DE102007051306A1 - Stray radiation collimator for use in radiation detector unit of tomography device i.e. x-ray computer tomography device, has holding elements arranged such that absorber surfaces of adjacent absorber elements are turned towards each other - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Streustrahlungskollimator, eine Strahlungsdetektoreinheit mit Streustrahlungskollimator sowie eine Tomografieeinrichtung, insbesondere eine Röntgen-Computertomografieeinrichtung.The The invention relates to a scattered radiation collimator, a radiation detector unit with scattered radiation collimator and a tomography device, in particular an X-ray computed tomography device.
Bei der Transmission von Röntgen- oder Gammastrahlung, im Folgenden auch kurz Strahlung genannt, durch ein mittels der Strahlung zu untersuchendes Objekt entsteht durch Wechselwirkung der Strahlung mit dem Objekt bekanntermaßen Streustrahlung. Bei Untersuchungen, z. B. bei der Röntgen-Computertomografie, ist diese Streustrahlung unerwünscht, da diese zu Artefakten in aus aufgenommenen Schwächungswerten rekonstruierten Bildern führt.at the transmission of X-ray or gamma radiation, also called radiation for short in the following an object to be examined by means of the radiation is formed by Interaction of the radiation with the object known to be scattered radiation. In investigations, for. B. in X-ray computed tomography is this scattered radiation undesirable, as these reconstructed into artifacts from recorded attenuation values Pictures leads.
Zur Unterdrückung dieser unerwünschten Streustrahlung kommen für Strahlungsdetektoren bei Transmissions-Tomografieeinrichtungen, wie z. B. Röntgen-Computertomografen, sog. Streustrahlungskollimatoren zum Einsatz, welche dem Strahlungsdetektor in Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung vorgeschaltet sind. Bei Röntgen-Computertomografen mit einer Röntgenquelle und einem Strahlungsdetektor zur Erfassung von der Röntgenquelle erzeugter Röntgenstrahlung besteht ein derartiger Streustrahlungskollimator in der Regel aus einer Vielzahl von, vorzugsweise auf den Fokus der Röntgenquelle ausgerichteten, d. h. konfokalen, Streustrahlungsabsorberelementen. Die Streustrahlungsabsorberelemente können aus einem die Streustrahlung ausreichend stark absorbierenden Material, wie z. B. aus Metallen wie Blei, Wolfram und dgl., hergestellt sein, und sind in diesem Zusammenhang auch als Kollimatorbleche bekannt.to suppression this unwanted scattered radiation come for Radiation detectors in transmission tomography equipment, such as B. X-ray computed tomography, so-called stray radiation collimators which are used for the radiation detector in the direction of incidence of the X-radiation upstream. For X-ray CT scanners with an X-ray source and a radiation detector for detecting generated by the X-ray source X-rays As a rule, such a scattered radiation collimator is made a plurality of, preferably to the focus of the X-ray source aligned, d. H. confocal, scattered radiation absorber elements. The scattered radiation absorber elements can be sufficient for scattered radiation highly absorbent material, such as. From metals such as lead, Tungsten and the like, and are in this context Also known as Kollimatorbleche.
Da die Kollimatorbleche dem Strahlungsdetektor vorgeschaltet sind und in Einfallsrichtung der Strahlung einen von Null verschiedenen Absorptionsquerschnitt aufweisen, absorbieren diese auch einen Teil der nicht gestreuten Strahlung. D. h. die Kollimatorbleche schatten den Strahlungsdetektor ab. Um die Abschattung und damit verbundene Artefakte zumindest zu verringern sollten die Kollimatorbleche eine besonders gleichmäßige Dicke und hohe Planizität aufweisen. Die Dicke der Kollimatorbleche liegt bei der röntgen-computertomografisch medizinischen Bildgebung in der Größenordnung von 100 Mikrometern.There the Kollimatorbleche the radiation detector are connected upstream and in the direction of incidence of the radiation a non-zero absorption cross section These also absorb some of the non-scattered Radiation. Ie. the collimator sheets shadow the radiation detector from. To the shading and related artifacts at least To reduce the collimator plates should have a particularly uniform thickness and high planicity exhibit. The thickness of the collimator plates is by X-ray computed tomography medical imaging on the order of 100 microns.
