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Hintergrund der Erfindung
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Der
hierin offenbarte Gegenstand bezieht sich auf eine Computertomographie(CT)-Detektoreinrichtung,
die ein Wärmerohr
bzw. Heatpipe enthält.
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In
CT-Systemen sendet typischerweise eine Röntgenstrahlungsquelle ein Röntgenstrahlenbündel auf
einen Gegenstand oder ein Objekt aus, wie z. B. einen Patienten
oder ein Gepäckstück, der
bzw. das auf einer Haltevorrichtung angeordnet ist. Nachdem das
Röntgenstrahlenbündel durch
das Objekt abgeschwächt
worden ist, trifft es auf eine Detektoranordnung auf. Die Intensität des abgeschwächten Röntgenstrahlenbündels, das
an der Detektoranordnung empfangen wird, ist typischerweise von
der Abschwächung
des Röntgenstrahlenbündels durch
das Objekt abhängig.
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Bei
bekannten CT-Systemen der dritten Generation werden die Röntgenstrahlungsquelle
und die Detektoranordnung an einem drehbaren Gantrybereich um das
abzubildende Objekt herum gedreht, so dass sich der Gantrywinkel,
unter dem das Röntgenstrahlenbündel das
Objekt schneidet, ständig ändert. Die
Detektoranordnung enthält
typischerweise mehrere Detektormodule. Jedes Detektormodul ist typischerweise
in eine Anzahl von Detektorelementen unterteilt. Über einen
Bereich von Gantrywinkeln werden Daten gesammelt, die die Intensität des empfangenen
Röntgenstrahlenbündels an
jedem einzelnen der Detektorelemente wiedergeben. Die Daten werden
schließlich
verarbeitet, um ein Bild zu erstellen.
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Die
elektronischen Bauelemente erzeugen Wärme, die durch vielfältige Wirkungsmechanismen eine
Verschlechterung der Bildqualität
hervorrufen kann. Zum Beispiel ist die Verstärkung einer Fotodiodenschicht
in dem Detektormodul in hohem Maße temperaturabhängig, und
ein Betrieb der Fotodiodenschicht bei einer zu hohen Temperatur
kann zu Bildartefakten, wie etwa Flecken oder Ringen führen. Das
Ausmaß der
Leckage von Pixel zu Pixel zwischen Fotodioden nimmt ebenfalls mit
der Temperatur zu. Ein hohes Maß an
Leckage von Pixel zu Pixel beeinflusst das Signal/Rausch-Verhältnis nachteilig und
kann zu einer verringerten Bildqualität führen. Ein Anstieg der Temperatur
des Detektormoduls kann auch zu Problemen bei der mechanischen Ausrichtung
der Detektoranordnung und eines Kollimators führen. CT-Bildgebungssysteme der dritten Generation
sind auf einen genau ausgerichteten Kollimator angewiesen, um gestreute
Röntgenstrahlung wirksam
abzufangen. Die mechanische Ausrichtung der Detektoranordnung und
des Kollimators kann sich jedoch ändern, wenn die Temperatur
aus einem optimalen Betriebsbereich hinaus ansteigt. Wenn der Kollimator
nicht richtig auf die Detektoranordnung ausgerichtet ist, können weitere
Bildartefakte die Folge sein.
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Das
Problem besteht darin, dass eine übermäßige Wärme in der Detektoranordnung
zu Bildartefakten aufgrund vielfältiger
Ursachen führen
kann, die Bilder von einer verminderten Qualität zur Folge haben.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die
oben genannten Unzulänglichkeiten, Nachteile
und Probleme werden hierin aufgegriffen, wie beim Lesen und Verstehen
der folgenden Beschreibung erkannt wird.
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In
einer Ausführungsform
enthält
eine Computertomographiedetektoreinrichtung ein Substrat, das einen
vertieften Bereich aufweist. Die Einrichtung enthält ein Wärmerohr,
das wenigstens teilweise in dem vertieften Bereich angeordnet ist,
und die Einrichtung weist auch ein elektronisches Bauelement auf,
das an dem Substrat angebracht ist.
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In
einer anderen Ausführungsform
enthält eine
Computertomographiedetektoreinrichtung eine Schiene und ein Substrat,
das einen vertieften Bereich aufweist und an der Schiene angebracht
ist. Die Einrichtung enthält
ein elektronisches Bauelement, das an dem Substrat angebracht ist.
Die Einrichtung enthält
auch ein Wärmerohr,
das über
ein thermisches Verbindungsmaterial an dem Substrat befestigt und
wenigstens teilweise innerhalb des vertieften Bereiches angeordnet
ist.
