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Dokumentenidentifikation DE102004049917A1 20.04.2006
Titel Röntgendetektoreinrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Röntgendetektoreinrichtung
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Hilderscheid, Thomas, 90518 Altdorf, DE;
Haar, Thomas von der, Dr., 90482 Nürnberg, DE
DE-Anmeldedatum 13.10.2004
DE-Aktenzeichen 102004049917
Offenlegungstag 20.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.04.2006
IPC-Hauptklasse G01T 1/29(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
Zusammenfassung Um eine einfache Montage eines Röntgendetektors (2), bestehend aus matrixförmig angeordneten Detektormodulen (4), sowie deren genaue Ausrichtung zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass in einer Reihe angeordnete Detektormodule (4) zunächst zu einem Riegel (10) zusammengefasst werden und dass anschließend mehrere derartige Riegel (10) nebeneinander zur Ausbildung des Röntgendetektors (2) an einer Detektortragmechanik (6) befestigt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Röntgendetektoreinrichtung mit einem Kollimator sowie mit einer Mehrzahl von matrixartig angeordneten Detektorelementen, die in Zeilen und Spalten anhand des Strahlenrasters ausgerichtet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Röntgendetektoreinrichtung.

Eine derartige Röntgendetektoreinrichtung ist beispielsweise aus der DE 202 20 461 U1 zu entnehmen. Sie wird insbesondere im medizinischen Bereich für bildgebende Verfahren eingesetzt. In der medizinischen Diagnostik werden zunehmend flächige Festkörperdetektoren verwendet. Diese Detektoren umfassen einen Röntgenkonverter, welcher die auf ihn auftreffenden Röntgenstrahlen entweder direkt in elektrische Ladungen oder in Photonen umwandelt, welche von Elektroden bzw. Photodioden erfasst und ausgewertet werden.

Zur Ausbildung möglichst großflächiger Detektoren werden als Detektorelemente so genannte Module verwendet, die wiederum aus einer Vielzahl von matrixförmig angeordneten einzelnen Detektorpixeln aufgebaut sind, wobei jedes einzelne Pixel einen Bildpunkt liefert. Derartige Röntgenmodule werden beispielsweise in der DE 103 07 752 A1 oder auch in der DE 101 16 222 A1 beschrieben. Die Detektormodule werden an einer Detektortragmechanik zur Ausbildung des flächigen Detektors befestigt. Die eingebauten Detektormodule bilden hierbei üblicherweise ein Teilstück einer gebogenen Zylindermantelfläche aus, die die Detektorfläche definiert.

Zur Bilderzeugung bei den medizinischen bildgebenden Verfahren ist es für die Erzeugung von möglichst hochwertigen Bildern notwendig, die beim Durchstrahlen eines Objekts, also eines Patienten, auftretende Streustrahlung zu eliminieren und nur die Primärstrahlen für die Bilderzeugung auszuwerten. Dem Festkörperdetektor und den einzelnen Detektormodulen sind daher so genannte Streustrahlenraster oder Kollimatoren vorgesetzt. Diese sind im Wesentlichen aus planparallel zueinander und in Richtung zum Fokus der Röntgenquelle orientierten Schächten gebildet, deren Seitenwände eine sehr hohe Röntgenabsorption aufweisen. Aufgrund der endlichen Breite dieser plattenartigen Seitenwände und deren Anordnung vor dem Flächendetektor sind gewisse Totbereiche ausgebildet, auf denen keine Röntgenstrahlung auf den Flächendetektor auftrifft.

