DE102006038603A1

DE102006038603A1 - Vereinfachter Weg zur Herstellung einer kostengünstigen gussartigen Kollimatoranordnung

Info

Publication number: DE102006038603A1
Application number: DE102006038603A
Authority: DE
Inventors: David Michael New Berlin Hoffman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2006-08-17
Publication date: 2007-02-22
Also published as: CN1975938B; US20070041505A1; JP2007052024A; US7615161B2; CN1975938A; JP5268238B2

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Kollimatoranordnung (100) enthält ein Anbringen einer ersten Schicht (10) an einer zweiten Schicht (20) und eine Ausbildung von Kanälen (22) durch die angebrachte erste Schicht (10) und die zweite Schicht (20). Bevor die erste Schicht (10) und die zweite Schicht (20) aneinander gefügt werden, werden in der ersten Schicht (10) und in der zweiten Schicht (20) Öffnungen (12, 13) eingerichtet. Die Öffnungen (12, 13) der ersten Schicht (10) und der zweiten Schicht (20) werden fluchtend zueinander ausgerichtet, bevor die Kanäle (22) gebildet werden. Die Ausbildung der Kanäle (22) umfasst ein Räumen von Material der ersten Schicht (10), der zweiten Schicht (20) oder beider Schichten. Die Verbindung zwischen der ersten (10) und der zweiten Schicht (20) definiert eine Gesamtdicke der Kollimatoranordnung (100). Eine Dicke der ersten Schicht (10) liegt in einem Bereich von etwa 5% bis etwa 10% der Gesamtdicke.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung für Hochenergiebildgebungs- und sonstige Strahlungsbildgebungssysteme und insbesondere eine Kollimatorvorrichtung und einen Herstellungsprozess.

Die Verwendung von Strahlungsbildgebungssystemen für medizinische und industrielle Zwecke, wie beispielsweise für Röntgencomputertomographie (CT), ist weit verbreitet. In einem CT-System projiziert eine Röntgenquelle einen fächerförmigen Strahl, der kollimiert wird, um in einer X-Y-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems zu liegen, die als die „Bildgebungsebene" bezeichnet wird. Der Röntgenstrahl tritt anschließend durch das abgebildete Objekt, beispielsweise einen medizinischen Patienten, hindurch und trifft auf ein mehrere Reihen und mehrere Spalten aufweisendes Detektorarray auf.

Einige CT-Systeme verwenden CT-Detektoren mit Kollimatoren, die aus einzelnen Platten hoher Dichte und hoher Ordnungszahl bzw. Atomnummer, wie Wolframplatten, und unter 90 Grad Winkeln zu den Platten angeordneten Drähten hoher Dichte und hoher Ordnungszahl gefertigt sind. Die Platten dienen dazu, Röntgenstreustrahlen, die die CT-Bildqualität beeinträchtigen können, zu beseitigen.

Wolframplatten in der Kollimatoranordnung weisen Dimensionen mit einer Weite von bis zu 200 Mikrometern auf. Diese Weite stellt mehr Material dar, als lediglich für die Kollimation der Röntgenstreustrahlen erforderlich ist. Diese Weitendimension wird jedoch für eine zweite Funktion des Kollimators, nämlich die Abschirmung der Szintillatorkanten, Abschirmung des Reflektormaterials und Abschirmung der Fotodiode, benötigt. Die Kollimatoranordnung ist ferner für eine effiziente Kollimation der Streustrahlung mit einem hohen Seitenverhältnis der Höhe (oder gesamten Dicke in der y-Richtung) zu der Länge (oder dem gesamten Abstand in der x-Richtung) eingerichtet. Dieses Seitenverhältnis hat eine größere Tiefe (in der y-Richtung) zur Abschirmung der Röntgenstrahldurchdringung als erforderlich ist zur Folge.

CT-Detektoren verwenden ferner Reflektoren, die aus organischen Reflektorverbundwerkstoffen bestehen, die in Lücken zwischen den Szintillatoren ausgebildet sind. Die Reflektoren sind aus organischen Reflektorverbundwerkstoffen gebildet oder aus Schichten hergestellt, wobei eine Schicht durch Blei oder irgendein anderes Röntgenstrahlen stark absorbierendes Material gebildet ist. Diese Reflektoren verrichten allenfalls eine bescheidene Arbeit bei der Abschwächung von Röntgenstreustrahlen. Verbundwerkstoffstrukturen aus den Reflektoren bereiten Probleme bei der Herstellung und eignen sich für kleine Zellen mit kleinen Lücken. Alternativen zu diesen Konstruktionen sind in Röntgenstrahlen stark abschwächenden Pigmenten in organischen Reflektorverbundwerkstoffen gefunden worden, wobei diese jedoch ihre eigenen Schwierigkeiten bei der Abschwächung von Röntgenstreustrahlen bereiten. Diese Schwierigkeiten rühren von der maximalen Menge des Abschwächungspigmentes, die dem organischen Reflektorverbundwerkstoff zugeführt werden kann, und dem Einfluss auf das gesamte Reflexionsvermögen des Reflektors her.

Demgemäß besteht ein Bedarf nach einer Kollimatoranordnung, die eine Verbesserung der Herstellbarkeit und der Kosten ergibt und die eine Abgrenzung der Kollimatorfunktionen in Streustrahlungskollimation und Röntgenstrahlungsabschirmung ermöglicht, die wiederum eine individuelle Optimierung jeder Funktion ermöglicht, wodurch das gesamte Leistungsverhalten des Detektors verbessert wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Verfahren zur Herstellung einer Kollimatoranordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform geschaffen. Das Verfahren enthält ein Anbringen einer ersten Schicht an einer zweiten Schicht und eine Ausbildung von Kanälen durch die erste Schicht und zweite Schicht, die miteinander verbunden sind. Die Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Schicht definiert eine Gesamtdicke der Kollimatoranordnung. Eine Dicke der ersten Schicht liegt in einem Bereich von etwa 5% bis etwa 10% der Gesamtdicke.

