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Die Erfindung betrifft eine variable Blendenvorrichtung und einen Computertomographen, der eine solche variable Blendenvorrichtung umfasst.
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Bei Vermessungen von Objekten mittels der Computertomographie ist Streustrahlung unerwünscht, denn sie erhöht den Signaluntergrund und das Rauschen der Detektorsignale und erzeugt ferner unerwünschte Artefakte in den rekonstruierten Bildern. Die Streustrahlung kann reduziert werden, wenn das Computertomographie-System so ausgelegt ist und/oder betrieben wird, dass nur ein eingeschränkter, relevanter Raumwinkelbereich mit Röntgenstrahlen beleuchtet wird. Wenn nur relevante Objektdetails bestrahlt werden, also nur die Teile, deren Bildinformation auch verwendet wird, kann die Bildqualität verbessert werden.
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Bei Mikrofokusquellen, die auch mit hohen Leistungen und daher mit Brennfleckgrößen bis in den Millimeterbereich betrieben werden, ist der Nutzstrahlwinkel in der Regel so groß, dass nur ein Teil des Röntgenstrahls auf die Sensorfläche des Detektors auftrifft und ein anderer Teil an der Sensorfläche vorbeistrahlt oder neben der Sensorfläche auftrifft. Der Grund dafür liegt darin, dass die Sensorfläche andernfalls inhomogen ausgeleuchtet würde. Um eine ausreichend homogene Ausleuchtung zu erhalten, ist es üblich, den Nutzstrahlwinkel so groß zu wählen, dass ein Vielfaches der Sensorfläche ausgeleuchtet wird. In einem Computertomographie-System mit einem variablen Abstand zwischen Röntgenstrahlungsquelle und Detektor sollte bei konstanter Größe der Sensorfläche der Nutzstrahlwinkel auf den Abstand angepasst werden, um die Streustrahlung zu reduzieren.
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Aus dem Stand der Technik sind in diesem Zusammenhang zwei Vorgehensweisen bekannt. Bei der ersten Vorgehensweise wird eine Blendengröße, d. h. eine Apertur der Blende, die den Nutzstrahlwinkel definiert, so groß gewählt, dass die Sensorfläche des Detektors auch bei größtmöglichem Brennfleck vollständig ausgeleuchtet ist. Die Blende befindet sich hierbei in einem festen Abstand zum Brennfleck, unabhängig von der Größe des Brennflecks.
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Die zweite Vorgehensweise sieht einen motorisch verstellbaren Fenster-Kollimator vor, der es erlaubt, die Größe des beleuchteten Bereichs in einer oder zwei quer zur Ausbreitungsrichtung der Strahlung verlaufenden Richtung(en) einzustellen. Die Blendenfenster des Kollimators liegen in einer gemeinsamen Ebene mit einem Abstand zum Brennfleck, der nicht an eine Veränderung der Brennfleckgröße anpassbar ist. Die Schärfe der Abbildung der Blendenfenster in der Detektorebene hängt daher von der Blendengröße ab.
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Aus der Medizintechnik, in der die Strahlungsbelastung eines Patienten möglichst gering gehalten werden soll, sind ferner sogenannte „Multi-Leaf“-Kollimatoren bekannt. Diese bestehen aus Lamellen, die für Einzelaufnahmen an die Aufnahmebedingungen angepasst werden. Für eine automatische Ansteuerung werden jedoch sehr viele unabhängige Aktoren verwendet.
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Aus der
DE 32 46 114 A1 ist ein Röntgenuntersuchungsgerät bekannt, mit einer an einem Ende eines Röhre-Bildschichtträgers gehaltenen Röntgenröhre mit angeflanschter Strahlenblende und einem am anderen Ende des Röhre-Bildschichtträgers zu dieser ausgerichtet gehaltenen Bildschichtträger mit Mitteln zur zentrischen Positionierung von Bildschichten. Mindestens eine der die Strahlung begrenzenden Kanten der Strahlenblende ist mit einem in die Strahlung ragenden Ansatz versehen.
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Aus der
US 3 869 615 A ist ein fokussierender optischer Mehrplattenkollimator zum hochaufgelösten Scannen von Nahquellen elektromagnetischer Strahlung bekannt. Jede der Platten des Mehrplattenkollimators weist eine Anordnung von Öffnungen auf. Eine Fläche der Platten und die Größe der Öffnungen verändern sich hierbei bei aufeinanderfolgenden Platten. Die Platten sind in einem Abstand zueinander fixiert, sodass Strahlungskanäle ausgebildet werden, welche an einem einzigen Fokuspunkt konvergieren.
