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Gebiet der
Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich allgemein
auf Kollimatoren zur Verwendung in Computer-Tomoraphie(CT)-Bildgebungssystemen.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf gegossene Kollimatoren zur
Verwendung in CT Bildgebungssystemen und auf Verfahren zu ihrer
Herstellung. Die Erfindung bezieht sich auch auf Filter zur Verwendung
mit derartigen Kollimatoren und auf die Wahl von Materialien) zur Herstellung
derartiger Filter und/oder Kollimatoren.
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In CT Bildgebungssystemen werden
vor dem Patienten angeordnete Filter (Prä-Patientenfilter) und Kollimatoren
verwendet, um ein Röntgenbündel so zu
formen, dass ein fächerförmiges Röntgenbündel vor
seiner Transmission durch einen Patienten in der X-Y Ebene oder
Bildgebungsebene liegt. Diese Prä-Patientenfilter
werden im Allgemeinen verwendet, um die Intensität des Röntgenbündels in der X-Richtung zu formen,
und üblicherweise
sind sie in einem Gehäuse
(d.h. Kollimator) eingeschlossen, das die Breite von dem Röntgenbündel in
der Z-Richtung bestimmt. Das gefilterte und kollimierte Röntgenbündel wird
durch das abzubildende Objekt (d.h. den Patienten, an dem die CT
Abtastung ausgeführt wird)
geschwächt,
und die Röntgenstrahlen
werden dann durch ein Feld von Strahlungsdetektoren detektiert.
Häufig
treten die Röntgenstrahlen
durch einen hinter dem Patienten angeordneten Kollimator (Post-Patientenkollimator)
hindurch, bevor sie durch das Feld von Strahlungsdetektoren detektiert
werden. Diese Post-Patientenkollimatoren weisen im Allgemeinen eine
Anzahl verschiedener Teile auf, die sehr schwierig genau auszurichten
und zusammenzubauen sein können.
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Die Prä-Patientenkollimatoren erzeugen häufig eine
signifikante gestreute Strahlung, die den Patienten einer Röntgendosis
aussetzen, die in dem CT Bildge bungsprozess nicht nutzbar ist. Diese Streuung
wird ein zunehmendes Problem, da CT Hersteller das fächerförmige Röntgenbündel mehr und
mehr in der Z-Richtung öffnen,
um Detektoren mit mehr Scheiben und Überdeckung in der Z-Richtung
aufzunehmen, wodurch das Erfordernis für bessere Prä-Patienten-
und Post-Patienten-Kollimatorkonstruktionen
vergrößert wird.
Da CT Systeme zunehmend dosisempfindlich werden, würde es wünschenswert
sein, Einrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Prä-Patienten-Filter/Kollimatoranordnungen
zu haben, um die gestreute Strahlung zu minimieren, die darin erzeugt
wird und aus ihnen austritt, um so die Röntgendosis zu senken, der der
Patient ausgesetzt ist.
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Die Post-Patientenkollimatoren sind
im Allgemeinen komplizierte Strukturen, die Kämme, Schienen, Platten und
Drähte
aufweisen. Gegenwärtig
muss jeder Kamm an einer Schiene befestigt werden, jede Platte muss
einzeln in geeignete Schlitze in den Kämmen eingesetzt und daran befestigt
werden und dann müssen
Drähte
einzeln gezogen und an den entsprechenden Schlitzen in jeder Platte
befestigt werden. Dies ist ein sehr zeitraubendes, arbeitsintensives
Verfahren, das häufig
eine Nachbearbeitung erfordert, wenn die Komponenten nicht richtig ausgerichtet
sind. Deshalb würde
es wünschenswert sein,
Einrichtungen bzw. Systeme und Verfahren zur Herstellung von Post-Patientenkollimatoren
in einer einfacheren, effizienteren und ökonomischeren Art und Weise
zu fertigen, als es gegenwärtig
möglich ist.
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Bei derartigen Kollimatoren verwendete
Filter könnten
auch besser ausgestaltet sein, um die gestreute Strahlung zu minimieren,
die darin erzeugt und von diesen austritt, um so zu helfen, die
Röntgendosis
weiter zu senken, der der Patient ausgesetzt ist.
