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Die Erfindung betrifft ein adaptives Bow-Tie-Röntgenfilter mit einer eine Röntgenstrahlung absorbierenden Flüssigkeit zur Veränderung der lokalen Intensität der Röntgenstrahlung und ein zugehöriges Verfahren.
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In Röntgenanlagen wird durch eine Röntgenquelle eine Röntgenstrahlung erzeugt und auf einen zu untersuchenden Patienten gerichtet. Die Röntgenstrahlung durchdringt den menschlichen Körper, wird dabei abgeschwächt und anschließend von einem Röntgendetektor detektiert. Die Intensität des vom Röntgendetektor empfangenen Röntgenstrahlenbündels ist abhängig vom Umfang der Abschwächung der Röntgenstrahlen. Bei der Röntgenbildgebung ist die Strahlendosis, der der Patient ausgesetzt ist, von großer Bedeutung. Es gilt, eine Balance zu finden zwischen der Höhe der Dosis und der zu erzielenden Qualität der Röntgenbildaufnahme, da eine höhere Strahlendosis in einem höheren signal-to-noise-ratio (SNR-Ratio) und somit zu einer verbesserten Bildqualität führt. Auf der anderen Seite ist die Strahlendosis, der der Patient ausgesetzt ist, zu begrenzen, um das Risiko einer Strahlenschädigung beim Patienten so klein wie möglich zu halten. Die Bildqualität ist unmittelbar beeinflusst von dem Ausmaß der Dämpfung und daher von der Leibesdicke des Patienten. Aufgrund der unterschiedlichen Leibesdicke der Patienten entsteht als weiteres Problem, die Scan-Parameter für eine optimale Bildqualität bei gleichzeitiger minimaler Strahlenbelastung des Patienten einzustellen. Dies ist insbesondere schwierig für eine Röntgenbildgebung, bei der tomographische Bilder verwendet werden, bei denen jede Projektion in einem gesamten Scan eine unterschiedliche Perspektive einer Röntgenbestrahlung für den Patienten bedeutet. Hier wird es sehr schwierig, für jede Projektion die Strahlendosis optimal einzustellen. Dies würde jedoch sehr wünschenswert sein. Wie bereits ausgeführt, ist der auf dem Detektorfeld einfallende Röntgenstrahlungsfluss abhängig von dem Umfang der Dämpfung. Ein anderes Problem entsteht an dem Punkt, wo der Detektor einen Röntgenstrahlenfluss nach seitlicher Durchdringung des Patienten empfängt. Bei medizinischen Untersuchungen wird das Röntgensystem so eingestellt, dass die Anzahl der Photonen im Zentrum der Röntgenstrahlung ausreichend ist, um ein Bild von guter Qualität bei niedrigen Rauschwerten zu erstellen. Die Photonen, die sich außerhalb des Bildvolumens befinden, tragen nicht zur Bildgebung bei. Ziel ist, den unnötigen Photonenfluss außerhalb des Bildvolumens zu reduzieren besonders dann, wenn Detektoren verwendet werden, die schon bei niedrigem Photonenfluss in die Sättigung gehen.
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Zur Schwächung von Röntgenstrahlung werden Filter eingesetzt. Eine spezielle Röntgenfilterform sind sogenannte Formfilter, auch Bow-Tie-Röntgenfilter genannt, die vor allem in der Computertomographie, aber auch in anderen Röntgenanlagen Anwendung finden. Bow-Tie-Röntgenfilter bewirken ein inhomogenes Dosisprofil, das sich dem Körperprofil des zu untersuchenden Patienten besser anpasst. Dadurch wird aufgrund eines homogeneren Rauschverhältnisses die Bildqualität verbessert und die Patientendosis minimiert. Moderne Computertomographiegeräte verfügen mindestens über zwei verschiedene Formfilter, einen kleineren für den Kopfbereich und einen größeren für den Körperbereich.
