DE102007033463B4 - Detektormodul, Strahlungsdetektor und Tomografiegerät - Google Patents

Detektormodul, Strahlungsdetektor und Tomografiegerät Download PDF

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Abstract

Detektormodul (7a) zur Erfassung von Strahlung, insbesondere Röntgen- (8) oder Gammastrahlung, umfassend zumindest ein Detektionselement (12, 13, 14) mit einem Wandlerelement (13) zur Wandlung der Strahlung (8) in elektrische Signale und ein Kühlelement (10, 11), welches, zur thermischen Kopplung, mittels Federkraft mit einer Wärmeaustauschfläche (11b) an das Detektionselement (12, 13, 14) gedrückt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Detektormodul, umfassend zumindest ein Detektionselement mit einem Wandlerelement zur Wandlung von Strahlung, insbesondere Röntgen- oder Gammastrahlung, in elektrische Signale. Die Erfindung betrifft ferner einen zumindest ein Detektormodul umfassenden Strahlungsdetektor sowie ein den Strahlungsdetektor umfassendes Tomografiegerät.
  • Es sind Detektormodule bekannt, bei welchen Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung, unmittelbar in elektrische Signale gewandelt werden. Derartige Detektormodule sind auch als direkt konvertierende Detektormodule bekannt und finden beispielsweise bei Röntgen-Computertomografiegeräten Anwendung. Bekannte direkt konvertierende Detektormodule weisen eine aus einem Halbleitermaterial hergestellte Wandlerschicht auf. Durch Wechselwirkung der Strahlung mit der Wandlerschicht, d. h. Quantenabsorptionsereignisse, werden in der Wandlerschicht Ladungen, hier Elektron-Loch-Paare, erzeugt, welche die Grundlage für die elektrischen Signale bilden.
  • Auf einer ersten Oberfläche der Wandlerschicht ist ein Rückseitenkontakt und auf einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche ist eine Vielzahl von Pixelelektroden angebracht. Mittels einer zwischen dem Rückseitenkontakt und den Pixelelektroden anliegenden Spannung werden elektrische Felder ausgebildet, wodurch – nebenbei bemerkt – Detektorpixel definiert werden.
  • Durch die elektrischen Felder werden die Ladungen beschleunigt und wandern, je nach Ladungsart, zur Deckelektrode bzw. den Einzelelektroden und können als elektrische Signale erfasst werden. Zur effektiven Erfassung der Ladungen und Weiterverarbeitung der elektronischen Signale ist es von besonderem Vorteil, wenn mit den Einzelelektroden, bzw. Detektor- Pixeln, kontaktierte Signal verarbeitende elektronische Bauelemente, wie z. B. sog. Anwenderspezifische Integrierte Schaltkreise, kurz, ASICs, unmittelbar auf der Seite der zweiten Oberfläche angebracht sind.
  • Durch die Quantenabsorptionsereignisse und den Betrieb der elektronischen Bauelemente wird eine nicht unerhebliche Wärme erzeugt. Diese Wärme gilt es besonders effektiv abzuführen, da bei einer Erwärmung des Detektormoduls dessen Wandlungseffizienz und Signal- bzw. Datenintegrität beeinträchtigt werden.
  • Aus der DE 10 2004 058 299 A1 und der DE 195 81 493 T1 ist es bekannt das Detektorfeld eines Computertomografen durch Kühlelemente, die ggf. kühlmittelbeaufschlagt sind, zu kühlen.
  • Aus der US 2006/0241386 A1 ist es bekannt, den Wärmefluss zwischen Verarbeitungselektronik und Detektorelementen durch bauliche Maßnahmen, die zu einer räumlichen Trennung führen, zu verhindern.
  • In der DE 10 2004 042 365 A1 und der US 6,825,472 B2 sind Röntgendetektoren beschrieben, welche in einem Gehäuse elastisch gelagert sind.
  • Ausgehend davon ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Detektormodul der Eingangs genannten Art bereit zu stellen, welches eine besonders effektive Abführung der Wärme vom Detektionselement bei gleichzeitig einfachem Aufbau ermöglicht. Ein weiteres Ziel ist es, einen Strahlungsdetektor und ein Tomografiegerät bereitzustellen, mit welchen diese Aufgabe implizit gelöst wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1, 24 und 25. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 23.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Detektormodul zur Erfassung von Strahlung, bei welcher es sich insbesondere um Röntgen- oder Gammastrahlung handeln kann. Das Detektormodul umfasst zumindest ein Detektionselement mit einem Wandlerelement zur Wandlung der Strahlung in elektrische Signale. Bei dem Detektionselement kann es sich um ein einzelnes Detektorpixel oder um mehrere zu einer Gruppe zusammengefasste Detektorpixel, z. B. um eine Pixelmatrix, handeln.