Die Herausforderung bei der Herstellung derartig filigraner Kollimatorbleche liegt darin, bei kleinstmöglicher Dickentoleranz, hoher Planizität gleichzeitig eine hohe mechanische Stabilität zu gewährleisten. Hohe Dickentoleranzen, geringe Planizität und/oder geringe mechanische Stabilität erhöhen, wie bereits erwähnt, die Wahrscheinlichkeit abschattungsbedingter Artefakte. Diese Herausforderung gewichtet umso mehr, als bei Röntgen-Computertomografieeinrichtungen, bei kreis- oder spiralförmiger Abtastung des Objekts nicht unerhebliche Beschleunigungskräfte auf die Kollimatorbleche wirken. Die gestellten Anforderungen an die Kollimatorbleche bedingen einen hohen Herstellungsaufwand und damit einhergehend vergleichsweise hohe Herstellungskosten.The Challenge in the production of such filigree Kollimatorbleche lies in it, with the smallest possible Thickness tolerance, high planicity at the same time a high mechanical stability to ensure. High thickness tolerances, low planicity and / or low mechanical stability raise, like already mentioned, the probability of shading artifacts. This challenge weighted even more so than in X-ray computer tomography facilities, in circular or spiral Scanning the object considerable acceleration forces the collimator plates act. The requirements of the Kollimatorbleche require a high production cost and associated comparatively high production costs.
Zwar ist es bei sog. Kacheldetektoren, bei welchen Detektormodule kachelartig bzw. matrixartig nebeneinander angeordnet sind, zur Vermeidung von Stabilitätsproblemen überlanger Streustrahlungsabsorberelemente bekannt, jedes Kachel-Detektormodul mit einem separaten Streustrahlungskollimatormodul zu versehen. Jedoch erfordert dieser Aufbau einen vergleichsweise hohen Positionieraufwand, da jede Streustrahlungseinheit separat zum jeweiligen Detektormodul und anschließend die Detektormodule zueinander positioniert werden müssen.Though it is in so-called tile detectors, in which detector modules tiled or arranged in a matrix next to each other, to avoid stability problems overlong Stray radiation absorber elements known, each tile detector module with to provide a separate stray radiation collimator module. however this structure requires a comparatively high positioning effort, since each scattered radiation unit is separate from the respective detector module and subsequently the detector modules must be positioned to each other.
Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der Erfindung die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Streustrahlungskollimator mit mechanisch be sonders stabilen Streustrahlungsabsorberelementen bereitgestellt werden, und welcher besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist, und in einfacher Weise auf einem Strahlungsdetektor positioniert werden kann. Ein weiteres Ziel besteht in der Bereitstellung einer Strahlungsdetektoreinheit und einer Tomografieeinrichtung, welche die gestellte Aufgabe implizit lösen.outgoing It is an object of the invention, the disadvantages of the prior art to eliminate the technology. In particular, it is intended to be a stray radiation collimator with mechanically particularly stable scattered radiation absorber elements be provided, and which particularly simple and inexpensive to produce is, and easily positioned on a radiation detector can be. Another object is to provide a radiation detector unit and a tomography device implicitly fulfilling the stated task to solve.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1, 7 und 9. Ausgestaltungen ergeben sich in Kombination mit weiteren Merkmalen der Ansprüche 2 bis 6 und 8.These Task is solved by the features of the claims 1, 7 and 9. Embodiments result in combination with others Features of the claims 2 to 6 and 8.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Streustrahlungskollimator für Röntgen- oder Gammadetektoren. Der erfindungsgemäße Streustrahlungskollimator umfasst eine Halterung für eine Vielzahl von Streustrahlungsabsorberelementen. Die Streustrahlungsabsorberelemente können im Grunde aus einem beliebigen Material oder einer beliebigen Materialzusammensetzung hergestellt sein, welches/welche geeignet ist, Röntgen- bzw. Gamma-Streustrahlung bei gegebener Dicke der Streustrahlungsabsorberelemente, zumindest derart zu absorbieren, dass streustrahlungsbedingte Artefakte weitgehend vermieden werden können. Röntgen- oder Gammastrahlung wird im Folgenden, sofern keine explizite Differenzierung erfolgt, auch kurz mit Strahlung bezeichnet.One The first aspect of the invention relates to a stray radiation collimator for X-ray or gamma detectors. The scattered radiation collimator according to the invention includes a holder for a plurality of stray radiation absorber elements. The scattered radiation absorber elements can basically made of any material or material composition be prepared, which / which is suitable, X-ray or gamma-scattered radiation for a given thickness of the stray radiation absorber elements, at least absorb so much that stray radiation-related artifacts largely can be avoided. X-ray or Gamma radiation is hereafter, unless explicit differentiation takes place, also briefly referred to as radiation.
