DE102017202312B4 - Verfahren zur Herstellung eines Röntgen-Streustrahlenrasters - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Röntgen-Streustrahlenrasters (1),
wobei ein Röntgenstrahlung absorbierendes erstes Material (3) derart durch eine Matrize (4) extrudiert wird, dass als Extrudat das Röntgen-Streustrahlenraster (1) mit Röntgenstrahlung durchlässigen Durchgangskanälen (6) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet,
dass sich während der Extrusion die Form der Matrize (4) derart ändert, dass ein fokussierendes Röntgen-Streustrahlenraster (1) mit schräg verlaufenden Durchgangskanälen (6) gebildet wird.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Röntgen-Streustrahlenrasters.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Bei der Röntgenbildgebung werden hohe Anforderungen an die Bildqualität der Röntgenaufnahmen gestellt. Für derartige Aufnahmen, wie sie insbesondere in der medizinischen Röntgendiagnostik durchgeführt werden, wird ein zu untersuchendes Objekt von Röntgenstrahlung einer annähernd punktförmigen Röntgenquelle durchleuchtet. Die Schwächungsverteilung der Röntgenstrahlung auf der der Röntgenquelle gegenüberliegenden Seite des Objektes wird zweidimensional erfasst. Auch eine zeilenweise Erfassung der durch das Objekt geschwächten Röntgenstrahlung kann bspw. in Computertomographie-Anlagen vorgenommen werden.
  • Als Röntgendetektoren kommen neben Röntgenfilmen und Gasdetektoren zunehmend Festkörperdetektoren zum Einsatz, die in der Regel eine matrixförmige Anordnung opto-elektronischer Halbleiterbauelemente als lichtelektrische Empfänger aufweisen. Jeder Bildpunkt der Röntgenaufnahme sollte idealerweise der Schwächung der Röntgenstrahlung durch das Objekt auf einer geradlinigen Achse von der punktförmigen Röntgenquelle zu den dem Bildpunkt entsprechenden Ort der Detektorfläche entsprechen. Röntgenstrahlen, die von der punktförmigen Röntgenquelle auf dieser Achse geradlinig auf den Röntgendetektor auftreffen werden als Primärstrahlen bezeichnet.
  • Die von der Röntgenquelle ausgehende Röntgenstrahlung wird im Objekt jedoch aufgrund unvermeidlicher Wechselwirkungen gestreut, so dass neben den Primärstrahlen auch Streustrahlen, sog. Sekundärstrahlen, auf den Detektor auftreffen. Diese Streustrahlen, die in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Objektes bei diagnostischen Bildern mehr als 90% der gesamten Signal-Aussteuerung eines Röntgendetektors verursachen können, stellen eine Rauschquelle dar und verringern die Erkennbarkeit feiner Kontrastunterschiede.
  • Zur Verringerung der auf die Detektoren auftreffenden Streustrahlungsanteile werden daher zwischen dem Objekt und dem Detektor sog. Streustrahlenraster eingesetzt. Streustrahlenraster bestehen aus regelmäßig angeordneten, die Röntgenstrahlung absorbierenden Strukturen, zwischen denen Durchgangskanäle oder Durchgangsschlitze für den möglichst ungeschwächten Durchgang der Primärstrahlung ausgebildet sind. Diese Durchgangskanäle bzw. Durchgangsschlitze sind bei fokussierten Streustrahlenrastern entsprechend dem Abstand zur punktförmigen Röntgenquelle, d. h. dem Abstand zum Fokus der Röntgenröhre, auf den Fokus hin ausgerichtet. Bei nicht fokussierten Streustrahlenrastern sind die Durchgangskanäle bzw. Durchgangsschlitze über die gesamte Fläche des Streustrahlenrasters senkrecht zu dessen Oberfläche ausgerichtet. Dies führt jedoch zu einem merklichen Verlust an Primärstrahlung an den Rändern der Bildaufnahme, da an diesen Stellen ein größerer Teil der einfallenden Primärstrahlung auf die absorbierenden Bereiche des Streustrahlenrasters trifft.
  • Zur Erzielung einer hohen Bildqualität werden sehr hohe Anforderungen an die Eigenschaften von Röntgen-Streustrahlenrastern gestellt. Die Streustrahlen sollen einerseits möglichst gut absorbiert werden, während andererseits ein möglichst hoher Anteil an Primärstrahlung ungeschwächt durch das Streustrahlenraster hindurch treten soll. Eine Verminderung des auf die Detektorfläche auftreffenden Streustrahlenanteils lässt sich durch ein großes Verhältnis der Höhe des Streustrahlenrasters zur Dicke bzw. dem Durchmesser der Durchgangskanäle oder Durchgangsschlitze, d. h. durch eine hohes Schachtverhältnis, auch Aspektverhältnis genannt, erreichen.
  • Für die Herstellung von Streustrahlenrastern für Röntgenstrahlung gibt es verschiedene Techniken und entsprechende Ausführungsformen. So sind bspw. in der Patentschrift DE 102 41 424 A1 diverse Herstellungsverfahren und Ausbildungen von Streustrahlenrastern beschrieben. Beispielsweise sind lamellenartige Streustrahlenraster bekannt, die aus Blei- und Papier-Streifen gelegt werden. Die Bleistreifen dienen der Absorption der Sekundärstrahlung, während die zwischen den Bleistreifen liegenden Papierstreifen die Durchgangsschlitze für die Primärstrahlung bilden. Alternativ kann statt Papier auch Aluminium verwendet werden, wodurch die Kosten des Herstellungsprozess geringer werden. Das Papierraster nutzt als Spalt bzw. Fenster Papier mit einer geringen Dämpfung.
  • Das Aluminiumraster verwendet Aluminium als Spalt oder Fenster mit einer gegenüber Papier deutlich höheren Dämpfung. Der Vorteil des Aluminiumrasters besteht darin, dass es durch einfache Prozessschritte herstellbar ist und bei Defekten in einzelnen Prozessschritten reparierbar ist, wodurch die Ausbeute bei der Herstellung größer ist.
  • Die US 2006/0227930 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Röntgen-Streustrahlenrasters durch Extrusion.
  • Aus der US 2010/0272234 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Röntgen-Streustrahlenrasters durch Extrusion bekannt.
  • Die DE 10 2012 217 612 A1 offenbart ein Streustrahlenraster zur Anordnung an einem Röntgendetektor.
  • Die US 2003/0026386 A1 beschreibt ein Herstellungsverfahren eines fokussierten Streustrahlenrasters.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Röntgen-Streustrahlenrasters anzugeben.
  • Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit den Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß wird das Röntgen-Streustrahlenraster durch den Vorgang einer Extrusion hergestellt. Ein Röntgenstrahlung absorbierendes, extrudierbares erstes Material wird kontinuierlich aus einer formgebenden Öffnung einer Matrize gepresst. Nach dem Extrudieren härtet das Material aus und bildet das Röntgenstrahlung absorbierende Medium. Für das Streustrahlenraster kann ein zu extrudierendes Kunststoffmaterial mit Röntgenstrahlung absorbierenden Stoffen aufgefüllt oder statt Kunststoff ein Metall eingesetzt werden.
  • Bei der Extrusion werden feste bis dickflüssige härtbare Massen unter Druck kontinuierlich aus einer formgebenden Öffnung (auch als Düse, Matrize oder Mundstück bezeichnet) herausgepresst. Dabei entstehen Körper mit dem Querschnitt der Öffnung in theoretisch beliebiger Länge. Diese Körper werden als Extrudat bezeichnet. Die Extrusion wird gelegentlich auch als Strangpressen bezeichnet und gehört zur Gruppe der formgebenden Verfahren.
  • Die Erfindung beansprucht ein Verfahren zur Herstellung eines Röntgen-Streustrahlenrasters, wobei ein Röntgenstrahlung absorbierendes erstes Material derart durch eine Matrize extrudiert wird, dass als Extrudat der Röntgen-Streustrahlenraster mit Röntgenstrahlung durchlässigen Durchgangskanälen gebildet wird.
  • In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 kann sich während der Extrusion die Form der Matrize derart ändern, dass ein fokussierendes Röntgen-Streustrahlenraster mit schräg verlaufenden Durchgangskanälen gebildet wird.
  • In einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß dem unabhängigen Anspruch 2 kann das Extrudat auf einem als Kugelausschnitt gebildeten Formkörper gebogen werden, sodass sich die Durchgangskanäle auf einen Fokuspunkt ausrichten.
  • Die Erfindung bietet den Vorteil, dass Röntgen-Streustrahlenraster mit hoher Genauigkeit und kostengünstig herstellbar sind.
  • In einer Weiterbildung sind die Durchgangskanäle luftgefüllt. Luft als Schachtmedium bietet durch eine erhöhte Primärstrahlentransparenz ein verbessertes Streustrahlenraster.
  • In einer weiteren Ausgestaltung können die Durchgangskanäle wabenartig angeordnet sein. Durch Extrusion können auch Raster mit wabenförmigen Durchgangskanälen hergestellt werden, welche aufgrund ihrer Wabenstruktur Streustrahlen in allen Raumrichtungen absorbieren. Dadurch ist entweder bei gegebener Strahlendosis eine deutliche Bildqualitätsverbesserung zu erreichen oder die applizierte Dosis kann wesentlich verringert werden. Insgesamt sind höhere Schachtverhältnisse realisierbar.
  • Aus dem gekrümmten Extrudat kann durch Abfräsen ein ebenes Raster entstehen oder bei eventuell zukünftig gekrümmten Detektoren kann das Raster auch gekrümmt bleiben.
