DE10154539C1 - Strahlenblende für ein Röntgengerät und Röntgengerät - Google Patents

Abstract

Bei einem Röntgengerät (1) weist eine Strahlenblende (11) ein Absorberelement (15) auf, das um eine in seiner Längsrichtung orientierte Drehachse (25) drehbar gelagert ist, so dass durch eine Drehbewegung des Absorberelements (15) die Größe des Strahlenbündels (13) veränderbar ist. Das Absorberelement (15) ist beispielsweise als Walze, als Rolle oder als Zylinder ausgebildet. Die Strahlenblende (11) ist besonders robust ausführbar und insbesondere auch für höhere Rotationsgeschwindigkeiten in einem Computertomographiegerät geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahlenblende für ein Röntgenge­ rät mit einem in seiner Position verstellbaren Absorberele­ ment zur variablen Begrenzung eines Strahlenbündels, wobei das Absorberelement derart geformt und um eine in seiner Längsrichtung orientierte Drehachse drehbar gelagert ist, dass durch eine Drehbewegung des Absorberelements die Größe des Strahlenbündels veränderbar ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Röntgengerät.

Ein Röntgengerät mit einer Strahlenblende ist beispielsweise in DE 44 37 969 A1 beschrieben. Bei einem als Computertomo­ graphen ausgebildeten Röntgengerät wird durch die als Schlitzblende ausgebildete Primärstrahlenblende ein Röntgen­ strahlungsfächer erzeugt. Dieser Fächer bestimmt das Dosis­ profil im Patienten und damit die Schichtdicke bei der Auf­ nahme. Er beeinflusst damit auch die Dosisbelastung des Pati­ enten und die Intensität des Detektorsignals, aus welchem die Bilddaten gewonnen werden. Zur Einstellung verschiedener Schichtdicken ist es notwendig, verschiedene Öffnungen der Primärstrahlenblende einzustellen.

Eine Schlitzblende ist beispielsweise realisierbar, indem als Absorberelemente fungierende Backen parallelogrammartig in das Strahlenbündel hinein oder aus diesem heraus verschoben werden. Derart realisierte Schlitzblenden bestehen aus einer Vielzahl bewegter Teile.

Aus der DE 31 36 971 A1 und DE 36 00 824 A1 sind auch Rönt­ genkollimatoren bekannt, die durch Drehen eines drehbar gela­ gerten Absorberelementes eine Veränderung der Strahlenbündel­ größe erlauben. Bei dem Schlitzkollimator gemäß DE 31 36 971 A1 muss hierzu ein Drehzapfen mit integriertem Schlitz gefer­ tigt werden. Bei dem Kollimator gemäß DE 36 00 824 A1 müssen bei der Fertigung Nuten mit veränderlichem Querschnitt in Um­ laufrichtung in einen Zylinder eingebracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strahlenblende für ein Röntgengerät sowie Röntgengerät mit einer Strahlen­ blende anzugeben, die eine besonders robuste Konstruktion zu­ lassen.

Diese Aufgabe wird bezogen auf die eingangs genannte Strah­ lenblende gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass das Absor­ berelement exzentrisch gelagert ist.

Dabei geht die Erfindung insbesondere von der Erkenntnis aus, dass bislang verwendete Strahlenblenden insbesondere für sol­ che Computertomographiegeräte ungeeignet sind, bei welchen der Röntgenstrahler und/oder der Detektor zur Detektion der Röntgenstrahlung mit besonders hoher Rotationsgeschwindigkeit entlang einer Gantry rotierbar sind. Die Strahlenblende nach der Erfindung zeichnet sich durch eine besonders einfache und robuste Konstruktion aus, bei welcher nur eine sehr geringe Anzahl bewegter Teile erforderlich ist. Es ist daher nur in geringem Maße anfällig gegenüber externen Einflüssen oder Be­ wegungen. Insbesondere sind damit Rotationsgeschwindigkeiten bei einem Computertomographiegerät von 3 U/s (Umdrehungen pro Sekunde) bis hin zu 4 U/s und mehr möglich.

