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Die Erfindung betrifft einen digitalen Röntgendetektor mit einem Szintillator und mit einer aktiven Matrix gemäß dem Patentanspruch 1.
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Seit einigen Jahren sind Röntgendetektoren, basierend auf aktiven Auslesematrizen z. B. aus amorphen Silizium (a-Si), denen eine Szintillatorschicht vorgeschichtet ist, bekannt. Die auftreffende Röntgenstrahlung wird in der Szintillatorschicht in sichtbares Licht gewandelt, in lichtempfindlichen Pixelelementen der Auslesematrix in elektrische Ladung umgewandelt und ortsaufgelöst gespeichert. Verwandte Technologien verwenden ebenfalls eine aktive Pixelmatrix aus amorphem Silizium, jedoch kombiniert mit einem Röntgenkonverter (z. B. Selen), der die auftreffende Röntgenstrahlung direkt in elektrische Ladung umwandelt. Die gespeicherte Ladung wird anschließend über ein aktives Schaltelement elektronisch ausgelesen, in digitale Signale umgewandelt und an ein elektronisches Bildverarbeitungssystem weitergeleitet. Häufig sind derartige Röntgendetektoren als Flachdetektoren ausgebildet.
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Viele digitale Röntgendetektoren zeigen eine Verlustleistung, die einen starken Anstieg der Temperatur bzw. thermische Schwankungen des Röntgendetektors und seiner Komponenten bewirkt. Im Allgemeinen führen Temperaturanstiege und -schwankungen zu Offsetstrukturen und Sensitivitätsunterschieden vor allem an Randbereichen des Röntgendetektors. Dies kommt vor allem durch temperaturbedingte Ausweitung oder Schrumpfung von Kleber an Kontaktstellen zwischen dem Szintillator und der aktiven Matrix zustande und führt zu einer verminderten Bildqualität von Röntgenbildern an den Randbereichen. Die Breite dieser Störung kann bis zu etwa 100 Pixel-Ausleseelemente vom Szintillator-Rand nach innen in Richtung des Szintillator-Zentrums umfassen. Dadurch reduziert sich die sinnvoll nutzbare Breite eines Röntgendetektors um etwa 3 cm.
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Einige Röntgendetektoren besitzen eine aktive Luft- oder Wasserkühlung, um Temperaturanstiege bzw. -schwankungen zu verhindern. Eine derartige Kühlung ist zum Beispiel aus der
JP 11271456 A bekannt. Außerdem ist es bekannt, durch thermische Einflüsse verursachte Einbußen der Röntgenbildqualität durch nachträgliche elektronische Korrekturen wieder aus dem Bild zu entfernen.
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In jeder Zeile der aktiven Matrix sind Abschnitte festgelegt, die von der Röntgenstrahlung abgeschirmt sind. Dies wird im Allgemeinen durch die Abwesenheit eines Szintillators zusammen mit einer Röntgenstrahlenabschirmung (Blei) realisiert. Die Gesamtheit dieser abgeschirmten Abschnitte wird als so genannte Dark Reference Zone (DRZ) bezeichnet. In der Dark Reference Zone detektierte Messwerte, so genannte Dunkelwerte, werden zur Korrektur der übrigen Abschnitte der jeweiligen Zeilen, also des nutzbaren Bereichs, verwendet. Dieses Verfahren ist als Zeilen-Rausch-Korrektur (Line Noise Correction LNC) bekannt.
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Aus der
EP 0 838 859 A2 ist ein Röntgendetektor bekannt, welcher einen Szintillator und eine aktive Matrix aufweist. Die Fläche der Matrix ist größer als die des Szintillators und im Randbereich des Szintillators ist in einem Abschnitt die Matrix gegenüber dem Szintillator lichtundurchlässig abgeschirmt. Messwerte aus diesem Abschnitt werden zur Rauschkorrektur verwendet.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem digitalen Röntgendetektor, insbesondere bei einem Röntgendetektor mit einer Dark Reference Zone, durch Temperaturschwankungen hervorgerufene Qualitätseinbußen an Randbereichen von Röntgenbildern zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Röntgendetektor gemäß Patentanspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei dem erfindungsgemäßen Röntgendetektor werden dadurch, dass die aktive Matrix gegenüber dem Szintillator in mindestens einem Randbereich einer Überschneidungsfläche von dem Szintillator und der aktiven Matrix, insbesondere in einer Dark Reference Zone, lichtundurchlässig abgeschirmt ist, temperaturbedingte Qualitätseinbußen, die zum Beispiel durch Ausweitung oder Schrumpfung von Kleber an Kontaktstellen im Randbereich zustande kommen, vermieden.
