DE102007028231A1

DE102007028231A1 - Strahlerblendengehäuse

Info

Publication number: DE102007028231A1
Application number: DE200710028231
Authority: DE
Inventors: Johann Kalenyak; Ulrich Kühn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2027-06-21
Also published as: DE102007028231B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine tragende Gehäusestruktur für medizinische, mit Röntgenstrahlung arbeitende Geräte, insbesondere ein Strahlerblendengehäuse (10), bestehend aus einem formstabilen Verbundmaterial (12), das einen Füllstoff mit abschirmenden Partikeln aufweist. Die Erfindung betrifft zudem ein entsprechendes Verbundbauteil. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Herstellung einer tragenden Gehäusestruktur, bei dem der Füllstoff in Form von abschirmenden Partikeln während der Verarbeitung zugefügt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine tragende Gehäusestruktur, insbesondere ein Strahlerblendengehäuse zur Verwendung in einem Computertomographen zum Abschirmen von Röntgenstrahlen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der tragenden Gehäusestruktur und ein Verbundbauteil, das als tragende Gehäusestruktur verwendet werden kann.
Vor allem in der Medizintechnik findet Röntgenstrahlung zur Untersuchung des menschlichen Körpers, beispielsweise zur Untersuchung von Knochen und/oder Organen vielfach Verwendung. Beispiele hierfür sind das Untersuchen einzelner Körperteile mit Hilfe von Röntgenbildern sowie Untersuchungen am ganzen Körper im Computertomographen.
Bei den medizinischen Geräten entsteht sog. Streustrahlung. Es ist bekannt, dass Röntgenstrahlen Veränderungen im lebenden Organismus verursachen können. Aus diesem Grund muss die Streustrahlung zum Schutz der Patienten und der Personals abgeschirmt werden, damit das Personal, das täglich mit diesen Geräten arbeitet, einer möglichst geringen Strahlungsbelastung ausgesetzt ist. Auch der Patient soll nur einer für die Diagnose notwendigen Strahlung ausgesetzt werden.
Eine der Hauptaufgaben der in Röntgengeräten verwendeten Strahlerblenden (sog. Tube Collimators) besteht darin, spezielle Strahlenfilter in den Röntgenstrahl einzubringen, die dazu dienen, das Strahlungsspektrum und das Dosierprofil in gewünschter Weise einzustellen. Problematisch ist hierbei, dass vor allem die Strahlenfilter als Streukörper wirken, die neben der Streuung an der Luft, den Hauptanteil an Streustrahlung verursachen. Um diese Streustrahlung abzuschirmen, muss das Strahlerblendengehäuse aus einem abschirmenden Material gefertigt sein. Üblicherweise werden hierfür Elemente mit hoher Ordnungszahl (v. a. Blei, Wolfram etc.) verwendet. Dies gilt für die Einblendung der Strahlenfächer, die Abschirmung der Röntgenröhre wie auch für den Personenschutz (Bleischürzen) und die Raumabschirmung (Bleiwände).
Die Abschirmung der Streustrahlung bei Strahlerblenden erfolgt üblicherweise dahingehend, dass eine z. B. ca. 1 mm starke Bleischicht auf die tragende Struktur des meist aus Stahl oder Aluminium bestehenden Strahlerblendengehäuses aufgebracht wird. Aufgrund des zweischichtigen Ausbaus ist diese Konstruktion relativ aufwändig herzustellen, wodurch hohe Produktionskosten entstehen.
Aus den oben genannten Gründen werden Blei-Ersatzmaterialien zur Anwendung im Strahlenschutz gesucht. Zudem ist Blei ein stark toxisches Element, welches bei seiner Verarbeitung zu einer hohen Umweltbelastung führt.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein bleiarmes oder bleifreies Strahlerblendengehäuse zur Abschirmung von Streustrahlung, insbesondere bei medizinischen Röntgengeräten, zu entwickeln, das die Strahlung ausreichend abschirmt.
Dieses Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein erfindungsgemäßes Strahlerblendengehäuse zur Abschirmung von Streustrahlung, insbesondere bei medizinischen Geräten, bildet vorzugsweise eine tragende Gehäusestruktur. Diese Gehäusestruktur kann Gewinde oder andere Halteelemente zur Aufnahme funktionaler Vorrichtungen (beispielsweise Filterverschiebevorrichtungen etc.) aufweisen. Damit das Gehäuse die nötige Stabilität aufweist, insbesondere wenn zusätzliche Vorrichtungen angebracht werden, wird eine entsprechende Wandstärke von ca. 3 bis 8 mm benötigt. Damit das Gehäuse weiterhin die benötigte abschirmende Wirkung zeigt, muss das verwendete Material zusätzlich zu den Eigenschaften der nötigen Tragfähigkeit bzw. Stabilität noch die Eigenschaft der Abschirmfähigkeit von Röntgenstrahlung aufweisen. Entsprechend der bekannten Dimensionierungen gemäß dem Stand der Technik muss dieselbe Abschirmwirkung wie mit einer z. B. 1 mm dicken Bleischicht erreicht werden.
