 Grad, wie in US-Patent 43 52 021 beschrieben, ver­ ringert die Bildqualität zusätzlich verglichen mit kon­ ventionellen mechanisch rotierenden Systemen.

Eine Detektorringanordnung ist zwar aus DE 28 21 870 A1 bekannt mit einem Detektorring, der aus zwei Detektorteilringen mit gleichem Radius besteht, wobei die beiden Teilringe in einer Richtung weitgehend senkrecht zur Scan-Schreibe versetzt sind und zwischen ihnen ein ringförmiger Detektorringspalt besteht, durch den der vom Brennfleck emittierte Fächerstrahl hindurch tritt, so daß der Detektorring und der Fächerstrahl im wesentlichen koplanar sind. Die individuellen Detektorelemente gemäß DE-OS 28 21 870 A1 sind aber jeweils über einen Lichtleiter miteinander verbunden und der Detektorringspalt ist nicht so dimensioniert, daß die Detektorelemente auf der dem Brennfleck abgewandten Seite der Detektorringe vom Fächerstrahl gerade ausgeleuchtet werden, sondern so, daß lediglich etwa die Hälfte der den Patienten durchdringenden Röntgenstrahlung bzw. die Hälfte der Breite des Fächerstrahls detektiert wird.

Wegen der obengenannten Mängel der Hochgeschwindigkeits-Röntgen-Computer-Tomographen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Röntgen-Computer-Tomographie-System nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend weiterzubilden, daß der Anodenring und der Detektorring koplanar sind, was eine wesentlich gleichmäßigere Dicke der Scan-Scheibe und eine Verbesserung der Bildqualität durch eine Reduzierung von Teilvolumenartefakten bewirkt.

Die Aufgabe wird durch den gekennzeichneten Teil des Anspruches 1 gelöst.

Die Verwendung zweier Detektorteilringe mit einem dazwischenliegenden Ringspalt erlaubt es, daß Anoden- und Detektorring ko­ planar angeordnet werden und daß dennoch Anoden- und Detektorring jeweils mehr als 180 Grad umfassen. Der von einem Brennfleck auf der Anode ausgehende Fächer­ strahl muß den Detektorring nun nämlich nicht mehr seitlich passieren, sondern tritt durch diesen im Be­ reich des Detektorringspalts hindurch. Der Ringspalt ist so dimensioniert, daß die De­ tektorelemente auf der gegenüberliegenden Seite gerade ausgeleuchtet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung be­ findet sich der Detektorring innerhalb eines Elektro­ nenquellenrings, der anstelle einer einzigen von der Ringanode weit entfernten Elektronenquelle, aus einer Vielzahl von einzelnen Elektronenquellen besteht, die ihrerseits auf einem der Ringanode benachbarten statio­ nären Ring fest angebracht werden. Diese Elektronen­ quellenkonfiguration ist Gegenstand der parallelen Patentanmeldung DE-P 40 15 105.0-35 derselben Anmelderin mit gleichem Zeitrang.

In einer bevorzugten Ausführungsform gibt es etwa 250 solcher Elektronenquellen in gleichen Winkelintervallen auf einem Kreisring, dessen Radius etwa 400 mm ist, wo­ bei die Elektronenquellen etwa auf Erdpotential und die Anode auf etwa +100 kV bis +150 kV, vorzugsweise etwa +130 kV, liegen. Die Elektronenquellen und der Anode­ ring befinden sich in einem gemeinsam Vakuumbehälter und die Elektronenquellen sind einzeln ansteuerbar, um in einer vorgegebenen Zeitfolge Elektronenstrahlen zu emittieren.

