DE19957429A1 - Gitter zur Absorption von Röntgenstrahlen - Google Patents
Gitter zur Absorption von RöntgenstrahlenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Gitter (3) zur Absorption von Röntgenstrahlen (11), bei dem zur einfachen Herstellung bei entsprechender Robustheit auch für großflächige Röntgendetektoren ein Streustrahlengitter zur Reduzierung der Streustrahlung durch Anordnen mehrerer Schichten, die beabstandete Drahtelemente (10) enthalten, gebildet wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Gitter zur Absorption von Röntgenstrahlen.
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.
Die durch Streuung der Röntgenphotonen im Untersuchungsobjekt entstehende, nicht
nutzbare Strahlung, wird am Detektor zur Verringerung des Streustrahlenanteils am
Gesamtsignal mit Hilfe von Blenden, abgeschirmt, so daß schräg einfallende Streustrahlung
absorbiert wird und nicht zum Detektor gelangt. Diese Art von Blenden werden auch als
Streustrahlengitter bzw. Streustrahlenlamellen bezeichnet. Die Streustrahlengitter sind für
herkömmliche Einliniendetektoren üblicherweise als Blechlamellen ausgeführt.
Die von einem Röntgenstrahler ausgesendete Röntgenstrahlung durchdringt den Patienten
und wird der unterschiedlichen Dichte und chemischen Zusammensetzung des zu unter
suchenden Gewebes oder der Knochen entsprechend geschwächt. 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 Streustrahlengitter. Dadurch erreicht man bei der
Detektion der Röntgenquanten, daß jeweils nur die Röntgenquanten detektiert werden,
die charakteristisch für die Schwächung des durchstrahlten Objektes sind.
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 wer
den. 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 zweidimensionaler Streustrahlengitter sind durch die Komplexi
tät der Partitionsplatten gewisse Grenzen gesetzt. Die Herstellung von Streustrahlengittern
mit großen Dimensionen, wie sie beispielsweise für großflächige Detektoren verwendet
werden, erweist sich als schwierig, da eine auftretende Durchbiegung der großen Parti
tionsplatten ein einfaches und korrektes Ineinandergleiten der Schlitze der Partitionsplatten
erschwert.
Großflächige zweidimensionale Streustrahlengitter werden beispielsweise bei Multi-Line
CT-Geräten (Computer-Tomographie) verwendet. CT-Untersuchungsgeräte sind so auf
gebaut, daß die Strahlungsquelle dem Detektor gegenüber 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 Röntgen
detektor übertragen, wirken sich negativ auf die Bildqualität des darzustellenden Bildes aus.
Derartige negative Effekte lassen sich nicht nachbilden, so daß eine spätere Reduzierung
dieser das Bild verfälschenden Effekte bei der Bildverarbeitung nur eingeschränkt möglich
ist. Der Röntgendetektor ist dabei in zwei Dimensionen in seiner Länge ausgedehnt, wobei
die Ausdehnung in Richtung der Gantry die Ausdehnung in Richtung der Längsachse des
Patienten um ein Vielfaches überschreitet.
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 ein größeres Volumen gescannt. Dies hat aber wiederum
zur Folge, daß der Streustrahlenanteil zunimmt. Um diesen zunehmenden Streustrah
lenanteil zu reduzieren, wird die Höhe des Streustrahlengitters erhöht. Bekannte Streu
strahlengitter weisen dafür jedoch nicht die erforderliche Robustheit auf.
Eine weitere Möglichkeit, zweidimensionale Streustrahlengitter mit der erforderlichen
Präzision herzustellen, wird durch Entfernen von Material aus einem größeren Material
block gegeben. Diese Herstellungsprozesse sind jedoch sehr kostenintensiv und für die
Produktion großer Stückzahlen nicht geeignet.
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.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß mehrere Schichten vorgesehen sind, die mehrere
beabstandete Drahtelemente enthalten.
