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Detektor mit einem Szintillator und bildgebendes Gerät, aufweisend einen derartigen Detektor - Dokument DE102005010077A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005010077A1 07.09.2006
Titel Detektor mit einem Szintillator und bildgebendes Gerät, aufweisend einen derartigen Detektor
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Berger, Frank, 91052 Erlangen, DE;
Miess, Michael, 91083 Baiersdorf, DE
DE-Anmeldedatum 04.03.2005
DE-Aktenzeichen 102005010077
Offenlegungstag 07.09.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.09.2006
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   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Detektor (5), aufweisend wenigstens einen Szintillator (11) und wenigstens eine Photodiode (10), welche durch ein Verbindungsmedium (14) miteinander verbunden sind. Der Szintillator (11) weist auf seiner der Photodiode (10) abgewandten Seite zur Aufnahme des Verbindungsmediums (14) eine definierte Vertiefung (15) derart auf, dass das von dem Szintillator (11) erzeugte sichtbare Licht in Richtung auf die Photodiode fokussiert wird. Der Detektor (5) ist für ein bildgebendes Röntgengerät, vorzugsweise ein Computertomographiegerät (1), vorgesehen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Detektor, aufweisend wenigstens einen Szintillator und wenigstens eine Photodiode, welche durch ein Verbindungsmedium miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein bildgebendes Gerät, aufweisend einen derartigen Detektor.

Ein Detektor der eingangs genannten Art wird beispielsweise zur Detektion von Röntgenstrahlung in einem Röntgengerät, z.B. in einem Computertomographiegerät, eingesetzt. Der Detektor umfasst in der Regel mehrere Detektormodule, die in einer Reihe hintereinander oder zweidimensional zur Bildung einer größeren Detektorfläche angeordnet sind. Jedes Detektormodul weist ein Szintillatorarray und ein Photodiodenarray auf, welche relativ zueinander ausgerichtet sind und durch einen Klebstoff, welcher zugleich als optische Koppelschicht dient, miteinander verbunden sind. Das Szintillatorarray weist eine Vielzahl von Szintillatorelementen auf, die voneinander durch inaktive Bereiche, so genannte Septen, getrennt sind. Auch das Photodiodenarray weist eine Vielzahl von Photodioden auf, die durch inaktive Zonen voneinander getrennt sind.

Trifft im Betrieb des Röntgengerätes durch ein Untersuchungsobjekt, beispielsweise einen Patienten, hindurch getretene und somit geschwächte Röntgenstrahlung auf einem Element des Szintillatorarrays auf, wird diese in sichtbares Licht umgewandelt. Das sichtbare Licht wird durch die optische Koppelschicht in Form des Klebstoffs zu der dem Element des Szintillatorarrays zugeordneten Photodiode des Photodiodenarrays geleitet, die das sichtbare Licht in elektrische Signale umwandelt. Die von den Photodioden des Photodiodenarrays stammenden elektrischen Signale werden anschließend weiterverarbeitet. Mit Hilfe einer Recheneinrichtung werden aus den weiterverarbeiteten Messsignalen Bilder von dem Untersuchungsobjekt rekonstruiert.

Bei der Umwandlung von Röntgenstrahlung in sichtbares Licht in einem Szintillatorelement ergibt sich das Problem, dass das erzeugte sichtbare Licht intrinsisch diffus gestreut wird. Der Lichtaustritt aus dem Szintillatorelement auf der einer Photodiode zugeordneten Seite des Szintillatorelementes in die optische Koppelschicht erfolgt daher ungerichtet. Dadurch wird ein Teil des in dem Szintillatorelement erzeugten Lichtes nicht direkt auf die dem Szintillatorelement zugeordnete Photodiode weitergeleitet, sondern gelangt durch laterales Übersprechen entlang der optischen Koppelschicht in unerwünschter Weise in eine benachbarte Photodiode, welche einem anderen Szintillatorelement zugeordnet ist. Dieser Anteil des von dem Szintillatorelement erzeugten Lichtes ist für die Signalauswertung demnach fehlerhaft. Darüber hinaus kann ein Teil des von dem Szintillatorelement erzeugten Lichtes in die zwischen den Photodioden vorhandenen inaktiven Zonen gelangen, so dass dieser Anteil des in dem Szintillatorelement erzeugten Lichtes für die Signalauswertung verloren geht.