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In der Schrift
US 6993 117 B2 wird ein Bow-Tie-Röntgenfilter mit einem blasenförmigen Behältnis, das mit einer eine Röntgenstrahlung absorbierenden Flüssigkeit füllbar ist, beschrieben. Das Behältnis ist in seiner Form veränderbar und ist zwischen einer Ober- und einer Unterplatte, die aus einem flexiblen, röntgenstrahlentransparenten Material bestehen, angeordnet. Mittels mehrerer Stäbe, die über der Oberplatte senkrecht bewegbar angeordnet und über eine Steuerungsvorrichtung steuerbar sind, können die Oberplatte und dadurch auch das blasenförmige Behältnis in ihrer Form verändert werden. Dadurch ist eine Modulation der Flüssigkeit in dem Behältnis möglich, wodurch das Absorptionsverhalten der Flüssigkeit lokal einstellbar ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein weiteres adaptives Bow-Tie-Röntgenfilter zur einfachen Veränderung der lokalen Intensität einer Röntgenstrahlung und ein zugehöriges Verfahren anzugeben.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beansprucht ein adaptives Bow-Tie-Röntgenfilter mit einer eine Röntgenstrahlung absorbierenden Flüssigkeit zur Veränderung der lokalen Intensität der Röntgenstrahlung. Das adaptive Bow-Tie-Röntgenfilter umfasst mindestens eine Pumpeinheit, durch die die Menge der Flüssigkeit derart steuerbar ist, dass die geometrische Form eines absorbierenden Volumens des adaptiven Bow-Tie-Röntgenfilters einstellbar ist. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass das Strahlungsfeld der Röntgenstrahlung einfach, präzise und schnell moduliert werden kann. Zudem ist es möglich, das Absorptionsverhalten der Flüssigkeit lokal an die zu untersuchende Körperregion eines Patienten optimal anzupassen. Dadurch wird die Strahlenbelastung für den Patienten reduziert, sowie die Qualität der erzeugten Röntgenbildaufnahmen erhöht.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das adaptive Bow-Tie-Röntgenfilter mehrere zur Richtung der Röntgenstrahlung senkrecht übereinander angeordnete Kammern umfassen, durch welche die Form des Filters herstellbar ist. Dabei sind die formgebenden Kammern durch mindestens jeweils eine Pumpeinheit unabhängig voneinander mit der Flüssigkeit befüllbar.
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Weiterhin können in vorteilhafter Weise in den Kammern Öffnungen ausgebildet sein, durch die der Zufluss und der Abfluss der Flüssigkeit erfolgt.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das adaptive Bow-Tie-Röntgenfilter ein Kissen umfassen, durch welches die Form des Filters herstellbar ist. An dem Filter ist ein feststehender erster Mittelsteg angeordnet, durch den die Schichtdicke der Flüssigkeit und damit die Absorptionslänge in der Mitte des Kissens festlegbar sind.
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In vorteilhafter Weise kann das Bow-Tie-Röntgenfilter eine flexible erste Platte als obere Begrenzungsfläche des Kissens umfassen. Mittels der flexiblen ersten Platte ist eine gezielte Definition der oberen Begrenzungsfläche des Kissens und damit der Intensitätsverteilung der Röntgenstrahlung möglich. Durch Erhöhung des Drucks auf die Flüssigkeit durch die Pumpeinheit vergrößert sich das im Röntgenstrahlengang befindliche Volumen der röntgenstrahlenabsorbierenden Flüssigkeit.
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Weiterhin kann das Kissen in einem starren Gehäuse mit einer Grundplatte angeordnet sein. Die Grundplatte kann dabei ebenflächig oder gewölbt ausgebildet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Bow-Tie-Röntgenfilter einen feststehenden zweiten Mittelsteg umfassen, durch den die Schichtdicke der Flüssigkeit in der Mitte des Kissens festlegbar ist.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Bow-Tie-Röntgenfilter eine flexible zweite Platte als untere Begrenzungsfläche des Kissens umfassen. Dadurch ist in vorteilhafter Weise eine symmetrische Form des Bow-Tie-Röntgenfilters herstellbar, indem zusätzlich zur Ausdehnung des Kissens nach oben eine symmetrische Ausdehnung des Kissens nach unten möglich ist.