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Sind erfindungsgemäß die Fläche des Szintillators, die Fläche der aktiven Matrix und die Überschneidungsfläche von dem Szintillator und der aktiven Matrix im Wesentlichen gleich, so dass die aktive Matrix von dem Szintillator vollständig bedeckt ist, so wird durch die lichtundurchlässige Abschirmung ein Bereich gebildet, der auf einfache und verlustfreie Weise als Dark Reference Zone genutzt werden kann. Oder in anderen Worten: bei einem Röntgendetektor mit einer Dark Reference Zone wird der kritische Randbereich der Klebung zwischen aktiver Matrix und Szintillator in die Dark Reference Zone verlagert und damit unkritisch für das eigentliche Röntgenbild. Somit kann außer der DRZ der gesamte Bereich der aktiven Matrix uneingeschränkt und ohne Qualitätseinbußen bildgebend genutzt werden.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist in einem Randbereich der Überschneidungsfläche von dem Szintillator und der aktiven Matrix eine Abschirmung des Szintillators gegenüber der einfallenden Röntgenstrahlung vorgesehen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die aktive Matrix gegenüber dem Szintillator durch eine lichtabsorbierende, insbesondere schwarze, Schicht oder Beschichtung abgeschirmt. Eine derartige Schicht oder Beschichtung auf der Oberseite der aktiven Matrix oder der Unterseite des Szintillators kann besonders einfach und aufwandsarm in den Röntgendetektor integriert werden, indem sie zum Beispiel fotolithografisch aufgebracht wird.
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In vorteilhafter Weise wird die lichtabsorbierende Schicht von einem lichtabsorbierenden Kleber gebildet. Die Verwendung eines derartigen Klebers kann aufwandsarm in einen Herstellungsprozess des Röntgendetektors integriert werden.
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Erfindungsgemäß weist der Randbereich der Überschneidungsfläche von dem Szintillator und der aktiven Matrix eine Breite zwischen 10- und 100-mal die Breite einer Pixel-Ausleseeinheit auf. Dies ist vorteilhaft, da die Breite, innerhalb der Qualitätseinbußen hauptsächlich auftreten, zwischen etwa 10 und 100 Pixelbreiten beträgt. Eine Pixel-Ausleseeinheit weist im Allgemeinen eine Breite von etwa 150 μm auf.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die aktive Matrix gegenüber dem Szintillator in zwei gegenüberliegenden Randbereichen, insbesondere in den Zeilenrandbereichen, lichtundurchlässig abgeschirmt. Eine typische Dark Reference Zone, die für eine Zeilen-Rausch-Korrektur vorgesehen ist, wird von zwei derartigen gegenüberliegenden Zeilenrandbereichen gebildet.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Vereinheitlichung des Prozesses zur Detektorherstellung in Bezug auf eine Detektorfamilie bestehend aus auch für dynamische Anwendungen geeigneten Röntgendetektoren mit DRZ, so genannte Universelle Detektoren für Radiographie und Fluoroskopie (URF), und solchen ohne DRZ, so genannte Radiagraphie-Detektoren (RAD). Für beide Varianten können durch die Erfindung einheitliche Szintillatoren und aktive Matrizen und sogar eine einheitliche Kombination aus beidem verwendet werden; der Unterschied kommt lediglich durch in ihrer Röntgenstrahlungsabschirmung verschiedene Gehäuse zustande. Das bedeutet einen geringeren Aufwand bei der Herstellung der Röntgendetektoren und damit auch eine Kostenersparnis.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf einen Szintillator eines Röntgendetektors nach dem Stand der Technik;
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2 eine Seitenansicht des Röntgendetektors gemäß 1;
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3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors mit einer lichtabsorbierenden Klebeschicht;
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4 eine Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Röntgendetektors mit einer lichtabsorbierenden Klebeschicht;
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5 eine Draufsicht auf einen Szintillator eines weiteren erfindungsgemäßen Röntgendetektors.
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1 zeigt als einen Ausschnitt aus einem Röntgendetektor 1 nach dem Stand der Technik eine Draufsicht auf einen Szintillator 2 mit seitlich angeordneter Dark Reference Zone 5. 2 zeigt in Seitenansicht ebenfalls einen Ausschnitt aus dem Röntgendetektor 1 gemäß 1, wobei neben dem Szintillator 2 und der darunter angeordneten aktiven Matrix 3 ein Teil des Gehäuses 8 sowie eine Bleiabschirmung 7 dargestellt sind. Die Bleiabschirmung 7 dient der Abschirmung von Röntgenstrahlung und erzeugt dadurch die DRZ 5.
