-
Die
Erfindung betrifft einen Kollimator für einen für Strahlung empfindlichen Detektor
sowie eine Detektoranordnung aufweisend wenigstens zwei für Strahlung
empfindliche Detektoren und wenigstens zwei Kollimatoren.
-
Ein
Kollimator der eingangs genannten Art wird beispielsweise bei der
Bildgebung mit einem Röntgengerät, z.B.
einem Computertomographiegerät,
eingesetzt. Das Computertomographiegerät weist z.B. ein an einem Drehrahmen
angeordnetes Röntgensystem
mit einer Röntgenstrahlenquelle
und einem Röntgenstrahlendetektor
auf. Der Röntgenstrahlendetektor
ist in der Regel aus einer Vielzahl von Detektormodulen aufgebaut,
welche linear oder zweidimensional aneinander gereiht sind. Jedes
Detektormodul des Röntgenstrahlendetektors
umfasst beispielsweise einen für
Röntgenstrahlung
empfindlichen Halbleiterdetektor mit einer Vielzahl von Detektorelementen. Über jedem
Halbleiterdetektor ist zur Reduzierung von Streustrahlungseinflüssen ein
Kollimator angeordnet, der bewirkt, dass nur Röntgenstrahlung einer bestimmten
Raumrichtung auf den Halbleiterdetektor gelangt. Die auf den Halbleiterdetektor
auftreffende Röntgenstrahlung
wird von dem Halbleiterdetektor in elektrische Signale umgewandelt,
welche den Ausgangspunkt der Rekonstruktion eines Bildes eines mit
dem Computertomographiegerät
untersuchten Objektes bilden.
-
In
der
DE 43 44 252 A1 ist
der Aufbau eines Detektorelementes eines Halbleiterdetektors beschrieben.
Aus einer Vielzahl von jeweils mehrere Detektorelemente umfassenden
Halbleiterdetektoren kann ein Röntgenstrahlendetektor
für ein
Computertomographiegerät
aufgebaut werden. Jedes Detektorelement weist dabei auf seiner Ober-
und Unterseite jeweils eine Elektrode auf, an die im Betrieb des
Detektorelementes eine Spannung anzulegen ist, um auf dem Detektorelement
aufgetroffene Rönt genstrahlung
in Form elektrischer Signale detektieren zu können.
-
Sollen
derartige Halbleiterdetektoren jeweils als Bestandteil eines Detektormoduls
zum Aufbau eines so genannten Flächendetektors
verwendet werden, bei dem die Detektormodule zweidimensional aneinander
zu reihen sind, so ergibt sich das Problem der elektrischen Kontaktierung
der Elektroden der Halbleiterdetektoren, insbesondere der der Röntgenstrahlenquelle
bzw. dem Kollimator zugewandten Elektroden der Halbleiterdetektoren.
-
Während bei
einem konventionell aufgebauten Röntgenstrahlendetektor, bei
dem einzelne Detektormodule hintereinander auf einem Kreisbogen angeordnet
sind, die elektrische Kontaktierung eines Detektormoduls über ein
seitlich zu einer Leiterplatte geführtes Kabel erfolgen kann,
wie dies der US 2005/0029463 A1 zu entnehmen ist, ist dieser Aufbau
bei einem Flächendetektor
nicht mehr möglich, da
durch die zweidimensionale Anordnung der Detektormodule seitlich
der Detektormodule kein Freiraum mehr vorhanden ist.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kollimator bzw.
eine Detektoranordnung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass
ein dem Kollimator zugeordneter, vorzugsweise zum Aufbau eines Flächendetektors
vorgesehener Detektor in einfacher Weise elektrisch kontaktierbar
ist.
