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Die
Erfindung betrifft insbesondere einen Streustrahlungskollimator
für radiologische
Strahlung.
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Insbesondere
bei bildgebenden Tomographiegeräten,
wie z. B. Röntgen-Computertomographen,
führt Streustrahlung
bekanntermaßen
zur Beeinträchtigung
der Bildqualität.
Aus diesem Grund umfassen solche Tomographiegeräte in der Regel Strahlungsdetektoren,
welchen zur Verringerung der Streustrahlung so genannte Streustrahlungskollimatoren
vorgeschaltet sind.
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Bekannte
Streustrahlungskollimatoren umfassen in der Regel in einer Kollimationsrichtung
nebeneinander angeordnete, bezüglich
ihrer Längsrichtung
unidirektional ausgerichtete Absorberelemente. Das bedeutet, dass
Absorberflächen
der Absorberelemente im Wesentlichen senkrecht zur jeweiligen Kollimationsrichtung
verlaufen. Auf diese Weise ist es möglich, in Kollimationsrichtung
auftretende Streustrahlung, welche beispielsweise durch Streuung
der Strahlung an einem zu untersuchenden Objekt hervorgerufen wird,
zu unterdrücken.
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Die
vorgenannten Streustrahlungskollimatoren ermöglichen eine Reduktion der
Streustrahlung in lediglich einer Kollimationsrichtung. Für gewisse Anwendungen
ist es jedoch wünschenswert,
auch diejenige Streustrahlung zu unterdrücken, welche sich im Wesentlichen
senkrecht zu der einen Kollimationsrichtung ausbreitet. Das ist
beispielsweise bei Röntgen-Computertomografen
im Zuge der fortschreitenden technologischen Entwicklung großflächigerer
Detektoren mit einer höheren
Anzahl an Detektorzeilen der Fall.
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Bei
Detektoren mit geringer Anzahl an Detektorzeilen kann eine Beeinträchtigung
der Bildqualität
bereits dadurch zufriedenstellend unterdrückt werden, dass Absorberelemente
bereit gestellt werden, welche eine Streustrahlungskollimation und
in Zeilenrichtung bewirken. Bei solchen Detektoren ist die senkrecht
zu den Detektorzeilen auftretende Streustrahlung, d. h. die Streustrahlung
in Nicht-Kollimationsrichtung, im Wesentlichen vernachlässigbar.
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Mitzunehmender
Zeilenzahl ist die senkrecht zu den Detektorzeilen auftretende Streustrahlung
jedoch nicht mehr vernachlässigbar
und beeinträchtigt merklich
die Bildqualität.
Infolgedessen sind bei Detektoren mit vergleichsweise hoher Zeilenzahl
geeignete Maßnahmen
zur Unterdrückung
der quer zu den Detektorzeilen auftretenden Streustrahlung erforderlich.
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Dazu
ist es beispielsweise bekannt die Streustrahlung in Nicht-Kollimationsrichtung
durch rechnerische Verfahren zu eliminieren. Das ist jedoch aufwändig und
führt nicht
in allen Fällen
zum gewünschten
Erfolg. Aufgrund dessen ist es zur Unterdrückung der senkrecht zu den
Detektorzeilen auftretenden Streustrahlung bekannt, Streustrahlungsgitter zu
verwenden. Solche Streustrahlungsgitter weisen sowohl in Richtung
der Detektorzeilen als auch senkrecht zu den Detektorzeilen Absorberflächen auf. Streustrahlungsgitter
der vorgenannten Art erfordern jedoch einen hohen Herstellungsaufwand
und sind daher vergleichsweise teuer.
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Ausgehend
davon soll ein Streustrahlungskollimator für radiologische Strahlung bereitgestellt werden,
welcher eine bidirektionale Streustrahlungskollimation ermöglicht und
besonders einfach und kostengünstig
hergestellt werden kann. Unter analoger Zielsetzung sollen ferner
ein Strahlungsdetektor und eine Strahlungserfassungseinrichtung
angegeben werden.