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Aus der
DE 10 2007 019 334 A1 ist eine Blendeneinrichtung für eine zur Abtastung eines Objektes vorgesehene Röntgenvorrichtung bekannt, mit einem innerhalb eines Strahlengangs eines Röntgenstrahls angeordneten Blendenträger, der wenigstens zwei unterschiedliche Einzelblenden aufweist. Diese sind in Abhängigkeit einer definierbaren Strahlungsintensität und/oder der Größe einer zu bestrahlenden Fläche des Objektes ansteuerbar und in den Strahlengang einbringbar.
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Aus der
DE 10 2010 042 351 A1 ist ein Mikroskopbeleuchtungssystem bekannt, mit einer Lichtquelle und einer Blendeneinrichtung mit einer Blendenöffnung zur Erzeugung eines zur optischen Achse zentriert verlaufenden zentralen Beleuchtungsstrahlengangs, wobei durch Verschieben der Blendenöffnung ein in Bezug auf die optische Achse dezentriert verlaufender Beleuchtungsstrahlengang für eine schräge Auflichtbeleuchtung erzeugbar ist. Die Blendeneinrichtung weist eine um eine Drehachse drehbare Blendenscheibe auf, auf der in Umfangsrichtung mehrere Blendenöffnungen unterschiedlicher Größe angeordnet sind, von denen jede durch Drehen der Blendenscheibe zentriert auf der optischen Achse oder innerhalb eines vorgegebenen Bereichs um die optische Achse dezentriert zur optischen Achse positionierbar ist.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zu Grunde, eine variable Blendenvorrichtung und einen Computertomographen zu schaffen, mit denen Streustrahlung reduziert werden kann.
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Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine variable Blendenvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Computertomographen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es für eine Brennfleckgröße, welche durch vorgegebene Messbedingungen, wie beispielsweise eine Leistung der Röntgenstrahlungsquelle, vorgegeben ist, eine in Bezug auf eine auszuleuchtende Detektorfläche optimale Blendengröße, d.h. Apertur der Blende, sowie einen optimalen Abstand der Blende zum Brennfleck der Röntgenstrahlungsquelle gibt. Eine größere Blende sollte hierbei idealerweise in größerem Abstand vom Brennfleck positioniert werden, um eine minimale Unschärfe in der Detektorebene zu erzeugen und hierdurch wiederum den Nutzstrahlwinkel so klein wie möglich halten zu können.
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Es wird insbesondere eine variable Blendenvorrichtung zur Anordnung zwischen einer Röntgenstrahlungsquelle und einem zu vermessenden Objekt in einem Computertomographen vorgeschlagen, mit einem um eine Schwenkachse schwenkbaren Blendenträger, wobei der Blendenträger mindestens zwei Blenden aufweist, und wobei die mindestens zwei Blenden durch Schwenken des Blendenträgers jeweils in eine vorbestimmte Winkelposition bringbar sind, und wobei zumindest zwei der mindestens zwei Blenden bezüglich einer durch die Schwenkachse definierten Längsrichtung an verschiedenen Längspositionen angeordnet sind. Aufgrund der Möglichkeit, verschiedene Blenden, die außerdem an verschiedenen Längspositionen angeordnet sind, in die vorbestimmte Position zu bringen, ist die Blendenvorrichtung variabel. Insbesondere befinden sich die mindestens zwei Blenden dauerhaft bezüglich des Blendenträgers an derselben Position zueinander. Daher werden durch Schwenken des Blendenträgers gleichzeitig sämtliche Blenden um die Schwenkachse herum verlagert und behalten ihren Winkelabstand zueinander bei.
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Eine Anordnung von Blenden bezüglich einer durch die Schwenkachse definierten Längsrichtung an verschiedenen Längspositionen bedeutet insbesondere, dass die jeweiligen Austrittsebenen, aus denen durch diese Blenden beim Betrieb Strahlung in Richtung zum Detektor austritt, in unterschiedlichen, quer und insbesondere senkrecht zur Schwenkachse stehenden, Ebenen liegen. Im Allgemeinen ist die Austrittsebene der Blende die Ebene, die den minimalen Öffnungsquerschnitt für den Hindurchtritt von Strahlung hat. Wenn die Blende in der Ausbreitungsrichtung der Strahlung einen oder mehrere Längsabschnitte mit konstant großem Öffnungsquerschnitt hat, ist die Austrittsebene die Ebene, die beim Betrieb in der Ausbreitungsrichtung der Strahlung am weitesten entfernt von der Strahlungsquelle und somit am nächsten zu dem zu durchstrahlenden Objekt liegt.
