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Die Erfindung betrifft ein Streustrahlenraster für eine medizinische Röntgen-Bildgebungsanlage, einen Röntgenstrahlendetektor sowie die medizinische Röntgen-Bildgebungsanlage.
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Röntgen-Bildgebungsanlagen (kurz Röntgengeräte) weisen üblicherweise eine Röntgenstrahlenquelle sowie einen Röntgenstrahlendetektor (kurz Röntgendetektor) auf, die in Gegenüberstellung zueinander angeordnet sind. Im Betrieb des Röntgengeräts wird mittels des Röntgendetektors die von der Röntgenstrahlenquelle emittierte und ggf. von einem Messobjekt - beispielsweise einem Patienten - teilweise abgeschwächte Röntgenstrahlung detektiert. Der Röntgendetektor ist dazu eingerichtet, ein zur Intensität der einfallenden Röntgenstrahlung korrespondierendes (Mess-)Signal auszugeben. Insbesondere weist der Röntgendetektor dabei eine Vielzahl von Bildpunkten (auch als „Pixel“ bezeichnet) auf, die zur flächig aufgelösten Erfassung der Intensitätsverteilung der einfallenden Röntgenstrahlung dienen. Optional ist der Röntgendetektor dabei in eine Mehrzahl von Detektorelementen unterteilt, die jeweils eine Vielzahl von Pixeln umfassen. Dadurch können auf einfache Weise auch großflächige und beispielsweise zur Anwendung in der Computertomographie gebogene Röntgendetektoren durch entsprechende Aneinanderreihung („Kachelung“) der Detektorelemente ausgebildet werden.
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Im Betrieb des Röntgengeräts wird aufgrund von verschiedenen physikalischen Effekten die von der Röntgenstrahlungsquelle emittierte Röntgenstrahlung von dem Messobjekt in Abhängigkeit der Strahlrichtung nicht nur unterschiedlich stark abgeschwächt, sondern teilweise auch in einem Winkel zu der ursprünglichen Strahlungsrichtung - die üblicherweise radial zur Röntgenstrahlungsquelle verläuft - gestreut. Diese gestreuten Strahlen („Streustrahlen“) verursachen beim Auftreffen auf den Röntgendetektor aufgrund ihrer Überlagerung mit den in der ursprünglichen Strahlungsrichtung auftreffenden (Haupt-)Röntgenstrahlen eine Verfälschung des aus der Intensitätsverteilung rekonstruierten Bildes. Insbesondere führen diese Streustrahlen zu einer Verringerung des Kontrasts, u.U. auch der räumlichen Auflösung des rekonstruierten Bildes.
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Zur Verringerung der Einflüsse der Streustrahlen wird einem Röntgendetektor häufig ein sogenanntes Streustrahlenraster (auch als „Antiscattergrid“ bezeichnet) zugeordnet, der den röntgensensitiven Elementen des Röntgendetektors in Strahlungsrichtung vorgeschaltet ist. Derartige Streustrahlenraster weisen meist eine gitterartige Struktur auf, wobei jede Gitteröffnung eine Art Strahlungskanal bildet, der in Richtung der Hauptröntgenstrahlen verläuft. Die einzelnen Strahlungskanäle sind dabei durch Wände voneinander getrennt, die aus einem bevorzugt stark Röntgenstrahlen-absorbierenden Material gebildet sind, wie bspw. Blei oder Wolfram. Meist ist dabei jeder Strahlungskanal einem einzelnen Pixel oder zumindest einer geringen Anzahl von Pixeln zugeordnet. Die Strahlungskanäle sind außerdem langgestreckt. Mit anderen Worten sind sie mit einer vielfach größeren Länge in Richtung der Hauptröntgenstrahlen als einer Erstreckung quer zur Richtung der Hauptröntgenstrahlen ausgebildet. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass von der Richtung der Hauptröntgenstrahlen abweichende Streustrahlen auf die die Strahlungskanäle umrandenden Wände auftreffen und von diesen adsorbiert werden.
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Streustrahlenraster absorbieren typischerweise auch einen Teil der nicht gestreuten Röntgen-Strahlung, die vom Röntgendetektor nicht mehr erfasst werden kann. Diese Absorption findet nur an den Wänden der einzelnen Strahlungskanäle statt. Derart bewirkt die Absorption der ungestreuten Röntgen-Strahlung eine Röntgen-Intensitätsmodulation, die im rekonstruierten Röntgenbild durch regelmäßige Streifen sichtbar wird.
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Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, die Ausmaße der Strahlenkanäle kleiner als die eines Detektorpixels zu machen. Diese Ausführung erfordert jedoch einen aufwändigen und komplexen Aufbau des Streustrahlenrasters, der zudem die Absorption von gestreuter Röntgenstrahlung beeinträchtigen kann.
