DE202023105478U1 - Anti-scatter filter, X-ray detector device, medical imaging device and computed tomography system - Google Patents
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Abstract
Streustrahlenfilter für einen Röntgendetektor (4),
wobei der Streustrahlenfilter ein Kollimatorelement (2) mit mehreren Kollimatorwänden (1) und wenigstens ein Ausrichtelement (AE1, AE2, AE3) aufweist,
wobei die Kollimatorwände (1) in einer quer zu einer ersten Raumrichtung stehenden Kollimatorfläche gitterartig gekreuzt zueinander angeordnet sind, so dass zwischen den gekreuzten Kollimatorwänden (1) mehrere von in der ersten Raumrichtung langgestreckt verlaufenden Strahlungskanälen (3) gebildet sind, und wobei die Kollimatorfläche von durch außenseitig angeordnete Kollimatorwände gebildeten Außenwänden (AW) begrenzt ist,
wobei das wenigstens eine Ausrichtelement (AE1, AE2, AE3) als strukturelles Element, aufweisend zumindest zwei aneinander angrenzende und nicht parallel zueinander verlaufende Anlageflächen, an einer Außenseite wenigstens einer der Außenwände (AW) des Kollimatorelements (2) ausgebildet ist,
wobei eine Absorptionsfähigkeit für Röntgenstrahlung der wenigstens einen Außenwand (AW) gegenüber den übrigen Kollimatorwänden (1) durch das Ausrichtelement (AE1, AE2, AE3) nicht vermindert ist,
wobei die Anlageflächen des wenigstens einen Ausrichtelements (AE1, AE2, AE3) zur Ausrichtung des Streustrahlenfilters in der ersten und/oder zumindest einer weiteren Raumrichtung ausgebildet sind.
Scattered radiation filter for an X-ray detector (4),
wherein the anti-scatter filter has a collimator element (2) with a plurality of collimator walls (1) and at least one alignment element (AE1, AE2, AE3),
wherein the collimator walls (1) are arranged in a grid-like manner, crossed relative to one another, in a collimator surface that is transverse to a first spatial direction, so that a plurality of radiation channels (3) extending elongated in the first spatial direction are formed between the crossed collimator walls (1), and wherein the collimator surface of is limited by external walls (AW) formed by collimator walls arranged on the outside,
wherein the at least one alignment element (AE1, AE2, AE3) is designed as a structural element, having at least two adjacent and non-parallel contact surfaces, on an outside of at least one of the outer walls (AW) of the collimator element (2),
wherein an absorption capacity for X-rays of the at least one outer wall (AW) is not reduced compared to the remaining collimator walls (1) by the alignment element (AE1, AE2, AE3),
wherein the contact surfaces of the at least one alignment element (AE1, AE2, AE3) are designed to align the anti-scatter filter in the first and/or at least one further spatial direction.
Description
Die Erfindung betrifft einen Streustrahlenfilter, eine Röntgendetektorvorrichtung, ein medizinisches Bildgebungsgerät und ein Computertomographie-System.The invention relates to an anti-scatter radiation filter, an X-ray detector device, a medical imaging device and a computer tomography system.
Röntgenbildgebungsgeräte (kurz: Röntgengeräte) weisen üblicherweise eine Röntgenstrahlenquelle sowie einen Röntgenstrahlendetektor (kurz: Röntgendetektor) auf, die in Gegenüberstellung zueinander angeordnet sind. Im Betrieb des Röntgengeräts wird mittels des Röntgendetektors die von der Röntgenstrahlenquelle emittierte und gegebenenfalls von einem Untersuchungsobjekt, beispielsweise einer Patientin und/oder einem Patienten und/oder einem Untersuchungsphantom und/oder einem Werkstück, teilweise abgeschwächte Röntgenstrahlung detektiert. Der Röntgendetektor ist dabei dazu eingerichtet, ein zur Intensität der einfallenden Röntgenstrahlung korrespondierendes (Mess-)Signal auszugeben. Insbesondere weist der Röntgendetektor dabei eine Vielzahl von Bildpunkten, insbesondere Pixel und/oder Voxel, auf, die zur flächig aufgelösten Erfassung der Intensitätsverteilung der einfallenden Röntgenstrahlung dienen. Optional ist der Röntgendetektor dabei in eine Mehrzahl von Detektorelementen unterteilt, die jeweils eine Vielzahl von Bildpunkten, insbesondere Pixeln, umfassen. Dadurch können auf einfache Weise auch großflächige und beispielsweise zur Anwendung in der Computertomographie gebogene Röntgendetektoren durch entsprechende Aneinanderreihung („Kachelung“) der Detektorelemente ausgebildet werden.X-ray imaging devices (in short: X-ray devices) usually have an X-ray source and an X-ray detector (in short: X-ray detector), which are arranged opposite one another. During operation of the X-ray device, the X-ray radiation emitted by the X-ray source and possibly partially attenuated by an examination object, for example a patient and/or an examination phantom and/or a workpiece, is detected by means of the X-ray detector. The X-ray detector is set up to output a (measuring) signal corresponding to the intensity of the incident X-rays. In particular, the X-ray detector has a large number of image points, in particular pixels and/or voxels, which serve to detect the intensity distribution of the incident X-radiation in a surface-resolved manner. Optionally, the X-ray detector is divided into a plurality of detector elements, each of which comprises a plurality of image points, in particular pixels. This means that large-area X-ray detectors that are curved, for example for use in computer tomography, can be easily formed by arranging the detector elements in a row (“tiling”).
Im Betrieb des Röntgengeräts wird die von der Röntgenstrahlungsquelle emittierte Röntgenstrahlung von dem Untersuchungsobjekt nicht nur unterschiedlich stark abgeschwächt, sondern teilweise auch in einem Winkel zu der ursprünglichen Strahlungsrichtung, welche üblicherweise radial zur Röntgenstrahlungsquelle verläuft, gestreut. Diese gestreuten Strahlen („Streustrahlen“) verursachen beim Auftreffen auf den Röntgendetektor aufgrund ihrer Überlagerung mit den in der ursprünglichen Strahlungsrichtung auftreffenden (Haupt-) Röntgenstrahlen eine Verfälschung des aus der Intensitätsverteilung rekonstruierten Bildes. Insbesondere führen diese Streustrahlen zu einer Verringerung des Kontrasts des rekonstruierten Bildes.During operation of the X-ray device, the X-rays emitted by the X-ray source are not only attenuated to varying degrees by the object under examination, but are also partially scattered at an angle to the original radiation direction, which usually runs radially to the X-ray source. When they strike the X-ray detector, these scattered rays (“scattered rays”) cause a falsification of the image reconstructed from the intensity distribution due to their superimposition with the (main) X-rays striking in the original radiation direction. In particular, these scattered rays lead to a reduction in the contrast of the reconstructed image.
Zur Verringerung der Einflüsse der Streustrahlen wird einem Röntgendetektor häufig ein sogenannter Streustrahlenfilter (auch als „Antiscattergrid“ bezeichnet) zugeordnet, der den röntgensensitiven Elementen des Röntgendetektors in Strahlungsrichtung vorgeschaltet ist. Derartige Streustrahlenfilter weisen meist eine gitterartige Struktur auf, wobei jede Gitteröffnung eine Art Strahlungskanal bildet, der in Richtung der Hauptröntgenstrahlen verläuft. Die einzelnen Strahlungskanäle sind dabei durch Wände unterteilt, die aus einem röntgenstrahlen-absorbierenden Material gebildet sind. Meist ist dabei jeder Strahlungskanal einem einzelnen Pixel oder zumindest einer geringen Anzahl von Pixeln zugeordnet. Die Strahlungskanäle sind außerdem langgestreckt, insbesondere mit einer vielfach größeren Länge in Richtung der Hauptröntgenstrahlen als einer Erstreckung quer zur Richtung der Hauptröntgenstrahlen, ausgebildet. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass von der Richtung der Hauptröntgenstrahlen abweichende Streustrahlen auf die die Strahlungskanäle umrandenden Wände auftreffen und von diesen absorbiert werden.To reduce the influence of scattered radiation, an X-ray detector is often assigned a so-called scattered radiation filter (also referred to as an “anti-scatter grid”), which is connected upstream of the X-ray-sensitive elements of the X-ray detector in the direction of radiation. Such scattered radiation filters usually have a grid-like structure, with each grid opening forming a type of radiation channel that runs in the direction of the main X-rays. The individual radiation channels are divided by walls that are made of an X-ray absorbing material. In most cases, each radiation channel is assigned to a single pixel or at least a small number of pixels. The radiation channels are also elongated, in particular with a length that is many times greater in the direction of the main X-rays than an extension transverse to the direction of the main X-rays. This advantageously ensures that scattered rays deviating from the direction of the main X-rays strike the walls surrounding the radiation channels and are absorbed by them.