Um Bildartefakte aufgrund dieser Totzonen zu vermeiden, sind auf dem Flächendetektor nicht sensitive Zwischenbereiche vorgesehen, die unterhalb der Totzonen oder Schattenbereiche angeordnet sind. Diese Zwischenbereiche müssen notwendigerweise zu den einzelnen durch den Kollimator bedingten Totbereichen ausgerichtet sein. Bei einer mangelhaften Ausrichtung wäre beispielsweise ein solcher Totbereich teilweise vor einer röntgensensitiven Fläche des Detektors angeordnet. Dies würde jedoch dazu führen, dass bei einer geringfügigen Bewegung (Wackeln) der Röntgenquelle und der damit einhergehenden unterschiedlichen Strahlungsrichtung der durch den Kollimator geworfene Schatten auf der sensitiven Fläche wandern würde. Daher würde allein durch das "Wackeln" der Röntgenquelle eine Intensitätsschwankung erfasst werden, die zu einer falschen Bildauswertung führen würde. Eine hochpräzise Anordnung der einzelnen Detektormodule ist daher unerlässlich. Diese hochpräzise Ausrichtung ist jedoch mit zunehmend größer werdenden Flächendetektoren zunehmend schwieriger.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgendetek- toreinrichtung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu ermöglichen, bei denen eine hochgenaue Ausrichtung der einzelnen Detektorelemente in einfacher Weise erzielt werden kann.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Röntgendetektoreinrichtung mit einem Kollimator sowie mit einer Mehrzahl von matrixartig angeordneten, insbesondere modulartigen Detektorelementen, die in Zeilen und Spalten anhand des Kollimators ausgerichtet sind. Die Detektorelemente einer Spalte bilden hierbei einen Riegel aus und sind an einem gemeinsamen Trägerelement fixiert und ausgerichtet. Die einzelnen Riegel wiederum sind an einer Detektortragmechanik befestigt.

Bei dieser Ausgestaltung wird daher zweistufig vorgegangen, um eine hochgenaue Ausrichtung zu erzielen. Und zwar werden zunächst die Detektorelemente einer Spalte in einer Reihe ausgerichtet und zur Ausbildung des Riegels auf dem Trägerelement zusammengefasst. Im zweiten Schritt werden dann die einzelnen Riegel ausgerichtet und an der Detektortragmechanik befestigt. Es ist daher nicht mehr erforderlich, jedes einzelne Detektormodul direkt an der Detektortragmechanik zu befestigen. Insbesondere bei einem großflächigen Detektor und einer matrixartigen Anordnung von Detektormodulen lassen sich nämlich die insbesondere in der Mitte angeordneten Detektormodule nur noch schwer genau ausrichten und bezüglich der Detektortragmechanik befestigen. Das Problem der hochgenauen Ausrichtung wird daher aufgrund der Zusammenfassung der Detektorelemente zu einem Riegel in eine Vorfertigungsstufe vorverlegt, bei der bevorzugt mit einer speziellen Justagevorrichtung die Ausrichtung und Fixierung vorgenommen wird. Aufgrund der Zusammenfassung der in einer Reihe angeordneten Detektorelemente zu einem Riegel lassen sich diese gemeinsam in vergleichsweise einfacher Art und Weise an der Detektortragmechanik ausgerichtet anordnen.

Gemäß einer zweckdienlichen Ausgestaltung sind hierbei die Detektorelemente an das Trägerelement geklebt. Alternativ sind am Trägerelement Halteelemente oder auch Anschlagelemente befestigt, an denen die einzelnen Detektorelemente ausgerichtet und befestigt sind.

Im Hinblick auf eine exakte Ausrichtung des Kollimators bezüglich der einzelnen Detektorelemente ist in einer zweckdienlichen Ausgestaltung ein jeweiliger Riegel mit einem Kollimatorelement verbunden und gemeinsam mit diesem an der Detektortragmechanik befestigt. Das Kollimatorelement und der Riegel mit den mehreren in einer Reihe angeordneten Detektorelementen bilden daher eine Baueinheit. Das Kollimatorelement ist bereits vor der Befestigung in der Detektortragmechanik relativ zu den Detektorelementen ausgerichtet.

In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist bereits ein jeweiliges Detektorelement mit einem Kollimatorelement verbunden und wird gemeinsam mit diesem auf dem Trägerelement ausgerichtet. In dieser alternativen Ausführungsform sind daher einzelne kleinere Baueinheiten oder Module vorgesehen, die ein Detektormodul mit davor angeordnetem Kollimatorelement umfassen. Diese Baueinheiten sind auf dem Trägerelement zur Ausbildung des Riegels zusammengefasst.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Röntgendetektoreinrichtung gemäß Patentanspruch 6. Danach ist vorgesehen, dass zunächst die Detektorelemente einer Spalte aneinandergereiht ausgerichtet und in der ausgerichteten Position an einem Trägerelement fixiert werden. Anschließend werden die Trägerelemente an einer Detektortragmechanik befestigt. Hierzu werden sie zweckdienlicherweise zueinander ausgerichtet und dann in der ausgerichteten Position befestigt.

Die im Hinblick auf die Röntgendetektoreinrichtung angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren anzuwenden.