Die Drahtelemente weisen ein vorgebbare Länge auf, die durch die Abmessungen des
Röntgendetektors festgelegt wird. Eine entsprechende Anzahl dieser Drahtelemente wird
mit einem vorgebbaren Abstand zueinander in einer Schicht oder Lage angeordnet. Der
Abstand der Drahtelemente zueinander wird dabei durch die Auflösung des Röntgen
detektors festgelegt. Die Drahtelemente sind vorzugsweise parallel zueinander in einer
Schicht angeordnet. Mehrere dieser Schichten werden so übereinander angeordnet, daß
sich ein gewebeartiges Gitter ergibt. Dazu werden vorzugsweise aufeinanderfolgende
Schichten in ihrer Ausrichtung um einen rechten Winkel gedreht, so daß bei gleichem
Abstand zwischen den Drahtelementen der Schichten ein Quadrat mit einer Kantenlänge
gebildet wird, die dem Abstand zwischen den Drahtelementen entspricht. Durch das An
ordnen mehrerer derartiger Schichten entsteht eine räumliche Anordnung, die Gitter
öffnungen aufweist. In einem räumlichen Koordinatensystem haben die Drahtelemente
verschiedener Schichten eine Ausrichtung in x, y Richtung.
Streustrahlengitter werden vor einem Röntgendetektor angeordnet, um nicht nutzbare
Streustrahlen herauszufiltern. Röntgendetektoren weisen mittlerweile zweidimensionale
Strukturen auf, die eine höhere Bildqualität und einen schnelleren Röntgenvorgang er
möglichen. Diese Röntgendetektoren setzen sich aus mehreren Detektorelementen zusam
men. Die Größe dieser Detektorelemente bestimmt den Abstand der Drahtelemente
zueinander in den einzelnen Schichten. Das Streustrahlengitter wird bezüglich seiner
Gitteröffnungen so ausgerichtet, daß die von einer Strahlungsquelle ausgesandten
Röntgenstrahlen senkrecht auf eine von der obersten Schicht gebildeten Ebene des
Streustrahlengitters auftreffen. Die auftreffenden Röntgenstrahlen haben im räumlichen
Koordinatensystem eine annähernde Ausrichtung in die z Richtung.
In einer weiteren Ausführungsform erweist es sich als vorteilhaft, den Querschnitt der
Drahtelemente rund oder n-eckig auszuführen. Da der Streustrahlenanteil mittels der
Drahtelemente absorbiert wird, kann ein spezieller Querschnitt der Drahtelemente bezüg
lich der Reflexion der Strahlen von Vorteil sein. In Bezug auf die Herstellung eines der
artigen Gitters läßt sich je nach Verfahren ein spezieller Querschnitt der Drahtelemente
besser verarbeiten.
In einer weiteren Ausführungsform erweist es sich als vorteilhaft, den Abstand zwischen
einzelnen Drahtelementen in einer Schicht zu variieren. Röntgendetektoren weisen ge
gebenenfalls eine unterschiedliche Auflösung aus, so daß beispielsweise im Randbereich des
Röntgendetektors und demzufolge auch im Randbereich des Streustrahlengitters eine
gröbere Auflösung möglich ist. Dazu müßten die Drahtelemente an den Randbereichen
der einzelnen Schichten einen größeren Abstand zueinander aufweisen, als im mittigen
Bereich, in dem die Auflösung des Röntgendetektors am größten ist.
Die Strahlungsquelle sendet die Röntgenstrahlen mit einem entsprechenden Fokus aus. Es
erweist sich als vorteilhaft, das Streustrahlengitter auf diesen Fokus auszurichten bzw. zu
fokussieren. Dies macht es erforderliche, den Abstand der Drahtelemente in den verschie
denen Schichten zu variieren. Der Abstand der Drahtelemente in den oberen Schichten des
Streustrahlengitters muß somit geringer sein, als der Abstand der Drahtelemente in den
unteren Lagen oder Schichten des Streustrahlengitters. Oben und unten bezieht sich hier
bei auf das Auftreffen der Röntgenstrahlen. Das heißt die Schicht, die der Strahlungsquelle
am dichtesten angeordnet ist, weist den geringsten Abstand zwischen den Drahtelementen
auf und die Schicht die am weitesten von der Strahlungsquelle entfernt ist oder am dich
testen zum Röntgendetektor angeordnet ist, weist den größten Abstand zwischen den
Drahtelementen auf. Die räumliche Form einer derartigen Gitteröffnung bildet einen
Kegelstumpf mit quadratischer Grundfläche.
Die Anordnung mehrerer aufeinanderfolgender Schichten mit gleicher Ausrichtung der
Drahtelemente hat den Vorteil, daß Streustrahlen für alle Einfallswinkel absorbiert werden.
