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Die
Erfindung betrifft einen Streustrahlenraster oder einen Kollimator
zur Absorption von durch ein Objekt gestreuter Sekundärstrahlung,
umfassend einen Träger
mit einer Vielzahl von zueinander beabstandeten Absorptionselementen.
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In
der Röntgenbildtechnik
werden heutzutage hohe Anforderungen an die Bildqualität der Aufnahmen
gestellt. Bei diesen Aufnahmen, wie sie insbesondere bei der medizinischen
Röntgendiagnostik durchgeführt werden,
wird ein zu untersuchendes Objekt von Röntgenstrahlung einer annähernd punktförmigen Röntgenquelle
durchleuchtet und die Schwächungsverteilung
der Röntgenstrahlung
auf der der Röntgenquelle
gegenüberliegenden
Seite des Objekts zweidimensional erfasst. Daneben erfolgt bei einem
Computertomographen eine zeilenweise Erfassung der durch das Objekt
geschwächten Röntgenstrahlung.
Als Strahlungsdetektoren kommen zunehmend Festkörperdetektoren zum Einsatz, die
eine matrixförmige
Anordnung von Halbleiterelementen aufweisen, die als Empfänger wirken.
Die erhaltene Röntgenaufnahme
setzt sich aus einer Vielzahl einzelner Bildpunkte zusammen, wobei
jeder Bildpunkt idealerweise der Schwächung der Strahlung durch das
Objekt; auf einer geraden Achse von der Röntgenquelle zu dem dem jeweiligen
Bildpunkt entsprechenden Ort auf der Detektorfläche entspricht. Die Strahlung,
die auf dieser geraden Achse auf den Detektor trifft, wird als Primärstrahlung
bezeichnet.
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Während des
Durchtritts durch das Objekt kommt es jedoch zwangsläufig zu
Wechselwirkungen der Röntgenstrahlen
mit dem Objekt, was zu Streueffekten führt. Das heißt neben
den eigentlichen Primärstrahlen,
die ungestreut durch das Objekt treten, treten Sekundärstrahlen
auf, die von der geradlinigen Achse abweichend auf den Detektor
treffen. Diese Sekundärstrahlen,
die einen sehr hohen Anteil an der gesamten Signalaussteuerung des
Detektors ausmachen können,
stellen eine zu sätzliche
Rauschquelle dar und verringern die Erkennbarkeit feiner Kontrastunterschiede.
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Es
ist bekannt, zur Verringerung der auf den Detektor treffenden Streustrahlung
sogenannte Streustrahlenraster einzusetzen. Bekannte Streustrahlenraster
bestehen aus regelmäßig angeordneten
Strukturen, die Röntgenstrahlung
absorbieren und zwischen denen Durchgangskanäle oder Ähnliches für Primärstrahlung vorgesehen sind.
Dabei wird zwischen fokussierten Rastern und unfokussierten Rastern
unterschieden. Bei fokussierten Rastern sind die Durchgangskanäle und damit
die sie begrenzenden Absorptionsstrukturen auf den Fokus der Röntgenquelle
hin ausgerichtet, nicht so aber bei nicht fokussierten Rastern,
bei denen die Kanäle senkrecht
zur Oberfläche
stehen.
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Die
Funktionsweise eines Streustrahlenrasters ist derart, dass über die
absorbierenden Strukturen primär
die Sekundärstrahlung
und, bei nicht fokussierten Rastern, auch ein Teil der Primärstrahlung absorbiert
wird, also nicht zum eigentlichen, das Röntgenbild erzeugenden Strahlungsanteil
beitragend auf den Detektor trifft. Dabei ist stets Ziel, dass einerseits
die Streustrahlen möglichst
gut absorbiert werden, andererseits aber auch ein möglichst
hoher Anteil an Primärstrahlung
ungeschwächt
durch das Raster treten soll. Eine Verminderung des Streustrahlenanteils
lässt sich
durch ein hohes Schachtverhältnis,
also ein großes
Verhältnis
der Höhe
des Rasters zur Dicke bzw. dem Durchmesser der Durchgangskanäle erreichen.
Primär
durch die Dicke der zwischen den Kanälen liegenden absorbierenden Elementen
kann es jedoch zu Bildstörungen
durch Absorption eines Teils der Primärstrahlung kommen. Insbesondere
beim Einsatz des Rasters in Verbindung mit einem Matrix-Detektor
führt eine
Inhomogenität
des Rasters zur Bildstörung
durch die Abbildung des Rasters im Röntgenbild. Es besteht hier
die Gefahr, dass die Projektion der Strukturen der Detektorelemente
und der Streustrahlenras ter miteinander interferieren, wodurch störende Moiré-Erscheinungen auftreten
können.
