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Die Erfindung betrifft ein Gittermodul eines Streustrahlungsgitters, ein Streustrahlungsgitter aus mehreren nebeneinander angeordneten Gittermodulen mit Stegen, insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit einem CT-Detektor, einen CT-Detektor und ein CT-System mit einem solchen Detektor.
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Streustrahlungsgitter – genauer gitterförmig ausgebildete Streustrahlungskollimatoren – für CT-Detektoren sind allgemein bekannt und werden bei nahezu jedem aktuell in der Praxis eingesetzten CT-System verwendet. Insbesondere werden in Dual-Source-CT-Systemen mit zwei winkelversetzt auf der Gantry angeordneten Strahler-/Detektorsystemen solche Streustrahlungsgitter wichtig, da der Beitrag an Streustrahlung durch ein parallel betriebenes und winkelversetzt angeordnetes Strahler-System besonders hoch ist.
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Bezüglich eines modular aufgebauten Streustrahlungsgitters wird beispielsweise auf die Druckschrift
DE 10 2008 030 893 A1 verwiesen.
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Ein Problem bei solchen modular aufgebauten Streustrahlungsgittern mit mehreren nebeneinander angeordneten Gittermodulen besteht allerdings darin, dass im Bereich der Stoßstellen zweier Gittermodule Artefakte bei den damit aufgenommenen Projektionen entstehen, die die Bildqualität eines aus solchen Projektionen rekonstruierten tomographischen Bilddatensatzes negativ beeinflussen beziehungsweise sichtbare Artefakte in der tomographischen Darstellung erzeugen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Ausgestaltung eines modularen Streustrahlungsgitters zu finden, bei dem diese Projektionsartefakte weitgehend unterdrückt sind.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
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Der Erfinder hat erkannt, dass die Artefakte im Bereich der Stoßstellen von Gittermodulen eines modular aufgebauten Streustrahlungsgitters im Wesentlichen dadurch entstehen, dass in diesen Stoßbereichen eine Wandverstärkung der Gitterstege durch die hier sich verdoppelnden Wandstärken entsteht und dadurch seitlich eintreffende Streustrahlung – bezogen auf die anderen, nicht verdoppelten Gitterstege – starker unterdrückt wird. Grundsätzlich wäre zwar eine stärkere Unterdrückung von Streustrahlung vorteilhaft, jedoch erzeugt eine nur lokal an bestimmten Stellen verstärkte Streustrahlungsunterdrückung unerwünschte Artefakte.
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Um diese überhöhte Unterdrückung zu vermeiden, wäre es zwar grundsätzlich möglich, an den Stoßstellen der Gittermodule die Wandstärken der Stege der Gitter zu halbieren, so dass letztendlich wieder an den Stoßstellen zweier Stege die gleiche, also einfache, Stegdicke auftritt, wie an allen anderen Stegen des Streustrahlungsgitters. Eine solche grundsätzlich zwar mögliche Maßnahme würde allerdings die Produktionskosten stark erhöhen. Alternativ könnte mit gleichem Effekt auch auf jeweils einer Modulseite ein Steg weggelassen werden, allerdings würden dann teilweise freie und ungestützte Steg-Enden auftreten, die bei der Montage leicht beschädigt würden beziehungsweise zu vermehrtem Montage- und Kontrollaufwand führen würden.
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Zur Lösung dieses Problems schlägt der Erfinder daher vor, die aneinander stoßenden und sich bezüglich ihrer Dicke verstärkenden Gitterstege in ihrer Höhe derart zu kürzen, dass die erhöhte Abschirmung der Streustrahlung durch die konstruktionsbedingte Verstärkung der gesamten Stegdicke gerade durch die geringere Höhe des zumindest verdickten Gittersteges ausgeglichen wird. Da damit die Summe der jeweils nicht abgeschirmten Streustrahlung wieder dem Wert ohne Verstärkung des Gittersteges entspricht, wird durch diese Maßnahme der Artefakt vermieden, der durch eine überproportional hohe Streustrahlungsabschirmung an den Stoßstellen zweier Gittermodule entsteht. Es wird also die Tatsache genutzt, dass eine verminderte Höhe der Stege eines Streustrahlungsgitters vermehrt Streustrahlung zum darunter liegenden Detektormodul durchtreten lässt und durch diese Maßnahme die überproportionale Abschirmung von Streustrahlung durch dickere Stege gerade kompensiert, so dass auch die Detektorelemente an den Stoßstellen der Gittermodule mit der gleichen Effektivität abgeschirmt werden, wie zentral zum Gittermodul angeordnete Detektorelemente.
