DE102012217286A1

DE102012217286A1 - Strahlungsdetektor

Info

Publication number: DE102012217286A1
Application number: DE102012217286.6A
Authority: DE
Inventors: Reiner Franz Schulz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-03-27
Also published as: WO2014048717A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor mit einem Strahlungskonverter (1), der eine Strahlung (2) in Signale (15, 25) umwandelt, wobei der Strahlungskonverter (1) eine Vielzahl von ersten Konverterzylindern (10) und eine Vielzahl von zweiten Konverterzylindern (20) umfasst, die abwechselnd zueinander angeordnet sind, wobei die ersten Konverterzylinder (10) erste Teilsignale und die zweiten Konverterzylinder zweite Teilsignale erzeugen, und wobei innerhalb einer vorgebbaren Pixelfläche (5) einer Detektor-Gesamtfläche die ersten Teilsignale (14) zu einem ersten Ausgangssignal (16) und die zweiten Teilsignale (24) zu einem zweiten Ausgangssignal (26) zusammengefasst und jeweils einer Ausleseeinheit (3) zugeführt werden. Der erfindungsgemäße Strahlungsdetektor ermöglicht bei einer Phasenkontrast-Röntgenbildgebung eine verbesserte Nutzung des Phasenkontrastes bei gleichzeitig verringerter Strahlendosis.

Description

Ein derartiger Strahlungsdetektor umfasst einen Strahlungskonverter, der Röntgen- oder Gammastrahlung in Signale umwandelt. Der Strahlungskonverter wandelt hierbei in einem zweistufigen, indirekten Konversionsprozess zunächst die auftreffende Röntgen- oder Gammastrahlung in einer Szintillatorschicht in Lichtquanten um, die in darunterliegenden Fotodioden in einer zweiten Stufe umgewandelt und als elektrische Ladung gespeichert werden. Alternativ dazu kann der Strahlungskonverter als Direktkonverter ausgeführt sein. In diesem Fall wird die auftreffende Röntgen- oder Gammastrahlung in einer Direktkonverterschicht direkt in elektrische Ladung umgewandelt und mittels eines elektrischen Feldes zu darunterliegenden Kollektorelektroden transportiert und in diesen gespeichert.
Für die Röntgenbildgebung werden sowohl Flachbilddetektoren mit indirekter Konversion verwendet als auch Flachbilddetektoren mit direkter Konversion. In dem Aufsatz von M. Spahn et al. "Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik" in "Der Radiologe 43 (2003)", Seiten 340 bis 350, und in dem Aufsatz von Martin Spahn "Flat detectors and their clinical applications" in Eur Radiol (2005), 15: Seiten 1934 bis 1947, sind derartige Flachbilddetektoren beschrieben.
Bei Röntgendetektoren sind die Strahlungskonverter jeweils als Szintillatorschicht ausgeführt. Szintillatormaterialien sind z.B. CsI:Tl (mit Thallium dotiertes Cäsiumiodid), CsI:Na (mit Natrium dotiertes Cäsiumiodid), NaI:Tl (mit Thallium dotiertes Natriumiodid) oder ähnlichen Materialien, die Alkali-Halogenide enthalten. Auch Gd₂O₂S:Tb (mit Terbium dotiertes Gadolinium-Oxysulfid) und LaOBr:Tb (mit Terbium dotiertes Lanthan-Oxibromid) werden als Szintillatormaterialien verwendet.
Die bekannten Strahlungskonverter, bei denen in den Szintillatorschichten Röntgen- oder Gammastrahlung in Licht umgewandelt wird, werden z.B. in der medizinischen Bildgebung, bei der Prüfung von Fracht und Gepäck sowie in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eingesetzt.
Eine den Fotodioden nachgeordnete Ausleseeinheit, die das in der Szintillatorschicht erzeugte Licht erfasst, besteht aus fotoempfindlichen Elementen, z.B. a-Si (amorphes Silizium), Si (kristallines Silizium), CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) oder CCD (Charge-coupled Device).
