DE19947537A1

DE19947537A1 - Gitter zur Absorption von Röntgenstrahlung

Info

Publication number: DE19947537A1
Application number: DE19947537A
Authority: DE
Inventors: Peter Flisikowski; Stefan Schneider; Josef Lauter; Herfried Wieczorek
Original assignee: Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1999-10-02
Filing date: 1999-10-02
Publication date: 2001-04-05
Also published as: EP1089297A2; DE50015401D1; EP1089297A3; EP1089297B1; US6363136B1; JP2001137234A

Abstract

Ein Gitter (3) mit elektromagnetische Strahlung absorbierenden, zur Gitterbildung dienenden Kammelementen (12), wird zur Erhöhung der Robustheit und der Streustrahlenunterdrückungsqualität dadurch gebildet, daß Kammstege (11) quer zu einer zugehörigen, die Kammstege (11) tragenden Kammbasisfläche verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gitter mit elektromagnetische Strahlung absorbierenden, zur Gitterbildung dienenden Kammelementen.

Derartige Gitter werden als Streustrahlengitter in der Röntgentechnik eingesetzt, um im Gewebe des Patienten entstehende Streustrahlung zu absorbieren, bevor das durch die unterschiedlichen Schwächungseigenschaften des untersuchten Gewebes entstehende charakteristische Röntgensignal auf den Röntgendetektor trifft.

In der US 5099134 wird ein Kollimator (Streustrahlengitter) und ein Verfahren zur Her stellung eines solchen beschrieben. Der Kollimator wird durch einen Röntgenstrahlen ab sorbierenden Rahmen gebildet, in dem erste und zweite Partitionsplatten angeordnet werden. Die Partitionsplatten weisen jeweils zur Partitionsplatte longitudinale Schlitze auf, die es ermöglichen die ersten Partitionsplatten in entsprechendem Winkel in die zweiten Partitionsplatten zu stecken. Der rechteckige Rahmen weist an seinen Innenkanten Schlitze auf, die der Aufnahme der jeweiligen Enden der Partitionsplatten dienen.

Der Herstellung derartiger Streustrahlengitter sind durch die Komplexität der Partitions platten gewisse Grenzen gesetzt. Die Herstellung von Streustrahlengittern mit großen Dimensionen, wie sie beispielsweise für großflächige Detektoren verwendet werden, er weist sich als schwierig, da eine auftretende Durchbiegung der großen Partitionsplatten ein einfaches und korrektes Ineinandergleiten der Schlitze der Partitionsplatten erschwert.

Großflächige Streustrahlengitter werden beispielsweise bei Multi-Line CT-Geräten (Computer-Tomographie) verwendet. Der Detektor ist dabei in seiner Länge ausgedehnt. Bei der Computer-Tomographie passiert die von einem Röntgenstrahler ausgesendete Röntgenstrahlung den Patienten und wird der unterschiedlichen Dichte und chemischen Zusammensetzung des zu untersuchenden Gewebes oder der Knochen entsprechend ge schwächt. Gleichzeitig wird das Röntgensignal mit Streustrahlung behaftet. Um diese Streustrahlung, die das darzustellende primäre Röntgenbild verfälscht, zu reduzieren, passiert die Röntgenstrahlung ein auf den Fokus der Strahlenquelle fokussiertes Streu strahlengitter. Dadurch erreicht man bei der Detektion der Röntgenquanten, daß jeweils nur die Röntgenquanten detektiert werden, die charakteristisch für die Schwächung des durchstrahlten Objektes sind.

CT-Untersuchungsgeräte sind so aufgebaut, daß die Strahlungsquelle dem Detektor gegen über auf einer Gantry angeordnet ist, die sich um den Patienten dreht, wobei der Patient langsam mit einer Pritsche bewegt wird. Vibrationen der Gantry, die sich auch auf das Streustrahlengitter und den Röntgendetektor übertragen, wirken sich negativ auf die Bild qualität des darzustellenden Bildes aus. Derartige negative Effekte lassen sich nicht nach bilden, so daß eine spätere Reduzierung dieser das Bild verfälschenden Effekte bei der Bild verarbeitung nur eingeschränkt möglich ist.

