DE102010018715A1 - X-ray photograph system for phase contrast imaging of inspection object, has X-ray radiator with multitude field emission X-ray sources for transmitting quasi-coherent X-ray radiation - Google Patents

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Abstract

The X-ray photograph system has an X-ray detector (12) and an X-ray radiator (11) with multitude field emission X-ray sources (10) for transmitting of quasi-coherent X-ray radiation. A diffraction grating or phase grating (14) is arranged between an investigation object and the X-ray detector. An absorption grating or an amplitude grating (15) is arranged between the diffraction grating or phase grating and the X-ray detector.

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgenaufnahmesystem zur Phasenkontrast-Bildgebung gemäß dem Patentanspruch 1.The invention relates to an X-ray recording system for phase-contrast imaging according to the patent claim 1.

Einer der Nachteile der konventionellen Röntgentechnik besteht darin, dass in der medizinischen Bildgebung ein Kompromiss zwischen Kontrast und Röntgendosis gefunden werden muss. Während der Kontrast im Röntgenbild durch eine hohe Röntgendosis verbessert wird, ist eine hohe Röntgendosis wegen des Risikos für einen Patienten zu vermeiden. Eine relativ neue Methode in der medizinischen Röntgenbildgebung, welche für besonders hohe Bildqualitäten sorgt, ist die Phasenkontrast-Bildgebung. Die Phasenkontrast-Bildgebung nutzt die Tatsache, dass verschiedene Körpergewebe Röntgenstrahlen unterschiedlich stark brechen. Der Effekt der Phasenverschiebung beim Durchtritt eines Röntgenstrahls durch ein Untersuchungsobjekt ist wesentlich stärker als der Absorptionseffekt der von der Röntgenstrahlung durchdrungenen Materie. Mit der Phasenkontrast-Bildgebung können Weichteile beim Röntgen besonders kontrastreich dargestellt werden. Die grundlegenden Techniken dazu sind aus der Technik der Elektronenmikroskope bekannt. Ein Nachteil der röntgenbasierenden Phasenkontrast-Bildgebung nach dem Stand der Technik besteht darin, dass zur Erzeugung von monochromatischer Röntgenstrahlung mit ausreichender Energie ein Synchroton notwendig war.One of the disadvantages of conventional X-ray technology is that a compromise between contrast and X-ray dose has to be found in medical imaging. While the contrast in the X-ray image is improved by a high X-ray dose, a high X-ray dose is to be avoided because of the risk for a patient. A relatively new method in medical X-ray imaging, which ensures particularly high image quality, is the phase-contrast imaging. Phase-contrast imaging utilizes the fact that different body tissues break X-rays differently. The effect of the phase shift in the passage of an X-ray through an object to be examined is considerably stronger than the absorption effect of the matter penetrated by the X-radiation. With phase-contrast imaging, soft parts can be displayed with high contrast in X-rays. The basic techniques are known in the art of electron microscopy. A disadvantage of the prior art X-ray based phase contrast imaging is that a synchrotron was necessary to produce monochromatic X-radiation with sufficient energy.

