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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur reversiblen Änderung des Fokusabstands eines Streustrahlenrasters für Röntgenstrahlung und ein zugehöriges Verfahren zum Einstellen eines Fokusabstands eines Streustrahlenrasters.
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Hintergrund der Erfindung
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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 der Röntgenstrahlung einer annähernd punktförmigen Röntgenquelle durchleuchtet. Die Schwächungsverteilung der Röntgenstrahlung auf der der Röntgenquelle gegenüberliegenden Seite des Objektes wird zweidimensional erfasst. Auch eine zeilenweise Erfassung der durch das Objekt geschwächten Röntgenstrahlung kann beispielsweise bei der Computertomographie vorgenommen werden.
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Als Röntgendetektoren kommen neben Röntgenfilmen und Gasdetektoren zunehmend Festkörperdetektoren zum Einsatz, die in der Regel eine matrixförmige Anordnung opto-elektronischer 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 auf den Detektor auftreffen. Diese Streustrahlen, die in Abhängigkeit von den 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 sogenannte 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, das heißt dem Abstand zum Fokus (Brennfleck) 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 unter anderem 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.
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Für die Herstellung von Streustrahlenrastern für Röntgenstrahlung gibt es verschiedene Techniken und entsprechende Ausführungsformen. So sind beispielsweise in der Offenlegungsschrift
DE 102 41 424 A1 diverse Herstellungsverfahren und Ausbildungen von Streustrahlenrastern beschrieben. Beispielsweise sind lamellenartige Streustrahlenraster bekannt, die aus Blei- und Papier-Streifen (= Lamellen) gelegt werden. Die Bleistreifen dienen der Absorption der Sekundärstrahlung, während die zwischen den Bleistreifen liegenden Papierlamellen die Durchgangsschlitze für die Primärstrahlung bilden. Alternativ kann statt Papier auch Aluminium verwendet werden, wodurch die Kosten des Herstellungsprozess geringer werden.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2011 080 608 A1 ist bekannt, zur Herstellung eines Streustrahlenrasters Streifen (= Lamellen) aus Laminat zu verwenden. Als Laminat wird ein Werkstoff oder ein Produkt bezeichnet, das aus zwei oder mehreren flächig miteinander verklebten Schichten besteht. Diese Schichten können aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen. Die Schichten sind Aluminium, Kunststoff oder Papier und Blei. Durch Stapeln und Pressen bzw. Zusammenfügen von Laminat-Streifen entsteht das Röntgenstreustrahlenraster.
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Streustrahlenraster besitzen durch ihren inneren Aufbau einen vorgegebenen Anwendungsbereich bezüglich des Fokusabstandes, innerhalb dessen sie anwendbar sind. Um den Fokusabstand zu variieren, ist aus der Patentschrift
EP 1 499 240 B1 eine Gitterhalteeinrichtung für ein medizinisches Röntgen-Diagnose-System bekannt, wobei die Einrichtung ausgebildet ist, um mit einem flexiblen, plattenförmigen Röntgengitter zusammenzuwirken, das in einem flachen Zustand einen ersten Konvergenzabstand aufweist, und wobei die Einrichtung ein Biegemittel zum Biegen des Röntgengitters umfasst, um den Konvergenzabstand des Röntgengitters einzustellen. Das Biegemittel umfasst ein Mittel zum Biegen des Röntgengitters in eine erste Richtung aus dem flachen Zustand in eine erste vorbestimmte gebogene Position, in der das Gitter einen zweiten Konvergenzabstand aufweist.
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Diese Ausführungsform hat jedoch den Nachteil, dass das Raster dazu aus der Ebene gebeugt werden muss, wodurch ein vergrößerter Abstand zwischen dem Aufnahmeobjekt und dem Detektor erforderlich wird. Dieser vergrößerte Abstand führt zu einer vergrößerten Abbildung und damit verbunden zu Abbildungsunschärfen.
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Aus der Patentschrift
US 4 597 096 A ist ein Streustrahlenraster mit gestapelten Lamellen und mit einem dehnbaren Fokussiermittel bekannt. Durch an das Streustrahlenraster angreifende Einstellelemente wird durch Krümmung des Fokussiermittels der Fokus des Streustrahlenrasters verändert.
