WO1999031674A1

WO1999031674A1 - Streustrahlenraster

Info

Publication number: WO1999031674A1
Application number: PCT/DE1998/003701
Authority: WO
Inventors: Martin Hoheisel
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 1999-06-24
Also published as: JP2002509239A; US6327341B1

Abstract

Streustrahlenraster (3), insbesondere für medizinische Röntgeneinrichtungen mit einem Röntgenstrahler, der ein Röntgenstrahlenbündel mit einem Zentralstrahl (10) erzeugt, bestehend aus einem Träger mit Absorptionselementen, insbesondere in Form von Bleielementen, welche in beabstandeten Reihen als beabstandete Stifte (8) ausgebildet sind, wobei die Stiftreihen (9, 9a, 9b) überwiegend derart ausgerichtet sind, dass sie auf den Schnittpunkt des Zentralstrahls mit dem Streustrahlenraster (3) zu verlaufen.

Description

Beschreibung

Streustrahlenraster

Die Erfindung bezieht sich auf ein Streustrahlenraster, insbesondere für medizinische Röntgeneinrichtungen mit einer Röntgenstrahlenquelle, die ein Röntgenstrahlenbündel mit einem Zentralstrahl erzeugt, bestehend aus einem Träger mit Absorptionselementen, insbesondere in Form von Bleielementen, welche in zueinander beabstandeten Reihen als untereinander beabstandete Stifte ausgebildet sind.

In der Röntgentechnik, insbesondere der medizinischen Diagnostik, werden häufig Streustrahlenraster eingesetzt, um die von dem zu untersuchenden Objekt ausgehende Streustrahlung gegenüber der Nutzstahlung zu schwächen. Die heute meist eingesetzten Raster bestehen aus einer Abfolge von Bleilamellen, die im Wechsel mit Lamellen aus einem Trägermaterial geschichtet sind. Röntgenstrahlung, die in der Ebene der Lamel- len einfällt, wird nur durch das Trägermaterial geschwächt. Schräg einfallende Strahlung wird dagegen mehr oder weniger von den Bleilamellen absorbiert.

Da derartige Bleilamellen unvermeidliche Linien auf dem Rönt- genbild erzeugen und darüber hinaus die Linienanzahl pro Zentimeter aus fertigungstechnischen Gründen begrenzt ist, ist auch bereits in der DE-Patentanmeldung 197 29 596.7 vorgeschlagen worden, anstelle der Bleilamellen beabstandete Stifte aus Blei oder einem anderen Absorptionsmaterial zu verwen- den.

Wegen der in der Projektionsradiografie üblichen Kegelstrahl- geometrie der Röntgenstrahlung dürfen die Bleilamellen - und entsprechendes gilt auch für die sie ersetzenden parallel zu- einander angeordneten Stifte - nicht parallel ausgerichtet sein. Vielmehr müssen sie so gerichtet sein, daß sie alle auf den Fokus der Röntgenröhre ausgerichtet sind. Diese Forderung bedeutet einerseits einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand. Darüber hinaus ist die Fokussierung des Streustrahlenrasters nur für einen bestimmten Abstand zwischen Fokus und Raster berechnet. Bei einer Änderung dieses Abstandes stimmen die Ausrichtungsbedingungen für die peripheren Strahlen nicht mehr und es ergeben sich deutlich sichtbare Abschattungen an den Bildrändern. Bisher wurde der Aufwand für die Fertigung von fokussierten Rastern in Kauf genommen und es wurden darüber hinaus häufig mehrere Raster eingesetzt, die je nach gewähltem Fokus-Raster-Abstand ausgewechselt werden mußten. Dies war aber sowohl fertigungstechnisch als auch in der Handhabung ein erheblicher Nachteil, der mit bedeutenden Mehrkosten verbunden war.