Durch dieses zweistufige Verfahren wird das Problem der zweidimensionalen Ausrichtung und Befestigung bei einem Flächendetektor mit einer matrixartigen Anordnung von Detektorelementen auf das Problem der Ausrichtung in nur einer Dimension reduziert. Zudem ist von Vorteil, dass die einzelnen Detektorelemente innerhalb eines Riegels nicht durch spezielle Konstruktionselemente positioniert werden müssen. Beim herkömmlichen Vorgehen sind nämlich für jedes einzelne Detektorelement genau ausgerichtete Konstruktionselemente an der Detektortragmechanik notwendig, anhand derer die einzelnen Detektorelemente ausgerichtet und gegebenenfalls befestigt werden.

Die Ausrichtung und Fixierung der Detektorelemente zur Ausbildung des Riegels wird bevorzugt in einer separaten Justagevorrichtung vorgenommen. Die Ausrichtung erfolgt hierbei insbesondere optisch oder auch mechanisch an vorgegebenen Ausrichtungspunkten oder Linien. Eine derartige Justagevorrichtung erlaubt eine sehr genaue Ausrichtung der einzelnen Detektorelemente und lässt sich für die Herstellung von mehreren Röntgendetektoren benutzen.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen und stark vereinfachten Darstellungen:

1 einen ein Teilstück einer Zylindermantelfläche bildenden flächigen Festkörper-Röntgendetektor in einer Detektortragmechanik mit mehreren nebeneinander angeordneten Riegeln, die jeweils aus mehreren Detektormodulen bestehen,

2 eine Seitenansicht eines derartigen Riegels mit vier Detektormodulen, die jeweils mit einem Kollimatorelement versehen sind,

3 eine Aufsicht auf einen Riegel mit drei Detektormodulen und

4 eine Aufsicht auf ein für den Riegel gemäß 3 vorgesehenes Kollimatorelement.

In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Der in der 1 dargestellte Röntgendetektor 2 ist als ein flächiger Festkörperdetektor ausgebildet. Er ist aus einer Vielzahl von einzelnen, matrixartig angeordneten Detektorelementen gebildet, die als Detektormodule 4 bezeichnet werden. Die einzelnen Detektormodule 4 sind hierbei in Zeilen und Spalten angeordnet. Die Detektormodule 4 werden insgesamt in einer Detektortragmechanik 6 gehalten. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist jedem einzelnen der Detektormodule 4 ein jeweiliges Kollimatorelement 8A zugeordnet, welches mit dem jeweiligen Detektormodul 4 verbunden ist und mit diesem eine Baueinheit bildet. Das Kollimatorelement 8A ist bezüglich einer hier nicht dargestellten Röntgenquelle vor dem Detektormodul 4 angeordnet.

Ein derartiger Röntgendetektor 2 wird insbesondere zur medizinischen Diagnose und Untersuchung eingesetzt. Hierzu wird ein zu untersuchender Patient zwischen dem Fokus der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor 2 mit dem zu bestrahlenden Körperteil gebracht. Die den Patienten durchdringenden Strahlen werden vom Röntgendetektor 2 erfasst und mit Hilfe geeigneter, hier nicht näher dargestellter Auswertegeräte ausgewertet und in Bildinformationen umgewandelt. Zur Auswertung werden hierbei Intensitätsveränderungen beim Durchstrahlen des Patienten herangezogen. Die für die Bilderzeugung notwendigen Informationen werden aus den Primärstrahlen, also den nicht abgelenkten Röntgenstrahlen, ermittelt. Zur Erzeugung qualitativ hochwertiger Bilder ist es daher erforderlich, Streustrahlen zu eliminieren.