Um diesen Effekten zumindest teilweise entgegen zu wirken, wurde die Verbindung eines Szintillatorarrays und eines Photodiodenarrays bisher mit Hilfe eines optisch justierbaren Positionssystems hergestellt, um eine möglichst optimale Schichtdicke der optischen Koppelschicht in Form des Klebstoffs zu erreichen. Die optimale Schichtdicke stellt dabei einen Kompromiss dar. Um das Übersprechen zu vermeiden, sollte die Schichtdicke der Koppelschicht möglichst gering sein. Andererseits ist jedoch eine Mindestschichtdicke des Klebstoffs im Hinblick auf die technische Realisierbarkeit erforderlich, wobei der Zwischenraum zwischen dem Szintillatorarray und dem Photodiodenarray trotz Ebenheitstoleranzen der Bauteile und Viskosität des Klebstoffes vollständig ausgefüllt sein muss, um eine gute Ankopplung des Szintillatorarrays an das Photodiodenarray zu erreichen. Als problematisch erweist es sich dabei, eine gleichmäßige Schichtdicke des Klebstoffs über das gesamte, das Szintillatorarray und das Photodiodenarray umfassende Detektormodul zu erreichen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Detektor und ein einen derartigen Detektor aufweisendes bildgebendes Gerät anzugeben, bei dem die Verbindung eines Szintillators mit einer Photodiode verbessert ist.

Nach der Erfindung wird die den Detektor betreffende Aufgabe gelöst durch einen Detektor, aufweisend wenigstens einen Szintillator und wenigstens eine Photodiode, welche durch ein Verbindungsmedium miteinander verbunden sind, wobei der Szintillator auf seiner der Photodiode zugewandten Seite zur Aufnahme des Verbindungsmediums eine definierte Vertiefung aufweist. Im Unterschied zu einen Szintillator und eine Photodiode aufweisenden Detektoren, bei denen eine im Wesentlichen ebene Fläche eines Szintillators über ein Verbindungsmedium mit einer im Wesentlichen ebenen Fläche einer Photodiode verbunden ist, weist der erfindungsgemäße Detektor einen Szintillator auf, welcher auf seiner der Photodiode zugewandten Seite konkav profiliert ist. Der Szintillator hat also eine Vertiefung, die das Verbindungsmedium für die Verbindung des Szintillators mit der Photodiode aufnimmt. Zwischen Szintillator und Photodiode tritt bei dem erfindungsgemäßen Detektor demnach keine ebene Schicht eines Verbindungsmediums auf. Vielmehr liegt der Szintillator mit seinen die Vertiefung umgebenden Kantenflächen oder mit dem den Szintillator umgebenden inaktiven Bereich auf der Photodiode oder auf der die Photodiode umgebenden inaktiven Zone auf, während das sich in der Vertiefung des Szintillators befindliche Verbindungsmedium die Verbindung des Szintillators mit der Photodiode herstellt. Insbesondere durch die definiert ausgeführte, also nicht willkürliche Vertiefung des Szintillators wird erreicht, dass das im Szintillator erzeugte Licht im Wesentlichen in Richtung auf die Photodiode, vorzugsweise in Richtung auf das Zentrum der Photodiode, fokussiert bzw. gelenkt wird. Dadurch geht weniger Licht durch ein Übersprechen in inaktive Bereiche bzw. wenn nach einer Variante der Erfindung der Detektor ein Szintillatorarray und ein Photodiodenarray umfasst, weniger Licht durch Übersprechen in benachbarte Photodioden verloren. Unter einer definierten Ausführung der Vertiefung wird im Übrigen verstanden, dass die Vertiefung innerhalb einer vorgebbaren Toleranzgrenze bestimmte vorgebbare Maße einhält.

Nach einer weiteren Variante der Erfindung ist die Vertiefung eine nach innen gerichtete Furche dreieckförmigen Querschnitts. Durch diese Ausgestaltung der Vertiefung kann insbesondere die Fokussierung des in dem Szintillator erzeugten Lichtes in Richtung auf das Zentrum der dem Szintillator zugeordneten Photodiode verstärkt werden.

Selbiges lässt sich erreichen, wenn nach Varianten der Erfindung die Vertiefung nach innen gerichtet pyramiden- oder kegelförmig ausgebildet ist oder wenn die Vertiefung eine nach innen gerichtete gerundete Wölbung ist. In all diesen Fällen kann eine Fokussierung des in dem Szintillator erzeugten Lichtes erreicht werden, wobei gleichzeitig die Verbindung zwischen Szintillator und Photodiode über einen Spalt geringer Dicke für das Verbindungsmedium erreicht werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Verbindungsmedium um einen Klebstoff, welcher die Vertiefung des Szintillators ausfüllt und die Verbindung mit der dem Szintillator zugeordneten Photodiode herstellt.

Primär ist der Detektor für ein bildgebendes Gerät vorgesehen, bei dem es sich vorzugsweise um ein Röntgengerät handelt, bei dem der Detektor als Röntgenstrahlendetektor ausgebildet ist. Besonders geeignet erweist sich der erfindungsgemäße Detektor für ein Computertomographiegerät.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

1 in schematischer, teilweise blockschaltbildartiger Darstellung ein bildgebendes Gerät in Form eines Computertomographiegerätes,

2 in einer Draufsicht ein Detektormodul des Computertomographiegeräts aus 1,

3 eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile III des in 2 gezeigten Detektormoduls,

4 eine mit 3 vergleichbare Ansicht eines Detektormoduls nach dem Stand der Technik, und

5 bis 10 Ansichten von verschiedenen Arten von Vertiefungen.

