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Die
Erfindung betrifft eine Röntgendetektoreinrichtung
mit einem Kollimator sowie mit einer Mehrzahl von matrixartig angeordneten
Detektorelementen, die in Zeilen und Spalten anhand des Strahlenrasters
ausgerichtet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren
zum Herstellen einer derartigen Röntgendetektoreinrichtung.
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Eine
derartige Röntgendetektoreinrichtung ist
beispielsweise aus der
DE
202 20 461 U1 zu entnehmen. Sie wird insbesondere im medizinischen Bereich
für bildgebende
Verfahren eingesetzt. In der medizinischen Diagnostik werden zunehmend
flächige
Festkörperdetektoren
verwendet. Diese Detektoren umfassen einen Röntgenkonverter, welcher die auf
ihn auftreffenden Röntgenstrahlen
entweder direkt in elektrische Ladungen oder in Photonen umwandelt,
welche von Elektroden bzw. Photodioden erfasst und ausgewertet werden.
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Zur
Ausbildung möglichst
großflächiger Detektoren
werden als Detektorelemente so genannte Module verwendet, die wiederum
aus einer Vielzahl von matrixförmig
angeordneten einzelnen Detektorpixeln aufgebaut sind, wobei jedes
einzelne Pixel einen Bildpunkt liefert. Derartige Röntgenmodule
werden beispielsweise in der
DE 103 07 752 A1 oder auch in der
DE 101 16 222 A1 beschrieben.
Die Detektormodule werden an einer Detektortragmechanik zur Ausbildung
des flächigen
Detektors befestigt. Die eingebauten Detektormodule bilden hierbei üblicherweise
ein Teilstück
einer gebogenen Zylindermantelfläche
aus, die die Detektorfläche
definiert.
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Zur
Bilderzeugung bei den medizinischen bildgebenden Verfahren ist es
für die
Erzeugung von möglichst
hochwertigen Bildern notwendig, die beim Durchstrahlen eines Objekts,
also eines Patienten, auftretende Streustrahlung zu eliminieren
und nur die Primärstrahlen
für die
Bilderzeugung auszuwerten. Dem Festkörperdetektor und den einzelnen
Detektormodulen sind daher so genannte Streustrahlenraster oder
Kollimatoren vorgesetzt. Diese sind im Wesentlichen aus planparallel
zueinander und in Richtung zum Fokus der Röntgenquelle orientierten Schächten gebildet,
deren Seitenwände
eine sehr hohe Röntgenabsorption
aufweisen. Aufgrund der endlichen Breite dieser plattenartigen Seitenwände und
deren Anordnung vor dem Flächendetektor
sind gewisse Totbereiche ausgebildet, auf denen keine Röntgenstrahlung
auf den Flächendetektor
auftrifft.
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Um
Bildartefakte aufgrund dieser Totzonen zu vermeiden, sind auf dem
Flächendetektor
nicht sensitive Zwischenbereiche vorgesehen, die unterhalb der Totzonen
oder Schattenbereiche angeordnet sind. Diese Zwischenbereiche müssen notwendigerweise
zu den einzelnen durch den Kollimator bedingten Totbereichen ausgerichtet
sein. Bei einer mangelhaften Ausrichtung wäre beispielsweise ein solcher
Totbereich teilweise vor einer röntgensensitiven
Fläche
des Detektors angeordnet. Dies würde
jedoch dazu führen,
dass bei einer geringfügigen
Bewegung (Wackeln) der Röntgenquelle
und der damit einhergehenden unterschiedlichen Strahlungsrichtung
der durch den Kollimator geworfene Schatten auf der sensitiven Fläche wandern
würde.
