DE10354808A1

DE10354808A1 - Verfahren zur Abschattung von Streustrahlung vor einem Detektorarray

Info

Publication number: DE10354808A1
Application number: DE10354808A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Leppert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-06-30
Also published as: CN1619338A; US20050111627A1; JP2005164585A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Abschattung von Streustrahlung vor einem Detektorarray (2) aus mehreren Detektorelementen (3), bei dem ein Streustrahlenraster (1) vor dem Detektorarray (2) angeordnet wird, das sich aus durch ein Füll- und Trägermaterial (5) voneinander getrennten, lamellenförmigen Absorptionselementen (4) für die Streustrahlung, insbesondere für Röntgenstrahlung, zusammensetzt, die annähernd parallel zueinander verlaufen. Das Verfahren zeichnet sich durch Verwendung eines Streustrahlenrasters (1) aus, bei dem die Absorptionselemente (4) so dicht beieinander liegen, dass ein mittlerer Abstand der Absorptionselemente (4) zumindest um den Faktor 2 geringer als ein Mittenabstand der Detektorelemente (3) des Detektorarrays (2) ist. Das Verfahren ermöglicht den Einsatz eines kostengünstig herstellbaren Streustrahlenrasters.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschattung von Streustrahlung vor einem Detektorarray aus mehreren Detektorelementen, insbesondere für medizinische Röntgeneinrichtungen, bei dem ein Streustrahlenraster vor dem Detektorarray angeordnet wird, das sich aus durch ein Füll- und Trägermaterial voneinander getrennten, lamellenförmigen Absorptionselementen für die Streustrahlung, insbesondere für Röntgenstrahlung, zusammensetzt, die annähernd parallel zueinander verlaufen.
In typischen Einsatzgebieten von Röntgendurchstrahlungsverfahren, wie beispielsweise der Röntgeninspektion oder der medizinischen Röntgendiagnostik, spielt die bei der Röntgendurchleuchtung erreichbare Auflösung eine wichtige Rolle. Eine gute Auflösung wird bei Verwendung von Detektor-Arrays mit möglichst eng beieinander liegenden kleinflächigen Detektorelementen sowie einer vor diesen Detektorelementen angeordneten Einrichtung zur engen Begrenzung des Raumwinkels erreicht, unter dem Röntgenstrahlung auf das jeweilige Detektorelement fallen kann. Diese als Streustrahlenraster bekannte Einrichtung lässt im Idealfall nur die auf einer geradlinigen Verbindung zwischen dem Fokus der eingesetzten Röntgenröhre und dem jeweiligen Detektorelement propagierende Röntgenstrahlung passieren und absorbiert Röntgenstrahlung, die aufgrund von Streuung unter einem anderen Winkel einfällt. Die Streustrahlung trägt aufgrund ihrer Entstehungsgeschichte nicht zur Bildinformation bei und führt zu einer deutlichen Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses sowie der erreichbaren Auflösung des Röntgenbildes, falls sie ungeschwächt auf die Detektorelemente auftrifft. Durch den Einsatz geeigneter Streustrahlenraster, die in der Regel auf die geometrischen Verhältnisse der jeweiligen Röntgenanlage, ins besondere der Anordnung der Röntgenröhre und Röntgendetektoren, angepasst sind, lässt sich der Anteil an Streustrahlung, der die Detektorelemente erreicht, deutlich reduzieren, so dass damit in vielen Fällen erst verwertbare Röntgenbilder erhalten werden.
Streustrahlenraster setzen sich aus zahlreichen durch ein Füll- und Trägermaterial voneinander getrennten Absorptionselementen für Röntgenstrahlung zusammen, die entweder alle in gleicher Richtung senkrecht zur Oberfläche des Streustrahlenrasters oder auf einen gemeinsamen Fokus hin, den Fokus der Röntgenröhre, ausgerichtet sind. Heutzutage werden in Röntgen-CT-Anlagen in der Regel noch Streustrahlenraster eingesetzt, deren Absorptionselemente aus annähernd parallel zueinander verlaufenden Bleilamellen gebildet sind, zwischen denen Papierstreifen als Füll- und Trägermaterial eingebracht sind. In vielen Fällen wird der Abstand der Bleilamellen bei der Fertigung der Streustrahlenraster so eingestellt, dass die Bleilamellen beim Einsatz des Streustrahlenrasters möglichst genau über den Trennsepten der detektorseitigen Leuchtstoff-Arrays liegen. Die Streustrahlenraster müssen daher mechanisch sehr präzise hergestellt werden. Durch diese hohen Anforderungen an die Präzision verursacht die Fertigung der Streustrahlenraster hohe Kosten.

