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Dokumentenidentifikation DE4227700A1 11.03.1993
Titel Szintillationskamera-Plattenanordnung mit verlängerter Lebensdauer
Anmelder Horiba Instruments, Inc., Irvine, Calif., US
Erfinder Pandelisev, Kiril A., Mesa, Ariz., US;
Hightower, Sully T., La Jolla, Calif., US;
Fitzgerald, Tim, Tempe, Ariz., US
Vertreter Kuhnen, R., Dipl.-Ing.; Wacker, P., Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing.; Fürniß, P., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Brandl, F., Dipl.-Phys., Pat.-Anwälte; Hübner, H., Dipl.-Ing., Rechtsanw.; Röß, W., Dipl.-Ing.Univ.; Roth, R., Dipl.-Ing.; Kaiser, J., Dipl.-Chem.Univ.Dr.rer.nat.; Winter, K., Dipl.-Ing.; Pausch, T., Dipl.-Phys.Univ., Pat.-Anwälte, 8050 Freising
DE-Anmeldedatum 21.08.1992
DE-Aktenzeichen 4227700
Offenlegungstag 11.03.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.03.1993
IPC-Hauptklasse G01T 1/202
IPC-Nebenklasse G01T 1/164   
Zusammenfassung Es wird eine Szintillationskamera-Plattenanordnung mit verlängerter Lebensdauer und ein Verfahren zur Herstellung desselben beschrieben. Die Plattenanordnung umfaßt einen Körper mit einer Mehrzahl von szintillierenden Elementen zum Empfangen der einfallenden Strahlung und zur Erzeugung von Licht, eine Mehrzahl von lichtleitenden Elementen, die mit den szintillierenden Elementen gekoppelt sind und zum Aufnehmen und Führen des Lichts dienen, und einen Rahmen, der um den Körper herum mit Hilfe von Lot- oder Laserschweißverbindungen abgedichtet ist, wodurch die Notwendigkeit von Epoxidharz-Abdichttechniken, die temperatur- und feuchtigkeitsinstabil sind, beseitigt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Verfahren zum Versiegeln bzw. Abdichten eines Szintillationskristalls in einer zur Erfassung von Gammastrahlung eingesetzten Kameraplattenanordnung. Diese Lehre führt zu einer Kameraplattenanordnung mit einer auf das 4-5fache verlängerten Lebensdauer aufgrund ihrer überlegenen Versiegelung und ihrer vereinfachten Gestaltung, verglichen mit herkömmlichen Standard-Anordnungen.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Szintillationskameras und insbesondere auf eine Gammakamera, die mit einer neuartigen Gammakamera-Plattenanordnung verlängerter Lebensdauer ausgestattet ist.

Zunächst wird auf die US-PS 30 11 057 (erteilt 28. November 1961, Patentinhaber Anger) Bezug genommen, die eine "Strahlungsabbildungseinrichtung" zum Erfassen von Strahlen offenbart. Diese Geräte können beispielsweise zur Abbildung der Verteilung von Gammastrahlen aussendenden Isotopen, die zuvor aus diagnostischen Gründen in den Körper eines Patienten eingebracht wurden, eingesetzt werden.

Die herkömmliche Gammakamera erfaßt die zweidimensionalen Koordinaten einer Gammastrahlen-Strahlungsquelle, da Photonen in einem großflächigen Detektor interagieren und ein Bild durch die Erfassung von zahlreichen Photonen während der Belichtungsdauer bilden. Das Detektormedium besteht aus einem flachen Szintillations-Einkristall. Photonen, die den Szintillationskristall beaufschlagen, veranlassen das Szintillationsmaterial zur Aussendung sichtbaren Lichts. Das durch den Szintillationskristall erzeugte Licht wird dann durch einen Photodetektor wie etwa eine Anordnung von Photovervielfacherröhren, die eine der Flächen des Szintillationskristalls bedecken, erfaßt. Die zweidimensionale Position der Strahlungsquelle wird aus der relativen Größe der vom Photodetektor erzeugten Signale aufgelöst bzw. unterteilt. Ein speziell ausgelegter Kollimator wird zur Eingrenzung der auf den Photodetektor auftreffenden Gammastrahlen eingesetzt, so daß das resultierende Bild direkt als die räumliche Verteilung der emittierenden Isotope interpretiert werden kann.

