DE102017200762A1 - Streustrahlraster mit einem amorphen Material und dessen Verwendung bei einem Streustrahlenraster - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung gibt einen Streustrahlenraster für eine Röntgenbildgebung, aufweisend abwechselnd angeordnete Röntgenstrahlung durchlässige und Röntgenstrahlung absorbierende Schichten (1, 2), wobei die Röntgenstrahlung absorbierenden Schichten (2) aus einem amorphen Material gebildet sind.Die Erfindung gibt auch eine Verwendung eines amorphen Metalls für die Röntgenstrahlung absorbierenden Schichten (2) eines Streustrahlenrasters an.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft ein Streustrahlenraster (kurz: Raster) für die Röntgenbildgebung und die Verwendung eines amorphen Metalls für ein Streustrahlenraster.
- Hintergrund der Erfindung
- 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 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 bspw. in Computertomographie-Anlagen vorgenommen werden.
- 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.
- 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 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.
- 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, d. h. dem Abstand zum Fokus 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.
- Zur Erzielung einer optimalen 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.
- 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 gelegt werden. Die Bleistreifen dienen der Absorption der Sekundärstrahlung, während die zwischen den Bleistreifen liegenden Papierstreifen die Durchgangsschlitze für die Primärstrahlung bilden. Alternativ kann statt Papier auch Aluminium verwendet werden, wodurch die Kosten des Herstellungsprozess geringer werden. Das Papierraster nutzt als Spalt bzw. Fenster Papier mit einer geringen Dämpfung. Das Aluminiumraster verwendet Aluminium als Spalt oder Fenster mit einer gegenüber Papier deutlich höheren Dämpfung. - Bei der Herstellung von Streustrahlenrastern mit Bleifolien in Form von Bändern kommt es erfahrungsgemäß häufig zu materialbedingten Defekten, die eine hohe Fehlerquote verursachen bzw. besonders aufwändige Maßnahmen erfordern, um die Fehlerquote zu reduzieren. Bekannt sind Defekte an den geschnittenen Bandkanten, da die Bleifolien sehr weich und empfindlich sind. Außerdem kommt es zu Bandabrissen wegen der geringen mechanischen Festigkeit. Fehler (Lunker, Löcher) im Bandmaterial, insbesondere wenn die Banddicke < 25µm beträgt, treten auf. All diese Defekte führen unmittelbar zu einer Verschlechterung des Röntgenbilds bzw. zu Bildartefakten, da das Streustrahlenraster direkt im Strahlengang (zwischen Patient und Bildaufnahmesystem) positioniert wird.
- Um die empfindlichen Kanten des Bleibands vor einer mechanischer Belastung (z.B. beim Abwickeln bzw. Aufwickeln während der Kaschierung mit Trägerpapier) zu schützen, wird das dünne Bleiband in einer Breite eingesetzt, die fast doppelt so groß ist, wie sie später im Streustrahlenraster benötigt wird. Erst unmittelbar vor dem Einlegen der Bänder in den Rasterrahmen, wird das Bleiband auf die benötigte Breite geschnitten. Der Überstand ist Produktionsabfall und muss entsorgt werden.
- Für die Produktion der Streustrahlenraster wird Bleiband mit Papier kaschiert. Das Papier dient zum einen als Träger für das Bleiband und zum anderen hat es die Funktion, die Bleibänder auf den benötigten Abstand zu bringen, sodass Röntgenstrahlen zwischen den Bleibändern annähernd ungehindert durchtreten können. Aus der Breite der Bleibänder, deren Bandebenen in Richtung des Fokuspunkts der Röntgenröhre ausgerichtet sind, und der Dicke der dazwischen liegenden Papierlagen incl. Kleberdicke ergibt sich das so genannte Schachtverhältnis. Das Schachtverhältnis bezeichnet das Verhältnis von Spaltbreite zu höhe im Raster.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Streustrahlenraster und eine Verwendung bei einem Streustrahlenraster anzugeben, die eine Verbesserung gegenüber bekannten Ausführungen darstellen.
- Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit dem Streustrahlenraster und der Verwendung der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Erfindungsgemäß wird anstatt des Bleibands als absorbierendes Material eine dünne Folie (Band) aus einem amorphen Material, genauer ein metallisches Glas, verwendet. Derartige amorphe Materialien sind Legierungen aus Metallen mit Nichtmetallen. Dabei bewirkt der Einbau der in der Regel kleinen beweglichen Nichtmetallatome (sog Metalloide) zwischen den Metallatomen eine ungeordnete „glasartig amorphe“ Struktur.
- Eine rasche Abkühlung aus der Schmelze der Legierungen unterstützt zusätzlich die Bildung der amorphen Struktur. Besonders wirkungsvoll sind metallische Gläser mit einer hohen Dichte und mit Legierungsbestandteilen mit hoher Kernladungszahl (z.B. Pb, W, Mo etc.). Besonders vorteilhaft für die Verwendung in Streustrahlenrastern sind metallische Gläser in Bandform, wie sie beispielsweise durch die Rascherstarrung auf einer rotierenden Kupferwalze hergestellt werden können.