Neueste Forschungsergebnisse erlauben inzwischen mit Hilfe von drei aufeinander abgestimmten Gittern, einem Gitter G0 (Quellengitter) zur Erzeugung kohärenter Strahlung, einem Gitter G1 (Phasengitter) zur Erzeugung von Interferenzlinien und einem Gitter G2 (Absorptionsgitter) zum Auslesen des erzeugten Interferenzmusters unter Ausnutzung des Talbot-Effektes, Phasenkontrast-Bildgebung mit einer konventionellen Röntgenquelle zu erzielen. Aus der EP 1 879 020 A1 ist eine derartige Phasenkontrast-Bildgebung und aus der US 2007/0183560 A1 ist ein Phasenkontrast-Computertomograph bekannt. Der Nachteil ist jedoch, dass die Gitter nur mit großem finanziellem und technischem Aufwand hergestellt werden können.In the meantime, the latest research results have enabled the use of three coordinated gratings, a grating G0 (source grating) for generating coherent radiation, a grating G1 (phase grating) for generating interference fringes and a grating G2 (absorption grating) for reading out the generated interference pattern using the Talbot grating. Effect, phase-contrast imaging with a conventional X-ray source. From the EP 1 879 020 A1 is such a phase-contrast imaging and from the US 2007/0183560 A1 is a phase contrast computed tomography known. The disadvantage, however, is that the grids can only be produced with great financial and technical effort.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Röntgenaufnahmesystem bereitzustellen, welches zumindest einen Nachteil des Standes der Technik überwindet.It is an object of the present invention to provide an X-ray imaging system which overcomes at least one disadvantage of the prior art.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Röntgenaufnahmesystem zur Phasenkontrast-Bildgebung gemäß dem Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.The object is achieved by an X-ray recording system for phase-contrast imaging according to claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Röntgenaufnahmesystem zur Phasenkontrast-Bildgebung eines Untersuchungsobjekts, weist zumindest einen Röntgenstrahler mit einer Vielzahl von Feldemissionsröntgenquellen zur Aussendung von quasi-kohärenter Röntgenstrahlung, einen Röntgendetektor, ein Beugungsgitter oder Phasengitter, welches zwischen dem Untersuchungsobjekt und dem Röntgendetektor angeordnet ist, und ein Absorptionsgitter oder Amplitudengitter, welches zwischen dem Beugungsgitter/Phasengitter und dem Röntgendetektor angeordnet ist, auf. Durch die Integration eines Röntgenstrahlers mit Feldemissionsröntgenquellen in ein Phasenkontrast-Röntgenaufnahmesystem fällt das aufwändige Quellengitter zur Erzeugung monochromatischer Röntgenstrahlung weg, da die Feldemissionsröntgenquellen eine einfache und aufwandslose Möglichkeit darstellen, zueinander kohärente Röntgenstrahlen mit engem Fokus zu erzeugen. Das Röntgenaufnahmesystem kann dadurch besonders kompakt und kostengünstig hergestellt werden.The X-ray recording system according to the invention for phase-contrast imaging of an examination subject comprises at least one X-ray source having a plurality of field emission X-ray sources for emitting quasi-coherent X-radiation, an X-ray detector, a diffraction grating or phase grating disposed between the examination subject and the X-ray detector, and an absorption grating or amplitude grating , which is arranged between the diffraction grating / phase grating and the X-ray detector on. By integrating an X-ray source with field emission X-ray sources in a phase-contrast X-ray recording system, the complex source grid for generating monochromatic X-radiation is eliminated, since the field emission Xgenquellen represent a simple and effortless way to produce coherent X-rays with a narrow focus. The X-ray recording system can be made very compact and inexpensive.

Die grundsätzliche Idee der Phasenkontrast-Bildgebung liegt darin, die genauen Positionen von mittels des Phasengitters aus kohärenter, ein Untersuchungsobjekt durchstrahlender Röntgenstrahlung erzeugten Interferenzlinien zu finden und von diesen aus die Phasenverschiebung durch das Untersuchungsobjekt zu bestimmen. Da jedoch die Abstände der Interferenzlinien im Mikrometerbereich sind, hat ein normaler Röntgendetektor nicht ausreichend Auflösung, die Interferenzlinien oder deren Maxima abzubilden. Aus diesem Grund wird ein Absorptionsgitter oder Amplitudengitter mit geringer Röntgentransparenz und möglichst derselben Periodizität und Orientierung wie die Interferenzlinien direkt vor dem Röntgendetektor angeordnet und mit diesem die Interferenzlinien abgetastet.The basic idea of phase-contrast imaging lies in finding the exact positions of interference fringes generated by means of the phase grating of coherent X-radiation radiating through an object to be examined, and from these to determine the phase shift through the examination object. However, since the pitches of the interference fringes are in the micrometer range, a normal X-ray detector does not have enough resolution to image the interference fringes or their maxima. For this reason, an absorption grating or amplitude grating with low X-ray transparency and, if possible, the same periodicity and orientation as the interference lines is arranged directly in front of the X-ray detector and scanned with this the interference lines.

Das Phasengitter oder Beugungsgitter erzeugt also ein Interferenzmuster, das mit Hilfe des Absorptionsgitters oder Amplitudengitters auf dem dahinterliegenden Röntgendetektor ein Moiré-Muster abbildet. Wird das Absorptionsgitter geringfügig verschoben, so ergibt sich hieraus ebenfalls eine Verschiebung des Moiré-Musters, also eine Änderung der örtlichen Intensität im dahinter liegenden Röntgendetektor, welche relativ zur Verschiebung des Absorptionsgitters bestimmt werden kann. Trägt man für jedes Detektorelement dieses Gitters, das heißt für jeden Strahl, die Intensitätsänderung in Abhängigkeit vom Verschiebungsweg des Absorptionsgitters auf, so lässt sich die Phasenverschiebung des jeweiligen Strahls bestimmen. Das Absorptionsgitter oder Amplitudengitter erfüllt somit die Funktion einer Übertragungsmaske und wandelt lokale Interferenzlinien in Intensitätsschwankungen um. Das gemessene Signalprofil enthält quantitative Informationen über den Phasengradienten des Untersuchungsobjekts.The phase grating or diffraction grating thus generates an interference pattern which images a moiré pattern on the background X-ray detector with the aid of the absorption grating or amplitude grating. If the absorption grating is displaced slightly, this also results in a displacement of the moiré pattern, ie a change in the local intensity in the X-ray detector behind it, which can be determined relative to the displacement of the absorption grating. If one plots the intensity change as a function of the displacement path of the absorption grating for each detector element of this grating, that is to say for each beam, the phase shift of the respective beam can be determined. The absorption grating or amplitude grating thus fulfills the function of a transmission mask and converts local interference lines into intensity fluctuations. The measured signal profile contains quantitative information about the phase gradient of the examination subject.

