DE102010062208A1 - Composite X-ray detector for imaging object, has photo-detector arrangement which transforms light into appropriate electric signals for creation of computer tomography image of object - Google Patents

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Abstract

The X-ray detector (1) has reflecting collimator walls (5) for optical disconnection of scintillator pixels, which is provided with a collimator arrangement (7) for focusing the X-ray radiation to scintillator material. The collimator arrangement is filled up with the scintillator composite (3). A photo-detector arrangement (9) is provided for transformation of light into appropriate electric signals for the creation of computer tomography image of the object. The scintillator material of scintillator composite provides luminous efficiencies larger 60,000 photons per MEV. An independent claim is included for manufacturing method of composite X-ray detector.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Komposit-Röntgenetektor zur Bildgebung eines Objekts mittels eines Computertomographieverfahrens gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Nebenanspruchs.The present invention relates to a composite X-ray detector for imaging an object by means of a computed tomography method according to the preamble of the main claim and a method for its production according to the preamble of the independent claim.

In der Computertomographie werden zur Detektion von Röntgenstrahlungen Detektormodule eingesetzt, die aus einzelnen Komponenten wie Kolllimator-, Szintillator- und Detektor-Anordnung bestehen. Das Szintillator-Array stellt eine Matrix aus kleinen Szintillatorpixeln dar, die durch Reflektormaterialien optisch voneinander getrennt sind. Derartige Reflektormaterialien sind beispielsweise so genannte Septen aus Tio2-Harz-Mischungen. Die einfallenden Röntgenstrahlungen werden von dem Szintillatormaterial absorbiert und in sichtbares oder ultraviolettes Licht umgewandelt. Beispiele für Keramiken oder Einkristalle sind Gd2O2S:Pr, Ce, (Y, Gd)2O3:Eu, (Lu, Tb)3Al5O12:Ce, CsI:Tl, CsI:Na oder CdWO4. Das Emissionslicht wird mittels einer empfindlichen Photodetektoranordnung registriert und die entsprechenden elektrischen Signale werden nachfolgend zur Bildrekonstruktion weiterverarbeitet. Photonen des emittierten Lichtes können in den Detektoren erfasst und räumlich dem entsprechenden Pixel des Röntgenabsorbers zugeordnet werden. Detektoren sind beispielsweise Photodioden-Arrays, Avalanche-Dioden-Array oder Photomultiplayer.In computed tomography detector modules are used for the detection of X-rays, which consist of individual components such as collimator, scintillator and detector arrangement. The scintillator array represents a matrix of small scintillator pixels which are optically separated from one another by reflector materials. Such reflector materials are, for example, so-called septa from Tio 2 resin mixtures. The incident x-rays are absorbed by the scintillator material and converted to visible or ultraviolet light. Examples of ceramics or single crystals are Gd 2 O 2 S: Pr, Ce, (Y, Gd) 2 O 3 : Eu, (Lu, Tb) 3 Al 5 O 12 : Ce, CsI: Tl, CsI: Na or CdWO 4 , The emission light is registered by means of a sensitive photodetector arrangement and the corresponding electrical signals are subsequently processed further for image reconstruction. Photons of the emitted light can be detected in the detectors and spatially associated with the corresponding pixel of the X-ray absorber. Detectors are for example photodiode arrays, avalanche diode array or photomultiplayer.

Bei einem derartigen Detektoraufbau ist ein unerwünschtes optisches und Röntgen-Nebensprechen zu den benachbarten Bildelementen in dem Szintillator-Array oder der Szintillator-Anordnung nachteilig.In such a detector design, undesirable optical and X-ray crosstalk to the adjacent pixels in the scintillator array or scintillator array is disadvantageous.

Ein herkömmlicher Kollimator besteht typischerweise aus Wolfram oder Molybdänblechen, die mit Hilfe von Abstandshaltern zu einem eindimensionalen Kollimator-Array oder einer eindimensionalen Kollimator-Anordnung zusammengebaut werden. Bei einer herkömmlichen Aufbautechnologie für Röntgendetektoren wird der Kollimator über den Zwischenräumen eines Szintillator-Arrays platziert und geklebt.A conventional collimator typically consists of tungsten or molybdenum sheets which are assembled by means of spacers into a one-dimensional collimator array or a one-dimensional collimator arrangement. In a conventional X-ray detector build-up technology, the collimator is placed over the interstices of a scintillator array and adhered.

Ein Hauptproblem dabei ist die benötigte Präzision und der damit verbundene hohe Aufwand für die Positionierung des Kollimators zum Szintillator-Array.A major problem is the required precision and the associated high cost of positioning the collimator to the scintillator array.

