DE102012207627B3

DE102012207627B3 - Adaptives Röntgenfilter zur Veränderung der lokalen Intensität einer Röntgenstrahlung

Info

Publication number: DE102012207627B3
Application number: DE102012207627A
Authority: DE
Inventors: Philipp Bernhardt; Hans Liegl; Reiner Franz Schulz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2013-05-02
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: CN103390439A; US20130301807A1; US9263163B2

Abstract

Das adaptive Röntgenfilter (1) zur Veränderung der lokalen Intensität einer Röntgenstrahlung umfasst eine erste Kammer (11) mit einer magneto-rheologischen oder elektro-rheologischen ersten Flüssigkeit (15), eine zweiten Kammer (12) mit einer eine Röntgenstrahlung absorbierenden zweiten Flüssigkeit (16), sowie eine flexible Membran (10), die die erste Kammer (11) von der zweiten Kammer (12) trennt und durch die das Schichtdickenverhältnis der ersten und der zweiten Flüssigkeit (15, 16) veränderbar ist. In dem adaptiven Röntgenfilter (1) ist eine Erwärmungsvorrichtung (21) angeordnet, die die zweite Flüssigkeit (16) erwärmt. Weiterhin ist die zweite Flüssigkeit (16) ein Flüssigmetall. Durch die Erwärmung des Flüssigmetalls wird eine konstante Fluidität des Flüssigmetalls gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft ein adaptives Röntgenfilter zur Veränderung der lokalen Intensität einer Röntgenstrahlung, mit einer ersten und einer zweiten Kammer und einer flexiblen Membran, die die erste von der zweiten Kammer trennt und durch die das Schichtdickenverhältnis der ersten und der zweiten Flüssigkeit veränderbar ist.
Bei Untersuchungen mit Hilfe von Röntgenstrahlen kommt es häufig vor, dass der Patient bzw. dessen Organe im zu untersuchenden Bereich ein stark unterschiedliches Absorptionsverhalten hinsichtlich der applizierten Röntgenstrahlung aufweisen. Beispielsweise ist bei Thoraxaufnahmen die Schwächung im Mediastinum, also im Bereich vor den Lungenflügeln, sehr groß bedingt durch die dort angeordneten Organe, während sie im Bereich der Lungenflügel selbst sehr klein ist. Sowohl für einen Erhalt einer aussagekräftigen Aufnahme, als auch insbesondere zur Schonung des Patienten ist es sinnvoll, die applizierte Dosis bereichsabhängig derart einzustellen, dass nicht mehr Röntgenstrahlung als nötig zugeführt wird. Das heißt, in den Bereichen mit großer Schwächung ist eine größere Dosis als in Bereichen mit geringerer Schwächung zu applizieren. Daneben gibt es Anwendungen, bei denen nur ein Teil des untersuchten Bereichs mit großer diagnostischer Qualität, das heißt mit weniger Rauschen, aufgenommen werden muss. Die umgebenden Teile sind für die Orientierung, nicht aber für die eigentliche Diagnose wichtig. Diese umgebenden Bereiche können also mit einer geringeren Dosis abgebildet werden, um auf diese Weise die gesamte applizierte Dosis zu reduzieren.
Bei bestimmten Röntgenuntersuchungen ist es erforderlich, Veränderungen der Dicke des menschlichen Körpers auszugleichen und damit die Gleichförmigkeit der Strahlung für die Bildgebung zu erhöhen. Dies kann durch ein Filter geschehen, das so konstruiert ist, dass sich seine Materialdicke kontinuierlich oder in Stufen verändern lässt, um damit die Intensitätsverteilung der Röntgenstrahlung anpassen zu können.
Bei der Röntgenuntersuchung entstehen u. a. auch hautschädigende weiche und mittelweiche Strahlen, die oft nur wenig diagnostische Relevanz haben, da sie großteils vom Gewebe des Patienten absorbiert werden und nicht am Bildempfänger ankommen. Aus diesem Grund muss die Strahlung ”aufgehärtet” werden, das heißt, die weicheren, also langwelligeren und weniger durchdringungsfähigen Strahlen müssen mit einem Röntgenfilter herausgefiltert werden.