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Eine andere Lösung für dieses Problem besteht in der Vergrößerung der Strahlenkanäle des Streustrahlenrasters über mehrere Pixel des Röntgendetektors hinweg. Derartige Streustrahlenraster bewirken eine annähernd perfekte Streustrahlunterdrückung, sind jedoch immer im rekonstruierten Röntgenbild erkennbar. Sie können jedoch mittels Kalibriervorgang und Subtraktion aus dem Röntgenbild entfernt werden. Diese Vorgehensweise erfordert einen erhöhten Vor- bzw. Nachbearbeitungsaufwand. Zudem ist dieser Ansatz bislang beschränkt auf statische Systeme, da die Kalibrierung positions- bzw. orientierungsabhängig und zudem spezifisch für einen definierten Abstand zwischen Röntgenstrahlenquelle und Röntgendetektor ist.
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Eine dritte Lösung schlägt eine gleichförmige Bewegung des Streustrahlenrasters gemäß dem zweiten Vorschlag relativ zu dem Röntgendetektor während der Projektionsdatenerfassung vor. Derart wird die Absorption von ungestreuter Röntgenstrahlung räumlich (gleich)verteilt und das Streustrahlenraster ist im rekonstruierten Röntgenbild nicht mehr erkennbar. Diese Vorgehensweise wird bevorzugt bei Akquisitionen angewendet, bei der nur ein Röntgenbild mit einem über eine bestimmte Zeit hinweg aktivierten Röntgenpuls erfasst wird. Um eine annähernd vollständige Kompensation für die Intensitätsmodulation zu erzielen, muss die Bewegung des Streustrahlenrasters exakt gleichförmig sein. Hierzu wird ein sich entgegen dem Streustrahlenraster bewegendes Gegengewicht benötigt. Ansätze mittels periodisch schwingendem Pendel oder kreisförmiger (schneckenartiger) Bewegung erfordern einen aufwändigen Aufbau, zeigen bislang jedoch keine ausreichende Qualität.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2005 050 487 A1 ist ein Streustrahlenraster für einen Röntgenstrahlendetektor bekannt, das eine Vielzahl von Röntgenabsorptionsplatten und einen Trägerkörper umfasst, an welchem die Vielzahl von Röntgenabsorptionsplatten befestigt ist. Der Trägerkörper ist mäanderförmig mit einer Vielzahl von geradlinig verlaufenden Teilabschnitten und diese miteinander verbindenden Kurvenabschnitten ausgebildet. Die Röntgenabsorptionsplatten sind in den geradlinig verlaufenden Teilabschnitten angeordnet.
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Aus Druckschrift
DE 632 098 A ist ein Streustrahlenraster bekannt, bei dem einzelne Absorptionskörper auf einem Trägerstreifen aufgebracht sind und dieser mäanderförmig zu einem Streustrahlenraster (hier als „Sekundärstrahlenblende“ bezeichnet) aufgewickelt ist. Es handelt sich bei den einzelnen Absorptionskörpern um stab- oder nadelförmige Körper.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und ein Streustrahlenraster anzugeben, mit dem in Bezug auf ein breites Einsatzfeld eine höhere Bildqualität erzielt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt ein Streustrahlenraster für einen Röntgenstrahlendetektor umfassend
- - eine Vielzahl von Röntgenabsorptionsplatten und
- - einen Trägerkörper, an welchem die Vielzahl von Röntgenabsorptionsplatten befestigt ist.
Dabei ist der Trägerkörper mäanderförmig mit einer Vielzahl von geradlinig verlaufenden Teilabschnitten und diese miteinander verbindenden Kurvenabschnitten ausgebildet in jedem geradlinig verlaufenden Teilabschnitt ist wenigstens eine Röntgenabsorptionsplatte angeordnet. Der Trägerkörper ist im Wesentlichen senkrecht zu den Röntgenabsorptionsplatten bewegbar ausgebildet.
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Der Trägerkörper ist ausgebildet, eine Fixierung und/oder mechanische Unterstützung bzw. Stabilisierung der Röntgenabsorptionsplatten in einer gewünschten Anordnung bzw. Orientierung und/oder einem gewünschten Abstand zu bewirken.
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Der Trägerkörper ist mäanderförmig ausgestaltet, d.h. er weist einen wellen- oder sinus-artigen Verlauf auf. Der Trägerkörper ist grundsätzlich als in einer Raumdimension lang und im Gegensatz dazu in wenigstens einer zweiten Raumdimension (besonders) schmal ausgedehnter Körper ausgebildet. Diese Form des Trägerkörpers erlaubt vorteilhaft eine einfache mechanische Bearbeitung. Die Mäanderform des Trägerkörpers wird bspw. durch einen Biegeprozess erzielt, wobei die Mäanderform umfassend geradlinige, also ungebogene bzw. ungekrümmte Teilabschnitte und gebogene bzw. ungekrümmte Kurvenabschnitte entlang der längsten Erstreckungsrichtung in den Trägerkörper eingebracht wird.
