DE10160723A1

DE10160723A1 - CT-Detektormodul mit verbesserter Szintillator/Dioden-Kopplung

Info

Publication number: DE10160723A1
Application number: DE10160723A
Authority: DE
Inventors: David Michael Hoffman
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2001-12-11
Publication date: 2002-09-05
Also published as: US6717150B2; JP4259795B2; JP2002350548A; US20020070343A1

Abstract

Die Erfindung sieht ein fertiges Detektormodul (50) vor, das zur Verwendung bei einem abbildenden Computertomographiesystem (CT-System) (10) geeignet ist, mit: einem Substrat (74); einem an dem Substrat befestigten Fotosensorfeld (52); einem Szintillatorfeld (54), das mit dem Fotosensorfeld optisch gekoppelt ist und von diesem durch einen mit entweder Luft oder einem nachgiebigen, klaren Film (86) gefüllten Spalt getrennt ist; und einem flexiblen Elektrokabel (86), das elektrisch mit dem Fotosensorfeld gekoppelt ist. Die obige Ausgestaltung des fertigen Detektormoduls hat unter anderem den Vorteil, dass sich das Szintillatorfeld und das Fotosensorfeld leicht trennen lassen, was die Wiedergewinnung von Teilen aus Schrott zulässt.

Description

Die Erfindung betrifft Strahlungsdetektoren der Szintillationsbauart und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zum Koppeln eines Szintillators an einen Fotosensor.

Bei einer bekannten Gestaltung eines abbildenden Computertomographiesystems (CT-Systems) gibt eine Röntgenquelle einen fächerförmigen Strahl ab, der so kollimiert wird, dass er im kartesischen Koordinaten system innerhalb der im Allgemeinen als "Abbildungsebene" bezeichneten Y-Ebene liegt. Der Röntgenstrahl geht durch das abzubildende Objekt, etwa einem Patienten, hindurch. Nachdem der Strahl durch das Objekt geschwächt wurde, trifft er auf ein Feld Strahlungsdetektoren. Die Intensität der von dem Detektorfeld aufgenommenen abgeschwächten Strahlung hängt von der Schwächung des Röntgenstrahls durch das Objekt ab. Jedes Detektorelement des Felds erzeugt ein eigenes elektrisches Signal, das einen Messwert für die Strahlabschwächung am Detektorort darstellt. Die Abschwächungsmesswerte sämtlicher Detektoren werden einzeln abgerufen, um ein Trans missionsprofil zu erzeugen.

Bei CT-Systemen der dritten Generation werden die Röntgenquelle und das Detektorfeld mit Hilfe eines Portals innerhalb der Abbildungsebene und um das abzubildende Objekt herum gedreht, so dass sich der Winkel, unter dem der Röntgenstrahl das Objekt schneidet, fortwährend ändert. Eine von dem Detektorfeld unter einem bestimmten Portalwinkel gewonnene Gruppe Röntgen abschwächungsmesswerte bzw. Projektionsdaten wird als eine "Ansicht" bezeichnet. Ein "Scan" des Objekts umfasst einen Satz Ansichten, der unter verschiedenen Portal winkeln oder Ansichtswinkeln während einer Umdrehung der Röntgenquelle und des Detektors erstellt wurde. Bei einem Axialscan werden die Projektionsdaten so verarbeitet, dass sie ein Bild ergeben, das einer zweidimensionalen Scheibe durch das Objekt entspricht. Auf diesem technischen Gebiet ist als ein Verfahren, mit dem anhand eines Satzes Projektionsdaten ein Bild erstellt wird, die Technik der gefilterten Rückprojektion bekannt. Bei diesem Prozess werden die Abschwächungsmesswerte eines Scans in als "CT-Zahlen" oder "Hounsfield-Einheiten" bezeichnete Ganzzahlen umgewandelt, mit denen in einer Kathodenstrahlröhrenanzeige die Helligkeit eines entsprechenden Pixels gesteuert wird.

Der Detektor abbildender CT-Systeme umfasst herkömm licherweise mehrere Detektormodule, in denen ein Szintillatorfeld jeweils optisch mit einem Halbleiter fotodiodenfeld gekoppelt ist, mit dem das von dem Szintillatorfeld abgegebene Licht erfasst wird. Bei diesem bekannten Detektormodulaufbau ist zur Montage ein Klebevorgang erforderlich. Das Fotodiodenfeld und der Szintillator müssen präzise mit einem Ausrichtsystem ausgerichtet werden, wobei ein Abstandsstück aus Kunststoff verwendet wird, um zwischen den Fotodioden- und Szintillatorfeldern einen Spalt einzustellen. Nach der Ausrichtung werden die vier Ecken des Aufbaus mit einem Klebemittel "zusammengeheftet", um die Ausrichtung zu halten. Die Heftung wird ausgehärtet, und der dünne Spalt zwischen den Fotodioden- und Szintillatorfeldern wird durch Eintauchen des Aufbaus in einen optischen Epoxidharzkleber gefüllt, der in den gesamten Spalt eingesogen wird. Das Epoxidharz wird gehärtet und der Szintillator auf diese Weise an das Diodenfeld "epoxiert". Im "fertigen" Detektormodul sind das Foto diodenfeld und das Szintillatorfeld demnach durch ein festes, nicht flexibles, nicht nachgiebiges Material voneinander getrennt. (Ein Detektormodul, bei dem das Epoxidharz noch nicht ausgehärtet ist, wird nicht als "fertiges" Detektormodul erachtet.).