Da die einzelnen Pixel eines Röntgendetektors regelmäßig jeweils Kantenlängen im Bereich um etwa 1000 um aufweisen und für eine hohe Bildqualität möglichst alle Hauptröntgenstrahlen ungehindert von dem Streustrahlenfilter auf das jeweilige Pixel einfallen sollten, ist eine möglichst präzise Positionierung des Streustrahlenfilters, konkret der einzelnen Strahlenkanäle in Bezug auf die Pixel des Röntgendetektors wünschenswert.Since the individual pixels of an the pixels of the X-ray detector are desirable.
Ein Detektorelement umfasst häufig den Streustrahlenfilter, einen Sensor und eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung zur Digitalisierung (engl. application specific integrated circuit, ASIC). Bei integrierenden Systemen kann der Sensor eine Photodiode umfassen. Ein jeweiliges Detektorelement kann sich über mehrere Sensoren, insbesondere in z-Richtung eines Computertomographen, erstrecken („Brücken-Design“). Der Streustrahlenfilter ist dafür in einer Längs- und Querrichtung auf eine Vorrichtung beziehungsweise zu einer Umgebungskonstruktion auszurichten mit dem Ziel, bei einer Montage eine möglichst präzise Ausrichtung zu den Sensoren zu erzielen. Bei der Ausrichtung des Streustrahlenfilters sind zu den darunter befindlichen Sensoren sehr enge Toleranzen einzuhalten. Hierzu werden bei den Streustrahlenfiltern häufig Anschlagflächen oder Formelemente, beispielsweise eine Bohrung und/oder ein Langloch, eingebracht. Anschlagflächen und Ausrichtelemente müssen dabei eine hohe Präzision aufweisen, um die erforderlichen Toleranzen bei einer Montage des Streustrahlenfilters auf den Sensor oder auf die Sensoren einhalten zu können. Die Anschlagflächen müssen dazu auch entsprechend frei von Anhaftungen sein, welche beispielsweise bei 3D-gedruckten Streustrahlenfiltern aus Wolframpulver vorkommen können. Typischerweise werden die Formelemente in die aus Wolframpulver durch 3D-Druck (engl. selective laser melting) hergestellten Streustrahlenfilter mittels Drahterodierens eingebracht. Um die Formelemente möglichst präzise zu inneren Wänden des Streustrahlenfilters zu platzieren ist häufig ein technisch aufwändiger, mehrstufiger Prozess mit Vermessung erforderlich.A detector element often includes the anti-scatter filter, a sensor and an application specific integrated circuit for digitization (ASIC). In integrating systems, the sensor can include a photodiode. A respective detector element can extend over several sensors, in particular in the z-direction of a computer tomograph (“bridge design”). For this purpose, the anti-scatter filter must be aligned in a longitudinal and transverse direction to a device or to an surrounding structure with the aim of achieving the most precise alignment possible with the sensors during assembly. When aligning the anti-scatter filter, very tight tolerances must be maintained in relation to the sensors underneath. For this purpose, stop surfaces or shaped elements, for example a bore and/or an elongated hole, are often introduced into the anti-scatter filters. Stop surfaces and alignment elements must have a high level of precision in order to be able to maintain the required tolerances when installing the anti-scatter filter on the sensor or sensors. The stop surfaces must also be free of adhesions, which can occur, for example, in 3D-printed anti-scatter filters made of tungsten powder. Typically, the shaped elements are inserted into the scattered radiation filters made from tungsten powder using 3D printing (selective laser melting) using wire erosion. In order to place the shaped elements as precisely as possible on the inner walls of the anti-scatter filter, it is often necessary technically complex, multi-stage process with measurement required.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen präzise ausrichtbaren und effizient herstellbaren Streustrahlenfilter anzugeben.It is therefore the object of the present invention to provide a precisely alignable and efficiently manufactured anti-scatter radiation filter.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Unabhängig vom grammatikalischen Geschlecht eines bestimmten Begriffes sind Personen mit männlicher, weiblicher oder andere Geschlechteridentität mit umfasst.The problem is solved according to the invention by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments with useful further developments are the subject of the subclaims. Regardless of the grammatical gender of a particular term, it includes people with male, female or other gender identities.
Die Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt einen Streustrahlenfilter für einen Röntgendetektor. Dabei weist der Streustrahlenfilter ein Kollimatorelement mit mehreren Kollimatorwänden und wenigstens ein Ausrichtelement auf. Die Kollimatorwände sind in einer quer zu einer ersten Raumrichtung stehenden Kollimatorfläche gitterartig gekreuzt zueinander angeordnet, so dass zwischen den gekreuzten Kollimatorwänden mehrere von in der ersten Raumrichtung langgestreckt verlaufenden Strahlungskanälen gebildet sind. Ferner ist die Kollimatorfläche von durch außenseitig angeordnete Kollimatorwände gebildete Außenwände begrenzt. Ferner ist das wenigstens eine Ausrichtelement als strukturelles Element, aufweisend zumindest zwei aneinander angrenzende und nicht parallel zueinander verlaufende Anlageflächen, an einer Außenseite wenigstens einer der Außenwände des Kollimatorelements ausgebildet. Eine Absorptionsfähigkeit für Röntgenstrahlung der wenigstens einen Außenwand ist gegenüber den übrigen Kollimatorwänden durch das Ausrichtelement nicht vermindert. Vorzugsweise ist eine Dicke der Außenwand, insbesondere zumindest senkrecht zur ersten Raumrichtung, an dem Ort des wenigstens einen Ausrichtelements mindestens so groß wie bei den übrigen Kollimatorwänden. Alternativ kann die Außenwand eine gegenüber den übrigen Kollimatorwänden geringere Dicke, insbesondere zumindest senkrecht zur ersten Raumrichtung, aufweisen und ein Material mit einer gegenüber den übrigen Kollimatorwänden entsprechend höheren Absorptionsfähigkeit für Röntgenstrahlung umfassen, insbesondere aus diesem Material gebildet sein. Ferner sind die Anlageflächen des wenigstens einen Ausrichtelements zur Ausrichtung des Streustrahlenfilters in der ersten und/oder zumindest einer weiteren Raumrichtung ausgebildet.In a first aspect, the invention relates to a scattered radiation filter for an X-ray detector. The anti-scatter filter has a collimator element with a plurality of collimator walls and at least one alignment element. The collimator walls are arranged in a grid-like manner, crossed relative to one another, in a collimator surface that is transverse to a first spatial direction, so that a plurality of radiation channels extending elongated in the first spatial direction are formed between the crossed collimator walls. Furthermore, the collimator surface is delimited by outer walls formed by collimator walls arranged on the outside. Furthermore, the at least one alignment element is designed as a structural element, having at least two adjacent and non-parallel contact surfaces, on an outside of at least one of the outer walls of the collimator element. An absorption capacity for X-rays of the at least one outer wall is not reduced by the alignment element compared to the remaining collimator walls. Preferably, a thickness of the outer wall, in particular at least perpendicular to the first spatial direction, at the location of the at least one alignment element is at least as large as the remaining collimator walls. Alternatively, the outer wall can have a smaller thickness than the remaining collimator walls, in particular at least perpendicular to the first spatial direction, and can comprise a material with a correspondingly higher absorption capacity for X-rays compared to the remaining collimator walls, in particular be formed from this material. Furthermore, the contact surfaces of the at least one alignment element are designed to align the anti-scatter filter in the first and/or at least one further spatial direction.