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Ferner wird ein Computertomograph vorgeschlagen, umfassend mindestens ein Exemplar der variablen Blendenvorrichtung, wobei die mindestens eine variable Blendenvorrichtung derart angeordnet ist, dass sich die in der vorbestimmten Winkelposition positionierte Blende im Strahlengang zwischen einem Brennfleck einer Röntgenstrahlungsquelle des Computertomographen und einem zu vermessenen Objekt befindet. Die variable Blendenvorrichtung ist daher derart angeordnet, dass während eines Betriebes des Computertomographen invasive Strahlung aus der Röntgenstrahlungsquelle durch die jeweilige in der vorbestimmten Winkelposition positionierte Blende insbesondere ohne Absorption hindurchtritt und in den Bereich eintritt, in dem sich das zu vermessende Objekt befindet. Der nicht durch das Objekt absorbierte oder gestreute Strahlungsanteil kann von einem Detektor des Computertomographen detektiert werden. Insbesondere kann die Schwenkachse mit einer Symmetrieachse des (zum Beispiel kegelförmigen) Röntgenstrahls oder einer zentralen Achse des Röntgenstrahls zusammenfallen.
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Eine Grundidee der Erfindung besteht darin, eine Mehrzahl von Blenden, d.h. mindestens zwei Blenden, an einem schwenkbaren Blendenträger anzuordnen. Jede der Mehrzahl von Blenden kann durch eine Schwenkbewegung des Blendenträgers um die Schwenkachse in eine vorbestimmte Winkelposition gebracht werden. In dieser Winkelposition befindet sich die jeweilige Blende während des Betriebes im Strahlengang zwischen einer Strahlungsquelle und einem zu vermessenen Objekt in einem Computertomographen, sodass die Strahlung durch die Blende an der vorbestimmten Winkelposition hindurchtritt und der Nutzstrahlwinkel (d.h. der Raumwinkel der nutzbaren Strahlung) durch die Blende bestimmt ist. Zumindest zwei der Mehrzahl von Blenden sind bezüglich einer durch die Schwenkachse definierten Längsrichtung an verschiedenen Längspositionen angeordnet. Dies ermöglicht es, nicht nur eine Blende gezielt durch ein Schwenken des Blendenträgers in den Strahlengang zu bringen, sondern auch die Längsposition der im Betrieb genutzten Blende einzustellen, und somit auch einen Abstand zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und der jeweils genutzten Blende bzw. eine Position der Blende zwischen dem Brennfleck der Röntgenstrahlungsquelle und dem Röntgendetektor einzustellen. Die genutzte Blende kann daher in einem geeigneten Abstand zum Brennfleck der Röntgenstrahlungsquelle positioniert werden.
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Gegenüber einer Linearbewegung einer von mehreren zur Verfügung stehenden und miteinander verbundenen Blenden in eine vorbestimmte Position hat die Erfindung den Vorteil, dass weniger Raum benötigt wird.
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Insbesondere kann der Blendenträger eine Scheibe aufweisen, zum Beispiel eine kreisförmige Scheibe, in welchem Fall der Blendenträger ein Blendenrad aufweist, da die Scheibe als Rad bezeichnet werden kann. Innerhalb der Scheibenfläche befinden sich die Blendenöffnungen, sodass ein Röntgenstrahl durch die Scheibenfläche hindurchtreten kann, wenn der Röntgenstrahl auf die Blendenöffnung gerichtet ist. Die Scheibe besteht aus einem Werkstoff, der Röntgenstrahlung absorbiert und insbesondere mit einem hohen Absorptionsgrad absorbiert, sodass im Wesentlichen lediglich die ungehindert durch die jeweilige Blendenöffnung hindurchtretende Röntgenstrahlung in einen Bereich gelangt, in dem sich ein zu vermessendes Objekt befindet.
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Die vorbestimmte Winkelposition, in die die Blenden einzeln schwenkbar sind, kann optional eine von mehreren vorbestimmten Winkelpositionen in einem kontinuierlichen Bereich von Winkelpositionen sein. Dies erlaubt es insbesondere, Röntgenstrahlung in unterschiedliche Teilbereiche einzustrahlen, in denen sich ein zu untersuchendes und zu vermessendes Objekt befinden kann. Anders ausgedrückt kann eine bestimmte Blende in verschiedenen Winkelpositionen innerhalb des kontinuierlichen Bereichs dazu genutzt werden, dass Röntgenstrahlung durch die Blendenöffnung der Blende hindurch auf das zu untersuchende Objekt eingestrahlt wird.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens zwei Blenden unterschiedliche Blendenformen und/oder Blendenabmessungen aufweisen. Die Begriffe Blendenform bzw. Blendenabmessung beziehen sich auf die Form bzw. Abmessungen der Apertur der Blende. Durch Wahl einer von mehreren unterschiedlichen Blendenformen kann erreicht werden, dass lediglich der Blendenform entsprechende Teilbereiche eines Detektors des Computertomographen ausgeleuchtet und/oder eines zu vermessenden Objekts bestrahlt werden.
