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Die
Erfindung betrifft ein im Patentanspruch 1 angegebenes Streustrahlenraster
mit einem ersten Mittel und zweiten Mitteln sowie ein im Patentanspruch
10 angegebenes dazugehöriges Herstellungsverfahren.
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In
der Röntgenbildtechnik werden hohe Anforderungen an die
Bildqualität der Röntgenaufnahmen gestellt. Für
derartige Aufnahmen, wie sie insbesondere in der medizinischen Röntgendiagnostik durchgeführt
werden, wird ein zu untersuchendes Objekt von Röntgenstrahlung
einer annähernd punktförmigen Röntgenquelle
durchleuchtet und die Schwächungsverteilung der Röntgenstrahlung
auf der der Röntgenquelle gegenüberliegenden Seite des
Objektes zweidimensional erfasst. Auch eine zeilenweise Erfassung
der durch das Objekt geschwächten Röntgenstrahlung
kann bspw. in Computertomographie-Anlagen vorgenommen werden. Als
Röntgendetektoren kommen neben Röntgenfilmen und
Gasdetektoren zunehmend Festkörperdetektoren zum Einsatz,
die in der Regel eine matrixförmige Anordnung optoelektronischer
Halbleiterbauelemente als lichtelektrische Empfänger aufweisen. Jeder
Bildpunkt der Röntgenaufnahme sollte idealer Weise die
Schwächung der Röntgenstrahlung durch das Objekt
auf einer geradlinigen Achse von der punktförmigen Röntgenquelle
zu den dem Bildpunkt entsprechenden Ort der Detektorfläche
entsprechen. Röntgenstrahlen, die von der punktförmigen
Röntgenquelle auf dieser Achse geradlinig auf den Röntgendetektor
auftreffen werden als Primärstrahlen bezeichnet.
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Die
von der Röntgenquelle ausgehende Röntgenstrahlung
wird im Objekt jedoch aufgrund unvermeidlicher Wechselwirkungen
gestreut, so dass neben den Primärstrahlen auch Streustrahlen, sog.
Sekundärstrahlen, auf den Detektor auftreffen. Diese Streustrahlen,
die in Abhängigkeit von Eigenschaften des Objektes bei
diagnostischen Bildern mehr als 90% der gesamten Signal-Aussteuerung
eines Röntgendetektors verursachen können, stellen eine
Rauschquelle dar und verringern die Erkennbarkeit feiner Kontrastunterschiede.
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Zur
Verringerung der auf die Detektoren auftreffenden Streustrahlungsanteile
werden daher zwischen dem Objekt und dem Detektor sog. Streustrahlenraster
eingesetzt. Streustrahlenraster bestehen aus regelmäßig
angeordneten, die Röntgenstrahlung absorbierenden Strukturen,
zwischen denen Durchgangskanäle oder Durchgangsschlitze
für den möglichst ungeschwächten Durchgang
der Primärstrahlung ausgebildet sind. Diese Durchgangskanäle
bzw. Durchgangsschlitze sind bei fokussierten Streustrahlenrastern
entsprechend dem Abstand zur punktförmigen Röntgenquelle,
d. h. dem Abstand zum Fokus der Röntgenröhre,
auf den Fokus hin ausgerichtet. Bei nicht fokussierten Streustrahlenrastern
sind die Durchgangskanäle bzw. Durchgangsschlitze über
die gesamte Fläche des Streustrahlenrasters senkrecht zu
dessen Oberfläche ausgerichtet. Dies führt jedoch zu
einem merklichen Verlust an Primärstrahlung an den Rändern
der Bildaufnahme, da an diesen Stellen ein größerer
Teil der einfallenden Primärstrahlung auf die absorbierenden
Bereiche des Streustrahlenrasters trifft.
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Zur
Erzielung einer hohen Bildqualität werden sehr hohe Anforderungen
an die Eigenschaften von Röntgen-Streustrahlenrastern gestellt.
Die Streustrahlen sollen einerseits möglichst gut absorbiert
werden, während andererseits ein möglichst hoher
Anteil an Primärstrahlung ungeschwächt durch das
Streustrahlenraster hindurch treten soll. Eine Verminderung des
auf die Detektorfläche auftreffenden Streustrahlenanteils
lässt sich durch ein großes Verhältnis
der Höhe des Streustrahlenrasters zur Dicke bzw. dem Durchmesser
der Durchgangskanäle oder Durchgangsschlitze, d. h. durch
eine hohes Schachtverhältnis, auch Aspektverhältnis
genannt, erreichen. Wegen der Dicke der zwischen den Durchgangskanälen
oder Durchgangsschlitzen liegenden absorbierenden Struktur- oder
Wandelemente kann es jedoch zu Bildstörungen durch Absorption
eines Teils der Primärstrahlung kommen. Gerade beim Einsatz von
Festkörperdetektoren führen Inhomogenitäten
der Raster, d. h. Abweichungen der absorbierenden Bereiche von ihrer
Ideallage, zu Bildstörungen durch eine Abbildung der Raster
im Röntgenbild. Zum Beispiel besteht bei matrixförmig
angeordneten Detektorelementen die Gefahr, dass die Projektion der
Strukturen von Detektorelementen und Streustrahlenraster miteinander
interferieren. Dadurch können störende Moiré-Erscheinungen
auftreten.