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Es würde wünschenswert sein, Kollimatoren, sowohl
vor dem Patienten als auch hinter dem Patienten, zur Verfügung zu
haben, die die Röntgendosis senken,
der der Patient ausgesetzt ist, indem die gestreute Strahlung minimiert
wird, die darin erzeugt wird und aus diesen austritt. Es würde ferner
wünschenswert
sein, derartige Kollimatoren zu haben, die einfacher, genauer und
effizienter hergestellt werden können,
als es gegenwärtig
möglich
ist. Es würde
auch wünschenswert
sein, Filter zu haben, die die gestreute Strahlung minimieren, die
darin erzeugt wird und aus diesen austritt, zur Verwendung in Kombination
mit derartigen Kollimatoren, um so zu helfen, die Röntgendosis
weiter zu senken, der der Patient ausgesetzt ist. Es würde ferner
wünschenswert
sein, dass derartige Filter und/oder Kollimatoren aus einem oder
mehreren Gussstücken
aus einem geeigneten Material mit hoher Dichte und einer hohen Atomzahl
hergestellt werden können.
Schließlich würde es wünschenswert
sein, dass derartige Kollimatoren einen verbesserten Röntgendosis-Wirkungsgrad haben.
Durch die Erfindung werden noch viele andere Bedürfnisse erfüllt, wie es aus dem Rest der
folgenden Offenbarung deutlicher werden wird.
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Die oben beschriebenen Nachteile
von bestehenden Systemen und Ver fahren werden durch Ausführungsbeispiele
der Erfindung überwunden,
die sich auf Kollimatoren, sowohl vor dem Patienten als auch hinter
dem Patienten, bezieht, die die Röntgendosis des Patienten senken,
der der Patient ausgesetzt ist, indem die gestreute Strahlung minimiert wird,
die darin erzeugt wird und die aus ihnen austritt. Viele Ausführungsbeispiele
dieser Kollimatoren können
einfacher, genauer und effizienter hergestellt werden, als es gegenwärtig möglich ist.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung umfassen auch Filter, die die gestreute Strahlung
minimieren, die darin erzeugt wird und aus ihnen austritt, zur Verwendung
in Kombination mit derartigen Kollimatoren, um so zu helfen, die
Röntgendosis,
der der Patient ausgesetzt ist, weiter zu verringern. Derartige
Filter und/oder Kollimatoren werden vorzugsweise aus einem oder mehreren
Gussstücken
aus einem geeigneten Material mit hoher Dichte und einer hohen Atomzahl
hergestellt. Diese Kollimatoren gestatten auch, dass ein verbesserter
Röntgendosis-Wirkungsgrad
erzielt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
umfassen Kollimatoren zur Verwendung in CT Bildgebungssystemen.
Diese Kollimatoren können
eine zweidimensionale Honigwabenstruktur aufweisen, die Kanäle mit einer
vorbestimmten Form enthalten, die zwischen Kanalwänden mit
einer vorbestimmten Dicke verlaufen. Diese zweidimensionale Honigwabenstruktur
ist vorzugsweise durch ein Gießverfahren
hergestellt und in der Lage, vorbestimmte Präzisionsanforderungen zu erfüllen. Wenn
er als ein Prä-Patientenkollimator
verwendet wird, kann ein Filter operativ damit verbunden werden,
wobei das Filter vorzugsweise aus irgendeinem Material mit hoher Dichte
und hoher Atomzahl hergestellt ist, wie beispielsweise Blei, eine
Bleilegierung, Tantal, Wolfram, in einer Epoxidmatrix suspendiertes
Wolfram, in einem Brei suspendiertes Wolfram oder ähnliches.
Das Filter kann vor dem Kollimator angeordnet sein oder es kann
einen dreidimensionalen Einsatz aufweisen, der operativ in den Kanälen von
der zweidimensionalen Honigwabenstruktur angeordnet ist. Wenn er
als ein Post-Patientenkollimator verwendet ist, können Kanäle vorgesehen
sein, die durch die zweidimensionale Honigwabenstruktur verlaufen.
Diese Kanäle könnten irgendeine
Form haben, beispielsweise rechteckig, kreisförmig, oval, trapezförmig, hexagonal,
quadratisch oder ähnliches.
Vorzugsweise sind diese Kanäle
verjüngt,
um eine erste Öffnung
nahe einer Röntgeneintrittsfläche von
dem Kollimator zu bilden, die größer ist
als eine zweite Öffnung
nahe einer Röntgenaustrittsfläche des
Kollimators. Der Kollimator selbst kann aus irgendeinem Material
hoher Dichte und mit einer hohen Atomzahl hergestellt sein, wie
beispielsweise Blei, einer Bleilegierung, Tantal, Wolfram, in einer
Epoxidmatrix suspendiertes Wolfram, in einem Brei suspendiertes
Wolfram oder ähnliches.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf
Filter zur Verwendung in Prä-Patienten-Filter/Kollimatoranordnungen
in CT Bildgebungssystemen oder zur Verwendung in Verbindung mit
Post-Patientenkollimatoren, wenn dies gewünscht wird. Diese Filter weisen vorzugsweise
irgendein geeignetes Material mit hoher Dichte und hoher Atomzahl
auf, das in der Lage ist, Röntgenstrahlung
zu absorbieren, wie beispielsweise Blei, eine Bleilegierung, Tantal,
Wolfram, in einer Epoxidmatrix suspendiertes Wolfram, in einem Brei
suspendiertes Wolfram oder ähnliches.
