-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines 2D-Kollimatorelements
für einen Strahlendetektor sowie ein 2D-Kollimatorelement.
-
Kollimatoren
werden beispielsweise bei der Bildgebung mit einem Röntgengerät,
z. B. einem Computertomographiegerät zur Untersuchung eines Patienten,
eingesetzt. Das Computertomographiegerät weist ein an einer
Gantry angeordnetes Röntgensystem mit einer Röntgenquelle
und einem Röntgendetektor auf. Der Röntgendetektor
ist in der Regel aus einer Vielzahl von Detektormodulen aufgebaut, welche
linear oder zweidimensional aneinander gereiht sind. Jedes Detektormodul
des Röntgendetektors umfasst beispielsweise ein Szintillatorarray
und ein Photodiodenarray, welche zueinander ausgerichtet sind. Die
zueinander ausgerichteten Elemente des Szintillatorarrays und des
Photodiodenarrays bilden die Detektorelemente des Detektormoduls.
Die auf das Szintillatorarray auftreffende Röntgenstrahlung
wird in Licht umgewandelt, welches von dem Photodiodenarray in elektrische
Signale umgewandelt wird. Die elektrischen Signale bilden den Ausgangspunkt
der Rekonstruktion eines Bildes eines mit dem Computertomographiegerät
untersuchten Objekts oder Patienten.
-
Die
von der Röntgenquelle ausgehende Röntgenstrahlung
wird im Objekt gestreut, so dass neben den Primärstrahlen
der Röntgenquelle auch Streustrahlen, sog. Sekundärstrahlen,
auf den Röntgendetektor auftreffen. Diese Streustrahlen
verursachen ein Rauschen des Röntgenbildes und verringern
daher die Erkennbarkeit der Kontrastunterschiede im Röntgenbild.
Zur Reduzierung von Streustrahlungseinflüssen ist über
jedem Szintillatorarray ein röntgenabsorbierender Kollimator
angeordnet, der bewirkt, dass nur Röntgenstrahlung einer
bestimmten Raumrichtung auf das Szintillatorarray gelangt. Auf diese Weise
können Bildartefakte reduziert und bei gegebenem Kontrast
zu Rauschverhältnis die einem Patienten applizierte Röntgendosis
signifikant reduziert werden.
-
Bisher
werden in einem Computertomographiegerät hauptsächlich
sogenannte 1D-Kollimatoren verwendet, die aus einer Vielzahl von
in φ-Richtung hintereinander angeordneten Kollimatorblechen aufgebaut
sind. Die Kollimatorbleche sind dabei auf den Röntgenfokus
ausgerichtet und ermöglichen eine Unterdrückung
von Streustrahlung in φ-Richtung, d. h. in der Richtung
einer Rotation der Gantry. Die Kollimatorbleche sind aus Wolfram
hergestellt und müssen zur mechanischen Stabilisierung
in einer Trägermechanik verklebt werden.
-
Bei
einer Vergrößerung des Röntgendetektors
in z-Richtung, d. h. in Richtung der Patientenachse, und bei Dual-Source-Systemen,
bei denen zwei in einer Messebene um einen festen Winkel in φ-Richtung
versetzt angeordnete Aufnahmesysteme zur Erfassung von Projektionen
zeitgleich betrieben werden, ist eine zusätzliche Kollimierung
auch in z-Richtung erforderlich. Ein derartiger, zweidimensionaler
Kollimator, abgekürzt 2D-Kollimator, ist z. B. in der
US 7,362,894 B2 oder
in der
DE 10 2005
044 650 A1 beschrieben. Dabei wird es mit zunehmender Breite
des Detektors immer schwieriger, die gitterartige Trägermechanik
mit ausreichender Genauigkeit und Festigkeit zu fertigen, um die
Bleche in Position zu halten. Zur Erzielung einer hohen Genauigkeit
und Festigkeit eines 2D-Kollimators ist weiterhin ein Herstellungsverfahren
bekannt, bei dem eine Polymer-Verbindung mit Metallanteil in einer
gitterartigen zweidimensionalen Form zum Aushärten gebracht wird.