Dieser standardmäßige Szintillatoraufbau und Montage vorgang hat mehrere Nachteile. Zum einen sind der Wärme ausdehnungskoeffizient des Halbleiterfotodiodenfelds und des Szintillatorfelds um ein gewisses Maß verschieden. Wenn sich während des Betriebs eines abbildenden Systems die Umgebungstemperatur ändert, kommt es zu Wärme- und Formspannungen. Andere Faktoren, die zu Wärme- und Formspannungen führen können, sind Temperaturänderungen während des Transports und/oder Lagerns, leichte Klimatisierungs- und Feuchtigkeitsänderungen und Änderungen der Betriebsbedingungen. Durch diese Spannungen kann es an der Grenzfläche zwischen Diode und Epoxidharz, innerhalb des Epoxidharzes selbst oder zwischen Epoxidharz und Szintillator zu einem Bruch kommen. Zu dem Bruch kann es auch innerhalb des Szintillatorfelds oder des Halbleiterdiodenfelds selbst kommen. Ein solcher Bruch kann mikroskopisch sein, wodurch die Lichtdurchlässigkeit beeinträchtigt wird, oder katastrophal, was zu einer Zerstörung des Detektor moduls führt. Es wäre wünschenswert, die Bruchhäufigkeit, egal ob mikroskopisch oder katastrophal, zu senken und die Zuverlässigkeit des Szintillatoraufbaus und der den Szintillatoraufbau verwendenden Instrumente zu erhöhen. Abgesehen davon können das Fotosensorfeld und das Szintillatorfeld nicht ohne Weiteres voneinander getrennt werden. Daher lassen sich Teile des Detektormoduls nicht aus Schrott wiedergewinnen. Es wäre daher wünschenswert, ein Detektormodul zur Verfügung zu stellen, das einem Ausschlachten zugänglicher ist.

Die Erfindung sieht deshalb gemäß einer Ausgestaltung einen fertigen Detektormodulaufbau vor, der zur Verwendung in einem abbildenden Computertomographiesystem (CT-System) geeignet ist, mit: einem Substrat; einem an dem Substrat befestigten Fotosensorfeld; einem Szintillatorfeld, das optisch mit dem Fotosensorfeld gekoppelt ist und von diesem durch einen mit entweder Luft oder mit einem nachgiebigen, klaren Film gefüllten Spalt getrennt ist; und einem flexiblen Elektrokabel, das mit dem Fotosensorfeld elektrisch gekoppelt ist.

Die obige Ausgestaltung des Detektormoduls hat unter anderem den Vorteil, dass sich das Szintillatorfeld und das Fotosensorfeld leicht trennen lassen, was die Wieder gewinnung von Teilen aus Schrott erlaubt.

Abgesehen davon ergeben diese und andere Ausgestaltungen der Erfindung verschiedene Kombinationen zusätzlicher Vorteile, unter anderem einen verbesserten Kopplungs prozess, geringere Kosten infolge eines einfacheren Herstellungsablaufs mit weniger Schritten, eine hohe Lichtabgabe, geringeres Übersprechen, eine gleichmäßigere Verstärkung und eine verbesserte Zuverlässigkeit und Lebensdauer.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine bildliche Darstellung eines abbildenden CT- Systems;

Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm des in Fig. 1 dargestellten Systems;

Fig. 3 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels für ein Detektorfeld des CT-Systems;

Fig. 4 eine Perspektivansicht eines einzelnen Detektor modulaufbaus des in Fig. 3 gezeigten Detektorfelds;

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht des Detektor modulaufbaus in Fig. 4 entlang des mit 5-5 bezeichneten Schnitts;

Fig. 6 eine Perspektivansicht eines weiteren erfindungs gemäßen Ausführungsbeispiels eines Detektorfelds des CT- Systems;

Fig. 7 eine Perspektivansicht eines einzelnen Detektor modulaufbaus des in Fig. 6 gezeigten Detektorfelds;

Fig. 8 eine schematische Schnittansicht des Detektor modulaufbaus in Fig. 7 entlang eines mit 8-8 bezeichneten Schnitts; und

Fig. 9 eine Perspektivansicht eines Abschnitts eines mit dem Ausführungsbeispiel in Fig. 7 vergleichbaren Detektormodulaufbaus, der zwischen dem Szintillatorfeld und dem Fotosensorfeld jedoch einen Luftspalt aufweist.

In den Fig. 1 und 2 ist ein abbildendes Computer tomographiesystem (CT-System) 10 mit einem Portal 12 gezeigt, das für einen CT-Scanner der "dritten Generation" repräsentativ ist. Das Portal weist eine Röntgenquelle 14 auf, die einen Strahl Röntgenstrahlen 16 zu einem Detektorfeld 18 auf der gegenüberliegenden Seite des Portals 12 abgibt. Das Detektorfeld 18 wird durch Detektorelemente 20 gebildet, die gemeinsam die abgegebe nen Röntgenstrahlen abfühlen, die durch ein Objekt 22, beispielsweise einen Patienten, hindurchgehen. Jedes Detektorelement 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das für die Intensität des auftreffenden Röntgenstrahls und somit für die Abschwächung des durch den Patienten 22 hindurchgehenden Strahls steht. Während eines Scans zur Abtastung von Röntgenstrahlprojektionsdaten drehen sich das Portal 12 und die daran befestigten Komponenten um ein Drehzentrum 24. Das Detektorfeld 18 kann in Form eines Einzelscheiben- oder Mehrscheibenfelds vorliegen. Bei einer Mehrscheibengestaltung weist das Detektorfeld 18 mehrere Reihen Detektorelemente 20 auf, von denen in Fig. 2 nur eine gezeigt ist.

Die Drehung des Portals 12 und der Betrieb der Röntgen quelle 14 werden von einem Steuerungsmechanismus 26 des CT-Systems 10 übernommen. Der Steuerungsmechanismus 26 umfasst eine Röntgensteuerung 28, die die Röntgenquelle 14 mit Strom und Zeitsteuerungssignalen versorgt, und eine Portalmotorsteuerung 30, die die Drehgeschwindigkeit und Position des Portals 12 steuert. Ein Datenabrufsystem (DAS) 32 in dem Steuerungsmechanismus 26 tastet Analog daten von den Detektorelementen 20 ab und wandelt die Daten zur Weiterverarbeitung in Digitalsignale um. Eine Bilderstellungseinheit 34 empfängt die abgetasteten und digitalisierten Röntgendaten von dem DAS 32 und nimmt eine Hochgeschwindigkeitsbilderstellung vor. Das erstellte Bild wird in einen Computer 36 eingegeben, der das Bild in einem Massenspeicher 38 speichert.

Der Computer 36 empfängt außerdem von einer Bedienperson über eine Konsole 40 mit Tastatur Befehle und Scan parameter. Eine zugehörige Kathodenstrahlröhrenanzeige 42 erlaubt der Bedienperson, die erstellten Bilder und andere Daten von dem Computer 36 zu betrachten. Die von der Bedienperson zugeführten Befehle und Parameter werden von dem Computer 36 dazu verwendet, das DAS 32, die Röntgensteuerung 28 und die Portalmotorsteuerung 30 mit Steuerungssignalen und Informationen zu versorgen. Abgesehen davon betreibt der Computer 36 eine Tisch motorsteuerung 44, die einen motorisierten Tisch 46 steuert, mit dem der Patient 22 im Portal 12 positioniert wird. Genauer gesagt bewegt der Tisch 46 Teile des Patienten 22 durch die Portalöffnung 48.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, umfasst das Detektorfeld 18 mehr als einen Detektormodulaufbau 50 (auch als Detektormodul bezeichnet), wobei jedes Modul ein Feld Detektorelemente 20 umfasst. Jedes Detektormodul 50 umfasst ein hochdichtes Fotosensorfeld 32 und ein oberhalb und angrenzend zu dem Fotosensorfeld 52 angeordnetes mehrdimensionales Szintillatorfeld 54. Genauer gesagt umfasst das Szintillatorfeld 54 mehrere Szintillatoren 56, während das Fotosensorfeld 52 Foto dioden 58, eine Schaltereinheit 60 und einen Decoder 62 umfasst. Ein Material wie etwa mit Titandioxid gefülltes Epoxidharz füllt die kleinen Zwischenräume zwischen den Szintillatorelementen. Die Fotodioden 58 sind einzelne Fotodioden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel entsprechen die Fotodioden 58 einem mehrdimensionalen Diodenfeld. In beiden Ausführungsbeispielen sind die Fotodioden 58 auf einem Substrat abgeschieden oder ausgebildet. Das Szintillatorfeld 54 befindet sich bekanntermaßen oberhalb oder angrenzend zu den Fotodioden 58. Die Fotodioden 58 sind optisch mit dem Szintillator feld 54 gekoppelt und weisen elektrische Ausgangs leitungen auf, um Signale zu übertragen, die für das von dem Szintillatorfeld 54 ausgehende Licht repräsentativ sind. Jede Fotodiode 58 erzeugt für eine bestimmten Szintillator des Szintillatorfelds 54 ein eigenes, schwaches Analogausgangssignal, das ein Messwert für die Strahlabschwächung ist. Die (nicht in den Fig. 3 und 4 gezeigten) Fotodiodenausgangsleitungen können z. B. physikalisch an einer Seite des Moduls 20 oder an mehreren Seiten des Moduls 20 angebracht sein. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die Fotodiodenausgänge an entgegengesetzten Seiten des Fotodiodenfelds.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Detektorfeld 18 siebenundfünfzig Detektormodule 50. Jedes Detektormodul 50 weist jeweils ein Fotosensorfeld 53 und ein Szintillatorfeld 54 auf, wobei die Feldgröße der Detektorelemente 20 16 × 16 beträgt. Das Feld 18 ist daher in 16 Reihen und 912 Spalten (16 × 57 Module) unterteilt, die entlang der z-Achse bei jeder Drehung des Portals 12 das gleichzeitige Sammeln der Daten von bis zu N = 16 Scheiben erlauben, wobei die z-Achse die Drehachse des Portals ist.

Die Schaltereinheit 60 ist ein mehrdimensionales Halb leiterschalterfeld. Die Schaltereinheit 60 ist zwischen das Fotosensorfeld 52 und das DAS 32 gekoppelt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Schaltereinheit 60 zwei Halbleiterschalterfelder 64 und 66 aufweisen. Die Schalterfelder 64 und 66 umfassen mehrere (nicht gezeigte) Feldeffekttransistoren (FET) die als mehr dimensionales Feld angeordnet sind. Jeder FET weist einen elektrisch an eine der jeweiligen Fotodiodenausgangs leitungen angeschlossenen Eingang, einen Ausgang und eine (nicht gezeigte) Steuerung auf. Die FET-Ausgänge und -Steuerungen sind an Leitungen angeschlossen, die elektrisch über ein flexibles Elektrokabel 68 mit dem DAS 32 verbunden sind. Genauer gesagt ist etwa die Hälfte der Fotodiodenausgangsleitungen elektrisch an die jeweiligen FET-Eingangsleitungen des Schalters 64 angeschlossen, während die andere Hälfte der Fotodiodenausgangsleitungen elektrisch an die FET-Eingangsleitungen des Schalters 66 angeschlossen sind. Das flexible Elektrokabel 68 ist auf diese Weise elektrisch mit dem Fotosensorfeld 52 gekoppelt und kann beispielsweise durch Drahtbonden angebracht sein.

Der Decoder 62 steuert den Betrieb der Schaltereinheit 60, um abhängig von der gewünschten Zahl an Scheiben und der Scheibenauflösung für jede Scheibe die Ausgangs signale der Fotodiode 58 frei zu geben, zu sperren oder zu kombinieren. Der Decoder 62 entspricht bei einem Ausführungsbeispiel einer auf diesem technischen Gebiet bekannten FET-Steuerung. Der Decoder 62 weist mehrere Ausgangs- und Steuerungsleitungen auf, die mit der Schaltereinheit 60 und dem DAS 32 gekoppelt sind. Die Decoderausgänge sind genauer gesagt elektrisch mit den Schaltereinheitssteuerungsleitungen gekoppelt, damit die Schaltereinheit 60 die richtigen Daten von den Schalter einheitseingängen zu den Schaltereinheitsausgängen übertragen kann. Bei Benutzung des Decoders 62 werden bestimmte FET innerhalb der Schaltereinheit 60 selektiv frei gegeben, gesperrt oder kombiniert, so dass bestimmte Ausgänge der Fotodiode 58 elektrisch mit dem DAS 32 des CT-Systems verbunden werden. Der Decoder 62 sorgt dafür, dass die Schaltereinheit 60 eine ausgewählte Anzahl an Reihen des Fotosensorfelds 52 mit dem DAS 32 verbindet, wodurch zur Verarbeitung eine ausgewählte Zahl an Datenscheiben elektrisch mit dem DAS 32 verbunden wird.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, sind die Detektormodule 50 in das Detektorfeld 18 eingepasst und werden an Ort und Stelle durch Schienen 70 und 72 gesichert. In Fig. 3 ist die Schiene 72 bereits an Ort und Stelle befestigt, während die Schiene 70 gerade über dem Substrat 74 des Moduls 50, dem flexiblen Kabel 68 und einer Befestigungsklammer 76 befestigt wird. Dann werden (in den Fig. 3 und 4 nicht gezeigte) durch Löcher 78 und 80 hindurch und in Gewindelöcher 82 der Schiene 70 Schrauben eingeschraubt, um die Module 50 an Ort und Stelle zu befestigen. Die Flansche 84 der Befestigungs klammern 76 werden an Ort und Stelle gehalten, indem sie gegen die Schienen 70 und 72 gedrückt werden (oder indem sie bei einem Ausführungsbeispiel verklebt werden) und hindern die Detektormodule 50 am "Wackeln". Die Befestigungsklammer 76 klemmen auch das flexible Kabel 68 gegen das Substrat 74, wobei das flexible Kabel 68 bei einem Ausführungsbeispiel auch mit dem Substrat 74 verklebt sein kann.

Bei einem Ausführungsbeispiel weisen die Detektormodule 50, wie in Fig. 5 gezeigt ist, zwischen dem Fotosensor feld 52 und dem Szintillatorfeld 54 einen nachgiebigen, klaren (d. h. transparenten) Film 86 auf. Für den nachgiebigen Film sind unter anderem Elastomermaterialien wie Silikon-, Polyester- und Acrylmaterialien geeignet. Weiche, nachgiebige Gele wie etwa Silicat- und Organogele sind ebenfalls geeignet. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der nachgiebige, klare Film 86 klebend, auch wenn der Film 86 bei anderen Ausführungs beispielen nicht klebend sein muss und eine Klemm anordnung verwendet werden kann, um das Szintillatorfeld 54 an Ort und Stelle zu halten. Der nachgiebige, klare Film 86 füllt günstigerweise Spalte und Lücken auf der Oberfläche des Fotosensorfelds 52 und des Szintillator felds 54. Eine Klebeschicht 88 hält die Halbleiterschicht 52 auf dem Keramiksubstrat 74 an Ort und Stelle. Bei diesem Ausführungsbeispiel berühren die Befestigungs klammern 76, die aus Metall oder einem anderen geeigneten Material bestehen können, das Szintillatorfeld 54 nicht.

Dieses Ausführungsbeispiel lässt sich verhältnismäßig preisgünstig herstellen und erlaubt eine leichte Trennung des Szintillatorfelds 54 von dem Fotosensorfeld 52 zur Wartung oder Ausschlachtung. Darüber hinaus sorgt der nachgiebige, klare Film 86 für eine verhältnismäßig wirksame optische Kopplung zwischen den Szintillatoren 56 und den jeweiligen Dioden in dem Fotosensorfeld 52.

Dieses Ausführungsbeispiel lässt sich durch ein Verfahren anfertigen, bei dem das Fotosensorfeld 52 mit dem Substrat 74 durch Klebung verbunden wird. Das flexible Kabel 68 ist beispielsweise durch Drahtbonden elektrisch und mechanisch mit dem Fotosensorfeld 52 verbunden. Durch einen Stanzvorgang werden Rechtecke aus dem Film 86 vorgeformt, die eine Form und Größe haben, mit der sie sich zwischen Fotosensorfeld 52 und Szintillatorfeld 54 setzen und mit diesen optisch koppeln lassen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Film 86 ein Klebefilm auf Epoxidharzbasis und groß genug, um sämtliche Elemente des Szintillatorfelds 54 optisch mit dem Fotosensorfeld 52 zu koppeln. Das vorgeformte Filmrechteck 86 wird oben auf das Fotosensorfeld 52 und das Szintillatorfeld 54 oben auf das Filmrechteck 86 gelegt.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 6, 7 und 8 gezeigt ist, verwendet das Detektormodul 90 als Klemmmechanismus Klammern 92, um das Szintillatorfeld 54 oberhalb des Fotosensorfelds 52 an Ort und Stelle festzuklemmen, ist aber ansonsten mit dem Detektormodul 50 in den Fig. 3, 4 und 5 vergleichbar. Der nachgiebige, klare Film 86 wird dadurch zwischen dem Szintillatorfeld 54 und dem Fotosensorfeld 52 an Ort und Stelle zusammengedrückt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der nachgiebige, klare Film 86 Klebeeigenschaften haben, muss es aber nicht. Die Klammern 92, die die Klammer 76 des Detektormoduls 50 ersetzen, weisen ebenfalls Flansche 94 auf, die die Schiene 70 (oder 72) tragen, erstrecken sich aber auch auf der entgegengesetzten Seite der Klammer 92, um für eine Brücke zu sorgen, durch die das flexible Kabel 96 verläuft. (Das flexible Kabel 96 ist mit dem flexiblen Kabel 86 vergleichbar, wenn davon abgesehen wird, dass es schmaler ist, so dass es an Ort und Stelle zwischen den Flanschen 94 gehalten werden kann.). Die Klammer 92 klemmt demnach auch das flexible Kabel 96 an dem Substrat 74 fest (oder aber das flexible Kabel 96 ist bei einem anderen Ausführungsbeispiel mit dem Substrat 74 durch Klebung verbunden). An jeder Seite des Fotosensorfelds 52 ist ein Bereich 98 vorgesehen, der Raum zum Drahtbonden des Kabels 96 lässt. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Leiter des flexiblen Kabels 96 direkt mit Schaltungen auf dem Fotosensorfeld 52 drahtgebondet, die die Schaltereinheit 60 und den Decoder 62 umfassen. Die Klammern 92 sind mit dem Szintillatorfeld 54 an einer Grenzfläche 100 und mit dem Substrat 74 an einer Grenz fläche 102 durch Klebung befestigt. In den Löchern 78 und 80 befinden sich (nicht gezeigte) Schrauben, doch sind sie nicht unbedingt notwendig, um das Szintillatorfeld 54 an Ort und Stelle festzuklemmen.

Der durch die Klammern 92 gebildete Klemmmechanismus hält das Szintillatorfeld 54 an Ort und Stelle und trennt das Szintillatorfeld 54 vom Fotosensorfeld 52, ohne dass die elastische Kraft des Elastomerfilms 86 unbedingt notwendig wäre, um sie auseinander zu halten. Der von dem Elastomerfilm 86 gefüllte Spalt verändert sich daher während der Herstellung oder über die Lebensdauer des Detektorfelds 18 hinweg nicht, wobei sich weder die Position des Fotosensorfelds 52, noch die Position des Szintillatorfelds 54 über die Lebensdauer des Produkts hinweg verschieben. Die Luftspalte zwischen dem Elastomer 86 und dem Szintillatorfeld 54 bzw. Fotosensorfeld 52 sollten zur effizienten optischen Übertragung kleiner als 1/2 der Wellenlänge des von dem Szintillatorfeld 54 abgegebenen Lichts sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Elastomerfilm 86 ein klarer Film, der in mikroskopische Lücken auf den Oberflächen des Szintillatorfelds 54 und Fotosensorfelds 52 fließt.

Bei einem Ausführungsbeispiel bestehen die Klammern 92 aus einem Material, das so gewählt ist, dass es die Wärmespannungen des Aufbaus verringert. Genauer gesagt kompensieren die Klammern 92 eine thermische Fehlpassung zwischen dem Szintillatorfeld 54 und dem Aufbau aus Fotosensorfeld 52 und Substrat 74. Das Szintillatorfeld 54 weist einen bestimmten zusammengesetzten Wärme ausdehnungskoeffizienten in z-Richtung auf, der eine Funktion sowohl des Szintillatormaterials als auch eines Spalte 104 zwischen den Szintillatorelementen 56 füllenden Reflektormaterials ist. Der Aufbau aus Foto sensorfeld 52 und Keramiksubstrat 74 weist ebenfalls an bestimmten Wärmeausdehnungskoeffizienten in z-Richtung auf. Die Klammern 92 halten das Szintillatorfeld 54 anfangs beim Zusammenbau wie auch über die Gesamtzeit hinweg in enger Ausrichtung mit dem Aufbau aus Foto sensorfeld 52 und Keramiksubstrat 74, während sie eine Fehlpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen ihnen kompensieren. Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Ausrichtung dadurch erreicht, dass die Klammern 92 an den Verbindungsstellen 100 und 102 festgeklebt werden. Dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten passen, wird durch geeignete Auswahl des Materials für die Klammern 92 erreicht. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Gesamt wärmeausdehnungskoeffizient des Szintillatorfelds 54 und der Klammer 92 in z-Richtung gleich dem des Aufbaus aus Fotosensorfeld 52 und Keramiksubstrat 74 an der Verbindungsstelle 102.