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Die Offenlegungsschrift
DE 101 36 795 A1 zeigt ein Streustrahlenraster, das zur Veränderung des Fokus gebogen werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil zu vermeiden und ein verbessertes Streustrahlenraster für Röntgenstrahlung mit einem variablen Fokusabstand, eine Anordnung mit einem Streustrahlenraster und ein zugehöriges Verfahren anzugeben.
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Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit dem Streustrahlenraster, der Anordnung und dem Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die grundlegende Idee der Erfindung besteht darin, ein aus Lamellen aufgebautes Streustrahlenraster durch Dehnen einer Folie, mit der die Lamellen verbunden, beispielsweise verklebt, sind, an den erforderlichen Fokusabstand der Röntgenaufnahme anzupassen. Durch das Dehnen der Folie in nur einer Ebene parallel zur Deckplatte wird die Ausrichtung der Lamellen verändert. Dadurch kann der Fokus von unendlich (beim Parallelraster) bis hin zu kleinen Fokusabständen (üblich sind Fokusabstände von minimal 50 cm) eingestellt werden. Ein Sensor oder eine Mechanik kann den Fokusabstand der Röntgenröhre liefern und der Raster kann durch Anlegen einer Zugkraft an die Folie mit einer Dehnung der Folie reagieren.
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Die Erfindung beansprucht eine Anordnung zur reversiblen Änderung des Fokusabstands eines Streustrahlenrasters für Röntgenstrahlung, gebildet aus abwechselnd gestapelten für die Röntgenstrahlung transparenten ersten Lamellen und die Röntgenstrahlung absorbierenden zweiten Lamellen. Die Anordnung umfasst des Weiteren eine für die Röntgenstrahlung transparente Deckplatte, mit der die ersten und zweiten Lamellen in Stapelrichtung fest verbunden sind, und ein der Deckplatte gegenüberliegendes, für die Röntgenstrahlung transparentes, flächiges und reversibel dehnbares, parallel zur Deckplatte angeordnetes Fokussiermittel, auf dem die ersten und zweiten Lamellen in Stapelrichtung angeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Lamellen mit dem Fokussiermittel in Wirkverbindung stehen. Die Anordnung weist des Weiteren mindesten ein mechanisches Einstellelement auf, das mindestens eine Zugkraft nur an das Fokussiermitel anlegt, wobei das Fokussiermittel nur parallel zur Deckplatte in einer Ebene gedehnt wird, und wobei bei der Dehnung des Fokussiermittels die ersten und zweiten Lamellen ihre Fokusausrichtung verändern, wodurch ein Fokusabstand einstellbar ist.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, das Raster durch mechanische Einstellung innerhalb einer Ebene auf verschiedene Fokusabstände reversibel einzurichten, so dass der Fokusabstand des Rasters je nach Anforderung der Röntgenaufnahme variabel einstellbar ist.
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In einer Weiterbildung kann das Fokussiermittel aus einer dehnbaren, elastischen Kunststofffolie gebildet sein.
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In einer weiteren Ausführungsform können die ersten und zweiten Lamellen mit dem Fokussiermittel verklebt sein.
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In einer weiteren Ausbildung kann die Deckplatte aus Aluminium oder CFK gebildet sein.
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Bevorzugt können die ersten Lamellen länger als die zweiten Lamellen sein, wobei die ersten Lamellen in Bezug auf die zweiten Lamellen einen Überstand bilden.
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Die Erfindung beansprucht außerdem ein Verfahren zum Einstellen eines Fokusabstands eines erfindungsgemäßen Streustrahlenrasters, wobei mindestens eine Zugkraft nur in Stapelrichtung auf das Fokussiermittel aufgebracht wird, wodurch das Fokussiermittel parallel zur Deckplatte in einer Ebene gedehnt wird und die ersten und zweiten Lamellen ihre Ausrichtung verändern.
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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: einen Streustrahlenraster im Querschnitt mit Dehnung des Fokussiermittels,
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2: einen Streustrahlenraster im Querschnitt mit Dezentrierung,
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3: eine Anordnung einer Röntgenröhre mit einem Streustrahlenraster und
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4: gestapelte erste und zweite Lamellen im Querschnitt mit einem Überstand der ersten Lamellen.
