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Patent Searching and Data


Title:
C-ARM X-RAY APPARATUS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/057339
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a C-arm X-ray apparatus comprising an x-ray emitter (5) and an X-ray detector (4) which are maintained on a C-arm (2) mounted on a reference plane, the x-ray emitter (5) having nanorods as electron emitters and describes an elongated structure which is at least partially aligned along a surface normal of the reference plane.

Inventors:
ZAHRA, Mohammadi (Henkelstraße 43, Erlangen, 91054, DE)
Application Number:
EP2018/025240
Publication Date:
March 28, 2019
Filing Date:
September 21, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ESSPEN GMBH (Äuβere Nürnberger Str. 62, Forchheim, 91301, DE)
International Classes:
H01J35/06; A61B6/00; A61B6/02; H01J35/24
Domestic Patent References:
WO2018086737A12018-05-17
WO2018141485A12018-08-09
Foreign References:
DE102010028438A12011-11-03
DE102009033607A12011-01-20
DE102008059455A12010-06-02
US8559591B22013-10-15
DE102011006505A12012-10-04
Other References:
QIAN XIN ET AL: "Design and characterization of a spatially distributed multibeam field emission x-ray source for stationary digital breast tomosynthesis", MEDICAL PHYSICS, AIP, MELVILLE, NY, US, vol. 36, no. 10, 4 September 2009 (2009-09-04), pages 4389 - 4399, XP012129710, ISSN: 0094-2405, DOI: 10.1118/1.3213520
Attorney, Agent or Firm:
MEYER & DÖRRING GBR (Nürnberger Str. 49, Erlangen, 91052, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. C-Bogen-Röntgengerät, mit einem Röntgenstrahler (5) und einem Röntgendetektor

(4) , welche an einem in einer Bezugsebene liegenden C-Bogen (2) gehalten sind, wobei der Röntgenstrahler (5) Nanostäbchen als Elektronenemitter umfasst und eine langgestreckte Struktur beschreibt, welche zumindest partiell längs einer

Flächennormalen der Bezugsebene ausgerichtet ist.

2. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenstrahler

(5) eine gerade, langgestreckte Form aufweist.

3. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenstrahler (5) eine gekrümmte, langgestreckte Form aufweist, welche eine Ebene aufspannt, die orthogonal zur Bezugsebene ausgerichtet ist.

4. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenstrahler (5) ringförmig ist, wobei zwei an den Röntgenstrahler (5) gelegte Tangenten jeweils eine Flächennormale der Bezugsebene darstellen.

5. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenstrahler (5) eine Polygonform beschreibt.

6. Röntgengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte, in jedem Abschnitt der langgestreckten Struktur in deren Längsrichtung gemessene Erstreckung des Röntgenstrahlers (5) mindestens das Vierfache des quer zur langgestreckten Struktur gemessenen Durchmessers des Querschnitts des Röntgenstrahlers (5) beträgt.

7. Röntgengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

Kohlenstoffnanoröhren (CNT) als Nanostäbchen zur Emission von Elektronen vorgesehen sind.

8. Röntgengerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Nanostäbchen als ein- oder mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren oder ein- oder mehrwandige Hetero-Stickstoff-Kohlenstoffnanoröhren ausgebildet ist.

9. Röntgengerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Nanostäbchen Boride der seltenen Erden, Metalloxide, Metallsulfide, Nitride, Carbide oder Silicium enthält.

10. Röntgengerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die

Nanostäbchen eine Länge von weniger als 20 μιη und einen Durchmesser von weniger als 10 nm aufweisen, wobei eine auf die Fläche der zur Emission von

Elektronen ausgebildeten Kathode bezogene Dichte von mindestens 106 Nanostäbchen pro cm2 gegeben ist.

11. Röntgengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Nanostäbchen, insbesondere Kohlenstoffnanoröhren (CNT), enthaltenden Röntgenstrahler (5) ein weiterer Röntgenstrahler (6) vorgesehen ist.

12. Röntgengerät nach Anspruch 11, soweit auf Anspruch 4 oder 5 zurückbezogen,

dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Röntgenstrahler (6) zentrisch relativ zum ringförmigen beziehungsweise polygonförmigen Röntgenstrahler (5) angeordnet ist.

13. Röntgengerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Röntgenstrahler (6) eine rotierende Anode aufweist.

14. Röntgengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Röntgenstrahler (6) ebenso wie der ringförmige beziehungsweise polygon- förmige Röntgenstrahler (5) eine Kathode, welche Nanostäbchen enthält, aufweist.

15. Röntgengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der

Röntgenstrahler (5) und der Röntgendetektor (4) gemeinsam um eine in der

Bezugsebene liegende Drehachse (D) schwenkbar sind.

16. Röntgengerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenstrahler (5) und der Röntgendetektor (4), was Drehungen um die Drehachse (D) betrifft, elektronisch synchronisiert sind.

17. Röntgengerät nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der C-Bogen (2) in dessen Tangentialrichtung, das heißt um eine gedachte, quer zur Bezugsebene liegende Schwenkachse, verstellbar ist.