Die von den Elektronenquellen emittierten Elektronen werden zu einem Strahl fokussiert, der in einem Brenn­ fleck auf die Anode auftrifft und Röntgenstrahlung (im wesentlichen Bremsstrahlung) erzeugt, von der ein fä­ cherförmiger Röntgenstrahl (Fächerstrahl, fan beam) ausgeblendet wird. Die Röntgenstrahlung, die vom Brenn­ fleck kommt und das Objekt durchdrungen hat, wird in einem vollständigen 360-Grad- Röntgendetektorring nach­ gewiesen, wobei der Detektorring aus zwei aneinander angrenzenden parallelen Teilringen mit gleichem Radius besteht. Die Teilringe sind in einer Richtung weitge­ hend senkrecht zur Scan-Scheibe versetzt, so daß zwi­ schen ihnen ein ringförmiger Spalt besteht, und der De­ tektorring und der Anodenring sind koaxial und koplanar angeordnet, so daß die beiden Ringe einen weitgehend planaren Scanbereich, worin sich der Fächerstrahl be­ findet, definieren. Der Spalt zwischen den beiden De­ tektorteilringen ist groß genug, daß der gesamte Fä­ cherstrahl mit der gewünschten Schichtdicke passieren kann, aber eng genug, daß der Großteil des vom Objekt durchgelassenen Strahls auch detektiert wird, d.h. auf den Detektorring trifft.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung hat der Detektorring einen Radius von etwa 330 mm und jeder Teilring enthält 1200 einzelne Detektorelemente, die geeignet sind, Röntgenstrahlung nachzuweisen, die vom Brennfleck auf dem Anodenring kommt. Andere Ausgestal­ tungen mit elliptischen statt kreisförmigen Detektor­ und Anodenringen sind möglich.

Die Schichtdicke des Scans ist durch eine, in einer im wesentlichen senkrecht zu Scan-Scheibe gerichtete, Re­ lativverschiebung der zwei Detektorteilringe einstell­ bar, wobei jeder Detektorteilring gleichweit aber in Gegenrichtungen verschoben wird, um die Breite des De­ tektorringspalts zu verändern. Die Geometrie des Sy­ stems ist so angelegt, daß in Näherung das Verhältnis gilt R_d/ R_f = ( w_d-g)/(w_d+g) , wobei g die Breite des Spalts zwischen den Detektorteilringen ist, w_d der Breite des Fächerstrahls nach Durchdringen des Objekts am Detektorring gegenüber dem Brennfleck entspricht, R_d der Detektorringradius, und R_f der Brennfleckradius sind. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, sind R_d=330 mm, R_f=400 mm, und g/w_d = 0,1.

In einer Ausführungsform besteht jede Elektronenquelle aus einem beheizten Heizfaden um Elektronen zu erzeugen und einer Hohlkathode. In einer dabei besonders bevor­ zugten Ausführungsform ist die Hohlkathode in zwei oder mehr elektrisch gegeneinander isolierte Segmente unter­ teilt. Dadurch, daß man, bezogen auf den Heizfaden, ne­ gative Spannungen bis zu einigen kV und von einstellba­ rer Stärke an eines oder mehrere der Hohlkathodenseg­ mente anlegt, kann der von der Kathode emittierte Elek­ tronenstrahl sehr schnell ein- und ausgeschaltet, fo­ kussiert und gesteuert werden. Die Form der Hohlkatho­ den und ihr Abstand von der Anode werden so gewählt, daß die von den Heizfäden jeweils emittierten Elektro­ nen zu einem Strahl fokussiert werden, der bis zur Kol­ lision in einem Brennfleck auf der Anode beschleunigt wird. Das Berechnen der Elektronenbahnen bei vorgegebe­ nen Potentialverteilungen unter Berücksichtigung von Raumladungen gehört zum allgemeinen Fachwissen. Da­ durch, daß die Spannungen an den Hohlkathodensegmenten sequentiell gepulst (allgemein: angesteuert) werden, kann eine Ringquelle von Röntgenstrahlen erzeugt wer­ den, wobei jedes beliebige Segment des Rings in einer vorgegebenen Zeitfolge Röntgenstrahlen emittieren kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Detektor­ elemente der beiden Teilringe gegeneinander um einen Winkel verdreht, der etwa der halben Winkelausdehnung eines einzigen Detektorelements entspricht. Es werden während einer Aufnahme die Daten jedes einzelnen der insgesamt 2400 Detektorelemente registriert und verar­ beitet. Zusätzliche Detektoren, um Streuanteile und Veränderungen der Röntgenquellenintensität zu verfol­ gen, sind außerhalb der Scan-Scheibe in der Umgebung des Detektorrings angebracht.