Hierbei besteht jedoch der Nachteil, dass die Kollimierwirkung der
aufgebauten Stege aufgrund des begrenzten Füllgrades der
Verbindung mit Metall, welcher typischerweise bei 50% liegt, deutlich
reduziert ist.
-
Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Herstellung eines 2D-Kollimatorelements so auszugestalten, dass ein
gefertigtes 2D-Kollimatorelement eine hohe Genauigkeit und Festigkeit
aufweist, und dass die Voraussetzungen für eine hohe Reduktion
von Streustrahlung geschaffen werden. Darüber hinaus ist
es Aufgabe der Erfindung, ein 2D-Kollimatorelement so auszugestalten,
dass es die genannten Eigenschaften aufweist.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Herstellung eines 2D-Kollimatorelements für
einen Strahlendetektor gemäß den Merkmalen des
unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein 2D-Kollimatorelement
gemäß den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind jeweils
Gegenstand der Unteransprüche.
-
Bei
dem erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
eines 2D-Kollimatorelements für einen Strahlendetektor
werden mittels einer Rapid Manufacturing Technik schichtweise sich überkreuzende Stege
aus einem strahlenabsorbierendem Material ausgebildet, welche entlang
einer φ- und einer z-Richtung ausgerichtet sind und eine
zellenförmige Struktur mit zumindest im Innenbereich des
2D-Kollimatorelements seitlich umschlossenen Strahlungskanälen
bilden.
-
Die
sogenannte Rapid Manufacturing Technik ist ein schnelles Fertigungsverfahren,
bei dem ein Bauteil schichtweise aus pulverförmigem Material unter
Nutzung physikalischer und/oder chemischer Effekte aufgebaut wird.
Bei jedem Fertigungsschritt kann eine neue Schicht selektiv, sehr
präzise und dünn auf die bestehende Struktur aufgebracht
werden, so dass die Stege des 2D-Kollimatorelements sowohl in ihrer
Breite, Höhe und Position mit sehr hoher Genauigkeit herstellbar
sind. Die Fertigung erfolgt dabei auf Basis von Schichtdaten, die
unmittelbar aus 3D-Oberflächendaten, so wie sie bei CAD-Systemen
vorliegen, auf einfache Weise erzeugbar sind. Das auf diese Weise
gefertigte 2D-Kollimatorelement ist dabei ein einstückiges
Bauteil und nicht eine Zusammensetzung aus mehreren einzelnen Blechen.
Es weist daher eine besonders hohe Festigkeit auf.
-
Als
strahlenaborbierendes Material wird ein metallisches Pulver ohne
Zusatz eines Binders eingesetzt, so dass der Füllgrad der
Stege mit Metall nahezu 100% beträgt und eine sehr wirksame
Kollimierung erzielbar ist.
-
Als
Rapid Manufacturing Technik wird vorzugsweise ein selektives Laserschmelzen
(Selective Laser Melting, SLM) eingesetzt. Bei dieser Technik wird
das 2D-Kollimatorelement nach dem Schichtaufbauprinzip über
die Belichtung einzelner Schichten mit einem Laser, beispielsweise
mit einem Faserlaser, welcher eine Laserleistung von ca. 100 bis
1000 Watt aufweist, dreidimensional aufgebaut. Durch die gute Fokussierbarkeit
der Laserstrahlung ist es möglich, den Lasersinterprozess
selektiv auf kleine Flächen zu beschränken, so
dass auch sehr feine Stege im Bereich von 50 bis 300 μm,
vorzugsweise von 80 μm, herstellbar sind. Durch die Möglichkeit
einer schnellen Ablenkung eines Laserstrahls kann die Herstellzeit
gegenüber den bekannten Herstellverfahren, bei denen Polymerverbindungen
ausgehärtet werden, erheblich reduziert werden.
-
Als
strahlenabsorbierendes Material wird in einer ersten vorteilhaften
Ausführung Molybdän oder eine molybdänhaltige
Legierung eingesetzt. Molybdän besitzt die Ordnungszahl 42 und
ist daher gut für die Absorption von Streustrahlen geeignet.