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In
einer anderen Ausführungsform
enthält eine
Einrichtung zum Regeln der Temperatur eines Computertomographiedetektors
ein Wärmerohr
und ein Substrat in thermischer Verbindung mit dem Wärmerohr.
Das Substrat ist dazu eingerichtet, ein elektronisches Bauelement
zu haltern. Die Einrichtung enthält
auch eine Schiene, die an dem Substrat angebracht ist, und ein flüssiges Kühlmittel
in thermischer Verbindung mit der Schiene.
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Verschiedene
weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung sind für Fachleute
aus den beigefügten
Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung derselben ersichtlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung, die ein Computertomographiesystem
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
zeigt;
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2 ist
eine schematische Darstellung, die einen Querschnitt einer Detektoranordnung
zeigt, die gemäß einem
Ausführungsbeispiel
an einem Paar von Schienen angebracht ist; und
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3 ist
eine schematische Darstellung, die einen Querschnitt einer Detektoranordnung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen im Wege
der Darstellung bestimmte Ausführungsbeispiele
gezeigt sind, die in die Praxis umgesetzt werden können. Diese
Ausführungsbeispiele
sind in ausreichender Genauigkeit beschrieben, um Fachleute in die
Lage zu versetzen, die Ausführungsbeispiele
in die Praxis umzusetzen, wobei erkannt werden muss, dass auch andere
Ausführungsformen
verwendet werden können
und dass logische, mechanische, elektrische und andere Abwandlungen
vorgenommen werden können,
ohne von dem Bereich der Ausführungsformen
abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung darf daher nicht
als eine Beschränkung
des Bereiches der Erfindung verstanden werden.
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Unter
Bezug auf 1: Es ist eine schematische
Darstellung eines Computertomographie(CT)-Systems 10 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
gezeigt. Das CT-System 10 enthält eine Gantry 12,
einen drehbaren Gantrybereich 14 und eine Haltevorrichtung 16.
Der drehbare Gantrybereich 14 ist dazu eingerichtet, eine
Röntgenstrahlungsquelle 18 und
eine Detektoranordnung 20 zu enthalten. Die Röntgenstrahlungsquelle 18 ist
dazu eingerichtet, ein Röntgenstrahlenbündel 22 auf
die Detektoranordnung 20 auszusenden. Die Detektoranordnung 20 besteht
aus einer Anzahl von (nicht gezeigten) Detektormodulen. Die Haltevorrichtung 16 ist
dazu eingerichtet, ein zu untersuchendes Objekt 24 zu tragen. Im
Anschluss hieran sollen die Ausdrücke „Gegenstand” und „Objekt” alles
umfassen, was dazu geeignet ist, abgebildet zu werden. Die Haltevorrichtung 16 ist
dazu in der Lage, das Objekt 24 entlang einer z-Richtung
bezogen auf die Gantry 12 zu verschieben, wie es durch
eine Koordinatenachse 26 bezeichnet ist.
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Unter
Bezug auf 2: Es ist eine schematische
Darstellung eines Querschnitts der Detektoranordnung 20,
die an einem Paar von Schienen 28 angebracht ist, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
gezeigt. Für
die Zwecke dieser Offenbarung entspricht die radial nach innen gerichtete
Richtung in der Detektoranordnung 20 der Richtung nach
oben in 2. Die Detektoranordnung 20 weist
ein Substrat 30, einen Szintillator 32, eine Fotodiodenschicht 34, eine
Anzahl elektronischer Bauelemente 36 und eine flexible
Schaltung bzw. Flexschaltung 38 auf. Das Substrat 30 kann
eine Keramik, wie etwa Aluminiumoxid oder ein anderes angemessen
starres Material enthalten. Der Szintillator 32, die Fotodiodenschicht 34,
die mehreren elektronischen Bauelemente 36 und die Flexschaltung 38 sind
an dem Substrat 30 angebracht. Der Szintillator 32 wandelt
empfangene Röntgenstrahlung
in sichtbares Licht um. Die Fotodiodenschicht 34 ist radial
auswärts
von dem Szintillator 32 angeordnet und wandelt das sichtbare
Licht von dem Szintillator 32 in ein elektrisches Signal
um. Die mehreren elektronischen Bauelemente 36 können ein
oder mehrere Elemente aus der folgenden, nicht beschränkenden
Liste enthalten: einen (nicht gezeigten) Analog-Digital-Wandler zum Umwandeln der analogen
elektrischen Signale von der Fotodiode in digitale Signale, ein
(nicht gezeigtes) Field Programmable Gate Array (FPGA) und einen
(nicht gezeigten) Leistungsregler. Der Analog-Digital-Wandler, das
Field Programmable Gate Array und der Leistungsregler sind Fachleuten
wohlbekannt. Wie in 2 gezeigt, können die meh reren elektronischen Bauelemente 36 sowohl
auf der radial inneren Seite 40 als auch auf der radial äußeren Seite 42 des
Substrats 30 angebracht sein. Die Flexschaltung 38 verbindet
die elektronischen Bauelemente 36, wie etwa den Analog-Digital-Wandler,
den Leistungsregler und das Field Programmable Gate Array.