Die vorstehend genannten Nachteile wurden herkömmlicherweise noch nicht ausreichend gelöst. Zur Beseitigung der vorstehend genannten Nachteile des Nebensprechens und der Positionierung kann ein Kollimator gleichzeitig als Reflektor für das Szintillator-Array verwendet werden. Dabei werden beispielsweise die Kollimatorwände mit einem Reflektormaterial beschichtet. Ein derartiges Reflektormaterial kann beispielsweise TiO2, Ag, Al... sein. Anschließend wird das Kollimator-Array einige Millimeter aufgefüllt, und zwar entweder mit einem Szintillator-Komposit gemäß der US 6,784,432 B2 oder mit zugeschnittenen Einzelpixeln aus Szintillator-Keramiken oder Szintillator-Einkristallen gemäß der DE 10 2006 033 497 .The aforementioned disadvantages have conventionally not yet been sufficiently solved. To eliminate the above-mentioned disadvantages of crosstalk and positioning, a collimator can be used simultaneously as a reflector for the scintillator array. In this case, for example, the collimator walls are coated with a reflector material. Such a reflector material may be, for example, TiO 2 , Ag, Al. Subsequently, the collimator array is filled in a few millimeters, either with a scintillator composite according to the US 6,784,432 B2 or with cut individual pixels of scintillator ceramics or scintillator monocrystals according to the DE 10 2006 033 497 ,

Die US 6,784,432 B2 offenbart ein Röntgendetektormodul, bei dem durch einen vorzugsweise metallischen Träger röhrenförmige Zellen gebildet werden, in denen sich eine Mischung aus einem Binder und aus Szintillator-Partikeln befindet. Von den Szintillator-Partikeln absorbierte Röntgenstrahlung führt zu Emission von Licht einer größeren Wellenlänge, welches an einem Detektor am Fußende der Zellen nachgewiesen werden kann. Um die Lichtausbeute möglichst hoch zu halten, wird ein Unterschied der Brechungsindizes zwischen dem Binder und den Szintillator-Partikeln von weniger als 20% angestrebt und/oder es werden nanokristalline Szintillator-Partikel mit einer Größe zwischen einem und 100 nm verwendet. Vorzugsweise sind die Zellwände in Einfallsrichtung der Röntgenstrahlung verlängert, um ein Antistreugitter oberhalb des Detektors auszubilden.The US 6,784,432 B2 discloses an X-ray detector module in which tubular cells are formed by a preferably metallic support, in which a mixture of a binder and of scintillator particles is located. X-radiation absorbed by the scintillator particles results in emission of light of a longer wavelength, which can be detected at a detector at the foot of the cells. In order to maximize the luminous efficacy, a difference in refractive indices between the binder and the scintillator particles of less than 20% is desired and / or nanocrystalline scintillator particles with a size between one and 100 nm are used. Preferably, the cell walls are elongated in the direction of incidence of the x-ray radiation to form an anti-scatter grid above the detector.

Das Verfahren gemäß der US-6,784,432 B2 weist einen Kostenvorteil auf, da ein kostengünstiger Szintillator-Komposit anstatt teuerer Keramiken oder Einkristallen eingesetzt wird. Allerdings entsteht hier wiederum ein Problem, dass die Lichtausbeute des Röntgendetektors aufgrund einer hohen Lichtstreuung in dem Szintillator-Komposit herabgesetzt wird. Die hohe Lichtstreuung in dem Szintillator-Komposit kann zwar durch geeignete Maßnahmen minimiert werden, wie beispielsweise durch die Verwendung von optimalen Szintillator-Partikelgrößen und/oder Verringerung des Brechzahlsprungs zwischen dem Szintillator-Material und der Polymermatrix, jedoch kann sie nicht völlig ausgeschlossen werden. Darüber hinaus muss die Dicke des Komposit-Szintillators aufgrund eines limitierten Füllgrades deutlich erhöht werden, um die Röntgenstrahlung vollständig absorbieren zu können. Das führt zu einer drastischen Verschlechterung der Lichtausbeute in dem Röntgendetektormodul.The method according to the US 6,784,432 B2 has a cost advantage because a low cost scintillator composite is used instead of expensive ceramics or single crystals. However, there arises again a problem that the luminous efficacy of the X-ray detector is lowered due to high light scattering in the scintillator composite. While the high light scattering in the scintillator composite can be minimized by appropriate means, such as by using optimum scintillator particle sizes and / or reducing the refractive index jump between the scintillator material and the polymer matrix, it can not be completely ruled out. In addition, the thickness of the composite scintillator must be increased significantly due to a limited degree of filling in order to fully absorb the X-rays. This leads to a drastic deterioration of the luminous efficacy in the X-ray detector module.

