DE10046314A1 - Strahlendetektor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strahlendetektor, aufweisend eine Fotodiodenanordnung, eine Anzahl von Szintillatoren (4), und ein eine der Anzahl der Szintillatoren (4) entsprechende Anzahl von Fächern (12) aufweisendes Reflektorteil (5), welche die Szintillatoren (4) derart aufnehmen, dass die Szintillatoren (4) mit Ausnehme ihrer jeweils der Fotodiodenanordnung zugewandten Seite von Wandungen (9, 10, 11) der Fächer (12) umgeben sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Strahlendetektor, aufweisend ei­ ne Anzahl von Szintillatoren, die beim Auftreffen zu detek­ tierender Strahlung Licht abgeben, welches Fotodioden einer Fotodiodenanordnung detektieren.

Solche Strahlendetektoren werden beispielsweise in Computer­ tomographen verwendet. Wenn Röntgenquanten auf die Szintilla­ toren, die aus einem geeigneten Leuchtstoff, beispielsweise Leuchtstoffkeramik, bestehen, auftreffen, werden die Röntgen­ quanten in Lichtquanten umgewandelt. Die Lichtquanten werden ihrerseits von den Fotodioden in einen der Intensität des Lichts entsprechenden elektrischen Strom umgewandelt, der mittels einer Elektronik verstärkt und in digitale Daten um­ gewandelt wird, die mittels eines zu dem Computertomographen gehörigen Computers zu Röntgenbildern verarbeitet werden.

Um eine maximale Lichtausbeute auf der Fotodiode zu erhalten, werden die aus einem optisch transparenten oder transluzenten Leuchtstoff bestehenden Szintillatoren außer an ihrer der Fo­ todiodenanordnung zugewandten Seite allseitig mit einem op­ tisch reflektierenden Material umgeben.

Meist ist den Szintillatoren ein Streustrahlenkollimator zu­ geordnet, dessen Kollimatorplatten auf den Fokus einer mit dem Strahlendetektor zusammenwirkenden Röntgenstrahlenquelle ausgerichtet sind, so dass im Wesentlichen nur von der Rönt­ genstrahlenquelle ausgehende Röntgenstrahlung zu den Szintil­ latoren gelangen kann, während die bei der Durchführung einer Untersuchung in dem Untersuchungsobjekt entstehende Streu­ strahlung wenigstens im Wesentlichen von den Szintillatoren fern gehalten wird.

Bei einem bekannten, modular aufgebauten Strahlendetektor für einen Computertomographen weist jedes Modul eine Fotodioden­ anordnung mit einer Anzahl von Fotodioden auf, denen jeweils ein Szintillator zugeordnet ist. Dabei handelt es sich bei den Szintillatoren nicht um separate Elemente, da dies die genaue Positionierung der Szintillatoren relativ zu den Foto­ dioden erschweren, wenn nicht unmöglich machen würde.

Vielmehr wird von einem Szintillatorteil ausgegangen, dessen Länge und Breite gegenüber Länge und Breite der Fotodiodenan­ ordnung ein gewisses Übermaß aufweisen.

Dieses Szintillatorteil wird an Umfang und Oberseite mit ei­ nem Reflektorlack, z. B. mit Titanoxid gefülltem Epoxydharz, umgossen, welcher als optischer Reflektor dient. Dabei wird durch spezielle Gießformen eine definierte Schichtdicke am Umfang gewährleistet. An der Oberseite wird eine definierte Schichtdicke durch mechanische Bearbeitung in einer Spezial­ vorrichtung gewährleistet.

Anschließend wird das Szintillatorteil mittels einer speziel­ len Vorrichtung auf der Fotodiodenanordnung plaziert und mit dieser verklebt, wobei diese Vorrichtung erst nach Aushärtung der Verklebung wieder entfernt werden kann.