Verschiedene Arten von Gammakamera-Plattenanordnungen sind derzeit verfügbar. Die gängigste benutzt eine Thallium-aktivierte Natriumjodid-Kristallplatte, die innerhalb eines umschließenden Rings durch eine Aluminiumplatte auf einer Seite und eine Glasplatte auf der anderen Seite zum Schutz des Kristalls gegenüber Feuchtigkeit versiegelt ist. Die Versiegelung oder Abdichtung wird normalerweise durch Einsatz von Epoxidharz, siehe z. B. US-PS 39 19 556 (Berninger) oder durch Verwendung von in einer Vergußmasse eingebetteten Maschinenschrauben, siehe z. B. US-PS 40 29 964 (Ashe), oder dergleichen vorgenommen. Jedoch führt der Einsatz von Epoxidharz oder von Vergußmassen zu einer Anordnung, die nach einer Langzeitbenutzung nicht stabil ist. Beide Substanztypen sind bezüglich Veränderungen der Temperatur und Feuchtigkeit instabil, was eventuell zur Leckage von Feuchtigkeit in den Kameraplattenraum führt.

Jegliche durch den Kristall bei Versagen des Dichtmaterials absorbierte Feuchtigkeit veranlaßt den Kristall zur Wolkenbildung, was das Leistungsvermögen beeinträchtigt, wonach er ungeeignet für Abbildungs- bzw. Wiedergabezwecke wird. Die Lebensdauererwartung der vorliegenden Szintillationskristallanordnung beträgt ungefähr ein bis zwei Jahre.

Eine solche beschädigte Platte kann nicht repariert werden. Das System kann lediglich nach Einbau einer neuen Kameraplattenanordung einschließlich einer neuen Lichtröhre, Photovervielfachern usw. in das Gammakamerasystem funktionstauglich gemacht werden.

Die neuartige Gestaltung und das neuartige Verfahren für die Kameraplattenherstellung erlaubt eine Lebensdauer von 10 Jahren oder mehr. Dies führt zu Einsparungen von bis zu $ 200 000 für die Gammakamerahersteller während der Lebensdauer der Szintillationskamera-Plattenanordnung verlängerter Lebensdauer.

Der Austauschprozeß ist sehr kostspielig. Beispielsweise können sich die ungefähren Austauschkosten einer Gammakamera-Plattenanordnung in einem kommerziellen Platz bzw. Unternehmen wie etwa einem Hospital bis auf $ 50 000 ohne Einschluß der Ausfallkosten belaufen.

Weiterhin trägt die große Anzahl von Schritten und Teilen, die bei gegenwärtigen Gammakamera-Plattenanordnungen verwendet werden, erheblich zu den Kosten herkömmlicher Gammakameras bei.

In Anbetracht des vorstehenden ist es eine Hauptaufgabe vorliegender Erfindung, eine Szintillationskamera-Plattenanordnung verlängerter Lebensdauer, die einen Szintillationskristall wie etwa Thallium-aktiviertes Natriumjodid oder dergleichen enthält, zu offenbaren und bereitzustellen.

Eine Aufgabe vorliegender Erfindung besteht in der Bereitstellung und Offenbarung einer temperatur- und feuchtigkeitsstabilen Gammakamera-Plattenanordnung.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Gammakamera-Plattenanordnung, die kompakt und einfach aufzubauen, zu warten und handzuhaben ist, und einer Zusammenbautechnik, die an jede gegenwärtig benutzte Gammakamera wie beispielsweise diejenigen, die von Siemens, Picker, Ohio Nuclear, General Electric und dergleichen, hergestellt werden, anpaßbar ist.

Eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung besteht in der Offenbarung und Bereitstellung einer Gammakamera-Plattenanordnung, die leichter und ökonomischer herzustellen ist.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht in der Offenbarung einer neuartigen Gammakamera-Plattenanordnung, die die Notwendigkeit des Einsatzes speziell trainierter Techniker während des Herstellungsprozesses eliminiert.

Darüber hinaus ist es eine Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Gammakamera-Plattenanordnung bereitzustellen, die eine verbesserte Strahlungserfassungsfähigkeit bzw. -tauglichkeit besitzt.

Genauer gesagt, ist es eine Hauptaufgabe vorliegender Erfindung, eine Szintillationskamera-Plattenanordnung zu schaffen, die gegenüber dem Eindringen von Wasserdampf effektiver versiegelt ist als frühere Szintillationskamera-Plattenanordnungen.

Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Szintillationskamera-Plattenanordnung mit einer Abdichtung zu schaffen, die wesentlich länger als frühere Szintillationsplattenanordnungen hält.

Ferner ist es eine Aufgabe vorliegender Erfindung, eine wirksamere Szintillationskamera-Plattenanordnung zu schaffen, die durch den Szintillationskristall erzeugtes optisches Licht effizienter relektiert als bisherige Szintillationskamera-Plattenanordnungen.

Es ist zudem eine Hauptaufgabe vorliegender Erfindung, ein überlegenes Verfahren und einen Prozeß zum Abdichten von Szintillationskamera-Plattenanordnungen und anderen ähnlichen Geräten zu offenbaren.