Der kleine Radius der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führt zu einer starken Erhöhung der Röntgen­ intensität für vorgegebene Schichtdicke, Aufnahmezeit und Rekonstruktions- oder Gesichtsfeld (field of view) verglichen mit derjenigen, die etwa in den US-Patent­ schriften 43 52 021 und 41 58 142 erreicht werden, was zu einem besseren Signal-zu-Rausch-Verhältnis in den Detektoren und zu besserer Auflösung bei geringem Kon­ trast führt. Zudem führt der kleine Radius des Detek­ torrings für vorgegebene Gesamtzahl einzelner Detektor­ elemente zu einer Verkleinerung der einzelnen Detektor­ elemente und damit zu einer verbesserten räumlichen Auflösung. Die Nähe der einzelnen Elektronenquellen zur Anode verringert die Probleme, die mit einer Aufweitung des Elektronenstrahls durch Raumladungseffekte bei großen Strahlintensitäten verbunden sind, was einen kleineren Brennfleck und damit ebenfalls eine weitere Verbesserung der räumlichen Auflösung und des Frequenz­ gang des Systems gestattet. Das Aufspalten der Detek­ toranordnung in zwei Teilringe, die durch einen engen Spalt getrennt sind, durch den der Fächerstrahl auf der dem Brennfleck benachbarten Seite des Detektorrings hindurchtritt, erlaubt es, daß der Röntgenquellenring (Anode) und der Detektorring koplanar sind und ermöglicht Scans über volle 360 Grad, was Teilvolumen- und andere Artefakte reduziert.

Es ist möglich, die Daten der vorzugsweise etwa 2400 Detektorelemente der beiden Detektorteilringe so auszu­ lesen und zu verarbeiten, daß zwei eng benachbarte Schichtbilder rekonstruiert werden, wobei für jedes die Daten eines Detektorteilrings ausgewertet werden (Zwei­ schichtenanalyse).

Alternativ können die Daten aller 2400 Detektoren be­ nutzt werden um ein gemeinsames Schichtbild der doppel­ ten Schichtdicke zu rekonstruieren aber eben auch mit im allgemeinen verbesserter räumlicher Auflösung in der Schicht (Einschichtanalyse).

In der Einschichtanalyse bewirkt die Tatsache, daß vor­ teilhaft ein Detektorteilring gegenüber dem anderen um etwa die halben Detektorelementbreite verdreht ist (ge­ nauer: um Hälfte der Bogenlänge, die dem Umfang des De­ tektorrings dividiert durch die Anzahl der Detektoren eines Teilrings entspricht), eine Verdopplung entweder der Anzahl der Ansichtswinkel (view angles) pro Scan oder der Anzahl der Datenpunkte pro Ansichtswinkel verglichen mit der Zweischichtenanalyse und damit eine bessere räumliche Auflösung in der Schicht (allerdings bei etwa doppelter Schichtdicke).

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen. Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch erläuter­ ten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kom­ bination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Be­ schreibung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung einer Ausführungs­ form eines Röntgen-Computer-Tomographie-Systems nach der Erfindung,

Fig. 2 Eine Vorder- und Seitenansicht der Systemgeome­ trie,

Fig. 3 Einen vergrößerten Querschnitt durch die Ab­ tasteinheit (gantry) mit den Einrichtungen für Erzeu­ gung und Nachweis des Fächerstrahls (fan beam),

Fig. 4 Den Detektorring vom Zentrum des Anoden- und De­ tektorrings aus gesehen,

Fig. 5 Eine qualitative Darstellung des Prinzips der Erzeugung des Fächerstrahls (fan beam),

Fig. 6 Eine Gegenüberstellung der relativen Anordnung von Röntgenquelle, Fächerstrahl und Detektorring im Schnitt. Rechts nach dem Stand der Technik, links nach der Erfindung.