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Detaillierte Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
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1 zeigt einen Querschnitt durch ein Streustrahlenraster 1 mit gestapelten ersten und zweiten Lamellen 2, 3. Die ersten Lamellen 2 bestehen aus einem für eine Röntgenstrahlung im Wesentlichen transparenten Material. Die zweiten Lamellen 3 bestehen aus einem für eine Röntgenstrahlung im Wesentlichen undurchlässigen Material. Die ersten und zweiten Lamellen 2, 3 sind abwechseln gestapelt und können miteinander verklebt sein. Die ersten Lamellen 2 bestehen aus einem gummielastischen Kunststoff. Die zweiten Lamellen 3 bestehen aus Blei.
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Parallel zur Stapelrichtung 9 ist eine Deckplatte 4 angeordnet, mit der die ersten und zweiten Lamellen 2, 3 mit ihren ersten Enden 10 fest verklebt sind. Auf der der Deckplatte 4 gegenüberliegenden Seite des Streustrahlenrasters 1 ist ein reversibel dehnbares Fokussiermittel 5, beispielsweise eine gummielastische Kunststofffolie, angeordnet. Das Fokussiermittel 5 ist mit den zweiten Enden 11 der ersten und zweiten Lamellen 2, 3 fest verklebt.
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1 zeigt in der oberen Bildhälfte das Streustrahlenraster 1 mit ungedehnter Folie 5 und einem unendlichen Fokusabstand 12. In der unteren Bildhälfte ist ein fokussierter Streustrahlenraster 1 zu sehen, bei dem durch Aufbringen von gegengleichen Zugkräften F in der Ebene der Folie 1 die Folie 5 gedehnt wird, wodurch sich eine Ausrichtung der ersten und zweiten Lamellen 2, 3 hin auf einen endlichen Fokusabstand 12 ergibt. Durch die Dehnung der Folie 5 werden die zweiten Enden der ersten Lamellen 2 „verbreitert”, was wegen des gummielastischen Materials einfach möglich ist. Um eine Dehnung der Folie 5 auf die ersten und zweiten Lamellen 2, 3 übertragen zu können, müssen diese mit der Folie 5 in Wirkverbindung stehen.
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2 zeigt einen Streustrahlenraster 1 im Querschnitt mit einer Dezentrierung des Fokus. Das Streustrahlenraster 1 umfasst gestapelte erste und zweite Lamellen 2, 3. Die ersten Lamellen 2 bestehen aus einem für eine Röntgenstrahlung im Wesentlichen transparenten Material. Die zweiten Lamellen 3 bestehen aus einem für eine Röntgenstrahlung im Wesentlichen undurchlässigen Material. Die ersten und zweiten Lamellen 2, 3 sind abwechseln gestapelt und können miteinander verklebt sein. Die ersten Lamellen 2 bestehen aus einem gummielastischen Kunststoff. Die zweiten Lamellen 3 bestehen aus Blei.
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Parallel zur Stapelrichtung 9 ist eine Deckplatte 4 angeordnet, mit der die ersten und zweiten Lamellen 2, 3 mit ihren ersten Enden 10 fest verklebt sind. Auf der der Deckplatte 4 gegenüberliegenden Seite des Streustrahlenrasters 1 ist ein reversibel dehnbares Fokussiermittel 5, beispielsweise eine gummielastische Kunststofffolie, angeordnet. Die zweiten Enden 11 der ersten und zweiten Lamellen 2, 3 sind mit der Folie 5 fest verklebt.
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2 zeigt in der oberen Bildhälfte das Streustrahlenraster 1 mit einem dezentrierten Fokus, bei dem die Folie 5 nicht gedehnt, sondern durch die angreifenden Zugkräfte F in der Ebene der Folie 1 die Folie nach links in Stapelrichtung 9 bewegt. Dadurch werden die ersten und zweiten Lamellen 2, 3 nach links verkippt. In der unteren Bildhälfte der 2 greifen die Zugkräfte F in gegengesetzter Richtung an, wodurch die ersten und zweiten Lamellen 2, 3 nach rechts gekippt werden und dadurch das Streustrahlenraster 1 ebenfalls dezentrieren. In beiden Fällen wird die Folie 1 translatorisch verschoben und nicht gedehnt.
