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Die Erfindung betrifft eine Strahlenblende
für ein
Röntgengerät mit einem
schwenkbaren Absorberelement zur variablen Begrenzung eines Strahlenbündels, wobei
eine Schwenkachse, um die das Absorberelement schwenkbar ist, quer
zum Strahlenbündel
orientiert ist.
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Strahlenblenden für Röntgengeräte sind beispielsweise bekannt
aus
DE 42 42 835 C2 ,
DE 42 29 321 C2 und
EP 0 103 794 B1 .
Die Strahlenblenden gemäß
DE 42 29 321 C2 und
EP 0 103 794 B1 umfassen
als Absorberelemente oder Blendenbacken wenigstens zwei paarweise
gegeneinander linear verstellbare Blendenplatten, mit Hilfe derer
ein Strahlenbündel
rechteckigen Querschnitts und unterschiedlicher Größe einblendbar
ist. In
EP 0 103 794 B1 sind
zusätzlich
schwenkbare dreieckförmige Blendenplatten
beschrieben, die auch die Einblendung eines Strahlenbündels annähernd kreisförmigen Querschnitts
erlauben. Die zusätzlichen
Blendenplatten werden hierzu jeweils um eine Achse geschwenkt, die
parallel zur Mittenachse des Strahlenbündels verläuft.
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Ein Computertomograph mit einer Strahlenblende
ist beispielsweise in
DE
44 37 969 A1 beschrieben. Dabei wird durch die als Schlitzblende ausgebildete
Primärstrahlenblende
ein Röntgenstrahlungsfächer erzeugt.
Dieser Fächer
bestimmt das Dosisprofil im Patienten und damit die Schichtdicke
bei der Aufnahme. Er beeinflusst damit auch die Dosisbelastung des
Patienten und die Intensität
des Detektorsignals, aus welchem die Bilddaten gewonnen werden.
Zur Einstellung verschiedener Schichtdicken ist es notwendig, verschiedene Öffnungen
der Primärstrahlenblende
einzustellen.
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Des weiteren sind aus
DE 34 39 355 C2 und
DE 34 36 866 C2 Blenden
für Röntgengeräte bekannt,
welche schwenkbare Absor berelemente aufweisen, deren Schwenkachse
quer zum Röntgenstrahlenbündel orientiert
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Strahlenblende für
ein Röntgengerät anzugeben,
welche bei einfachem und robustem Aufbau eine gute Dosisbegrenzung
für den
Patienten erlaubt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch eine Strahlenblende mit einem schwenkbaren Absorberelement
zur variablen Begrenzung des Strahlenbündels, welche einen drehbar
gelagerten Exzenter zur Erzeugung einer Schwenkbewegung des Absorberelements
aufweist.
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Die Strahlenblende nach der Erfindung
hat den Vorteil, dass das von ihr in der Patientenebene erzeugte
Intensitätsprofil
besonders scharf ist, d.h. besonders gut einem rechteckförmigen Profil
entspricht. Mit anderen Worten: Strahlen im Strahlenbündel, welche
im Vergleich zu anderen Strahlen des Strahlenbündels nur einen geringeren
Weg durch das Absorberelement zurücklegen aber dieses dennoch
durchdringen, treten nur zu einem geringen Grade auf. Bei der Strahlenblende
nach der Erfindung gibt es fast nur Strahlen, die die Strahlenblende entweder
völlig
ungeschwächt
passieren, weil sie das Absorberelement überhaupt nicht durchdringen, oder
Strahlen, die den maximalen Weg durch das Absorberelement zurücklegen
und vollständig
abgeschwächt
werden. Durch ein Schwenken des Absorberelements ist nämlich ein
Winkel zwischen Randstrahlen des Strahlenbündels und einer Vorder- oder Stirnseite
des Absorberelements für
viele Strahlen nahezu 0°,
und zwar insbesondere auch bei einer sehr großen Blendenöffnung. Dies ergibt sich daraus, dass
durch die Schwenkbarkeit des Absorberelements, die eine Rotationsbewegung
darstellt, die Lage des Absorberelements bezüglich des Fokus einer Röntgenröhre des
Röntgengeräts optimal
ausrichtbar ist. Ein „Ausschmieren" des von der Strahlenblende
erzeugten Intensitätsprofils
durch Randstrahlen, welche bezüglich
des Absorberelements eine starke Neigung aufweisen und wie sie bei
einem linearen Zustellen von Absorberplatten auftreten würden, ist
bei der Strahlenblende nach der Erfindung in vorteilhafter Weise
auf ein nicht störendes
Maß reduziert
oder ganz vermieden.