Aus der Veröffentlichung von Weber et al., "Spectroscopic Measurements Concerning Grating-Based X-Ray Phase-Contrast Imaging" in Medical Imaging 2011: Physics of Medical Imaging, Proc. of SPIE Vol. 7961, 79611J-1 bis 79611J-6, ist es bekannt, dass mit einem Aufbau nach Talbot der Phasenkontrast zur Bildgebung auch mit Röntgenstrahlung genutzt werden kann. Bei einem derartigen Aufbau erzeugt eine Strahlungsquelle eine entsprechende Röntgenstrahlung, die nach dem Durchgang durch ein erstes Gitter ein Untersuchungsobjekt durchstrahlt. Beim Durchgang der Röntgenstrahlung durch das Untersuchungsobjekt tritt in der Röntgenstrahlung eine Phasenverschiebung auf. Nach dem Durchgang der Röntgenstrahlung durch ein zweites Gitter und durch ein drittes Gitter wird diese in einem ortsauflösenden Detektor registriert. Ein großer Nachteil der beschriebenen Anordnung ist, dass das dritte Gitter (letztes Gitter vor dem Detektor) bis zu ca. 50 % der Röntgenstrahlung nicht bildwirksam absorbiert.
Um eine vergleichbare Bildqualität (Quantenrauschen) zu erreichen, kann man die Dosis der Röntgenstrahlung verdoppeln. Dies ist jedoch insbesondere bei der Untersuchung von lebenden Untersuchungsobjekten von Nachteil und deshalb unerwünscht. Des Weiteren wirkt sich die Verdoppelung der Strahlendosis nachteilig auf die Kosten und die Lebensdauer der Strahlungsquelle aus.
Der Zusammenhang zwischen Absorption und Phasenverschiebung in der Bildgebung ist z.B. in der WO 2010/119019 A1 erläutert. In der Bildgebung treten beim Durchtritt von ionisierender Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung, durch Materie hauptsächlich zwei Effekte auf, nämlich die Absorption und die Phasenverschiebung der durch ein Untersuchungsobjekt durchtretenden Strahlung. Beim Durchtritt der ionisierenden Strahlung durch ein Untersuchungsobjekt hängt hierbei in vielen Fällen die Phasenverschiebung wesentlich stärker als die Absorption von geringen Unterschieden bezüglich der Dicke und der Zusammensetzung der durchdrungenen Materie ab. Grundsätzlich hängt die Größe beider Effekte jeweils von der Energie der Strahlung, der Dichte und der Kernladungszahl des Untersuchungsobjektes ab.
Aus der WO 2010/119019 A1 ist weiterhin ein Vorschlag für eine Phasenkontrast-Röntgenbildgebung bekannt, in dem zwei Detektorebenen von jeweils von einem Teildetektor gebildet werden. Die beiden Teildetektoren (Detektorebenen) sind hintereinander angeordnet, wobei die Konversionsschicht mindestens des ersten Teildetektors eine Modulation der Absorptionsfähigkeit aufweist und dadurch die Funktion des in der vorgenannten Veröffentlichung von Weber et al. beschriebenen dritten Gitters übernimmt. Nachteilig ist hierbei insbesondere die Tatsache, dass zwei Strahlungsdetektoren hintereinander justiert werden müssen, wodurch die Kosten und die Komplexität erhöht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Strahlungsdetektor zu schaffen, der bei einer Phasenkontrast-Röntgenbildgebung eine verbesserte Nutzung des Phasenkontrastes bei gleichzeitig verringerter Strahlendosis ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Strahlungsdetektor gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
Der Strahlungsdetektor gemäß Anspruch 1 weist einen Strahlungskonverter auf, der eine Strahlung in Signale (z.B. in Licht oder in elektrische Ladung) umwandelt, wobei der Strahlungskonverter eine Vielzahl von ersten Konverterzylindern und eine Vielzahl von zweiten Konverterzylindern umfasst, die abwechselnd zueinander angeordnet sind, wobei die ersten Konverterzylinder erste Teilsignale und die zweiten Konverterzylinder zweite Teilsignale erzeugen, und wobei innerhalb einer vorgebbaren Pixelfläche einer Detektor-Gesamtfläche die ersten Teilsignale zu einem ersten Ausgangssignal und die zweiten Teilsignale zu einem zweiten Ausgangssignal zusammengefasst und jeweils einer Ausleseeinheit zugeführt werden.
