DE10049406A1

DE10049406A1 - Röntgendetektorvorrichtung mit geringerem thermischem Ausdehnungsvermögen

Info

Publication number: DE10049406A1
Application number: DE10049406A
Authority: DE
Inventors: John Warren
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2020-10-06
Also published as: JP4669114B2; DE10049406B4; US6362481B1; JP2001188085A

Abstract

Es wird eine Technik vorgeschlagen, einen Festzustandsröntgendetektor (24) für ein CT-Abbildungssystem mit einem optischen Koppler zu versehen, der einen deutlich kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten (TAK) aufweist. In Übereinstimmung damit wird eine vorbestimmte Menge eines keramischen Szintillatormaterials in Pulverform mit der Harzkomponente eines Harz- und Härtungskomponenten enthaltenden optischen Kopplungsmaterials, wie etwa transparentes Epoxymaterial, gemischt. Aus dem pulverförmigen Gemisch aus Szintillator und Harz werden Luftblasen entfernt, wobei eine vorbestimmte Menge der Härtungskomponente des optischen Kopplungsmaterials damit kombiniert wird, um einen pulverförmigen Verbundstoff aus Szintillator und optischem Koppler zu schaffen. Der TAK des Verbundstoffs ist deutlich kleiner als der TAK des Epoxymaterials allein. Ein monolithischer Block oder Körper des Keramikszintillatormaterials wird in enger, beabstandeter Beziehung zu einer Fotodiodeneinrichtung gesetzt und der Spalt dazwischen mit dem den verringerten TAK aufweisenden optischen Kopplerverbundstoff gefüllt, um darin Lufträume zu entfernen.

Description

Die hierin offenbarte und beanspruchte Erfindung bezieht sich allgemein auf einen verbesserten Festzustands röntgendetektor, der bei diagnostischen Computer tomographieabbildungssystemen (CT-Systemen) und auch bei anderen Anwendungen verwendet werden kann. Genauer bezieht sich die Erfindung auf einen Röntgendetektor der oben genannten Bauart, bei dem ein optisches Kopplungs material erforderlich ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Röntgendetektor, bei dem das optische Kopplungsmaterial mit einem verhältnismäßig kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (TAK) versehen ist.

Wie in der Fachwelt weithin bekannt ist, haben Festzustandsröntgendetektoren eine wachsende Bedeutung bei der CT-Abbildung und anderen Anwendungen. Derartige Detektoren weisen im Allgemeinen einen monolithischen Block aus polykristallinem Keramikszintillatormaterial auf, der so positioniert ist, dass er einen Röntgen strahlungsfluss aufnimmt. Das Szintillatormaterial kann beispielsweise ein Material umfassen, das von der Anmelderin dieser Patentanmeldung, der General Electric Company, unter dem Markennamen Lumex verkauft wird und Eigentum von GE ist. Die von dem Szintillator aufge nommene Röntgenenergie wird beim Durchgang durch das Szintillatormaterial proportional zu ihrer Intensität in beinahe sichtbares Licht umgewandelt. Das Licht regt dann eine Fotodiode an, die in enger, angrenzender Beziehung zu dem Szintillator gelegen ist und auf bestimmte Weise gestaltet ist, um das Licht in ein elektrisches Signal umzuwandeln, das zur Verarbeitung durch computergestützte Mittel geeignet ist.

Bei der Konstruktion eines Röntgendetektors der obigen Bauart stellte sich heraus, dass sich zwischen dem Szintillator und der Fotodiode kein Luftspalt oder Luftraum befinden darf. Andernfalls würde aufgrund von einer Lichtbrechung entlang dem Luftspalt ein Teil des von dem Szintillator erzeugten Lichts nicht von der Fotodiode erfasst werden. Genauer gesagt ist die Brech zahl von Luft sehr verschieden von den Brechzahlen der zwei Detektorkomponenten. Deswegen könnte ein Teil des erzeugten Lichts von der Grenzfläche aus Luft und Szintillator oder von der Grenzfläche aus Luft und Fotodioden reflektiert werden und deswegen nicht die Fotodiode erreichen. Um derartige Brechungsverluste zu verringern, ist es daher übliche Praxis, zwischen dem Szintillator und der Fotodiode einen optischen Koppler zu setzen bzw. zwischen diesen anzuordnen. Der optische Koppler besteht typischerweise aus einem transparenten Polymermaterial (z. B. einem Epoxyharz), das als ein Flüssigklebstoff eingebracht wird, der fest wird und den Szintillator und die Fotodiode miteinander verklebt, wodurch zwischen diesen Lufträume verhindert werden.