Die geradlinig verlaufenden Teilabschnitte sind insbesondere ausgebildet und groß genug, um jeweils wenigstens, alternativ auch zwei Röntgenabsorptionsplatten aufzunehmen.
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Die Röntgenabsorptionsplatten können bspw. an den Trägerkörper gesteckt, bevorzugt geklebt sein.
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Die Röntgenabsorptionsplatten sind ausgebildet Röntgenstrahlung und insbesondere von einem Untersuchungsobjekt gestreute Röntgenstrahlung (auch Streustrahlung genannt) zu absorbieren. Entsprechend bestehen die Röntgenabsorptionsplatten aus einem Material, welches sich durch eine hohe Röntgenquantenabsorption auszeichnet. Als Material für die Röntgenabsorptionsplatten eignen sich besonders gut Kupfer, Wolfram oder ein anderes Schwellmetall. Es kann auch eine Legierung umfassend eines der genannten Materialien eingesetzt werden. Dieses Material ist, um eine Platten- oder Blättchenform zu erzielen, in einer Raumdimension deutlich schmaler ausgebildet als in den beiden übrigen Raumdimensionen. Die Röntgenabsorptionsplatten weisen bevorzugt eine Dicke von ungefähr 0,1mm auf.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung verlaufen die geradlinig verlaufenden Teilabschnitte zumindest bereichsweise parallel zu einander und die in diesem Bereich angeordneten, jeweils benachbarten Röntgenabsorptionsplatten bilden einen Strahlungskanal für Röntgenstrahlung aus. Mit anderen Worten vollziehen die Kurvenabschnitte bevorzugt eine Richtungsänderung die im Bereich von oder exakt bei 360° liegt. Derart wird eine (annähernde) Parallelität der in den Teilabschnitten angeordneten Röntgenabsorptionsplatten erreicht. Die geradlinigen Teilabschnitte sowie die darin angeordneten Röntgenabsorptionsplatten erstrecken sich also zumindest bereichsweise im Wesentlichen parallel zu einander und bevorzugt auch parallel zu einer Röntgenstrahlenausbreitungsrichtung. Derart bilden in diesem Bereich jeweils benachbart, also direkt nebeneinander liegende Röntgenabsorptionsplatten einen Strahlungskanal aus. Dies bewirkt vorteilhaft eine überwiegende Absorption von Streustrahlung, wobei nicht von Untersuchungsobjekt gestreute Röntgenstrahlung annähernd ungehindert das Streustrahlraster passieren kann.
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,Bereichsweise‘ ist im Sinne der Erfindung so zu verstehen, dass es außerhalb des Bereichs mit im Wesentlichen parallelem Teilabschnittsverlauf auch Bereiche des Streustrahlenrasters geben kann, in denen die geradlinigen Teilabschnitte nicht parallel verlaufen.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass Trägerkörper und Röntgenabsorptionsplatten als physikalische Einheit ausgebildet sind und die Röntgenabsorptionsplatten in den geradlinig verlaufenden Teilbereichen durch den Trägerkörper selbst gebildet werden. In dieser Ausführung wird der gesamte Trägerkörper durch ein Material gebildet, welches für die Röntgenabsorptionsplatten zum Einsatz kommen kann.
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In einer anderen Ausführung der Erfindung ist der Trägerkörper einstückig oder zweistückig ausgebildet. In der einstückigen Ausgestaltungsform ist der Trägerkörper derart ausgebildet, dass die Röntgenabsorptionsplatten mit ihrer Grundfläche an den geradlinig verlaufenden Teilabschnitten flächig anliegen. In dieser Ausführungsform kann ein geradlinig verlaufender Teilabschnitt jeweils zwei Röntgenabsorptionsplatten aufnehmen, und zwar an gegenüberliegenden Seiten. In der zweistückigen Ausgestaltungsform ist der Trägerkörper aus zwei im Wesentlichen drahtförmigen oder flachkabelförmigen Einzelkörpern ausgebildet, wobei beide Einzelkörper dieselbe Mäanderform aufweisen. Die Röntgenabsorptionsplatten werden hier an ihren gegenüberliegenden Seiten jeweils mit einem Teilabschnitt der deckungsgleich angeordneten Einzelkörper angeordnet und bspw. mittels Klebevorgang daran befestigt. Mit anderen Worten stellen erst die Röntgenabsorptionsplatten in dieser Ausführungsform eine körperliche Verbindung der beiden Einzelkörper her. In dieser Ausführung ist in jedem Teilabschnitt des Streustrahlenrasters genau eine Röntgenabsorptionsplatte angeordnet. Während die einstückige Ausgestaltungsform einen einfacheren Herstellungsprozess bietet, kann durch die Materialeinsparung in Bezug auf den Trägerkörper bei der zweistückigen Ausgestaltung eine nachteilige Absorption von ungestreuter Röntgenstrahlung durch den Trägerkörper weitgehend vermieden werden.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Trägerkörper aus Metall oder einem Polymer ausgebildet. In einer bevorzugten Ausgestaltung besteht der Trägerkörper aus demselben Material wie die Röntgenabsorptionsplatten. Dies vereinfacht weiter den Herstellungsprozess.
