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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für
eine Sensoreinheit eines Röntgendetektors, insbesondere
für einen Computertomographen.
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Ein
Computertomograph (CT) umfasst üblicherweise eine sogenannte
Gantry, an welcher eine Röntgenstrahlenquelle (Röntgenröhre)
und dieser radial gegenüberliegend ein (Röntgen-)Detektor
angebracht ist. Bestimmungsgemäß rotiert die Gantry
um ein zu durchleuchtendes Objekt, wobei die ausgesandte und bei
der Durchleuchtung des Objektes modifizierte Röntgenstrahlung
mit dem Detektor detektiert wird.
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Der
Detektor ist in der Regel aus mehreren einzelnen Detektormodulen
aufgebaut. Jedes Detektormodul umfasst eine Sensoreinheit, die wiederum aus
einem Szintillator zur Umwandlung der Röntgenstrahlung
in sichtbares Licht und Fotodioden zur Detektion dieses Lichts gebildet
ist. Der Szintillator ist normalerweise aus einer Vielzahl von Szintillatorpixeln,
meist in Form von quaderförmigen Elementen aus einem szintillierenden
Material, gebildet. Die Szintillatorpixel sind üblicherweise
in einem Array, also in einer nach Art eines Schachbrettmusters
in Reihen und Spalten angeordneten Matrix, angeordnet. Zwischen
den einzelnen Pixeln sind jeweils schmale, mit einem Licht reflektierenden
und/oder absorbierenden Material verfüllte Zwischenräume (sogenannte
Septen) gebildet, die dazu dienen, die einzelnen Pixel strahlungstechnisch
gegeneinander abzugrenzen. Ein Verfahren zur Her-stellung eines solchen
Szintillators ist beispielsweise aus
DE 198 49 772 A1 bekannt. Danach werden zunächst
längliche Szintillatorelemente parallel zueinander neben-
und übereinander geschichtet und unter Bildung der Septen
zu einem Block verklebt. Anschließend wird der Block derart
quer zu der Längserstreckung der Szintillatorelemente in
Scheiben geschnitten, dass die einzelnen Scheiben die gewünschte
Arraystruktur aufweisen.
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Jedem
Szintillatorpixel ist im Rahmen der Sensoreinheit eine Fotodiode
zugeordnet. Diese Fotodioden sind in einer herkömmlichen
Sensoreinheit – wie beispielweise in
DE 10 2005 014 187 A1 beschrieben – in
einem der Pixelstruktur des Szintillators angepassten Array angeordnet,
welches auf die von der Röntgenröhre abgewandte
Außenseite des Szintillators aufgesetzt ist.
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Häufig
sind die einzelnen Sensoreinheiten in einer einzigen Zeile auf einem
Kreissegment der Gantry gegenüber der Röntgenröhre
angeordnet. Um bei der Detektion der Röntgenstrahlen eine
möglichst große Fläche abzudecken – und
hierdurch die Untersuchungszeit und somit die Strahlenbelastung für
den Patienten zu reduzieren – ist mitunter vorgesehen,
dass die einzelnen Sensoreinheiten in mehreren Zeilen (in Axialrichtung
der Gantry nebeneinander) zu einer Zylinderteilfläche zusammengesetzt sind.
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Jedes
Detektormodul umfasst in der Regel weiterhin jeweils eine Leiterplatine
mit einer signalverarbeitenden Ausleseelektronik zur Kontaktierung der
Fotodioden. Der Flächenbedarf der Ausleseelektronik ist
jedoch normalerweise wesentlich größer als die
jeweils zugeordnete Sensorfläche. Insbesondere bei einem
großflächigen Detektor zeigt sich die elektrische
Kontaktierung der Fotodioden als problematisch, da seitlich – aufgrund
der angrenzenden weiteren Sensoreinheiten, bzw. der weiteren Detektormodule – kein
Platz ist.
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Eine
Lösung des Problems besteht beispielsweise darin, die Detektormodule
vertikal aufzubauen, wobei die Ausleseelektronik bestimmungsgemäß auf
der von der Röntgenröhre abgewandten Außenseite
der Sensoreinheit rechtwinklig von dieser absteht.
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In
diesem Zusammenhang zeigt sich insbesondere eine Sensoreinheit vorteilhaft,
bei der, wie in
WO
2006/114716 A2 vorge schlagen, die Fotodioden hochkant ausgerichtet
und in Reihen in die Septen des Szintillators integriert sind. Dabei
wird das aus den einzelnen Szintillatorpixeln austretende sichtbare
Licht seitlich der Szintillatorpixel detektiert. Die Kontaktierung
Ausleseelektronik an die Fotodioden kann dann vergleichsweise einfach
auf der Außenseite des Szintillators bzw. der Sensoreinheit
erfolgen.