Darüber hinaus ist es eine wesentliche Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Szintillationskamera-Plattenanordnung bereitzustellen, die erhöhte Wirksamkeit bei der Übertragung von durch den Szintillationskristall erzeugtem Licht zu extern gekoppelten Photovervielfacherröhren oder einem Photodetektionsgerät besitzt.

Vorliegende Erfindung offenbart eine neuartige Szintillationskamera-Plattenanordnung verlängerter Lebensdauer, die einen Szintillationskristall mit einer Mehrzahl von szintillierenden Elementen zum Empfangen der einfallenden Strahlung und zum Erzeugen von Licht, und eine Mehrzahl von mit den szintillierenden Elementen gekoppelten Lichtröhrenelementen zum Empfangen und Führen des Lichts, sowie einen Rahmen aufweist, der um den Szintillationskristall herum abgedichtet ist.

Zusätzlich lehrt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen der vorstehend beschriebenen Gammakamera-Plattenanordnung, wobei die szintillierenden Elemente optisch mit den Lichtröhrenelementen gekoppelt sind und die Lichtabgabe von den szintillierenden Elementen optimiert ist.

Diese und verschiedene andere Aufgaben und Vorteile der erfindungsgemäßen Gammakamera-Plattenanordnung verlängerter Lebensdauer erschließen sich für den Fachmann aus der Betrachtung der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der beigefügten Zeichnungen, die zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer Gammakamera- Plattenanordnung verlängerter Lebensdauer,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels vorliegender Erfindung, die entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 aufgenommen ist,

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht der rechten Seite von Fig. 2,

Fig. 4 eine Teilansicht des Bodenbereichs gemäß Fig. 2, in der zusätzliche Elemente gezeigt sind, die in einer umfassenderen Anordnung enthalten sein können, und

Fig. 5 eine Verlängerung des Bodenabschnitts gemäß Fig. 2, wobei ein anderes Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung veranschaulicht ist.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel detailliert beschrieben.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine kreisförmige Gammakamera-Plattenanordnung, die aus einem äußeren Ring 12 mit einem Innendurchmesser von ungefähr 18 Zoll (ca. 449 mm) und einem Außendurchmesser von ungefähr 21 Zoll (ca. 535 mm) besteht. Andere Formen der Plattenanordnung, beispielsweise quadratische, rechteckförmige usw., können abhängig von den Benutzerwünschen verwendet werden. Derzeit wird die kreisförmige Plattenkonfiguration von vielen Gammakamera-Plattenherstellern wegen ihrer relativ größeren Lebensdauererwartung, verglichen mit derjenigen von quadratischen oder rechteckförmigen Gammakameraplatten, verwendet.

Bezugnehmend auf Fig. 2 besteht der Ring aus einer Vorderfläche oder Vorderseite, an der eine optisch transparente Platte 14 angebracht wird, und einer Rückseite, die durch eine externe Abdeckung 16, die das Röntgenstrahlenfenster bildet, abgedeckt wird. Ein ringförmiger Ring 18 ist in die Vorderseite bzw. vordere Oberfläche des äußeren Rings 12 eingeschnitten. Dieser ringförmige Ring ist bis zu einer Tiefe, die ungefähr gleich groß ist wie Tiefe einer Montageschulter 19 für die am äußeren Ring zu befestigende transparente Platte 14, eingebracht. Die Montageschulter 19 ist geringfügig tiefer als die Dicke der transparenten Platte, so daß die transparente Platte im wesentlichen fluchtend oder geringfügig zurückgesetzt bezüglich der Vorderseite des äußeren Rings sitzt, wenn der Zusammenbau vollständig abgeschlossen ist. Der ringförmige Ring 18 ist nahe der transparenten Platte so eingeschnitten, daß ein Streifen bzw. Lappen 20 verbleibt. Der Zweck des Streifens bzw. Lappens 20 besteht in der Bereitstellung einer thermischen Entlastung für den äußeren Ring und die transparente Platte während des Zusammenbaus und während des Betriebs der Szintillationskamera.