Im Falle der medizinischen Bildgebung sollten die Streustrahlungsabsorberelemente zumindest ein derartiges Absorptionsvermögen aufweisen, dass diagnostische Bildqualitäten nicht über Maß beeinträchtigt werden. Das bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass streustrahlungsbedingte Artefakte zumindest derart unterdrückt werden können, dass diese den diagnostischen Aussagegehalt eines rekonstruierten tomografischen Bilds oder einer tomografischen Darstellung nicht maßgeblich schmälern.In the case of medical imaging, the scattered radiation absorber elements should have at least such an absorptivity that diagnostic image qualities do not exceed dimensionality be accused. In the present context, this means that scattered artifacts can be suppressed at least in such a way that they do not significantly diminish the diagnostic meaning of a reconstructed tomographic image or a tomographic image.
Als Materialien und Materialzusammensetzungen für die Streustrahlungsabsorberelemente seien beispielhaft, und ohne Ein schränkung der Allgemeinheit erwähnt, Metalle, wie z. B. Wolfram, mit metallischen – oder allgemein mit strahlungsabsorbierenden – Partikeln gefüllte Trägermaterialien, usw.When Materials and material compositions for the scattered radiation absorber elements are by way of example and without limitation mentioned to the general public, Metals, such as As tungsten, with metallic - or generally with radiation-absorbing - particles filled Support materials etc.
Die Streustrahlungsabsorberelemente sind beim Streustrahlungskollimator der vorliegenden Erfindung in einer ersten und einer dazu im Wesentlichen senkrechten zweiten Richtung angeordnet. Dabei umfasst die Halterung in zweiter Richtung zumindest ein erstes und ein dazu benachbartes zweites Segment. Das erste und zweite Segment weisen jeweils mehrere Halteelemente zum Haltern jeweils eines der Streustrahlungsabsorberelemente auf.The Stray radiation absorber elements are in the stray radiation collimator of the present invention in a first and one substantially vertical second direction. The holder includes in the second direction at least a first and an adjacent thereto second segment. The first and second segments each have several Holding elements for holding in each case one of the scattered radiation absorber elements on.
Die Halteelemente sind derart angeordnet sind, dass in erster Richtung Absorberflächen zweier benachbarter Streustrahlungsabsorberelemente des gleichen Segments einander zugewandt sind und in zweiter Richtung jeweils zwei Streustrahlungsabsorberelemente benachbarter, verschiedener Segmente im Wesentlichen äquiplanar hintereinander angeordnet sind. Einander zugewandt schließt mit ein, dass die Streustrahlungsabsorberelemente im Wesentlichen parallel und/oder konfokal auf einen Fokus einer Strahlungsquelle ausgerichtet sind.The Retaining elements are arranged such that in the first direction absorber surfaces two adjacent scattered radiation absorber elements of the same Segments are facing each other and in the second direction respectively two scattered radiation absorber elements of adjacent, different Segments essentially equi-planar arranged one behind the other. Facing each other, in that the stray radiation absorber elements are substantially parallel and / or confocal aligned to a focus of a radiation source are.
Im Vergleich zu einem Streustrahlungskollimator mit einer nicht segmentierten Halterung können bei dem erfindungsgemäßen Streustrahlungskollimator unter der Voraussetzung gleicher Länge der Halterung in zweiter Richtung mehrere, zumindest jedoch zwei, Streustrahlungsabsorberelemente äquiplanar in deren Längsrichtung hintereinander angeordnet werden. Das bedeutet, dass die Länge der Streustrahlungsabsorberelemente in zweiter Richtung kürzer gewählt werden kann. Kürzere Streustrahlungsabsorberelemente können für die im vorliegenden technischen Zusammenhang erforderlichen Dickentoleranzen und erforderliche Planizität und Stabilität mit erheblich geringerem Herstellungsaufwand gefertigt werden. Ferner sind filigrane Strukturen, wie die Streustrahlungsabsorberelemente, mit abnehmender Länge weniger anfällig gegen äußere mechanische Einwirkungen, wie Beschleunigungskräfte, Unwuchten oder Schwingungen. Das bedeutet, dass einhergehend mit der einfacheren Herstellung, und damit verbundenen geringeren Herstellungskosten, eine den jeweiligen Anforderungen gerecht werdende, besonders hohe mechanische Stabilität erreicht werden kann.in the Comparison to a stray radiation collimator with a non-segmented Bracket can in the scattered radiation collimator according to the invention provided the same length of the holder in the second Direction several, but at least two, scattered radiation absorber elements equi-planar in the longitudinal direction be arranged one behind the other. This means that the length of the stray radiation absorber elements shorter in the second direction chosen can be. shorter Streustrahlungsabsorberelemente can for the present in the technical Associated required thickness tolerances and required planicity and stability with significant be manufactured less expensive production. Furthermore, filigree Structures, such as the stray radiation absorber elements, with decreasing Less length susceptible against external mechanical Actions such as acceleration forces, imbalances or vibrations. This means that, along with the simpler manufacturing, and associated lower production costs, one the respective Meets requirements, particularly high mechanical stability can be.