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Da grundsätzlich davon auszugehen ist, dass die Abschirmungswirkung eines verdickten Gittersteges nicht nur das unmittelbar benachbarte Detektorelement beziehungsweise die benachbarte Reihe oder Zeile von Detektorelementen betrifft, sondern auch Detektorpixel der nächsten und übernächsten Reihe beziehungsweise Zeile, so kann der auf diese Reihen oder Zeilen übergreifende Abschwächungseffekt in einer verbesserten Ausführung auch durch eine, allerdings geringere, Reduktion der Höhe des nächsten, weiter innen im Gittermodul liegenden Gittersteges kompensiert werden.
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Entsprechend diesem Grundgedanken schlägt der Erfinder ein Streustrahlungsgitter aus mehreren nebeneinander angeordneten Gittermodulen mit Stegen vor, wobei die Höhe mindestens eines randseitig im jeweiligen Gittermodul angeordneten Steges niedriger ist als die Höhe weiter innen im Gittermodul angeordneter Stege.
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Vorteilhaft ist es dabei, wenn in dem mindestens einen Gittermodul die Höhen mindestens eines weiteren Steges von dem mindestens einen randseitigen niedrigen Steg nach innen hin stufenförmig zunehmend ausgeführt sind.
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Entsprechend wird auch ein Streustrahlungsgitter für einen Röntgendetektor eines CT-Systems mit einer Vielzahl von in Reihen und Spalten flächig angeordneten Detektorelementen vorgeschlagen, welches aufweist:
- – mindestens zwei nebeneinander angeordnete Gittermodule,
- – wobei jedes Gittermodul mehrere nebeneinander angeordnete Stege mit dazwischen liegenden Durchstrahlungszonen besitzt, und
- – mindestens ein randseitiger Steg eines Gittermoduls zu mindestens einem anderen randseitig angeordneten Steg eines anderen Gittermoduls unter Abwesenheit einer dazwischen angeordneten Durchstrahlungszone parallel verlaufend benachbart ist,
- – wobei benachbart verlaufende Stege eine niedrigere Höhe besitzen als die anderen Stege.
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Hierbei kann die niedrigere Höhe der benachbart verlaufenden Stege derart bemessen werden, dass der durch die benachbart verlaufenden Stege zusätzlich absorbierte Streustrahlungsanteil durch die verringerte Höhe der Stege kompensiert wird.
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Vorteilhaft kann es bei einem solchen Streustrahlungsgitter sein, wenn mindestens ein weiterer, bezüglich des Gittermoduls weiter innen angeordneter Steg eine Höhe aufweist, die zwischen der Höhe der noch weiter innen angeordneten Stege und einem weiter Außen angeordneten Steg liegt. Hierbei kann die – gegenüber der maximalen Höhe der zentral liegenden Stege – niedrigere Höhe der weiter innen angeordneten Stege derart bemessen werden, dass der durch die benachbart verlautenden Stege zusätzlich absorbierte Streustrahlungsanteil durch die verringerte Höhe der Stege kompensiert wird.
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Erfindungsgemäß kann das Streustrahlungsgitter so aufgebaut sein, dass ausschließlich parallel zueinander angeordnete Stege vorgesehen sind. Meist werden solche Stege senkrecht zur Systemachse eines CT-Systems, meist eines CT-Systems mit einem einzigen Strahler/Detektor-System verlaufen
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Alternativ hierzu kann in einer verbesserten Ausführung das Streustrahlungsgitter auch so gestaltet werden, dass sich die Stege senkrecht kreuzen. Hierdurch wird die Streustrahlung noch besser reduziert. Insbesondere bei CT-Systemen mit zwei winkelversetzt auf der Gantry angeordneten Strahler/Detektor-Systemen, bei denen die Streustrahlung des jeweils vom anderen Strahlers besonders intensive Streustrahlung erzeugt, ist eine solche Ausführung vorteilhaft.
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Weiterhin sollten bei solchen sich kreuzenden Stegen die Steghöhen an den Kreuzungsstellen möglichst identisch sein, so dass vorgeschlagen wird, dass die Höhe mindestens eines sich mit anderen Stegen kreuzenden Steges sich an den Enden stufenweise verringert.
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Im Rahmen der Erfindung werden außerdem ein Detektor eines CT-Systems mit einem modular aufgebauten erfindungsgemäßen Streustrahlungsgitter und auch ein CT-System mit einem solchen Detektor vorgeschlagen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1: CT-System; 2: erste Röntgenröhre; 3: erster Detektor; 4: zweite Röntgenröhre; 5: zweiter Detektor; 6: Gantrygehäuse; 7: Patient; 8: Untersuchungsliege; 9: Systemachse; 10: Steuer- und Recheneinheit; D: Detektorelement; d: Dicke der Stege; G: Streustrahlungsgitter; GM: Gittermodul; h: Höhe der Stege; l: Länge der Stege; L: Stoßlinie (Stoßfläche); Prg1–Prgn: Computerprogramme; S: Stege; Sa: äußerster Steg; Sb: randnah liegender Steg.