Aus der DE 197 26 846 C1 ist ein Streustrahlenraster bekannt, bei dem der Abstand der hier ebenfalls lamellenförmigen Absorptionselemente, die parallel zueinander ausgerichtet sind, von der Mitte des Rasters kontinuierlich zum Rand hin zunimmt. Gleichzeitig wird die Breite der Absorptionselemente zum Rand hin vergrößert. Durch diese Ausgestaltung des Streustrahlenrasters lässt sich ein über die gesamte Rasterbreite weitgehend einheitliches Absorptionsverhalten realisieren. Allerdings bestehen auch hier hohe Anforderungen an die Präzision der Fertigung.

Aus der DE 199 20 301 C2 ist ein weiteres Streustrahlenraster bekannt, bei dem die Absorptionselemente in beabstandeten Reihen bezüglich eines Zentrums im Wesentlichen radial verlaufen. Der Verlauf und die Anordnung der Absorptionselemente werden bei diesem Streustrahlenraster nach einer bestimmten Vorschrift vorgegeben. Als Trägermaterial wird hierbei Silizium eingesetzt, in das entsprechend dem gewünschten Verlauf der Reihen von Absorptionselementen Löcher geätzt sind. In diese Löcher sind stiftförmige Absorptionselemente aus Blei eingesetzt. Auch dieses Streustrahlenraster erfordert die Einhaltung einer sehr hohen Präzision bei der Fertigung, die insbesondere durch die vorgeschlagene Fertigungstechnik mit Silizium als Trägermaterial erreicht wird.

Die US 5263075 A beschreibt ein Streustrahlenraster, das eine zweidimensionale Kollimierung der einfallenden Röntgenstrahlung erlaubt. Das Streustrahlenraster wird aus einem Glasfaserbündel hergestellt, aus dem einzelne scheibenförmige Abschnitte herausgesägt werden. Die Kerne der einzelnen Glasfasern werden herausgeätzt, so dass kapillarförmige Durchgangskanäle für die Röntgenstrahlung entstehen. Das Glasmaterial wird anschließend noch mit bis zu 60% Blei in Form von Bleioxid dotiert, so dass eine erhöhte Röntgenabsorption außerhalb der Durchgangskanäle erreicht wird. Durch die hierbei erforderlichen Ätz- und Dotierungsschritte ist jedoch auch die Fertigung dieses Streustrahlenrasters relativ aufwendig.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Abschattung von Streustrahlung vor einem Detektorarray anzugeben, das den Einsatz eines kostengünstig herstellbaren Streustrahlenrasters ermöglicht.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.

Bei dem vorliegenden Verfahren zur Abschattung von Streustrahlung vor einem Detektorarray aus mehreren Detektorelementen, insbesondere für medizinische Röntgeneinrichtungen, wird in bekannter Weise ein Streustrahlenraster vor dem Detektorarray angeordnet, das sich aus durch ein Füll- und Trägermaterial voneinander getrennten, lamellenförmigen Absorptionselementen für die Streustrahlung, insbesondere für Röntgenstrahlung, zusammensetzt, die annähernd parallel zueinander verlaufen. Das Verfahren zeichnet sich durch die Verwendung eines Streustrahlenrasters aus, bei dem die Absorptionselemente so dicht beieinander liegen, dass ein mittlerer Abstand der Absorptionselemente zumindest um den Faktor 2 geringer als ein Mittenabstand der Detektorelemente des Detektorarrays ist.

Durch die Wahl des geringen Abstandes der lamellenförmigen Absorptionselemente muss dieser Abstand bei der Herstellung nicht mehr auf das Rastermaß des Detektorarrays abgestimmt werden. Dies ermöglicht eine wesentlich kostengünstigere Herstellung eines derartigen Streustrahlenrasters, da bei der Fertigung keinerlei hochpräzise Ausrichtung der Absorptionselemente oder Einhaltung enger Toleranzen erforderlich ist. In gleicher Weise ist beim Einsatz eines derartigen Streustrahlenrasters gemäß dem vorliegenden Verfahren keine exakte Positionierung über dem Detektorarray mehr erforderlich.