Im Grenzfall genügt es, falls das Absorberelement und gegebe­ nenfalls eine dieses antreibende Welle beweglich ist.

Bei einem Teil der bekannten Strahlenblenden muss die von ei­ nem Motor erzeugte Drehbewegung in eine Linearbewegung eines Absorberelements umgesetzt werden, die die eigentliche Strah­ lenbündelveränderung bewirkt. Hierzu sind diverse mechanische Bauteile erforderlich. Demgegenüber ist bei der Strahlenblen­ de nach der Erfindung eine Drehbewegung eines Motors unmit­ telbar in eine die Strahlenbündelveränderung bewirkende Dreh­ wegung des Absorberelements umsetzbar, ohne das eine Bewe­ gungslinearisierung notwendig wäre. Dadurch ergibt sich eine einfache Bauweise, die mit wenigen Bauteilen auskommt.

Als Absorberelement wird im Zusammenhang mit der Erfindung jegliches Bauteil bezeichnet, welches geeignet ist, durch Ab­ sorption nicht benötigter Teile des Strahlenbündels das Strahlenbündel zu begrenzen. Das Absorberelement dient dabei insbesondere unmittelbar mit seiner Außenkontur, beispiels­ weise mit seiner Zylinderoberfläche, der Ausblendung der von einer Röntgenröhre emittierten, aber für die Diagnose nicht benötigten Anteile der Röntgenstrahlung. Mit anderen Worten: Strahlen, welche die Kontur des Absorberelements passieren können, werden in den Patienten eingeblendet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das Absorberele­ ment als längsgestreckter rotationssymmetrischer Körper aus­ gebildet, insbesondere als Walze, als Rolle oder als Zylin­ der. Dies hat den Vorteil einen einfachen und kostengünstigen Herstellbarkeit. Möglich sind aber auch andere Formgebungen für das Absorberelement, die beispielsweise durch An- oder Ausformung oder Ansetzen eines Exzenters an einen rotierbaren Körper realisierbar sind.

Im Rahmen der Erfindung liegt außerdem die Erkenntnis, dass ein als Rotationskörper ausgebildetes Absorberelement im Hin­ blick auf eine ausreichende Röntgenabsorption fertigbar ist. Vorzugsweise enthält das Absorberelement ein Röntgenstrahlung absorbierendes Material, insbesondere ein Material mit einem Schwächungskoeffizienten von mehr als 1 cm^-1, und/ oder ein Material mit einer Ordnungszahl von mehr als 50 oder 80, ins­ besondere Blei oder Tantal oder Wolfram.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Strahlenblende weist diese ein weiteres Absorberelement auf, das vorzugsweise - wie das bereits erwähnte Absorberelement - als längsgestreck­ ter rotationssymmetrischer Körper ausgebildet ist. Das weite­ re Absorberelement kann wie das bereits erwähnte Absorberele­ ment gelagert oder gefertigt sein. Mit zwei Absorberelementen ist es möglich, die Größe des Strahlenbündels zu verändern, ohne die Position des Mittenstrahls zu verändern. Hierzu ist es von Vorteil, falls die beiden Absorberelemente um gleiche Drehwinkel, in gleicher oder in entgegengesetzter Richtung, rotierbar sind (symmetrisches Verkleinern bzw. Vergrößern des Strahlenbündels, symmetrische Einblendung). Hierzu ist es auch von Vorteil, falls die beiden Absorberelemente mit ihren Drehachsen parallel zueinander ausgerichtet sind.

Zweckmäßig für eine einfache Konstruktion ist es außerdem, dass die beiden Absorberelemente mit ihren Drehachsen im We­ sentlichen senkrecht zum Verlauf des Strahlenbündels ausge­ richtet sind.