Hierzu ist dem Röntgendetektor 2 ein Kollimator vorgelagert, welcher auch als Streustrahlenraster bezeichnet wird. Dieser Kollimator setzt sich im Ausführungsbeispiel der 1 aus der Vielzahl der einzelnen Kollimatorelemente 8A zusammen. Der Kollimator und auch die einzelnen Kollimatorelemente 8A weisen Seitenwände 9 auf, die zum Fokus der Röntgenquelle hin und damit in der Regel nahezu parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Seitenwände 9 bestehen aus einem für Röntgenstrahlen stark absorbierenden Material. Durch diese Seitenwände 9 werden die nicht vom Fokus der Röntgenstrahlenquelle herkommenden Streustrahlen absorbiert. Durch die Seitenwände 9 werden daher Teilbereiche der Fläche des Röntgendetektors 2, so genannte Totzonen, nicht bestrahlt. Zur Vermeidung von Bildartefakten ist es notwendig, dass der Röntgendetektor 2 nicht sensitive Bereiche aufweist, welche diese Totzonen ausreichend überdecken. Unter nicht sensitiven Bereichen werden hierbei Bereiche verstanden, die bei Auftreffen von Röntgenstrahlungsquanten kein Signal erzeugen. Es ist daher erforderlich, dass die einzelnen Detektormodule 4 und die einzelnen Kollimatorelemente 8A zueinander exakt ausgerichtet sind.

Vorliegend ist nunmehr vorgesehen, dass die in einer Spalte angeordneten Detektormodule 4 zu einem Riegel 10 zusammengefasst werden und dass die einzelnen Riegel 10 nebeneinander an der Detektortragmechanik 6 ausgerichtet und befestigt werden.

2 zeigt einen derartigen Riegel 10 in einer Seitenansicht. Wie hieraus hervorgeht, sind die einzelnen Detektormodule 4 auf einem bogenförmigen Trägerelement 12 befestigt, welches die Detektormodule 4 quasi umspannt. Weiterhin sind in der Seitendarstellung die Längsholme der Detektortragmechanik 6 zu erkennen. Jedes der einzelnen Detektormodule 4 ist mit einem eigenen Kollimatorelement 8A verbunden.

Die einzelnen Detektormodule 4 sind auf dem Trägerelement 12 insbesondere durch Kleben befestigt. Alternativ oder ergänzend können hierzu auch mechanische Anschlag- oder Halteelemente 14 am Trägerelement 12 vorgesehen sein, anhand derer die Detektormodule 4 ausgerichtet und/oder befestigt werden.

Aus den Darstellungen gemäß den 2 und 3 geht auch der prinzipielle Aufbau der einzelnen Detektormodule 4 hervor. Jedes der einzelnen Detektormodule 4, welche auch als so genannte Detektorkacheln bezeichnet werden, sind aus einer matrixartigen Anordnung von einzelnen Detektorpixelelementen 16 gebildet. Für die Konversion der auftreffenden Röntgenstrahlung in elektrische Signale sind im Ausführungsbeispiel eine Szintillatorkeramik 18 sowie ein Fotodiodenelement 20 vorgesehen. In der Szintillatorkeramik 18 wird ein auftreffendes Strahlungsquant in Photonen umgewandelt, die anschließend im Fotodiodenelement 20 ein elektrisches Signal erzeugen. Jedes der Detektorpixelelemente 16 weist üblicherweise eine nach Art eines Mosaiksteinchens ausgebildete Szintillatorkeramik sowie eine dieser zugeordnete Fotodiode auf. Jedes derartig aufgebaute Detektorpixelelement 16 bildet einen Bildpunkt. Ein einzelnes Detektorpixelelement 16 ist üblicherweise rechteckig und hat beispielsweise eine Kantenlänge von 1 bis 1,3 mm. Ein Detektormodul 4 umfasst beispielsweise eine 16 × 16-Matrix derartiger Detektorpixelelemente 16. Die Länge eines Riegels 10 entspricht der Breite des Röntgendetektors 2. Entsprechend hoch ist auch die Anzahl der einzelnen Detektormodule 4 pro Riegel 10. In einem Riegel 10 werden hierbei die einzelnen Detektormodule 4 jeweils nur einreihig angeordnet, also eindimensional aneinandergereiht.

Zum Aufbauen des Röntgendetektors 2 wird insbesondere folgendermaßen vorgegangen.

Zunächst werden mit Hilfe einer Justage- und Ausrichtvorrichtung mehrere Detektormodule 4 in einer Reihe ausgerichtet. Die Ausrichtung oder Justage erfolgt beispielsweise mit optischen Hilfsmitteln, um die genaue Lage zu kontrollieren. Die Detektormodule 4 werden insbesondere gesteuert an die vorgesehenen Positionen gebracht. Nach der Ausrichtung der einzelnen Detektormodule 4 werden diese am Tragelement 12 beispielsweise durch Kleben befestigt. Zur Befestigung werden die einzelnen Detektormodule 4 mit Hilfe des bogenförmigen Trägerelements 12 vorzugsweise umspannt. Die Detektormodule 4 liegen üblicherweise nahezu unmittelbar nebeneinander an, ohne dass zwischen ihnen ein Spalt gebildet ist. In der 2 sind lediglich zu Zwecken der Übersicht die einzelnen Detektormodule 4 voneinander beabstandet dargestellt.

