DE102015225774B3

DE102015225774B3 - Zählender Röntgendetektor, medizinisches Gerät diesen aufweisend und Verfahren zur Temperaturregulierung eines Konvertermaterials eines Röntgendetektors

Info

Publication number: DE102015225774B3
Application number: DE102015225774.6A
Authority: DE
Inventors: Thorsten ERGLER; Miguel Labayen de Inza
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2035-12-18
Also published as: US20180321396A1; US20170176608A1; US10156644B2; US10684379B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen zählenden Röntgendetektor (1) aufweisend in einer Stapelanordnung ein Konvertermaterial (2) zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in elektrische Ladungen und eine Elektrode (3). Die Elektrode (3) ist mit dem Konvertermaterial (2) elektrisch leitend verbunden. Die Elektrode (3) ist zumindest teilweise transparent ausgebildet. Die Elektrode (3) weist folgende Schichten auf: eine elektrisch leitende Kontaktschicht (4), eine elektrisch leitende erste Zwischenschicht (5), eine elektrisch leitende Hochspannungsschicht (6), eine zweite Zwischenschicht (8) und eine elektrisch leitende Heizschicht (9).

Description

Die Erfindung betrifft einen zählenden Röntgendetektor, ein medizinisches Gerät und ein Verfahren zur Temperaturregulierung eines Konvertermaterials eines Röntgendetektors.
In der Röntgenbildgebung, beispielsweise in der Computertomographie, der Angiographie oder der Radiographie, können zählende direkt-konvertierende Röntgendetektoren verwendet werden. Die Röntgenstrahlung oder die Photonen können durch einen geeigneten Sensor in elektrische Pulse umgewandelt werden. Als Konvertermaterial können für den Sensor beispielsweise CdTe, CZT, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TlBr2, HgI2, GaAs oder andere verwendet werden. Die Energie der einfallenden ionisierenden Strahlung wird direkt in elektrische Ladungen, sogenannte Elektronen-Loch-Paare, umgewandelt. An das Konvertermaterial wird eine Hochspannung, beispielsweise für CdTe, CZT, CdZnTeSe, CdTeSe oder CdMnTe im Bereich von –500 bis –2000 V, zwischen einer Elektrode als Kathode und einem Auslesekontakt als Anode angelegt, um die Ladungen der im Konvertermaterial ausgelösten Elektronen-Loch-Paare zu trennen. Die Hochspannung wird über eine externe Hochspannungsquelle mittels eines elektrisch leitenden Kontakts an die Elektrode angelegt. Der Sensor ist in der Regel flächig in einer Stapelanordnung mit einer Auslese- und/oder einer Auswerteeinheit, beispielsweise einem integrierten Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), mittels Lotverbindungen, elektrisch leitendem Kleber oder anderen Verfahren verbunden. Die elektrischen Pulse werden von einer Auswerteeinheit, beispielsweise einem ASIC bewertet. Die Stapelanordnung aufweisend den Sensor und den integrierten Schaltkreis ist mit einem weiteren Substrat verbunden, beispielsweise eine Platine, einem keramischen Substrat wie beispielsweise HTCC oder LTCC oder anderen. Die elektrischen Verbindungen zur Auslese der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit können mittels Durchkontaktierungen (through silicon via, TSV) oder Drahtverbindung (wire bond) ausgebildet sein.
Aus der DE 10 2012 213 410 B3 ist ein direkt-konvertierender Röntgenstrahlungsdetektor bekannt, welcher mindestens eine auf einem Halbleiter aufgebrachte Elektrode aufweist. Die mindestens eine Elektrode und der Halbleiter sind elektrisch leitend verbunden, wobei die mindestens eine Elektrode transparent und elektrisch leitend ausgebildet ist.
Aus der US 8 093 535 B2 ist ein in einem Halbleitermaterial integrierter Schaltkreis bekannt, um Signale des dem integrierten Schaltkreis zugeordneten Sensors zu messen. In zumindest einer Ausführungsform weist der Schaltkreis eine aktive Komponente, einen Temperatursensor und einen Schaltkreis zur Kontrolle der Temperatur des Halbleitermaterials auf. Die aktive Komponente ist ausgebildet um Messsignale, welche vom Sensor produziert wurden, zu verarbeiten. Die aktive Komponente ist vom Schaltkreis antreibbar um die Temperatur derart zu kontrollieren, dass die Temperatur des Halbleitermaterials variabel ist. Ferner weist der Schaltkreis zumindest einen aus PI- und PID-Regler auf, um die Temperatur zu kontrollieren.
