DE10158021A1 - Detektoreinheit, Röntgen-Computer-Tomographie-Aufnahme- Vorrichtung, Röntgendetektor, und Verfahren zum Herstellen eines Röntgendetektors - Google Patents

Abstract

Eine Detektoreinheit (40) zum Detektieren von Röntgenstrahlen, die durch einen Kollimator (30) mit mehreren Kollimatoreinzelplatten (33) gelangt sind, besitzt ein an einer Kollimatorhalterung (31) zum Haltern des Kollimators (30) angebrachtes Substrat (41) und eine photodetektierende Vorrichtungsanordnung (42) mit photodetektierenden Vorrichtungen, die an dem Substrat (41) angebracht ist. Ein Szintillatorblock (43) ist entsprechend der photodetektierenden Vorrichtungsanordnung auf dieser angeordnet, um die Röntgenstrahlen in Licht umzuwandeln. Eine Eingriffskomponente (45) mit einem an der Kollimatoreinzelplattenseite des Substrats (41) vorgesehenen Eingriffsabschnitt steht mit den Kollimatoreinzelplatten (33) in Eingriff und stellt dadurch eine Position der photodetektierenden Vorrichtungsanordnung (42) oder des Szintillatorblocks (43) in einer Kanalrichtung bezüglich den Kollimatoreinzelplatten (33) ein.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Detektoreinheit, die in einer Röntgen-Computer-Tomographie- Aufnahmevorrichtung (im folgenden als "Röntgen-CT- Vorrichtung" bezeichnet) enthalten ist, auf eine Röntgen-CT- Vorrichtung, auf einen Röntgendetektor und auf ein Verfahren zum Herstellen eines Röntgendetektors. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, welche die Detektoreinheit an einer gewünschten Stelle bezüglich eines Kollimators positionieren kann, um gestreute Röntgenstrahlen zu entfernen.

Im Zuge der Forderung nach höherer Auflösung und Definition eines Röntgen-CT-Bildes wurde eine Röntgen-CT-Vorrichtung vom Multislicing-Typ in der Praxis häufig eingesetzt. Bei dieser Röntgen-CT-Vorrichtung hat der Szintillatorblock eines Festkörperdetektors eine zweidimensionale Sequenzstruktur ähnlich dem Muster einer Photodiode. Daraus resultierend ist es erforderlich, die Positionierungsgenauigkeit betreffend die Anordnung individueller Szintillatorsegmente zu erhöhen, um dadurch die Röntgenstrahlen in jeder von mehreren in einem kreisbogenförmigen Kollimator angeordneten Detektoreinheiten sichtbar zu machen.

Die Einstellung eines solchen Detektors in einer Kanalrichtung (d. h. der Umfangsrichtung des Kollimators) erfordert ein solches Positionieren, daß die Abstände bzw. Teilungen von Kollimatoreinzelplatten zueinander passen. Zusätzlich können bei der zuvor beschriebenen Röntgen-CT- Vorrichtung vom Multislicing-Typ hochgenaue Einstellungen nicht nur in einer Kanalrichtung sondern auch in einer Slicing- bzw. Schichtungsrichtung (d. h. in der Richtung der Höhe des Kollimators) erforderlich werden.

Andererseits wurde als Technologie zum Erhalten eines Bildes in Echtzeit die Verwendung eines großflächigen Detektors geprüft. Bei einem gegenwärtig hauptsächlich eingesetzten Festkörperdetektor ist es jedoch praktisch schwierig, eine große Fläche bei einem Photodioden-Chip zu erzielen, da auf Grund einer Wafer-Größe, Materialausbeute, Bearbeitbarkeit und auf Grund von Fertigungsvorrichtungen Einschränkungen bestehen. Zusätzlich ist es im Hinblick auf ein Szintillatormaterial schwierig, einen großflächigen Detektor direkt herzustellen, da Einschränkungen hinsichtlich einer Gußblockgröße, Materialausbeute, Bearbeitbarkeit usw. bestehen.

Bei der vorstehend beschriebenen konventionellen Röntgen-CT- Vorrichtung vom Multislicing-Typ wurde das folgende Problem festgestellt. Wenn die Detektoreinheit bezüglich dem Kollimator positioniert wird, muss insbesondere eine Einstellvorrichtung zur Durchführung einer hochgenauen Positionierung vorgesehen werden. Somit muß selbst dann, wenn in der Detektoreinheit einer ausgelieferten Röntgen-CT- Vorrichtung eine Abnormität auftritt und der Austausch der Detektoreinheit erforderlich ist, eine spezielle Vorrichtung vorgesehen werden, um die hochgenaue Positionierung durchzuführen. Dadurch ist es unmöglich, die Detektoreinheit vor Ort auszutauschen. Folglich wurde der gesamte Röntgendetektor aus der Röntgen-CT-Vorrichtung ausgebaut und durch einen anderen ersetzt.

Andererseits war bei der den zuvor beschriebenen großflächigen Detektor verwendenden Röntgen-CT-Vorrichtung das Verbiegen der Kollimatoreinzelplatte schwierig, da der Kollimator entsprechend groß ausgebildet war.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Detektoreinheit in Vorschlag zu bringen, bei der man einen Detektor bezüglich einem Kollimator ohne spezielle Vorrichtungen und nur durch mechanischen Einbau ohne Rücksicht auf irgendwelche Einstellungen bzw. Justierungen einfach positionieren kann. Ferner soll eine entsprechende Röntgen-CT-Vorrichtung sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Positionieren der Detektoreinheit in Vorschlag gebracht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe bringt die Erfindung eine Detektoreinheit gemäß Anspruch 1 in Vorschlag. Bevorzugte Ausführungsformen der Detektoreinheit sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor oder ergeben sich auch aus der Anwendung der Erfindung.