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Die Erfindung beansprucht auch ein Verfahren zur Veränderung der lokalen Intensität einer Röntgenstrahlung mit einem adaptiven Bow-Tie-Röntgenfilter mit einer die Röntgenstrahlung absorbierenden Flüssigkeit. Dabei wird die Menge der Flüssigkeit durch mindestens eine Pumpeinheit derart gesteuert, dass die geometrische Form eines absorbierenden Volumens des Bow-Tie-Röntgenfilters einstellbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung kann ein voneinander unabhängiges Befüllen von mehreren Kammern, die zur Richtung der Röntgenstrahlung senkrecht übereinander angeordnet sind und über die die Form des Filters herstellbar ist, mit der Flüssigkeit erfolgen.
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Weiterhin kann vorteilhaft die Schichtdicke der Flüssigkeit in der Mitte eines die Form des Bow-Tie-Röntgenfilters gebenden flexiblen Kissens durch einen feststehenden ersten Mittelsteg festgelegt werden.
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Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
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Es zeigen:
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1: das Funktionsprinzip eines adaptiven Röntgenfilters,
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2: eine perspektivische Ansicht eines adaptiven Bow-Tie-Röntgenfilters mit mehreren Kammern,
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3: einen Querschnitt durch ein adaptives Bow-Tie-Röntgenfilter mit mehreren Kammern,
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4: eine perspektivische Ansicht eines flexiblen Kissens für ein adaptives Bow-Tie-Röntgenfilter,
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5: eine perspektivische Ansicht eines adaptiven Bow-Tie-Röntgenfilters mit einem flexiblen Kissen,
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6: eine perspektivische Ansicht eines adaptiven Bow-Tie-Röntgenfilters mit einem flexiblen Kissen in symmetrischer Ausführungsform, und
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7a, b: einen Querschnitt durch zwei Ausführungsformen einer flexiblen ersten oder zweiten Platte eines adaptiven Bow-Tie-Röntgenfilters.
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1 zeigt das Funktionsprinzip eines adaptiven Röntgenfilters. Durch ein adaptives Röntgenfilter 1 erfolgt eine ortsabhängige Schwächung einer Röntgenstrahlung 2, die von einer Röntgenquelle 3 erzeugt und ausgesendet wird. Die Röntgenstrahlung 2 durchdringt zunächst das adaptive Röntgenfilter 1, anschließend einen zu untersuchenden Patienten 4 und wird schließlich von einem Röntgendetektor 5 gemessen. Die örtliche Schwächung der Röntgenstrahlung 2 durch das adaptive Röntgenfilter 1 wird über eine Steuereinheit 6 gesteuert.
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Das Intensitätsprofil 7 der Röntgenstrahlung 2 vor dem adaptiven Röntgenfilter 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 adaptive Röntgenfilter 1 schematisch dargestellt. Anhand der Form des Intensitätsprofils 8 ist die durch das adaptive Röntgenfilter 1 bedingte Änderung der örtlichen Intensität y deutlich zu erkennen.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht eines adaptiven Bow-Tie-Röntgenfilters mit mehreren Kammern dargestellt. Ein adaptives Bow-Tie-Röntgenfilter 9 umfasst einen Filterkörper 10, der sich aus mehreren nicht dargestellte Kammern mit Öffnungen 11 zusammensetzt. Über nicht gezeigte Pumpeinheiten sind die Kammern mit einer eine Röntgenstrahlung absorbierenden Flüssigkeit befüllbar. Die Flüssigkeit besteht vorteilhaft aus einem Flüssigmetall oder einer Mischung von Metallen. Alternativ sind auch Flüssigkeiten, bestehend aus einer kolloidalen Lösung von absorbierenden Atomen oder Verbindungen einsetzbar. Da die Sedimentationsgeschwindigkeit umgekehrt proportional zur Viskosität ist, sind Flüssigkeiten mit einer hohen Viskosität besonders vorteilhaft. Durch die über die Pumpeinheiten steuerbare Menge der Flüssigkeit in den Kammern ist die geometrische Form des Bow-Tie-Röntgenfilters 9 einstellbar. Das Bow-Tie-Röntgenfilter 9 findet vor allem in der Computertomographie, aber auch in anderen Röntgenanlagen Anwendung.