18. Verfahren zum Betrieb eines Röntgengerätes nach Anspruch 17, wobei mehrere Röntgenaufnahmen erstellt werden, welche sich sowohl hinsichtlich der Einstellung des C-Bogens (2) in dessen Tangentialrichtung, als auch hinsichtlich der Winkeleinstellung des Röntgenstrahlers (5) und des Röntgendetektors (4), was deren gemeinsame Drehachse (D) betrifft, voneinander unterscheiden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erstellung eines Sets an Röntgenaufnahmen der C-Bogen (2) in einer ersten Anzahl verschiedener Positionierungen, was seine Verstellung in Tangentialrichtung betrifft, fixiert wird und in jeder dieser Positionierungen Röntgenaufnahmen mit einer zweiten Anzahl verschiedener Winkeleinstellungen von Röntgenstrahler (5) und Röntgendetektor (4) generiert werden.

Description:
C-Bofien-Röntfienfierät

Die Erfindung betrifft ein C-Bogen-Röntgengerät, das heißt ein Röntgengerät, welches einen C-förmigen Bogen aufweist, an welchem ein Röntgenstrahler sowie ein zugehöriger

Röntgendetektor gehalten sind. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines C-Bogen-Röntgengerätes.

Verschiedene C-Bogen-Röntgengeräte sind zum Beispiel aus den Dokumenten

DE 10 2009 033 607 AI, DE 10 2008 059 455 AI und US 8, 559,591 B2 bekannt. Im

letztgenannten Fall umfasst eine Röntgenquelle Feldemissionskathoden auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT-Kathode; carbon nano tube).

Ein mobiles C-Bogen-Röntgengerät ist zum Beispiel in der DE 10 2011 006 505 AI offenbart.

C-Bogen-Röntgengeräte weisen Strahler-Detektor-Anordnungen auf, welche an einem im Wesentlichen C-förmigen Träger, das heißt C-Bogen, befestigt sind. In Kliniken werden C- Bogen-Röntgengeräte beispielsweise zur intraoperativen Bildgebung verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein C-Bogen-Röntgengerät mit gegenüber dem Stand der Technik erweiterten Möglichkeiten der Bildgebung anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein C-Bogen-Röntgengerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der C-Bogen des Röntgengerätes spannt eine Ebene auf, welche als Bezugsebene definiert wird. Das durch den Bogen beschriebene„C" liegt somit in der Bezugsebene. An dem C-Bogen sind mindestens ein Röntgenstrahler und ein zugehöriger Röntgendetektor gehalten, wobei zumindest einer der Röntgenstrahler Nanostäbchen, insbesondere Kohlenstoffnanoröhren (CNT), zur Feldemission von Elektronen umfasst. Dieser Röntgenstrahler ist zumindest partiell längs einer Flächennormalen der Bezugsebene ausgerichtet. Dies bedeutet, dass der Röntgenstrahler eine langgestreckte, beispielsweise schlauchförmige Struktur beschreibt, die wenigstens einen Abschnitt aufweist, welcher orthogonal zur Bezugsebene verläuft. Damit unterscheidet sich das erfindungsgemä e C-

Bogen-Röntgengerät grundsätzlich von bekannten C-Bogen-Geräten, wie beispielsweise in der genannten US 8,559,591 B2 offenbart, bei welchen eine Anordnung aus mehreren

Röntgenquellen in der Bezugsebene liegt. Die Ausrichtung des Röntgenstrahlers quer zur Bezugsebene ermöglicht in weitem Umfang die Generierung von Schnittbildern eines

Untersuchungsobjektes ohne jede Verstellung des C-Bogens. Dies begünstigt sowohl einen zeitsparenden Betrieb des für die Tomographie geeigneten C-Bogen-Röntgengerätes als auch eine hohe Qualität erzeugter Bilddaten.

In einfacher Gestaltung weist der Röntgenstrahler des erfindungsgemä en C-Bogen- Röntgengerätes eine gerade, langgestreckte, im Wesentlichen zylindrische Form auf. Die Mittelachse des Röntgenstrahlers, insbesondere Zylinderlängsachse, ist hierbei mit einer Flächennormalen der Bezugsebene identisch.

In einer angewandelten Bauform weist der Röntgenstrahler eine gekrümmte Form auf, wobei eine mittig an den Röntgenstrahler gelegte Tangente eine Flächennormale der Bezugsebene darstellt. Insgesamt spannt der gekrümmte Röntgenstrahler eine Ebene auf, die orthogonal zur Bezugsebene ausgerichtet ist. Die Krümmung des Röntgenstrahlers kann beispielsweise in Form eines Kreisbogens oder in U-Form gestaltet sein.

Fügt man gedanklich die beiden Enden eines U-förmig gebogenen Röntgenstrahlers zusammen, so gelangt man zu einer Ringform des Röntgenstrahlers. In einer solchen

Ausgestaltung stellen zwei zueinander parallele, an den Röntgenstrahler gelegte Tangenten jeweils eine Flächennormale der durch den C-Bogen definierten Bezugsebene dar. Der ringförmige Röntgenstrahler kann entweder als offener oder als geschlossener Ring gestaltet sein. Im Fall eines geschlossenen Rings, insbesondere einer Kreisform, gibt die Länge einer geschlossenen, mittig durch den gesamten Ring verlaufenden Linie, insbesondere eines Kreises, dessen Durchmesser dem Mittelwert zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser des insgesamt ringförmigen Röntgenstrahlers entspricht, die gesamte Erstreckung des Röntgenstrahlers in Längsrichtung der langgestreckten Struktur an.