Im einzelnen zeigt die Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels eines Röntgen-Computer-Tomogra­ phie-Systems (1) nach der Erfindung. Eine Röntgenquelle (3), die aus einer Vielzahl von Elektronenquellen (31) und einem Anodenring (4) besteht, die sich innerhalb eines gemeinsamen Vakuumgehäuses (11) befinden, erzeugt an den Positionen eines Brennflecks (41) Röntgen­ strahlen, die durch Kollision von Elektronen eines Elektronenstrahls (32) aus der Elektronenquelle (31) mit dem Anodenring (4) entstehen. Die von der Position des Brennflecks (41) emittierten Röntgenstrahlen werden zu einem Fächerstrahl (fan beam 42) durch einen Strahl­ kollimator (43) abgeblendet bevor sie das untersuchte Objekt (2) durchdringen, wobei dieses Objekt innerhalb der Öffnung der Abtasteinheit (gantry 12) an einer ge­ wünschten Position durch Verschieben einer beweglichen Trägerstruktur (14) gebracht werden kann. Nachdem der Fächerstrahl (42) das Objekt (2) durchdrungen hat, wird er in einem Detektorring (5) nachgewiesen. Die vom Ob­ jekt (2) durchgelassene Röntgenintensität wird durch die Detektorelemente des Detektorrings (5) in elektri­ sche Signale umgewandelt, deren Größe weitgehend linear proportional zur Röntgenintensität, die auf das jewei­ lige Detektorelement trifft, ist. Die Signale werden dann in Analog-Digital-Wandlern (8) digitalisiert und an einen Computer (9) weitergegeben. Der Computer kon­ trolliert und überwacht die Scanfunktionen und kann entweder als eine einheitliche Recheneinheit oder als Netzwerk von gekoppelten oder ungekoppelten Rechenein­ heiten ausgebildet sein. Die genannten Scanfunktionen umfassen u. a. Mittel (36) um die Elektronenquellen (31) anzusteuern. Der Computer rekonstruiert ein Schichtbild durch das Objekt, wobei er Daten benutzt, die mit den Detektorelementen des Detektorrings (5) aufgenommen wurden. Dieses Schichtbild wird z. B. auf einem Bild­ schirm (13) dargestellt. Eine Kippvorrichtung (10) ist vorgesehen, um die Abtasteinheit (gantry 12) über einen gewissen Winkelbereich aus der Vertikalen zu neigen.

Fig. 2 zeigt die grundsätzliche Geometrie einer bevor­ zugten Version der Erfindung. Der linke Teil der Abbil­ dung zeigt eine Vorderansicht und der rechte Teil einen Querschnitt bzw. eine Seitenansicht. Die möglichen Po­ sitionen des Brennflecks (41) auf dem Anodenring (4) beschreiben einen Kreis mit Radius Rf, der konzentrisch ist mit dem Detektorring (5) vom Radius Rd, wobei Rf größer als Rd ist. Eine Vielzahl von Elektronenquellen (31) sind auf einem Elektronenquellenring (33) angeord­ net, der sich nahe beim Anodenring (4) befindet. Der Fächerstrahl (42) hat seinen jeweiligen Ursprung in ei­ nem der verschiedenen Orte des Brennflecks (41) auf dem Anodenring (4). Ein Objekt (2) befindet sich nahe dem Zentrum (7) des Anoden- und Detektorrings. Röntgen­ strahlen, die vom Brennfleck (41) ausgehen, werden durch einen Strahlkollimator (43) zu einem Fächerstrahl (42) abgeblendet, der sich zwischen Anoden (4)- und De­ tektorring (5) befindet, indem sie durch den Strahlkollimatorspalt (44) gelangen. Der Fächerstrahl (42) gelangt durch den Detektorringspalt (53), das Ob­ jekt (2) und wird weiter durch den Detektorkollimator­ spalt (56) des Detektorkollimators (55) abgeblendet, bevor er in den Detektorelementen des Detektorrings (5) nachgewiesen wird. Während der Brennfleck (41) sich um den Anodenring (4) bewegt, schneidet der Fächerstrahl (42) das Objekt (2) in einer näherungsweise ebenen Scheibe (6), die aus zwei benachbarten Teilscheiben (61, 62) besteht, wobei eine Teilscheibe (61) im wesent­ lichen aus dem Teil des Fächerstrahls, der auf einen Detektorteilring (51) trifft, entsteht, und die andere Teilscheibe (62) aus dem Teil, der den anderen Detek­ torteilring (52) beleuchtet. Mittel (60) sind vorhanden, um die Dicke dieser ebenen Scheibe (6) bzw. Teilscheibe (61, 62) zu variieren, indem man die Breite des Strahlkollimatorspalts (44), des Detekorringspalts (53) und des Detektorkollimatorspalts (56) justiert.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil der Ab­ tasteinheit (12). Es sind Mittel (36) vorgesehen, um die Elektronenquellen (31) anzusteuern, wobei diese Mittel (36) in der Lage sind, zeit- und ortsabhängige Spannungen an die Oberflächen der Hohlkathoden (35) an­ zulegen. Dadurch, daß man diese Spannungen variiert, kann der Elektronenstrahl (32), der den Heizfaden (34) verläßt, ein- und ausgeschaltet sowie fokussiert und gesteuert werden. Der Elektronenstrahl (32) trifft auf den Anodenring (4) im Ort des Brennflecks (41) auf und bewirkt die Emission von Röntgenstrahlen. Elektronen­ quellen (31) und Anodenring (4) befinden sich in einem gemeinsamen Vakuumgehäuse (11). Die Röntgenstrahlen, die vom Brennfleck (41) emittiert werden, werden von einem Strahlkollimator (43) zu einem Fächerstrahl (42) abgeblendet, der durch den Detektorringspalt (53) tritt, der die beiden Detektorteilringe (51, 52) des De­ tektorrings (5) trennt. Der Detektorkollimator (55) be­ grenzt die effektive Breite des Fächerstrahls (42), der vom Brennfleck auf der Gegenseite des Anodenrings (4) kommend das Objekt durchdrungen hat.