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3 zeigt einen Querschnitt durch ein adaptives Bow-Tie-Röntgenfilter mit mehreren Kammern. Ein Bow-Tie-Röntgenfilter 9 mit einem Filterkörper 10 setzt sich mehreren Kammern 12, die senkrecht zur Richtung einer Röntgenstrahlung übereinander angeordnet sind, zusammen, die über Öffnungen 11 und über nicht gezeigte Pumpeinheiten unabhängig voneinander mit einer eine Röntgenstrahlung absorbierenden Flüssigkeit befüllbar sind. Durch die Pumpeinheiten können in den Kammern 12 individuelle Füllstände hergestellt werden, wodurch das Strahlungsfeld der Röntgenstrahlung modulierbar ist.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines flexiblen Kissens für ein adaptives Bow-Tie-Röntgenfilter. Ein Kissen 13 ist mit einer eine Röntgenstrahlung absorbierenden Flüssigkeit füllbar und umfasst eine Hülle aus einem flexiblen Material. Das Material der Hülle sollte eine Röntgenstrahlung im verwendeten Energiebereich nicht oder nur in geringem Umfang absorbieren, weitgehend gegen die verwendete Röntgenstrahlung resistent sein und somit zu keiner Versprödung führen, sowie gegenüber der verwendeten röntgenstrahlenabsorbierenden Flüssigkeit chemisch stabil sein und gute elastische Eigenschaften aufweisen. Durch Anordnung des Kissens 13 mittig unterhalb eines feststehenden ersten Mittelstegs 14 ist die Form des Kissens 13 variierbar. Durch den ersten Mittelsteg 14 ist die Schichtdicke der Flüssigkeit und damit die Absorptionslänge in der Mitte des Kissens 13 festgelegt. Bei Einbettung des Kissens in eine nicht gezeigte starre Gehäusekonstruktion kann durch Erhöhung des Drucks der Flüssigkeit im Kissen 13 eine Veränderung der Form des Kissens 13 bewirkt werden. In 4 sind eine erste 15a und eine zweite Kissenform 15b dargestellt. Die Kissenform 15a zeigt eine Füllung des Kissens 13 im normalen, nicht gedehnten Zustand und kann beispielsweise für Röntgenaufnahmen von größeren Untersuchungsobjekten gewählt werden. Die Kissenform 15b entsteht dadurch, dass bei erhöhtem Druck das Kissen 13 über seinen normalen, ungedehnten Zustand hinaus mit Flüssigkeit befüllt und dadurch das im Strahlengang der Röntgenstrahlung befindliche Volumen der röntgenstrahlenabsorbierenden Flüssigkeit erhöht wird. Dies führt zu einer Einengung des Strahlungsfeldes der Röntgenstrahlung und wird bevorzugt bei Röntgenaufnahmen von kleineren Untersuchungsobjekten verwendet.