Aus der US 2003/0168605 A1 ist ein Strahlungsdetektor aufweisend zumindest eine halbleitende Verbindung bekannt, wobei die halbleitende Verbindung ausgelegt ist, durch Detektion von Strahlung Elektronen-Loch-Paare zu erzeugen und wobei die halbleitende Verbindung in einem photovoltaischen Betrieb verbunden ist. Der Detektor weist Mittel zur Vermittlung und Erhaltung der Verbindung bei einer ungefähr konstanten Temperatur auf.
Aus der DE 100 34 262 C1 ist eine Halbleitervorrichtung bekannt, bei welcher eine integrierte Schaltung Dummy-Arbeitszyklen ausführt, um Wärme zu erzeugen, wenn die Temperatur der Halbleitervorrichtung unter einen unteren Grenzwert abfällt.
Aus der DE 101 38 913 A1 ist ein Detektormodul für Röntgen-Computertomographen bekannt, wobei auf einer Vorderseite einer Leiterplatte ein eine Vielzahl von Sensorelementen aufweisendes Sensorarray montiert ist. Zur Erhöhung der Genauigkeit des Detektors ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der dem Sensorarray abgewandten Rückseite der Leiterplatte mindestens ein Heizelement zum Beheizen des Sensorarrays und einer in der Nähe des Heizelements angeordneten Regelelektronik zum Regeln des Heizelements vorgesehen ist.
Aus der WO 2016/046 014 A1 ist ein Strahlungsdetektor und ein Verfahren zur Detektion von Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung in einem Computertomographiesystem, bekannt. Der Strahlungsdetektor weist ein Konverterelement zur Umwandlung der einfallenden Strahlung in elektrische Signale auf, welche ausgelesen und von einer Auswerteeinheit ausgewertet werden. Eine Heizeinheit weist eine Wärmequelle eines Peltierelements auf, wobei das Konverterelement kontrolliert erwärmt werden kann um negative Effekte, beispielsweise durch Polarisation, auf die Bildgenauigkeit zu reduzieren.
Aus der DE 10 2014 207 324 A1 ist ein direktkonvertierender Röntgenstrahlungsdetektor zur Detektion von Röntgenstrahlung bekannt, welcher zumindest einen zur Detektion von Röntgenstrahlung verwendeten Halbleiter, eine auf einer Seite des Halbleiters aufgebrachte Kathode und eine auf einer gegenüberliegenden Seite aufgebrachte pixelierte Anode aufweist. Ein Pixel der Anode wird jeweils aus einer Gruppe von Subpixeln gebildet. Der Röntgenstrahlungsdetektor weist ferner ein Streustrahlgitter zur Reduzierung des Einfalls gestreuter Röntgenstrahlung auf, wobei die Kathode anodenpixelgrößenbezogene Aussparungen aufweist, um Unterschiede im Verlauf der Potentiallinien des elektrischen Feldes im Halbleiter aufgrund von unterschiedlich einfallender Röntgenstrahlung auszugleichen.
Die Erfinder haben das Problem erkannt, dass die Verfügbarkeit von Indium zur Herstellung von transparenten Elektroden aufweisend Indium-haltiges TCO (Transparent Conductive Oxide) begrenzt ist und dass die Produktionskosten im Depositionsprozess von TCO relativ hoch sind. Ferner haben die Erfinder das Problem erkannt, dass das indirekte Heizen des Konvertermaterials, beispielsweise durch Heizelemente in der Auswerteeinheit oder durch Heizelemente an der Unterseite der Auswerteeinheit, keine ausreichende Genauigkeit der Temperaturstabilisierung aufweist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen zählenden Röntgendetektor, ein medizinisches Gerät und ein Verfahren zur Temperaturregulierung eines Konvertermaterials eines Röntgendetektors anzugeben, welche eine Beleuchtung des Konvertermaterials, das Anlegen einer Hochspannung an das Konvertermaterial und optional eine Temperaturregulierung des Konvertermaterials von einer Strahleneinfallsseite ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen zählenden Röntgendetektor nach Anspruch 1, ein medizinisches Gerät nach Anspruch 15 und ein Verfahren zur Temperaturregulierung eines Konvertermaterials eines Röntgendetektors nach Anspruch 16.
Die Erfindung betrifft einen zählenden Röntgendetektor aufweisend in einer Stapelanordnung ein Konvertermaterial zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in elektrische Ladungen und eine Elektrode. Die Elektrode ist mit dem Konvertermaterial elektrisch leitend verbunden. Die Elektrode ist zumindest teilweise transparent ausgebildet. Die Elektrode weist folgende Schichten auf: eine elektrisch leitende Kontaktschicht, eine elektrisch leitende erste Zwischenschicht, eine elektrisch leitende Hochspannungsschicht, eine zweite Zwischenschicht und eine elektrisch leitende Heizschicht.