Es ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Kollimatoranordnung zur Verwendung im Zusammenhang mit einem Hochenergiebildgebungssystem gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform geschaffen. Die Kollimatoranordnung enthält eine äußere Schicht und eine innere Schicht. Das Verfahren enthält eine Konfiguration oder Gestaltung von Löchern in der äußeren Schicht und der inneren Schicht. Im Anschluss an die Konfiguration der Löcher wird die äußere Schicht mit der inneren Schicht verbunden. Ein Teil der inneren Schicht wird über die Löcher der äußeren Schicht entfernt, nachdem die beiden Schichten miteinander verbunden worden sind. Durch das Entfernen eines Teils der inneren Schicht werden durch die äußere Schicht und die innere Schicht hindurch führende Kanäle bzw. Durchgänge gebildet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme auf die beispielhaften Zeichnungen, in denen gleiche Elemente in den beigefügten Figuren gleich bezeichnet sind, zeigen:
1 eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Kollimatoranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine beispielhafte Ausführungsform eines Querschnitts durch ein CT-Detektormodul, das eine Kollimatoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
3 eine Draufsicht auf eine beispielhafte Ausführungsform einer ersten Schicht einer Kollimatoranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 eine Querschnittsansicht der ersten Schicht nach 3;
5 und 6 Draufsichten auf beispielhafte Ausführungsformen einer zweiten Schicht einer Kollimatoranordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
7 eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Kollimatoranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
8 eine Querschnittsansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer Kollimatoranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung ergeben eine mehrteilige Kollimatoranordnung zur Verwendung in einem Hochenergiebildgebungssystem, beispielsweise einem Mehrschicht-Computertomographie(CT)-Röntgendetektor, der in medizinischen Anwendungen eingesetzt wird. Industrielle Anwendungen, die mit Hochenergiesystemen arbeiten, können Röntgenprojektionsdetektoren, Gammastrahlen-Kameradetektoren und Gepäckscanndetektoren umfassen. Während hier beschriebene Ausführungsformen Röntgenstrahlen als beispielhafte ionisierende Strahlung darstellen, versteht es sich, dass die beschriebene Erfindung auch auf eine andere hochenergetische ionisierende Strahlung, wie z.B. Gammastrahlen, energiereiche Elektronen(Beta)strahlen oder energiereiche geladene Partikel (beispielsweise diejenigen, die in der Kernphysik und bei Weltraumteleskopen vorzufinden sind), anwendbar sein kann. An sich können die Materialien hoher Ordnungszahl und hoher Dichte, wie sie hier zur Verwendung im Zusammenhang mit Röntgenstrahlen als die beispielhafte ionisierende Strahlung beschrieben sind, auch für die anderen, vorstehend beschriebenen energiereichen ionisierenden Strahlungsanwendungen verwendet werden. Demgemäß ist die offenbarte Erfindung nicht auf Ausführungsformen zur Röntgendetektion oder für medizinische Anwendungen beschränkt.
In beispielhaften Ausführungsformen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Kollimatoranordnung eine „dünne" erste Schicht und eine „dicke" zweite Schicht enthalten, die miteinander verbunden sind. Die erste Schicht, die präzise geformte Löcher enthält, kann im Wesentlichen als eine Maske verwendet werden, um Material in grob geformten Öffnungen der zweiten Schicht zu entfernen bzw. abzutragen. Durch diesen Abtrag des Materials werden fein bearbeitete Kanäle ge bildet, die sich durch die erste und die zweite Schicht, die miteinander verbunden sind, hindurch erstrecken.
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Kollimatoranordnung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Kollimatoranordnung 100 enthält zwei erste Schichten 10, die auf gegenüberliegenden Stirnseiten einer zweiten Schicht 20 angeordnet sind. In alternativen Ausführungsformen kann eine einzelne erste Schicht 10 an der zweiten Schicht 20 angebracht sein, oder es können mehr als zwei erste Schichten 10 oder zweite Schichten 20 aneinander befestigt sein.
In dem hier verwendeten Sinne bezeichnet der Ausdruck „gesamte Dicke" die Dicke „T" einer kompletten Kollimatoranordnung unabhängig davon, welche Anzahl der ersten Schichten 10 oder der zweiten Schichten 20 diese aufweist. 1, die zwei der ersten Schichten 10 und eine einzelne der zweiten Schicht 20 zeigt, ist lediglich zu Anschauungszwecken dargestellt.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die erste Schicht 10 eine Dicke „h" (in der y-Richtung) in einem Bereich von ungefähr 5% bis ungefähr 10% der gesamten Dicke der Kollimatoranordnung 100 aufweisen. In modifizierten Ausführungsformen kann die erste Schicht 10 eine Dicke „h" von vorzugsweise etwa 5% oder nicht mehr als 10% der Gesamtdicke aufweisen. In beispielhaften Ausführungsformen, in denen mehr als eine einzelne erste Schicht 10 vorhanden sein können, können die Schichten die gleiche Dicke oder eine unterschiedliche Dicke aufweisen, wie dies in der beispielhaften Ausführungsform nach 8 dargestellt ist. Im Großen und Ganzen und in einem relativen Sinne kann die erste Schicht 10 als „dünn" in der y-Richtung oder der Richtung des Röntgenstrahls betrachtet werden. Umgekehrt kann die zweite Schicht 20 als „dick" in der y-Rich tung oder in der Richtung des Röntgenstrahls in Bezug auf die gesamte Dicke der Kollimatoranordnung 100 angesehen werden.