Der erfindungsgemäße Streustrahlenfilter ist zum Einsatz an einem Röntgendetektor eines Röntgengeräts eingerichtet und vorgesehen. Der Streustrahlenfilter umfasst dazu eine Vielzahl von Kollimatorwänden, die in der quer zur ersten Raumrichtung stehenden Kollimatorfläche gitterartig gekreuzt zueinander angeordnet sind, so dass zwischen den gekreuzten Kollimatorwänden eine Vielzahl von in der ersten Raumrichtung langgestreckt verlaufenden Strahlungskanälen gebildet sind. Die gitterartig gekreuzte Anordnung kann beispielsweise Eckwinkel zwischen sich kreuzenden Kollimatorwänden von gleich oder ungleich 90 Grad oder Gitter aus Polygonen, insbesondere Hexagonen, umfassen. Die Kollimatorfläche ist dabei von durch außenseitig angeordnete Kollimatorwände gebildeten Außenwänden begrenzt. Das heißt, dass die die Kollimatorfläche außenseitig begrenzenden Kollimatorwände hier und im Folgenden als Außenwände bezeichnet werden.The anti-scatter radiation filter according to the invention is set up and intended for use on an X-ray detector of an X-ray machine. For this purpose, the anti-scatter filter comprises a plurality of collimator walls which are arranged in a grid-like manner, crossed relative to one another, in the collimator surface which is transverse to the first spatial direction, so that a plurality of radiation channels running elongated in the first spatial direction are formed between the crossed collimator walls. The grid-like crossed arrangement can, for example, include corner angles between intersecting collimator walls of equal or unequal 90 degrees or grids of polygons, in particular hexagons. The collimator surface is delimited by outer walls formed by collimator walls arranged on the outside. This means that the collimator walls delimiting the collimator surface on the outside are referred to here and below as outer walls.
Der Streustrahlenfilter weist zumindest ein Ausrichtelement, insbesondere mehrere Ausrichtelemente, auf, welches als strukturelles Element angrenzend an eine Außenseite wenigstens einer der Außenwände des Kollimatorelements ausgebildet ist. Insbesondere kann das zumindest eine Ausrichtelement als strukturelles Element an der Außenseite der wenigstens einen Außenwand durch die Außenwand, insbesondere ein Substrat der Außenwand, gebildet werden. Das strukturelle Element kann als dreidimensionale (3D) Struktur, beispielsweise eine Erhebung und/oder Aussparung, an der Außenseite der wenigstens einen Außenwand ausgebildet sein. Insbesondere kann das wenigstens eine Ausrichtelement durch eine 3D-Struktur des Substrats der Außenwand gebildet werden. Die Außenseite der Außenwand kann eine Seite und/oder Fläche der Außenwand, insbesondere der äußeren Kollimatorwand, bezeichnen, welche den übrigen, insbesondere innenliegenden, Kollimatorwänden abgewandt ist.The anti-scatter filter has at least one alignment element, in particular a plurality of alignment elements, which is designed as a structural element adjacent to an outside of at least one of the outer walls of the collimator element. In particular, the at least one alignment element can be formed as a structural element on the outside of the at least one outer wall by the outer wall, in particular a substrate of the outer wall. The structural element can be designed as a three-dimensional (3D) structure, for example a survey and/or recess, on the outside of the at least one outer wall. In particular, the at least one alignment element can be formed by a 3D structure of the substrate of the outer wall. The outside of the outer wall can designate a side and/or surface of the outer wall, in particular the outer collimator wall, which faces away from the remaining, in particular inner, collimator walls.
Die Kollimatorwände weisen vorzugsweise ein Material auf, welches Röntgenstrahlung stark absorbiert, beispielsweise ein metallisches Material, insbesondere Wolfram. Dabei kann die Absorptionsfähigkeit für Röntgenstrahlung der wenigstens einen Außenwand, an welcher das wenigstens eine Ausrichtelement ausgebildet ist, gegenüber den übrigen, insbesondere den innenliegenden, Kollimatorwänden durch das Ausrichtelement unvermindert sein. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die wenigstens eine Außenwand gegenüber den übrigen Kollimatorwänden zumindest im Bereich des Ausrichtelements eine höhere Wandstärke aufweist.The collimator walls preferably have a material which strongly absorbs X-rays, for example a metallic material, in particular tungsten. The absorption capacity for X-rays of the at least one outer wall, on which the at least one alignment element is formed, can be undiminished by the alignment element compared to the remaining, in particular the inner, collimator walls. This can be achieved in particular in that the at least one outer wall has a greater wall thickness than the remaining collimator walls, at least in the area of the alignment element.
Das wenigstens eine Ausrichtelement kann zumindest zwei Anlageflächen aufweisen, welche aneinander angrenzen und nicht parallel zueinander verlaufen. Die zumindest zwei Anlageflächen können jeweils in einem vordefinierten Winkel bezüglich der ersten Raumrichtung, insbesondere einem rechten Winkel oder parallel zur ersten Raumrichtung, angeordnet sein.The at least one alignment element can have at least two contact surfaces which adjoin one another and do not run parallel to one another. The at least two contact surfaces can each be arranged at a predefined angle with respect to the first spatial direction, in particular a right angle or parallel to the first spatial direction.
Unter dem Begriff „im Wesentlichen“ wird hier und im Folgenden exakt oder näherungsweise, d. h. beispielsweise im Bereich üblicher Fertigungstoleranzen oder mit Abweichungen von maximal 5 %, verstanden.The term “essentially” here and below is understood to mean exactly or approximately, ie, for example, within the range of usual manufacturing tolerances or with deviations of a maximum of 5%.
Bei der ersten Raumrichtung handelt es sich in einfacher Näherung um eine Koordinate eines kartesischen Koordinatensystems. Vorzugsweise handelt es sich aber bei der ersten Raumrichtung um eine von einem von dem Streustrahlenfilter entfernten Ausgangspunkt radialstrahlenartig ausgehende Richtung, die somit auf einer flach erstreckten Ebene, die quer zu dieser Raumrichtung steht, in jedem Punkt dieser Ebene mit einem anderen Winkel - jedoch auf den Ausgangspunkt fluchtend - aufsteht. In diesem Fall entspricht die erste Raumrichtung vorzugsweise im Betrieb des den Röntgendetektor mit dem Streustrahlenfilter umfassenden Röntgengeräts einer Röntgenstrahlungsrichtung eines von einer (insbesondere näherungsweise punktförmigen) Röntgenstrahlenquelle ausgehenden fächerartigen Röntgenstrahls, konkret der jeweiligen Richtung eines jeden Teilstrahls dieses Röntgenstrahls. Mithin sind im letzten Fall benachbarte Kollimatorwände vorzugsweise derart geneigt, dass die zwischen den gekreuzten Kollimatorwänden gebildeten Strahlungskanäle im bestimmungsgemäßen Einbauzustand im Röntgengerät jeweils konisch in Richtung auf die Röntgenstrahlungsquelle zulaufen oder zumindest zu dieser geneigt sind. Die Kollimatorfläche des Streustrahlenfilters steht dabei insbesondere radial zu dieser ersten Raumrichtung und bildet beispielsweise eine Art Tangentialfläche. Optional ist die Kollimatorfläche dabei auch vergleichbar zu einer Mantelfläche eines Kreiszylinders gewölbt. Dies ist insbesondere für den Fall zweckmäßig, dass der Röntgendetektor des Röntgengeräts, beispielsweise eines Computertomographen, ebenfalls mantelflächenartig gewölbt ist, so dass die von der Röntgenstrahlenquelle ausgehenden Röntgenteilstrahlen stets normal zur Detektorfläche auftreffen, denn dann kann der Streustrahlenfilter besonders einfach und vollflächig auf den Röntgendetektor aufgelegt und an diesem fixiert werden.In a simple approximation, the first spatial direction is a coordinate of a Cartesian coordinate system. Preferably, however, the first spatial direction is a direction emanating in the form of a radial ray from a starting point remote from the anti-scatter filter, which thus extends on a flat plane that is transverse to this spatial direction at a different angle at every point on this plane - but on the Aligning the starting point - stands up. In this case, the first spatial direction preferably corresponds to an X-ray direction of a fan-like X-ray beam emanating from a (in particular approximately point-shaped) X-ray source during operation of the X-ray device comprising the Therefore, in the latter case, adjacent collimator walls are preferably inclined in such a way that the radiation channels formed between the crossed collimator walls, when installed as intended in the X-ray device, each taper conically towards the X-ray source or are at least inclined towards it. The collimator surface of the anti-scatter filter is in particular radial to this first spatial direction and forms, for example, a type of tangential surface. Optionally, the collimator surface is also curved comparable to the lateral surface of a circular cylinder. This is particularly useful in the case that the X-ray detector of the X-ray device, for example a computer tomograph, is also curved like a lateral surface, so that the partial X-rays emanating from the X-ray source always strike normal to the detector surface, because then the anti-scatter filter can be placed particularly easily and over the entire surface of the X-ray detector and be fixed to this.