Statt einer Ringform kann der Strahler zum Beispiel auch eine Polygonform aufweisen. Hierbei ist die Erstreckung des Röntgenstrahlers in Längsrichtung der langgestreckten Struktur definiert als Summe der Längen der einzelnen Seiten des Polygons, wobei die Seitenlängen jeweils in der Mitte des Querschnitts des Röntgenstrahlers zu messen sind. Räumlich stellt die polygonförmige Röntgenröhre eine Abwandlung eines Torus dar. Eine Ringform, das heißt Torusform, oder eine Polygonform kann auch durch eine Anordnung aus mehreren, jeweils Nanostäbchen enthaltenden Röntgenstrahlern gebildet sein.

Unabhängig davon, ob der Röntgenstrahler vollständig gerade langgestreckt oder gekrümmt langgestreckt, sei es in einem offenen Bogen oder in einem geschlossenen Ring, ist, beträgt die gesamte, in jedem Abschnitt der langgestreckten Struktur in deren Längsrichtung gemessene Erstreckung des Röntgenstrahlers mindestens das Vierfache des quer zur langgestreckten Struktur gemessenen maximalen Durchmessers des Querschnitts des

Röntgenstrahlers.

Die zur Emission von Elektronen vorgesehen Kathoden des Röntgenstrahlers umfassen vorzugsweise Kohlenstoffnanoröhren als Nanostäbchen. Die sehr hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit von Kohlenstoffnanoröhren ermöglicht eine hohe Stromtragfähigkeit ohne nennenswerte Hitzeentwicklung der einzelnen Kohlenstoffnanoröhren selbst.

Kohlenstoffnanoröhren weisen einen niedrigen Feldstärke-Schwellenwert von weniger als 2 V /m für die Feldemission von Elektronen auf. Der Feldstärke-Schwellenwert bei Kathoden zur Emission von Elektronen, welche Kohlenstoffnanoröhren aufweisen, ist noch weiter absenkbar, indem die Kohlenstoffnanoröhren in senkrechter Vorzugsrichtung auf der Kathodenoberfläche angeordnet sind. Da einwandige Kohlenstoffnanoröhren Halbleiter und mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren metallische Leiter darstellen, sind mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren für Anwendungen als Elektronenemitter auf den Kathoden des Röntgenstrahlers besonders geeignet.

Außer Kohlenstoffnanoröhren sich auch Nanostäbchen anderer Art, allgemein auch als Nanosticks bezeichnet, für die Emission von Elektronen innerhalb des Röntgenstrahlers geeignet. In bevorzugter Ausgestaltung sind aus solchen Nanosticks Feldemissionskathoden als Kathoden der Röntgenröhre gebildet.

Die Nanosticks der Kathode sind vorzugsweise aus einem Material beschaffen, welches bezüglich des quantenmechanischen Feldemissionseffektes eine möglichst niedrige

Elektronenaustrittsa rbeit zur Feldemission von Elektronen aufweist. Die Nanosticks weisen hierbei eine in sich einheitliche oder uneinheitliche Zusammensetzung auf und sind entweder als Hohlkörper, das heißt Röhren, oder massiv ausgebildet. Die Kathoden können hierbei Nanosticks gleicher Art oder einen Mischung verschiedener Arten von Nanosticks aufweisen, wobei sich der Begriff„Art der Nanosticks" auf deren Stoffzusammensetzung und Stoffmodifikation bezieht.

Geeignete Materialien in reiner oder dotierter Form für die Feldemission von Elektronen sind neben ein- oder mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren auch ein- oder mehrwandige Hetero- Stickstoff-Kohlenstoffnanoröhren, Boride der seltenen Erden, insbesondere Lanthanhexaborid und Cerhexaborid, Metalloxide, insbesondere Ti0 2 , M nO, ZnO und Al 2 0 3 , Metallsulfide, insbesondere Molybdänsulfid, Nitride, insbesondere Bornitrid, Aluminiumnitrid,

Kohlenstoffnitrid, Galliumnitrid, Carbide, insbesondere Siliciumcarbid, Silicium. Als

Ausgangsprodukte zur Herstellung der Nanosticks, welche beim Betrieb der Kathoden Elektronen emittieren, sind auch stabförmige, optional hohle, Elemente aus polymeren Materialien geeignet. Die Nanosticks der Kathoden sind optional aus Ausgangsprodukten, welche lediglich partiell, insbesondere in Form einer Beschichtung, Polymermaterialen aufweisen, gefertigt. In einer besonders bevorzugten Ausbildung weisen die Kathoden auf der Oberfläche

Nanosticks in einer vertikalen Vorzugsrichtung, das heißt in Richtung zu der Anode des Röntgenstrahlers, auf. Beim Betrieb des Röntgenemitters und bei hinreichendem Abstand untereinander sind an den Spitzen der Nanosticks sehr starke elektrische Felder erzeugbar, wodurch die Emission von Elektronen wesentlich vereinfacht ist.