Bei einem Einsatz des vorliegenden Verfahrens zur Abschattung von Röntgenstreustrahlung müssen die einzelnen Absorptionselemente aus einem Röntgenstrahlung stark absorbierenden Material, beispielsweise aus einem Schwermetall wie Blei, Wolfram, Tantal oder Molybdän, bestehen. Auch andere Röntgenstrahlung stark absorbierende Materialien, wie beispielsweise mit Bleipulver gefüllte Kunststoffe, können als Materialien für die Absorptionselemente eingesetzt werden. Auf der anderen Seite sollte das Füll- und Trägermaterial die Röntgenstrahlung möglichst wenig absorbieren. Beispiele für derarti ge Materialien sind Kunststoffe wie Polyethylen, Polystyrol oder Polypropylen oder auch Papier.

Für die Funktion des bei dem Verfahren eingesetzten Streustrahlenrasters hat sich ein Füllgrad der Absorptionselemente, d. h. der Volumenanteil der Absorptionselemente am gesamten Volumen des Streustrahlenrasters, von 5 bis 30% als vorteilhaft erwiesen, da mit diesem Wert eine ausreichende Kollimierung erreicht wird, ohne eine signifikante Schwächung der Bildinformation tragenden Röntgenstrahlung in Kauf nehmen zu müssen.

Das Streustrahlenraster selbst kann plattenförmig ausgebildet sein, wobei dann die Absorptionselemente im Wesentlichen alle in gleicher Richtung senkrecht zur Oberfläche des Streustrahlenrasters ausgerichtet sind. Ein derartiges, in Form einer ebenen Platte hergestelltes Streustrahlenraster lässt sich jedoch auch mechanisch derart verformen, dass es eine annähernd kugelkalottenförmig gebogene Platte bildet, bei der die Absorptionselemente dann zumindest annähernd auf das Kugelzentrum hin ausgerichtet sind, das bei Einsatz des Streustrahlenrasters mit dem Fokus der Röntgenröhre übereinstimmen sollte. Eine derartige Verformung lässt sich gerade bei Einsatz von Kunststoffen als Füll- und Trägermaterial ohne weiteres realisieren.

Das vorliegende Verfahren lässt sich vor allem für Anwendungen einsetzen, bei denen eine Kollimierung von Röntgenstrahlung erforderlich ist. Das bevorzugte Anwendungsgebiet besteht jedoch im Einsatz bei medizinischen Röntgeneinrichtungen, insbesondere in der Computer-Tomographie.

Das Streustrahlenraster wird beim vorliegenden Verfahren nur auf das Detektor-Array aufgesetzt oder über diesem befestigt, ohne eine Zuordnung zu den einzelnen Detektorelementen bzw. Pixels des Detektor-Arrays berücksichtigen zu müssen. Damit entfällt der Positionierungsaufwand.

