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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. GEBIET DER ERFINDUNG
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Gegenstand
der Erfindung ist allgemein das Gebiet der medizinischen bildgebenden
Systeme. Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein Bilddetektor,
beispielsweise für
Röntgen-
oder Computertomographiesysteme.
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2. VERWANDTE
TECHNIK
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Röntgenstrahlsysteme
erzeugen zweidimensionale ebene Bilder während Computertomographiesysteme
(CT-Systeme) zweidimensionale Schnittbilder erzeugen, die manchmal
als „Scheiben"- oder „Tomo"-Bilder bezeichnet
werden. Obwohl man daran interessiert ist, bei Röntgenstrahlsystemen, insbesondere
solchen, die zur vaskulären
Bildgebung verwendet werden, CT-artige Bilder zu erhalten, sind
die für
die beiden Systemtypen verwendeten Detektoren signifikant verschieden.
Es ergibt sich aus den weiter unten angemerkten Gründen, dass Röntgenstrahldetektoren
zur CT-Bildgebung nicht gut geeignet sind und dass CT-Detektoren
sich nicht zur Röntgenstrahlbildgebung
eignen.
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Röntgenstrahldetektoren
sind im Wesentlichen flach oder im Falle, dass die Detektoren als Bildverstärkerröhren ausgebildet
sind, im Wesentlichen flach. Somit liegen die Szintillatorkristalle,
die die Röntgenstrahlen
absorbieren, in unterschiedlichen Abständen und Winkeln zu der Röntgenstrahl quelle.
Beispielsweise sind Pixel in der Mitte des flachen Detektors dichter
an der Röntgenstrahlquelle und
sie empfangen den Röntgenstrahl
in Normalenrichtung. Die Pixel an der Peripherie des Detektors empfangen
einen etwas abgeschwächten
Röntgenstrahl
unter einem Winkel. Röntgenstrahldetektoren mit
Hildverstärkerröhren haben
gekrümmte
Aufnahmeflächen,
jedoch ist die Krümmung
entgegengesetzt zu dem was für
optimale Bildqualität
wünschenswert
wäre (die
Eingangsfläche
der Vakuumröhren
muss wie ein Dom zu dem Patienten gewölbt sein, um eine Verformung
durch atmosphärischen Druck
zu verhindern, wobei die geringstmögliche Menge an Stützmaterial
zu verwenden ist, um die Strahlabschwächung zu minimieren).
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Andererseits
werden CT-Detektoren in geometrischen Formen, typischerweise Kreisbögen zusammengestellt,
wobei ein klobiger und schwerfälliger
Stützrahmen
verwendet wird. In dieser Hinsicht ist die CT-Detektoranordnung
als bogenförmige Gruppe
flacher Detektorelemente gebaut worden, die ein vielseitiges Polygon
bildet, um einen Bogen mit konstantem Radius anzunähern. In
der Vergangenheit hat jedes CT-Detektorelement Signale aus dem Detektorelement
nur an der Oberseite und der Bodenseite desselben ausgegeben (wobei
Oberseite und Bodenseite sich in diesem Fall auf Orientierungen
parallel zu der Axialrichtung des Detektors bezieht). Mit wachsender
Anzahl von Elementen hat sich die Leitungsdichte entlang der Oberseiten
und Unterseiten der Detektoren sehr erhöht. Somit wurde es sehr schwer,
die Größe und die
Fähigkeit
eines CT-Detektors über
eine Handvoll von Detektorelementen hinaus zu erhöhen.
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Die
Unterschiede in der Detektorform führen zu Unterschieden hinsichtlich
der Bildverarbeitungsschritte, die nach einer Aufnahme durchzuführen sind.
Einige Röntgenstrahlsysteme
nutzen beispielsweise eine geometrische Korrektur in der Form einer anamorphischen
Optik in deren Videobildaufnahmekomponenten. Diese Optiken korrigieren
Bildverzerrungen, die aus der nachteiligen Krümmung der Bildverstärkerröhren herrühren. In
dem Falle flacher Röntgenstrahldetektoren
liegt an der Peripherie des Detektors im Vergleich zu dem Zentrum
ein Verlust an Bildqualität
vor. Der Bildqualitätsverlust
ergibt sich, weil Röntgenstrahlphotonen,
die sämtlich
durch einen einzelnen peripheren Pixel erfasst werden sollten, in
Folge ihrer Ankunft unter einem Winkel durch die Dicke des Szintillatormaterials
das Szintillatormaterial von zwei oder mehr Pixeln durchqueren.