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Diese
Probleme sind auch bei einem Raster wie er in der nachveröffentlichten
Patentanmeldung
DE
102 41 424 A1 beschrieben ist, gegeben. Dort ist ein neuartiger
Rastertyp im Vergleich mit den herkömmlichen Bleilamellen-Rastern
beschrieben. Herkömmliche
Bleilamellen-Raster sind sogenannte ”gelegte Raster”, bei denen
abwechselnd sehr dünne Bleilamellen
und zumeist aus Papier bestehende, quasi die Durchgangsschlitze
zwischen den Lamellen bildende und strahlungstransparente Elemente gelegt
werden. Diese Raster sind jedoch hinsichtlich der Präzision bei
der Herstellung limitiert und führen insbesondere
bei Festkörperdetektoren
zu Problemen. Anders der Raster aus
DE 102 41 424 A1 , der mittels einer Rapid
Prototyping Technik durch schichtweises Verfestigen eines Aufbaumaterials hergestellt
wird. Mit dieser Technik können
sehr feine und exakte Strukturen aufgebaut werden, die Grundlage
für die
Ausbildung der Absorptionsstruktur sind. Die derart hergestellte
Struktur wird nachfolgend sowohl an den Innenflächen der strukturseitig vorgesehenen
Durchgangskanäle
wie auch an den gegenüberliegenden
Oberflächen
mit einem stark absorbierenden Material beschichtet, wobei die oberflächenseitige
Beschichtung in einem Nachbehandlungsschritt entweder sehr stark
reduziert oder vollständig abgetragen
wird. Wenngleich sich mit diesem bekannten Raster die Erkennbarkeit
von Rasterabbildungen verringern lässt und in einen so hohen Ortsfrequenzbereich
verschieben lässt,
dass sie durch die abbildenden Systeme kaum noch scharf abgebildet
werden können,
so sind derartige Raster jedoch sehr aufwendig herzustellen, sie
stellen sehr hohe technische Anforderungen an den Produktionsablauf.
Dies gilt insbesondere betreffend die Entfernung der Beschichtung
an den Stirnseiten der stereolithographisch hergestellten Struktur,
die während
der Entfernung selbst nicht beeinflusst werden darf, gleichwohl
aber ist eine homogene Reduzierung der Schichtdicke oder eine homogene
vollständige
Entfernung erforderlich, so dass es nicht zu einem lokal unterschiedlichen
Absorptionsverhalten kommt. Ferner muss dabei auch sichergestellt
werden, dass die Innenseitenbeschichtung der Durchgangskanäle nicht
beeinflusst wird.
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Ähnliche
Schwierigkeiten wie in der Röntgendiagnostik
sind auch in der Nuklearmedizin, insbesondere beim Einsatz von Gamma-Kameras
gegeben. Auch dort muss darauf geachtet werden, dass möglichst
wenig gestreute Gammaquanten den Detektor erreichen. Bei dieser
Untersuchungsart befindet sich die Strahlungsquelle für die Gamma-Quanten
im Inneren des Untersuchungsobjekts. Nach Injektion eines instabilen
Nuklids erfolgt die Erzeugung eines Abbilds eines Organs durch den
Nachweis der durch den Nuklidzerfall aus dem Körper emittierten Quanten, wobei
der zeitliche Verlauf der Aktivität bzw. des Zerfalls im Organ
Rückschlüsse auf
seine Funktion zulässt.
Entsprechend einem Streustrahlenraster ist bei dieser Technik vor
den Gamma-Detektor ein Kollimator gesetzt, der die Projektionsrichtung des
Bilds festlegt. Dieser Kollimator entspricht in seiner Funktionsweise
und vom Aufbau her im Wesentlichen dem eingangs beschriebenen Streustrahlenraster.
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DE 198 52 048 A1 beschreibt
eine Strahlungsdetektionseinrichtung zum Empfangen von Strahlung,
insbesondere Röntgenstrahlung,
umfassend einen digitalen Strahlungsdetektor, wobei auf dem Strahlungsdetektor
ein Streustrahlenraster bestehend aus einem Siliziumträger mit
daran gehalterten, vom Träger
an einer Seite vorspringenden Absorptionselementen, insbesondere
Bleistiften, mit der die Absorptionselemente aufweisenden Seite
unmittelbar aufgeklebt ist. Die Absorptionselemente, beispielsweise
in Form der Bleistifte, sind in entsprechenden, siliziumseitig beispielsweise
durch Ätzen erzeugten
Löchern
angeordnet. Ein solches Streustrahlenraster ist in ähnlicher
Weise auch aus
DE
197 29 596 A1 bekannt, woraus sich ergibt, dass derartige
Absorptionselemente, wie beispielsweise die Bleistifte, dadurch
im Silizium erzeugt werden, dass die in einem Ätzschritt erzeugten Löcher mit
dem flüssigen oder
zähflüssigen Absorptionsmaterial
gefüllt werden,
das anschließend
aushärtet.
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Aus
DE 101 36 795 A1 ist
ein adaptierbares Streustrahlenraster mit in Silizium gehalterten
Bleistiften bekannt, wobei bezüglich
der Herstellung der Bleistifte wiederum auf die bereits erwähnte
DE 197 29 596 A1 verwiesen
wird.
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Schließlich ist
aus
WO 99/31674 A1 ein Streustrahlenraster
mit in Kreisen angeordneten Bleistiftreihen bekannt, wobei zur Herstellung
dieses Rasters ebenfalls beschrieben ist, dass in den Träger mittels
eines richtungsselektiven Atzverfahrens Löcher geätzt werden, in die das Absorptionsmaterial
in flüssigem
oder zähflüssigem Zustand
eingebracht wird und anschließend
erkaltet, wobei überschüssiges Absorptionsmaterial
nach dem Erkalten entfernt wird.