Fig. 4 gibt eine Ansicht eines Teils des Detektorrings (5) vom Zentrum des Anoden (4)- bzw. Detektorrings (5) gesehen. Der Detektorring (5) besteht aus zwei Detek­ torteilringen (51, 52), die durch einen Detektor­ ringspalt (53) getrennt sind. Jeder Detektorteilring (51, 52) enthält eine Vielzahl von einzelnen Detektoren bzw. Detektorelementen (54). In einer bevorzugten Aus­ gestaltung der Erfindung gibt es in jedem der beiden Detektorteilringe (51, 52) 1200 solcher Detektorelemente (54), also insgesamt 2400 Detektorelemente (54). Das Signal jedes Detektorelements (54) wird in Analog-Digi­ talwandlern digitalisiert und die so erhaltenen Daten vom Computer benutzt, um ein Schichtbild durch das Ob­ jekt zu erstellen. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die beiden Detektorteilringe (51, 52) gegeneinander um ein Bogenstück, D/2, verdreht sind, das dem Detektor­ ringumfang dividiert durch die doppelte Anzahl von De­ tektorelementen (54) pro Detektorteilring (51 bzw. 52) entspricht.

Fig. 5 beschreibt qualitativ das Funktionsprinzip einer bevorzugten Version der Erzeugung des Elektronenstrahls (32). Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt des Anoden- (4) und des Elektronenquellenrings (33) vom Zentrum des Anoden- (4) bzw. Detektorrings aus gesehen. Der Elek­ tronenquellenring (33) besteht aus einem Array von an­ einandergrenzenden Elektronenquellen (31), die sich in enger Nachbarschaft zum Anodenring (4) befinden. Fig. 5 zeigt explizit drei Elektronenquellen (31). In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht jede Elektronenquelle (31) aus einer Hohlkathode (35) und einem heizbaren Heizfaden (34). Die Hohlkathode (35) ist in zwei gegeneinander elektrisch isolierte Segmente unterteilt. Der Anodenring (4) befindet sich auf einem elektrischen Potential von +130 kV bezüglich der Heiz­ fäden (34), wobei die Heizfäden (34) vorzugsweise auf Erdpotential liegen. Die Form der Hohlkathoden (35) und ihr Abstand vom Anodenring (4) sind so gewählt, daß die jeweils vom Heizfaden (34) emittierten Elektronen zu einem Elektronenstrahl (32) fokussiert werden und auf einen Brennfleck (41) auf dem Anodenring (4) hin be­ schleunigt werden. Durch Anlegen geeigneter negativer Spannungen bis zu einigen kV (relativ zu den Heizfäden) variabler Stärke an eines oder mehrere der Hohlkatho­ densegmente (35a, b) einer Elektronenquelle (31) kann der entsprechende Elektronenstrahl (32) an- und ausge­ schaltet bzw. fokussiert und gesteuert werden. Die Position des Brennflecks (41) des Elektronenstrahls (32) einer gegebenen Elektronenquelle (31) auf dem An­ odenring (4) wird von den Spannungen bestimmt, die an die beiden Segmente (35a, b) der Hohlkathode (35) der Elektronenquelle (31) angelegt werden. Die elektrischen Feldlinien (39), die dem Spannungszustand entsprechen, wo die Elektronenquelle (31) abgeschaltet ist, d. h. es treten effektiv keine Elektronen aus dem Heizfaden (34) aus, werden qualitativ für eine der Elektronenquellen (31) in Fig. 5 dargestellt. Während der Dauer eines Scans werden die Spannungen am Anodenring (4) möglichst konstant gehalten und die Potentiale der Hohlkatho­ densegmente (35a, b) werden verändert. Es sind Mittel (49) vorgesehen, den Anodenring (4) zu halten und ihn elektrisch gegenüber Erdpotential zu isolieren, sowie Mittel (48), ihn auf Hochspannung (vorzugsweise +130 kV) zu legen. Es sind abgewandelte Ausführungsformen möglich, bei denen die Spannungspegel des Anodenrings (4), der Hohlkathoden (35) und der Heizfäden (34) be­ züglich des Erdpotentials um einen konstanten Span­ nungsbetrag verschoben sind.

