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Dokumentenidentifikation DE112005001757T5 12.07.2007
Titel Einzelblatt-Röntgenkollimator
Anmelder General Electric Co., Schenectady, N.Y., US
Erfinder Sohal, Ratanjit Singh, Ludhiana, Punjab, IN;
Deshpande, Piyush Vijay, Nagpur, IN
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Aktenzeichen 112005001757
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KM, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, EP, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, LV, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, OA, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, AP, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, EA, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM
WO-Anmeldetag 28.07.2005
PCT-Aktenzeichen PCT/US2005/026709
WO-Veröffentlichungsnummer 2006015077
WO-Veröffentlichungsdatum 09.02.2006
Date of publication of WO application in German translation 12.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.07.2007
IPC-Hauptklasse G21K 1/04(2006.01)A, F, I, 20050728, B, H, DE

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Strahlungskollimatoren und konkreter auf Röntgenkollimatoren vom Blatt- bzw. Leaf-Typ zur Verwendung in der diagnostischen medizinischen Bildgebung.

Röntgenkollimatoren werden in medizinischen Bildgebungsanwendungen zur Begrenzung des Bereiches eines Röntgenstrahlenbündels auf eine Form und Größe verwendet, die zum Bestrahlen eines eine Diagnose erfordernden Gebietes in dem Körper eines Patienten gerade ausreichend ist, und verhindern eine unnötige Bestrahlung des umliegenden Gebietes durch Röntgenstrahlen zu verhindern. Mit anderen Worten hilft ein Kollimator beim Minimieren der Röntgenbestrahlung und beim Maximieren der Effizienz der Röntgendosis, um die optimale Menge an Bilddaten für die Diagnose zu erhalten.

Allgemein bewirken Röntgenkollimatoren eine Verkleinerung des Bereiches eines Röntgenstrahlenbündels durch ein Einblenden bzw. Kollimieren des Röntgenstrahlenbündels entweder auf eine im Wesentlichen rechteckige Form, eine Kreisform oder eine Kombination derselben in Abhängigkeit von dem Aufbau der Lamellen oder Blätter, die die Röntgenstrahlen zur Feldverkleinerung blockieren.

Ein typischer Aufbau eines Röntgenkollimators, der eine rechteckige Kollimation bewirkt, enthält wenigstens ein Paar ebener Blattelemente, die aus einem Röntgenstrahlen abschwächenden Material hergestellt und entlang des Röntgenstrahlenpfades angeordnet sind, und die, wenn sie in zueinander entgegengesetzten Richtungen in größere Nähe bewegt werden, die Röntgenstrahlen abschirmen und dadurch das Röntgenstrahlenfeld auf eine im Wesentlichen rechteckige Form reduzieren, um die Röntgenstrahlen auf das eine Diagnose erfordernde Gebiet des Körpers eines Patienten zu richten. Die rechteckige Form des Bereiches schließt jedoch eine recht große Fläche mit Röntgenbestrahlung gegenüber der nutzbaren Fläche des Bildes ein und führt demnach zu einer geringen Dosiseffizienz.

Die Dosiseffizienz „ή" ist durch diese Gleichung gegeben: ή = nutzbare Fläche des Bildes/Fläche mit Emission in derselben Ebene.

Ein typischer Aufbau eines Röntgenkollimators, der eine kreisförmige Kollimation bewirkt, enthält eine diskrete Menge von Scheiben, die aus einem Röntgenstrahlen auslöschenden Material aufgebaut und in einer kreisförmigen Weise angeordnet sind, entlang des Röntgenstrahlenpfads. Bei einer Betätigung begrenzen die Scheiben die Feldgröße des Röntgenstrahlenbündels auf variable Durchmesser, wodurch sie eine diskrete kreisförmige Kollimation zum Fokussieren eines eine Diagnose erfordernden Gebietes des Körpers eines Patienten bewirken. Obwohl die diskrete kreisförmige Feldform vergleichsweise weniger Röntgenbestrahlungsfläche als die rechteckige Feldform einschließt, ist der Antriebsmechanismus für die Scheiben in seinem Aufbau kompliziert, und es liegt auch kein erheblicher Anstieg der Dosiseffizienz vor.