Die beiden Absorberelemente sind vorzugsweise unabhängig von­ einander motorisch drehbar. Hierzu können gesonderte Motoren vorhanden sein. Dadurch ist sowohl eine symmetrische Einblen­ dung realisierbar als auch - insbesondere bei Rotation der Absorberelemente um unterschiedliche Drehwinkel - eine Verän­ derung der Position der Mitte des Strahlenbündels.

Der Motor bzw. die Motoren zum Drehen des Absorberelements bzw. der Absorberelemente sind insbesondere Schrittmotoren.

Die auf ein Röntgengerät bezogene Aufgabe wird gemäß der Er­ findung gelöst durch ein Röntgengerät, insbesondere ein Com­ putertomographie-Gerät, mit einer Strahlenblende nach der Er­ findung.

Ein Ausführungsbeispiel einer Strahlenblende und eines Rönt­ gengeräts nach der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 6 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Röntgengerät nach der Erfindung in einer schema­ tischen Gesamtansicht,

Fig. 2 eine Strahlenblende des Röntgengeräts der Fig. 1 in einer Blickrichtung von einem eingeblendeten Strah­ lenbündel her gesehen,

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung der Strahlenblende der Fig. 2,

Fig. 4 eine Seitenlängsansicht der Strahlenblende der Fig. 2 und 3,

Fig. 5 die Strahlenblende der Fig. 2 bis 4 in vergrößer­ ter Darstellung in geschlossener Stellung, und

Fig. 6 die Strahlenblende der Fig. 2 bis 4 in vergrößer­ ter Darstellung in maximal geöffneter Position.

Fig. 1 zeigt ein als Computertomograph ausgebildetes Rönt­ gengerät 1, von dem nur der rotierende Teil mit einem Rönt­ genstrahler 3, welcher einen Fokus 5 aufweist, und mit einem Detektor 7 dargestellt ist. Der Röntgenstrahler 3 und der De­ tektor 7 rotieren um eine Achse 9. Eine als Primärstrahlen­ blende ausgebildete Strahlenblende 11 erzeugt ein fächerför­ miges Röntgenstrahlenbündel 13, das einen nicht dargestell­ ten, von der Achse 9 durchsetzten Patienten durchstrahlt. Ein Mittenstrahl des Röntgenstrahlenbündel 13 ist mit 14 bezeich­ net.

Die Strahlenblende 11 rotiert zusammen mit dem Röntgenstrah­ ler 3 und dem Detektor 7 um die Achse 9. Eine zur mechani­ schen Realisierung der Rotationsbewegung vorhandene Gantry ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht explizit darge­ stellt. Bei der Rotation der Komponenten 3, 7, 11 wird der Patient aus verschiedenen Richtungen durchstrahlt und ein Rechner berechnet aus den Ausgangssignalen des Detektors 7 ein Bild des durchstrahlten Teils des Patienten. Die Fächer­ ebene verläuft dabei senkrecht zur Zeichenebene und der De­ tektor 7 besteht aus einer Reihe von Einzeldetektoren, die sich ebenfalls senkrecht zur Zeichenebene erstreckt. Der De­ tektor 7 ist hierzu außerdem um den Fokus 5 gekrümmt.

Die Strahlenblende 11 ist in Fig. 1 nur vereinfacht darge­ stellt und wird im Folgenden anhand der Fig. 2 bis 4 näher erläutert.

