DE19726846C1 - Streustrahlenraster - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Streustrahlenraster, insbeson­ dere für medizinische Röntgeneinrichtungen, bestehend aus ei­ nem Trägermaterial mit Absorptionselementen, insbesondere in Form von Bleilamellen, welche in voneinander beabstandeten, im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Reihen ange­ ordnet sind, wobei der Abstand der Reihen der Absorptionsele­ mente im Bereich der Ränder des Rasters größer als im Bereich der Mitte ist.

In der Röntgendiagnostik werden zur Unterdrückung der Streu­ strahlung Streustrahlenraster verwendet. Die Wirksamkeit ei­ nes solchen Rasters ist vor allem durch die Liniendichte (angegeben in Linien pro Zentimeter)und seine Geometrie, das heißt das Verhältnis von Höhe und Dicke des Zwischenmediums gekennzeichnet. Dieses Verhältnis wird Schachtverhältnis ge­ nannt. Um in den Außenbereichen eine höhere Abschattung durch die Absorptionselemente, also beispielsweise die Bleilamel­ len, als im Zentrum zu vermeiden, werden die Raster so ausge­ bildet, daß die Absorptionselemente auf den Fokus des Strah­ lers ausgerichtet, das heißt "fokussiert" sind. Der Fokusab­ stand ist dabei eine charakteristische Größe derartiger Ra­ ster. Bei diesen bekannten Rastern sind also die Bleilamellen entsprechend gekippt angeordnet. Alternativ hierzu ist es auch bekannt, das fertige Raster an einer Seite, ausgehend von der Mitte, kegelförmig abzutragen, und so die Geometrie zu ändern. Dabei bestehen die bekannten Raster aus einem in der Regel aus Papier bestehenden Träger, die Absorptionsele­ mente sind in der Regel Bleilamellen. Nachteilig bei den be­ kannten Ausführungsformen ist in einem Fall die Herstellung, da die fokussiert, das heißt schräg stehend angeordneten Bleilamellen in aufwendiger und höchst präziser Weise in ge­ rade diese Fokussierungsausrichtung gebracht werden müssen. Im Falle des abgeschrägten Rasters ist die Nachbehandlung äußerst aufwendig.

Ein Streustrahlenraster der oben beschriebenen Art ist aus US 4 951 305 bekannt. Bei diesem Raster variiert der Abstand der Absorptionselemente der jeweiligen Rasterebene derart, daß er in der Mitte des Rasters kleiner als an den Randberei­ chen ist. Nachteilig hierbei ist aber, daß das Raster über seine Fläche ein unterschiedliches Absorptionsverhalten zeigt bedingt durch den zunehmenden Abstand der Absorptionsele­ mente.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Streu­ strahlenraster mit möglichst gleichmäßigem Absorptionsverhal­ ten anzugeben.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Streustrahlenraster mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorge­ sehen, daß die Breite der Absorptionselemente im Bereich der Ränder des Rasters größer als in der Mitte ist.

Das Raster geht also ab von der äußerst umständlichen Verkip­ pung der Absorptionselemente beziehungsweise einer Anschrä­ gung, wobei in beiden Fällen jeweils der gleiche Abstand der Absorptionselemente gegeben ist. Vielmehr sind bei dem Streu­ strahlenraster die Absorptionselemente im mittleren Bereich näher aneinander gelagert als im äußeren Randbereich, so daß dadurch wegen des Schrägeinfalls des bildwirksamen Strahls das Schachtverhältnis annähernd ausgeglichen wird. Ein wei­ testgehend über das gesamte Raster konstantes Schachtverhält­ nis wird zweckmäßigerweise dann erreicht, wenn der Abstand von Reihe zu Reihe ausgehend von der Mitte des Rasters konti­ nuierlich zum Rand hin zunimmt. Da sich mit zunehmendem Ab­ stand der Absorptionselemente voneinander das Absorptionsver­ halten ändert, ist zur Kompensation erfindungsgemäß vorge­ sehen, daß die Breite der Absorptionselemente im Bereich der Ränder der Raster größer als in der Mitte ist, wobei die Breite zweckmäßigerweise ausgehend von der Mitte zu den Rän­ dern kontinuierlich zunimmt. Aufgrund dieser Maßnahme ist es mit besonderem Vorteil weitestgehend möglich, über die ge­ samte Rasterbreite ein weitgehend einheitliches Absorptions­ verhalten zu realisieren. Erfindungsgemäß wird dabei die je­ weilige Breite so gewählt, daß sie im wesentlichen propor­ tional zum zunehmenden Reihenabstand zunimmt, das heißt, daß der Bleigehalt pro Längeneinheit über die gesamte Raster­ breite konstant bleibt.

Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung des Erfindungsgedan­ kens sieht demgegenüber vor, daß die Breite unterproportional zum zunehmenden Reihenabstand zunimmt. Denn diese erfindungs­ gemäße Ausführungsform ermöglicht es, die zum Rand eines aus­ gedehnten Rasters hin abnehmende Bild- und Streustrahlung, die aufgrund des Abstands-Quadratgesetzes abnimmt, zu berück­ sichtigen, so daß auch in den kritischen Randbereichen ein weitgehend gleichförmiges Absorptionsverhalten gegeben ist. Darüber hinaus ist es möglich, hierdurch das Raster der ab­ nehmenden Dosisleistung im Strahlenkegel, die zu den Rändern hin abnimmt, anzupassen. Besonders zweckmäßig im Hinblick auf eine den tatsächlichen Gegebenheiten angepaßte Absorptions­ eigenschaft und eine konstante Einstellung des Schachtver­ hältnisses ist es, wenn erfindungsgemäß der jeweilige Abstand zwischen den Absorptionselementen und/oder die Breite der Ab­ sorptionselemente in Abhängigkeit des lokalen Einfallswinkels der Strahlung, insbesondere der Röntgenstrahlung gewählt ist, um auf diese Weise eine bezogen auf den Abstand zur Strah­ lungsquelle weitestgehend vollständige Fokussierung zu erzie­ len.

Eine altenative Erfindungsausgestaltung sieht gegenüber der kontinuierlichen Abstandszunahme vor, daß das Raster aus­ gehend von der Mitte mehrere Bereiche aufweist, innerhalb welcher jeweils der Abstand der Reihen der Absorptionsele­ mente konstant ist, der Reihenabstand aber von Bereich zu Be­ reich ausgehend von der Mitte zunimmt. Dieses Streustrahlen­ raster baut sich also erfindungsgemäß aus separaten Segmenten auf, die jeweils abstandsmäßig konstant sind, jedoch von Seg­ ment zu Segment der Abstand zunimmt. Auch mit dieser erfin­ dungsgemäßen Ausführungsform kann eine weitgehende Fokussie­ rung bei weitgehender Konstanz des Schachtverhältnisses er­ zielt werden. Auch bei diesem aus Segmenten aufgebauten Ra­ ster sind die Absorptionselemente im Randbereich dicker als in der Mitte. Dabei kann erfindungsgemäß die Breite der Ab­ sorptionselemente innerhalb eines Bereichs im wesentlichen konstant sein, aber ausgehend von der Mitte von Bereich zu Bereich zunehmen, wie auch bei der ersten Erfindungsausfüh­ rung. Auch hier besteht die Möglichkeit, daß die Breite im wesentlichen proportional zum zunehmenden Abstand zunimmt, oder aber insbesondere bei ausgedehnten Rastern, daß die Breite unterproportional zum zunehmenden Abstand zunimmt, um sich der randseitig abnehmenden Bild- und Streustrahlung an­ zupassen. Auch hier kann für eine weitere Verbesserung der Fokussierung der Abstand und/oder die Breite innerhalb der Bereiche in Abhängigkeit des Einfallswinkels der Strahlung, insbesondere der Röntgenstrahlung gewählt sein.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbei­ spiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine ausschnittsweise Ansicht eines Streustrahlen­ rasters zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Prin­ zips,

Fig. 2 eine Tabelle für verschiedene Raster mit unter­ schiedlichen Schachtverhältnissen, berechnet je­ weils für unterschiedliche Fokusse, und

Fig. 3 einen Teilschnitt eines erfindungsgemäßen Streu­ strahlenrasters, wobei zwei interessierende Berei­ che vergrößert dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Streustrahlenraster, welches aus Bleilamellen 1 und dem Trägermedium 2, hier in Form einer Papierlage, besteht. Gezeigt sind ferner in der Prinzipskizze zwei einfallende Röntgenstrahlen 3. Nachfolgend wird nun anhand von Fig. 1 die rechnerische Beschreibung des erfindungsgemäßen Streustrahlenrasters angegeben. Das Raster ist aufgebaut aus parallelen Bleilamellen mit den charakteri­ stischen Größen:

d = Dicke der Bleilamellen
D = Dicke des Trägermediums entlang der Rastermittellinie
h = Höhe der Bleilamellen
f = Fokussierungsabstand.