Die ringförmige, optisch transparente Platte 14 besteht vorzugsweise aus Pyrex-Glas und hat einen ungefähren Durchmesser von einem halben Zoll (ca. 12,7 mm) und einen äußeren Durchmesser, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des äußeren Rings 12, gemessen gerade innerhalb des Streifens 20, ist. Die Pyrex-Platte wird dann innerhalb des Außenrings 12 angeordnet und anfänglich laser-verschweißt oder verlötet, wobei eine aus einer Indium-Zinn-Legierung oder einer anderen geeigneten Mischung bestehende Fritte verwendet wird, die in Form einer Paste oder eines Bands 22 entsprechend den durch den Frittenhersteller gelieferten Instruktionen aufgebracht wird. Der Durchmesser der Pyrex- Glasplatte 14 ist durch die Löt- oder Schweiß-Anforderungen und den Platz bestimmt, der für die Indium-Zinn-Legierung- Fritte zur Herstellung einer effektiven Abdichtung zwischen der transparenten Platte 14 und dem äußeren Ring 12 erforderlich ist. Für diesen Zweck sind eine durch Indium Corporation of America hergestellte Indium-Zinn-Legierung, "INDALLOY" No. 2 oder Indium-Zinn, "INDALLOY" No. 1E akzeptabel. Verschiedene Techniken sind zur Bildung einer Abdichtung zwischen Metall und Glas bekannt und sind sämtlich bis zu gewissem Ausmaß, abhängig von den Eigenschaften der Abdichttechnik, einsetzbar. Eine Vorbeschichtung der Pyrex-Glasplatte mit Platin führt ebenfalls zu einer überlegenen Abdichtung, die einfacher zu bilden ist.

Eine ähnliche Rille 42 ist in die Rückseite des äußeren Rings eingeschnitten. Die Tiefe der Rille oder Rinne 42 ist geringfügig größer als die Dicke der Deckplatte 16. Der Zweck dieser Rille besteht in der Ermöglichung der Wegführung überschüssigen Lots, überschüssiger Fritte usw. von der Szintillationsplatte. Ein flacher Bereich 41 ist zwischen einem Flansch bzw. Vorsprung 40 und der Rille 42 angeordnet. Dieser flache Bereich stellt eine Region zum Anlöten oder Anschweißen der Deckplatte 16 an den Außenring 12 bereit. Wenn die Anordnung vervollständigt ist, sollte die Deckplatte nahezu mit dem äußeren Ring fluchten.

Der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendete äußere Ring bzw. Außenring 12 ist aus rostfreiem Stahl (SS-304 oder SS-316) gefertigt, kann aber auch aus Aluminium oder anderem geeigneten Metall, Keramik oder anderem geeignetem Material hergestellt sein. Auch wenn eine Indium- Zinn-Legierung bevorzugt ist, können kleine Mengen von Antimon (1% bis 8%) zugesetzt sein, um eine optimale Metall- Glas-Abdichtung herzustellen. Die exakte Menge an Antimon hängt von dem jeweiligen rostfreien Stahl und dem verwendeten Pyrex-Glas ab.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der Flansch oder Rahmen eine Dicke von ungefähr 0,937 Zoll (ca. 24,6 mm) und eine radiale Ausdehnung von ungefähr 1,695 Zoll (ca. 42,4 mm). Die thermische Isolation besteht aus dem Streifen oder Lappen 20 für die transparente Platte 14. Der Ring stellt eine thermische Isolation während des Schweißens oder Lötens dar. Eine Gummifüllung 28, die aus einem Silizium-Siegelmaterial oder RTV besteht, wird in die Aussparung 18, die dem Streifen oder Lappen 20 direkt benachbart ist, eingebracht. Eine Gummifüllung 32 wird auch in die Ausnehmung 42 auf der Rückseite des Rings nahe dem Lappen oder Vorsprung 40 eingebracht. Dieselbe Art von Gummifüllung bzw. Kautschuk-Füllmaterial wird auf beiden Seiten verwendet.

Anschließend wird ein optischer Koppler 50 mit einem Brechungsindex nahe dem der transparenten Platte, hier ungefähr 1,5, auf die Innenseite der Pyrex-Glasplatte aufgebracht. Es ist wünschenswert, das gesamte im Szintillationskristall erzeugte Licht durch Medien hindurchzuleiten, die denselben Brechungsindex haben. Dies verhindert eine Verzerrung bzw. Beeinflussung der Lichtstrahlen insbesondere an den Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Materialarten. Zu diesem Zweck wird ein klares Silizium-Dichtmittel mit einem Brechungsindex zwischen 1,42 und 1,58 in flüssiger Form auf die Innenseite der transparenten Pyrex-Platte aufgebracht. Eine Dicke von 1 bis 2µm ist ausreichend. Der Szintillationskristall 24 wird dann auf den optischen Koppler aufgebracht und es wird das Aushärten des optischen Kopplers ermöglicht. Es ist wichtig, daß keine Blasen oder andere Lufttaschen zwischen der transparenten Platte 14 und dem Szintillationskristall 24 vorhanden sind. Eine Vielzahl von Materialien ist für die Verwendung als optische Koppler akzeptabel. Derzeit wurde Dow Corning Q2-3067 als ein akzeptabler optischer Koppler gefunden. Dow Corning Q2-3067 besitzt einen Brechungsindex von 1,46 bei einer Wellenlänge von 589 nm und benötigt ungefähr 24 Stunden zur Härtung.