Die obige Anordnung hat sich bei Festzustandsröntgen detektoren im Großen und Ganzen als wirksam erwiesen, um die Brechungsverluste zu minimieren und dadurch die Effizienz zu steigern. Allerdings hat ein Szintillator wie Lumex einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten oder TAK von ungefähr 6 ppm/°C und eine Fotodiode mit einer Klebefläche aus Siliziumdioxidglas einen TAK von ungefähr 7 ppm/°C. Im Gegensatz dazu kann ein optischer Epoxy koppler eines auf diesem technischen Gebiet weithin verwendeten Typs einen TAK von bis zu 200 ppm/°C aufweisen. Derart große Fehlanpassungen des TAK können an den Grenzflächen von optischem Koppler und Szintillator sowie optischem Koppler und Fotodiode zu thermisch induzierten Spannungen führen, die wiederum eine Ablösung des optischen Kopplers herbeiführen können, wenn der Röntgendetektor Temperaturextremen ausgesetzt ist. Das heißt, dass wenn der Röntgendetektor eine große Tempe raturänderung erfährt, es wahrscheinlich ist, dass sich die Abmessungen des optischen Kopplers weitaus stärker als die Abmessungen des Szintillators und der Fotodiode ändern. Demnach kann der optische Koppler einer erheb lichen Spannung unterliegen und sogar brechen oder von den Röntgendetektorkomponenten getrennt werden.

Die hierin offenbarte und beanspruchte Erfindung zielt auf eine verhältnismäßig einfache und kostengünstige Technik ab, um den thermischen Ausdehnungskoeffizienten eines optischen Kopplers für einen Festzustandsröntgen detektor im Vergleich zum Stand der Technik deutlich zu senken.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Röntgen detektorvorrichtung vorgesehen, die eine erste Menge ausgewählten Keramikszintillationsmaterials umfasst, die zu einem monolithischen Szintillatorkörper mit einer bestimmten Stirnfläche ausgebildet ist. Der Szintillator körper ist so eingerichtet, dass er eine Röntgen strahlungsmenge aufnimmt und eine dazu entsprechende Lichtmenge durch die bestimmte Szintillatorstirnfläche projiziert. Die Detektorvorrichtung weist außerdem eine Fotodiodeneinrichtung auf, die von der bestimmten Szintillatorstirnfläche durch einen Spalt mit ausge wählter Breite beabstandet ist, wobei die Fotodioden einrichtung so eingerichtet ist, dass sie das projizierte Licht aufnimmt und ein dazu proportionales elektrisches Signal erzeugt, das daher proportional zu der von dem Szintillatorkörper aufgenommenen Röntgenstrahlungsmenge ist oder sie anderweitig repräsentiert. Um die Brechung des den Spalt durchquerenden Lichts zu verringern, wird in dem Spalt ein optisches Kopplungsmaterial ausgewählter Viskosität positioniert. Mit dem optischen Kopplungs material ist in Form eines Pulvers eine zweite Menge des ausgewählten Szintillationsmaterials gemischt, um für eine optische Kopplerzusammensetzung mit selektiv verringertem thermischen Ausdehnungsvermögen zu sorgen.

Das Szintillationsmaterial umfasst vorzugsweise ein polykristallines Keramikmaterial wie Lumex, das bestimmte Mengen an Gadoliniumoxid und eines Seltenerdaktivators enthält. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das optische Kopplungsmaterial ein transparentes Epoxymaterial und ist der Röntgendetektor auf die Verwendung bei einem CT-Abbildungssystem angepasst. Es wird bereits vorweggenommen, dass durch ein Ausführungs beispiel der Erfindung ein verbesserter optischer Koppler für einen Röntgendetektor zur Verfügung gestellt wird, der einen TAK aufweist, der deutlich kleiner als der TAK eines optischen Kopplers ist, wie er herkömmlicherweise bei Festzustandsröntgendetektoren verwendet wird.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufbau eines Röntgendetektoraufbaus für ein CT-Abbildungssystem. Das Verfahren umfasst den Schritt Mischen einer vorbestimmten Menge eines in Pulverform vorliegenden Keramikszintillatormaterials mit der Harzkomponente eines Harz- und Härtungskomponenten aufweisenden optischen Kopplungsmaterials. Danach werden aus dem pulverförmigen Gemisch aus Szintillator und Harz selektiv Luftblasen entfernt. Das Verfahren umfasst außerdem die Schritte Mischen einer vorbestimmten Menge der Härtungskomponente des optischen Kopplungsmaterials mit dem pulverförmigen Gemisch aus Szintillator und Harz, um einen pulverförmigen Verbundstoff aus Szintillator und optischem Koppler zu schaffen, und dann Entfernen von Luftblasen aus dem Verbundstoff. Ein monolithischer Block oder Körper des Keramikszintillatormaterials wird in enger, beabstandeter Beziehung zu einer Fotodioden einrichtung gesetzt, sodass dazwischen für einen Spalt bestimmter Breite gesorgt ist, wobei der Spalt mit dem Verbundstoff gefüllt wird, um daraus Lufträume zu entfernen.

Die oben genannten und weitere Lösungen der erfindungs gemäßen Aufgabe mit ihren Merkmalen und Vorteilen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungs beispielen. Dabei wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Folgendes zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht von Hauptelementen eines CT-Abbildungssystems oder -abtasters;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer Röntgen detektorzelle für den CT-Abtaster von Fig. 1, wobei der Röntgendetektor einem Ausführungsbeispiels der Erfindung entspricht;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine genauere Detailansicht eines Teils von Fig. 3;

Fig. 5 eine Auftragung des TAK einer erfindungsgemäß gebildeten Zusammensetzung als Funktion des Volumen anteils eines Hauptbestandteilmaterials; und

Fig. 6 eine Schnittansicht von Röntgendetektor komponenten, die eine Abwandlung des in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiels zeigt.

In Fig. 1 sind Hauptelemente eines CT-Abtasters gezeigt, die zur Erzeugung, Übertragung und Erfassung von Röntgen strahlung verwendet werden. Um die Strahlung zu erzeugen, weist der Abtaster eine Strahlungsquelle 10 auf, die geeigneterweise eine sich drehende Röntgenröhre umfasst. Von der Quelle 10 erzeugte Strahlung wird mittels eines Kollimators 12 kollimiert, um einen dünnen Röntgenfächer strahl 14 zu erzeugen, der durch eine Öffnung 16 zu einem Röntgendetektorfeld 20 hin projiziert wird. Im Weg des Röntgenfächerstrahls 14 ist innerhalb der Öffnung 16 ein zu untersuchender Körper wie etwa ein Patient oder ein anderer Gegenstand 18 positioniert. Dementsprechend wird der Strahl beim Durchgang durch das Objekt 18 abge schwächt, wobei das Abschwächungsmaß von der Dichte des Objektkörpers abhängig ist. Das Strahlungsdetektorfeld 20 umfasst ein Detektorfeldgehäuse 22 mit einer Vielzahl von Detektorzellen 24. Die Detektoren 24 sind so gestaltet, dass sie jeweils entsprechende Abschnitte des abge schwächten Röntgenfächerstrahls 14 aufnehmen und elektrische Signale erzeugen, die proportional zu der Intensität der Strahlung des jeweils aufgenommenen Strahlabschnitts sind oder diese anderweitig repräsen tieren. Die sich ergebenden elektrischen Signale sind daher ein Maß für die Abschwächung des Röntgenstrahls durch die jeweiligen Abschnitte des Körpers 18, durch den der Strahl hindurchgegangen ist.

Im Betrieb werden jeder Detektorzelle 24 bezogen auf den Körper 18 von einer Vielzahl von Winkelpositionen Ablesungen elektrischer Signale entnommen, da die Quelle 10 und das Detektorfeld 20 um die Öffnung 16 herumgedreht werden. Die sich ergebenden Ablesungen werden digi talisiert und zu einem Computer 26 übertragen, der einen von mehreren verfügbaren Algorithmen verwendet, um aus dem Querschnitt, der von dem Röntgenfächerstrahl 14 durchquert wurde, eine Abbildung zu berechnen und aufzu bauen. Die sich ergebende Abbildung wird auf einem Bildschirm 28 angezeigt oder kann wahlweise dazu verwendet werden, auf einem dauerhaftem Medium wie etwa einem Fotofilm oder dergleichen ein Bild zu erzeugen.

Bei einem Festzustandsröntgensstrahlungsdetektorfeld 20 entspricht jede Detektorzelle 24 typischerweise der schematisch in Fig. 2 dargestellten Bauart. Die Detektor breite ist durch den Abstand zwischen Kollimatorplatten 30 und 32 definiert, durch die entlang eines inkremen talen Abschnitts des Fächerstrahls ein Fenster zur Aufnahme von Röntgenstrahlen 14 definiert wird, dem der Detektor 24 zugewandt ist. Wie sich aus dem Vergleich der Fig. 2 und 3 ergibt, ist die Breite der Detektorzelle deutlich kleiner als ihre Länge, d. h. als die Abmessung des Detektors senkrecht zur Ebene des Fächerstrahls. Für eine gute räumliche Auflösung des Fächerstrahls ist es wünschenswert, die Detektorbreite zu minimieren. Typische Detektorzellenabmessungen können in der Praxis bei einem Strahlungsdetektorfeld in der Größenordnung von einem Millimeter für die Detektorzellenbreite und in der Größenordnung von 20 Millimetern für die Detektorzellen länge liegen.

In Fig. 2 ist ferner ein Röntgendetektor 24 gezeigt, der mit einem polykristallinen Keramikszintillatorkörper 36 versehen ist. Der Szintillatorkörper 36 ist in einem Kanal 34 angeordnet, der durch die Kollimatorplatten 30 und 32 definiert ist und dazwischen einen Freiraum hat. Nach dem Durchgang zwischen den Kollimatorplatten 30 und 32 fällt demnach von dem Kanal 34 aufgenommene Röntgen strahlung 14 auf den Szintillatorkörper 36. Die auf treffende Strahlung veranlasst den Körper 36 bei einer vorbestimmten Wellenlänge zur Szintillation, wodurch die auftreffende Röntgenstrahlung in Strahlung geringerer Energie im sichtbaren oder beinahe sichtbaren Spektrum, d. h. in Lichtenergie, umgewandelt wird. Entsprechend weist der Röntgendetektor 24 zusätzlich eine Einrichtung zur Erfassung des sichtbaren Spektrums bzw. der Szintillatorenergie auf, die von dem Szintillatorkörper 36 erzeugt wurde. Diese Einrichtung ist an den Szintillatorkörper 36 gekoppelt, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das proportional zu der Intensität der durch den entsprechenden Kanal 34 des Detektorfelds 20 hindurch von dem Szintillatorkörper 36 aufgenommenen Röntgenstrahlung ist oder diese anderweitig repräsen tiert. Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Szintillatorerfassungs einrichtung einen Fotodiodenaufbau 40 mit einer Aktiv fläche 42. Die Fläche 42 kann beispielsweise eine Klebe fläche aus Silliziumdioxidglas umfassen. Wenn die durch den Szintillatorkörper 36 erzeugte Szintillatorenergie von diesem nach außen durch eine Stirnfläche 38 projiziert wird, ist der Fotodiodenaufbau 40 so positioniert, dass seine Aktivfläche 42 in enger, beabstandeter Beziehung mit der Szintillatorkörperstirn fläche 38 festgelegt ist. Dadurch nimmt die Fotodiode 40 im Wesentlichen die gesamte Szintillationsstrahlung auf, die der Körper 36 im Ansprechen auf auftreffende Röntgen strahlung erzeugt.

Es stehen verschiedene Techniken zur Verfügung, um das von dem Szintillator 36 erzeugte Licht auf die Aktiv fläche 42 der Fotodiode 40 zu lenken. Zum Beispiel können sämtliche Stirnflächen des Szintillators 36 bis auf seine Stirnfläche 38 so behandelt sein, dass sie sämtliches auf die behandelten Stirnflächen fallendes Licht nach innen reflektieren. Wie darüber hinaus in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, wird ein optischer Koppler 44 eingesetzt, um den Spalt zwischen der Stirnfläche 38 des Szintillator körpers 36 und der Aktivfläche 42 der Fotodiode 40 zu füllen. Der optische Koppler 44 verbessert die Kopplung des Lichts von dem Szintillator 36 zu der Fotodiode 40, da er wie oben beschrieben Brechungsverluste deutlich verringert.

Der Szintillatorkörper 36 könnte praktischerweise aus dem Material Lumex aufgebaut sein, auf das vorstehend Bezug genommen wurde. Lumex ist dem polykristallinen Keramik szintillatormaterial ähnlich bzw. identisch, das in dem US-Patent Nr. 4,421,671 offenbart ist. Das darin offen barte Szintillatormaterial besteht aus Seltenerd- Yttriumoxid/Gadoliniumoxid-Wirtsgittern und trivalenten Seltenerdaktivatoroxiden. Die Szintillatorzusammensetzung kann außerdem ein oder mehr der in diesem Patent beschriebenen Transparenzförderer und Lichtabgabewieder hersteller enthalten. Ein fertiggestellter Szintillator körper setzt sich, wie darin beschrieben ist, aus einem kubischen Mischkristall der verschiedenen chemischen Bestandteile zusammen. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, den Schutzumfang der Erfindung auf dieses Szintillator material zu beschränken.

In Fig. 4 ist die Zusammensetzung des optischen Kopplers 34 mit mehr Einzelheiten dargestellt, wobei die Herstel lung dieser Zusammensetzung erfindungsgemäß erfolgte. Genauer gesagt umfasst der optische Koppler 44 einen Flüssigklebstoff wie etwa ein transparentes Epoxymaterial 46, der fest wird und den Szintillatorkörper 36 und die Fotodiode 40 miteinander verklebt. Fig. 4 zeigt darüber hinaus eine Menge an Szintillatormaterial 48, das in Pulverform in das Epoxymaterial 46 eingemischt ist. Das Szintillatormaterial 48 umfasst vorzugsweise das gleiche Szintillatormaterial (wie etwa Lumex), das zur Herstel lung des monolithischen Szintillatorkörpers 36 verwendet wurde, wobei beispielsweise pulverförmiges Keramik szintillatormaterial durch Pressen und Sintern in eine monolithische Form gebracht wurde.

Es stellte sich heraus, dass ein optischer Koppler 44 mit einer Zusammensetzung, die entsprechend einem nachstehend beschriebenen Vorgang durch Zusammenmischen eines Epoxy materials 46 und eines pulverförmigen Szintillator materials 48 gebildet wird, hervorragende optische Kopplungseigenschaften hat. Die Zusammensetzung des optischen Kopplers 44 verbessert daher die Übertragung des durch den Szintillatorkörper 36 erzeugten Lichts von dem Szintillatorkörper zu der Fotodiode 40 über den dazwischen liegenden Spalt. Gleichzeitig wurde festge stellt, dass die Zusammensetzung des optischen Kopplers 44 im Vergleich mit aus dem Stand der Technik bekannten optischen Kopplern erfindungsgemäß einen verhältnismäßig kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat. Die Zusammensetzung 44 kann beispielsweise einen TAK aufweisen, der ungefähr 50% des TAK-Werts eines typischerweise bei optischen Kopplungsanwendungen einge setzten ungefüllten Epoxymaterials entspricht. Die Verwendung der optischen Kopplerzusammensetzung 44 verringert daher deutlich die Auswirkungen von extremen Temperaturänderungen auf den Röntgendetektor 24. Es ist daher weitaus weniger wahrscheinlich, dass solche Temperaturänderungen den Detektor dehnen und ihn möglicherweise dadurch schädigen, dass der optische Koppler von dem Szintillatorkörper oder der Fotodiode abgelöst wird.

Bei der Herstellung der optischen Kopplerzusammensetzung 44 wird das pulverförmige Szintillatormaterial 48 zunächst auf eine bestimmte nominelle Größenverteilung gesiebt, um mit der Spaltfüllung und den Größeneigen schaften der zwischen den Szintillatorkörper 36 und der Fotodiode 40 zu bildenden Verbindung in Einklang gebracht zu werden. Die Pulververteilung muss deutlich kleiner als die Breite des zu füllenden Spalts sein. Die Breite w des dazwischen liegenden Spalts liegt typischerweise in der Größenordnung 40-50 µm. Danach wird das pulverförmige Szintillatormaterial 48 mit Epoxymaterial 46 gemischt, um das Szintillatormaterial in das nach wie vor im flüssigen Zustand befindliche Epoxymaterial (d. h. vor dem Aushärten) einzubringen. Genauer gesagt bestehen die meisten kommerziell verfügbaren Epoxymaterialien, die für optische Anwendungen hergestellt wurden, aus zwei Komponenten, und zwar einem Härtungsmittel und einem Harz, die in bestimmten Anteilen gemischt werden und anschließend durch Wärme ausgehärtet werden. Die Einbringung des Szintillatorpulvers 48 in das Epoxyharz 46 erfolgt in mehreren Schritten. Zunächst wird eine vorgewogene Menge Szintillatorpulver zu einer vorge wogenen Menge Harz hinzugegeben und dann sorgfältig gemischt, um das Pulver in dem Harzmaterial gleichmäßig zu verteilen. Die jeweiligen Anteile des Szintillator pulvers und des Harzes können durch Mischungsregelanalyse (ROM-Analyse) bestimmt werden, wie im Folgenden beschrie ben ist. Aus diesem Gemisch werden eingeschlossene Luftblasen entfernt, indem das Gemisch einem Vakuum entgasungsvorgang unterzogen wird. Bei der Vakuum entgasung wird das Gemisch in eine hermetisch abge schlossene Kammer gegeben, die dann mittels einer Vakuum pumpe evakuiert wird.

In einem zweiten Schritt wird eine vorgewogene Menge des Härtungsmittels, die in einem korrekten Verhältnis zu dem Harz eingemessen ist, zu dem mit dem Szintillatorpulver gefüllten Harz hinzugegeben, gemischt und wie zuvor vakuumentgast. Nach Entfernung der eingeschlossenen Luftblasen steht das Verbundstoffsystem des optischen Kopplers komplett zur Verfügung, um bei der Verbindung des Szintillatorkörpers 36 und der Fotodiode 40 verwendet zu werden.

Bei der Verwendung des optischen Kopplerwerkstoffs 44 in dem Röntgendetektor 24 ergibt sich dadurch ein weiterer Vorteil, dass das pulverförmige Szintillatormaterial 48 in dem optischen Koppler eine entsprechende Menge des nicht szintillierenden Epoxymaterials ersetzt. Es wurde festgestellt, dass die Szintillatoreigenschaften des pulverförmigen Materials 48 die Effizienz des Detektors 24 insgesamt verbessern. Um eine optische Koppler zusammensetzung 44 zu schaffen, die einen bestimmten TAK aufweist, kann die Mischungsregel (ROM) eingesetzt werden, um für die Zusammensetzung die jeweiligen Anteile an pulverförmigem Szintillatormaterial und Epoxymaterial auszuwählen. Der ROM-Zusammenhang lässt sich wie folgt ausdrücken:

V_Sα_S + V_Cα_C = α_T Gleichung (1)

In Gleichung (1) entspricht V_S dem Volumenanteil des zu dem Epoxykoppler hinzugegebenen pulverförmigen Szintillators (0 < V_S < 1), α_S dem TAK (ppm/°C) des Szintillatormaterials, V_C dem Volumenanteil des Epoxy materials (gleich 1 - V_S), α_C dem TAK des Epoxykopplers und α_T dem sich ergebenden TAK des Verbundstoffgemischs. Die Werte α_S und α_C müssen auf den im Interesse stehenden Temperaturbereich anwendbar sein. Wenn die mit dem Kopplerverbundstoff geringen Ausdehnungsvermögens zu füllende Verbindung zwischen dem Szintillatorkörper 36 und der Fotodiode 40 beispielsweise einem Temperatur bereich von -10°C bis 50°C ausgesetzt ist, müssen die in Gleichung (1) verwendeten Werte von α_S und α_C auch in diesem Temperaturbereich gültig sein.

Die in Gleichung (1) verwendeten Werte des Volumenanteils können anhand des jeweiligen Gewichts der Komponenten der optischen Kopplerzusammensetzung bestimmt werden, indem sie unter Verwendung des folgenden Zusammenhangs mit dem spezifischen Volumen v multipliziert werden:

V_S = (W_Sν_S)/(W_Sν_S + W_Cν_C) Gleichung (2)

V_S = (W_Cν_C)/(W_Sν_S + W_Cν_C) Gleichung (3)

W_T = W_Sν_S + W_Cν_C Gleichung (4)

In den Gleichungen (2)-(4) entspricht W_S dem Gewicht (in Gramm) des Szintillatorpulvers 48 in dem Verbund stoffgemisch 44, ν_S dem spezifischen Volumen des Szintillatorpulvers (in m³/Gramm), W_C dem Gewicht des Epoxykoppler 46, ν_C dem spezifischen Volumen des Epoxy kopplers und W_T dem Gesamtgewicht der zwei Komponenten in dem Gemisch. Die Gleichungen (1)-(4) können gleich zeitig gelöst werden, um den Volumenanteil des Szintillatorpulvers 48 zu bestimmen, der zur Schaffung einer optischen Kopplerzusammensetzung 44 mit einem bestimmten TAK erforderlich ist.

Die Hinzugabe des Szintillatorpulvers zu dem Epoxykoppler weist in der Praxis Grenzen auf. Die Viskosität des gefüllten Epoxyharzes nimmt mit steigendem V_S deutlich zu. Somit kann es bei hohen Werten von V_S (d. h. < 0,5) wünschenswert sein, entsprechend auf diesem technischen Gebiet weithin bekannten Praktiken das zur Aufbringung des Kopplers verwendete Rüstzeug insofern abzuwandeln, als ein Material einer Art aufgebracht wird, das die Konsistenz einer dicken Paste hat.

Fig. 5 zeigt eine Auftragung des sich ergebenden, durch den ROM-Zusammenhang der Gleichung (1) vorausgesagten TAK α_T des Verbundstoffgemischs als Funktion des Volumen anteils V_S des Szintillatorpulvers 48. Die Gleichung (1) wurde unter Verwendung von Materialparametern gelöst, die für optische Koppler aus Zweikomponenten-Epoxyharzen typisch sind. Typischerweise nimmt der TAK bei diesen Materialien deutlich ab, wenn die Betriebstemperatur eine Temperatur überschreitet, die in diesem technischen Gebiet als Glasübergangstemperatur des Epoxymaterials bezeichnet wird. Wie beispielsweise in Zusammenhang mit Fig. 5 gezeigt ist, beträgt die Glasübergangstemperatur 48°C. Demnach stellt die Kurve (A) in Fig. 5 eine Auftragung des vorausgesagten TAK des Verbundstoff gemischs 44 für Temperaturen oberhalb der Glasübergangs temperatur und die Kurve (B) in Fig. 5 eine Auftragung des vorausgesagten TAK des Verbundstoffgemischs 44 für Temperaturen unterhalb der Glasübergangstemperatur dar. Die Szintillatormaterialeigenschaften entsprechen denen des vorstehend beschriebenen Lumex-Materials. Die Auftragungen wurden unter Verwendung der folgenden Materialparameter vorgenommen:

α_C = 50 × 10^-6/°C für T < 48°C und 125 × 10^-6/°C für T < 48°

α_S = 6 × 10^-6/°C für alle T

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, senkt eine Szintillatorpulver füllung von 50 Vol.-% (0,50 V_S) bei Betriebstemperaturen von weniger als 48°C den TAK α_T auf etwa 56% des Werts des ungefüllten Kopplers 46. Oberhalb von 48°C ist Senkung des TAK etwas größer, wobei sich ein TAK von 52% des ungefüllten Kopplermaterials 46 ergibt.

In Fig. 6 ist eine Abwandlung der Erfindung gezeigt, bei der eine sehr dünne Lage der optischen Kopplungszusammen setzung 44 auf den jeweiligen Klebeflächen von sowohl dem Szintillatorkörper 36 als auch der Fotodiode 40 als Schicht aufgebracht ist. Um die zwei Schichtkomponenten miteinander zu verkleben, wird dann eine Schicht aus herkömmlichem transparentem Epoxymaterial 46 verwendet.

In Anbetracht der obigen technischen Lehre sind natürlich eine Reihe weiterer Abwandlungen und Änderungen der Erfindung denkbar. Es sei daher darauf hingewiesen, dass die Erfindung innerhalb des offenbarten Schutzumfangs der Erfindung auf andere Weise umgesetzt werden kann, als im Einzelnen vorstehend beschrieben worden ist.

Claims

1. Röntgendetektorvorrichtung (24), mit:
einer ersten Menge ausgewählten Keramik szintillationsmaterials, die zu einem monolithischen Szintillatorkörper (36) ausgebildet ist, wobei der Szintillatorkörper so eingerichtet ist, dass er eine Röntgenstrahlungsmenge aufnimmt und durch eine bestimmte Stirnfläche (38) des Szintillatorkörpers hindurch eine dazu entsprechende Lichtmenge projiziert;
einer Fotodiodeneinrichtung (40, 42), die von der bestimmten Szintillatorstirnfläche durch einen Spalt bestimmter Abmessung beabstandet ist, sodass die Fotodiodeneinrichtung so eingerichtet ist, dass sie das projizierte Licht aufnimmt und ein elektrisches Signal erzeugt, das das projizierte Licht und die Röntgen strahlung repräsentiert;
einem optischen Kopplungsmaterial ausgewählter Viskosität, das in dem Spalt positioniert ist, um das Brechungsvermögen des projizierten Lichts zu senken, wenn das Licht den Spalt durchquert; und
einer zweite Menge des Szintillationsmaterials in Form eines Pulvers, die in das optische Kopplungsmaterial eingemischt ist, um für eine optische Kopplerzusammen setzung (44) mit einem thermischen Ausdehnungsvermögen zu sorgen, das geringer als das thermische Ausdehnungs vermögen des optischen Kopplungsmaterials allein ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Szintillationsmaterial bestimmte Mengen an Yttriumoxid/Gadoliniumoxid und eines Seltenerdaktivators enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Szintillationsmaterial Lumex umfasst.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Szintillationsmaterial in der optischen Koppler zusammensetzung (44) einen Volumenanteil einnimmt, der so ausgewählt ist, dass die Zusammensetzung ein bestimmtes thermisches Ausdehnungsvermögen hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das optische Kopplungsmaterial ein transparentes Epoxymaterial umfasst.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Röntgen detektor (24) zur Verwendung bei einem CT- Abbildungssystem eingerichtet ist.