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Der
Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Streustrahlenraster
oder Kollimator anzugeben, der in seiner Herstellung vereinfacht
ist.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einem Streustrahlenraster oder Kollimator
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Absorptionselemente
vorgefertigt röhrchen-
oder stiftartig ausgebildet und an am Träger vorgesehenen Steck- oder
Klemmhalterungen fixiert sind.
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Anders
als bei bekannten Streustrahlenrastern, insbesondere dem aus
DE 102 41 424 A1 bekannten
Streustrahlenraster erfolgt beim erfindungsgemäßen Streustrahlenraster oder
Kollimator eine mechanische Fixierung der Absorptionselemente an den
trägerseitig
vorgesehenen Steck- oder Klemmhalterungen, das heißt, die
Absorptionselemente sind an diesen fest aufgesteckt oder klemmend
fixiert. Die Absorptionselemente selbst sind röhrchen- oder stiftartig ausgebildet,
entsprechend ihrer Ausbildung sind zwangsläufig auch die Steck- oder Klemmhalterungen
konzipiert. Die Herstellung des Streustrahlenras ters oder Kollimators
kann – nachdem
die Absorptionselemente vorgefertigte Teile sind, die ihrerseits
nicht mehr bearbeitet werden müssen
und ihre Absorptionseigenschaften von Haus aus aufweisen – deutlich
einfacher vonstatten gehen, da der Träger nach dem mechanischen Fixieren
der Absorptionselemente hinsichtlich der Absorptionseigenschaften
nicht mehr nachbearbeitet werden muss.
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Als
Absorptionselemente können
unterschiedliche Arten verwendet werden. Nach einer ersten Erfindungsausgestaltung
können
die Absorptionselemente insgesamt aus einem absorbierenden Material
bestehen, das heißt,
die Absorptionselemente liegen in Form metallischer Röhrchen oder Stifte
vor. Eine alternative Ausführungsform
verwendbarer Absorptionselemente sieht vor, dass jedes Absorptionselement
ein aus einem strahlungstransparenten Material bestehendes Trägerelement aufweist,
das an wenigstens einer Seitenfläche
mit einer Beschichtung aus einem absorbierenden Material beschichtet
ist. Diese Absorptionselemente bestehen also aus unterschiedlichen
Materialien, nämlich
einmal dem Material des Trägerelements,
zum anderen dem Beschichtungsmaterial. Nachdem aber die Absorptionselemente
vorgefertigte Teile sind, sind keinerlei weitere Maßnahmen
nach dem Setzen der Absorptionselemente am Träger vorzunehmen, das heißt, die
Absorptionselemente werden so, wie sie vorgefertigt sind, verwendet.
Im Falle eines röhrchenartigen
Absorptionselement kann sein ebenfalls röhrchenartiges und damit innen
hohles Trägerelement
an der inneren und/oder äußeren Seitenfläche beschichtet
sein, das heißt,
es können
eine oder zwei Beschichtungsflächen
vorgesehen sein. Die Stirnseiten sind jedoch nicht beschichtet.
Alternativ zur Verwendung der röhrchenartigen
Absorptionselemente können
wie beschrieben stiftartige Absorptionselemente verwendet werden,
die im Falle einer Zweikomponentenstruktur das Trägerelement,
das zwangsläufig
nur an seiner Außenseite
beschichtet ist, aufweisen.
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Die
röhrchenartigen
Absorptionselemente können
querschnittlich gesehen unterschiedlich ausgebildet sein. Sie können hohlzylindrisch
sein oder eine hohle mehreckige Außen- und/oder Innenform aufweisen. Es sind
alle möglichen
Formen denkbar, auch Mischformen, das heißt, die Außenform kann zylindrisch sein,
während
die Innenform mehreckig sein kann und umgekehrt. Entsprechend können stiftartige
Absorptionselemente querschnittlich gesehen ebenfalls eine zylindrische
oder eine mehreckige Form aufweisen.
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Die
Absorptionselemente werden zweckmäßigerweise aus langen vorgefertigten
Drähten
oder Röhrchen
gefertigt, von denen sie entsprechend abgelängt werden. Bei Absorptionselementen,
die insgesamt aus absorbierendem Material bestehen, handelt es sich
bei dem langen Draht oder Röhrchen
um einen Metalldraht oder ein Metallröhrchen, während es sich bei den Mehrkomponenten-Absorptionselementen
um einen entsprechenden nichtmetallischen Draht oder ein entsprechendes
Röhrchen
handelt, das innen- und/oder außenseitig
bereits mit der absorbierenden Beschichtung versehen ist.
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Ein
Absorptionselement sollte eine Länge von
1 mm bis 10 mm, insbesondere von 2 mm bis 6 mm, vorzugsweise von
2 mm bis 3 mm aufweisen. Dies gilt sowohl für die röhrchen- wie auch für die stiftartigen
Absorptionselemente. Der Außendurchmesser
sollte zwischen 0,3 mm bis 2 mm, insbesondere 0,5 mm bis 1 mm betragen,
wobei dies ebenfalls für
beide Absorptionselementarten gilt. Bei röhrchenartigen Absorptionselementen
sollte die Wandstärke zwischen
20 μm bis
50 μm betragen,
wobei diese Angabe bei Zweikomponentenelementen die gesamte Wandstärke aus
Trägerelement
und Innen- und/oder Außenbeschichtung
beschreibt.
