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Die
Erfindung betrifft einen Kollimator für einen Strahlendetektor, vorzugsweise
für einen
Röntgenstrahlendetektor,
aufweisend nebeneinander angeordnete Kollimatorbleche. Die Erfindung
betrifft außerdem
ein einen derartigen Kollimator aufweisendes Computertomographiegerät.
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Ein
Kollimator der eingangs genannten Art wird beispielsweise bei der
Bildgebung mit einem Röntgengerät, z. B.
einem Computertomographiegerät,
eingesetzt. Das Computertomographiegerät weist ein an einem Drehrahmen
angeordnetes Röntgensystem
mit einer Röntgenstrahlenquelle
und einem Röntgenstrahlendetektor
auf. Der Röntgenstrahlendetektor
ist in der Regel aus einer Vielzahl von Detektormodulen aufgebaut,
welche linear oder zweidimensional aneinander gereiht sind. Jedes
Detektormodul des Röntgenstrahlendetektors
umfasst beispielsweise ein Szintillatorarray und ein Photodiodenarray,
welche zueinander ausgerichtet sind. Die zueinander ausgerichteten
Elemente des Szintillatorarrays und des Photodiodenarrays bilden
die Detektorelemente des Detektormoduls. Über jedem Szintillatorarray
ist zur Reduzierung von Streustrahlungseinflüssen ein Kollimator angeordnet,
der bewirkt, dass nur Röntgenstrahlung
einer bestimmten Raumrichtung auf das Szintillatorarray gelangt.
Die auf das Szintillatorarray auftreffende Röntgenstrahlung wird in Licht
umgewandelt, welches von dem Photodiodenarray in elektrische Signale
umgewandelt wird. Die elektrischen Signale bilden den Ausgangspunkt
der Rekonstruktion eines Bildes eines mit dem Computertomographiegerät untersuchten Objektes.
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Die
Kollimatoren der Detektormodule des Röntgenstrahlendetektors weisen
auf den Fokus der Röntgenstrahlenquelle
des Röntgengerätes ausgerichtete,
in Kunststoffteilen fixierte und relativ zueinander positionierte
Kollimatorbleche auf. Die Fixierung der nebeneinander angeordneten
Kollimatorbleche erfolgt auf der Ober- und Unterseite des Kollimators.
Die Detektormodule mit den Kollimatoren sind in einem Computertomographiegerät auf einem
so genannten Detektorbogen des Drehrahmens angeordnet. Der Detektorbogen
ist gegenüber
der Röntgenstrahlenquelle
an dem Drehrahmen, also dem rotierenden Teil der Gantry des Computertomographiegerätes angeordnet.
Der Trend zu größeren Detektorbreiten
in Richtung eines eine Vielzahl von Detektormodulen aufweisenden
Flächendetektors
sowie zu höheren
Drehzahlen des rotierenden Teils der Gantry führt auch zu längeren Kollimatorblechen.
Problematisch erweist es sich dabei, dass insbesondere auf die an
den Enden des Detektorbogens angeordneten Kollimatoren bei Rotation
des Detektorbogens derartige Kräfte
wirken, dass sich die Kollimatorbleche dieser Kollimatoren in Folge
der wirkenden Kräfte
verbiegen bzw. verformen. Diese Verbiegung bzw. Verformung der Kollimatorbleche
kann so weit gehen, dass diese bei der Untersuchung eines Objektes
einen Röntgenschatten
werfen und damit zu Bildfehlern führen.
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Aus
der
DE 100 11 877
C2 ist ein Kollimator für
ein Computertomografiegerät
bekannt. Der bekannte Kollimator umfasst eine aus zwei Halbschalen gebildete
Halterung für
Kollimatorbleche. Eine Halbschale weist zwei sich gegenüberliegende
Seitenteile auf, welche durch eine Deckplatte verbunden sind. Die
Seitenteile und die Deckplatte weisen Schlitze auf, mittels welchen
die Kollimatorbleche randseitig gestützt werden.