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Die Strahlenblende nach der Erfindung
ist in vorteilhafter Weise dahingehend optimierbar, dass möglichst
viele Randstrahlen des Strahlenbündels eine
gedachte Verlängerung
einer Oberfläche
des Absorberelements möglichst
senkrecht passieren. Mit anderen Worten: Alle Strahlen des Strahlenbündels, welche
zumindest teilweise von dem Absorberelement beeinflusst werden,
sollen möglichst
senkrecht auf das Absorberelement auftreffen, so dass ein möglichst
hoher Anteil dieser Strahlen die gleiche, insbesondere maximale,
Weglänge
durch das Absorberelement zurücklegen
muss und somit in gleicher Weise, insbesondere maximal, geschwächt wird.
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Vorzugsweise ist die Schwenkachse
senkrecht bezüglich
eines Mittelstrahls des Strahlenbündels orientiert, insbesondere
senkrecht bezüglich
einer Verbindungsachse zwischen einem Röhrenfokus und dem Patienten
oder senkrecht bezüglich
einem Lot vom Fokus auf den Patienten.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform verläuft die
Schwenkachse röntgenröhrenseitig durch
ein Blendengehäuse.
Die Schwenkachse ist insbesondere unmittelbar oder möglichst
nahe an der röntgenröhrenseitigen
Wand des Blendengehäuses angebracht.
Durch diese Maßnahmen
ist erreichbar, dass eine Schwenkarmlänge des Absorberelements nicht
sehr viel kleiner als der Abstand des Fokus der Röntgenröhre des
Röntgengeräts zur Ebene
des Absorberelements ist. Dadurch ist zu einem besonders hohen Grad
der genannte optimale Verlauf der Randstrahlen des Strahlenbündels durch
das Absorberelement erreichbar.
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Die Verwendung eines Exzenters zur
Erzeugung einer Schwenkbewegung des Absorberelements hat den Vorteil,
dass auf diese Weise eine mechanisch robuste und auch für besonders
hohe Rotationsgeschwindigkeiten in einem Computertomographie-Gerät – bis hin
zu zwei oder drei Umdrehungen pro Sekunde – geeignete Strahlenblende
realisierbar ist.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung
eines Exzenters besteht darin, dass Vibrationen weitgehend vermieden
oder zumindest gegenüber
einem gestängebasierten
Antrieb des Absorberelements reduziert sind.
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Zur Realisierung der Schwenkbewegung weist
die Strahlenblende insbesondere einen um die Schwenkachse schwenkbaren
Schwenkarm auf, an dem das Absorberelement, beispielsweise endseitig, befestigt
ist. Der Schwenkarm kann auch als Hebel oder Anlenkung ausgebildet
sein.
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Vorzugsweise ist der Exzenter als
eine exzentrisch gelagerte Welle ausgebildet. Der Exzenter ist insbesondere
von einem Antriebsmittel, vorzugsweise schrittweise und/oder um
beliebige gewünschte
Winkel, antreibbar.
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Beispielsweise wirkt der Exzenter
auf den Schwenkarm ein.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung
der Strahlenblende nach der Erfindung weist das Absorberelement
eine gekrümmte
Form auf. Das Absorberelement ist entweder nur entlang einer Achse
gekrümmt,
insbesondere in Längsrichtung
der Schlitzblende eines Computertomographen, oder entlang zweier
verschiedener Raumrichtungen, insbesondere zusätzlich auch senkrecht zur Längsrichtung
der genannten Schlitzblende.