Ein besonderer Vorteil ist jedoch darin zu sehen, dass Molybdän
im Vergleich zu anderen zum Aufbau eines Kollimators geeigneten
Stoffen einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt bei ca. 2600°C
aufweist. Dadurch vereinfacht sich der Herstellungsaufwand. Beispielsweise
werden in einem Laser-Schmelz-Prozess aufgrund der niedrigeren Prozesstemperaturen geringere
Laserleistungen benötigt. Solche Leistungen sind mit vergleichsweise
kostengünstigen Lasern erzielbar.
-
Ein
weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass Molybdän eine
zu den anderen Stoffen vergleichsweise geringe Wärmeleitfähigkeit
von 139 W/(m·K) besitzt. Dadurch sind besonders dünne
Wandstrukturen des 2D-Kollimatorelementes herstellbar, da sich die
durch den Laser eingebrachte Wärme nicht so schnell zur
Seite hin ausbreitet. Strukturen des Kollimatorelementes lassen
sich somit sehr gezielt mit hoher Genauigkeit aufbauen.
-
Aufgrund
der vergleichsweise geringen Dichte von 10,28 g/cm3 reduziert
sich darüber hinaus bei gleicher Baugröße
auch das Bauteilgewicht in entsprechender Weise. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn derartige 2D-Kollimatorelemente für den
Aufbau eines Strahlendetektors in einem Computertomographiegerät
eingesetzt werden. Hierdurch reduzieren sich nämlich die
bei Rotation der Gantry maximal auftretenden Fliehkräfte,
die durch entsprechende, für den Kollimator vorgesehene
Träger- oder Haltestrukturen aufgenommen werden müssen.
Somit vereinfacht sich der Aufwand zur Herstellung einer mechanischen
Verbindung zwischen dem Kollimator und dem Strahlendetektor.
-
Darüber
hinaus ist Molybdän vergleichsweise günstig und
leicht verfügbar, so dass durch den Einsatz von Molybdän
der Kostenaufwand für einen Kollimator reduziert wird.
-
Die
oben genannten Vorteile sind ebenfalls dann gegeben, wenn als strahlenabsorbierendes Material
eine molybdänhaltige Legierung eingesetzt wird. Durch zusätzliche
Legierungselemente lassen sich insbesondere die mechanischen Eigenschaften und
physikalischen Eigenschaften, beispielsweise die Absorptionseigenschaften
gegenüber Röntgenstrahlung, gezielt auf die vorliegende
Situation optimal anpassen.
-
Als
strahlenabsorbierendes Material wird weiterhin vorzugsweise Wolfram,
Tantal oder eine Legierung mit den Bestandteilen Wolfram und/oder Tantal
eingesetzt. Diese Metalle sind ebenso wie Molybdän ohne
Einsatz eines zusätzlichen Binders beim Laserschmelzen
einsetzbar, so dass der Füllgrad der Stege mit Metall nahezu
100% beträgt und dadurch eine sehr wirkungsvolle Kollimierung
bewirkt wird.
-
Die
Breite der Stege mit φ- und/oder mit z-Ausrichtung werden
in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ausgehend von
der Oberseite in Richtung der Unterseite des 2D-Kollimatorelements
zunehmend breiter ausgebildet, so dass die Stabilität der
zellförmigen Struktur erhöht ist. Die Breite kann
insbesondere entsprechend den lokal in dem 2D-Kollimatorelement
zu erwartenden maximalen Fliehkräften gewählt
werden, die beim Einsatz des 2D-Kollimatorelements in einem Computertomographiegerät
im Rotationsbetrieb auftreten können.