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Wie
beschrieben werden die Absorptionselemente mittels der trägerseitig
vorgesehenen Steck- oder Klemmhalterungen mechanisch fixiert. Die Steck-
oder Klemmhalterungen können
entweder aus der Ebene des Trägers
hervortreten, alternativ dazu können
sie in die Ebene des Trägers
eingeformt sein. Hinsichtlich der Ausbildung der Steck- oder Klemmhalterungen
beziehungsweise der Fixierung der Absorptionselemente sind – insbesondere
abhängig
von der verwendeten Absorptionselementart – unterschiedliche Ausgestaltungen
denkbar. Die röhrchenartigen
Absorptionselemente können
auf die in das Innere eines Absorptionselements eingreifenden Steck-
oder Klemmhalterungen aufgesetzt sein. Das heißt, der Durchmesser beziehungsweise
die Form eines Steck- oder Klemmhalters entspricht dem Durchmesser
beziehungsweise der Form des Durchgangskanals eines Absorptionselements,
so dass das Absorptionselement auf die Steck- oder Klemmhalterung
aufgesteckt oder geklemmt werden kann. Das heißt, die Steck- oder Klemmhalterung
greift in das Innere des Absorptionselements ein, wobei der Durchmesser
oder die Form der Halterung so gewählt ist, dass ein sicherer
mechanischer Halt gewährleistet
ist, gleichzeitig aber auch der Aufsteckprozess mühelos möglich ist.
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Alternativ
zum Aufsetzen auf die Halterung können röhrchen- oder stiftartige Absorptionselemente
zwischen wenigstens zwei, vorzugsweise zwischen vier außenseitig
angreifenden Steck- oder Klemmhalterungen aufgenommen sein. Hier
werden also die Absorptionselemente zwischen den mehreren Halterungen
eingeklemmt.
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Eine
weitere Erfindungsalternative sieht vor, die röhrchen- oder stiftartigen Absorptionselemente in
als Eintiefungen oder Löcher,
die im Wesentlichen der Außenform
der Absorptionselemente entsprechen, ausgebildeten Steck- oder Klemmhalterungen zu
fixieren. Hier werden also die Absorptionselemente in vorgeformte
trägerseitige
Ausnehmungen oder Löcher
eingesetzt und dort gehaltert.
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Infolge
der Strahlungstransparenz des Trägers
und damit auch der an ihm angeformten Steck- oder Klemmhalterungen
ist es möglich,
die Steck- oder Klemmhalterungen im Wesentlichen der Länge der
Absorptionselemente entsprechend auszuführen, so dass die Absorptionselemente – gleich
auf welche Weise – quasi
vollständig
trägerseitig
aufgenommen sind. Alternativ dazu ist es natürlich möglich, die Steck- oder Klemmhalterungen
auch kürzer als
die Absorptionselemente, vorzugsweise maximal halb so lang wie die
Absorptionselemente auszuführen,
wodurch Trägermaterial
gespart wird.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Steck- oder Klemmhalterungen derart
angeordnet sind, dass die Absorptionselemente bezüglich eines
Fokus ausgerichtet aufgenommen sind. Das heißt, durch entsprechende Anordnung
beziehungsweise Ausbildung der Steck- oder Klemmhalterungen ist
es möglich,
auch bei diesem „Steck-
oder Klemmraster oder -kollimator” eine Fokussierung zu erzielen.
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Der
Träger
selbst ist zweckmäßigerweise aus
strahlungstransparentem Kunststoff und bevorzugt durch Stereolithographie
mit Rapid Prototyping Technik hergestellt. In diesem Zusammenhang
wird auf die bereits erwähnte
DE 102 41 424 A1 verwiesen,
in der die Herstellung eines Trägers
mit dieser Technik beschrieben ist. Es wird an dieser Stelle ausdrücklich darauf
hingewiesen, dass
DE
102 41 424 A1 in ihrem gesamten Offenbarungsgehalt in die
vorliegende Offenbarung einbezogen wird, auch zum Zwecke, auf etwaige
dort offenbarte Merkmale im Rahmen der vorliegenden Offenbarung
zurückzugreifen.
Bei einem solchen Verfahren wird mittels eines UV-Laserstrahls computergesteuert
die jeweilige vorher festgelegte Struktur der einzelnen Schichten eines
3D-Volumenmodells des Trägers
in einem flüssigen
Polymerharz „geschrieben”. Durch
die Einwirkung des Lasers härtet
das Polymerharz an den belichteten Stellen beziehungsweise Flächen aus.
Ist die erste Strukturebene „geschrieben”, wird
die Aufbauplattform, auf der die Struktur aufgebaut wird, etwas
abgesenkt, wonach eine neue Harzschicht aufgetragen und die zweite
Strukturebene „eingeschrieben” wird.
Dies wird solange wiederholt, bis die gewünschte Struktur erreicht ist.
Es ist ersichtlich, dass unter Verwendung dieser Technik beliebig
konfigurierte Träger strukturen
erzeugt werden können.
