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Die Erfindung betrifft einen Röntgendetektor gemäß dem Patentanspruch 1.
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In der digitalen Röntgenbildgebung sind heutzutage vor allem Flachbilddetektoren mit aktiven Auslesematrizen mit direkter oder indirekter Konversion der Röntgenstrahlung bekannt. Ein solcher Röntgendetektor basiert auf einer aktiven Matrix aus Pixel-Ausleseelementen, der eine Röntgenkonverterschicht oder Szintillatorschicht vorgeschichtet ist. In letzterem Fall werden die auftreffenden Röntgenquanten zunächst in der Szintillatorschicht in sichtbares Licht gewandelt. Die aktive Matrix ist in eine Vielzahl von Pixel-Ausleseelementen mit Photodioden und Schaltelementen unterteilt, die dieses Licht wiederum in elektrische Ladung umwandeln und ortsaufgelöst speichern. Photodioden können entweder auf der Basis von amorphem Silizium, welches auf einem Glassubstrat angeordnet ist, oder auf der Basis von CMOS-Technologie als sogenannte active pixel sensors (APS) hergestellt werden. Zum technischen Hintergrund eines Flachbilddetektors wird auch auf
M. Spahn et al., "Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik", Der Radiologe 43 (2003), Seiten 340 bis 350, verwiesen.
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Gesetzliche Regelungen fordern eine sichere Abschirmung von Patient und Bedienpersonen gegenüber Röntgenstrahlung, die beim Auftreffen auf den Röntgendetektor nicht absorbiert wird und diesen wieder verlassen könnte. Diese Röntgenstrahlung wird üblicherweise durch eine Bleischicht auf der der Röntgenstrahlung abgewandten Seite des Röntgendetektors abgeschirmt. Die Bleischicht kann zum Beispiel unterhalb des Glassubstrats oder an der Unterseite des Gehäuses des Röntgendetektors angeordnet sein. Durch das Blei tritt jedoch folgendes Problem auf: Röntgenquanten mit Energien über etwa 90 keV können im Blei Fluoreszenzphotonen mit einer Energie von 78 keV erzeugen. Diese werden anschließend isotrop emittiert, treffen auch auf die Szintillatorschicht des Röntgendetektors auf und lösen dort ein störendes Signal aus. Dadurch verschlechtern sich die bildgebenden Eigenschaften des Röntgendetektors. Je weiter das Blei von der Szintillatorschicht entfernt ist, desto größer ist die Fläche der Szintillatorschicht, auf die sich die Fluoreszensphotonen verteilen können. Andererseits kann durch die Geometrie des Röntgendetektors (Szintillator, Diodenarray, Trägerglas, Elektronik, Blei) die Bleischicht nicht beliebig nahe an die Szintillatorschicht gebracht werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Röntgendetektor bereitzustellen, welcher eine verbesserte Bildqualität von Röntgenbildern gewährleistet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Röntgendetektor gemäß dem Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist ein Röntgendetektor, insbesondere ein Flachbilddetektor, aufweisend eine Szintillatorschicht zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in Licht und eine aktive Matrix aus Pixelausleseelementen, wobei jedes Pixelausleseelement eine Photodiode und ein elektronisches Schaltelement zur Umwandlung von Licht in elektrische Ladung und ortsaufgelösten Speicherung der elektrischen Ladung, wobei die aktive Matrix auf einem Substrat angeordnet ist, wobei eine Strahlungsabschirmung in Form einer Bleischicht in Röntgenstrahlungsrichtung unterhalb des Substrats angeordnet ist, und wobei eine Metallschicht oder Metalloxidschicht, aufweisend ein Material mit einer Ordnungszahl zwischen 30 und 45, zwischen dem Szintillator und der Bleischicht zur Abschirmung der Szintillatorschicht gegen Fluoreszenzphotonen angeordnet ist, vorgesehen. Die Metall- oder Metalloxidschicht mit einer Ordnungszahl zwischen 30 und 45 ist in der Lage, von der Bleischicht erzeugte Fluoreszenzphotonen mit einer Energie von 78 keV effektiv abzufangen, so dass eine Verschlechterung der Bildqualität durch die Fluoreszenzphotonen ausbleibt. Durch die Metall- oder Metalloxidschicht und deren Schutzwirkung ist auch eine Anordnung der Bleischicht mit möglichst geringem Abstand zu dem Szintillator keine Notwendigkeit mehr. Insgesamt kommt es durch die Erfindung zu einer verbesserten Röntgenbildgebung und damit auch zu verbesserten Diagnosemöglichkeiten und verminderten Fehldiagnosen.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Metallschicht oder Metalloxidschicht benachbart zu dem Substrat angeordnet. Die Metallschicht oder Metalloxidschicht kann zum Beispiel direkt an das Substrat angrenzen. Sie kann mittels eines Klebers mit dem Substrat verklebt oder mechanisch mit diesem verbunden werden, zum Beispiel mittels Schrauben oder Klemmen. Vorteilhafterweise ist das Substrat mit der Metallschicht oder Metalloxidschicht beschichtet. So kann die Metallschicht oder Metalloxidschicht zum Beispiel mittels eines Aufdampfungsverfahrens auf das Substrat aufgebracht werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Substrat von einem Glassubstrat gebildet und die Metalloxidschicht wird durch in das Glassubstrat eingebrachte Metalloxidionen gebildet. Die Schicht kann in diesem Zusammenhang z.B. mittels Ionenbeschuss in das Substrat eingebracht werden. Durch die Integration der Metalloxidschicht in das Glassubstrat ist keine zusätzliche Befestigung oder Verankerung notwendig. Die Metalloxidschicht ist außerdem mit geringem Aufwand herstellbar und beansprucht keinen zusätzlichen Platz.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Metallschicht oder Metalloxidschicht Molybdän auf. Dieses Material eignet sich besonders gut auch bei geringer Dicke zur Absorption der Fluoreszenzphotonen.