Das Beugungsgitter oder Phasengitter ist zum Beispiel zweidimensional strukturiert und besitzt eine niedrige Röntgenabsorption. Gleichzeitig erzeugt es eine deutliche Phasenverschiebung zum Beispiel von π oder einem ungeraden Vielfachen hiervon. Das Beugungsgitter oder Phasengitter kann zum Beispiel aus Silizium oder einem Polymer gebildet sein. Es kann auch als Strahlteilergitter (beam splitter grating) ausgebildet sein. For example, the diffraction grating or phase grating is two-dimensionally structured and has a low X-ray absorption. At the same time, it produces a significant phase shift, for example, of π or an odd multiple thereof. The diffraction grating or phase grating may be formed of silicon or a polymer, for example. It can also be designed as a beam splitter grating (beam splitter grating).

Das Absorptionsgitter oder Amplitudengitter ist ebenfalls zweidimensional strukturiert und besitzt eine hohe Röntgenabsorption. Es ist zum Beispiel in Strahlungsrichtung direkt vor dem Röntgendetektor angeordnet und erfüllt die Funktion eines Rauschunterdrückungsgitters.The absorption lattice or amplitude lattice is also structured in two dimensions and has a high X-ray absorption. It is arranged, for example, in the radiation direction directly in front of the X-ray detector and fulfills the function of a noise suppression grid.

Bei einer Feldemissionsröntgenquelle bzw. einer Feldemissionskathode werden Elektronen durch das Anlegen eines ausreichend hohen elektrischen Feldes emittiert. Feldemission wird z. B. erreicht durch einen einfachen Diodenmodus, bei dem eine Vorspannung zwischen Anode und Kathode angelegt wird. Elektronen werden von der Kathode emittiert, wenn das elektrische Feld die Schwelle für die Emission überschreitet. Es kann auch eine Triodenkonstruktion vorgesehen werden, bei der eine Gateelektrode nahe an der Kathode angeordnet wird. Elektronen werden hier emittiert, indem eine Vorspannung zwischen Gate und Kathode angelegt wird. Anschließend werden die emittierten Elektronen durch eine hohe Spannung zwischen Gate und Anode beschleunigt. Feldemissionskathoden erlauben einen sehr hohen, gut kontrollierbaren und leicht fokussierbaren Elektronenstrahlstrom. Insgesamt hat die Erfindung durch den Feldemissionsstrahler die Vorteile einer geringen Wärmeentwicklung der Röntgenquelle und eines geringen Gewichts sowohl durch den Feldemissionsstrahler selbst als auch durch das Entfallen bzw. die Reduzierung eines Kühlsystems. Zudem weist ein solcher Feldemissionsstrahler im Vergleich zu konventionellen Röntgenstrahlern eine hohe Kompaktheit auf, wodurch eine qualitativ hochwertige, flächenförmige Röntgenquelle mit einer Fläche von vielen nebeneinander angeordneten Fokuspunkten erst möglich wird. Insbesondere wird dies durch ein Array mit einer Vielzahl von Feldemissionsstrahlern gewährleistet. Auch die Lebensdauer von Feldemissionsstrahlern ist deutlich höher als die von bekannten Röntgenstrahlern mit thermischen Kathoden. Zusätzlich kann im Vergleich zu einer thermischen Kathode eine Feldemissionskathode ohne Aufheizen schnell gestartet werden. Durch den gut fokussierbaren Elektronenstrom kann zudem für Röntgenabbildungen eine höhere Ortsauflösung erzielt werden.In a field emission X-ray source or field emission cathode, electrons are emitted by the application of a sufficiently high electric field. Field emission is z. B. achieved by a simple diode mode, in which a bias voltage between the anode and cathode is applied. Electrons are emitted from the cathode when the electric field exceeds the threshold for emission. A triode design may also be provided in which a gate electrode is placed close to the cathode. Electrons are emitted here by applying a bias between gate and cathode. Subsequently, the emitted electrons are accelerated by a high voltage between gate and anode. Field emission cathodes allow a very high, easily controllable and easily focused electron beam current. Overall, the invention by the field emission emitter has the advantages of low heat generation of the X-ray source and a low weight both by the field emission emitter itself and by the elimination or the reduction of a cooling system. In addition, such a field emission emitter in comparison to conventional X-ray sources on a high compactness, whereby a high-quality, area-like X-ray source with an area of many juxtaposed focus points is only possible. In particular, this is ensured by an array having a plurality of field emission emitters. The lifetime of field emission emitters is also significantly higher than that of known X-ray emitters with thermal cathodes. In addition, compared to a thermal cathode, a field emission cathode can be quickly started without heating. Due to the well focusable electron current, a higher spatial resolution can additionally be achieved for X-ray images.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist eine Feldemissionsröntgenquelle bzw. Feldemissionskathode jeweils ein nanostrukturiertes Material mit Kohlenstoff-Nanoröhren auf (sogenannte CNT-Kathode; carbon nano tube). Derartige Materialien weisen eine besonders gute Emissionscharakteristik auf, sind auch bei hohen Strömen stabil und sind zudem besonders klein herstellbar. Die Feldemissionstechnik mittels CNT ist zum Beispiel aus der US 7,359,484 A1 bekannt.According to one embodiment of the invention, a field emission x-ray source or field emission cathode each has a nanostructured material with carbon nanotubes (so-called CNT cathode; carbon nano tube). Such materials have a particularly good emission characteristics, are stable even at high currents and are also particularly small to produce. The field emission technique by means of CNT is for example from US Pat. No. 7,359,484 A1 known.