Die Strahlenblende 11 weist gemäß Fig. 2 ein ganz oder teil­ weise oder abschnittsweise aus Blei oder aus einer Bleilegie­ rung gefertigtes längliches Absorberelement 15 auf. Das Ab­ sorberelement 15 ist als rotationssymmetrischer Körper ausge­ bildet mit einem zylinderförmigen Mittelbereich und sich ko­ nusförmig zum jeweiligen Lagerende hin verjüngenden Endberei­ chen. Der Mittelbereich und die beiden Endbereiche sind aus einem Stück gefertigt. Zur automatischen Ansteuerung einer Drehbewegung des Absorberelements 15 ist diesem ein Schritt­ motor 17 mit einem Encoder 19 und einem Getriebe 21 zugeord­ net. Von dem Schrittmotor 17 wird über das Getriebe 21 eine Welle 23 angetrieben, auf welcher das eine Innenbohrung auf­ weisende Absorberelement 15 aufgeschoben und befestigt ist. Die Welle 23 ist aus Stahl gefertigt und an dem dem Schritt­ motor 17 gegenüberliegenden Ende an einem Gehäuse 27 der Strahlenblende 11 gelagert. Die Welle 23 verläuft außermittig durch das Absorberelement 15, so dass das Absorberelement 15 mit seiner Drehachse 25 exzentrisch gelagert ist. Alle Dreh­ achsen, also die Drehachse des Motors 17, ggf. vorhandene Drehachsen im Getriebe 21 und die Drehachse 25 des Absorber­ elements 15 sind parallel zueinander. Es findet keine Linear­ bewegung statt.

Außerdem ist ein weiteres längliches Absorberelement 35 vor­ handen, das analog zu dem bereits genannten Absorberelement 15 ausgebildet ist, und dem in analoger Weise ein Schrittmo­ tor 37, ein Encoder 39, ein Getriebe 41 und eine Welle 43 zu­ geordnet ist. Auch das weitere Absorberelement 35 ist mit seiner Drehachse 45 exzentrisch gelagert.

Die beiden Drehachsen 25, 45 der Absorberelement 15, 35 ver­ laufen parallel zueinander und senkrecht zum Strahlenbündel 13. Der von den Mittelbereichen der beiden Absorberelemente 15, 35 eingeschlossene, schlitzartige Bereich definiert den­ jenigen Bereich des Strahlenbündels 13, welcher in den Pati­ enten eingeblendet wird.

Die Drehbewegung der beiden Absorberelemente 15, 35 zur Ver­ änderung der Größe des Strahlenbündels 13 ist in der Quer­ schnittsdarstellung der Fig. 3 näher erläutert. In der mit durchgezogenen Linien dargestellten Position der Absorberele­ mente 15, 35 wird ein Strahlenbündel 13 definierter Schlitz­ größe durchgelassen. In der gestrichelt dargestellten Positi­ on der Absorberelemente 15, 35 ist die Strahlenblende 11 ge­ schlossen, so dass keine Strahlung zum Patienten gelangt.

In das Gehäuse 27 der Strahlenblende 11 ist außerdem ein po­ sitionsveränderlicher Keilfilter 51 zur variablen Abschwä­ chung der Röntgenstrahlung integriert. Außerdem ist eine Fil­ tereinrichtung 61 vorhanden, mittels welcher dem Strahlenbün­ del 13 unterschiedliche spektrale Quantenenergieverteilungen aufprägbar sind. Hierzu sind auf einem rotierbaren Träger 63 vier voneinander unterschiedliche Spektralfilter 65, 66, 67, 68 in äquidistantem Winkelabstand angebracht. Mittels eines Motors 70 (siehe Fig. 4) kann ein gewünschter Spektralfilter 65, 66, 67, 68 im Strahlengang positioniert werden.

Es versteht sich von selbst, dass das Gehäuse 27 fokusseitig eine Öffnung zum Eintritt der vom Röntgenstrahler 3 stammen­ den Röntgenstrahlung aufweist sowie auf der gegenüberliegen­ den Seite eine Austrittsöffnung.