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Dadurch ergibt sich der Vorteil,
dass für
eine noch größere Anzahl
von Randstrahlen des Strahlenbündels
im Hinblick auf die oben genannte Optimierung ein senkrechtes Passieren
des Absorberelements bzw. seiner gedachten Verlängerung erzielbar ist. Das
von der Strahlenblende in der Patientenebene eingeblendete Strahlenbündel weist
somit im Randbereich einen noch schärferen Intensitätsverlauf
auf, so dass die für
den Patienten notwendige Dosisbelastung in vorteilhafter Weise weiter
verringerbar ist.
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Insbesondere ist die Krümmung röntgenröhrenseitig
konkav.
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Der Krümmungsradius der Krümmung ist
bevorzugt gleich dem Abstand des Röhrenfokus vom Absorberelement,
oder zumindest gleich einer Schwenkarmlänge des Absorberelements.
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Das Absorberelement ist insbesondere schalenartig
ausgebildet.
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Ein Ausführungsbeispiel einer Strahlenblende
und eines Röntgengeräts nach
der Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 bis 5 näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Röntgengerät nach der
Erfindung in einer schematischen Gesamtansicht,
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2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer Strahlenblende des Röntgengeräts der 1 in einer Querschnittsdarstellung,
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3 die
Strahlenblende der 2 in
einer weiter geöffneten
Einstellung,
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4 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer Strahlenblende des Röntgengeräts der 1 in einer Querschnittsdarstellung,
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5 ein
drittes Ausführungsbeispiel
einer Strahlenblende des Röntgengeräts der 1 in einer Querschnittsdarstellung,
und
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6 einen
Vergleich des Intensitätsverlaufs
des Röntgenstrahlenbündels am
Rand des eingeblendeten Objektbereichs bei einer Strahlenblende
mit linear zustellbaren Absorberelementen mit dem korrespondierenden
Intensitätsverlauf
bei einer Strahlenblende nach der Erfindung mit schwenkbar zustellbaren
Absorberelementen.
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1 zeigt
ein als Computertomographie-Gerät
ausgebildetes Röntgengerät 1,
von dem nur der rotierende Teil mit einem Röntgenstrahler 3, welcher
einen Fokus 5 aufweist, und mit einem Detektor 7 dargestellt
ist. Der Röntgenstrahler 3 und
der Detektor 7 rotieren um eine Achse 9. Eine
als Primärstrahlenblende
ausgebildete Strahlenblende 11 erzeugt ein fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel 13, das
einen nicht dargestellten, von der Achse 9 durchsetzten
Patienten durchstrahlt. Ein Mittenstrahl des Röntgenstrahlenbündel 13 ist
mit 14 bezeichnet.
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Die Strahlenblende 11 rotiert
zusammen mit dem Röntgenstrahler 3 und
dem Detektor 7 um die Achse 9. Eine zur mechanischen
Realisierung der Rotationsbewegung vorhandene Gantry ist aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht explizit dargestellt. Bei der Rotation der Komponenten 3, 7, 11 wird der
Patient aus verschiedenen Richtungen durchstrahlt und ein Rechner
berechnet aus den Ausgangssignalen des Detektors 7 ein
Bild des durchstrahlten Teils des Patienten. Die Fächerebene
verläuft
dabei senkrecht zur Zeichenebene und der Detektor 7 besteht
aus einer Reihe von Einzeldetektoren, die sich ebenfalls senkrecht
zur Zeichenebene erstreckt. Der Detektor 7 ist hierzu außerdem um
den Fokus 5 gekrümmt.
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Die Strahlenblende 11 ist
mit ihren als Absorberelemente 15, 16 bzw. 61, 62 fungierenden
Blendenbacken oder Blendenplatten in 1 nur
vereinfacht dargestellt und wird im Folgenden anhand der 2, 3 und 4 näher erläutert.
