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Dokumentenidentifikation DE102004059434A1 14.06.2006
Titel Strahlungsdetektor
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Hekele, Wilhelm, 83125 Eggstätt, DE;
Hilderscheid, Thomas, 90518 Altdorf, DE;
Leppert, Jürgen, 91301 Forchheim, DE;
Winkelmann, Helmut, 91330 Eggolsheim, DE;
Wolf, Sebastian, 91301 Forchheim, DE
DE-Anmeldedatum 09.12.2004
DE-Aktenzeichen 102004059434
Offenlegungstag 14.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.06.2006
IPC-Hauptklasse G01T 1/20(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01T 1/29(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   C08L 63/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor (1) zur Detektion ionisierender Strahlung, vorzugsweise in einem medizinischen Diagnose- und/oder Therapiesystem, mit mindestens einem Detektorelement (4), welches zumindest teilweise von einer Vergussmasse (5) umgeben ist, wobei die Vergussmasse (5) Licht, das bei der Absorption der ionisierenden Strahlung in dem mindestens einen Detektorelement entsteht, zumindest teilweise reflektiert und die Detektion der Strahlung indirekt durch Detektion des erzeugten Lichts erfolgt, wobei die Vergussmasse (5) aus einem mehrkomponentigen Gemisch hergestellt ist, welches strahlungsbedingt entstandene Verbindungen, die eine Verfärbung der Vergussmasse erzeugen, in farblose, nicht absorbierende Verbindungen umwandelt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor zur Detektion ionisierender Strahlung, vorzugsweise in einem medizinischen Diagnose- und/oder Therapiesystem, mit mindestens einem Detektorelement, welches zumindest teilweise von einer Vergussmasse umgeben ist, wobei die Vergussmasse Licht, das bei der Absorption der ionisierenden Strahlung in dem mindestens einen Detektorelement entsteht, zumindest teilweise reflektiert und die Detektion der Strahlung indirekt durch Detektion des erzeugten Lichts erfolgt.

Strahlungsdetektoren zur Detektion ionisierender Strahlung sind allgemein bekannt. Insbesondere im Endbereich der medizinischen Diagnostik werden Strahlungsdetektoren verwendet, welche eine hohe Ortsauflösung aufweisen und hierfür aus einer Vielzahl von einzelnen Detektorelementen zusammengesetzt werden. Bei diesen Detektorelementen handelt es sich meist um Elemente aus Szintillatorkeramik, die flächig angeordnet sind und in der Summe einen Mehrzeilendetektor ergeben. Um die Anordnung der einzelnen Detektorelemente zu fixieren, wird die Matrix der einzelnen Detektorelemente in einer Vergussmasse eingegossen. Diese Vergussmasse hat jedoch nicht nur die Aufgabe der Fixierung der einzelnen Detektorelemente, sondern die Vergussmasse sorgt auch für eine Reflexion der in der Szintillatorkeramik, durch die ionisierende Strahlung entstandenen Photonen. Als Vergussmasse werden Epoxidharzsysteme, beispielsweise UHU Plus oder Araldit jeweils mit Titandioxyd gefüllt, verwendet.

Epoxidharzsysteme bestehen in der Regel aus zwei reaktiven Komponenten. Zum einen das Epoxidharz mit dem Oxiranring (Epoxidgruppe) als funktionelle Gruppe und zum anderen aminische Härter, deren funktionelle Gruppe der Aminwasserstoff ist. Die Reaktion der Epoxidgruppe und der Härterkomponente erfolgt in Form einer Polyaddition. Dabei werden keine Nebenprodukte abgespalten. In der Regel wird eine stöchiometrische Vernetzung erreicht, wenn über das molare Verhältnis sichergestellt ist, dass eine Epoxidgruppe mit einem Aminwasserstoff reagiert.

Die Funktionalität des Epoxidharzes wird durch die Kenngröße des Epoxidäquivalentes (g/eq), die des Härters durch die Kennzahl des H-Äquivalentes (g/eq) beschrieben. Normalerweise errechnet man die Härtermenge, die für 100 g Epoxidharz benötigt wird, wie folgt:

Um das Mischungsverhältnis verschiedener Harze mit einer Härterkomponente zu berechnen, ist wie folgt vorzugehen:

Das H-Äquivalent von Mischungen verschiedener Härter lässt sich über die nachfolgende Formel berechnen:

Bei der Verwendung solch bekannter Epoxidharzsysteme entsteht das Problem, dass die Vergussmasse aufgrund der Bestrahlung mit der Zeit verfärbt. Diese Verfärbung bewirkt, dass das in der Szintillatorkeramik entstehende Licht nicht mehr voll-ständig reflektiert, sondern zum Teil absorbiert wird. Dadurch sinkt die Lichtausbeute eines Detektorelementes mit zunehmender Bestrahlung. Typische Werte der Reduktion der Lichtausbeute liegen in der Größenordnung von 30% nach einer Bestrahlung mit 30 kGy.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vergussmasse für Detektorelemente zu finden, welche eine verbesserte Strahlungsresistenz aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, eine Vergussmasse zu schaffen, welche durch Röntgenstrahlung keine, bis nur geringe Veränderungen erfährt, indem strahlungsbedingt erzeugte Verbindungen in farblose, nicht absorbierende, Verbindungen umgewandelt werden.