In 1 ist in schematischer, teilweise blockschaltbildartiger Darstellung ein bildgebendes Gerät in Form eines Computertomographiegerätes 1 gezeigt. Das Computertomographiegerät 1 umfasst eine Röntgenstrahlenquelle 2, von deren Fokus F ein Röntgenstrahlenbündel 3 ausgeht, welches mit in 1 nicht dargestellten, aber an sich bekannten Blenden fächerförmig oder pyramidenförmig geformt wird. Das Röntgenstrahlenbündel 3 durchdringt ein zu untersuchendes Untersuchungsobjekt 4 und trifft auf einen Röntgenstrahlendetektor 5 auf. Die Röntgenstrahlenquelle 2 und der Röntgenstrahlendetektor 5 sind in in 1 nicht dargestellter Weise einander gegenüberliegend an einem Drehrahmen des Computertomographiegerätes 1 angeordnet, welcher Drehrahmen in &phgr;-Richtung um die Systemachse Z des Computertomographiegerätes 1 drehbar ist. Im Betrieb des Computertomographiegerätes 1 drehen sich die an dem Drehrahmen angeordnete Röntgenstrahlenquelle 2 und der Röntgenstrahlendetektor 5 um das Untersuchungsobjekt 4, wobei aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen Röntgenaufnahmen von dem Untersuchungsobjekt 4 gewonnen werden. Pro Projektion trifft dabei durch das Untersuchungsobjekt 4 hindurch getretene und durch den Durchtritt durch das Untersuchungsobjekt geschwächte Röntgenstrahlung auf dem Röntgenstrahlendetektor 5 auf, wobei der Röntgenstrahlendetektor 5 Signale erzeugt, welche der Intensität der aufgetroffenen Röntgenstrahlung entsprechen. Aus den mit dem Röntgenstrahlendetektor 5 ermittelten Signalen berechnet anschließend ein Bildrechner 6 in an sich bekannter Weise eines oder mehrere zwei- oder dreidimensionale Bilder des Untersuchungsobjektes 4, welche auf einem Sichtgerät 7 darstellbar sind.

Der Röntgenstrahlendetektor 5 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Vielzahl von Detektormodulen 8 auf, die in &phgr;-Richtung und in Z-Richtung nebeneinander angeordnet sind und den Röntgenstrahlendetektor 5 bilden. Ein Detektormodul 8 ist in 2 in einer Draufsicht dargestellt. Das Detektormodul 8 weist, wie aus 2 zu erkennen ist, eine Vielzahl von Detektorelementen 9 auf, die ebenfalls in Reihen und Spalten angeordnet sind. Ein Detektormodul 8 umfasst also ein Array von Detektorelementen 9, wobei das Array von Detektorelementen 9 u.a. von einem Szintillatorarray und einem Photodiodenarray gebildet wird, die relativ zueinander ausgerichtet sind und durch ein Verbindungsmedium miteinander verbunden sind. Dies ist insbesondere aus 3 zu erkennen, welche eine Ansicht in Richtung der Pfeile III des Schnitts aus 2 zeigt.

Wie aus 3 zu erkennen ist, weist jedes Detektorelement 9 ein über einer Photodiode 10 angeordnetes Szintillatorelement 11 auf. Die Szintillatorelemente 11 sind durch inaktive Bereiche, den so genannten Septen 12, voneinander getrennt. Vergleichbare inaktive Zonen 13 befinden sich auch zwischen den Photodioden 10 des Photodiodenarrays. Das Szintillatorarray und das Photodiodenarray sind, wie bereits erwähnt, über ein Verbindungsmedium, bei dem es sich in der Regel um einen Klebstoff, beispielsweise EPOTEC 301, handelt, miteinander verbunden. Zur Aufnahme des Klebstoffs 14 weist jedes Szintillatorelement 11 des Szintillatorarrays erfindungsgemäß eine Vertiefung 15 auf. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist jedes Szintillatorelement 11 eine Vertiefung 15 in Form einer nach innen gerichteten Furche dreieckförmigen Querschnitts auf, die sich entlang jedes Szintillatorelementes bzw. im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sogar entlang jeder Reihe von Szintillatorelementen erstreckt. Die Vertiefung kann jedoch auch für jedes Szintillatorelement nach innen gerichtet pyramidenförmig (vgl. 5 und 6) oder kegelförmig (vgl. 7 und 8) sein. Ebenso geeignet als Vertiefung ist eine nach innen gerichtete, gerundete Wölbung (vgl. 9 und 10). Diese Arten von Vertiefungen sind jeweils für ein Detektorelement 9 in einer der 3 vergleichbaren Schnittansicht und in einer Ansicht von unten auf das Szintillatorelement 11 des jeweiligen Detektorelementes 9 in den 5 bis 10 dargestellt. Je nach Anwendungsfall sind auch verschiedene Formen von Vertiefungen miteinander kombinierbar.