Die Verwendung eines durch Stereolithographie mit Rapid Prototyping
Technik hergestellten Trägers
hat mehrerlei Vorteile. Zum einen kann durch diese Technik der Träger in seiner
Oberflächenstruktur
mit den dort ausgebildeten Steck- oder Klemmhalterungen sehr exakt
und formgenau hergestellt werden, was im Hinblick auf die mechanische
Halterung der Absorptionselemente sehr zweckmäßig ist. Ein weiterer Vorteil
liegt darin, dass auf relativ einfache Weise die Lage oder Anordnung
der Steck- oder Klemmhalterungen im Hinblick auf die angestrebte
Fokussierung der Absorptionselemente über die Trägerebene variiert werden kann.
Die Steck- oder Klemmhalterungen selbst sind – nachdem die Absorptionselemente
vertikal auf oder in ihnen sitzen oder parallel dazu stehen – in diesem
Fall zwangsläufig
ebenfalls fokussiert. Diese „Fokussierung” kann wie
beschrieben bei dem Stereolithographieverfahren äußerst exakt erfolgen.
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Schließlich ist
es zweckmäßig, wenn
die Absorptionselemente mit einer strahlungstransparenten Vergussmasse,
z. B. einem röntgentransparenten Kunststoff
oder einem Gießharz
vergossen sind, um dem Gebilde eine noch bessere Stabilität zu verleihen.
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Die
Absorptionselemente selbst beziehungsweise ihre Beschichtungen können aus
unterschiedlichsten Absorptionsmaterialien sein. Zu nennen sind beispielsweise
W, Ta, Mo, Cu, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, V sowie sämtliche hieraus herstellbaren
absorbierenden Legierungen, wobei diese Aufzählung jedoch nicht abschließend ist.
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Neben
dem Streustrahlenraster oder Kollimator selbst betrifft die Erfindung
ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Streustrahlenrasters
oder eines Kollimators umfassend einen Träger mit einer Vielzahl von
zueinander beabstandeten Absorptionselementen, bei welchem Verfahren
mittels eines automatischen Positionierungsmittels die vorgefertigten röhrchen- oder stiftartigen
Absorptionselemente an trägerseitig
vorge sehenen Steck- oder Klemmhalterungen befestigt werden. Im Hinblick
darauf, dass die Absorptionselemente sehr dünn sind, und bezogen auf die
Fläche
eines Streustrahlenrasters oder Kollimators, die beispielsweise
40 × 40
cm beträgt,
müssen
bis zu mehreren 100 000 Absorptionselemente gesetzt werden, wozu
man sich zweckmäßigerweise eines
automatischen Positionierungsmittels bedient, das die Absorptionselemente
auf die Halterungen aufsteckt oder zwischen diese klemmt. Dabei
können mittels
des Positionierungsmittels die Absorptionselemente einzeln gesetzt
werden, natürlich
besteht auch die Möglichkeit,
mehrere Absorptionselemente gleichzeitig zu befestigen. Nach dem
Positionieren der Absorptionselemente werden diese mittels einer Vergussmasse
positionsfixierend eingebettet.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der
Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung der Wirkung eines Streustrahlenrasters bei einer
Röntgenaufnahme,
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2 eine
Prinzipdarstellung der Wirkung eines Kollimators bei einer nuklearmedizinischen Aufnahme,
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3 eine
Prinzipdarstellung der Stereolithographie-Technik,
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4 eine
Prinzipdarstellung durch ein Streustrahlenraster oder einen Kollimator
einer ersten Ausführungsform
im Schnitt,
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5 eine
Aufsicht auf den Streustrahlenraster oder Kollimator aus 4,
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6 eine
Aufsicht auf den Streustrahlenraster oder Kollimator aus 4 mit
einer anderen geometrischen Anordnung der Absorptionselemente,
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7 eine
Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Streustrahlenrasters oder
Kollimators einer zweiten Ausführungsform
im Schnitt,
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8 eine
Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Streustrahlenrasters oder
Kollimators einer dritten Ausführungsform
im Schnitt,
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9 eine
Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Streustrahlenrasters oder
Kollimators einer vierten Ausführungsform,
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10 eine
Aufsicht auf den Streustrahlenraster oder Kollimator aus 9,
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11 eine
Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Streustrahlenrasters oder
Kollimators einer fünften
Ausführungsform
im Schnitt,
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12 eine
Aufsicht auf den Streustrahlenraster oder Kollimator aus 11
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13 eine
Prinzipdarstellung betreffend das Bestückungsverfahren des Trägers.
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1 zeigt
in Form einer Prinzipdarstellung die Wirkungsweise eines Streustrahlenrasters
in der Röntgendiagnostik.
Die vom Fokus einer Röntgenquelle 1 ausgehenden
Röntgenstrahlen 2 breiten sich
geradlinig in Richtung des Objekts 3 aus. Sie durchdringen
das Objekt 3 und treffen als geradlinige Primärstrahlung 2a auf
einen dem Objekt 3 nachgeschalteten Strahlungsdetektor 4.
Dort ergeben die Primärstrahlen 2a eine
ortsaufgelöste
Schwächungsverteilung
für das
Objekt 3.
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Ein
Teil der das Objekt durchdringenden Strahlung 2 wird jedoch
im Objekt gestreut, wodurch Sekundär- oder Streustrahlung 2b entsteht,
die nicht zur gewünschten
Bildinformation beiträgt
und bei einem Auftreten auf den Detektor die eigentliche Bildinformation
verfälscht
und das Signal-Rausch-Verhältnis
verschlechtert. Um die nachteiligen Einflüsse der Sekundärstrahlung 2b auf
das detektorseitig aufgenommene Bild zu verbessern, ist ein Streustrahlenraster 5 vorgesehen,
der zwischen dem Objekt 3 und dem Detektor 4 angeordnet
ist. Der Streustrahlenraster 5 weist Strahlenkanäle 6 auf,
die von einer Grundstruktur 7 begrenzt sind. Die Grundstruktur 7 ihrerseits
bildet eine Absorptionsstruktur, mittels welcher die darauf treffende
Sekundärstrahlung 2b absorbiert
wird.