Die ersten und zweiten Konverterzylinder sollten eine möglichst rechteckige Grundfläche aufweisen, um eine möglichst vollständige Erfassung der Röntgenstrahlung zu gewährleisten. Vorzugsweise ist hierbei für die Grundfläche der ersten und zweiten Konverterzylinder eine von einem Quadrat (gleichseitiges Rechteck) abweichende Fläche zu wählen. Bei rechteckigen, jedoch nicht quadratischen Grundflächen der ersten und zweiten Konverterzylinder bilden diese Grundflächen parallelen Streifen, die in der Art eines Gitters angeordnet sind.
Damit erhält man einen kompakten, zweidimensionale Strahlungsdetektor, der die Funktion des dritten Gitters übernimmt ohne die Dosisnachteile desselben ("Active Grid Detector").
Die erfindungsgemäße Lösung ist sowohl bei einem Strahlungsdetektor mit einer indirekten Konversion (Anspruch 2) als auch bei einem Strahlungsdetektor mit einer direkten Konversion (Anspruch 3) problemlos realisierbar.
Bei einer Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 umfassen die ersten Konverterzylinder jeweils eine erste Szintillatorschicht, ein darunterliegendes erstes Farbfilter und einen darunterliegenden ersten Fotosensor. Die zweiten Konverterzylinder umfassen jeweils eine zweite Szintillatorschicht, ein darunterliegendes zweites Farbfilter und einen darunterliegenden zweiten Fotosensor.
Die Fotosensoren können – abhängig vom Anwendungsfall – als Fotowiderstände, als Fotodioden oder als Fototransistoren ausgebildet sein.
Bei dem Strahlungsdetektor gemäß Anspruch 2 unterscheiden sich die ersten Szintillatorschichten (Szintillatorschichten der ersten Konverterzylinder) und die zweiten Szintillatorschichten (Szintillatorschichten der zweiten Konverterzylinder) durch die Wellenlängen des emittierten Szintillatorlichtes.
Die ersten Szintillatorschichten (und damit die ersten Konverterzylinder) senden Szintillatorlicht mit einer ersten Wellenlänge λ_A aus. Die zweiten Szintillatorschichten (und damit die zweiten Konverterzylinder) senden Szintillatorlicht mit einer zweiten Wellenlänge λ_B aus.
Als Szintillatormaterial für den ersten Konverterzylinder ist beispielsweise Gd₂O₂S:Tb (mit Terbium dotiertes Gadolinium-Oxysulfid) geeignet, das bei etwa 545 nm einen Peak im Emissionsspektrum aufweist. Als Szintillatormaterial für den zweiten Konverterzylinder ist z.B. LaOBr:Tb (mit Terbium dotiertes Lanthan-Oxibromid) geeignet, das ein Maximum bei 380 nm besitzt.
Die Farbfilter bei dem Strahlungsdetektor gemäß Anspruch 2 sind jeweils auf die betreffende Wellenlänge des emittierten Szintillatorlichtes abgestimmt. So ist das erste Farbfilter auf die erste Wellenlänge λ_A und das zweite Farbfilter auf die zweite Wellenlänge λ_B abgestimmt.
Bei einer Ausführungsform gemäß Anspruch 3 umfassen die ersten Konverterzylinder jeweils eine erste Direktkonverterschicht und eine darunterliegende erste Kollektorelektrode und die zweiten Konverterzylinder jeweils eine zweite Direktkonverterschicht und eine darunterliegende zweite Kollektorelektrode. Geeignete Direktkonvertermaterialien sind beispielsweise Se (Selen), PbO (Blei(II)-oxid), CdTe (Cadmiumtellurid) und Cd_(x-1)Zn_xTe (Cadmiumzinktellurid) sowie HgI₂ (Quecksilber(II)-iodid). Farbfilter für die Absorption sind nicht erforderlich, da die in der ersten Direktkonverterschicht und die in der zweiten Direktkonverterschicht erzeugten Ladungsträger durch ein angelegtes E-Feld geführt werden.
Bei einem Strahlungsdetektor gemäß Anspruch 4 wird das von den ersten und zweiten Farbfiltern jeweils gesperrte Szintillatorlicht zumindest teilweise absorbiert. Damit trifft im Wesentlichen nur Szintillatorlicht auf, das von dem entsprechenden Fotosensor detektiert werden soll.
Alternativ oder zusätzlich wird bei einer Ausgestaltung nach Anspruch 5 das von den ersten und zweiten Farbfiltern jeweils gesperrte Szintillatorlicht zumindest teilweise reflektiert. Szintillatorlicht der Wellenlänge λ_A bzw. λ_B hat dadurch die Möglichkeit, in den jeweils anderen Konverterzylinder zu gelangen und dann von dem zugehörigen Fotosensor erfasst zu werden.
Durch die in den Ansprüchen 5 und 6 beschriebenen Maßnahmen gelangt im Wesentlichen nur Szintillatorlicht der entsprechenden Wellenlänge λ_A bzw. λ_B auf den ersten Fotosensor bzw. den zweiten Fotosensor. Die Phasenkontrast-Röntgenbildgebung wird damit nochmals verbessert.
Bei einem Strahlungsdetektor gemäß Anspruch 6 weist der Strahlungskonverter auf der Fläche, die der einfallenden Strahlung zugewandt ist, wenigstens eine Reflexionsschicht für das in den Szintillatorschichten erzeugte Szintillatorlicht auf. Auch diese Maßnahme dient dazu, die Phasenkontrast-Röntgenbildgebung nochmals zu verbessern In Verbindung mit der in Anspruch 5 beschriebenen Reflexion des Szintillatorlichtes an den Fotosensoren erhält man eine maximale Erzeugung von Szintillatorlicht der Wellenlänge λ_A bzw. λ_B in der ersten bzw. zweiten Szintillatorschicht. Mit der Kombination der Maßnamen gemäß den Ansprüchen 5 und 6 erhält man die bestmögliche Nutzung des Phasenkontrastes bei einer Phasenkontrast-Röntgenbildgebung.
Nachfolgend werden zwei schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:
1 eine Ausführungsform eines Röntgendetektors gemäß der Erfindung,
2 eine Signalschaltung für eine Erzeugung von Ausgangssignalen aus erzeugten Teilsignalen,
3 eine erste Ausführungsform eines Strahlungskonverters,
4 eine zweite Ausführungsform eines Strahlungskonverters,
5 ein Herstellverfahren für einen Strahlungskonverter.
Der in 1 dargestellte Strahlungsdetektor umfasst einen Strahlungskonverter 1, der eine Strahlung 2 in Signale umwandelt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Strahlungskonverter 1 als Szintillator ausgeführt, der die auf den Strahlungskonverter 1 auftreffende Röntgenstrahlung 2 in sichtbares Szintillatorlicht umwandelt.
Der Strahlungskonverter 1 weist eine Vielzahl von ersten Konverterzylindern 10 und eine Vielzahl von zweiten Konverterzylindern 20 auf, die alternierend angeordnet sind.
Die ersten Konverterzylinder 10 erzeugen erste Teilsignale 14 und die zweiten Konverterzylinder 20 erzeugen zweite Teilsignale 24. Da der Strahlungskonverter 1 als Szintillator ausgebildet ist, handelt es sich bei den ersten Teilsignalen 14 um sichtbares Szintillatorlicht 15 (emittierte Lichtquanten) mit einer ersten Wellenlänge λ_A und bei den zweiten Teilsignalen 24 um sichtbares Szintillatorlicht 25 (emittierte Lichtquanten) mit einer zweiten Wellenlänge λ_B.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform des Strahlungsdetektors umfassen die ersten Konverterzylinder 10 jeweils eine erste Szintillatorschicht 11, ein darunterliegendes erstes Farbfilter 12 und einen darunterliegenden ersten Fotosensor 13. Die zweiten Konverterzylinder 20 umfassen jeweils eine zweite Szintillatorschicht 21, ein darunterliegendes zweites Farbfilter 22 und einen darunterliegenden zweiten Fotosensor 23.
Die erste Szintillatorschicht 11 besteht beispielsweise aus Gd₂O₂S:Tb und die zweite Szintillatorschicht 21 aus LaOBr:Tb.
Die Höhen der ersten Szintillatorschichten 11 und der zweiten Szintillatorschichten 21 entsprechen hierbei jeweils der Absorptionslänge 35 der auf die ersten Konverterzylinder 10 und auf die zweiten Konverterzylinder 20 auftreffenden Röntgenstrahlung 2.