Zweckmäßigerweise wird das Röntgenaufnahmesystem von einem medizinischen Röntgenaufnahmesystem gebildet. Hierbei kann zum Beispiel ein Röntgenaufnahmesystem zur Projektionsradiographie, zur Fluoroskopie, zur Angiographie oder zur kardiologischen Angiographie vorgesehen sein. Alternativ ist auch ein nicht-medizinischer Einsatz des Phasenkontrast-Röntgenaufnahmesystems denkbar, zum Beispiel als Scanner an Flughäfen.The x-ray recording system is expediently formed by a medical x-ray recording system. In this case, for example, an X-ray recording system for projection radiography, fluoroscopy, angiography or cardiac angiography may be provided. Alternatively, non-medical use of the phase-contrast X-ray recording system is conceivable, for example as a scanner at airports.

Zweckmäßigerweise sind die Feldemissionsröntgenquellen in einem Array angeordnet, also zum Beispiel in einer zweidimensionalen, matrixartigen Anordnung. Die Feldemissionsröntgenquellen können aufgrund ihrer geringen Größen sehr dicht angeordnet werden, so dass eine Fläche aus Röntgenfokuspunkten gebildet wird. Es können ein Feldemissionsstrahler mit vielen als kleine Einzelstrahler ausgebildeten Feldemissionsröntgenquellen oder mehrere Feldemissionsstrahler vorgesehen sein.Expediently, the field emission x-ray sources are arranged in an array, that is, for example, in a two-dimensional matrix-like arrangement. The field emission x-ray sources can be arranged very densely due to their small size, so that an area of x-ray focus is formed. A field emission emitter with many field emission x-ray sources designed as small individual emitters or a plurality of field emission emitters may be provided.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Röntgenaufnahmesystem Mittel zur Bewegung des Absorptionsgitters oder Amplitudengitters senkrecht zur Strahlungsrichtung auf. Die Mittel können zum Beispiel einen Motor oder einen Piezo-Aktor aufweisen.According to one embodiment of the invention, the X-ray recording system has means for moving the absorption grating or amplitude grating perpendicular to the radiation direction. The means may comprise, for example, a motor or a piezoactuator.

In vorteilhafter Weise wird das Röntgenaufnahmesystem von einem Computertomographiesystem mit einer Gantry gebildet. Hierbei kann auch eine Kombination aus einem CT mit einem PET oder SPECT vorgesehen sein. Ein derartiges CT kann auch zwei oder mehr Einheiten aus je einem Röntgenstrahler und einem Röntgendetektor aufweisen.Advantageously, the x-ray acquisition system is formed by a computer tomography system with a gantry. In this case, a combination of a CT with a PET or SPECT can also be provided. Such a CT can also comprise two or more units each consisting of an X-ray emitter and an X-ray detector.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Phasenkontrast-Röntgenaufnahmesystem für eine inverse Bildgebung ausgebildet und ist dabei die Fläche von Fokuspunkten des Röntgenstrahlers größer als die Sensorfläche des Röntgendetektors. Insbesondere sind auch die effektiven Flächen des Beugungsgitters und des Amplitudengitters kleiner als die Fläche von Fokuspunkten des Röntgenstrahles.According to a further embodiment of the invention, the phase contrast X-ray recording system is designed for inverse imaging and is the area of focus points of the X-ray source larger than the sensor area of the X-ray detector. In particular, the effective areas of the diffraction grating and the amplitude grating are smaller than the area of focus points of the X-ray beam.