Die erfindungsgemäß segmentierte Halterung eignet sich insbesondere für Strahlungsdetektoren, bei welchen mehrere in zweiter Richtung hintereinander gelegene Detektormodule angeordnet sind. Es können trotz der in diesem Falle vergleichsweise großen zu überspannenden Länge Abschattungseffekte vermieden. Mehrere hintereinander gelegene Detektormodule kommen beispielsweise bei modernen Röntgen-Computertomografieeinrichtungen vor, deren Strahlungsdetektor/en mehrere in zwei Dimensionen kachel- bzw. matrixartig angeordnete Detektormodule umfasst/en.The segmented according to the invention Holder is particularly suitable for radiation detectors, in which several in the second direction one behind the other detector modules are arranged. It can despite the in this case comparatively large to be spanned length shading effects avoided. Several detector modules located one behind the other come For example, in modern X-ray computer tomography facilities whose radiation detector (s) are tiling several in two dimensions or matrix-like detector modules comprises / s.
Bei Röntgen-Computertomografieeinrichtungen wird ein Untersuchungsobjekt in der Regel kreis- oder spiralförmig abgetastet, wobei sich Röntgenröhre und Strahlungsdetektoreinheit um eine Systemachse drehen. Die Richtung der Systemachse wird allgemein als z-Richtung bezeichnet, während die Richtung azimutal zur Systemachse als phi-Richtung (φ-Richtung) bezeichnet wird. Die vorgenannten Strahlungsdetektoreinheiten weisen also in phi- und in z-Richtung jeweils mehrere nebeneinander angeordnete Detektormodule auf. Wird – ohne Einschränkung der Allgemeinheit – die erste Richtung mit der phi-Richtung und die zweite Richtung mit der z-Richtung identifiziert, so kann der Streustrahlungskollimator gemäß der Erfindung mehrere Detektormodule in z-Richtung brückenartig überspannen. Dabei kann durch die Segmentierung der Halterung in z-Richtung die Länge der einzelnen Streustrahlungsabsorberelemente deutlich verkürzt werden, was – verglichen mit einem Streustrahlungskollimator ohne Segmentierung – einen erheblichen Stabilitätsgewinn mit sich bringt.at X-ray computer tomography equipment if an examination object is usually scanned in a circle or in a spiral, being X-ray tube and Turn the radiation detector unit around a system axis. The direction The system axis is commonly referred to as the z direction, while the direction azimuthal to the system axis as phi direction (φ direction) is called. The aforesaid radiation detector units therefore have phi and in the z-direction in each case a plurality of juxtaposed detector modules on. Will - without restriction the general public - the first direction with the phi direction and the second direction with identifies the z-direction, then the scattered radiation collimator according to the invention span several detector modules in the z-direction like a bridge. It can by the segmentation of the bracket in z-direction the length of individual scattered radiation absorber elements are significantly shortened, what - compared with a stray radiation collimator without segmentation - one considerable stability gain brings with it.