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Noch weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung
umfassen Prä-Patientenfilter-
und Kollimatoranordnungen zur Verwendung in CT Bildgebungssystemen.
Diese Anordnungen können
enthalten: eine Filterkomponente, eine Kollimatorkomponente, wobei
die Filterkomponente operativ mit der Kollimatorkomponente verbunden
ist und die Filterkomponente eine zweidimensionale Honigwabenstruktur aufweist,
die Kanäle
mit einer vorbestimmten Form enthält, die zwischen Kanalwänden mit
einer vorbestimmten Dicke verlaufen. Der Filter und/oder der Kollimator
können
aus irgendeinem geeigneten Material hoher Dichte und hoher Atomzahl
hergestellt sein, wie beispielsweise Blei, eine Bleilegierung, Tantal,
Wolfram, in einer Epoxidmatrix suspendiertes Wolfram, in einem Brei
suspendiertes Wolfram oder ähnliches.
Das Filter kann vor dem Kollimator oder irgendwo anders in einer
geeigneten Nähe
zum Kollimator angeordnet sein oder es kann einen dreidimensionalen
Einsatz aufweisen, der operativ in den Kanälen von der zweidimensionalen
Honigwabenstruktur angeordnet ist.
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Noch weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung
umfassen Post-Patienten-Kollimatoren
zur Verwendung in CT Bildgebungssystemen. Diese Kollimatoren enthalten
vorzugsweise: eine zweidimensionale Honigwabenstruktur, die Kanäle mit einer
vorbestimmten Form hat, die zwischen Kanalwänden mit einer vorbestimmten
Dicke verlaufen, wobei die zweidimensionale Honigwabenstruktur in
der Lage ist, vorbestimmte Präzisionsanforderungen
zu erfüllen.
Idealerweise sind diese Kollimatoren durch ein Gießverfahren
hergestellt. Die Kanäle
in diesen Kollimatoren können
jede geeignete Form haben, wie beispielsweise rechteckig, kreisförmig, oval,
trapezförmig,
hexagonal und/oder quadratisch. Vorzugsweise sind diese Kanäle verjüngt, um
eine erste Öffnung
nahe einer Röntgeneintrittsfläche von
dem Kollimator zu erzeugen, die größer als eine zweite Öffnung nahe
einer Röntgenaustrittsfläche von
dem Kollimator ist. Die zweidimensionale Honigwabenstruktur kann
irgendein geeignetes Material hoher Dichte und hoher Atomzahl aufweisen,
wie beispielsweise Blei, eine Bleilegierung, Tantal, Wolfram, in
einer Epoxidmatrix suspendiertes Wolfram, in einem Brei suspendiertes
Wolfram oder ähnliches.
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Weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile
dieser Erfindung werden für
den Fachmann im Laufe der folgenden Beschreibung deutlicher, wobei
auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen wird, die einige bevorzugte Ausführungsbeispiele
darstellen, und wobei gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen gleiche
Teile bezeichnen.
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Die Einrichtungen bzw. Systeme und
Verfahren gemäß der Erfindung
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die verschiedenen Figuren
beschrieben, in denen:
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1 eine
perspektivische Ansicht von einem Beispiel eines CT Bildgebungssystems
ist,
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2 eine
perspektivische Ansicht von einem ein hohes Seitenverhältnis aufweisenden Prä-Patienten-Kollimator
ist, wie er in Ausführungsbeispielen
der Erfindung verwendet ist,
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3 ein
Teil von einer geschnittenen Seitenansicht ist, die einige nichtverjüngte, rechteckförmige Rippen
bzw. Schaufeln und Kanäle
zeigt, wie sie in Ausführungsbeispielen
dieser Erfindung gegossen sind, und
-
4 ein
Teil von einer geschnittenen Seitenansicht ist, und einige zweidimensional
verjüngte, trapezförmige Rippen
bzw. Schaufeln und Kanäle zeigt,
wie sie in anderen Ausführungsbeispielen
der Erfindung gegossen sind.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Um das Verständnis der Erfindung zu fördern, wird
nun auf einige bevorzugte Ausführungsbeispiel
der Erfindung Bezug genommen, wie sie in den 1–4 dargestellt sind; dabei
wird eine spezielle Sprache verwendet, um sie zu beschreiben. Die hier
verwendete Terminologie dient nur zu Beschreibungszwecken und soll
in keiner Weise eine Einschränkung
darstellen. Spezielle strukturelle und funktionale Details, die
hier offenbart werden, sollen nicht als Einschränkung verstanden werden, sondern sie
dienen lediglich als eine Basis für die Ansprüche als eine repräsentative
Basis, um dem Fachmann die Lehre zu geben, die Erfindung in verschiedener
Art zu verwenden. Viele Modifikationen und Abwandlungen in den gezeigten
Halterungsstrukturen und den Verfahren zu ihrer Herstellung und
auch weitere Anwendungen der Prinzipien der hier dargestellten Erfindung,
wie sie normalerweise im Fachwissen des Durchschnittsfachmannes
liegen, werden als innerhalb des Erfindungsgedankens dieser Erfindung
betrachtet.