Daher würde
allein durch das "Wackeln" der Röntgenquelle eine
Intensitätsschwankung
erfasst werden, die zu einer falschen Bildauswertung führen würde. Eine hochpräzise Anordnung
der einzelnen Detektormodule ist daher unerlässlich. Diese hochpräzise Ausrichtung
ist jedoch mit zunehmend größer werdenden Flächendetektoren
zunehmend schwieriger.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgendetek- toreinrichtung
sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu ermöglichen, bei denen eine hochgenaue
Ausrichtung der einzelnen Detektorelemente in einfacher Weise erzielt
werden kann.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch eine Röntgendetektoreinrichtung
mit einem Kollimator sowie mit einer Mehrzahl von matrixartig angeordneten,
insbesondere modulartigen Detektorelementen, die in Zeilen und Spalten
anhand des Kollimators ausgerichtet sind. Die Detektorelemente einer
Spalte bilden hierbei einen Riegel aus und sind an einem gemeinsamen
Trägerelement
fixiert und ausgerichtet. Die einzelnen Riegel wiederum sind an
einer Detektortragmechanik befestigt.
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Bei
dieser Ausgestaltung wird daher zweistufig vorgegangen, um eine
hochgenaue Ausrichtung zu erzielen. Und zwar werden zunächst die
Detektorelemente einer Spalte in einer Reihe ausgerichtet und zur
Ausbildung des Riegels auf dem Trägerelement zusammengefasst.
Im zweiten Schritt werden dann die einzelnen Riegel ausgerichtet
und an der Detektortragmechanik befestigt. Es ist daher nicht mehr
erforderlich, jedes einzelne Detektormodul direkt an der Detektortragmechanik
zu befestigen. Insbesondere bei einem großflächigen Detektor und einer matrixartigen
Anordnung von Detektormodulen lassen sich nämlich die insbesondere in der
Mitte angeordneten Detektormodule nur noch schwer genau ausrichten
und bezüglich
der Detektortragmechanik befestigen. Das Problem der hochgenauen
Ausrichtung wird daher aufgrund der Zusammenfassung der Detektorelemente
zu einem Riegel in eine Vorfertigungsstufe vorverlegt, bei der bevorzugt
mit einer speziellen Justagevorrichtung die Ausrichtung und Fixierung
vorgenommen wird. Aufgrund der Zusammenfassung der in einer Reihe
angeordneten Detektorelemente zu einem Riegel lassen sich diese
gemeinsam in vergleichsweise einfacher Art und Weise an der Detektortragmechanik
ausgerichtet anordnen.
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Gemäß einer
zweckdienlichen Ausgestaltung sind hierbei die Detektorelemente
an das Trägerelement
geklebt. Alternativ sind am Trägerelement Halteelemente
oder auch Anschlagelemente befestigt, an denen die einzelnen Detektorelemente
ausgerichtet und befestigt sind.
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Im
Hinblick auf eine exakte Ausrichtung des Kollimators bezüglich der
einzelnen Detektorelemente ist in einer zweckdienlichen Ausgestaltung
ein jeweiliger Riegel mit einem Kollimatorelement verbunden und
gemeinsam mit diesem an der Detektortragmechanik befestigt. Das
Kollimatorelement und der Riegel mit den mehreren in einer Reihe
angeordneten Detektorelementen bilden daher eine Baueinheit. Das
Kollimatorelement ist bereits vor der Befestigung in der Detektortragmechanik
relativ zu den Detektorelementen ausgerichtet.
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In
einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist bereits ein jeweiliges
Detektorelement mit einem Kollimatorelement verbunden und wird gemeinsam
mit diesem auf dem Trägerelement
ausgerichtet. In dieser alternativen Ausführungsform sind daher einzelne
kleinere Baueinheiten oder Module vorgesehen, die ein Detektormodul
mit davor angeordnetem Kollimatorelement umfassen. Diese Baueinheiten
sind auf dem Trägerelement
zur Ausbildung des Riegels zusammengefasst.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
weiterhin gelöst
durch ein Verfahren zum Herstellen einer Röntgendetektoreinrichtung gemäß Patentanspruch
6. Danach ist vorgesehen, dass zunächst die Detektorelemente einer
Spalte aneinandergereiht ausgerichtet und in der ausgerichteten
Position an einem Trägerelement
fixiert werden. Anschließend werden
die Trägerelemente
an einer Detektortragmechanik befestigt. Hierzu werden sie zweckdienlicherweise
zueinander ausgerichtet und dann in der ausgerichteten Position
befestigt.
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Die
im Hinblick auf die Röntgendetektoreinrichtung
angeführten
Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf
das Verfahren anzuwenden.
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Durch
dieses zweistufige Verfahren wird das Problem der zweidimensionalen
Ausrichtung und Befestigung bei einem Flächendetektor mit einer matrixartigen
Anordnung von Detektorelementen auf das Problem der Ausrichtung
in nur einer Dimension reduziert. Zudem ist von Vorteil, dass die
einzelnen Detektorelemente innerhalb eines Riegels nicht durch spezielle
Konstruktionselemente positioniert werden müssen. Beim herkömmlichen
Vorgehen sind nämlich
für jedes
einzelne Detektorelement genau ausgerichtete Konstruktionselemente
an der Detektortragmechanik notwendig, anhand derer die einzelnen Detektorelemente
ausgerichtet und gegebenenfalls befestigt werden.
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Die
Ausrichtung und Fixierung der Detektorelemente zur Ausbildung des
Riegels wird bevorzugt in einer separaten Justagevorrichtung vorgenommen.
Die Ausrichtung erfolgt hierbei insbesondere optisch oder auch mechanisch
an vorgegebenen Ausrichtungspunkten oder Linien. Eine derartige
Justagevorrichtung erlaubt eine sehr genaue Ausrichtung der einzelnen
Detektorelemente und lässt
sich für
die Herstellung von mehreren Röntgendetektoren benutzen.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen jeweils in schematischen und stark vereinfachten Darstellungen:
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1 einen
ein Teilstück
einer Zylindermantelfläche
bildenden flächigen
Festkörper-Röntgendetektor
in einer Detektortragmechanik mit mehreren nebeneinander angeordneten
Riegeln, die jeweils aus mehreren Detektormodulen bestehen,
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2 eine
Seitenansicht eines derartigen Riegels mit vier Detektormodulen,
die jeweils mit einem Kollimatorelement versehen sind,
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3 eine
Aufsicht auf einen Riegel mit drei Detektormodulen und
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4 eine
Aufsicht auf ein für
den Riegel gemäß 3 vorgesehenes
Kollimatorelement.
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In
den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Der
in der 1 dargestellte Röntgendetektor 2 ist
als ein flächiger
Festkörperdetektor
ausgebildet. Er ist aus einer Vielzahl von einzelnen, matrixartig
angeordneten Detektorelementen gebildet, die als Detektormodule 4 bezeichnet
werden. Die einzelnen Detektormodule 4 sind hierbei in
Zeilen und Spalten angeordnet. Die Detektormodule 4 werden
insgesamt in einer Detektortragmechanik 6 gehalten. Im Ausführungsbeispiel
der 1 ist jedem einzelnen der Detektormodule 4 ein
jeweiliges Kollimatorelement 8A zugeordnet, welches mit
dem jeweiligen Detektormodul 4 verbunden ist und mit diesem
eine Baueinheit bildet. Das Kollimatorelement 8A ist bezüglich einer
hier nicht dargestellten Röntgenquelle vor
dem Detektormodul 4 angeordnet.
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Ein
derartiger Röntgendetektor 2 wird
insbesondere zur medizinischen Diagnose und Untersuchung eingesetzt.
Hierzu wird ein zu untersuchender Patient zwischen dem Fokus der
Röntgenquelle
und dem Röntgendetektor 2 mit
dem zu bestrahlenden Körperteil
gebracht. Die den Patienten durchdringenden Strahlen werden vom
Röntgendetektor 2 erfasst und
mit Hilfe geeigneter, hier nicht näher dargestellter Auswertegeräte ausgewertet
und in Bildinformationen umgewandelt. Zur Auswertung werden hierbei Intensitätsveränderungen
beim Durchstrahlen des Patienten herangezogen. Die für die Bilderzeugung notwendigen
Informationen werden aus den Primärstrahlen, also den nicht abgelenkten
Röntgenstrahlen,
ermittelt. Zur Erzeugung qualitativ hochwertiger Bilder ist es daher
erforderlich, Streustrahlen zu eliminieren.
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Hierzu
ist dem Röntgendetektor 2 ein
Kollimator vorgelagert, welcher auch als Streustrahlenraster bezeichnet
wird. Dieser Kollimator setzt sich im Ausführungsbeispiel der 1 aus
der Vielzahl der einzelnen Kollimatorelemente 8A zusammen.
Der Kollimator und auch die einzelnen Kollimatorelemente 8A weisen
Seitenwände 9 auf,
die zum Fokus der Röntgenquelle
hin und damit in der Regel nahezu parallel zueinander ausgerichtet
sind. Die Seitenwände 9 bestehen
aus einem für
Röntgenstrahlen
stark absorbierenden Material. Durch diese Seitenwände 9 werden
die nicht vom Fokus der Röntgenstrahlenquelle
herkommenden Streustrahlen absorbiert. Durch die Seitenwände 9 werden
daher Teilbereiche der Fläche
des Röntgendetektors 2,
so genannte Totzonen, nicht bestrahlt. Zur Vermeidung von Bildartefakten
ist es notwendig, dass der Röntgendetektor 2 nicht
sensitive Bereiche aufweist, welche diese Totzonen ausreichend überdecken.
Unter nicht sensitiven Bereichen werden hierbei Bereiche verstanden, die
bei Auftreffen von Röntgenstrahlungsquanten kein
Signal erzeugen. Es ist daher erforderlich, dass die einzelnen Detektormodule 4 und
die einzelnen Kollimatorelemente 8A zueinander exakt ausgerichtet
sind.
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Vorliegend
ist nunmehr vorgesehen, dass die in einer Spalte angeordneten Detektormodule 4 zu
einem Riegel 10 zusammengefasst werden und dass die einzelnen
Riegel 10 nebeneinander an der Detektortragmechanik 6 ausgerichtet
und befestigt werden.
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2 zeigt
einen derartigen Riegel 10 in einer Seitenansicht. Wie
hieraus hervorgeht, sind die einzelnen Detektormodule 4 auf
einem bogenförmigen
Trägerelement 12 befestigt,
welches die Detektormodule 4 quasi umspannt. Weiterhin
sind in der Seitendarstellung die Längsholme der Detektortragmechanik 6 zu
erkennen. Jedes der einzelnen Detektormodule 4 ist mit
einem eigenen Kollimatorelement 8A verbunden.
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Die
einzelnen Detektormodule 4 sind auf dem Trägerelement 12 insbesondere
durch Kleben befestigt. Alternativ oder ergänzend können hierzu auch mechanische
Anschlag- oder Halteelemente 14 am Trägerelement 12 vorgesehen
sein, anhand derer die Detektormodule 4 ausgerichtet und/oder
befestigt werden.
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Aus
den Darstellungen gemäß den 2 und 3 geht
auch der prinzipielle Aufbau der einzelnen Detektormodule 4 hervor.
Jedes der einzelnen Detektormodule 4, welche auch als so
genannte Detektorkacheln bezeichnet werden, sind aus einer matrixartigen
Anordnung von einzelnen Detektorpixelelementen 16 gebildet.
Für die
Konversion der auftreffenden Röntgenstrahlung
in elektrische Signale sind im Ausführungsbeispiel eine Szintillatorkeramik 18 sowie
ein Fotodiodenelement 20 vorgesehen. In der Szintillatorkeramik 18 wird
ein auftreffendes Strahlungsquant in Photonen umgewandelt, die anschließend im
Fotodiodenelement 20 ein elektrisches Signal erzeugen.