Die Erfinder haben erkannt, dass ein Bedarf für eine Elektrode für einen Röntgendetektor besteht, die transparent oder gering absorbierend, beispielsweise für Röntgenstrahlung, UV-, IR- oder sichtbares Licht, ist, die gleichzeitig günstig in der Herstellung ist und die kein seltenes oder begrenzt verfügbares Material aufweist. Die Erfinder haben ferner erkannt, dass die Temperaturstabilisierung mittels einer Heizschicht in direkter thermischer Verbindung zum Konvertermaterial eine Genauigkeit der Temperatur auf weniger als 1 K oder gleich 1 K genau erlaubt. Die Erfinder haben erkannt, dass es möglich ist, mit einer Elektrode die Temperatur zu stabilisieren, eine Hochspannung an das Konvertermaterial anzulegen und die Elektrode derart auszugestalten, dass das Konvertermaterial beleuchtbar ist.
Der Röntgendetektor ist ein zählender Röntgendetektor. Der Röntgendetektor weist ein direkt-konvertierendes Konvertermaterial, beispielsweise CdTe, CZT, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TlBr2, HgI2 oder GaAs, auf. Das Konvertermaterial und die Auslese- oder/und die Auswerteelektronik können in einer Stapelanordnung angeordnet sein. An der strahlenabgewandten Seite des Konvertermaterials kann mindestens ein Auslesekontakt als Anode vorgesehen sein. Die Anode kann pixelartig unterteilt sein. An der strahlenzugewandten Seite des Konvertermaterials ist eine Elektrode als Kathode vorgesehen. Die Elektrode ist flächig ausgebildet. Ein Sensor kann das Konvertermaterial, die Elektrode und die Anode umfassen.
Die Elektrode und das Konvertermaterial sind in Stapelanordnung angeordnet. Die Elektrode und das Konvertermaterial können flächig miteinander elektrisch leitend verbunden sein. Die Elektrode und das Konvertermaterial können zumindest annähernd die gleiche flächige Erstreckung aufweisen.
Die Elektrode ist zumindest teilweise transparent ausgebildet. Die Elektrode kann zumindest teilweise transparent oder gering absorbierend, beispielsweise für Röntgenstrahlung, UV-, IR- oder sichtbares Licht, sein. Bevorzugt kann die Elektrode zumindest teilweise transparent oder gering absorbierend für Röntgenstrahlung und IR-Licht sein. Die Elektrode kann zumindest teilweise transparent für UV-, IR- oder sichtbares Licht ausgebildet sein, so dass maximal 30 Prozent der Einstrahlung von UV-, IR- oder sichtbarem Licht absorbiert werden können. Die Elektrode kann zumindest teilweise elektrisch leitend sein. Die Elektrode weist mehrere Schichten in einer Stapelanordnung auf. Die Schichten können flächig miteinander verbunden sein. Die Elektrode kann folgende Schichten in folgender Reihenfolge aufweisen: die elektrisch leitende Kontaktschicht, die elektrisch leitende erste Zwischenschicht, die elektrisch leitende Hochspannungsschicht, die zweite Zwischenschicht und die elektrisch leitende Heizschicht. Die Kontaktschicht kann direkt elektrisch leitend mit dem Konvertermaterial verbunden sein. Die Kontaktschicht kann direkt auf dem Konvertermaterial aufgebracht sein. Die erste Zwischenschicht kann direkt auf der Kontaktschicht aufgebracht sein. Die Hochspannungsschicht kann direkt auf der ersten Zwischenschicht aufgebracht sein. Die zweite Zwischenschicht kann direkt auf der Hochspannungsschicht aufgebracht sein. Die Heizschicht kann direkt auf der zweiten Zwischenschicht aufgebracht sein. Aufbringen kann als Abscheiden, Aufdampfen, Aufkleben, Auftragen, Anbringen, Aufstreichen oder anderen Verfahren zum Aufbringen von Schichten verstanden werden.
Die Eigenschaften des Konvertermaterials zur Detektion von ionisierender Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlung, können durch zusätzliche Einstrahlung von IR-, UV- oder sichtbarem Licht, beispielsweise von der strahlenzugewandten Seite, optimiert werden. Die Elektrode kann für IR-, UV- oder sichtbares Licht zumindest teilweise transparent sein und der Röntgendetektor kann vorteilhaft mittels zusätzlicher Einstrahlung von IR-, UV- oder sichtbarem Licht optimiert werden.
