DE10138913A1

DE10138913A1 - Detektormodul, Detektor für Röntgen-Computertomograph und Verfahren zur Herstellung von Schnittbildern mittels eiens Röntgen-Computertomographen

Info

Publication number: DE10138913A1
Application number: DE2001138913
Authority: DE
Inventors: Helmut Winkelmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2021-08-09
Also published as: DE10138913B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Detektormodul für Röntgen-Computertomographen, wobei auf einer Vorderseite einer Leiterplatte (6) ein eine Vielzahl von Sensorelementen (8) aufweisendes Sensorarray montiert ist. Zur Erhöhung der Genauigkeit des Detektors ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der dem Sensorarray abgewandten Rückseite der Leiterplatte (6) mindestens ein Heizelement (11) zum Beheizen des Sensorarrays und einer in der Nähe des Heizelements (11) angeordneten Regelelektronik (3) zum Regeln des Heizelements (11) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Detektormodul für einen Röntgen- Computertomograph nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Detektor und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.

Aus der DE 195 02 574 A1 ist ein Detektor mit mehreren parallelen Detektorzeilen bekannt, die in Richtung der Achse eines zu durchstrahlenden Objekts, z. B. eines Patienten, verlaufen. Mehrere Detektorzeilen können als Montageeinheit bzw. als Detektormodul ausgeführt sein. Dabei ist auf einer Leiterplatte ein aus einer Vielzahl von Sensorelementen gebildetes Sensorarray aufgenommen. Die Leiterplatte ist über einen flexiblen Abschnitt mit einer weiteren Leiterplatte verbundenen, auf der ein Stecker zur Verbindung mit einer nachgeschalteten Auswerteelektronik montiert ist.

Die Sensorelemente weisen geringfügig unterschiedliche Eigenschaften auf. Zur Vermeidung von Bildartefakten ist es notwendig, jedes Sensorelement zu kalibrieren. Dazu können mittels besonderer Messeinrichtungen Kalibriertabellen erstellt werden. Die Kalibriertabellen enthalten z. B. Informationen über das Temperaturverhalten, das Strahlungsdriftverhalten, die relative Signalstärke, das Nachleuchtverhalten, die Ortsabhängigkeit der Signalstärke, das spektrale Verhalten oder defekte Sensorelemente.

Die Erstellung derartiger Kalibriertabellen ist äußert zeitaufwendig und kostenintensiv. Dazu ist es u. a. erforderlich, die Detektormodule in eine besondere Heizvorrichtung einzubringen und anschließend bei vorgegebenen Temperaturen die entsprechenden Kalibrierdaten zu ermitteln.

Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung von Bildartefakten besteht darin, den Detektor mittels einer Heizeinrichtung auf einer konstanten Temperatur zu halten. Aus der US 5,799,057 ist ein Detektor bekannt, bei dem das Detektorgehäuse mittels einer Heizeinrichtung beheizbar ist. Das Detektorgehäuse weist üblicherweise einen nicht einheitlichen Temperaturabfluss auf. Eine konstante Temperatur über sämtliche Sensorelemente kann nicht gewährleistet werden. Beim Ausfall eines oder mehrerer Sensorelemente ist es erforderlich, den gesamten Detektor auszutauschen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Detektormodul angegeben werden, mit dem kostengünstig ein Detektor verbesserter Qualität herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 12 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 11 und 13 bis 15.

Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass an der dem Sensorarray abgewandten Rückseite der Leiterplatte mindestens ein Heizelement zum Beheizen des Sensorarrys und einer in der Nähe des Heizelements angeordneten Regelelektronik zum Regeln des Heizelements vorgesehen ist. - Ein Detektor mit den vorgeschlagenen unabhängig voneinander beheizbaren Detektormodulen lässt sich einfach reparieren. Es kann nicht mehr zu einem Ausfall der Heizung sämtlicher Sensorarrys kommen. Ein Detektor mit den erfindungsgemäßen Detektormodulen liefert auch dann noch brauchbare Bilder, wenn die Heizung eines des Detektormodule ausgefallen ist. Ferner ist es möglich unterschiedliche Wärmeabflüsse am Detektorgehäuse durch die individuelle Regelung der Heizelemente der Detektormodule zu kompensieren. Indem das Heizelement so angeordnet ist, dass es die Regelelektronik zum Regeln des Heizelements mitbeheizt, wird die Temperaturabhängigkeit der Regelelektronik kompensiert. Mit den vorgeschlagenen Detektormodulen kann die Temperatur des Sensorarrays exakt in einem vorgegebenen engen Temperaturintervall gehalten werden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Heizelement gegenüberliegend zum Sensorarray auf der Leiterplatte montiert sein. Das ermöglicht einen besonders effektiven Wärmeübergang auf das Sensorarray.

Die Regelelektronik ist zweckmäßigerweise als integrierte Schaltung ausgebildet. Ein Temperatursensor kann auf der Leiterplatte angebracht sein. Zweckmäßigerweise ist der Temperatursensor Bestandteil der Regelelektronik.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Regelelektronik gegenüberliegend zum Heizelement auf dessen der Leiterplatte abgewandten Seite angeordnet. Damit wird erreicht, dass die vom Heizelement abgegebene Wärme gleichförmig auf die Regelelektronik übertragen und die Regelelektronik stets auf derselben Temperatur gehalten wird. Das ermöglicht eine besonders exakte Regelung der Temperatur des Sensorarrays.

Vorteilhafterweise ist das Heizelement ein Widerstandsheizelement oder ein Peltier-Element. Bei der Verwendung eines Peltier-Elements ist es auch möglich, dass Sensorarray und die Regelelektronik zu kühlen.

Das Widerstandsheizelement kann in Form einer aufklebbaren Heizfolie ausgebildet sein. In diesen Fall kann die Heizfolie mit dem Temperatursensor versehen sein. Dabei kann es sich um ein Thermoelement handeln. Das Thermoelement und das zweckmäßigerweise mäanderförmig auf der Heizfolie aufgenommene Widerstandsmaterial sind zur Regelung der Temperatur mit der Regelelektronik verbunden. Eine von der Heizfolie eingenommene Fläche kann etwa der vom Sensorarray überdeckten Fläche entsprechen.

Das Heizelement kann auf eine auf der Rückseite der Leiterplatte angebrachte, vorzugsweise aus Aluminium hergestellte, Metallplatte aufgeklebt sein. Die Zwischenschaltung einer Metallplatte zwischen Heizelement und Leiterplatte trägt zu einem besonders gleichförmigen Temperaturfluss auf das Sensorarray bei. Durch die Regelung ggf. verursachte Temperaturschwankungen werden durch die Metallplatte gedämpft. Außerdem trägt das Vorsehen der Metallplatte zusätzlich zu einer Abschirmung der dahinter angeordneten Regelelektronik bei.

Das Sensorarray kann ferner ein Photodiodenarray aufweisen, wobei zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem Photodiodenarray vorgesehene Leiterbahnen in einer, von der Leiterplatte sich erstreckenden flexiblen Schichtanordnung geführt und mit einem am freien Ende der Schichtanordnung montierten weiteren Stecker verbunden sind. Die vorgeschlagene Anordnung ermöglicht eine einfache Montage des Detektormoduls sowie eine einfache Herstellung einer elektrischen Verbindung des Photodiodenarrays mit einer nachgeschalteten Auswerteelektronik.

Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist ein Detektor für einen Röntgen-Computertomograph mit mehreren nebeneinander angeordneten erfindungsgemäßen Detektormodulen vorgesehen.

Nach der verfahrensseitigen Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass jedes der Detektormodule vor dem Erfassen der Röntgenabsorptionsverteilung auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird. - Es muss nicht mehr das gesamte Gehäuse des Detektors mit einer unnötig hohen elektrischen Leistung aufgeheizt werden. Die Sensorarrays können schneller auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Ferner ist es möglich, einen durch unterschiedliche Wärmeabflüsse am Detektorgehäuse bedingten Temperaturgradienten zu kompensieren.

Vorteilhafterweise werden während des Erfassens der Röntgenabsorptionsverteilung die Heizelemente der Detektormodule abgeschaltet. Eine möglicherweise durch den Betrieb der Heizelemente verursachte Störung der vom Sensorarray gelieferten Signale wird damit von vornherein ausgeschlossen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine erste Gruppe von Detektormodulen auf eine erste vorgegebene Temperatur und eine zweite Gruppe von Detektormodulen auf eine zweite vorgegebene Temperatur aufgeheizt werden. Das ermöglicht es, einen vorbekannten Temperaturgradienten am Detektorgehäuse zu kompensieren. Ferner kann durch die Einstellung unterschiedlicher vorgegebener Temperaturen das Messsignal gezielt beeinflusst werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist es auch möglich, die vorgegebene Temperatur unter Verwendung einer für jedes der Detektormodule gespeicherten Kalibriertabelle einzustellen. Eine solche Einstellung führt zu besonders exakten Messwerten. In den Kalibriertabellen sind temperaturabhängige Parameter gespeichert, welche die Sensorelemente charakterisieren. Es kann eine individuelle Kompensierung jedes Sensorarrays erfolgen.

Das An- und Abschalten des Heizstroms, die Einstellung der vorgegebenen Heiztemperaturen oder die Regelung der Heiztemperatur unter Verwendung der in für jedes der Detektormodule hinterlegten Kalibierdaten kann vorzugsweise programmgesteuert erfolgen. Mittels der vorgesehenen Programmsteuerung können auch unterschiedliche Heizmodi vorgegeben werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Detektors,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht durch ein Detektormodul,
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Rückseite des Detektormoduls gemäß Fig. 2 und
Fig. 4 schematisch die wesentlichen Bestandteile der Regelelektronik.
In Fig. 1 ist ein Detektor für einen Röntgen-Computertomographen gezeigt. An ein Gehäuse 1 sind nebeneinander eine Vielzahl von Detektormodulen 2 montiert. Von einer Regelelektronik 3 erstreckt sich ein Kabel 4a, welches mittels eines Steckers 4 mit einem Bus 5 verbunden ist.
Der Aufbau des Detektormoduls 2 ist schematisch in den Fig. 2 und 3 nochmals gezeigt. Auf einer Vorderseite einer Leiterplatte 6 ist ein Sensorarray vorgesehen, dass aus einem Photodiodenarray 7 und darauf montierten Sensorelementen 8 gebildet ist. Die Sensorelemente 8 bestehen zweckmäßigerweise aus einer Szintillatorkeramik. Sie sind auf das Photodiodenarray 7 aufgeklebt. Zur elektrischen Verbindung des Photodiodenarrays 7 ist dieses mittels einer Bondverbindung 9 mit auf der Leiterplatte 6 vorgesehenen Leitbahnen (hier nicht gezeigt) elektrisch leitend verbunden. Mit 10 ist ein Kollimator bezeichnet. Auf der Rückseite der Leiterplatte 6 sind mehrere Heizelemente 11 angebracht. Mit 12 ist ein Temperatursensor bezeichnet. Bei den Heizelementen 11 kann es sich um Widerstandsheizelemente oder dgl. handeln. Auch die Verwendung von Peltier-Elementen ist möglich. Bei dem Temperatursensor 12 handelt es sich zweckmäßigerweise um ein Thermoelement. Die Regelelektronik 3 ist gegenüberliegend zu den Heizelementen 12 angeordnet. Zwischen den Heizelementen 11 und der Leiterplatte 6 kann eine (hier nicht gezeigte) Metallplatte vorgesehen sein. Auch kann zwischen den Heizelementen 11 und der Regelelektronik 13 eine weitere Metallplatte (hier ebenfalls nicht gezeigt) vorgesehen sein. Das Vorsehen der Metallplatten dient einer Kompensierung von bei der Regelung ggf. auftretenden Temperaturspitzen. Die Anordnung der Heizelemente 11 und des Temperatursensors 12 ist nochmals in Fig. 3 gezeigt. Aus Fig. 3 ist auch ersichtlich, dass bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel pro Detektormodul 2 insgesamt 8 nebeneinander angeordnete Sensorelemente 8 vorgesehen sind. Die Heizelemente 11 sind gleichmäßig in den Eckbereichen der vom Sensorarray überdeckten Fläche angeordnet.
Fig. 4 zeigt schematisch die wesentlichen Bestandteile der Regelelektronik 3. Mit 13 ist ein Proportional-Integral Regler und mit 14 ein Verstärker bezeichnet.
Vom Heizelement 11 abgegebene Wärme wird vom Temperatursensor 12 erfasst und nachfolgend mit einem Sollwert verglichen. Mittels des Proportional-Integral Reglers 13 wird das Heizelement 11 über den Verstärker 14 entsprechend geregelt, so dass der Sollwert sich einstellt.
Wegen der insbesondere aus Fig. 2 ersichtlichen Anordnung der Regelelektronik 3 in der Nähe der Heizelemente 11 wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass auch die Temperaturabhängigkeit der Regelelektronik 3 kompensiert wird. Es wird eine besonders genaue Regelung der Temperatur des Sensorarrays erreicht. Diese liegt üblicherweise oberhalb der Raumtemperatur und beträgt zweckmäßigerweise etwa 30°C.

Claims

1. Detektormodul für Röntgen-Computertomographen, wobei auf einer Vorderseite einer Leiterplatte (6) ein eine Vielzahl von Sensorelementen (8) aufweisendes Sensorarray montiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Sensorarray abgewandten Rückseite der Leiterplatte (6) mindestens ein Heizelement (11) zum Beheizen des Sensorarrays und einer in der Nähe des Heizelements (11) angeordneten Regelelektronik (3) zum Regeln des Heizelements (11) vorgesehen ist.

2. Detektormodul nach Anspruch 1, wobei das Heizelement (11) gegenüberliegend zum Sensorarray auf der Leiterplatte (6) montiert ist.

3. Detektormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regelelektronik (3) als integrierte Schaltung ausgebildet ist.

4. Detektormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Temperatursensor (12) auf der Leiterplatte (6) angebracht ist.

5. Detektormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Temperatursensor (12) Bestandteil der Regelelektronik (3) ist.

6. Detektormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Regelelektronik (3) gegenüberliegend zum Heizelement (11) auf dessen der Leiterplatte (6) abgewandten Seite angeordnet ist.

7. Detektormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (11) eine Widerstandsheizelement oder ein Peltier-Element ist.

8. Detektormodul nach Anspruch 7, wobei das Widerstandsheizelement (11) in Form einer aufklebbaren Heizfolie ausgebildet ist.

9. Detektormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (11) auf eine auf der Rückseite der Leiterplatte (6) angebrachte, vorzugsweise aus Aluminium hergestellte, Metallplatte aufgeklebt ist.

10. Detektormodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorarray ein Photodiodenarray (7) aufweist, und wobei zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem Photodiodenarray (7) vorgesehene Leiterbahnen in einer von der Leiterplatte (6) sich erstreckenden flexiblen Schichtanordnung geführt und mit einem am freien Ende der Schichtanordnung montierten Stecker (4) verbunden sind.

11. Detektor für einen Röntgen-Computertomograph mit mehreren nebeneinander angeordneten Detektormodulen (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

12. Verfahren zur Herstellung von Schnittbildern mittels eines Röntgen-Computertomographen mit einem Detektor nach Anspruch 11, wobei mit dem Detektor eine Röntgenabsorptionsverteilung unter verschiedenen Einstrahlungswinkeln erfasst und mittels einer nachgeschalteten Auswerteelektronik zu einem Bild weiterverarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Detektormodule (2) vor dem Erfassen der Röntgenabsorptionsverteilung auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei während des Erfassens der Röntgenabsorptionsverteilung die Heizelemente (11) der Detektormodule abgeschaltet werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei eine erste Gruppe von Detektormodulen (2) auf eine erste vorgegebene Temperatur und eine zweite Gruppe von Detektormodulen (2) auf eine zweite vorgegebene Temperatur aufgeheizt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die vorgegebene Temperatur unter Verwendung einer für jedes der Detektormodule (2) gespeicherten Kalibriertabelle eingestellt wird.