Ein weiterer bekannter Aufbau eines Röntgenkollimators (der auch verbreitet für das Kollimieren von Gammastrahlung in der Nuklearmedizin verwendet wird), der eine kreisförmige Kollimation bewirkt, enthält 8 bis 16 aus einem Röntgenstrahlen abschwächenden Material aufgebaute und in einer Anordnung vom Typ der Irisblende einer Kamera angeordnete Lamellen. Bei einer Betätigung ermöglichen es die Lamellen, den Durchmesser des Röntgenstrahlenbündels zu vergrößern oder zu verkleinern, wodurch eine ziemlich kontinuierliche kreisförmige Kollimation zum Fokussieren auf das eine Diagnose erfordernde Gebiet des Körpers eines Patienten erreicht wird. Obwohl dieser Aufbau eine verbesserte Dosiseffizienz bietet und eine nahezu kontinuierliche kreisförmige (z. B. achteckige) Kollimation durch Begrenzen des Felds der Röntgenstrahlen in einem wesentlich größeren Ausmaß als die diskrete Kollimationstechnik ermöglicht, ist der Kollimator sehr kompliziert im Aufbau und auch sehr teuer zur Verwendung in einem Röntgengerät (obwohl er in Folge der mit einer Bestrahlung durch Gammastrahlen verbundenen hohen Risiken zur Verwendung in der Nuklearmedizin geeignet ist).

Noch ein weiterer Aufbau eines kreisförmigen Kollimators ist in dem am 8. Oktober 2000 veröffentlichten Europäischen Patentdokument EP 1 026 698 A2 des Anmelders Ein-Gal Moshe offenbart, das ein neuartiges drehendes Kollimatorsystem schafft, das ein von einer Strahlungsquelle ausgehendes Strahlungsbündel mit mehreren gegenseitig zueinander ausrichtbaren Kollimatoren und Vorkollimatoren formen kann. Die Kollimatoren und Vorkollimatoren sind auf mehreren drehenden Platten angebracht, die vorzugsweise entlang einer gemeinsamen Achse gestapelt sind. Ein Steuerungssystem mit Servomotoren dreht selektiv jede beliebige der Kollimatorplatten, wodurch mehrere der Kollimatoren zur Bildung eines Pfades zum Kollimieren eines Strahlenbündels ausgerichtet werden. Dieser Kollimator unterzieht Strahlenbündel einer Kollimation und Vorkollimation über einen weiten Durchmesserbereich von Öffnungen, die für im Wesentlichen jede beliebige Art von Behandlungsplan in der Strahlentherapie geeignet sind. Obwohl dieses System eine Kollimation des Strahlenbündels auf eine Kreisform mit unterschiedlichen Durchmessern ermöglicht, ist. das System viel komplexer, weil es von einem selektiven und unabhängigen Steuerungsmechanismus für jede einzelne der Kollimatorplatten Gebrauch macht.

Noch ein anderer bekannter Aufbau eines kreisförmigen Kollimators enthält ein verschiebbares Blattelement mit einer Kollimationsöffnung in demselben, wobei der Grad des Verschiebens zu der projizierten Fläche der Bildbestrahlung proportional ist. Obwohl dieser Aufbau einen einfachen Mechanismus anwendet und eine kontinuierliche kreisförmige Kollimation ermöglicht, ist die Dosiseffizienz anscheinend nicht erheblich.

Während diese bekannten Kollimatoren entweder eine kreisförmige Kollimation, eine rechteckige Kollimation oder eine Kombination aus diesen bewirken, bietet keiner der Kollimatoren (i) einen einfachen Aufbau, (ii) eine verbesserte Dosiseffizienz, (iii) eine effiziente Kollimation und (iv) eine kostengünstige Lösung zur Kollimation von Röntgenstrahlen im Hinblick auf das mit einer Röntgenbestrahlung verbundene Risiko gegenüber der Belastung der Behandlung.

Kurze Beschreibung der Erfindung

In einem Ausführungsbeispiel wird ein Einzelblatt- bzw. Single Leaf-Röntgenkollimator geschaffen. Der Einzelblattkollimator weist wenigstens ein kollimierendes Blattelement auf, das entlang des Röntgenstrahlenpfades angeordnet ist. Das kollimierende Blattelement weist wenigstens eine Kollimationsöffnung auf und ist zum Drehen um eine horizontale und/oder eine vertikale Ebene eingerichtet, wobei das Blattelement das Röntgenstrahlenbündel auf eine etwa elliptische Form einblendet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Einzelblattkollimator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

2 zeigt den Aufbau eines kollimierenden Blattelementes gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

3 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Einzelblattkollimator gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

4 zeigt ein Röntgenbild, das durch rechteckige Kollimation nach dem Stand der Technik gewonnen worden ist.