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In einer anderen Ausführung der Erfindung weisen die Röntgenabsorptionsplatten in Röntgenstrahlenausbreitungsrichtung eine Ausdehnung von 15mm bis 25mm auf. Diese Ausdehnung entspricht der Länge bzw. Tiefe der durch die Röntgenabsorptionsplatten gebildeten Strahlungskanäle. Eine Länge/Tiefe von genau 2mm ist insbesondere bei Röntgenabsorptionsplatten aus Wolfram oder Wolfram-Legierungen ausreichend, um eine befriedigende Unterdrückung von Streustrahlung vor dem Röntgendetektor zu bewirken. Andere Ausdehnungen der Röntgenabsorptionsplatten sind ebenfalls möglich.
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Insbesondere ist der Trägerkörper senkrecht zu den wenigstens bereichsweise parallel zu einander angeordneten Röntgenabsorptionsplatten bewegbar. Die Bewegung wird vorzugsweise während einer Erfassung bzw. Akquisition von Röntgenprojektionsmessdaten vollzogen, wodurch eine unerwünschte Intensitätsmodulation der durch den Röntgenstrahlendetektor erfassten Röntgenstrahlung vorteilhaft unterdrückt werden kann.
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Die Bewegung, die der Trägerkörper vollziehen können muss, kann Deformationen des Trägerkörpers verursachen. Damit die Bewegung keine Beschädigungen des Streustrahlenrasters verursacht ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass der Trägerkörper wenigstens in seinen Kurvenabschnitten elastisch verformbar ausgebildet ist. Elastische Verformbarkeit oder Deformierbarkeit bedeutet, dass der Trägerkörper unter Krafteinwirkung eine andere, (leicht) veränderte Form einnehmen kann, jedoch ohne Krafteinwirkung von allein wieder seine ursprüngliche Form einnimmt. Mit anderen Worten können die Kurvenabschnitte des Trägerkörpers bei der Bewegung zumindest vorübergehend und bereichsweise elastisch deformierbar ausgebildet sein und insbesondere bei Bewegung des Trägerkörpers einen anderen Winkel, bevorzugt einen kleineren Winkel als 360° einschließen.
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In einer anderen Ausführung der Erfindung verläuft der Trägerkörper auf einer geschlossenen Bahn. Mit anderen Worten weist der Trägerkörper keinen Anfang und kein Ende auf bzw. sind diese bevorzugt stufenlos bzw. nahtfrei mit einander verbunden. Der Trägerkörper ist in dieser Ausführung gleichmäßig über seinen gesamten Verlauf hinweg mit Teilabschnitten und Röntgenabsorptionsplatten ausgestattet. Diese Ausführung ist besonders geeignet für eine gleichförmige Bewegung des Streustrahlenrasters, wie sie mit Bezug zu der folgenden Ausführung der Erfindung beschrieben wird.