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2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Strahlenblende 11 des Röntgengeräts der 1 in einer Querschnittsdarstellung.
Die Strahlenblende 11 umfasst ein Blendengehäuse 21 mit
einer fokusseitigen Eintrittsöffnung 23 und
mit einer größeren Austrittsöffnung 25 auf
der gegenüberliegenden Seite
des Blendengehäuses 21.
Vom Fokus 5 des Röntgenstrahlers 3 (siehe 1) ausgehende Röntgenstrahlen
pas sieren zunächst
eine in der Nähe
der Eintrittsöffnung 13 angeordnete
Spektralfiltereinheit 27 und passieren dann die austrittsseitig
angeordneten planen Absorberelemente 15, 16, soweit
sie von diesen nicht absorbiert und somit ausgeblendet werden. Die
den Spalt zwischen den zwei platten- oder scheibenartigen Absorberelementen 15, 16 passierenden
Strahlen bilden einen Röntgenstrahlungsfächer, der
zur Durchstrahlung des Patienten in dem Computertomographie-Gerät 1 erforderlich
ist. Die Spaltbreite b legt – unter
Berücksichtigung
des Abbildungsverhältnisses – die Breite
des gewünschten Röntgenstrahlungsfächers (in
Richtung x) fest. Die Länge
des Röntgenstrahlungsfächers ist
durch die Ausdehnung der Absorberelemente 15, 16 senkrecht zur
Zeichenebene, also in Längsrichtung
y der Schlitzblende, beeinflusst. Diese Ausdehnung beträgt etwa
20 cm.
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Die Absorberelemente 15, 16 sind
beispielsweise aus Blei, Wolfram oder Tantal gefertigt.
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Je eines der Absorberelemente 15, 16 ist endseitig
an je einem Schwenkarm 33, 34 befestigt, der jeweils
um eine Schwenkachse 29, 30 schwenkbar ist. Die
zueinander parallelen Schwenkachsen 29, 30 verlaufen
senkrecht zur Zeichenebene, das heißt senkrecht zu einer gedachten
Verbindungslinie zwischen dem Fokus 5 und dem Patienten.
Die Schwenkachsen 29, 30 sind somit quer zum Strahlenbündel 13,
und zwar senkrecht bezüglich
des Mittelstrahls 14, orientiert. Die Schwenkarme 33, 34 sind unterschiedlich
lang, so dass – bei
gegebenenfalls längerer
Ausführung
der Absorberelemente 15, 16 als in 2 dargestellt – die Strahlenblende 11 auch spaltfrei
("strahlendicht") schließen kann.
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Zwischen dem Blendengehäuse 21 und
jeweils einem der Schwenkarme 33, 34 ist je ein
Federelement 37, 38 angeordnet, welches die Absorberelemente 15, 16 zum
Mittenstrahl 14 hin drückt.
Ohne weitere Vorkehrung würde
die Strahlenblende 11 durch diese Federelemente 37, 38 im
geschlossenen Zustand verharren.
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Zum Öffnen der Strahlenblende 11 und
zur Variation der von ihr erzeugten Spaltbreite b sind zwei an jeweils
einer Welle 41, 42 gelagerte Exzenter 45, 46 vorhanden,
die als exzentrisch gelagerte Rollen ausgebildet sind. Die Exzenter 45, 46 greifen
in entsprechende runde, krümmungsangepasste
Ausnehmungen in den Schwenkarmen 33, 34 ein, die
in der Querschnittsdarstellung der 2 eine
weitestgehend halbkreisförmige
Form haben. Die Exzenter 45, 46 sind von einem
nicht explizit dargestellten Schrittmotor angetrieben. Mit gegenüber der
in 2 dargestellten Position
zunehmender Verdrehung der Exzenter 45, 46 werden
die Schwenkarme 33, 34 in zunehmendem Maße hin zur
Wand des Blendengehäuses 21 gedrückt, wobei
die Absorberelemente 15, 16 die mit Pfeilen 47, 48 angedeutete
Bewegung ausführen
und die Spaltbreite b immer mehr vergrößern. Die Spaltbreite b ist
von 0 bis 15 mm variierbar.