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In vorteilhafter Weise für eine besonders gute Abschirmung der Fluoreszenzphotonen sind mehrere Metallschichten oder Metalloxidschichten aufweisend Materialien mit einer Ordnungszahl zwischen 30 und 45 zwischen dem Szintillator und der Bleischicht angeordnet. Es können zum Beispiel auch unterschiedliche Schichten verwendet werden.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors mit einer Metallschicht, und
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2 eine vergrößerte Seitenansicht eines Ausschnitts aus einem weiteren erfindungsgemäßen Röntgendetektor mit einer Metalloxidschicht.
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In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Röntgendetektor 10 mit einer Abschirmung gegen Fluoreszenzphotonen in Form von einer Metallschicht 18.1 gezeigt. Der Röntgendetektor kann zum Beispiel von einem Flachbilddetektor gebildet werden. Der Röntgendetektor 10 besitzt eine Szintillatorschicht 11 zur Umwandlung von auftreffenden Röntgenquanten in Licht und in Strahlungsrichtung unterhalb der Szintillatorschicht 11 ist eine aktive Matrix 12 mit einer Vielzahl von Pixelausleseelementen 13 angeordnet. Jedes der Pixelausleseelemente 13 weist wiederum eine Photodiode und ein Schaltelement auf, wobei die Photodiode zur Umwandlung des Lichts in elektrische Ladung und das Schaltelement zum Speichern und Auslesen der elektrischen Ladung vorgesehen sind. Die aktive Matrix ist auf einem Substrat 14, zum Beispiel einem Glassubstrat, angeordnet.
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Des Weiteren ist innerhalb des Gehäuses 17 weder der Röntgendetektor 10 noch eine Elektronik 15 zur Steuerung der aktiven Matrix 12 angeordnet. Um einen Patienten oder umstehende Personen bzw. behandelnde Ärzte vor Röntgenstrahlung zu schützen, ist an, in oder auf der Unterseite des Röntgendetektors eine Bleischicht 16 zur Abschirmung angeordnet. Die Bleischicht verhindert, dass Röntgenstrahlung oder Streustrahlung aus dem Röntgendetektor austreten kann. Da die Röntgenquanten mit hohen Quantenenergie, zum Beispiel über 90 keV, im Blei Fluoreszenzphotonen erzeugen, welche auf den Photodioden Störsignale erzeugen können, ist die Metallschicht 18.1 zwischen der Bleischicht 16 und der Szintillatorschicht 11 angeordnet; im vorliegenden Fall ist sie auf der Unterseite des Substrats 14 angeordnet, z.B. geklebt, geklemmt oder verschraubt.
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Die Metallschicht kann auch direkt an die Bleischicht angrenzen oder in anderen Positionen z.B. oberhalb oder unterhalb der Elektronik angeordnet sein. Die Metallschicht ist aus einem Metall mit einer Ordnungszahl 30 < Z < 45, zum Beispiel aus Molybdän, gebildet. Die Verwendung von Molybdän oder einem anderen Metall mit 30 < Z < 45 als Absorber ist besonders vorteilhaft, da diese Materialien ein geringes Streuverhalten aufweisen und ihre Fluoreszensphotonen niederenergetisch sind, so dass sie bereits an Zwischenschichten absorbiert werden und kaum an der Szintillatorschicht ankommen. Die Metallschicht sollte derart ausgedehnt ausgebildet und angeordnet sein, dass keine direkten Strahlen von der Bleischicht aus zu der Szintillatorschicht gelangen können.
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Alternativ können auch Metalloxidschichten als Absorber verwendet werden. In der 2 ist ein Substrat gezeigt, in welches eine Metalloxidschicht 18.2 als Absorber eingebracht ist. Die Metalloxidschicht kann bereits bei der Herstellung des Substrats mittels Ionenbeschuss erzeugt werden. Eine derartige einfach und günstig herstellbare Absorberschicht nimmt zudem auch keinen Platz innerhalb des Gehäuses des Röntgendetektors weg.
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Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine verbesserte Bildqualität ist ein Röntgendetektor, aufweisend eine Szintillatorschicht zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in Licht und eine aktive Matrix aus Pixelausleseelementen, wobei jedes Pixelausleseelement eine Photodiode und ein elektronisches Schaltelement zur Umwandlung von Licht in elektrische Ladung und zur ortsaufgelösten Speicherung der elektrischen Ladung aufweist, wobei die aktive Matrix auf einem Substrat angeordnet ist, wobei eine Strahlungsabschirmung in Form einer Bleischicht in Röntgenstrahlungsrichtung unterhalb des Substrats angeordnet ist, und wobei eine Metallschicht oder Metalloxidschicht, aufweisend ein Material mit einer Ordnungszahl zwischen 30 und 45, zwischen dem Szintillator und der Bleischicht zur Abschirmung der Szintillatorschicht gegen Fluoreszenzphotonen angeordnet ist, vorgesehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- M. Spahn et al., “Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik”, Der Radiologe 43 (2003), Seiten 340 bis 350 [0002]