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1 zeigt
als Beispiel ein CT Bildgebungssystem 10. Derartige Systeme
enthalten im Allgemeinen ein Gestell 12, eine Gestellöffnung 48 und
einen Tisch 46, auf dem ein Patient 22 liegen
kann. Das Gestell 12 weist eine Röntgenquelle 14 auf,
die ein Bündel
von Röntgenstrahlen 16 in
Richtung auf ein Feld (Array) von Detektorelementen 18 projiziert.
Im Allgemeinen weist das Feld von Detektorelementen 18 eine
Anzahl von einzelnen Detektorelementen auf, die seitlich nebeneinander
in der Form von einem Bogen angeordnet sind, der im wesentlichen
auf der Röntgenquelle 14 zentriert
ist. In Mehrscheiben-Bildgebungssystemen können parallele Reihen von Reihen
von Detektorelementen 18 so angeordnet sein, dass jede
Reihe von Detektoren verwendet werden kann, um ein einzelnes Bild
einer dünnen Scheibe
durch den Patienten 22 in der X-Y Ebene zu generieren.
Jedes Detektorelement in dem Feld von Detektorelementen 18 fühlt und
detektiert die Röntgenstrahlen 16,
die durch ein Objekt, wie beispielsweise einen Patienten 22,
hindurchtreten. Zwar zeigt diese Figur, dass die Röntgenquelle 14 und
das Feld von Detektorelementen 18 entlang der X-Achse ausgerichtet
sind, aber einige CT Bildgebungssysteme können die Röntgenquelle 14 und
das Feld der Detektorelemente 22 auch unterschiedlich ausrichten, wie
beispielsweise entlang der Y-Achse oder irgendwie anders in der
X-Y Ebene.
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In vielen CT Bildgebungssystemen
werden Prä-Patienten-Filter
und -kollimatoren zwischen der Röntgenquelle 14 und
dem Patienten 22 verwendet, um das von der Röntgenquelle 14 kommende
Röntgenbündel 16 zu
formen, bevor es durch den Patienten 22 hindurchtritt.
Die Filter in diesen Anordnungen haben die Tendenz, die Intensität von dem
Röntgenbündel in
der X-Richtung über
dem Patienten 22 zu formen und sind üblicherweise in einem Gehäuse eingeschlossen,
das die Breite von dem Röntgenbündel in
der Z-Richtung bestimmt. Im Allgemeinen wird die Gehäuse-Kollimierung in Z
dadurch erzielt, dass einstellbare Kollimatorblätter oder -backen verwendet
werden, um die Gesamtfläche
einzustellen, die in Z ausgesetzt bzw. bestrahlt wird. Jedoch besteht
ein Hauptnachteil bei gegenwärtigen
Prä-Patienten-Filter/Kollimatoranordnungen
darin, dass sie häufig
eine signifikante Menge an gestreuter Strahlung erzeugen, die den
Patienten Röntgenstrahlung aussetzt,
die in dem CT Bildgebungsverfahren nicht nutzbar ist. Wie eingangs
bereits ausgeführt
ist, wird Streuung ein zunehmendes Problem, da CT Hersteller das
fächerförmige Röntgenbündel in
der Z-Richtung mehr und mehr öffnen,
um Detektoren mit mehr Scheiben und Überdeckung in der Z-Richtung
aufzunehmen, wodurch das Erfordernis für bessere Prä-Patienten-
und Post-Patienten-Kollimatorkonstruktionen vergrößert wird.