In einer möglichen Ausführungsform des C-Bogen-Röntgengerätes ist in der Vakuumröhre des Röntgenstrahlers mehr als eine Sorte von Kathoden angeordnet, wobei sich der Begriff „Sorte" sowohl auf die Geometrie als auch auf sonstige Eigenschaften der Kathoden, beispielsweise auf die Werkstoffe, beziehen kann. Kathoden gleicher und unterschiedlicher Sorte sind grundsätzlich in beliebiger Weise sequentiell elektrisch ansteuerbar. Neben den Kathoden selbst können auch Unterschiede hinsichtlich der Fokussierung gegeben sein.

Zusammen mit Eigenschaften wie der Flächengeometrie der einzelnen Kathoden sind damit unterschiedliche Elektronenstrahlenbündel und letztlich unterschiedliche Röntgenstrahlen- bündel erzeugbar.

Die Nanostäbchen der Kathode weisen zum Beispiel eine Länge von weniger als 20 μιη und einen Durchmesser von weniger als 10 nm auf, wobei eine auf die Fläche der Kathode bezogene Dichte von mindestens 10 6 Nanostäbchen pro cm 2 gegeben ist. Zur Herstellung der Nanostäbchen enthaltenden Kathode ist besonders ein Siebdruckverfahren geeignet.

Der Röntgenstrahler des C-Bogen-Röntgengerätes kann dazu vorgesehen sein, verschiedene Röntgenaufnahmen, welche sich hinsichtlich der Dosis voneinander unterscheiden, zu generieren, das heißt mit einer Dosis-Modulation zu arbeiten. Allgemein sind Röntgenstrahlen verschiedener Wellenlängen, wie sie für Multi-Energy- oder Dual-Energy-Aufnahmen vorgesehen sind, durch verschiedene Einstellungen der Anodenspannung erzeugbar. Multi- Energy-Aufnahmen kommen insbesondere in der Angiographie in Betracht.

Was die Gestaltung des Röntgenstrahlers des C-Bogen-Röntgengerätes sowie den Betrieb des Röntgenstrahlers betrifft, sind unter anderem sämtliche Bauformen und Verfahren realisierbar, welche in den Dokumenten WO 2018/086737 AI und WO 2018/141485 AI beschrieben sind. Bei dem Detektor des C-Bogen-Röntgengerätes handelt es sich

beispielsweise um einen Zeilendetektor.

Unabhängig von der Gestaltung des mindestens einen Röntgenstrahlers sind durch das C- Bogen-Röntgengerät in bevorzugter Verfahrensführung aufeinander folgende Röntgenpulse unterschiedlicher Wellenlänge generierbar. Damit sind mit besonders hoher Zuverlässigkeit und gleichzeitig kurzer Aufnahmedauer unterschiedliche Materialien innerhalb des

Untersuchungsvolumens voneinander unterscheidbar.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das C-Bogen-Röntgengerät zusätzlich zu dem mindestens einen Röntgenstrahler, welcher Nanostäbchen, insbesondere Kohlenstoff- nanoröhren, enthält, einen weiteren Röntgenstrahler. Im Fall einer Ringform oder

Polygonform des CNT-Röntgenstrahlers beziehungsweise sonstige Nanostäbchen

umfassenden Röntgenstrahlers ist der zusätzliche Röntgenstrahler vorzugsweise zentrisch im ring- oder polygonförmigen Röntgenstrahler angeordnet. Im Vergleich zum letztgenannten, Nanostäbchen aufweisenden Röntgenstrahler ermöglicht der zusätzliche Röntgenstrahler in bevorzugter Ausgestaltung die Emission einer höheren Röntgendosis. Insbesondere kann es sich bei dem zusätzlichen Röntgenstrahler um einen Röntgenstrahler mit rotierender Anode handeln. Dem Röntgenstrahler, welcher Nanostäbchen zur Emission von Elektronen aufweist, und dem weiteren Röntgenstrahler ist ein gemeinsamer Detektor zugeordnet. Bei dem zusätzlichen Röntgenstrahler kann es sich grundsätzlich um einen Röntgenstrahler beliebiger Bauart handeln. Insbesondere kann der zusätzlichen Röntgenstrahler ebenso wie der ringförmige beziehungsweise polygonförmige Röntgenstrahler mindestens eine Kathode, die Nanostäbchen, insbesondere Kohlenstoffnanoröhren, enthält, aufweisen. Beispielsweise enthält der zusätzliche Röntgenstrahler drei Elektronenemitter, die jeweils als Flächenemitter mit Nanostäbchen aufgebaut sind. Besonders bei einem Aufbau des Emitters des zusätzlichen Röntgenstrahlers mit Nanostäbchen kann es sich bei der Anode dieses Röntgenstrahlers auch um eine nicht rotierende Anode handeln.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung sind der Röntgenstrahler und der Röntgendetektor gemeinsam um eine in der Bezugsebene liegende Drehachse schwenkbar. Hierbei sind die

Drehbewegungen des Röntgenstrahlers und des Röntgendetektors vorzugsweise elektronisch synchronisiert. Es ist somit eine gemeinsame virtuelle Drehachse des Röntgenstrahlers und des Röntgendetektors gegeben. Diese Ausgestaltung ist auch für einen C-Bogen, welcher als Ganzes nicht schwenkbar ist, geeignet und stellt eine mechanisch insgesamt vereinfachte Ausführungsform dar.