Demgemäß schlagen die Erfinder also vor, den an sich bekannten Strahlungsdetektor zur Detektion ionisierender Strahlungen, vorzugsweise in einem medizinischen Diagnose- und/oder Therapiesystem, mit mindestens einem Detektorelement, welches zumindest teilweise von einer Vergussmasse umgeben ist, wobei die Vergussmasse Licht, das bei der Absorption der ionisierenden Strahlung in dem mindestens einen Detektorelement entsteht, zumindest teilweise reflektiert und die Detektion der Strahlung indirekt durch Detektion des erzeugten Lichts erfolgt, dahingehend zu verbessern, dass die Vergussmasse aus einem mehrkomponentigen Gemisch hergestellt ist, welches strahlungsbedingt entstandene Verbindungen, die eine Verfärbungen der Vergussmasse erzeugen, in farblose nicht absorbierende Verbindungen umwandelt.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass die Reflektivität der Vergussmasse erhalten bleibt, sodass auch die Lichtausbeute des jeweiligen Detektorelementes zumindest weitgehend bestehen bleibt.

Erfindungsgemäß kann die Vergussmasse dabei zumindest aus den folgenden Bestandteilen hergestellt werden: einem Binder, vorzugsweise einer Harzkomponente, einem Härter und einem Füller.

Als Binder kann eine der folgenden Substanzen und ein Gemisch aus einer beliebigen Kombination von mindestens zwei der nachfolgenden Substanzen verwendet werden: Bisphenol A-Epoxidharz (Oligomer von Bisphenol A), Bisphenol F-Epoxidharz (Oligomer von Bisphenol F), cycloaliphatischer Epoxidharze.

Als Härter kann ein aromatenfreies Säureanhydrid, vorzugsweise Methyl-Hexahydrophthalsäure vorzugsweise Hexahydrophtalsäureanhydrid und/oder ein Derivat von Hexahydrophtalsäureanhydrid, verwendet werden. Des weiteren kann als bevorzugter Füller Titandioxyd verwendet werden.

Zusätzlich kann der Vergussmasse mindestens ein Reaktivverdünner, vorzugsweise mit einem aliphatischen oder cycloapliphatischen Grundgerüst, zugesetzt werden. Hierfür eignet sich insbesondere Polypropylen-Glykol-Diglycidyl-ether. Des weiteren kann zur verbesserten Abbindung ein Katalysator hinzugefügt werden, vorzugsweise Phosphoniumverbindungen.

Konkret kann die Vergussmasse beispielsweise aus einem Binder mit 50–100 Gewichts-% Bisphenol A – Diglycidylether und 0–50 Gewichts-% Reaktivverdünner, vorzugsweise Polypropylen-Glykol-Diglycidyl-ether, und dem reaktiv notwendigen Härteranteil zusammensetzt sein.

Der Strahlungsdetektor kann derart ausgestaltet sein, dass das mindestens eine Detektorelement auf der der Strahlung zugewandten Seite mit Vergussmasse abgedeckt wird. Ebenso kann der Strahlungsdetektor, in an sich bekannter Weise, aus einer Vielzahl von flächig angeordneten Detektorelementen aufgebaut sein und die Zwischenräume zwischen den Detektorelement zumindest teilweise mit der erfindungsgemäßen Vergussmasse gefüllt sein.

Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei hier nur die zum Verständnis der Erfindung notwendige Merkmale dargestellt sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei werden die folgenden Bezugszeichen verwendet: 1: Detektor; 2: Fokus; 3: Strahlungskegel; 4: Detektorelement; 5: Vergussmasse; 6: Abdeckschicht.

Es zeigen:

1: Schematische Darstellung eines Mehrzeilendetektors mit Fokus einer Röntgenröhre und Strahlungskegel;

2: Ausschnitt aus einem Strahlungsdetektor mit vergossenen Detektorelementen.

In der 1 ist stark schematisiert ein Fokus/Detektor-System mit einem erfindungsgemäßen Detektor 1 dargestellt, der aus einer Vielzahl von einzelnen Detektorelementen 4 besteht. Der Detektor wird ausgehend von dem Fokus 2 durch einen Strahlungskegel 3 von oben her angestrahlt.

Die 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem derartigen Strahlungsdetektor, in dem der räumliche Aufbau des Detektors besser erkennbar ist. Dieser Ausschnitt zeigt 25 einzelne Detektorelemente 4, die schachbrettartig und mit Zwischenräumen angeordnet sind. In den Zwischenräumen befindet sich die erfindungsgemäße Vergussmasse 5, so dass Licht, welches in den Detektorelementen, die aus einem Szintillatorkeramikmaterial bestehen, erzeugt wird, an den Wandungen zurück gespiegelt wird und somit zur Messung zur Verfügung steht. Zusätzlich befindet sich eine Schicht 6 von Vergussmasse oberhalb der Detektorelemente 4 und deckt die Detektorelemente 4 in Strahlungsrichtung ab.