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In
dem Substrat in der Querschnittsansicht aus 2 ist ein
Wärmerohr 44 gezeigt.
Gemäß einer
Ausführungsform
enthält
das Wärmerohr 44 ein abgedichtetes
hohles Rohr, das zum Aufbewahren eines Arbeitsfluids und eines Dochtes
eingerichtet ist. Das Arbeitsfluid weist allgemein einen in flüssiger Phase
vorliegenden Teil und einen in gasförmiger Phase vorliegenden Teil
auf. Das Wärmerohr 44 überträgt Wärme von
einem Abschnitt des Wärmerohrs 44 mit
hoher Temperatur zu einem Abschnitt des Wärmerohrs 44 mit niedriger
Temperatur. In dem flüssigen
Teil nimmt das Arbeitsfluid Wärme
von dem Abschnitt des Wärmerohrs 44 mit
hoher Temperatur auf und durchläuft
einen Phasenübergang
zu dem in gasförmiger
Phase vorliegenden Arbeitsfluidanteil. Der gasförmige Teil des Arbeitsfluids
wandert zu dem Abschnitt des Wärmerohrs 44 mit
niedriger Temperatur, wo er wieder zur flüssigen Phase kondensiert, wobei
er Wärme
abgibt. Der flüssige
Teil des Arbeitsfluids strömt
zu dem Abschnitt des Wärmerohrs 44 mit
hoher Temperatur zurück,
indem er sich durch Kapillarwirkung den Docht entlang bewegt. Wärmerohre
sind Fachleuten wohlbekannt und können auch andere als die in
den 2 und 3 gezeigten Formen aufweisen.
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Gemäß dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel überspannt
das Wärmerohr 44 beide Schienen 28.
Das Wärmerohr 44 transportiert
von den elektronischen Bauelementen 36 erzeugte Wärme zu beiden
Schienen 28. Es sollte erkannt werden, dass alternative
Ausführungsformen
auch mehrere Wärmerohre 44 be nutzen
könnten,
von denen jedes Wärmerohr 44 nur
in eine einzige Richtung Wärme überträgt.
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Weil 2 eine
Querschnittsansicht ist, ist nur ein Wärmerohr 44 sichtbar.
Die Ausführungsformen
können
jedoch auch zwei oder mehr Wärmerohre 44 enthalten,
um beim Kühlen
der Detektoranordnung 20 zu helfen. Weil die Detektoranordnung 20 an dem
(in 1 gezeigten) drehbaren Gantrybereich 14 angebracht
ist und einer Zentrifugalbeanspruchung ausgesetzt ist, wenn das
(in 1 gezeigte) CT-System 10 dabei ist, aufzunehmen,
kann es vorteilhaft sein, das Wärmerohr 44 so
anzuordnen, dass sich sowohl der Hochtemperaturabschnitt des Wärmerohrs 44 als
auch der Niedertemperaturabschnitt des Wärmerohrs 44 im Wesentlichen
in dem gleichen radialen Abstand von der Drehachse des drehbaren Gantrybereichs 14 befinden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann das Wärmerohr 44 wahlweise
elektrisch durch eine Buchse 46 oder eine andere Form einer
elektrischen Verbindung mit der Schiene 28 verbunden sein.
Die Buchse 46 dient dazu, das Wärmerohr 44 elektrisch zu
erden. Wenn eine Ausführungsform
keine Buchse 46 enthält,
kann es dennoch wichtig sein, das Wärmerohr 44 auf eine
andere Art elektrisch zu erden, so dass das Wärmerohr 44 nicht als
Antenne wirkt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
kann das (in 1 gezeigte) CT-System 10 ein
flüssiges
Kühlmittel 48 verwenden,
um Wärme
von den Schienen 28 abzuführen. Zum Beispiel kann jede
Schiene 48 wahlweise einen Durchgang 50 zur Aufnahme
des flüssigen
Kühlmittels 48 bilden.
Das flüssige
Kühlmittel 48 würde durch
den Durchgang 50 hindurch strömen und Wärme von der Schiene 28 aufnehmen.
Obwohl es in 2 nicht gezeigt ist, bildet
der Durchgang 50 einen Teil eines Flüssigkeitskühlkreislaufs. Nach der Aufnahme
der Wärme
von der Schiene 28 bewegt sich das flüssige Kühlmittel 48 zu einem (nicht
gezeigten) Wärmetauscher.
Das flüssige
Kühlmittel 48 gibt
Wärme an
den Wärmetauscher
ab, bevor es durch den von der Schiene gebildeten Durchgang 50 zurück fließt. Es sollte
erkannt werden, dass der Kühlkreis
gemäß weiteren
Ausführungsformen auch
anders ausgebildet sein kann. Ferner können weitere Ausführungsbeispiele
auch keinen Flüssigkeitskühlkreislauf
verwenden. Stattdessen können sie
die Wärme
von jeder Schiene 28 durch andere Mechanismen, wie etwa
Umluftkühlung
abführen, wie
sie Fachleuten wohl bekannt ist.
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Unter
Bezug auf 3: Es ist eine schematische
Querschnittsansicht gemäß einem
Ausführungsbeispiel
gezeigt, die entlang des Schnittes A-A in 2 aufgenommen
ist. Gemeinsame Elemente in den 2 und 3 weisen
die gleichen Bezugszeichen auf.
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Der
Szintillator 32 und die Fotodiodenschicht 34 sind
auf der Flexschaltung 38 an der radial inneren Seite 40 des
Substrats 30 angebracht. Gemäß einer Ausführungsform
ist das Substrat im Querschnitt im Wesentlichen I-förmig, wie
es in 3 gezeigt ist. Das Substrat sollte steif sein,
um eine Bewegung des Szintillators 32 und der Fotodiodenschicht 34 während der
Aufnahme zu minimieren. Weiterhin sollte das Substrat 30 aufgrund
der hohen Beschleunigung, die durch die Rotation des (in 1 gezeigten) drehbaren
Gantrybereichs 14 hervorgerufen wird, leicht sein. Die
Ausführung
des Substrats 30 mit einem im Wesentlichen I-förmigen Querschnitt
hilft beim Erreichen dieser beiden Ziele. Es sollte jedoch erkannt
werden, dass es auch möglich
wäre, ein
Substrat 30, das die Steifigkeits- und Gewichtskriterien erfüllt, mit
entweder einem im Wesentlichen I-förmigen Querschnitt,
der sich von dem in 3 gezeigten unterscheidet, oder
mit einem Querschnitt von einer ganz anderen Form zu gestalten.
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In
der in 3 gezeigten Ausführungsform bildet das Substrat
einen vertieften Bereich 52 zum Befestigen jeweils eines
der Wärmerohre 44.
Die Wärmerohre 44 passen
vollständig
in die vertieften Bereiche 52, die in dem Substrat 30 ausgebildet
sind, und werden mit einem thermischen Verbindungsmaterial 54 an
ihrem Platz gehalten. Das thermische Verbindungsmaterial 54 befestigt
die Wärmerohre 44 an
dem Substrat 30 und leitet Wärme von dem Substrat 30 zu
dem Wärmerohr 44.
Gemäß einer
Ausführungsform
kann das thermische Verbindungsmaterial 54 ein Epoxid oder
ein Lot sein. Es ist wichtig, zu erkennen, dass nicht alle Ausführungsformen
der Erfindung ein thermisches Verbindungsmaterial 54 aufweisen
müssen.
Zum Beispiel kann der vertiefte Bereich 46 so geformt sein,
dass er das Wärmerohr 44 ohne
Bedarf an einem thermischen Verbindungsmaterial 54 mit
Hafteigenschaften festhält.
Ein Beispiel dafür
umfasst ein Substrat mit einem zylindrischen vertieften Bereich,
der dazu eingerichtet ist, das Wärmerohr 44 durch
eine Presspassung zu fixieren. Weitere Ausführungsformen können ein
Verschweißen oder
Verlöten
des Wärmerohrs 44 mit
dem Substrat 30 enthalten. Für die Zwecke dieser Offenbarung
umfasst der Ausdruck „vertiefter
Bereich” auch
hohle Bereiche des Substrats 30, die geeignet wären, den vollständigen Umfang
des Wärmerohrs 44 zu
umschließen.