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Der Szintillator 2, der auf seiner Oberseite zum Beispiel durch ein dünnes Glassubstrat 10 stabilisiert wird, endet vor Beginn der DRZ 5 und erstreckt sich nicht in diese hinein. Der Szintillator 2 und die aktive Matrix 3 sind durch eine Klebeschicht 4 miteinander verbunden. In dem Randbereich 6 der Überschneidungsfläche zwischen dem Szintillator 2 und der aktiven Matrix 3 werden aufgrund der bereits beschriebenen Temperaturschwankungen und dadurch hervorgerufenen Artefakte Qualitätseinbußen bei einem aus der aktiven Matrix 3 ausgelesenen Röntgenbild verursacht. Durch die DRZ 5 und den Randbereich 6 der Überschneidungsfläche zwischen dem Szintillator 2 und der aktiven Matrix 3 kommt es zu einer wesentlichen Verringerung der nutzbaren Fläche des Röntgendetektors.
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3 zeigt in Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Röntgendetektor 1 bei dem die aktive Matrix 3 gegenüber dem Szintillator 2 im Randbereich 6 der Überschneidungsfläche von dem Szintillator 2 und der aktiven Matrix 3 lichtundurchlässig durch eine lichtabsorbierende Schicht 9 abgeschirmt ist. Durch die lichtabsorbierende Schicht 9 und dadurch, dass der Szintillator 2 sich bis an den Rand der aktiven Matrix 3 erstreckt, wird eine DRZ 5 gebildet, die für Zeilen-Rausch-Korrekturen verwendet werden kann. Es kommt zu einer Überschneidung der DRZ 5 und des qualitätsarmen Randbereichs 6 der Überschneidungsfläche von dem Szintillator 2 und der aktiven Matrix 3, was zu einer größeren nutzbaren Fläche als bei vergleichbaren Röntgendetektoren aus dem Stand der Technik führt. Um bei bekannten vergleichbaren Röntgendetektoren die gleiche uneingeschränkt nutzbare Detektorfläche zu erhalten, müsste auf die DRZ 5 und damit auf wichtige Korrekturen verzichtet werden. Zusätzlich ist die DRZ 5 bei dem gezeigten Röntgendetektor 1 in 3 von einer Röntgenabschirmung 7 gegenüber der einfallenden Röntgenstrahlung geschützt.
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Die lichtabsorbierende Schicht 9 oder Beschichtung kann auch in Form eines lichtabsorbierenden Klebers vorgesehen sein. Die Schicht oder Beschichtung ist in vorteilhafter Weise für eine besonders effektive Abschirmung schwarz oder weist eine vom Szintillator 2 stark abweichende spektrale Empfindlichkeit auf. Es kann zum Beispiel eine Lackschicht, die photolithografisch aufgebracht wurde, vorhanden sein. Es können auch auf der aktiven Matrix 3 lichtundurchlässige Nanopartikel aus nicht reflektierendem Material im Randbereich 6 der Überschneidungsfläche von dem Szintillator 2 und der aktiven Matrix 3 angeordnet sein.
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In der 4 ist ein Röntgendetektor 1 gezeigt, bei dem die Bleiabschirmung 7 derart geformt ist, dass sie den Randbereich 6 des Szintillators 2 nicht gegenüber Röntgenstrahlung abschirmt. Im Randbereich 6 der Überschneidungsfläche von dem Szintillator 2 und der aktiven Matrix 3 ist die lichtundurchlässige Schicht 9 zwischen dem Szintillator 2 und der aktiven Matrix 3 angeordnet.
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5 zeigt beispielhaft eine Draufsicht auf einen Szintillator 2, bei dem auf einer ersten Seite 11 und einer gegenüberliegenden zweiten Seite 12 jeweils ein Randbereich 6 der Überschneidungsfläche zwischen dem Szintillator 2 und der aktiven Matrix 3 mit einer lichtundurchlässigen Schicht 9 zwischen dem Szintillator 2 und der aktiven Matrix 3 als Dark Reference Zone 5 ausgebildet ist.
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Bei dynamischen Applikationen ist eine LNC unverzichtbar, so dass die Erfindung bevorzugt für Röntgendetektoren, die für derartige dynamische Anwendungen wie zum Beispiel 3D Bildgebung mittels eines beweglichen C-Bogens und Digitale Subtraktionsangiographie (DSA) vorgesehen sind, anwendbar ist.
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Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Zur Reduzierung von durch Temperaturschwankungen hervorgerufenen Qualitätseinbußen an Randbereichen eines Röntgenbildes ist ein Röntgendetektor mit einem Szintillator zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in Licht und mit einer in Röntgenstrahlungsrichtung dahinter angeordneten aktiven Matrix aus Pixel-Ausleseelementen derart ausgebildet, dass die aktive Matrix gegenüber dem Szintillator in mindestens einem Randbereich der Überschneidungsfläche von Szintillator und aktiver Matrix lichtundurchlässig abgeschirmt ist; insbesondere ist die lichtundurchlässige Abschirmung geeignet, bei vorhandenem Szintillator eine Dark Reference Zone zu bilden.