Zweckmäßigerweise wird das Phasenkontrast-Röntgenaufnahmesystem von einem C-Bogen-Röntgenaufnahmesystem gebildet.Conveniently, the phase contrast x-ray imaging system is formed by a C-arm x-ray imaging system.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:The invention and further advantageous embodiments according to the features of Subclaims are explained in more detail below with reference to schematically illustrated embodiments in the drawing, without thereby limiting the invention to these embodiments. Show it:

1 einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Röntgenaufnahmesystems zur Phasenkontrast-Bildgebung mit einem Feldemissionsstrahler, 1 1 shows a structure of an X-ray recording system according to the invention for phase-contrast imaging with a field emission emitter;

2 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Röntgenaufnahmesystem mit einem C-Bogen, 2 a side view of an inventive X-ray recording system with a C-arm,

3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen CT-Röntgenaufnahmesystems, 3 a side view of a CT X-ray recording system according to the invention,

4 einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Röntgenaufnahmesystems mit inverser Geometrie, 4 FIG. 2 shows a construction of an inverse geometry x-ray acquisition system according to the invention, FIG.

5 eine Ansicht eines Feldemissionsstrahlers mit mehreren Feldemissionsröntgenquellen, 5 a view of a field emission radiator with multiple field emission Xgenquellen,

6 ein Aufbau eines Röntgenaufnahmesystems zur Phasenkontrast-Bildgebung nach dem Stand der Technik, 6 a construction of a prior art phase contrast imaging radiographic system,

7 eine Darstellung des Strahlungsverlaufs und des Phasengradienten bei der Phasenkontrast-Bbildgebung ohne Untersuchungsobjekt nach dem Stand der Technik und 7 a representation of the radiation profile and the phase gradient in the phase contrast imaging B without examination object according to the prior art and

8 eine Darstellung des Strahlungsverlaufs und des Phasengradienten bei der Phasenkontrast-Bildgebung mit Untersuchungsobjekt nach dem Stand der Technik. 8th a representation of the radiation profile and the phase gradient in the phase contrast imaging with object under investigation according to the prior art.

In der 6 ist die typische Anordnung eines Phasenkontrastaufnahmesystems nach dem Stand der Technik mit drei aufeinander abgestimmten Gittern, mit einem Quellengitter 21 zur Erzeugung kohärenter Strahlung aus einem nicht-kohärenten, konventionellen Röntgenstrahler 20, mit einem Phasengitter 14 zur Erzeugung von Interferenzlinien und mit einem Amplitudengitter 15 zum Auslesen des erzeugten Interferenzmusters, gezeigt. Der bekannte Strahlungsverlauf ohne und mit Untersuchungsobjekt ist in den 7 und 8 gezeigt. Eine mittels des konventionellen Röntgenstrahlers 20 und des Kohärenzgitters 21 erzeugte kohärente Strahlung 22 trifft auf das Phasengitter 14, wodurch ein Interferenzmuster erzeugt wird. Zum Auslesen des Interferenzmusters wird das vor dem Röntgendetektor 12 angeordnete Amplitudengitter 15 verwendet. Das Amplitudengitter 15 wird bewegt und wandelt lokale Interferenzlinien in Intensitätsschwankungen um. Das gemessene Signalprofil enthält quantitative Informationen über den Phasengradienten φ des Untersuchungsobjekts 13.In the 6 is the typical arrangement of a prior art phase contrast pickup system with three matched gratings, with a source grating 21 for generating coherent radiation from a non-coherent, conventional X-ray source 20 , with a phase grating 14 for generating interference lines and with an amplitude grating 15 for reading out the generated interference pattern. The well-known radiation course without and with examination object is in the 7 and 8th shown. One by means of the conventional X-ray source 20 and the coherence grid 21 generated coherent radiation 22 meets the phase grid 14 , whereby an interference pattern is generated. For reading out the interference pattern, this is done in front of the X-ray detector 12 arranged amplitude gratings 15 used. The amplitude grid 15 is moved and converts local interference lines into intensity fluctuations. The measured signal profile contains quantitative information about the phase gradient φ of the examination subject 13 ,