-
Nach
der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Kollimator für einen
für Strahlung empfindlichen,
eine Kontaktelektrode aufweisenden Detektor, welcher Kollimator
ein mit der Kontaktelektrode des Detektors verbindbares Bodenelement
umfasst, in dem eine Aussparung vorhanden ist, wobei ein elektrischer
Leiter derart in die Aussparung einbringbar ist, dass bei Verbindung
des Bodenelementes mit der Kontaktelektrode der elektrische Leiter
mit der Kontaktelektrode elektrisch verbunden ist. Insbesondere
zum Aufbau eines Flächendetektors,
der möglichst
unter Vermeidung von Zwischenräumen eine
Vielzahl von dicht nebeneinander angeordneten Detektoren aufweist,
ist es also vorgesehen, einen für
einen Detektor bestimmten Kollimator derart auszuführen, dass
die dem Kollimator zugeordnete Kontaktelektrode des Detektors über einen
in der Aussparung des Kollimators geführten elektrischen Leiter elektrisch
kontaktierbar ist. Somit ist es möglich, ohne eine elektrische
Verbindung durch den Detektor führen
oder anderweitig gesondert ausgeführte elektrische Leitungen
zur Kontaktierung der dem Kollimator zugewandten Kontaktelektrode
des Detektors vorsehen zu müssen,
eine elektrische Kontaktierung der dem Kollimator zugewandten Kontaktelektrode des
Detektors zu erreichen. Der Detektor weist auf seiner dem Kollimator
abgewandten Seite in der Regel mehrere Elektroden bzw. eine pixelierte
Elektrode auf, wodurch die Detektorelemente des Detektors ausgebildet
werden. Diese Elektroden lassen sich, wenn man von einem vertikalen
Aufbau eines den Detektor aufweisenden Detektormoduls ausgeht, in einfacher
Weise von unten her auf ein anderes Potential als die dem Kollimator
zugewandte Elektrode legen, so dass sich über jedem Detektorelement des Detektors
ein Spannungsabfall ergibt
-
Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung handelt es sich bei dem Detektor um einen Halbleiterdetektor,
welcher als Halbleitermaterial GaAs, CdTe oder irgendein anderes,
insbesondere zur Detektion von Röntgenstrahlung
geeignetes Halbleitermaterial aufweist.
-
Varianten
der Erfindung sehen vor, dass das mit der Aussparung versehene Bodenelement
des Kollimators aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise
aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, ausgebildet ist. Dieses
Material lässt
sich gut bearbeiten, so dass ohne Probleme die Aussparung in das
Bodenelement eingebracht werden kann. Darüber hinaus bewirkt das elektrisch
isolierende Material, dass die in der Regel vorhandenen Kollimatorbleche
des Kollimators spannungsfrei sind und somit keine unerwünschten
Effekte im Betrieb eines mit einem derartigen Kollimator versehenen
Detektors auftreten.
-
Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung ist das Bodenelement des Kollimators mit der Kontaktelektrode
des Detektors verklebt. Durch die Klebeverbindung wird auch eine
Fixierung des in die Aussparung eingebrachten elektrischen Leiters
bewerkstelligt, so dass mit der Klebeverbindung auch ein sicherer
Kontakt des elektrischen Leiters mit der Kontaktelektrode des Detektors
erreicht wird.
-
Varianten
der Erfindung sehen vor, dass es sich bei dem elektrischen Leiter
um einen metallischen Draht, eine elektrisch leitende Folie oder
auch um einen verfestigbaren elektrisch leitenden Film handelt.
Alle diese Varianten sind dazu geeignet, einen sicheren elektrischen
Kontakt zwischen dem elektrischen Leiter und der Kontaktelektrode
des Detektors herzustellen.
-
Nach
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Aussparung in dem Kollimator in Form einer
Nut ausgebildet, in die der elektrische Leiter in einfacher Weise
eingebracht werden kann.
-
Erstreckt
sich der Kollimator wie nach einer Ausführungsform der Erfindung über mehrere
hintereinander angeordnete Detektoren, so können über nur einen in die Aussparung
des Kollimators eingebrachten elektrischen Leiter, beispielsweise
einen durch eine Nut des Kollimators geführten elektrischen Draht, alle
jeweils einem Kollimator zugewandten Kontaktelektroden der Detektoren, über die sich
der Kollimator erstreckt, elektrisch kontaktiert werden.
