DE102018215376B4

DE102018215376B4 - Verfahren zur Herstellung eines Kollimatorelements, Kollimatorelement, Verfahren zur Herstellung eines Streustrahlkollimators, Streustrahlkollimator, Strahlungsdetektor und CT-Gerät

Info

Publication number: DE102018215376B4
Application number: DE102018215376.0A
Authority: DE
Inventors: Thorsten ERGLER; Vojislav KRSTIC
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2038-09-12
Also published as: US20200077966A1; CN110881996B; US10869641B2; CN110881996A; DE102018215376A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kollimatorelements (20) mit zumindest folgenden Schritten:I) Aufbringen einer Lithographielackschicht (23),II) Belichtung der Lithographielackschicht (23) in Belichtungsbereichen (25), die einer Struktur des Kollimatorelements entsprechen, wobei die Struktur des Kollimatorelements auf einen gemeinsamen Fokus ausgerichtet ist,III) Entwickeln der Lithographielackschicht (23') unter Bildung einer Vorstruktur (27) des Kollimatorelements (20),IV) Aufbringen einer röntgenabsorbierenden Schicht (20') mittels Kathodenzerstäubung undV) Abheben zumindest der röntgenabsorbierenden Schicht (20') in Bereichen der Vorstruktur (27), wobei die Schritte I bis V wiederholt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kollimatorelements sowie ein solches Kollimatorelement, ein Verfahren zur Herstellung eines Streustrahlkollimators, einen solchen Streustrahlkollimator sowie dessen Verwendung, einen Strahlungsdetektor und ein CT-Gerät.
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.
Zur Unterdrückung dieser unerwünschten Streustrahlung kommen für Strahlungsdetektoren bei Transmissions-Tomographieeinrichtungen, wie z. B. Röntgen-Computertomographen, sog. Streustrahlungskollimatoren bzw. Streustrahlengitter (ASGs - anti scatter grids) zum Einsatz, welche dem Strahlungsdetektor in Einfallsrichtung der Strahlung vorgeschaltet sind. Bei Röntgen-Computertomographen 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 Kollimatorelementen.
Strahlungsdetektoren können derzeit prinzipiell in zwei Typenarten unterschieden werden, die direkt wandelnden und die indirekt wandelnden Detektoren, die im Folgenden auch als optisch wandelnde Detektoren bezeichnet werden. Bei den Direktwandler-Detektoren wird eintreffende Strahlung, beispielsweise Röntgen- oder Gammastrahlung direkt in elektrische Spannungssignale gewandelt. Dagegen werden bei optisch wandelnden Strahlungsdetektoren sogenannte Szintillatoren verwendet, die die zu detektierende Strahlung zunächst in eine Strahlung in Frequenzbereich von (üblicherweise sichtbarem) Licht wandeln. Nachgeschaltete Lichtdetektoranordnungen detektieren diese Lichtquanten und generieren daraus wiederum elektrische Spannungssignale.
Die einzelnen Strahlungsdetektormodule - seien sie direkt oder indirekt konvertierend- werden dadurch gebildet, dass sie voneinander aus einem ganzstückigen Detektormaterial separiert werden. Die zugehörigen Kollimatorelemente werden in der Praxis bisher häufig aus senkrecht zwischen den Pixeln von der Strahlungseintrittsfläche der Strahlungsdetektormodule abstehenden Blechen, den sogenannten Kollimatorblechen, gebildet.
Die Kollimatorelemente dienen dazu, schräg eintreffende Streustrahlung wirksam abzufangen und im Wesentlichen nur solche Strahlung in das Strahlungsdetektormodul eintreten zu lassen, die möglichst in Strahlungshauptrichtung eintrifft. Als Hauptrichtung der zu detektierenden Strahlung wird im Folgenden die Strahlungsausbreitungsrichtung angesehen, in der der wesentliche Teil der zu detektierenden Strahlung auf den Strahlungsdetektor trifft und die beispielsweise durch die Kollimatorelemente definiert werden kann. Meist wird dabei dafür gesorgt, dass die zu detektierende Strahlung im Wesentlichen senkrecht von einer Strahlungsquelle aus auf die Strahlungseintrittsfläche trifft, d.h. dass die Hauptrichtung senkrecht auf der Strahlungseintrittsfläche steht. Im Wesentlichen senkrecht ist hierbei jeweils so zu verstehen, dass die jeweiligen Richtungen abgesehen von bestimmten Toleranzen, d. h. beispielsweise Abweichungen der Wandpositionen bzw. Ausrichtungen auf den Fokus senkrecht aufeinander stehen.
Die Streustrahlunterdrückung mittels der Kollimatoren erfolgt aus Strahlrichtung hinter dem Patienten. D.h. die Kollimatoren unterdrücken neben der Streustrahlung auch Strahlung, die direkt / senkrecht auf den Detektor einfällt. Dieser Anteil der Strahlung entspricht einem Dosisverlust. Anders ausgedrückt, reduziert das Kollimatorelement die effektive Detektorfläche (geometrische DQE). Ziel sollte es daher sein, die Kollimatorwände möglichst dünn so gestalten, aber immer noch so dick, dass sie die „nicht-senkrecht“ einfallende Streustrahlung effektiv unterdrücken. Da die Absorption von Strahlung in einem Material exponentiell zu dessen Dicke ist (Labert-Beer'sches Gesetz), gibt es eine untere Grenze für die Dicke der Wände bevor diese quasi transparent werden.
Bisherige Herstellungsverfahren für 3D ASGs sind in der minimalen Wandstärke limitiert (z.B. Aufbau durch Bleche, Selective Laser Melting (SLM)). Hinzu kommt, dass der Anteil an Wolfram bei aus der Praxis bekannten Verfahren zum Teil nur etwa 50% des Volumens beträgt. Ziel sollte somit sein, dünnere Wände mit besseren Röntgenabsorptionseigenschaften herzustellen.
Die Anforderungen an die Präzision bei der Herstellung und der Positionierung der Kollimatorelemente auf dem Strahlungsdetektor sind mittlerweile erheblich. Dabei ist zu erwarten, dass diese Anforderungen in Zukunft sogar noch weiter steigen werden, so dass die Toleranzen mit bisherigen Technologien nicht mehr oder nur sehr schwer, das heißt mit hohen Produktions- und Ausfallkosten, erfüllbar sein werden.