Entlang der Mittellinie, das heißt, in der Mitte des Rasters berechnet sich das Schachtverhältnis r wie folgt:

r = h/D.

Zum Rasterrand hin wird bei gleicher Höhe h der Bleilamellen aufgrund des Schrägeinfalls der Röntgenstrahlung (Winkel α zum Mittelstrahl) der bildwirksamen Strahlen das gleiche Schachtverhältnis dann erreicht, wenn der Abstand der Bleila­ mellen entsprechend vergrößert wird. Gemäß Fig. 1 gilt dann folgendes:

h = r . D;
h' = h/cos α;
D" = D/cos α;
D' ' ' = h . tan α.

Der vom Strahleneinfallswinkel abhängige Lamellenabstand D' ergibt sich dann wie folgt:

D' = D" + D'''
= D/cos α + h . tan α
= D/cos α + r . D . tan α
= D . (1/cos α + r . tan α)
Mit F = (1/cos α + r . tan α) ergibt sich: D' = D . F.

F ist ein einfallswinkelabhängiger Faktor, der sich mit zu­ nehmendem Abstand von der Mitte zum Rand hin vergrößert und dort seinen Maximalwert aufweist.

Für einen konstanten Bleigehalt pro Längeneinheit gilt dem­ entsprechend d'∼D' und damit

d' = d . (1/cos α + r . tan α) = d . F

In der praktischen Ausführung wird man den Bleigehalt des Ra­ sters aber vorteilhafterweise unterproportional zum Lamellen­ abstand erhöhen, weil Bild- und Streustrahlung zum Rand hin (bei ausgedehnten Rastern) abnehmen, bedingt duch das Ab­ stands-Quadratgesetz. Die Fokussierung von Streustrahlenra­ stern mit angepaßter Linien- beziehungsweise Elementsdichte gestattet es zusätzlich, das Raster der abnehmenden Dosislei­ stung im Strahlenkegel nach außen hin anzupassen.

Fig. 2 zeigt nun in Form einer Tabelle für unterschiedliche Raster-Fokusabstände bei jeweils konstanter Rasterweite k, also die Seitenlänge senkrecht zu den Bleilamellen, und kon­ stantem Schachtverhältnis die sich hieraus ergebenden unter­ schiedlichen F-Werte, wobei hier jeweils der maximale, am Ra­ sterrand gegebene F-Wert angegeben ist. Zusätzlich gibt die Tabelle die jeweiligen α-Werte am äußersten Rand des Rasters an, mit denen exemplarisch die Berechnung durchgeführt wurde, f und k sind jeweils in "mm" angegeben, α in "°", r und F sind dimensionslos. Ersichtlich nimmt der F-Wert mit zuneh­ menden Fokusabstand ab, bedingt durch den immer kleiner wer­ denden Einfallswinkel. Die gleiche Abnahme ergibt sich auch mir abnehmendem Schachtverhältnis, das heißt, auch hier nimmt mit immer kleiner werdenden Schachtverhältnis der F-Wert ab.

Fig. 3 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, bei dem neben einer Vergrößerung des Lamellenabstands selbst auch die Dicke der Lamellen sich von der Mitte zum Rand hin vergrößert. Gezeigt ist ein Schnitt durch ein Streu­ strahlenraster 4, wobei die jeweils interessierenden Bereiche in der Rastermitte (linker Bildausschnitt) und am Rasterrand (rechter Bildausschnitt) vergrößert dargestellt sind. Im Be­ reich der Rastermitte ist ersichtlicherweise der Abstand D der Lamellen 5 deutlich kleiner als der Abstand D' der Lamel­ len 6 am Rasterrand, was sich aus obiger Gleichung rechne­ risch ergibt. Um für einen konstanten Bleigehalt pro Län­ geneinheit zu sorgen, wird hier die Lamellendicke ausgehend von der Mitte zum Rand hin ebenfalls erhöht, wobei auch dies rechnerisch ermittelt werden kann, wie die obigen Gleichungen ergeben. Das heißt, der Wert d ist kleiner als der Wert d'. Für das Streustrahlungsraster mit den in Fig. 2 strichpunk­ tiert gekennzeichneten Parametern ergeben sich folgende Ab­ stands- und Dickenwerte in der Rastermitte beziehungsweise am Rasterrand:

Rastermitte:	Rasterrand:
D = 40 µm	D' = D. 2,69 = 107,6 µm
d = 8 µm	d' = d . 2,69 = 21,52 µm

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbei­ spiele von Streustrahlenrastern bestehend aus Bleilamellen und Papier als Trägermedium beschränkt. Gleichermaßen kann die Erfindung auch bei den neuartigen Silizium-Streustrahlen­ rastern zur Anwendung kommen, wobei hier mit fotolithographi­ schen Mitteln die jeweilige Abstandsvergrößerung und Absorp­ tionselementeverdickung ohne Probleme möglich ist, so daß sich auch hier für unterschiedliche Fokusabstände mühelos entsprechende, hinsichtlich der Fokussierung optimierte Streustrahlenraster herstellen lassen.

Gemäß der Erfindungsalternative kann das in Fig. 3 gezeigte Raster sich auch aus mehreren nebeneinandergeordneten Segmen­ ten mit jeweils gleichen Lamellenabstand und gleicher Lamel­ lendicke bestehen. Für jedes Segment ist dann der jeweilige Abstand zweckmäßigerweise als Mittelwert aus den sich an sei­ nen Rändern errechnenden Randwerten zu wählen, was gleicher­ maßen für die Lamellendicke gilt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbei­ spiele beschränkt, sondern auch bei unterschiedlichen Arten von Streustrahlenrastern mit anderem Aufbau bzw. bestehend aus anderen Materialien anwendbar.

Claims (11)

1. Streustrahlenraster, insbesondere für medizinische Rönt­ geneinrichtungen, bestehend aus einem Trägermaterial mit Ab­ sorptionselementen, insbesondere in Form von Bleilamellen, welche in voneinander beabstandeten, im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Reihen angeordnet sind, wobei der Ab­ stand (D, D') der Reihen der Absorptionselemente (1, 5, 6) im Bereich der Ränder des Rasters größer als im Bereich der Mit­ te ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (d, d') der Absorptionselemente (1, 5, 6) im Be­ reich der Ränder des Rasters größer als in der Mitte ist.

2. Streustrahlenraster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (D, D') von Reihe zu Reihe ausgehend von der Mitte des Rasters kontinu­ ierlich zum jeweiligen Rand hin zunimmt.

3. Streustrahlenraster nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Breite (d, d') ausgehend von der Mitte zu den Rändern kontiniuerlich zunimmt.

4. Streustrahlenraster nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Breite (d, d') im wesentlichen proportional zum zunehmenden Reihenab­ stand zunimmt.

5. Streustrahlenraster nach Anspruch 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Breite (d, d') unterproportional zum zunehmenden Reihenabstand zunimmt.

6. Streustrahlenraster nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der jewei­ lige Abstand (D, D') zwischen den Absorptionselementen (1, 5, 6) und/oder die Breite (d, d') der Absorptionselemente (1, 5, 6) in Abhängigkeit des lokalen Einfallswinkels (α) der Strahlung, insbesondere der Röntgenstrahlung gewählt ist.

7. Streustrahlenraster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Raster ausgehend von der Mitte mehrere Bereiche aufweist, innerhalb welcher je­ weils der Abstand der Reihen der Absorptionselemente konstant ist, der Reihenabstand aber von Bereich zu Bereich ausgehend von der Mitte zunimmt.

8. Streustrahlenraster nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Absorption­ selemente innerhalb eines Bereichs im wesentlichen konstant ist, aber ausgehend von der Mitte von Bereich zu Bereich zu­ nimmt.

9. Streustrahlenraster nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite im wesentlichen proportional zum zunehmenden Abstand zunimmt.

10. Streustrahlenraster nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite unterproportio­ nal zum zunehmenden Abstand zunimmt.

11. Streustrahlenraster nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ stand und/oder die Breite innerhalb der Bereiche in Abhängig­ keit des Einfallswinkels der Strahlung, insbesondere der Röntgenstrahlung gewählt ist.