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In dieser Ausführung umfasst das Streustrahlenraster auch zwei jeweils um eine Drehachse rotierbare Rollenkörper, wobei die beiden Drehachsen parallel zu einander liegen und der Trägerkörper umfänglich um die beiden Rollenkörper verläuft, wobei der Trägerkörper mit seinen innen liegenden Kurvenbereichen zumindest teilweise auf den Rollenkörpern aufliegt und durch Rotation der Rollenkörper bewegbar ist. Die beiden Rollenkörper können rad- oder walzenförmig ausgebildet sein. Bevorzugt weisen sie denselben Durchmesser auf. Mit anderen Worten bewirkt eine gleichzeitige Rotationsbewegung der beiden Rollenkörper einen Antrieb des Streustrahlenrasters, welches dadurch in eine gleichförmige Bewegung versetzt wird, die im Wesentlichen senkrecht zur Grundfläche der bereichsweise parallel ausgerichteten Röntgenabsorptionsplatten verläuft. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine gleichförmige, unterbrechungsfreie Bewegung des Trägerkörpers, da sie nur in eine Bewegungsrichtung erfolgt. Die Ausgestaltung erübrigt Ausgleichsgewichte und deren Kompensationsbewegungen und ist dementsprechend stabil und störungsanfällig.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung verläuft der Trägerkörper zumindest bereichsweise zwischen zwei Rollenkörpern auf bzw. entlang einer gekrümmten Trajektorie, wobei die Krümmung der Trajektorie in Bezug auf eine Röntgenstrahlenrichtung einfallender Röntgenstrahlung konvex ausgebildet ist. Der Trägerkörper kann hier bspw. mittels eines Führungselements in Form einer Führungsschiene auf der gekrümmten Trajektorie gehalten werden. Durch eine elastische Verformung des Trägerkörpers, insbesondere der Kurvenabschnitte, auch in diesem Bereich können die durch die Röntgenabsorptionsplatten ausgebildeten Strahlungskanäle auf die Röntgenstrahlenrichtung von einfallender Röntgenstrahlung ausgerichtet, insbesondere darauf parallelisiert werden. Damit ist die Erfindung vorteilhaft besonders gut für Röntgen-Bildgebungssysteme einsetzbar, die einen fächerförmigen Röntgenstrahl ausbilden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Radius der gekrümmten Trajektorie veränderbar. Mit anderen Worten kann der Krümmungsradius der Trajektorie variiert werden. Der Krümmungsradius kann vorteilhaft insbesondere an eine variable Entfernung zwischen Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor angepasst werden, wobei die Ausrichtung der Strahlungskanäle auf die Röntgenstrahlenrichtung der einfallenden Röntgenstrahlung beibehalten werden kann. Dies ist bspw. bei einem C-Arm-Röntgen-Gerät während einer Untersuchung typisch.
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Der Krümmungsradius der Trajektorie kann bspw. mittels einer elastisch verformbaren Führungsschiene realisiert werden, deren Krümmungsradius bspw. unter Berücksichtigung eines aktuellen Abstands zwischen Röntgenstrahlendetektor und Röntgenstrahlenquelle automatisch angepasst wird. Alternativ können mehrere Führungsschienen vorgesehen sein, die voneinander abweichende Krümmungsradien aufweisen, die je nach Bedarf automatisiert ausgetauscht werden können.
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Um die Stabilität des Streustrahlenrasters weiter zu erhöhen kann eine Haltevorrichtung vorgesehen sein, die umfänglich um den Trägerkörper verläuft und diesen in seiner Form bzw. im Verlauf seiner Bewegung stützt. Die Haltervorrichtung kann bspw. als stabilisierendes Gummiband ausgebildet sein.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind die Rollenkörper ausgebildet, den Trägerkörper derart anzutreiben, dass sich die Röntgenabsorptionsplatten mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0.3m/s bis 10m/s bewegen. Die erzielte Bewegung ist eine Bewegung in eine Richtung, es erfolgt keine Richtungsumkehr. Dabei läuft der Trägerkörper mit konstanter Geschwindigkeit um die beiden Rollenkörper herum. Eine konstante Geschwindigkeit in dem angegebenen Bereich sorgt dafür, dass das Streustrahlenraster in einer rekonstruierten Röntgenbildaufnahme nicht mehr oder kaum noch erkennbar ist.
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Streustrahlenraster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Röntgenabsorptionsplatten einen Abstand im Bereich von 200µm bis 3000µm zueinander aufweisen. Zusammen mit der o.g. Bewegungsgeschwindigkeit ergibt sich so eine bestmögliche Unterdrückung der Sichtbarkeit des Streustrahlenrasters in einer rekonstruierten Röntgenbildaufnahme.
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Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Röntgenstrahlendetektor für ein medizinisches Röntgen-Bildgebungssystem umfassend ein erfindungsgemäßes Streustrahlenraster. Der Röntgenstrahlendetektor kann als Detektor für Röntgenstrahlen ausgebildet sein, der einfallende Röntgenstrahlen direkt oder indirekt in ein elektrisches Signal konvertiert. Ferner kann es sich bei dem Röntgendetektor um einen Flachdetektor, aber auch um einen gekrümmten Detektor handeln, sprich einen Detektor mit gekrümmter Detektionsfläche.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Röntgenstrahlendetektor in Form eines Röntgen-Flach-Detektors ausgebildet, der auch ein Sensorelement umfasst, welches derart zwischen den beiden Rollenkörpern des Streustrahlenrasters und in Röntgenstrahlenrichtung hinter den Röntgenabsorptionsplatten angeordnet ist, dass Röntgenstrahlung auf das Sensorelement trifft, nachdem es das Streustrahlenraster passiert hat.