In der Schrift DE 697 14 571 T2 wird eine Röntgenstrahlungsuntersuchungsvorrichtung mit einem Röntgenfilter beschrieben. Dabei ist das Röntgenabsorptionsvermögen des Röntgenfilters durch Regelung einer lokalen Menge an Röntgenstrahlen absorbierender Flüssigkeit in dem Röntgenfilter lokal einstellbar. Das Röntgenfilter umfasst eine Heizeinrichtung zum Erhitzen der Röntgenstrahlen absorbierenden Flüssigkeit.
In der Patentschrift DE 196 38 621 C1 wird ein bereichsabhängig einstellbares Filter zum Absorbieren von Röntgenstrahlung beschrieben. Die Einstellbarkeit wird durch eine an einem Gehäuse angeordnete ansteuerbare Matrix zum Erzeugen eines auf eine im Gehäuse befindliche Flüssigkeit wirkenden Feldes gewährleistet, wobei das Gehäuse wenigstens zwei Kammern umfasst, die mittels einer flexiblen Membran voneinander abgedichtet getrennt sind, wobei sich in den Kammern in ihrem Absorptionsverhalten für Röntgenstrahlen unterschiedliche Flüssigkeiten befinden, von denen wenigstens eine magneto- oder elektro-rheologisch ist.
Die Patentschrift DE 101 60 610 B4 offenbart ein Filter für eine Röntgenuntersuchungseinrichtung zum Absorbieren von Röntgenstrahlung mit mehreren ansteuerbaren Elementen zur Erzeugung von elektrischen oder magnetischen Felder, die auf eine eine Röntgenstrahlung absorbierende Flüssigkeit einwirken und zu einem feldabhängigen, lokal unterschiedlichen Absorptionsverhalten über die Flüssigkeitsfläche führen. Dabei wird die Form zumindest eines Teils der Elemente in Abhängigkeit der Form eines mittels der Untersuchungseinrichtung zu untersuchenden Objekts gewählt.
Nachteilig an den bekannten Lösungen ist, dass zum Ausgleich unterschiedlicher Objektdicken zusätzlich vorgeformte Konturblenden zu verwenden sind. Weiterhin müssen zum Ausfiltern weicher Strahlungsanteile aus der applizierten Strahlung ebenfalls eigene Vorfilter aus Kupfer oder Aluminium verwendet werden. Konturblenden und Vorfilter werden dabei entweder manuell in die Zubehörschienen der Tiefenblende eingeschoben oder mittels eines kostenintensiven und platzbeanspruchenden elektrischen Antriebs verfahren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu überwinden und ein weiteres adaptives Röntgenfilter zur Veränderung der lokalen Intensität einer Röntgenstrahlung anzugeben.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beansprucht ein adaptives Röntgenfilter zur Veränderung der lokalen Intensität einer Röntgenstrahlung. Das adaptive Röntgenfilter umfasst eine erste Kammer mit einer magneto-rheologischen oder elektro-rheologischen ersten Flüssigkeit, eine zweiten Kammer mit einer eine Röntgenstrahlung absorbierenden zweiten Flüssigkeit, sowie eine flexible Membran, die die erste Kammer von der zweiten Kammer trennt und durch die das Schichtdickenverhältnis der ersten und der zweiten Flüssigkeit veränderbar ist. In dem adaptiven Röntgenfilter ist eine Erwärmungsvorrichtung angeordnet, die die zweite Flüssigkeit erwärmt. Weiterhin ist die zweite Flüssigkeit ein Flüssigmetall. Durch die Erwärmung des Flüssigmetalls wird eine konstante Fluidität des Flüssigmetalls gewährleistet. Flüssigmetall weist eine gute Fließeigenschaft auf. Auch wird nach längerem Stillstand oder in verschiedenen Lagen des adaptiven Röntgenfilters eine Sedimentation vermieden. Als Flüssigmetall kann eine Legierung wie beispielsweise Galinstan verwendet werden, das als ungiftig gilt und bereits in Anwendungen wie z. B. in einem Thermometer eingesetzt wird.