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In 5 ist eine perspektivische Ansicht eines adaptiven Bow-Tie-Röntgenfilters mit einem flexiblen Kissen dargestellt. Ein Bow-Tie-Röntgenfilter 9 umfasst ein Kissen 13, dessen Hülle aus einem flexiblen Material besteht und das mit einer eine Röntgenstrahlung absorbierenden Flüssigkeit füllbar ist. Das Kissen 13 ist in ein starres Gehäuse 16 mit einer ebenflächigen Grundplatte 17 eingebettet. Alternativ zu einer ebenflächigen Grundplatte 17 ist auch eine Grundplatte 17 mit nach oben gewölbter Form einsetzbar. Über einen feststehenden ersten Mittelsteg 14 ist die Schichtdicke der Flüssigkeit und damit die Absorptionslänge in der Mitte des Kissens 13 festgelegt. Durch Erhöhung des Drucks auf die Flüssigkeit im Kissen 13 durch eine nicht gezeigte Pumpeinheit kann eine Veränderung der Form des Kissens 13 bewirkt werden. Zur gezielten Definition der oberen Begrenzungsfläche des Kissens 13 und damit zur Definition der Intensitätsverteilung im Fächerstrahl wird eine flexible erste Platte 18 eingesetzt. Das Bow-Tie-Röntgenfilter 9 findet vor allem in der Computertomographie, aber auch in anderen Röntgenanlagen Anwendung.
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6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines adaptiven Bow-Tie-Röntgenfilters mit einem flexiblen Kissen in symmetrischer Ausführungsform. Ein Bow-Tie-Röntgenfilter 9 umfasst ein mit einer röntgenstrahlenabsorbierenden Flüssigkeit füllbares Kissen 13, das in ein starres Gehäuse 16 eingebettet ist, von dem in 6 nur die Seitenwände dargestellt sind. Über einen feststehenden ersten 14 und einen feststehenden zweiten Mittelsteg 19 ist die Schichtdicke der Flüssigkeit und damit die Absorptionslänge in der Mitte des Kissens 13 festgelegt. Durch Erhöhung des Druckes auf die Flüssigkeit im Kissen 13 vergrößert sich das im Röntgenstrahlengang befindliche Volumen der röntgenstrahlenabsorbierenden Flüssigkeit. Dieser Effekt wird noch weiter dadurch verstärkt, dass sich das Kissen 13 bei zunehmendem Druck sowohl nach oben, als auch nach unten ausdehnt. Zur gezielten Definition der oberen und unteren Begrenzungsfläche des Kissens 13 werden eine flexible erste 18 und eine flexible zweite Platte 20 eingesetzt.
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In 7a und 7b ist ein Querschnitt durch zwei Ausführungsformen einer flexiblen ersten oder zweiten Platte eines adaptiven Bow-Tie-Röntgenfilters dargestellt. 7a zeigt eine Ausführungsform einer flexiblen ersten 18 oder zweiten Platte 20, die beispielsweise aus drei Teilplatten 21a, 21b, 21c aufgebaut ist, welche beispielsweise durch Laminierung zusammengefügt sind. Die flexiblen Platten 18, 20 sind im Mittelbereich dicker ausgeprägt als in den Randbereichen. Durch Einsatz der Teilplatten 21a, 21b, 21c wird erreicht, dass die Dicke der flexiblen Platten 18, 20 nicht kontinuierlich variiert. Dies ist von Vorteil, wenn die Absorptionsprofile nicht kontinuierlich einstellbar sein sollen.
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In 7b ist eine Ausführungsform einer flexiblen ersten 18 oder zweiten Platte 20 dargestellt, die im Mittelbereich dicker ausgeprägt sind als in den Randbereichen, deren Dicke jedoch kontinuierlich variiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Adaptives Röntgenfilter
- 2
- Röntgenstrahlung
- 3
- Röntgenquelle
- 4
- Patient
- 5
- Röntgendetektor
- 6
- Steuereinheit
- 7
- Intensitätsprofil Röntgenstrahlung vor Röntgenfilter
- 8
- Intensitätsprofil Röntgenstrahlung nach Röntgenfilter
- 9
- adaptives Bow-Tie-Röntgenfilter
- 10
- Filterkörper
- 11
- Öffnungen
- 12
- Kammern
- 13
- Kissen
- 14
- erster Mittelsteg
- 15a
- erste Kissenform
- 15b
- zweite Kissenform
- 16
- Gehäuse
- 17
- Grundplatte
- 18
- flexible erste Platte
- 19
- zweiter Mittelsteg
- 20
- flexible zweite Platte
- 21a, b, c
- Teilplatten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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