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Ein
Nachteil bei allen bekannten Streustrahlenrastern besteht darin,
dass die absorbierenden Strukturelemente nicht beliebig dünn
und präzise gefertigt werden können, so dass in
jedem Falle ein signifikanter Teil der Primärstrahlung
durch diese Strukturelemente weggenommen wird.
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Die
gleiche Problematik stellt sich in der Nuklearmedizin, insbesondere
bei der Anwendung von Gamma-Kameras, wie bspw. Anger-Kameras. Auch bei
dieser Aufnahmetechnik muss ähnlich wie in der Röntgendiagnostik
darauf geachtet werden, dass möglichst wenig gestreute
Gammaquanten den Detektor erreichen. Im Gegensatz zur Röntgendiagnostik
befindet sich bei der Nukleardiagnostik die Strahlungsquelle für
die Gamma-Quanten im Inneren des Objektes. Dem Patienten wird hierbei
ein mit bestimmten, instabilen Nukliden markiertes Stoffwechselpräparat
injiziert, das sich dann organspezifisch anreichert. Durch den Nachweis
der entsprechend aus dem Körper emittierten Zerfallsquanten
wird dann ein Abbild des Organs erhalten. Der zeitliche Verlauf
der Aktivität im Organ lässt Rückschlüsse
auf dessen Funktion zu. Für den Erhalt eines Bildes des Körperinneren
muss vor dem Gamma-Detektor ein Kollimator eingesetzt werden, der
die Projektionsrichtung des Bildes festlegt. Ein derartiger Kollimator entspricht
von der Funktionsweise und vom Aufbau her dem Streustrahlenraster
in der Röntgendiagnostik. Nur die durch die Vorzugsrichtung
des Kollimators bestimmten Gamma-Quanten können den Kollimator passieren,
schräg dazu einfallende Quanten werden in den Kollimatorwänden
absorbiert. Aufgrund der höheren Energie der Gamma-Quanten
im Vergleich zu Röntgenquanten müssen Kollima toren
um ein Vielfaches höher ausgeführt werden als
Streustrahlenraster für Röntgenstrahlung.
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So
können gestreute Quanten während der Bildaufnahme
ausselektiert werden, indem nur Quanten einer bestimmten Energie
im Bild berücksichtigt werden. Allerdings bedingt jedes
detektierte Streuquant eine Totzeit der Gamma-Kamera von bspw. einer
Mikrosekunde, während der keine weiteren Ereignisse registrierbar
sind. Wenn daher kurz nach der Registrierung eines Streuquants ein
Primärquant eintrifft, kann es nicht registriert werden
und geht für das Bild verloren. Auch wenn ein Streuquant zeitlich – innerhalb
gewisser Grenzen – mit einem Primärquant koinzidiert,
tritt ein ähnlicher Effekt auf. Da die Auswerteelektronik
dann beide Ereignisse nicht mehr trennen kann, wird eine zu hohe
Energie ermittelt und das Ereignis wird nicht registriert. Die beiden angeführten
Fälle erklären, dass eine hoch wirksame Streustrahlen-Unterdrückung
auch in der Nukleardiagnostik zu einer verbesserten Quanteneffizienz
führt. Letztlich wird dadurch eine verbesserte Bildqualität bei
gleicher Dosierung des applizierten Radio-Nuklids erreicht oder
bei gleicher Bildqualität eine geringere Radio-Nuklid-Dosis
ermöglicht, so dass die Strahlenexposition des Patienten
gesenkt und kürzere Bildaufnahmezeiten erreicht werden
können.
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Für
die Herstellung von Streustrahlenrastern für Röntgenstrahlung
und Kollimatoren für Gammastrahlung gibt es verschiedene
Techniken und entsprechende Ausführungsformen. So sind
bspw. in der Patentschrift
DE
102 41 424 A1 diverse Herstellungsverfahren und Ausbildungen
von Streustrahlenrastern beschrieben.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung ein weiteres Streustrahlenraster anzugeben,
welches auch bei einem hohen Schachtverhältnis einfach
und kostengünstig herstellbar ist.