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3 stellt
schematisch dar, wie die Flexschaltung 38 gemäß einer
Ausführungsform
den Umfang des Substrats 30 im Wesentlichen umschlingt. Die
Flexschaltung 38 verbindet die elektronischen Bauelemente 36 auf
der radial inneren Seite 40 des Substrats mit den elektronischen
Bauelementen 36 auf der radial äußeren Seite 42 des
Substrats. Gemäß einer
Ausführungsform
fügt sich
die Flexschaltung 38 teilweise in die vertieften Bereiche 52 ein,
die von dem Substrat 30 gebildet werden. Gemäß der in 3 gezeigten
Ausführungsform
ist die Flexschaltung 38 an dem thermischen Verbindungsmaterial 54 befestigt.
Gemäß weiterer
Ausführungsbeispielen kann
die Flexschaltung 38 auch direkt an dem Wärmerohr 44 angebracht
sein. Der vertiefte Bereich 52, der von dem Substrat 30 gebildet
wird, kann bei der Herstellung der Detektormodule Vorteile bieten. Wenn
die Flexschaltung 38 zuerst sowohl mit der radial inneren
Seite 40 des Substrats als auch mit der radial äußeren Seite 42 des
Substrats verbunden wird, kann der vertiefte Bereich 52 zum
Beispiel einen Durchhang aufnehmen, der in der Flexschaltung 38 erhalten
bleibt. Durch Aufnahme des Durchhangs in der Flexschaltung 38 lockert
der vertiefte Bereich 52 die Toleranzanforderungen sowohl
für das
Substrat 30 als auch für
die Flexschaltung 38. Gemäß weiterer Ausführungsformen
kann die Flexschaltung 38 elektrisch mit dem Wärmerohr 44 verbunden
sein, oder die Flexschaltung 38 kann elektrisch mit dem thermischen
Verbindungsmaterial 54 verbunden sein, um das Wärmerohr 44 elektrisch
zu erden.
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Eine
Computertomographiedetektoreinrichtung ist hierin offenbart. Die
Computertomographiedetektoreinrichtung enthält ein Substrat 30,
das einen vertieften Bereich 52 aufweist. Die Computertomographiedetektoreinrichtung
enthält
auch ein Wärmerohr 44,
das wenigstens teilweise innerhalb des vertieften Bereichs 52 angeordnet
ist. Die Computertomographiedetektoreinrichtung enthält auch
ein elektronisches Bauelement 36, das an dem Substrat 30 angebracht
ist.
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Diese
schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung
zu offenbaren, die die beste Art enthalten und einen Fachmann auch
in die Lage versetzen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, einschließlich der
Herstellung und des Gebrauchs von Vorrichtungen und Systemen sowie
der Durchführung
enthaltender Verfahren. Der patentierbare Bereich der Erfindung
ist durch die Ansprüche festgelegt
und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten einfallen.
Es ist beabsichtigt, dass derartige weitere Beispiele innerhalb
des Bereiches der Ansprüche
liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die nicht von
dem Wortlaut der Ansprüche abweichen,
oder wenn sie äquivalente
strukturelle Elemente mit unwesentlichen Abweichungen vom Wortlaut
der Ansprüche
enthalten.
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1
- 10
- Computertomographiesystem
- 12
- Gantry
- 14
- Drehbarer
Gantrybereich
- 16
- Haltevorrichtung
- 18
- Röntgenstrahlungsquelle
- 20
- Detektoranordnung
- 22
- Röntgenstrahlenbündel
- 24
- Objekt
- 26
- Koordinatenachse
-
2
- 20
- Detektoranordnung
- 28
- Schiene
- 30
- Substrat
- 32
- Szintillator
- 34
- Fotodiodenschicht
- 36
- Elektronisches
Bauelement
- 38
- Flexible
Schaltung (Flexschaltung)
- 40
- Radial
innere Seite
- 42
- Radial äußere Seite
- 44
- Wärmerohr
- 46
- Buchse
- 48
- Flüssiges Kühlmittel
- 50
- Durchgang
-
3
- 30
- Substrat
- 32
- Szintillator
- 34
- Fotodiodenschicht
- 36
- Elektronisches
Bauelement
- 38
- Flexible
Schaltung (Flexschaltung)
- 40
- Radial
innere Seite
- 42
- Radial äußere Seite
- 44
- Wärmerohr
- 52
- Vertiefter
Bereich
- 54
- Thermisches
Verbindungsmaterial