DE19953613A1 - CT-Gerät sowie Verfahren zum Betrieb eines CT-Geräts - Google Patents

Abstract

Ein CT-Gerät mit einer Strahlenquelle (1), welche zur Abtastung eines Untersuchungsobjekts (3) um eine Systemachse (8) verlagerbar ist, weist einen Fokus (F) auf, von dem ein Strahlenbündel (S) ausgeht, das auf ein Detektorsystem (4) trifft. Während der Abtastung nimmt der Fokus (F) relativ zum Gehäuse der Strahlenquelle (1) periodisch wenigstens zwei unterschiedliche z-Positionen (F(Z1)), (F(Z2)) längs der Systemachse (8) ein. Damit wird die mit dem Meßsystem (1, 4) erzielbare Auflösung in z-Richtung erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft ein CT-Gerät mit einer Strahlenquelle, welche zur Abtastung eines Untersuchungsobjekts um eine Sy­ stemachse verlagerbar ist und einen Fokus aufweist, von dem ein Strahlenbündel ausgeht, das auf ein Detektorsystem trifft. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Be­ trieb eines solchen CT-Geräts.

Es sind CT-Geräte bekannt, die eine Strahlenquelle aufweisen, z. B. eine Röntgenröhre, die ein kollimiertes, pyramiden­ förmiges Strahlenbündel durch das Untersuchungsobjekt, z. B. einen Patienten, auf ein aus mehreren Detektorelementen auf­ gebautes Detektorsystem richten. Die Strahlenquelle und je nach Bauart des CT-Geräts auch das Detektorsystem sind auf einer Gantry angebracht, die um das Untersuchungsobjekt ro­ tiert. Eine Lagerungseinrichtung für das Untersuchungsobjekt kann entlang der Systemachse relativ zur Gantry verschoben bzw. bewegt werden. Die Position, ausgehend von welcher das Strahlenbündel das Untersuchungsobjekt durchdringt, und der Winkel, unter welchem das Strahlenbündel das Untersuchungs­ objekt durchdringt, werden infolge der Rotation der Gantry ständig verändert. Jedes von der Strahlung getroffene Detek­ torelement des Detektorsystems produziert ein Signal, das ein Maß der Gesamttransparenz des Untersuchungsobjekts für die von der Strahlenquelle ausgehende Strahlung auf ihrem Weg zum Detektorsystem darstellt. Der Satz von Ausgangssignalen der Detektorelemente des Detektorsystems, der für eine bestimmte Position der Strahlenquelle gewonnen wird, wird als Projektion bezeichnet. Eine Abtastung (Scan) umfaßt einen Satz von Projektionen, die an verschiedenen Positionen der Gantry und/oder verschiedenen Positionen der Lagerungsein­ richtung gewonnen wurden. Das CT-Gerät nimmt während eines Scans eine Vielzahl von Projektionen auf, um ein zweidimen­ sionales Schnittbild einer Schicht des Untersuchungsobjekts aufbauen zu können. Mit einem aus einem Array von mehreren Zeilen und Spalten von Detektorelementen aufgebauten Detek­ torsystem können mehrere Schichten gleichzeitig aufgenommen werden.

Aus der US 4,637,040 ist ein CT-Gerät mit einer Röntgenröhre bekannt, welche eine Drehanode aufweist und deren Fokus sich während der Abtastung eines Patienten periodisch relativ zum Gehäuse der Röntgenröhre in Umfangsrichtung der Drehanode bzw. tangential zur Umfangsrichtung von einer Anfangs- in eine Endposition bewegen läßt. Infolge der periodischen Bewe­ gung des Fokus lassen sich die zur Berechnung eines Bildes einer Körperschicht zur Verfügung stehenden Daten verdoppeln und damit eine Verbesserung der Bildqualität erzielen.

Ferner ist aus der EP 0 062 219 A2 eine Drehanoden-Röntgen­ röhre bekannt, die eine Vielzahl von Kathoden aufweist. Jeder der Kathoden ist ein Brennfleck auf der Anode zugeordnet. Die einzelnen Kathoden können dem jeweiligen Verwendungszweck der Röntgenröhre entsprechend selektiv aktiviert werden. Eine Verlagerung einzelner oder mehrerer Brennflecke in der Weise, daß sich eine periodische Bewegung des jeweiligen Brennflecks von einer Anfangs- in eine Endposition ergibt, ist nicht vor­ gesehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit einem CT- Gerät der eingangs genannten Art erzielbare Bildqualität zu verbessern. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines solchen CT-Geräts anzugeben.