In der EP 0 333 276 ist ein Streustrahlenraster zum Vignet- tierungsausgleich beschrieben, das mit kreisförmig angeordneten Löchern versehen ist, deren Dichte über der Fläche nicht konstant ist.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Streustrahlenraster der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß es einfacher hergestellt werden kann und unabhängig vom Fokus- Raster-Abstand eingesetzt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Stiftreihen überwiegend derart ausgerichtet sind, daß sie auf den Schnittpunkt des Zentralstrahls mit dem Streustrahlenraster zu verlaufen.

Der entscheidende Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der die Stifte oder auch die Lamellen aus Absorptionsmaterial nicht mehr in parallelen Reihen angeordnet sind, sondern radialsymmetrisch bezüglich der Strahlungsmittelachse, ist die Vermeidung des vorstehend angesprochenen Fokussie- rungsproblems . Durch die radialsymmetrische Anordnung der

Stiftreihen - prinzipiell könnten statt der Stiftreihen auch Lamellen verwendet werden, wobei sich allerdings im Bereich des Mittelpunktes bei der Lamellenanordnung Probleme ergeben, da dort das Absorptionsmaterial einen scheibenförmigen Bereich auf der Strahlungsmittelachse völlig ausblenden würde und die Fertigung radial angeordneter Lamellen im Wechsel mit Trägermaterial außerordentlich schwierig wäre - ist es für die Durchlässigkeit des erfindungsgemäßen Streustrahlenrasters für die eigentliche Nutzstrahlung völlig uninteressant, wie groß der Fokus-Raster-Abstand ist, da die Nutzstrahlung zwischen zwei im Umfang gegeneinander versetzten Radialab- sorptionsreihen in jedem Fall ungehindert passieren kann.

Um auch in größerer Entfernung vom Mittelpunkt noch eine ausreichende Streustrahlabsorption zu erreichen, obgleich dort ja die radialen Reihen aus Strahlungsabsorbierenden, unter- einander beabstandeten Stiften bereits sehr große Abstände aufweisen, können zwischen die bis in die Nähe des Mittelpunkts durchgehenden Stiftreihen jeweils weitere radial erst im Abstand vom Mittelpunkt ansetzende Zwischen-Stiftreihen angeordnet sein.

Wichtig ist, zu gewährleisten, daß die mittlere Flächenbelegung der Absorptionsstifte auf der gesamten Fläche des Streustrahlenrasters soweit wie möglich die gleiche ist. Dadurch wird eine möglichst homogene Transparenz für die Nutzstrah- lung sichergestellt.

Eine solche Anordnung hat allerdings den Nachteil einer Symmetrie, die später in der Abbildung sichtbar werden könnte. Aus diesem Grund ist es in Ausgestaltung der Erfindung vor- teilhafter, die Zwischen-Stiftreihen zumindest teilweise phasenverschoben anzuordnen, wobei beispielsweise die Stifte der Reihen entlang eines Radius abschnittsweise phasenverschoben, also quasi etwas gegenüber eines von dem Radius ausgehenden Strahles nach links oder rechts versetzt, angeordnet sein können. Auf diese Weise kann verhindert werden, daß die Abbildung durch periodische Strukturen gestört wird. Als Träger kann bevorzugt eine Siliziumscheibe, insbesondere eine einkristalline Siliziumscheibe, dienen.

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Streustrahlenrasters können in den Träger mittels eines richtungsselektiven Ätzverfahrens Löcher geätzt werden, in die das Absorptionsmaterial in flüssigem oder zähflüssigem Zustand eingebracht wird und anschließend erkaltet, wobei überschüssiges Absorptionsmaterial nach dem Erkalten entfernt, beispielsweise abpoliert wird, wobei unter "richtungsselektiv" eine höhere Ätzrate in die Tiefe als lateral zu verstehen ist. Als Ätzverfahren kann dabei ein elektrochemisches Ätzverfahren oder ein Plasmaätzverfahren Verwendung finden, wobei vor dem Ätzen eine dem zu erzeugenden Stiftmuster entsprechende lithografische Ätzmaske auf die Oberfläche des Trägers aufgebracht wird, die nach dem Ätzen wieder entfernt wird.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausfüh- rungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des Aufbaus und der Wirkungsweise eines herkömmlichen Streustrahlenrasters mit Bleilamellen,