-
Nach
einer anderen Variante der Erfindung ist jeweils ein Kollimator
für einen
Detektor vorgesehen. Der Kollimator kann dabei derart aufgebaut
sein, dass jeweils ein elektrischer Leiter durch die Aussparung
in dem Bodenelement geführt
ist, wobei der elektrische Leiter beidseitig des Kollimators Kontaktbereiche
aufweist. Werden die Detektoren in einer Reihe in Form eines Detektorriegels
angeordnet und jeweils mit ei nem Kollimator versehen, so wird über die
Kontaktbereiche der elektrischen Leiter der Kollimatoren ein durchgehender
elektrischer Kontakt über
den Detektorriegel aufgebaut, so dass ebenfalls über eine Leitung alle Kontaktelektroden
der Detektoren eines Detektorriegels elektrisch kontaktierbar sind.
Für den
Aufbau eines Flächendetektors
werden mehrere derartige Detektorriegel nebeneinander angeordnet.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst durch eine Detektoranordnung,
aufweisend wenigstens zwei für
Strahlung empfindliche Detektoren, welche jeweils eine Kontaktelektrode
aufweisen und hintereinander angeordnet sind, und wenigstens zwei
Kollimatoren, welche jeweils ein Bodenelement mit einer Aussparung
aufweisen, wobei jeweils ein Kollimator mit seinem Bodenelement
auf der Kontaktelektrode eines Detektors angeordnet ist und wobei
ein elektrischer Leiter derart durch die Aussparungen der Kollimatoren
geführt
ist, dass der elektrische Leiter mit den Kontaktelektroden der Detektoren
elektrisch verbunden ist. Bei der Detektoranordnung handelt es sich
vorzugsweise um einen Detektorriegel, bei dem mehrere Detektoren
hintereinander angeordnet sind, die jeweils einen Kollimator aufweisen.
Auf diese Weise genügt
es wiederum nur einen elektrischen Leiter durch die Aussparungen
der hintereinander angeordneten Kollimatoren zu führen, um
alle jeweils einem Kollimator zugewandten Kontaktelektroden der
Detektoren des Detektorriegels elektrisch zu kontaktieren.
-
In
Fortbildung der Detektoranordnung können deren Kollimatoren, wie
bereits zuvor beschrieben, ausgestaltet werden, wodurch sich die
erwähnten
Vorteile ergeben.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den beigefügten
schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
-
1 in
schematischer, teilweise blockschaltbildartiger Darstellung ein
Computertomographiegerät,
-
2 ein
Detektormodul des Computertomographiegerätes aus 1,
-
3 in
einer perspektivischen Darstellung das Detektormodul aus 2,
-
4 ein
Detektormodul mit einem Kollimator mit beidseitigen elektrischen
Kontaktbereichen,
-
5 die
Seitenansicht des Kollimators aus 4 in Richtung
des Pfeils V aus 4, und
-
6 einen
Detektorriegel mit einem sich über
mehrere Detektoren erstreckenden Kollimator.
-
In 1 ist
in schematischer, teilweise blockschaltbildartiger Darstellung ein
Computertomographiegerät 1 gezeigt.
Das Computertomographiegerät 1 umfasst
eine Röntgenstrahlenquelle 2,
von deren Fokus F ein Röntgenstrahlenbündel 3 ausgeht,
welches mit in 1 nicht dargestellten, aber
an sich bekannten Blenden beispielsweise fächerförmig oder pyramidenförmig geformt
wird. Das Röntgenstrahlenbündel 3 durchdringt
ein zu untersuchendes Untersuchungsobjekt 4 und trifft
auf einem Röntgenstrahlendetektor 5 auf.
Die Röntgenstrahlenquelle 2 und
der Röntgenstrahlendetektor 5 sind
in in 1 nicht dargestellter Weise einander gegenüberliegend
an einem Drehrahmen des Computertomographiegerätes 1 angeordnet,
welcher Drehrahmen in φ-Richtung
um die Systemachse Z des Computertomographiegerätes 1 drehbar ist.