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Wie 1 zeigt
sind die Strahlenkanäle 6 in Richtung
der Röntgenquelle 1 fokussiert,
also ausgerichtet. Eintreffende Primärstrahlung 2a tritt
wie 1 anschaulich zeigt auf geradlinigem Weg durch das
Streustrahlenraster 5 auf den Detektor 4, alle
andere, unter einem Winkel dazu stehende Strahlung wird vom Streustrahlenraster 5 absorbiert
oder erheblich geschwächt.
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Ähnlich sind
die Verhältnisse
bei der Bildaufnahme im Rahmen der Nuklearmedizin. In ein Organ 3a eines
Untersuchungsobjekts 3 ist ein nicht näher gezeigtes, Gammastrahlen
emittierendes Mittel eingebracht, das sich dort anreichert und bei
seinem Zerfall Gammaquanten 8a und – bedingt durch eine Streuung
im Organ 3a bzw. im Objekt 3 – auch Gammaquanten 8b als
Streustrahlung emittiert. Über
einen Kollimator 5 gelangt die Primärstrahlung in Form der Quanten 8a direkt
zum Detektor 4, während
die unter einem Winkel stehende Sekundärstrahlung in Form der Gammaquanten 8b vom
Kollimator 5 absorbiert wird.
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3 zeigt
in Form einer Prinzipskizze die Herstellung eines erfindungsgemäßen Streustrahlenrasters
unter Verwendung einer Rapid Prototyping Technik, primär auf Basis
der Stereolithographie. Ein Laserstrahl 9 wird auf die
Oberfläche
eines in einem Behältnis 10 befindlichen,
UV-vernetzbaren Polymers 11 gerichtet. Der Laserstrahl 9 wird,
wie durch den Doppelpfeil A angegeben ist, über die Oberfläche bewegt,
wobei der Bewegungssteuerung, die über einen geeigneten Steuerungscomputer
erfolgt, ein dreidimensionales Volumenmodell der zu erstellenden
Grundstruktur 7 zugrunde liegt. Über den sich bewegenden Laserstrahl 9 wird
nun quasi das Muster der zu erzeugenden Grundstruktur 7 in
das Polymerharz 11 geschrieben, was dazu führt, dass
sich eine entsprechende Harzschicht je nach geschriebenem Muster
verfestigt. Diese Harzschicht baut sich auf einer Plattform 12 auf,
die nach ”Schreiben” der ersten Ebene,
wie durch den Doppelpfeil B dargestellt ist, abgesenkt wird, wonach
die zweite Strukturschicht geschrieben wird. Es liegt auf der Hand,
dass durch den Laser sehr feine, filigrane Strukturen geschrieben
werden können,
insbesondere bedingt durch die gute Fokussierbarkeit des Lasers,
so dass sich auch sehr dünnwandige
Strukturen mit beliebiger Konfiguration realisieren lassen. Die
Grundstruktur 7 kann dabei entweder direkt auf der Plattform 12 oder
auf einer nicht näher
dargestellten Trägerplatte
aufgebaut werden.
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Bezüglich der
nachfolgend beschriebenen Figuren sei zunächst darauf hingewiesen, dass
dort jeweils ein Streustrahlenraster beschrieben ist. Der Aufbau
ist jedoch bei einem erfindungsgemäßen Kollimator der gleiche.
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4 zeigt
ein erfindungsgemäßes Streustrahlenraster 13,
bestehend aus einem Träger 14 aus
strahlungstransparentem Material, insbesondere Kunststoff. Dieser
Träger
ist bevorzugt durch Stereolithographie in einem Rapid Prototyping-Verfahren hergestellt.
Oberseitig sind eine Vielzahl von matrixartig verteilten Steck-
oder Klemmaufnahmen 15 vorgesehen, auf die jeweils ein
Absorptionselement 16 aufgesteckt ist. Die Ab sorptionselemente 16 bestehen
insgesamt aus strahlungsabsorbierendem Material, beispielsweise
W oder Ta. Sie sind röhrchenartig,
also innen hohl, wobei die Form beziehungsweise der Durchmesser
der Steck- oder Klemmaufnahmen 15 der inneren Form oder
dem Innendurchmesser eines solchen röhrchenartigen Absorptionselements
entspricht. Diese können
hohlzylindrisch oder oval oder querschnittlich mehreckig ausgebildet
sein. Die Absorptionselemente 16 werden an den Steck- oder
Klemmaufnahmen 15 mechanisch gehaltert, so dass sie positionsstabil
fixiert sind. Nachdem alle Absorptionselemente gesetzt sind (die
Zahl der zu setzenden Absorptionselemente kann bis zu mehreren 100
000 betragen), wird die gesamte Absorptionsmimik mit einer Vergussmasse 17 eingegossen,
z. B. mit einem Gießharz.