Bei einem Ausführungsbeispiel besteht das Fotosensorfeld 52 beispielsweise aus Silicium mit einem Wärme ausdehnungskoeffizienten von 3 × 10^-6/°C. Das Szintillator feld 54 ist eine Kombination aus Yttriumgadoliniumoxid und einem Epoxidreflektormaterial mit einem Wärme ausdehnungskoeffizienten von 21 × 10^-6/°C. Das optisch koppelnde Epoxidharz, das als klarer, nachgiebiger Film 86 vorliegt, weist einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 50 × 10^-6/°C auf. Das Keramiksubstrat 74, das aus hochdichtem Aluminiumoxid besteht, weist einen Wärme ausdehnungskoeffizienten von 8 × 10^-6/°C auf. In diesem Fall werden die Klammern 92 aus Quarzglas mit 7,5 Prozent Titanoxid gefertigt. Die Zusammensetzung dieser Klammer 92 hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von beinahe null und leistet bei dieser Anwendung ausreichende Dienste. Bei anderen Ausführungsbeispielen werden für die Klammern 92 andere Zusammensetzungen verwendet. Auf jeden Fall ist der Wärmeausdehnungskoeffizient der Klammer 92 jedoch geringer als der des Keramiksubstrats 74 und passt zu dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Keramik 74, wenn er mit dem Szintillatorfeld 54 kombiniert wird, so dass es an der Verbindungsstelle 102 zu geringen oder keinen Spannungen kommt.

Dieses Ausführungsbeispiel des Detektormoduls 90 lässt sich anfertigen, indem das Fotosensorfeld 52 durch Kleben mit dem Substrat 74 verbunden wird. Das flexible Kabel 96 wird durch beispielsweise Drahtbonden ebenfalls elektrisch und gegebenenfalls mechanisch mit dem Foto sensorfeld 52 verbunden. Durch einen Stanzvorgang werden aus dem Film 86 Rechtecke vorgeformt, die eine Größe haben, mit denen sie zwischen das Fotosensorfeld 52 und das Szintillatorfeld 54 gesetzt werden können. Das vorgeformte Filmrechteck 86 wird oben auf das Fotosensor feld 52 gesetzt. Das Szintillatorfeld 52 wird durch Klebung mit den Klammern 92 verbunden, so dass sich ein Aufbau aus Szintillator und Klemmmechanismus ergibt, wobei der Klemmaufbau die Klammern 92 umfasst. Der Aufbau aus Szintillatorfeld 52 und Klammer 92 wird dann an den Verbindungsstellen 102 durch Klebung mit dem Substrat 74 verbunden. Die Verbindungen an den Verbindungsstellen 102 dienen bei einem Ausführungsbeispiel auch dazu, das flexible Kabel (oder die Kabel) 96 an dem Substrat 74 festzuklemmen, und führen dazu, dass das Fotosensorfeld 52 das Filmrechteck 86 zusammendrückt.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weisen die Detektormodule zwischen dem Fotosensorfeld 52 und dem Szintillatorfeld 54 keinen elastomeren oder anderen klaren, nachgiebigen Film 86 auf. Anstelle dessen hält der Klemmmechanismus der Klammern 92 das Szintillatorfeld 54 oberhalb des Fotosensorfelds 52 fest, so dass die gegenüberliegenden Flächen des Szintillatorfelds 54 und des Fotosensorfelds 52 einander über einen Luftspalt hinweg zugewandt sind. Die Detektormodule lassen sich demnach anfertigen, indem das Ausstanzen der vorgeformten Filmrechtecke 86 und das Setzen des vorgeformten Films 86 auf den Fotosensorfeld 52 weggelassen wird. Bei dieser Gestaltung geht ein Teil des von dem Szintillatorfeld 54 ausgegebenen Lichts verloren. Der Lichtverlust ist jedoch für die meisten Anwendungen tolerabel. Abgesehen davon lassen sich das Fotosensorfeld 52 und das Szintillator feld 54 günstigerweise voneinander trennen, was die Wiedergewinnung von Teilen aus Schrott erlaubt.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, können die Detektormodule 106 also zwischen dem Fotosensorfeld 52 und dem Szintillator feld 54 einen Luftspalt 108 aufweisen. Keine, eine oder beide der einander zugewandten Oberflächen 110 und 112 des Szintillatorfelds 54 und des Fotosensorfelds 52 können jeweils mit einer Antireflexionsbeschichtung 114 versehen sein. Die Beschichtung 114 wird beispielsweise durch Aufsputtern oder Dampfabscheidung dünner, klarer, dielektrischer Schichten aufgebracht. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die beschichteten Oberflächen 110 und/oder 112 poliert. Die Verwendung eines Anti reflexionsfilters erhöht im Vergleich zu Ausführungs beispielen mit einem Luftspalt ohne Antireflexionsfilter die Verstärkung, die Gleichmäßigkeit der Verstärkung und verringert übersprechen. Darüber hinaus hat auch dieses Ausführungsbeispiel den Vorteil, dass es voneinander trennbare und wiedergewinnbare Fotosensorfelder 52 und Szintillatorfelder 54 aufweist.

(In Fig. 9 sind lediglich das Szintillatorfeld, das Fotosensorfeld und eine dielektrische Beschichtung gezeigt. Feldeffekttransistoren (FET), Schaltelemente, Dioden und andere Abschnitte des Detektormoduls 106 sind in Fig. 9 nicht gezeigt. Die Darstellung der Gitter in Fig. 9 soll nur eine mögliche funktionale Unterteilung der Fotosensorfelder und Szintillatorfelder in Einzel detektorzellen andeuten).

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben also in einem fertigen Detektormodul eine verbesserte Kopplung zwischen Szintillatorfeldern und Halbleiterfeldern. Darüber hinaus wird eine durch innere Risse und Struktur fehler hervorgerufene Entkopplung verringert. Die Ausführungsbeispiele der Erfindung lassen sich zu geringeren Kosten als mit bekannten Techniken herstellen und ergeben insbesondere bei Ausführungsbeispielen, die Antireflexionsbeschichtungen und/oder Elastomerfilme oder Gele aufweisen, eine höhere Lichtausbeute und eine höhere Gleichmäßigkeit der Verstärkung als bei bekannten Detektorfeldern. Zusätzlich werden durch geringere Spannungen und verminderten Bruch die Detektor zuverlässigkeit und -lebensdauer verbessert und können die Feldhauptkomponenten getrennt und wiedergewonnen werden. Dadurch wird die Wiedergewinnung von Teilen aus Schrott möglich und werden die Kosten für eine Nachbearbeitung des Feldaufbaus gesenkt.

Bezugszeichenliste

10

abbildendes Computertomographiesystem (CT)

12

Portal

14

Röntgenquelle

16

Röntgenstrahl

18

Detektorfeld

20

Detektorelemente

22

Patient/Objekt

24

Drehzentrum

26

Kontrollmechanismus

28

Röntgensteuerung

30

Portalmotorsteuerung

32

Datenabrufsystem (DAS)

34

Bilderstellungseinheit

36

Computer

38

Massenspeicher

40

Konsole

42

Kathodenstrahlröhrenanzeige

44

Tischmotorsteuerung

46

motorisierter Tisch

48

Portalöffnung

50

Detektormodulaufbau

52

Fotosensorfeld

54

Szintillatorfeld

56

Szintillatoren

58

Fotodioden

60

Schaltereinheit

62

Decoder

64

Halbleiterschalterfeld

66

Halbleiterschalterfeld

68

Elektrokabel

70

Schiene

72

Schiene

74

Substrat

76

Befestigungsklammer

78

Loch

80

Loch

82

Loch

84

Befestigungsklammerflansche

86

klarer Film

88

Klebeschicht

90

Detektormodul

92

Klammern

94

Klammerflansche

96

flexibles Bondkabel

98

Bondkabelbereich

100

Grenzfläche/Verbindungsstelle

102

Grenzfläche/Verbindungsstelle

104

Szintillatorelementspalte

106

Detektormodul

108

Luftspalt

110

zugewandte Oberfläche

112

zugewandte Oberfläche

114

Antireflexionsbeschichtung

Claims

1. Fertiges Detektormodul (50), das zur Verwendung in einem abbildenden Computertomographiesystem (10) geeignet ist, mit:
einem Substrat (74);
einem an dem Substrat befestigten Fotosensorfeld (52);
einem Szintillatorfeld (54), das optisch mit dem Fotosensorfeld gekoppelt ist und von diesem durch einen mit entweder Luft oder mit einem nachgiebigen, klaren Film (86) gefüllten Spalt getrennt ist; und
einem flexiblen Elektrokabel (68), das mit dem Fotosensorfeld elektrisch gekoppelt ist.

2. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 1, mit einem Klemmmechanismus (92), der das Szintillatorfeld (54) oberhalb von und ausgerichtet an dem Fotosensorfeld (52) an Ort und Stelle festklemmt.

3. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 2, bei dem der Klemmmechanismus (92) an dem Substrat (74) durch Klebung befestigt ist.

4. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 3, bei dem der Klemmmechanismus (92) einen geringeren Wärme ausdehnungskoeffizienten als das Substrat (74) hat.

5. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 3, bei dem der Klemmmechanismus (92) ein Titanoxid enthaltendes Quarzglas, das Szintillatorfeld (54) Yttriumgadolinium oxid und ein Epoxidharzreflektormaterial und das Substrat (74) eine Keramik umfasst.

6. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 2, bei dem der Spalt (108) mit Luft gefüllt ist.

7. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 6, bei dem das Fotosensorfeld (52) und das Szintillatorfeld (54) einander zugewandte Oberflächen (110, 112) aufweisen und bei dem mindestens eine der einander zugewandten Oberflächen mit einem Antireflexionsfilm (114) beschichtet ist.

8. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 7, bei dem die Oberfläche (112) des Fotosensorfelds (52) mit dem Antireflexionsfilm (114) beschichtet ist.

9. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 7, bei dem die Oberfläche (110) des Szintillatorfelds (54) mit dem Antireflexionsfilm (114) beschichtet ist.

10. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 7, bei dem beide der einander zugewandten Oberflächen (110, 112) mit dem Antireflexionsfilm (114) beschichtet sind.

11. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 7, bei dem mindestens eine der Oberflächen (110) poliert ist.

12. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 7, bei dem die Oberfläche (112) des Fotosensorfelds (52) poliert ist.

13. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 7, bei dem die Oberfläche (110) des Szintillatorfelds (54) poliert ist.

14. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 7, bei dem beide der einander zugewandten Oberflächen (110, 112) poliert sind.

15. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 2, bei dem der Spalt mit einem nachgiebigen, klaren Film (86) gefüllt ist.

16. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 2, bei dem der nachgiebige, klare Film (86) ein Klebefilm ist.

17. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 1, bei dem der Spalt mit einem nachgiebigen, klaren Film (86) gefüllt ist.

18. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 17, bei dem der nachgiebige, klare Film (86) ein Material ist, das aus der aus Silikon-, Polyester- und Acrylmaterialien bestehenden Gruppe gewählt ist.

19. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 17, bei dem der nachgiebige, klare Film (86) aus der aus Silicat- und Organogelen bestehenden Gruppe gewählt ist.

20. Fertiges Detektormodul (50) nach Anspruch 17, mit:
einem flexiblen Elektrokabel (68), das mit dem Fotosensorfeld (52) elektrisch gekoppelt ist; und
einem Klemmmechanismus (92), der das Szintillator feld (54) oberhalb von und ausgerichtet an dem Fotosensorfeld an Ort und Stelle festklemmt.

21. Verfahren zur Herstellung eines fertigen Detektor moduls (50), das zur Verwendung in abbildenden Computer tomographiesystemen (10) geeignet ist und das ein optisch an ein Szintillatorfeld (54) gekoppeltes Fotosensorfeld (52) umfasst, mit den Schritten:
Verbinden eines Fotosensorfelds mit einem Substrat (74) durch Klebung (88);
elektrisch Verbinden eines flexiblen Kabels (86) mit dem Fotosensorfeld;
Vorformen eines nachgiebigen, klaren Films (86) zu einer Größe und Form, mit der er sich zwischen das Fotosensorfeld und ein Szintillatorfeld setzen und mit diesen optisch koppeln lässt;
Setzen des vorgeformten Films oben auf das Fotosensorfeld; und
Setzen des Szintillatorfelds oben auf den vorgeformten Film.

22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem der vorgeformte, nachgiebige, klare Film (86) ein Klebefilm auf Epoxidharzbasis ist.

23. Verfahren nach Anspruch 21, mit dem Schritt:
Verbinden eines Klemmmechanismus (92) mit dem Szintillatorfeld (54) durch Klebung, um einen Aufbau aus Szintillator und Klemmmechanismus zu bilden, wobei der Schritt, das Szintillatorfeld oben auf den vorgeformten Film (86) zu setzen, den Schritt umfasst, den Klemm mechanismus des Aufbaus aus Szintillator und Klemm mechanismus durch Klebung mit dem Substrat (74) zu verbinden.

24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der Klemm mechanismus (92) einen kleineren Wärmeausdehnungs koeffizienten als das Substrat (74) hat.

25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem der Klemm mechanismus (92) ein Titanoxid enthaltendes Quarzglas, das Szintillatorfeld (54) Yttriumgadoliniumoxid und ein Epoxidharzreflektormaterial und das Substrat (74) eine Keramik umfasst.

26. Verfahren zur Herstellung eines fertigen Detektor moduls (50), das zur Verwendung in abbildenden Computer tomographiesystemen (10) geeignet ist und das ein optisch an ein Szintillatorfeld (54) gekoppeltes Fotosensorfeld (52) umfasst, mit den Schritten:
Verbinden eines Fotosensorfelds mit einem Substrat (74) durch Klebung (88);
elektrisch Verbinden eines flexiblen Kabels (68) mit dem Fotosensorfeld;
Verbinden eines Klemmmechanismus (92) mit einem Szintillatorfeld durch Verklebung, um einen Aufbau aus Szintillator und Klemmmechanismus zu bilden; und
Verbinden des Klemmmechanismus des Aufbaus aus Szintillator und Klemmmechanismus mit dem Substrat durch Klebung, so dass eine Oberfläche (110) des Szintillator felds einer Oberfläche (112) des Fotosensorfelds über einen Luftspalt (108) hinweg gegenüberliegt.

27. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem der Klemm mechanismus (92) einen kleineren Wärmeausdehnungs koeffizienten als das Substrat (74) hat.

28. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem der Klemm mechanismus (92) ein Titanoxid enthaltendes Quarzglas, das Szintillatorfeld (54) Yttriumgadoliniumoxid und ein Epoxidharzreflektormaterial und das Substrat (74) eine Keramik umfasst.

29. Verfahren nach Anspruch 26, mit dem Schritt:
Beschichten mindestens einer der gegenüberliegenden Flächen (110, 112) des Szintillatorfelds (54) und des Fotosensorfelds (52) mit einer Antireflexionsbeschichtung (114).

30. Verfahren nach Anspruch 29, mit dem Schritt:
Polieren mindestens einer der gegenüberliegenden Flächen (110, 112) des Szintillatorfelds (54) und des Fotosensorfelds (52).