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Die Leistung der Röntgenstrahlungsquelle kann in der Regel kontinuierlich eingestellt werden. Mit vergrößerter Leistung der Röntgenstrahlungsquelle vergrößert sich in vielen Fällen auch eine Brennfleckgröße der Röntgenstrahlungsquelle. Gemäß den Gesetzen der geometrischen Abbildung definiert diese Brennfleckgröße bei gegebener Vergrößerung eine Unschärfe in der Detektorebene. Idealerweise sollte die Unschärfe hierbei nicht größer sein als eine Auflösung des Detektors, d.h. diese sollte der Größe eines Sensorelements des Detektors entsprechen.
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Dies bedeutet, dass bei einer größeren Strahlungsflussdichte auch der Abstand der Blende zu der Röntgenstrahlungsquelle größer sein sollte. Es wird daher stets ein möglichst großer Abstand der genutzten Blende zur Röntgenstrahlungsquelle angestrebt, um die Unschärfe bzw. die Ausdehnung eines Halbschattens der Blende in der Detektorebene und auch den Nutzstrahlwinkel der Röntgenstrahlung zu minimieren.
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In einer Ausführungsform ist deshalb vorgesehen, dass die Längspositionen der Blenden in Abhängigkeit von einer Blendenform und/oder von Blendenabmessungen der Blenden und/oder einer mit der jeweiligen Blende korrespondierenden Brennfleckgröße gewählt sind/werden. Bei vorgegebenen Abbildungsbedingungen, einer vorgegebenen Brennfleckgröße und einer vorgegebenen Blendenform und -größe kann somit eine Längsposition der Blende gewählt werden. Es ist somit möglich, zu einer gegebenen Brennfleckgröße eine geeignete zugehörige Längsposition der Blende bzw. der Blenden und damit einen Abstand zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und der Blende bzw. einer Position der Blende zwischen dem Brennfleck der Röntgenstrahlungsquelle und dem Röntgendetektor zu wählen und/oder einzustellen. Bei einer kleinen Brennfleckgröße kann die Längsposition der zugehörigen Blende so gewählt werden, dass der Abstand zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und der Blende im Vergleich zum Fall einer großen Brennfleckgröße entsprechend kleiner ausfällt. Die Längspositionen der Mehrzahl von Blenden können so gewählt werden, dass sich die für die jeweils vorgesehenen Brennfleckgrößen geforderten Abstände ergeben, bei denen eine akzeptable Unschärfe der Abbildung erreicht wird.
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Die verwendeten mindestens zwei Blenden unterscheiden sich in der Regel insbesondere paarweise hinsichtlich der Blendenabmessungen und der Längsposition bzw. dem Abstand der Blende zum Brennfleck der Röntgenstrahlungsquelle und optional auch hinsichtlich der Blendenform. Es ist jedoch auch möglich, dass die Aperturgrößen und/oder die Längsposition zweier Blenden gleich sind, jedoch die Blendenformen unterschiedlich sind.
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Zumindest eine Blende, insbesondere mit großen Blendenabmessungen (d.h. einer großen Apertur) z.B. an einer Längsposition mit größerem Abstand zum Brennfleck der Röntgenstrahlungsquelle als zumindest eine andere Blende der Vorrichtung, kann in einem Hohlzylinder und/oder Rohr mit strahlungsabsorbierender Wand ausgeführt werden. Dadurch kann der Eintritt von Streustrahlung vom äußeren Rand der Blende in den Bereich des zu vermessenden Objekts reduziert werden. In einer Ausführungsform ist deshalb vorgesehen, dass der Blendenträger mindestens ein Rohr, insbesondere einen Blendenzylinder, umfasst. Dieses Rohr trägt die Blende. Insbesondere erstreckt sich eine Längsachse des Rohrs durch den Hohlraum des Rohres und befindet sich eine Blende beim Betrieb der Blendenvorrichtung innerhalb des Rohres an einer Längsposition bezüglich der Längsachse, die einen Abstand zu dem objektseitigen Ende des Rohres aufweist. Zum Beispiel kann die Austrittsöffnung der Blende bezogen auf die Längserstreckung des Rohres bezüglich der Längsachse einen Abstand zum objektseitigen Ende haben, der mindestens einem Drittel und vorzugsweise mindestens der Hälfte der Längserstreckung des Rohres entspricht.