Bei dem Verfahren gemäß der DE 1 2006 033 497 steigen jedoch die Herstellungskosten in Folge aufwändiger Prozesse. Hierbei müssen Szintillator-Keramiken oder Szintillator-Einkristalle hergestellt werden. Anschließend müssen die einzelnen Szintillator-Pixel zugeschnitten und im Kollimator-Array eingesetzt und fixiert werden.In the method according to the DE 1 2006 033 497 However, the production costs increase as a result of complex processes. In this case, scintillator ceramics or scintillator monocrystals must be produced. Then the individual scintillator pixels have to be cut and inserted and fixed in the collimator array.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Komposit-Röntgendetektor zur Bildgebung eines Objekts mittels eines Computertomographieverfahrens beispielsweise in der Medizin oder bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung derart verbessert bereit zu stellen, dass ein optisches und ein Röntgen-Nebensprechen zu benachbarten Bildelementen, die ebenso als Pixel bezeichnet werden können, in einer Szintillator-Anordnung wirksam zum Stand der Technik verringert sind. Zudem soll ein Positionieren eines Kollimators zur Szintillator-Anordnung einfach und kostengünstig sein. Insbesondere sollen Röntgendetektoren auf Kompositbasis mit einer integrierten zweidimensionalen Kollimator-Anordnung einfach und kostengünstig hergestellt werden können.It is an object of the present invention to provide a composite X-ray detector for imaging of an object by means of a computed tomography method, for example in medicine or in non-destructive material testing, so that optical and X-ray crosstalk to adjacent picture elements, which can also be referred to as pixels, in a scintillator arrangement are effectively state of the art are reduced. In addition, positioning a collimator to the scintillator assembly should be simple and inexpensive. In particular, composite-based X-ray detectors with an integrated two-dimensional collimator arrangement are to be manufactured in a simple and cost-effective manner.

Anstelle des Begriffs „Anordnung” können ebenso die Begriffe „Matrix” oder „Feld” oder „Array” verwendet werden.Instead of the term "arrangement", the terms "matrix" or "field" or "array" may also be used.

„Komposit” ist insbesondere ein Werkstoff aus zwei oder mehr verbundenen Materialien."Composite" is in particular a material of two or more bonded materials.

Die Aufgabe wird durch einen Komposit-Röntgendetektor gemäß dem Hauptanspruch und ein Verfahren zur Herstellung des Komposit-Röntgendetektors gemäß dem Nebenanspruch gelöst.The object is achieved by a composite X-ray detector according to the main claim and a method for producing the composite X-ray detector according to the independent claim.

Gemäß einem ersten Aspekt eines erfindungsgemäßen Komposit-Röntgendetektors zur Bildgebung eines Objekts mittels eines Computertomographieverfahrens werden ein ein Szintillator-Material aufweisendes Szintillator-Komposit zur Absorption von Röntgenstrahlung und zur Wandlung der Röntgenstrahlung in Licht, eine reflektierende Kollimatorwände zur optischen Trennung von Szintillator-Array-Pixeln oder Szintillator-Array-Bildelementen aufweisende Kollimator-Anordnung zur Fokussierung der Röntgenstrahlung zu dem Szintillator-Material, wobei die Kollimator-Anordnung mit dem Szintillator-Komposit aufgefüllt ist, und eine Detektoranordnung zur Wandlung des Lichts in entsprechende elektrische Signale zur Erzeugung eines Computertomographie-Bildes des Objekts verwendet. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das verwendete Szintillator-Material des Szintillator-Komposits Lichtausbeuten > 60 000 Photonen pro MeV bereitstellt.According to a first aspect of a composite X-ray detector according to the invention for imaging an object by means of a computed tomography method, a scintillator composite comprising a scintillator material for absorbing X-rays and converting the X-rays into light, a reflecting collimator walls for optically separating scintillator array pixels or scintillator array picture element having collimator arrangement for focusing the X-ray radiation to the scintillator material, wherein the collimator assembly is filled with the scintillator composite, and a detector arrangement for converting the light into corresponding electrical signals for generating a computed tomography image of the object used. The invention is characterized in that the scintillator material of the scintillator composite used provides light outputs> 60,000 photons per MeV.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Komposit-Röntgendetektors mit den Schritten:
Erzeugen eines ein Szintillator-Material aufweisenden Szintillator-Komposits,
Erzeugen einer reflektierende Kollimatorwände aufweisenden Kollimator-Anordnung,
Auffüllen der Kollimator-Anordnung mit dem Szintillator-Komposit und
Fixieren der mit dem Szintillator-Komposit aufgefüllten Kollimator-Anordnung relativ zu einer Detektor-Anordnung verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass Szintillator-Materialien mit Lichtausbeuten > 60 000 Photonen pro MeV verwendet werden.According to a second aspect, a method for producing a composite X-ray detector according to the invention comprising the steps:
Producing a scintillator composite comprising a scintillator material,
Producing a collimator arrangement having reflective collimator walls,
Filling the collimator assembly with the scintillator composite and
Fixing the scintillator composite filled collimator array used relative to a detector array. The method according to the invention is characterized in that scintillator materials with luminous efficiencies> 60,000 photons per MeV are used.