Das vorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren nochmals beispielhaft erläutert. Hierbei zeigen:
1 ein Beispiel für eine Anordnung aus Streustrahlenraster und Detektorarray gemäß dem vorliegenden Verfahren; und
2 eine vergrößerte Darstellung des Beispiels der 1 im Ausschnitt.
1 zeigt ein Beispiel für eine Anordnung aus Streustrahlenraster 1 und Detektorarray 2 gemäß dem vorliegenden Verfahren. Das Detektorarray 2 setzt sich aus mehreren Detektorelementen 3 zusammen, die einzelne Pixel für die Aufnahme von einfallender Röntgenstrahlung 6 darstellen. Für die Abschattung von Streustrahlung wird gemäß dem vorliegenden Verfahren ein Streustrahlenraster 1 eingesetzt, dessen lamellenförmige Absorptionselemente 4 einen zumindest um den Faktor 2 geringeren Abstand d aufweisen als der Mittenabstand D der Detektorelemente 3 des Detektorarrays 2. Dieses Streustrahlenraster 1 wird im vorliegenden Beispiel über dem Detektorarray 2 befestigt, ohne dieses in besonderer Weise relativ zu den inaktiven Bereichen zwischen den einzelnen Detektorelementen 3 positionieren zu müssen. Das Streustrahlenraster 1 lässt dabei im Wesentlichen senkrecht auftreffende Röntgenstrahlung 6 passieren und absorbiert Röntgenstreustrahlung 7, die aufgrund von Streuung im durchleuchteten Objekt unter einem schrägen Winkel einfällt.
In der 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus dem Streustrahlenraster 1 der 1 über einem einzelnen Detektorelement 3 zu erkennen, wobei die in den 1 und 2 dargestellten Höhen des Streustrahlenrasters 1 und Detektorarrays 2 nicht maßstabsgetreu wiedergegeben sind. Bei diesem Streustrahlenraster 1 werden als Absorptionselemente 4 Me tallfolien aus Blei oder Wolfram eingesetzt, zwischen denen Kunststofffolien 5 als Füll- und Trägermaterial liegen, die als Abstandshalter zwischen den Absorptionselementen 4 dienen. Diese Kunststofffolien 5 können beispielsweise aus PE, PP oder PET bestehen. Sie weisen eine Dicke zwischen 1/10 und 1/5 der Pixelbreite der Detektorelemente 3 auf, auf denen das Streustrahlenraster 1 eingesetzt wird. Die Kunststofffolien 5 werden bei der Herstellung abwechselnd mit der dünnen Metallfolie, die die Absorption der Röntgenquanten übernimmt, zu einem Stapelverbund verklebt. Dieser Verbund kann dann auch direkt auf das Detektor-Array 2 aufgesetzt und verklebt werden, ohne dass hierfür eine Ausrichtung auf die Pixelstruktur erforderlich ist.
Ein derartiges eindimensionales Streustrahlenraster 1 ist für einzeilige Detektor-Arrays oder für Detektor-Arrays einer Größe geeignet ist, die noch keine Kollimierung in der anderen Richtung, insbesondere der z-Richtung bei CT-Anlagen, benötigen.

Claims

Verfahren zur Abschattung von Streustrahlung vor einem Detektorarray (2) aus mehreren Detektorelementen (3), insbesondere für medizinische Röntgeneinrichtungen, bei dem ein Streustrahlenraster (1) vor dem Detektorarray (2) angeordnet wird, das sich aus durch ein Füll- und Trägermaterial (5) voneinander getrennten, lamellenförmigen Absorptionselementen (4) für die Streustrahlung, insbesondere für Röntgenstrahlung, zusammensetzt, die annähernd parallel zueinander verlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streustrahlenraster (1) eingesetzt wird, bei dem die Absorptionselemente (4) so dicht beieinander liegen, dass ein mittlerer Abstand der Absorptionselemente (4) zumindest um den Faktor 2 geringer als ein Mittenabstand der Detektorelemente (3) des Detektorarrays (2) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streustrahlenraster (1) eingesetzt wird, bei dem die Absorptionselemente (4) in gleichem Abstand zueinander angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streustrahlenraster (1) eingesetzt wird, bei dem die Absorptionselemente (4) einzelne Folien aus einem Röntgenstrahlung stark absorbierenden Material sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streustrahlenraster (1) eingesetzt wird, bei dem das Füll- und Trägermaterial (5) durch einzelne Folien aus einem für Röntgenstrahlung weitgehend transparentem Material gebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streustrahlenraster (1) eingesetzt wird, bei dem die Absorptionselemente (4) in Abstandsrichtung eine Ausdehnung von maximal 1/5 des Mittenabstandes der Detektorelemente (3) aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streustrahlenraster (1) eingesetzt wird, bei dem die Absorptionselemente (4) und das Füll- und Trägermaterial (5) in einem Volumenverhältnis im Streustrahlenraster (1) vorliegen, das einen Füllgrad zwischen 5 % und 30 % mit den Absorptionselementen (4) ergibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streustrahlenraster (1) eingesetzt wird, bei dem die Absorptionselemente (4) aus einem metallischen Material gebildet sind und das Füll- und Trägermaterial (5) ein Kunststoffmaterial ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streustrahlenraster (1) eingesetzt wird, bei dem die Absorptionselemente (4) aus einem metallischen Material gebildet sind und das Füll- und Trägermaterial (5) ein Papiermaterial ist.