Im Betrieb des Computertomographiegerätes 1 drehen sich
die an dem Drehrahmen angeordnete Röntgenstrahlenquelle 2 und
der Röntgenstrahlendetektor 5 um
das Untersuchungsobjekt 4, wobei aus unterschiedlichen
Projektionsrichtungen Röntgenaufnahmen
von dem Untersuchungsobjekt 4 gewonnen werden. Pro Projektion
trifft dabei durch das Untersuchungsobjekt 4 hindurch getretene und
durch den Durchritt durch das Untersuchungsobjekt 4 geschwächte Röntgenstrahlung
auf dem Röntgenstrahlendetektor 5 auf,
wobei der Röntgenstrahlendetektor 5 elektrische
Signale erzeugt, welche der Intensität der aufgetroffenen Röntgenstrahlung
entsprechen. Aus den mit dem Röntgenstrahlendetektor 5 ermittelten
Signalen berechnet ein Bildrechner 6 in an sich bekannter
Weise ein oder mehrere zwei- oder dreidimensionale Bilder des Untersuchungsobjektes 4,
welche auf einem Sichtgerät 7 darstellbar
sind.
-
Der
Röntgenstrahlendetektor 5 weist
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
eine Vielzahl von Detektormodulen 8 auf, die in φ-Richtung und
in Z-Richtung nebeneinander auf einem Detektorbogen 19,
welcher eine Zylinderteilfläche
darstellt, angeordnet sind und den flächigen Röntgenstrahlendetektor 5 bilden.
-
Ein
Detektormodul 8 des Röntgenstrahlendetektors 5 ist
in 2 exemplarisch dargestellt. Das Detektormodul 8 weist
einen vertikalen Aufbau auf, wobei ein Detektor 10 im Falle
des vorliegenden Ausführungsbeispiels
auf einer Leiterplatte 11 angeordnet ist. Der Detektor 10 kann
jedoch auch direkt auf einer dem Detektor 10 zugeordneten
Auswerteelektronik angeordnet sein. Oberhalb des Detektors 10 ist ein
Kollimator 13 vorhanden, der sicherstellen soll, dass nur
Röntgenstrahlung
aus einer bestimmten Raumrichtung auf den Detektor 10 gelangen
kann. Bei dem Detektor 10 handelt es sich im Falle des
vorliegenden Ausführungsbeispiels
um einen Halbleiterdetektor 10, welcher eine obere Kontaktelektrode 14 und
eine pixelierte untere Kontaktelektrode 15 aufweist. Unter
einer pixelierten Kontaktelektrode versteht man eine beispielsweise
gitterförmig
strukturierte Elektrode, so dass real viele Einzelelektroden vorliegen,
die jeweils ein Detektorelement des Halbleiterdetektors 10 definieren.
Der Halbleiterdetektor 10 ist aus einem an sich bekannten
Halbleitermaterial, beispielsweise GaAs, ausgebildet und weist in nicht
explizit dargestellter Weise bedingt durch die Pixelierung eine
Vielzahl von Detektorelementen auf. Im Betrieb des Röntgenstrahlendetektors 5 ist
an jedes Detektorelement jedes Halbleiterdetektors 10 eine
Spannung anzulegen, damit auf dem Halbleiterdetektor 10 aufgetroffene
Röntgenstrahlung
in Form elekt rischer Signale detektierbar ist. Während die pixelierte Elektrode 15 in
einfacher Weise über
die Leiterplatte 11 elektrisch kontaktiert werden kann,
gestaltet sich dies für
die Elektrode 14 schwieriger. Die Kontaktierung der Elektrode 14 muss
derart erfolgen, dass die Aneinanderreihung der Detektormodule 8 unter
Vermeidung von Zwischenräumen
zwischen den Detektormodulen 8 nicht behindert wird. Aus
diesem Grund wird vorgeschlagen, die Elektrode 14 über den
Kollimator 13 elektrisch zu kontaktieren, so dass eine
Spannung zwischen der Elektroden 14 und der pixelierten
Elektrode 15 angelegt werden kann. Um dies zu erreichen,
weist der Kollimator 13 ein Bodenelement 9 auf,
welches aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise
aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, ausgebildet ist. In
dem Bodenelement 9 ist eine Aussparung 16 vorhanden, die
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels die
Form einer Nut hat. Die Nut 16 ist so ausgestaltet, dass
sie einen elektrischen Leiter aufnehmen kann. Wird der Kollimator 13 auf
der Elektrode 14 des Halbleiterdetektors 10 angeordnet
und ist in der Nut 16 ein elektrischer Leiter 17 vorhanden,
so ist der elektrische Kontakt zwischen dem elektrischen Leier 17 und
der Elektrode 14 des Halbleiterdetektors 10 hergestellt.
In der Regel ist der Kollimator 13 auf die Elektrode 14 des
Halbleiterdetektors 10 geklebt, wobei die Klebeverbindung
derart ausgeführt
ist, dass sich auch eine Fixierung des in der Nut 16 geführten elektrischen
Leiters 17 relativ zu der Elektrode 14 ergibt.
Das Detektormodul 8 von 2 ist in 3 nochmals
in einer perspektivischen Darstellung gezeigt, wobei aus Gründen der
einfacheren Darstellung nur vier Kollimatorbleche 12 des
Kollimators 13 gezeigt sind. Zu erkennen ist auch die Nut 16,
welche sich durch das Bodenelement 9 des Kollimators 13 erstreckt.
-
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform weist
jedes Detektormodul 8 einen Kollimator 13 auf, wobei
die Kollimatoren 13 derart auf den Halbleiterdetektoren 10 in
Z-Richtung ausgerichtet sind, dass mit nur einem elektrischen Leiter 17,
welcher durch die Nuten 16 von im Falle des vorliegenden
Ausfüh rungsbeispiels
fünf Kollimatoren 13 von
Detektormodulen 8 geführt
ist, fünf
in Z-Richtung zu einem Detektorriegel hintereinander angeordnete
Detektormodule 8 bzw. Elektroden 14 der Halbleiterdetektoren 10 der
Detektormodule 8 elektrisch kontaktiert werden. Da, wie
bereits erwähnt,
die pixelierten Elektroden 15, d.h. die Vielzahl von Einzelelektroden,
der Halbleiterdetektoren 10 jeweils vorzugsweise über ihre
Leiterplatte 11 elektrisch kontaktiert sind, kann somit
an jedes Detektorelement jedes Halbleiterdetektors 10 eine
Spannung, welche sich im Bereich von ca. 1.000 V bewegt, angelegt
werden, um im Betrieb des Röntgenstrahlendetektors 5 auf
die Halbleiterdetektoren 10 auftreffende Röntgenstrahlung
in Form von elektrischen Signalen detektieren zu können.
-
In
der 4 ist eine alternative Ausführungsform eines Detektormoduls 18 gezeigt,
welches sich von dem Detektormodul 8 nur in dem Aufbau
des Kollimators 23 unterscheidet, weshalb Komponenten des
Detektormoduls 18, welche Komponenten des Detektormoduls 8 entsprechen,
mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei dem Kollimator 23 ist
in einer Nut 26 bereits ein elektrischer Leiter 27 integriert.
Beidseitig des durch die Nut 26 geführten elektrischen Leiters 27 sind
Kontaktbereiche 21 vorhanden, welche sich dadurch auszeichnen,
dass diese eine gewisse Flexibilität aufweisen. Die Flexibilität kann beispielsweise
durch eine blattfederartige Ausführung
der Kontaktbereiche 21 erzielt werden. Wie aus der in 5 gezeigten
Seitenansicht des Detektormoduls 18 aus 4 zu
erkennen ist, erstrecken sich die Kontaktbereiche 21 des
Kollimators 23 über einen
größeren Bereich,
um sicherzustellen, dass bei Anordnung von Detektormodulen 18 nebeneinander ein
Kontakt zwischen den elektrischen Leitern 27 der Kollimatoren 23 erfolgt.
Geht man wieder davon aus, dass fünf Detektormodule 18 zum
Aufbau eines Detektorriegels in Z-Richtung hintereinander angeordnet
sind, so sind die Kollimatoren 23 dieser Detektormodule 18 derart
ausgerichtet, dass sich bei Aneinanderreihung über die Kontaktbereiche 21 ein
durchgängiger
elektrischer Kontakt von dem ersten bis zu dem fünften Detektormodul 18 ergibt.
Demnach genügt
es, einen elektrischen Leiter 27 eines äußeren Detektormoduls 18 über seinen
Kontaktbereich 21 elektrisch zu kontaktieren, um eine Spannung
an den Halbleiterdetektoren 10 des Detektorriegels anzulegen.
Jeder Kollimator 23 ist wieder vorzugsweise mit der Elektrode 14 eines
Halbleiterdetektors 10 verklebt.
-
Wird
der Kollimator 23 derart modifiziert, dass er sogar an
allen vier Seiten derartige, mit einem elektrischen Leiter verbundene
Kontaktbereiche aufweist, so besteht die Möglichkeit, die elektrische Kontaktierung
der Detektormodule bzw. der jeweils einem Kollimator zugewandten
Elektroden 14 der Halbleiterdetektoren 10 auch
in φ-Richtung
in dieser Art und Weise zu vollziehen, so dass nur einmal ein elektrischer
Leiter eines Detektormoduls kontaktiert werden muss, um an alle
Elektroden 14 der Halbleiterdetektoren 10 eine
Spannung anlegen zu können.
-
Nach
einer anderen in 6 dargestellten Ausführungsform
der Erfindung ist ein Kollimator 33 derart ausgestaltet,
dass er sich in Z-Richtung über einen
Detektorriegel erstreckt. Der Kollimator 33 ist dabei an
sich wie der Kollimator 13 ausgebildet, allerdings mit
dem Unterschied, dass er in Z-Richtung verlängert ist.
Das heißt,
der Kollimator 33 weist ebenfalls Kollimatorbleche 32,
ein Bodenelement 29 sowie eine durchgängige Aussparung in Form einer Nut 36 auf.
Sind die jeweils auf einer Leiterplatte 11 oder unter Umständen auch
auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordneten Halbleiterdetektoren 10 in Z-Richtung
hintereinander angeordnet, so kann über den fünf Halbleiterdetektoren 10 der
Kollimator 33 mittels einer Klebeverbindung angeordnet
werden. Ein durch die Nut 36 geführter elektrischer Leiter 37 sorgt
für die
elektrische Kontaktierung der Elektroden 14 der Halbleiterdetektoren 10.
Auch mit dieser Ausführungsform
eines Kollimators 33 können
also in einfacher Weise mit nur einem elektrischen Leiter 37 mehrere
Halbleiterdetektoren 10 kontaktiert werden.
-
Bei
dem elektrischen Leiter kann es sich um einen metallischen Draht,
eine leitende Folie oder einen leitenden Film handeln. Es können aber
auch andere geeignete elektrische Leiter verwendet werden.
-
Das
Bodenelement des Kollimators muss nicht notwendigerweise aus einem
isolierenden Kunststoff hergestellt sein. Vielmehr kann auch, falls vorteilhaft,
eine Keramik oder ein anderes isolierendes Material, verwendet werden.
-
Des
Weiteren muss ein Detektorriegel nicht notwendigerweise fünf Detektormodule,
sondern kann auch mehr oder weniger Detektormodule aufweisen.
-
Im
Rahmen der Erfindung muss auch nicht notwendigerweise ein Detektorriegel
aufgebaut werden.
-
Die
Erfindung wurde vorstehend am Beispiel eines Computertomographiegerätes beschrieben. Die
Erfindung ist jedoch auch bei anderen vorzugsweise Röntgengeräten einsetzbar.