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Insbesondere wenn der Blendenträger eine sich in einer Hauptebene erstreckende Scheibe aufweist, so kann eine Querschnittsfläche des Hohlraums des Rohres deckungsgleich mit einer entsprechend hierfür vorgesehenen Aussparung in der Scheibe sein. Beim Betrieb der Vorrichtung erstreckt sich die Längsachse des Rohres von der Röntgenstrahlungsquelle weg in Richtung zu dem zu vermessenden Objekt und dem Detektor, sodass der Röntgenstrahl durch die Blende innerhalb des Rohres hindurchtreten kann, wenn diese Blende an der vorbestimmten Winkelposition angeordnet ist. Die Strahlungsflussdichte von Streustrahlung in dem Bereich des zu untersuchenden Objekts und auf dem Detektor wird dann von der Mantelfläche des Rohres und von der Scheibe reduziert.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Blendenträger mindestens zwei in der Längsrichtung gegeneinander versetzte Ebenen umfasst, wobei die mindestens zwei Ebenen jeweils quer zur Schwenkachse (und insbesondere senkrecht zu der Schwenkachse und/oder parallel zu einer Sensorfläche des Detektors) verlaufen und wobei in jeder der Ebenen eine Austrittsöffnung einer der Blenden angeordnet ist. Mittels der gegeneinander versetzten Ebenen kann erreicht werden, dass die Blenden sich im Computertomographen in unterschiedlichen Abständen zu einem Brennfleck einer Röntgenstrahlungsquelle befinden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die variable Blendenvorrichtung einen Motor umfasst, wobei der Motor dazu eingerichtet ist, den Blendenträger anzutreiben und hierdurch jeweils eine der Blenden in die vorbestimmte Winkelposition zu bringen. Der Motor wird beispielsweise durch eine zugehörige Steuerung gesteuert. Die Steuerung kann hierbei dazu eingerichtet sein, nach Empfangen eines Steuersignals eine mit dem Steuersignal korrespondierende Blende durch Ansteuern des Motors in die vorbestimmte Winkelposition zu bringen.
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Die Blende sollte mit hoher Positioniergenauigkeit in die vorbestimmte Winkelposition bewegbar sein. Hierfür kann die die Motor-Steuerung mit einem hochauflösenden Messsystem zur Messung der Position kombiniert sein/werden. Insbesondere kann der Motor eine Haltkraft aufbringen, die die Blende auch bei zu erwartenden äußeren Kräften in der vorbestimmten Winkelposition hält. Ferner kann es sich bei dem Motor um einen Schrittmotor handeln. Vorzugsweise ist die Schrittweite in diesem Fall an eine vorgegebene Genauigkeit bei der Einstellung der vorbestimmten Winkelposition angepasst.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die variable Blendenvorrichtung eine in einem Abstand zum Blendenträger angeordnete Filteranordnung aufweist. Durch Schwenken der Filteranordnung um eine Schwenkachse sind einzelne Filter in eine vorbestimmte Winkelposition bringbar, sodass beim Betrieb ein Röntgenstrahl durch den Filter in seiner vorbestimmten Winkelposition und durch eine Blendenöffnung der Blende in ihrer vorbestimmten Winkelposition hindurchtritt. Insbesondere kann es sich bei der Filteranordnung um ein (insbesondere parallel zum Blendenträger angeordnetes) Filterrad handeln. Die Filteranordnung und der Blendenträger können vorzugsweise um die gleiche Schwenkachse verlagerbar sein. Allgemeiner formuliert können die Schwenkachsen parallel zueinander verlaufen. In jedem Fall können sowohl ein Filter als auch eine gewünschte Blende der Blendenvorrichtung in den Strahlengang des Röntgenstrahls gefahren werden. Die Eigenschaften des Nutzstrahls können hierdurch verbessert werden.
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In einer weiterbildenden Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass ein Motor dazu eingerichtet ist, sowohl den Blendenträger als auch die Filteranordnung und insbesondere das Filterrad anzutreiben. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Motor zu einem Zeitpunkt immer nur den Blendenträger oder die Filteranordnung antreibt. Dies kann beispielsweise über ein entsprechend ausgebildetes Getriebe mit einer Kupplung erfolgen. Es lässt sich dann gezielt auswählen, ob die Filteranordnung oder der Blendenträger angetrieben werden soll. Durch einen einzigen Motor für beide Räder lassen sich Kosten für Material sowie Bauraum im Computertomographen einsparen.
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Eine Materialstärke des zum Ausbilden der Blende verwendeten Materials sollte nicht beliebig dünn sein, sondern liegt z.B. im Millimeterbereich, um die Strahlung ausreichend abzuschirmen. Bei dem Werkstoff handelt es sich vorzugsweise um einen bezüglich Röntgenstrahlung hoch absorbierenden Werkstoff wie zum Beispiel Wolfram oder Blei aufweisenden Werkstoff oder Kombinationen davon. Deshalb ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass eine Dicke des Blendenträgers und der mindestens zwei Blenden einen Mindestwert aufweist. Hierbei wird der Mindestwert anhand von Werkstoffparametern der verwendeten Werkstoffe festgelegt und ist abhängig von der Fähigkeit des Werkstoffes, Röntgenstrahlung abzuschirmen sowie mechanische Stabilität zu gewährleisten. In der Regel wird der Mindestwert für die Dicke umso größer sein, je höher die geforderte Positioniergenauigkeit ist, da eine größere Dicke für mehr Stabilität des Blendenträgers und der Blenden sorgt.