Sofern der Röntgenstrahler und der Röntgendetektor um die genannte Drehachse

schwenkbar sind, ist das C-Bogen-Röntgengerät gemäß Anspruch 17 betreibbar. Hierbei werden mehrere Röntgenaufnahmen erstellt, welche sich sowohl hinsichtlich der Einstellung des C-Bogens in dessen Tangentialrichtung, als auch hinsichtlich der Winkeleinstellung des Röntgenstrahlers und des Röntgendetektors, was deren gemeinsame Drehachse betrifft, voneinander unterscheiden. Vorzugsweise wird bei der Erstellung eines Sets an

Röntgenaufnahmen der C-Bogen in einer ersten Anzahl verschiedener Positionierungen, was seine Verstellung in Tangentialrichtung betrifft, fixiert wird, wobei in jeder dieser

Positionierungen Röntgenaufnahmen mit einer zweiten Anzahl verschiedener Winkeleinstellungen von Röntgenstrahler und Röntgendetektor, das heißt Einstellungen um die genannte Drehachse, generiert werden. Die Schwenkbarkeit von Röntgenstrahler und Detektor um die genannte Drehachse ist unter anderem zur Tomosynthese nutzbar und ermöglicht allgemein die Erstellung von Multi- Ebenen-Aufnahmen. Ansonsten bietet das C-Bogen-Röntgengerät auch bei nicht am C-Bogen verstellbarem Röntgenstrahler aufgrund dessen beschriebener Ausgestaltung die Möglichkeit, im Vergleich zu herkömmlichen Röntgengeräten bei nicht oder nur moderat erhöhtem apparativen Aufwand besonders hochwertige Röntgenaufnahmen zu erstellen.

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines C-Bogen-Röntgengeräts in verschiedenen

Betriebspositionen,

Fig. 3 und 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines C-Bogen-Röntgengeräts,

Fig. 5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines C-Bogen-Röntgengerätes,

Fig. 6 ein viertes Ausführungsbeispiel eines C-Bogen-Röntgengerätes,

Fig. 7 in vereinfachter Darstellung ein Detail des C-Bogen-Röntgengerätes nach Fig.

1 mit veranschaulichtem Strahlengang der aus verschiedenen Röntgenquellen emittierten Röntgenstrahlung,

Fig. 8 in unterschiedlichen Darstellungen, zumindest in Teilen, einen ringförmigen

Röntgenstrahler,

Fig. 9 bis 11 unterschiedliche Schemata zum Betrieb eines ringförmigen Röntgenstrahlers, Fig. 12 einen Röntgenstrahler mit zylindrischer Grundform,

Fig. 13 einen bogenförmigen Röntgenstrahler,

Fig. 14 ein Schema zum Betrieb des Röntgenstrahlers nach Fig. 12,

Fig. 15 bis 20 verschiedene Grundformen weiterer Röntgenstrahler,

Fig. 21 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines C-Bogen-Röntgengeräts in

schematischer perspektivischer Ansicht,

Fig. 22 das C-Bogen-Röntgengerät nach Fig. 22 in schematischer Frontansicht,

Fig. 23 und 24 um eine gemeinsame virtuelle Achse drehbare Komponenten, nämlich einen

Röntgenstrahler beziehungsweise einen Röntgendetektor, des C-Bogen- Röntgengeräts nach Fig. 21,

Fig. 25 das C-Bogen-Röntgengerät nach Fig. 5 mit im Vergleich zur Einstellung nach

Fig. 5 anderer Winkeleinstellung des Röntgenstrahlers um eine virtuelle, zwischen Röntgenstrahler und -detektor verlaufende Drehachse.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele.

Ein C-Bogen-Röntgengerät 1 weist einen in vielfältiger Weise verstellbaren C-Bogen 2 auf, an welchem eine Röntgenstrahleranordnung 3 und ein zugehöriger Röntgendetektor 4 befestigt sind. Die Verstellbarkeit des C-Bogens 2 gilt nicht für das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 21 bis 24. In allen Ausführungsbeispielen definiert der C-Bogen 2 eine Bezugsebene, welche beispielsweise in der Anordnung nach Fig. 1 vertikal und in der Anordnung nach Fig. 2 horizontal ausgerichtet ist.