-
Darüber
hinaus werden die Stege mit φ- und/oder mit z-Ausrichtung
von der Mitte in Richtung der Seiten des 2D-Kollimatorelements in
Bezug zu seiner Grundfläche zunehmend geneigt ausgebildet. Die
Neigungswinkel der Stege mit φ- und/oder mit z-Ausrichtung
in Bezug zur Grundfläche des Kollimatorelements werden
dabei insbesondere so gewählt werden, dass die Stege in
verbautem Zustand in Richtung eines Fokus einer Röntgenquelle
ausgerichtet sind. Die bedeutet, dass die Stege im mittleren Bereich
des 2D-Kollimatorelements senkrecht angeordnet sind, so dass sie
sich jeweils parallel zur Ausbreitungsrichtung des Strahlenfächers
erstrecken. Mit wachsender Entfernung von der Mitte sind sie immer
stärker nach Innen zur Mitte des 2D-Kollimatorelements
geneigt. Dies hat zur Folge, dass in den Randbereichen des 2D-Kollimatorelements
der Abstand zwischen zwei benachbarten Stegen an der Oberseite des
2D-Kollimatorelements kleiner ist als der Abstand an dessen Unterseite.
-
Bevorzugt
werden mehrere der 2D-Kollimatorelemente in φ-Richtung
zu einer Kollimator-Anordnung, insbesondere für einen Röntgendetektor
eines Computertomographiegerätes, zusammengefügt.
Es lassen sich somit beliebig große Kollimator-Anordnungen
herstellen, welche die Anforderungen zum Abdecken des gesamten Röntgendetektors
sowohl in φ- als auch in z-Richtung erfüllen.
Je nach Konfiguration des 2D-Kollimatorelements ist in jeder Richtung
nur ein Randbereich mit Stegen ausgestattet, so dass die Strahlungskanäle
an einem Randbereich des 2D-Kollimators offen ausgebildet sind.
Erst in der zusammengefügten Kollimator-Anordnung werden die
offenen Strahlungskanäle durch einen Steg eines benachbarten
2D-Kollimatorelements geschlossen, so dass jedes einzelne Pixel
des Röntgendetektors durch Stege der Kollimator-Anordnung
von vier Seiten begrenzt wird. Möglich ist jedoch auch,
dass insbesondere sich in z-Richtung zwei oder mehrere Pixel, in
weiteren Ausführungsbeispielen auch in Abhängigkeit
der z-Position, zwischen zwei gegenüberliegenden Stegen
befinden. Es wird in diesen Fällen also mehr als nur ein
Pixel von den Strahlungskanälen umschlossen.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die mehreren
2D-Kollimatorelemente zumindest in z-Richtung stoffschlüssig
miteinander verbunden, insbesondere werden sie miteinander verklebt.
Die stoffschlüssige Verbindung wird zwischen den Stegenden
in Anfügerichtung des einen 2D-Kollimatorelements und der
einen Stegwand des anderen 2D-Kollimatorelements, welche senkrecht dazu
verläuft, hergestellt. Bei 2D-Kollimatorelementen, deren
Stege beidseitig ausgebildet sind, werden zueinander orientierte
Stege zweier anliegender 2D-Kollimatorelemente miteinander verklebt.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Halte- und/oder
Justageelemente zur Halterung oder Justierung des 2D-Kollimatorelements
ausgebildet, so dass kein zusätzlicher Herstellungsprozess
zur Anbringung solcher Elemente notwendig ist.
-
Auf
diese Weise können die 2D-Kollimatorelemente vorteilhaft
zumindest in einer der beiden Richtungen auf einfache Weise formschlüssig
miteinander verbunden werden.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin gelöst
durch ein 2D-Kollimatorelement, hergestellt nach einer der vorhergehenden
Ausführungen, des Verfahrens.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den
Unteransprüchen sind in den folgenden schematischen Zeichnungen
dargestellt. Es zeigen:
-
1 in
schematischer Darstellung ein Computertomographiegerät,
-
2 in
einer perspektivischen Seitenansicht ein 2D-Kollimatorelement,
-
3 in
einer Vorderansicht einen Abschnitt eines 2D-Kollimatorelements,
und
-
4 ein
Ablaufdiagramm für ein Herstellungsverfahren des 2D-Kollimatorelements.
-
In
den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
-
In 1 ist
ein Computertomographiegerät 12 gezeigt, das eine
Strahlenquelle in Form einer Röntgenröhre 7 umfasst,
von deren Fokus 6 ein Röntgenstrahlenfächer 13 ausgeht.