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Die variable Blendenvorrichtung kann weitere Elemente umfassen, wie beispielsweise ein Lager, durch das der Blendenträger gelagert ist, und/oder einen Sockel oder Abstützung, über den/die der Blendenträger mit einem Gehäuse des Computertomographen verbunden werden kann. Ferner kann die variable Blendenvorrichtung mechanische Übertragungsmittel wie beispielsweise ein Getriebe, Riemen etc. umfassen, welche dafür sorgen, dass der Blendenträger mechanisch angetrieben werden kann. Insbesondere kann ein verwendeter Motor über das Getriebe und/oder einen Riemen den Blendenträger antreiben. Zur genauen Bestimmung der Winkelposition des Blendenträgers kann die variable Blendenvorrichtung ferner einen mechanischen oder optischen Impulsgeber aufweisen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1a eine schematische Darstellung eines Strahlenganges in einem Computertomographen zur Verdeutlichung der Entstehung von unerwünschter Streustrahlung gemäß dem Stand der Technik;
- 1b eine schematische Darstellung des in 1a gezeigten Strahlenganges, bei dem durch einen gezielt gewählten, größeren Abstand der Blende zum Brennfleck der Röntgenstrahlungsquelle eine unerwünschte Streustrahlung verringert ist, ebenfalls gemäß dem Stand der Technik;
- 2a eine schematische Vorderansicht einer Ausführungsform der variablen Blendenvorrichtung;
- 2b eine schematische Querschnittsdarstellung durch die in 2a gezeigte Ausführungsform der variablen Blendenvorrichtung entlang der Schnittebene A-A;
- 3a eine schematische Darstellung der in den 2a und 2b gezeigten Ausführungsform der variablen Blendenvorrichtung in einem Strahlengang eines Computertomographen bei eingestellter kleiner Blende;
- 3b eine schematische Darstellung der in den 2a und 2b gezeigten Ausführungsform der variablen Blendenvorrichtung in einem Strahlengang eines Computertomographen bei eingestellter großer Blende;
- 4a eine schematische Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform der variablen Blendenvorrichtung;
- 4b eine schematische Querschnittsdarstellung durch die in der 4a gezeigte weitere Ausführungsform der variablen Blendenvorrichtung entlang der Schnittebene A-A;
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In 1a ist ein Strahlengang in einem Computertomographen zur Verdeutlichung der Entstehung einer auftretenden Streustrahlung 23 gezeigt. Schematisch im Strahlengang dargestellt von links nach rechts sind ein Brennfleck 13 einer Röntgenstrahlungsquelle, eine kleine Blende 4, ein zu vermessendes Objekt 15 und ein Detektor 16 mit einer Detektorfläche 17. Die kleine Blende 4 befindet sich in einem kleinen Abstand 18 zum Brennfleck 13. In 1a ist auch ein großer Abstand 19 zum Brennfleck dargestellt. In der in 1b dargestellten Anordnung befindet sich in diesem großen Abstand 19 eine große Blende 5. Insbesondere im Strahlenkegel eines Halbschattens 21 der Blende 4 gemäß 1a entsteht störende Streustrahlung 23, welche auf die Detektorfläche 17 trifft und dort zu unerwünschten Messartefakten führt.
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Die Größe des Halbschattens 21 und damit die Streustrahlung können verringert werden, indem die große Blende 5, d.h. eine Blende mit im Vergleich zur kleinen Blende 4 größeren Apertur, in dem großen Abstand 19 zum Brennfleck 13 positioniert wird, der im Vergleich zu 1a größer ist. Dies ist schematisch in 1b gezeigt. Dort ist die große Blende 5 in einem großen Abstand 19 vom Brennfleck 13 der Röntgenstrahlungsquelle positioniert. Hierdurch verringert sich die Größe des Halbschattens 21 bei gleich großem Nutzstrahl 20. Der Bereich zwischen Brennfleck 13 und Detektor 16, der von Strahlung direkt getroffen wird, ist reduziert. Damit kann in diesem Bereich auch keine zusätzliche Streustrahlung 23 erzeugt werden, die dann zum Teil auf den Detektor 16 fallen würde und vom Detektor 16 detektiert würde.
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Die 2a zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der variablen Blendenvorrichtung 1. Die variable Blendenvorrichtung 1 umfasst einen um eine Schwenkachse 2 schwenkbaren Blendenträger 3, der in dem Ausführungsbeispiel als Blendenrad ausgestaltet ist. Der schwenkbare Blendenträger 3 trägt zwei Blenden 4, 5 und/oder bildet zwei Blenden 4, 5 aus. Die Blenden 4, 5 unterscheiden sich in dem Ausführungsbeispiel bezüglich des Durchmessers ihrer kreisrunden Apertur. Die kleine Blende 4 weist eine kleine Apertur auf, während die große Blende 5 eine im Vergleich zur Blende 4 größere Apertur aufweist.