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3 zeigt eine Anordnung einer Röntgenröhre 7 mit einem Streustrahlenraster 1 im Strahlengang der Röntgenstrahlung 8 der Röntgenröhre 7. Die Folie 5 des Streustrahlenrasters 1 ist gemäß 1 gedehnt und bildet somit einen Fokusabstand 12. Im Brennpunkt des Streustrahlenrasters 1 befindet sich die nicht dargestellte Anode der Röntgenröhre 7. Mittels mechanischer Einstellelemente 6 wird die Folie 5 entsprechend des vorgegebenen Fokusabstands 12 derart gedehnt, dass die ersten und zweiten Lamellen 2, 3 des Streustrahlenrasters 1 in Richtung der Anode ausgerichtet sind. Die Einstellelemente 6 können mechanisch über den Abstand der Röntgenröhre 7 zum Raster 1 bedient oder mittels nicht dargestellter Sensoren gesteuert werden.
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Die parallel stehenden Lamellen sind einzelne zweite Lamellen 3 aus einem im Wesentlichen die Röntgenstrahlung 8 absorbierenden Materials (z. B. Bleifolie, Wolframfolie, Tantalfolie oder eines anderen Schwermetalls oder schwermetallhaltigen Polymers), die im Wechsel mit den ersten Lamellen 2 aus einem im Wesentlichen für die Röntgenstrahlung 8 transparenten Material (z. B. Kunststofffolie, Fasermaterial, Papier) angeordnet sind.
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Auch können die ersten und zweiten Lamellen 2, 3 miteinander verbunden, das heißt zusammenkaschiert sein, so dass ein Streifen aus einer Röntgenstrahlung absorbierenden zweiten und einer für Röntgenstrahlung transparenten ersten Lamelle 2, 3 besteht. Es ist ebenso möglich, dass mehrere Lagen solcher Lamellenpaare wiederum miteinander zusammenkaschiert sind. Die Stabilität und Handhabbarkeit der Streifen kann dadurch positiv beeinflusst werden.
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Es können auch symmetrische Abfolgen von Lamellen gewählt werden, so dass ein Streifen aus einer Röntgenstrahlung absorbierenden zweiten Lamelle 3, aus einer für Röntgenstrahlung transparenten ersten Lamelle 2 und wiederum aus einer Röntgenstrahlung absorbierenden zweiten Lamelle 3 besteht. Symmetrisch aufgebaute Streifen haben weniger Verzug, da die inneren Spannungen ausgeglichen werden.
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Das Streustrahlenraster 1 kann auch um 180° gedreht eingebaut werden, wodurch die Folie 5 oben zu liegen kommt. Das heißt, die Deckplatte 4 befindet sich weiter von der Röntgenröhre 7 entfernt als die Folie 5. Die Deckplatte 4 bildet somit eine Grundplatte. Auch alle anderen denkbaren Ausrichtungen des Streustrahlenrasters 1 sind möglich.
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4 zeigt gestapelte erste und zweite Lamellen 2, 3 eines Streustrahlenrasters im Querschnitt mit einem Überstand der ersten Lamellen 2. Durch überstehende erste Lamellen 2 aus einem für Röntgenstrahlung transparenten Material kann vermieden werden, dass Deformationen an den Klebestellen im Röntgenbild wirksam werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Streustrahlenraster
- 2
- erste Lamelle
- 3
- zweite Lamelle
- 4
- Deckplatte/Grundplatte
- 5
- Fokussiermittel/Folie
- 6
- mechanisches Einstellelement
- 7
- Röntgenröhre
- 8
- Röntgenstrahlung
- 9
- Stapelrichtung
- 10
- erstes Ende der ersten und zweiten Lamellen 2, 3
- 11
- zweites Ende der ersten und zweiten Lamellen 2, 3
- 12
- Fokusabstand
- F
- Zugkraft