Nach der Erfindung wird die das CT-Gerät betreffende Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Die das Ver­ fahren betreffende Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 14.

Mit dem erfindungsgemäßen CT-Gerät läßt sich vorteilhaft die Auflösung in z-Richtung erhöhen. Hierzu nimmt der Fokus rela­ tiv zum Gehäuse der Strahlenquelle während der Abtastung ei­ nes Untersuchungsobjekts periodisch unterschiedliche z-Posi­ tionen längs der Systemachse ein. Bei zwei unterschiedlichen z-Positionen nimmt ein erfindungsgemäßes CT-Gerät während ei­ ner vollständigen Umdrehung der Strahlenquelle um das Unter­ suchungsobjekt um 360° beispielsweise doppelt so viele Pro­ jektionen auf wie ein herkömmliches CT-Gerät. Neben der ver­ besserten Auflösung werden weiterhin Abtastartefakte redu­ ziert. Darüber hinaus verbindet sich mit dem erfindungsgemä­ ßen CT-Gerät der Vorteil, daß bei einer Röntgenröhre, die wechselnde Fokuspositionen zuläßt, durch die unterschiedli­ chen Fokuspositionen die Brennbahnfläche auf der Anode ver­ größert ist. Damit erhöht sich die thermische Belastbarkeit der Röntgenröhre, wodurch vorteilhaft die Abtastzeiten ver­ längert bzw. die Röhrenleistung erhöht werden können. Die Er­ findung grenzt sich hierbei ab von bekannten Röntgenstrahlen­ quellen, bei denen die Fokusposition auf der Anode zur Erzie­ lung einer gesteigerten thermischen Belastbarkeit geringfügig verstellbar sind, wobei diese Verstellbarkeit auch eine Kom­ ponente in z-Richtung umfassen kann. Eine periodische Ver­ stellung der Fokusposition, so daß Projektionen aus unter­ schiedlichen Richtungen aufnehmbar sind, ist bei diesen be­ kannten Röntgenröhren nicht vorgesehen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wechselt der Fokus schlagartig von einer ersten in eine zweite z-Position. In den unterschiedlichen z-Positionen verharrt der Fokus jeweils für ein bestimmtes Zeitintervall. Ausgehend von der zuletzt eingenommenen z-Position kann der Fokus weitere z-Positionen einnehmen oder in die Ausgangsposition zurückkehren.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorge­ sehen, daß der Fokus in Bezug auf das Gehäuse der Strahlen­ quelle kontinuierlich, vorzugsweise mit konstanter Geschwin­ digkeit, von einer ersten z-Position in eine zweite z-Posi­ tion bewegt wird. Infolge der dann auftretenden "Verwischung" ist eine besonders gute Unterdrückung von Artefakten möglich.

Für die Bewegung des Fokus zurück in die erste z-Position, diese Bewegung erfolgt vorzugsweise während einer wesentlich kürzeren Zeitspanne als die Bewegung von der ersten in die zweite z-Position, muß die Strahlenerzeugung nicht notwendi­ gerweise unterbrochen werden. In der Regel wird dies aber der Fall sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei einer Strahlenquelle der Abstand zweier in z-Richtung versetzter Fokuspositionen so gewählt, daß die davon ausge­ henden Strahlenbündel auf der Systemachse um eine halbe Schichtdicke in Richtung der Systemachse versetzt sind. Dies entspricht bei einem CT-Gerät mit mehrzeiligem Detektor in etwa einem Versatz der Strahlenbündel um die Hälfte der Er­ streckung eines Detektorelements in z-Richtung. Bei dieser Konfiguration haben alle aufgenommenen Schichten die gleiche Schichtdicke und den gleichen Abstand voneinander, was sich positiv auf die Auflösung und den Rechenaufwand bei der Be­ rechnung von Bildern des Untersuchungsobjekts auswirkt. Ge­ genüber herkömmlichen CT-Geräten, bei denen die aufgenommenen Schichten in der Regel aneinandergrenzen, erfaßt, das erfinde­ rische CT-Gerät zwischen zwei benachbarten Schichten eine dritte Schicht, welche die beiden benachbarten Schichten je zur Hälfte überdeckt. Dies bedeutet eine Verdoppelung der Ab­ tastrate in z-Richtung.