Es gilt, die medizinische Bildgebung stetig zu verbessern. Dabei steigen beispielsweise im Bereich der UHR-CT (Ultra High Resolution Computed Tomography) bei kleiner werdender Pixelgröße insbesondere die Anforderungen an die Qualität und/oder Größe des Fokus sowie insbesondere hinsichtlich der Streustrahlungsabschirmung und der Fertigungstoleranzen im Allgemeinen. Die Reduzierung der Toleranzen bei der Fertigung, Positionierung und Ausrichtung von Kollimatorelementen steht vor allem in Zusammenhang mit der generellen Tendenz zur Verkleinerung der Pixel in z- und φ-Richtung. Damit sind die Richtungen gemeint, die näherungsweise eine Ebene bilden, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptrichtung der zu detektierenden Strahlung ausgerichtet ist. Die z- und φ-Richtung sind bei einem kreis- bzw. teilkreisförmigen, um eine Rotationssymmetrieachse umlaufenden, gegebenenfalls in der Umlaufbahn rotierenden Detektors in einem bildgebenden System, z. B. einem CT-, PET- oder SPECT-Detektor, definiert als die Einschubrichtung (z-Richtung) parallel zur Rotationssymmetrieachse und die Umlaufrichtung (φ-Richtung). Durch die Verkleinerung der Pixel in diesen beiden oder einer dieser Richtungen lässt sich sowohl eine höhere zeitliche als auch örtliche Auflösung von Strahlungsdetektoren erzielen. Je kleiner jedoch die Pixel sind, desto genauer müssen sie und die Kollimatorelemente gefertigt sowie untereinander und zueinander angeordnet sein.
Bisherige Gitterstrukturen bewegen sich dabei in einer Größenordnung von 1 mm² bei Wanddicken von etwas mehr als 100 µm.
Zwar ist aus der Praxis schon eine Ausrichtung von Gitterwänden in einem Kollimationselement bekannt, diese muss aber hinsichtlich ihrer Toleranzen (bezogen z. B. auf einen möglichen, aber zu vermeidenden Schiefstand der Gitterwände) und Fertigungskosten noch verbessert werden.
In der Druckschrift US 5 949 850 A ist eine Methode zur Herstellung großflächiger Gitter offenbart, wobei die Projektionen aller Wände auf einen Fokus zulaufen im Falle eine fokussierten Gitters oder im Wesentlichen parallel ausgerichtet sind im Falle eines unfokussierten Gitters und zur Herstellung ein lithographischer Prozess eingesetzt wird und wobei zur Erreichung hoher Gitter Lagen von fokussierten Gittern gestapelt werden.
In der Druckschrift US 5 303 282 A ist ein Kollimator für den Einsatz in einer Bildgebungseinrichtung mit einer Strahlungspunktquelle mit einer Vielzahl an Kanälen welche entlang longitudinaler Achsen ausgerichtet sind welche dem direkten Strahlengang von der Strahlenquelle zu dem Strahlendetektor entsprechen, wobei der Kollimators herstellt sein kann indem eine Maske auf einem photosensitiven Kollimatorsubstrat aufgebracht, das Kollimatorsubstrat belichtet, Kanäle in das Kollimatorsubstrat geätzt, und das Substrat mit einem Strahlungsabsorbierenden Material beschichtet wird.
Die Druckschrift DE 102 41 424 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Streustrahlenrasters oder Kollimators für eine Strahlungsart, der aus einem Grundkörper vorgebbarer Geometrie mit Durchgangskanälen für Primärstrahlung der Strahlungsart gebildet ist, wobei bei dem Verfahren der Grundkörper mittels einer Rapid-Prototyping-Technik durch schichtweise Verfestigung eines Aufbaumaterials, das für die Strahlungsart im Wesentlichen durchlässig ist, unter Einwirkung von Strahlung aufgebaut wird und Innenflächen des Grundkörpers in den Durchgangskanälen mit einem die Strahlungsart stark absorbierenden Material beschichtet werden.
Aus der Druckschrift „Fabrication of two-dimensional x-ray anti-scatter grids for mammography" von Fischer et al., Proceedings of SPIE Vol.4145, Seiten 227-234 (2001), ist ein Streustrahlengitter offenbart, wobei für die Herstellung ein LIGA-Prozess eingesetzt wird, und wobei zur Erreichung von größeren Gitterhöhen mehrere Gitterlagen aufeinander gestapelt werden.
Die Druckschrift US 2008/ 0 088 059 A1 offenbart Kollimatoren umfassend zumindest eine Metalllage, welche beispielsweise mittels Galvanik/Elektroformung oder Gießen hergestellt ist.
Die Druckschrift US 6 408 054 B1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Kontrastgittern für Röntgenbildgebungssysteme umfassend das Beschichten oder Ausfüllen von dem Gitter entsprechenden, erzeugten Vertiefungen/Öffnungen z.B. mittels Sputtern mit einem röntgenabsorbierenden Metall.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Streustrahlenkollimation mit verbesserter Dosiseffizienz zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verfahren zur Herstellung eines Kollimatorelements gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Kollimatorelement gemäß Patentanspruch 7, einen Verfahren zur Herstellung eines Streustrahlkollimators gemäß Patentanspruch 11 einen Streustrahlkollimator gemäß Patentanspruch 12, einen Strahlungsdetektor gemäß Patentanspruch 13 und ein CT-Gerät gemäß Patentanspruch 14 gelöst.
Das eingangs genannte Verfahren zur Herstellung eines Kollimatorelements umfasst zumindest folgende Schritte: In einem Schritt wird eine Lithographielackschicht mit einer Dicke von mindestens 0,5 mm aufgebracht. Die Lithographielackschicht wird in Belichtungsbereichen, die einer Struktur des Kollimatorelements entsprechen in einem weiteren Schritt belichtet. Dabei ist die Struktur des Kollimatorelements auf einen gemeinsamen Fokus ausgerichtet. Folgend wird die Lithographielackschicht unter Bildung einer Vorstruktur eines Kollimatorelements entwickelt. In noch einem weiteren Schritt erfolgt ein Aufbringen einer röntgenabsorbierenden Schicht mittels Kathodenzerstäubung. In Bereichen der Vorstruktur wird in einem weiteren Schritt zumindest die röntgenabsorbierende Schicht abgehoben.
Als Kollimatorelement wird ein Bestandteil bzw. eine Komponente eines Streustrahlenkollimators verstanden. Es bildet zumindest einen Abschnitt des Streustrahlenkollimators und ist bereits gitterförmig ausgestaltet, wie später noch detaillierter erläutert wird. Als Gitter wird im Rahmen der Erfindung eine Anordnung aus einer ersten Mehrzahl zueinander im Wesentlichen parallelen Gitterwänden verstanden, die von einer zweiten Mehrzahl dazu querstehenden, bevorzugt senkrechten, und ebenfalls zueinander im Wesentlichen parallelen Gitterwänden in einer gemeinsamen Ebene gekreuzt werden. Zwischen den Gitterwänden werden dabei Gitterschächte (kurz:
Schächte) ausgebildet. Dabei bedeutet „im Wesentlichen“, dass die Wände nur nahezu parallel sind. Genauer betrachtet sind sie jedoch alle leicht zueinander hin geneigt, sodass sie auf den Fokus ausgerichtet sind. Sprich sie laufen alle radial auf den Fokus zu. Die nahezu parallelen Wände weisen dabei beispielsweise eine Neigung von unter 1° bzw. kleiner 1° auf.