5 zeigt ein Röntgenbild, das unter Verwendung des Einzelblattkollimators gemäß der vorliegenden Erfindung gewonnen worden ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen Einzelblattkollimator für Röntgenstrahlen insbesondere zur Verwendung in der diagnostischen medizinischen Bildgebung. Die Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht in dieser Weise beschränkt, sondern können auch in Verbindung mit anderen Systemen, wie z.B. zur Kollimation von Gammastrahlen in Nukleareinrichtungen etc., in die Praxis umgesetzt werden.

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Einzelblattkollimator für Röntgenstrahlen geschaffen, wobei der Kollimator wenigstens ein kollimierendes Blattelement aufweist, das zur Drehung um eine horizontale und/oder eine vertikale Ebene eingerichtet ist, wobei das Blattelement ein kollimiertes Röntgenstrahlenbündel von einer in etwa kontinuierlichen elliptischen Form erzeugt.

1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Einzelblattkollimator gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Kollimator enthält wenigstens ein kollimierendes Blattelement 11, das aus einem Röntgenstrahlen abschwächenden Material aufgebaut und zwischen einem Röntgenröhrenkopf 12 und einem Bildaufnehmer 13 als ein Teil einer Röntgeneinrichtung, wie z.B. eines CT-Scanners etc. angeordnet ist. In dem kollimierenden Blattelement 11 ist wenigstens eine (in 2 gezeigte) Kollimationsöffnung 111 vorhanden, um es einem von einer Brennebene 17 des Röntgenröhrenkopfes 12 ausgehenden Röntgenstrahlenbündel 16 zu ermöglichen, zur Kollimation durch das kollimierende Blattelement 11 hindurch zu treten und sich auf einen vor dem Bildaufnehmer 13 angeordneten (nicht gezeigten) Körper eines Patienten zu richten.

In einem Beispiel ist das kollimierende Blattelement 11 aus einem Röntgenstrahlen abschwächenden Material, wie z.B. Kupfer, Blei, Wolfram und einer Legierung derselben aufgebaut.

In einem weiteren Beispiel ist das kollimierende Blattelement 11 aus einem Plastikmaterial aufgebaut, das von Wolfram durchdrungen ist.

Zu 2: In einem Ausführungsbeispiel weist die in dem kollimierenden Blattelement vorhandene Kollimationsöffnung 111 eine im Wesentlichen kreisförmige Form auf. Das kollimierende Blattelement 11 ist zum Drehen (z.B. Neigen) um eine horizontale und/oder eine vertikale Ebene (z.B. entlang der durch Pfeile bezeichneten Richtungen) eingerichtet. Es sollte erkannt werden, dass die Drehung des kollimierenden Blattelementes 11 zu einer Kollimation des durch die im Wesentlichen kreisförmige Öffnung 111 hindurch tretenden Strahlenbündels 16 in etwa auf eine kontinuierliche elliptische Form führt.

Es sollte erkannt werden, dass die Größe des kollimierenden Blattelementes 11 im Wesentlichen so groß ist, dass es in der geneigten Stellung das gesamte Feld des Röntgenstrahlenbündels abdeckt und einen Durchtritt des Röntgenstrahlenbündels nur durch die Kollimationsöffnung 111 hindurch zulässt.

In einem Beispiel kann ein Antriebsmittel, wie z.B. ein Gleichstrom-Servomotor verwendet werden, um das kollimierende Blattelement 11 auf einen vorbestimmten Winkel zu neigen, um eine optimal kollimierte Form zu erzeugen.

In einem anderen Beispiel kann das zum Neigen des kollimierenden Blattelementes verwendete Antriebsmittel ein hydraulischer oder pneumatischer Aktuator sein.

In einem Ausführungsbeispiel sind das Antriebsmittel und das kollimierende Blattelement 11 in einem (nicht gezeigten) gemeinsamen Gehäuse eingeschlossen. Das Gehäuse ist dazu eingerichtet, getrennt unter Verwendung von Befestigungselementen an dem Röhrenkopf 12 befestigt zu sein oder mit dem Röhrenkopf 12 einstückig ausgebildet zu sein.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein Zusatzblattelement 15 (z.B. eine Hilfsplatte), das aus einem Röntgenstrahlen abschwächenden Material aufgebaut ist, in Kombination mit dem kollimierenden Blattelement 11 angeordnet ist. Das Zusatzblattelement 15 kann z.B. in enger Nachbarschaft zu dem kollimierenden Blattelement 11 befestigt sein. Das Zusatzblattelement 15 kann wenigstens eine Hilfsöffnung 151 zum Durchtritt des Röntgentsrahlenbündels durch diese hindurch zu dem kollimierenden Blattelement 11 enthalten. Die Größe des Zusatzblattelements 15 ist viel größer bemessen als diejenige des kollimierenden Blattelementes 11, um die Röntgenstrahlen in allen geneigten Stellungen des kollimierenden Blattelementes 11 ausreichend zu blockieren.