Der Röntgenstrahlenfächer 13 durchdringt
ein zu untersuchendes Objekt 14 oder einen Patienten und
trifft auf einen Strahlendetektor, hier einen Röntgendetektor 2,
auf.
-
Die
Röntgenröhre 7 und der Röntgendetektor 2 sind
einander gegenüberliegend an einer Gantry (hier nicht gezeigt)
des Computertomographiegerätes 12 angeordnet,
welche Gantry in eine φ-Richtung um eine Systemachse z
(= Patientenachse) des Computertomographiegerätes 2 drehbar
ist. Die φ-Richtung stellt also die Umfangsrichtung der
Gantry und die z-Richtung die Längsrichtung des zu untersuchenden
Objekts 14 dar.
-
Im
Betrieb des Computertomographiegerätes 12 drehen
sich die an der Gantry angeordnete Röntgenröhre 7 und
der Röntgendetektor 2 um das Objekt 14,
wobei aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen Röntgenaufnahmen
von dem Objekt 14 gewonnen werden. Pro Röntgenprojektion
trifft auf den Röntgendetektor 2 durch das Objekt 14 hindurchgetretene
und dadurch geschwächte Röntgenstrahlung auf.
Dabei erzeugt der Röntgendetektor 2 Signale, welche
der Intensität der aufgetroffenen Röntgenstrahlung
entsprechen. Aus den mit dem Röntgendetektor 2 erfassten
Signalen berechnet anschließend eine Auswerteeinheit 15 in
an sich bekannter Weise ein oder mehrere zwei- oder dreidimensionale
Bilder des Objekts 14, welche auf einer Anzeigeeinheit 16 darstellbar
sind.
-
Der
Röntgendetektor 2 weist mehrere, im vorliegenden
Beispiel vier, Detektormodule 17 auf, die in φ-Richtung
nebeneinander angeordnet sind und von denen nur eines mit einem
Bezugszeichen versehen ist. Jedes der Detektormodule 17 umfasst in
z-Richtung zu Zeilen und in φ-Richtung zur Umwandlung der
Röntgenstrahlung in Signale zu Spalten aufgereihte Detektorelemente 18,
wovon aus Gründen der Übersichtlichkeit ebenfalls
nur eines mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Umwandlung erfolgt
beispielsweise mittels einer mit einem Szintillator 19 optisch
gekoppelten Photodiode 20 oder mittels eines direkt konvertierenden
Halbleiters. Die Detektorelemente 18 sind in diesem Ausführungsbeispiel
nach Art eines Szintillationsdetektors ausgebildet.
-
Die
von dem Fokus 6 der Röntgenröhre 7 ausgehende
Primärstrahlung wird u. a. in dem Objekt 14 in
unterschiedliche Raumrichtungen gestreut. Diese sogenannte Sekundärstrahlung
erzeugt in den Detektorelementen 18 Signale, die sich von
den für die Bildrekonstruktion benötigten Signalen
einer Primärstrahlung nicht unterscheiden lassen. Die Sekundärstrahlung
würde daher ohne weitere Maßnahme zu Fehlinterpretationen
der detektierten Strahlung und somit zu einer erheblichen Verschlechterung
der mittels des Computertomographiegerätes 12 gewonnenen
Bilder führen. Um den Einfluss der Sekundärstrahlung
einzuschränken, wird mit Hilfe einer Kollimator-Anordnung 8 im
Wesentlichen nur der von dem Fokus 6 ausgehende Anteil
der Röntgenstrahlung, also der Primärstrahlungsanteil,
ungehindert auf den Röntgendetektor 2 durchgelassen,
während die Sekundärstrahlung im Idealfall vollständig
absorbiert wird.