Werden der Abstand zwischen zwei Fokuspositionen innerhalb der Strahlenquelle und die röhrenseitige Strahlenblende so eingestellt, daß die entstehenden Strahlenbündel auf der Sy­ stemachse um eine Schichtbreite versetzt sind (die abgetaste­ ten Schichten also direkt aneinandergrenzen), so werden bei einem vollständigen Umlauf der Strahlenquelle um 360° um das Untersuchungsobjekt gleichzeitig zwei Schichten aufgenommen. Der periodische Wechsel zwischen den beiden Schichten während der Abtastung erfordert dabei nur eine Detektorzeile. So kön­ nen beispielsweise mit einem CT-Gerät mit Einzeilendetektor pro Umlauf gleichzeitig zwei Schichten erfaßt werden. Insbe­ sondere bei der Sequenzabtastung führt dies zu einer Verkür­ zung der Abtastzeit bzw. einer verbesserten Auflösung. Analog läßt sich dieses Vorgehen im Rahmen der Erfindung auch auf drei und mehr versetzte Fokuspositionen und die entsprechende Anzahl erfaßbarer Schichten erweitern.

Soll bei einem CT-Gerät nach der Erfindung in vorteilhafter Weise neben der Auflösung in z-Richtung auch die Auflösung in ϕ-Richtung erhöht werden, so kann hierzu der Fokus relativ zum Gehäuse der Strahlenquelle periodisch auch unterschiedli­ che Positionen in Drehrichtung der Strahlenquelle (ϕ-Rich­ tung) einnehmen. Kombiniert mit der Verstellung in z-Richtung nimmt der Fokus damit bezogen auf die Strahlenquelle während der Abtastung periodisch wenigstens vier unterschiedliche Po­ sitionen innerhalb der Strahlenquelle ein. Um die Auflösung zu optimieren und den Rechenaufwand zu minimieren, werden bei einem Fokus mit vier unterschiedlichen Fokuspositionen diese vorteilhaft in den Eckpunkten eines Rechtecks liegen. Zweck­ mäßigerweise wird auch hier der Abstand zwischen verschiede­ nen Fokuspositionen in z-Richtung bzw. in ϕ-Richtung so ge­ wählt, daß die davon ausgehenden Strahlenbündel auf der Sy­ stemachse um die Hälfte der Erstreckung eines Detektorele­ ments in z-Richtung bzw. in ϕ-Richtung versetzt sind. Prinzi­ piell können die Fokuspositionen jedoch auch in Form eines Trapez, einer Sinus-Linie oder frei angeordnet sein.

Der einfachen Realisierbarkeit halber weist das erfindungsge­ mäße CT-Gerät eine Röntgenröhre als Strahlenquelle auf mit wenigstens einer Elektronenstrahlenquelle, einer Drehanode sowie elektrischen und/oder magnetischen Mitteln zur Ablen­ kung des Elektronenstrahls. Der Bereich der Drehanode, von dem die Röntgenstrahlung ausgeht, ist unter einem bestimmten Winkel gegenüber der Systemachse geneigt. Zum Verlagern des Fokus relativ zum Gehäuse der Röntgenröhre wird der Elektro­ nenstrahl abgelenkt. Der Wechsel von einer Fokusposition in eine andere vollzieht sich vorzugsweise schlagartig. Zwischen dem periodischen Wechsel der Fokusposition verbleibt der Fo­ kus für ein bestimmtes Zeitintervall in der jeweiligen Posi­ tion.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin­ dungsgemäßen CT-Geräts weist die Strahlenquelle mehrere Elek­ tronenstrahlenquellen auf, wobei die von diesen erzeugten Elektronenstrahlen auf unterschiedliche Positionen auf der Drehanode treffen. Auch auf diese Weise lassen sich voneinan­ der beabstandete Fokuspositionen erzeugen. Zu jedem Zeitpunkt ist im wesentlichen nur eine Elektronenstrahlenquelle aktiv bzw. auf die Drehanode gerichtet. Das Verlagern des Fokus ist durch Umschalten zwischen den einzelnen Elektronenstrahlen­ quellen bzw. durch Ablenken einzelner, von diesen erzeugter Elektronenstrahlen erreichbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Drehanode ist diese in radialer Richtung abgestuft. Dies ermöglicht einen größe­ ren Abstand der Fokuspositionen in z-Richtung. Außerdem wird die mit dem Anodenmaterial zur Erzeugung von Strahlung, z. B. Röntgenstrahlung, zu versehene Auftrefffläche der Anode redu­ ziert, was die Herstellungskosten verringert.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung leuchtet ein von einer Fokusposition ausgehendes Strahlenbündel das Detektorsystem nur teilweise aus. Dadurch ist ein nicht di­ rekt von dem Strahlenbündel getroffener Bereich des Detektor­ systems vorteilhaft zur Messung von Streustrahlung verwend­ bar. Das so gemessene Signal läßt sich vorteilhaft zur Kor­ rektur der von den übrigen Detektorelementen erzeugten Si­ gnale heranziehen. Streustrahlungsartefakte sind somit ver­ meidbar oder zumindest reduzierbar. Darüber hinaus kann der nicht direkt vom Strahlenbündel getroffene Bereich des Detek­ torsystems zur Bestimmung der Fokusposition relativ zum Ge­ häuse der Strahlenquelle verwendet werden. Dies ermöglicht eine exakte Regelung der Fokusposition. Ist die Strahlengeo­ metrie so eingestellt, daß das eingeblendete Strahlenbündel vollständig von dem Detektorsystem erfaßt wird, aber nicht zu jedem Zeitpunkt die gesamte Detektorfläche genutzt wird, dann ist dafür einerseits eine verhältnismäßig große Detektorflä­ che erforderlich, andererseits ist die applizierte Strahlen­ dosis gut verwertbar. Alternativ wird das Detektorsystem wäh­ rend der Abtastung teilweise überstrahlt, wodurch die gesamte Detektorfläche zu jedem Zeitpunkt genutzt werden kann. Dann ist jedoch nicht die gesamte Strahlung, die das Untersu­ chungsobjekt durchdrungen hat, vom Detektorsystem erfaßbar.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der beige­ fügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes CT-Gerät in teilweise block­ schaltbildartiger Darstellung,