Fig. 2 eine Ansicht des Ξtreustrahlenrasters in Richtung der auftreffenden Strahlung,

Fig. 3 den radialsymmetrischen Aufbau eines erfindungsge- mäßen Streustrahlenrasters,

Fig. 4 eine Ansicht eines abgewandelten Streustrahlenra- sters mit in die Segmente zwischen den durchgehenden Stiftreihen eingeschalteten, erst radial weiter außen ansetzenden Zwischen-Stiftreihen, und Fig. 5 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Streustrahlenrasters, bei dem die Zwischen-Stiftreihen zumindest teilweise phasenverschoben angeordnet sind.

In Figur 1 erkennt man schematisch eine Röntgenstrahlenquelle 1, deren kegelförmig abgestrahlte Röntgenstrahlung ein Untersuchungsobjekt 2, beispielsweise einen zu diagnostizierenden menschlichen Körper, durchsetzt. Bei 3 ist ein herkömmliches Streustrahlenraster dargestellt, das aus einer Vielzahl von in einen Träger 4 eingebetteten Bleilamellen 5 besteht. Diese Bleilamellen 5 sind so ausgerichtet, daß sie alle auf den Fokus der Röntgenröhre 1 zeigen. Senkrecht zur Zeichenebene verlaufen sie im wesentlichen parallel zueinander.

Während die Nutzstrahlen 6 zwischen den Bleilamellen passieren können und nur geringfügig durch das Material des Trägers 4 geschwächt werden, werden schräg einfallende Streustrahlen 7 mehr oder weniger von den Bleilamellen 5 absorbiert.

Zur Vermeidung des fertigungstechnischen Aufwandes der Bleilamellenanordnung ist es, was in Figur 2 unten angedeutet ist, bereits bekannt, die Bleilamellen durch eine Vielzahl von zueinander parallel verlaufenden, durch Ätzung und anschließende Auffüllung der Ätzlöcher gebildete Stifte zu er- setzen. Durch ein richtungsselektives Ätzverfahren kann dabei die Ausrichtung zum Fokus der Röntgenröhre 1 wesentlich einfacher erreicht werden, als dies bei einer Schichtung von Bleilamellen der Fall ist.

Trotz des einfacheren Herstellungsverfahrens eines Streustrahlenrasters mit Stiften anstelle von Lamellen ergibt sich in jedem Fall aber der Nachteil, daß das Streustrahlenraster immer nur für einen vorgegebenen Fokus-Raster-Abstand optimal ausgebildet ist und für andere Abstände sich Abschattungspro- bleme ergeben. Um dies zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß, wie in Figur 3 schematisch angedeutet ist, die Stifte 8 aus Absorptionsmaterial nicht mehr in zueinander im wesentlichen parallelen Reihen angeordnet sind, sondern radialsymmetrisch längs Strahlen, die von einem Mittelpunkt ausgehen, der auf der Strahlungsmittelachse liegt. Wie bei der Anordnung nach Figur 2 liegt auch bei der Anordnung nach Figur 3 die Strahlungsquelle vertikal über der Zeichenebene. Dabei erkennt man sofort, daß die zwischen den längs radialer Strahlen angeord- neten Absorptionsstiften passierende Nutzstrahlung völlig unabhängig davon, in welchem Abstand die Röntgenstrahlungsquelle vom Streustrahlenraster 3 angeordnet ist, ungehindert passieren kann.

In Figur 4 ist eine abgewandelte Ausführungsform des einfachsten erfindungsgemäßen Streustrahlenrasters 3 gemäß Figur 3 gezeigt, wobei zwischen jeweils radial durchgehenden Stiftreihen 9 von Stiften aus absorbierendem Material Zwischen- Stiftreihen 9a und 9b angeordnet sind, die jeweils erst in einem größeren Abstand vom Mittelpunkt anfangen. Auf diese Art und Weise soll das gesamte Feld des Streustrahlenrasters möglichst gleichmäßig mit Stiften belegt sein.