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Ein ähnlicher
Kollimator ist aus der
DE
197 50 935 A1 bekannt. Der darin gezeigte Kollimator weist
ebenfalls Seitenteile und eine diese verbindende Deckplatte auf.
Mittels Schlitzen in den Seitenteilen und der Deckplatte werden
die Kollimatorbleche randseitlich gestützt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kollimator bzw.
ein Computertomographiegerät
der eingangs genann ten Art derart anzugeben, dass eine Verbiegung
bzw. Verformung der Kollimatorbleche relativ zueinander weitgehend
vermieden ist.
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Nach
der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Kollimator für einen
Strahlendetektor, aufweisend mehrere nebeneinander angeordnete Kollimatorbleche,
zwischen denen zur Versteifung des Kollimators jeweils wenigstens
ein aus einem röntgentransparenten
Material ausgebildetes, die Kollimatorbleche seitlich stützendes
Stützelement angeordnet
ist. Nach der Erfindung wird also vorgeschlagen, zwischen zwei Kollimatorblechen
ein aus einem röntgentransparenten
Material ausgebildetes Stützelement
derart anzuordnen, dass Verbiegungen oder Verformungen der Kollimatorbleche
relativ zueinander, wie sie bisher bei einer Rotation der Kollimatoren
in einem Computertomographiegerät
aufgetreten sind, vermieden werden. In einer Art Stapeltechnik werden
dabei abwechselnd ein Kollimatorblech und ein Stützelement angeordnet, so dass
sich ein verhältnismäßig steifer
Aufbau des Kollimators ergibt, wodurch, wie bereits erwähnt, Verbiegungen oder
Verformungen der Kollimatorbleche vermieden werden können. Unter
einem röntgentransparenten Material
wird dabei ein Material verstanden, das sich nicht negativ auf die
Bildgebung mit Röntgenstrahlung
auswirkt, das also nur eine vernachlässigbare Schwächung der
durch ein Untersuchungsobjekt hindurch getretenen Röntgenstrahlung
verursacht.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung sind die Stützelemente
derart miteinander verbunden, dass der Kollimator eine Schlitze zwischen
den Stützelementen
umfassende Vorrichtung aufweist, wobei jeweils ein Schlitz zur Aufnahme eines
Kollimatorblechs zwischen zwei Stützelementen vorhanden ist.
Die Schlitze aufweisende Vorrichtung ermöglicht es in einfacher Weise,
die Kollimatorbleche in definierter Weise relativ zueinander anzuordnen.
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Gemäß einer
Variante der Erfindung weist der Kollimator zwei Vorrichtungen mit
Schlitzen zwischen den Stützelementen
für die
Aufnahme von Kollimatorblechen auf, wobei die eine Vorrichtung als Bodenelement
und die andere Vorrichtung als Deckenelement dient. Diese Ausführungsform
des Kollimators ist insbesondere dann zu bevorzugen, wenn die Kollimatorbleche
verhältnismäßig groß ausgeführt sind,
so dass eine Stützelemente
aufweisende Vorrichtung nicht mehr ausreichend für eine Versteifung des Kollimators
ist.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung sind die Schlitze derart ausgestaltet, dass die in
den Schlitzen angeordneten Kollimatorbleche bei Anordnung über einem
Strahlendetektor wenigstens im Wesentlichen auf den Fokus einer
dem Strahlendetektor zugeordneten Strahlenquelle ausgerichtet sind.
Dadurch soll erreicht werden, dass möglichst nur die von der Strahlenquelle
ausgehende und das Untersuchungsobjekt durch dringende Strahlung
auf den dem Kollimator nachgelagerten Strahlendetektor gelangt.
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Varianten
der Erfindung sehen vor, dass die Stützelemente als Stützkreuze
oder aber auch U-, V- oder W-förmig
ausgeführt
sein können.