Fig. 2 das Meßsystem eines CT-Geräts gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Ausschnitt einer Röntgenröhre mit Drehanode,

Fig. 4 einen Ausschnitt einer Röntgenröhre mit Drehanode, bei der die Fokusposition in z-Richtung sowie ϕ-Richtung ver­ stellbar ist,

Fig. 5 einen Ausschnitt einer Röntgenröhre mit abgestufter Drehanode,

Fig. 6 ein Meßsystem zur gleichzeitigen Aufnahme zweier Schichten und

Fig. 7 ein Meßsystem, dessen Detektorsystem nicht vollstän­ dig ausgeleuchtet ist.

In Fig. 1 ist grob schematisch ein erfindungsgemäßes CT-Gerät dargestellt, das eine Strahlenquelle 1, z. B. eine Röntgen­ röhre, mit einem Fokus F aufweist, von dem ein durch eine röhrenseitige Strahlenblende 2 eingeblendetes, pyramiden­ förmiges Strahlenbündel S ausgeht, das ein Untersuchungsob­ jekt 3, beispielsweise einen Patienten, durchsetzt und auf ein Detektorsystem 4 trifft. Dieses weist ein Array aus meh­ reren zueinander parallelen Zeilen 5 und mehreren zueinander parallelen Spalten 6 von Detektorelementen 7 auf. Die Strah­ lenquelle 1 und das Detektorsystem 4 bilden ein Meßsystem 1, 4, das um eine Systemachse 8 verlagerbar ist. Das Meßsystem 1, 4 und das Untersuchungsobjekt 3 sind entlang der System­ achse relativ zueinander verschiebbar, so daß das Untersu­ chungsobjekt 3 unter verschiedenen Projektionswinkeln α und verschiedenen z-Positionen längs der Systemachse 8 durch­ strahlt wird. Aus den dabei auftretenden Ausgangssignalen der Detektorelemente 7 des Detektorsystems 4 bildet ein Datenerfassungssystem 9 Meßwerte, die einem Rechner 10 zuge­ führt werden, der ein Bild des Untersuchungsobjekts 3 be­ rechnet, das auf einem Monitor 11 wiedergegeben wird.

Gemäß der Erfindung ist der Fokus F während der Abtastung re­ lativ zum Gehäuse der Strahlenquelle 1 periodisch unter­ schiedlichen z-Positionen längs der Systemachse zugeordnet. Von den Fokussen F(Z1), F(Z2) an unterschiedlichen z-Positio­ nen geht je ein Strahlenbündel S(Z1), S(Z2) aus, so daß das Meßsystem 1, 4 unabhängig von der Relativbewegung zwischen der Strahlenquelle 1 und dem Untersuchungsobjekt 3 während der Abtastung in z-Richtung versetzte, jedoch dicht beieinan­ derliegende bzw. sich überlappende Körperschichten aufnimmt.