Die ersten Fotosensoren 13 und die zweiten Fotosensoren 23 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils als erste Fotodioden bzw. als zweite Fotodioden ausgeführt.
Die ersten Farbfilter 12 sind nur durchlässig für Szintillatorlicht 15 mit der ersten Wellenlänge λ_A, also für Szintillatorlicht, das in den ersten Konverterzylindern 10 bzw. in den ersten Szintillatorschichten 11 erzeugt wurde. Szintillatorlicht mit einer anderen Wellenlänge wird von den ersten Farbfiltern 12 gesperrt und zumindest teilweise absorbiert und/oder zumindest teilweise reflektiert. Damit trifft auf die ersten Fotodioden 13 nur Szintillatorlicht 15 mit der ersten Wellenlänge λ_A auf.
Die zweiten Farbfilter 22 sind demgegenüber nur für Szintillatorlicht 25 mit der zweiten Wellenlänge λ_B durchlässig, also für Szintillatorlicht, das in den zweiten Konverterzylindern 20 bzw. in den zweiten Szintillatorschichten 21 erzeugt wurde. Szintillatorlicht mit einer anderen Wellenlänge wird von den zweiten Farbfiltern 22 gesperrt und zumindest teilweise absorbiert und/oder zumindest teilweise reflektiert. Damit erreicht nur Szintillatorlicht 25 mit der zweiten Wellenlänge λ_B die zweiten Fotodioden.
Bei dem Szintillatorlicht 15 bzw. 25 mit der jeweils anderen Wellenlänge kann es sich um Szintillatorlicht handeln, das die erste Szintillatorschicht 11 bzw. die zweite Szintillatorschicht 21 seitlich verlassen hat. Die Erzeugung des Szintillatorlichtes 15 bzw. 25 ist in 1 mit Kreisen 8 und 9 symbolisiert. Bei Reflexionen an den ersten Farbfiltern 12 bzw. an den zweiten Farbfiltern 22 kann es passieren, dass das reflektierte Szintillatorlicht 15 bzw. 25 wieder in die zugehörige Szintillatorschicht 11 bzw. 21 gelangt.
Die Brechungsindizes der ersten Szintillatorschicht 11 und des ersten Farbfilters 12 sowie des ersten Fotosensors 13 sind möglichst ähnlich, um eine maximale Lichtausbreitung und Einkopplung zu erzielen. Gleiches gilt für die zweite Szintillatorschicht 21 und den zweiten Farbfilter 22 sowie den zweiten Fotosensor 23.
Innerhalb einer vorgebbaren Pixelfläche 5 einer Detektor-Gesamtfläche wird das Szintillatorlicht 15 mit der ersten Wellenlänge λ_A, das von den ersten Fotodioden 13 erfasst wird und die ersten Teilsignale 14 bildet, zu einem ersten Ausgangssignal 16 zusammengefasst (2).
Das Szintillatorlicht 25 mit der zweiten Wellenlänge λ_B, das von den zweiten Fotodioden 23 erfasst wird und die zweiten Teilsignale 24 bildet, wird innerhalb der vorgebbaren Pixelfläche 5 der Detektor-Gesamtfläche zu einem zweiten Ausgangssignal 26 zusammengefasst (2).
Die ersten Fotodioden 13 und die zweiten Fotodioden 23 sind bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel derart in einer Ausleseeinheit 3 integriert, dass sie mit ihren lichtempfindlichen Flächen bündig mit der Oberfläche der Ausleseeinheit 3 abschließen. Damit liegen die ersten Konverterzylinder 10 und die zweiten Konverterzylinder 20 plan auf der Ausleseeinheit 3 auf, die bei der in 1 dargestellten Ausführungsform als CMOS ausgeführt ist.
Bei dem in 1 dargestellten Strahlungsdetektor weist der Strahlungskonverter 1 – und damit die ersten Konverterzylinder 10 und die zweiten Konverterzylinder 20 – auf den Flächen, die der einfallenden Röntgenstrahlung 2 zugewandt sind, eine Reflexionsschicht 4 auf.