An diesem Punkt ist es wünschenswert, eine Beschichtung auf die oberseitige Fläche des Szintillationskristalls 24 auf zubringen, die das durch den Szintillationskristall erzeugte Licht reflektiert, aber die einfallende Strahlung nicht ablenkt oder nicht in anderer Weise mit dieser in Wechselwirkung tritt. Eine dünne Schicht aus Aluminiumoxid (Al2O3) oder Magnesiumoxid (MgO) wird auf eine Seite eines nachgiebigen bzw. federnden Materials wie etwa Schaumgummi 30 aufgebracht. Die Schicht aus Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid sollte eine Oberfläche des Schaumgummis 30 vollständig abdecken und nahezu gleichmäßig sein. Diese reflektierende Oberfläche 26 wird dann auf der Oberseite des Szintillationskristalls 24 angeordnet. Eine externe Abdeckung 16, die aus einer 0,050 Zoll (ca. 1,27 mm) dicken Aluminiumplatte besteht, wird dann auf die Oberseite des Schaumgummis aufgebracht bzw. angeordnet. Die externe Aluminiumabdeckung (das Röntgenstrahlenfenster) wird dann an den Flansch 40 angelötet oder angeschweißt. Der Schaumgummi 30 ruht bzw. liegt an der Innenoberfläche der externen Abdeckung an.

Der Schaumgummi hilft bei der Abfederung bzw. Dämpfung der Kameraplatte während des Transports und des Einbaus.

Zwischen dem Szintillationskristall und der reflektierenden Oberfläche ist kein optischer Koppler erforderlich, kann aber ohne Schwierigkeiten eingesetzt bzw. angebracht werden.

Die äußere Abdeckung 16 wird unter Verwendung einer Fritte 46, die aus Indium-Zinn oder einer anderen geeigneten Mischung oder Masse besteht, gelötet oder geschweißt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die dünnste äußerer Abdeckung 16 und das dünnste Pyrex-Glas 14 eingesetzt, um erhöhte Empfindlichkeit und Auflösung zu erzielen.

Bei dieser Vorrichtung ist die Notwendigkeit von Epoxidharz oder dergleichen zur Abdichtung des Szintillationskristalls 24 innerhalb des Montagerings 12 beseitigt. Die beschriebenen Löt- oder Laserschweiß-Verbindungen stellen eine hermetische Abdichtung des Szintillationskristalls bereit und verschlechtern sich nicht, wenn sie hohen Temperaturen, Temperaturwechseln, Strahlung oder Feuchtigkeit ausgesetzt werden.

Epoxidharz-Abdichttechniken waren bei den früheren Verfahren aufgrund der unterschiedlichen Folge der von den Herstellern während des Plattenzusammenbaus eingesetzten Schritten erforderlich. Insbesondere war die Glas-zu-Metall-Abdichtung der letzte Schritt, wobei bei diesem Punkt keine Hitze oder Wärme eingesetzt werden konnte. Daher basierte das einzig verfügbare Dichtmaterial auf Epoxidharzbasis.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung gezeigt, bei dem die Glasplatte 18 über einen optischen Koppler 58 mit einer Plexiglas-Lichtröhre oder -Lichtführung 60 (light pipe) optisch gekoppelt ist. Die Plexiglas-Lichtröhre oder Lichtführung ist, wie gezeigt, mit einer Reihe von U-förmigen Einkerbungen mit einer zusammenpassenden bzw. gepaarten Oberflächenbeschaffenheit bzw. -güte 62 zur Vermeidung von Übersprechen (zur optischen Isolation der Inseln) und einer Reihe von dazwischenliegenden Inseln 64 versehen. Die Inseln sind für die Aufnahme einer Mehrzahl von Photodetektoren 66 angeordnet. Die Konfiguration und Abmessungen der U-förmigen Einkerbungen und der Inseln sind im allgemeinen entsprechend den Kundenspezifikationen und den Dimensionen der gewählten Photodetektoren vorbereitet bzw. hergestellt. Das auf den Photodetektor auffallende Lichtsignal erzeugt ein elektrisches Signal für die weitere Bildverarbeitung.

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die optische Kopplerplatte 58 gemäß Fig. 4 entfallen ist. Die Dicke der transparenten Platte 18 ist verringert, was zu verringertem Lichtverlust und verringerter Beugung führt. Dies ergibt eine entsprechend erhöhte Bildempfindlichkeit der Gammakamera-Plattenanordnung. Die Plexyglas- Lichtröhre bzw. Lichtführung 60 gemäß Fig. 4 kann direkt mit der transparenten Platte 14 durch Ausbildung oder Einschneiden von Einkerbungen 72 in die transparente Platte entsprechend den Kundenspezifikationen gekoppelt sein, um zu ermöglichen, daß die Photodetektoren 66 direkt an der transparenten Einrichtung oder Platte befestigt werden können.