Nach einer Ausführungsform
der Erfindung weisen die Stützelemente
vorzugsweise die die Stützelemente
umfassende Vorrichtung mit Schlitzen im Ganzen wenigstens im Wesentlichen
die gleiche Wandstärke
in Richtung der Sie durchdringenden Strahlung auf, so dass die zwar
minimale, aber dennoch vorhandene Schwächung der Strahlung durch die
Stützelemente bzw.
die Vorrichtung im Wesentlichen gleich ist und demnach Bildfehler
in Folge der Anordnung der Stützelemente
bzw. der Vorrichtung im Strahlengang weitgehend vermieden werden.
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Vorzugsweise
sind die Stützelemente
nach einer Ausführungsform
der Erfindung aus einem glasfaserverstärkten, liquid Kristallpolymer
(liquid crystal polymer [LCP]) ausgebildet.
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Nach
weiteren Varianten der Erfindung ist die Schlitze aufweisende Vorrichtung,
bei der es sich um ein Bodenelement oder um ein Deckenelement handelt,
ein Spritzgussteil. Zur Versteifung weist die Schlitze aufweisende
Vorrichtung nach einer Variante der Erfindung vorzugsweise eine
randseitige und/oder eine zwischen zwei Stützelementen angeordnete Stützstrebe
auf.
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Des
Weiteren sind nach einer Variante der Erfindung die Stützelemente
zur weiteren Versteifung des Kollimators mit den Kollimatorblechen
verklebt, wobei es sich bei dem Klebstoff vorzugsweise um einen
niedrig viskosen Klebstoff handelt.
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Um
den Kollimator in der geforderten Weise über einem Strahlendetektor
anordnen zu können,
ist nach einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass das Bodenelement
wenigstens eine Positioniernase zur positionsgenauen Anordnung über dem
Strahlendetektor aufweist.
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Weitere
Varianten der Erfindung sehen vor, dass die Kollimatorbleche Wolfram,
Molybdän
oder Tantal aufweisen, wobei die Kollimatorbleche vollständig aus
einem dieser Materialien oder aus einer eines dieser Materialien
enthaltenden Legierung ausgebildet sein können.
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Der
Kollimator ist vorzugsweise für
einen Röntgenstrahlendetektor,
insbesondere für
ein Detektormodul eines aus einer Vielzahl von Detektormodulen aufgebauten
Röntgenstrahlendetektors
vorgesehen.
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Infolge
des erfindungsgemäßen Aufbaus
des Kollimators sind derartige Kollimatoren allseitig mit baugleichen
Kollimatoren aneinander anreihbar und daher insbesondere als Kollimatoren
für so
genannte Flächendetektoren
geeignet, die in der Regel aus einer Vielzahl von aneinander gereihten
Detektormodulen gebildet sind.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst durch ein Computertomographiegerät mit einer
Röntgenstrahlenquelle
und einem der Röntgenstrahlenquelle
gegenüberliegenden
Strahlendetektor. Erfindungsgemäß ist dem
Strahlendetektor ein Kollimator der vorstehend beschriebenen Art
zugeordnet, bei dem in Folge des erfindungsgemäßen Aufbaus Verbiegungen bzw.
Verformungen der Kollimatorbleche bei hohen Drehzahlen des rotierenden Teils
der Gantry vermieden sind.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den beigefügten
schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 in
schematischer, teilweise blockschaltbildartiger Darstellung ein
Computertomographiegerät,
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2 ein
Detektormodul des Computertomographiegerätes aus 1,
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3 einen
Kollimator nach dem Stand der Technik,
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4 einen
Kollimator nach der Erfindung,
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5 das
Bodenelement des Kollimators aus 4, und
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6 bis 8 alternative
Formen zur Ausführung
von Stützelementen.