Durch die Reflexionsschicht 4 wird das in die ersten Szintillatorschichten 11 seitlich eingestreute und von den ersten Farbfiltern 12 rückgestreute Szintillatorlicht 25 reflektiert. Durch die Reflexionsschicht 4 wird gleichfalls das in die zweiten Szintillatorschichten 21 seitlich eingestreute und von den zweiten Farbfiltern 22 rückgestreute Szintillatorlicht 15 reflektiert. Die Reflexionsschicht 4 streut damit das Szintillatorlicht 15 (erste Wellenlänge λ_A) und das Szintillatorlicht 25 (zweite Wellenlänge λ_B) zurück auf die ersten Fotosensoren 13 bzw. auf die zweiten Fotosensoren 23.
Die ersten Konverterzylinder 10 und zweiten Konverterzylinder 20 sollten eine möglichst rechteckige Grundfläche besitzen, um eine möglichst vollständige Erfassung der Röntgenstrahlung 2 zu gewährleisten. Vorzugsweise ist hierbei für die Grundflächen der ersten Konverterzylinder 10 und zweiten Konverterzylinder 20 jeweils eine von einem Quadrat (gleichseitiges Rechteck) abweichende Fläche zu wählen. Bei rechteckigen, jedoch nicht quadratischen Grundflächen der ersten Konverterzylinder 10 und zweiten Konverterzylinder 20 bilden diese Grundflächen parallelen Streifen, in der Art eines Gitters angeordnet sind.
Dementsprechend sind Die ersten Farbfilter 12 und die zweiten Farbfilter 22 sowie die lichtempfindlichen Flächen der ersten Fotosensoren 13 und der zweiten Fotosensoren 23 streifenförmig ausgebildet.
In 2 ist ein Beispiel gezeigt, wie die ersten Ausgangssignale 16 (gebildet von den streifenförmigen Kombinationen aus den ersten Konverterzylindern 10 und den ersten Fotosensoren 13) und die die zweiten Ausgangssignale 26 (gebildet von den streifenförmigen Kombinationen aus den zweiten Konverterzylindern 20 und den zweiten Fotosensoren 23) zusammengefasst werden können.
Die Breite 18 der ersten Szintillatorschicht 11 und die Breite des ersten Fotosensors 13 sowie die Breite 18 der zweiten Szintillatorschicht 21 und die Breite des zweiten Fotosensors 2 liegt besonders vorteilhaft im Bereich von 1 μm bis 20 μm.
Wenn beispielsweise eine vorgebbare Pixelfläche 5 (z.B. ein Bildpunkt) eine Kantenlänge von 100 μm haben soll und die Breite der ersten Szintillatorschicht 11 und der zweiten Szintillatorschicht 21 jeweils 5 μm beträgt, so werden jeweils zehn erste Teilsignale 14 von den ersten Fotosensoren 13 im ersten Signaladdierer 17 und jeweils zehn zweite Teilsignale 24 von den zweiten Fotosensoren 23 im zweiten Signaladdierer 27 addiert. Damit ergeben sich pro Bildpunkt 5 (Pixel) ein erstes Ausgangssignal 16 und ein zweites Ausgangssignal 26. Durch eine derartige Zusammenfassung der Teilsignale 14 bzw. 24 zu Ausgangssignalen 16 bzw. 26 werden die Datenmengen stark reduziert.
Die lichtempfindlichen Flächen der ersten Fotosensoren 13 und der zweiten Fotosensoren 23 können aber auch einzeln ausgelesen werden. Dadurch erhöhen sich die Datenrate und die Datenmenge pro Bild. Man gewinnt aber die Freiheit, später die ersten Teilsignale 14 und die zweiten Teilsignale 24 der ersten und zweiten Konverterzylinder 10 und 20 verschieden zusammenzufassen. Üblicherweise erfolgt eine derartige Zusammenfassung softwaregestützt.
Wie in 3 dargestellt, können die parallelen Streifen, die von den rechteckigen Grundflächen der ersten Konverterzylinder 10 und von den rechteckigen Grundflächen der zweiten Konverterzylinder 20 gebildet werden, in Längsrichtung an den Grenzen der Bildpunkte 5 (Pixel) durch jeweils einen Trenngraben 6 unterbrochen sein. Dadurch wird die Ortsauflösung in Längsrichtung erhöht.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem außerdem zu dem zu den in Längsrichtung verlaufenden Trenngräben 6 zusätzlich in Querrichtung weitere Trenngräben 7 verlaufen.
Eine Möglichkeit zur Herstellung der ersten Szintillatorschichten 11 und der zweiten Szintillatorschichten 21 ist das Drucken auf die Ausleseeinheit mittels Inkjet-Technologie.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel können beispielsweise die ersten Szintillatorschichten 11 und die zweiten Szintillatorschichten 21 jeweils im "Inkjet-Verfahren" (Tintenstrahldruck mit Pigment-Tinte) schichtweise auf die ersten Farbfilter 12 bzw. die zweiten Farbfilter 22 aufgebracht werden, wodurch entsprechende erste Konverterzylinder 10 und entsprechende zweite Konverterzylinder 20 entstehen.
Eine weitere Möglichkeit für die Herstellung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ist in 5 dargestellt. Zunächst wird ein Szintillatorschichtpaket 30 hergestellt, in dem alternierend eine erste Szintillatorschicht 11 und eine zweite Szintillatorschicht 21 angeordnet sind. Diesem Szintillatorschichtpaket 30 werden ein oder mehrere planparallele Streifen mit der Breite der Absorptionslänge 35 "entnommen" und jeweils auf den ersten Fotodioden 13 und auf den zweiten Fotodioden 23 positioniert und durch Kleben oder Anpressen fixiert.
Das Szintillatorschichtpaket 30 kann durch Stapeln von vorher hergestellten Szintillatorfolien hergestellt werden.
Alternativ dazu kann das Szintillatorschichtpaket 30 durch Siebdrucken, Sedimentieren, Rakeln oder Sprühen der ersten Szintillatorschicht 11 und der zweiten Szintillatorschicht 21 abwechselnd zueinander aufgebaut werden.
Die Szintillatorpartikel sind eingebunden in eine Matrix (Binder), um eine möglichst gute mechanische Stabilität und eine möglichst verlustfreie Lichtleitung zu gewährleisten.
Die Szintillatorpartikel in der Pigment−Tinte sind bevorzugt kleiner als 1 μm, insbesondere kleiner als 200 nm ("Nanopartikel"), wobei der Durchmesser der Szintillatorpartikel hierbei im Hinblick auf eine maximale Lichtausbeute gewählt wird.
Nanoskalige Szintillatorpartikel zeigen in vorteilhafter Weise mit abnehmender Partikelgröße ein Maximum mit einer erhöhten Lichtausbeute (Signalerhöhung durch Resonanzphänomene). LuBO₃ (Lutetiumboroxid). Ein derartiges Maximum zweigt sich beispielsweise zwischen 90 nm und 100 nm. Des Weiteren sind nanoskalige Szintillatorpartikel strahlenresistenter, da strahleninduzierte Defekte wegen der extrem kleinen Dimensionen schnell an die Oberfläche der Szintillatorpartikel diffundieren.
Bei einem Strahlungskonverter 1 mit einer ersten Szintillatorschicht 11 und einer zweiten Szintillatorschicht 21 aus nanoskaligen Szintillatorpartikeln werden diese abwechselnd schichtweise aufgebracht, beispielsweise im Inkjet-Verfahren gedruckt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben ist, so ist die Erfindung nicht durch die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Vielmehr können vom Fachmann hieraus auch andere Varianten der erfindungsgemäßen Lösung abgeleitet werden, ohne hierbei den zugrunde liegenden Erfindungsgedanken zu verlassen.
Wie aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels ersichtlich ist, wird durch die die erfindungsgemäße Lösung ein sehr kompakter Aufbau erreicht, wodurch bei einem derartigen Strahlungsdetektor die Stabilität erhöht und die Herstellung vereinfacht wird. Auf ein drittes Gitter, wie bei dem beispielsweise in der Veröffentlichung von Weber et al. beschriebenen Aufbau, kann verzichtet werden, wodurch etwa ein Faktor zwei an Strahlendosis eingespart wird. Damit ist bei Menschen eine routinemäßige Durchführung von Phasenkontrast-Untersuchungen mittels Röntgenstrahlung möglich.
Es werden zwei Arten von Szintillatorschichten (erste Szintillatorschichten 11 und zweite Szintillatorschichten 21) verwendet, die jeweils eine bestimmte Art von Emissionslicht, nämlich Szintillatorlicht der Wellenlänge λ_A bzw. Szintillatorlicht der Wellenlänge λ_B, aussenden. Die ersten Szintillatorschichten 11 und die zweiten Szintillatorschichten 21 sind in einer Ebene nebeneinander alternierend in Art eines Gitters angeordnet. Die Information, auf welcher Position ("gerade" bzw. "ungerade") innerhalb eines Pixels 5 ein Röntgenquant absorbiert wurde, wird über die Farbe des Emissionslichtes "kodiert". Die "Dekodierung" findet über die entsprechenden Farbfilter 12 bzw. 22 vor den "geraden"/"ungeraden" Fotosensoren 13 bzw. 14 statt.
Durch die beschriebenen Maßnahmen wird bei einem Strahlungsdetektor ein sehr kompakter Aufbau erreicht, wodurch die Stabilität erhöht und die Herstellung vereinfacht wird. Auf ein drittes Gitter, wie bei dem beispielsweise in der Veröffentlichung von Weber et al. beschriebenen Aufbau, kann verzichtet werden, wodurch etwa ein Faktor zwei an Strahlendosis eingespart wird. Damit ist bei Menschen eine routinemäßige Durchführung von Phasenkontrast-Untersuchungen mittels Röntgenstrahlung möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2010/119019 A1 [0008, 0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

M. Spahn et al. "Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik" in "Der Radiologe 43 (2003)", Seiten 340 bis 350 [0002]
Martin Spahn "Flat detectors and their clinical applications" in Eur Radiol (2005), 15: Seiten 1934 bis 1947 [0002]
Weber et al., "Spectroscopic Measurements Concerning Grating-Based X-Ray Phase-Contrast Imaging" in Medical Imaging 2011: Physics of Medical Imaging, Proc. of SPIE Vol. 7961, 79611J-1 bis 79611J-6 [0006]

Claims

Strahlungsdetektor mit einem Strahlungskonverter (1), der eine Strahlung (2) in Signale (15, 25) umwandelt, wobei der Strahlungskonverter (1) eine Vielzahl von ersten Konverterzylindern (10) und eine Vielzahl von zweiten Konverterzylindern (20) umfasst, die abwechselnd zueinander angeordnet sind, wobei die ersten Konverterzylinder (10) erste Teilsignale und die zweiten Konverterzylinder zweite Teilsignale erzeugen, und wobei innerhalb einer vorgebbaren Pixelfläche (5) einer Detektor-Gesamtfläche die ersten Teilsignale (14) zu einem ersten Ausgangssignal (16) und die zweiten Teilsignale (24) zu einem zweiten Ausgangssignal (26) zusammengefasst und jeweils einer Ausleseeinheit (3) zugeführt werden.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, wobei die ersten Konverterzylinder (10) jeweils eine erste Szintillatorschicht (11), ein darunterliegendes erstes Farbfilter (12) und einen darunterliegender erster Fotosensor (13) und die zweiten Konverterzylinder (20) jeweils eine zweite Szintillatorschicht (21), ein darunterliegendes zweites Farbfilter (22) und einen darunterliegenden zweiten Fotosensor (23) umfassen.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, wobei die ersten Konverterzylinder (10) jeweils eine erste Direktkonverterschicht und eine darunterliegende erste Kollektorelektrode und die zweiten Konverterzylinder (20) jeweils eine zweite Direktkonverterschicht und eine darunterliegende zweite Kollektorelektrode umfassen.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 2, wobei das von den ersten und zweiten Farbfiltern (12, 22) jeweils gesperrte Szintillatorlicht (15, 25) zumindest teilweise absorbiert wird.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 2, wobei das von den ersten und zweiten Farbfiltern (12, 22) jeweils gesperrte Szintillatorlicht (15, 25) zumindest teilweise reflektiert wird.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 2, wobei der Strahlungskonverter (1) auf der Fläche, die der einfallenden Strahlung (2) zugewandt ist, wenigstens eine Reflexionsschicht (4) für das in den Szintillatorschichten (11, 21) erzeugte Szintillatorlicht (15, 25) aufweist.