In einer weiteren Ausführungsform kann das adaptive Röntgenfilter ein Gehäuse umfassen, in dem die erste und die zweite Kammer ausgebildet sind.
Weiterhin kann die Erwärmungsvorrichtung eine Heizvorrichtung umfassen, die in der 2. Kammer ausgebildet ist. Beispielsweise kann eine Heizvorrichtung, bestehend aus einer Heizwendel und einem Thermostaten, gewählt werden.
In einer vorteilhaften Ausprägung kann das adaptive Röntgenfilter eine Elektrodenmatrix umfassen, die ein elektrisches oder ein magnetisches Feld auf die erste Flüssigkeit aufbringt. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die Viskosität der Flüssigkeit verändert, wodurch die sich zwischen der ersten und zweiten Kammer befindliche Membran verstellt wird. Durch Verstellung der Membran ist das Dickenverhältnis der in den beiden Kammern befindlichen ersten und zweiten Flüssigkeiten einstellbar, wodurch die lokale Intensität der Röntgenstrahlung verändert werden kann.
Des Weiteren kann das adaptive Filter eine Pumpvorrichtung umfassen, durch die das Verhältnis des Druckes in zumindest einer Kammer veränderbar ist. Durch Einstellung des Druckes wird die Membran gezielt verstellt und damit in vorteilhafter Weise das Dickenverhältnis der in den beiden Kammern befindlichen ersten und zweiten Flüssigkeiten verändert, wodurch die lokale Intensität der Röntgenstrahlung veränderbar ist.
Vorteilhaft kann die Heizvorrichtung eine Heizwendel und einen Thermostaten umfassen.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen
1: das Funktionsprinzip eines adaptiven Röntgenfilters,
2: einen Querschnitt durch ein adaptives Röntgenfilter mit einer Elektrodenmatrix, und
3: einen Querschnitt durch ein adaptives Röntgenfilter mit einer Pumpeinheit.
1 zeigt das Funktionsprinzip eines adaptiven Röntgenfilters. Durch ein adaptives Röntgenfilter 1 erfolgt eine ortsabhängige Schwächung einer Röntgenstrahlung 2. Von einer Röntgenquelle 3 wird die Röntgenstrahlung 2 erzeugt, durchdringt zunächst das erfindungsgemäße adaptive Röntgenfilter 1 sowie anschließend einen Patienten 4 und wird schließlich von einem Röntgendetektor 5 gemessen. Mit einer Steuereinheit 6 wird die örtliche Schwächung der Röntgenstrahlung 2 durch das adaptive Röntgenfilter 1 gesteuert.
Das Intensitätsprofil 7 der Röntgenstrahlung 2 vor dem adaptiven Filter 1 ist in der 1 rechts oben schematisch dargestellt. Über der Achse x, die den Ort angibt, ist die Intensität y dargestellt. Zu sehen ist ein nahezu gleichmäßiger Verlauf der Intensität y. In der 1 rechts unten ist das Intensitätsprofil 8 der Röntgenstrahlung 2 nach dem Durchtritt durch das adpative Röntgenfilter 1 schematisch dargestellt. Deutlich zu sehen ist die durch das adaptive Röntgenfilter 1 bedingte Änderung der örtlichen Intensität y anhand der Form des Intensitätsprofils 8.
2 zeigt einen Querschnitt durch ein adaptives Röntgenfilter mit einer Elektrodenmatrix. Der adaptive Röntgenfilter 1 besteht aus einem Gehäuse 9, welches mittels einer flexiblen Membran 10 in eine erste Kammer 11 und eine zweite Kammern 12 getrennt ist. Jede der Kammern 11, 12 verfügt über einen Zu- bzw. Abfluss 13, 14, über welche die in den Kammern 11, 12 befindlichen Flüssigkeiten 15, 16 zu- bzw. abführbar sind. Bei der ersten Flüssigkeit 15 handelt es sich um eine magneto-rheologischen oder elektro-rheologischen Flüssigkeit, bei der zweiten Flüssigkeit 16 um ein Flüssigmetall. Als Flüssigmetall kann eine Legierung wie beispielsweise Galinstan verwendet werden, das als ungiftig gilt und bereits in Anwendungen wie z. B. in einem Thermometer eingesetzt wird.