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In 1 ist
in schematischer, teilweise blockschaltbildartiger Darstellung ein
Computertomographiegerät 1 gezeigt.
Das Computertomographiegerät 1 umfasst
eine Röntgenstrahlenquelle 2,
von deren Fokus F ein Röntgenstrahlenbündel 3 ausgeht,
welches mit in 1 nicht dargestellten, aber
an sich bekannten Blenden, beispielsweise fächerförmig oder pyramidenförmig geformt
wird. Das Röntgenstrahlenbündel 3 durchdringt
ein zu untersuchendes Objekt 4 und trifft auf einen Röntgenstrahlendetektor 5 auf. Die
Röntgenstrahlenquelle 2 und
der Röntgenstrahlendetektor 5 sind
in in 1 nicht dargestellter Weise einander gegenüberliegend
an einem Drehrahmen des Computertomographiegerätes 1 angeordnet,
welcher Drehrahmen in φ-Richtung
um die Systemachse Z des Computertomographiegerätes 1 drehbar ist.
Im Betrieb des Computertomographiegerätes 1 drehen sich
die an dem Drehrahmen angeordnete Röntgenstrahlenquelle 2 und
der Röntgenstrahlendetektor 5 um
das Objekt 4, wobei aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen
Röntgenaufnahmen
von dem Objekt 4 gewonnen werden. Pro Röntgenprojektion trifft dabei
auf dem Röntgenstrahlendetektor 5 durch
das Objekt 4 hindurch getretene und durch den Durchtritt
durch das Objekt 4 geschwächte Röntgenstrahlung auf dem Röntgenstrahlendetektor 5 auf,
wobei der Röntgenstrahlendetektor 5 Signale erzeugt,
welche der Intensität
der aufgetroffenen Röntgenstrahlung
entsprechen. Aus den mit dem Röntgenstrahlendetektor 5 ermittelten
Signalen berechnet anschließend
ein Bildrechner 6 in an sich bekannter Weise eines oder
mehrere zwei- oder dreidimensionale Bilder des Objektes 4,
welche auf einem Sichtgerät 7 darstellbar
sind.
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Der
Röntgenstrahlendetektor 5 weist
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
eine Vielzahl von Detektormodulen 8 auf, die in φ-Richtung und
in z-Richtung nebeneinander auf einem nicht näher dargestellten, an dem Drehrahmen
befestigten Detektorbogen angeordnet sind und im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
den flächigen
Röntgenstrahlendetektor 5 bilden.
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Ein
Detektormodul des Röntgenstrahlendetektors 5 ist
in stark vereinfachter Weise in 2 exemplarisch
dargestellt. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst das
Detektormodul 8 ein Szintillatorarray 9, welches über einem
Photodiodenarray 10 angeordnet ist. Das Photodiodenarray 10 ist
wiederum auf einer nur abschnittsweise gezeigten Leiterplatine 11 angeordnet,
auf der in nicht näher
dargestellter Weise elektrotechnische Bauelemente zur Signalverarbeitung
der mit dem Szintillatorarray 9 und dem Photodiodenarray 10 erzeugten elektrischen
Signale vorhanden sind. Das Szintillatorarray 9 ist strukturiert
und umfasst demnach eine Vielzahl von nicht näher dargestellten Szintillatorelementen,
die jeweils einer Photodiode des eine Vielzahl von Photodioden umfassenden
Photodiodenarrays 10 zugeordnet sind. Das Szintillatorarray 9 und das
Photodiodenarray 10 sind relativ zueinander ausgerichtet
und miteinander verklebt. Das Szintillatorarray 9 und das
Photodiodenarray 10 bilden also ein Array von Detektorelementen
für Röntgenstrahlung,
wobei ein Detektorelement ein Szintillatorelement und eine Photodiode
aufweist. Anstelle des Szintillatorarrays und des Photodiodenarrays
kann das Detektormodul aber auch ein Array von Detektorelementen
aufweisen, die aus einem Röntgenstrahlung
direkt konvertierenden Halbleitermaterial ausgebildet sind. Auf
derartige Detektorelemente auftreffende Röntgenstrahlung wird dann direkt
in elektrische Signale gewandelt, die mit der nachgeschalteten Auswerteelektronik
weiter verarbeitet werden. Wie auch immer die Detektorelemente des
Detektormoduls ausgebildet sind, weist jedes Detektormodul einen
Kollimator 12 auf, der derart relativ zu den Detektorelementen
angeord net ist, dass nur Röntgenstrahlung
einer bestimmten Raumrichtung auf die Detektorelemente treffen kann.