Die elektrisch leitende Kontaktschicht kann eine dünne metallische Schicht sein, beispielsweise aufweisend Platin, Indium, Molybdän, Wolfram, Ruthenium, Rhodium, Gold, Silber oder Aluminium. Die elektrisch leitende Kontaktschicht kann eine Dünnfilmschicht sein. Die Kontaktschicht kann zumindest teilweise transparent ausgebildet sein. Die Kontaktschicht kann eine Dicke von maximal 250 nm, bevorzugt maximal 200 nm, besonders bevorzugt maximal 150 nm aufweisen. Die Kontaktschicht kann porös ausgebildet sein, wobei die Poren der Kontaktschicht transparent für elektromagnetische Strahlung, insbesondere IR und Röntgenstrahlung, sind. Die Kontaktschicht kann netzartig ausgebildet sein.
Die elektrisch leitende erste Zwischenschicht kann zumindest teilweise transparent ausgebildet sein. Die erste Zwischenschicht kann ein elektrisch leitendes Klebeband sein. Die elektrisch leitende erste Zwischenschicht kann einen elektrisch leitenden Kleber aufweisen. Die elektrisch leitende erste Zwischenschicht kann ein Haftmittel und mindestens ein darin eingebettetes elektrisch leitendes Füllelement aufweisen. Das Haftmittel kann zumindest teilweise transparent oder halbtransparent, bevorzugt transparent, für elektromagnetische Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung und IR-Licht, ausgebildet sein. Das Füllelement kann eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Kontaktschicht und der Hochspannungsschicht ausbilden. Das Füllelement kann aus einem Metall ausgebildet sein. Die erste Zwischenschicht kann einen Absorptionsgrad von maximal 75 Prozent, bevorzugt maximal 60 Prozent, besonders bevorzugt maximal 50 Prozent und am meisten bevorzugt maximal 40 Prozent der Intensität von IR-, UV- oder sichtbarem Licht aufweisen.
Die elektrisch leitende Hochspannungsschicht kann als TCO-Schicht ausgebildet sein. Die TCO-Schicht kann aus mindestens einem Material der nachfolgenden Liste ausgebildet sein: Indiumzinnoxid, Indiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid, Cadmiumoxid, Poly3,4-ethylendioxythiphen, Polystyrolsulfonat, Kohlenstoff-Nanoröhren oder Derivate von Polyanilin. Die TCO-Schicht kann aus mindestens einem reinen oder einem dotierten Material ausgebildet sein.
Die elektrisch leitende Hochspannungsschicht kann gitterförmig ausgebildet sein. Die elektrisch leitende Hochspannungsschicht kann als elektrisch leitendes Gitter, insbesondere als metallisches Gitter, ausgebildet sein. Das elektrisch leitende Gitter kann Kupfer, Silber, Nickel, Gold oder ähnliches aufweisen. Das elektrisch leitende Gitter kann derart dünn ausgebildet sein, dass das elektrisch leitende Gitter gegenüber Röntgenstrahlung transparent ist. Das elektrisch leitende Gitter, insbesondere die Stege des elektrisch leitenden Gitters, kann derart ausgebildet sein, dass es für UV-, IR- oder sichtbares Licht nicht transparent ist. Das elektrisch leitende Gitter kann zumindest teilweise transparent für UV-, IR- oder sichtbares Licht ausgebildet sein, so dass maximal 30 Prozent der Einstrahlung von UV-, IR- oder sichtbarem Licht absorbiert werden. Die Elektrode kann zumindest teilweise transparent für UV-, IR- oder sichtbares Licht ausgebildet sein, so dass maximal 30 Prozent der Einstrahlung von UV-, IR- oder sichtbarem Licht absorbiert werden. Das elektrisch leitende Gitter kann ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster ausbilden. Die Abstände zwischen den Stegen des Gitters können genügend klein sein, sodass ausreichend viele Füllelemente der ersten Zwischenschicht einen elektrisch leitenden Kontakt mit dem elektrisch leitenden Gitter aufweisen.
Vorteilhaft kann das elektrisch leitende Gitter günstiger in der Herstellung sein als die Deposition von TCO-Schichten. Vorteilhaft kann die Herstellung einer Elektrode aufweisend ein elektrisch leitendes Gitter günstiger sein als die Herstellung einer Elektrode aufweisend eine TCO-Schicht.