Die Zunahme in dieser Streuung scheint linear zu der Zunahme in
der Bündelbreite
in Z-Richtung zu sein. Da CT Bildgebungssysteme mehr und mehr dosisempfindlich
werden, würde
es wünschenswert
sein, Prä-Patienten-Filter/Kollimatoranordnungen
zu haben, die die gestreute Strahlung minimieren, die darin erzeugt
wird und aus ihnen austritt, um so die Röntgendosis zu senken, der der
Patient 22 ausgesetzt ist. Die vorliegende Erfindung kann
den Erzeugungsmechanismus für
gestreute Röntgenstrahlen
in den Prä-Patienten-Filter/Kollimatoranordnungen
verkleinern und auch für
die Kollimation und anschließende
Minimierung der gestreuten Strahlung sorgen, die darin erzeugt wird.
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Die Verwendung spezieller Materialien
für die
Filter in den Prä-Patienten-Filter/Kollimatoranordnungen
kann helfen, die gestreute Strahlung zu minimieren, die in den Prä-Patienten-Filter/Kollimatoranordnungen
erzeugt wird. Üblicherweise
sind diese Filter aus Kunststoff, Teflon®, Flexan® und/oder
anderen Materialien mit kleiner Dichte und einer kleinen Atomzahl
hergestellt, die einen großen
Compton-Effekt auf das gesamte Querschnittsverhältnis haben (d.h. ihr primärer Schwächungsmechanismus
ist über
Streuung, nicht über
photo-elektrische Absorption). Die Auswahl von Materialien für die Filter,
die ein hohes photo-elektrisches zu Gesamtquerschnitts-Verhältnis haben,
können
helfen, die in dem Filter gestreute Strahlung zu minimieren, indem
der Erzeugungsmechanismus für
gestreute Strahlung reduziert oder eliminiert wird. Derartige Materialien können jedes
Material mit hoher Atomzahl und hoher Dichte umfassen, das gut ist
zum Absorbieren von Röntgenstrahlen,
um Röntgenstreuung
zu minimieren, wie beispielsweise Blei, eine Bleilegierung, Tantal,
Wolfram, Wolfram in einer Epoxidmatrix suspendiert, Wolfram suspendiert
in einem Brei oder jedes andere Material mit hoher Dichte und hoher
Atomzahl, das Röntgenstrahlenabsorption
optimieren kann. Die Kollimatoren können auch mit Vorteil aus den
gleichen, eine hohe Dichte und hohe Atomzahl aufweisenden Materialien
hergestellt sein wie die Filter. Die Filter und Kollimatoren können ein
einziges Material, einen Stapel von Materialien oder ein Verbundmaterial
aufweisen.
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Die vor dem Patienten auftretende
gestreute Strahlung könnte
auch weiter verringert werden, indem ein honigwabenförmiger Kollimator 200 nahe
einem Filter angeordnet wird, um sogar noch mehr von der gestreuten
Strahlung herauszufiltern, insbesondere die vordere gestreute Strahlung,
die auf den Patienten gerichtet ist. Eine derartige Struktur kann höchst wünschenswert
sein, da die Prä-Patienten-Filter/Kollimatoranordnungen,
die gegenwärtig verfügbar sind,
kein so großes
Seitenverhältnis
haben, wodurch signifikante Mengen von vorderer gestreuter Strahlung
austreten kann und der Patient dieser Strahlung ausgesetzt wird.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen
kann diese Prä-Patienten-Filter/Kollimatoranordnung
die Verwendung eines dreidimensionalen Einsatzes in der Z-Scheibenbreite des
Kollimators aufweisen, der kleine Löcher in sich hat, die effektiv
als ein ein hohes Seiten verhältnis aufweisender
Kollimator wirkt, um die gestreute Strahlung zu absorbieren, die
in dem Filter erzeugt werden kann, der vor dem Prä-Patienten-Kollimator angeordnet
ist. Eine derartige Anordnung würde
vorzugsweise durch ein Gießverfahren
hergestellt, das Honigwabenstrukturen gestatten würde, die
sehr dünne
Wände oder
Schaufeln bzw. Rippen haben. Es könnten Materialien mit einer
hohen Dichte und einer hohen Atomzahl verwendet werden, damit derartige Honigwabenstrukturen
helfen, die gestreute Strahlung weiter zu minimieren, und sie verringern
dadurch die Röntgendosis
für den
Patienten.