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Das medizinische Röntgen-Bildgebungssystem umfassend ein erfindungsgemäßes Streustrahlenraster kann bspw. als Durchleuchtungsröntgengerät, C-Bogen-Röntgengerät, Angiographie-Anlage, Mammographie-Anlage, Computer-Tomographie-Anlage oder dergleichen ausgebildet sein.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Durch diese Beschreibung erfolgt keine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele. In verschiedenen Figuren sind gleiche Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:
- 1 ein Röntgen-Bildgebungssystem in einer stark vereinfachten Ausführung der Erfindung,
- 2 ein Streustrahlenraster in einer Ausführung der Erfindung in einer Seitenansicht,
- 3 das Streustrahlenraster in derselben Ausführung der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht, und
- 4 eine Detailansicht eines Röntgenstrahlendetektors in einer Ausführungsvariante der Erfindung.
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1 zeigt ein Röntgen-Bildgebungssystem 20 in einer Ausführung der Erfindung in sehr vereinfachter Darstellung. Das Röntgen-Bildgebungssystem 20 umfasst eine Röntgenstrahlenquelle 21 und einen in Gegenüberstellung zu dieser angeordneten Röntgenstrahlendetektor 22 in Form eines indirekt konvertierenden Röntgenstrahlendetektors. Die Röntgenstrahlenquelle 21 und der Röntgenstrahlendetektor 22 können relativ zu einander verschieblich gelagert oder fest gegenüber liegend angeordnet sein. Die Röntgenstrahlenquelle 21 ist dazu eingerichtet, im Betrieb des Röntgen-Bildgebungssystems einen Röntgenstrahl 11 auszusenden. Der Röntgenstrahl 11 ist hier konkret durch einen Fächerstrahl gebildet, er kann auch als konischer Strahl ausgebildet sein. Die einzelnen Teilstrahlen des Röntgenstrahls 11 werden von der Röntgenstrahlenquelle 21 als Radialstrahlen abgestrahlt, die für jeden der Radialstrahlen die (originäre) Röntgenstrahlenrichtung (nach Art eines radialen Zeigers) angibt. Der Röntgenstrahlendetektor 22 ist hier flach ausgebildet, sodass jeder den Radialstrahlen normal bzw. zumindest näherungsweise normal auf eine nicht näher dargestellte röntgensensitive Fläche bzw. ein flächig ausgebildetes Sensorelement 6 des Röntgenstrahlendetektors 22 auftrifft. Zur Steuerung der Röntgenstrahlenquelle 21 und zur Auswertung einer mittels des Röntgenstrahlendetektors 22 erfassten Intensitätsverteilung des Röntgenstrahls 11 sind die Röntgenstrahlenquelle 21 und der Röntgenstrahlendetektor 22 mit einem Steuerrechner 12 signalübertragungstechnisch verbunden.
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Da im Betrieb des Röntgengeräts 1 von einem im Strahlengang des Röntgenstrahls 11 angeordneten Mess- oder Untersuchungsobjekt P (beispielsweise einem Patienten) der Röntgenstrahl 11 bzw. dessen Röntgenteilstrahlen auch in von der originären Röntgenstrahlenrichtung abweichende Streustrahlen gestreut wird (nicht näher dargestellt), weist der Röntgenstrahlendetektor 22 ein Streustrahlenraster 10 mit Röntgenabsorptionsflächen 8 auf, die einer röntgensensitiven Detektorfläche 6 des Röntgenstrahlendetektors 22 vorgelagert sind. Dieses Streustrahlenraster 10 überdeckt vorteilhaft die gesamte röntgensensitive Detektorfläche 6. Das Streustrahlenraster 10 ist dabei derartig gestaltet und angeordnet, dass die von der Röntgenstrahlenrichtung abweichenden Streustrahlen abgefangen werden und (zumindest möglichst) nur die in bzw. annähernd in der Röntgenstrahlenausbreitungsrichtung verlaufenden Röntgenteilstrahlen des Röntgenstrahls 11 auf die röntgensensitive Fläche des Röntgenstrahlendetektors 22 auftreffen können.
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2 zeigt ein Streustrahlenraster 10 in einer Ausführung der Erfindung in einer Seitenansicht.
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3 zeigt das Streustrahlenraster 10 in derselben Ausführung der Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.