Jeder Zu- oder Abfluss 13, 14 kommuniziert mit einem nicht gezeigten Reservoir für die jeweilige Flüssigkeit 15, 16, um diese nach- oder abzuführen. Zumindest in die vom Zu- bzw. Abfluss 13 abgehende Leitung ist eine nicht gezeigte Flüssigkeitspumpe zur Beaufschlagung der in der ersten Kammer 11 befindlichen ersten Flüssigkeit 15 mit einem Mindestdruck vorgesehen. Der adaptive Röntgenfilter 1 umfasst ferner eine Reihe oberer Elektroden 17a, 18a, 19a, 20a, die in der ersten Kammer 11 angeordnet sind, sowie eine gleichermaßen geformte Reihe unterer Elektroden 17b, 18b, 19b, 20b, die in der zweiten Kammer 12 deckungsgleich zu den oberen Elektroden 17a, 18a, 19a, 20a angeordnet sind. Die Elektroden 17a, 18a, 19a, 20a sind separat mit Spannung beaufschlagbar, so dass sich über die jeweils beaufschlagten oberen Elektroden 17a, 18a, 19a, 20a und die untere Elektroden 17b, 18b, 19b, 20b ein elektrisches Feld einstellt, das in seiner Lage von der Form der jeweiligen oberen Elektrode bestimmt wird. Die jeweiligen Elektroden 17a, 18a, 19, 20a sind voneinander beabstandet und voneinander isoliert. Zudem sind Zwischenräume zwischen ihnen vorgesehen, so dass hierdurch die jeweilige Kammerflüssigkeit 15, 16 zirkulieren kann. Die oberen und unteren Elektroden 17a, 18a, 19a, 20a, 17b, 18b, 19b, 20b bilden zusammen eine Elektrodenmatrix.
Weiterhin ist in dem adaptiven Röntgenfilter 1 eine Erwärmungsvorrichtung 21 angeordnet, die beispielsweise eine nicht gezeigte Heizwendel und einen Thermostaten umfasst. Dabei darf die Heizwendel sich nicht innerhalb der von der Röntgenstrahlung 2 durchstrahlten Fläche befinden, da sie sonst auf einem erstellten Röntgenbild abgebildet werden würde. Über die Erwärmungsvorrichtung 21 wird die zweite Flüssigkeit 16 erwärmt. Durch die Erwärmung des Flüssigmetalls 16 wird eine konstante Fluidität des Flüssigmetalls 16 gewährleistet. Über das auf die erste Flüssigkeit 15 aufgebrachte elektrische oder magnetische Feld wird die Viskosität der ersten Flüssigkeit 15 verändert. Dadurch wird, wenn zugleich ein entsprechender Druck auf die zweite Flüssigkeit 16 aufgebracht wird, die sich zwischen der ersten und zweiten Kammer 11, 12 befindliche Membran 10 verstellt. Durch Verstellung der Membran 10 ist das Dickenverhältnis der in den beiden Kammern 11, 12 befindlichen ersten 15 und zweiten Flüssigkeit 16 einstellbar, wodurch die lokale Intensität der Röntgenstrahlung 2 verändert werden kann.