Bei der Ausführungsvariante gemäß den 3 und 4 wird anschließend noch das in 4 dargestellte Kollimatorelement 8B auf die in Reihe ausgerichteten Detektormodulen 4 aufgesetzt und befestigt, so dass auch hier der Riegel 10 mit dem Kollimatorelement 8B eine Baueinheit bildet.

Der so vorgefertigte Riegel 10 wird anschließend in die Detektortragmechanik 6 eingesetzt, also ausgerichtet und an geeigneten Befestigungselementen befestigt.

Zum Aufbau des flächigen Röntgendetektors 2 brauchen daher lediglich die einzelnen Riegel 10 in eindimensionaler Richtung nebeneinander befestigt und angeordnet zu werden. Das ursprüngliche Problem der Ausrichtung und Befestigung der einzelnen Detektormodule 4 in zwei Dimensionen wird daher durch den zweistufigen Vorgang auf das Problem der Befestigung in nur einer Dimension reduziert. Hierdurch ist zum einen der Aufwand der Befestigung in der Detektortragmechanik 6 deutlich reduziert. Zudem ist durch die Vorfertigung der Riegel 10 mit Hilfe der Justagevorrichtung eine genaue Ausrichtung der einzelnen Detektormodule 4 innerhalb eines Riegels 10 problemlos ermöglicht. Mit diesem zweistufigen Vorgehen ergibt sich daher insgesamt eine Montagevereinfachung und damit auch eine Kosteneinsparung, da aufwändig gestaltete Konstruktions- und Halteelemente an der Detektortragmechanik 6 nicht notwendig sind. Zudem wird mit diesem zweistufigen Vorgehen eine sehr genaue Positionierung der einzelnen Detektormodule 4 erreicht. Lediglich für die Justagevorrichtung fallen einmalig zusätzliche Kosten an.


Anspruch[de]
  1. Röntgendetektoreinrichtung mit einem Kollimator (8A, 8B) sowie mit einer Mehrzahl von matrixartig angeordneten Detektorelementen (4), die in Zeilen und Spalten anhand des Kollimators (8A, 8B) ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorelemente (4) einer Spalte einen Riegel (10) bildend an einem gemeinsamen Trägerelement (12) fixiert und ausgerichtet sind und die einzelnen Riegel (10) an einer Detektortragmechanik (6) befestigt sind.
  2. Röntgendetektoreinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Detektorelemente (4) an das Trägerelement (12) geklebt sind.
  3. Röntgendetektoreinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Detektorelemente (4) an Halteelementen (14) des Trägerelements (12) befestigt sind.
  4. Röntgendetektoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein jeweiliger Riegel (10) mit einem Kollimatorelement (8B) verbunden ist und gemeinsam mit diesem an der Detektortragmechanik (6) befestigt ist.
  5. Röntgendetektoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein jeweiliges Detektorelement (4) mit einem Kollimatorelement (8A) verbunden ist und gemeinsam mit dem Kollimatorelement (8A) auf dem Trägerelement (12) ausgerichtet ist.
  6. Verfahren zum Herstellen einer Röntgendetektoreinrichtung mit einem Kollimator (8A, 8B) sowie mit einer Mehrzahl von matrixartig in Zeilen und Spalten angeordneten Detektorelementen (4), dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die in einer Spalte anzuordnenden Detektorelemente (4) in einer Reihe ausgerichtet und in der ausgerichteten Position an einem Trägerelement (12) fixiert werden und bei dem anschließend die Trägerelemente (12) an einer Detektortragmechanik (6) befestigt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Fixierung am Trägerelement (12) mit Kleben und/oder mit Hilfe von Halteelementen (14) erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem mit einem jeweiligen Riegel (10) ein Kollimatorelement (8B) verbunden wird und gemeinsam mit dem Riegel (10) in der Detektortragmechanik (6) befestigt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem ein jeweiliges Detektorelement (4) mit einem Kollimatorelement (8A) verbunden ist und gemeinsam mit diesem ausgerichtet und am Trägerelement (12) fixiert wird.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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