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3 zeigt
die Strahlenblende 11 der 2 in
einem weit geöffneten
Zustand, in welchem die Absorberelemente 15, 16 maximal
ausgelenkt sind, das heißt,
in dem die Federelemente 37, 38 maximal gestaucht
sind.
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Dadurch, dass die Schwenkachsen 29, 30 möglichst
nahe am Fokus 5 angeordnet sind, ist ein Winkel δ zwischen
den Stirnflächen
oder inneren Seitenflächen 49, 51 der
rechteckförmigen
Absorberelemente 15, 16 und einem letzten ungeschwächten Randstrahl 53, 54 sehr
klein, insbesondere kleiner als 5 °. Noch weiter vom Mittenstrahl 14 entfernt
liegende Randstrahlen werden vom Absorberelement 15 vollständig oder
teilweise ausgeblendet. Dabei ist derjenige Anteil an diesen Randstrahlen,
der nur teilweise abgeschwächt
oder ausgeblendet wird, sehr gering. Um dies zu verdeutlichen, sind
auch Randstrahlen 55, 56 eingezeichnet, welche
durch die äußere Stirnkante
der Absorberelemente 15, 16 in der in 3 dargestellten ge öffneten
Position verlaufen. Noch weiter als diese Randstrahlen 55, 56 vom
Mittenstrahl 14 entfernt liegende Randstrahlen durchlaufen
eine Wegstrecke im Absorberelement 15, 16, die
dessen Dicke entspricht, und werden somit vollständig oder maximal ausgeblendet.
Nur die zwischen den Randstrahlen 53 und 55 bzw. 54 und 56 verlaufenden
Randstrahlen, also ein vernachlässigbarer
Anteil, werden vom Absorberelement 15, 16 nur
teilweise bzw. weniger als maximal ausgeblendet.
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Das in 4 dargestellte
zweite Ausführungsbeispiel
einer Strahlenblende 11 nach der Erfindung ist weitestgehend
mit dem in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
identisch. Die Strahlenblende 11 der 4 unterscheidet sich aber dadurch, dass
die Absorberelemente 58, 59 eine in Längsrichtung
y gekrümmte
Form aufweisen, wobei die Krümmung
zum Fokus 5 hin konkav ist. Der Krümmungsradius ist gleich dem
Abstand vom Fokus 5 zu den Absorberelementen 58, 59,
von denen in 4 nur eines
sichtbar ist. Aus Gründen
der Übersichtlichkeit
sind alle dem Antrieb der Absorberelemente 58, 59 dienenden
Teile in 4 nicht dargestellt.
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Beispielsweise sind die Absorberelemente 58, 59 aus
gebogenen Bleiblechen oder Bleiplatten gefertigt. Die Absorberelemente 58, 59 sind
nur in Längsrichtung
y gekrümmt.
Ihre Form ist die einer Zylinderschale.
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Das in 5 dargestellte
dritte Ausführungsbeispiel
einer Strahlenblende 11 nach der Erfindung ist ebenfalls
weitestgehend mit dem in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
identisch. Die Strahlenblende 11 der 5 unterscheidet sich jedoch darin, dass
die Absorberelemente 61, 62 eine gekrümmte Form
aufweisen. Die Krümmung
der Absorberelemente 61, 62 ist zum Fokus 5 hin
konkav. Ein Krümmungsradius
R der Krümmung
ist im Wesentlichen so groß wie
eine Schwenkarmlänge
L, welche die für
die Absorberelemente 61, 62 wirksame Hebellänge der
Schwenkarme 33, 34 darstellt, das heißt, im Wesentlichen
so groß wie
der Abstand zwischen den Schwenkachsen 29, 30 und
den Absorberelementen 61, 62.