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Diese
Zielsetzungen werden durch die Merkmale der Ansprüche 1, 9
und 12 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich insbesondere
aus den Merkmalen der Ansprüche
2 bis 8 und 10 bis 11.
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Ein
erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Streustrahlungskollimator
für radiologische
Strahlung. Der Streustrahlungskollimator umfasst eine erste Gruppe
von in einer ersten Kollimationsrichtung nebeneinander angeordneten
Absorberelementen. Ferner umfasst der Streustrahlungskollimator
in einer quer zur ersten Kollimationsrichtung verlaufenden zweiten
Kollimationsrichtung eine zweite Gruppe von Absorberelementen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die erste Gruppe von Absorberelementen bezüglich einer vorgegebenen Strahlungsdurchtrittsrichtung
in Reihe geschaltet ist zur zweiten Gruppe von Absorberelementen.
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Im
Sinne der eingangs genannten Streustrahlungskollimatoren umfasst
der erfindungsgemäße Streustrahlungskollimator
bidirektional angeordnete Absorberelemente, wobei die Absorberelemente
einer jeden Gruppe bezüglich
ihrer Längsrichtung unidirektional
angeordnet sind. Absorberflächen
der Absorberelemente können
im Wesentlichen senkrecht zur jeweiligen Kollimationsrichtung verlaufen. Das
bedeutet, dass die Absorberelemente in der jeweiligen Kollimationsrichtung
hintereinander geschaltet sind. Bei den Absorberelementen kann es sich
beispielsweise um Kollimatorbleche und dgl. handeln.
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Der
Begriff ”quer” soll im
Sinne der Erfindung bedeuten, dass die Absorberelemente der ersten Gruppe
mit den Absorberelementen der zweiten Gruppe einen Winkel zwischen
0° und 180°, insbesondere
einen Winkel von 90°,
einschließen
können. Der
jeweilige Winkel kann entsprechend der jeweiligen Gegebenheiten
gewählt
werden, so dass eine optimale bidirektionale Streustrahlungskollimation
erreicht werden kann. Ein Winkel von 90° eignet sich insbesondere für Detektoren
mit matrixartig in Zeilen und Spalten angeordneten Detektorelementen.
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Unter
dem Begriff ”Strahlungsdurchtrittsrichtung” wird im
Rahmen der Erfindung diejenige Richtung verstanden, in welcher die
Strahlung den Streustrahlungskollimator ungehindert passieren soll,
das heißt
in derjenigen Richtung, in welcher keine Kollimation durch die Absorberelemente
erfolgen soll.
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In
diesem Sinne kann die Strahlungsdurchtrittsrichtung auch als Nicht-Kollimationsrichtung
bezeichnet werden.
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In
Richtung der Strahlungsdurchtrittsrichtung ist die relative Anordnung
der Absorberelemente der ersten und zweiten Gruppe also derart,
dass die erste Gruppe der zweiten Gruppe von Absorberelementen entweder
vor- oder nachgeschaltet ist.
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Durch
die erfindungsgemäß vorgesehene Reihenschaltung
der ersten und zweiten Gruppe von Absorberelementen kann der erfindungsgemäße Streustrahlungskollimator,
verglichen mit bekannten Streustrahlungsgittern, in besonders einfacher
und kostengünstiger
Weise hergestellt werden. Dabei steht der erfindungsgemäße Streustrahlungskollimator
hinsichtlich der Effizienz der Streustrahlungskollimation den bekannten
Streustrahlungsgittern in keinerlei Hinsicht nach und ist numerischen
Verfahren zur Streustrahlungskorrektur deutlich überlegen.
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Die
Absorberflächen
der Absorberelemente der ersten und zweiten Gruppe können zum
Zwecke der Streustrahlungskollimation bei im Wesentlichen parallelem
Strahlungseinfall jeweils parallel zueinander angeordnet sein.
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Zum
Zwecke der Streustrahlungskollimation einer fokalen Strahlung, das
heißt
einer von einem Fokus ausgehenden Strahlung, kann es je nach Strahlgeometrien
von Vorteil sein, wenn die Absorberelemente der ersten und/oder
zweiten Gruppe jeweils konfokal auf den Fokus der Strahlung ausgerichtet
sind. In diesem Falle ist die Strahlungsdurchtrittsrichtung im verallgemeinerten
Sinne derart zu verstehen, dass die Strahlungsdurchtrittsrichtung eine
lokale Größe ist.