In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Röntgenaufnahmesystem mit einem Feldemissions-Röntgenstrahler 11 gezeigt. Durch den Feldemissions-Röntgenstrahler 11 erzeugt das erfindungsgemäße Röntgenaufnahmesystem aufwandslos kohärente Strahlung. Der Feldemissions-Röntgenstrahler 11 weist eine Vielzahl von Feldemissionsröntgenquellen 10 auf, welche zum Beispiel in einem Array, welches matrixartig aufgebaut ist, angeordnet ist. Die Feldemissionsröntgenquellen können auch zeilen- oder spaltenförmig angeordnet sein. Eine Vielzahl von gleichmäßig angeordneten, möglichst gleichartigen Feldemissionsröntgenquellen 10 kann bei ihrer Aktivierung auf einfache Weise und ohne Verwendung eines Kohärenzgitters kohärente Röntgenstrahlung erzeugen. Optional können auch einzelne oder ein Teil der Feldemissionsröntgenquellen aktiviert werden. Die Vielzahl von Feldemissionsröntgenquellen 10 kann entweder in einem einzigen Röntgenstrahler angeordnet sein oder es handelt sich um eine Vielzahl von kleinen Einzelstrahlern mit jeweils einer einzigen Feldemissionsröntgenquelle. In der 5 ist ein Feldemissions-Röntgenstrahler 11 mit einer Vielzahl von Feldemissionsröntgenquellen 10 gezeigt. Zur Erzeugung der kohärenten Röntgenstrahlung können z. B. möglichst baugleiche Feldemissionsröntgenquellen bzw. Einzelstrahler verwendet werden und/oder es können die Betriebsspannungen und der Strom auf gleiches Niveau geregelt werden und/oder es werden die Feldemissionsröntgenquellen bzw. Einzelstrahler zuvor kalibriert und/oder in der Montage präzise ausgerichtet.In the 1 is an inventive X-ray recording system with a field emission X-ray source 11 shown. Through the field emission X-ray source 11 generates the X-ray recording system according to the invention effortlessly coherent radiation. The field emission X-ray source 11 has a variety of field emission x-ray sources 10 which is arranged, for example, in an array which is constructed in the manner of a matrix. The field emission Xgenquellen can also be arranged in rows or columns. A variety of uniformly arranged, similar as possible field emission Xgen sources 10 can generate coherent X-radiation when activated in a simple manner and without the use of a coherence grating. Optionally, individual or part of the field emission x-ray sources can also be activated. The variety of field emission X-ray sources 10 can be arranged either in a single X-ray source or it is a variety of small individual emitters, each with a single field emission X-ray source. In the 5 is a field emission X-ray source 11 with a variety of field emission X-ray sources 10 shown. To generate the coherent X-ray z. B. as identical as possible field emission X-ray sources or individual radiators are used and / or the operating voltages and the current can be regulated to the same level and / or the field emission Xgenquellen or individual radiators are previously calibrated and / or precisely aligned in the assembly.

Das in der 1 gezeigte erfindungsgemäße Röntgenaufnahmesystem weist außerdem ein Phasengitter 14, zum Beispiel als beam splitter grating ausgebildet, und hinter dem Phasengitter 14, insbesondere direkt vor dem Röntgendetektor 12, ein Amplitudengitter 15 auf. Das Untersuchungsobjekt 13 wird für eine Aufnahme vor dem Phasengitter 14 angeordnet. Durch die Gitter wird in bekannter Art und Weise die kohärente Strahlung gebeugt, ein Interferenzmuster erzeugt und dieses entsprechend in Intensitätsschwankungen umgewandelt. Das gemessene Signalprofil enthält dann quantitative Informationen über den Phasengradienten des Untersuchungsobjekts. Das Amplitudengitter 15 wird dabei in vorteilhafter Weise senkrecht zur Strahlungsrichtung der Röntgenstrahlung bewegt, zum Beispiel durch einen Motor oder einen Piezo-Aktor.That in the 1 The X-ray imaging system according to the invention also has a phase grating 14 , for example, designed as a beam splitter grating, and behind the phase grating 14 , in particular directly in front of the X-ray detector 12 , an amplitude grating 15 on. The examination object 13 is for a recording in front of the phase grating 14 arranged. The grids are used to diffract the coherent radiation in a known manner, to generate an interference pattern and to correspondingly convert this into intensity fluctuations. The measured signal profile then contains quantitative information about the phase gradient of the examination subject. The amplitude grid 15 is moved in an advantageous manner perpendicular to the radiation direction of the X-radiation, for example by a motor or a piezoelectric actuator.