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In Ausführungsbeispielen könnte das
Filtermaterial in der Honigwabenstruktur selbst angeordnet sein, ähnlich dem
Honig in einer Honigwabe. In noch anderen Ausführungsbeispielen könnten statt des
Gießens
dieser Prä-Patienten-Kollimatoren gestapelte
geätzte
Folien verwendet werden oder es könnten Platte-Platte-Rasteranordnungen
verwendet werden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen
die Prä-Patienten-Filter/Kollimatoranordnungen
ein speziell ausgewähltes,
eine hohe Atomzahl und eine hohe Dichte aufweisendes Material für den Filter
und einen ein hohes Seitenverhältnis
aufweisenden Kollimator auf, der kleine Kanäle darin hat, die operativ
mit dem Filter verbunden sind. Dieser Kollimator 200 kann
eine gegossene, zweidimensionale Honigwabenstruktur aufweisen, wie
sie in 2 gezeigt ist,
wobei die Honigwabenstruktur kleine rechteckförmige Kanäle 211 aufweist, die
durch die Tiefe 220 von dem Kollimator 200 verlaufen.
Das Gießen
einer derartigen Struktur ist bevorzugt, weil es gestattet, dass
kleine Öffnungen
zwischen sehr dünnen
Wänden
erzeugt werden. Für
den Fachmann wird deutlich, dass es zahlreiche andere geeignete Wege
gibt, um eine derartige Struktur herzustellen, wie beispielsweise
Stapeln geätzter
Folien, Verwenden Platte-Platte-Rasteranordnungen und ähnliches und
alle diese Abwandlungen werden als innerhalb des Schutzumfanges
der Erfindung liegend betrachtet. Diese Gussstrukturen können ein
einzelnes Gussstück
oder viele Gussstücke
aufweisen, die miteinander verbunden werden können. Wie für den Fachmann bekannt ist,
weisen alle Prä-Patienten- und
Post-Patienten-Kollimatoren radiale Einrichtungen auf, die an dem
Brennpunkt der Röntgenröhre fokussiert
sind.
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Viele CT Bildgebungssysteme verwenden auch
hinter dem Patienten angeordnete bzw. Post-Patienten-Kollimatoren
zwischen dem Patienten 22 und dem Feld von Detektorelementen 18,
um die geschwächten
Röntgenstrahlen 16 zu
fokussieren, die durch den Patienten 22 hindurchtreten
und auf die verschiedenen Detektorelement in dem Feld von Detektorelementen 18 treffen.
Gegenwärtige Post-Patienten-Kollimatoren
weisen zahlreiche in Präzision
oder Semi-Präzision
bearbeitete oder gefertigte Teile auf, die, eines zur Zeit, von
Hand präzise angeordnet
und zusammengebaut werden müssen. Wie
aus der Tatsache deutlich wird, dass einige bekannte Post-Patienten-Kollimatoren
zwei Schienen, zwei Kämme,
die jeweils an einer Schiene befestigt werden müssen, 944 Platten, die einzeln
in entsprechende Schlitze in den Kämmen eingesetzt und daran befestigt
werden müssen,
und 17 Wolframdrähte aufweisen,
die einzeln gezogen und an den entsprechenden Schlitzen auf jeder
Platte befestigt werden müssen,
so ist dies ein sehr arbeitsintensiver, zeitraubender Prozess. Es
würde deshalb
wünschenswert sein,
Einrichtungen bzw. Systeme und Verfahren zur Verfügung zu
haben, um derartige Kollimatoren in einer einfacheren, effizienteren
und ökonomischeren Weise
zu fertigen, als dies gegenwärtig
möglich
ist.
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Die Post-Patienten-Kollimatoren gemäß der Erfindung
werden vorzugsweise durch Gießen
hergestellt, was gestattet, dass dünne, verjüngte Schaufeln bzw. Rippen
erzeugt werden können,
Nichtlinearitäten
und Bildartefakte verringert werden, die üblicherweise durch fehlausgerichtete
Kollimatorschaufeln in bestehenden Post-Patienten-Kollimatoren bewirkt werden.
