DE102004016949A1

DE102004016949A1 - Detektormodul für einen Röntgen-Computertomografen

Info

Publication number: DE102004016949A1
Application number: DE102004016949A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Wirth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-04-06
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2005-12-22
Also published as: US7161156B2; US20050224718A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Detektormodul für einen Röntgen-Computertomografen mit einem ersten Wandlerarray (4) zum Umwandeln von Röntgenstrahlung in Licht. Ein zweites Wandlerarray (3) ist so am ersten Wandlerarray (4) angebracht, dass zweite Wandlerelemente (6) des zweiten Wandlerarrays (3) an einer der Lichteintrittseite (12) gegenüberliegenden Seite eines Substrats (5) des zweiten Wandlerarrays (3) angebracht sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Detektormodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Detektor für einen Röntgen-Computertomografen.

Ein solches Detektormodul ist z. B. aus DE 101 60 723 A1 und DE 102 24 227 A1 bekannt. Bei dem bekannten Detektormodul sind Signalleitungen von einer Oberseite über zwei einander gegenüberliegende Kanten weggeführt. Die Signalleitungen behindern ein allseitiges Anlegen weiterer Detektormodule. Des Weiteren ist die Flächendichte von Fotodioden auf dem zweiten Wandlerarray durch die maximale Anzahl der seitlich am Wandlerarray realisierbaren Signalleitungen begrenzt.

Aus der DE 100 32 796 A1 ist ein Optoelement bekannt, bei welchem ein Signal einer Fotodiode mittels Durchkontaktierung durch das Substrat zu einer Unterseite des Optoelements geführt wird. Die Herstellung der Durchkontaktierung ist technologisch aufwändig. Des Weiteren reduzieren Durchkontaktierungen eine für ein Anbringen von Fotodioden verfügbare Fläche und beschränken insbesondere eine maximal mögliche Flächendichte der Fotodioden.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Detektormodul angegeben werden, welches in einfacher Weise und mit einer minimalen Zahl an Prozessschritten hergestellt werden kann. Des Weiteren sollen an die Detektormodule allseitig weitere Detektormodule ohne einen nennenswerten Zwischenraum anlegbar sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen des Detektormoduls ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 10.

Nach Maßgabe der Erfindung ist vorgesehen, dass das Substrat durchlässig für das aus den ersten Wandlerelementen austretende Licht ist und die zweiten Wandlerelemente auf einer der Lichteintrittsseite des zweiten Wandlerarrays gegenüberliegenden Unterseite angebracht sind. – Damit ist es möglich, die Signalleitungen des zweiten Wandlerarrays von dessen Unterseite wegzuführen. Das vorgeschlagene Detektormodul kann in einfacher Weise allseitig mit aneinander liegenden Kanten in einer Fläche angeordnet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Detektormodul ist eine maximale Flächendichte der Fotodioden durch die in einer Fläche eines zweiten Wandlerelements realisierbare Anzahl der Fotodioden und/oder der an der Unterseite realisierbaren Signalleitungen gegeben. Die maximale Flächendichte ist verglichen mit einem Detektormodul nach dem Stand der Technik erhöht. Des Weiteren wird die Lichteintrittsfläche nicht durch Kontaktierungen verkleinert.

Bei dem erfindungsgemäßen Detektormodul ist das Substrat für das aus den ersten Wandlerelementen austretende Licht durchlässig. Aus den ersten Wandlerelementen austretendes Licht durchdringt das Substrat und kann an der Unterseite mittels der zweiten Wandlerelemente detektiert werden. Das erste Wandlerarray kann z. B. mittels eines Klebers am zweiten Wandlerarray angebracht werden.

Zweckmäßigerweise sind die ersten Wandlerelemente aus Szintillatormaterialien, vorzugsweise aus mit Eu, Pr oder Tb dotiertem Gd₂O₂S hergestellt. Die zweiten Wandlerelemente können jeweils mindestens eine Fotodiode enthalten.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Substratmaterialien elektrisch isolierend. Solche Substratmaterialien weisen im Vergleich zu halbleitenden Substratmaterialien beispielsweise kleinere, sich störend auf die Signale der zweiten Wandlerelemente auswirkende parasitäre Kapazitäten auf .

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Substrat aus einem Metalloxid, vorzugsweise aus Saphir, hergestellt. Saphir ist optisch durchlässig und elektrisch nichtleitend. Insbesondere können die bereits beschriebenen Vorteile von optisch durchlässigen und elektrisch nichtleitenden Substraten ausgenützt werden. Des Weiteren können Saphiroberflächen so bearbeitet werden, dass diese eine sehr gute Planarität sowie eine geringe Rauigkeit aufweisen. Dies ermöglicht eine optimale optische Kopplung des zweiten Wandlerarrays an das erste Wandlerarray.

Nach einer weiteren Ausgestaltung existiert eine Zuordnungsvorschrift, nach der jedem der ersten Wandlerelemente mindestens eines der zweiten Wandlerelemente zugeordnet ist. Das von einem ersten Wandlerelement austretende Licht wird von zumindest einem zweiten Wandlerelement erfasst. Die Zuordnungsvorschrift ermöglicht eine ortsaufgelöste Detektion der auf das Detektormodul auftreffenden Röntgenstrahlung.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung sind auf der Unterseite des zweiten Wandlerarrays, weitere Bauelemente angebracht. Vorzugsweise sind dies Analog-Digital-Wandler, Verstärker oder dgl.. Die zweiten Wandlerelemente können gegebenenfalls zusammen mit den Bauelementen Bestandteile von integrierten Schaltungen sein. Die Bauelemente oder integrierten Schaltungen können in einfacher Weise auf der Unterseite der zweiten Wandlerelemente angebracht werden. Sie stören die Effektivität der Umwandlung des auf die zweiten Wandlerelemente einfallenden Lichts in elektrische Signale nicht. Insbesondere ermöglichen sie eine direkte Weiterverarbeitung und Prozessierung der elektrischen Signale.

Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist ein Detektor vorgesehen, welcher aus erfindungsgemäßen Detektormodulen aufgebaut ist. Die Detektormodule können allseitig mit ihren Kanten aneinander liegend angeordnet werden. Dabei kann eine durch die strahleneingangsseitigen Detektorflächen gebildete Fläche auch gekrümmt, z.B. konvex, konkav, kugelförmig oder zylindrisch gekrümmt ausgebildet sein. Insbesondere ist es möglich, die Geometrie der Fläche an die Strahlgeometrie der Röntgenröhre oder eines zu untersuchenden Objekts, z.B. die Größe des Objekts, anzupassen. Durch ein Aneinanderreihen mehrerer Detektormodule in y-Richtung kann im Vergleich zu herkömmlichen Detektoren eine größere Anzahl von Zeilen realisiert werden. Dabei ist die Anzahl der Zeilen gegeben durch die Summe der bei jedem Detektormodul realisierten Zeilen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1a einen schematischen Aufbau eines Detektormoduls,
1b eine Explosionszeichnung gemäß 1 und
2 eine zweidimensionale Anordnung von Detektormodulen.
Die 1a und 1b zeigen schematisch ein Detektormodul 1. Dieses besteht aus einem Szintillatorarray 2 und aus einem Fotodiodenarray 3. Das Szintillatorarray 2 weist mehrere nach Art eines Schachbretts in der Fläche angeordnete Szintillatoren 4 auf. Das Fotodiodenarray 3 weist ein, z. B. aus Saphir hergestelltes, Substrat 5 auf. Das Substrat 5 ist lichtdurchlässig. Es kann anstelle von Saphir auch aus anderen geeigneten lichtdurchlässigen Materialien hergestellt sein. Auf einer Unterseite 13 des Substrats 5 sind ebenfalls nach Art eines Schachbretts in der Fläche eine Vielzahl von Fotodioden 6 angebracht. Mit dem Bezugszeichen 10 sind von den Fotodioden 6 wegführende Signalleitungen bezeichnet.
Das Substrat 5 ist mit einer Lichteintrittsseite 12 an einer Lichtauntrittsseite 11 des Szintillatorarrays 2 angebracht. Die Fotodioden 6 sind an einer der Lichteintrittsseite 12 gegenüberliegenden ersten Unterseite 13 angebracht. Jedem Szintillator 4 ist eine Fotodiode 6 zugeordnet. Die Signalleitungen 10 sind von einer der Lichteintrittsseite 12 gegenüberliegenden zweiten Unterseite 14 weggeführt. Das Detektormodul weist senkrecht zur Lichteintrittsseite 12 vier Seitenflächen 15–18 auf. Von den Seitenflächen 15–18 sind keine Singnalleitungen 10 weggeführt.
Die Funktion des Detektormoduls ist folgende:
Auf die Szintillatoren 4 einfallende Röntgenstrahlung 7 wird in Licht 8 umgewandelt. Das Licht 8 durchdringt das Substrat 5 und fällt auf die Fotodioden 6 ein. Diese wandeln das Licht 8 in elektrische Signale 9 um. Die elektrischen Signale 9 werden mittels Signalleitungen 10 zu einer hier nicht gezeigten Weiterverarbeitungsvorrichtung geleitet.
2 zeigt einen Röntgendetektor mit mehreren Detektormodulen. Die, vorzugsweise quadratisch ausgeführten, Detektormodule sind an den Seitenflächen 15–18 nach Art eines Schachbretts aneinander gereiht. Mit dem vorgeschlagenen Detektor ist eine Detektion von Röntgenstrahlung 7 in zwei zur Einfallsrichtung z der Röntgenstrahlung 7 senkrechten Richtungen x und y möglich. Hier ist das Detektormodul Planar ausgebildet. Daneben ist es aber auch möglich, dass der Detektor, z.B. in y-Richtung, gewölbt ist. Allgemein können je nach Größe der Detektormodule beliebige gekrümmte Flächen realisiert werden.

Claims

Detektormodul (1) für einen Röntgen-Computertomografen, mit einem eine Vielzahl von Röntgenstrahlung (7) in Licht (8) umwandelnden ersten Wandlerelementen (4) aufweisenden ersten Wandlerarray (2), und einem zweiten Wandlerarray (3), bei welchem auf einem Substrat (5) eine Vielzahl von Licht (8) in elektrische Landung umwandelnde zweite Wandlerelemente (6) aufgebracht sind, wobei das zweite Wandlerarray (3) mit einer Lichteintrittsseite (12) auf einer Lichtaustrittsseite (11) des ersten Wandlerarrays (2) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) durchlässig für das aus den ersten Wandlerelementen (4) austretende Licht (8) ist und die zweiten Wandlerelemente (6) auf einer der Lichteintrittsseite (12) des zweiten Wandlerarrays (3) gegenüberliegenden ersten Unterseite (13) angebracht sind.
Detektormodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Wandlerarray (2) mit dem zweiten Wandlerarray (3) mittels eines Klebers verbunden ist.
Detektormodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Wandlerelemente (4), aus Szintillatormaterialien, vorzugsweise aus mit Eu, Pr oder Tb dotiertem Gd₂O₂S hergestellt sind, und die zweiten Wandlerelemente (3) jeweils mindestens eine Fotodiode enthalten.
Detektormodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (5) aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist.
Detektormodul (1) nach Anspruch 4, wobei das Material aus einem Metalloxid, vorzugsweise aus Saphir, hergestellt ist
Detektormodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedem der ersten Wandlerelemente (4) zumindest eines der zweiten Wandlerelemente (6) zugeordnet ist.
Detektormodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit den zweiten Wandlerelementen (6) verbundene Signalleitungen (10) von einer zweiten Unterseite (14) weggeführt sind.
Detektormodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der zweiten Unterseite (14) zusätzliche Bauelemente aufgebracht sind.
Detektormodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bauelemente Analog-Digital-Wandler oder Verstärker sind.
Detektormodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweiten Wandlerelemente (6), gegebenenfalls zusammen mit den Bauelementen, als integrierte Schaltung ausgebildet sind.
Detektor für einen Röntgen Computertomografen wobei mehrere Detektormodule (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche kantenseitig aneinander liegend angeordnet sind.