Bei einem gleichmäßig ausgebildeten Streustrahlengitter, bei dem die Ausrichtung der
Drahtelemente regelmäßig wechselt, können Streustrahlen mit einem bestimmten Ein
fallswinkel das Streustrahlengitter durch die zwischen den Drahtelementen der einzelnen
Schichten befindlichen Lücken passieren. Bei Vermeidung einer gewissen Regelmäßigkeit
bei der Ausrichtung des Streustrahlengitters ist ein zufälliges Passieren von Streustrahlen
mit bestimmten Einfallswinkel ausgeschlossen.
In einer weiteren Ausführungsform erweist es sich als vorteilhaft, die Drahtelemente aus
einem Röntgenstrahlen absorbierenden Material auszubilden oder die Drahtelemente mit
einem Röntgenstrahlen absorbierenden Material zu ummanteln. Metalle sind dabei beson
ders geeignet, speziell Molybdän oder Wolfram.
Um eine gute Stapelfähigkeit der einzelnen Schichten zu erreichen, bietet es sich an, die
Drahtelemente in einen für Röntgenstrahlen durchlässigen Kunststoff einzulassen, so daß
jede Schicht ebene Oberflächen aufweist. Die Stärke der Schichten sollte den Durchmesser
oder die Querschnittsabmessungen der Drahtelemente jedoch nicht übersteigen. Ebenfalls
können die Schichten von Drahtelementen in einen flüssigen, für Röntgenstrahlung durch
lässigen Hilfsstoff eingelassen werden, ohne ausgefüllte Schichten auszubilden. Das Gitter
wird aus dem Hilfsstoff entfernt, bevor dieser aushärtet. Damit erreicht man ein Verkleben
der Drahtelemente. Für ein derartiges Verkleben der Drahtelemente erweist sich ein run
der Querschnitt der Drahtelemente als besonders vorteilhaft, da die Auflagefläche zwischen
den Drahtelemente besonders klein ist, so daß eine gute Klebeverbindung hergestellt wer
den kann. Beim Verschweißen oder Verlöten der Drahtelemente kann ein vier- oder mehr
eckiger Querschnitt vorteilhaft sein, da hier mehr Material und somit mehr Fläche zum
Verbinden zur Verfügung steht.
Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Streustrahlengitters ist die hohe
Stabilität und die geringere Schwingneigung des sich ergebenden Streustrahlengitters. Auch
die Flexibilität bei der Anpassung des Streustrahlengitters an die Auflösung des Röntgen
detektors erweist sich gegenüber anderen Streustrahlenabsorbern als großer Vorteil. Rönt
gendetektoren für CT-Systeme weisen eine Krümmung auf. Ein erfindungsgemäßes Streu
strahlengitter läßt sich aufgrund seiner Flexibilität gut an diese Krümmung anpassen.
Die Herstellung eines endungsgemäßen Streustrahlengitters erweist sich als einfach und
kostengünstig. Röntgenstrahlen absorbierender Draht ist leicht verfügbar und auch einfach
zu bearbeiten. Das Anordnen der Drahtelemente zu einem erfindungsgemäßen Streu
strahlengitter kann mit großer Präzision erfolgen.
Die Aufgabe wird auch mit einem Röntgenuntersuchungsgerät mit einem Streustrahlen
gitter mit mehreren Schichten gelöst, die parallel zueinander angeordnete Drahtelemente
enthalten und Drahtelemente verschiedener Schichten winklig zueinander angeordnet sind,
bei dem das Streustrahlengitter vor dem Röntgendetektor angeordnet ist.
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 Ansicht zweier Schichten von Drahtelementen von oben
Fig. 3 Seitenansicht eines Streustrahlengitters
Fig. 4 Seitenansicht eines Streustrahlengitters mit gleichartig ausgerichteten
Schichten
Fig. 5 fokussiertes Streustrahlengitter in Seitenansicht
Fig. 1 zeigt einen Computertomographen mit einer Gantry 1 an der eine Strahlungs
quelle 2 angeordnet ist. Der Röntgendetektor 8 mit dem darüber angeordneten Streu
strahlengitter 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 oder in Richtung seiner Längsachse durch die
sich drehende Gantry 1 geschoben, so daß mittels mehrerer Querschnittsbilder ein Volu
menbild aufgenommen wird. Bei zweidimensionalen Röntgendetektoren 8 ist der Bereich,
der mit einer Drehung gescannt wird, wesentlich größer als bei einzeiligen Röntgendetek
toren. Dadurch kann der Patient 5 schneller durch die Gantry 1 geschoben werden.