Gegenüber den eingangs genannten Kachelkollimatoren, welche für jede Detektormodul-Kachel ein separates Streustrah lungskollimatormodul aufweisen, entfällt bei Verwendung des erfindungsgemäßen Streustrahlungskollimators das Erfordernis der jeweils separaten, paarweisen Ausrichtung und Positionierung von Detektormodul und Streustrahlungskollimatormodul. Stattdessen kann der erfindungsgemäße Streustrahlungskollimator in einem einzigen Positionierschritt mehrere in zweiter Richtung hintereinander gelegene Detektormodule brückenartig überspannend positioniert werden. Das Verringert die Anzahl der Positionierschritte und vereinfacht damit insgesamt die Positionierung des Streustrahlungskollimators bezüglich der Detektormodule. Letzteres kann im Übrigen auch zu einer nicht unerheblichen Verringerung der Herstellungskosten für die Strahlungsdetektoreinheit beitragen.Compared to the Kachelkollimatoren mentioned above, which for each detector module tile have a separate scattered lungskollimatormodul, is omitted Use of the scattered radiation collimator according to the invention the requirement of each separate, paired alignment and positioning of detector module and stray radiation collimator module. Instead can the scattered radiation collimator according to the invention in a single positioning step several in the second direction one behind the other detector modules are positioned bridging spanning. This reduces the number of positioning steps and simplifies so that overall the positioning of the scattered radiation collimator in terms of the detector modules. By the way, the latter can not be one too insignificant reduction in manufacturing costs for the radiation detector unit contribute.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Strahlungsdetektoreinheit für Röntgen- oder Gammastrahlung, umfassend zumindest eine Detektormodulreihe mit mehreren zumindest in einer Reihe zueinander benachbart angeordneten Detektormodulen und einen in Strahlungseinfallsrichtung der Detektormodulreihe vorgeschalteten, die Detektormodulreihe in zweiter Richtung brückenartig überspannenden erfindungsgemäßen Streustrahlungskollimator. Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Tomografieeinrichtung, insbesondere eine Röntgen-Computertomografieeinrichtung, umfassend eine erfindungsgemäße Strahlungsdetektoreinheit. Aus den Ausführungen zum erfindungsgemäßen Streustrahlungskollimator geht hervor, dass die zu Grunde liegende Aufgabe auch durch die Gegenstände nach dem zweiten und dritten Aspekt der Erfindung gelöst wird. Weitere Vorteile und vorteilhafte Wirkungen des zweiten und dritten Aspekts der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungen zum ersten Aspekt der Erfindung.A second aspect of the invention relates to a radiation detector unit for X-ray or gamma radiation, comprising at least one series of detector modules with a plurality of detector elements arranged at least in a row adjacent to each other and a radiation detector in the direction of the detector module row upstream, the detector module row in the second direction like a bridge spanning the inventive scattered radiation collimator. A third aspect of the invention relates to a tomography device, in particular an X-ray computed tomography device, comprising a radiation detector unit according to the invention. From the comments on the scattered radiation collimator according to the invention, it is apparent that the underlying object is also achieved by the objects according to the second and third aspects of the invention. Further advantages and advantageous effects of the second and third aspects of the invention will become apparent from the statements to the first aspect of the invention.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren Vorteile und vorteilhafte Wirkungen anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:following Be exemplary embodiments of Invention and its advantages and advantageous effects based on Figures closer explained. Show it:
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente durchwegs mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht zwingend maßstabsgetreu, wobei Maßstäbe zwischen den Figuren variieren können. Auf die Röntgen-Computertomografieeinrichtung und die Strahlungsdetektoreinheit wird im Folgenden und ohne Einschränkung der Allgemeinheit nur insoweit eingegangen als es zum Verständnis der Erfindung als erforderlich erachtet wird.In the figures are the same or functionally identical elements throughout denoted by the same reference numerals. The representations in the Figures are schematic and not necessarily to scale, with scales between can vary the figures. On the X-ray computer tomography device and the radiation detector unit is hereinafter and without limitation Generality only insofar received as to the understanding of Invention is considered necessary.
Die
Röntgendetektoreinheit
Bei
den Detektormodulen
Beim
Durchtritt der Röntgenstrahlung
Zur
Unterdrückung
der Streustrahlung
Im
konkreten Ausführungsbeispiel
ist – ohne Beschränkung der
Allgemeinheit – für jede,
in Richtung der Systemachse
Es
wird ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass die folgenden Ausführungen – zumindest analog – auch dann
gelten, wenn eine Detektormodulreihe in azimutaler Richtung
Die
Halterung
Jedes
Segment
Die
Ausnehmungen
Das
erste
In
den Erhebungen
Ferner
ist im konkreten Ausführungsbeispiel jedem
Detektormodul
Wie
insbesondere aus
Die
Form und Anzahl der Ausnehmungen
Durch
die segmentierte Ausbildung des Streustrahlungskollimators
Abgesehen
davon können
die gesamte Detektormodulreihe
Ferner
können
kürzere
Streustrahlungsabsorberelemente
Beispielhaft
sei erwähnt,
dass die Streustrahlungsabsorberelemente
Schließlich sein
noch erwähnt,
dass die Halterung
Die
Erfindung wurde vorgehend anhand einer Röntgen-Computertomografieeinrichtung
Insbesondere gestützt durch die Ausführungsbeispiele wird deutlich, dass die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe durch den erfindungsgemäßen Streustrahlungskollimator, durch die erfindungsgemäße Strahlungsdetektoreinheit und Tomografieeinrichtung gelöst wird.Especially supported through the embodiments It is clear that the task underlying the invention by the scattered radiation collimator according to the invention, by the radiation detector unit according to the invention and tomography device solved becomes.
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