Im diesem Sinne ist die Strahlungsdurchtrittsrichtung lokal durch
diejenige Richtung gegeben, in welcher die Strahlung ungehindert durchtreten
soll, also durch die jeweils lokale Nicht-Kollimmationsrichtung.
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In
der Regel des handelt es sich bei den Absorberelementen um sehr
dünne und
filigrane Kollimatorbleche beziehungsweise Kollimatorplättchen. Diese
sind vergleichsweise instabil und anfällig gegen äußere Einwirkungen, wie z. B.
Zentrifugalkräften,
die z. B. bei der Rotation des Röhren-Detektor-Systems
eines Röntgen-Computertomografen um
die Systemachse auftreten. Zur Vermeidung mechanischer Instabilitäten der
Absorberelemente, insbesondere bei vergleichsweise großen Spannweiten der
Absorberelemente, kann es daher von Vorteil sein, die Längserstreckung
der Absorberelemente zu beschränken.
Hierzu ist es möglich,
die Absorberelemente und ggf. erforderliche Absorberelementhalterungen
derart auszubilden, dass die Absorberelemente der ersten Gruppe
und/oder der zweiten Gruppe in Richtung ihrer Längserstreckung lediglich einen Teil
der zweiten bzw. ersten Gruppe überspannen. Damit
in diesem Fall die komplette Spannweite durch Absorberelemente abgedeckt
werden kann, können mehrere
Absorberelemente in Längsrichtung
hintereinander geschaltet sein. Je nach mechanischer Stabilität der Absorberelemente,
bei nicht zu großen Spannweiten,
und z. B. bei vergleichsweise geringen mechanischen Belastungen,
ist es auch möglich, dass
die Absorberelemente der ersten Gruppe und oder der zweiten Gruppe
in Richtung ihrer Längserstreckung
alle Absorberelemente der zweiten bzw. ersten Gruppe brückenartig überspannen.
Insbesondere wegen der erfindungsgemäß vorgesehenen Reihenschaltung
der ersten und zweiten Gruppe von Absorberelemente kann der erfindungsgemäße Streustrahlungskollimator
insoweit in besonders einfacher Weise an unterschiedlichste mechanische
Anforderungen angepasst werden.
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Der
Streustrahlungskollimator kann zumindest eine Absorberelementhalterung
zum Haltern von Absorberelementen der ersten und/oder zweiten Gruppe
umfassen. Das schließt
mit ein, dass eine oder mehrere Absorberelementhalterungen vorgesehen
sind, und dass eine Absorberelementhalterung entweder nur Absorberelemente
der ersten oder zweiten Gruppe, oder Absorberelemente sowohl der ersten
als auch der zweiten Gruppe haltert.
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Insoweit
kommen verschiedenen Ausführungen
für die
Absorberelementhalterung/en in Betracht:
Der Streustrahlungskollimator
kann eine einzige, vorzugsweise einstückig ausgebildete, Absorberelementhalterung
zum Haltern der Absorberelemente der ersten und zweiten Gruppe umfassen.
Bei dieser Ausführungsform
sind die Absorberelemente sozusagen doppelstöckig übereinander angeordnet und werden
von der Absorberelementhalterung gehaltert. Eine solche Ausgestaltung
ermöglicht
ein besonders einfaches Positionieren des Streustrahlungskollimators
auf einem Detektor, da es lediglich erforderlich ist, die Absorberelementhalterung
und den Detektor zueinander auszurichten.
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Entsprechend
einer anderen Ausgestaltungsform kann der Streustrahlungskollimator
mehrere Absorberelementhalterungen umfassen, welche jeweils Absorberelemente
der ersten und der zweiten Gruppe haltern. Ein solcher modularer
Aufbau ermöglicht
in einfacher Weise die Realisierung eines vergleichsweise großflächig ausgebildeten
Streustrahlungskollimators.