In beispielhaften Ausführungsformen liegt die Gesamtdicke „T" der Kollimatoranordnung 100 in einem Bereich von etwa 1 cm bis etwa 6 cm. Die Länge „L" der Kollimatoranordnung 100 in einer x-Richtung, im Wesentlichen senkrecht zu der Dicke, kann ungefähr 0,5-2 Meter betragen. In modifizierten Ausführungsformen kann die Kollimatoranordnung 100 in Abschnitten hergestellt sein, wobei die Abschnitte zusammengefügt werden, um die gesamte Länge zu erreichen.
Im Vergleich zu anderen Kollimatoranordnungen mit höheren Seitenverhältnissen (y-Richtung/x-Richtung-Verhältnis), wie sie vorstehend erläutert sind, ergibt die Kollimatoranordnung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Tiefe in Durchdringungsrichtung, die in gleicher Weise zur effektiven Abschirmung des Szintillators, des Reflektors oder der Fotodioden eines CT-Systems geeignet ist, weil der gesamte Abschirmungsumfang bei den momentanen CT-Detektorkollimatoren weit größer ist als erforderlich.
2 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines CT-Detektormoduls, der eine Kollimatoranordnung 100 enthält. Bezugnehmend auf 2 sind nicht gestreute Röntgenstrahlen 202 veranschaulicht, wie sie durch die Kollimatoranordnung 100 hindurchtreten. Die Röntgenstrahlen 202 werden in der x-Röntgenstrahlrichtung zu einem Szintillatorarray 204 übertragen, der Reflektoren 206 zwischen Elementen des Szintillatorarrays 204 aufweist. Ein Optokoppler 208, der eine Fotodiode 210 enthält, empfängt anschließend Lichtphotonen 212 des Szintillators. Aufgrund des Szintillatorarrays 204, des Optokopplers 208 und der Photodiode 210 wird ionisierende Strahlung in Lichtenergie und anschließend in elektrische Signale gewandelt, die die aufprallende ionisierende Strahlung kennzeichnen.
Eine beispielhafte Ausführungsform der ersten Schicht 10 einer Kollimatoranordnung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist in den 3 und 4 veranschaulicht. Hier ist die erste Schicht 10 in einer gitterartigen Konfiguration veranschaulicht, wobei jedoch verständlich ist, dass die gitterförmige Konfiguration lediglich Veranschaulichungszwecken dient und dass eine beliebige Konfiguration, die für die hier beschriebenen Zwecke geeignet ist, für die erste Schicht 10 verwendet werden kann. Das Gitter 10 enthält Gitterstäbe oder Begrenzungen 14, die in einem geradlinigen, rechtwinkligen Muster, im Wesentlichen senkrecht zu den äußeren Kanten 16 des Gitters 10 angeordnet sind. In modifizierten Ausführungsformen können die Stäbe oder Begrenzungen 14 gemäß einer beliebigen von vielen gemusterten Konfigurationen, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, eines im Wesentlichen diagonal konfigurierten Musters in Bezug auf die äußeren Kanten 16 des Gitters 10, gestaltet sein.
In beispielhaften Ausführungsformen kann eine Dimension „t" der Begrenzungen 14 in einem Bereich von etwa 10 Mikrometer (μm) bis etwa 500 Mikrometer (μm) liegen. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann „t" in einem Bereich von etwa 25 μm bis etwa 200 μm liegen. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann „t" zwischen ungefähr 50 μm und ungefähr 200 μm betragen. In noch weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann „t" in einem Bereich von etwa 50 μm bis etwa 100 μm liegen. Bezugnehmend auf 3 und 4 weisen die Begrenzungen 14 ungefähr die gleiche Dimension „t" über die erste Schicht 10 hinweg auf. Jedoch kann „t" in alternativen Ausführungsformen quer durch die erste Schicht 10 variieren. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Genauigkeit der Dimension „t" in einem Bereich von ungefähr ±2 μm bis ungefähr ±50 μm liegen.
Die in 3 veranschaulichten Begrenzungen 14 des Gitters 10 erzeugen Öffnungen 12 zwischen den Begrenzungen 14. Bezugnehmend auf 3 sind die Öffnungen 12 des Gitters 10 im Wesentlichen quadratisch gestaltet und weisen ungefähr die gleiche Größe auf, wobei es jedoch verständlich ist, dass die quadratische Konfiguration lediglich Veranschaulichungszwecken dient und dass eine beliebige Konfiguration, die für die hier beschriebenen Zwecke geeignet ist, für die Öffnungen 12 der ersten Schicht 10 verwendet werden kann. Beispielsweise können die Öffnungen 12 gemäß anderen Formen gestaltet sein, zu denen geradlinige, hexagonale, oktagonale, runde, elliptische Formen und dergleichen einschließlich, jedoch nicht ausschließlich gehören. Die Öffnungen 12 können ferner allesamt die gleiche Größe oder über die erste Schicht 10 hinweg unterschiedliche Größen aufweisen.
Die Öffnungen 12 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der ersten Schicht 10, wie sie in 3 veranschaulicht ist, können als „fertig" bzw. „beendet" oder als „präzise" betrachtet werden, da die Kanten der Begrenzungen 14 im Wesentlichen eben und glatt sind. Eine weitere Erläuterung, einschließlich einer Beschreibung der Ausbildung dieser „fertigen" Öffnungen 12 in der ersten Schicht 10, ist nachstehend in größeren Einzelheiten angegeben.