Es gibt zahlreiche Abweichungen von bevorzugten Ausführungsbeispiel, die vom Fachmann unter Einhaltung der Lehre dieser Erfindung realisiert werden können. Die reflektierende Beschichtung kann direkt auf den Szintillationskristall aufgebracht werden. Dies kann durch Aufsprühen oder durch ein Aufdampfverfahren erfolgen. Szintillationskristalle mit Lichtaussendung mit unterschiedlichen Wellenlängen können eingesetzt werden. Bei bestimmten gewählten Wellenlängen kann Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid transparent sein oder können ineffiziente Reflektoren sein oder für signifikant unterschiedliche Wellenlängen. Die Pyrex-Glasplatte kann auch für die bestimmte gewählte Lichtwellenlänge opak sein. Metall-Inertgas-(MIG = Metal Inert Gas) oder Wolfram- Inertgas-(TIG = Tungsten Inert Gas) -Schweißen kann eingesetzt werden. Es können effizientere optische Koppler eingesetzt werden. Es kann effizienteres optisches Koppelmaterial verwendet werden. Dieses optische Koppelmaterial kann den Szintillationskristall vollständig umgeben und einkapseln, insbesondere, wenn eine Seite des Szintillationskristalls eine darauf plazierte reflektierende Beschichtung besitzt. Dies kann die Notwendigkeit für das federnde Kissen, das zwischen dem Szintillationskristall und der Abdeckplatte eingefügt ist, beseitigen. Andere Verbesserungen und Modifikationen können durchgeführt werden, die die Auflösung und Empfindlichkeit der Kameraplattenanordnung durch Einsatz dünnerer Materialien und/oder durch Positionierung der Photodetektoreinrichtung näher am Szintillationskristall und durch nähere Anordnung des Szintillationskristalls bei der Strahlungsquelle verbessern.

Die Form und Abmessungen der äußeren Ringe einschließlich der Schweißoberflächen und Wärme/Beanspruchungs-Entlastungs- Punkte können variiert werden, ebenso wie die Dicke und Größe der transparenten Platte, des Szintillationskristalls der Abdeckplatte, und ebenso wie das Verfahren für die Glaszu-Metall-Abdichtung und deren Zusammensetzung, und die Abdeckplatten-Abdichtung, ohne daß der Rahmen vorliegender Erfindung verlassen wird. Weiterhin können die Größe, Form, Dichtmethode, das verwendete Dichtmaterial, das optische Koppelmaterial, das zur Herstellung des äußeren Rings, der Abdeckplatte, des Szintillationskristalls, des federnen Kissens, der reflektierenden Oberfläche oder der Pyrex- Glasplatte eingesetzte Material variiert werden und von den zuvor angegebenen Dimensionen und Materialien abweichen, wobei sie im Rahmen der Prinzipien und Lehren der vorliegenden Erfindung bleiben.

Zusätzlich sind die Lehren vorliegender Erfindung auch bei als Nukleardetektoren eingesetzten Natriumjodid- und Cäsiumjodid-Kristallen mit einem Formfaktor von 1 bis 3 Zoll (ca. 25,4 bis 76,2 mm) im Durchmesser und 1 bis 3 Zoll (ca. 25,4 bis 76,2 mm) in der Länge, auf Ölquellen- Bohranwendungen, bei denen der Formfaktor 2 bis 3 Zoll (ca. 50,8 bis 76,2 mm) im Durchmesser und 9 bis 12 Zoll (ca. 229,6 bis 304,8 mm) in der Länge ist, sowie bei Flughafen- Sicherheits-Röntgenstrahlsystemen (Würfel mit 4 Zoll (ca. 101,6 mm)) und zahlreichen anderen Anwendungen anwendbar.

Vorstehend wurde ein neuartiges Gerät und ein neuartiges Verfahren zum Einhausen bzw. Einfassen eines Szintillationskristalls innerhalb einer Gammakamera-Plattenanordnung, derart, daß die Gammakamera-Plattenanordnung hermetisch versiegelt ist und der Szintillationskristall keiner Feuchtigkeit oder der äußeren Umgebung ausgesetzt wird, in Übereinstimmung mit den Prinzipien der zuvor erläuterten Erfindung beschrieben. Der Fachmann kann zahlreiche Einsatzmöglichkeiten des und Abweichungen von dem vorstehend beschriebenen Verfahren und Gerät durchführen, ohne vom Gehalt und Rahmen der Erfindung abzuweichen. Somit kann beispielsweise, ohne aber beschränkend zu sein, die Vorrichtung zur Versiegelung von Szintillationskristallen innerhalb von Gammakamera-Plattenanordnungen unter Einsatz von Mischungen oder Massen oder Materialien zusätzlich zu den hier beschriebenen eingesetzt werden.