3 zeigt einen Querschnitt durch ein adaptives Röntgenfilter mit einer Pumpeinheit. Der adaptive Röntgenfilter 1 besteht aus einem Gehäuse 9, welches mittels einer flexiblen Membran 10 in eine erste Kammer 11 und eine zweite Kammern 12 getrennt ist. Jede der Kammern 11, 12 verfügt über einen Zu- bzw. Abfluss 13, 14, über welche die in den Kammern befindlichen Flüssigkeiten 15, 16 zu- bzw. abführbar sind. Bei der ersten Flüssigkeit 15 handelt es sich um eine eine Röntgenstrahlung nicht absorbierende Flüssigkeit, bei der zweiten Flüssigkeit 16 um ein Flüssigmetall oder eine kolloidale Lösung mit ausgesuchten chemischen Elementen. Über eine Pumpvorrichtung 22 mit einer nicht dargestellten Druckausgleichsvorrichtung werden die Zu- und Abflüsse 13, 14 aus einem bzw. in ein nicht gezeigtes Reservoir für die jeweilige Flüssigkeit 15, 16 gesteuert, um diese nach- oder abzuführen. Über die Pumpvorrichtung 22 wird weiterhin zumindest für eine der beiden Kammern 11, 12 der Druck der jeweiligen Flüssigkeit 15, 16 geregelt, wobei auch ein Mindestdruck beaufschlagbar ist. Weiterhin ist in dem adaptiven Röntgenfilter 1 eine Erwärmungsvorrichtung 21 angeordnet, die beispielsweise eine nicht gezeigte Heizwendel und einen Thermostaten umfasst. Durch die Erwärmung des Flüssigmetalls 16 wird eine konstante Fluidität des Flüssigmetalls 16 gewährleistet. Durch Einstellung des Druckes über die Pumpvorrichtung 22 in zumindest einer der beiden Kammern 11, 12 wird die Membran 10 gezielt verstellt und damit das Dickenverhältnis der in den beiden Kammern 11, 12 befindlichen ersten und zweiten Flüssigkeiten 15, 16 verändert, wodurch die lokale Intensität der Röntgenstrahlung 2 oder die Charakteristik (Herausfiltern weicher Strahlung) veränderbar ist. Weiterhin kann über die Pumpvorrichtung 22 mit der nicht gezeigten Druckausgleichsvorrichtung das Dickenverhältnis der Flüssigkeiten 15 und 16 erfasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Adaptives Röntgenfilter
2: Röntgenstrahlung
3: Röntgenquelle
4: Patient
5: Röntgendetektor
6: Steuereinheit
7: Intensitätsprofil der Röntgenstrahlung 2 vor dem adaptiven Röntgenfilter 1
8: Intensitätsprofil der Röntgenstrahlung 2 nach dem adaptiven Röntgenfilter 1
9: Gehäuse
10: Membran
11: erste Kammer
12: zweite Kammer
13: Zu-/Abfluss
14: Zu-/Abfluss
15: erste Flüssigkeit
16: zweite Flüssigkeit
17a: obere Elektrode
17b: untere Elektrode
18a: obere Elektrode
18b: untere Elektrode
19a: obere Elektrode
19b: untere Elektrode
20a: obere Elektrode
20b: untere Elektrode
21: Erwärmungsvorrichtung
22: Pumpvorrichtung

Claims

Adaptives Röntgenfilter (1) zur Veränderung der lokalen Intensität einer Röntgenstrahlung (2) mit: – einer ersten Kammer (11) mit einer magneto-rheologischen oder elektro-rheologischen ersten Flüssigkeit (15), – einer zweiten Kammer (12) mit einer eine Röntgenstrahlung absorbierenden zweiten Flüssigkeit (16), und – mit einer flexiblen Membran (10), die die erste Kammer (11) von der zweiten Kammer (12) trennt und durch die das Schichtdickenverhältnis der ersten und der zweiten Flüssigkeit (15, 16) veränderbar ist, gekennzeichnet durch: – eine Erwärmungsvorrichtung (21), die die zweite Flüssigkeit (16) erwärmt und – ein Flüssigmetall als zweite Flüssigkeit (16).
Adaptives Röntgenfilter (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: ein Gehäuse (9), in dem die erste (11) und die zweite Kammer (12) ausgebildet sind.
Adaptives Röntgenfilter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungsvorrichtung (21) eine Heizvorrichtung umfasst, die in der zweiten Kammer (12) ausgebildet ist.
Adaptives Röntgenfilter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch: eine Elektrodenmatrix (17a, 17b, 18a, 18b, 19a, 19b, 20a, 20b), die ein elektrisches oder ein magnetisches Feld auf die erste Flüssigkeit (15) aufbringt.
Adaptives Röntgenfilter (1) nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch: eine Pumpvorrichtung (22), durch die das Verhältnis des Druckes in zumindest einer der beiden Kammern (11, 12) veränderbar ist.
Adaptives Röntgenfilter (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung eine Heizwendel und einen Thermostaten umfasst.