Wie bereits in Fig. 3 angedeutet ist, ist es von Vorteil, falls die beiden Absorberelemente 15, 35 in Richtung des Strahlenbündels 13 betrachtet leicht hintereinander oder ver­ setzt angeordnet sind. Wie in den Fig. 5 und 6 näher er­ läutert ist, ergibt sich daraus nämlich der Vorteil, dass die Strahlenblende 11 das Strahlenbündel 13 in der in Fig. 5 dargestellten Stellung vollständig abblocken kann. Durch die Anbringung der Absorberelemente 15, 35 - in Richtung des Mit­ tenstrahls 14 gesehen - hintereinander kann die Strahlenblen­ de 11 mit einem lateralen Überlapp U der Absorberelemente 15, 35 schließen. Bei exakter Nebeneinanderanordnung der beiden Absorberelemente 15, 35, das heißt, bei Anordnung im im We­ sentlichen gleichen Abstand vom Fokus 5, würden sich die Ab­ sorberelemente 15, 35 im geschlossenen Zustand allenfalls in einem Punkt berühren mit der Folge einer in diesem Bereich nur unzulänglichen Absorption. Aufgrund von Fertigungsunge­ nauigkeiten und für einen sicheren Betrieb müsste im ge­ schlossenen Zustand sogar ein kleiner Spalt zwischen den Ab­ sorberelementen 15, 35 verbleiben. Demgegenüber sorgt der dargestellte Überlapp U (= R₁ + R₂ - D) im geschlossenen Zu­ stand der Strahlenblende 11 gemäß Fig. 5 für eine ausrei­ chende Absorption auch des Mittenstrahls 14.

In Fig. 6 ist die Anordnung wie in Fig. 5 dargestellt, wo­ bei demgegenüber aber die beiden Absorberelemente 15, 35 um jeweils 180° um ihre jeweilige Drehachse 25 bzw. 45 gedreht wurden. Dadurch sind die großen Radien R₁, R₂ der Mittenbe­ reiche der Absorberelemente 15, 35 nunmehr vom Mittenstrahl 14 abgewandt und es sind nur noch die kleinen Radien r₁, r₂ dem Strahlenbündel 13 zugewandt (d = R₁ + r₁ = R₂ + r₂). In dem in Fig. 6 dargestellten Zustand ist eine maximale Blenden­ öffnung B möglich.

Für einen vorgegebenen gewünschten Überlapp U und eine vorge­ gebene maximale Blendenöffnung B (= D - r₁ - r₂) ist bei vor­ gegebenem Durchmesser d der Mittenbereiche der Absorberele­ mente 15, 35 der erforderliche Drehachsenabstand D zwischen den Drehachsen 25 und 45 der Absorberelemente 15, 35 gegeben durch:

Claims (10)

1. Strahlenblende (11) für ein Röntgengerät (1), mit einem in seiner Position verstellbaren Absorberelement (15) zur variablen Begrenzung eines Strahlenbündels (13), wobei das Absorberelement (15) derart geformt und um eine in seiner Längsrichtung orientierte Drehachse (25) drehbar gelagert ist, dass durch eine Drehbewegung des Absorberelements (15) die Größe des Strahlenbündels (13) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberelement (15) exzentrisch gelagert ist.

2. Strahlenblende (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberelement (15) als längsgestreckter rotationssym­ metrischer Körper ausgebildet ist.

3. Strahlenblende (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberelement (15) als Walze, als Rolle oder als Zylin­ der ausgebildet ist.

4. Strahlenblende (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorberelement (15) ein Röntgenstrahlung absorbierendes Material, insbesondere Blei, Tantal oder Wolfram, enthält.

5. Strahlenblende (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein weiteres Absorberelement (35), das vorzugsweise als längsgestreckter rotationssymmetrischer Körper ausgebildet ist.

6. Strahlenblende (11) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Absorberelemente (15, 35) mit ihren Drehachsen (25, 45) parallel zueinander ausgerichtet sind.

7. Strahlenblende (11) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Absorberelemente (15, 35) mit ihren Drehachsen (25, 45) senkrecht zum Verlauf des Strahlenbündels (13) aus­ gerichtet sind.

8. Strahlenblende (11) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Absorberelemente (15, 35) unabhängig voneinander motorisch drehbar sind.

9. Strahlenblende (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Drehen des Absorberelements (15) bzw. der Absorberelemen­ te (15, 35) ein Schrittmotor (17) bzw. zwei Schrittmotoren (17, 37) vorhanden sind.

10. Röntgengerät (1) mit einer Strahlenblende (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.