7. Optischer Kopplerverbundstoff, der bei einem Röntgendetektor (24), der mit einem aus einem ausgewählten Szintillationsmaterial ausgebildeten Festzustandsszintillatorkörper (36) und außerdem mit einer von dem Szintillatorkörper durch einen Spalt bestimmter Breite beabstandeten Fotodiodeneinrichtung (40, 42) versehen ist und bei dem der Szintillatorkörper so eingerichtet ist, dass er Röntgenstrahlung aufnimmt und eine dazu entsprechende Lichtmenge über den Spalt zu der Fotodiodeneinrichtung projiziert, zur Einbringung in den Spalt eingerichtet ist, mit:
einer Menge optischen Kopplungsmaterials ausgewählter Viskosität; und
einer Menge des Szintillationsmaterials in Form eines Pulvers, das in das optische Kopplungsmaterial eingemischt ist, um eine Zusammensetzung (44) zu schaffen, die ein thermisches Ausdehnungsvermögen hat, das wesentlich geringer als das thermische Ausdehnungs vermögen des optischen Kopplungsmaterials allein ist.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 7, wobei das Szintillationsmaterial in der optischen Kopplerzusammen setzung (44) einen Volumenanteil einnimmt, der so ausgewählt ist, dass die Zusammensetzung für eine bestimmte Temperatur einen bestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist.

9. Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei das Szintillatiosmaterial bestimmte Mengen an Yttriumoxid/Gadoliniumoxid und eines Seltenerdaktivators enthält.

10. Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei das optische Kopplungsmaterial ein transparentes Epoxymaterial umfasst.

11. Verfahren zum Aufbau eines Röntgendetektoraufbaus (24) für ein CT-System, mit den Schritten:
Herstellen eines Gemischs, das eine vorbestimmte Menge eines Keramikszintillatormaterials in Pulverform und eine Harzkomponente eines optischen Kopplungs materials umfasst;
Mischen einer vorbestimmten Menge einer Härtungs komponente des optischen Kopplungsmaterials mit dem Gemisch aus Szintillator und Harzpulver, um eine pulver förmige Zusammensetzung aus Szintillator und optischem Koppler zu schaffen; und
Setzen eines monolithischen Blocks des Keramik szintillatormaterials in enger, beabstandeter Beziehung zu einer Fotodiodeneinrichtung, um dazwischen für einen Spalt bestimmter Abmessung zu sorgen, und Füllen des Spalts mit der pulverförmigen Zusammensetzung aus Szintillator und optischem Koppler.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verfahren einen Vorbereitungsschritt umfasst, bei dem das pulver förmige Szintillatormaterial auf eine spezielle nominelle Größenverteilung gesiebt wird, die in Beziehung zu den Abmessungen der Spaltbreite ausgewählt ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt Herstellen des pulverförmigen Gemischs aus Szintillator und Harz ein Hinzufügen einer vorgewogenen Menge des pulverförmigen Szintillatormaterials zu einer vorge wogenen Menge des Harzes und dann ein sorgfältiges Mischen zur gleichmäßigen Verteilung des pulverförmigen Szintillatormaterials in dem Harz umfasst.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die jeweiligen Anteile des pulverförmigen Szintillatormaterials und des Epoxykopplers durch Mischungsregelanalyse bestimmt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das pulverförmige Szintillatormaterial in der Zusammensetzung einen Volumenanteil einnimmt, der so ausgewählt ist, dass die Zusammensetzung für eine bestimmte Temperatur einen bestimmten thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das pulverförmige Szintillatormaterial bestimmte Mengen an Yttriumoxid/ Gadoliniumoxid und eines Seltenerdaktivators enthält.

17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das pulverförmige Szintillatormaterial Lumex umfasst und das optische Kopplungsmaterial transparentes Epoxymaterial umfasst.

18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Verfahren die Schritte Entfernen von Luftblasen aus dem pulverförmigen Gemisch aus Szintillator und Harz und aus der Zusammen setzung umfasst.

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei jeder der Luft blasenentfernungsschritte mittels eines Vakuumentgasungs vorgangs erfolgt.