Fig. 2 zeigt zwei Schichten von parallel angeordneten Drahtelementen 10 von oben. Die
Drahtelemente 10 der einen Schicht sind in X-Richtung ausgerichtet und die Drahtele
mente der anderen Schicht sind in Y-Richtung bezüglich eines Raumkoordinatensysrems
ausgerichtet. Der Abstand DX bezeichnet den Abstand zwischen den Drahtelementen der
Schicht, in der die Drahtelemente in X-Richtung ausgerichtet sind. Der Abstand DY be
zeichnet den Abstand zwischen den Drahtelementen der Schicht, in der die Drahtelemente
in Y-Richtung ausgerichtet sind. In dieser Ausführungsform sind die Abstände DX und DY
gleich groß. Durch die Abstände DX und DY der Drahtelemente 10 werden Gitteröffnun
gen gebildet. Durch diese Gitteröffnungen treten die Röntgenstrahlen in das Streustrahlen
gitter ein. Querstrahlende Röntgenphotonen werden an den Drahtelementen der einzelnen
Schichten absorbiert, so daß nur die Röntgenphotonen zum Röntgendetektor gelangen, die
charakteristisch für das darzustellende Röntgenbild sind.
Fig. 3 zeigt mehrere Schichten von Drahtelementen die wechselweise in X- und Y-Rich
tung ausgerichtet sind in der Seitenansicht. Durch das Anordnen mehrerer Schichten
übereinander entsteht ein webartiges Gitter. Dieses Gitter ist über dem aus Szintillator
elementen 12, Trennelementen 14 und den Photosensoren 13 bestehenden Röntgen
detektor angeordnet. Dieses Streustrahlengitter in Fig. 3 dargestellte Gitter ist nicht
fokussiert.
Fig. 4 zeigt ein Streustrahlengitter bei dem mehrere aufeinander folgende Schichten in
eine Richtung X oder Y ausgerichtet sind. Für spezielle Röntgendetektoren kann eine der
artige Anordnung bezüglich der Stabilität von Vorteil sein. Außerdem wird für alle Ein
fallswinkel der Streustrahlung eine Absorption sichergestellt. Bei gleichmäßiger Anord
nung, wie in Fig. 2, gibt es genau einen Einfallswinkel für die Streustrahlung, bei dem
keine Absorption erfolgt.
Fig. 5 zeigt ein fokussiertes Streustrahlengitter bei dem Abstände zwischen den Draht
elementen 10 unterschiedlich sind. 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 Primärstrah
lentransparenz zu erreichen, wird das Streustrahlengitter fokussiert. Der Abstand DY1
zwischen den Drahtelementen der oberen, in Y-Richtung ausgerichteten Schicht ist am
kleinsten. In der nächsten, darunter angeordneten Schicht weisen die Drahtelemente einen
etwas größeren Abstand DY2 auf. Der Abstand DY3 zwischen den Drahtelementen in der
untersten Schicht ist am größten. Die Strahlungsquelle 2 sendet die Röntgenstrahlen 11
aus, die auf das Streustrahlengitter treffen. Hier werden die Streustrahlenanteile absorbiert.
Die Röntgenstrahlenanteile, die unverfälschte Information in sich tragen, können unge
hindert das entsprechende Detektorelement erreichen. Das jeweilige Detektorelement wird
dabei aus dem Szintillatorelement 12 mit dem darunter angeordneten Photosensor 13 ge
bildet.
Eine Fokussierung des Gitters in nur eine Ausrichtung ist bei speziellen Röntgendetektor
typen ohne Schwierigkeiten realisierbar. Hierbei wird dann der Abstand der Drahtelemente
in den aufeinander folgenden Schichten nur in einer Richtung von oben nach unten ver
größert. Dies bedeutet, daß beispielsweise die Schicht, die Drahtelemente mit X-Ausrich
tung aufweist, eine konstanten Abstand zwischen den Drahtelementen in allen Schichten
mit X-Ausrichtung aufweist.