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Die
Montage der Fotodioden in den Septen des Szintillatorarrays gestaltet
sich jedoch sehr schwierig.
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Vor
diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein einfach und
präzise durchführbares Herstellungsverfahren für
eine Sensoreinheit eines Röntgendetektors anzugeben, die
einen Szintillator mit in den Septen integrierten Fotodioden zur
seitlichen Auslesung umfasst.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 1. Dabei werden zunächst einzelne
Szintillatorstreifen aus mehreren eindimensional aneinandergereihten
Szintillatorpixeln gefertigt. An jeden der einzelnen Szintillatorstreifen
wird an einer Längsseite jeweils ein Fotodiodenstreifen
aus mehreren, wiederum eindimensional aneinandergereihten, Fotodioden
befestigt, insbesondere verklebt. Dabei ist zu Auslesezwecken jeweils eine
Fotodiode angrenzend an jeweils ein Szintillatorpixel angeordnet.
Der Verbund aus Szintillatorstreifen und Fotodiodenstreifen wird
im Folgenden als Sensorstreifen bezeichnet. Mehrere solcher Sensorstreifen
werden schließlich zur Bildung der zweidimensionalen Sensoreinheit
derart miteinander verbunden, dass eine von dem Fotodiodenstreifen
abgewandte Längsseite des einen Sensorstreifens jeweils
an einer Rückseite des Fotodiodenstreifens des benachbarten
Sensorstreifens anliegt. Zweckmäßigerweise weist
dabei jeder der Sensorstreifen jeweils die gleiche Anzahl an Szintillatorpixeln
auf. Insgesamt sind somit in zweckmäßiger Ausgestaltung
in dem fertigen Szintillator die Szintillatorpixel in einer Arraystruktur
aus Reihen und Spalten angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist
also vorgesehen, den Szintillator bzw. die Sensoreinheit, reihenweise
aus den zunächst als Einzelelementen vorliegenden Sensorstreifen
aufzubauen.
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Da
die Sensorstreifen als Einzelelemente vorgefertigt werden, ist dabei
die Justierung der Fotodiodenstreifen bezüglich der Szintillatorstreifen, und
somit der Fotodioden bezüglich der Szintillatorpixel besonders
einfach und präzise möglich. Insbesondere kann
dies vorteilhaft unter Zuhilfenahme eines Anschlags erfolgen. Zudem
ist die Fertigung der Sensorstreifen besonders gut automatisierbar.
Außerdem besteht dabei nicht, oder nur in sehr geringem
Maße die Gefahr, die lichtsensitive Oberfläche der
Fotodioden zu beschädigen.
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Weiterhin
sind die Fotodioden bei einem als Einzelelement vorliegenden Sensorstreifen
besonders gut zugänglich. Somit kann vorteilhafterweise für
jeden Sensorstreifen separat sowohl die Stabilität der
Verbindung zwischen Fotodiodenstreifen und Szintillatorstreifen
als auch deren Funktionalität geprüft werden.
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Hierdurch
wird vorteilhafterweise vergleichsweise wenig Ausschuss produziert,
da bei einer mangelhaften Qualität lediglich ein einzelner
Sensorstreifen aussortiert werden muss, während bei einem
von vornherein als Array gefertigten Szintillator ein komplettes
Szintillatorarray verworfen werden müsste. Hierdurch wird
das Fertigungsverfahren vergleichsweise kostengünstig.
Schließlich ist auch das Zusammenfügen der einzelnen
Sensorstreifen zu der Sensoreinheit vergleichsweise gut automatisierbar.
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In
einer besonders einfach zu realisierenden Ausführungsform
des Fertigungsverfahrens werden die Fotodiodenstreifen mit einem
optisch transparenten Klebstoff an dem Szintillatorstreifen verklebt.
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Vorzugsweise
werden die Szintillatorstreifen aus im Wesentlichen quaderförmigen,
insbesondere würfelförmigen, Szintillatorpixeln
hergestellt. In bevorzugter Dimensionierung weisen die einzelnen Quader
jeweils Kantenlängen von etwa 0,5 bis 3 mm auf.