Unter dem Begriff „langgestreckt“ wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass die Kollimatorwände derart ausgebildet sind, dass die zwischen den gekreuzten Kollimatorwänden angeordneten Strahlungskanäle ein (in der ersten Raumrichtung gesehen) Längen-zu-Breiten-Verhältnis von größer oder gleich 5:1 aufweisen. Dadurch wird eine hinreichende Absorption von Streustrahlen durch den Streustrahlenfilter ermöglicht.The term “elongated” is understood here and below in particular to mean that the collimator walls are designed in such a way that the radiation channels arranged between the crossed collimator walls have a length-to-width ratio (seen in the first spatial direction) of greater than or equal to 5: 1 have. This enables sufficient absorption of scattered radiation by the scattered radiation filter.
Unter dem Begriff „nachbearbeitungsfrei“ wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass das Urformverfahren eine endformfertige oder endformnahe Fertigung des Streustrahlenfilters - zumindest dessen jeweiliger Schicht - ermöglicht. Konkret wird hier und im Folgenden darunter verstanden, dass keine dem Urformverfahren nachgelagerten Fertigungsschritte zur Ausbildung der bestimmungsgemäßen Konturen des Streustrahlenfilters bzw. der einzelnen Schicht des Streustrahlenfilters mehr erfolgt. Ein Entfernen von bei einem Urformverfahren häufig vorhandenen Angüssen und/oder Steigern kann aber dennoch erfolgen.The term “post-processing-free” is understood here and below in particular to mean that the original molding process enables finished or near-net-shape production of the anti-scatter radiation filter - at least its respective layer. Specifically, it is understood here and below that there are no longer any manufacturing steps downstream of the original molding process to form the intended contours of the anti-scatter filter or the individual layer of the anti-scatter filter. However, sprues and/or risers that are often present in a primary molding process can still be removed.
Vorzugsweise ist der Streustrahlenfilter, konkret dessen Detektorfläche, als Polygonform, beispielsweise rechteckig oder dreieckig oder hexagonal, ausgebildet. Aufgrund der Polygonform, insbesondere Rechteckform, lassen sich vorteilhafterweise auf besonders einfache Weise mehrere Streustrahlenfilter nebeneinander - kachelartig - zur Ausbildung einer besonders großen Gesamtfläche anordnen.The anti-scatter filter, specifically its detector surface, is preferably designed as a polygonal shape, for example rectangular or triangular or hexagonal. Due to the polygonal shape, in particular rectangular shape, several scattered radiation filters can advantageously be arranged next to one another in a particularly simple manner - like a tile - to form a particularly large overall area.
Durch das nachbearbeitungsfreie Urformverfahren wird außerdem eine präzise Ausbildung der Kollimatorwände und somit auch des wenigstens einen Ausrichtelements, insbesondere der zumindest zwei Anlageflächen, ermöglicht, ohne dass zusätzliche, Fertigungskosten erhöhende Nachbearbeitungsschritte anfallen würden. Mittels des wenigstens einen Ausrichtelements kann vorteilhaft eine präzise und robuste Ausrichtung des Streustrahlenfilters ermöglicht werden.The post-processing-free original molding process also enables precise formation of the collimator walls and thus also of the at least one alignment element, in particular the at least two contact surfaces, without the need for additional post-processing steps that increase production costs. By means of the at least one alignment element, a precise and robust alignment of the anti-scatter filter can advantageously be made possible.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Streustrahlenfilters können die Kollimatorwände zusätzlich im Wesentlichen parallel zueinander und parallel zu der ersten Raumrichtung angeordnet sein.In a further advantageous embodiment of the proposed anti-scatter filter, the collimator walls can additionally be arranged essentially parallel to one another and parallel to the first spatial direction.
Insbesondere kann die gitterartig gekreuzte Anordnung der Kollimatorwände Eckwinkel von 90 Grad aufweisen. Die Strahlungskanäle können ferner einen im Wesentlichen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt aufweisen. Hierdurch kann eine verbesserte Ausleuchtung der, insbesondere rechteckigen und/oder quadratischen, Detektorpixel von durch die Strahlungskanäle verlaufender Röntgenstrahlung ermöglicht werden.In particular, the grid-like crossed arrangement of the collimator walls can have corner angles of 90 degrees. The radiation channels can also have a substantially rectangular, in particular square, cross section. This makes it possible to improve the illumination of the detector pixels, in particular rectangular and/or square ones, from X-rays passing through the radiation channels.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Streustrahlenfilters kann das wenigstens eine Ausrichtelement als Erhebung und/oder Aussparung an einer Außenseite der wenigstens einen Außenwand des Kollimatorelements ausgebildet sein.In a further advantageous embodiment of the proposed anti-scatter filter, the at least one alignment element can be designed as a survey and/or recess on an outside of the at least one outer wall of the collimator element.
Das wenigstens eine Ausrichtelement, insbesondere die mehreren Ausrichtelemente, können jeweils als Aussparung, insbesondere eine Nut und/oder Stufe, und/oder eine Erhebung, beispielsweise eine Feder und/oder einen Stab und/oder Stift, ausgebildet sein.The at least one alignment element, in particular the plurality of alignment elements, can each be designed as a recess, in particular a groove and/or step, and/or an elevation, for example a spring and/or a rod and/or pin.
Die vorgeschlagene Ausführungsform kann vorteilhaft ein präzises Ausrichten des Streustrahlenfilters bezüglich einer weiteren Komponente durch formschlüssiges Anliegen der wenigstens zwei Anlagefläche mit jeweils einer korrespondierenden Anlagefläche der weiteren Komponente ermöglichen. Vorteilhafterweise kann ein Einbringen von Formelementen, beispielsweise einer Bohrung und/oder einem Langloch, an einem Flansch des Streustrahlenfilters entfallen. Prozessschritte für ein definiertes Drahterodieren der Formelemente sind bei dem erfindungsgemäßen Streustrahlenfilter vorteilhaft nicht erforderlich. Hierdurch kann eine Herstellung des Streustrahlenfilters vereinfacht und kosteneffizient gestaltet werden.The proposed embodiment can advantageously enable precise alignment of the anti-scatter filter with respect to a further component by positive contact of the at least two contact surfaces, each with a corresponding contact surface of the further component. Advantageously, the introduction of shaped elements, for example a bore and/or an elongated hole, on a flange of the anti-scatter filter can be omitted. Process steps for a defined wire erosion of the shaped elements are advantageously not required in the anti-scatter filter according to the invention. As a result, production of the anti-scatter filter can be simplified and made cost-effective.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Streustrahlenfilters kann das wenigstens eine Ausrichtelement als gestufter Abschnitt an einer Außenseite der wenigstens einen Außenwand des Kollimatorelements ausgebildet sein. Dabei können zwei der zumindest zwei Anlageflächen, welche zueinander gewinkelt angeordnet sind, den gestuften Abschnitt bilden.In a further advantageous embodiment of the proposed anti-scatter filter, the at least one alignment element can be designed as a stepped section on an outside of the at least one outer wall of the collimator element. Two of the at least two contact surfaces, which are arranged at an angle to one another, can form the stepped section.
Der gestufte Abschnitt kann zumindest zwei zueinander gewinkelt, insbesondere senkrecht, angeordnete Anlageflächen umfassen. Vorteilhafterweise kann eine Kante, an welcher die zwei Anlageflächen zusammentreffen, senkrecht oder parallel zu der ersten Raumrichtung verlaufen.The stepped section can comprise at least two contact surfaces arranged at an angle to one another, in particular perpendicularly. Advantageously, an edge at which the two contact surfaces meet can run perpendicular or parallel to the first spatial direction.