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5 zeigt
eine Aufsicht auf das Streustrahlenraster 13 aus 4.
Ersichtlich sind die Absorptionselemente 16 in Reihen über- und
untereinander angeordnet. Sie werden möglichst dicht aneinandergesetzt,
das heißt,
der Abstand der Steck- oder Klemmhalterungen 15 ist
abhängig
von der Wandstärke
und dem Durchmesser der Absorptionselemente 16 gewählt. Einfallende
Röntgenstrahlung kann
durch die in den Absorptionselementen 16 gebildeten Durchgangskanäle 18 hindurchtreten,
wie auch durch die zwischen zwei Absorptionselementen 16 befindlichen
Hohlräume.
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6 zeigt
demgegenüber
ein anderes Anordnungsmuster. Hier sind zur Erhöhung der Packungsdichte die
Absorptionselemente in zueinander versetzten Reihen angeordnet.
Der grundsätzliche Aufbau
entspricht jedoch dem wie in 4 beschriebenen.
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7 zeigt
ein weiteres erfindungsgemäßes Streustrahlenraster 19 bei
dem ebenfalls röhrchenartige
Absorptionselemente 16 zum Einsatz kommen, die ebenfalls
auf aus der Trägeroberfläche hervortretenden
Steck- oder Klemmaufnahmen 15 aufgesteckt sind. Jedoch
stehen die Steck- oder Klemmaufnahmen 15 bezogen auf die
Fläche
des Trägers 14 unter
jeweils unter schiedlichen Winkeln, was es ermöglicht, auch die Absorptionselemente 16 unter einem
entsprechendem Winkel bezüglich
einander zu positionieren. Dies ermöglicht es, die Absorptionselemente 16 zu
fokussieren beziehungsweise bezüglich
eines fiktiven Fokus auszurichten. Dieser Fokus ist die Strahlungsquelle,
die die Primärstrahlung
erzeugt, die sich zum Streustrahlenraster 19 hin auffächert. Aufgrund
der Fokussierung gelangt die das zu untersuchende Objekt ungestreut
passierende Primärstrahlung
entsprechend ihrer Ausrichtung in einen Bereich des Streustrahlenrasters 19,
in dem die Absorptionselemente 16 entsprechend der Primärstrahlung
ausgerichtet und fokussiert sind. Diese Primärstrahlung kann die fokussierten
Absorptionselemente ungeschwächt
passieren. Sekundär-
oder Streustrahlung jedoch, die vom Objekt gestreut wird, wird über die
Absorptionselemente 16 absorbiert.
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Während 7 die
Ausbildung von sich aus der Oberfläche des Trägers 14 erhebenden
Steck- oder Klemmaufnahmen 15 beschreibt, zeigt 8 ein
erfindungsgemäßes Streustrahlenraster 20,
bei dem die Steck- oder Klemmaufnahmen als Eintiefungen 21 ausgebildet
sind, die in die Ebene des Trägers führen. Auch
hier sind die Eintiefungen 21 unter einem Winkel stehend
ausgebildet, so dass auch hier die Absorptionselemente 16 – im gezeigten
Ausführungsbeispiel
sind ebenfalls röhrchenartige
Absorptionselemente gezeigt – unter
einem Winkel bezüglich eines
Fokus ausgerichtet sind. Die Absorptionselemente 16 werden
in die in ihrer Form oder ihrem Durchmesser dem Außendurchmesser
oder der Außenform
der Absorptionselemente entsprechenden Eintiefungen eingesteckt
und dort mechanisch fixiert.
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9 zeigt
eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform
eines Streustrahlenrasters 22. Am dortigen Träger 14 sind
eine Vielzahl von aus der Oberfläche
hervortretenden Steck- oder Klemmaufnahmen in Form von Zapfen 23 ausgebildet,
zwischen die die Absorptionselemente 24 gesetzt und dort
klemmend gehaltert werden. Dies ist aus 10 in
der dortigen Draufsicht erkennbar. Die Breite beziehungsweise Form
der Zapfen 23 ist derart bemessen, dass auch hier die Absorptionselemente 24 möglichst
dicht aneinander angeordnet werden können.
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Anders
als bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen besteht ein Absorptionselement 24 aus
einem Trägerelement 25,
vornehmlich aus strahlungstransparentem Kunststoff, das den Durchgangskanal
für die
Strahlung bildet. Das Trägerelement 25 weist
an seiner Außenseite
eine Beschichtung 26 aus absorbierendem Material auf. Auch
hier werden die Absorptionselemente 24 sicher über die als
Zapfen 23 ausgebildeten Steck- oder Klemmhalterungen fixiert. Die
Zapfen 23 können
anders als gezeigt auch länger
sein, gegebenenfalls so lang wie ein Absorptionselement.
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11 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Streustrahlenrasters 27. Der
dortige Träger 14 ist
mit einer Vielzahl von die Steck- oder Klemmaufnahmen bildenden
Löchern 28 quasi
perforiert. In jeweils ein Loch 28 wird ein Absorptionselement – hier ein
röhrchenartiges
Absorptionselement 16 – klemmend
eingesetzt. Selbstverständlich
besteht auch hier – wie
auch bei dem Raster aus 9 – die Möglichkeit, durch entsprechende Ausrichtung
der Löcher 28 eine
Fokussierung zu erzielen. Eine Aufsicht auf das Streustrahlenraster 27 zeigt 12.