Durch die im Querschnitt zu erkennende konkave Profilierung jedes Szintillatorelementes 11 werden die Voraussetzungen geschaffen, dass beim Verkleben des Szintillatorarrays mit dem Photodiodenarray direkte Kontakte zwischen den inaktiven Bereichen 12 des Szintillatorarrays und den inaktiven Zonen 13 des Photodiodenarrays hergestellt werden können. Die Verklebung erfolgt jedoch im Bereich der konkaven Profilierungen, also in den Bereichen der Vertiefungen 15 der Szintillatorelemente 11, in denen sich der Klebstoff 14 befindet.

Dadurch ergeben sich einige Vorteile gegenüber dem in 4 zum Vergleich dargestellten Stand der Technik. In 4 ist dabei in einer mit 3 vergleichbaren Ansicht ein Schnitt durch ein Array von Detektorelementen nach dem Stand der Technik gezeigt. Zur Vereinfachung wurden dabei gleiche bzw. ähnliche Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen. Während nach dem Stand der Technik das Szintillatorarray und das Photodiodenarray mit einer durchgehenden Klebstoffschicht 16 miteinander verbunden sind, erfolgt dies, wie bereits erwähnt, im Falle des erfindungsgemäßen Detektors im Wesentlichen nur im Bereich der Vertiefungen der Szintillatorelemente 11. Auf diese Weise wird durch den direkten Kontakt der inaktiven Bereiche des Szintillatorarrays und der inaktiven Zonen des Photodiodenarrays der mit dem Klebstoff auszufüllende Spalt definiert, was nach dem Stand der Technik nicht der Fall ist. Darüber hinaus können sich Ebenheitstoleranzen von Photodioden- und Szintillatorarray angleichen. Abgesehen von einer geringeren Dicke des Klebespaltes ergibt sich ein großer Vorteil dahingehend, dass das optische Übersprechen zwischen benachbarten Detektorelementen über den Klebstoff deutlich reduziert ist. Durch die konkave Formung der Lichtaustrittsfläche eines Szintillatorelementes 11 wird das von dem Szintillatorelement in Folge des auftreffens von Röntgenstrahlung erzeugte sichtbare Licht im Wesentlichen in Richtung der dem Szintillatorelement 11 zugeordneten Photodiode 11 fokussiert. Vorzugsweise wird das sichtbare Licht sogar in Richtung des Zentrums der zugeordneten Photodiode 10 fokussiert. Dadurch geht einerseits weniger Licht in den inaktiven Zonen 13 der Photodioden 10 verloren und es gelangt andererseits weniger Licht in unerwünschter Weise zu einer benachbarten Photodiode 10.

Die Erfindung wurde vorstehend am Beispiel eines Röntgenstrahlendetektors beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auch auf andere Detektoren, welche einen Szintillator und eine dem Szintillator nach geordnete Photodiode aufweisen, anwendbar.

Abgesehen von einem Computertomographiegerät ist der erfindungsgemäße Detektor auch für andere Röntgengeräte, z.B. C-Bogen-Röntgengeräte, geeignet.


Anspruch[de]
  1. Detektor, aufweisend wenigstens einen Szintillator (11) und wenigstens eine Photodiode (10), welche durch ein Verbindungsmedium (14) miteinander verbunden sind, wobei der Szintillator (11) auf seiner der Photodiode (10) zugewandten Seite zur Aufnahme des Verbindungsmediums (14) eine definierte Vertiefung (15) aufweist.
  2. Detektor nach Anspruch 1, welcher ein Szintillatorarray und ein Photodiodearray umfasst.
  3. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Vertiefung (15) eine nach Innen gerichtet Furche dreieckförmigen Querschnitts ist.
  4. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Vertiefung nach Innen gerichtet pyramiden- oder kegelförmig ist.
  5. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Vertiefung eine nach Innen gerichtete, gerundete Wölbung ist.
  6. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Verbindungsmedium ein Klebstoff (14) ist.
  7. Bildgebendes Gerät, aufweisend einen Detektor (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  8. Bildgebendes Gerät nach Anspruch 7, welches ein Röntgengerät (1) ist, bei dem der Detektor ein Röntgenstrahlendetektor (5) ist.
  9. Bildgebendes Gerät nach Anspruch 8, welches ein Computertomographiegerät (1) ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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