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Es zeigen im Einzelnen:
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1: CT-System mit CT-Detektoren mit erfindungsgemäßen Streustrahlungsgittern;
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2: Längsschnitt durch einen CT-Detektor mit darüber liegendem Streustrahlungsgitter;
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3: 3D-Ansicht eines Gittermoduls von schräg oben;
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4: seitliche 3D-Ansicht eines einzelnen Gittersteges;
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5: Zwei nebeneinander angeordnete bekannte Gittermodule eines Streustrahlungsgitters in Draufsicht;
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6: Schnitt I-I aus 5;
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7: Zwei nebeneinander angeordnete erfindungsgemäße Gittermodule eines Streustrahlungsgitters in Draufsicht mit zweiseitiger einstufiger Reduktion der Steghöhe;
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8: Schnitt II-II aus 7;
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9: Zwei nebeneinander angeordnete erfindungsgemäße Gittermodule eines Streustrahlungsgitters in Draufsicht mit allseitiger einstufiger Reduktion der Steghöhe;
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10: Schnitt III-III aus 9;
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11: Zwei nebeneinander angeordnete erfindungsgemäße Gittermodule eines Streustrahlungsgitters in Draufsicht mit allseitiger zweistufiger Reduktion der Steghöhe;
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12: Schnitt IV-IV aus 11.
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Die 1 zeigt ein CT-System 1 mit erfindungsgemäßen Streustrahlungsgittern in schematischer Darstellung. Das CT-System 1 weist ein erstes Strahler-/Detektor-System mit einer Röntgenröhre 2 und einem gegenüberliegenden Detektor 3 und ein zweites winkelversetzt auf der hier nicht explizit dargestellten Gantry angeordnetes Strahler-/Detektor-System mit einer zweite Röntgenröhre 4 mit einem gegenüberliegenden Detektor 5 auf. Die Gantry befindet sich in einem Gantrygehäuse 6 und rotiert während der Abtastung die Strahler-/Detektor-Systeme um eine Systemachse 9. Der zu untersuchende Patient 7 befindet sich auf einer verschiebbaren Untersuchungsliege 8, die entweder kontinuierlich oder sequentiell entlang der Systemachse 9 durch das im Gantrygehäuse 6 befindliche Abtastfeld geschoben wird, wobei die Schwächung der von den Röntgenröhren ausgesandten Röntgenstrahlung durch die Detektoren gemessen wird. Gesteuert wird der Betrieb des CT-Systems 1 mit Hilfe eines Steuer- und Rechensystems 10, welches Computerprogramme Prg1 bis Prgn aufweist, die im Betrieb die hierfür notwendigen Steuerroutinen beschreiben, eine Datenaufbereitung durchführen und auch die Rekonstruktion von Bilddatensätzen ausführen.
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Beide Strahler-/Detektor-Systeme verfügen über erfindungsgemäß modular aufgebaute Streustrahlgitter, welche die im Betrieb auftretende Streustrahlung abschirmen und möglichst ausschließlich die direkt von der Röntgenröhre des jeweiligen Strahler-/Detektor-Systems ausgesandte Strahlung nach ihrer Schwächung durch den Patienten auf die Detektorelemente des Detektors auftreffen lassen soll. Aufgrund des gleichzeitigen Betriebs der beiden Röntgenröhren 2 und 4, ist es besonders notwendig, die im Betrieb der Röhren 2 und 4 entstehende Streustrahlung abzuschirmen. Hierzu können insbesondere Streustrahlungsgitter verwendet werden, welche sich kreuzende Stege aufweisen, wie sie in den nachfolgenden Figuren dargestellt sind.
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Es wird allerdings darauf hingewiesen, dass auch Streustrahlungsgitter mit ausschließlich parallel verlaufenden Stegen im Rahmen der Erfindung liegen.
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Ein Beispiel eines Detektors 3, aufgebaut aus einer Vielzahl von schachbrettartig nebeneinander angeordneten Detektorelementen D mit einem darüber liegenden Streustrahlungsgitter G aus einer Vielzahl von Stegen S ist in der 2 im Längsschnitt dargestellt.
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Die 3 zeigt ein bekanntes Gittermodul GM mit mehreren sich senkrecht kreuzenden Gitterstegen S in einer 3D-Ansicht von schräg oben. Zur Vermeidung möglicher Begriffskonfusionen sind in der 4, die einen einzelnen Gittersteg S in einer 3D-Ansicht zeigt, die Länge l, die Höhe h und die Dicke d eingetragen.