Um eine tragende Gehäusestruktur mit diesen Eigenschaften herzustellen, wird ein Werkstoff vorgeschlagen, der die notwendigen Charakteristika hinsichtlich mechanischer Stabilität und Abschirmwirkung für die verwendete Strahlung vereint. Hierfür eignet sich insbesondere ein formstabiles Verbundmaterial, das einen Füllstoff mit abschirmenden Partikeln aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Verbundmaterial aus einem Kunststoff, insbesondere einem formstabilen Thermoplast, beispielsweise Polyamid PA 12. Es können jedoch auch andere harte, formstabile Kunststoffe, insbesondere Duroplaste Verwendung finden.
Die tragende Gehäusestruktur wird beispielsweise durch Spritzgießen, Extrudieren, Blasformen oder einem anderen Kunststoff verarbeitenden Herstellungsverfahren in der gewünschten Form hergestellt.
Der Kunststoff ist mit Partikeln gefüllt, die eine abschirmende Wirkung aufweisen. Hierfür kommen Materialien mit einer hohen Ordnungszahl in Frage. Vorzugsweise weisen die eingesetzten Materialien eine Ordnungszahl ≥ 50 auf, und zwar werden vorzugsweise Wolfram oder Wismut-Partikel oder ein entsprechendes Salz, insbesondere Oxide dieser Elemente verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann wahlweise auch ein Gemisch aus verschiedenen der oben genannten abschirmenden Partikel eingesetzt werden, um die gewünschte Abschirmwirkung individuell einstellen zu können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden faserähnliche Partikel eingesetzt, was zu einer weiteren Verstärkung des Verbundwerkstoffes führen kann, vergleichbar mit faserverstärktem Kunststoff. Alternativ können Glasfasern und/oder Kohlefasern zusätzlich zu den abschirmenden Partikeln als Füllstoff Verwendung finden.
Bei dem Verfahren zur Herstellung der Gehäusestruktur kann der Füllstoff in Form von abschirmenden Partikeln vor oder während der Verarbeitung zugefügt werden, d. h. die abschirmenden Partikel können beispielsweise erst beim Einspritzen zugemischt werden. Die Konzentration der abschirmenden Partikel kann variiert werden, so dass aus einer Spritzgussform unterschiedliche Gehäuse mit verschiedenen Abschirmwirkungen hergestellt werden können.
Dadurch ist es möglich, die Konzentration an abschirmenden Partikeln innerhalb der Gehäusestruktur zu beeinflussen, so dass an kritischen Stellen, die erfahrungsgemäß der meisten Strahlung ausgesetzt sind, die Konzentration an Abschirmungsmaterial gezielt erhöht werden. Somit kann in derselben Spritzform eine Variation der Konzentration an abschirmenden Partikeln erfolgen.
Die beschriebene Gehäusestruktur stellt also ein Verbundbauteil dar. In dieses Verbundbauteil können Funktionselemente eingespritzt werden. Bei den Funktionselementen handelt es sich beispielsweise um Metallteile als Führungsschiene für die Filterverschiebevorrichtungen, Befestigungselemente, Gewindeeinsätze oder ähnlichem.
An besonders strahlungsgefährdeten Stellen, beispielsweise an Stellen, wo Gewindeeinsätze integriert worden sind, können zusätzliche Abschirmelemente in das Verbundbauteil integriert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden hier für Bleiplatten verwendet, die eingegossen, eingespritzt etc. werden. Diese zusätzlichen Abschirmelemente werden vor allem verwendet, um Primärstrahlung abzuschirmen, da hierbei eine sehr hohe Abschirmwirkung notwendig ist.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt u. a. in den geringen Herstellungskosten, da der Kosten verursachende Schritt der Beschichtung mit Blei entfällt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass je nach Ausführungsvariante auf die Verwendung von toxischem Blei verzichtet werden kann. Die Verwendung von Blei ist nicht nur in der Herstellung problematisch. Folgeprobleme ergeben sich auch in der gesonderten Entsorgung von alten Teilen, die nicht mehr verwendet werden können.