Der Kollimator 12 hat dabei die Funktion, zu verhindern,
dass die Bildgebung negativ beeinflussende Röntgenstrahlung, also beispielsweise
Röntgenstrahlung,
die an Objekten gestreut wurde, nicht auf die Detektorelemente trifft.
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Der
Kollimator 12 weist eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten
dünnen
Kollimatorblechen auf. Die Kollimatorbleche sind vorzugsweise aus
Wolfram, Molybdän,
Tantal oder aus einer eines dieser Metalle enthaltenen Legierung
ausgebildet.
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Ein
Kollimator 30 nach dem Stand der Technik ist in 3 dargestellt.
Der Kollimator 30 nach dem Stand der Technik weist auf
seiner Oberseite ein Deckenelement 31 und auf seiner Unterseite
ein Bodenelement 32 auf, in denen die nebeneinander angeordneten
Kollimatorbleche 33 des Kollimators 30 relativ
zueinander positioniert und fixiert sind. Bei dem Deckenelement 31 und
dem Bodenelement 32 handelt es sich um Kunststoffteile.
Der Raum zwischen den Kollimatorblechen 33 ist mit Luft
gefüllt. Aus
diesem Grund kommt es dazu, dass sich die Kollimatorbleche 33 beim
Einsatz in einem Computertomographiegerät in Folge der auf sie wirkenden
Kräfte verbiegen.
Diese Verbiegung bzw. Verformung der Kollimatorbleche kann so weit
gehen, dass diese bei der Untersuchung eines Objektes einen Röntgenschatten
werfen und dadurch zu Bildfehlern führen.
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Um
zu verhindern, dass sich die Kollimatorbleche, insbesondere eines
Kollimators, der sich am Rande des Detektorbogens des Computertomographiegerätes 1 befindet,
bei der Rotation des Drehrahmens um das Objekt 4 in Folge
von wirkenden Kräften
verbiegen bzw. verformen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwischen den
Kollimatorblechen Stützelemente
anzuordnen, welche die Kollimatorbleche seitlich stützen, und
damit eine Verformung der Kollimatorbleche bei der Rotation des
Drehrahmens des Computertomographiegerätes 1 um das Objekt 4 verhindern.
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In 4 ist
ein derartiges Stützelemente 13 aufweisender
erfindungsgemäßer Kollimator 12 dargestellt.
Der Kollimator 12 weist ein mit Stützelementen 13 versehenes
Bodenelement 14 und ein mit Stützelementen 13 versehenes
Deckenelement 15 auf. Das Bodenelement 14 des
Kollimators 12 aus 4 ist in 5 näher dargestellt.
Wie aus 5 zu erkennen ist, umfasst das
Bodenelement 14 mehrere, nebeneinander angeordnete, V-förmige Stützelemente 13,
die derart miteinander verbunden sind, dass sich zwischen den Stützelementen 13 Schlitze 16 befinden,
wobei jeweils ein Schlitz 16 zur Aufnahme eines Kollimatorblechs 20 vorgesehen
ist. Um eine Versteifung des Bodenelementes 14 zu erreichen,
weist dieses eine randseitige und eine zwischen zwei Stützelementen 13 angeordnete
Stützstrebe 17, 18 auf.