Es wird somit eine Szintillationskamera-Plattenanordnung mit verlängerter Lebensdauer und ein Verfahren zur Herstellung desselben beschrieben. Die Plattenanordnung umfaßt einen Körper mit einer Mehrzahl von szintillierenden Elementen zum Empfangen der einfallenden Strahlung und zur Erzeugung von Licht, eine Mehrzahl von lichtleitenden Elementen, die mit den szintillierenden Elementen gekoppelt sind und zum Aufnehmen und Führen des Lichts dienen, und einen Rahmen, der um den Körper herum mit Hilfe von Lot- oder Laserschweiß- Verbindungen abgedichtet ist, wodurch die Notwendigkeit von Epoxidharz-Abdichttechniken, die temperatur- und feuchtigkeitsinstabil sind, beseitigt wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Szintillationskamera-Plattenanordnung mit,

    einem äußeren Ring (12) mit Vorder- und Rückseite,

    einem ringförmigen Ring oder einer ringförmigen Rille bzw. Rinne (18), die in die Vorderseite des äußeren Rings (12) eingeschnitten ist, um einen thermischen Entlastungsstreifen (20) zu bilden,

    einer transparenten Platte (14), die in den äußeren Ring (12) eingepaßt und an dessen vorderer Fläche nahe dem thermischen Entlastungsstreifen (20) angeordnet ist und eine in dieselbe Richtung wie die Vorderseite des äußeren Rings weisende äußere Oberfläche und eine gegenüberliegende innere Oberfläche besitzt,

    einer Fritte (22), die zwischen den äußeren Ring und die transparente Platte eingebracht und zum Anschweißen oder Anlöten der transparenten Platte an den äußeren Ring erhitzt ist,

    einem Szintillationskristall (24), der bei Beaufschlagung durch Strahlung Licht aussendet und an der inneren Oberfläche der transparenten Platte (14) angeordnet ist, einem ringförmigen Ring oder einer ringförmigen Rille bzw. Rinne (42), die in die Rückseite des äußeren Rings zur Bildung eines thermischen Entlastungsrings eingeschnitten ist,

    einer in Richtung zur Rückseite des äußeren Rings angeordneten Abdeckplatte (16) und

    einer Fritte (46), die zwischen den äußeren Ring (12) und die Abdeckplatte (16) eingebracht und zum Anschweißen oder Anlöten der Abdeckplatte am äußeren Ring erhitzt ist.
  2. 2. Szintillationskamera-Plattenanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen optischen Koppler (58), der einen nahe bei dem Brechungsindex der transparenten Platte liegenden Brechungsindex besitzt, an der inneren Oberfläche der transparenten Platte aufgebracht bzw. angeordnet ist und zwischen der transparenten Platte (12) und dem Szintillationskristall (24) positioniert ist.
  3. 3. Szintillationskamera-Plattenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus reflektierendem Material zwischen dem Szintillationskristall (24) und der Abdeckplatte (16) benachbart zum Szintillationskristall angeordnet ist, wobei das reflektierende Material im wesentlichen transparent gegenüber auftreffender Strahlung und im wesentlichen reflektierend bei der Wellenlänge des vom Szintillationskristall (24) bei Beaufschlagung durch Strahlung ausgesendeten Lichts ist.
  4. 4. Szintillationskamera-Plattenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierende Material Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid ist.
  5. 5. Szintillationskamera-Plattenanordnung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine nachgebige bzw. federnde Kisseneinrichtung oder Dämpfungseinrichtung (30), auf die das reflektierende Material aufgebracht ist.
  6. 6. Szintillationskamera-Plattenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fritte aus einer Indium-Zinn Mischung besteht.
  7. 7. Szintillationskamera-Plattenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Antimon in einer kleinen Menge zur Indium-Zinn-Fritte zugesetzt ist, um eine Fritte zu erzielen, die 12% oder weniger Antimon enthält, wobei der Rest ungefähr 50-50 Indium und Zinn ist.
  8. 8. Verfahren zum hermetischen Abdichten von Szintillationsdetektoren in einer Gammaplattenanordnung, mit den Schritten:

    Bilden eines äußeren Rings mit Vorder- und Rückfläche, Schweißen oder Löten einer transparenten Platte an die Vorderseite des äußeren Rings,