Um einen schnellen Röntgenvorgang zu realisieren, erhöht man die Breite des Röntgen strahles. Dadurch wird mit einem Scan eine größere Oberfläche des Untersuchungs objektes und demzufolge auch gleich ein größeres Volumen gescannt. Dies hat aber wiederum zur Folge, daß der Streustrahlenanteil zunimmt. Um diesen zunehmenden Streustrahlenanteil zu reduzieren, wird die Höhe des Streustrahlengitters erhöht. Bekannte Streustrahlengitter weisen dafür jedoch nicht die erforderliche Robustheit auf.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Streustrahlengitter zur Reduzierung der Streu strahlung anzugeben, welches mittels einfacher Herstellung bei entsprechender Robustheit auch für großflächige Streustrahlengitter realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Kammstege quer zu einer zugehörigen, die Kammstege tragenden Kammbasisfläche verlaufen.

Ein Streustrahlengitter wird über dem Röntgendetektor in der Weise angeordnet, daß die primäre Röntgenstrahlung durch das Gitter auf jeweils ein darunter angeordnetes De tektorelement trifft.

Das Streustrahlengitter setzt sich aus mehreren Kammstrukturen aufweisende, Röntgen strahlen absorbierenden Kammelementen zusammen, die von einem Rahmen fixiert sind. Die Kammelemente haben eine vorzugsweise rechteckige Grundform und weisen Kamm stege auf, die quer zur Oberfläche einer Grundplatte und zur durch diese gebildeten Kammbasisfläche angeordnet sind. Diese Kammstege bilden die Kammstruktur. Die Kammstege sind auf den Fokus der Strahlungsquelle fokussiert, wodurch der Abstand zwischen den Kammstegen an der Oberkante des Kammelements geringer als an der Unterkante ist. Eine Vielzahl dieser Kammelemente wird so angeordnet, daß die quer zur Kammbasisfläche stehenden Kammstege an das nächstliegende Kammelement mit der da zugehörigen Kammbasisfläche angrenzen oder anstoßen. Dadurch entsteht eine zwei dimensionale Gitterstruktur. Durch den Abstand zwischen den Kammstegen und die Tiefe der Kammstege wird die Auflösung des Streustrahlengitters festgelegt. Dieses zwei dimensionale Gitter wird mit den Gitteröffnungen in Richtung der einfallenden Röntgen strahlung ausgerichtet.

Die Seitenkanten der einzelnen Kammelemente werden mittels Nuten im Rahmen be festigt. Die Anzahl der aneinanderzureihenden Kammelemente wird durch die Größe des verwendeten Röntgendetektors bestimmt. Der Röntgendetektor ist bei CT-Geräten meist um ein Vielfaches länger als breit. Es erweist sich als vorteilhaft, daß die Kammelemente eine hohe Robustheit und Stabilität aufweisen, die es erlaubt, viele Kammelemente in einem Rahmen anzuordnen, so daß dadurch ein großflächiges Streustrahlengitter gebildet wird, welches einen großflächigen Röntgendetektor abdeckt.

Bei Röntgenaufnahmen wird in einem Röntgendetektor die für den untersuchten Bereich charakteristische Röntgenstrahlung beispielsweise in Licht umgewandelt, welches entweder von einem lichtempfindlichen Sensor ausgelesen wird oder welches einen Film ent sprechend belichtet.

Bei digitalen Röntgendetektoren lesen Sensoren die Bildinformation aus. Bei diesen diskreten Aufnahmen ist es wichtig, daß die Röntgenquanten eines entsprechenden Unter suchungsbereichs, der auf einem Bildpixel abgebildet werden soll, nur in dem dazu gehörigen Detektorelement umgewandelt und in dem entsprechend darunter liegendem Sensor detektiert wird. Durch das Streustrahlengitter gelangen die für ein der Auflösung des Detektors entsprechenden Untersuchungsbereichs charakteristischen Röntgenquanten in der entsprechenden Gitteröffnung direkt zu dem dazugehörigen Detektorelement. Die Röntgenquanten, die für einen der Auflösung des Detektors entsprechenden Unter suchungsbereich charakteristisch sind, werden durch das Streustrahlengitter in der ent sprechenden Gitteröffnung direkt zu dem dazugehörigen Detektorelement geleitet. Die quer streuende Streustrahlung wird durch die Gitterstruktur des Streustrahlengitters ab sorbiert.

In einer weiteren Ausführung ist das Streustrahlengitter aus Kammelementen mit einer Doppelkammstruktur und planen Lamellen ausgebildet. Die Kammelemente weisen quer zur Grundplatte stehende Kammstege auf beiden Seiten der Grundplatte auf. Die Kamm stege stehen bei diesen Doppelkammelementen quer zu den beiden Kammbasisflächen auf beiden Seiten der Grundplatte. Für das Streustrahlengitter werden abwechselnd ein Doppelkammelement und eine plane Lamelle aneinander gereiht. Dadurch entsteht eben falls ein Gitter. Die Doppelkammelemente und die Lamellen werden vom Rahmen ge halten.

Die Kammstege der Kammelemente sind in ihrer Ausrichtung auf den Fokus der Strahlen quelle fokussiert. Die Röntgenstrahlen treffen in einem vorgegebenen Winkel auf das Streustrahlengitter. Da die direkte Röntgenstrahlung ungehindert das Streustrahlengitter passieren soll, muß die Ausrichtung des Gitters dem Strahlungswinkel angepaßt sein. Dazu sind die Abstände zwischen den Kammstegen an der Oberkante der Kammelemente ge ringer als die Abstände zwischen den Kammstegen an der Unterkante der Kammelemente.

Zusätzlich ist es bei gebogenen Röntgendetektoren erforderlich, auch das Streustrahlen gitter der Biegung des Röntgendetektors anzupassen. Dazu wird die Tiefe der Kammstege zur Unterkante des Kammelements größer, so daß beim Zusammensetzen mehrerer Kaminelemente eine Biegung entsteht, die der Biegung des Röntgendetektors entspricht.

Der Rahmen, in dem die Kammelemente befestigt sind, ist der Form des Röntgendetektors angepaßt. An den Innenseiten des Rahmens sind Nuten angeordnet. Die Dicke der Nuten entspricht der Wandstärke der Kammelemente, so daß diese durch die Form der Nuten. gehalten werden. Zusätzlich können die Kammelemente in diesen Nuten eingeklebt werden.

Die Aufgabe wird auch durch einen Detektor mit einem Gitter zum Absorbieren von Röntgenstrahlung gelöst.

Desweiteren wird die Aufgabe mit einem Röntgengerät mit einem vor dem Detektor ange ordneten Gitter zum Absorbieren von Röntgenstrahlung gelöst.

Außerdem wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gitters mit elektromagnetische Strahlung absorbierenden Kammelementen gelöst, bei dem die Kammelemente, bei denen Kammstege quer zu einer zugehörigen, die Kammstege tragenden Kammbasisfläche verlaufen, so angeordnet werden, daß sie ein zweidimensionales Gitter bilden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 Computertomograph mit über dem Detektor angeordneten Gitter

Fig. 2 einseitiges Kammelement in Draufsicht

Fig. 3 einseitiges Kammelement in Seitenansicht

Fig. 4 Vorderansicht einseitiges Kammelement

Fig. 5 Perspektive einseitiges Kammelement

Fig. 6 Seitenansicht mehrerer einseitiger Kammelement über dem Detektor angeordnet

Fig. 7 Streustrahlengitter aus einseitigen Kammelementen

Fig. 8 Rahmenausschnitt mit Nuten

Fig. 9 zweiseitiges Kammelement in Draufsicht

Fig. 10 Lamelle in Draufsicht

Fig. 11 Streustrahlengitter aus zweiseitigen Kammelementen und Lamellen

Fig. 12 Perspektive zweiseitiges Kammelement

Fig. 1 zeigt ein Computertomographen, mit einer Gantry 1 an der eine Strahlungsquelle 2 angeordnet ist. Der Röntgendetektor 8 mit dem darüber angeordneten Streustrahlen gitter 3 ist der Strahlungsquelle 2 gegenüber angeordnet. In den Strahlengang 4 wird ein Patient 5 auf einer Pritsche 6 liegend eingebracht. Die Gantry 1 dreht sich um den Patienten 5. Dabei wird ein Untersuchungsbereich 7 von allen Seiten durchleuchtet. Der Patient 5 wird in horizontaler Richtung durch die sich drehende Gantry 1 geschoben, so daß mittels mehrerer Querschnittsbilder ein Volumenbild aufgenommen wird. Bei zwei dimensionalen Röntgendetektoren 8 ist der Bereich, der mit einer Drehung gescannt wird, wesentlich größer als bei einzeiligen Röntgendetektoren. Dadurch kann der Patient 5 schneller durch die Gantry 1 geschoben werden.

Die Fig. 2-5 zeigen ein einseitiges Kammelement 12 in mehreren Ansichten. Fig. 2 zeigt ein einseitiges Kammelement 12 in Draufsicht. Dieses einseitige Kammelement 12 besteht aus einem Röntgenstrahlen absorbierenden Material, beispielsweise (Messing, Molybdän, Wolfram). Die Kammstruktur dieses Kammelements 12 wird durch recht winklig zu eine Grundplatte 10 stehende Kammstege 11 gebildet. Die Höhe des Kamm elements 12 richtet sich nach der speziellen Anwendung. Dabei ist ein entscheidendes Kriterium, wieviel Oberfläche mit einem Scan bestrahlt wird. Das Verhältnis Nutz strahlung zu Streustrahlung verschlechtert sich mit zunehmender Breite des mit Röntgen strahlen bestrahlten Bereichs pro Scan. Typischerweise sind diese Kammelemente 12 etwa 2-6 cm hoch. Je mehr Streustrahlung in dem Gesamtsignal enthalten ist, desto höher muß das Streustrahlengitter sein. Die Breite des Kammelements 12 oder auch der Grundplatte 10 wird durch die Breite des Röntgendetektors 8 festgelegt. Ein Streustrahlengitter 3, wie es aus diesen Kammelementen 12 gebildet wird, muß den Röntgendetektor 8 vollständig abdecken. Bei großflächigen ebenen Röntgendetektoren sind deshalb die Kammelemente 12 breiter als bei den schmaleren Multi-Line- oder zweidimensionalen Röntgendetektoren 8, die in der Computertomographie eingesetzt werden. Mit der Tiefe der Kammstege 11 und dem Abstand D zwischen den einzelnen Kammstegen 11 wird die Pixelgröße eines derartigen Streustrahlengitters 3 gebildet. Bei zweidimensionalen Röntgendetektoren 8 für Computertomographen beträgt die Pixelgröße etwa 1 × 1 bis 2 × 5 mm².

Mehrere Kammelemente 12 werden so zur einfallenden Röntgenstrahlung angeordnet, daß die Röntgenstrahlen die durch Kammstege 11 und Grundplatte 10 gebildeten Gitter öffnungen passieren.

Röntgenstrahlen werden von der Strahlungsquelle 2 mit einem Fokus ausgesendet und verlaufen strahlenförmig mit einem Strahlungswinkel von diesem Fokus weg. Um eine effektive Filterung oder eine bestmögliche Primärstrahlentransparenz zu erreichen, werden die Kammstege 11 in ihrer Anordnung auf der Grundplatte 11 nach diesem Fokus ausge richtet oder fokussiert. Dies ist in der Fig. 4 dargestellt. Der Abstand D_o zwischen den Kammstegen 11 ist am oberen Rand der Grundplatte 10 geringer als der Abstand D_u zwischen den Kammstegen 11 am unteren Rand der Grundplatte 10.

Da die Röntgendetektoren 8 bei Computertomographen einer Biegung angepaßt werden, ist es erforderlich, auch das Streustrahlengitter 3 entsprechend anzupassen. In Fig. 3 ist dargestellt, daß die Tiefe der Kammstege 11 am oberen Rand geringer als am unteren Rand der Grundplatte 10 ist. Bei langen Röntgendetektoren ist ein stückweises Zusammensetzen von kleinen Streustrahlengittersegmenten möglich.

In Fig. 6 ist die Aneinanderreihung mehrerer einseitiger Kammelemente 12 dargestellt. Durch die unterschiedliche Tiefe der Kammstege 11 am oberen und unteren Rand (Fig. 3) läßt sich das Streustrahlengitter 3 leicht der Biegung des Röntgendetektors 8 anpassen. Außerdem wird die Biegung des Streustrahlengitters 3 durch die Anordnung der Nuten 14 im Rahmen 13 erzwungen.

In Fig. 7 ist die Anordnung mehrerer einseitiger Kammelemente 12 in einem Röntgen schatten gebenden Rahmen 13 dargestellt. Der Rahmen 13 weist an seinen Innenseiten Nuten 14 auf, die in Fig. 8 dargestellt sind. Diese Nuten 14 nehmen die Seitenränder der Grundplatten 10 der mehreren einseitigen Kammelemente 12 auf. Die Kammelemente 12 können eingeklebt oder in einer anderen denkbaren Weise fixiert werden. Eine mecha nische Fixierung mittels Einpressen der Kammelemente 12 ist ebenfalls realisierbar. Durch die Aneinanderreihung mehrerer einseitiger Kammelemente 12 wird ein Streustrahlengitter 3 gebildet. Dabei grenzen die Kammstege 11 einer Grundplatte 10 an die Rückseite einer benachbarten Grundplatte 10. Die Länge eines solchen Streustrahlengitters 3 läßt sich durch die Anzahl der Kammelemente 12 beliebig erweitern.

Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Streustrahlengitter 3 ange geben. Die Fig. 9-12 zeigen ein zweiseitiges Kammelement 15 und ein aus diesen und Lamellen 19 zusammengesetztes Streustrahlengitter 3. Fig. 9 zeigt ein zweiseitiges Kammelement 15 mit einer Doppelkammstruktur. Dieses besteht aus einer Grundplatte 17 auf der beidseitig Stege 16 und 18 angeordnet sind. Die Kammstege 16 und 18 sind jeweils auf beiden Seiten der Grundplatte 17 quer zur durch die Grundplatte 17 gebildeten Kammbasisfläche angeordnet. Die obigen Ausführungen zur Fokussierung des einseitigen Kammelements 12 sind auf dieses zweiseitige Kammelement 15 entsprechend anzuwenden. Ebenso sind die Kammstege 16 und 18 am unteren Rand der Grundplatte 17 tiefer als die Kammstege 16 und 18 am oberen Rand der Grundplatte 17, um die Biegung des Röntgen detektors 8 nachzubilden.

In Fig. 11 ist die Zusammensetzung von planen Lamellen 19 (Fig. 10) und zweiseitigen Kammelementen 15 dargestellt. In einem Rahmen 13 werden zweiseitige Kammelemente 15 abwechselnd mit Lamellen 19 angeordnet, so daß ein Streustrahlengitter 3 entsteht. Die Kammstege 16 und 18 grenzen dabei jeweils an die benachbarten Lamellen 19. Auch hier bei läßt sich die Länge des Streustrahlengitters 3 durch Erhöhung der Anzahl von ver wendeten zweiseitigen Kaminelementen 15 und Lamellen 19 vergrößern.