In der 3 ist als Ausbildung des erfindungsgemäßen Röntgenaufnahmesystems ein Phasenkontrast-Computertomographiesystem gezeigt. In einer CT-Gantry 18 ist ein Feldemissions-Röntgenstrahler 11 angeordnet, der insbesondere zeilenförmig angeordnete Feldemissionsröntgenquellen 10 aufweist. Auf der gegenüberliegenden Seite der Öffnung der CT-Gantry 18 sind ein Phasengitter 14 und ein Amplitudengitter 15 vor einem insbesondere zeilenförmigen Röntgendetektor 12 angeordnet. Das Phasengitter 14 und das Amplitudengitter 15 können ebenso zeilenförmig ausgebildet sein.In the 3 is shown as a configuration of the X-ray imaging system according to the invention, a phase contrast computed tomography system. In a CT gantry 18 is a field emission X-ray source 11 arranged, in particular, the line array X-ray sources arranged in a line 10 having. On the opposite side of the opening of the CT gantry 18 are a phase grating 14 and an amplitude grating 15 in front of one in particular line-shaped X-ray detector 12 arranged. The phase grating 14 and the amplitude grating 15 can also be formed line-shaped.

In der 2 ist als weitere Ausbildung des erfindungsgemäßen Röntgenaufnahmesystems ein an einem Knickarmroboter 17 gehaltertes C-Bogen-Röntgenaufnahmesystem gezeigt. An einem Ende des C-Bogens 16 ist ein Feldemissions-Röntgenstrahler 11 mit einer Vielzahl von Feldemissionsröntgenquellen 10 und am anderen Ende sind ein Phasengitter 14 und ein Amplitudengitter 15 vor einem Röntgendetektor 12 angeordnet.In the 2 is a further development of the X-ray recording system according to the invention a on a articulated robot 17 mounted C-arm X-ray system shown. At one end of the C-arm 16 is a field emission X-ray source 11 with a variety of field emission X-ray sources 10 and at the other end are a phase grating 14 and an amplitude grating 15 in front of an x-ray detector 12 arranged.

In der 4 ist ein für eine inverse Bildgebung ausgebildetes Röntgenaufnahmesystem gezeigt, bei welchem die Fläche, welche die Fokuspunkte der Feldemissionsröntgenquellen 10 des Röntgenstrahlers 11 aufspannen, größer ist als die Sensorfläche des Röntgendetektors 12. In der Schrift ”X-Ray Multisource for Medical Imaging”, Kris Frutschy et. al., Medical Imaging 2009: Physics of Medical Imaging, Proceedings of the SPIE, Volume 7258, 2009, pp. 725822ff. , ist eine beispielhafte Vorrichtung mit inverser Geometrie gezeigt. Bei dem Phasenkonstrast-Röntgenaufnahmesystem mit inverser Geometrie kann das Phasengitter 14 bzw. dessen effektive Fläche beispielsweise kleiner sein als die Fläche, welche die Fokuspunkte aufspannen, das Amplitudengitter bzw. dessen effektive Fläche kleiner als das Phasengitter und die Sensorfläche kleiner als das Amplitudengitter. Die Feldemissionsröntgenquellen sind so ausgerichtet bzw. fokussiert, dass die Gitter und die Sensorfläche vollständig von der Summe der Strahlenkegel abgedeckt werden und keine wesentliche Direktstrahlung über die Flächen der Gitter und des Detektors hinausgeht. Die Feldemissionsröntgenquellen oder Feldemissionsstrahler können dabei derart angeordnet sein, dass ihre Foken gerade in einer Befestigungsebene angebracht sind und die einzelnen Feldemissionsröntgenquellen oder -strahler um einen Winkel versetzt sind, um einen Fokus zu bilden. Alternativ kann auch die Befestigungsebene gebogen sein, um eine Fokussierung zu erreichen.In the 4 For example, there is shown an X-ray imaging system designed for inverse imaging in which the area which the focus points of the field emission X-ray sources 10 of the X-ray source 11 span, is larger than the sensor surface of the X-ray detector 12 , In Scripture "X-Ray Multisource for Medical Imaging", Kris Frutschy et. al., Medical Imaging 2009: Physics of Medical Imaging, Proceedings of the SPIE, Volume 7258, 2009, pp. 725822ff. 1, an exemplary inverse geometry device is shown. In the inverse geometry phase contrast x-ray imaging system, the phase grating 14 or whose effective area, for example, be smaller than the surface which spans the focus points, the amplitude grating or its effective area smaller than the phase grating and the sensor area smaller than the amplitude grating. The field emission x-ray sources are aligned so that the grids and the sensor surface are completely covered by the sum of the beam cones and no substantial direct radiation extends beyond the surfaces of the grids and the detector. The field emission x-ray sources or field emission radiators can be arranged in such a way that their foci are currently mounted in a mounting plane and the individual field emission x-ray sources or radiators are offset by an angle in order to form a focus. Alternatively, the mounting plane may be bent to achieve a focus.