Die so hergestellten Elemente werden auf speziellen hochge­ nauen Trennschleifmaschinen seitlich besäumt und das Szintil­ latorelement derart geschlitzt, dass jeder Fotodiode der Fo­ todiodenanordnung ein Szintillator zugeordnet ist. Dabei ist besonders auf die Schlitztiefe zu achten, um Beschädigungen der Fotodioden zu vermeiden. In die die Szintillatoren be­ grenzenden Schlitze werden sogenannte Septen, beispielsweise beidseitig beschichtete Aluminiumfolien, eingeklebt. Ebenso werden die besäumten Flächen des Szintillatorteils mit Septen beklebt.

Ein anderes Fertigungskonzept beruht darauf, jeweils einen Szintillator und eine Fotodiode miteinander zu verkleben und viele derartige Detektorelemente zu einem Strahlendetektor zusammenzubauen, wobei auch hier die Möglichkeit besteht, mehrere Detektorelemente zu Detektormodulen zusammenzufassen.

Soll ein Streustrahlenkollimator Verwendung finden, ist es bei beiden Fertigungskonzepten aufwendig und schwierig, den Streustrahlenkollimator vor dem Verkleben mit dem Strahlende­ tektor bzw. Detektormodulen relativ zu diesen in der erfor­ derlichen Weise zu positionieren. Es werden deshalb kompli­ zierte Vorrichtungen verwendet, in denen der Streustrahlen­ kollimator und der Strahlendetektor bzw. das Detektormodul bis zum Aushärten der Verklebung verbleiben müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strahlende­ tektor der eingangs genannten Art so auszubilden, dass er auf einfache und unkomplizierte Weise hergestellt werden kann.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des Patentanspruches 1 gelöst.

Im Falle der Erfindung macht also das Reflektorteil nicht nur die beim Stand der Technik erforderlichen Septen sowie die Beschichtung mit Reflektorlack und überflüssig, sondern stellt außerdem sicher, dass die Szintillatoren definierte Positionen relativ zueinander und relativ zu den Fotodioden der Fotodiodenanordnung einnehmen.

Die Bearbeitung der Szintillatoren beschränkt sich somit dar­ auf, diese auf die den Fächern entsprechenden Abmessungen zu­ zuschneiden, um sie in die Fächer des Reflektorteils einset­ zen zu können, wo sie gemäß einer Variante der Erfindung durch Kleben befestigt werden. Wie schon erwähnt, ist also kein Vergießen mit Reflektorlack erforderlich, so dass die hierfür erforderlichen teuren Gießformen entfallen können. Außerdem sind keine teuren Spezialmaschinen erforderlich, um die Szintillatoren zu bearbeiten. Des weiteren entfallen die beim Stand der Technik erforderlichen Schlitzoperationen und die damit verbundene Gefahr, Fotodioden der Fotodiodenanord­ nung zu beschädigen. Schließlich sind wie erwähnt keine Sep­ ten erforderlich, was die Herstellung und Handhabung dieser empfindlichen zusätzlichen Teile überflüssig macht.

Es wird also deutlich, dass der erfindungsgemäße Strahlende­ tektor gegenüber dem Stand der Technik wesentlich einfacher, unkomplizierter und damit kostengünstiger herstellbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Reflektorteil einteilig, beispielsweise als Spritz- oder Druckgussteil ausgebildet, das vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere einem einen optisch reflektierenden Füllstoff enthaltenden Kunststoff, hergestellt ist. Durch eine solche Ausbildung des Reflektorteils ist dieses und damit der Strah­ lendetektor insgesamt nochmals einfacher und kostengünstiger herstellbar.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Reflektorteil und die Fotodiodenanordnung mit­ einander zusammenwirkende Zentriermittel aufweisen, durch die bei Anordnung des Reflektorteils vor der Fotodiodenanordnung gewährleistet ist, dass die Szintillatoren der jeweils zuge­ hörigen Fotodiode gegenüberliegend angeordnet sind. Durch diese Maßnahme wird die Herstellung des erfindungsgemäßen Strahlendetektors weiter vereinfacht, da keine aufwendige Maßnahmen oder Vorrichtungen erforderlich sind, um die erfor­ derliche definierte Position von Reflektorteil und Fotodio­ denanordnung relativ zueinander zu gewährleisten.