  • In einer Weiterbildung kann das Röntgenstrahlung absorbierende erste Material ein mit einem Röntgenstrahlung absorbierenden Metall versetzter Kunststoff sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das Röntgenstrahlung absorbierende erste Material ein Röntgenstrahlung absorbierendes Metall sein.
  • In einer weiteren Ausprägung kann das Röntgenstrahlung absorbierende erste Material eine Metall-Zeolith-Verbindung sein.
  • In einer Weiterbildung kann auf das Extrudat durch galvanische Abscheidung ein Röntgenstrahlung absorbierendes zweites Material aufgebracht werden.
  • Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
  • Es zeigen:
    • 1: eine räumliche Ansicht einer Extrusionsvorrichtung,
    • 2: eine räumliche Ansicht eines Extrudats,
    • 3: eine Vorderansicht eines Extrudats mit Beschichtung und
    • 4: einen Formkörper.
  • Detaillierte Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
  • 1 zeigt stark vereinfacht eine räumliche Ansicht einer Extrusionsvorrichtung zur Herstellung eines Röntgen-Streustrahlenrasters 1. Die Extrusionsvorrichtung weist gattungsgemäß einen Extrusionskolben 2 und eine Matrize 4 (auch als Extrusionsdüse bezeichnet) auf. Die Matrize 4 ist entsprechend der Anordnung und Anzahl der Durchgangskanäle 6 des herzustellenden Streustrahlenrasters 1 am Ausgang mit Löchern 5 und Stegen 7 versehen, wobei durch die Stege 7 ein Röntgenstrahlung absorbierendes erstes Material 3 gepresst wird und beim Aushärten den Streustrahlenraster 1 bildet. Es können Extrusionsvorrichtungen ähnlich wie zum Herstellen von wabenförmigen Katalysatoren eingesetzt werden.
  • Die Matrize 4 kann sich während des Extrusionsvorgangs derart verändern, dass schräg verlaufende Durchgangskanäle 6 gebildet werden. Dadurch kann ein fokussierendes Streustrahlenraster 1 hergestellt werden.
  • Das erste Material kann ein mit Metall versetzter Kunststoff, aber auch eine mit Metall versetzte Keramik oder eine Metall-Zeolith-Verbindung sein. Wichtig ist, dass die Kernladungszahl des Metalls hoch ist, um eine hohe Absorption der Röntgenstrahlung zu erreichen. Bevorzugte Metalle sind Blei, Molybdän und Wolfram.
  • 2 zeigt eine räumliche Ansicht eines durch die Vorrichtung aus 1 hergestellten Extrudats. Das Extrudat ist ein Röntgen-Streustrahlenraster 1. Es weist Durchgangskanäle 6 auf, die von Stegen 7 aus dem ersten Material 3 gebildet werden.
  • 3 zeigt einen Röntgen-Streustrahlenraster 1 gemäß 2 aber zusätzlich mit einer durch ein galvanisches Verfahren beschichteten Oberfläche. Die Beschichtung besteht aus einem Röntgenstrahlung absorbierenden zweiten Material 8.
  • 4 zeigt einen Formkörper 9 in Gestalt eines Kugelausschnitts. Auf diesem kann das noch weiche Extrudat derart gebogen werden, dass die Durchgangskanäle 6 schräg verlaufend auf einen Fokuspunkt fokussiert werden. Anschließend kann das so gebildete Röntgen-Streustrahlenraster 1 quaderförmig zugeschnitten werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann daraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Röntgen-Streustrahlenrasters (1), wobei ein Röntgenstrahlung absorbierendes erstes Material (3) derart durch eine Matrize (4) extrudiert wird, dass als Extrudat das Röntgen-Streustrahlenraster (1) mit Röntgenstrahlung durchlässigen Durchgangskanälen (6) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich während der Extrusion die Form der Matrize (4) derart ändert, dass ein fokussierendes Röntgen-Streustrahlenraster (1) mit schräg verlaufenden Durchgangskanälen (6) gebildet wird.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Röntgen-Streustrahlenrasters (1), wobei ein Röntgenstrahlung absorbierendes erstes Material (3) derart durch eine Matrize (4) extrudiert wird, dass als Extrudat das Röntgen-Streustrahlenraster (1) mit Röntgenstrahlung durchlässigen Durchgangskanälen (6) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrudat auf einem kugelausschnittartigen Formkörper derart gebogen wird, dass fokussierende Durchgangskanäle (6) gebildet werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangskanäle (6) luftgefüllt sind.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangskanäle (6) wabenartig angeordnet sind.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgenstrahlung absorbierende erste Material (3) ein mit einem Röntgenstrahlung absorbierenden Metall versetzter Kunststoff ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgenstrahlung absorbierende erste Material (3) ein Röntgenstrahlung absorbierendes Metall ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgenstrahlung absorbierende erste Material (3) eine Metall-Zeolith-Verbindung ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Extrudat durch galvanische Abscheidung ein Röntgenstrahlung absorbierendes zweites Material (8) aufgebracht wird.
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