    Anordnen eines Szintillationskristalls gegen die inneren Oberfläche der transparenten Platte,

    Sichern des Szintillationskristalls in seiner Position, um ein Zerbrechen bzw. eine Rißbildung oder eine Beschädigung aufgrund einer Bewegung zu verhindern, und

    Schweißen oder Löten einer Abdeckplatte an den Rücken des äußeren Rings, wodurch der Szintillationskristall mit einem Gehäuse umgeben wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt:

    Einschneiden eines ringförmigen Rings in die Oberfläche des äußeren Rings zur Bildung von Beanspruchungs- und Wärmeentlastungsstreifen, an den bzw. die die transparente Platte und/oder die Abdeckplatte anschweißbar oder anlötbar sind.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt:

    Beschichten der inneren Oberfläche der transparenten Platte mit einem optischen Koppler und Anordnen des Szintillationskristalles auf der freiliegenden Oberfläche des optischen Kopplers derart, daß der optische Koppler sandwichartig zwischen der Szintillationskristalloberfläche, mit der er in enger Berührung steht, und der inneren Oberfläche der transparenten Platte angeordnet ist.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt:

    Vorbereiten der transparenten Platte für das Schweißen durch den zusätzlichen Schritt des Aufbringens von Platin oder anderem geeignetem Material auf die transparente Platte zur Unterstützung des nachfolgenden Schweiß- oder Lötvorgangs.
  12. 12. Szintillationskamera-Plattenanordnung mit verlängerter Lebensdauer, mit

    einem Körper und einem um den Körper herum abgedichteten Rahmen,

    einer Strahlungsverarbeitungseinrichtung (24), die im Körper zur Umwandlung der auftreffenden Strahlung in Licht angeordnet ist, und

    einer im Körper angeordneten lichtleitenden Einrichtung (18), die an dem Rahmen abdichtend angebracht und mit der Strahlungsverarbeitungseinrichtung zum Empfangen und Führen des Lichts gekoppelt ist.
  13. 13. Szintillationskamera-Plattenanordnung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine reflektierende Einrichtung, die benachbart zur Strahlungsverarbeitungseinrichtung für die Reflektion des durch die Strahlungsverarbeitungseinrichtung erzeugten Lichts angeordnet ist, wodurch die Lichtabgabe optimiert ist.
  14. 14. Szintillationskamera-Plattenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Einrichtung aus einer Schicht aus Magnesiumoxid oder Aluminiumoxid besteht.
  15. 15. Szintillationskamera-Plattenanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch eine optische Koppeleinrichtung (58) zur Kopplung der Verarbeitungseinrichtung (24) mit der lichtleitenden Einrichtung, wobei die optische Koppeleinrichtung eine Mischung oder Masse aufweist, deren Brechungsindex nahe beim Brechungsindex der Lichtführungseinrichtung liegt.
  16. 16. Szintillationskamera-Plattenanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtmittel eine geschweißte oder gelötete Verbindung aufweist.
  17. 17. Szintillationskamera-Plattenanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Abdichtmittel weiterhin eine aus Indium-Zinn hergestellte Fritte umfaßt, die mit dem Rahmen und dem Körper verschweißt oder verlötet ist.
  18. 18. Szintillationskamera-Plattenanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtleitende Einrichtung eine Glasplatte, die am Rahmen abdichtend angebracht und optisch mit der Strahlungsverarbeitungseinrichtung gekoppelt ist, und eine optisch mit der Glasplatte gekoppelte Lichtröhre (oder Lichtkanal) umfaßt.
  19. 19. Szintillationskamera-Plattenanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, gekennzeichnet durch eine optische Koppeleinrichtung zur Kopplung der Glasplatte mit dem Szintillator und der Lichtröhre bzw. des Lichtkanals mit der Glasplatte.
  20. 20. Szintillationskamera-Plattenanordnung mit einem äußeren metallischen Ring (12) mit Vorder- und Rückseite,

    einer in den äußeren Ring eingepaßten transparenten Platte (14), die auf der Frontfläche des äußeren Rings angeordnet ist und eine äußere Oberfläche, die in dieselbe Richtung wie die Frontfläche gerichtet ist, sowie eine gegenüberliegende innere Oberfläche aufweist, einer direkten metallischen Verbindung (bond) zwischen dem äußeren Ring und der transparenten Platte,

    einem Szintillationskristall (24), der bei Beaufschlagung durch Strahlung Licht aussendet und an der inneren Oberfläche der transparenten Platte angeordnet ist,

    einer in Richtung zum Rücken des äußeren Rings oder an dessen Rückseite angeordneten Abdeckplatte (16), und

    einer direkten metallischen Verbindung (bond) zwischen dem äußeren Ring und der Abdeckplatte.






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