Die Röntgenstrahleranordnung 3 umfasst in allen Ausführungsbeispielen einen

Röntgenstrahler 5 ersten Typs, welcher Feldemissionskathoden mit Kohlenstoffnanoröhren (CNT) umfasst. Der Röntgenstrahler 5 weist eine längliche, optional zu einem ringförmig geschlossenen oder annähernd geschlossenen Gebilde gebogene Form auf. Hierbei kann die geschlossene Form auch durch mehrere Röntgenstrahler 5 gebildet sein. In keinem Fall ist die durch mindestens einen Röntgenstrahler 5 gebildete Ringform oder sonstige ring- oder rahmenförmig geschlossene Form flächig ausgefüllt, etwa in der Form eines Quadrats.

An einen mindestens eine Längs- oder Tangentialrichtung aufweisenden, in sich entweder geraden oder gekrümmten Abschnitt des Röntgenstrahlers 5 kann eine Tangente gelegt werden, welche normal zu der durch den C-Bogen 2 aufgespannten Bezugsebene ausgerichtet ist. Sofern der Röntgenstrahler 5 keine gerade, stabförmige Form aufweist, ist durch diesen eine Ebene aufgespannt, welche orthogonal zur Bezugsebene ausgerichtet ist.

Zusätzlich zum Röntgenstrahler 5 ersten Typs umfasst die Röntgenstrahleranordnung 3 in den Ausgestaltungen nach den Fig. 1, 3 und 6 einen weiteren Röntgenstrahler 6. Dieser zusätzliche Röntgenstrahler 6 arbeitet mit einer zum Zweck der Kühlung rotierenden, nicht dargestellten Anode und ist von daher für die Generierung besonders hoher Röntgendosen geeignet. Der zusätzliche Röntgenstrahler 6 weist ebenso wie der ringförmige Röntgenstrahler 5 Nano- Stäbchen zur Emission von Elektronen auf. Im Ausführungsbeispiel sind in dem zusätzlichen Röntgenstrahler 6 drei flächige Elektronenemitter, welche jeweils Nanostäbchen aufweisen, angeordnet. In der Ausgestaltung nach Fig. 1 befindet sich der zusätzliche Röntgenstrahler 6 zentrisch in dem scheibenförmigen, vom ersten Röntgenstrahler 5 umgebenen Raum. Die Mittelachse des zusätzlichen Röntgenstrahlers 6 fällt mit der Symmetrieachse des ringförmigen

Röntgenstrahlers 5 zusammen. Die Röntgenstrahler 5, 6 können unabhängig voneinander angesteuert werden.

In der Ausgestaltung nach Fig. 3 weist der Röntgenstrahler 5 ersten Typs eine langgestreckte, gebogene Form auf. Insgesamt ist der Röntgenstrahler 5 quer zu der durch den C-Bogen 2 definierten Bezugsebene ausgerichtet. Durch den bogenförmigen Röntgenstrahler 5 ist eine Ebene aufgespannt, welche normal zu der mit K bezeichneten Kippachse des C-Bogens 2 ausgerichtet ist. Die Kippachse K liegt in der Bezugsebene. Der zusätzliche Röntgenstrahler 6 ist im Fall von Fig. 3 neben dem Röntgenstrahler 5 erstens Typs am C-Bogen 2 befestigt.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 3 durch den Entfall des zusätzlichen Röntgenstrahlers 6. Ebenso könnte ein solcher zusätzlicher Röntgenstrahler 6 bei der Ausführungsform nach Fig. 1 entfallen.

Die Ausführungsform nach Fig. 6 ähnelt der Ausführungsform nach Fig. 3, jedoch hat der Röntgenstrahler 5 in diesem Fall eine gerade, stabförmige Gestalt. Die Längsachse des stabförmigen Röntgenstrahlers 5 ist mit einer Flächennormalen der durch den C-Bogen 2 gebildeten Bezugsebene identisch. Ein zusätzlicher, optionaler Röntgenstrahler 6 ist in der Anordnung nach Fig. 6, ebenso wie in der Anordnung nach Fig. 3, neben dem ersten

Röntgenstrahler 5 an einem Ende des C-Bogens 2 befestigt.

In Fig. 7 ist der Strahlengang von Röntgenstrahlung, welche vom Röntgenstrahler 5 ausgeht, veranschaulicht. Hierbei wird von zwei punktförmigen Quellen der Röntgenstrahlung ausgegangen. Von jeder näherungsweise punktförmigen Quelle breitet sich die

Röntgenstrahlung derart aus, dass sie den gesamten, flächigen Detektor 4 trifft. Kollimatorvorrichtungen, die den Strahlengang der Röntgenstrahlung begrenzen, sind in Fig. 7 nicht dargestellt. Aus einer Vielzahl einzelner, jeweils mit einer einzigen Röntgenquelle gewonnener Projektionsbilder sind Tomographiebilder eines Untersuchungsobjektes generierbar, ohne die örtliche Relation zwischen dem C-Bogen 2 und dem

Untersuchungsobjekt zu verändern. Durch den Röntgenstrahler 5 nach Fig. 7 sind insgesamt 96 Röntgenquellen exakt definierter Lage gebildet.

Die in Fig. 8 dargestellte, für das C-Bogen-Röntgengerät 1 nach Fig. 1 geeignete

Röntgenstrahleranordnung 3 ist bei Bedarf mit einem hier nicht dargestellten zusätzlichen Röntgenstrahler 6 kombinierbar. Vakuum-Durchführungen sind mit 7, Emitteranordnungen des Röntgenstrahlers 5 mit 9 bezeichnet.