Die Öffnungen 12 des Gitters 10 in 3 sind in Spalten und Reihen in Bezug auf die Außenkanten 16 des Gitters 10 angeordnet, wobei es jedoch verständlich ist, dass die aus Spalten und Reihen gebildete Konfiguration lediglich Anschauungszwecken dient und dass eine beliebige Konfiguration, die für die hier beschriebenen Zwecke geeignet ist, für die Anordnung der Öffnungen 12 der ersten Schicht 10 verwendet werden kann. Beispielsweise können die Öffnungen 12 in alternativen Ausführungsformen durch eine beliebige von einer Anzahl von gemusterten Konfigurationen, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich eines im Wesentlichen diagonalen Musters, gebildet sein.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann ein Verhältnis der Dimension „h" der Öffnungen 12 zu einer Dimension „w" der Öffnungen 12 in einem Bereich von ungefähr 1:1 bis ungefähr 1:4 liegen. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Verhältnis „h/w" in dem Bereich von ungefähr 1:2-1:4 liegen. In noch weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Verhältnis „h/w" ungefähr 1:2-1:3 betragen. Beispielsweise veranschaulicht die Querschnittsansicht der beispielhaften Ausführungsform nach 4 die Dimension „h" der Öffnungen 12 in einem Verhältnis zu der Dimension „w" der Öffnungen 12 von ungefähr 1:2.
Wie in der beispielhaften Ausführungsform nach 3 am besten veranschaulicht, enthalten Ecken der Öffnungen 12 einen Winkel, der durch im Wesentlichen orthogonale Begrenzungen 14 gebildet ist, wobei die Ecken im Wesentlichen rechte Winkel aufweisen. In alternativen Ausführungsformen können die Ecken einen Radius enthalten. Die beispielhafte Ausführungsform der ersten Schicht 10 nach 4 veranschaulicht am besten die Begrenzungen 14, wie sie Ränder unter im Wesentlichen rechten Winkeln zueinander, d.h. Ränder in der y-Richtung zu den Rändern in der x-Richtung, enthalten. In anderen alternativen Ausführungsformen können die Begrenzungen 14 abgeschrägte Ränder enthalten.
In einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform beträgt der Flächeninhalt der Öffnungen 12 (z.B. w²) zwischen un gefähr 10 Mikrometer² (μm²) bis 500 Mikrometer² (μm²). In anderen beispielhaften Ausführungsformen liegt der Flächeninhalt der Öffnungen in einem Bereich von etwa 50 μm² bis etwa 200 μm². In noch weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann der Flächeninhalt in einem Bereich von etwa 50 μm² bis etwa 100 μm² liegen. In einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die Genauigkeit des Lageabstands zwischen den Öffnungen 12 von Mitte zu Mitte in einem Bereich von ungefähr ±2 μm bis ungefähr ±50 μm liegen.
5 und 6 zeigen Ansichten von beispielhaften Ausführungsformen einer zweiten Schicht 20 einer Kollimatoranordnung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in unterschiedlich vergrößerten Darstellungen. Die zweite Schicht 20 enthält Öffnungen 13, die durch darin geformte Streifen bzw. Begrenzungen 15 gebildet sind. 5 veranschaulicht die Öffnungen 13 im Wesentlichen in einem quadratisch förmigen Muster, während 6 im Wesentlichen rechteckig gestaltete Öffnungen 13 veranschaulicht.
Die Öffnungen 13 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der zweiten Schicht 20, wie sie in den 5 und 6 veranschaulicht ist, können als „grob" oder „unpräzise" betrachtet werden, da die Ränder der Begrenzungen 15 im Wesentlichen ungerade oder uneben und nicht glatt sind, wenn sie beispielsweise mit den vorstehend beschriebenen Öffnungen 12 der ersten Schicht 10 verglichen werden. Eine weitere Erläuterung, einschließlich einer Beschreibung der Ausbildung dieser „groben" Öffnungen 13 und der Begrenzungen 15 in der zweiten Schicht 20 ist in größeren Einzelheiten nachstehend gegeben.
Wie vorstehend für die erste Schicht 10 beschrieben, können die Öffnungen 13 der zweiten Schicht 20 in anderen Ausge staltungen, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, mit einer geradlinigen, hexagonalen, oktagonalen, runden, elliptischen Form und dergleichen, ausgebildet sein. Die gemusterte Konfiguration der Öffnungen 13 und Begrenzungen 15 der zweiten Schicht 20 kann geradlinige, rechtwinklige oder diagonale Arten umfassen, wie sie auch vorstehend für die erste Schicht 10 beschrieben sind. Dies bedeutet, dass die Öffnungen 13 der zweiten Schicht 20 im Wesentlichen entsprechend den Öffnungen 12 der ersten Schicht 10 bzw. mit gleichen Ausmaßen wie diese ausgebildet sein können, an denen die zweite Schicht 20 angebracht werden bzw. sein kann.
Die Öffnungen 13 der zweiten Schicht 20, die entsprechend der Größe und gemusterten Konfiguration der Öffnungen 12 der ersten Schicht 10 ausgebildet sind, können ferner als „unpräzise" oder „ungenau" betrachtet werden, weil die Dimension „t₂" der Begrenzungen 15 der zweiten Schicht 20 größer sein kann als die Dimension „t" der Begrenzungen 14 der ersten Schicht 10. Alternativ können die „ungenauen" Öffnungen 13 der zweiten Schicht 20 eine kleinere Dimension „w₂" als die Dimension „w" der Öffnungen 12 der ersten Schicht 10 aufweisen. Wenn zum Beispiel in beispielhaften Ausführungsformen die zweite Schicht 20, wie sie in 5 veranschaulicht ist, bei der Ausbildung mit gleichen Ausmaßen wie das in 3 veranschaulichte Gitter 10 als „ungenau" betrachtet wird und das Gitter 10 anschließend über die zweite Schicht 20 gelegt wird, können die Begrenzungen 15 der zweiten Schicht 20 durch die Öffnungen 12 der ersten Schicht 10 hindurch sichtbar sein.