Ein bevorzugtes Querschnittsmaß der Drahtelemente ist 100 µm. Die Abstände der einzel
nen Drahtelemente zueinander betragen etwa 1,5 mm, so daß sich bei einem unfokussier
ten Gitter eine Gitteröffnung von 1,5 mm × 1,5 mm ergibt.
Nicht explizit dargestellt ist ein Streustrahlengitter für einen gekrümmten Röntgen
detektor.
Die Herstellung eines solchen Gitters ist mit vielen Verfahren realisierbar. Die Drahtele
mente können miteinander verklebt, verschweißt oder verlötet werden. Die Drahtelemente
können in einen für Röntgenstrahlen durchlässigen Kunststoff eingelassen werden. Eine
Produktion von Schichten, bei denen die parallelen Drahtelemente in Kunststoff einge
lassen sind, ist ebenfalls realisierbar. Dadurch kann man beliebig viele Schichten einfach
herstellen und ist beim Zusammenfügen der Schichten für ein Streustrahlengitter in der
Anzahl flexibel.
Die Drahtelemente weisen eine gewisse Flexibilität auf, so daß ein Verweben der Draht
elemente ebenfalls möglich ist. Dabei werden die sich kreuzenden Drahtelemente an den
Kreuzungspunkten umeinander gebogen.
Streustrahlengitter können auch mit Gitteröffnungen realisiert werden, die nicht rechteckig
sind. Für Röntgendetektoren die n-eckige Detektorelemente aufweisen, kann durch unter
schiedliche Ausrichtung der Drahtelemente einzelner Schichten die jeweilige eckige Form
des Detekrorelements nachgebildet werden.
Streustrahlengitter können für gewisse Anwendungsbereiche auch für elektromagnetische
Strahlung mit einer anderen Wellenlänge als die der Röntgenstrahlung realisiert werden.
Soll ein erfindungsgemäßes Streustrahlengitter neben der Röntgenstrahlen auch Licht ab
sorbieren, müssen die Drahtelemente beispielsweise schwarz sein, um neben der Absorp
tion der Röntgenstrahlung auch entsprechende Lichtstrahlung zu absorbieren.
Streustrahlengitter mit einer feinmaschigeren Auflösung für großflächige ebene Röntgen
detektoren sind auch realisierbar. Dabei weist der Draht einen Querschnitt kleiner 1 mm
und einen Abstand zwischen den Drahtelementen von ebenfalls kleiner 1 mm auf.
Claims (10)
1. Gitter (3) zur Absorption von Röntgenstrahlen, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Schichten vorgesehen sind, die mehrere beabstandete Drahtelemente (10)
enthalten.
2. Gitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drahtelemente (10) in einer Schicht parallel zueinander angeordnet sind.
3. Gitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drahtelemente (10) verschiedener Schichten rechtwinklig zueinander angeordnet
sind.
4. Gitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drahtelemente (10) runde oder mehreckige Querschnitte aufweisen.
5. Gitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abstände (DX, DY) zwischen den Drahtelementen (10) einer Schicht oder ver
schiedenen Schichten unterschiedlich sind.
6. Gitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drahtelemente (10) mehrerer aufeinanderfolgender Schichten in eine Richtung
(x oder y) ausgerichtet sind.
7. Gitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein aus Schichten gebildetes Streustrahlengitter auf einen Fokus fokussiert ist.
8. Gitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drahtelemente (10) aus einem Röntgenstrahlen absorbierenden Material bestehen
oder mit einem derartigen Material beschichtet sind.
9. Gitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schichten zur Fixierung der Drahtelemente einen für Röntgenstrahlen durch
lässigen Hilfsstoff aufweisen.
10. Röntgenuntersuchungsgerät mit einem Gitter (3) nach den Ansprüchen 1 bis 8 bei
dem das Gitter (3) vor einem Röntgendetektor (8) angeordnet ist.
Priority Applications (8)
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EP00204210A EP1107022A3 (de) | 1999-11-30 | 2000-11-27 | Röntgendetektor mit einer Sensormatrix und einer Szintillatoranordnung |
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-
1999
- 1999-11-30 DE DE19957429A patent/DE19957429A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: PHILIPS INTELLECTUAL PROPERTY & STANDARDS GMBH, 20 |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |