DE10009680A1 - Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe - Google Patents

Abstract

Eine integrierte, selbstausrichtende Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe für ein Röntgenstrahl-Computer-Tomographie-System schließt ein Ausrichtgitter (24) zur Ausrichtung einer Gruppe von Szintillatorkristallen (18) mit einer entsprechenden Gruppe von Photodioden (16) ein. Das Gitter schließt Ansätze ein, die mit einer Anzahl von Streuschutzplatten (32) in Eingriff kommen, so daß die Streuschutzplatten (32) und die Szintallatorkristalle (18) in einer vorgegebenen Ausrichtung angeordnet sind (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenstrahl-Detektorbau­ gruppe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und insbesondere auf eine Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe für Computer-Tomographie-(CT-)Abtastgeräte.

Computer-Tomographie-Abtastgeräte der dritten Generation schließen eine Röntgenstrahlquelle und ein Röntgenstrahl-Detek­ torsystem ein, die auf jeweils diametral gegenüberliegenden Seiten einer kreisringförmigen Trägerplatte befestigt sind. Die Trägerplatte ist drehbar in einer Portalhalterung gelagert, so daß sich die Trägerplatte während einer Abtastung um eine Drehachse dreht, während Röntgenstrahlen von der Quelle durch ein in der Öffnung der Trägerplatte angeordnetes Objekt hindurch zu dem Detektorsystem gelangen.

Das Detektorsystem schließt typischerweise eine Gruppe von Detektoren ein, die entlang eines Kreisbogens angeordnet sind, der einen Krümmungsradius an einem Brennpunkt aufweist, von dem die Strahlung von der Röntgenstrahlquelle ausgeht. Die Röntgenstrahlen, die von einem einzelnen Detektor zu einem Meßzeitpunkt während einer Abtastung erfaßt werden, werden teilweise durch die Masse aller Objekte auf ihrem Pfad gedämpft. Die Detektoren messen diese Dämpfung und erzeugen einen Einzel- Intensitätsmeßwert als eine Funktion der Dämpfung und damit der Dichte der Masse auf dem Röntgenstrahlpfad.

Für eine genaue Bildrekonstruktion aus den Röntgenstrahl-Dichte­ daten müssen die Positionen der Strahlen und damit der Detek­ toren präzise bekannt sein. Weil weiterhin dichtes Material dazu neigt, Röntgenstrahlen zu streuen, ist es wichtig, daß irgend­ welche Strahlen, die nicht eine gerade Linie von der Quelle zu jedem Detektor durchlaufen, von den Messungen durch jeden derartigen Detektor ausgeschlossen werden. Um diese gestreute Strahlung zu beseitigen, ist eine Reihe von sehr dünnen, für Röntgenstrahlen undurchlässigen Streuschutzplatten typischer­ weise zwischen den Detektoren und dem abgetasteten Objekt eingefügt, wobei die einzelnen Platten so ausgerichtet sind, daß sie Röntgenstrahlen von der Strahlungsquelle dadurch kollimieren, daß sie im wesentlichen lediglich diejenigen Röntgenstrahlen zu den Detektoren gelangen lassen, die eine gerade radiale Linie zwischen der Quelle und jedem Detektor durchlaufen.

Leider ergibt die Notwendigkeit von Streuschutzplatten zusätz­ liche Schwierigkeiten, weil, wenn sie einen Röntgenstrahl- "Schatten" auf einen Detektor werfen, sie dessen Messungen stören, sofern nicht alle Streuschutzplatten alle Detektoren in gleichförmiger Weise abschatten. Das Ausgangssignal jedes abgeschatteten Detektors wird nicht nur verringert, sondern auch durch irgendeine erfaßbare Relativbewegung der Quelle, der Streuschutzplatten und/oder der Detektoren moduliert.

Es ist ersichtlich, daß die Erfüllung dieser Forderungen schwierig ist. Um die von modernen Röntgenstrahl-Tomographie- Abtastgeräten erwartete Auflösung zu erreichen, sind hunderte von Detektoren erforderlich, wobei mehrere Detektoren inner­ halb eines einzigen Bogengrades des Röntgenstrahls liegen. Dies führt dazu, daß die Breite eines typischen Detektors in der Größenordnung von 1 mm liegt. Die Breite einer typischen Streuschutzplatte beträgt ungefähr 10% der Breite eines Detektors. Die Abstände zwischen benachbarten Detektoren sind kaum größer als dies. Somit ist eine extrem genaue Detektor- und Streuschutzplatten-Position und -Ausrichtung erforderlich. Das Problem wird weiterhin dadurch vergrößert, daß die gesamte Baugruppe üblicherweise um das abgetastete Objekt herum mit einer Drehzahl von ungefähr 60 bis 120 U/Min. gedreht wird, wodurch erhebliche, sich ändernde Kräfte erzeugt werden und robuste Befestigungstechniken erforderlich sind. Mit der Einführung von zweidimensionalen Detektoranordnungen tritt eine Toleranzsummierung in zwei Abmessungen, anstelle von einer auf, und es ist noch kritischer, eine extrem genaue Positionierung der Detektoren und der Streuschutzplatten zu erzielen.

Eine Schwierigkeit bei eine hohe Auflösung aufweisenden Detek­ tor-Teilsystemen besteht in der Erzielung und der Aufrechter­ haltung der relativ engen Ausrichtungsforderungen der Detektoren und der Streuschutzplatten mit den Röntgenstrahlen von der Strahlungsquelle. Die Einhaltung der Toleranzen wird weiterhin durch Temperatur- und Schwingungsänderungen bei der Relativ­ ausrichtung der Teilsysteme erschwert.

Es wurde versucht, die genaue Positionierung und Ausrichtung von Detektoren und Streuschutzplatten in Tomographie-Systemen zu erleichtern. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 5 487 098 vormontierte Moduleinheiten für die Detektor- und Streuschutzplatten-Gruppen. Die Detektor- und Streuschutz­ platten-Moduleinheiten sind jeweils an einer Trägerstruktur oder einer Abstützeinrichtung befestigt, die dann an einem rotierenden Portal des Tomographiesystems befestigt wird. Jede Detektor-Moduleinheit muß mit einer entsprechenden Streuschutz­ platten-Moduleinheit ausgerichtet werden, und jedes Paar von Moduleneinheiten muß gegenüber dem Brennpunkt ausgerichtet werden, um den Empfang der Strahlung zu einem Maximum zu machen.

Das US-Patent 4 338 521 beschreibt eine modulare Detektor- Gruppe, die zwei trennbare, zusammengebaute Teile einschließt, von denen einer die Detektoren und der andere die Streuschutz­ platten enthält. Die beiden Teile der Baugruppe müssen zu­ sammengebaut werden, um ihre gegenseitige Ausrichtung herzu­ stellen. Die zusammengebaute Moduleinheit muß dann mit der Strahlungsquelle ausgerichtet und dann fest an der Tomographie- Vorrichtung befestigt werden.

Das US-Patent 4 429 227 beschreibt einen modularen Röntgen­ strahl-Detektor, der ein Paar von Dioden in einem Dioden- Halterahmen, ein Paar von Szintillator-Stäben und eine Kollimatorplatte mit Ansätzen für einen Eingriff mit einem entsprechenden Ansatz des Dioden-Halterahmens umfaßt.

Die Kollimatorplatte schließt eine Tasche auf jeder Seite ein, um einen Szintillator-Stab aufzunehmen. Jedes Kollimator- Platten-/Diodenpaar ist unabhängig in Schlitzen in einem Paar von Keramikabschnitten befestigt, die an jeweiligen Endabschnitten eines bogenförmigen Gehäuses befestigt sind.

Der Stand der Technik lehrt nicht die Verwendung einer voll­ ständig integrierten Detektor-/Streuschutzplatten-Baugruppe, bei der die Detektoren und die Streuschutzplatten von Natur aus miteinander ausgerichtet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenstrahl- Detektor- und Streuschutzplatten-Baugruppe zu schaffen, die vollständig integriert ist, so daß alle Dioden, Szintillator­ kristalle und Streuschutzplatten selbstausrichtend sind, wenn sie miteinander zusammengebaut werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung wird eine integrierte selbstausrichtende Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe geschaffen, die folgendes umfaßt:
eine Halterung für die Detektorbaugruppe,
eine Anzahl von Photodioden, die auf der Halterung in einem vorgegebenen Gruppenmuster angeordnet sind,
eine entsprechende Anzahl von elektrischen Verbindungen zwischen den Photodioden und einem Signalprozessor, zur Übertragung elektrischer Signale von den Photodioden zu dem Signalprozessor,
ein Ausrichtgitter, das über der Photodioden-Gruppe ange­ ordnet ist und eine Gruppe von Zellen einschließt, die der Gruppe von Photodioden entsprechen,
eine Vielzahl von Szintillatorkristallen, die in den Zellen des Ausrichtgitters derart angeordnet sind, daß jede Photodiode in der Photodioden-Gruppe mit einem entsprechenden Szintillatorkristall gepaart ist, und
eine Vielzahl von Streuschutzplatten, die mit einem Teil des Ausrichtgitters derart in Eingriff stehen, daß die Streuschutzplatten sich in einer vorgegebenen Ausrichtung bezüglich der Szintillatorkristalle befinden.

Bei einer Ausführungsform sind die Photodioden und Szintillator­ kristalle in einer eindimensionalen Gruppe angeordnet. Bei einer weiteren Ausführungsform sind sie in einer zweidimensio­ nalen Gruppe angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform schließt das Ausrichtgitter Ansätze ein, die sich von entgegengesetzten Enden des Ausricht­ gitters aus erstrecken. Bei einer Ausführungsform liegen die Ansätze in der Ebene des Ausrichtgitters. Bei einer alternati­ ven Ausführungsform erstrecken sich die Ansätze in Querrichtung zur Ebene des Ausrichtgitters.

Die Baugruppe kann weiterhin einen Ansatz einschließen, der sich in Querrichtung von der Ebene des Ausrichtgitters zwi­ schen den Enden des Ausrichtgitters erstreckt.

Bei einer Ausführungsform sind die Streuschutzplatten mit den Szintillatorkristallen ausgerichtet. Bei einer weiteren Aus­ führungsform sind sie mit den Abständen zwischen den Szintilla­ torkristallen ausgerichtet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine auseinandergezogene Seitenansicht einer Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Ausrichtgitters, das beim Zusammenbau der Erfindung verwendet wird,

Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Ausricht­ gitters, das mit einer Streuschutzplatte zusammen­ gebaut ist,

Fig. 4 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Ausricht­ gitters, das mit einer Streuschutzplatte zusammengebaut ist.

Eine Ausführungsform der Detektorbaugruppe 10 gemäß der vor­ liegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Befestigungs­ block 12 haltert ein Substrat 14, auf dem die Photodioden 16 und Szintillatorkristalle 18 angeordnet sind, wie dies weiter unten ausführlich erläutert wird. Ein elektrisch leitendes Zwischenverbindungsmuster 20 ist auf das Substrat 14 aufge­ druckt und bildet ein Netz von elektrischen Leitungen von den Photodioden zu einem (nicht gezeigten) Signalübertragungs­ kabel. Die Photodioden 16 sind in einer vorgegebenen Gruppe oder Matrix auf dem Substrat angeordnet, so daß jede Photo­ diode elektrisch mit dem Signalübertragungskabel über Draht­ leitungen 22 verbunden ist, die eine elektrische Verbindung zwischen der Photodiode und dem darunterliegenden gedruckten Zwischenverbindungs-Netzwerkmuster 20 ergeben.

Das Ausrichtgitter 24 ist ausführlich in Fig. 2 gezeigt. Das Gitter 24 umfaßt eine Gruppe von Zellen 26, die durch Gitter­ stäbe 27 voneinander getrennt sind. Die Zellen 26 sind vor­ zugsweise so bemessen, daß sie einen Szintillatorkristall 18 pro Zelle aufnehmen.

Das Ausrichtgitter 24 ist derart über der Photodiodengruppe angeordnet, daß jede Photodiode unterhalb einer Zelle des Ausrichtgitters liegt. Szintillatorkristalle 18 werden dann über dem Gitter angeordnet und mit jeweiligen Zellen des Gitters ausgerichtet, so daß jeder Szintillatorkristall 18 mit einer entsprechenden Photodiode 16 ausgerichtet ist.

Wie dies insbesondere aus Fig. 2 zu erkennen ist, schließt das Ausrichtgitter 24 zwei Ansätze 28 ein, die Schlitze 30 ein­ schließen. Die Schlitze sind präzise so dimensioniert, daß sie eine Kante einer Streuschutzplatte 32 aufnehmen, wie dies am klarsten in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Die Kanten der Streuschutzplatten 32 passen in die Schlitze 30 in den An­ sätzen 28 des Ausrichtgitters 24, so daß sie über der Szintilla­ torkristall-Gruppe derart angeordnet sind, daß sie verhindern, daß gestreute Röntgenstrahlen die Szintillatorkristalle er­ reichen. Durch die Verwendung des Ausrichtgitters in dieser Weise sind die Streuschutzplatten und die Szintillatorkristalle präzise bezüglich einander ausgerichtet.

Das Ausrichtgitter 24 wird vorzugsweise aus einem ein geringes Gewicht aufweisenden Material, wie zum Beispiel Aluminium, hergestellt, das genau maschinell bearbeitet oder geätzt wird, um die Gruppe von Zellen 26 zu definieren. Bei einer bevor­ zugten Ausführungsform wird das Ausrichtgitter durch Photo- oder Laser-Ätzverfahren behandelt, um die erforderliche Genauig­ keit und Präzision hinsichtlich des Abstandes der Zellen und der Ausrichtung der Schlitze mit den Zellen und Gitterstäben zu erreichen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Schlitze 30 in den Ansätzen des Ausrichtgitters mit den Gitterstäben 27 des Ausrichtgitters ausgerichtet. Diese Ausrichtung stellt sicher, daß die Streuschutzplatten 32 so angeordnet sind, daß sie einen Schatten über die Gitterstäbe 27 werfen, die die Abstände zwischen benachbarten Szintillatorkristallen festlegen, und nicht über die Kristalle selbst. Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Schlitze 30 mit den Zellen 26 des Gitters ausgerichtet. Diese Ausrichtung stellt sicher, daß die Streuschutzplatten so positioniert sind, daß sie einen Schatten über die Szintillatorkristalle werfen, vorzugs­ weise in einer gleichförmigen Weise, so daß eine Modulation des Signals aufgrund des Vorhandenseins der Streuschutzplatten über den Kristallen vermieden wird.

Das Ausrichtgitter ist für die Selbstausrichtung von Streu­ schutzplatten sowohl für eindimensionale Kristallgruppen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, als auch für zweidimensionale Gruppen, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, vorteilhaft. Die Szin­ tillatorkristalle können unterschiedliche Größen aufweisen, wie dies durch die Abmessungen der Zellen in dem Ausrichtgitter gemäß Fig. 2 gezeigt ist, oder sie können eine gleichförmige Größe aufweisen, wie dies durch die gleichförmigen Zellen des in Fig. 4 gezeigten Gitters gezeigt ist.

Die Ansätze 28 des Ausrichtgitters können in der Ebene des Ausrichtgitters liegen, wie dies in den Fig. 2 und 4 ge­ zeigt ist, oder sie können quer zur Ebene des Gitters ver­ laufen, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Bei der Ausführungs­ form nach Fig. 4 können die Streuschutzplatten 32 Füße 34 oder andere Ansätze zur Erleichterung des Eingriffs mit den Schlitzen in den Ausrichtgitter-Ansätzen einschließen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 erstrecken sich die An­ sätze des Ausrichtgitters in Querrichtung zur Ebene des Gitters, und die Streuschutzplatte kann direkt in die Schlitze einge­ paßt sein.

Es wird in Betracht gezogen, daß das in Fig. 3 gezeigte Aus­ richtgitter ein oder mehrere zusätzliche Ansätze 36 aufweisen kann, die zwischen den Außenkanten des Ausrichtgitters ange­ ordnet sind und sich in Querrichtung zur Ebene des Ausricht­ gitters erstrecken, um eine zusätzliche Halterung und Ausrich­ tung für die Streuschutzplatten 32 zu erzielen, insbesondere bei Kristallgruppen, die verglichen mit ihrer Breite relativ lang sind.

Weil bestimmte Änderungen an der vorstehenden Vorrichtung durch­ geführt werden können, ohne den Schutzumfang der hier beschrie­ benen Erfindung zu verlassen, sollen alle Einzelheiten, die in der vorstehenden Beschreibung enthalten sind, oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind, lediglich als erläuternd und nicht als beschränkend betrachtet werden.

Claims (10)

1. Integrierte selbstausrichtende Röntgenstrahl-Detektor­ baugruppe, gekennzeichnet durch:
eine Halterung (12) für die Detektorbaugruppe (10),
eine Anzahl von Photodioden (16), die auf der Halterung (12) in einem vorgegebenen Gruppenmuster angeordnet sind,
eine entsprechende Vielzahl von elektrischen Verbindungen (20) zwischen den Photodioden (16) und einem Signal­ prozessor, zur Übertragung elektrischer Signale von den Photodioden zu dem Signalprozessor,
ein Ausrichtgitter (24), das über der Gruppe von Photo­ dioden (16) angeordnet ist und eine Gruppe von Zellen entsprechend der Gruppe von Photodioden (16) einschließt,
eine Anzahl von Szintillatorkristallen (18), die in den Zellen des Ausrichtgitters (24) derart angeordnet sind, daß jede Photodiode (16) in der Photodioden-Gruppe mit einem entsprechenden Szintillatorkristall (18) gepaart ist, und
eine Anzahl von Streuschutzplatten (32), die mit einem Teil des Ausrichtgitters (24) in Eingriff stehen, so daß die Streuschutzplatten (32) in vorgegebener Ausrich­ tung bezüglich der Szintillatorkristalle angeordnet sind.

2. Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodioden (16) und die Szintillatorkristalle (18) in einer eindimensionalen Gruppe angeordnet sind.

3. Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodioden (16) und Szin­ tillatorkristalle (18) in einer zweidimensionalen Gruppe angeordnet sind.

4. Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausrichtgitter (24) Ansätze (28) einschließt, die sich von gegenüberliegenden Enden des Ausrichtgitters aus erstrecken.

5. Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ansätze (28) in einer Richtung erstrecken, die in der Ebene des Ausrichtgitters (24) liegt.

6. Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ansätze (28) in einer Richtung quer zur Ebene des Ausrichtgitters (24) erstrecken.

7. Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Ansatz (36) in Quer­ richtung von der Ebene des Ausrichtgitters (24) an einer Stelle zwischen den Enden des Ausrichtgitters (24) erstreckt.

8. Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuschutzplatten (32) im wesentlichen mit den Szintillatorkristallen (18) ausgerichtet sind.

9. Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuschutzplatten im wesent­ lichen mit den Abständen zwischen den Szintillatorkristallen (18) ausgerichtet sind.

10. Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe für ein Röntgenstrahl- Computer-Tomographie-System, das eine Strahlungsquelle, eine Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe zur Erfassung der Strahlung und zur Übertragung von die erfaßte Strahlung darstellenden elektrischen Signalen an einen Signalprozessor und eine Halterung für ein abzutastendes Objekt einschließt, das zwi­ schen der Quelle und der Detektorbaugruppe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenstrahl-Detektorbaugruppe (10) folgendes umfaßt:
eine Halterung (12) für die Detektorbaugruppe (10),
eine Anzahl von Photodioden (16), die auf der Halterung (12) in einem vorgegebenen Gruppenmuster angeordnet sind,
eine entsprechende Anzahl von elektrischen Verbindungen (20) zwischen den Photodioden (16) und einem Signal­ prozessor zur Übertragung elektrischer Signale von den Photodioden an den Signalprozessor,
ein Ausrichtgitter (24), das über der Photodioden-Gruppe angeordnet ist und eine Gruppe von Zellen entsprechend der Gruppe von Photodioden (16) einschließt,
eine Anzahl von Szintillatorkristallen (18), die in den Zellen des Ausrichtgitters angeordnet sind, so daß jede Photodiode (16) in der Photodioden-Gruppe mit einem entsprechenden Szintillatorkristall (18) gepaart ist, und
eine Anzahl von Streuschutzplatten (32), die mit einem Teil des Ausrichtgitters (24) in Eingriff stehen, so daß sich die Streuschutzplatten (32) in einer vorgegebenen Ausrichtung bezüglich der Szintillatorkristalle (18) befinden.