Die beigefügten Zeichnungen zeigen Ausführungsformen der Erfindung und erläutern zusammen mit der vorstehenden allgemeinen Beschreibung und der detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen im Folgenden die Prinzipien der Erfindung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Röntgen-CT- Vorrichtung mit einem Röntgendetektor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2A und 2B jeweils Ansichten von Hauptteilen einer in dem Röntgendetektor enthaltenen Detektoreinheit;

Fig. 3A und 3B jeweils Ansichten eines Szintillators und einer kammförmigen Einstellkomponente, die in der Detektoreinheit enthalten sind;

Fig. 4A und 4B jeweils Ansichten eines modifizierten Beispiels der kammförmigen Komponente;

Fig. 5 eine Ansicht von Hauptabschnitten eines Röntgendetektors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6A und 6B jeweils Ansichten eines Einbauverfahrens einer in dem Röntgendetektor enthaltenen Detektoreinheit;

Fig. 7 eine Ansicht eines modifizierten Beispiels des Röntgendetektors;

Fig. 8A eine auseinandergezogene Einbauansicht, die einen Röntgendetektor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 8B eine Schnittansicht von Hauptteilen des Röntgendetektors;

Fig. 9A und 9B jeweils Ansichten einer in dem Röntgendetektor enthaltenen Kollimatoreinheit;

Fig. 10A bis 10C jeweils Ansichten der in dem Röntgendetektor enthaltenen Kollimatoreinheit und einer Detektoreinheit;

Fig. 11A und 11B jeweils Ansichten eines Einbauverfahrens der in dem Röntgendetektor enthaltenen Detektoreinheit.

Fig. 1 zeigt eine Röntgen-CT-Vorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, während jede der Fig. 2A und 2B Hauptteile eines in dieser Röntgen-CT- Vorrichtung enthaltenen Röntgendetektors zeigen. Die Röntgen- CT-Vorrichtung 10 umfasst eine Röntgen(strahlen)quelle 11 und den in einer Bogenform um die Röntgen(strahlen)quelle 11 herum geformten Röntgen(strahlen)detektor 20. In Fig. 1 gibt das Bezugszeichen R eine Bestrahlungsrichtung von Röntgenstrahlen an und W eine zu untersuchende Probe.

Der Röntgendetektor 20 umfasst eine Kollimatoreinheit 30 und mehrere Detektoreinheiten 40. Die Detektoreinheiten 40 sind auf einer Oberfläche der Kollimatoreinheit 30 vorgesehen, die die Probe, zum Beispiel ein Probenfluid W, nicht berührt. Die Einheiten 40 sind in eine Kanalrichtung (d. h. in der Richtung, in der später noch zu beschreibende Kollimatoreinzelplatten angeordnet sind) angeordnet.

Die Kollimatoreinheit 30 besitzt die Funktion, gestreute Röntgenstrahlen, die für die Bilderzeugung schädlich sind, zu entfernen bzw. auszuschließen. Sie umfasst ein Paar Kollimatorhalterungen 31 und 32, die sich in der Kanalrichtung C erstrecken und nebeneinander in einer Slicing- bzw. Schichtungsrichtung (d. h. in der Richtung der Höhe des Kollimators 30) S vorgesehen sind, sowie mehrere zwischen den Kollimatorhalterungen 31 und 32 in der Kanalrichtung C angeordnete Kollimatoreinzelplatten 33. Jede Kollimatoreinzelplatte 33 ist aus einem Material mit einer hohen Röntgen-Absorptionsrate, z. B. Molybdän, gefertigt. Wenn der Röntgendetektor 20 in den Röntgen-CT-Detektor 10 eingebaut wird, wird die Oberfläche jeder Kollimatoreinzelplatte 33 parallel zu der Slicing- bzw. Schichtungsrichtung S angeordnet und die Röntgen(strahlen)quelle 11 wird an den Verlängerungen der Flächen aller Kollimatoreinzelplatten 33 positioniert. Zusätzlich sind (nicht dargestellte) Nuten oder Ausnehmungen in den gegenüberliegenden Oberflächen der Kollimatorhalterungen 33 und 32 vorgesehen. Die Nuten bzw. Ausnehmungen sind in der Richtung der aufgebrachten Röntgenstrahlen angeordnet. Die Kollimatoreinzelplatten 33 sind in die Nuten eingesetzt. Entsprechend sind die einzelnen Kollimatoreinzelplatten 33 gleichmäßig verteilt bzw. in gleichen Abständen angeordnet, so dass akkumulierte Fehler verringert werden.

Jede Detektoreinheit 40 besitzt eine Funktion zum Ausgeben der Intensität auftreffender Röntgenstrahlen in Form eines elektrischen Signals. Die Einheit 40 umfasst ein Substrat 41, ein an Photodioden-Chip 42 mit auf dem Substrat 41 in der Kanal- und der Schichtungsrichtung C bzw. S angeordneten photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen, einen Szintillatorblock 43, der bei Empfang von Röntgenstrahlen sichtbares Licht emittieren kann, wobei ein Szintillatorsegment innerhalb des Rahmens eines gitterartigen Reflektors entsprechend jeder Einfallfläche des Photodioden- Chips 42 vorgesehen ist, und einen (nicht dargestellten) Halbleiter-Chip, der auf dem Substrat 41 vorgesehen ist. Der Halbleiter-Chip ist konfiguriert, um Ausgaben von dem Photodioden-Chip 42 zu integrieren und Ausgaben zur Änderung einer Slicing- bzw. Schichtdicke entsprechend zu schalten. Ein Connector 4 ist vorgesehen, um die Ausgaben bzw. Ausgänge des Photodioden-Chips 42 und des Halbleiter-Chips an eine externe Einheit (zum Beispiel eine Steuereinheit) auszugeben. Gemäß Fig. 2B und den Fig. 3A und 3B sind kammförmige Einstellkomponenten 45, 45 an den oberen und unteren Enden des Szintillatorblocks 43 in der Schichtungsrichtung S angebracht.

Jede kammförmige Einstellkomponente 45 ist in einer solchen Weise vorgesehen, dass ein konkaver Teil 45a, welcher mit dem Ende der darin befindlichen Kollimatoreinzelplatte 33 in Eingriff steht, an der Verlängerung des Reflektors, der das Szintillatorsegment in der Schichtungsrichtung S. in Bestrahlungsrichtung R der Röntgenstrahlen gesehen, aufzeichnet (plotting), angeordnet ist und mit jeder Kollimatoreinzelplatte 33 in Eingriff steht.

In dem auf diese Weise aufgebauten Röntgendetektor 20 sind die Kollimatoreinzelplatte 33 und die Detektoreinheit 40 miteinander auf diese geschilderte und gezeigte Weise ausgerichtet.

In der Detektoreinheit 40 erfolgt das Positionieren beim Einbau auf die Weise, dass das konkave Teil 45a in der Verlängerung des Reflektors des Szintillatorblocks in der Schichtungsrichtung angeordnet wird. Entsprechend können durch Einsetzen des Endes der Kollimatoreinzelplatte 33 in das konkave Teil 45a der kammförmigen Einstellkomponente 45 die Kollimatoreinzelplatte 33 und die Detektoreinheit 40 auf einfache Weise miteinander ausgerichtet werden. Durch hochgenaues Anbringen der kammförmigen Einstellkomponente 45 am Szintillatorblock 43 kann ein Versatz zwischen der Kollimatoreinzelplatte 33 und dem Photodioden-Chip 42 oder dem Reflektor des Szintillatorblocks 43 auf eine zu vernachlässigende Größe verringert werden.

Gemäß Fig. 2B kann durch Festlegen der Innenabmessungen jeder der zu den Kollimatorhalterungen 31 und 32 gerichteten Seiten der kammförmigen Einstellkomponente 45 und der Außenabmessungen des Szintillatorblocks 43 der Schichtungsrichtung einschließlich der kammförmigen Einstellkomponente 45 eine hochgenaue Positionierung in der Schichtungsrichtung erreicht werden. Ferner ist ein abgeschrägtes Teil 46 in der Außenseitenfläche der Schichtungsrichtung der Spitze der kammförmigen Einstellkomponente 45 ausgebildet. Somit ist eine Struktur vorgesehen, bei der dann, wenn die Kollimatoreinheit 30 und die Detektoreinheit 40 zusammengesetzt werden, die Detektoreinheit 40 auch mit geringfügiger Verschiebung bzw. Versatz eingesetzt und trotzdem positioniert werden kann.

Darüber hinaus kann die Ausrichtung der Schichtungsrichtung zwischen benachbarten Detektoreinheiten 40 durch Vorsehen von Ausrichtungsmarkierungen 47 an der Rückseite (die der Kollimatoreinzelplatte 33 zugewandte Oberfläche) des Substrats 41 zuvor auf Basis des Musters des Szintillatorblocks 43 und durch Einstellen dieser Ausrichtungsmarkierung in Übereinstimmung miteinander durchgeführt werden.

Wie vorstehend beschrieben kann gemäß der Röntgen-CT- Vorrichtung nach der ersten Ausführungsform der Detektor einfach und hochgenau bezüglich dem Kollimator positioniert werden, ohne irgendwelche besonderen Vorrichtungen zum hochgenauen Positionieren zu benötigen, und das lediglich durch mechanischen Ein- bzw. Zusammenbau ohne Rücksicht auf Einstellungen bzw. Justierungen. Infolgedessen kann auch dann, wenn nach der Auslieferung der Röntgen-CT-Vorrichtung 10 an einen Kunden ein Fehler in der Detektoreinheit 40 auftritt, diese Detektoreinheit 40 vor Ort in kurzer Zeit ausgetauscht werden.

Die Fig. 4A und 4B zeigen kammförmige Einstellkomponenten 48 und 49 als modifizierte Beispiele der kammförmigen Einstellkomponente 45. Bei der kammförmigen Einstellkomponente 48 gemäß Fig. 4A kann anstelle des Ausbildens von konkaven Teilen 48a für jede einzelne Kollimatoreinzelplatte 33 konkave Teile 48a vorgesehen sein, in die mindestens zwei oder mehr Kollimatorplatten einzuführen sind. Der in diesem Fall erzielbare Vorteil ist ähnlich wie im zuvor beschriebenen Fall.

Bei der kammförmigen Einstellkomponente 49 gemäß Fig. 4B ist die Spitze 49b des Vorsprungs des konkaven Teils 49a bezüglich der Kollimatoreinheit 33 abgeschrägt. Dies erleichtert das Einsetzen der Kollimatoreinzelplatte 33 in die Ausnehmung bzw. das konkave Teil oder das Aufsetzen der Ausnehmung auf die Kollimatoreinzelplatte 33. Dadurch ist es möglich, die Montage in kürzerer Zeit zu bewerkstelligen. Unterhalb der Spitze 49b zum Grund der Ausnehmung 49a hin ist ein Einsetz- oder Einpaßteil 49c ausgebildet, das die hochgenaue Positionierung sicherstellt.

Fig. 5 zeigt die Hauptteile eines in eine Röntgen-CT- Vorrichtung 10A gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung integrierte Röntgendetektors 100. Der Röntgendetektor 100 umfasst eine Kollimatoreinheit 130 und eine Detektoreinheit 140, die an der Kollimatoreinheit 130 in der Kanalrichtung C angebracht ist.

Die Kollimatoreinheit 130 besitzt eine Funktion zum Entfernen gestreuter Röntgenstrahlen und umfasst ein Paar Kollimatorhalterungen 131 und 132, die in der Slicing- bzw. Schichtungsrichtung S angeordnet sind und sich in der Kanalrichtung C erstrecken, sowie mehrere Kollimatoreinzelplatten 133, die nebeneinander zwischen den Kollimatorhalterungen 131 und 132 in der Kanalrichtung C vorgesehen sind. Jede Kollimatoreinzelplatte 133 ist aus einem Material mit einer hohen Röntgenabsorptionsrate, zum Beispiel Molybdän, gefertigt. Wenn ein Röntgendetektor 100 in die Röntgen-CT-Vorrichtung 10A eingebaut wird, wird die Oberfläche der Kollimatoreinzelplatte 133 parallel zu der Schichtungsrichtung S angeordnet und eine Röntgen(strahlen)quelle 11 wird an den Verlängerungen der Oberflächen aller Kollimatoreinzelplatten 133 positioniert. Ferner sind (nicht dargestellte) Nuten bzw. Ausnehmungen in den gegenüberliegenden Oberflächen der Kollimatorhalterungen 131 und 132 vorgesehen. Die Nuten bzw. Ausnehmungen sind in der Richtung angeordnet, in der die Röntgenstrahlen aufgebracht werden und die Kollimatoreinzelplatten 133 sind in diese Nuten eingesetzt. Somit können die Kollimatoreinzelplatten 133 in gleichmäßiger Teilung bzw. in gleichen Abständen bei einer geringen Anzahl von akkumulierten Fehlern eingebaut werden.

In den Kollimatorhalterungen 131 und 132 ist ein Rundloch 131a und ein Langloch 132a ausgebildet, um ein Paar Positionierungsstiften 154, 154 einer später noch zu beschreibenden Positionierungsplatte 150 mit den Nuten zum Positionieren der Kollimatoreinzelplatten 133 aufzunehmen. Zusätzlich sind in den Kollimatorhalterungen 131 und 132 eingesenkte Abschnitte 131b und 132b jeweils von der Seite der Röntgenquelle 11 her und sich in Richtung der Aufbringung der Röntgenstrahlen R erstreckend ausgebildet. Durchgangslöcher sind in den eingesenkten Abschnitten 131b und 132b vorgesehen. Eine Verbindungsschraube 139 ist von der Seite der Röntgenquelle 11 her eingeführt und die Detektoreinheit 140 kann durch ein in der Positionierungsplatte 150 ausgebildetes Schraubenloch 153 verbunden und fixiert werden.

Die Detektoreinheit 140 umfasst eine Positionierungsplatte 150 und ein Photodiodensubstrat 160. Die Positionierungsplatte 150 umfasst ein Plattenmaterial 151, einen in dem Plattenmaterial 151 vorgesehenen Fensterabschnitt 152, an beiden Enden des Plattenmaterials 151 vorgesehene Schraubenlöcher 151 sowie ein Paar Positionierungsstifte 154, 154, die vorzugsweise in entsprechende Bohrungen im Plattenmaterial 151 eingepresst sind. Ein Halbleiter-Chip 155 und ein Verbinder 156 sind an der Seite der Positionierungsplatte 150 vorgesehen, die von der Kollimatoreinheit 230 abgewandt ist. Der Halbleiter-Chip 155 integriert die aus Ausgänge bzw. Ausgaben aus dem Photodiodensubstrat 160 und schaltet Ausgänge bzw. Ausgaben zum Ändern der Schichtdicken. Der Verbinder 156 liefert die Ausgänge bzw. Ausgaben des Photodiodensubstrats 160 und des Halbleiter-Chips 155 an eine externe Einheit (z. B. eine Steuereinheit).

Das Photodiodensubstrat 160 mit der Photodiode und dem angebrachten Szintillatorblock wird in einer vorbestimmten Positionsbeziehung über das Paar in die Positionierungsplatte 150 eingepreßter Positionierungsstifte 154, 154 unter Verwendung einer später noch zu beschreibenden Einstellvorrichtung 180 positioniert.

Wie in Fig. 6B gezeigt ist, ist eine Master- bzw. Hauptbasis 170 aus einem Plattenmaterial 171, einem auf dem Plattenmaterial 171 ausgebildeten Dummy-Detektorpack 172 und einem Paar Stifte 173, 173 aufgebaut. In dem Dummy- Detektorpack 172 sind Kreuzmarkierungen 174a und 174b vorgesehen, um eine Mittelachse auf der Basis der Stifte 173, 173 zu positionieren. Mit anderen Worten sind die Kreuzmarkierungen 174a, 174b auf einer Geraden, welche die Stifte 173 und 173 verbindet, angeordnet.

Die Fig. 6A zeigt die Einstellvorrichtung 180. Die Einstellvorrichtung 180 umfasst eine Basis 181, eine Einstelleinheit 182 und eine Bilderfassungseinheit 183.

In der Basis 181 sind Stiftlöcher 181a und 181b vorgesehen, in die die Positionierungsstifte 154, 154 einsetzbar sind.

Die Einstelleinheit 182 umfasst einen XYθ-Einstellmechanismus 182a und einen Klemmmechanismus 182b, welcher durch den XYθ- Einstellmechanismus 182a bewegt wird.

Die Bilderfassungseinheit 183 umfasst CCD-Kameraeinheiten 184a und 184b zum bildlichen Erfassen bzw. Abbilden der oberen Oberfläche der Positionierungsplatte 150 von fixierten Punkten aus und Monitore 185a und 185b zum Anzeigen der Bilder von den CCD-Kameraeinheiten 184a und 184b.

Der so aufgebaute Röntgendetektor 120 wird auf die folgende Weise zusammengebaut. Hierzu werden Kreuzlinien 186a und 186b als Referenzen auf den Bildschirmen der Monitore 185a und 185b der Einstellvorrichtung 180 eingestellt. Die Hauptbasis 170 wird an der Basis 181 angebracht und die bilderfassenden Positionen der CCD-Kameraeinheiten 184a und 184b werden grob justiert, so dass die Kreuzmarkierungen 174a und 174b innerhalb eines Sichtfeldes liegen. Dann werden die auf den Monitoren 185a und 185b angezeigten Kreuzlinien 186a und 186b in Übereinstimmung mit den gezeigten Kreuzmarkierungen 174a und 174b bewegt.

Sodann wird die Hauptbasis 170 entfernt und die Positionierungsplatte 150 und das Photodiodensubstrat 160 werden mit einer Schraube 164 in einem temporären Einbauzustand angebracht. Demnach wird ein Zustand wieder eingestellt, der demjenigen ähnlich ist, wenn die Detektoreinheit 140 an die Kollimatorhalterungen 131 und 132 angebaut ist.

Sodann wird nur das Photodiodensubstrat 160 durch den Klemmmechanismus 182b ergriffen. Durch den XYθ- Einstellmechanismus 182a wird eine Einstellung bzw. Justierung in der triaxialen Richtung dieses Mechanismus durchgeführt, während die Kreuzlinien 186a und 186b auf den Monitoren 185a und 185b und das Szintillatorblockmuster auf dem Detektorpack 163 überprüft werden. Dann wird eine Ausrichtung in der Weise durchgeführt, dass der in der Schichtungsrichtung S verlängerte Reflektor und die Kreuzlinien 186a und 186b sich einander zwischen den Szintillatorsegmenten überlappen bzw. überlagern. Die Größe der Verschiebung zwischen den Kreuzlinien 186a und 186b und der Schichtungsrichtung des Szintillatorblockmusters wird nicht nur im Hinblick darauf eingestellt, dass Koinzidenz an jeder der Seiten erreicht ist, sondern im Hinblick auf eine exakte Ausbalancierung, bei der die Verschiebegrößen an beiden Seiten gleich sind. Nach der Einstellung werden das Photodiodensubtrat 160 und die Positionierungsplatte 150 durch abschließendes Festziehen der Schraube 164 verbinden.

Somit kann das Photodiodensubstrat 160 an der Positionierungsplatte 150 in einem hochgenauen Positionierungszustand bezüglich dem Positionierungsstift 154 fixiert werden.

Sodann werden die Positionierungsstifte 154, 154 der Detektoreinheit 140 in das Rundloch 131a und in das Langloch 132a der Kollimatorhalterungen 131 und 132 eingesetzt. Da der Positionierungsstift 154 in das Rundloch 131a eingesetzt wird, kann die Detektoreinheit 140 hochgenau bezüglich den Kollimatorhalterungen 131 und 132 positioniert werden. Durch Vorsehen des Langlochs 132a, welches in der Schichtungsrichtung S verlängert ist, kann eine Verschiebegröße in der Schichtungsrichtung zugelassen werden, wenn mehrere Detektoreinheiten 140 in der Kanalrichtung angeordnet werden.

Wie beschrieben ist gemäß dem Röntgendetektor 120 der zweiten Ausführungsform der Detektorpack 163 hochgenau positioniert und in der Positionierungsplatte 150 fixiert und das Rundloch 131a und das Langloch 132a sind als die Montagereferenzen bezüglich der Kollimatoreinzelplatte 133 in den Kollimatorhalterungen 131 und 132 ausgebildet. Somit ist die Ausrichtung zwischen der Detektoreinheit 140 und den Kollimatorhalterungen 131 und 132 durch Verwendung des Positionierungsstiftes 154 einfach durchzuführen, so dass es möglich ist, unerwartete und plötzliche Austauschvorgänge zu bewältigen.

Die Positionierung des Detektorpacks 164 in der Positionierungsplatte 150 wird in den Fabrikationsanlagen des Herstellers oder dergleichen durchgeführt. Damit ist eine hochgenaue Montage ohne Notwendigkeit irgendwelcher spezieller Vorrichtungen gewährleistet, wenn die Detektoreinheit 140 der bereits ausgelieferten Röntgen-CT- Vorrichtung später durch eine andere auszutauschen ist.

Darüber hinaus muss kein Wartungsfreiraum an der Außenseite des Röntgendetektors 100 vorgesehen werden, da ein Zugang über die Senkungsbereiche 131b und 132b zu der Verbindungsschraube 139 der Detektoreinheit 140 von der Seite der Röntgenquellen 11 her möglich ist. Dadurch wird es möglich, die Röntgen-CT-Vorrichtung zu miniaturisieren. Außerdem kann an Ort und Stelle, wo die Röntgen-CT- Vorrichtung 10a installiert ist, die Detektoreinheit 140 in einfacher Weise durch eine andere ersetzt werden, ohne den Röntgendetektor 120 von der Röntgen-CT-Vorrichtung 10A entfernen zu müssen.

Fig. 7 zeigt ein modifiziertes Beispiel der Kollimatorhalterung 131 und 132. Anstelle des Langlochs 132a, das sich in der Schichtungsrichtung erstreckt, ist eine längliche Nut bzw. Ausnehmung 134, die von der Seitenendfläche der Kollimatorhalterung 132 her eingeschnitten ist, vorgesehen. Zusätzlich kann anstelle jeder der Senkungsbereiche 131b und 132b ein Nuten- bzw. Ausnehmungsbereich 135 von der Seitenendfläche der Kollimatorhalterung 132 her eingeschnitten und ausgebildet sein.

Die Fig. 8A und 8B sind auseinander gezogene Montage- bzw. Einbau- und Schnittansichten, die jeweils einen in einer Röntgen-CT-Vorrichtung 10B integrierten Röntgendetektor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigen. Der Röntgendetektor 200 umfasst eine Basis 210, die in die Röntgen-CT-Vorrichtung eingebaut ist, mehrere Kollimatormodule 220 und 230, die an der Basis 210 angebracht sind, sowie Detektoreinheiten 240, die entsprechend den Kollimatormodulen 220 und 230 vorgesehen sind.

Die Basis 210 umfasst kreisbogenförmige Halterungen 211 und 212 sowie Halteblöcke 213 und 214, die an den Enden der Halterungen 211 und 212 angebracht sind. In den Halterungen 211 und 212 sind Positionierungsstifte 211a und 212a in vorstehender Weise vorgesehen.

Gemäß den Fig. 9A und 9B und der Fig. 10A umfassen die Kollimatormodule 220 und 230 eine röntgenquellenseitige Halterung 221 und eine detektoreinheitseitige Halterung 222, die jeweils aus einem Material mit einem hohen Röntgentransmissionsfaktor, z. B. einem kohlefaserverstärkten Harz (CFRP = carbon fiber reinforced plastic) gefertigt sind. Mit anderen Worten wird eine Struktur vorgesehen, bei der Röntgenstrahlen durch die Halterungen 221 und 222 hindurch übertragen werden, damit diese die Detektoreinheit 140 erreichen können.

Einzelplatten-Einsetznuten bzw. -ausnehmungen 221a und 222a sind jeweils in den Halterungen 221 und 222 ausgebildet und eine Kollimatoreinzelplatte 223 ist zwischen diese Einzelplatten-Einsetznuten 221a und 222a eingesetzt. Da die Einzelplatten-Einsetznuten 221a und 222a von geringer Tiefe sind, insbesondere weniger als etwa 1 mm, sind die Einzelplatten-Einsetznuten 221a und 222a senkrecht zu den Oberflächen der Halterungen 221 und 222 ausgebildet. Außerdem sind die Einzelplatten-Einsetznuten 221a und 222a so ausgebildet, dass sie breiter sind als die Dicke bzw. die Stärke der Kollimatoreinzelplatte 223. Durch Verwendung eines Klebmittels zum Fixieren der eingesetzten Kollimatoreinzelplatte 223 kann die Festigkeit bzw. Steifigkeit des Kollimatormoduls 220 sichergestellt werden.

Daher kann, wenn die Halterungen 221 und 222 an den Enden fixiert sind und die zweiseitige Haltestruktur der Kollimatoreinzelplatte 223 verwendet wird, die Spannweite verkürzt und durch vorbereitendes Ausbilden der Einzelplatten-Einsetznuten 221a und 222a in den Halterungen 221 und 222 kann der Vorteil des Korrigierens von Verwerfungen bzw. Verformungen in der Schichtungsrichtung S erzielt werden.

Zusätzlich kann durch Einstellen der Teilungen bzw. Abstände P der Einzelplatten-Einsetznuten 221a und 222a, die jeweils in den Halterungen 221 und 222 vorgesehen sind, auf voneinander verschiedene Werte erreicht werden, dass die Kollimatoreinzelplatte 223 des zusammengebauten Kollimatormoduls 220 radial um die Röntgenquelle 11 herum angeordnet werden kann.

Aussparungen bzw. Einkerbungen oder Ausnehmungen 221b und 222b sind jeweils in den Halterungen 221 und 222 ausgebildet. Diese Einkerbungen oder Ausnehmungen 221b und 222b koinzidieren mit den Positionen der mittig gelegenen unter den Einzelplatten-Einsetznuten 221a und 222b, die in den Halterungen 221 und 222 ausgebildet sind.

Die Grundstruktur eines Kollimatormoduls 230, das in Fig. 10 gezeigt ist, ist ähnlich zu der des Kollimatormoduls 220. Die Bezugszeichen 231 und 232 bezeichnen Kollimatoreinzelplatten. Die Kollimatormodule 220 und 230 sind im Wesentlichen hinsichtlich der Struktur einander ähnlich mit der Ausnahme der Anzahl gehaltener Kollimatoreinzelplatten. Der Unterschied in deren Anzahl beträgt Zwei.

Um die Kollimatormodule 220 und 230 an der Basis 210 anzubringen, wird ein Zusammenbau durchgeführt, indem eine Mittelposition durch Verwendung der jeweiligen Einkerbungen bzw. Ausnehmungen 221b und 222b der Halterungen als Referenzen festgestellt wird. Bei der radial angeordneten Kollimatoreinzelplatte 223 wird demnach die Röntgenquelle 11 auf der Verlängerung einer senkrechten Geraden, die durch die Halterung verläuft, positioniert.

Die Fig. 10B ist eine auseinander gezogene Ansicht, die einen Verbindungsabschnitt Q zwischen den Kollimatormodulen 220 und 230 zeigt. Aufgrund der Modulstruktur ist ein Spalt bzw. Weg vorhanden, durch den Röntgenstrahlen (doppelt strichpunktierte Linie T) durch einen Raum zwischen den Kollimatormodulen 220 und 230 hindurchtreten und direkt auf die Detektoreinheit 240 auftreffen können. Jede der Halterungen 221 und 222 ist aus einem Harz mit einem hohen Röntgenstrahlen-Transmissionsfaktor, z. B. einem kohlefaserverstärkten Harz, gefertigt. Dies bedeutet jedoch nicht, dass keine Röntgenstrahlen-Abschwächung vorliegen darf. Wenn Röntgenstrahlen mit einer gleichmäßigen Intensitätsverteilung ausgestrahlt werden, kann deshalb als von dem Detektor festgestelltes Signal nur ein Teil mit einem Raum ω als ein solcher mit einer hohen Röntgenstrahlenintensität festgestellt werden.

Die Fig. 10C zeigt ein modifiziertes Beispiel zum Lösen des vorstehenden Problems. Hierbei sind beide Enden der Halterungen 221 und 222 des großen Kollimatormoduls 220 in abgeschrägten Formen ausgebildet derart, dass sie wie ein Fuß verlaufen, wenn sie von der Seite der Röntgenquelle 11 her betrachtet werden, und beide Enden der Halterung 232 des kleinen Kollimatormoduls 230 sind in abgeschrägten Formen ausgebildet derart, dass sie propeller- bzw. flügelartig verlaufen, wenn sie von der Seite der Detektoreinheit her betrachtet werden. Demnach kann verhindert werden, dass Röntgenstrahlen durch die Halterungen 221, 222, 231 und 132 treten können, um die Detektoreinheit 240 direkt zu erreichen. Damit kann im Wesentlichen auf der gesamten Oberfläche der Detektoreinheit 140 das Auftreten einer spezifischen Röntgenstrahlenverteilung verhindert werden und ein von der Röntgenstrahlenintensität die durch die Detektoreinheit 140 erfaßt wird, abhängiges elektrisches Signal wird über der gesamten Oberfläche der Detektoreinheit 240 gleichmäßig. Es ist daher möglich, ein Bild ohne Durchführen irgendwelche bestimmter Verarbeitungen wie Korrekturen zu erzielen.

Die Detektoreinheit 240 umfasst eine Modulbasis 241 und vier Detektorpacks 242a bis 242d, die in einer Reihe bzw. Ordnung in der Modulbasis 241 angeordnet sind. In der Modulbasis 241 ist ein vorspringender Positionierungsstift 243 vorgesehen.

Die Fig. 11A zeigt eine Einstell- bzw. Justiervorrichtung 250. Die Einstellvorrichtung 250 umfasst eine Basis 251, eine Einstelleinheit 252 und eine Bilderfassungseinheit 253. In der Basis 251 sind Stifte 251a und 251b vorgesehen. Die Einstelleinheit 252 umfasst einen Rahmen 252e, eine uniaxiale Stufe bzw. einen uniaxialen Tisch 252b, eine XYθ- Einstellvorrichtung 252c, die durch die uniaxiale Stufe 252c für eine Hin- und Herbewegung in der Schichtungsrichtung S geführt ist, sowie einen durch den XYθ-Einstellmechanismus 252C angetriebenen Klemmmechanismus 252d.

Die Bilderfassungseinheit 253 umfasst fünf CCD- Kameraeinheiten 254a bis 254e zum Abbilden bzw. bildlichen Erfassen beider Enden der Detektorpacks 242a bis 242d von festen Punkten in der Schichtungsrichtung S, und Monitore 255a bis 255e zum Anzeigen der Bilder von den CCD- Kameraeinheiten 254a bis 254e.

Als nächstes wird eine Master- bzw. Hauptbasis 260, die in Fig. 11B gezeigt ist, beschrieben. Die Hauptbasis 260 ist aus einem Plattenmaterial 261 gefertigt. In dem Plattenmaterial 261 sind ein Stiftloch 262 und ein Stiftloch 263 entlang der Schichtungsrichtung für ein Paar Positionierungsstifte ausgebildet. Zusätzlich sind in dem Plattenmaterial 261 Kreuzmarkierungen 264a bis 264e mit maschineller Genauigkeit ausgebildet, um eine Mittelachse durch Verwendung der Stiftlöcher 262 und 263 als Referenz festzulegen.

Der so aufgebaute Röntgendetektor 200 wird wie folgt zusammengebaut. Kreuzlinien 256a bis 256e werden als Referenzen auf den Bildschirmen der Monitore 255a bis 255e der Einstellvorrichtung 250 eingestellt. Die Hauptbasis 260 wird an der Basis 251 angebracht und die bilderfassenden Bereiche der CCD-Kameras 254a bis 254e werden grob eingestellt, bis sie die Kreuzmarkierungen 264a bis 264e enthalten. Ferner werden die Kreuzlinien 256a bis 256e, die auf den Monitoren 255a bis 255e angezeigt werden, so bewegt, dass sie mit den gezeigten Kreuzmarkierungen 264a bis 264e in Übereinstimmung sind.

Durch Entfernen der Hauptbasis 260 wird nur der Detektorpack 242a durch den Klemmmechanismus 252d ergriffen. Während die Kreuzlinien 256a und 256b auf den Monitoren 255a und 255b überprüft werden, erfolgt eine Einstellung in der triaxialen Richtung in den Achsen XYθ durch den XYθ-Einstellmechanismus 252c. Gleichzeitig wird das Szintillatorblockmuster des Detektorpacks 242a überwacht und die Ausrichtung wird so durchgeführt, dass der Reflektor und die Kreuzlinien 256a und 256b, die nebeneinander in der Schichtungsrichtung vorgesehen sind, zwischen den Szintillatorsegmenten überlagert bzw. überlappt werden können. Die Verschiebungsgrößen in der Schichtungsrichtung zwischen den Kreuzlinien 256a und 256b und dem Szintillatorblockmuster werden nicht durch Übereinstimmung an beiden Seiten eingestellt sondern so, dass die Verschiebegrößen genau ausbalanciert und gleich (identisch) zwischen den beiden Seiten sind. Nach der Justierung werden der Detektorpack 242a und die Modulbasis 242 durch festes Anziehen einer Schraube (nicht dargestellt) vereinigt.

Auf diese Weise können die Detektorpacks 242b bis 242d bezüglich der Modulbasis 241 hochgenau positioniert werden.

Sodann wird das Kollimatormodul 220 durch die in die Modulbasis 241 für eine hochgenaue Positionierung eingepressten Stifte in der Kanalrichtung festgelegt. Die Positionierungsstifte 211a und 212a der Basis 210 werden in das Stiftloch 241a und das Langloch 241b der Modulbasis 241 eingesetzt, um eine hochgenaue Positionierung zu ermöglichen.

Wie beschrieben kann gemäß dem Röntgendetektor 200 nach der dritten Ausführungsform durch Verwendung des großflächigen Detektors die Größe der Verformung bzw. des Verzugs auf einige 10 µm verringert werden, selbst wenn eine große Kollimatoreinzelplatte, z. B. die Kollimatoreinzelplatten 223 und 233 von etwa 200 mm Länge, verwendet werden. Da das Kollimatormodul 220 und das Detektormodul 140 nach derselben Referenz zusammengebaut werden können, kann die Genauigkeit der Komponentenbearbeitung auf einfache Weise garantiert werden (akkumulierte Fehler). Ferner kann die hochgenaue Positionierung der mehreren Detektorpacks in der Schichtungsrichtung erleichtert werden, da die Detektorpacks 242a bis 242d ausgerichtet werden können, während ein Beobachten des Szintillatorblockmusters möglich ist.

Claims (10)

1. Eine Detektoreinheit (40) zum Detektieren von Röntgenstrahlen, die durch einen Kollimator (30) mit mehreren Kollimatoreinzelplatten (33) gelangt sind, gekennzeichnet durch:
ein an einer Kollimatorhalterung (31) zum Haltern des Kollimators (30) angebrachtes Substrat (41);
eine photodetektierende Vorrichtungsanordnung (42) mit photodetektierenden Vorrichtungen, die an dem Substrat (41) angebracht ist;
einen Szintillatorblock (43), der entsprechend der photodetektierenden Vorrichtungsanordnung angeordnet ist und auf der photodetektierenden Vorrichtungsanordnung (42) vorgesehen ist, um die Röntgenstrahlen in Licht umzuwandeln: und
eine Eingriffskomponente (45), die einen an der Kollimatoreinzelplattenseite des Substrats (41) vorgesehenen Eingriffsabschnitt aufweist und mit der Kollimatoreinzelplatte (33) in Eingriff ist, um eine Position der photodetektierenden Vorrichtungsanordnung (42) oder des Szintillatorblocks (43) in einer Kanalrichtung bezüglich der Kollimatoreinzelplatte (33) einzustellen.

2. Detektoreinheit (40) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Rückseite oder einer Seitenfläche des Substrats (41) eine Markierung ausgebildet ist, um eine Höhenposition in einer Schichtungsrichtung an der Basis der photodetektierenden Vorrichtungsanordnung (42) oder des Szintillatorblocks (43) anzugeben.

3. Röntgen-Computer-Tomographie-Aufzeichnungsvorrichtung (10A) zum Erzeugen eines tomographischen Bildes einer Probe, gekennzeichnet durch:
eine Röntgen(strahlen)quelle (11) zum Bestrahlen der Probe mit Röntgenstrahlen; und
einen Röntgen(strahlen)detektor (20), der an einer gegenüberliegenden Seite bezüglich der Röntgenquelle (11) und der Probe angeordnet ist,
wobei der Röntgendetektor (20) umfasst:
mehrere Kollimatoreinzelplatten (33);
Kollimatorhalterungen (31, 32) zum Halten der Kollimatoreinzelplatten (33); und
die Detektoreinheit (40) gemäß Anspruch 1, die an den Kollimatorhalterungen (31, 32) positioniert und angebracht ist.

4. Röntgendetektor (20) zum Detektieren von Röntgenstrahlen, die durch einen Kollimator (30) mit mehreren Kollimatoreinzelplatten (33), die in einer Kanalrichtung angeordnet sind, hindurchgetreten sind, gekennzeichnet durch:
Kollimatorhalterungen (31, 32) zum Halten der Kollimatoreinzelplatten (33); und
mehreren Detektoreinheiten (40), die lösbar in den Kollimatorhalterungen (31, 32) vorgesehen sind;
wobei die Kollimatorhalterungen (31, 32) Schraubenlöcher aufweisen, die auf einer Auftreffrichtungsseite der Röntgenstrahlen gebohrt sind, um mit Schrauben zum Fixieren der Detektoreinheiten (40) in Eingriff zu gelangen.

5. Röntgendetektor (20) zum Detektieren von Röntgenstrahlen, die durch einen Kollimator (30) mit mehreren Kollimatoreinzelplatten (33), die in einer Kanalrichtung angeordnet sind, hindurchgetreten sind, gekennzeichnet durch:
Kollimatorhalterungen (131, 132) zum Halten der Kollimatoreinzelplatten (33), und
mehreren Detektoreinheiten (141), die lösbar in den Kollimatorhalterungen (131, 132) vorgesehen sind,
wobei jede der Halterungen (131, 132) einen Eingriffsabschnitt aufweist, und jede der Detektoreinheiten (140) eine Positionierungsplatte (150) umfasst, die einen Eingriffsabschnitt hat, der für einen Eingriff mit dem Eingriffsabschnitt ausgebildet ist, um die Positionen in der Kanalrichtung und einer Schichtungsrichtung einzustellen, sowie ein Detektorsubstrat (160), das an der Positionierungsplatte (150) angebracht ist und eine photodetektierende Vorrichtungsanordnung und einen montierten Szintillatorblock besitzt.

6. Röntgendetektor (200) zum Detektieren von Röntgenstrahlen, die durch einen Kollimator mit mehreren Kollimatoreinzelplatten (223), die in einer Kanalrichtung angeordnet sind, hindurchgetreten sind, durch mehrere Detektoreinheiten (240), gekennzeichnet durch:
eine Basis (210), die in der Kanalrichtung angeordnet ist;
mehreren Kollimatormodulen (220, 230), die in der Basis (210) in der Kanalrichtung zum Halten der mehreren Kollimatoreinzelplatten angeordnet sind, und
wobei die Detektoreinheiten (240) entsprechend den mehreren Kollimatormodulen (220, 230) vorgesehen sind,
wobei jedes der Kollimatormodule (220, 230) einen Einpaß- bzw. Einsetzabschnitt zum Einsetzen in die Basis (210) sowie Einsetzabschnitte in die ein in jeder der Detektoreinheiten (240) vorgesehener Einsetzabschnitt einsetzbar ist, aufweist.

7. Röntgendetektor (103) zum Detektieren von Röntgenstrahlen, die durch einen Kollimator mit mehreren in einer Kanalrichtung angeordneten Kollimatoreinzelplatten (223) hindurchgetreten sind, durch mehrere Detektoreinheiten (240), gekennzeichnet durch:
eine Basis (241), die in der Kanalrichtung angeordnet ist;
mehreren Kollimatormodulen (220, 230), die in der Basis (241) in der Kanalrichtung angeordnet sind, um die mehreren Kollimatoreinzelplatten (223) zu halten; und
wobei die Detektoreinheiten (240) entsprechend den mehreren Kollimatormodulen (220, 230) vorgesehen sind;
wobei jedes der Kollimatormodule (220, 230) eine auftreffseitige Halterung (221) und eine abstrahlseitige Halterung (222), die auf Auftreff- und Abstrahlseiten bezüglich der Röntgenstrahlen angeordnet sind, und wobei Nuten an den auftreffseitigen und abstrahlseitigen Halterungen (221, 222) ausgebildet sind, um die Kollimatoreinzelplatten (223) in einer Bewegungsrichtung der Röntgenstrahlen anzuordnen.

8. Röntgendetektor (200) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüberliegende Oberflächen der auftreffseitigen Halterungen (222) in benachbarten Kollimatormodulen (220,230) unter den Kollimatormodulen (220,230) in einer Richtung ausgebildet sind, die die Bewegungsrichtung der Röntgenstrahlen kreuzt.

9. Ein Verfahren zum Positionieren eines Detektormoduls beim Montieren mehrerer Detektormodule (240) in einer Schichtungsrichtung in einer Modulbasis (241) mit einem Loch (241a), in das ein Positionierungsstift (211a) der in einer Basis (210) vorgesehen ist, welche sich in einer Kanalrichtung erstreckt, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Bilden einer Positionsmarkierung auf einem Monitorbildschirm;
Fixieren der Modulbasis (241) durch Aufsetzen des Lochs (241a) um den Positionierungsstift (211a) herum, der in der Basis (210) ausgebildet ist;
bildliches Erfassen der Modulbasis (241) und Darstellen eines Bildes desselben auf dem Monitorbildschirm; und
Positionieren jedes der Detektormodule (240) basierend auf der Positionierungsmarkierung.

10. Verfahren zum Positionieren eines Detektormoduls gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierungsmarkierungsbildungsschritt umfasst:
einen Schritt des bildlichen Erfassens einer Hauptbasis (260) mit einem Loch (262), das um den Positionierungsstift (211a), welcher in der Basis (210) vorgesehen ist, herum aufgesetzt ist, und eines Referenzpunktes mit einer hochgenau definierten Positionsbeziehung zu einem Bezugspunkt, der dem Loch (262) und dem Detektormodul (240) entspricht, und dann Darstellen des resultierenden Bildes auf dem Monitorbildschirm; und
einen Schritt des Bildens der Positionierungsmarkierung in einer Position des Referenzpunktes.