SCHOTT solutions Nr. 2/2013 > Digitale Röntgensysteme

Digitales Röntgen mit Flachbilddetektoren eröffnet neue diagnostische Möglichkeiten, erleichtert komplexe Eingriffe und steigert deren Erfolgschancen. Foto: SCHOTT

Smarte Faseroptik für die moderne Radiologie


Anspruchsvolles dynamisches oder 3D-Röntgen gelingt nur mit modernsten Flachbilddetektoren auf Basis von schnellen CMOS-Sensoren. Diesen Trend unterstützen neue, RoHS-konforme Faserplatten mit hoher Transmission und Röntgendämpfung.


Thilo Horvatitsch

In fortschrittlichen Dentalpraxen rotieren bereits 3D-Rönt-gengeräte um den Kiefer eines Patienten und erzeugen dabei viele Einzelaufnahmen, die im Computer zu dreidimensionalen Bildern zusammengesetzt werden. Implantate lassen sich so millimetergenau ausrichten, manche Besonderheiten erst entdecken. Auch im OP-Saal ist diese Technik im Kommen, ebenso wie das sogenannte dynamische Röntgen. Dabei werden in kurzer Zeit Fotoserien geschossen, die am Monitor als fortlaufende Bildsequenzen erscheinen – eine Art Live-Kontrolle für den Chirurgen.

Diese faszinierenden Bildgebungsverfahren der modernen Radiologie eröffnen neue diagnostische Möglichkeiten, erleichtern komplexe Eingriffe und steigern deren Erfolgschancen beträchtlich. Grundlage dafür ist der Einzug digitaler Röntgentechnologien und die Ablösung analoger Verfahren. Dabei entfällt die zeitraubende Filmentwicklung; stattdessen werden die Aufnahmen direkt oder über Bildsensoren erfasst und digitalisiert – rasch abrufbar und verteilbar per Computer. Die digitale Technik ist zudem wesentlich lichtempfindlicher und hat kurze Belichtungszeiten und Bilderserien erst ermöglicht. Zugleich verringert sie die Strahlenbelastung im Vergleich mit dem klassischen Röntgen, zum Teil um bis zu 90 Prozent.

Dahinter steht ausgefeilte Technik: Digitale Röntgengeräte lassen sich unterteilen in direkte und indirekte Flachbilddetektoren zur Erfassung und Umwandlung der Strahlung aus Röntgenröhren in digitale Bildsignale. Bei direkter Konversion geschieht dies mittels eines Fotoleiters meist aus amorphem Silizium (a-Si), vergleichbar mit der LCD- bzw. TFT-Dünnfilmtechnik für Displays. Bei indirekten Flachbilddetektoren trifft die Röntgenstrahlung zunächst auf eine sogenannte Szintillatorschicht und wird in sichtbares Licht umgewandelt. Anschließend übernehmen Bildsensoren die Weiterverarbeitung, ähnlich wie in Digitalkameras. Heutige Flachbilddetektoren auf Basis von a-Si-Technik oder von CCD-Sensoren eignen sich besonders für statische Röntgenaufnahmen. Ihre Auslesegeschwindigkeit genügt jedoch kaum für dynamisches oder 3D-Röntgen. Für solche ressourcenintensiven Anwendungen kommen darum in kleinformatigen wie künftig auch in großen Flachbilddetektoren vorwiegend schnelle, verbrauchsarme CMOS-Sensoren zum Einsatz. Diese Halbleiterdetektoren sind aber empfindlich gegenüber Röntgenstrahlung. Eine vorgeschaltete Optik, die das vom Szintillator nicht umgewandelte Röntgenlicht abblockt, kann den Sensor schützen und seine Leistungsfähigkeit erhöhen.
Bei indirekten Flachbilddetektoren durchdringt die Röntgenstrahlung das Untersuchungsobjekt, trifft auf eine Szintillatorschicht und wird in sichtbares Licht umgewandelt. Sollen CMOS-Bildsensoren die digitale Weiterverarbeitung übernehmen, ist die Zwischenschaltung einer optischen Faserplatte (FOP) nötig. Diese lässt das umgewandelte sichtbare Licht passieren, blockt aber Röntgenstrahlung ab und schützt so die empfindlichen Sensoren. Die Platte besteht aus vielen parallel angeordneten Einzelfasern, durch die das Licht in sogenannter Totalreflektion geleitet wird. Quelle: SCHOTT/wissen + konzepte
Optische Faserplatten werden in runden oder rechteckigen Formen eingesetzt. Die neue Generation RFG92 stellt SCHOTT bis zu einer Größe von 320 mm x 320 mm in Serie her. Foto: SCHOTT/ H. Fischer
Genau das leisten optische Faserplatten, wie sie SCHOTT seit Längerem anbietet. Eine solche Platte besteht aus einer Vielzahl von extrem dünnen Einzelfasern, die hochpräzise parallel ausgerichtet und durch einen Erhitzungsprozess fest miteinander verbunden sind. Sie wird unmittelbar vor dem Sensor platziert und besitzt eine sehr gute Transmission für sichtbares Licht sowie eine hohe Röntgendämpfung. Das heißt, sie lässt das vom Szintillator umgewandelte Licht passieren, blockt aber Röntgenstrahlen ab. Die gute Röntgendämpfung sorgt zudem für eine Reduzierung des sogenannten Grundrauschens. Diese Störsignale entstehen im Sensor infolge der Röntgenstrahlung und können je nach Stärke die Lichtsignale überlagern und deren Auslesung beeinträchtigen. Faserplatten beschränken dies und erhöhen zugleich den Kontrast des Röntgenbildes beträchtlich. Eine neue Generation solcher Produkte führt SCHOTT nun unter dem Namen RFG92 ein. Die Faserplatten werden auf Basis eines modifizierten Glasmaterials ohne Zusatz von umweltgefährdenden Stoffen hergestellt und erfüllen alle entsprechenden RoHS-Standards. Im Unterschied zu anderen Anbietern kann SCHOTT quadratische Formate bis 320 Millimeter Seitenlänge in einem Stück anfertigen. Dies schafft Vorteile gegenüber Produkten, die aus mehreren verklebten Faserplatten bestehen. Denn die Klebelinien werden vom Bildsensor erfasst und lassen sich nur auf Kosten der Lesegeschwindigkeit per Software herausrechnen. Auch bringen Klebelinien keinerlei Röntgendämpfung mit. Damit erhöht sich das Risiko für Rauschen wie auch für eine Schädigung des Sensors. Nicht zuletzt sind geklebte Faserplatten empfindlicher gegen mechanische Belastungen als monolithische Platten.

„Wir haben damit ein umweltfreundliches Produkt entwickelt, das ohne RoHS-Ausnahmegenehmigungen auskommt und den heutigen Marktansprüchen technisch und preislich voll entspricht”, resümiert Jörg Warrelmann. Der Senior Product Manager Medical bei SCHOTT Lighting and Imaging sieht dafür Anwendungsfelder in kleinen, vor allem aber in großformatigen Flachbilddetektoren, wie sie etwa für großflächige kardiovaskuläre Aufnahmen gebraucht werden und in Zukunft auch verstärkt für dynamisches, 3D- oder mammografisches Röntgen zum Einsatz kommen sollen. Weiteres Marktpotenzial besteht in einem völlig anderen Sektor: in der industrietechnischen In-Line-Inspektion, bei der in schnellen Taktraten Teile gescannt werden. <
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