-
Die
Kollimator-Anordnung 8 umfasst entsprechend der Gliederung
der Detektormodule 17 mehrere, in diesem Ausführungsbeispiel
vier, in φ-Richtung hintereinander angeordnete 2D-Kollimatorelemente 1,
wobei eines der 2D-Kollimatorelemente 1 in 2 in
einer perspektivischen Seitenansicht gezeigt ist. Das 2D-Kollimatorelement 1 ist
einstückig aus Stegen 3, 4 aus einem
strahlenabsorbierendem Material gebildet, welche entlang einer φ- und
einer z-Richtung sausgerichtet sind. Die Stege 3, 4 bilden
somit eine zellenförmige Struktur mit seitlich umschlossenen
Strahlungskanälen 5, wobei nur ein Strahlungskanal
mit einem Bezugszeichen versehen ist. Nur im vorderen Randbereich
des 2D-Kollimatorelements 1 fehlt der in z-Richtung ausgerichtete
Steg 4, so dass die dort vorliegenden Kanäle 21 seitlich
offen sind. In dem verbauten Zustand werden die Kanäle 21 in
diesem Randbereich durch einen in z-Richtung verlaufenden Steg 4 des
dazu benachbart angrenzenden 2D-Kollimatorelements 1 geschlossen. Somit
können auch im Schnittstellenbereich zwischen zwei 2D-Kollimatorelementen 1 Strahlungskanäle 5 gebildet
werden, die im Grenzbereich einen Steg 4 mit einfacher
Stegbreite aufweisen.
-
Die
Stege 3, 4 sind aus dem strahlenabsorbierenden
Material Wolfram hergestellt. Es wäre aber ebenso denkbar,
anstelle von Wolfram Tantal, eine Legierung mit den Bestandteilen
Wolfram und/oder Tantal oder andere Metalle einzusetzen.
-
Damit
im Wesentlichen nur die vom Fokus 6 ausgehende Primärstrahlung
auf die Detektorelemente 18 trifft, sind alle Stege 4 in
dem verbauten Zustand stets zum Fokus 6 der Röntgenröhre 7 ausgerichtet.
Die Stege sind entsprechend in der Mitte 11 des 2D-Kollimatorelements 1 senkrecht
angeordnet. Mit wachsender Entfernung von der Mitte 11 sind
sie, so auch in der 3 in einer Vorderansicht auf
ein 2D-Kollimatorelement 1 gezeigt, immer stärker
in Bezug zur senkrechten Richtung nach Innen, zur Mitte 11 des
2D-Kollimatorelements geneigt. In dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel weisen nur die in φ-Richtung
ausgerichteten Stege 4 eine Neigung auf. Zur effektiven
Kollimierung der Röntgenstrahlung sind die Stege 3 mit
z-Ausrichtung ebenfalls mit zunehmender Entfernung von der Mitte 11 geneigt
ausgeführt. Dies hat zur Folge, dass in den Randbereichen
des 2D-Kollimatorelements 1 der Abstand z1 zwischen
zwei benachbarten Stegen an der Oberseite 23 des 2D-Kollimatorelements
kleiner ist als der Abstand z2 an dessen
Grundfläche 22.
-
Die
Kollimator-Anordnung 8 aus 1 wird hergestellt,
indem mehrere 2D-Kollimatorelemente 1 in φ-Richtung
nebeneinander aufgestellt und miteinander fest verbunden, insbesondere
miteinander verklebt werden. Zur Erhöhung der Höhe
der Kollimator-Anordnung 8 können auch mehrere
2D-Kollimatorelemente 1 übereinander angeordnet
werden. Wenn die Breite der 2D-Kollimatorelemente 1 in z-Richtung
nicht der Breite des Röntgendetektors 2 entspricht,
können auch zwei oder mehrere 2D-Kollimatorelemente 1 mit
geeignet gewählten Breiten hintereinander in z-Richtung
aufgestellt werden, so dass die Detektorfläche in z-Richtung
vollständig von der Kollimator-Anordnung 8 abgedeckt
ist. Zur gegenseitigen Ausrichtung der 2D-Kollimatorelemente 1 weist ein
in φ-Richtung verlaufender Steg an der Stegvorderkante 24 ein
Justageelement 10' in Form einer Nut und auf der Steghinterkante 25 einen
in die Nut passenden Stift 10 auf, so dass 2D-Kollimatorelemente 1 formschlüssig
verbunden werden können. Darüber hinaus weisen
die beiden äußeren Stege 3 Stifte auf,
die mit entsprechenden Nuten auf dem Szintillator 19 in
formschlüssige Verbindung gebracht werden können.