Die vorgeschlagene Ausführungsform kann vorteilhaft ein präzises, insbesondere geometrisch definiertes, Ausrichten des Streustrahlenfilters bezüglich einer weiteren Komponente in zwei Raumrichtungen durch formschlüssiges Anliegen der wenigstens zwei Anlageflächen mit jeweils einer korrespondierenden Anlagefläche der weiteren Komponente ermöglichen.The proposed embodiment can advantageously enable a precise, in particular geometrically defined, alignment of the anti-scatter filter with respect to a further component in two spatial directions by positive contact of the at least two contact surfaces, each with a corresponding contact surface of the further component.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Streustrahlenfilters kann sich das wenigstens eine Ausrichtelement über eine gesamte Breite und/oder Höhe der wenigstens einen Außenwand erstrecken.In a further advantageous embodiment of the proposed anti-scatter filter, the at least one alignment element can extend over an entire width and/or height of the at least one outer wall.
Vorteilhafterweise kann die Außenwand eine im Wesentlichen rechteckige und/oder trapezförmige Außenfläche an der Außenseite aufweisen. Dabei kann die Breite der Außenwand eine Ausdehnung der Außenwand in einer zu der ersten Raumrichtung im Wesentlichen senkrechten weiteren Raumrichtung bezeichnen. Ferner kann die Höhe der Außenwand eine Ausdehnung der Außenwand im Wesentlichen parallel zu der ersten Raumrichtung bezeichnen.Advantageously, the outer wall can have a substantially rectangular and/or trapezoidal outer surface on the outside. The width of the outer wall can denote an extension of the outer wall in a further spatial direction that is essentially perpendicular to the first spatial direction. Furthermore, the height of the outer wall can indicate an extension of the outer wall essentially parallel to the first spatial direction.
Das wenigstens eine Ausrichtelement, insbesondere die zumindest zwei Anlageflächen, kann sich vorteilhafterweise über die gesamte Breite und/oder Höhe der wenigstens einen Außenwand erstrecken, insbesondere verlaufen. Dabei kann das wenigstens eine Ausrichtelement an einer Kante und/oder an einer Fläche der wenigstens einen Außenwand angeordnet sein.The at least one alignment element, in particular the at least two contact surfaces, can advantageously extend, in particular extend, over the entire width and/or height of the at least one outer wall. The at least one alignment element can be arranged on an edge and/or on a surface of the at least one outer wall.
Die vorgeschlagene Ausführungsform kann vorteilhafterweise mehr Bewegungsfreiheitsgrade beim Ausrichten des Streustrahlenfilters ermöglichen.The proposed embodiment can advantageously enable more degrees of freedom of movement when aligning the anti-scatter filter.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Streustrahlenfilters kann das Streustrahlenfilter mehrere Ausrichtelemente aufweisen, welche zumindest teilweise, insbesondere vollständig, gleich ausgebildet sind.In a further advantageous embodiment of the proposed anti-scatter filter, the anti-scatter filter can have a plurality of alignment elements which are at least partially, in particular completely, identical.
Die mehreren Ausrichtelemente können jeweils als strukturelles Element an der Außenseite einer Außenwand oder mehrerer Außenwände des Kollimatorelements ausgebildet sein. Dabei können die mehren Ausrichtelemente hinsichtlich einer 3D Struktur, beispielsweise einer Form und/oder Anordnung von Anlageflächen und/oder Ausdehnung und/oder Ausrichtung, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, gleich ausgebildet sein. Insbesondere können die Ausrichtelemente an jeweils gegenüberliegenden Außenwänden des Kollimatorelements gleich ausgebildet sein.The plurality of alignment elements can each be formed as a structural element on the outside of an outer wall or a plurality of outer walls of the collimator element. The plurality of alignment elements can be designed to be the same, at least partially, in particular completely, with regard to a 3D structure, for example a shape and/or arrangement of contact surfaces and/or extent and/or orientation. In particular, the alignment elements can be designed the same on opposite outer walls of the collimator element.
Die vorgeschlagene Ausführungsform kann vorteilhaft ein präzises Ausrichten des Streustrahlenfilters bezüglich einer weiteren Komponente in mehreren Raumrichtungen durch formschlüssiges Anliegen der mehreren Anlageflächen mit jeweils einer korrespondierenden Anlagefläche der weiteren Komponente ermöglichen.The proposed embodiment can advantageously enable precise alignment of the anti-scatter filter with respect to a further component in several spatial directions by positive contact of the several contact surfaces with a corresponding contact surface of the further component.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Streustrahlenfilters kann das Streustrahlenfilter mehrere Ausrichtelemente aufweisen, welche zumindest teilweise, insbesondere vollständig, verschieden ausgebildet sind.In a further advantageous embodiment of the proposed anti-scatter filter, the anti-scatter filter can have a plurality of alignment elements which are at least partially, in particular completely, designed differently.
Die mehreren Ausrichtelemente können jeweils als strukturelles Element an der Außenseite einer Außenwand oder mehrerer Außenwände des Kollimatorelements ausgebildet sein. Dabei können die mehren Ausrichtelemente hinsichtlich einer 3D Struktur, beispielsweise einer Form und/oder Anordnung von Anlageflächen und/oder Ausdehnung und/oder Ausrichtung, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, verschieden ausgebildet sein.The plurality of alignment elements can each be formed as a structural element on the outside of an outer wall or a plurality of outer walls of the collimator element. The plurality of alignment elements can be designed differently with regard to a 3D structure, for example a shape and/or arrangement of contact surfaces and/or extent and/or orientation, at least partially, in particular completely.
Die vorgeschlagene Ausführungsform kann vorteilhaft ein präzises Ausrichten des Streustrahlenfilters bezüglich einer weiteren Komponente in mehreren Raumrichtungen durch formschlüssiges Anliegen der mehreren Anlageflächen mit jeweils einer korrespondierenden Anlagefläche der weiteren Komponente ermöglichen.The proposed embodiment can advantageously enable a precise alignment of the anti-scatter filter with respect to a further component in several spatial directions by positively abutting the several contact surfaces with one each enable corresponding contact surface of the further component.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Streustrahlenfilters kann das wenigstens eine Ausrichtelement an eine Kante der wenigstens einen Außenwand des Kollimatorelements zumindest angrenzen.In a further advantageous embodiment of the proposed anti-scatter filter, the at least one alignment element can at least adjoin an edge of the at least one outer wall of the collimator element.
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Außenwand des Kollimatorelements wenigstens eine Kante, insbesondere mehrere Kanten, aufweisen, welche die Außenseite, insbesondere eine Außenfläche, der Außenwand räumlich begrenzen. Dabei kann das wenigstens eine Ausrichtelement an der Kante, insbesondere unmittelbar angrenzend an die Kante oder die Kante umfassend, insbesondere die Kante bildend, an der wenigstens einen Außenwand des Kollimatorelements angeordnet sein. Somit kann das wenigstens eine Ausrichtelement an die Kante der wenigstens einen Außenwand des Kollimatorelements zumindest angrenzen.Advantageously, the at least one outer wall of the collimator element can have at least one edge, in particular a plurality of edges, which spatially delimit the outside, in particular an outer surface, of the outer wall. The at least one alignment element can be arranged on the edge, in particular immediately adjacent to the edge or comprising the edge, in particular forming the edge, on the at least one outer wall of the collimator element. The at least one alignment element can thus at least border the edge of the at least one outer wall of the collimator element.
Die vorgeschlagene Ausführungsform kann vorteilhafterweise mehr Bewegungsfreiheitsgrade beim Ausrichten des Streustrahlenfilters ermöglichen.The proposed embodiment can advantageously enable more degrees of freedom of movement when aligning the anti-scatter filter.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Streustrahlenfilters können das Kollimatorelement und das wenigstens eine Ausrichtelement einteilig ausgebildet sein.In a further advantageous embodiment of the proposed anti-scatter filter, the collimator element and the at least one alignment element can be formed in one piece.