  • Zum Abführen der im Betrieb des Detektormoduls entstehenden Wärme ist ein Kühlelement vorgesehen, welches, zur thermischen Kopplung, mittels Federkraft mit einer Wärmeaustauschfläche an das Detektionselement gedrückt wird. Mit anderen Worten wird eine thermische Kontakt-Kopplung des Kühlelements und des Detektionselements dadurch bewirkt, dass eine Wärmeaustauschfläche des Kühlelements und eine korrespondierende Fläche des Detektionselements durch Einwirkung einer Federkraft aneinander gedrückt werden.
  • Dadurch ist es einerseits möglich, den durch die Einwirkung der Federkraft hervorgerufenen Kontaktdruck, oder die Andruckkraft, entsprechend jeweiliger Randbedingungen einzustellen. Etwaige Randbedingungen können u. a. durch eine beschränkte mechanische Stabilität des Detektionselements und/oder Komponenten desselben, wie z. B. elektronische Bauelemente, aktive Kühlelemente usw., gegeben sein.
  • Andererseits kann erreicht werden, dass der Kontaktdruck über die gesamte Wärmeaustauschfläche im Wesentlichen gleich ist. Das bedeutet, dass das Kühlelement auf der ganzen Wärmeaustauschfläche gleichmäßig an das Detektionselement gedrückt werden kann, so dass die thermische Kopplung über die ganze Wärmeaustauschfläche im Wesentlichen gleich ist.
  • Zur Verbesserung der thermischen Kontakt-Kopplung zwischen Wärmeaustauschfläche und Detektionselement, bzw. einer zu kühlenden Komponente des Detektionselements, kann eine thermisch leitende Zwischenschicht vorgesehen sein. Bei der Zwischenschicht kann es sich z. B. um eine Wärmeleitfolie, Wärmeleitpaste und dgl. handeln.
  • Bei dem Wandlerelement kann es sich um ein direkt konvertierendes Wandlerelement handeln. Direkt konvertierend soll bedeuten, dass die Strahlung durch einen einstufigen Wechselwirkungsprozess in elektrische Signale gewandelt wird. Es ist auch möglich, dass das Wandlerelement derart ausgebildet ist, das die Strahlung in einem zweistufigen Wechselwirkungsprozess in elektrische Ladungen gewandelt wird. Hierfür sei beispielhaft eine Szintillator-Photodioden-Wandlung genant, bei welcher die Strahlung mittels eines Szintillators in einem ersten Wechselwirkungsprozess in Licht, und das Licht in ei nem zweiten Wechselwirkungsprozess mit einer Photodiode in elektrische Signale gewandelt werden.
  • Das Detektionselement kann ein elektronisches Bauelement zur elektrischen Signalverarbeitung der elektrischen Signale umfassen. Das elektronische Bauelement erzeugt bei dessen Betrieb in der Regel Verlustwärme. Zur Abführung der Verlustwärme und besonders effektiven Kühlung kann die Wärmeaustauschfläche mit dem Bauelement thermisch gekoppelt sein. Das bedeutet, dass das Kühlelement mittels der Federkraft mit der Wärmeaustauschfläche an das Bauelement gedrückt wird, und wodurch eine thermische Kontakt-Kopplung zwischen der Wärmeaustauschfläche und dem Bauelement hergestellt wird. Dabei kann eine Teilfläche der Wärmeaustauschfläche mit dem Bauelement und eine andere Teilfläche kann z. B. mit der Wandlerschicht gekoppelt sein.
  • Insbesondere zur mechanischen Stabilisierung oder zur Vereinfachung der Montage kann das Detektionselement einen zwischen der Wärmeaustauschfläche und der Wandlerschicht vorgesehenen Träger umfassen. Bei dem Träger kann es sich z. B. um ein Substrat handeln, auf welchem die Wandlerschicht und/oder das Bauelement angebracht sind/ist. Zumindest das Wandlerelement kann auf einer ersten Seite des Trägers angeordnet sein. Das Kühlelement kann auf einer der ersten Seite gegenüber liegenden zweiten Seite angeordnet und mit der Wärmeaustauschfläche an die zweite Seite thermisch gekoppelt sein. Das bedeutet, dass die Wärmeaustauschfläche an den Träger gedrückt wird, wobei eine Kühlung durch den Träger hindurch erfolgt. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Wandlerelement und das Bauelement übereinander liegen und eine Einheit ausbilden. Dabei ist vorzugsweise das in der Regel sich stärker erwärmende Bauelement an der ersten Seite des Trägers, gegenüberliegend zur Wärmeaustauschfläche angebracht. Es ist jedoch auch möglich, dass das Bauelement auf der zweiten Seite angebracht und mittels Bonddrähten und dgl. mit Kontakten der Wandlerschicht verbunden ist. In diesem Fall kann das Kühlelement mit der Wärmeaustauschfläche an das Bauelement ge drückt und mit diesem thermisch gekoppelt werden. Dabei ist es möglich, dass lediglich eine Teilfläche der Wärmeaustauschfläche an das Bauelement gedrückt wird. Die restliche Wärmeaustauschfläche kann thermisch an den Träger gekoppelt sein.
  • Damit die Wärmeaustauschfläche an den Träger und/oder an das Bauelement gedrückt wird, kann vorgesehen sein, dass die Federkraft zwischen dem Träger und dem Kühlelement wirkt.
  • Eine effektive Kühlung kann bei der einen Träger umfassenden Ausgestaltung dadurch erreicht werden, dass der Träger aus einem hoch wärmeleitenden Material, wie z. B. einem Keramikmaterial, hergestellt ist. Bei dem Keramikmaterial kann es sich z. B. um ein HTCC-(High Temperature Cofired Ceramic) oder ein LTCC-(Low Temperature Cofired Ceramic)Material handeln, welche besonders vorteilhafte Wärmeleitungseigenschaften aufweisen.
  • Der Träger und/oder das Kühlelement können/kann mittels eines Modulträgers gehalten werden. Dabei kann die Federkraft zwischen dem Modulträger und dem Kühlelement wirken. Zur Befestigung des Trägers am Modulträger kommen mechanische Verbindungen, wie z. B. Klebe-, Schraub, Rast- und/oder Steckverbindungen in Betracht, welche vorzugsweise eine genaue Ausrichtung des Trägers, und damit des Detektionselements, ermöglichen. Zur präzisen Ausrichtung können Ausrichtungselemente, wie z. B. Anschläge, Nut-Feder-Verbindungen, Ausnehmungen, Positionierstifte und dgl. vorgesehen sein.
  • Das Kühlelement kann ein passives Kühlelement umfassen. Passiv soll dabei bedeuten, dass eine Wärmeabfuhr durch Wärmeleitung, Wärmeabstrahlung, Wärmeübergang auf ein Kühlmedium, wie z. B. einen Kühlluftstrom, usw. erfolgt. Des Weitern kann das Kühlelement ein aktives Kühlelement umfassen. Aktiv soll dabei bedeuten, dass unter Aufwendung von Energie Kälte erzeugt wird. Vorteilhafter Weise ist das aktive Kühlelement zwischen dem passiven Kühlelement und dem Detektionselement angeordnet. Beispielsweise kann das aktive Kühlelement zwischen der Wandlerschicht, dem Träger oder dem Bauelement einerseits und dem passiven Kühlelement andererseits angeordnet sein. Dabei kann eine Oberfläche des aktiven Kühlelements zumindest einen Abschnitt der Wärmeaustauschfläche ausbilden. Durch das aktive Kühlelement kann eine effektive Kühlung erreicht werden. Insbesondere kann mittels des aktiven Kühlelements eine Temperaturregelung erfolgen, so dass die Temperatur zumindest der zu kühlenden Komponente im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Beispielhaft seien für das passive Kühlelement ein Kühlkörper, welcher vorzugsweise eine Vielzahl an Kühlrippen aufweist, und für das aktive Kühlelement ein Peltier-Element erwähnt.
  • Zur Verbesserung und Optimierung der Wärmekopplung kann zwischen dem Kühlelement und dem Detektionselement eine, insbesondere folienartige, Wärmeleitschicht angeordnet sein. Des Weiteren kann zwischen dem aktiven und dem passiven Kühlelement und/oder zwischen dem aktiven Kühlelement und dem Detektionselement eine, insbesondere folienartige, Wärmeleitschicht angeordnet sein. Die Wärmeleitschicht kann z. B. eine Wärmeleitfolie oder eine Wärmeleitpaste und dgl. umfassen.
  • Nach einer Weiterbildung des Kühlelements kann dieses, insbesondere das passive Kühlelement, eine Vertiefung aufweisen, in welcher die Wärmeleitschicht und/oder das aktive Kühlelement zumindest teilweise aufgenommen sind. Damit können einerseits eine Fixierung der Wärmeleitschicht bzw. des aktiven Kühlelements, und andererseits eine verbesserte Wärmekopplung erreicht werden.