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Zweckmäßigerweise
werden dabei zur Herstellung der Szintillatorstreifen zunächst
einzelne Balken aus Szintillatormaterial parallel mit einem gewissen
Abstand zueinander aufgereiht. Durch Füllen der Zwischenräume
mit einem Licht reflektierenden und/oder absorbierenden Material,
beispielsweise einem zunächst flüssigen Polymer,
werden die einzelnen Balken zu einer Palette verbunden. Diese wird anschließend
in Querrichtung zu den einzelnen Balken in die einzelnen Szintillatorstreifen
getrennt, insbesondere zersägt. Jeder entstehende Szintillatorstreifen
ist somit der Länge nach in – quaderförmige – gegeneinander
abgegrenzte Szintillatorpixel unterteilt.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform des Fertigungsverfahrens
werden die bestimmungsgemäß nicht an eine Fotodiode
angrenzenden Seiten eines jeden Szintillatorpixels bereits vor der
Herstellung des Sensorstreifens, somit gegebenenfalls auch vor der
Herstellung des Szintillatorstreifens, mit einem Reflektorlack versehen.
Da jeder Szintillatorstreifen zunächst als separates Einzelteil
vorliegt, ist insbesondere das Auftragen des Reflektorlacks auf dessen
gesamte Seitenfläche (und somit auf die außenseitigen
Seitenflächen seiner Szintillatorpixel) besonders gut durchführbar.
Durch den Reflektorlack wird bestimmungsgemäß das
von den einzelnen Szintillatorpixeln ausgestrahlte sichtbare Licht
reflektiert. Hierdurch wird die auf die Fotodiode auftreffende Strahlungsintensität
erhöht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens
ist vorgesehen, dass dessen einzelne Sensorstreifen derart hergestellt
und zusammengefügt werden, dass jeder Fotodiodenstreifen
jeweils mit einer zur Kontaktierung der Fotodio den vorgesehenen
Schmalseite (an der bestimmungsgemäß von der Röntgenröhre
abgewandten Außenseite) über den oder die angrenzenden
Szintillatorstreifen hinausragt.
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In
bevorzugter Dimensionierung ist also die (bestimmungsgemäß entlang
einer Vertikalrichtung gesehene) Höhe der Fotodiodenstreifen
größer gewählt, als die (ebenfalls in
Vertikalrichtung gesehene) Höhe der Szintillatorstreifen.
Bei einer bündigen Anordnung der Fotodiodenstreifen und
der Szintillatorstreifen auf der bestimmungsgemäß der
Röntgenröhre zugewandten Innenseite des Szintillators
bzw. der Sensoreinheit, ragen dann die Schmalseiten der Fotodiodenstreifen
an der Außenseite der Sensoreinheit heraus.
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Vorzugsweise
wird eine solche Sensoreinheit für einen Detektor eines
Computertomographen verwendet. Durch die an der Außenseite
der Sensoreinheit kontaktierbaren Fotodioden eignet sich die beschriebene
Sensoreinheit besonders für einen Flächendetektor
aus einer Vielzahl von mit einem sehr geringen Abstand zueinander
flächig (sowohl in mehreren Zeilen als auch in mehreren
Spalten) aneinander gereihten Detektormodulen.
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Die
zur Auslesung der Fotodioden benötigte Elektronik jedes
Detektormoduls ist dabei bevorzugt in einer vertikalen Anordnung – senkrecht
zur Szintillatorfläche – wiederum bestimmungsgemäß auf
der Außenseite der Sensoreinheit angeordnet.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in
schematischer, perspektivischer Darstellung einen Computertomographen
mit einem Röntgendetektor, der eine Vielzahl von Detektormodulen
mit jeweils einer Sensoreinheit umfasst,
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2 in
einer perspektivischen Darstellung eine aus einem Szintillator und
zugeordneten Fotodioden gebildete Sensoreinheit gemäß 1,
und
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3 und 4 jeweils
in einer schematischen Explosionsdarstellung aufeinanderfolgende Zwischenprodukte
eines Verfahrens zur Herstellung der Sensoreinheit.
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Einander
entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren
stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
in grob schematisch vereinfachter Darstellung ein Computertomograph 1 dargestellt.
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Der
Computertomograph 1 umfasst eine im Wesentlichen ringförmige
Gantry 2, die um eine isozentrische Achse I des Computertomographen 1 rotierbar
ist (angedeutet durch einen Doppelpfeil 3).
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An
der Gantry 2 ist einerseits eine Röntgenröhre 4 und
andererseits – dieser im Wesentlichen radial gegenüberliegend – ein
Detektor 5 zur Detektion der von der Röntgenröhre 4 ausgehenden
Röntgenstrahlung 6 angebracht.
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Bestimmungsgemäß wird
ein Patient im Bereich der isozentrischen Achse I zu Durchleuchtungszwecken
mithilfe einer Patientenliege 7 (innerhalb der Gantry 2)
positioniert.
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Der
Detektor 5 ist aus einer Vielzahl von im Wesentlichen quaderförmigen
Detektormodulen 8 aufgebaut.
