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Die
Erfindung betrifft ein Röntgengerät.
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Ein
derartiges Röntgengerät ist beispielsweise aus
dem
Prospekt "Exzellenz in CT SOMATOM Definition" der Siemens
AG, Bestell-Nr. A91100-M2100-4305-1, bekannt. In dieser
Veröffentlichung ist ein Computertomografie-Gerät
(CT-Scanner) beschrieben, das zwei Röntgenröhren
(diskrete Röntgenstrahler) besitzt, die jeweils mit einer
eigenen Hochspannung betrieben werden. Dadurch können unterschiedliche
Röntgenenergien gleichzeitig erzeugt werden. Die beiden
Röntgenröhren und die zugehörigen Röntgendetektoren
sind zusammen mit einem Teil der notwendigen Peripheriegeräte
und -aggregate in einer Gantry angeordnet, die in einem feststehenden
Teil drehbar gelagert ist und einen Untersuchungsraum in Umfangsrichtung
umschließt. Für eine Röntgenaufnahme
eines im Untersuchungsraum liegenden Untersuchungsobjektes (Patient) werden
beide Röntgenröhren und die Röntgendetektoren
mit Hilfe der Gantry um den im Untersuchungsraum liegenden Patienten
elektromotorisch bewegt.
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Aus
der
US 4,606,061 A1 sowie
aus der korrespondierenden
EP
0 147 009 B1 ist jeweils ein CT-System mit einer stationären
Röntgenröhre bekannt, bei der eine durch (Laser-)Licht
gesteuerte Elektronenemission auf der Kathode einen Brennfleck auf
der gegenüber liegenden Anode erzeugt. Aufgrund der Anordnung
von Kathode und Anode können nur Brennflecke mit gleicher
Röntgenenergie erzeugt werden.
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Weiterhin
ist aus der
US
2004/0247082 A1 und aus der korrespondierenden
DE 10 2004 027 092
A1 jeweils eine Röntgenstahlquelle für
ein bildgebendes CT-System bekannt. Die Röntgenstahlquelle
umfasst mehrere Elektronenquellen, die Elektronen unterschiedlicher
Energie erzeugen, welche auf eine gemeinsame Anode beschleunigt
werden, wodurch Röntgenstrahlungen mit entsprechend unterschiedlichen
Energien zeitlich aufeinanderfolgend erzeugt werden.
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Darüber
hinaus ist in der
DE
10 2005 043 372 A1 ein Röntgenstrahler beschrieben,
der eine Kathode aufweist, die bei einer Bestrahlung durch einen
Laserstrahl Elektronen thermoionisch emittiert.
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Ferner
ist aus der
EP 0 466
956 A1 sowie aus der korrespondierenden
US 5,125,012 jeweils ein Computertomograf
bekannt, der eine stationäre Röntgenröhre
aufweist, die einen Untersuchungsraum in Umfangsrichtung umschließt.
Die Röntgenröhre umfasst eine ringförmige
Anode sowie einen koaxial zur Anode angeordneten Kathodenring mit
einer Vielzahl von Kathoden, die jeweils Elektronen gleicher Energie
erzeugen. Jeder Kathode ist eine Ablenkvorrichtung zugeordnet, welche
die in der jeweiligen Kathode erzeugten Elektronen derart ablenkt,
dass jeder Kathode eine Fokusbahn zugeordnet ist. Dadurch steigt
die Gesamtzahl der für die Bildrekonstruktion benutzten
Foken, wodurch die Bildqualität verbessert wird.
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Ein
Angiografiegerät, mit dem von einem Patienten quasitomografische
3D-Bilder erzeugt werden können, ist beispielsweise in
der
DE 10 2005
049 106 A1 sowie in der korrespondierenden
US 2007/0086570 A1 offenbart.
Bei einer derartigen Serie von Röntgenbildern rotiert der
C-Bogen, der einen Röntgenstrahler und ein Detektorsystem
trägt, mit zum Teil erheblicher Geschwindigkeit um ca.
180° um den Patienten.
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Bei
allen bekannten Computertomografen stellt der mechanische Aufbau,
inklusive der Signal- und Energieübertragung zu der und
von der rotierenden Gantry, aufgrund der technischen Komplexität
einen erheblichen Teil der Gesamtkosten des Systems dar. Gleiches
gilt für die bekannten Angiografiegeräte hinsichtlich
ihres C-Bogens.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Röntgengerät
zu schaffen, das konstruktiv einfacher aufgebaut ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Röntgengerät
nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des
erfindungsgemäßen Röntgengerätes
sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
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Das
erfindungsgemäße Röntgengerät
umfasst zumindest ein Strahlermodul mit einem Vakuumgehäuse,
wobei das zumindest eine Strahlermodul wenigstens teilweise um einen
Untersuchungsraum herum angeordnet ist und in dem Vakuumgehäuse
ein Anodensegment und diesem gegenüberliegend zumindest
zwei potenzialgetrennte Kathodensegmente angeordnet sind, wobei
die Kathodensegmente bei einer Bestrahlung mit Laserlicht Elektronen
thermoionisch emittieren, die auf dem Anodensegment auftreffen und
Röntgenstrahlung entsprechender Energie erzeugen.
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Bei
dem Röntgengerät gemäß Anspruch
1 müssen die Röntgenröhren für
Röntgenaufnahmen keine Rotationsbewegungen ausführen.
Damit ist der hohe konstruktive Aufwand, der bei den bekannten Computertomografen
aufgrund der um den Untersuchungsraum rotierenden Gantry mit einer
Masse von ca. 1.000 kg notwendig ist, bei dem erfindungsgemäßen
Röntgengerät nicht erforderlich. Aus dem reduzierten
konstruktiven Aufwand resultiert eine entsprechende Kostenersparnis.
Das verringerte Gewicht führt zu einem geringeren Verschleiß und
damit zu einer höheren mechanischen Stabilität
und zu einer entsprechend erhöhten Lebensdauer.
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Die
Anzahl der stationären Strahlermodule kann bei dem erfindungsgemäßen
Röntgengerät auf einfache Weise entsprechend dem
Anforderungsprofil ausgelegt werden. Das Röntgengerät
gemäß Anspruch 1 ist damit sowohl für
die medizinische Diagnose bei Menschen und Tieren als auch für
die zerstörungsfreie Untersuchung von unterschiedlichen Materialien,
z. B. Gepäck, geeignet.
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Das
erfindungsgemäße Röntgengerät
bietet neben einer durch den Verzicht auf rotierende Röntgenquellen
aufwandsarmen Mechanik weitere wesentliche Vorteile. So können
beispielsweise durch den modularen Aufbau beliebige Geometrien,
insbesondere für Computertomografie- und Angiografie-Systeme
realisiert werden. Das Strahlermodul kann z. B. als gebogenes Strahlermodul,
insbesondere als kreisbogenförmiges Strahlermodul ausgebildet
sein. Auch eine Ausgestaltung als gerades Strahlermodul ist im Rahmen
der Erfindung realisierbar.
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Vorzugsweise
wird das erfindungsgemäße Röntgengerät
jedoch ein einziges Strahlermodul aufweisen, das bei Computertomografie-Systemen
als 360° umlaufendes Strahlermodul ausgeführt
ist.
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Die
von der ca. 100 kg schweren Laserquelle erzeugten Laserstrahlen
können beispielsweise über Spiegel oder andere
optische Systeme auf die Kathodensegmente gelenkt werden. Im Rahmen
der Erfindung ist es jedoch auch möglich, die Laserquelle
auf einer Gantry anzuordnen und um die Längsachse des Röntgensystems
rotieren zu lassen. Da die Gantry bei zwei Laserquellen nur etwa
200 kg tragen muss, kann eine derartige Gantry entsprechend massearm
und damit konstruktiv einfach aufgebaut werden.
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Im
Rahmen der Erfindung können die potenzialgetrennten Kathodensegmente
auf gleichem Potential liegen, so dass anstatt einer Strombelastung von
1 A bei einem einzelnen Kathodensegment z. B. über zwei
Kathodensegmente in konstruktiv vorteilhafter Weise jeweils nur
ein Strom von 500 mA fließt.
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Üblicherweise
liegen alle Kathodensegmente des Strahlermoduls auf unterschiedlichen
Potenzialen, wobei jedem Kathodensegment eine Laserquelle zur Erzeugung
von thermoionisch emittierten Elektronen entsprechender Energie
zugeordnet ist. Für die von den entsprechenden Elektronen
in dem Anodensegment erzeugten energetisch unterschiedlichen Röntgenstrahlungen
wird in vorteilhafter Weise nur ein Detektorsystem benötigt.
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Umfasst
das Strahlermodul zwei Kathodensegmente, dann liegt bei medizinischen
Röntgengeräten das eine Kathodensegment vorzugsweise
auf einem Potenzial von 140 kV und das andere Kathodensegment auf
einem Potenzial von 80 kV. Bei diesen beiden Potenzialen erhält
man sowohl für die energieabhängige Schwächung
als auch für die gewebeabhängige Absorption optimale
Werte, wodurch man ein Röntgenbild mit guter Auflösung
und gutem Kontrast erhält.
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Treffen
die von den beiden Kathodensegmenten thermoionisch emittierten Elektronen
in einem gemeinsamen Bahnradius auf dem Anodensegment auf, dann
sind aus den vom Detektorsystem erfassten Daten besonders einfache
und damit entsprechend schnelle Bildrekonstruktionen möglich. Dazu
sind die Kathodensegmente in ihrer Geometrie derart ausgestaltet,
dass die aus der Geometrie und der angelegten Hochspannung resultierenden
elektrischen Felder die jeweiligen Elektronenstrahlen auf die gewünschte
Position ablenken und/oder fokussieren.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgengerätes
ist die auf einem gemeinsamen Bahnradius im Anodensegment erzeugte
Röntgenstrahlung mittels eines gemeinsamen Kollimators kollimierbar.
Dies führt zu einer nochmaligen Gewichtsreduzierung mit
den entsprechenden Vorteilen hinsichtlich Konstruktionsaufwand und
Lebensdauer.
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Nachfolgend
ist ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel eines
Strahlermoduls des erfindungsgemäßen Röntgengerätes
in der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch
darauf beschränkt zu sein. Die einzige Figur zeigt das
Strahlermodul in einem Radialschnitt.
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Das
nachfolgend erläuterte Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Röntgengerätes
umfasst ein Strahlermodul 1, das als 360° umlaufendes Strahlermodul
ausgeführt ist. Das Strahlermodul 1 weist ein
Vakuumgehäuse 2 auf, das in einem aus Gründen
der Übersichtlichkeit in der Zeichnung nicht dargestellten
Strahlergehäuse angeordnet ist.
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Der
Zwischenraum zwischen dem Vakuumgehäuse 2 und
dem Strahlergehäuse ist zur Hochspannungsisolierung und
zur Wärmeabfuhr mit einem Kühlmittel gefüllt.
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In
dem Vakuumgehäuse 2 sind ein Anodensegment 3 und
diesem gegenüberliegend zwei potenzialgetrennte Kathodensegmente 4a und 4b angeordnet.
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Das
Kathodensegment 4a liegt über eine Hochspannungsdurchführung 5a auf
einem Potential von beispielsweise 140 kV, wohingegen das Kathodensegment 4b über
eine Hochspannungsdurchführung 5b auf einem Potential
von beispielsweise 80 kV liegt.
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Im
Vakuumgehäuse 2 ist ein optisches Fenster 6 angeordnet,
durch das Laserlicht 7a, das von einer ersten Laserquelle
emittiert wird, eintritt und auf das Kathodensegment 4a auftrifft.
Durch das optische Fenster 6 tritt gleichzeitig Laserlicht 7b ein,
das von einer zweiten Laserquelle emittiert wird und auf das Kathodensegment 4b auftrifft.
Die erste und zweite Laserquelle sind aus Gründen der Übersichtlichkeit
ebenfalls nicht dargestellt.
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Beide
Kathodensegmente 4a und 4b emittieren bei der
Bestrahlung mit Laserlicht 7a bzw. 7b jeweils
Elektronen thermoionisch, aus denen auf bekannte Weise jeweils ein
Elektronenstrahl 8a bzw. 8b erzeugt wird. Der
Elektronenstrahl 8a wird aus den vom Kathodensegment 4a thermoionisch
emittierten Elektronen erzeugt, wohingegen der Elektronenstrahl 8b aus
den vom Kathodensegment 4b thermoionisch emittierten Elektronen
erzeugt wird.
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Die
Elektronenstrahlen 8a und 8b treffen auf das Anodensegment 3 auf
und erzeugen Röntgenstrahlung 9 entsprechender
Energie, die von den an den Kathodensegmenten 4a und 4b anliegenden
Potenzialen abhängt.
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Die
Röntgenstrahlung 9 tritt durch ein im Vakuumgehäuse 2 gegenüber
dem optischen Fenster 6 angeordnetes Strahlenaustrittsfenster 10 aus
und trifft auf ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Untersuchungsobjekt
(Patient), durchstrahlt dieses und wird dann auf bekannte Weise
von einem nicht gezeigten Detektorsystem erfasst.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel treffen die von den beiden
Kathodensegmenten 4a und 4b thermoionisch emittierten
Elektronenstahlen 8a und 8b in einem gemeinsamen
Bahnradius 11 auf dem Anodensegment 3 auf. Die
auf dem gemeinsamen Bahnradius im Anodensegment erzeugte Röntgenstrahlung 9 ist
dadurch mittels eines gemeinsamen Kollimators (in der Zeichnung
nicht dargestellt) kollimierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 4606061
A1 [0003]
- - EP 0147009 B1 [0003]
- - US 2004/0247082 A1 [0004]
- - DE 102004027092 A1 [0004]
- - DE 102005043372 A1 [0005]
- - EP 0466956 A1 [0006]
- - US 5125012 [0006]
- - DE 102005049106 A1 [0007]
- - US 2007/0086570 A1 [0007]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Prospekt "Exzellenz
in CT SOMATOM Definition" der Siemens AG, Bestell-Nr. A91100-M2100-4305-1 [0002]