Somit ist der Beitrag des Photons zu dem Bild verteilt (verschwimmt) über mehrere
Pixel, verglichen zu dem Fall, wenn die Peripherie des Detektors
rechtwinklig zu der Röntgenstrahlquelle
orientiert wäre,
wie es bei CT-Detektorelementen der Fall ist. Sogar mit Bildkorrektoralgorithmen
gelingt es nicht, den Verlust an Bildqualität in Folge dieses geometrischen
Problems vollständig
zu kompensieren. Wenn Bilddaten, die von flachen Röntgendetektoren
herrühren,
für CT-Bildrekonstruktionsalgorithmen
genutzt werden, ist dieser Verlust an Bildqualität in den so erhaltenen CT-Bildern
noch immer vorhanden. Weil die Detektoren für die beiden Systemtypen so
sehr verschieden sind, ist es schwierig und mühsam, beispielsweise ein CT-Bildgebungssystem
in ein Röntgenstrahlensystem
zu integrieren.
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Es
ergibt sich somit das Bedürfnis
nach einem Bilddetektor, der wenigstens teilweise die oben angesprochenen
und andere vorher festgestellte Schwierigkeiten überwindet.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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In
einer Ausführungsform
enthält
der Röntgendetektor
eine Glasschicht, die gemäß einem
vorgewählten
Krümmungsradi us
gekrümmt
ist, einen auf der Glasschicht ausgebildeten Fotorezeptor und eine
Tragschicht, die gemäß dem gewählten Krümmungsradius
gekrümmt
ist. Die Tragschicht stützt
die Glasschicht.
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In
einer anderen Ausführungsform
enthält der
Röntgendetektor
eine Fotorezeptorschicht, die durch eine Peripherie begrenzt ist.
Die Fotorezeptorschicht enthält
Fotorezeptoren und schichtinterne Verbindungspunkte innerhalb der
Peripherie. Zusätzlich
weist der Röntgendetektor
eine Tragschicht auf, die die Fotorezeptorschicht unterstützt. Die
Tragschicht ist gemäß einem
vorgewählten
Krümmungsradius
gekrümmt
und enthält
Anschlussverbindungspunkte. Elektrische Verbindungen zwischen den schichtinternen
Verbindungspunkten und den Anschlusspunktverbindungspunkten stellen
eine elektrische Verbindung zwischen der Fotorezeptorschicht und
der Tragschicht her.
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Andere
Systeme, Verfahren, Eigenschaften und Vorzüge der Erfindung ergeben sich
dem Fachmann durch Prüfung
der folgenden Figuren und detaillierten Beschreibung. Diese Beschreibung schließt alle
zusätzlichen
Systeme, Verfahren, Eigenschaften und Vorzüge nicht aus, die innerhalb
des Schutzbereichs der Erfindung liegen und durch die zugehörigen Patentansprüche geschützt sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Figuren sind die Komponenten nicht notwendigerweise maßstäblich, statt
dessen liegt die Betonung auf der Veranschaulichung der Prinzipien von
Röntgendetektoren.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen über verschiedene Einzeldarstellungen
hinweg gleiche Teile.
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1 veranschaulicht einen
Röntgendetektor,
der eine Fotorezeptorschicht auf einem Siliziumkristall aufweist,
der durch eine gekrümmte
Rückenstruktur
abgestützt
ist.
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2 veranschaulicht die Rückseite
einer Fotorezeptorschicht mit Zwischenlagenverbindungspunkten.
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3 veranschaulicht die Krümmung des Röntgendetektors.
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4 veranschaulicht einen
Röntgendetektor,
der eine amorphe, von einer gekrümmten
Rückenstruktur
gestützte,
Siliziumschicht aufweist.
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5 veranschaulicht einen
Röntgendetektor,
der aus vielen Röntgendetektorfeldern
gebildet ist, die entlang einer ersten und einer zweiten Achse angeordnet
sind.
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6 veranschaulicht ein Verfahren
der Herstellung des in 1 veranschaulichten
Röntgendetektors.
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7 veranschaulicht ein Verfahren
zur Herstellung des in 4 veranschaulichten
Röntgendetektors.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Es
wird auf 1 Bezug genommen,
die einen Röntgendetektor 100 veranschaulicht,
der für
allgemeine Zwecke sowohl in Röntgenbildgebungssystemen
als auch für
spezielle Anwendungen in den Röntgenbildgebungssystemen,
beispielsweise der CT-Bildgebung, geeignet ist. Der Röntgendetektor 100 weist
eine Szintillatorschicht 102 auf, die auf einer Siziliumfotorezeptorkristallschicht 104 durch
ein optisch koppelndes Epoxid 106 befestigt ist. Die Szintillatorschicht 102 kann
ein CsI-Thallium-dotierter Szintillator oder ein Lumex-Szintillator
sein, wie er von der Firma Lumex aus Pallatine, Illinois, erhältlich ist.
Eine Tragschicht 108 ist gemäß einem vorgewählten Krümmungsradius
gekrümmt
und stützt
die Fotorezeptorschicht 104.
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Die
Fotorezeptorzwischenschicht 104 enthält die schichtinternen Verbindungspunkte 110 während die
Tragschicht 108 die Anschlussverbindungspunkte 112 enthält. Die
schichtinternen Verbindungspunkte 110 oder Anschlussverbindungspunkte 112 können beispielsweise
gewölbte
Pads, flache Pads, Stifte, Buchsen oder andere Arten signalübertragender
Strukturen sein. Die elektrischen Verbindungen ergeben sich durch
Berührung,
durch Lötung,
durch mechanisches Zusammenpassen zwischen den schichtinternen Verbindungspunkten 110 und
den Anschlussverbindungspunkten 112. Die elektrischen Verbindungen
stellen dadurch eine elektrische Leitfähigkeit zwischen der Fotorezeptorschicht 104 und der
Tragschicht 108 her. Übergänge 114 in
der Tragschicht 108 vermitteln Signale aus der Fotorezeptorschicht 104 an
die Leiter 116 nach außen
zur nachfolgenden Nachbearbeitungselektronik.
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Zusätzlich kann
Drahtbonden oder jede andere Verbindungstechnik die Fotorezeptorschicht 104 mit
signalverarbei tenden Schaltungen 118 verbinden. Die gleiche
Verbindungstechnik kann dann die Signalverarbeitungsschaltungen 118 mit
einem elektrischen Kabel 120 verbinden. Das Kabel 120 kann
beispielsweise ein flexibles Polyamidkabel sein, das durch ACF-Verbindungstechnik
(anisotrop leitender Klebstoff, anisotropic conductive adhesive)
angeschlossen werden. Die Stützrahmen 122 tragen
die signalverarbeitenden Schaltungen 118. In dieser Hinsicht
können
die Stützrahmen 122 aus
einer Eisenlegierung, wie beispielsweise aus dem Material KovarTM hergestellt werden.
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In
einer Ausführungsform
ist die Tragschicht 108 eine keramische Tragschicht mit
Polyimidverbindung. In einer alternativen Ausführungsform ist die Tragschicht 108 eine
metallische Tragschicht mit einer Zwischenlagenschicht. In einem
Beispiel ist die Tragschicht 108 aus einem aussteifenden
Element aus KovarTM mit elektrischen Zwischenverbindungen, die
Kupferleitungen enthalten, ausgebildet, die durch einen isolierenden
Film (z.B. einen Polyimidfilm, wie beispielsweise einen Kapton®film)
isoliert sind. Die Tragschicht 108 ist entsprechend einem
vorgewählten
Krümmungsradius
gekrümmt
und kann beispielsweise an die Stelle von klobigen, schweren und
umständlichen
mechanischen Stützstrukturen
treten, die mehrere Röntgendetektoren
entlang einer Krümmung
anordnen.
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Wie
detaillierter weiter unten beschrieben ist, müssen, wenn die Tragschicht 108 aus
Keramik besteht, in dem Vorbereitungsprozess verschiedene Schritte
unternommen werden wärhend
die Keramik sich noch in ihrem ungebrannten Zustand (d.h. Grünzustand)
befindet. Beispielsweise kann eine Bohrmaschine die Übergänge 114 bohren.
Zusätzlich
kann in dem Vorbereitungsprozess eine Wolframtinktur dort aufgebracht
werden, wo Leiterbahnen auf der Keramik gewünscht werden. Nachfolgend wird
die Keramik in einer gebogenen Form entspre chend dem vorgewählten Krümmungsradius
fixiert und gebrannt, so dass sie ihre Krümmung beibehält.
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Die
Tragschicht 108 kann außerdem aus mehreren Schichten
ausgebildet sein, die übereinander
gestapelt sind und zwar unter Nutzung eines Verfahrens, das zur
Herstellung von gedruckten Mehrebenenleiterplatten geeignet ist.
In einer Ausführungsform
beträgt
die Dicke der Keramikschichten ungefähr ein Achtel Zoll und es sind
ein oder mehrere übereinander
gestapelt, um die Tragschicht 108 zu bilden. Die Wolframtinktur
kann dann die elektrischen Verbindungen für die inneren Schichten bilden
während
die äußere Schicht über der
Wolframtinktur eine Kupferbeschichtung enthält.
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Die
Tragschicht 108 kann von ihrer Größe her so bemessen sein, dass
sie ein einzelnes Röntgendetektormodul
stützt
oder sie kann, wie weiter unten mit Bezug auf 3 erläutert
ist, mehrere Röntgendetektormodule
stützen.
Jedes Röntgendetektormodul
kann Teile oder alle Elemente der Struktur gemäß 1 enthalten. Beispielsweise kann das
Röntgendetektormodul
die Szintillatorschicht 102, das optische Expoxidharz 106 und
eine Fotorezeptorschicht 104 enthalten. In anderen Ausführungsformen
kann das Röntgendetektormodul
außerdem
die Signalverarbeitungsschaltungen 118, das Kabel 120 und
den Stützrahmen 122 aufweisen.
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Die
Fotorezeptorschicht 104 kann durch Fotodioden und Feldeffektorausleseschaltungen
(FET) auf einem Siliziumsubstrat hergestellt werden. Sowohl in dem
Siliziumsubstrat als auch in der Tragschicht 108 können durch
Kontaktierungen (through vias) vorgesehen werden. Wie oben angemerkt,
verbinden elektrische Verbinder die Fotorezeptorschicht 104 mit
der Tragschicht 108.
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2 veranschaulicht spezieller
die Rückseite
einer Fotorezeptorschicht 200. Das Bezugszeichen 202 bezieht
sich auf die Peripherie der Fotorezeptorschicht 200. Es
sei darauf hingewiesen, dass die Zwischenschichtverbindungspunkte 110 zur
Verbindung mit der Tragschicht 108 innerhalb der Peripherie
angeordnet sind. Mit anderen Worten, die elektrischen Verbindungen
sind über
die gesamte Fläche
der Fotorezeptorschicht 200 verfügbar und nicht lediglich entlang
der Peripherie 202. Daraus ergeben sich verschiedene Vorzüge einschließlich kürzerer elektrischer
Verbindungslängen,
reduzierten Rauschens, erhöhte
Verdrahtungsdichte und ähnliches.
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3 veranschaulicht eine Schnittdarstellung
eines Röntgendetektors 300.
Der Röntgendetektor
enthält
viele Röntgendetektormodule 302,
die von einer mehrschichtigen Tragschicht 303 getragen sind.
Die Tragschicht 303 enthält bei diesem Ausführungsbeispiel
insbesondere drei Schichten keramischen Materials 304, 306 und 308,
deren jede Signalleiter, Übergänge und
andere Arten elektrischer Leitungen aufweisen kann.
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Die
Tragschicht ist einem vorgewählten Krümmungsradius 310 entsprechend
gekrümmt
und stützt
die Röntgendetektormodule 302.
Der vorgewählte
Krümmungsradius 310 kann
seinen Mittelpunkt beispielsweise in der Röntgenfotonenquelle haben, die
dazu benutzt wird, den Röntgendetektor 300 zu
beleuchten und der Endpunkt des Radiuses liegt an dem Ort, an dem
der Röntgendetektor 300 in dem
bildgebenden System ruht.
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Es
wird außerdem
angemerkt, dass zwischen einer oder mehreren der Röntgendetektormodule 302 eine
Polymerschicht 312 angeordnet ist und dass die Tragschicht 304 zu
der (im Wesentlichen ebenen) Rückenfläche 314 des
Röntgendetektormoduls 302 passt
und sie weist den vorgewählten
Krümmungsradius 310 auf.
Dies bedeutet, dass es die Polymerschicht 312 ermöglicht,
dass die gekrümmte unterliegende
Schicht (d.h, die Tragschicht 304) eine ebene Fläche abstützt.
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Alternativ
kann die Tragschicht 108 polygonale flache Flächen 316 aufweisen,
um sich an die ebene Rückenfläche 314 eines
jeweiligen speziellen Röntgendetektormoduls 302 anzupassen.
Die polygonale ebene Fläche 316 kann
beispielsweise eine Fläche
des keramischen Materials der Tragschicht 304 oder eine
separat hergestellte flache Stützstruktur
sein, die an der Tragschicht 304 befestigt ist. Es sei
angemerkt, dass die Tragschicht 303 die sperrige, schwere
und klobige mechanische Stützstruktur
ersetzt, die üblicherweise
Röntgenmodule
entlang eines Bogens hält.
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Der
in 3 veranschaulichte
Röntgendetektor 300 weist
eine Krümmungsachse
auf. Die Tragschicht ist deshalb ein Zylinderabschnitt. Jedoch kann
die Tragschicht bei anderen Anwendungen an Stelle dessen auch um
zwei Achsen gekrümmt
sein. Bei zwei Achsen gleicher Krümmung nimmt die Tragschicht
und der sich ergebende Röntgendetektor
die Form eines sphärischen
oder Kugelabschnitts an. Bei zwei Achsen einer unterschiedlichen
Krümmung nimmt
die Tragschicht und der resultierende Röntgendetektor die Form eines
Ellipsoidabschnitts ein. Auslegungsparameter des Systems und die
Anforderungen an das spezielle bildgebende System, für das der
Detektor gebaut ist, bilden die Grundlage für die Auswahl der Krümmung um
eine oder mehrere Achsen.
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Es
wird angemerkt, dass die Röntgendetektormodule 302 in
einer Ausführungsform
konventionelle CT-Detektormodule sein können. Die Detektormodule werden
dann, wie oben beschrieben, mit einer Polymerschicht 312 oder
flachen polygonalen Flächen 316 an
der Tragschicht befestigt, um die CT-Detektormodule zu unterstützen. In
dieser Ausführungsform
sind die Verdrahtungsanschlusspunkte 112 (und interne Signalübertragungsleitungen, Übergänge und
dergleichen) in der Lage, zusätzliche
Signalübertragungskapazität im Vergleich
zu der Anordnung vorher existierender CT-Detektormodule zu schaffen.
Ein zusätzlicher
Nutzen liegt in der Vermeidung oder wesentlichen Reduzierung des
klobigen, schweren und umständlichen
mechanischen Stützrahmenaufbaus,
der üblicherweise
Röntgenmodule entlang
eines Bogens fixieren würde.
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In 4 ist ein entlang der X-Achse
und der Y-Achse gekrümmter
Röntgendetektor 400 veranschaulicht.
Ein Krümmungsradius
ist mit dem Bezugszeichen 402 bezeichnet. Wie oben angemerkt, kann
der Krümmungsmittelpunkt
der Fokuspunkt sein, der die Röntgenstrahlenenergie
aussendet. Bei dem Röntgendetektor 400 stützt eine
Tragschicht 404 verschiedene zusätzliche Schichten. Diese Schichten
umfassen eine Abdeckschicht 406, eine Szintillatorschicht 408 und
eine Fotorezeptorschicht 410. Eine Substratschicht 412 (d.h.
ein amorphes Siliziumsubstrat) unterstützt die Fotorezeptorschicht 410 und
es sind außerdem
eine dünne
Glasschicht 414 und eine Polymerunterstützungsschicht 416 für die Glasschicht 414 vorhanden.
Diese Schichten können
beliebig breit und lang sein, wie es entsprechend den Systemauslegungsparametern
für ein
gegebenes Röntgenbildgebungssystem
geeignet ist.
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Die
Dicke der Schichten kann beispielsweise betragen:
0,5 mm für die Deckschicht 406,
0,4 mm bis 2 mm für die
Szintillatorschicht 48, 0,1 mm bis 0,2 mm für die amorphe Siliziumschicht
und die anderen aktiven elektronischen Schichten 412, 0,2
mm bis 0,3 mm für die
dünne Glasschicht 414 und 0,5 bis
1 mm für
die Polymerstützschicht 416.
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Die
dünne Glasschicht 414 ist
dünn genug, um
sich an den Krümmungsradius
anzupassen, ohne zu reißen
oder zu brechen. Zu diesem Zweck kann die dünne Glasschicht 414 beispielsweise
eine 0,2 mm bis 0,3 mm dünne
Glasschicht sein, die mit einer dickeren Polymerschicht verklebt
ist. Die Polymerunterstützungsschicht 416 verstärkt die
Glasschicht 414 während
der Handhabung.
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Die
Fotorezeptorschicht 410 kann als eine aktive Matrixschicht
von Fotodioden ausgebildet sein, die Licht von der Szintillatorschicht 408 empfangen.
Mit anderen Worten, die Fotorezeptorschicht 410 kann Fotodiodenpixel
mit zugeordneten Auslesetransistoren enthalten, die mit den Fotodioden
verbunden sind. Eine Achse der Fotorezeptorschicht 410 kann
dann als eine Scanachse angesehen werden, um die Auslesetransistoren
zu aktivieren während
die andere Achse als die Datenausleserichtung gesehen wird, um Pixeldaten
zu nachfolgenden Verarbeitungsschaltungen einschließlich Analog/Digital-Wandler
zu leiten.
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Wie
in 4 veranschaulicht
ist, verbinden die Kabel 418 (z.B. flexible Polyimidkabel)
die Fotorezeptorschicht 410 mit Verarbeitungselektronik.
Die Verarbeitungselektronik kann aktive Matrix-Scannermodule 420 und
beispielsweise Auslesemodule 422 enthalten. Bei einer Ausführungsform
tragen die Polyimidschichten 424 die Auswerteelektroniken.
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Es
sei angemerkt, dass die Tragschicht 404 die Durchkontaktierungen
(vias) 426 trägt.
Die Durchkontaktierungen 426 schließen die Verarbeitungselektroniken
an und liefern einen Signalfortpflanzungspfad aus den Verarbeitungselektroniken
in die Tragschicht 404. Die Tragschicht 404 kann
ein oder mehrere Schichten enthalten, die jeweils Leiterbahnen, Übergänge, Pads
und andere Signalübertragungsmechanismen
enthalten, um eine komplexe Verdrahtung zu ermöglichen, die Sig nale aus den Verarbeitungselektroniken
in nachfolgende Prozessblöcke
des Röntgenbildgebungssystems
leitet. An die Tragschicht 404 können Kabel 428 angeschlossen
sein, um die nachfolgenden Verarbeitungsblöcke anzuschließen.
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Somit
liefert die Tragschicht 404 eine weitere Dimension von
Verdrahtungsmöglichkeiten
für den Röntgendetektor 400.
Mit anderen Worten, der Röntgendetektor 400 ist
nicht darauf beschränkt,
Kabel lediglich am Rand anzuschließen. Es ergibt sich eine höhere Verdrahtungsdichte-
und flexibilität.
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Die
Tragschicht 404 kann die Form annehmen, die oben mit Bezug
auf 1 beschrieben ist und
entsprechend ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Tragschicht 404 durch
eine oder mehrere Keramikschichten gebildet werden oder eine metallische
Tragschicht mit einer Zwischenverbindungsschicht sein. Die Tragschicht 404 wirkt
als Aussteifungselement hinter der gekrümmten Glasschicht 414 und
unterstützt
die Glasschicht 414 in der Beibehaltung ihres Krümmungsradiuses.
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Die
Abdeckschicht 406 kann eine Graphitepoxidmatrix mit einer
Schicht aus Aluminiumfolie sein, die mit der Matrix durch Epoxidharz
verbunden ist. Somit bildet die Abdeckschicht 406 eine
dünne,
dabei aber feste Struktur und die Aluminiumfolie erbringt eine hermetische
Abdichtung ohne nennenswerte Schwächung der Röntgenstrahlen. Die Szintillatorschicht 408 CsI-Schicht,
dotiert mit Thallium, sein. Optional kann auf der Oberseite der
Szintillatorschicht 408 eine optisch reflektierende Schicht
ausgebildet sein. Die optisch reflektierende Schicht kann beispielsweise
eine Polymerschicht (z.B. mylar) enthalten, auf die eine reflektierende
Metallschicht, beispielsweise Silber oder Aluminium, aufgebracht
ist, wobei sie optional eine reflektierende Beschichtung, wie beispielsweise
Titandioxid, aufweisen kann, um die Lichtabsorption durch die Szintillatorschicht 408 zu
verbessern.
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Wie
in 5 veranschaulicht,
bilden viele Röntgendetektorfelder 500 einen
größeren Röntgendetektor 502.
Jedes Röntgendetektorfeld 500 kann beispielsweise
als ein gesonderter Röntgendetektor 400 verwirklicht
werden. Die Kacheln oder Felder 500 können entlang einer oder mehrerer
Achsen in beliebiger Anzahl angeordnet werden, um den größeren Röntgendetektor 502 zu
bilden. Wie in 5 veranschaulicht,
sind zwei Felder 500 entlang der X-Achse und zwei Felder
entlang der Y-Achse angeordnet, um den Röntgendetektor 502 zu
bilden.
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Es
wird nun auf 6 verwiesen,
die ein Verfahren zur Herstellung des Röntgendetektors 100 nach 1 veranschaulicht. Zunächst wird
(Schritt 602) eine Fotorezeptorschicht erzeugt. Die Fotorezeptorschicht
ist von einer Peripherie umgrenzt und enthält Fotorezeptoren und Zwischenschichtverbindungspunkte
innerhalb der Peripherie. Die Fotorezeptorschicht kann beispielsweise
eine Anzahl von Fotodioden enthalten, die auf einem Siliziumkristall ausgebildet
sind.
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Des
Weiteren wird eine Tragschicht erzeugt (Schritt 604). Die
Tragschicht kann eine Keramikschicht oder eine metallische Tragschicht
sein, die, wie oben beschrieben oder auch wie weiter unten mit Bezug
auf 7 beschrieben, ausgebildet
ist. Die gekrümmte
Tragschicht enthält
außerdem
Verdrahtungsverbindungspunkte und optional interne Leiterbahnen,
die erhebliche Signalverdrahtungskapazitäten über solche Verdrahtungstechniken
hinaus ermöglichen,
bei denen lediglich periphere Verbindungen um die Fotorezeptorschicht
herum vorhanden sind.
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Als
nächstes
wird die Fotorezeptorschicht an der Trag schicht befestigt und somit
unterstützt (Schritt 606).
Zu diesem Zweck kann zwischen der Fotorezeptorschicht und der Tragschicht
eine Polymerschicht ausgebildet werden. Alternativ kann die Tragschicht
polygonale flache Flächen
(Facetten) aufweisen, die zu den flachen Rückseiten einer speziellen Fotorezeptorschicht
passen.
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Es
werden dann elektrische Verbindungen zwischen der Fotorezeptorschicht
und der Tragschicht hergestellt (Schritt 708). Beispielsweise
können
die Zwischenschichtverbindungspunkte die Verdrahtungsverbindungspunkte
der Tragschicht kontaktieren, zu diesen passen oder mit diesen verlötet sein.
Zusätzliche
Fotorezeptorschichten können dann
in der gleichen Weise mit der Tragschicht verbunden werden, um ein
größeres Röntgenbildgebungsarray
auszubilden (Schritt 610).
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Es
wird nun auf 7 verwiesen,
die ein Verfahren zur Herstellung eines in 4 veranschaulichten Röntgendetektors 400 veranschaulicht.
Mit einer Polymerschicht wird eine dünne Glasschicht verklebt, um
diese zur Handhabung während
der Verarbeitung und hinsichtlich des Endprodukts zu verstärken (Schritt 702).
Das sich ergebende Substrat ist als Rohmaterial zu testen, um sicherzustellen,
dass es vorfestgelegte Qualitätsanforderungen
erfüllt.
Nachfolgend erzeugen chemische Dampfphasenablagerung (CVD) sowie
fotolithographische Maskierungsprozesse die elektronischen Fotodetektorschichten auf
der Glasfläche
(Schritt 704). Die elektronischen Schichten können Fotodioden,
FETs sowie eine Matrix von Scanleitungen und Datenleitungen zur
elektronischen Bildakquisition sowie Isolatorschichten oder andere,
durch das Design vorgegebene Schichten enthalten. Es wird angemerkt,
dass die dünne Glasschicht
während
der Auftrageprozesse typischerweise flach gehalten wird und somit
können vorhandene
CVD-Prozesse und fotolithographische Maskenprozesse angewendet werden,
um die elektronischen Schichten zu erzeugen. Die sich ergebende
Teilbaugruppe ist zum Zwecke der Qualitätskontrolle testbar.
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Zusätzlich wird
eine Rückenabstützung hergestellt
(Schritt 706). Beispielsweise können, wenn die Tragschicht
eine keramische Tragschicht ist, Bohrvorgänge Löcher für Durchkontaktierungen durch
die Tragschicht erzeugen während
sie noch flexibel ist („green
sheet"). Außerdem kann
eine metallisierende Tinktur (z.B. eine Wolframtinktur) auf die Keramik
in diesem Stadium an solchen Stellen aufgebracht werden, an denen
metallische Leitungen gewünscht
sind, nachdem die Keramik gebrannt ist. Die Tragschicht wird dann
in die gekrümmte
Form überführt, die
als die endgültige
Form des Röntgendetektors
gewünscht
wird. Die Keramik wird dann gebrannt, wonach sie sich in ihrer steifen
Form befindet. Ein Metallisierungsprozess erbringt dann metallische Durchkontaktierungen
sowie Leitpfade auf der Oberfläche
der Keramik. Mehrere dünne
Tragschichten (die, wie gerade beschrieben, individuell erzeugt
worden sind) können
vertikal gestapelt werden, um eine Rückengesamtschicht zu bilden.
Die Rückengesamtschicht
kann viele übereinander
gestapelte dünnere Schichten
enthalten.
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Als
nächstes
wird das dünne
Glas- und Polymersubstrat gekrümmt,
um die gewünschte
Geometrie der fertigen Röntgendetektorform
zu erhalten (Schritt 708). Bei einem Herstellungsprozess
kann die Krümmung
erreicht werden, indem ein Vakuum genutzt wird, um das dünne Glas-
und Polymersubstrat gegen die Tragschicht zu ziehen (die bereits
die gewünschte
Form hat), wonach dann das dünne Glas-
und Polymersubstrat mit der Tragschicht verbunden, beispielsweise
verklebt wird. Alternativ oder zusätzlich kann Gasdruck dazu genutzt
werden, das Vakuum darin zu unterstützen, das dünne Glas- und Polymersubstrat
während
des Formgebungs- und Befestigungsprozesses ge gen die Tragschicht
zu drücken.
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Im
weiteren Vorgang können
zusätzliche Schichten
auf der dünnen
Glasschicht abgelagert werden (Schritt 710). Beispielsweise
kann ein CVD-Prozess zur Ablagerung der Szintillatorschicht von
Dichtungsschichten oder ähnlichem
auf der dünnen
Glasschicht genutzt werden. Die Szintillatorschicht wird allgemein
aufgebracht, nachdem die dünne
Glasschicht gekrümmt
worden ist, so dass die spröden,
nadelförmigen
Kristalle des Szintillators (typischerweise CsI dotiert mit Thallium)
nicht brechen oder zusammengedrückt
werden, was Delamination erzeugen könnte.