Das Röntgenaufnahmesystem kann zum Beispiel in der Projektionsradiographie oder der Fluoroskopie Anwendung finden oder als Angiographie- oder kardiologisches Röntgensystem ausgebildet sein.The X-ray recording system can be used, for example, in projection radiography or fluoroscopy or be designed as an angiography or cardiac X-ray system.

Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine qualitativ hochwertige Röntgenabbildung ist ein Röntgenaufnahmesystem zur Phasenkontrast-Bildgebung eines Untersuchungsobjekts, aufweisend zumindest einen Röntgenstrahler mit einer Vielzahl von Feldemissionsröntgenquellen mit engem Fokus zur Aussendung von quasi-kohärenter Röntgenstrahlung, einen Röntgendetektor, ein Beugungsgitter oder Phasengitter, welches zwischen dem Untersuchungsobjekt und dem Röntgendetektor angeordnet ist, und ein Absorptionsgitter oder Amplitudengitter, welches zwischen dem Beugungsgitter und dem Röntgendetektor angeordnet ist, vorgesehen.The invention may be summarized in the following manner: For a high-quality X-ray image, an X-ray imaging system for phase-contrast imaging of an examination subject comprising at least one X-ray source having a plurality of narrow field focus X-ray sources for emitting quasi-coherent X-ray radiation, an X-ray detector, a diffraction grating or phase grating disposed between the examination subject and the X-ray detector, and an absorption grating or amplitude grating disposed between the diffraction grating and the X-ray detector.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (8)

Röntgenaufnahmesystem zur Phasenkontrast-Bildgebung eines Untersuchungsobjekts, aufweisend zumindest einen Röntgenstrahler (11) mit einer Vielzahl von Feldemissionsröntgenquellen (10) zur Aussendung von quasi-kohärenter Röntgenstrahlung, einen Röntgendetektor (12), ein Beugungsgitter oder Phasengitter (14), welches zwischen dem Untersuchungsobjekt und dem Röntgendetektor angeordnet ist, und ein Absorptionsgitter oder Amplitudengitter (15), welches zwischen dem Beugungsgitter oder Phasengitter (14) und dem Röntgendetektor (12) angeordnet ist.X-ray recording system for phase-contrast imaging of an examination subject, comprising at least one X-ray source ( 11 ) with a plurality of field emission x-ray sources ( 10 ) for emitting quasi-coherent X-radiation, an X-ray detector ( 12 ), a diffraction grating or phase grating ( 14 ), which is arranged between the examination object and the X-ray detector, and an absorption grating or amplitude grating ( 15 ), which between the diffraction grating or phase grating ( 14 ) and the X-ray detector ( 12 ) is arranged. Röntgenaufnahmesystem nach Anspruch 1, welches von einem medizinischen Röntgenaufnahmesystem gebildet wird.An X-ray imaging system according to claim 1, which is formed by a medical radiography system. Röntgenaufnahmesystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Feldemissionsröntgenquellen (10) in einem Array angeordnet sind.X-ray imaging system according to claim 1 or 2, wherein the field emission x-ray sources ( 10 ) are arranged in an array. Röntgenaufnahmesystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Röntgenaufnahmesystem Mittel zur Bewegung des Absorptionsgitters oder Amplitudengitters (15) senkrecht zur Strahlungsrichtung der Röntgenstrahlung aufweist.An X-ray imaging system according to claim 1, 2 or 3, wherein the X-ray acquisition system comprises means for moving the absorption grating or amplitude grating ( 15 ) perpendicular to the radiation direction of the X-radiation. Röntgenaufnahmesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die jeweiligen Feldemissionsröntgenquellen (10) jeweils ein nanostrukturiertes Material mit Kohlenstoff-Nanoröhren aufweisen.X-ray imaging system according to one of the preceding claims, wherein the respective field emission x-ray sources ( 10 ) each have a nanostructured material with carbon nanotubes. Röntgenaufnahmesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches für eine inverse Bildgebung ausgebildet ist und wobei die Fläche von Fokuspunkten des Röntgenstrahlers (11) größer ist als eine Sensorfläche des Röntgendetektors (12).X-ray imaging system according to one of the preceding claims, which is designed for inverse imaging and wherein the area of focus points of the X-ray source ( 11 ) is larger than a sensor surface of the X-ray detector ( 12 ). Röntgenaufnahmesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welches von einem C-Bogen-Röntgenaufnahmesystem gebildet wird.An X-ray imaging system according to any one of claims 1 to 6, which is formed by a C-arm X-ray imaging system. Röntgenaufnahmesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Röntgenaufnahmesystem von einem Computertomographiesystem gebildet wird.An X-ray imaging system according to any one of claims 1 to 6, wherein the X-ray acquisition system is formed by a computed tomography system.
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