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Gemäß der
Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit der Vorrichtung des unabhängigen
Patentanspruchs 1 und dem Verfahren des unabhängigen Patentanspruchs
10 gelöst.
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Erfindungsgemäß umfasst
die Vorrichtung ein Streustrahlenraster für medizinische
Röntgeneinrichtungen mit einem ersten Mittel aus einem
ersten Material und zweiten Mitteln aus einem zweiten Material,
wobei das erste Material strahlungsdurchlässiger als das
zweite Material ist. Mehrere Öffnungen sind im ersten Mittel
angeordnet. Die Seitenwände bzw. Innenwände der Öffnungen
sind mit den zweiten Mitteln derart versehen, dass ein Streustrahlen
absorbierendes Raster bildbar ist.
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Dadurch
sind Streustrahlenraster mit einem hohen Schachtverhältnis
einfach und genau herstellbar.
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In
einer Weiterbildung können die Öffnungen durchgehend
und/oder mit einem dritten Material gefüllt sein.
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Vorteilhaft
daran ist die Homogenität des Rasters.
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In
einer Weiterbildung können die Strahlungsabsorptionseigenschaften
des dritten Materials in etwa den Absorptionseigenschaften des ersten Materials
entsprechen.
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Dies
verbessert die Homogenität des Rasters.
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In
einer weiteren Ausführungsform können die Öffnungen
aus kreisrunden Löchern und/oder länglichen Schlitze
gebildet sein.
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Dies
bietet den Vorteil, dass durch Bohren und/oder Sägen die Öffnungen
hergestellt werden können.
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In
einer Weiterbildung können das Verhältnis der
Durchmesser der Löcher zur Tiefe der Locher und/oder das
Verhältnis der Breite der Schlitze zur Tiefe der Schlitze
etwa 1:10 und/oder das Verhältnis der Schichtdicke des
zweiten Mittels zur Tiefe der Öffnungen etwa 1:100 betragen.
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In
einer weiteren Ausführungsform kann der Abstand zwischen
den Öffnungen etwa der Weite der Öffnungen entsprechen.
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Dadurch
wird die streustrahlenabsorbierende Wirkung optimiert.
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Erfindungsgemäß können
die Öffnungen auch unter unterschiedlichen vorgebbaren
Winkeln zur Strahlrichtung angeordnet sein, so dass eine Fokuswirkung
des Streustrahlenrasters erreichbar ist.
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Die
Erfindung gibt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Streustrahlenrasters
an. Es umfasst folgende Schritte:
- – Auswählen
eines ersten Mittels aus einem ersten Material,
- – Anordnen von Öffnungen im ersten Mittel
derart, dass ein Streustrahlen absorbierendes Raster bildbar ist
und
- – Versehen der Seitenwände der Öffnungen
mit einem zweiten Material, wobei dieses strahlungsabsorbierender
als das erste Material ist.
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Eine
Weiterbildung kann folgenden zusätzlichen Schritt umfassen:
- – Füllen der Öffnungen
mit einem dritten Material, wobei dessen Strahlungsabsorptionseigenschaften
etwa denen des ersten Materials entsprechen.
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In
einer weiteren Ausführungsform werden die Öffnungen
im ersten Mittel gebohrt, geschnitten oder gefräst und
das zweite Mittel wird mit einem chemischen oder galvanischen Beschichtungsverfahren
aufgebracht.
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Außerdem
wird ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt
mit einem Computerprogramm angegeben. Wobei dieses Softwaremittel
zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens aufweist, wenn das Computerprogramm in einer Steuereinheit
ausgeführt wird.
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Weitere
Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden
Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand
von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
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Es
zeigen:
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1:
zwei Ansichten eines Streustrahlenrasters,
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2:
ein Streustrahlenraster mit Löchern ohne Beschichtung,
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3:
ein Streustrahlenraster mit Löchern mit Beschichtung,
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4:
eine Schnittansicht durch ein Streustrahlenraster mit fokussierender
Wirkung und
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5:
ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsverfahrens.
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1 zeigt
eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Streustrahlenrasters
S mit einem ersten Mittel M1 aus einem ersten Material. Das erste
Mittel M1 ist beispielsweise eine viereckige Kunststoffplatte mit
400 mm Breite und 400 mm Länge oder eine runde mit 400
mm Durchmesser und mit einer Dicke von etwa 1 bis 2 mm. Das erste
Material lässt bevorzugt Strahlung, wie Röntgenstrahlung
oder Gammastrahlung, absorptionsarm durch. In dem ersten Mittel
M1 sind eine Vielzahl von Öffnungen, beispielsweise durchgehende
oder nichtdurchgehende Löcher L oder Schlitze SL bzw. Gräben
angeordnet. Die Tiefe C der Öffnungen L, SL ist für
ein optimales Schachtverhältnis etwa 10 mal größer
als der Durchmesser B1 der Löcher L oder als die Breite
B2 der Schlitze SL. Bei durchgehenden Löchern L ergibt
sich daher ein Durchmesser B1 von 0,1 bis 0,2 mm. In 1 sind
die Schlitze SL und Löcher L durchgehend dargestellt, so
dass die Tiefe C gleich der Dicke des ersten Mittels M1 ist. Die Öffnungen
L, SL haben einen Abstand D voneinander, der in etwa dem Durchmesser
B1 bzw. der Breite B2 der Öffnungen L, SL entspricht.