Zudem ist das Bodenelement 14 im Falle des vorliegenden
Ausführungsbeispiels
mit vier Positioniernasen 19 versehen, um den Kollimator 12 mittels
der Positioniernasen 19 positionsgenau über einem Szintillatorarray 9 des
Röntgenstrahlendetektors 5 anordnen
zu können.
Zum Aufbau des Kollimators 12 werden die Kollimatorbleche 20 in
die Schlitze 16 des Bodenelementes 14 sowie in
die Schlitze 16 des im Wesentlichen baugleichen Deckenelementes 15 eingeführt, so
dass sich der in 4 dargestellte Kollimator 12 ergibt.
Die Kollimatorbleche 20 werden dabei zur zusätzlichen
Versteifung mit den Stützelementen 13 des
Boden- und des Deckenelementes 14, 15 verklebt,
wozu ein niedrigviskoser Klebstoff verwendet wird.
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Das
Bodenelement 14 sowie das Deckenelement 15 sind
vorzugsweise aus einem glasfaserverstärkten, liquiden Kristallpolymer
ausgeführt.
Sowohl bei dem Bodenelement 14 als auch bei dem Deckenelement 15 handelt
es sich vorzugsweise um eine nach der Spritzgusstechnik gefertigte
Vorrichtung.
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Alternativ
zu der in den 4 und 5 gezeigten
V-förmigen
Ausführung
der Stützelementen 13 können die
Stützelemente
auch U-förmig
oder W-förmig
ausgebildet sein, wie dies in den 6 und 7 dargestellt
ist. Des Weiteren können
als Stützelemente
auch Stützkreuze,
wie eines davon in 8 dargestellt ist, verwendet
werden. Alle jeweils gleiche Ausführungen von Stützelementen
können dabei
derart miteinander verbunden sein, dass sich eine mit der in 5 gezeigten
vergleichbare, mit Schlitzen versehene Vorrichtung, die als Boden-
oder Deckenelement für
den Kollimator dienen kann, ergibt.
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Alternativ
ist es zum Aufbau eines erfindungsgemäßen Kollimators aber auch möglich, eine Art
Stapeltechnik zu verwenden, bei der die Stützelemente nicht miteinander
verbunden sind. In diesem Fall werden abwechselnd ein Kollimatorblech
und ein Stützelement,
beispielsweise ein Stützkreuz,
gestapelt und miteinander verklebt. Dieser Prozess wird so lange
fortgesetzt, bis man einen Kollimator entsprechender Abmessung erhalten
hat.
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Unabhängig von
der Ausführungsform
der Stützelemente
weisen die Stützelemente
bzw. die die Stützelemente
umfassende Vorrichtung insbesondere in Richtung der Sie durchdringenden
Röntgenstrahlung
wenigstens im Wesentlichen die gleiche Wandstärke auf, so dass die zwar äußerst geringe, aber
dennoch vorhandene Schwächung
der Röntgenstrahlung
durch die Stützelemente
bzw. die Vorrichtung immer im Wesentlichen gleich ist und hierdurch
keine Bildfehler erzeugt werden.
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Der
erfindungsgemäße Kollimator
ist zwar vorzugsweise für
ein Computertomographiegerät vorgesehen.
Der Einsatz des erfindungsgemäßen Kollimators
ist jedoch nicht auf Computertomographiegeräte beschränkt. Vielmehr kann der Kollimator auch
in anderen Tomographiegeräten
eingesetzt werden.
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Anstelle
des genannten Materials können auch
andere röntgentransparente
Materialien für
die Stützelemente
eingesetzt werden. Gleiches gilt für den Klebstoff sowie für die für die Kollimatorbleche vorgesehenen
Materialien.
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Des
Weiteren sind auch andere Formen, als die vorstehend beschriebenen
Formen für
die Stützelemente
zur seitlichen Stützung
der Kollimatorbleche denkbar.