Durch eine einteilige, insbesondere einstückige, Anfertigung eines Kollimatorelements kann vorteilhaft konstruktiver Aufwand bei der Zusammensetzung des Kollimatorelements und des wenigstens einen Ausrichtelements aus Einzelteilen vermieden werden. Beispielsweise kann dadurch Material und Verbindungsmittel und zeitintensive Verarbeitungsschritte gespart werden.By producing a collimator element in one piece, in particular in one piece, construction effort in assembling the collimator element and the at least one alignment element from individual parts can advantageously be avoided. For example, this can save material and fasteners and time-consuming processing steps.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Streustrahlenfilters können das Kollimatorelement und das wenigstens eine Ausrichtelement mittels einer additiven Fertigungstechnik hergestellt sein.In a further advantageous embodiment of the proposed anti-scatter filter, the collimator element and the at least one alignment element can be produced using an additive manufacturing technique.
Eine additive Fertigungstechnik umfasst einen Prozess, bei dem auf der Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten durch das Ablagern von Material schichtweise ein Bauteil aufgebaut wird. Dadurch ist eine hohe Variabilität in der Ausgestaltung möglich. Vorteilhaft ist dadurch eine zeiteffiziente Herstellung und eine ressourcenschonende Herstellung auch von komplexen, jedoch gleichzeitig stabilen Strukturen und Formen möglich. Die Bauteile können je nach Ausgangsstoff und Anwendung mit einem Verfahren der Stereolithografie, Laser-Sintern oder 3D-Drucken gefertigt werden. Als Materialien sind unterschiedliche Metalle, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe verfügbar.Additive manufacturing technology involves a process in which a component is built layer by layer by depositing material based on digital 3D design data. This allows a high degree of variability in the design. This advantageously enables time-efficient production and resource-saving production of even complex but at the same time stable structures and shapes. Depending on the raw material and application, the components can be manufactured using stereolithography, laser sintering or 3D printing. Various metals, plastics and composite materials are available as materials.
Beispielsweise können das Kollimatorelement und das wenigstens eine Ausrichtelement mittels selektiven Laserschmelzens bzw. Lasersinterns hergestellt sein. Vorzugsweise wird dabei ein Pulverwerkstoff umfassend ein Metallpulver eingesetzt. Dabei wird zunächst eine dünne Schicht des Pulverwerkstoffs auf eine Bauplattform aufgetragen. Mittels eines Lasers kann das Pulver exakt an den Stellen aufgeschmolzen werden, die die computergenerierten Bauteil-Konstruktionsdaten vorgeben. Danach senkt sich die Fertigungsplattform ab und es erfolgt ein weiterer Pulverauftrag. Der Werkstoff wird erneut aufgeschmolzen und verbindet sich an den definierten Stellen mit der darunterliegenden Schicht.For example, the collimator element and the at least one alignment element can be produced using selective laser melting or laser sintering. A powder material comprising a metal powder is preferably used. First, a thin layer of the powder material is applied to a construction platform. Using a laser, the powder can be melted exactly at the points specified by the computer-generated component design data. The production platform then lowers and another powder application takes place. The material is melted again and bonds to the underlying layer at defined points.
Vorteilhaft kann mittels einer additiven Fertigungstechnik und dabei besonders vorteilhaft insbesondere mittels eines Verfahrens des selektiven Laserschmelzens bzw. Lasersinterns außerdem eine hohe Volumendichte eines metallischen Materials in den Kollimatorwänden und dem wenigstens einen Ausrichtelement erreicht werden.Advantageously, a high volume density of a metallic material in the collimator walls and the at least one alignment element can also be achieved by means of an additive manufacturing technology and particularly advantageously in particular by means of a method of selective laser melting or laser sintering.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Streustrahlenfilters können das Kollimatorelement und das wenigstens eine Ausrichtelement mittels eines Verfahrens des selektiven Laserschmelzen oder Lasersinterns eines Metallpulvers hergestellt sein.In a further advantageous embodiment of the proposed anti-scatter filter, the collimator element and the at least one alignment element can be produced by means of a method of selective laser melting or laser sintering of a metal powder.
In einer Variante sind das Kollimatorelement und das wenigstens eine Ausrichtelement mittels eines Verfahrens des selektiven Laserschmelzen oder Lasersinterns eines Metallpulvers hergestellt. Beispielsweise können bei einem Verfahren des selektiven Laserschmelzens (SLM) oder Lasersinterns (SLS) Pulverschichten eines Metallpulvers beim Aufbau der Kollimatorwände und des wenigstens einen Ausrichtelements eingesetzt werden. Vorteilhaft können das Kollimatorelement und das wenigstens eine Ausrichtelement schneller aufgebaut werden oder kostengünstigere Materialien eingesetzt werden.In a variant, the collimator element and the at least one alignment element are produced using a method of selective laser melting or laser sintering of a metal powder. For example, in a method of selective laser melting (SLM) or laser sintering (SLS), powder layers of a metal powder can be used in the construction of the collimator walls and the at least one alignment element. Advantageously, the collimator element and the at least one alignment element can be constructed more quickly or cheaper materials can be used.
Die Erfindung betrifft in einem zweiten Aspekt eine Röntgendetektorvorrichtung umfassend einen Röntgendetektor und ein vorgeschlagenes Streustrahlenfilter in einer Stapelanordnung entlang der ersten Raumrichtung, insbesondere der Röntgenstrahleneinfallsrichtung, .In a second aspect, the invention relates to an X-ray detector device comprising an X-ray detector and a proposed anti-scatter radiation filter in a stack arrangement along the first spatial direction, in particular the X-ray incidence direction.
Die Vorteile der vorgeschlagenen Röntgendetektorvorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des vorgeschlagenen Streustrahlenfilters. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen können ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände übertragen werden und umgekehrt.The advantages of the proposed X-ray detector device essentially correspond to the advantages of the proposed anti-scatter filter. Features, advantages or alternative embodiments mentioned here can also be found the other claimed items are transferred and vice versa.
Der Röntgendetektor kann ein direkt-konvertierender oder ein indirekt-konvertierender Röntgendetektor sein.The X-ray detector can be a direct-converting or an indirect-converting X-ray detector.
Die Röntgenstrahlung bzw. die Röntgenphotonen können in direkt-konvertierenden Röntgendetektorvorrichtungen durch ein geeignetes Konvertermaterial in elektrische Pulse umgewandelt werden. Als Konvertermaterial können beispielsweise CdTe, CZT, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TlBr2, HgI2, GaAs oder andere verwendet werden. Die elektrischen Pulse werden von elektronischen Schaltkreisen einer Auswerteeinheit, beispielsweise in Form eines integrierten Schaltkreises (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), bewertet. In zählenden Röntgendetektorvorrichtungen kann einfallende Röntgenstrahlung durch Zählen der elektrischen Pulse, welche durch die Absorption von Röntgenphotonen im Konvertermaterial ausgelöst werden, gemessen werden. Die Höhe des elektrischen Pulses ist in der Regel außerdem proportional zur Energie des absorbierten Röntgenphotons. Dadurch kann eine spektrale Information durch den Vergleich der Höhe des elektrischen Pulses mit einem Schwellwert extrahiert werden.The X-rays or the X-ray photons can be converted into electrical pulses in direct-converting X-ray detector devices using a suitable converter material. For example, CdTe, CZT, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TlBr2, HgI2, GaAs or others can be used as converter material. The electrical pulses are evaluated by electronic circuits of an evaluation unit, for example in the form of an integrated circuit (Application Specific Integrated Circuit, ASIC). In counting X-ray detector devices, incident X-rays can be measured by counting the electrical pulses triggered by the absorption of X-ray photons in the converter material. The height of the electrical pulse is also usually proportional to the energy of the absorbed X-ray photon. This allows spectral information to be extracted by comparing the height of the electrical pulse with a threshold value.