7 veranschaulicht einen Querschnitt einer beispielhaften Ausführungsform aus zwei ersten Schichten 10 in einer Ausführungsform der Erfindung, wobei die zwei ersten Schichten 10 auf gegenüberliegenden Seiten der zweiten Schicht 20 ange ordnet sind. Hier sind die Öffnungen 13 der gebildeten zweiten Schicht 20 veranschaulicht, wie sie sich durch die Dicke der zweiten Schicht 20 hindurch erstrecken und wie sie mit den Öffnungen 12 der ersten Schicht 10 im Wesentlichen fluchtend ausgerichtet sind. Diese verlängerten Öffnungen 13 der zweiten Schicht sind zwischen Spalten oder Säulen 24 des Materials der zweiten Schicht 20 angeordnet.
Die durch die zweite Schicht 20 hindurch verlaufenden Öffnungen 13 können im Wesentlichen offen sein, wie dies in der beispielhaften Ausführungsform nach 7 veranschaulicht ist. In alternativen Ausführungsformen können die Öffnungen 13 ein in den Öffnungen 13 der zweiten Schicht 20 angeordnetes Objekt enthalten, wie dies am besten in einer beispielhaften Ausführungsform einer Kollimatoranordnung 100 einer weiteren Ausführungsform der Kollimatoranordnung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in 8 veranschaulicht ist. Das Objekt kann beispielsweise einen Steg oder ein Produkt aus der Ausbildung der zweiten Schicht enthalten. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann sich das Objekt daraus ergeben, dass mehr als eine einzelne zweite Schicht 20 aneinander befestigt werden, um die Kollimatoranordnung 100 zu bilden. Ein Objekt, das irgendwo in der Erstreckung der Öffnungen 13 der zweiten Schicht 20 enthalten ist, kann ein weiterer Grund dafür sein, warum die Öffnungen 13 der zweiten Schicht 20 oder die zweite Schicht 20 selbst als „grob" oder „ungenau" betrachtet werden.
Wenn die erste Schicht 10 und die zweite Schicht 20 aneinandergefügt bzw, die Öffnungen 12 und 13 fluchtend zueinander ausgerichtet sind, wie dies beispielsweise in 7 veranschaulicht ist, begrenzen die Öffnungen 12 der ersten Schicht 10 im Wesentlichen die Grenze oder den Rand der Kanäle 22, die in der Kollimatoranordnung 100 ausgebildet werden. Wenn bezug nehmend auf 7 die zueinander ausgerichteten Öffnungen 12 und 13 der aneinander gefügten ersten Schicht 10 und zweiten Schicht 20 von der ersten Schicht 10 aus in der y-Richtung betrachtet werden, kann ein Material der zweiten Schicht 20, das durch die Begrenzungen 14 der ersten Schicht 10 nicht „abgeschattet" ist, oder in anderen Worten ein Material der zweiten Schicht 20 vorhanden sein, das in den Öffnungen 13 beobachtet werden kann. Wie vorstehend beschrieben, kann dieses beobachtete Material von der „ungenauen" zweiten Schicht 20 von den Säulen 24 der zweiten Schicht 20 oder von einem Objekt in den Öffnungen 13 herrühren.
Um die Kanäle 22 der Kollimatoranordnung 100 auszubilden, kann das in den Öffnungen 13 der zweiten Schicht 20 beobachtete Material der zweiten Schicht 20 in der erforderlichen Weise entfernt bzw. abgetragen werden. In Ausführungsformen kann die genauere erste Schicht 10 im Wesentlichen als eine Maske verwendet werden, um Material der weniger genauen zweiten Schicht 20 zur Ausbildung der Kanäle 22 der Kollimatoranordnung 100 zu entfernen. Nach der Entfernung des Materials können die Kanäle 22, die sich zwischen den Öffnungen 12 in der ersten Schicht 10 und durch die Öffnungen 13 der zweiten Schicht 20 hindurch erstrecken, als „fertig" oder „genau" geformt betrachtet werden. Eine beispielhafte Ausführungsform von Kanälen 22, die nach einer anschließenden Entfernung von Material der zweiten Schicht 20 ausgebildet worden sind, ist am besten in 1 veranschaulicht. Die Ausbildung der Kanäle 22 durch Materialentfernung bzw. -abtrag ist in größeren Einzelheiten nachstehend beschrieben.
Die Länge der Kanäle 22 der Kollimatoranordnung 100 kann als die gesamte Dicke „T" (in der y-Richtung) der Kollimatoranordnung definiert werden, wie sie in 1 veranschaulicht ist. In beispielhaften Ausführungsformen kann ein Verhältnis zwischen der Länge „T" der Kanäle 22 und der Weite oder im wesentlichen der Dimension „w" der Öffnung 12, der Kanäle 22 ungefähr 5:1 bis 40:1 betragen. In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann das Verhältnis „T/w" ungefähr 5:1-10:1 betragen. In noch weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Verhältnis „T/w" ungefähr 7:1 betragen. Ein Verhältnis unterhalb von 5:1 ergibt im Allgemeinen keine ausreichende Tiefe zur Röntgenstrahlkollimation, kann jedoch in alternativen Ausführungsformen und Konfigurationen der Kollimatoranordnung 100, die für die hier beschriebenen Zwecke geeignet ist und wenn die Anwendungen es erfordern, verwendet werden.
Eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Kollimatoranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ebenfalls geschaffen, wobei die Kollimatoranordnung für Anschauungszwecke eine erste Schicht und eine zweite Schicht enthält, wie sie vorstehend beschrieben sind. In beispielhaften Ausführungsformen kann die erste Schicht im Wesentlichen als eine Maske verwendet werden, um Material der zweiten Schicht 20 zu entfernen, um die Kanäle 22 der Kollimatoranordnung 100 auszubilden.