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Die zwei Blenden 4, 5 lassen sich durch Schwenken des Blendenträgers 3 einzeln in eine vorbestimmte Winkelposition 6 bringen. Die variable Blendenvorrichtung 1 ist dann derart in einem Computertomographen angeordnet, dass der schwenkbare Blendenträger 3 und die vorbestimmte Winkelposition 6 so positioniert und orientiert sind, dass die jeweils in dieser vorbestimmten Winkelposition 6 angeordnete Blende 4, 5 in einem Strahlengang zwischen einem Brennfleck einer Röntgenstrahlungsquelle und dem zu vermessenen Objekt positioniert ist. Hierdurch kann durch Schwenken des schwenkbaren Blendenträgers 3 wahlweise die kleine Blende 4 oder die große Blende 5 in den Strahlengang hineinpositioniert werden.
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Die variable Blendenvorrichtung 1 kann weitere Elemente umfassen. So kann die variable Blendenvorrichtung 1 beispielsweise ein Lager 7 zur Lagerung des schwenkbaren Blendenträgers 3 und eine Halterung 8 aufweisen, welche das Lager 7 aufnimmt und den schwenkbaren Blendenträger 3 hierdurch mit einem Gehäuse des Computertomographen verbindet. Ein an der Halterung 8 angeordneter Motor 22 kann dazu dienen, den schwenkbaren Blendenträger 3 anzutreiben und eine der Blenden 4, 5 in die vorbestimmte Winkelposition 6 zu bringen.
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Auch 2b zeigt den schwenkbaren Blendenträger 3. Die Blende 5 weist ein Rohr 9 auf, mit einer Grundfläche (Querschnittsfläche des Hohlraums am Blendenträger 3), welche in einer Hauptebene des Blendenträgers 3 ausgebildet ist. Das (in diesem Fall zylindrische) Rohr 9 bildet die große Blende 5 aus, wobei eine Apertur der großen Blende 5 an einem distalen Ende des Rohrs 9 am objektseitigen Ende des Rohrs 9 ausgebildet ist. Die Aperturen der Blenden 4, 5 sind bezüglich einer durch die Schwenkachse 2 definierten Längsrichtung an verschiedenen Längspositionen angeordnet, sodass die jeweiligen Austrittsebenen, aus denen durch diese Blenden 4, 5 hindurchtretende Strahlung beim Betrieb Richtung Röntgendetektor austritt, in unterschiedlichen, senkrecht zu der Schwenkachse 2 stehenden, Ebenen 10, 11 liegen. Die jeweiligen Austrittsebenen können hierdurch optimal zwischen dem Brennfleck der Röntgenstrahlungsquelle und dem Röntgendetektor positioniert werden. Ein Nutzstrahlprofil der Röntgenstrahlung kann hierdurch für unterschiedliche Betriebsbedingungen jeweils optimal eingestellt werden.
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Die 3a und 3b erläutern die Funktionsweise der variablen Blendenvorrichtung 1 anhand zweier schematischer Darstellungen der im Strahlengang eines Computertomographen 12 angeordneten variablen Blendenvorrichtung 1. Schematisch im Strahlengang dargestellt sind von links nach rechts ein Brennfleck 13, 14 einer Röntgenstrahlungsquelle, die variable Blendenvorrichtung 1, ein zu vermessendes Objekt 15 und ein Detektor 16 mit einer Detektorfläche 17. Die variable Blendenvorrichtung 1 entspricht der in den 2a und 2b schematisch dargestellten Ausführungsform, weist also eine kleine Blende 4 mit kleinerer Apertur und eine große Blende 5 mit größerer Apertur sowie ein Rohr 9 auf. Die variable Blendenvorrichtung 1 wird derart in dem Strahlengang des Computertomographen angeordnet, dass sich die in der vorbestimmten Winkelposition des Blendenträgers 3 positionierte Blende 4, 5 im Strahlengang befindet.
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In 3a wird der Computertomograph 12 beispielsweise mit geringer Leistung der Röntgenstrahlungsquelle, also mit kleinem Brennfleck 13, betrieben. Wie in der allgemeinen Beschreibung der Erfindung erläutert ist es dann günstig, die kleine Blende 4 mit kleinem Abstand 18 zum Brennfleck 13 zu verwenden, um das Nutzstrahlprofil optimal anzupassen. Deshalb wird die kleine Blende 4 durch Schwenken des schwenkbaren Blendenträgers 3 um die Schwenkachse 2 in die vorbestimmte Winkelposition gebracht (welche in der Darstellung der Figuren am oberen Scheitelpunkt des schwenkbaren Blendenträgers 3 liegt). Dann befindet sich die Apertur der kleinen Blende 4 im Strahlengang. Die variable Blendenvorrichtung 1 ist derart im Strahlengang angeordnet und eine Längsposition der kleinen Blende 4 auf dem schwenkbaren Blendenträger 3 ist derart, dass die kleine Blende 4 dann in einem kleinen Abstand 18 zum Brennfleck 13 positioniert ist. In diesem kleinen Abstand 18 ist die kleine Blende 4 optimal zum Brennfleck 13 positioniert, so dass die Detektorfläche 17 optimal von dem Nutzstrahl 20 ausgeleuchtet wird und ein Halbschatten 21 außerhalb der Detektorfläche 17 klein ist.