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Sofern
mehrere Absorberelementhalterungen vorgesehen sind, ist es auch
möglich,
dass jede Absorberelementhalterung ausschließlich Absorberelemente der
ersten Gruppe oder der zweiten Gruppe haltert. Für jede der beiden Gruppen können eine oder
mehrere Absorberelementhalterungen vorgesehen sein. Dabei ist es
möglich,
dass die Absorberelemente der ersten oder zweiten Gruppe durch eine einzige
Absorberelementhalterung gehaltert werden, während die Absorberelemente
der zweiten bzw. der ersten Gruppe durch mehrere, vorzugsweise kachelartig
aneinandergereihte, Absorberelementhalterungen gehalten werden.
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Die
obigen Ausführungsformen
zeigen, dass sich der erfindungsgemäße Streustrahlungskollimator
infolge der Möglichkeit
der modularen Zusammensetzung in besonders einfacher Weise an die
jeweiligen Gegebenheiten anpassen lässt.
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Ein
zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor,
umfassend zumindest eine Detektionseinheit zur Detektion radiologischer
Strahlung und einen der Detektionseinheit vorgeschalteten Streustrahlungskollimator
nach dem ersten Aspekt der Erfindung. Vorteile und vorteilhafte
Wirkungen des Strahlungsdetektors ergeben sich insbesondere aus
den Ausführungen
zum ersten Aspekt der Erfindung.
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Sofern
der Strahlungsdetektor mehrere Detektionseinheiten umfasst, kann
entweder jeder der Detektionseinheiten, oder aber jeweils einer
Detektionseinheitengruppe ein erfindungsgemäßer Streustrahlungskollimator
vorgeschaltet sein. Eine Detektionseinheitengruppe kann mehrere
unidirektional oder bidirektional, vorzugsweise kachelartig, aneinandergereihte
Detektionseinheiten umfassen. Solche Detektionseinheiten können jeweils
z. B. eine Vielzahl von Bildpunkten bzw. Pixel umfassen.
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Zur
Herstellung des Strahlungsdetektors kann/können der Streustrahlungskollimator
bzw. die Absorberelementhalterung/en relativ zu den Detektionseinheiten
ausgerichtet und in geeigneter Weise befestigt werden. Für den Fall,
dass der Streustrahlungskollimator mehrere Absorberelementhalterungen
aufweist, ist es auch möglich,
dass zunächst
die Absorberelementhalterungen relativ zueinander ausgerichtet und
miteinander verbunden werden, und dass sodann die Gesamtheit der
Absorberelementhalterungen relativ zum Strahlungsdetektor ausgerichtet
und befestigt wird.
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Ein
dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Strahlungserfassungseinrichtung,
bei welcher es sich um eine Röntgen-Computertomografieeinrichtung
handeln kann, mit einem Strahlungsdetektor nach dem zweiten Aspekt
der Erfindung. Vorteile zum dritten Aspekt ergeben sich unmittelbar
aus den Vorteilen zum ersten und zweiten Aspekt der Erfindung.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematisch
ein Röntgen-Computertomografiegerät als Beispiel
einer erfindungsgemäßen Strahlungserfassungseinrichtung;
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2 in
schematischer Darstellung das Auftreten von Streustrahlung;
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3 eine
erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Streustrahlungskollimators;
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4 eine
zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Streustrahlungskollimators;
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In
den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente durchwegs
mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Darstellungen in den
Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu und Maßstäbe zwischen
den Figuren können
variieren. Ohne Beschränkung
der Allgemeinheit wird die Erfindung nachfolgend anhand der Röntgen-Computertomografie
beschrieben.
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1 zeigt
schematisch ein Röntgen-Computertomografiegerät 1,
umfassend einen Patientenlagerungstisch 2 zur Lagerung
eines zu untersuchenden Patienten 3. Das Röntgen-Computertomografiegerät 1 umfasst
ferner eine Gantry 4, mit einem um eine Systemachse 5 in
Azimutalrichtung φ drehbar gelagerten
Röhren-Detektor-System.