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Das Streustrahlenraster 10 umfasst eine Vielzahl von Röntgenabsorptionsplatten 8 und einen Trägerkörper 5, an welchem die Vielzahl von Röntgenabsorptionsplatten 8 befestigt ist. Der Trägerkörper 5 ist mäanderförmig mit einer Vielzahl von geradlinig verlaufenden Teilabschnitten T und diese miteinander verbindenden Kurvenabschnitte IK, AK ausgebildet. Die Röntgenabsorptionsplatten 8 sind in den geradlinig verlaufenden Teilabschnitt T angeordnet, wobei wenigstens eine Röntgenabsorptionsplatte 8 pro Teilabschnitt T vorgesehen ist. Die Mäander-Form des Trägerkörpers 5 ist dadurch gekennzeichnet, dass die geradlinig verlaufenden Teilabschnitte T zumindest bereichsweise parallel zu einander verlaufen und darin angeordnete, jeweils benachbarte Röntgenabsorptionsplatten 8 einen Strahlungskanal SK für Röntgenstrahlung ausbilden. In der hier gezeigten Ausführung ist der Trägerkörper 5 zweistückig ausgebildet. In diesem umfasst der Trägerkörper zwei Einzelkörper, die im Wesentlichen als zwei mäanderförmige (Flach-) Drähte ausgebildet sind. Die Röntgenabsorptionsplatten 5 sind an ihnen Schmalseiten mit den Einzelkörpern verklebt und stellen derart eine Verbindung der Einzelkörper her. In dieser Ausführung umfasst jeder Teilabschnitt T des Trägerkörpers 5 genau eine Röntgenabsorptionsplatte 8, wobei beide Seiten desselben jeweils eine Röntgenstrahlen absorbierende Wand zweier benachbarter Strömungskanäle SK ausbilden.
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Der Trägerkörper 5 kann alternativ auch einstückig ausgebildet sein. Dann werden die Röntgenabsorptionsplatten 8 flächig mit einem Teilabschnitt T verbunden, bevorzugt verklebt. In diesem Fall umfasst ein Teilabschnitt T jeweils zwei Röntgenabsorptionsplatten 8.
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In einer weiteren Alternative kann der Trägerkörper eine physische Einheit mit den Röntgenabsorptionsplatten bilden, wobei die geradlinig verlaufenden Teilbereiche selbst die Röntgenabsorptionsplatten ausbilden. In dieser Ausführung kann der gesamte Trägerkörper aus Röntgenstrahlung absorbierendem Material gebildet sein.
Die Röntgenabsorptionsplatten 8 können insbesondere Wolfram oder anderen Schwermetalle oder diese Elemente umfassenden Legierungen oder Stoffzusammensetzungen bestehen. Der Trägerkörper 5 kann aus einem Material umfassend ein Polymer oder ein Metall bestehen.
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Die Röntgenabsorptionsplatten 8 des Streustrahlenrasters 10 weisen in Röntgenstrahlenausbreitungsrichtung eine Ausdehnung von 15mm bis 25mm auf. Diese Länge entspricht der Länge der ausgebildeten Strahlungskanäle SK. Diese Länge hat sich in praktischen Versuchen als angemessen erwiesen, um eine ausreichende Unterdrückung von Streustrahlung zu erzielen.
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Der Trägerkörper 5 ist im Wesentlichen senkrecht zu den Röntgenabsorptionsplatten 8 bewegbar ausgebildet. Mit anderen Worten ist eine Bewegung des Trägerkörpers 5 samt Röntgenabsorptionsplatten 8 entlang der Flächennormalen der die Wände eines Strahlungskanals SK bildenden Seiten der Röntgenabsorptionsplatten 8 vorgesehen, um eine lokal definierte, durch das Streustrahlenraster verursachte Intensitätsmodulation bei einer zeitlich ausgedehnten Röntgenaufnahme zu unterdrücken.
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Die Röntgenabsorptionsplatten 8 weisen in ihrer Anordnung auf dem Trägerkörper 5 bevorzugt einen Abstand im Bereich von 200µm bis 3000µm zueinander auf. Dieser Abstand bewirkt eine vorteilhafte Unterdrückung der Sichtbarkeit des Streustrahlenrasters in Röntgen-Aufnahmen. Zusammen mit einer Dicke der Absorptionsplatten von 0,1mm können verschiedene Eigenschaften des Streustrahlenrasters eingestellt werden.
- 1) Die Transmissionsrate der ungestreuten Röntgenstrahlung: Je geringer der Abstand der Röntgenabsorptionsplatten ist, umso geringer ist der Anteil der transmittierenden ungestreuten Röntgenphotonen. Bspw. erreichen bei einem Abstand von 0,2mm nur etwa 50% der ungestreuten Röntgenphotonen den Rötgenstrahlendetektor, bei einem Abstand von 2mm sind es etwa 95%.
- 2) Die erforderliche Bewegungsgeschwindigkeit des Trägerkörpers: Bei einer minimalen Röntgenpulsdauer von bspw. 3ms sollte sich das Streustrahlenraster zumindest eine Strecke entsprechend der Breites eines Strahlungskanals weit bewegen, also 0,2mm bis 3mm. Bei 0,2mm wird bspw. eine Mindestgeschwindigkeit von 0,06 m/s erforderlich. Grundsätzlich ist eine schnellere Bewegung des Streustrahlenrasters, bei der während einer Pulsdauer mehrere benachbarte Streustrahlenkanäle SK überschnitten werden, vorteilhafter, da derart zusätzlich geometrische Unregelmäßigkeiten des Streustrahlenrasters kompensiert werden können.