Es ist vorteilhaft, die Absorptionsstifte auf einer kleinen Fläche in der Mitte des Streustrahlenrasters in einer regelmäßigen, z.B. hexagonalen oder kubischen Anordnung zu plazieren. Die Anordnung in radial verlaufenden Reihen erfolgt erst anschließend in einigem Abstand vom Mittelpunkt. Damit wird gewährleistet, daß auch in der Mitte eine homogene Stiftdich- te herrscht und der Übergang in die radialen Reihen annähernd stetig erfolgen kann.

Um die dabei auftretenden Symmetrien, die später in der Abbildung sichtbar werden könnten, zu beseitigen, ist bei der Ausführungsform nach Figur 5 vorgesehen, daß praktisch alle Stiftreihen in einzelne Abschnitte längs des Radius aufgeteilt sind, wobei diese Abschnitte gegenüber dem durchgehen- den radialen Strahl etwas nach links oder rechts phasenverschoben sind. Dadurch wird die Symmetrie aufgehoben und bei gleichbleibendem, im wesentlichen gleichmäßigem Ausfüllen der Fläche mit Stiften die störende Abbildung solcher Symmetrien im Röntgenbild vermieden.

Claims

Patentansprüche

1. Streustrahlenraster (3), insbesondere für medizinische Röntgeneinrichtungen mit einem Röntgenstrahier, der ein Rönt- genstrahlenbündel mit einem Zentralstrahl (10) erzeugt, bestehend aus einem Träger mit Absorptionselementen, insbesondere in Form von Bleielementen, welche in beabstandeten Reihen als beabstandete Stifte (8) ausgebildet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stif- treihen (9, 9a, 9b) überwiegend derart ausgerichtet sind, daß sie auf den Schnittpunkt des Zentralstrahls mit dem Streustrahlenraster (3) zu verlaufen.

2. Streustrahlenraster (3) nach Anspruch 1, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stifte (8) selbst parallel zueinander verlaufen.

3. Streustrahlenraster (3) nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stiftreihen (9, 9a, 9b) derartig angeordnet sind, daß die Flächenbelegung der Stifte (8) auf jeder Teilfläche des Streustrahlenrasters (3) annähernd gleich ist.

4. Streustrahlenraster (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die

Stifte (8) in der Mitte des Streustrahlenrasters (3) abweichend von der radialsymmetrischen Ausrichtung in regelmäßigen Abständen angeordnet sind.

5. Streustrahlenraster (3) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stifte (8) in der Mitte des Streustrahlenrasters (3) auf einem hexagonalen Gitter angeordnet sind.

6. Streustrahlenraster (3) nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stifte (8) in der Mitte des Streustrahlenrasters (3) auf einem kubischen Gitter angeordnet sind.

7. Streustrahlenraster (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stifte (8) der Stiftreihen (9, 9a, 9b) entlang eines Radius abschnittsweise phasenverschoben angeordnet sind.

8. Streustrahlenraster (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Träger (4) aus Silizium, insbesondere einer einkristallinen Siliziumscheibe, besteht.

9. Streustrahlenraster (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Absorptionsmaterial Blei verwendet wird.

10. Verfahren zur Herstellung eines Streustrahlenrasters (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß in den Träger mittels eines richtungsselektiven Ätzverfahrens Löcher geätzt werden, in die das Absorptionsmaterial in flüssigem oder zähflüssigem Zustand eingebracht wird und anschließend erkaltet, wobei überschüssiges Absorptionsmaterial nach dem Erkalten ent- fernt, insbesondere abpoliert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Ätzverfahren ein elektrochemisches Ätzverfahren oder ein Plasmaätzverfahren ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß vor dem Ätzen eine dem zu erzeugenden Stiftmuster entsprechende lithographische Ätzmaske auf die Oberfläche des Trägers aufgebracht wird, die nach dem Ätzen wieder entfernt wird.