Die Herstellung von Strahlerblendengehäusen aus Kunststoff bzw. einem Verbundmaterial ist wesentlich einfacher und kostengünstiger möglich als beispielsweise die Gehäuseherstellung aus Stahl oder Aluminium. Kunststoffteile werden beispielsweise in schneller Abfolge und in großer Menge mittels Spritzgussverfahren oder einem anderen Kunststoff verarbeitenden Verfahren hergestellt. Die Vielzahl an Möglichkeiten der formgebenden Fertigung erlaubt eine hohe gestalterische Flexibilität.
Das Maß an abschirmender Wirkung kann entsprechend den Anforderungen variiert und individuell eingestellt werden. Dies erfolgt durch Veränderung der Konzentration an Partikeln der Füllung, die ggf. im Verhältnis zur Wandstärke unterschiedlich sein kann.
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt. Gleiche Bauteile weisen dabei grundsätzlich gleiche Bezugszeichen auf und werden teilweise nicht mehrfach erläutert.
1 zeigt ein Strahlerblendengehäuse zur Verwendung bei einem Computertomographen oder einem anderen medizinischen Röntgengerät in der Draufsicht.
2 zeigt eine Seitenansicht des Strahlerblendengehäuses aus 1.
Eine mögliche Ausgestaltung eines Strahlerblendengehäuses aus strahlungsabschirmendem Material entsprechend der vorliegenden Erfindung wird anhand der 1 illustriert. Ein vom Fokus F ausgehender Röntgenstrahl B einer Röntgenvorrichtung (nicht dargestellt) ist so ausgerichtet, dass er durch eine Öffnung 22 in einem Strahlerblendengehäuse 10 hindurchgeleitet wird. Diese Öffnung 22 wird üblicherweise auch als Vorblende bezeichnet und dient der Begrenzung des Strahls B. Im Strahlerblendengehäuse 10 sind verschiedene Strahlungsfilter 24a, 24b angeordnet. Diese dienen dazu, das Strahlungsspektrum und das Dosierprofil des Röntgenstrahls B je nach Bedarf entsprechend einzustellen. Problematisch kann in diesem Zusammenhang sein, dass diese Strahlenfilter 24a, 24b als Streukörper wirken, welche zur Bildung von Streustrahlung führen.
Weiterhin sind im Strahlerblendengehäuse 10 Mittel zur Z-Kollimierung 26a, 26b, d. h. zur Erzeugung eines parallelen Strahlenverlaufs, angeordnet. Anschließend tritt der entsprechend modifizierte Röntgenstrahl B aus einer Austrittsöffnung 28 aus, bevor er auf das zu untersuchende Objekt (nicht dargestellt) trifft.
Das Strahlerblendengehäuse 10 bildet vorzugsweise eine tragende Gehäusestruktur. Diese Gehäusestruktur kann vorteilhafterweise weitere Konstruktionselemente, bspw. in Form von Gewinden zur Aufnahme funktionaler Vorrichtungen wie Filterverschiebevorrichtungen o. dgl. aufweisen. Damit das Gehäuse 10 die nötige Stabilität aufweist, insbesondere wenn zusätzliche Vorrichtungen angebracht sind, wird eine Wandstärke von ca. 3 bis 8 mm benötigt. Damit das Gehäuse 10 die für den Einsatzzweck erforderliche abschirmende Wirkung zeigt, muss das verwendete Material zusätzlich zur Eigenschaften der nötigen Tragfähigkeit bzw. Stabilität noch die Eigenschaft der Abschirmwirkung von Röntgenstrahlen aufweisen. Dabei soll ein herkömmlicher Abschirmgrad erzielt werden, der einer Abschirmwirkung einer Bleischicht mit z. B. ca. 1 mm Dicke entspricht. Um eine tragende Gehäusestruktur mit diesen Eigenschaften herzustellen, wird ein Werkstoff verwendet, der die notwendigen Charakteristika Stabilität und Abschirmung vereint. Hierfür eignet sich beispielsweise ein formstabiles Verbundmaterial aus Kunststoff, das einen Füllstoff mit abschirmenden Partikeln aufweist.
Für ein solches Verbundmaterial eignet sich insbesondere ein formstabiler Thermoplast, beispielsweise Polyamid PA 12. Es können auch andere harte, formstabile Kunststoffe (Duroplaste) Verwendung finden. Die tragende Gehäusestruktur des Strahlerblendengehäuses 10 wird beispielsweise durch Spritzgießen, Extrudieren, Blasformen oder ein anderes Kunststoff verarbeitendes Herstellungsverfahren in die gewünschte Form gebracht.