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Jedes
Detektormodul 8 umfasst einerseits jeweils an einer bestimmungsgemäß der
Röntgenröhre 4 zugewandten Oberfläche 9 eine
im Wesentlichen quadratische Sensoreinheit 10, die einen
Szintillator 11 (2) zur Umwandlung
der Röntgenstrahlung 6 in sichtbares Licht umfasst.
Zur Detektion des sichtbaren Lichtes ist in jeden Szintillator 11 eine Vielzahl
von Fotodioden 12 (3) integriert.
Andererseits umfasst jedes Detektormodul 8 eine bestimmungsgemäß von
der Röntgenröhre 4 abgewandte längliche
Elektronikeinheit 13, über die unter anderem die
Fotodioden 12 zu Auslesezwecken kontaktiert werden.
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In
einem in der vorliegenden Darstellung gezeigten Montagezustand sind
die einzelnen Detektormodule 8 bezüglich der Gantry 2 in
einer Axialrichtung 14 in mehreren Zeilen Z und in einer
Tangentialrichtung 15 in mehreren Spalten Y flächig
aneinandergesetzt, wobei alle Sensoreinheiten 10 gemeinsam
eine Detektorfläche 16 bilden. Somit deckt die für
Röntgenstrahlung 6 sensitive Detektorfläche 16 im
Wesentlichen eine Zylinderteilfläche der Gantry 2 ab.
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Jede
Elektronikeinheit 13 ist im Wesentlichen entlang einer
Vertikalrichtung 17, die bezüglich der Gantry 2 radial
nach außen zeigt, ausgerichtet.
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In 2 ist
eine der Sensoreinheiten 10 separat dargestellt. Zur Orientierung
sind die Vertikalrichtung 17, die Axialrichtung 14 sowie
die Tangentialrichtung 15 entsprechend der bestimmungsgemäßen
Einbausituation gemäß 1 dargestellt.
Diese Ausrichtung der Sensoreinheit 10 ist nur exemplarisch
gewählt, grundsätzlich kann die Orientierung der
Sensoreinheit 10 innerhalb der Detektorfläche 16 auch
um 90° oder 180° verdreht erfolgen.
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Die
Sensoreinheit 10 weist im Wesentlichen die Form einer quadratischen
Platte auf. Ihre (quadratische) Innenseite 20 ist bestimmungsgemäß der Röntgenröhre 4 zugewandt,
während ihre dazu entgegengesetzte Außenseite 21 bestimmungsgemäß von
der Röntgenröhre 4 abgewandt, bzw. der
Elektronikeinheit 13 zugewandt ist.
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Die
Sensoreinheit 10 ist aus einer Vielzahl von Fotodiodenstreifen 22 und
Szintillatorstreifen 23 aufgebaut. Dabei ist jeder Fotodiodenstreifen 22 bzw. jeder
Szintillatorstreifen 23 längs zur Tangentialrichtung 15 ausgerichtet.
In Axialrichtung 14 sind die Fotodiodenstreifen 22 sowie
die Szintillatorstreifen 23 jeweils abwechselnd aneinandergereiht
und miteinander verbunden. Dabei ragen die Fotodiodenstreifen 22 jeweils
mit einer Schmalseite 24 an der Außenseite 21 der Sensoreinheit 10 über
die Szintillatorstreifen 23 heraus. An dieser Schmalseite 24 können
die in den Fotodiodenstreifen 22 integrierten Fotodioden 12 mittels
der Elektronikeinheit 13 kontaktiert werden.
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Zur
Fertigung der Sensoreinheit 10 gemäß 2 wird
das anhand der 3 und 4 veranschaulichte
Verfahren angewandt. Dabei werden zunächst, wie in 3 dargestellt,
ein Fotodiodenstreifen 22 und ein Szintillatorstreifen 23 zu
einem sogenannten Sensorstreifen 30 zusammengefügt.
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Auf
dem Fotodiodenstreifen 22 sind eine Vielzahl von Fotodioden 12 – seiner
Länge nach – aneinandergereiht. Die Seite des
Fotodiodenstreifens 22, an der die lichtsensitiven Oberflächen
der Fotodioden 12 angebracht sind, ist als seine Vorderseite 31 bezeichnet.
Seine dazu entgegengesetzte Seite ist als seine Rückseite 32 bezeichnet.
Auf der Vorderseite 31 sind die Fotodioden 12 bezüglich
der Längsrichtung seitlich versetzt im Bereich einer Schmalseite 33 angeordnet,
während auf der dazu entgegengesetzten Schmalseite 24 des
Fotodiodenstreifens (nicht weiter dargestellte) elektrische Kontakte
zum Anschluss der Fotodioden 12 an die Elektronikeinheit 13 angebracht
sind.