Jedes der Detektorpixelelemente 16 weist üblicherweise
eine nach Art eines Mosaiksteinchens ausgebildete Szintillatorkeramik
sowie eine dieser zugeordnete Fotodiode auf. Jedes derartig aufgebaute
Detektorpixelelement 16 bildet einen Bildpunkt. Ein einzelnes
Detektorpixelelement 16 ist üblicherweise rechteckig und
hat beispielsweise eine Kantenlänge
von 1 bis 1,3 mm. Ein Detektormodul 4 umfasst beispielsweise
eine 16 × 16-Matrix
derartiger Detektorpixelelemente 16. Die Länge eines
Riegels 10 entspricht der Breite des Röntgendetektors 2.
Entsprechend hoch ist auch die Anzahl der einzelnen Detektormodule 4 pro
Riegel 10. In einem Riegel 10 werden hierbei die
einzelnen Detektormodule 4 jeweils nur einreihig angeordnet,
also eindimensional aneinandergereiht.
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Zum
Aufbauen des Röntgendetektors 2 wird insbesondere
folgendermaßen
vorgegangen.
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Zunächst werden
mit Hilfe einer Justage- und Ausrichtvorrichtung mehrere Detektormodule 4 in
einer Reihe ausgerichtet. Die Ausrichtung oder Justage erfolgt beispielsweise
mit optischen Hilfsmitteln, um die genaue Lage zu kontrollieren.
Die Detektormodule 4 werden insbesondere gesteuert an die vorgesehenen
Positionen gebracht. Nach der Ausrichtung der einzelnen Detektormodule 4 werden
diese am Tragelement 12 beispielsweise durch Kleben befestigt.
Zur Befestigung werden die einzelnen Detektormodule 4 mit
Hilfe des bogenförmigen Trägerelements 12 vorzugsweise
umspannt. Die Detektormodule 4 liegen üblicherweise nahezu unmittelbar nebeneinander
an, ohne dass zwischen ihnen ein Spalt gebildet ist. In der 2 sind
lediglich zu Zwecken der Übersicht
die einzelnen Detektormodule 4 voneinander beabstandet
dargestellt.
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Bei
der Ausführungsvariante
gemäß den 3 und 4 wird
anschließend
noch das in 4 dargestellte Kollimatorelement 8B auf
die in Reihe ausgerichteten Detektormodulen 4 aufgesetzt und
befestigt, so dass auch hier der Riegel 10 mit dem Kollimatorelement 8B eine
Baueinheit bildet.
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Der
so vorgefertigte Riegel 10 wird anschließend in
die Detektortragmechanik 6 eingesetzt, also ausgerichtet
und an geeigneten Befestigungselementen befestigt.
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Zum
Aufbau des flächigen
Röntgendetektors 2 brauchen
daher lediglich die einzelnen Riegel 10 in eindimensionaler
Richtung nebeneinander befestigt und angeordnet zu werden. Das ursprüngliche
Problem der Ausrichtung und Befestigung der einzelnen Detektormodule 4 in
zwei Dimensionen wird daher durch den zweistufigen Vorgang auf das
Problem der Befestigung in nur einer Dimension reduziert. Hierdurch
ist zum einen der Aufwand der Befestigung in der Detektortragmechanik 6 deutlich
reduziert. Zudem ist durch die Vorfertigung der Riegel 10 mit
Hilfe der Justagevorrichtung eine genaue Ausrichtung der einzelnen
Detektormodule 4 innerhalb eines Riegels 10 problemlos
ermöglicht.
Mit diesem zweistufigen Vorgehen ergibt sich daher insgesamt eine
Montagevereinfachung und damit auch eine Kosteneinsparung, da aufwändig gestaltete
Konstruktions- und Halteelemente an der Detektortragmechanik 6 nicht notwendig
sind. Zudem wird mit diesem zweistufigen Vorgehen eine sehr genaue
Positionierung der einzelnen Detektormodule 4 erreicht.
Lediglich für
die Justagevorrichtung fallen einmalig zusätzliche Kosten an.