Nichtlinearitäten
in bestehenden Post-Patienten-Kollimatoren
können
verursacht werden, wenn sich die Röntgenquelle während des
Betriebs leicht bewegt, wie es üblich
ist aufgrund der Wärme,
die durch die rotierende Anode in der Röntgenstrahlen erzeugenden Quelle
erzeugt werden, wodurch bewirkt wird, dass die Röntgenbündel in einer nicht-parallelen
Weise in Bezug auf die Kanäle
in dem Kollimator ausgerichtet werden, was eine Schattenbildung
an der Röntgenaustrittsfläche 215 von dem
Kollimator zur Folge hat. Derartige Nichtlinearitäten werden
in bestehenden Post-Patienten-Kollimatoren häufig korrigiert, indem die
Schaufeln bzw. Rippen schräg
angeordnet werden, um die Platten in dem Kollimator leicht fehlauszurichten;
dies verringert stark die Kanal-zu-Kanal-Nicht-linearitäten, die durch eine Brennpunktbewegung
des Röntgenbündels während des
Betriebs hervorgerufen werden. Das Gießen dieser Post-Patienten-Kollimatoren
kann helfen, die Röntgendosennutzung
und den Wirkungsgrad zu verbessern, indem gestattet wird, dass dünnere, verjüngte Schaufeln
bzw. Rippen darin verwendet werden, wodurch das Erfordernis zur
Schrägstellung
der Rippen eliminiert wird. Es ist nahezu undenkbar, verjüngte Schaufeln
bzw. Rippen in einer anderen Weise als durch Gießen zu erzeugen.
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Es werden zwar gegenwärtig gegossene Kollimatoranordnungen
in Nuklear- und/oder Gamma-Kamerasystemen verwendet, aber derartige
Kollimatoren sind nicht so bogenförmig, wie diejenigen, die für CT Kollimatoren
benötigt
werden, und sie sind auch keine dünnwandigen Strukturen. Jedoch
haben kürzliche
Fortschritte in der Gießtechnologie
das Gießen
für die
Fertigung von billigen CT Präzisions-Kollimatoren
attraktiver gemacht. Das Gießverfahren eignet
sich für
einige neuartige Vorteile, wenn es auf die Fertigung von CT Kollimatoren
angewendet wird, sowohl für
Prä-Patienten-
als auch Post-Patienten-Kollimatoren. Gießen gestattet, dass Kollimatoren,
die sehr dünne
Wände mit
sehr kleinen Kanälen oder
Löchern
dazwischen haben, gebildet werden können. Gießen gestattet auch, dass in
derartigen Kollimatoren verjüngte
Schaufeln bzw. Rippen gebildet werden können. Beispielsweise waren
in der Honigwabenstruktur, die oben in Prä-Patienten-Kollimatoren beschrieben
sind, die Kanäle
lediglich rechteckförmige
Kanäle 211 in
der Bildgebungsebene. Bei Verwendung von Gießtechnologie kann es jedoch möglich sein,
verjüngte
Kanäle
mit verschiedenen Formen in sowohl Prä-Patienten- als auch Post-Patienten-Kollimatoren auszubilden,
wenn eine solche Verjüngung
gewünscht
wird.
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Diese gegossenen Kanäle könnten in
einer oder zwei Dimensionen verjüngt
sein, wie es auch gewünscht
wird. Beispielsweise können
diese Kanäle
nur in der X-Richtung oder der Y-Richtung (d.h. 1D Verfügung) verjüngt sein
oder sie könnten
sowohl in der X-Richtung als auch der Y-Richtung (d.h. 2D Verjüngung).
verjüngt
sein. Während
viele Ausführungsbeispiele
rechteckförmige
Rippen und Kanäle
verwenden, gestattet Gießen,
dass verschiedene andere geformte Rippen und Kanäle darin ausgebildet werden,
wie beispielsweise runde Kanäle
oder hexagonale Kanäle,
die beide in einer Dimension oder zwei verjüngt sein könnten, wie es gewünscht wird. Ein
Teil von einer geschnittenen Seitenansicht, die einige nichtverjüngte, rechteckförmige Rippen 210 und rechteckförmige Kanäle 211 zeigt,
wie sie in Ausführungsbeispielen
der Erfindung gegossen sind, sind in 3 zu
sehen.
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Ein Teil von einer geschnittenen
Seitenansicht, die einige verjüngte,
trapezförmige
Schaufeln bzw. Rippen 212 und trapezförmige Kanäle 213 zeigt, wie
sie in anderen Ausführungsbeispielen
der Erfindung gegossen sind, ist in 4 gezeigt.
Für den Fachmann
wird deutlich, dass zahlreiche anders geformte Kanäle in diesen
Kollimatoren erzeugt werden könnten,
und alle diese Abwandlungen werden als innerhalb des Schutzumfanges
der Erfindung liegend betrachtet.
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Die Verjüngung bzw. Abschrägung der
Rippen in diesen Post-Patienten-Kollimatoren
gestattet, dass die exakte Präzision,
die bei derartigen Kollimatoren erforderlich ist, auf nur einer
Fläche
von dem Kollimator benötigt
wird, beispielsweise auf der Röntgenaustrittsfläche 215,
aber nicht auf der Röntgeneintrittsfläche 216.