Fig. 6 vergleicht einen schematischen Schnitt durch den Scanbereich eines Röntgen-Tomographie-Systems nach der Erfindung (links) mit dem Stand der Technik nach US-PS 43 52 021 (rechts). Im Stand der Technik (rechts) sind die Anoden- (4) und Detektorringe (5) koaxial aber nicht koplanar angeord­ net, so daß während eines Scans der Überlappbereich (schraffiert) aller Fächerstrahlen (42) eine Scan- Scheibe (6) mit einer Form definiert, die auf Grund der Nicht-Koplanarität des Anoden- (4) und Detektorrings (5), wesentlich von einer Scheibe mit gleichmäßiger Dicke abweicht, was seinerseits zu Teilvolumenartefak­ ten führt. Nach der Erfindung (links), ermöglicht die Aufspaltung des Detektorrings (5) in zwei Detektorteil­ ringe (51, 52) mit einen Detektorringspalt (53) eine ko­ axiale Anordnung des Detektor- (5) und Anodenrings (4), so daß eine Scan-Scheibe (6) mit einer weitgehend gleichmäßigen Dicke entsteht.

Claims (14)

1. Röntgen-Computer-Tomographie-System (1) um Schichtbilder durch ein Objekt (2) herzustellen, wobei eine Röntgenquelle (3) verwendet wird, die aus einer Elektronenquelle (31) und einem stationären Anodenring (4) besteht, wobei die Anode einen vollständigen oder Teil-Anodenring von mindestens 180 Grad bildet, mit Mitteln, um von der Elektronenquelle (31) emittierte Elektronen durch eine hohe positive Gleichspannung auf den Anodenring (4) hin zu beschleunigen, wobei die Elektronen einen Elektronenstrahl (32) bilden, der in einem Brennfleck (41) auf dem Anodenring (4) auftrifft, der seinerseits Röntgenstrahlen emittiert, von denen durch die Wirkung eines Strahlkollimators (43) ein Fächerstrahl (42) ausgeblendet wird und mit einem Detektorring (5) von mindestens 180 Grad mit kleinerem Radius als der Anodenring (4), wobei der Detektorring (5) und der Anodenring (4) koaxial angeordnet sind und eine Scan-Scheibe (6) definieren, wobei der Detektorring (5) aus einzelnen Röntgendetektorelementen (54) besteht, die geeignet sind, Röntgenstrahlen nachzuweisen, die vom Brennfleck (41) auf dem Anodenring (4) kommen und das Objekt (2) durchdrungen haben, das sich nahe dem Zentrum (7) des Detektor- (5) bzw. Anodenrings (4) befindet, wobei der Detektorring (5) aus zwei aneinander angrenzenden parallelen Detektorteilringen (51, 52) mit gleichem Radius besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektorring (5) und der Anodenring (4) im wesentlichen koplanar angeordnet sind um eine Scan-Scheibe (6) zu definieren, wobei die beiden Teilringe (51, 52) in einer Richtung weitgehend senkrecht zur Scan-Scheibe (6) versetzt sind, so daß zwischen ihnen ein ringförmiger Detektorringspalt (53) besteht, durch den der vom Brennfleck (41) emittierte Fächerstrahl (42) hindurchtritt, und daß der Detektorringspalt (53) so dimensioniert ist, daß die Detektorelemente auf der dem Brennfleck (41) abgewandten Seite der Detektorteilringe vom Fächerstrahl gerade ausgeleuchtet werden.