In einer geneigten Stellung des kollimierenden Blattelementes 11 kann die projizierte Breite des kollimierenden Blattelementes 11 zum Beispiel kleiner als die Breite des Röntgenstrahlenbündels in der entsprechenden Stellung werden, was dazu führen kann, dass das Röntgenstrahlenbündel um die Ränder des kollimierenden Blattelementes 11 herum zu dem Körper des Patienten gelangt. Der Zweck des Zusatzblattelementes 15 besteht darin, einen Durchtritt des Röntgenstrahlenbündels durch die Öffnung 111 des kollimierenden Blattelementes 11 zur Kollimation zuzulassen, aber eine Umgehung durch Röntgenstrahlenbündel um die Ränder des kollimierenden Blattelementes 11 herum zu dem Körper des Patienten zu verhindern, indem das Röntgenstrahlenbündel in allen Gleitstellungen des kollimierenden Blattelementes 11 ausreichend blockiert wird. Es ist ausreichender Platz für die Drehung (Neigung) des kollimierenden Blattelementes 11 ohne eine Behinderung durch das Zusatzblattelement 15 vorgesehen.

Es sollte erkannt werden, dass das Zusatzblattelement 15 zur Verwendung in Kombination mit dem kollimierenden Blattelement 11 in solchen Einrichtungen geeignet ist, in denen das Anbringen eines großen neigbaren kollimierenden Blattelementes 11, das zum Blockieren der Röntgenstrahlen in allen geneigten Stellungen ausreichend ist, nicht möglich oder schwierig ist.

In einem Beispiel ist das Zusatzblattelement 15 aus Röntgenstrahlen abschwächenden Materialien, wie z.B. Blei, Wolfram, Kupfer oder einer Legierung derselben hergestellt.

In einem anderen Beispiel ist das Zusatzblattelement aus einem Plastikmaterial aufgebaut, das von Wolfram durchdrungen ist.

In einem Ausführungsbeispiel sind Antriebsmittel zum Betätigen des kollimierenden Blattelementes 11 an dem Zusatzblattelement 15 angebracht.

Zum Antreiben des kollimierenden Blattelementes 11 kann z.B. ein Gleichstrom-Servomotor verwendet werden.

In anderen Beispielen kann zum Antreiben des kollimierenden Blattelementes 11 ein hydraulischer oder ein pneumatischer Aktuator verwendet werden.

4 zeigt ein Röntgenbild, das unter Verwendung eines Kollimators vom Iristyp mit acht Lamellen gemäß dem Stand der Technik gewonnen worden ist. Das gewonnene Bild weist acht Kanten (eine achteckige Form) auf, die eine Verschwendung von Röntgendosis an den Rändern darstellen.

Es sollte erkannt werden, dass die Dosiseffizienz ein Maß für die nutzbare Fläche eines Bildes gegenüber der Fläche der Röntgenbestrahlung in derselben Ebene ist. Dementsprechend zeigt 5 ein Röntgenbild, das unter Verwendung eines Kollimators vom Einzelblatttyp gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gewonnen worden ist. Das gewonnene Bild hat eine elliptische Form (ohne Kanten), die eine große nutzbare Fläche einschließt, wodurch sie zu einer verbesserten Dosis- und Kollimationseffizienz führt. Die durch die elliptische Kollimation ermöglichte Dosiseffizienz ist verglichen mit einer Kombination von rechteckiger und kreisförmiger Kollimation, wie sie in 4 gezeigt ist, erhöht.

Demnach schaffen die verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung einen Einzelblatt-Röntgenkollimator zur Verwendung in der diagnostischen medizinischen Bildgebung.

Während die Erfindung mit den Begriffen verschiedener spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, werden Fachleute erkennen, dass die Erfindung mit einer Abwandlung in die Praxis umgesetzt werden kann, z.B. indem das Kollimatorblattelement zum Gleiten in einer Kombination mit einer Neigung eingerichtet sein kann, und verschiedene Formen und Verfahren zum Neigen und Antreiben des kollimierenden Blattelementes vorsehen kann. Die Kollimations- und die Hilfsöffnung können vielfältige Formen, z.B. eine elliptische Form aufweisen, um verschiedene Formen und Größen des kollimierten Röntgenstrahlenbündels zu erhalten. Alle solche Abwandlungen werden jedoch als innerhalb des Geistes und Bereiches der Ansprüche liegend angesehen.