Das Röntgen-CT-Gerät nach Fig. 1 kann sowohl zur Sequenzabta­ stung als auch zur Spiralabtastung eingesetzt werden. Bei der Sequenzabtastung erfolgt eine schichtweise Abtastung des Un­ tersuchungsobjekt 3. Dabei wird die Strahlenquelle 1 bezüg­ lich der Systemachse 8 um das Untersuchungsobjekt 3 verla­ gert, und das Meßsystem 1, 4 nimmt eine Vielzahl von Projek­ tionen auf, um ein zweidimensionales Schnittbild einer Schicht des Untersuchungsobjekts 3 aufbauen zu können. Zwi­ schen der Abtastung aufeinanderfolgender Schichten wird das Untersuchungsobjekt 3 relativ zum Meßsystem 1, 4 jeweils in eine neue z-Position bewegt. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis alle Schichten, die den zu rekonstruierenden Bereich einschließen, erfaßt sind.

Während der Spiralabtastung bewegt sich das Meßsystem 1, 4 relativ zum Untersuchungsobjekt 3 kontinuierlich auf einer Spiralbahn, so lange, bis der zu rekonstruierende Bereich vollständig erfaßt ist. Dabei wird ein Volumendatensatz gene­ riert. Der Rechner 10 berechnet daraus mit einem Interpolati­ onsverfahren einen planaren Datensatz, aus dem sich dann wie bei der Sequenzabtastung die gewünschten Bilder rekonstruie­ ren lassen.

In Fig. 2 ist das Meßsystem 1, 4 mit zwei in z-Richtung ver­ setzten Fokussen F(Z1) und F(Z2) dargestellt, von denen die Strahlenbündel S(Z1) und S(Z2) ausgehen und auf das Detektor­ system 4 treffen. Aus der Zeichnung ist nur eine von mehreren Spalten 6 von Detektorelementen 7 eines fünfzeiligen Detek­ torsystems 4 ersichtlich. Bei der Abtastung ist zunächst der Fokus F(Z1) für ein bestimmtes Zeitintervall Ausgangspunkt der Röntgenstrahlung. Darauffolgend geht die Röntgenstrahlung für ein bestimmtes Zeitintervall vom Fokus F(Z2) aus. Während der Abtastung wird zwischen den beiden Fokussen periodisch hin- und hergeschaltet, so daß bei einer vollständigen Umdre­ hung der Röntgenröhre um 360° um das Untersuchungsobjekt 3 gleichzeitig zehn Schichten des Untersuchungsobjekts 3 auf­ nehmbar sind, die sich teilweise überlappen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Abstand zwischen den beiden Fokussen in z-Richtung so gewählt ist, daß die ausge­ hend von den beiden Fokussen F(Z1) und F(Z2) erfaßten Schich­ ten jeweils um eine halbe Schichtdicke d in z-Richtung gegen­ einander versetzt sind. Die auf diese Weise verdoppelte Abtastrate führt zu einer erhöhten Auflösung in z-Richtung und zu einer Verringerung von Artefakten.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Variante der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Strahlenquelle 1 mit einer Kathode 12 zur Erzeugung eines Elektronenstrahls 13, Mitteln 14 zur Ablen­ kung des Elektronenstrahls sowie einer Drehanode 15. Diese Anordnung bietet eine erste Möglichkeit zur Verstellung des Fokusses F in z-Richtung. Hierzu geht von der Kathode 12 der Elektronenstrahl 13 aus, der auf die tellerförmige Drehanode 15 gerichtet ist. Die Drehanode 15 rotiert während der Abta­ stung kontinuierlich um die Achse 16. Die Auftrefffläche 17 des Elektronenstrahls 13 auf der Drehanode 15 ist unter einem bestimmten Winkel gegenüber der Systemachse geneigt. Wird der Elektronenstrahl 13 durch die Mittel 14 zur Ablenkung des Elektronenstrahls in der gezeigten Weise abgelenkt, so hat dies eine Verschiebung der z-Position des Fokus F innerhalb der Röntgenröhre zur Folge. Beispielsweise kann durch peri­ odisches Aus- und Einschalten der Mittel 14 der Fokus peri­ odisch zwischen den Fokuspositionen F(Z1) und F(Z2) springen. Außer der Möglichkeit, mittels der Verstellung des Fokus die Abtastrate zu erhöhen, bietet dies noch den weiteren Vorteil, daß dadurch die effektive Anodenfläche vergrößert ist. Dies führt zu einer erhöhten thermischen Belastbarkeit der Rönt­ genröhre und ermöglicht so längere Abtastzeiten bzw. höhere Röhrenleistungen. Bei den Mitteln 14 zur Ablenkung des Elek­ tronenstrahls handelt es sich im Ausführungsbeispiel um zwei parallel angeordnete Platten, die mit unterschiedlichen Polen einer Spannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden sind und daher unterschiedlich geladen werden können. Die Steuerung der Spannungsquelle erfolgt mittels eines Rechners (nicht dargestellt).