Das Röhren-Detektor-System
wiederum umfasst eine Röntgenröhre 6 und
einen dieser gegenüber
liegend angeordneten Röntgendetektor 7.
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Im
Betrieb des Röntgen-Computertomografiegeräts 1 geht
von der Röntgenröhre 6 Röntgenstrahlung 8 in
Richtung des Röntgendetektors 7 aus und
wird mittels des Röntgendetektors 7 erfasst.
Zur Erfassung der Röntgenstrahlung 8 weist
der Röntgendetektor 7 mehrere
Strahlungsdetektormodule 9 auf.
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Beim
Durchtritt der Röntgenstrahlung 8 durch
den Körper
des Patienten 3 und dabei stattfindenden Wechselwirkungsprozessen wird
Streustrahlung erzeugt. Die Streustrahlung führt zu verminderter Bildqualität in den
aus Aufnahmedaten des Röntgen-Computertomographiegeräts 1 erzeugten
tomografischen Darstellungen bzw. Bildern.
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Das
Auftreten von Streustrahlung 10 ist in 2 für die Azimutalrichtung φ schematisch
dargestellt. Zur Unterdrückung
der azimutalen Streustrahlung 10 sind den Strahlungsdetektormodulen 9 in
der Regel Streustrahlungskollimatoren vorgeschaltet, welche eine
Vielzahl von Absorberelementen 11 aufweisen. Die Absorberelemente 11 sind
entsprechend der konfokalen Ausrichtung der Strahlungsdetektormodule 9 ebenfalls
konfokal auf einen Fokus 12 der Röntgenröhre 6 ausgerichtet.
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Mit
zunehmender Größe des Röntgendetektors 7 in
Richtung der Systemachse 5, welche auch z-Achse genannt
wird, ist in Richtung der z-Achse auftretende Streustrahlung nicht
mehr vernachlässigbar.
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Zur
Unterdrückung
der Streustrahlung sowohl in Azimutalrichtung φ als auch in Richtung der Systemachse 5 weist
der erfindungsgemäße Streustrahlungskollimator,
wie in 3 gezeigt ist, eine erste Gruppe G1 von Absorberelementen 13A auf, welche
in einer ersten Kollimationsrichtung nebeneinander angeordnet sind,
und eine zweite Gruppe G2 von Absorberelementen 13B, welche
in einer zweiten Kollimationsrichtung nebeneinander angeordnet sind.
Die Absorberelemente 13A und 13B der ersten G1
und zweiten Gruppe G2 sind auf den Fokus F der Röntgenröhre ausgerichtet. Im vorliegenden
Fall, und ohne Beschränkung
der Allgemeinheit, entspricht die erste Kollimationsrichtung der
Azimutalrichtung φ,
und die zweite Kollimationsrichtung entspricht der Richtung der
Systemachse 5.
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Die
Absorberelemente 13A und 13B der ersten G1 und
zweiten Gruppe G2 sind bezüglich
deren Längsrichtung
um 90 Grad zueinander versetzt angeordnet. Das bedeutet, dass ich
die erste Kollimationsrichtung mit der zweiten Kollimationsrichtung
einen Winkel von 90° einschließt, wobei
dieser Winkel auf grund der konfokalen Strahlgeometrie jeweils lokal
zu sehen ist. Im Allgemeinen können
die erste Kollimationsrichtung und die zweite Kollimationsrichtung
einen beliebigen Winkel zwischen 0° und 90° einschließen, d. h. quer zueinander
verlaufen. Die Absorberelemente 13A und 13B der
ersten G1 bzw. der zweiten Gruppe G2, ggf. mit entsprechenden Absorberelementhalterungen,
bilden in ihrer Gesamtheit einen mit dem Bezugszeichen S bezeichneten Streustrahlungskollimator
aus.
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Entsprechend
der erfindungsgemäßen Anordnung
ist die erste Gruppe G1 von Absorberelementen 13A bezüglich einer
vorgegebenen Strahlungsdurchtrittsrichtung 14 in Reihe
geschaltet zur zweiten Gruppe G2 von Absorberelementen 13B.