In einer konkreten Ausführung der Vergussmasse setzt sich der verwendete Binder aus einem Bisphenol A – Diglycidylether – Oligomer und dem Reaktivverdünner zusammen. Beide haben als reaktiven Gruppen Epoxidgruppen. Das Reaktionsäquivalent berechnet sich aus Molmasse/Anzahl reaktiver Gruppen, angegebenen in 168g/äquivalent.

Als Härter wird Methyl-Hexahydrophthalsäureanhydrid mit einem Molgewicht von 168 g/mol verwendet. Eine Anhydridgruppe reagiert mit einer Epoxidgruppe, hat also ein Reaktionsäquivalent von 168g/äquivalent. Es reagiert immer ein Härteräquivalent mit einem Binderäquivalent. Das Verhältnis der beiden Binderkomponenten bestimmt die mechanischen und thermischen Eigenschaften, beispielsweise den Glaspunkt der Vergussmasse. Es ergibt sich also die folgende Rezeptur:

Binder: Komponente A:
  • 90 Gew.-% Bisphenol A – Diglycidylether/370g/mol
Komponente B:
  • 10 Gew.-% Reaktivverdünner/500g/mol
  • → Moläquivalent von A: 185g

    Moläquivalent von A: 250g
  • A: 90g – 0,54 Äquivalente
  • B: 10g – 0,04 Äquivalente
  • → 100g – 0,58 Äquivalente
  • Härteranteil = 168g/Äquivalent·0,58 Äquivalent = 97,44g

Damit ergibt sich das Mischungsverhältnis:

  • A + B = 100,00g Binder
  • + 97,44g Härter.

Ergänzend werden die chemischen Formeln für beispielhaft genannte Substanzen angegeben:

Bisphenol A – Diglycidylether – Oligomer:
mit n = 0 bis 3, vorzugsweise n = 0.1 bis 1, mit n der mittleren Molmassenverteilung der Oligomere.

Methyl-Hexahydrophthalsäure:

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.


Anspruch[de]
  1. Strahlungsdetektor (1) zur Detektion ionisierender Strahlung, vorzugsweise in einem medizinischen Diagnose- und/oder Therapiesystem, mit mindestens einem Detektorelement (4), welches zumindest teilweise von einer Vergussmasse (5) umgeben ist, wobei die Vergussmasse (5) Licht, das bei der Absorption der ionisierenden Strahlung in dem mindestens einen Detektorelement entsteht, zumindest teilweise reflektiert und die Detektion der Strahlung indirekt durch Detektion des erzeugten Lichts erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (5) aus einem mehrkomponentigen Gemisch hergestellt ist, welches strahlungsbedingt entstandene Verbindungen, die eine Verfärbung der Vergussmasse (5) erzeugen, zumindest teilweise in farblose, nicht absorbierende Verbindungen umwandelt.
  2. Strahlungsdetektor gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse aus zumindest den folgenden Bestandteilen hergestellt wird:

    – einem Binder, vorzugsweise einer Harzkomponente;

    – einem Härter;

    – einem Füller.
  3. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Binder eine der folgenden Substanzen oder ein Gemisch aus einer beliebigen Kombination von mindestens zwei der nachfolgenden Substanzen verwendet wird: Oligomer von Bisphenol A-Diglycidylether, Oligomer von Bisphenol F-Diglycidylether.
  4. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Härter ein aromatenfreies Säureanhydrid verwendet wird.
  5. Strahlungsdetektor gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Härter Methyl-Hexahydrophthalsäure verwendet wird.
  6. Strahlungsdetektor gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Härter Hexahydrophtalsäureanhydrid und/oder ein Derivat von Hexahydrophtalsäureanhydrid verwendet wird.
  7. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Füller Titandioxyd verwendet wird.
  8. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergussmasse zusätzlich mindestens ein Reaktivverdünner, vorzugsweise mit einem aliphatischen Grundgerüst, zugesetzt wird.
  9. Strahlungsdetektor gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktivverdünner Polypropylen-Glykol-Diglycidyl-ether verwendet wird.
  10. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergussmasse zusätzlich mindestens ein Katalysator, vorzugsweise Phosphoniumverbindungen, zugefügt wird.
  11. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse sich aus einem Binder mit 50–100 Gewichts-% Bisphenol A – Diglycidylether und 0–50 Gewichts-% Reaktivverdünner, vorzugsweise Polypropylen-Glykol-Diglycidyl-ether, und dem reaktiv notwendigen Härteranteil zusammensetzt.
  12. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Detektorelement (4) auf der der Strahlung zugewandten Seite mit einer Abdeckschicht (6) aus Vergussmasse (5) abgedeckt ist.
  13. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (1) aus einer Vielzahl von flächig angeordneten Detektorelementen (4) aufgebaut ist und Zwischenräume zwischen den Detektorelementen zumindest teilweise mit der Vergussmasse (5) gefüllt sind.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

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