Der Kunststoff ist mit Partikeln gefüllt, die eine abschirmende Wirkung aufweisen. Hierfür kommen Materialien mit einer hohen Ordnungszahl in Frage. Vorzugsweise weisen die eingesetzten Materialien eine Ordnungszahl ≥ 50 auf, und zwar werden vorzugsweise Wolfram und/oder Wismut-Partikel oder ein entsprechendes Salz, insbesondere Oxid dieser Elemente verwendet. Wahlweise können auch Gemische aus verschiedenen der oben genannten abschirmenden Partikeln eingesetzt werden, um die gewünschte Abschirmwirkung individuell einstellen zu können.
Je nach gewünschter Gehäusestruktur können auch faserähnliche bzw. faserartige Partikel eingesetzt werden, was zu einer gezielten Verstärkung des Verbundwerkstoffes genutzt werden kann. Alternativ können Glasfasern und/oder Kohlefasern zu sätzlich zu den abschirmenden Partikeln als Füllstoff Verwendung finden.
In das Verbundbauteil der Gehäusestruktur können weitere Funktionselemente eingespritzt werden. Bei den Funktionselementen handelt es sich beispielsweise um Metallteile als Führungsschiene für die Filterverschiebevorrichtungen, Gewindeeinsätze oder ähnlichem.
Bei der Herstellung der Gehäusestruktur 10 kann die Füllung beispielsweise erst beim Einspritzen zugemischt werden. Dadurch ist es möglich, die Konzentration an abschirmenden Partikeln innerhalb der Gehäusestruktur zu beeinflussen. Zur Herstellung der Gehäusestruktur 10 können also Materialien mit unterschiedlicher Konzentration an abschirmenden Partikeln verwendet werden. Die gewährleistet eine optimale Anpassung an die abzuschirmende Strahlungsmenge.
An besonders strahlungsgefährdeten Stellen, beispielsweise an Stellen, wo Gewindeeinsätze integriert worden sind, können zusätzliche Abschirmelemente in das Verbundbauteil integriert werden. Hierfür können bspw. Blei-, Wolfram. oder Tantalplatten zur Abschirmung von Primärstrahlung verwendet werden, die eingegossen, eingespritzt etc. werden. Beispielsweise kann um einen Gewindeeinsatz herum eine Bleiplatte o. ä. in das Verbundmaterial integriert werden, um die Streustrahlung besser abzuschirmen.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.

Claims

Tragende Gehäusestruktur für medizinische, mit Röntgenstrahlung arbeitende Geräte, insbesondere Strahlerblendengehäuse (10), umfassend ein formstabiles Verbundmaterial (12), das einen Füllstoff mit abschirmenden Partikeln aufweist.
Tragende Gehäusestruktur gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das formstabile Verbundmaterial (12) einen Kunststoff umfasst.
Tragende Gehäusestruktur gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das formstabile Verbundmaterial (12) einen thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyamid PA 12 umfasst.
Tragende Gehäusestruktur gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusestruktur durch Spritzgießen, Extrudieren, Blasformen oder ein anderes Kunststoff verarbeitendes Verfahren hergestellt ist.
Tragende Gehäusestruktur gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Füllstoff verwendeten Partikel Elemente mit einer Ordnungszahl ≥ 50 sind.
Tragende Gehäusestruktur gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Füllstoff verwendeten Partikel Wolfram und/oder Wismut sind.
Tragende Gehäusestruktur gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die als Füllstoff verwendeten Partikel Wolfram- und/oder Wismutsalze, insbesondere Oxide sind.
Tragende Gehäusestruktur gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abschirmende Füllung aus einer Mischung von verschiedenen Partikeln mit abschirmender Wirkung besteht.
Tragende Gehäusestruktur gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abschirmende Füllung Fasern enthält.
Verfahren zur Herstellung einer tragenden Gehäusestruktur gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff in Form von abschirmenden Partikeln vor oder während der Verarbeitung zugefügt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Gehäusestruktur durch ein Kunststoff verarbeitendes Verfahren hergestellt wird, beim dem die Konzentration an Füllstoff variiert werden kann.
Verbundbauteil, insbesondere tragende Gehäusestruktur für medizinische mit Röntgenstrahlung arbeitende Geräte, bestehend aus einem formstabilen Verbundmaterial, das einen Füllstoff mit abschirmenden Partikeln aufweist.
Verbundbauteil nach Anspruch 12, in dem weitere Funktionselemente eingeformt, insbesondere eingespritzt sind.
Verbundbauteile nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionselemente Metallteile, Strukturelemente, Befestigungselemente o. dgl. sind.
Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass stellenweise zusätzliche Abschirmelemente integriert sind.
Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Abschirmelemente vorgesehen sind.
Verbundbauteil nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Abschirmelemente umspritzt sind.