Die Röntgenstrahlung bzw. die Photonen können in indirektkonvertierenden Röntgendetektorvorrichtungen durch ein geeignetes Konvertermaterial in Licht und mittels optisch gekoppelten Photodioden in elektrische Pulse umgewandelt werden. Als Konvertermaterial werden häufig Szintillatoren, beispielsweise GOS (Gd2O2S), CsJ, YGO oder LuTAG, eingesetzt. Die erzeugten elektrischen Signale werden weiter über eine Auswerteeinheit aufweisend elektronische Schaltkreise weiterverarbeitet, ausgelesen und anschließend an eine Recheneinheit weitergeleitet.The X-rays or the photons can be converted into light in indirect-converting X-ray detector devices using a suitable converter material and into electrical pulses using optically coupled photodiodes. Scintillators, such as GOS (Gd2O2S), CsJ, YGO or LuTAG, are often used as converter materials. The electrical signals generated are further processed via an evaluation unit having electronic circuits, read out and then forwarded to a computing unit.
Der Röntgendetektor kann eine matrixartige Anordnung einer Vielzahl an Pixelelementen für eine ortsaufgelöste Messung der eintreffenden Röntgenstrahlung umfassen. Die Position des Streustrahlenfilters, insbesondere der Strahlungskanäle und der Kollimatorwände kann relativ zu der matrixartigen Anordnung der Vielzahl an Pixelelementen ausgerichtet sein. Beispielsweise kann jedem Pixelelement oder einer Gruppe von Pixelelementen jeweils eine Kollimatorwand zugeordnet sein. Beispielsweise kann jeweils zwischen zwei benachbarten Pixelelementen oder zwischen benachbarten Gruppen von Pixelelementen, beispielsweise Makropixeln, eine Kollimatorwand angeordnet sein. Vorzugsweise erfolgt eine Anordnung derart, dass möglichst wenig von einer sensitiven Fläche eines Pixelelements durch eine Kollimatorwand überdeckt wird, so dass eine Verschlechterung der Dosiseffizienz vermieden werden kann. In Ausführungsvarianten ist jedoch auch denkbar, dass Kollimatorwände ganz oder teilweise über der für Röntgenstrahlung sensitiven Detektionsfläche eines Pixelelements angeordnet sind.The X-ray detector can comprise a matrix-like arrangement of a large number of pixel elements for a spatially resolved measurement of the incoming X-rays. The position of the anti-scatter filter, in particular the radiation channels and the collimator walls, can be aligned relative to the matrix-like arrangement of the plurality of pixel elements. For example, a collimator wall can be assigned to each pixel element or a group of pixel elements. For example, a collimator wall can be arranged between two adjacent pixel elements or between adjacent groups of pixel elements, for example macropixels. Preferably, an arrangement is such that as little as possible of a sensitive surface of a pixel element is covered by a collimator wall, so that a deterioration in the dose efficiency can be avoided. In embodiment variants, however, it is also conceivable that collimator walls are arranged entirely or partially above the X-ray sensitive detection surface of a pixel element.
Vorteilhaft wird auf den Röntgendetektor auftreffende, bildwirksame Streustrahlung reduziert und damit eine verbesserte Bildqualität ermöglicht, wobei gleichzeitig eine kosteneffiziente Bereitstellung gewährleistet werden kann.Advantageously, image-effective scattered radiation striking the X-ray detector is reduced, thereby enabling improved image quality, while at the same time cost-efficient provision can be guaranteed.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorgeschlagenen Röntgendetektorvorrichtung kann die Röntgendetektorvorrichtung ferner ein Halteelement zur Befestigung des Streustrahlenfilters in der Stapelanordnung umfassen, welches zu dem wenigstens einen Ausrichtelement des Streustrahlenfilters ein korrespondierendes Ausrichtelement aufweist. Dabei kann das korrespondierende Ausrichtelement in der Stapelanordnung formschlüssig an dem wenigstens einen Ausrichtelement anliegen. Das wenigstens eine korrespondierende Ausrichtelement kann insbesondere alle Merkmale und Eigenschaften aufweisen, welche in Bezug zu dem wenigstens einen Ausrichtelement des Streustrahlenfilters beschrieben wurden und umgekehrt. Dabei kann das korrespondierende Ausrichtelement vorteilhafterweise zumindest zwei korrespondierende Anschlagflächen aufweisen, welche formschlüssig an die zumindest zwei Anschlagflächen des wenigstens einen Ausrichtelements anordbar sind.In a further advantageous embodiment of the proposed X-ray detector device, the X-ray detector device can further comprise a holding element for fastening the anti-scatter filter in the stack arrangement, which has a corresponding alignment element to the at least one alignment element of the anti-scatter filter. The corresponding alignment element in the stack arrangement can rest positively against the at least one alignment element. The at least one corresponding alignment element can in particular have all the features and properties that have been described in relation to the at least one alignment element of the anti-scatter filter and vice versa. The corresponding alignment element can advantageously have at least two corresponding stop surfaces, which can be arranged in a form-fitting manner on the at least two stop surfaces of the at least one alignment element.
Die Erfindung betrifft in einem dritten Aspekt ein medizinisches Bildgebungsgerät mit einer vorgeschlagenen Röntgendetektorvorrichtung und einer Röntgenquelle in Gegenüberstellung zur Röntgendetektorvorrichtung, welche ausgebildet ist, die Röntgendetektorvorrichtung entlang der ersten Raumrichtung, insbesondere der Röntgenstrahleneinfallsrichtung, mit Röntgenstrahlung zu belichten.In a third aspect, the invention relates to a medical imaging device with a proposed X-ray detector device and an X-ray source in comparison to the X-ray detector device, which is designed to expose the X-ray detector device to X-rays along the first spatial direction, in particular the X-ray incidence direction.
Die Vorteile des vorgeschlagenen Bildgebungsgeräts entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des vorgeschlagenen Streustrahlenfilters und/oder der vorgeschlagenen Röntgendetektorvorrichtung. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen können ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände übertragen werden und umgekehrt.The advantages of the proposed imaging device essentially correspond to the advantages of the proposed anti-scatter filter and/or the proposed X-ray detector device. Features, advantages or alternative embodiments mentioned here can also be transferred to the other claimed objects and vice versa.
Für die Aufnahme eines Röntgenbilddatensatzes kann zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor ein abzubildendes Untersuchungsobjekt platziert und mittels der Röntgenquelle durchstrahlt werden. Insbesondere kann das medizinische Bildgebungsgerät als Computertomographie-System ausgebildet sein. Es kann aber auch beispielsweise als C-Bogen-Röntgengerät und/oder Dyna-CT oder auch als anderweitiges röntgenbasiertes Bildgebungsgerät ausgebildet sein.To record an X-ray image data set, an examination object to be imaged can be placed between the X-ray source and the X-ray detector and irradiated using the X-ray source. In particular, the medical imaging device can be designed as a computer tomography system. But it can also, for example be designed as a C-arm X-ray device and/or Dyna-CT or as another X-ray-based imaging device.
Die Erfindung betrifft in einem vierten Aspekt ein Computertomographiesystem, aufweisend ein vorgeschlagenes medizinisches Bildgebungsgerät. Das Computertomographie-System kann eine Gantry mit einem Rotor umfassen. Der Rotor kann eine Röntgenquelle und die Detektionseinheit umfassen. Die Detektionseinheit kann zumindest eine erfindungsgemäße Röntgendetektorvorrichtung umfassen. Der Rotor kann um die Rotationsachse drehbar gelagert sein. Das Untersuchungsobjekt kann auf einer Patientenliege gelagert und entlang einer Rotationsachse durch die Gantry bewegbar sein. Zur Steuerung des Computertomographie-Systems und zur Berechnung von Schnittbildern bzw. Volumenbildern des Untersuchungsobjekts kann das Computertomographie-System eine Recheneinheit aufweisen.In a fourth aspect, the invention relates to a computer tomography system, having a proposed medical imaging device. The computed tomography system may include a gantry with a rotor. The rotor can include an X-ray source and the detection unit. The detection unit can comprise at least one X-ray detector device according to the invention. The rotor can be mounted so that it can rotate about the axis of rotation. The examination object can be stored on a patient bed and can be moved through the gantry along an axis of rotation. The computer tomography system can have a computing unit to control the computer tomography system and to calculate cross-sectional images or volume images of the examination object.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt werden im Folgenden näher beschrieben. In unterschiedlichen Figuren werden für gleiche Merkmale die gleichen Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform einer Röntgendetektorvorrichtung umfassend einen Streustrahlenfilter aufweisend ein Kollimatorelement in Stapelanordnung mit einem Röntgendetektor, -
2 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform eines Kollimatorelements eines Streustrahlenfilters, -
3 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform eines medizinischen Bildgebungsgeräts.