  • Das passive Kühlelement kann zumindest einen sich entlang des Modulträgers erstreckenden Schenkel und einen an den Schenkel angrenzenden Wärmekopplungsabschnitt zur wärmeleitenden Kopplung an das Detektionselement und/oder das aktive Kühlelement umfassen. Ein derartiger Schenkel kann in einfacher Weise mit dem Modulträger thermisch gekoppelt werden. Bei Verwendung eines gut wärmeleitenden Modulträgers, z. B. eines Modulträ gers aus Metall, kann die Wärmeableitung weiter verbessert werden. Abgesehen davon kann der Schenkel dazu verwendet werden, das Kühlelement am Modulträger zu halten oder führen, wodurch die mechanische Stabilität, insbesondere bei Einwirkung äußerer Kräfte, wie z. B. Zentripetalkräfte bei einem Röntgen-Computertomografiegerät, verbessert werden kann.
  • Der Kühlkörper kann auch U-förmig, mit zwei sich beiderseits des Modulträgers erstreckenden Schenkeln ausgebildet sein. Damit können sowohl Kühlleistung als auch mechanische Stabilität weiter verbessert werden. Bei der U-förmigen Ausgestaltung kann der Wärmekopplungsabschnitt zwischen den Schenkeln, jeweils daran anschließend angeordnet sein.
  • Das Kühlelement kann mittels zumindest einer Führung schwimmend gelagert sein. Als Führung kommen z. B. eine Führungsschiene am Modulträger und/oder Träger in Betracht. Die Führung kann auch zumindest eine am Modulträger ausgebildete Ausnehmung zum schwimmenden Lagern des Kühlkörpers umfassen. Dabei kann die Ausnehmung eine zu den Schenkeln des Kühlkörpers korrespondierende Breite aufweisen, so dass zumindest ein Schenkel in dessen Längsrichtung schwimmend gelagert ist. Durch eine optimale schwimmende Lagerung kann ein Verkanten und Verklemmen des Kühlkörpers vermieden und die Wärmeaustauschfläche und das Detektionselement können durch die Federkraft optimal und gleichmäßig aneinander gedrückt werden. Als Führungen kommen auch Führungsstifte oder Führungsbolzen mit dazu korrespondierenden Führungslöchern in Betracht.
  • Zur Erzeugung der Federkraft kann zumindest eine Spiralfeder vorgesehen sein, wobei jedoch auch beliebige andere zur Erzeugung der Federkraft erzeugende Elemente in Frage kommen. Ferner kann eine Anpressschraubverbindung vorgesehen sein, welche derart ausgebildet ist, dass die Federkraft durch zusammenwirken der Anpressschraubverbindung mit einem die Federkraft erzeugenden Element einstellbar ist. Durch die Möglichkeit zur Einstellung der Federkraft können eine Vielzahl unterschiedlicher Randbedingungen erfüllt werden, ohne dass Änderungen des die Federkraft betreffenden Aufbaus des Detektormoduls erforderlich sind.
  • Ein zweiter Aspekt betrifft einen Strahlungsdetektor mit zumindest einem erfindungsgemäßen Detektormodul. Ein dritter Aspekt betrifft ein Tomografiegerät, insbesondere ein Röntgen-Computertomografiegerät mit dem Strahlungsdetektor nach dem zweiten Aspekt. Vorteile und vorteilhafte Wirkungen des Strahlungsdetektors und des Tomografiegeräts ergeben sich aus den Ausführungen zum ersten Aspekt der Erfindung.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Röntgen-Computertomografiegerät nach dem dritten Aspekt der Erfindung; und
  • 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Detektormoduls nach dem ersten Aspekt der Erfindung;
  • In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente durchwegs mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Darstellungen in den Figuren sind nicht maßstabsgetreu und Maßstäbe zwischen den Figuren können variieren. Auf das Röntgen-Computertomografiegerät und das Detektormodul wird im Folgenden nur insoweit eingegangen als es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist.