Streustrahlengitter werden neben der Computertomographie auch für Radiologie ver wendet. Hier ist eine Wölbung des Streustrahlengitters 3 nicht erforderlich, da der Rönt gendetektor 8 eben ist. Derartige Streustrahlengitter weisen typischerweise andere Ab messungen auf, als die bisher erwähnten. Bei diesen Einsatzgebieten treten jedoch weniger Vibrationen auf. Die Rahmen dieser Streustrahlengitter haben größere Abmessungen und auch die zu verwendenden Kammelemente 12 oder 15 sind größer.

Durch die sehr gute Eigenstabilität der Kammelemente 15 läßt sich mit dieser Ausbildung eines Streustrahlengitters ein sehr großer Einsatzbereich abdecken.

Für die Herstellung derartiger Kammelemente 15 stehen mehrere Verfahren zur Ver fügung. Je nach Auflösung oder Pixelgröße des Streustrahlengitters lassen sich die Kamm elemente 12 oder 15 beispielsweise mittels Fräsen, Sintern oder Spritzguß herstellen. Beim Spritzgußverfahren ist es möglich, einem Grundstoff Röntgenstrahlen absorbierende Materialien beizumischen.

Ein Streustrahlengitter 3 läßt sich auch durch Aneinanderreihen von zweiseitigen Kamm elementen 15 bilden, ohne daß Lamellen 19 zwischen diesen angeordnet sind.

Anstatt eines Rahmens 13 können die Kaminelemente 12 oder 15 auch mittels Abstands halter so angeordnet werden, daß ein Streustrahlengitter gebildet wird.

Durch Variation der Abstände zwischen den Kammstegen der Kammelemente läßt sich ein derartiges Streustrahlengitter an spezielle Anwendungen anpassen. So ist es beispielsweise denkbar, einen inneren oder Kernbereich eines Streustrahlengitters mit einer höheren Auf lösung zu versehen, was sich durch ein sehr feinmaschiges Gitter erreichen läßt. Im Rand bereich des vom Streustrahlengitter abgedeckten Röntgendetektors könnte die Auflösung geringer sein, so daß hier das Streustrahlengitter größere Gitteröffnungen aufweisen kann.

Claims

1. Gitter (3) mit elektromagnetische Strahlung absorbierenden, zur Gitterbildung dienenden Kammelementen (12), dadurch gekennzeichnet, daß Kammstege (11) quer zu einer zugehörigen, die Kammstege (11) tragenden Kammbasisfläche verlaufen.

2. Gitter (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammelemente (15) eine Doppelkammstruktur aufweisen und abwechselnd mit Lamellen (19) so angeordnet sind, daß sie ein zweidimensionales Gitter (3) bilden.

3. Gitter (3) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammstruktur der Kammelemente (12, 15) auf einen Fokus fokussiert ist.

4. Gitter (3) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammelemente (12, 15) in einem Rahmen (13) mittels Nuten (14) an den Rändern befestigt sind.

5. Gitter (3) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammelemente (12, 15) in die Nuten (14) eingeklebt sind.

6. Gitter (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammelemente (12, 15) Röntgenstrahlen absorbieren.

7. Detektor (8) mit einem Gitter (3) zum Absorbieren von Röntgenstrahlung nach Anspruch 1.

8. Röntgengerät mit einem vor dem Detektor (8) angeordneten Gitter (3) zum Absorbieren von Röntgenstrahlung nach Anspruch 1.

9. Verfahren zur Herstellung eines Gitters (3) mit elektromagnetische Strahlung absorbierenden Kammelementen (12, 15), dadurch gekennzeichnet, daß Kammelemente (12, 15), bei denen Kammstege quer zu einer zugehörigen, die Kammstege (11, 16, 18) tragenden Kammbasisfläche verlaufen, so angeordnet werden, daß sie ein zweidimensionales Gitter (3) bilden.