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1 a schematic representation of an advantageous embodiment of an X-ray detector device comprising an anti-scatter filter having a collimator element in a stack arrangement with an X-ray detector, -
2 a schematic representation of an advantageous embodiment of a collimator element of an anti-scatter filter, -
3 a schematic representation of an advantageous embodiment of a medical imaging device.
Der Streustrahlenfilter ist in Richtung einer Strahleneinfallsrichtung vor dem Röntgendetektor 4 für die Reduzierung von auf den Röntgendetektor 4 eintreffender Streustrahlung während der Belichtung der Röntgendetektorvorrichtung mit Röntgenstrahlung angeordnet.The scattered radiation filter is arranged in front of the X-ray detector 4 in the direction of a radiation incidence direction for the reduction of scattered radiation incident on the X-ray detector 4 during the exposure of the X-ray detector device to X-rays.
Der Röntgendetektor 4 weist ein Konverterelement 11 für die Umwandlung einfallender Röntgenstrahlung in elektrische Signale auf. Weiterhin ist das Konverterelement 11 über elektrisch leitende Verbindungen 15 mit einer Auswerteeinheit 13 gekoppelt, welche ausgebildet ist, die elektrischen Signale von dem Konverterelement 11 weiterzuverarbeiten. Die Auswerteeinheit kann außerdem mit einer Ausleseeinheit 17 zur Sammlung und Auslese der weiterverarbeiten Signale oder einem Substrat 17 gekoppelt sein. Der Röntgendetektor kann insbesondere eine matrixartige Anordnung einer Vielzahl an Pixelelementen für eine ortsaufgelöste Vermessung der eintreffenden Röntgenstrahlung umfassen. Der Röntgendetektor 4 kann dabei ein direkt-konvertierender oder ein indirekt-konvertierender Röntgendetektor 4 sein.The X-ray detector 4 has a
Der Streustrahlenfilter zur Stapelanordnung entlang der ersten Raumrichtung, insbesondere einer Röntgenstrahleneinfallsrichtung, mit dem Röntgendetektor 4 weist ein Kollimatorelement 2 mit einer Mehrzahl an Kollimatorwänden 1, auf, welche im Wesentlichen parallel zu der ersten Raumrichtung angeordnet sind, wobei jede Kollimatorwand 1 der Mehrzahl eine Wandhöhe h entlang der ersten Raumrichtung aufweist. Die Wandhöhe einer jeweiligen Kollimatorwand erstreckt sich dabei im Wesentlichen entlang der ersten Raumrichtung. Die Wandhöhe h kann beispielsweise im Bereich von 3 bis 40 mm liegen, bevorzugt zwischen 4 und 28 mm, noch bevorzugter beträgt die Wandhöhe mehr als 8 mm.The anti-scatter filter for stacking along the first spatial direction, in particular an X-ray incidence direction, with the X-ray detector 4 has a
Die Kollimatorwände 1 des Kollimatorelements 2 sind zumindest entlang einer weiteren Raumrichtung (in der Abbildung parallel zur z-Achse) benachbart und derart beabstandet zueinander angeordnet, dass jeweils zwischen zwei benachbarten Kollimatorwänden 1 ein Strahlungskanal 3 entlang der ersten Raumrichtung bereitgestellt ist. In einer Aufsicht auf die Anordnung kann dies dann einer Gitterroststruktur bzw. einer Lamellenstruktur entsprechen (in
Die Kollimatorwände 1 weisen vorzugsweise ein Material, welches Röntgenstrahlung stark absorbiert, beispielsweise ein metallisches Material. Beispielsweise weisen die Kollimatorwände Wolfram auf.The collimator walls 1 preferably have a material that strongly absorbs X-rays, for example a metallic material. For example, the collimator walls have tungsten.
In der Stapelanordnung weist das Kollimatorelement 2 eine einer Röntgenquelle 37 zur Belichtung des Röntgendetektors 4 zugewandte und von dem Röntgendetektor 4 abgewandte Strahleneintrittsseite 6 auf. Entlang der Strahleneinfallsrichtung der Strahleneintrittsseite 6 gegenüberliegend weist das Kollimatorelement 2 entsprechend eine einer Röntgenquelle 37 zur Belichtung des Röntgendetektors 4 abgewandte und dem Röntgendetektor 4 zugewandte Strahlenaustrittsseite 8 auf.In the stack arrangement, the
Der Streustrahlenfilter kann neben den hier gezeigten Komponenten weitere Komponenten aufweisen. Beispielsweise umfasst der Streustrahlenfilter ein Halteelement zur Befestigung des Kollimatorelements 2 an dem Röntgendetektor 4 oder an einer Modulhalterung einer Röntgendetektorvorrichtung. Das Kollimatorelement 2 kann in Ausführungsvarianten auch direkt auf dem Konverterelement 11 angebracht sein.The anti-scatter filter can have further components in addition to the components shown here. For example, the anti-scatter filter includes a holding element for attaching the
Die Röntgendetektorvorrichtung kann ferner ein Halteelement zur Befestigung des Streustrahlenfilters in der Stapelanordnung umfassen (hier nicht gezeigt), welches zu dem wenigstens einen Ausrichtelement des Streustrahlenfilters ein korrespondierendes Ausrichtelement aufweist. Dabei kann das korrespondierende Ausrichtelement in der Stapelanordnung formschlüssig an dem wenigstens einen Ausrichtelement anliegen.The X-ray detector device can further comprise a holding element for fastening the anti-scatter filter in the stack arrangement (not shown here), which has a corresponding alignment element to the at least one alignment element of the anti-scatter filter. The corresponding alignment element in the stack arrangement can rest positively against the at least one alignment element.
Vorteilhafterweise können das Kollimatorelement und die Ausrichtelemente AE1, AE2 und AE3 einteilig ausgebildet sein. Zudem können das Kollimatorelement und die Ausrichtelemente AE1, AE2 und AE3 mittels einer additiven Fertigungstechnik hergestellt sein. Insbesondere können das Kollimatorelement und die Ausrichtelemente AE1, AE2 und AE3 mittels eines Verfahrens des selektiven Laserschmelzen oder Lasersinterns eines Metallpulvers hergestellt sein.Advantageously, the collimator element and the alignment elements AE1, AE2 and AE3 can be formed in one piece. In addition, the collimator element and the alignment elements AE1, AE2 and AE3 can be manufactured using an additive manufacturing technique. In particular, the collimator element and the alignment elements AE1, AE2 and AE3 can be manufactured using a method of selective laser melting or laser sintering of a metal powder.
Die in den beschriebenen Figuren enthaltenen schematischen Darstellungen bilden keinerlei Maßstab oder Größenverhältnisse ab.The schematic representations contained in the figures described do not represent any scale or size relationships.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehenden detailliert beschriebenen Verfahren sowie bei den dargestellten Vorrichtungen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriffe „Einheit“ und „Element“ nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.Finally, it should be pointed out once again that the methods described above in detail and the devices shown are merely exemplary embodiments which can be modified in a variety of ways by a person skilled in the art without departing from the scope of the invention. Furthermore, the use of the indefinite articles “a” or “an” does not exclude the fact that the characteristics in question can be present multiple times. Likewise, the terms “unit” and “element” do not exclude that the components in question consist of several interacting sub-components, which may also be spatially distributed.
Der Ausdruck „basierend auf“ kann im Kontext der vorliegenden Anmeldung insbesondere im Sinne des Ausdrucks „unter Verwendung von“ verstanden werden. Insbesondere schließt eine Formulierung, der zufolge ein erstes Merkmal basierend auf einem zweiten Merkmal erzeugt (alternativ: ermittelt, bestimmt etc.) wird, nicht aus, dass das erste Merkmal basierend auf einem dritten Merkmal erzeugt (alternativ: ermittelt, bestimmt etc.) werden kann.In the context of the present application, the expression “based on” can be understood in particular in the sense of the expression “using”. In particular, a formulation according to which a first feature is generated (alternatively: determined, determined, etc.) based on a second feature does not exclude that the first feature is generated (alternatively: determined, determined, etc.) based on a third feature can.
Claims (15)
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