Ein erfindungsgemäßes Kollimator-Array wird mit einem Szintillator-Komposit aufgefüllt, wobei eine Herstellung kostengünstig und einfach wird. Zur Kompensation der Lichtausbeuteverluste in Folge einer erhöhten Lichtstreuung im Komposit-Material werden Szintillator-Materialien mit im Vergleich im Vergleich zu herkömmlichen Szintillator-Materialien sehr hohen Lichtausbeuten verwendet, die deutlich höher sind als die von den bisher verwendet Szintillatoren. Die Verwendung von Szintillator-Materialien mit sehr hohen Lichtausbeuten kann der Lichtverlust in Folge einer höheren Lichtstreuung im Szintillator-Komposit überkompensiert werden. Damit können kostengünstige Röntgendetektoren auf Kompositbasis mit einer hohen Lichtausbeute realisiert werden. Des Weiteren kann durch den Kollimator-Szintillator-Verbund das optische und Röntgen-Nebensprechen minimiert werden. Bei der Verwendung von Komposit-Szintillator entfällt die aufwändige Positionierung des Kollimators zum Szintillator-Array.A collimator array according to the invention is filled with a scintillator composite, whereby production is inexpensive and easy. To compensate for the light yield losses due to increased light scattering in the composite material scintillator materials are used with compared to conventional scintillator materials very high luminous efficiencies, which are significantly higher than those of the previously used scintillators. The use of scintillator materials with very high luminous efficiencies can overcompensate the loss of light due to higher light scattering in the scintillator composite. This low-cost X-ray detectors can be realized on a composite basis with a high light output. Furthermore, the collimator-scintillator composite minimizes optical and X-ray crosstalk. When using a composite scintillator eliminates the time-consuming positioning of the collimator to the scintillator array.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.Further advantageous embodiments are claimed in conjunction with the subclaims.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Szintillator-Material LaBr3:Ce3+, LuxGd1-xI3:Ce3+, GdI3:Ce3+, YI3:Ce3+, LuI3:Ce3+ und/oder SrI2:Eu2+ sein.According to an advantageous embodiment, the scintillator material LaBr 3 : Ce 3+ , Lu x Gd 1-x I 3 : Ce 3+ , GdI 3 : Ce 3+ , YI 3 : Ce 3+ , LuI 3 : Ce 3+ and / or SrI 2 : Eu 2+ .

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Szintillator-Material in eine Polymermatrix oder Harzmatrix eingebunden sein.According to an advantageous embodiment, the scintillator material can be incorporated into a polymer matrix or resin matrix.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Szintillator-Material Jodid aufweisen. Beispielsweise stellen LuI3:Ce3+ und SrI2:EU2+ sehr hohe Lichtausbeuten bereit. Allerdings kann bei Verwendung von Jodid-Szintillatoren ein Problem auftreten, dass derartige Verbindungen hygroskopisch sind und diese mit den üblichen Harzen reagieren können. Anstatt eines herkömmlichen Harzes wird ein Polymer für den Komposit verwendet, das sich chemisch resistent gegenüber Jod-Verbindungen verhält. Das Polymer sollte außerdem eine hohe Transparenz, eine hohe Röntgenstrahlungsbeständigkeit und eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen. Hinsichtlich dieser Anforderungen eignet sich Polystyrol. Dieses Thermoplastmaterial erfüllt alle genannten Anforderungen und hat zudem eine relativ hohe Brechzahl im Bereich von 1,6, was zur Minimierung einer Lichtstreuung im Szintillator-Komposit beiträgt. Damit kann besonders vorteilhaft das Polymer der Polymermatrix Polystyrol sein. Die Szintillator-Polystyrol-Mischung kann beispielsweise mittels Spritzgießens direkt in die Kollimator-Anordnung eingebracht werden.According to a further advantageous embodiment, the scintillator material may comprise iodide. For example, LuI 3 : Ce 3+ and SrI 2 : EU 2+ provide very high luminous efficiencies. However, with the use of iodide scintillators, there may be a problem that such compounds are hygroscopic and can react with the conventional resins. Instead of a conventional resin, a polymer is used for the composite, which behaves chemically resistant to iodine compounds. The polymer should also have high transparency, high X-ray resistance, and sufficient mechanical strength. Polystyrene is suitable for these requirements. This thermoplastic material meets all of the stated requirements and also has a relatively high refractive index in the range of 1.6, which contributes to minimizing light scattering in the scintillator composite. Thus, the polymer of the polymer matrix may be particularly advantageous polystyrene. For example, the scintillator-polystyrene mixture be introduced by injection molding directly into the collimator assembly.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Jodid aufweisende Szintillator-Material pulverförmig, mit Polystyrol beschichtet und dicht abgekapselt bereitgestellt sein. Des Weiteren kann das Szintillator-Material danach in eine Harzmatrix röntgenstabilen Harzes dispergiert sein.According to a further advantageous embodiment, the iodide-containing scintillator material may be powdered, coated with polystyrene and provided in a sealed-off manner. Further, the scintillator material may thereafter be dispersed in a resin matrix of X-ray stable resin.