Das Substrat kann grundsätzlich beliebige Stoffe umfassen, deren Oberfläche insbesondere glatt bzw. eben ist. D.h. die Oberfläche des Substrats weist insgesamt höchstens wenige Mikrometer Höhendifferenz auf. Das Substrat kann beispielsweise aus Aluminium, Glas, Silizium, Siliziumdioxid oder dergleichen bestehen.
Bevorzugt wird in einem vorbereitenden Schritt eine Opferlackschicht mit einer Dicke von z. B. einigen 10 nm beispielsweise mittels Spin-Coating auf das Substrat aufgebracht. Unter Spin-Coating wird allgemein ein Verfahren zur Aufbringung dünner und gleichmäßiger Schichten mittels Rotation verstanden. Dabei wird zunächst eine gewünschte Menge einer Lösung, d.h. ein in einem Lösungsmittel gelöstes Schichtmaterial, auf die Mitte des Substrats aufgebracht. Je nach gewünschter Dicke der Schicht und der verwendeten Lösung werden Beschleunigung, Drehzahl und Dauer an einem Spin-Coating-Gerät eingestellt und ein entsprechender Schleuderprozess durchlaufen. Dabei wird die Lösung gleichmäßig auf der Substratoberfläche verteilt. Als Lösung werden typischerweise Polymerlösungen verwendet, wobei auch die molare Masse und die Verteilung der Lösung einen Einfluss auf die Schichtdicke haben.
Um eine feste Schicht zu erhalten, ist es notwendig, das Lösungsmittel zu entfernen. Ein Teil des Lösungsmittels verflüchtigt sich bereits während des Schleuderprozesses. Dies kann beispielsweise durch ein gleichzeitiges oder nachgelagertes Aufheizen (Tempern, Soft- und/oder Hard-Bake sowie eine Kombination davon) gefördert werden, z. B. bei 200 °C für 60 Sekunden. Als Opferschichtlack kann beispielsweise Omnicoat ™ verwendet werden.
Auf den Opferschichtlack wird ein Lithographielack, z. B. mittels Spin-Coating, wie oben beschrieben, mittels eines Dosierverfahrens oder dergleichen aufgebracht (z.B. mittels Spritzen, Düsen o. Ä.). Bei dem Lithographielack handelt es sich es sich bevorzugt um einen negativen Lithographielack bzw. negativen Photoresist. Als Lithographielack sind beispielsweise SU-8 oder NLOF geeignet.
Der aufgebrachten Lackschichten, d. h. die Lithographielackschicht und die Opferlackschicht (im Folgenden auch als Lacksystem bezeichnet), werden durch eine Gittermaske bzw. Belichtungsmaske mit intensivem UV-Licht beleuchtet. D. h. das Lacksystem wird elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 300 nm bis 400 nm, bevorzugt hartem UV-Licht mit einer kleineren Wellenlänge als 350 nm, ausgesetzt. Die Gittermaske entspricht in ihren Abmessungen dabei im Wesentlichen schon der Gitterstruktur des zu erzeugenden Kollimatorelements. Dabei heißt „im Wesentlichen“, dass in den Abmessungen der Gittermaske die Einflüsse von Beugungseffekten berücksichtigt sein können. Aufgrund der erfindungsgemäßen großen Dicke der Lithographielackschicht werden die Lackschichten dem UV-Licht für eine Belichtungszeit, d. h. Dauer der Belichtung, von größer als 40 s, bevorzugt in etwa 60 s ausgesetzt.
Anschließend wird die Lithgographielackschicht entwickelt. D. h. bei Verwendung eines negativen Lithographielackes werden die unbelichteten Bereiche unter Verwendung eines Lösungsmittels, wie z. B. MR-Dev 600 (Einwirkung 30 min unter Rühren), herausgelöst. D. h. beim negativen Lithographielack werden die belichteten Bereiche durch Photopolymerisation unlöslich und verbleiben auf dem Substrat (beim positiven Lithographielack jeweils umgekehrt, d. h. die belichteten Bereiche werden löslich). Dass die Belichtungsbereiche der Struktur des Kollimatorelements „entsprechen“, bedeutet also, dass sie im Wesentlichen identisch oder komplementär zur Struktur des Kollimatorelements ausgebildet sind. Die Opferlackschicht wird dann durch einen O₂-Plasma Schritt entfernt (30 sec) Dadurch wird eine Vorstruktur erzeugt, die negativ bzw. komplementär zu dem zu erzeugenden Kollimatorelement ausgebildet ist. Sie dient im Folgenden daher quasi als Schablone bzw. „Gussform“ für das zu erzeugende Gitter und weist schon dessen Abmessungen auf.
Auf bzw. zwischen die Vorstruktur wird das die röntgenabsorbierenden Schicht mittels Kathodenzerstäubung bzw. Sputtern auf- bzw. eingebracht. Damit wird allgemein ein Prozess beschrieben, bei dem Atome aus einem Festkörper (Target) durch Beschuss mit energiereichen Ionen (z. B. Edelgasionen) herausgelöst werden und in die Gasphase übergehen. Bekannte Sputterverfahren sind z. B. Ionenstrahlsputtern, HF-Sputtern, DC-Sputtern, Magnetronsputtern, reaktives Sputtern oder dergleichen. Das Substrat mit der Vorstruktur wird dabei in die Nähe des Targets gebracht, sodass die aus dem Target geschlagenen Atome darauf kondensieren können. Damit die Targetatome das Substrat mit der Vorstruktur erreichen, erfolgt die Kathodenzerstäubung im Vakuum. Das Target bzw. die zu erzeugende röntgenabsorbierende Schicht umfasst kann dabei grundsätzlich jedes stark die Röntgenstrahlung absorbierendes Material aufweisen, also beispielsweise Tantal, Wolfram oder dergleichen.
Bei dem Fokus, auf den das herzustellende Kollimatorelement ausgerichtet wird, handelt es sich insbesondere um einen Fokuspunkt. Die Ausdehnung des Fokus ist somit vernachlässigbar klein. Der Fokus entspricht dabei einem gedachten Fokus einer Strahlungsquelle für die das Kollimatorelement hergestellt wird bzw. die Ausrichtung entspricht der Strahlengeometrie in der das Kollimatorelement eingesetzt werden soll. Im Betrieb passiert deren direkte Strahlung das Kollimatorelement aufgrund der Ausrichtung der Struktur bzw. der Gitterwände ungehindert, während Streustrahlung unterdrückt wird.
Schließlich werden die Lithographielackschicht und ggf. auch die Opferlackschicht nasschemisch entfernt. Dazu kann beispielsweise der Lithographielack in einem entsprechend aggressiven Lösungsmittel, wie z. B. TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid), NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone) oder Azeton aufgelöst werden. Zum Lösen der Opferlackschicht wird ein sog. Stripper wie z.B. MF319 oder MFCD26 benutzt. Das Lösen der Lithographielackschicht und/oder der Opferlackschicht erfolgt ggf. mittels Rühren oder unter Ultraschallunterstützung. Die Lackschichten werden dabei von ihren Seitenwänden (Flanken) her aufgelöst. Danach verbleibt die röntgen absorbierende Schicht nur in solchen Regionen, wo sie einen direkten Kontakt mit dem Substrat hat.
Dabei werden bevorzugt Lithographielacke verwendet, die in einem Lithographieschritt eine große Schichthöhe ermöglichen. Dadurch wird einerseits vermieden, eine Vielzahl von Lithographieschritten auszuführen. Andererseits ist es nicht mehr erforderlich, mehrere Gitterschichten aufeinander zu stapeln und zu verkleben. Vielmehr wird mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Kollimator- bzw. Gitterelement einstückig bzw. einteilig additiv in wenigen Wiederholungen des Verfahrens mittels Kathodenzerstäubung auf dem Substrat aufgebracht. Dies wird vorteilhafterweise zu einem zeitlich effizienteren und günstigeren Fertigungsprozess sowie zu geringeren Toleranzen. Wie eingangs bereits erwähnt, sind gerade die Toleranzen der Gitterwände wesentliches Kriterium dafür, ein für kleinere Pixel geeignetes Kollimatorelement zu fertigen. Dies wird durch die Erfindung ermöglicht.
Grundsätzlich könnte das zuvor beschriebene Verfahren, ohne wesentliche Veränderungen auch mit einem positiven Lithographielack ausgeführt werden. Die dafür erforderlichen Elemente zur Beschattung der Schächte könnten untereinander z. B. mit dünnen Stützstreben verbunden sein. Diese würden einerseits die zu belichtenden Bereiche der Gitterwände teilweise beschatten und andererseits nachteilhafterweise zu einer fragileren Belichtungsmaske führen. Demgegenüber ist eine Gittermaske für negativen Lithographielack, mit der die Schächte belichtet und die Gitterwände beschattet werden, wesentlich einfacher zu fertigen.
Das eingangs genannte Kollimatorelement wird nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
Das eingangs genannte Verfahren zur Herstellung eines Streustrahlkollimators umfasst zumindest folgende Schritte. In einem Schritt wird eine Anzahl von erfindungsgemäßen Kollimatorelementen bereitgestellt. In einem weiteren Schritt werden die Kollimatorelemente zu einem Streustrahlkollimator zusammengefügt. Eine „Anzahl“ bedeutet dabei eines oder mehrere. Grundsätzlich wäre es also im Rahmen der Erfindung möglich einen Streustrahlkollimator mit nur einem Kollimatorelement zu fertigen. Aufgrund der kreissehnenartigen Form der Strahlungsdetektoren in CT-Geräten ist der Streustrahlkollimator jedoch häufig günstiger bzw. einfacher aus mehreren Kollimatorelementen zu fertigen. Beim Zusammenfügen wird bevorzugt jedes Kollimatorelement auf den Fokus ausgerichtet. Das Zusammenfügen kann beispielsweise. formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder mittels Kleben, Schweißen, Löten oder ähnlichen Verbindungsarten erfolgen. Der eingangs genannte Streustrahlkollimator umfasst dementsprechend eine Anzahl von erfindungsgemäßen Kollimatorelementen und wurde insbesondere gemäß dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt.
Der eingangs genannte Strahlungsdetektor umfasst entsprechend einen erfindungsgemäßen Streustrahlkollimator. Der Strahlungsdetektor kann als CT-, PET- oder SPECT-Detektor ausbildet sein. Insbesondere handelt es sich um einen photonenzählenden ggf. auch energieauflösenden Röntgendetektor. Dabei ist jedem Pixel des Strahlungsdetektors ein Gitterschacht zugeordnet. D. h. der Gitterschacht ist so in Relation zum Pixel positioniert, dass die direkte (nicht gestreute) Strahlung durch den Gitterschacht auf das Pixel fällt.
Der zuvor beschriebene Strahlungsdetektor kann grundsätzlich Bestandteil eines beliebigen Röntgengeräts, wie z. B. eines Radiographiegeräts, eines Angiographiegeräts oder insbesondere eines CT-Geräts sein. Das eingangs genannte CT-Gerät umfasst einen erfindungsgemäßen Strahlungsdetektor. Die grundsätzliche Funktionsweise eines Strahlungsdetektors bzw. eines CT-Geräts ist dem Fachmann bekannt, weswegen an dieser Stelle auf weitere diesbezügliche Erläuterungen verzichtet wird.
Neue Strahlungsdetektoren bzw. CT-Geräte können also bereits mit den erfindungsgemäßen Kollimatorelementen bzw. Streustrahlkollimatoren gefertigt werden. Vorteilhafterweise können aber bereits vorhandene Strahlungsdetektoren oder CT-Geräte mit den erfindungsgemäßen Kollimatorelementen bzw. erfindungsgemäßen Streustrahlkollimatoren nachgerüstet werden.
Erfindungsgemäß wird ein erfindungsgemäßer Streustrahlkollimator zur Absorption von Streustrahlen verwendet, bevor die Streustrahlen auf einen Strahlungsdetektor treffen.
Weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie und deren Beschreibung weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.
Die Belichtungsbereiche werden vorzugsweise mittels einer Gitteranordnung mit einer Anzahl von Gittermasken auf den Fokus ausgerichtet. Die Gittermasken bilden dabei zusammen Durchlässe für das Licht, die auf den Fokus ausgerichtet sind. D. h. die Gittermasken weisen bevorzugt unterschiedliche Strukturen auf, wobei die Struktur der näher an der Lichtquelle angeordneten Gittermaske bevorzugt feiner und die Struktur der näher am Substrat angeordneten Gittermaske bevorzugt gröber im Verhältnis zueinander ausgestaltet sind. Da das Licht zur Polymerisation der Lithographielacke nur durch die von beiden Gittermasken gebildeten Durchlässe dringen kann, werden auch nur die Bereiche des Lithographielackes polymerisiert, die sich in Fortsetzung dieser Durchlässe befinden. Daher kann die Belichtung beispielsweisen mit einer flächigen bevorzugt homogen abstrahlenden Lichtquelle erfolgen. Ebenfalls ist unter Verwendung der zuvor beschriebenen Gitteranordnung eine Belichtung mit einer Punktlichtquelle möglich, die folgend beschrieben wird.
Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt zumindest eine Gittermaske mittels einer Punktlichtquelle belichtet. Die Punktlichtquelle ist dabei bevorzugt an der Position des Fokus angeordnet oder die Gittermaske entsprechend abgeändert (z. B. durch eine geeignete Dicke, einen Abstandhalter zum Lacksystem und/oder dergleichen). Dadurch wird die Strahlengeometrie nachgebildet, in der das Kollimationselement später genutzt werden soll. Mittels der Punktlichtquelle und der Belichtung durch zumindest eine Gittermaske ist somit bereits gewährleistet, dass die zu polymerisierenden Bereiche des Lithographielackes auf den Fokus ausgerichtet sind. Um beispielsweise schärfere Kanten zu erhalten, die Belichtung mittels einer Punktlichtquelle mit der oben beschriebenen Gitteranordnung kombiniert werden.
Die Punktlichtquelle kann dabei zum Beispiel als UV-Laser ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann bei einer herkömmlichen Lichtquelle (nicht Laser) mittels geeigneter optischer Elemente die Punktcharakteristik der Lichtquelle verbessert bzw. hergestellt werden. Als optische Elemente werden dabei bevorzugt Lochblenden, optische Gitter oder eine kombinierte Anordnung daraus verwendet.
Bevorzugt wird ein Lithographielack verwendet, mit dem sich vergleichsweise große Schichtdicken erzielen lassen. Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, bereits in einem oder wenigen Lithographieschritten, die gewünschte Gitterhöhe zu erzielen, wie später noch näher erläutert wird.
SU-8 ist beispielsweise in verschiedenen Viskositäten verfügbar, welche durch den Anteil des Lösungsmittels im Lithographielack gesteuert werden.
Negativlacke, mit denen eine größere Schichtdicke von mindestens 1 mm erreicht werden kann, sind z. B. SU-8 1000 SU-8 3050. Sie werden daher im Rahmen des erfindungsgemäßen bevorzugt verwendet.
Eine Versiegelung der Lithographielackschicht bzw. der Opferlackschicht durch die röntgenabsorbierende Schicht ist zu vermeiden, da dadurch das Lösungsmittel nicht mehr auf die Lackschichten wirken kann und so der Lift-off verhindert würde. Um einer Versiegelung entgegen zu wirken wird die Dicke der Lackschichten bevorzugt größer gewählt, als die der röntgenabsorbierenden Schicht. Das Verhältnis der Dicken zwischen den Lackschichten und der röntgenabsorbierenden Schicht beträgt zumindest 1:1. Daher wird die Lithographielackschicht bevorzugt mit einer Dicke von mindestens 0,5 mm, besonders bevorzugt mindestens 1 mm, ganz besonders bevorzugt 2 mm, noch stärker bevorzugt 3 mm, aufgebracht.
Grundsätzlich gilt, dass die Quantenausbeute (DQE - Detective Quantum Efficiency) weiter ansteigt je dünner die Wände die Kollimatorelements sind, da so weniger Detektionsfläche des Strahlungsdetektors abgeschirmt wird. Die Gittermaske weist daher vorzugsweise Beschattungsbereiche auf, deren Beschattungsbreite kleiner oder gleich 100 µm, besonders bevorzugt kleiner als 50 µm, ganz besonders bevorzugt kleiner als 20 µm und am meisten bevorzugt in etwa 10 µm, ist. Entsprechend weist ein erfindungsgemäßes, insbesondere ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigtes, Kollimatorelement bevorzugt Gitterwände auf, deren Wandstärke kleiner oder gleich 100 µm, besonders bevorzugt kleiner als 50 µm, ganz besonders bevorzugt kleiner als 20 µm und am meisten bevorzugt in etwa 10 µm, ist.
Insgesamt können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens in Bezug auf Dicke und Ausrichtung der Gitterwände die bisher üblichen Toleranzen von in etwa 20 µm vorteilhafterweise deutlich unterschritten werden.
Um zu heute üblichen oder auch zukünftigen Generationen von Pixeln eines Strahlungsdetektors zu passen, weist die Gittermaske bevorzugt Beschattungsbereiche auf, die mit einer Belichtungsbreite von höchstens 400 µm, besonders bevorzugt höchstens 300 µm, ganz besonders bevorzugt höchstens 200 µm, noch stärker bevorzugt höchstens 100 µm, beabstandet sind. Entsprechend weist ein erfindungsgemäßes, insbesondere ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigtes, Kollimatorelement Gitterwände auf, die um eine Schachtbreite von bevorzugt höchstens 400 µm, besonders bevorzugt höchstens 300 µm, ganz besonders bevorzugt höchstens 200 µm, noch stärker bevorzugt höchstens 100 µm, beabstandet sind.
Um eine möglichst gute Absorption zu erzielen, umfasst die röntgenabsorbierende Schicht als Bestandteil vorzugsweise Wolfram. Besonders bevorzugt besteht sie aus reinem, also möglichst 100-prozentigem, Wolfram, da dies die Strahlung noch besser absorbiert. Dementsprechend besteht auch ein erfindungsgemäßes Kollimatorelement besonders bevorzugt aus reinem Wolfram.
Um insgesamt eine ausreichende Höhe des Kollimatorelements zu erzielen, werden bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Schritte I bis V wiederholt, wobei gegebenenfalls die Belichtungsbereiche bzw. die verwendeten Gittermasken entsprechend angepasst werden. Dadurch kann vorteilhafterweise je nach Größe der Gitterstruktur bzw. der Gitterschächte die Höhe des Gitters im Rahmen der Fertigung angepasst werden.
Bevorzugt werden bei einer Wiederholung gegenüber den vorherigen Belichtungsbereichen versetzte Belichtungsbereiche belichtet, sodass eine stufige, auf den gemeinsamen Fokus ausgerichtete Struktur des Kollimatorelements ausgebildet wird.
Dies lässt sich relativ einfach beispielsweise mittels eines entsprechenden Satzes bzw. einer Mehrzahl an Gittermasken und einer flächigen, bevorzugt über die Fläche homogenen, Belichtung realisieren. Dabei wird eine Gittermaske einer zuvor erstellten Stufe vor einer darauffolgenden Wiederholung der Verfahrensschritte durch eine Gittermaske für die nächste Stufe ausgetauscht, die gemäß Struktur der herzustellenden Stufenanordnung folgt.
Die Streustrahlenkollimation hängt dabei insbesondere von dem sogenannten Schachtverhältnis bzw. der dazu inversen Schachtgröße ab. Die Schachtgröße gibt das Verhältnis des Abstands zwei einander gegenüberliegender Schachtwände zur Schachthöhe bzw. zur Höhe des Kollimatorelements an. Je kleiner also der Abstand der gegenüberliegenden Schachtwände ist, desto kleiner kann bei gleichem Schachtverhältnis auch die Höhe des Kollimatorelements sein.
Die Anforderungen an die Streustrahlenkollimation sind insbesondere bei Dual- bzw. Multi-Energy-CT-Anwendungen hoch. Hier wird beispielsweise ein Schachtverhältnis von 1:20 benötigt. Bei einer definierten Pixelgröße kann somit die Höhe des herzustellenden Kollimatorelements ermittelt werden.
Die zuvor beschriebenen erfindungsgemäß erzielbaren kleinen Toleranzen ermöglichen dabei eine gute Kollimation bei kleinen Pixeln unter zu vernachlässigenden Einflüssen auf die Quantenausbeute. Die zuvor beschriebenen relativ großen erfindungsgemäß erzielbaren Höhen der Kollimatorelemente ermöglichen auch bei größeren Pixeln eine ausreichende Kollimation der einfallenden Strahlen. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich somit Kollimatorelemente für eine große Bandbreite von Anwendungen herstellen.
Bevorzugt wird das Substrat vom Kollimatorelement entfernt. Dies kann z. B. mittels geeigneter trockenchemischer und/oder nasschemischer Verfahren erfolgen. Trockenchemisch könnte das Substrat beispielsweise von dem Kollimatorelement abgeschliffen werden. Effizienter wird das Substrat vom Kollimatorelement jedoch besonders bevorzugt nasschemisch mittels eines geeigneten Lösungsmittels für das Substrat, wie z. B. Flusssäure (HF), getrennt bzw. gelöst.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:

1 ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Kollimatorelements.
2 eine schematische Schnittansicht eines Produkts nach den Herstellungsschritten I) und II) des anhand von 1 erläuterten Verfahrens,
3 eine Draufsicht auf das Produkt aus 2,
4 eine schematische Schnittansicht während des Herstellungsschrittes III) und eine schematische Schnittansicht nach dem Herstellungsschritt IV) des anhand von 1 erläuterten Verfahrens,
5 eine Draufsicht auf das Produkt aus 4,
6 eine schematische Schnittansicht während des Herstellungsschrittes V) und eine schematische Schnittansicht nach dem Herstellungsschritt V) des anhand von 1 erläuterten Verfahrens,
7 eine Draufsicht auf das Produkt aus 6, nämlich ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kollimatorelements,
8 eine grobschematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kollimatorelements und
9 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen CT-Geräts.

In 1 zeigt beispielhaft ein schematisches Blockdiagramm eines Verlaufs eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens eines erfindungsgemäßen Kollimatorelements 20. 1 wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 bis 7 näher erläutert.
In einem vorbereitenden Schritt I' wird eine Opferlackschicht 21 aus Omnicoat™ mittels Spin-Coating aufgebracht. Dazu wird auf ein ebenes Substrat 22 z. B. aus Siliziumoxid eine Menge von 50 µl/2,25 cm² Omnicoat™ dispensiert. Anschließend wird das Substrat mit dem aufgebrachten Omnicoat™ zunächst mit 500 rpm für 10 Sekunden bei 500 rpm, gefolgt von 50 sec bei 300 rpm rotiert. Darauf wird das aufgebrachte Omnicoat™ zum Aushärten für 30 sec auf 160°C erhitzt. Die vorstehende Prozedur wird einmal wiederholt. Schließlich werden noch einmal 50 µl/2,25 cm² Omnicoat™ dispensiert, für 10 sec bei 500 rpm und folgend für 50 sec bei 300 rpm rotiert. Es folgt ein Erhitzen auf 200°C für 60 sec, um die gesamte Opferlackschicht auszuhärten.
Auf die ausgehärtete Opferlackschicht 21 wird in einem weiteren Schritt I eine Lithographielackschicht 23 aus SU-8 3050 mittels Spin-Coating aufgebracht. Dazu werden in einer ersten Unterprozedur 0,2 ml/2,25 cm2 SU-8 3050 auf die Opferlackschicht 21 dispensiert. Das Substrat wird anschließend für 20 sec mit 500 rpm, gefolgt von 20 sec mit 1000 rpm rotiert, um den aufgebrachten Lithographielack gleichmäßig zu verteilen. Die erste Unterprozedur wird zweimal wiederholt. Dann werden in einer zweiten Unterprozedur nochmals 0,2 ml/2,25 cm2 SU-8 3050 dispensiert und anschließend wir das Substrat mit den aufgebrachten Schichten bei 500 rpm für 30 sec rotiert. Die zweite Unterprozedur wird einmal wiederholt. Zum Aushärten wird das Substrat mit den aufgebrachten Schichten zunächst für 60 sec bei 65 °C gebacken und anschließend innerhalb von 60 sec auf 95°C erwärmen und für 6 h gebacken.
Das Ergebnis bzw. Produkt der Schritte I' und I ist beispielhaft in 2 als Schnittansicht und in 3 als Draufsicht dargestellt. In 2 ist der Schichtaufbau zu erkennen. Das Substrat 22 aus Silizium kann grundsätzlich eine beliebige Dicke aufweisen. Hier weist es beispielsweise eine Dicke von 0,525 mm auf. Darauf folgt die Opferlackschicht 21 mit einer Dicke von beispielsweise 0,06 µm und schließlich die Lithographielackschicht 23 mit einer Dicke von beispielsweise 500 µm. Die Draufsicht in 3 zeigt lediglich eine glatte Lithographielackschicht 23.
In noch einem weiteren Schritt II (siehe 4) werden die Lithographielackschicht 23 und die Opferlackschicht 21 mittels einer ultravioletten Punktlichtquelle 26 durch eine Gittermaskenanordnung 24' beleuchtet. Die Gittermaskenanordnung 24' umfasst zwei Gittermasken 24. Die Gittermasken 24 sind dabei so strukturiert und angeordnet, dass sie Belichtungsbereiche 25 mit einer Belichtungsbreite b' ausbilden, durch die die UV-Strahlung (hier schematisch als Pfeile angedeutet) hindurchtritt. Ferner weist die Gittermaskenanordnung 24' Beschattungsbereiche 28 mit einer Beschattungsbreite d' auf, die die Lackschichten 21, 23 von der UV-Strahlung abschirmen. Die in Fortsetzung der Gittermaskenanordnung 24' ausgebildeten Belichtungsbereiche 25 und Beschattungsbereiche 28 entsprechen dabei im Wesentlichen, d. h. bis auf die Berücksichtigung der Einflüsse von Beugungseffekten, in ihrer Form und ihren Abmessungen dem herzustellenden Kollimatorelement 20. Während der Belichtung polymerisiert die Lithographielackschicht 23 und härtet in den Belichtungsbereichen 25 aus.
Obwohl die UV-Lichtquelle hier als Punktlichtquelle 26 dargestellt und beschrieben ist, lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung der Gitteranordnung 24' auch mit einer flächigen Lichtquelle ausführen, beispielsweise um eine homogenere Polymerisation zu erreichen. So kann neben der Punktlichtquelle 26 z. B. auch ein anderes Punktlicht, eine planare Lampe oder andere geeignete UV-Lichtquelle eingesetzt werden.
Um die polymerisierten Bereiche der Lithographielackschicht 23 noch weiter auszuhärten, wird er in einem Post Exposure Bake für 6 min auf 95°C erhitzt.
In einem weiteren Verfahrensschritt III wird die Lithographielackschicht 23 entwickelt, indem das Substrat 22 mit den Lackschichten unter Rühren in ein Entwicklerbad, z. B. für 30 min in MR-Dev 600, gegeben und anschließend für 60 min auf 130°C erhitzt wird. Dabei werden die nicht belichteten und daher nicht polymerisierten Bereiche der Lithographielackschicht 23 herausgelöst. Die darunterliegende Opferlackschicht 21 wird dann mittels 30-sekündiger Einwirkung eines O₂-Plasmas entfernt. Die entwickelte Lithographielackschicht 23' und die Opferlackschicht 21' weisen nun zusammen eine Vorstruktur 27 auf, die zum herzustellenden Kollimatorelement 20 komplementär ist. Das Substrat mit der Vorstruktur 27 wird anschließend bei 130°C für 60 min ausgebacken.
Die gitterförmige Vorstruktur 27 ist in der Draufsicht in 5 dargestellt. Die Vorstruktur ist 27 von einer ebenen Fläche der entwickelten Lithographielackschicht 23' umgeben. Die Vorstruktur 27 weist eine erste Anzahl von untereinander im Wesentlichen parallelen Kanälen 29' und eine zweite Anzahl von dazu senkrechten, untereinander ebenfalls im Wesentlichen parallelen Kanälen 29' auf.
In einem weiteren Schritt IV (siehe 6) wird mittels Kathodenzerstäubung eine reine Wolframschicht 20' mit einer Dicke von beispielsweise 370 µm über dem Substrat 22 und den entwickelten Lackschichten 21', 23' gleichmäßig abgeschieden. Die Wolframschicht 20' kondensiert bzw. lagert sich in den Kanälen 29' der Vorstruktur 27 sowie auf der entwickelten Lithographielackschicht 23' an. Aufgrund des Höhenunterschieds zwischen den Kanälen 29' und der Oberseite der entwickelten Lithographielackschicht 23' kommt es zu keiner Versiegelung der entwickelten Lithographielackschicht 23' bzw. der Opferlackschicht 21'.
Im folgenden Schritt V wird das Substrat 22 mit den entwickelten Lackschichten 21', 23' und der Wolframschicht 20' mit einem starken Lösungsmittel, wie z. B. NMP, ggf. unter Verwendung von Rühren oder Ultraschall behandelt. Dadurch löst sich die Lithographielackschicht 23'. Die Opferlackschicht 21' wird durch einen sog. Stripper wie z.B. MFCD26 oder MF319 ggf. unter Rühren oder Ultraschall gelöst. Die Wolframschicht 20' bleibt lediglich in den Bereichen zurück, in denen sie sich innerhalb der Vorstruktur 27 direkt auf dem Substrat 22 angelagert hat und bildet so das Kollimatorelement 20.
Ein erfindungsgemäßes Kollimatorelement 20 ist beispielhaft in einer Draufsicht in 7 dargestellt. Es ist vorliegend noch auf dem Substrat 22 angeordnet gezeigt und weist entsprechend der Vorstruktur 27 eine erste Anzahl von zueinander im Wesentlichen parallelen Gitterwänden 29 und eine zweite Anzahl von dazu senkrechten, untereinander im Wesentlichen parallelen Gitterwänden 29 auf. Die Gitterwände 29 weisen eine Wandstärke d von beispielsweise 10 µm auf und sind jeweils im Abstand einer Schachtbreite b von beispielsweise 200 µm angeordnet. Entsprechend ergibt sich ein auch für Dual- bzw. Multi-Energy-Anwendungen geeignetes Schachtverhältnis von 1:20.
In 8 ist grobschematisch ein weiteres Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kollimatorelements auf dem Substrat 22 in einer Schnittansicht dargestellt. Auf das Substrat 22 werden unter Wiederholung der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte I bis V drei Wolframschichten 20' aufgebracht. Bei den Wiederholungen werden jeweils unterschiedliche Gittermasken 24 verwendet, um eine entsprechende Struktur der jeweiligen Wolframschicht 20' zu erzeugen. Die aus den Wolframschichten 20' gebildete Struktur des Kollimatorelements 20 ist dabei erfindungsgemäß insgesamt auf einen Fokus ausgerichtet.
Wie bereits erläutert sind die Figuren schematisch und nicht maßstäblich. Insbesondere sind die in 4, 6 und 8 dargestellten Winkel zwischen den Lichtstrahlen und die daraus resultierenden Winkel zwischen den Belichtungsbereichen 25 bzw. den Gitterwänden 29 aus Anschauungsgründen stark übertrieben. Sie ergeben sich bei einer realen Anordnung in einem Röntgensystem im Wesentlichen aus dem Abstand der gegenüberliegenden Gitterwände 29, die ein Detektorpixel umrahmen, und dem Abstand zwischen der Detektorfläche zum Fokus der Röntgenstrahlungsquelle. Der Winkel zwischen zwei gegenüberliegenden Gitterwänden 29 ist jeweils bevorzugt kleiner als 1°.
In einem abschließendem Verfahrensschritt VI wird das Substrat 22 vom Kollimatorelement 20 entfernt. Dies erfolgt bevorzugt nasschemisch z. B. mittels Flusssäure (HF). Die Flusssäure löst das Substrat 22 aus Siliziumdioxid, greift das Kollimatorelement 20 aus Wolfram jedoch nicht an. Das erfindungsgemäße Kollimatorelement 20 wurde im Wesentlichen bereits anhand von 7 beschrieben.
Um einen erfindungsgemäßen Streustrahlkollimator herzustellen wird eine Anzahl der wie eben beschrieben hergestellten, erfindungsgemäßen Kollimatorelementen bereitgestellt und z. B. durch Kleben so zusammengefügt, dass sie beispielsweise auf einem Teilkreisabschnitt angeordnet sind.