Die Fig. 9 bis 11 veranschaulichen einen möglichen Betriebsmodus der ringförmigen

Röntgenstrahleranordnung 3. Sämtliche Elektronenemitter der Röntgenstrahleranordnung 3 sind durch Feldemissionskathoden mit Kohlenstoffnanoröhren (CNT) gebildet. Im ersten

Schritt werden beispielsweise, wie in Fig. 9 markiert, vier Emitter angesteuert, welche jeweils im 90° Winkel voneinander beabstandet sind, das heißt auf der X-Achse oder auf der Y-Achse liegen. In den nächsten Schritten können weitere Projektionsaufnahmen beispielsweise entsprechend Fig. 10 oder entsprechend Fig. 11 generiert werden. Im Fall von Fig. 10 werden, ausgehend von demjenigen Emitter, der auf der X-Achse zwischen dem zweiten und dem dritten Quadranten liegt, weitere Emitter in kreisförmig umlaufender Reihenfolge sequentiell angesteuert.

Dagegen werden im Fall von Fig. 11 nacheinander Emitter, die in verschiedenen Quadranten liegen, aktiviert, so dass nacheinander stets zwei Emitter angesteuert werden, zwischen welchen im Vergleich zum Betriebsmodus nach Fig. 10 ein großer Abstand in Umfangsrichtung des Röntgenstrahlers 5 gegeben ist. Der in Fig. 11 veranschaulichte Betriebsmodus hat den Vorteil, dass bereits basierend auf Projektionsbildern, die nur mit einem Teil der vorhandenen Emitter generiert wurden, dreidimensionale Bilder akzeptabler Qualität gewonnen werden können.

Die Fig. 12 und 13 zeigen in perspektivischer, teilweise transparenter (Fig. 12) Darstellung die Röntgenstrahler 5 nach Fig. 6 beziehungsweise nach Fig. 3. Die in Fig. 12 mit 8 bezeichnete Anode des Röntgenstrahlers 5 ist durch ein elektrisch nicht leitendes Öl, welches die Anode 8 durchströmt, gekühlt. Durch jeden der Röntgenstrahler 5 ist eine Längsrichtung definiert, welche im Fall von Fig. 13 durch die Tangentialrichtung des durch den Röntgenstrahler 5 beschriebenen Bogens definiert ist, wobei die Tangente mittig zwischen den beiden Enden des Bogens an diesen anzulegen ist. In der Ausgestaltung nach Fig. 12 bezeichnet LS die gesamt Länge des Röntgenstrahlers 5. Die Gesamtlänge LS ist stets in Längsrichtung einer durch den Röntgenstrahler 5 beschriebenen langgestreckten Struktur, im Fall von Fig. 12 eines Zylinders mit kreisförmigem Querschnitt, zu messen.

Die Fig. 14 dient der Veranschaulichung eines möglichen Betriebsmodus des Röntgenstrahlers 5 nach Fig. 12. In diesem Fall werden zunächst drei CNT-Kathoden des Röntgenstrahlers 5 angesteuert, welche sich in der Mitte beziehungsweise an den beiden Enden des

Röntgenstrahlers 5 befinden. Was die folgende Ansteuerung der restlichen Elektronenemitter betrifft, existieren verschiedene Möglichkeiten: Beispielsweise können die restlichen

Elektronenemitter linear durchlaufend aktiviert werden, was prinzipiell dem Betriebsmodus nach Fig. 10 entspricht. Ebenso ist es möglich, nacheinander einzelne Emitter anzusteuern, welche weiter voneinander beabstandet sind, wie grundsätzlich bereits anhand Fig. 11 erläutert wurde. Auch eine Aktivierung einzelner Elektronenemitter nach dem Zufa llsprinzip (random) ist möglich.

In den Figuren 15 bis 20 sind zusätzlich zum ringförmigen Röntgenstrahler 5 nach Fig. 1 weitere mögliche Formen von Röntgenstrahlern 5, welche für das C-Bogengerät 1 verwendbar sind, skizziert. Hierbei handelt es sich um eine dreieckige, quadratische, fünfeckige, sechseckige und zehneckige Form. Auch weitere geschlossene Formen, beispielsweise eine Oktagonform, sind möglich.

Mit DS ist der Durchmesser des Querschnitts der langgestreckten Struktur des Röntgen- Strahlers 6 bezeichnet. Im Fall von Fig. 15 handelt es sich bei der langgestreckten Struktur um einen Torus. Im Fall eines nicht kreisförmigen Querschnitts der langgestreckten Struktur, wie in den Fällen nach den Figuren 16 bis 20, ist DS als maximaler Durchmesser des Querschnitts der langgestreckten Struktur definiert. Die teilweise gestrichelt eingezeichnete Linie, längs welcher die gesamte Erstreckung LS zu messen ist, ist im Fall eines polygonförmigen

Röntgenstrahlers 5 entsprechend der betreffenden Polygonform mehrfach abgeknickt. In allen Fällen beträgt die Erstreckung LS mehr als das Vierfache des Durchmessers DS.