Die Stifte erfüllen die Funktion eines Halterungselementes 10 zur
Halterung des 2D-Kollimatorelements 1 auf dem Szintillator 19.
-
Die
2D-Kollimatorelemente 1 werden mittels einer Rapid Manufacturing
Technik, in diesem Ausführungsbeispiel mittels Laserschmelzen
(Selective Laser Melting, SLM), gefertigt. Das 2D-Kollimatorelement 1 ist
nach dem Schichtaufbauprinzip über die Belichtung einzelner
Schichten mit einem Laser, beispielsweise mit einem Faserlaser,
welcher eine Laserleistung von ca. 100 bis 200 Watt aufweist, dreidimensional
aufgebaut. Durch die gute Fokussierbarkeit der Laserstrahlung können
selektiv kleine Flächen gesintert bzw. sehr feine Stege 3, 4 im
Bereich von wenigen hundert μm hergestellt werden.
-
Das
Herstellverfahren umfasst dabei die in 4 dargestellten
Schritte:
- a) (26) Zunächst
wird eine dünne Schicht von dem in Pulverform vorliegenden
Metall bzw. Molybdan, Wolfram oder Tantal mit einer Rakel oder einer Walze
flächendeckend auf eine Bauplattform aufgetragen.
- b) (27) Die Schicht wird anschließend entsprechend
den vorliegenden Schichtdaten an den Positionen der Stege 3, 4 in φ-
und z-Richtung mit dem Laserstrahl belichtet. Die Energie, die vom Laser
zugeführt wird, wird dabei vom Pulver absorbiert und führt
zu einem lokal begrenzten Sintern oder Verschmelzen der Partikel
unter Reduktion der Gesamtoberfläche.
- c) (28) Nach dem Belichtungsvorgang wird die Bauplattform
geringfügig abgesenkt und eine neue Schicht gemäß dem
Schritt a) aufgezogen.
-
Dieser
Ablauf wird solange durchgeführt, bis sich überkreuzende
Stege 3, 4 mit den zur effektiven Kollimierung
notwendigen Neigungen und Höhen gebildet haben.
-
Der
Einsatz des Herstellungsverfahrens und des 2D-Kollimatorelements 1 ist
jedoch nicht nur auf das Anwendungsgebiet der Röntgenstrahlendiagnostik
beschränkt, sondern findet auch bei bildgebenden Systemen
Anwendung, bei denen Gammastrahlung eingesetzt oder Strahlung eines
anderen Wellenlängenbereichs eingesetzt wird.
-
In
diesem Zusammenhang wird explizit darauf hingewiesen, dass bei entsprechender
Dimensionierung das 2D-Kollimatorelement die gesamte aktive Fläche
eines Strahlendetektors abdecken kann. Anders ausgedrückt
bedeutet dies, dass das 2D-Kollimatorelement kein Segment des Kollimators
zu sein braucht, sondern den Kollimator bei entsprechender Dimensionierung
als solchen bilden kann.
-
Zusammenfassend
kann gesagt werden:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines 2D-Kollimatorelements 1 für
einen Strahlendetektor 2, bei welchem mittels einer Rapid
Manufacturing Technik schichtweise sich überkreuzende Stege 3, 4 aus
einem strahlenabsorbierendem Material ausgebildet werden, welche
entlang einer φ- und einer z-Richtung ausgerichtet sind
und eine zellenförmige Struktur mit zumindest im Innenbereich
des 2D-Kollimatorelements 1 seitlich umschlossenen Strahlungskanälen 5 bilden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein 2D-Kollimatorelement 1 für
einen Strahlendetektor 2, welches einen solchen Schichtaufbau aufweist.
Auf diese Weise kann eine Kollimator-Anordnung 8 mit einer
hohen Genauigkeit und Festigkeit bei gleichzeitig hoher Kollimierwirkung
bereitgestellt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 7362894
B2 [0005]
- - DE 102005044650 A1 [0005]