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Wenn
das CVD-Verfahren für
die Szintillatorschicht und jede nachfolgende Schicht beendet ist, kann
eine Abdeckung, die so gekrümmt
ist, dass sie zu dem Detektor passt, angebracht und am Platz befestigt,
beispielsweise angeklebt werden (Schritt 712). Die Abdeckung
dichtet den Röntgendetektor ab,
um zu verhindern, dass Feuchtigkeit von der Szintillatorschicht
absorbiert wird. In diesem Zustand ist der Röntgendetektor testbar. Dann
kann der Röntgendetektor
mit dem Rest der Bilddetektoranordnung durch flexible Leiterplattenverbindungen
verbunden werden. Zu diesem Zeitpunkt können Auslesemodule und Scanmodule
an den Kanten des Röntgendetektors
befestigt werden (Schritt 714). Wie oben in Bezug auf 5 beschrieben, können viele
individuelle Röntgendetektorplatten
oder -felder entlang einer oder mehrerer Achsen angeordnet werden,
um einen größeren Detektor
auszubilden (Schritt 716).
-
Die
oben beschriebenen Röntgendetektoren sind
zur allgemeinen Verwendung in bildgebenden Röntgensystemen geeignet. Sie
sind außerdem
für Röntgendetektoren
geeignet, die zur CT-Bildrekonstruktion
geeignet sind und zwar unabhängig
davon, ob es sich um „teilweise" d.h. tomosynthetische
CT, bei der der Detektor ortsfest ist und die Strahlenquelle entlang
eines Bogens bewegt wird, der wesentlich kleiner als 180° ist, oder
ob es sich um volle Tomographie handelt, bei der sowohl der Detektor
als auch die Strahlenquelle über
einen großen
Bogenbereich typischerweise wenigstens 180° zur vollen Bildrekonstruktion
bewegt werden.
-
Die
beschriebenen Röntgendetektoren
erfüllen
die Anforderung nach einer hohen Verdrahtungsdichte für die elektronischen
Signale innerhalb der Detektorkomponenten und aus diesen heraus,
bei denen es sich typischerweise um Fotodioden und FETs sowie Verbindungsleitungen
handelt. Wenn eine dünne
Glasschicht verwendet wird können
Kantenanschlusstechnologien, wie beispielsweise flexible Leiterplatten
mit ACF-Bonding oder konventionelles Drahtbonden verwendet werden,
um das Signal „von
dem Glas" abzuleiten.
Die Tragschicht schafft dann die Möglichkeit Durchkontaktierungen
durch die Keramik zu schaffen und somit die Möglichkeit, Leiterbahnen in
Schichten innerhalb der Keramik zu erzielen, um eine hohe Signalverdrahtungsflexibilität zu erreichen.
-
Ein
Röntgendetektor 400 enthält eine
Glasschicht 414, die gemäß einem vorgegebenen Krümmungsradius 402 gekrümmt ist,
einen auf der Glasschicht ausgebildeten Fotorezeptor 410 und
eine Tragschicht 404, die gemäß dem vorgegebenen Krümmungsradius 402 gekrümmt ist.
Die Tragschicht 404 stützt
die Glasschicht 414.
-
Während Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben worden sind erkennt der Fachmann, dass
weitaus mehr Ausführungsformen
und Implementierungen möglich
sind, die innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen.
-
- 100
- Röntgendetektor
- 102
- Szintillationsschicht
- 104
- Fotorezeptorschicht
- 106
- Epoxidharz
zur optischen Verbindung
- 108
- Tragschicht
- 110
- schichtinterne
Verbindungspunkte
- 112
- Verdrahtungsverbindungspunkte
- 114
- Durchkontaktierungen
- 116
- Leiter
- 118
- Signalverarbeitungsschaltungen
- 120
- Kabel
- 122
- Stützrahmen
- 200
- Fotorezeptorschicht
- 202
- Fotorezeptorschichtumgebung
- 300
- Röntgendetektor
- 302
- Röntgendetektormodule
- 303
- Mehrebenentragschicht
- 304
- Schicht
- 306
- Schicht
- 308
- Schicht
- 310
- Krümmungsradius
- 312
- Polymerschicht
- 314
- Rückseite
- 316
- Polygonalebenefläche
- 400
- Röntgendetektor
- 402
- Krümmungsradius
- 404
- Tragschicht
- 406
- Winkel
- 408
- Szintillatorschicht
- 410
- Fotorezeptorschicht
- 412
- Substratschicht
- 414
- dünne Glasschicht
- 416
- Polymerträgerschicht
- 418
- Kabel
- 420
- aktive
Matrixscanningmodule
- 422
- Auslesemodule
- 424
- Polyimidschichten
- 426
- Durchkontaktierungen
- 428
- Kabel
- 500
- Röntgendetektorplatte
- 502
- Röntgendetektor
- 602
- Schritt
- 604
- Schritt
- 606
- Schritt
- 608
- Schritt
- 610
- Schritt
- 702
- Schritt
- 704
- Schritt
- 706
- Schritt
- 708
- Schritt
- 710
- Schritt
- 712
- Schritt
- 714
- Schritt
- 716
- Schritt