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Das
in 3 dargestellte Strahlungsdetektormodul 9 weist
mehrere, auf einem Träger 16 montierte
Detektionseinheiten 15 auf. Zur Befestigung mehrerer Träger 16 auf
einem nicht gezeigtem Halterahmen des Röntgendetektors 7 mittels
Schrauben weist der Träger 16 im
vorliegenden Fall Durchgangslöcher 17 auf.
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Wie
aus 1 zu entnehmen ist, sind mehrere Träger 16 bzw.
Strahlungsdetektormodule 9, in Azimutalrichtung φ hintereinander
auf dem Halterahmen montiert. Im vorliegenden Beispiel sind auf
dem Träger 16 in
Richtung der Systemachse 5 insgesamt vier Detektionseinheiten 15 montiert.
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Jeder
Detektionseinheit 15 ist in der Ausgestaltung der 3 jeweils
ein Streustrahlungskollimatormodul 18 vorgeschaltet, wobei
die Streustrahlungskollimatormodule 18 entsprechend den
Detektionseinheiten 15 kachelartig aneinander gereiht sind. Jedes
der Streustrahlungskollimatormodule 18 weist eine nicht
explizit gezeigte Absorberelementhalterung zum Haltern der jeweiligen
Absorberelemente 13B der zweiten Gruppe G2 auf.
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Die
Streustrahlungskollimatormodule 18 können auf die Detektionseinheiten 15 aufgeklebt oder
in anderer geeigneter Weise darauf befestigt sein. Abweichend von
der Ausgestaltung der 3 ist es auch möglich, dass
zum Haltern der Absorberelemente 13B der zweiten Gruppe
G2 lediglich eine Absorberelementhalterung vorgesehen ist, mit welcher
alle Absorberelemente 13B der zweiten Gruppe G2 gehaltert
werden.
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Wie
aus 3 zu sehen ist, ist für die Absorberelemente 13A der
ersten Gruppe G1 lediglich eine, mit dem Bezugszeichen 19 konkret
bezeichnete Absorberelementhalterung vorgesehen. Die gezeigte Absorberelementhalterung 19 ist,
ohne Beschränkung
der Allgemeinheit, am Träger 16 befestigt.
Die Absorberelemente 13A der ersten Gruppe G1 überspannen
bezüglich
ihrer Längsrichtung
die Absorberelemente 13B der zweiten Gruppe G2, d. h. die Streustrahlungskollimatormodule 18.
Insoweit bildet die Absorberelementhalterung 19 zusammen
mit den Absorberelementen 13A eine Art Brückenkollimator 20 aus.
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Zum
Haltern der Absorberelemente 13A und 13B der ersten
G1 bzw. zweiten Gruppe kommen weitere, im Rahmen der Erfindung liegende
Möglichkeiten
in Betracht. Beispielsweise ist es möglich, dass auch für die Absorberelemente 13A der
ersten Gruppe G1 mehrere einzelne Streustrahlungskollimatormodule
vorgesehen sind, was in 4 dargestellt ist.
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Eine
weitere nicht explizit dargestellte Möglichkeit besteht darin, eine
einzige Absorberelementhalterung zum Haltern der Absorberelemente 13A und 13B der
ersten G1 und zweiten Gruppe G2 bereitzustellen. Eine solche Absorberelementhalterung kann
z. B. einstückig
ausgebildet sein.
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Alle
der vorgenannten Absorberelementhalterungen können z. B. mittels Spritzguss-Verfahren besonders
kostengünstig
hergestellt werden.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Aufbau
des Streustrahlungskollimators (S) kann Streustrahlung sowohl in
Azimutalrichtung φ als
auch in Richtung der Systemachse 5 zumindest weitgehend
unterdrückt werden.
Der Aufbau ermöglicht
eine bidirektionale Streustrahlungskollimation, ist besonders einfach und
daher hinsichtlich der Herstellung kosteneffizient.
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Insgesamt,
und insbesondere durch die anhand der Figuren erläuterten
Ausführungsbeispiele, wird
deutlich, dass die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe gelöst wird.