In den in den Figuren 15 bis 20 skizzierten Fällen befindet sich der optionale, zusätzliche Röntgenstrahler 6 vorzugsweise, ebenso wie in der Anordnung nach Fig. 1, in der Mitte der jeweiligen Form. Damit schneidet die durch den C-Bogen 2 definierte Bezugsebene den zusätzlichen Röntgenstrahler 6, während der mit CNT-Emittern arbeitende Röntgenstrahler 5 beidseitig aus dieser Bezugsebene auskragt.

Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 21 bis 24 ist der C-Bogen 2 während einer röntgentechnischen Untersuchung fest im Raum angeordnet. Lediglich der Röntgenstrahler 5 und der Röntgendetektor 4 sind um eine gemeinsame, virtuelle Drehachse D schwenkbar. Die Synchronisierung der Schwenkbewegungen des Röntgenstrahlers 5 und des Röntgendetektors 4 erfolgt elektronisch. Wie aus Fig. 21 hervorgeht, weisen der Röntgenstrahler 5 sowie der Röntgendetektor 4 jeweils eine langgestreckte Grundform auf. In der Anordnung nach Fig. 21 ist der Röntgenstrahler 5 ebenso wie der Röntgendetektor 4 quer zur Bezugsebene, welche durch den C-Bogen 2 aufgespannt ist, ausgerichtet. In der Ansicht nach Fig. 22 ist die

Bezugsebene orthogonal zur Zeichenebene ausgerichtet, wobei die Drehachse D in der Bezugsebene liegt. Ein zwischen dem Röntgenstrahler 5 und dem Röntgendetektor 4 liegender Untersuchungsbereich U wird von der Drehachse D geschnitten.

Der Röntgenstrahler 5 des Röntgengerätes 1 nach Fig. 21 ist zur Emission fächerförmiger Röntgenstrahlenbündel geeignet, wobei die Ebene, in welcher der Fächer liegt, während einer Röntgenaufnahme durch diskontinuierliche oder kontinuierliche Schwenkung des Röntgenstrahlers 5 um die Drehachse D in vielfältiger Weise verstellbar ist. Die geringen Massen und Trägheitsmomente des Röntgenstrahlers 5 und des Röntgendetektors 4 im Vergleich zum gesamten C-Bogen 2 ermöglichen in kurzer Taktung aufeinander folgende, bei verschiedenen Winkeleinstellungen des Röntgenstrahlers 5 und des Röntgendetektors 4 vorzunehmende Röntgenaufnahmen, wobei bei jeder Röntgenaufnahme die aus dem Röntgenstrahler 5 und dem Röntgendetektors 4 gebildete Baugruppe im Stillstand sein kann. Ein damit generiertes Set an Projektionen ermöglicht mit im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen geringem apparativen Aufwand sowie Zeitaufwand die Bereitstellung von Schnittbildern und

Volumendaten. Als Röntgendetektor 4 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 21 ein

Zeilendetektor vorgesehen.

Der Röntgenstrahler 5 ist ebenso wie der Röntgendetektor 4 in einem Winkelbereich von mindestens +20° bis -20°, was die Verstellung um die Drehachse D betrifft, verstellbar. Die Verstellung kann beispielsweise in 40 Stufen erfolgen. Sofern zusätzlich eine - in Fig. 21 nicht erkennbare - Verstellung in Tangentialrichtung des C-Bogens 2 vorgesehen ist, das heißt um eine gedachte Querachse, die normal zur Bezugsebene, also in Längsrichtung von Röntgenstrahler 5 und Röntgendetektor 4, sofern sich diese in ihrer Mittelstellung befinden, ausgerichtet ist, ergibt sich insgesamt eine Vielzahl möglicher Einstellungen. Ist beispielsweise eine Verstellung des C-Bogens um die Querachse in 60 Stufen vorgesehen, ergeben sich insgesamt 40 x 60 = 2.400 mögliche Einstellungen der aus Röntgenstrahler 5 und

Röntgendetektor 4 gebildeten Baugruppe. Die Verstellung des Röntgenstrahlers 5 um die Drehachse D, welche mittig den

Röntgenstrahler 5 sowie den Röntgendetektor 4 schneidet, ist auch in Fig. 25, welche das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zeigt, illustriert. Auch in allen anderen Ausführungsformen des C-Bogen-Röntgengerätes 1 mit einem langgestreckten, geraden oder gebogenen Röntgenstrahler 5 kann dessen Verstellbarkeit um die Drehachse 5 vorgesehen sein.

Bezugszeichenliste

1 C-Bogen-Röntgengerät

2 C-Bogen

3 Röntgenstrahleranordnung

4 Röntgendetektor

5 Röntgenstrahler ersten Typs (mit Nanostäbchen

6 weiterer Röntgenstrahler

7 Vakuum-Durchführung

8 Anode

9 Emitteranordnung

DS Durchmesser des Querschnitts der langgestreckten Struktur des Röntgenstrahlers

K Kippachse

LS Erstreckung in Längsrichtung der langgestreckten Struktur des Röntgenstrahlers

U Untersuchungsbereich