In 9 ist beispielhaft und grob schematisch eine erfindungsgemäßes Computertomographiegerät bzw. CT-Gerät 30 gezeigt. Das Computertomographiegerät 30 umfasst einen Patiententisch 35 zur Lagerung eines Patienten 34 als Untersuchungsobjekt. Der Patiententisch 35 ist entlang einer Systemachse 36 in das Messfeld verstellbar, worüber der Patient 34 im Messfeld positioniert werden kann. Das Computertomographiegerät 30 umfasst ferner eine Gantry 32 mit einer um die Systemachse 36 drehbar gelagerten Quelle-Strahlungsdetektor-Anordnung 33, 31. Die Quelle-Strahlungsdetektor-Anordnung 33, 31 weist eine Röntgenstrahlungsquelle 33 und ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors 31 auf, die einander gegenüberliegend so ausgerichtet sind, dass im Betrieb eine von dem Fokus der Röntgenstrahlungsquelle 33 ausgehende Röntgenstrahlung auf den Strahlungsdetektor 31 trifft. Auf der zur Röntgenstrahlungsquelle 33 weisenden Seite des Strahlungsdetektors 31 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Streustrahlkollimators 37 angeordnet. Der Streustrahlkollimator 37 weist eine Anzahl von erfindungsgemäßen Kollimatorelementen 20 auf, die auf dem innenliegenden, d. h. zur Systemachse 36 hinweisenden, Teilkreisabschnitt des Strahlungsdetektors 31 angeordnet sind.
Durch den Streustrahlkollimator 37 wird die Röntgenstrahlung kollimiert, nachdem sie den Patienten durchdrungen hat. Dadurch werden die Einflüsse von Streustrahlung bei der Akquisition weitgehend vermieden. Zu jeder Projektion erzeugt der Strahlungsdetektor 31 einen Satz von Projektionsdaten. Diese Projektionsdaten werden anschließend weiterverarbeitet und zu einem resultierenden Bild verrechnet.
Ein solches Computertomographiegerät 30 wird bekanntermaßen zur 3D-Bildrekonstruktion eingesetzt. Zur Aufnahme eines Bildes von einem Untersuchungsgebiet (Region of Interest) werden bei Rotation der Quelle-Strahlungsdetektor-Anordnung 33, 31 Projektionsdaten aus einer Vielzahl von unterschiedlichen Projektionsrichtungen erfasst. Im Fall einer Spiralabtastung erfolgt während einer Rotation der Quelle-Strahlungsdetektor-Anordnung 33, 31 beispielsweise gleichzeitig eine kontinuierliche Verstellung des Patiententisches 35 in Richtung der Systemachse 36. Die Röntgenstrahlungsquelle 33 und der Strahlungsdetektor 31 bewegen sich bei dieser Art der Abtastung somit auf einer Helixbahn um den Patienten 34. Der genaue Aufbau und die konkrete Arbeitsweise eines solchen CT-Geräts 30 sind dem Fachmann bekannt und werden daher hier nicht im Detail erläutert.
Bei der Lithographie und Kathodenzerstäubungsverfahren handelt es sich grundsätzlich um etablierte Prozesse, die eine hochpräzise und zugleich kostengünstige Fertigung erlauben. Mit den erfindungsgemäßen Verfahren können somit günstigere Kollimatorelemente und Streustrahlkollimatoren hergestellt werden, die zudem höheren Anforderungen an die Toleranzen bei der Fertigung genügen. Dadurch werden auch Nacharbeiten weitgehend vermieden.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriffe „Gerät“ und „Element“ nicht aus, dass die betreffende Komponente aus mehreren zusammenwirkenden Teilkomponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kollimatorelements (20) mit zumindest folgenden Schritten: I) Aufbringen einer Lithographielackschicht (23), II) Belichtung der Lithographielackschicht (23) in Belichtungsbereichen (25), die einer Struktur des Kollimatorelements entsprechen, wobei die Struktur des Kollimatorelements auf einen gemeinsamen Fokus ausgerichtet ist, III) Entwickeln der Lithographielackschicht (23') unter Bildung einer Vorstruktur (27) des Kollimatorelements (20), IV) Aufbringen einer röntgenabsorbierenden Schicht (20') mittels Kathodenzerstäubung und V) Abheben zumindest der röntgenabsorbierenden Schicht (20') in Bereichen der Vorstruktur (27), wobei die Schritte I bis V wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Belichtungsbereiche (25) mittels einer Gitteranordnung (24') mit einer Anzahl von Gittermasken (24) auf den Fokus ausgerichtet werden und/oder zumindest eine Gittermaske (24) mittels einer Punktlichtquelle (26) belichtet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gittermaske (24) Beschattungsbereiche (28) aufweist, deren Beschattungsbreite (d') kleiner als 20 µm, bevorzugt 10 µm, ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gittermaske (24) Beschattungsbereiche (28) aufweist die mit einer Belichtungsbreite (b') von höchstens 400 µm, bevorzugt höchstens 300 µm, besonders bevorzugt höchstens 200 µm, ganz besonders bevorzugt höchstens 100 µm, beabstandet sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die röntgenabsorbierende Schicht (20') als Bestandteil Wolfram umfasst, bevorzugt aus reinem Wolfram besteht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei einer Wiederholung gegenüber den vorherigen Belichtungsbereichen versetzte Belichtungsbereiche belichtet werden, sodass eine stufige, auf einen gemeinsamen Fokus ausgerichtete Struktur des Kollimatorelements ausgebildet wird.
Kollimatorelement, das als Gitterelement einteilig nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt wurde.
Kollimatorelement nach Anspruch 7, umfassend eine Anzahl von mittels Lithographie strukturierten röntgenabsorbierenden Schichten, deren Struktur auf einen gemeinsamen Fokus ausgerichtet ist und die bevorzugt aus reinem Wolfram gebildet sind.
Kollimatorelement nach Anspruch 7 oder 8, das Gitterwände (28') aufweist, deren Wandstärke (d) kleiner oder gleich 100 µm, bevorzugt kleiner als 50 µm, besonders bevorzugt kleiner als 20 µm, am meisten bevorzugt 10 µm, ist.
Kollimatorelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, das Gitterwände (28') aufweist, die um eine Schachtbreite (b) von höchstens 400 µm, bevorzugt höchstens 300 µm, besonders bevorzugt höchstens 200 µm, ganz besonders bevorzugt höchstens 100 µm, beabstandet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Streustrahlkollimators (37) mit folgenden Schritten: - Bereitstellen einer Anzahl von Kollimatorelementen (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 und - Zusammenfügen der Kollimatorelemente (20) zu einem Streustrahlkollimator (37).
Streustrahlkollimator (37), der eine Anzahl von Kollimatorelementen (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 umfasst.
Strahlungsdetektor (31), insbesondere photonenzählender Röntgendetektor, mit einem Streustrahlkollimator (20) nach Anspruch 12.
CT-Gerät (30) mit einem Strahlungsdetektor (31) nach Anspruch 13.