Wenn die Rippen in derartigen Kollimatoren verjüngt sind, kann die Nicht-Präzisionsfläche von
derartigen Kollimatoren (d.h. die Röntgeneintrittsfläche 216)
verdeckt sein hinter oder in dem Schatten der Präzisionsfläche (d.h. der Röntgenaustrittsfläche 215),
wodurch das Erfordernis für eine
Präzisions-Genauigkeit
auf beiden Flächen
verringert wird, da der Schatten, der durch die Nicht-Präzisionsfläche erzeugt
wird, sich ein wenig bewegen kann, solange er in dem Schatten bleibt,
der durch die Präzisionsfläche erzeugt
wird. Da die Erzeugung von Präzisionsabmessungen
auf nur einer Fläche viel
einfacher ist als die Erzeugung von Präzisionsabmessungen auf vielen
Flächen,
verbessert dies stark die Wahrscheinlichkeit, in der Lage zu sein,
die viel kosteneffektivere Gießtechnologie
auf die Fertigung von CT Kollimatoren anzuwenden. Die Abschrägung der
Rippen kann auch die variierenden Schattenbildungseffekte eliminieren,
die üblicherweise
durch fehlausgerichtete Kollimatorrippen in bestehenden Post-Patienten-Kollimatoren
bewirkt werden. Weiterhin eliminiert die Verjüngung der Rippen das Erfordernis,
die Rippen schräg
anzuordnen, wie es üblicherweise
in bestehenden Post-Patienten-Kollimatoren gemacht wird, um den
Röntgendosis-Wirkungsgrad
zu verbessern.
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Die Verjüngung bzw. Abschrägung dieser Rippen
und Kanäle
sorgt zwar für
viele Vorteile, aber die Rippen und Kanäle in diesem Prä-Patienten-
und Post-Patienten-Kollimatoren
müssen
nicht verjüngt sein.
Weiterhin kann die Honigwabenstruktur dieser Kollimatoren mit zweidimensionalen
Serpentinen, eindimensionalen Serpentinen oder dem Äquivalent der
gegenwärtigen
Platten und Drähte
hergestellt werden, die in derartigen Kollimatoren benutzt werden.
Wie für
den Fachmann deut lich wird, sind zahlreiche Gussgestaltungen dieser
Kollimatoren möglich.
Die Kollimatoren können
als Einzelstückstrukturen
gegossen sein oder sie können
als viele Stücke gegossen
sein, die operativ miteinander verbunden werden können.
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Wie vorstehend beschrieben ist, gestatten die
Einrichtungen (Systeme) und Verfahren gemäß der Erfindung, dass sowohl
die Prä-Patienten-
als auch Post-Patienten-Kollimatoren
durch ein Gießverfahren
hergestellt werden können,
wodurch sehr genaue Kollimatoren viel einfacher und wirtschaftlicher hergestellt
werden können,
als es bisher möglich
war. Diese Kollimatoren helfen auch in vorteilhafter Weise, gestreute
Röntgenstrahlung
zu minimieren, wodurch die Röntgendosis
gesenkt wird, der die Patienten ausgesetzt werden. Die Materialien,
die zum Herstellen derartiger Kollimatoren ausgewählt werden, können helfen,
die gestreute Strahlung zu minimieren, die in derartigen Kollimatoranordnungen
erzeugt oder von diesen gestreut werden, und die Honigwabenstrukturen
können
helfen, die gestreute Strahlung weiter zu senken, der die Patienten
ausgesetzt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, weil CT Bildgebungssysteme
dosisintensiver werden und es wünschenswert
ist, den Patienten nicht mehr Strahlung als notwendig auszusetzen.
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Es sind verschiedene Ausführungsbeispiele der
Erfindung beschrieben worden, um verschiedene Bedürfnisse,
die die Erfindung erfüllt,
darzustellen. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Ausführungsbeispiele
lediglich dazu dienen, die Prinzipien der verschiedenen Ausführungsbeispiele
der Erfindung darzustellen. Für
den Fachmann werden zahlreiche Abwandlungen und Anpassungen deutlich,
ohne von dem Erfindungsgedanken und dem Schutzumfang der Erfindung
abzuweichen. Beispielsweise sind zwar verjüngte Rippen in Relation zu
gegossenen Post-Patienten-Kollimatoren beschrieben worden, sie könnten aber
auch in gegossenen Prä-Patienten-Kollimatoren
verwendet werden, wenn dies gewünscht
ist. Somit ist beabsichtigt, dass die Erfindung alle geeigneten
Modifikationen und Variationen einschließen soll, die innerhalb des
Schutzumfanges der beigefügten
Ansprüche
und ihrer Äquivalente
liegen.