Zusammenfassung:

Ein Einzelblatt-Röntgenkollimator enthält wenigstens ein kollimierendes Blattelement, das wenigstens eine Kollimationsöffnung aufweist. Das kollimierende Blattelement ist dazu eingerichtet, zur Drehung um eine vertikale und/oder eine horizontale Ebene aufgebaut zu sein. Der Kollimator bewirkt eine elliptische Kollimation und dadurch eine verbesserte Dosiseffizienz.


Anspruch[de]
Einzelblatt-Röntgenkollimator, der aufweist:

wenigstens ein kollimierendes Blattelement (11), das entlang eines Röntgenstrahlenpfads angeordnet ist, wobei

das kollimierende Blattelement (11) wenigstens eine Kollimationsöffnung (111) darin aufweist, wobei

das kollimierende Blattelement (11) zum Rotieren um eine horizontale und/oder eine vertikale Ebene eingerichtet ist.
Einzelblattkollimator nach Anspruch 1, bei dem die Kollimationsöffnung (111) von einer in etwa kreisförmigen Form ist. Einzelblattkollimator nach Anspruch 1, der weiterhin wenigstens ein Zusatzblattelement (15) aufweist, das entlang des Röntgenstrahlenpfads angeordnet ist. Einzelblattkollimator nach Anspruch 3, bei dem das Zusatzblattelement (15) in einer Kombination mit dem kollimierenden Blattelement (11) vorhanden ist. Einzelblattkollimator nach Anspruch 1, bei dem das kollimierende Blattelement (11) eine Quellenseite und eine Bildaufnehmerseite für Röntgenstrahlen aufweist, wobei das Zusatzblattelement (15) auf der Quellenseite des kollimierenden Blattelementes (11) angeordnet ist. Einzelblattkollimator nach Anspruch 2, bei dem das Zusatzblattelement (15) eine Größe aufweist, die zum Abdecken des gesamten Röntgenstrahlenfelds bei einem Abstand von der Quellenseite vorbestimmt ist. Einzelblattkollimator nach Anspruch 2, bei dem das Zusatzblattelement (15) wenigstens eine Hilfsöffnung aufweist, um einen Durchtritt von Röntgenstrahlen durch das Zusatzblattelement (15) zu ermöglichen. Einzelblattkollimator nach Anspruch 7, bei dem das kollimierende Blattelement (11) und die Zusatzblattelemente (15) aus einem Röntgenstrahlen abschwächenden Material aufgebaut sind. Einzelblattkollimator nach Anspruch 7, bei dem das Zusatzblattelement (15) weiterhin Mittel zum Betätigen des kollimierenden Blattelementes aufweist. Einzelblattkollimator nach Anspruch 1, bei dem das Röntgenstrahlenbündel (16) auf eine elliptische Form kollimiert wird. Einzelblattkollimator, der aufweist:

ein Gehäuse,

Mittel zum Kollimieren eines Röntgenstrahlenbündels innerhalb des Gehäuses, wobei

die Mittel zum Rotieren um eine horizontale und/oder eine vertikale Ebene eingerichtet sind, wobei das Röntgenstrahlenbündel auf eine im Wesentlichen elliptische Form kollimiert wird.
Einzelblattkollimator nach Anspruch 11, der weiterhin Zusatzmittel in einer Kombination mit den kollimierenden Mitteln aufweist. Einzelblattkollimator nach Anspruch 12, bei dem die Zusatzmittel zum Gleiten entlang des Röntgenstrahlenpfads in einer Kombination mit den kollimierenden Mitteln eingerichtet sind. Einzelblattkollimator nach Anspruch 11, bei dem die kollimierenden Mittel eine Quellenseite und eine Bildaufnehmerseite für Röntgenstrahlen aufweisen, wobei die Zusatzmittel auf der Quellenseite der kollimierenden Mittel angeordnet sind. Einzelblattkollimator nach Anspruch 12, bei dem die Zusatzmittel zum Abdecken etwa des gesamten Röntgenstrahlenfeldes eingerichtet sind. Einzelblattkollimator nach Anspruch 12, bei dem die Zusatzmittel dazu eingerichtet sind, einen Durchtritt von Röntgenstrahlen durch die Zusatzmittel hindurch zu den kollimierenden Mitteln zu ermöglichen. Einzelblattkollimator nach Anspruch 16, bei dem die kollimierenden Mittel und die Zusatzmittel aus einem Röntgenstrahlen abschwächenden Material aufgebaut sind.






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