Aus der Fig. 4 ist eine Drehanoden-Anordnung ersichtlich, bei der der von der Kathode 12 ausgehende Elektronenstrahl 13 mit Hilfe zweier senkrecht zueinander angeordneter Platten­ paare 14 und 14' ablenkbar ist. Das Plattenpaar 14' bewirkt gegenüber Fig. 3 im wesentlichen eine zusätzliche Ablenkung des Fokus F in ϕ-Richtung. Der Elektronenstrahl 13 läßt sich innerhalb eines Bereiches der Auftrefffläche 17 frei positio­ nieren. In der Figur ist dies durch die Positionen F(Z1, ϕ1), F(Z1, ϕ2), F(Z2, ϕ1) und F(Z2, ϕ2) veranschaulicht. Der Wech­ sel zwischen je zwei Positionen kann schlagartig oder konti­ nuierlich erfolgen, wobei mit dem Elektronenstrahl 13 prinzi­ piell beliebige Funktionen (z. B. Sinus-Funktion) auf der Auf­ trefffläche 17 beschreibbar sind. Die Auflösung der mit einem CT-Gerät erzeugten Bilder, das mit einer derartigen Röntgen­ röhre ausgestattet ist, kann somit sowohl in z-Richtung als auch in ϕ-Richtung erhöht werden.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausgestaltungsmöglichkeit der Dreh­ anode 15. Bei dieser ist die Auftrefffläche 17 in radialer Richtung stufenförmig ausgebildet. Dadurch ist bereits bei einer geringfügigen Ablenkung eines Elektronenstrahls durch entsprechende Mittel eine verhältnismäßig große Verstellung des Fokus in z-Richtung erreichbar. Aus dem Vergleich mit Fig. 3 wird aus der Fig. 5 eine weitere Ausgestaltungsvari­ ante der Röntgenröhre deutlich. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind nämlich zwei Elektronenstrahlenquellen 12 und 12' vorhanden, von denen die Elektronenstrahlen 13 und 13' ausgehen, die auf je eine Stufe der Drehanode 15 gerichtet sind. Die Mittel 15 zur Ablenkung des Elektronenstrahls gemäß Fig. 3 entfallen somit. Durch periodisches Umschalten zwi­ schen den Elektronenstrahlenquellen 12 und 12', beispiels­ weise gesteuert durch einen Rechner (nicht dargestellt), ist damit auch die z-Position des Fokus in Bezug auf das Gehäuse der Röntgenröhre veränderbar. In der Fig. 5 sind weiterhin die beiden von den Fokuspositionen F(Z1) und F(Z2) ausgehende Strahlenbündel S(Z1) und S(Z2) angedeutet.

Die Erfindung ist hinsichtlich der Ausgestaltung der Strah­ lenquelle und der Verstellung des Fokus nicht auf die gezeig­ ten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind noch eine Reihe weiterer Ausgestaltungsmöglichkeiten denkbar. Bei­ spielsweise kann eine Röntgenröhre mehr als zwei Elektronen­ strahlenquellen aufweisen, die auf unterschiedliche Positio­ nen einer Anode gerichtet sind. Durch periodisches Umschalten zwischen den Elektronenstrahlenquellen ist damit auch die Po­ sition des Fokus veränderbar. Weiterhin kann auch eine Rönt­ genröhre mit mehreren Elektronenstrahlenquellen Mittel zur Ablenkung der Elektronenstrahlen aufweisen. Die Verstellbar­ keit kann darüber hinaus auch mehr als zwei mögliche Fokuspo­ sitionen umfassen, in denen der Fokus jeweils für ein be­ stimmtes Zeitintervall verweilt. Auch bei der Ausgestaltung der Kathode und der Anode gibt es eine Vielzahl weiterer Mög­ lichkeiten, die gegenüber bekannten Anordnungen dahingehend zu erweitern sind, daß bei diesen die Verstellung des Fokus in z-Richtung gegeben ist. So kann die Anode auch scheiben­ förmig oder zylindermantelförmig ausgebildet sein. Auch muß es sich nicht notwendigerweise um eine Drehanode handeln.