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4 zeigt einen Röntgenstrahlendetektor 22 in einer Detailansicht einer Ausführungsvariante der Erfindung. Der Röntgenstrahlendetektor 22 umfasst ein erfindungsgemäßes Streustrahlenraster 10. In dieser Ausführung verläuft der Trägerkörper 5 auf einer geschlossenen Bahn, mit anderen Worten hat der Trägerkörper 5 keinen Anfang und kein Ende. Die geschlossene Bahn des Trägerkörpers 5 umfasst den Röntgenstrahlendetektor 22 zumindest teilweise, insbesondere das Sensorelement 6 liegt innerhalb der geschlossenen Bahn. Das Streustrahlenraster 10 umfasst ferner wenigstens zwei jeweils um eine Drehachse rotierbare Rollenkörper 2, jeweils umfassend eine Drehachse (Punkte in den Rollenkörpern). Hier werden zwei Rollenkörper 2 gezeigt. Die beiden Drehachsen sind parallel zu einander angeordnet. Der Trägerkörper 5 bzw. seine geschlossene Bahn verläuft umfänglich um die beiden Rollenkörper 2. Dabei liegt der Trägerkörper 5 mit seinen innen liegenden Kurvenabschnitten IK zumindest teilweise umfänglich auf den Rollenkörpern 2 auf. Die Rollenkörper 2 sind drehbar (verdeutlicht durch den Pfeil im Rollenkörper) um ihre Drehachsen gelagert. Durch die Rollenkörperbewegung kann der Trägerkörper 5 in eine Bewegungsrichtung B angetrieben werden. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Rollenkörper 2 ausgebildet, den Trägerkörper 5 derart anzutreiben, dass sich die am Trägerkörper angeordneten Röntgenabsorptionsplatten 8 mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 0.3m/s bis 10m/s in Bewegungsrichtung B bewegen. Die Bewegung des Trägerkörpers 5 verläuft im Wesentlichen senkrecht zu den Röntgenabsorptionsplatten 5. An den Umfängen der Rollenkörper vollzieht der Trägerkörper eine Richtungsänderung von 360°. Um diese Richtungsänderung zu realisieren, ist der Trägerkörper 5 wenigstens in seinen Kurvenabschnitten AK, IK elastisch verformbar ausgebildet. Mit anderen Worten kann in den Kurvenabschnitten die Mäander-Form des Trägerkörpers elastisch deformiert werden.
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Insbesondere in Röntgen-Bildgebungssystemen mit fächerförmigem Röntgenstrahl kann vorgesehen sein, dass der Trägerkörper 5 zumindest bereichsweise zwischen den zwei Rollenkörpern 2 entlang einer gekrümmten Trajektorie verläuft. Die Krümmung der Trajektorie ist in Bezug auf eine Röntgenstrahlenrichtung einfallender Röntgenstrahlung, also hier den Fächerstrahl, konvex ausgebildet. Der Trägerkörper 5 kann in diesem Bereich bspw. mittels eines Führungselements in Form einer Führungsschiene auf der gekrümmten Trajektorie gehalten werden. Durch eine elastische Verformung des Trägerkörpers 5, insbesondere seiner Kurvenabschnitte, werden in diesem Bereich die Strahlungskanäle auf die Röntgenstrahlenrichtung der einfallenden fächerförmigen Röntgenstrahlung ausgerichtet, sodass die ungestreuten Röntgenphotonen im Wesentlichen ungehindert einen Strahlungskanal passieren können. Bevorzugt kann der Radius der gekrümmten Trajektorie veränderbar, also einstellbar bzw. variabel sein, sodass der Krümmungsradius an eine variable Entfernung zwischen Röntgenstrahlenquelle und Röntgenstrahlendetektor angepasst werden kann, ohne dabei die Parallelisierung der Strahlungskanäle auf die Röntgenstrahlenrichtung der einfallenden Röntgenstrahlung zu verändern und damit die Durchlässigkeit für ungestreute Röntgenphotonen zu minimieren. Der Krümmungsradius der Trajektorie kann bspw. mittels einer elastisch verformbaren Führungsschiene realisiert werden, deren Krümmungsradius bspw. unter Berücksichtigung eines aktuellen Abstands zwischen Röntgenstrahlendetektor und Röntgenstrahlenquelle automatisch angepasst wird. Alternativ können mehrere Führungsschienen vorgesehen sein, die voneinander abweichende Krümmungsradien aufweisen, die je nach Bedarf automatisiert ausgetauscht werden können. Dadurch ist das Streustrahlenraster 10 insbesondere auch für den Einsatz mit variabler Angulation des Röntgen-Bildgebungssystems während einer Bilddatenerfassung einsetzbar.