Auf diese Weise wird ein Szintillator-Harz-Komposit verwendet. Das Szintillator-Pulver wird vorher mit Polystyrol beschichtet und dicht abgekapselt, um eine mögliche Reaktion mit der Luftfeuchtigkeit und der Harzmatrix zu verhindern. Das beschichtete Szintillator-Pulver wird anschließend in ein röntgenstabiles Harz, wie es beispielsweise Epoxonic 213 ist, dispergiert. Der Komposit wird in die Kollimator-Anordnung oder das Kollimator-Array aufgefüllt und ausgehärtet.In this way, a scintillator resin composite is used. The scintillator powder is previously coated with polystyrene and sealed to prevent possible reaction with the humidity and resin matrix. The coated scintillator powder is then dispersed in an X-ray stable resin, such as Epoxonic 213. The composite is filled in the collimator array or collimator array and cured.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Kollimator-Anordnung ein zweidimensionales Kollimator-Array sein, wobei dieses mit einem Kollimator-Komposit erzeugt sein kann. Bei einer Bereitstellung eines zweidimensionalen Kollimator-Arrays kann dieses ebenso beispielsweise aus einem Komposit bestehen, wobei das Array mittels einer Lithographie-Technik hergestellt werden kann. Derartige Techniken werden beispielsweise durch die Firma Micro Inc., USA angewendet.According to a further advantageous embodiment, the collimator arrangement may be a two-dimensional collimator array, which may be produced with a collimator composite. When providing a two-dimensional collimator array, this may also consist of a composite, for example, wherein the array can be produced by means of a lithography technique. Such techniques are used, for example, by Micro Inc., USA.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Kollimator-Komposit aus einem Wolfram-Polymer bestehen.According to a further advantageous embodiment, the collimator composite may consist of a tungsten polymer.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann zusätzlich zu den reflektierenden Kollimatorwänden, das Kollimator-Komposit mit einem metallischen Reflektormaterial beschichtet sein. D. h. besonders vorteilhaft wird ein zweidimensionales Kollimator-Array aus Wolfram-Polymer-Komposit mit einem metallischen Reflektormaterial beschichtet. Derartiges Reflektormaterial kann beispielsweise Silber oder Aluminium sein. Als Beschichtungsmethoden können ein thermisches Aufdampfverfahren oder andere naßchemische Verfahren verwendet werden. Mittels der Metallbeschichtung kann eine hohe Reflexion erreicht werden, die beispielsweise im Fall von einer Silberbeschichtung größer als 95% sein kann. Außerdem kann hier durch eine typischerweise sehr dünne Beschichtungsschicht, in Kombination mit beispielsweise 100 μm Wolfram-Kollimator-Wänden, ein deutlich höherer Flächennutzungsgrad in einem Detektormodul erreicht werden. Mittels der Beschichtung des Kollimtor-Komposits mit einem Reflektormaterial kann die Lichtausbeute zusätzlich erhöht werden.According to a further advantageous embodiment, in addition to the reflective collimator walls, the collimator composite may be coated with a metallic reflector material. Ie. Particularly advantageously, a two-dimensional collimator array of tungsten-polymer composite is coated with a metallic reflector material. Such reflector material may be, for example, silver or aluminum. As coating methods, a thermal vapor deposition method or other wet chemical methods may be used. By means of the metal coating, a high reflection can be achieved, which can be greater than 95%, for example in the case of a silver coating. In addition, a significantly higher surface efficiency in a detector module can be achieved by a typically very thin coating layer, in combination with, for example, 100 μm tungsten collimator walls. By means of the coating of the Kollimtor composite with a reflector material, the light output can be additionally increased.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Kollimatorwände eine Wolframbeschichtung aufweisen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das metallische Reflektormaterial des Kollimator-Komposits Silber oder Aluminium aufweisen.According to a further advantageous embodiment, the collimator walls may have a tungsten coating. According to a further advantageous embodiment, the metallic reflector material of the collimator composite may comprise silver or aluminum.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Anteil des Szintillator-Materials im Szintillator-Komposit größer als 50 Vol.-% sein.According to a further advantageous embodiment, a proportion of the scintillator material in the scintillator composite can be greater than 50% by volume.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Kollimatoranordnung bzw. das Kollimator-Array mit dem Szintillator-Komposit mit Dicken von 1 bis 10 mm aufgefüllt sein.According to a further advantageous embodiment, the collimator arrangement or the collimator array can be filled with the scintillator composite with thicknesses of 1 to 10 mm.

Die vorliegende Erfindung wird anhand von Ausführungsbespielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:The present invention will be described with reference to Ausführungsbespielen in conjunction with the figures. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Komposit-Röntgendetektors; 1 an embodiment of a composite X-ray detector according to the invention;

2 eine Tabelle erfindungsgemäßer Szintillator-Materialien im Vergleich mit dem Referenzmaterial UFC; 2 a table of scintillator materials according to the invention in comparison with the reference material UFC;

3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindunggemäßen Verfahrens. 3 an embodiment of a method according to the invention.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Komposit-Röntgendetektors. Der Komposit-Röntgendetektor 1 zur Computertomographie eines Objekts weist ein ein Szintillator-Material aufweisendes Szintillator-Komposit 3 zur Absorption von Röntgenstrahlung x und zur Wandlung der Röntgenstrahlung in Licht auf. Eine reflektierende Kollimatorwände 5 zur optischen Trennung von Szintillator-Partikeln aufweisende Kollimator-Anordnung 7 zur Sammlung und zur Weitergabe der Röntgenstrahlung zu dem Szintillator-Material ist mit dem Szintillator-Komposit 3 aufgefüllt. Dabei liegt eine Dicke einer Schicht aus dem Szintillator-Komposit im mm-Bereich. Andere Dicken sind ebenso möglich. Eine Detektoranordnung 9 wandelt das Licht, das sichtbares Licht oder ultraviolettes Licht sein kann, in entsprechende elektrische Signale um, die zur Erzeugung eines Computer-Tomographie-Bildes des Objekts weiter verarbeitet werden. Es werden Szintillator-Materialien für das Szintillator-Komposit 3 verwendet, die Lichtausbeuten größer 60 000 Photonen pro MeV aufweisen. 1 shows an embodiment of a composite X-ray detector according to the invention. The composite x-ray detector 1 for computed tomography of an object has a scintillator composite having a scintillator material 3 for the absorption of X-radiation x and for the conversion of the X-radiation into light. A reflective collimator walls 5 for optical separation of scintillator particles having collimator arrangement 7 for the collection and transfer of the X-radiation to the scintillator material is with the scintillator composite 3 refilled. In this case, a thickness of a layer of scintillator composite in the mm range. Other thicknesses are also possible. A detector arrangement 9 For example, the light, which may be visible light or ultraviolet light, converts to corresponding electrical signals that are further processed to produce a computed tomography image of the object. There will be scintillator materials for the scintillator composite 3 used, the luminous efficiencies greater than 60 000 photons per MeV.

Zur Potentialabschätzung wurden Simulationen an verschiedenen Szintillator-Arrays aus Kompositen mit 50 Vol.-% Füllgrad durchgeführt. Es konnte bestätigt werden, dass bei einer Verwendung von SrI2-Harz-Kompositen mit einer für die Röntgenabsorption erforderlichen Dicke von 2,8 mm eine vergleichbare Lichtausbeute wie von 1,4 mm UFC-Keramik erreicht werden kann. Damit ist eine Anforderung bezüglich der Lichtausbeute für ein Röntgendetektor-Modul erfüllt.To estimate the potential, simulations were carried out on different scintillator arrays of composites with 50% filling by volume. It could be confirmed that, when using SrI 2 resin composites with a thickness of 2.8 mm required for X-ray absorption, a comparable light output as from 1.4 mm UFC Ceramics can be achieved. This fulfills a requirement with respect to the luminous efficacy for an X-ray detector module.

2 stellt eine Tabelle dar, die erfindungsgemäße Szintillator-Materialien darstellt, wobei die erfindungsgemäßen Szintillator-Materialien im Vergleich zu dem Referenzmaterial UFC deutlich höhere Lichtausbeuten aufweisen. Tabelle 1 gibt eine Übersicht über potentielle Szintillator-Materialien. Die erste Spalte der Tabelle 1 gibt das Szintillator-Material an. Die zweite Spalte die Dichte des Szintillator-Materials in g/cm3. Die dritte Spalte stellt die Emission in nm dar. Die vierte Spalte zeigt die Abklingzeit in ns. Die letzte Spalte stellt die Lichtausbeute in Photonen pro MeV dar. Die erste Zeile betrifft das Referenzmaterial UFC. Zur Erzeugung eines erfindungsgemäßen Komposits können insbesondere die weiteren in der Tabelle 1 aufgelisteten Szintillator-Materialien verwendet werden. LuI3:Ce3+ und SrI2:Eu2+ sind aufgrund der Lichtausbeuten größer 100 000 Photonen/MeV besonders vorteilhaft. Alle der ersten Zeile nachfolgenden Zeilen beschreiben Szintillator-Materialien mit höheren Lichtausbeuten im Vergleich zu UFC. 2 represents a table that represents scintillator materials according to the invention, wherein the scintillator materials according to the invention in comparison to the reference material UFC have significantly higher light efficiencies. Table 1 gives an overview of potential scintillator materials. The first column of Table 1 indicates the scintillator material. The second column is the density of the scintillator material in g / cm 3 . The third column represents the emission in nm. The fourth column shows the cooldown in ns. The last column represents the light output in photons per MeV. The first line concerns the reference material UFC. To produce a composite according to the invention, in particular the other scintillator materials listed in Table 1 can be used. LuI 3 : Ce 3+ and SrI 2 : Eu 2+ are particularly advantageous because of the luminous efficiencies greater than 100 000 photons / MeV. All lines following the first line describe scintillator materials with higher luminous efficiencies compared to UFC.

3a zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß einem ersten Schritt wird zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Komposit-Röntgendetektors ein ein Szintillator-Material aufweisendes Szintillator-Komposit erzeugt. Mit einem zweiten Schritt S2 folgt ein Erzeugen einer Kollimatoranordnung, die mit einer Reflexionsschicht überdeckte Kollimaorwände aufweist. Mit einem Schritt S3 folgt ein Auffüllen der Kollimator-Anordnung mit dem Szintillator-Komposit. Mit einem Schritt S4 wird die mit dem Szintillator-Komposit aufgefüllte Kollimator-Anordnung relativ zu einer Detektoranordnung fixiert. Der erste Schritt S1 ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass ein Auswählen des Szintillator-Materials für das Szintillator-Komposit derart erfolgt, dass Szintillator-Materialien mit Lichtausbeuten > 60 000 Photonen pro MeV ausgewählt werden. Schritte S1 und S2 können gleichzeitig parallel ausgeführt werden. Ebenso kann der Schritt S2 vor dem Schritt S1 ausgeführt werden. Eine entsprechende Darstellung ist 3b. 3a shows an embodiment of a method according to the invention. According to a first step, a scintillator composite having a scintillator material is produced for producing a composite X-ray detector according to the invention. A second step S2 is followed by generation of a collimator arrangement which has collimator walls covered with a reflection layer. A step S3 is followed by filling in the collimator arrangement with the scintillator composite. In a step S4, the collimator arrangement filled with the scintillator composite is fixed relative to a detector arrangement. The first step S1 is further characterized in that the scintillator composite scintillator material is selected such that scintillator materials having light efficiencies> 60,000 photons per MeV are selected. Steps S1 and S2 can be performed simultaneously in parallel. Likewise, the step S2 may be executed before the step S1. A corresponding representation is 3b ,

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 6784432 B2 [0006, 0007, 0008] US 6784432 B2 [0006, 0007, 0008]
  • DE 102006033497 [0006] DE 102006033497 [0006]
  • DE 12006033497 [0009] DE 12006033497 [0009]

Claims (22)

Komposit-Röntgendetektor (1) zur Bildgebung eines Objekts mittels eines Computertomographieverfahrens, aufweisend: – ein mindestens ein Szintillatormaterial aufweisendes Szintillator-Komposit (3) zur Absorption von Röntgenstrahlung (X) und zur Wandlung der Röntgenstrahlung in Licht; – eine reflektierende Kollimatorwände (5) zur optischen Trennung von Szintillatorpixeln aufweisende Kollimator-Anordnung (7) zur Fokussierung der Röntgenstrahlung zu dem Szintillatormaterial, wobei die Kollimator-Anordnung mit dem Szintillator-Komposit aufgefüllt ist; – eine Photodetektor-Anordnung (9) zur Wandlung des Lichts in entsprechende elektrische Signale zur Erzeugung eines Computertomographie-Bildes des Objekts; dadurch gekennzeichnet, dass das Szintillatormaterial des Szintillator-Komposits (3) Lichtausbeuten größer 60 000 Photonen pro MeV bereitstellt.Composite X-ray detector ( 1 ) for imaging an object by means of a computed tomography method, comprising: - a scintillator composite having at least one scintillator material ( 3 ) for the absorption of X-rays (X) and for the conversion of X-rays into light; A reflective collimator walls ( 5 ) for optical separation of scintillator pixels having collimator arrangement ( 7 ) for focusing the X-ray radiation to the scintillator material, wherein the collimator assembly is filled with the scintillator composite; A photodetector arrangement ( 9 ) for converting the light into corresponding electrical signals to produce a computed tomography image of the object; characterized in that the scintillator material of the scintillator composite ( 3 ) Provides light efficiencies greater than 60,000 photons per MeV. Komposit-Röntgendetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Szintillatormaterial LaBr3:Ce3+, LuxGd1-xI3:Ce3+, GdI3:Ce3+, YI3:Ce3+, LuI3:Ce3+ und/oder SrI2:Eu2+ ist.Composite X-ray detector according to claim 1, characterized in that the scintillator material LaBr 3 : Ce 3+ , Lu x Gd 1 -x I 3 : Ce 3+ , GdI 3 : Ce 3+ , YI 3 : Ce 3+ , LuI 3 : Ce 3+ and / or SrI 2 : Eu 2+ is. Komposit-Röntgendetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Szintillatormaterial in eine Polymermatrix oder Harzmatrix eingebunden ist.Composite X-ray detector according to claim 1 or 2, characterized in that the scintillator material is incorporated in a polymer matrix or resin matrix. Komposit-Röntgendetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Szintillatormaterial Jodid aufweist und das Polymer der Polymermatrix Polystyrol ist.A composite X-ray detector according to claim 3, characterized in that the scintillator material comprises iodide and the polymer of the polymer matrix is polystyrene. Komposit-Röntgendetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige, mit Polystyrol beschichtete und dicht abgekapselte Szintillatormaterial Jodid aufweist und in eine Harzmatrix röntgenstabilen Harzes dispergiert ist.Composite X-ray detector according to claim 3, characterized in that the pulverulent, polystyrene-coated and densely encapsulated scintillator material has iodide and is dispersed in a resin matrix of X-ray stable resin. Komposit-Röntgendetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimator-Anordnung ein zweidimensionales Kollimator-Array ist und/oder mit einem Kollimator-Komposit erzeugt ist.Composite X-ray detector according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the collimator arrangement is a two-dimensional collimator array and / or is produced with a collimator composite. Komposit-Röntgendetektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kollimator-Komposit aus einem Wolfram-Polymer besteht.Composite X-ray detector according to claim 6, characterized in that the collimator composite consists of a tungsten polymer. Komposit-Röntgendetektor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den reflektierenden Kollimatorwänden, das Kollimator-Komposit mit einem metallischen Reflektormaterial beschichtet ist.Composite X-ray detector according to claim 6 or 7, characterized in that in addition to the reflective Kollimatorwänden, the collimator composite is coated with a metallic reflector material. Komposit-Röntgendetektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das die Kollimatorwände eine Wolfram-Beschichtung aufweisen, und das metallische Reflektormaterial des Kollimator-Komposits Silber oder Aluminium aufweist.Composite X-ray detector according to claim 8, characterized in that the Kollimatorwände have a tungsten coating, and the metallic reflector material of the collimator composite comprises silver or aluminum. Komposit-Röntgendetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil des Szintillatormaterials im Szintillator-Komposit größer als 50 Volumen-Prozent ist.Composite X-ray detector according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that a proportion of the scintillator material in the scintillator composite is greater than 50 percent by volume. Komposit-Röntgendetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimator-Anordnung mit dem Szintillator-Komposit mit Dicken von einem bis zehn Millimetern aufgefüllt ist.Composite X-ray detector according to one of the preceding claims 1 to 10, characterized in that the collimator assembly is filled with the scintillator composite with thicknesses of one to ten millimeters. Verfahren zur Herstellung eines Komposit-Röntgendetektors zur Bildgebung eines Objekts mittels eines Computertomographieverfahrens, nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit den Schritten: – Erzeugen eines mindestens ein Szintillatormaterial aufweisenden Szintillator-Komposits; – Erzeugen einer reflektierende Kollimatorwände aufweisenden Kollimator-Anordnung; – Auffüllen der Kollimator-Anordnung mit dem Szintillator-Komposit; – Fixieren der mit dem Szintillator-Komposit aufgefüllten Kollimator-Anordnung relativ zu einer Photodetektor-Anordnung; gekennzeichnet durch Auswählen des Szintillatormaterials des Szintillator-Komposits aus Szintillatormaterialien mit Lichtausbeuten größer 60 000 Photonen pro MeV.A method of making a composite X-ray detector for imaging an object by a computed tomography method according to any one of claims 1 to 11, comprising the steps of: Producing a scintillator composite having at least one scintillator material; - generating a collimator arrangement having reflective collimator walls; - filling the collimator arrangement with the scintillator composite; - fixing the collimator array filled with the scintillator composite relative to a photodetector array; marked by Selecting the scintillator material of the scintillator composite from scintillator materials with luminous efficiencies greater than 60,000 photons per MeV. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Szintillatormaterial LaBr3:Ce3+, LuxGd1-xI3:Ce3+, GdI3:Ce3+, YI3:Ce3+, LuI3:Ce3+ und/oder SrI2:Eu2+ ist.A method according to claim 12, characterized in that the scintillator material LaBr 3 : Ce 3+ , Lu x Gd 1-x I 3 : Ce 3+ , GdI 3 : Ce 3+ , YI 3 : Ce 3+ , LuI 3 : Ce 3 + and / or SrI 2 : Eu 2+ is. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Szintillatormaterial in eine Polymermatrix oder Harzmatrix eingebunden wird.A method according to claim 12 or 13, characterized in that the scintillator material is incorporated into a polymer matrix or resin matrix. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Szintillatormaterial Jodid aufweist und das Polymer der Polymermatrix Polystyrol ist.A method according to claim 14, characterized in that the scintillator material comprises iodide and the polymer of the polymer matrix is polystyrene. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass pulverförmiges Szintillatormaterial Jodid aufweist und mit Polystyrol beschichtet und dicht abgekapselt wird, und in eine Harzmatrix röntgenstabilen Harzes dispergiert wird.A method according to claim 14, characterized in that powdered scintillator material comprises iodide and is coated with polystyrene and densely encapsulated, and is dispersed in a resin matrix of X-ray stable resin. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimator-Anordnung als ein zweidimensionales Kollimator-Array bereitgestellt wird und/oder mit einem Kollimator-Komposit erzeugt ist.Method according to one of the preceding claims 12 to 16, characterized in that the collimator arrangement is provided as a two-dimensional collimator array and / or is produced with a collimator composite. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Kollimator-Komposit aus einem Wolfram-Polymer besteht. A method according to claim 17, characterized in that the collimator composite consists of a tungsten polymer. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den reflektierenden Kollimatorwänden, das Kollimator-Komposit mit einem metallischen Reflektormaterial beschichtet wird.A method according to claim 17 or 18, characterized in that in addition to the reflective Kollimatorwänden, the collimator composite is coated with a metallic reflector material. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimatorwände mit Wolfram und das Kollimator-Komposit mit Silber oder Aluminium beschichtet werden.A method according to claim 19, characterized in that the collimator walls are coated with tungsten and the collimator composite with silver or aluminum. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil des Szintillatormaterials im Szintillator-Komposit größer als 50 Volumen-Prozent erzeugt ist.Method according to one of the preceding claims 12 to 20, characterized in that a proportion of the scintillator material in the scintillator composite is generated greater than 50 percent by volume. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollimator-Anordnung mit dem Szintillator-Komposit mit Dicken von einem bis zehn Millimetern aufgefüllt wird.Method according to one of the preceding claims 12 to 21, characterized in that the collimator assembly is filled with the scintillator composite with thicknesses of one to ten millimeters.
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