- Die Erfindung macht sich zunutze, dass amorphe Metalle relativ einfach als dünne Bänder (Dicke: 15-25 µm] hergestellt werden können, wobei durch geeignete Legierungsbestandteile (z.B. W, Mo, Pb, Pt) die Röntgenabsorption optimiert werden kann und die Materialien bedingt durch ihre amorphe Mikrostruktur ausgezeichnete mechanische Eigenschaften bezüglich Härte, E-Modul und Zugfestigkeit aufweisen.
- Insbesondre die Kombination dieser Eigenschaften macht das amorphe Material zu einem geeigneten Werkstoff für die Verwendung in Streustrahlenrastern mit hohen Liniendichten (Banddicken < 20 µm). Die Bänder sind als gespulte Rollen in Bandlängen bis 2000 m herstellbar. Sie weisen wenig bis keine Defekte auf. Kurzwellige Dickenschwankungen sind sehr klein, das sich die Bänder mit geeigneten Werkzeugen (beispielsweise Rollenscheren) leicht mechanisch bearbeiten lassen. Die Bänder sind zugfest und vergleichsweise unempfindlich gegen mechanische Belastungen.
- Störstellen (Spleiße, Dickenunregelmäßigkeiten, Löcher) sind in einen Streustrahlenraster nur in äußerst begrenztem Umfang tolerabel, da sie im Röntgenbild sichtbar würden und zu Fehlinterpretation bei der medizinischen Befunderhebung führen könnten. Die mechanische Qualität des verwendeten Absorbermaterials ist deshalb von ausschlaggebender Bedeutung bei der Herstellung von Streustrahlenrastern. Fehler werden oft erst bei einer abschließenden Qualitätskontrolle erkannt, wobei die Streustrahlenraster mit Röntgenstrahlen durchleuchtet werden. Bei einer 100 % Kontrolle wird nach Bildartefakten gesucht. Fehlerhafte Teile werden ausgemustert und können nicht repariert werden. Da Bleibänder von Natur aus sehr weich sind, reagieren sie auch empfindlich auf mechanische Beanspruchung, wie Knicken, Ziehen, etc.
- Die Erfindung beansprucht ein Streustrahlenraster für eine Röntgenbildgebung, aufweisend abwechselnd angeordnete Röntgenstrahlung durchlässige und Röntgenstrahlung absorbierende Schichten, wobei die Röntgenstrahlung absorbierenden Schichten aus einem amorphen Material gebildet sind.
- In einer Weiterbildung ist das amorphe Material ein amorphes Metall. Amorphe Metalle (auch als metallische Gläser bezeichnet) sind Metall- oder Metall-und-Nichtmetall-Legierungen, die auf atomarer Ebene keine kristalline, sondern eine amorphe Struktur aufweisen und trotzdem metallische Leitfähigkeit zeigen. Die für Metalle sehr ungewöhnliche amorphe Atomanordnung hat eine einzigartige Kombination physikalischer Eigenschaften zur Folge: Metallische Gläser sind im Allgemeinen härter, korrosionsbeständiger und fester als gewöhnliche Metalle. Die für die meisten Metalle charakteristische Verformbarkeit fehlt jedoch gewöhnlich.
- In einer weiteren Ausgestaltung ist das amorphe Metall Wolfram, Wismut, Molybdän, Blei oder Platin, eine Legierung daraus oder eine Legeirung mit andern Metallen und/oder Nichtmetallen.
- In einer weiteren Ausprägung ist das amorphe Material als Bandfolie ausgebildet.
- In einer Weiterbildung ist die Röntgenstrahlung durchlässige Schicht aus Papier gebildet.
- Die Erfindung beansprucht auch eine Verwendung eines amorphen Metalls für die Röntgenstrahlung absorbierenden Schichten eines Streustrahlenrasters bei der Herstellung eines Streustrahlenrasters.
- Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand einer schematischen Zeichnung ersichtlich.
- Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
- Die Zeichnung zeigt ein Streustrahlenraster mit abwechselnd gestapelten Röntgenstrahlung durchlässigen und Röntgenstrahlung absorbierenden Schichten
1 ,2 . Die Röntgenstrahlung absorbierende Schicht2 besteht aus einem amorphen Metall und die Röntgenstrahlung durchlässige Schicht aus Papier und einem Klebstoff. - Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann daraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Röntgenstrahlung durchlässige Schicht
- 2
- Röntgenstrahlung absorbierende Schicht
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10241424 A1 [0007]
Claims (6)
- Streustrahlenraster für eine Röntgenbildgebung, aufweisend abwechselnd angeordnete Röntgenstrahlung durchlässige und Röntgenstrahlung absorbierende Schichten (1, 2), dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenstrahlung absorbierenden Schichten (2) aus einem amorphen Material gebildet sind.
- Streustrahlenraster nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Material ein amorphes Metall ist. - Streustrahlenraster nach
Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Metall eine Legierung aus Wolfram, Wismut, Molybdän, Blei oder Platin mit anderen Metallen und/oder Nichtmetallen ist. - Streustrahlenraster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das amorphe Material als Bandfolie ausgebildet ist.
- Streustrahlenraster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röntgenstrahlung durchlässige Schicht (1) aus Papier gebildet ist.
- Verwendung eines amorphen Metalls für die Röntgenstrahlung absorbierenden Schichten (2) eines Streustrahlenrasters für die Herstellung eines Streustrahlenrasters.
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