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Schließlich zeigt 13 eine
Möglichkeit, wie
die Absorptionselemente am Träger
gesetzt werden können.
Gezeigt ist exemplarisch ein Träger 29 an
dem im gezeigten Beispiel längere
zapfenartige Steck- oder Klemmhalterungen 30 hervorstehen. Zwischen
mehrere dieser Steck- oder Klemmhalterungen 30 ist jeweils
ein Absorptionselement 31 – hier exemplarisch ein Mikroröhrchen – einzusetzen. Hierzu
dient ein Werkzeug 32, dem aus einem exemplarisch dargestellten
Reservoir 33 die zu setzenden Absorptionselemente 31 zugeführt werden.
Diese gelangen in einen werkzeugseitigen Kanal 34, der
jeweils exakt über
einer Position zwischen mehreren Steck- oder Klemmaufnahmen 30,
an der ein Absorptionselement 31 gesetzt werden soll, positioniert wird.
Aus diesem Werkzeugkanal 34 gleitet das Absorptionselement 31 in
die Aufnahmeposition zwischen den Steck- oder Klemmaufnahmen 30.
Um das Einsetzen zu verbessern besteht die Möglichkeit, über das Reservoir 33 im
Werkzeugkanal 34 einen leichten Überdruck anzulegen, so dass
das Absorptionselement 31 hierüber eingedrückt wird. Dieser Überdruck
kann auch intermittierend jeweils dann angelegt werden, wenn das
Werkzeug 32 exakt positioniert und das Absorptionselement 31 gesetzt
werden soll. Alternativ oder zusätzlich
dazu besteht die Möglichkeit,
einen Unterdruck am Träger 29 anzulegen, wozu
gegebenenfalls an jeder Absorptionselementposition eine Durchbrechung 35 vorgesehen
ist, über die
der Unterdruck anliegt. Diese Durchbrechung 35 wie auch
der den Unterdruck symbolisierende Pfeil sind jeweils gestrichelt
dargestellt. Daneben besteht schließlich die Möglichkeit, ein Absorptionselement 31 beispielsweise
mit einer geeigneten Flüssigkeit aus
dem Reservoir 33 beziehungsweise dem Werkzeugkanal 34 einzuspülen, z.
B. mittels Wassers, mit dem der bereits beschriebene Druck aufgebaut
werden kann.
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Es
besteht selbstverständlich
die Möglichkeit,
die Innenwände
des Werkzeugkanals 34 mit einer das Entlanggleiten verbessernden
Beschichtung zu versehen. Um das Hineinrutschen in die trägerseitige
Position zu verbessern sind ersichtlich die Steck- oder Klemmaufnahmen 30 oberseitig
mit einer leichten Phase 36 versehen. Eine solche Phase
kann im Übrigen
an jedem Steck- oder Klemmhalter der vorbeschriebenen Art vorgesehen
sein.
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Nachdem
wie beschrieben abhängig
von der Größe des Streustrahlenrasters
bis zu mehreren 100 000 Absorptionselemente zu setzen sind (bei
einem Mammographie-Streustrahlenraster können dies zwischen 100 000
bis 500 000 Absorptionselemente sein) ist es zweckmäßig, wenn
mehrere Absorptionselemente 31 gleichzeitig gesetzt werden
könnten.
Zu diesem Zweck ist das Werkzeug 32 entsprechend auszuführen, 13 zeigt
lediglich eine Prinzipdarstellung. Es ist beispielsweise denkbar,
das Werkzeug 32 so auszubilden, dass jeweils jede zweite
Absorptionselementaufnahme gleichzeitig bestückt werden kann, so dass das
Werkzeug nach einem Bestückungsschritt
um lediglich eine Position weiter verfahren wird, und die dazwischen
befindlichen, noch nicht bestückten
Positionen belegt werden. Es besteht die Möglichkeit, das Werkzeug 32 ebenfalls aus
Kunststoff im Wege der Stereolithographie mit Rapid Prototyping
Technik herzustellen, womit die erforderliche Präzision realisiert werden kann,
insbesondere im Hinblick auf das gleichzeitige Bestücken mehrerer
Absorptionselemente. Abschließend
ist darauf hinzuweisen, dass das beschriebene Bestückungsverfahren
lediglich beispielhaft ist und auch andere Bestückungsarten denkbar sind.
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Wie
bereits beschrieben können
die Absorptionselemente selbst oder die Beschichtungen aus allen
möglichen
Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung
absorbierenden Materialien sein. Die Länge der Absorptionselemente
sollte zwischen 1 mm bis 10 mm, insbesondere zwischen 2 mm bis 6
mm liegen. Der Außendurchmesser – egal ob
es sich um ein röhrchenartiges
Absorptionselement oder ein stiftartiges Absorptionselement handelt – sollte
zwischen 0,3 mm bis 2 mm, insbesondere zwischen 0,5 mm bis 1 mm
liegen. Die Wandstärke
bei röhrchenartigen
Absorptionselementen sollte zwischen 20 μm bis 50 μm betragen. Während lediglich 4 das Einbetten
der Absorptionselemente in die Vergussmasse zeigt, versteht es sich
von selbst, dass selbstverständlich
alle dargestellten Strukturen in eine geeignete Vergussmasse eingebettet
sein können.