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Eine andere Situation ist in der 3b dargestellt. Hier soll der Computertomograph mit größerer Leistung der Röntgenstrahlungsquelle, also mit großem Brennfleck 14, betrieben werden. Entsprechend wird die große Blende 5 verwendet, deren großer Abstand 19 zum großen Brennfleck 14 größer ist als der kleine Abstand 18 in der in der 3a gezeigten Situation. Dies wird erreicht, indem der schwenkbare Blendenträger 3 solange um seine Schwenkachse 2 gedreht wird, bis die große Blende 5, deren Apertur an dem distalen Ende des Rohrs 9 ausgebildet ist, in die vorbestimmte Winkelposition in den Strahlengang hinein geschwenkt ist. Die große Blende 5 ist dann im großen Abstand 19 von dem Brennfleck 14 positioniert, so dass die Detektorfläche 17 optimal von dem Nutzstrahl 20 ausgeleuchtet wird und ein Halbschatten 21 außerhalb der Detektorfläche 17 klein ist.
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In den 4a und 4b ist eine weitere Ausführungsform der variablen Blendenvorrichtung 1 dargestellt. Die Ausführungsform entspricht in Teilen ihrer Merkmale der in den 2a und 2b gezeigten Ausführungsform, umfasst jedoch insgesamt acht Blenden 4, 5, 24. Sechs der Blenden sind jeweils mit dem Bezugszeichen 24 bezeichnet um anzudeuten, dass die Anzahl der Blenden variieren kann. In einer anderen Ausführungsform sind daher zum Beispiel lediglich die Blenden 4, 5 und eine oder zwei weitere Blenden 24 vorhanden. Vorzugsweise sind die Blenden 4, 5, 24 gleichmäßig über die Umfangsrichtung, d. h. über den Winkelbereich um die Schwenkachse verteilt.
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Hierbei unterscheiden sich alle Blenden 4, 5, 24 in ihrer Blendenform und/oder in ihren Blendenabmessungen, d.h. die zugehörigen Aperturen der Blenden 4, 5, 24 unterscheiden sich in Form und Größe. Es kann bei dieser Ausführungsform daher eine Auswahl von acht unterschiedlichen Blenden 4, 5, 24 bereitgestellt werden und es kann durch Schwenken des Blendenträgers 3 die jeweils gewünschte Blende 4, 5, 24 in die vorbestimmte Winkelposition in einen Strahlengang zwischen eine Röntgenstrahlungsquelle und einem Objekt hinein positioniert werden.
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Vorzugsweise alle Blenden liegen hierbei bezüglich der durch die Schwenkachse 2 definierten Längsrichtung an verschiedenen Längspositionen, sodass die jeweiligen Austrittsebenen, aus denen durch diese Blenden 4, 5, 24 hindurchtretende Strahlung beim Betrieb Richtung Röntgendetektor austritt, in verschiedenen, senkrecht zu der Schwenkachse 2 stehenden, Ebenen 10, 11 liegen (in der 4b sind nur die Ebenen 10, 11 für die Blenden 4, 5 gezeigt). Die Längspositionen sind hierbei jeweils derart gewählt, dass die Blenden 4, 5, 24 sich in einem gewünschten Abstand bzw. mit einer Brennfleckgröße und Blendengröße korrespondierenden Abstand zum Brennfleck der Röntgenstrahlungsquelle befinden (vgl. 3a und 3b). Eine solche variable Blendenvorrichtung 1 hat den Vorteil, dass eine Vielzahl von unterschiedlichen Blenden 4, 5, 24 flexibel in unterschiedlichen Abständen zum Brennfleck bzw. an unterschiedlichen Positionen zwischen dem Brennfleck und dem Röntgendetektor in dem Strahlengang positioniert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- variable Blendenvorrichtung
- 2
- Schwenkachse
- 3
- Blendenträger
- 4
- Blende
- 5
- Blende
- 6
- vorbestimmte Winkelposition
- 7
- Lager
- 8
- Halterung
- 9
- Rohr
- 10
- Ebene
- 11
- Ebene
- 12
- Computertomograph
- 13
- Brennfleck
- 14
- Brennfleck
- 15
- Objekt
- 16
- Detektor
- 17
- Detektorfläche
- 18
- kleiner Abstand
- 19
- großer Abstand
- 20
- Nutzstrahl
- 21
- Halbschatten
- 22
- Motor
- 23
- Streustrahlung
- 24
- weitere Blende