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Die
Innenwände bzw. Seitenwände der Öffnungen
L, SL sind mit einem zweiten Mittel M2 aus einem zweiten Material
versehen, welches die Strahlung stärker absorbiert als
das erste Material. Das zweite Material sollte daher eine höhere
Ordnungszahl als das erste Material haben und ist vorzugsweise ein
Metall. Durch geeignete Wahl der Schichtdicke der zweiten Mittel
M2 kann somit ein funktionsfähiges Streustrahlenraste hergestellt
werden. Vorzugsweise ist die Schichtdicke des zweiten Mittels M2
etwa ein Zehntel des Durchmessers B1 bzw. der Breite B2 der Öffnungen.
Im obigen Beispiel wären das ungefähr 0,1 mm.
Das zweite Material kann durch herkömmliche galvanische,
chemische oder elektro-chemische Beschichtungsverfahren aufgebracht
werden und so die zweiten Mittel bilden.
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2 zeigt
ein erstes Mittel M1 mit regelmäßig angeordneten Öffnungen
in Form von gebohrten Löchern L. Die Seitenwände
der Löcher L sind noch nicht mit einem zweiten Mittel beschichtet.
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3 zeigt
das erste Mittel M1 aus 2, wobei jetzt die Löcher
L mit einem zweiten Mittel M2 aus einem zweiten Material beschichtet
sind. Durch geeignete Wahl des zweiten Materials und der Wandstärke
der zweiten Mittel M2 kann ein Streustrahlen absorbierendes Raster
S erzeugt werden. Mit bekannten galvanischen oder chemischen Beschichtungsverfahren
kann einfach und genau das zweite Material auf die Seitenwände
der Löcher L aufgebracht werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform kann das zweite Material
aus mehreren unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein. Auch
können in verschiedenen Öffnungen L unterschiedliche
zweite Materialien zum Einsatz kommen.
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Die Öffnungen
können nach der Beschichtung mit den zweiten Mitteln M2
auch mit einem dritten Material, das ähnliche Absorptionseigenschaften wie
das erste Material aufweist, teilweise oder ganz gefüllt
werden.
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4 zeigt
eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes
Streustrahlenraster S mit Öffnungen L, wobei die Öffnungen
L auf den Fokuspunkt einer Röntgenstrahlenröhre
ausgerichtet sind. Das heißt, die Bohrungen bzw. Schnitte
werden vom Inneren des Streustrahlenrasters S nach außen
hin jeweils um einen veränderbaren, vorgebbaren Winkel W
zueinander versetzt, um eine Fokussierwirkung zu erreichen.
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In
einer weiteren Ausführungsform können die Öffnungen
L, SL mit einem dritten Material, welches etwa die Strahlungsabsorptionseigenschaften des
ersten Materials aufweist, gefüllt sein, um eventuelle
Inhomogenitäten bei der Belichtung von Röntgenfilmen
oder digitalen Röntgenbilddetektoren zu vermeiden.
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5 zeigt
ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
bei dem im Schritt 100 ein erstes Mittel M1 aus einem ersten
Material ausgewählt wird, und im Schritt 101 Öffnungen L,
SL im ersten Mittel M1 derart angeordnet werden, dass ein Streustrahlen
absorbierendes Raster gebildet wir. Im Schritt 102 werden
die Seitenwände bzw. Innenwände der Öffnungen
L, SL mit einem zweiten Mittel M2 aus einem zweiten Material, das
strahlungsabsorbierender als das erste Material ist, versehen bzw.
beschichtet, und im Schritt 103 die Öffnungen
mit einem dritten Material gefüllt. Die Strahlungsabsorptionseigenschaften
des dritten Materials sind denen des ersten Materials etwa gleich.
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- B1
- Durchmesser
des Lochs L
- B2
- Breite
des Schlitzes SL
- C
- Tiefe
des Lochs L bzw. des Schlitzes SL
- D
- Abstand
zwischen den Löchern L bzw. der Schlitze SL
- L
- Loch
- M1
- erstes
Mittel
- M2
- zweites
Mittel
- S
- Streustrahlenraster
- SL
- Schlitz
- W
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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