Aus Fig. 6 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ei­ nes erfindungsgemäßen CT-Geräts ersichtlich. Bei dieser sind der Abstand zweier in z-Richtung versetzter Fokuspositionen F(Z1) und F(Z2) sowie die Strahlenblende 2 so eingestellt, daß die beiden Strahlenbündel S(Z1) und S(Z2) auf der System­ achse 8 direkt aneinandergrenzen. Damit werden bei jedem Um­ lauf des Meßsystems 1, 4 um 360° um das Untersuchungsobjekt 3 gleichzeitig zwei benachbarte Schichten des Untersuchungsob­ jekts 3 aufgenommen. Dies ist insbesondere bei der Sequenzab­ tastung vorteilhaft, wenn durch die Verstellbarkeit des Meß­ systems 1, 4 in z-Richtung im Anschluß an zwei gleichzeitig abgetastete Schichten jeweils die beiden darauffolgenden Schichten abgetastet werden. Es resultiert eine erhöhte Ab­ tastgeschwindigkeit bzw. Auflösung. Wie der Fig. 6 weiterhin zu entnehmen ist, weist das dargestellte Detektorsystem 4 nur eine Zeile von Detektorelementen auf (aus der gewählten Per­ spektive ist daher nur ein Detektorelement 7 ersichtlich). Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß trotz des Detektorsystems 4, das gemäß dem Ausführungsbei­ spiel nur eine Detektorzeile aufweist, gleichzeitig zwei Schichten des Untersuchungsobjekts aufnehmbar sind, indem im zeitlichen Wechsel jeweils Projektionen aus in z-Richtung versetzten Schichten gewonnen werden.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten, erfindungsgemäßen CT-Gerät mit einem Meßsystem 1, 4 sind zwei Fokuspositionen F(Z1) und F(Z2) ersichtlich, von denen die von der Strahlenblende 2 eingeblendeten Strahlenbündel S(Z1) bzw. S(Z2) ausgehen. Diese leuchten jedoch das Detektorsystem 4 nur zum Teil aus. Dann ist ein nicht direkt ausgeleuchteter Bereich des Detek­ torsystems 4 dazu verwendbar, um einerseits die Streustrah­ lung zu erfassen und zu messen und andererseits, um die exakte Position des Fokus zu bestimmen. Mittels der zuletzt genannten Möglichkeit kann eine Regelung der Fokusposition erfolgen. Hierzu wird von einem Rechner (nicht dargestellt) erfaßt, welche Detektorelemente zu einem gegebenen Zeitpunkt von dem Strahlenbündel S getroffen werden und welche nicht getroffen werden. Aufgrund der geometrischen Anordnung von Strahlenquelle 1, Strahlenblende 2 und Detektorsystem 4 be­ stimmt der Rechner die augenblickliche Position des Fokus F und korrigiert diese gegebenenfalls, beispielsweise durch Be­ einflussung der Mittel 14 zur Ablenkung des Elektronenstrahls wie in der Fig. 3 veranschaulicht.

Im Falle der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele handelt es sich um CT-Geräte der dritten Generation, d. h. die Röntgenstrahlenquelle und der Detektor rotieren während der Bilderzeugung gemeinsam um die Systemachse. Die Erfindung kann aber auch bei CT-Geräten der vierten Generation, bei de­ nen nur die Röntgenstrahlenquelle rotiert und mit einem fest­ stehenden Detektorring zusammenwirkt, Verwendung finden.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen die medizinische Anwendung von erfindungsgemäßen CT-Geräten. Die Erfindung kann jedoch auch außerhalb der Medizin, bei­ spielsweise bei der Gepäckprüfung oder bei der Materialunter­ suchung, Anwendung finden.

Claims (14)

1. CT-Gerät mit einer Strahlenquelle (1), welche zur Abta­ stung eines Untersuchungsobjekts (3) um eine Systemachse (8) verlagerbar ist und einen Fokus (F) aufweist, von dem ein Strahlenbündel (S) ausgeht, das auf ein Detektorsystem (4) trifft, wobei während der Abtastung der Fokus (F) relativ zum Gehäuse der Strahlenquelle (1) periodisch wenigstens zwei un­ terschiedliche z-Positionen (F(Z1), F(Z2)) längs der System­ achse (8) einnimmt zum Erzeugen von in z-Richtung versetzten Projektionen.

2. CT-Gerät nach Anspruch 1, wobei der Fokus (F) relativ zum Gehäuse der Strahlenquelle (1) schlagartig von einer ersten z-Position (F(Z1)) in eine zweite z-Position (F(Z2)) über­ führbar ist.

3. CT-Gerät nach Anspruch 1, wobei der Fokus (F) relativ zum Gehäuse der Strahlenquelle (1) in einer kontinuierlichen Be­ wegung von einer ersten z-Position (F(Z1)) in eine zweite z- Position (F(Z2)) überführbar ist.