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Die 5 zeigt in einer Draufsicht zwei nebeneinander angeordnete Gittermodule GM, wobei an der Stoßlinie L (dreidimensional betrachtet: Stoßfläche) die Stege S der Gittermodule GM sich verdoppeln und sich damit auch bezüglich ihrer gesamten wirksamen Dicke aufaddieren. Diese beiden Gittermodule GM sind in der 6 nochmals im Schnitt I-I dargestellt. Auch hier ist erkennbar, dass sich die gesamte Dicke des Stegmaterials an den Stoßstellen verdoppelt, wodurch seitlich einfallende Streustrahlung verstärkt absorbiert wird. Somit werden benachbarte Detektorelemente besonders stark gegen Streustrahlung abgeschirmt und es entstehen hierdurch Bildartefakte.
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Ein erfindungsgemäßer Aufbau von Gittermodulen beziehungsweise eines modular zusammengesetzten Streustrahlungsgitters ist in der 7 in einer Draufsicht gezeigt. Hier sind zwei benachbarte Gittermodule GM – aus einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Gittermodulen – eines Streustrahlungsgitters eines Röntgendetektors gezeigt. Die Gittermodule GM stoßen – ähnlich der Ausführung in den 5 und 6 – an einer Stoßlinie L zusammen, wobei aufgrund der überall gleich bleibenden Wanddicke der Stege es im Bereich der Stoßstellen zu einer Verdopplung der wirksamen Wanddicke kommt. Da hier allerdings – wie in dem in der 8 gezeigten Schnitt II-II dargestellt – die unmittelbar aneinander stoßenden Stege in ihrer Höhe gegenüber den zentraler liegenden Stegen entsprechend reduziert sind, erhöht sich wiederum der durchgelassene Streustrahlungsanteil auf das sonst im Gittermodul herrschende „normale” Maß.
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In den 7 und 8 sind Gittermodule gezeigt, die ausschließlich an zwei gegenüberliegenden Seiten die erfindungsgemäße Reduktion der Steghöhen aufweisen. Solche Gittermodule sind insbesondere vorteilhaft, wenn sie einzeln bei einem CT-Detektor die volle Breite des Detektors in Systemachsenrichtung abdecken und somit jeweils nur an ihrer Längsseite beziehungsweise in Systemachsenrichtung verlaufenden Seite benachbart an andere Gittermodule anstoßen. Werden die Gittermodule jedoch derart ausgebildet und angeordnet, dass sie an mehr als zwei Seiten an weitere Gittermodule anstoßen, so kann eine Ausbildung gemäß den 9 bis 12 besonders vorteilhaft sein.
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Die 9 zeigt zwei Gittermodule GM, bei denen die Reduktion der Steghöhe an allen Stegen Sa, die eine Außenseite des Gittermoduls und damit eine potentielle Stoßfläche bilden, ausgeführt ist. In der 10 ist zur Verdeutlichung der Längsschnitt III-III aus der 9 gezeigt, wobei der Schnitt II-II identisch zum Schnitt II-II der 7 ist, der bereits in der 8 gezeigt wurde.
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Eine weitere Verbesserung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Gittermodule ist in den 11 und 12 zu erkennen. Hier werden nicht nur die unmittelbar an einer Stofflinie L sich befinden Stege Sa in ihrer Höhe reduziert, sondern auch mindestens ein weiterer zum Zentrum des jeweiligen Gittermoduls hin angeordneter Steg Sb. Dadurch wird die streustrahlungsreduzierende Wirkung der Aufdoppelung der Stege an den Stoßflächen, die auch noch bei weiter innen liegenden Detektorelementen in zweiter oder gegebenenfalls noch weiter innen liegender Reihe zusätzlich kompensiert.
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Selbstverständlich kann diese in den 11 und 12 umlaufend um die Gittermodule dargestellte Maßnahme auch nur an zwei gegenüberliegenden Seiten der Gittermodule ähnlich den 7 und 8 oder gegebenenfalls auch an zwei benachbarten Seiten oder nur einer einzigen Seite – zum Beispiel bei randständigen Gittermodulen – ausgeführt werden.
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Insgesamt wird mit der Erfindung ein Gittermodul eines Streustrahlungsgitters, ein Streustrahlungsgitter aus mehreren nebeneinander angeordneten Gittermodulen mit einer Vielzahl von Stegen, insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit einem CT-Detektor, ein CT-Detektor mit einem modularen Streustrahlungsgitter und ein CT-System mit einem solchen Detektor vorgeschlagen, wobei erfindungsgemäß an den Stoßflächen der Gittermodule, gegebenenfalls einschließlich der angrenzenden Randbereiche, die dort befindlichen Stege bezüglich ihrer Höhe zum Ausgleich übermäßiger Reduktion an Streustrahlung niedriger ausgeführt sind als die maximale Höhe der sonstigen im Gittermodul befindlichen Stege.