Indem nun auf 7 Bezug genommen wird, können die erste Schicht 10 und die zweite Schicht 20 durch Mittel, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, einer Laminierung, Diffusionsverbindung, eines Aufklebens, Heißklebens, Schmelzlötens, Weichlötens oder beliebiger sonstiger geeigneter Mittel, die für die hier beschriebenen Zwecke geeignet sind, unlösbar aneinander befestigt werden. Wie vorstehend beschrieben, kann die Dicke „h" der ersten Schicht 10 in einem Bereich von etwa 5 bis etwa 10% der gesamten Dicke „T" der Kollimatoranordnung 100 liegen, nachdem die erste Schicht an der zweiten Schicht 20 angebracht worden ist. In alternativen Ausführungsformen können mehr als eine einzelne erste Schicht 10 und/oder eine oder mehrere der zweiten Schichten 20 aneinander gefügt werden, um die Kollimatoranordnung 100 zu bilden. Beispielsweise kann die Kollimatoranordnung 100 eine Konfiguration aufweisen, die eine erste Schicht 10, die an der zweiten Schicht 20 angebracht ist, dann eine weitere erste Schicht 10, dann eine weitere zweite Schicht 20 und dann eine letzte erste Schicht 10 enthält.
Wenn die erste Schicht 10 und die zweite Schicht 20 aneinander befestigt sind, werden Kanäle 22 durch die erste und die zweite Schicht 10 bzw. 20 ausgebildet. Die Kanäle 22 können ausgebildet werden, indem Material der ersten Schicht 10 und/oder der zweiten Schicht 20 entfernt bzw. abgetragen wird. Das Entfernen bzw. Abtragen kann chemisches Ätzen, Plasmaätzen, chemisches Fräsen oder ähnliche Verfahren, die für den hier beschriebenen Zweck geeignet sind, enthalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Durch Entfernung des Materials werden die Kanäle 22 gebildet, die als „fertig" oder „genau" betrachtet werden können.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Bildung einer Kollimatoranordnung gemäß der Erfindung können die Öffnungen 12 in der ersten Schicht 10 geformt werden, bevor die erste Schicht 10 an der zweiten Schicht 20 angebracht wird. Die Bildung der Öffnungen 12 der ersten Schicht 10 kann Laserschneiden, Ätzen oder chemisches Fräsen oder ein sonstiges für den hier beschriebenen Zweck geeignetes Verfahren enthalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann zur Bildung der Öffnungen 12 in der ersten Schicht 10 ein beliebiger von vielen genauen Fertigungsprozessen verwendet werden, die die Dimensionen der Öffnungen 12 und der Begrenzungen 14 erreichen sowie die Lageanforderungen der Öffnungen 12 der ersten Schicht 10 erfüllen. In alternativen Ausführungsformen können die Fertigungsprozesse Verfahren enthalten, die für die Materialien der ersten Schicht 10 geeignet sind, solange die Dimensionen, Positionierung oder Genauigkeit der Öffnungen 12 erzielt werden können. Die beispielhaften Ausführungsformen nach 3 und 4 veranschaulichen am besten die erste Schicht 10 in einer gitterartigen Konfiguration, nachdem diese durch einen genauen Formgebungsprozess, wie z.B. durch Laserschneiden oder Ätzen, bearbeitet worden ist.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform können die Öffnungen 13 der zweiten Schicht 20 gebildet werden, bevor die erste Schicht 10 an der zweiten Schicht 20 angebracht wird. Die Bildung der Öffnungen 13 der zweiten Schicht 10 kann Gießen, Ätzen, Spritzgießen oder ein sonstiges für den hier beschriebenen Zweck geeignetes Verfahren enthalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann beispielsweise ein beliebiger von vielen Prozessen verwendet werden, die die Öffnungen 13 der zweiten Schicht 20 entsprechend der Gestalt und gemusterten Konfiguration der Öffnungen 12 der ersten Schicht 10 erzeugen. In alternativen Ausführungsformen können die Formgebungsverfahren Prozesse enthalten, die für die Materialien der zweiten Schicht 20 geeignet oder dazu geeignet sind, „grobe" Öffnungen 13 in der zweiten Schicht 20 entsprechend der Gestalt und gemusterten Konfiguration der Öffnungen 12 der ersten Schicht 10 zu bilden. Die beispielhaften Ausführungsformen nach 5 und 6 veranschaulichen am besten die zweite Schicht 20 mit beispielsweise grob geformten Öffnungen 13.
Bezugnehmend auf 7 und 8 sind die Öffnungen 12, die in der ersten Schicht 10 ausgebildet sind, und die Öffnungen 13, die in der zweiten Schicht 20 ausgebildet sind, jeweils im Wesentlichen fluchtend zueinander ausgerichtet. Wie vorste hend beschrieben, können die Öffnungen 12 und Begrenzungen 14 der ersten Schicht 10 aufgrund der für die beiden Schichten verwendeten Formgebungsverfahren mit höherer Genauigkeit gebildet werden als die Öffnungen 13 und die Begrenzungen 15 der zweiten Schicht 20. Ein Material der Säulen 24 der zweiten Schicht 20 oder Objekte in den Öffnungen 13 der zweiten Schicht 20 können ebenfalls in den Öffnungen 13 der zweiten Schicht vorhanden sein.
Bezugnehmend auf 1 können, wenn die erste Schicht 10 und die zweite Schicht 20 zueinander ausgerichtet und aneinander befestigt sind, die Kanäle 22 durch die erste und die zweite Schicht 10 bzw. 20 gebildet werden. Die Kanäle 22 können gebildet werden, indem Material aus der ersten Schicht 10 und/oder der zweiten Schicht 20 entfernt wird. Wie vorstehend beschrieben, kann das Entfernen ein beliebiges von vielen Verfahren oder einen beliebigen von vielen Prozessen enthalten. Die Öffnungen 12 und die Begrenzungen 14 der ersten Schicht 10 können im Wesentlichen als eine Maske zum Entfernen bzw. Abtragen des Materials in den Öffnungen 13 der zweiten Schicht 20 verwendet werden.