4. CT-Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur schichtwei­ sen Abtastung eines Untersuchungsobjekts (3), wobei die vom Fokus (F) an zwei unterschiedlichen z-Positionen (F(Z1), F(Z2)) ausgehenden Strahlenbündel (S(Z1), S(Z2)) auf der Sy­ stemachse (8) wenigstens im wesentlichen um eine halbe Schichtdicke (d) in Richtung der Systemachse (z-Richtung) oder ein Vielfaches davon versetzt sind.

5. CT-Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei während der Abtastung der Fokus (F) relativ zum Gehäuse der Strahlen­ quelle (1) periodisch wenigstens zwei unterschiedliche Posi­ tionen (F(Z1, ϕ1), F(Z1, ϕ2))in Drehrichtung der Strahlen­ quelle (ϕ-Richtung) einnimmt.

6. CT-Gerät nach Anspruch 5, wobei die Positionen des in eine Ebene projizierten Fokus ein Rechteck, ein Trapez oder eine Sinus-Funktioh beschreiben.

7. CT-Gerät nach Anspruch 5 oder 6, wobei die vom Fokus an zwei relativ zum Gehäuse der Strahlenquelle unterschiedlichen ϕ-Positionen (F(Z1, ϕ1), F(Z1, ϕ2)) ausgehenden Strahlenbün­ del (S(Z1), S(Z2)) auf der Systemachse (8) wenigstens im we­ sentlichen um die Hälfte der Erstreckung eines Detektorele­ ments (7) in Drehrichtung der Strahlenquelle versetzt sind.

8. CT-Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einer Rönt­ genröhre als Strahlenquelle, die wenigstens eine Elektronen­ strahlenquelle (12), eine Drehanode (15) sowie Mittel (14) zur Ablenkung des Elektronenstrahls (13) zum Verlagern des Fokus (F) relativ zum Gehäuse der Strahlenquelle (1) in un­ terschiedliche Positionen (F(Z1), F(Z2)) längs der System­ achse (8) aufweist.

9. CT-Gerät nach Anspruch 8 mit wenigstens zwei Elektronen­ strahlenquellen (12, 12'), wobei von diesen erzeugte Elektro­ nenstrahlen (13, 13') relativ zum Gehäuse der Röntgenröhre in unterschiedlichen z-Positionen längs der Systemachse (8) auf die Drehanode (15) treffen.

10. CT-Gerät nach Anspruch 9, wobei zu jedem Zeitpunkt im we­ sentlichen nur der Elektronenstrahl (13, 13') einer Elektro­ nenstrahlenquelle (12, 12') auf die Drehanode (15) trifft und weitere Elektronenstrahlenquellen abgeschaltet sind oder die von diesen erzeugten Elektronenstrahlen abgelenkt sind.

11. CT-Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Drehanode (15) in radialer Richtung abgestuft ist und der Fo­ kus (F) durch das Auftreffen von Elektronenstrahlen (13, 13') auf unterschiedliche Stufen der Drehanode (15) unterschiedli­ che z-Positionen längs der Systemachse (8) relativ zum Ge­ häuse der Röntgenröhre einnimmt.

12. CT-Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein von wenigstens einem Fokus (F) ausgebendes Strah­ lenbündel (S) das Detektorsystem (4) nur teilweise ausleuch­ tet und ein nicht direkt von dem Strahlenbündel (S) getroffe­ ner Bereich des Detektorsystems zur Messung von Streustrah­ lung verwendbar ist.

13. CT-Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein von wenigstens einem Fokus (F) ausgehendes Strah­ lenbündel (S) das Detektorsystem (4) nur teilweise ausleuch­ tet und ein nicht direkt von dem Strahlenbündel (S) getroffe­ ner Bereich des Detektorsystems zur Bestimmung der Fokusposi­ tion relativ zum Gehäuse der Strahlenquelle (1) verwendbar ist.

14. Verfahren zur Abtastung eines Untersuchungsobjekts mit­ tels eines CT-Geräts mit einer Strahlenquelle (1), welche um eine Systemachse (8) verlagerbar ist und einen Fokus (F) auf­ weist, von dem ein Strahlenbündel (S) ausgeht, das auf ein Detektorsystem (4) trifft, wobei während der Abtastung der Fokus (F) relativ zum Gehäuse der Strahlenquelle (1) peri­ odisch zwischen wenigstens zwei unterschiedlichen z-Positio­ nen längs der Systemachse verlagert wird.