Wenn der Strahlendetektor gemäß einer Variante der Erfindung einen Streustrahlenkollimator mit Kollimatorplatten aufweist, der vor dem Reflektorteil angeordnet ist, sieht eine Ausfüh­ rungsform der Erfindung vor, dass das Reflektorteil und der Streustrahlenkollimator miteinander zusammenwirkende Zent­ riermittel aufweisen, durch die bei Anordnung des Streustrah­ lenkollimators vor dem Reflektorteil gewährleistet ist, dass die Kollimatorplatten des Streustrahlenkollimators mit die Fächer begrenzenden Wandungen des Reflektorteils fluchten. Durch diese Maßnahme ist auf einfache Weise, insbesondere oh­ ne aufwendige Vorrichtungen, sichergestellt, dass der Streustrahlenkollimator und das Reflektorteil korrekt relativ zueinander positioniert sind.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Strah­ lendetektor aus mehreren Modulen zusammengesetzt ist, von de­ nen jedes ein Reflektorteil mit Szintillatoren und eine Foto­ diodenanordnung umfasst, wobei jedem Modul ein Streustrahlen­ kollimator zugeordnet sein kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Strahlendetektor in Form ei­ ner Explosionszeichnung,

Fig. 2 das Reflektorteil des Strahlendetektors gemäß Fig. 1 in perspektivischer Ansicht,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 einen modulartig aufgebauten erfindungsgemäßen Strah­ lendetektoren, und

Fig. 5 und 6 in teilweiser, zu der Fig. 2 analoger Darstel­ lung eine Variante der Fertigung des erfin­ dungsgemäßen Strahlendetektors.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, weist das in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemä­ ßen Strahlendetektors als wesentliche Elemente eine Fotodio­ denanordnung 1 mit auf einem Substrat 2 angebrachten Fotodio­ den 3, ein Szintillatoren 4 enthaltendes Reflektorteil 5 und einen Streustrahlenkollimator 6 mit zwischen zwei Seitentei­ len 7 angebrachten Kollimatorplatten 8 auf.

Das Reflektorteil 5 weist, wie aus der Fig. 2 in Verbindung mit der Fig. 3 ersichtlich ist, eine Basisplatte 9 auf, auf der eine rahmenförmige Begrenzungswand 10 angebracht ist.

Der von der Begrenzungswand 10 umgebene Raum ist durch paral­ lel zueinander sowie parallel zu zwei einander gegenüberlie­ genden Abschnitten der Begrenzungswand 10 verlaufende Trenn­ wände 11 in eine Anzahl von Fächern unterteilt, von denen ei­ nes mit dem Bezugszeichen 12 versehen ist.

Die Fächer 12 nehmen jeweils einen stabförmigen Szintillator 4 auf, der in das jeweilige Fach 12 eingeklebt ist.

Die Szintillatoren 4 sind in ihren Abmessungen derart auf die Fächer abgestimmt, dass sie diese vollständig ausfüllen.

Im Falle der Fig. 2 und 3 enthält nur ein Teil der Fächer 12 Szintillatoren 4, um die Gestalt der Fächer 12 veranschauli­ chen zu können. Es versteht sich jedoch, dass im zusammenge­ bauten Zustand alle Fächer 12 des Reflektorteils 5 Szintilla­ toren 4 enthalten.

Es wird also deutlich, dass die einzelnen Szintillatoren 4 außer an ihrer der Fotodiodenanordnung 1 zugewandten Seite von Wandungen des Reflektorteils 5, sei es von der Basisplat­ te 9, sei es von der Begrenzungswand 10 oder sei es von den Trennwänden 11 umgeben sind.

Da das als Spritz- oder Druckgussteil ausgebildete Reflektor­ teil 5 aus einem optisch reflektierenden Material, im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels aus mit Titanoxid ver­ setzten Epoxydharz, gebildet ist, wird weiter deutlich, dass das Reflektorteil 5 die Funktionen übernimmt, die im Falle des Standes der Technik die Septen und die Abdeckung mit Re­ flektorlack erfüllen.

Um sicherzustellen, dass das die Szintillatoren 4 enthaltene Reflektorteil 5 und die Fotodiodenanordnung 1 beim Zusammen­ fügen zu einer Einheit, was beispielsweise durch Kleben er­ folgen kann, eine definierte Lage relativ zueinander einneh­ men, in der die der Fotodiodenanordnung 1 zugewandten freien Seiten der Szintillatoren 4 der dem jeweiligen Szintillator 4 zugeordneten Fotodiode der Fotodiodenanordnung 1 derart gege­ nüberliegend angeordnet sind, dass sich die aktiven Flächen der Fotodioden mit den freien Seiten der Szintillatoren 4 de­ cken, sind die Fotodiodenanordnung und das Reflektorteil 5 mit miteinander zusammenwirkenden Zentriermitteln versehen.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels handelt es sich dabei um am Rand des Reflektorteils 5 angebrachte Zapfen 13, die in entsprechende Öffnungen 14 der Fotodiodenanordnung 1 eingreifen.

Um auch eine korrekte Position des Streustrahlenkollimators 6 relativ zu dem Reflektorteil 5 mit den Szintillatoren zu ge­ währleisten, sind auf das Reflektorteil 5 der Streustrahlen­ kollimator 6 mit miteinander zusammenwirkenden Zentriermit­ teln versehen, wobei es sich um an dem Streustrahlenkollima­ tor 6 angebrachte Zapfen 15 handelt, die mit an dem Reflek­ torteil 5 angebrachten Öffnungen 16 zusammenwirken und si­ cherstellen, dass die Kollimatorplatten 8 des Streustrahlen­ kollimators 6 mit den Trennwänden 11 des Reflektorteils 5 fluchten.

Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, besteht die Möglichkeit, einen erfindungsgemäßen Strahlendetektor aus mehreren Modulen zusammenzusetzen, von denen jedes ein Reflektorteil mit Szin­ tillatoren, einer Fotodiodenanordnung und erforderlichenfalls einen Streustrahlenkollimator aufweist. Eine solche Untertei­ lung in Module bietet beispielsweise den Vorteil, dass die einzelnen Module leicht handhabbar sind.

Im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind die rechteckigen Fotodioden 3 in beispielsweise quadratische Fo­ todiodensegmente 17 unterteilt. Eine solche Unterteilung kann zweckmäßig sein, ist jedoch nicht zwingend erforderlich.

Der Aufbau der im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Zentriermittel ist nur beispielhaft zu verste­ hen. Die Zentriermittel können abweichend ausgeführt sein.

Alternativ zu der im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß den Fig. 1 bis 3 vorgesehenen Vorgehensweise, separate stabförmi­ ge Szintillatoren 4 in die Fächer 12 des Reflektorteils 5 einzukleben, kann im Rahmen der Erfindung gemäß den Fig. 5 und 6 auch vorgesehen sein, dass zunächst aus einer Platte von Szintillatormaterial ein Szintillatorrohling 18 herge­ stellt wird, indem die Platte durch Schlitzen derart struktu­ riert wird, dass der Szintillatorrohling 18 aus einer relativ dünnen Grundplatte 19 mit an dieser befindlichen stabförmigen Szintillatoren 4 besteht und derart gestaltet ist, dass er sozusagen das Negativ des Reflektorteils 5 darstellt. Dieser Szintillatorrohling 18 wird in das Reflektorteil 5 derart eingesetzt, dass sich in jedem der Fächer 12 ein Szintillator 4 befindet, und mit dem Reflektorteil 5 derart verklebt, dass eine Klebeverbindung zwischen jedem der an der Grundplatte 19 befindlichen Szintillatoren 4 und dem jeweils entsprechenden Fach 12 des Reflektorteils 5 besteht. Nach erfolgter Klebung wird durch spanabhebende Bearbeitung, z. B. Schleifen, die Grundplatte 19 entfernt, so dass von dem Szintillatorrohling 18 nur die mit den Fächer 12 des Reflektorteils 5 verklebten Szintillatoren 4 übrig bleiben.

Der erfindungsgemäße Strahlendetektor gemäß den Ausführungs­ beispielen ist für die Computertomographie vorgesehen. Erfin­ dungsgemäße Strahlendetektoren können jedoch in der allgemei­ nen Röntgentechnik sowie zur Detektion von ionisierender Strahlung verwendet werden, deren Wellenlängenbereich außer­ halb des für Röntgenstrahlung charakteristischen Längenbe­ reichs liegt.

Claims (12)

1. Strahlendetektor, aufweisend
eine Anzahl von Szintillatoren, die beim Auftreffen zu de­ tektierender Strahlung Licht abgeben, welches Fotodioden einer Fotodiodenanordnung detektieren, und
ein eine der Anzahl von Szintillatoren entsprechende An­ zahl von Fächern aufweisendes Reflektorteil, welche die Szintillatoren derart aufnehmen, dass die Szintillatoren mit Ausnahme ihrer jeweils der Fotodiodenanordnung zuge­ wandten Seite von Wandungen der Fächer umgeben sind.

2. Strahlendetektor nach Anspruch 1, bei dem die Fächer des Reflektorteils der Anordnung der Fotodioden derart entspre­ chend angeordnet sind und das Reflektorteil zu der Fotodio­ denanordnung derart angeordnet ist, dass jeweils ein Szintil­ lator einer Fotodiode der Fotodiodenanordnung gegenüberlie­ gend angeordnet ist.

3. Strahlendetektor nach Anspruch 1 oder 2, dessen Szintilla­ toren in den Fächern des Reflektorteils durch Kleben befes­ tigt sind.

4. Strahlendetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Reflektorteil einteilig ausgebildet ist.

5. Strahlendetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Reflektorteil als Spritz- oder Druckgussteil ausgebildet ist.

6. Strahlendetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dessen Reflektorteil aus Kunststoff gebildet ist.

7. Strahlendetektor nach Anspruch 6, bei dem der Kunststoff einen optisch reflektierenden Füllstoff enthält.

8. Strahlendetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dessen Reflektorteil und dessen Fotodiodenanordnung miteinander zu­ sammenwirkend Zentriermittel aufweisen, durch die bei Anord­ nung des Reflektorteils und vor der Fotodiodenanordnung ge­ währleistet ist, dass die Szintillatoren die definierte Posi­ tionen relativ zu den Fotodioden der Fotodiodenanordnung ein­ nehmen.

9. Strahlendetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welche einen Streustrahlenkollimator mit Kollimatorplatten aufweist, der vor dem Reflektorteil angeordnet ist.

10. Strahlendetektor nach Anspruch 9, dessen die Fächer be­ grenzende Wände aufweisendes Reflektorteil und dessen Streustrahlenkollimator miteinander zusammenwirkend Zentrier­ mittel aufweisen, durch die bei Anordnung des Streustrahlen­ kollimators und vor dem Reflektorteil gewährleistet ist, dass die Kollimatorplatten des Streustrahlenkollimators mit die Fächer begrenzenden Wänden des Reflektorteils fluchten.

11. Strahlendetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wel­ cher aus mehreren Modulen zusammengesetzt ist, von denen je­ des ein Reflektorteil mit Szintillatoren und eine Fotodioden­ anordnung umfasst.

12. Strahlendetektor nach Anspruch 11, bei dem jedes Modul einen Streustrahlenkollimator aufweist.