Nach dem Entfernen von Material der zweiten Schicht 20 kann sich die Gestalt oder das Profil der Säulen 24 der zweiten Schicht 20 von derjenigen bzw. demjenigen der Säulen 24 der zweiten Schicht vor dem Materialabtrag unterscheiden. Beispielsweise haben die Materialsäulen 24 der zweiten Schicht 20 in den 7 und 8 eine im Wesentlichen geradlinige Gestalt. Im Vergleich hierzu weisen die Säulen 24 der zweiten Schicht 20 nach dem Abtrag des Materials der zweiten Schicht 20, wie am besten in 1 veranschaulicht, die Form einer „Sanduhr" auf. In alternativen Ausführungsformen kann das Profil der Säulen 24 nach dem Materialabtrag von der zweiten Schicht 20 eine beliebige von vielen sonstigen Formen und Profilen, einschließlich einer beispielsweise im Wesentlichen geradlinigen Gestalt, enthalten.
Die Materialien der ersten Schicht 10 können Materialien hoher Ordnungszahl und hoher Dichte oder sonstige für die hier beschriebenen Zwecke geeignete Materialien enthalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die erste Schicht 10 Wolfram, Molybdän, Tantal oder Blei oder sonstige eine hohe Ordnungszahl und hohe Dichte aufweisende Materialien enthalten. In beispielhaften Ausführungsformen kann die erste Schicht 10 aus einem beliebigen von einer Anzahl von Materialien, die es ermöglichen, die präzisen Öffnungen 12 und Begrenzungen 14 der ersten Schicht 10 entsprechend den vorstehend beschriebenen Formgebungsprozessen in der ersten Schicht 10 zu bilden, beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder Kupfer oder einem sonstigen einfach formbaren Material, gebildet sein. In anderen modifizierten Ausführungsformen kann die erste Schicht 10 Materialien enthalten, die dem nachfolgenden Prozess der Entfernung von Material, nachdem die beiden Schichten aneinander befestigt sind, um die Kanäle 22 zu bilden, widerstehen würden. In diesen sekundären Materialentfernungsprozessen kann die erste Schicht 10 im Wesentlichen als eine Maske zum Entfernen des Materials der zweiten Schicht 20 verwendet werden. Demgemäß ist es erforderlich, dass die erste Schicht 10 die Konfiguration und Dimensionen ihrer Öffnungen 12 und Begrenzungen 14 aufrechterhält, während das Material der zweiten Schicht 20 entfernt wird.
In beispielhaften Ausführungsformen sind die Materialien der ersten Schicht 10 und der zweiten Schicht 20 unterschiedliche Materialien. Die zweite Schicht 20 kann beliebige von vielen Materialien hoher Ordnungszahl und hoher Dichte oder Mate rialien, die für den hier beschriebenen Zweck geeignet sind, enthalten. Beispielsweise kann die zweite Schicht 20 Wolfram, Tantal, Blei oder Molybdän enthalten. In alternativen Ausführungsformen können Materialien verwendet werden, die die Formung der Öffnungen 13 der zweiten Schicht 20 entsprechend der Gestalt und der gemusterten Konfiguration der Öffnungen 12 der ersten Schicht 10 unterstützen. In alternativen Ausführungsformen kann die zweite Schicht 20 Materialien enthalten, die ein Entfernen des Materials der zweiten Schicht 20 während des Materialentfernungsprozesses ermöglichen, um die Kanäle 22 zu bilden, nachdem die beiden Schichten aneinander befestigt worden sind.
Die Bildung der Kollimatoranordnung 100 aus mehreren Schichten, insbesondere die Bildung der „dickeren" zweiten Schicht durch weniger genaue (und weniger kostspielige) verfahren im Vergleich zu der ersten Schicht erzielt ein erforderliches Seitenverhältnis (T/L) für die Kollimatoranordnung 100 auf eine kostengünstige Weise. Eine beispielhafte Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Verfahrens verringert im Wesentlichen die Formgebungs- und/oder Materialentfernungsschritte, um einen Gesamtkostenvorteil zu erzielen.
Wenn beispielsweise die dünne erste Schicht 10 genau vorgeformt und an der grob geformten dickeren zweiten Schicht 20 angebracht ist, kann die erste Schicht 10 im Wesentlichen als eine Maske verwendet werden, um Material der zweiten Schicht 20 zu entfernen, um genau endgefertigte Kanäle 22 zu bilden. In diesen beispielhaften Verfahren gibt es einen zusätzlichen gesamten Kostenvorteil bei der Herstellung der Kollimatoranordnung 100, weil das Entfernen von Material in vorgeformten Öffnungen 12 der zweiten Schicht 20 unter den genauen Öffnungen 12 der ersten Schicht im Vergleich zu einer Ausbildung von durch eine oder mehrere feste Schichten führenden Kanälen 22 mit niedrigeren Kosten bewerkstelligt werden können.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die erste Schicht 10, nachdem die genau vorgeformte erste Schicht 10 mit einem Kostenvorteil, wie vorstehend beschrieben, gesichert werden kann, von der zweiten Schicht 20 gelöst werden, nachdem die endgefertigten Kanäle 22 gebildet worden sind. Hier kann die zweite dickere Schicht 20 selbst die endgefertige Kollimatoranordnung 100 bilden. Die erste Schicht 10 und die zweite Schicht 20 können in dieser Ausführungsform durch ein Verfahren, das ein vorübergehendes Aufkleben, eine vorübergehende Verbindung oder dergleichen enthält, sowie ein beliebiges für die hier beschriebenen Zwecke geeignetes Verfahren lösbar aneinander befestigt werden.