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Die Absorberelemente 61, 62 stellen
bezüglich
ihrer Form einen Ausschnitt aus einer Kugelschale dar, die im Querschnitt
in 4 sichtbar ist.
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Die Verwendung eines kugelschalenartig
geformten Absorberelementes 61, 62 hat folgenden Vorteil:
Bei dem in 3 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel
ist – infolge
der annähernden
Punktförmigkeit
des Fokus 5 – der
eingezeichnete Winkel δ für außerhalb
der Zeichenebene liegende Randstrahlen größer als in 3 ersichtlich. Diesem Effekt ist durch
die Krümmung
der Absorberelemente 61, 62 entgegengewirkt, so
dass eine größere Anzahl
von Randstrahlen die Absorberelemente 61, 62 optimal passiert.
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In 6 ist
der Verlauf der Intensität
I in Abhängigkeit
von einem Mittenabstand xm (siehe 1)
dargestellt, und zwar im oberen Teilbild „A" für eine
bislang verwendete Strahlenblende mit linear zustellbaren Blendenbacken
oder Blendenplatten, und im unteren Teilbild „B" für
eine Strahlenblende 11 nach der Erfindung mit schwenkbaren
planen Absorberbacken. Die Intensität ist jeweils auf 1,0 normiert.
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Bei linear zustellbaren Absorberbacken
wird die Röntgenstrahlung,
die strahlenförmig
vom Fokus der Röntgenröhre ausgeht,
entsprechend ihres Weges durch die Blendenbacken geschwächt oder
ausgeblendet. Bei Öffnung
der Backen ergibt sich durch die rechteckige Kontur und die lineare
Zustellung ein nicht senkrechter Durchgang von Röntgenstrahlen am Rande der
Blendenbacken. Bei großen
Spaltöffnungen
resultiert dies in einem ungewünschten Strahlungsgradienten
auf dem Röntgendetektor. Dies
ist im Teilbild „A" ersichtlich, insbesondere
durch die unerwünschte
Strahlungsleistung im Bereich von 2,7 mm bis 2,9 mm.
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Bei den schwenkbaren Blendenbacken
gemäß der Strahlenblende 11 nach
der Erfindung ist der Winkel δ zwischen
der Backenkontur und der Röntgenstrahlung
immer nahezu Null Grad, so dass der Gradienteneffekt minimiert ist.
Im Teilfeld „B" ist dies daran ersichtlich,
dass im Bereich von 2,7 mm bis 2,9 mm keine Röntgenintensität I mehr
vorhanden ist.
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Im Rahmen der Erfindung liegt auch
noch die Erkenntnis, dass Absorberelemente 58, 59, 61, 62, welche
eine gekrümmte
Form aufweisen, auch unabhängig
davon, ob die Absorberelemente 58, 59, 61, 62 schwenkbar
gelagert sind, zu einer Minimierung der Dosisbelastung für den Patienten
führen.
In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, falls das Absorberelement
nicht – wie
bei einer kugelschalenartigen Krümmung – entlang
von zwei Raumrichtungen x, y gekrümmt ist, sondern nur entlang
einer Raumrichtung y. Bei einem linear zustellbaren Absorberelement
mit gekrümmter
Form verläuft
die Raumrichtung, entlang derer die Absorberelemente gekrümmt sind,
beispielsweise senkrecht zur Zeichenebene der 2 bis 4,
wobei vorausgesetzt wurde, dass die lineare Zustellbewegung in gleicher
Richtung wie die Schwenkbewegung gemäß der 2 bis 4 verläuft. Eine
solche Krümmung
des Absorberelements als durchgebogenes Blech oder als durchgebogene Platte
ist beispielsweise in 4 ersichtlich.
Die Krümmung
verläuft
entlang der Längsrichtung
y des eingeblendeten rechteckförmigen
Strahlenfächers.