  • 1 zeigt ein Röntgen-Computertomografiegerät 1 nach dem dritten Aspekt der Erfindung. Das Röntgen-Computertomografiegerät 1 umfasst einen Patientenlagerungstisch 2 zur Lagerung eines zu untersuchenden Patienten 3. Der Röntgen-Computertomograf 1 umfasst ferner eine Gantry 4, in deren Gehäuse ein um eine Systemachse 5 drehbar gelagertes Röhren-Detektor-System aufgenommen ist. Das Röhren-Detektor-System umfasst eine Röntgenröhre 6 und einen dieser gegenüber liegend angeordneten Röntgendetektor 7. Im Betrieb geht von der Röntgenröhre 6 Röntgenstrahlung 8 in Richtung des Röntgendetektors 7 aus, welche mittels des Röntgendetektors 7 erfasst werden kann. Der Röntgendetektor 7 weist mehrere Detektormodule 7a nach dem ersten Aspekt der Erfindung auf. Bei den Detektormodulen 7a kann es sich um Direktwandlermodule, Szintillator-Photodioden-Module, oder auf anderen Wandlerprinzipien beruhende Detektormodule handeln.
  • Im Folgenden werden, ohne Einschränkung der Allgemeinheit, Ausführungsbeispiele mit Direktwandlermodulen behandelt. Es versteht sich, dass diesbezügliche Aussagen entsprechend auf andere Detektorarten übertragen werden können.
  • In 2 ist eine Explosionsdarstellung eines einzelnen Detektormoduls 7a dargestellt. Das Detektormodul 7a umfasst als Hauptkomponenten einen Modulträger 9, ein passives Kühlelement 10, ein aktives Kühlelement 11, einen Träger 12, ein Detektionselement mit einer pixelierten Wandlerschicht 13 mit daran angebrachten elektronischen Bauelementen 14 und einen Streustrahlungskollimator 15.
  • Der nicht weiter beschriebene Streustrahlungskollimator 15 ist mittels Schrauben 15a am Träger 12 entsprechend einer vorgegebenen Ausrichtung über der Wandlerschicht 13 befestigt.
  • Die Wandlerschicht 13 weist eine Vielzahl an nicht explizit dargestellten, matrixartig angeordneten Detektorpixeln auf. Die Detektorpixel werden – vereinfacht ausgedrückt – durch eine korrespondierende Vielzahl an Pixelelektroden gebildet. Die Pixelelektroden sind auf der vom Streustrahlungskollimator abgewandten Unterseite der Wandlerschicht angebracht. Auf der dem Streustrahlungskollimator zugewandten Oberseite der Wandlerschicht ist ein gemeinsamer Rückseitenkontakt angebracht. Mittels einer zwischen den Pixelelektroden und dem Rückseitenkontakt angelegten Spannung können durch ein Quantenabsorptionsereignis erzeugte Ladungen gesammelt und in elektrische Signale umgewandelt werden.
  • Die zur Verarbeitung der elektrischen Signale vorgesehenen Bauelemente 14 sind an der Unterseite der Wandlerschicht 13 angebracht. Die aus Wandlerschicht 13 und Bauelementen 14 ausgebildete Wandlereinheit ist auf einer, hier oben gelegenen, ersten Seite 12a des Trägers 12 angebracht, wobei die Bauelemente 14 dem Träger zugewandt sind. Seitlich ragt der Träger 12 an zwei gegenüberliegenden – hier links und rechts – gelegenen Stirnseiten über die Wandlereinheit hinaus. Im Bereich überstehender Abschnitte 12b sind an der Unterseite des Trägers mit Ausgängen der Bauelemente 14 verbundene elektrische Kontaktelemente 12c, z. B. Stecker mit Kontaktpins, sowie jeweils ein Zwischenträger 12d vorgesehen. Der Zwischenträger 12d weist an einem Ende einen umgekehrt u-förmigen Sattel 12e auf, welcher formschlüssig auf den Modulträger 9 aufgesetzt werden kann. Der Zwischenträger 12d dient u. a. als Abstandselement zur Beabstandung des Trägers 12 vom Modulträger 9. Der Zwischenträger 12d, und damit indirekt der Träger 12, ist mittels einer Klebeverbindung 9a auf einem brückenartigen Steg 9b des Modulträgers 9 befestigt. Neben oder an Stelle der Klebeverbindung 9a kommen auch beliebige andere Verbindungsarten in Betracht, wie z. B. Rast-, Steck-, Schraubverbindungen und dgl.
  • Zwischen den beiden Zwischenträgern 12d ist ein Kühlelement angeordnet, welches das aktive 11 und das passive Kühlelement 10 umfasst. Das aktive Kühlelement 11, bei welchem es sich z. B. um ein Peltier-Element handeln kann, ist in einer Vertiefung 10a des passiven Kühlelements 11 teilweise aufgenommen und ist dadurch relativ zum passiven Kühlelement 10 lagerichtig positioniert. Zum aktiven Kühlelement hin- bzw. wegführende Leitungen 11a sind lediglich andeutungsweise gezeigt.
  • Eine Wärmeaustauschfläche des aktiven Kühlelements 11, welche gleichzeitig eine Wärmeaustauschfläche des Kühlelements zur Kühlung der Wandlereinheit ausbildet ist, mit dem Bezugszeichen 11b bezeichnet.
  • Das passive Kühlelement 10 ist in der gezeigten Darstellung umgekehrt u-förmig und weist zwei Schenkel 10b auf. Die Schenkel 10b gehen in einen Wärmekopplungsabschnitt 10c über, in welchem die Vertiefung 10a vorgesehen ist.
  • Das passive Kühlelement 10 ist auf den brückenartigen Steg 9b aufgesetzt, wobei sich beiderseits des Modulträgers 9 jeweils ein Schenkel 10b befindet. Der Steg 9b weist Ausnehmungen 9c auf, welche eine zu den Schenkeln 10b korrespondierende Breite B aufweisen und zum Zwecke der Führung bzw. schwimmenden Lagerung des passiven Kühlelements 10 vorgesehen sind.
  • Auf der dem passiven Kühlelement 10 zugewandten Stirnseite des Stegs 9b sind zwei Durchgangsbohrungen 9d vorgesehen, in welche jeweils eine Spiralfeder 9e zumindest teilweise eingebracht ist. Von der dem passiven Kühlelement 10 abgewandten Stirnseite des Stegs sind Schrauben 9f in die Durchgangsbohrungen 9d eingeschraubt.
  • Mit dem oben beschriebenen Aufbau kann eine thermische Kopplung zwischen dem Kühlelement und dem Träger 12, und damit dem Wandlerelement, d. h. dem Bauelement 14 und der Wandlerschicht 13, wie folgt erfolgen:
    Durch Einschrauben der Schrauben 9f in die Durchgangsbohrungen 9d werden die Spiralfedern 9e an die Unterseite des Wärmekopplungsabschnitts 10c gedrückt. Weil der Träger 12 am Modulträger 9 befestigt ist, wird dadurch die Wärmeaustauschfläche 11b des aktiven Kühlelements 11 gegen den Träger 12 gedrückt. Durch Einschrauben der Schrauben 9f werden die Spiralfedern also komprimiert. Eine dadurch erzeugte Federkraft bewirkt, dass die Wärmeaustauschfläche 11b des Kühlelements und der Träger 12 aneinander gedrückt werden. Dadurch wird eine thermische Kontakt-Kopplung hergestellt, welche eine Kühlung der Wandlereinheit, d. h. des Bauelements 14 und der Wandlerschicht 13, ermöglicht. Zur Verbesserung der thermischen Kontakt-Kopplung können Wärmeleitfolien und dgl. zwischen dem Träger 12 und dem aktiven Kühlelement 11 und dem aktiven Kühlelement 11 und dem passiven Kühlelement 10 vorgesehen sein.
  • Indem das passive Kühlelement 10 schwimmend gelagert ist, kann erreicht werden, dass das aktive Kühlelement 11 mit der gesamten Wärmeaustauschfläche 11b gleichmäßig an den Träger 12 gedrückt wird. Des Weiteren kann mittels der Schrauben die Stärke der Kompression der Spiralfedern 9e und damit die Andrückkraft derart eingestellt werden, dass eine bestmögliche thermische Kopplung erreicht wird. Da aktive Kühlelemente 11, wie z. B. Peltier-Elemente, in der Regel bruchempfindlich sind, kann durch geeignete Einstellung der Kompression der Spiralfedern eine Beschädigung der aktiven Kühlelementen vermieden werden. Gleiches gilt für das Bauelement 14, wenn dieses – abweichend von in 2 – auf einer der Oberseite 12a gegenüber liegenden Unterseite des Trägers 12 angebracht ist, und die Wärmeaustauschfläche 11b an das Bauelement 14 gedrückt wird.
  • Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Kontakt-Kopplung mittels Federkraft besteht darin, dass das passive Kühlelement 10 oder weitere Komponenten des Detektormoduls 7a in einfacher Weise ausgetauscht werden können.
  • Zur weiteren Verbesserung der Kühlleistung des Kühlelements, können die Schenkel 10b des passiven Kühlelements 10 mit dem Modulträger 9 thermisch gekoppelt werden. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Modulträger 9 aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, wie z. B. Metall, und/oder einem Material mit hoher Wärmekapazität hergestellt ist.
  • Eine weitere Verbesserung der Kühlleistung kann dadurch erreicht werden, dass Kühlrippen auf den Schenkeln 10b vorgesehen sind. Zumindest das passive Kühlelement 10 kann durch vorbeileiten eines Kühlmediums, vorzugsweise eines Kühlluftstroms, gekühlt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Träger 12 aus einem hoch wärmeleitenden Material, d. h. einem Material mit geringem Wärmewiderstand hergestellt ist. In Frage kommen dafür z. B. Keramiken, insbesondere HTC- oder LTC-Keramiken.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt die Federkraft zwischen dem Modulträger 9 und dem passiven Kühlelement 10. Durch andersartige Ausgestaltung des Kühlelements und Trägers 12 kann auch erreicht werden, dass die Federkraft zwischen dem Träger 12 und dem Kühlelement wirkt. Dazu können z. B. die Spiralfedern 9e zwischen dem passiven Kühlelement 10 und dem Träger 12 angeordnet werden, wobei zur Kompression der Spiralfedern 9f den Träger 12 durchgreifende Schrauben von oben in das passive Kühlelement 10 geschraubt werden.
  • Insgesamt wird deutlich, dass die erfindungsgemäße Lösung eine effektive thermische Kopplung bei gleichzeitig einfachem Aufbau ermöglicht. Ferner kann eine einfache Montage und ein einfacher Austausch von Defekten Komponenten sichergestellt werden.

Claims (25)

  1. Detektormodul (7a) zur Erfassung von Strahlung, insbesondere Röntgen- (8) oder Gammastrahlung, umfassend zumindest ein Detektionselement (12, 13, 14) mit einem Wandlerelement (13) zur Wandlung der Strahlung (8) in elektrische Signale und ein Kühlelement (10, 11), welches, zur thermischen Kopplung, mittels Federkraft mit einer Wärmeaustauschfläche (11b) an das Detektionselement (12, 13, 14) gedrückt wird.
  2. Detektormodul (7a) nach Anspruch 1, wobei das Wandlerelement (13) derart ausgebildet ist, dass damit die Strahlung (8) unmittelbar in einem einstufigen Wechselwirkungsprozess in elektrische Ladungen als Grundlage der elektrischen Signale gewandelt wird.
  3. Detektormodul (7a) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Detektionselement (12, 13, 14) ein elektronisches Bauelement (14) zur elektrischen Signalverarbeitung der elektrischen Signale umfasst, und wobei die Wärmeaustauschfläche (11b) mit dem Bauelement (14) thermisch gekoppelt ist.
  4. Detektormodul (7a) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Detektionselement (12, 13, 14) einen zwischen der Wärmeaustauschfläche (11b) und dem Wandlerelement (13) vorgesehenen Träger (12) umfasst, wobei auf einer ersten Seite (12a) des Trägers (12) zumindest das Wandlerelement (13) und das Kühlelement (10, 11) auf einer der ersten Seite (12a) gegenüberliegenden zweiten Seite des Trägers (12) angeordnet sind, wobei die Wärmeaustauschfläche (11b) mit der zweiten Seite des Trägers (12) thermisch gekoppelt ist.
  5. Detektormodul (7a) nach Anspruch 3, wobei ein Träger (12) zwischen dem Wandlerelement (13) und dem Bauelement (14) angeordnet ist und die Wärmeaustauschfläche (11b) mit dem Bauelement (14) und/oder der dem Wandlerelement (13) abgewandten Seite des Trägers (12) thermisch gekoppelt ist.
  6. Detektormodul (7a) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Federkraft zwischen dem Träger (12) und dem Kühlelement (10) wirkt.
  7. Detektormodul (7a) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Träger (12) aus einem wärmeleitenden Keramikmaterial hergestellt ist.
  8. Detektormodul (7a) nach Anspruch 7, wobei es sich bei dem Keramikmaterial um ein HTCC oder ein LTCC Material handelt.
  9. Detektormodul (7a) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der Träger (12) und/oder das Kühlelement (10, 11) mittels eines Modulträgers (9) gehalten werden, und wobei die Federkraft zwischen dem Modulträger (9) und dem Kühlelement (10, 11) wirkt.
  10. Detektormodul (7a) nach Anspruch 9, wobei der Träger (12) mittels einer Klebe- (9a), Schraub, Rast- und/oder Steckverbindung am Modulträger (9) befestigt ist.
  11. Detektormodul (7a) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Kühlelement (10, 11) ein passives Kühlelement (10) und ein zwischen dem passiven Kühlelement (10) und dem Detektionselement (12, 13, 14) angeordnetes, aktives Kühlelement (11) umfasst.
  12. Detektormodul (7a) nach Anspruch 11, wobei das passive Kühlelement (10) einen Kühlrippen aufweisenden Kühlkörper und das aktive Kühlelement (11) ein Peltier-Element umfassen.
  13. Detektormodul (7a) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei zwischen dem Kühlelement (10, 11) und dem Detektionselement (12, 13, 14) eine Wärmeleitschicht (16) angeordnet ist.
  14. Detektormodul (7a) nach Anspruch 11, wobei zwischen dem aktiven (11) und dem passiven Kühlelement (10) und/oder zwischen dem aktiven Kühlelement (11) und dem Detektionselement (12, 13, 14) eine Wärmeleitschicht (16) angeordnet ist.
  15. Detektormodul (7a) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das passive Kühlelement (10) eine Vertiefung (10a) aufweist, in welcher die Wärmeleitschicht (16) und/oder das aktive Kühlelement (11) zumindest teilweise aufgenommen sind/ist.
  16. Detektormodul (7a) nach Anspruch 11, wenn abhängig von Anspruch 9, wobei das passive Kühlelement (10) zumindest einen sich entlang des Modulträgers (9) erstreckenden Schenkel (10b) und einen an den Schenkel (10b) angrenzenden Wärmekopplungsabschnitt (10c) umfasst.
  17. Detektormodul (7a) nach Anspruch 16, wobei der Kühlkörper U-förmig, mit zwei sich beiderseits des Modulträgers (9) erstreckenden Schenkeln (10b) ausgebildet ist, und wobei der Wärmekopplungsabschnitt (10c) zwischen den Schenkeln (10b) angeordnet ist.
  18. Detektormodul (7a) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Kühlelement (10, 11) mittels zumindest einer Führung (9c) schwimmend gelagert ist.
  19. Detektormodul (7a) nach Anspruch 18, wenn abhängig von Anspruch 9, wobei die Führung zumindest eine am Modulträger (9) ausgebildete Ausnehmung (9c) zum schwimmenden Lagern des Kühlelements (10) umfasst.
  20. Detektormodul (7a) nach Anspruch 19, wobei die Ausnehmung (9c) derart ausgebildet ist, dass darin zumindest einer der Schenkel (10b) in dessen Längsrichtung schwimmend gelagert ist.
  21. Detektormodul (7a) nach Anspruch 19, wobei die Führung Führungsstifte umfasst.
  22. Detektormodul (7a) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei zur Erzeugung der Federkraft zumindest eine Spiralfeder (9e) vorgesehen ist.
  23. Detektormodul (7a) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Federkraft mittels einer Anpressschraubverbindung (9d, 9f) einstellbar ist.
  24. Strahlungsdetektor (7), umfassend zumindest ein Detektormodul (7a) nach einem der Ansprüche 1 bis 23.
  25. Tomografiegerät, insbesondere Röntgen-Computertomografiegerät (1), umfassend einen Strahlungsdetektor (7) nach Anspruch 24.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015000290A (ja) * 2013-06-18 2015-01-05 浜松ホトニクス株式会社 放射線検出モジュール及び放射線検出ユニット
US11726220B2 (en) * 2021-01-19 2023-08-15 Analogic Corporation Radiation detectors for scanning systems, and related scanning systems

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6825472B2 (en) * 2000-06-27 2004-11-30 Canon Kabushiki Kaisha Radiation imaging system
DE102004042365A1 (de) * 2003-09-12 2005-04-14 Siemens Ag Röntgendetektor
DE102004058299A1 (de) * 2003-12-02 2005-07-07 GE Medical Systems Global Technology Company, LLC, Waukesha Verfahren und Vorrichtung zum Wärmemanagement von CT-Elektronik
US20060241386A1 (en) * 2005-03-31 2006-10-26 Norihito Yanagita Radiological imaging apparatus and cooling method of same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6825472B2 (en) * 2000-06-27 2004-11-30 Canon Kabushiki Kaisha Radiation imaging system
DE102004042365A1 (de) * 2003-09-12 2005-04-14 Siemens Ag Röntgendetektor
DE102004058299A1 (de) * 2003-12-02 2005-07-07 GE Medical Systems Global Technology Company, LLC, Waukesha Verfahren und Vorrichtung zum Wärmemanagement von CT-Elektronik
US20060241386A1 (en) * 2005-03-31 2006-10-26 Norihito Yanagita Radiological imaging apparatus and cooling method of same

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