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Der
Szintillatorstreifen 23 ist aus einer Vielzahl von Szintillatorpixeln 34 aufgebaut,
die in Längsrichtung des Szintillatorstreifens 23 aneinandergereiht
sind. Die Anzahl der Szintillatorpixel 34 entspricht dabei
der Anzahl der Fotodioden 12 auf einem der Fotodiodenstreifen 22.
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Jedes
Szintillatorpixel 34 ist durch einen Würfel aus
szintillierendem Material gebildet. Zwei aneinandergrenzende Szintillatorpixel 34 sind
dabei in Längsrichtung jeweils durch eine sogenannte Septe 35 – optisch – voneinander
abgegrenzt.
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Jedes
Szintillatorpixel 34 ist – ggf. bereits vor der
Herstellung des Szintillatorstreifens 30 – an
fünf Seiten mit einem Reflektorlack überzogen,
durch den das im Pixel entstehende sichtbare Licht reflektiert wird.
Die jeweils nicht mit Reflektorlack überzogene Seite jeden
Szintillatorpixels 34 ist jeweils der – hier nicht
sichtbaren – Vorderseite 36 des Szintillatorstreifens 23 zugewandt.
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Mit
dieser Vorderseite 36 wird der Szintillatorstreifen 23 unter
Verwendung eines optisch transparenten Klebstoffes im Bereich der
Fotodioden 12 auf die Vorderseite 33 des Fotodiodenstreifens 22 geklebt.
Eine zur Vorderseite 36 entgegengesetzte Rückseite 37 des
Szintillatorstreifens 23 ist somit von dem Fotodiodenstreifen 22 abgewandt.
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Bei
der Verklebung wird der Fotodiodenstreifen 22 bezüglich
des Szintillatorstreifens 23 mithilfe eines Anschlages
derart ausgerichtet, dass jeweils ein Szintillatorpixel 34 auf
jeweils einer Fotodiode 12 angeordnet ist. Mit einer an
die Vorderseite 36 angrenzenden Seitenfläche 38 ist
der Szintillatorstreifen 23 dabei im Wesentlichen bündig
mit der Schmalseite 33 des Fotodiodenstreifens 22 ausgerichtet.
Die Höhe HF des Fotodiodenstreifens 22 ist
dabei größer, als die Höhe HS des
Szintillatorstreifens 23. Dementsprechend ragt die Schmalseite 24 des
Fotodiodenstreifens 22 über den Szintillatorstreifen 23 hinaus. Die
Höhe HS des Szintillatorstreifens 23 (bzw.
eines Szintillatorpixels 34) entspricht in etwa der Breite
B einer Fotodiode 12.
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In 4 wird
veranschaulicht, dass mehrere gemäß 3 hergestellte
Sensorstreifen 30 schließlich zu der Sensoreinheit 10 zusammengefügt
werden. Dabei werden die einzelnen Sensorstreifen 30 – wiederum
mithilfe eines geeigneten Anschlags – zu einer Platte zusammengefügt,
wobei jeweils die Rückseite 32 des einen Fotodiodenstreifens 22 mit der
Rückseite 37 des Szintillatorstreifens 23 des
benachbarten Sensorstreifens 30 verklebt wird. Dabei sind
die einzelnen Sensorstreifen 30 jeweils im Bereich der
Seitenfläche 38 bzw. der Schmalseite 33 (an
der entstehenden Innenseite 20 der Sensoreinheit 10)
zur Bildung einer ebenen Fläche in etwa bündig
zueinander ausge richtet. An dieser Innenseite 20 sind somit
in dem aus den einzelnen Szintillatorstreifen 23 gebildeten
Szintillator 11 die einzelnen Szintillatorpixel 34 in
einer Array-Struktur angeordnet. Dabei sind die einzelnen Szintillatorpixel 34 in
Längsrichtung (korrespondierend mit der Tangentialrichtung 15)
durch die Septen 35 gegeneinander abgegrenzt, wohingegen
sie in Querrichtung (Axialrichtung 14) im Wesentlichen
durch die Fotodiodenstreifen 22 gegeneinander abgegrenzt
sind. An der entstehenden Außenseite 21 ragen
die Fotodiodenstreifen 22 mit ihrer Schmalseite 24 über
die Szintillatorstreifen 23 hinaus und bieten somit eine
einfache Möglichkeit zur Kontaktierung der Fotodioden 12.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19849772
A1 [0003]
- - DE 102005014187 A1 [0004]
- - WO 2006/114716 A2 [0008]