2. Röntgen-Computer-Tomographie-System nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von näherungsweise gleich beabstandeten Elektronenquellen (31) auf einem koaxialen Elektronenquellenring (33) in der Nähe des Anodenrings (4) angeordnet sind, die ein­ zeln ansteuerbar sind um in einer vorgegebenen Zeitab­ folge Elektronenstrahlen (32) zu emittieren.

3. Röntgen-Computer-Tomographie-System nach An­ spruch, 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Anodenring (4) als auch der Detektorring (5) kreisför­ mig sind.

4. Röntgen-Computer-Tomographie-System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektorring (5) einen Bogen von 360 Grad umfaßt.

5. Röntgen-Computer-Tomographie-System nach An­ spruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Beziehung Rd/Rf = (wd-g)/(wd+g) erfüllt ist, wobei g die Breite des Detektorringspalts (53) zwischen den beiden Detektorteilringen (51, 52) ist, wd die Breite des Fächerstrahls (42) nach Durchdringen des Objekts (2) an dem Brennfleck (41) gegenüberliegenden Ort des Detektorrings (5) ist, und Rd den Radius des Detektorrings und Rf den Radius der Positionen des Brennflecks (41) auf dem Anodenring bedeuten.

6. Röntgen-Computer-Tomographie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Elektronenquelle (31) aus einem Heizfaden (34) und einer Hohlkathode (35) besteht und Mittel (36) vorhanden sind, um zwischen dem Heizfaden (34) und der Hohlkathode (35) jeder Elektronenquelle (31) variable Spannungen anzulegen um die Intensität des Elektronenstrahls (32), der von der Elektronenquelle (31) emittiert wird, zu kontrollieren.

7. Röntgen-Computer-Tomographie-System nach An­ spruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (36) vor­ handen sind um zeitlich und räumlich variable Spannun­ gen an die Oberfläche der Hohlkathode (35) anzulegen um den Elektronenstrahl (32) zu steuern.

8. Röntgen-Computer-Tomographie-System nach An­ spruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkathoden (35) jeweils in mehrere Segmente (35a, b) unterteilt sind, an die unterschiedliche Spannungen angelegt wer­ den können um den Elektronenstrahl (32) zu steuern.

9. Röntgen-Computer-Tomographie-System nach An­ spruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hohlkathode (35) genau zwei Segmente (35a, b) enthält.

10. Röntgen-Computer-Tomographie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Mittel (48) vorhanden sind um den An­ odenring (4) auf einem festen elektrischen Potential zwischen +100 kV und +150 kV zu halten.

11. Röntgen-Computer-Tomographie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Mittel (60) vorhanden sind um die Dicke der ebenen Scheibe (6) durch das Objekt (2) zu ändern indem die Breiten des Strahlkollimatorspalts (44), des Detektorringspalts (53) und/oder des Detek­ torkollimatorspalts (56) verändert werden.

12. Röntgen-Computer-Tomographie-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anzahl der Detektorelemente (54) in den beiden Detektorteilringen (51, 52) übereinstimmt und daß die Detektorelemente (54) der beiden Teilringe gegeneinander um 1/2 D verdreht sind, wobei D der Breite eines Detektorelements entspricht.

13. Verfahren zum Betreiben eines Röntgen-Computer- Tomographie-Systems nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für je­ den Scan der Computer (9) Daten von jedem der beiden Detektorteilringe (51, 52) benutzt um zwei separate Bil­ der zweier benachbarter Teilscheiben (61, 62) durch das Objekt (2) zu rekonstruieren.

14. Verfahren zum Betreiben eines Röntgen-Computer- Tomographie-Systems nach einem der An­ sprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Scan der Computer (9) Daten beider Detektorteilringe (51, 52) benutzt um ein einziges Bild einer Scheibe (6) durch das Objekt (2) zu rekonstruieren.