Weil die Formgebungsprozesse für die erste Schicht 10 und/oder die zweite Schicht 20 vor der Anbringung der zweiten Schicht 20 an der ersten Schicht 10 durchgeführt werden können, kann, als ein weiterer Vorteil, die Herstellbarkeit der Kollimatoranordnung 100 modular gemacht werden, um einen weiteren Kostenvorteil zu erzielen. Beispielsweise kann die erste Schicht 10 anstelle einer einstückigen ersten Schicht 10 eine Anzahl von einzelnen Teilen, wie beispielsweise Kacheln, enthalten.
Während die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich für einen Fachmann ohne weiteres, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen und Elemente durch ihre äquivalenten Mittel ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Rahmen abzuweichen. Deshalb besteht die Absicht, dass die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt sein soll, die als die beste oder einzige Form, die zur Ausführung dieser Erfindung vorgesehen ist, beschrieben ist, sondern dass die Erfindung sämtliche Ausführungsformen mit umfassen soll, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen. Außerdem wird durch die Verwendung der Ausdrücke erste(r, s), zweite(r, s) keine Reihenfolge oder Wichtigkeit bezeichnet, vielmehr werden die Ausdrücke erste(r, s), zweite(r, s) etc. dazu verwendet, ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Außerdem stellt die Verwendung der Ausdrücke ein, eine, etc. keine Mengenbegrenzung dar, vielmehr bezeichnen diese Ausdrücke die Gegenwart wenigstens eines des in Bezug genommenen Elementes.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Kollimatoranordnung 100 enthält ein Anbringen einer ersten Schicht 10 an einer zweite Schicht 20 und eine Ausbildung von Kanälen 22 durch die angebrachte erste Schicht 10 und zweite Schicht 20. Bevor die erste Schicht 10 und die zweite Schicht 20 aneinander gefügt werden, werden in der ersten 10 und der zweiten Schicht 20 Öffnungen 12, 13 eingerichtet. Die Öffnungen 12, 13 der ersten Schicht 10 und der zweiten Schicht 20 werden fluchtend zueinander ausgerichtet, bevor die Kanäle 22 gebildet werden. Die Ausbildung der Kanäle 22 umfasst ein Räumen von Material der ersten Schicht 10, der zweiten Schicht 20 oder beider Schichten. Die Verbindung zwischen der ersten Schicht 10 und der zweiten Schicht 20 definiert eine Gesamtdicke der Kollimatoranordnung 100. Eine Dicke der ersten Schicht 10 liegt in einem Bereich von etwa 5% bis etwa 10% der Gesamtdicke.

10: erste Schicht/Gitter
12: Öffnungen der ersten Schicht
13: Öffnungen der zweiten Schicht
14: Begrenzungen der ersten Schicht
15: Begrenzungen der zweiten Schicht
16: Außenkanten
20: zweite Schicht
22: Kanäle
24: Spalten, Säulen
26: Objekt
100: Kollimatoranordnung
200: CT-Detektormodul
202: Röntgenstrahlen
204: Szintillatorarray
206: Reflektoren
208: Optokoppler
210: Fotodiode
212: Lichtphotonen des Szintillators

Claims

Verfahren zur Fertigung einer Kollimatoranordnung (100), wobei die Kollimatoranordnung (100) eine erste Schicht (10) und eine zweite Schicht (20) enthält, wobei das Verfahren aufweist: Anbringung der ersten Schicht (10) an der zweiten Schicht (20), wodurch eine gesamte Dicke definiert wird, wobei eine Dicke der ersten Schicht (10) in einem Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 10% der gesamten Dicke liegt; und nach der Anbringung Ausbildung von Kanälen (22) durch die erste Schicht (10) und die zweite Schicht (20), wobei die Ausbildung eine Verwendung der ersten Schicht (10) als eine Maske zum Entfernen von Material der ersten Schicht (10), der zweiten Schicht (20) oder beider Schichten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht (10) ein Gitter aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner eine Ausbildung von Öffnungen (12, 13) in der ersten Schicht (10) vor der Anbringung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner eine Ausbildung von Öffnungen (12, 13) in der zweiten Schicht (20) vor der Anbringung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3 und 4, das ferner eine Ausrichtung der Öffnungen (12, 13) der ersten Schicht (10) mit den Öffnungen (12, 13) der zweiten Schicht (20) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3 und 4, das ferner eine Ausbildung von Kanälen (22) aufweist, wobei die Ausbildung der Kanäle (22) ein Entfernen von Material in den Öffnungen (12, 13) der zweiten Schicht (20) über die Öffnungen (12, 13) der ersten Schicht (10) aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Kollimatoranordnung (100) zur Verwendung im Zusammenhang mit einem Hochenergiebildgebungssystem, wobei die Kollimatoranordnung (100) eine äußere Schicht und eine innere Schicht enthält, wobei das Verfahren aufweist: Konfiguration von Löchern in der äußeren Schicht und der inneren Schicht; nach der Konfiguration von Löchern Verbindung der äußeren Schicht mit der inneren Schicht; nach der Verbindung Entfernung eines Teils der inneren Schicht über die Löcher der äußeren Schicht, wobei die Entfernung durch die äußere Schicht und die innere Schicht hindurchführende Kanäle (22) erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Verbindung eine Aneinanderfügung mehr als einer einzelnen der äußeren Schicht, der inneren Schicht oder beider Schichten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Verbindung eine Ausrichtung der Löcher der ersten Schicht (10) mit den Löchern der zweiten Schicht (20) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Verbindung der äußeren Schicht mit der inneren Schicht eine gesamte Dicke de finiert, wobei die äußere Schicht eine Außenschichtdicke im Bereich von ungefähr 5% bis ungefähr 10% der Gesamtdicke aufweist.