Die zweite Zwischenschicht kann elektrisch leitend sein. Die zweite Zwischenschicht kann elektrisch isolierend oder nichtleitend sein. Die zweite Zwischenschicht kann bevorzugt elektrisch isolierend sein. Die zweite Zwischenschicht kann ein Klebeband sein oder einen Kleber aufweisen. Die zweite Zwischenschicht kann gleichartig wie die erste Zwischenschicht ausgebildet sein. Die zweite Zwischenschicht kann ein Haftmittel aufweisen. Die zweite Zwischenschicht kann mindestens ein im Haftmittel eingebettetes elektrisch leitendes Füllelement aufweisen.
Die elektrisch leitende Heizschicht kann als TCO-Schicht oder als elektrisch leitendes Gitter ausgebildet sein. Die Heizschicht kann aufgrund ihres elektrischen Widerstands als Heizelement verwendet werden, indem der elektrische Strom durch die Heizschicht kontrolliert oder gesteuert oder geregelt wird. Zur Regelung des elektrischen Stroms durch die Heizschicht kann eine an der Oberfläche der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit, beispielsweise einem integrierten Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), gemessene erste Temperatur verwendet werden. Die erste Temperatur kann mit einer vorbestimmten zweiten Temperatur verglichen werden. Der Vergleich der ersten Temperatur mit der zweiten Temperatur kann in einem Komparator in der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit, beispielsweise einem integrierten Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), durchgeführt werden. Bei einer im Vergleich zur zweiten Temperatur geringeren ersten Temperatur kann der elektrische Strom oder Stromfluss durch die Heizschicht erhöht werden. Bei einer im Vergleich zur zweiten Temperatur höheren ersten Temperatur kann der elektrische Strom oder Stromfluss durch die Heizschicht verringert werden. Bei einer im Vergleich zur zweiten Temperatur gleichen ersten Temperatur kann je nach Ausgestaltung des Komparators der elektrische Strom oder Stromfluss durch die Heizschicht erhöht oder verringert oder auf einem konstanten Wert gehalten werden. Es können mehrere Heizschichten räumlich getrennt voneinander innerhalb der Elektrode angeordnet sein, wobei die Ströme durch die Heizschichten mittels unterschiedlicher elektrischer Schaltungen oder einer gemeinsamen elektrischen Schaltung geregelt werden können. Auf dem Konvertermaterial können mehrere Elektroden angeordnet sein, wobei beispielsweise die Ströme durch die Heizschichten mittels unterschiedlicher elektrischer Schaltungen oder einer gemeinsamen elektrischen Schaltung geregelt werden können.
Der elektrische Widerstand des Konvertermaterials kann sich mit dem Fluss der einfallenden ionisierenden Strahlung verändern. Der elektrische Strom im Konvertermaterial kann sich mit dem Fluss der einfallenden ionisierenden Strahlung verändern. Dadurch können sich die Verlustleistung und die Temperatur des Konvertermaterials verändern. Die Veränderung der Temperatur im Konvertermaterial kann zu einer Veränderung in der Zählrate oder/und der Energieauflösung des Röntgendetektors führen. Dadurch können unerwünschte Artefakte im rekonstruierten Bild bedingt sein. Daher ist ein hoher Grad an thermischer Stabilität wünschenswert.
Vorteilhaft kann der Wärmefluss von der strahlenzugewandten Seite erfolgen. Vorteilhaft kann der Wärmefluss von einem Heizelement in direktem thermischen Kontakt mit dem Konvertermaterial ausgehen. Vorteilhaft ist eine besonders gleichmäßige Beheizung des Konvertermaterials möglich. Vorteilhaft kann der Wärmefluss von einem von der Elektrode umfassten Heizelement ausgehen. Vorteilhaft kann sich der Wärmefluss oder die Wärme im Konvertermaterial ausbreiten. Vorteilhaft kann eine homogene Temperatur oder Temperaturverteilung im Konvertermaterial erreicht werden. Vorteilhaft kann sich der Wärmefluss vom Konvertermaterial über die Lot- oder elektrisch leitende Klebeverbindung zur Auslese- und/oder der Auswerteeinheit, beispielsweise einem integrierten Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), und weiter zum weiteren Substrat ausbreiten. Vorteilhaft kann der Wärmefluss ausgehend von der Heizschicht effektiver zur Temperaturregelung des Konvertermaterials genutzt werden als ein Wärmefluss, der von Heizelementen im weiteren Substrat, an der strahlenabgewandten Seite des weiteren Substrats oder in der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit ausgeht. Vorteilhaft kann das Thermomanagement oder der Wärmefluss vereinfacht sein gegenüber der nachteiligen Anordnung von Heizelementen oder Kühlelementen im weiteren Substrat, an der strahlenabgewandten Seite des weiteren Substrats oder in der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit. Vorteilhaft kann eine verbesserte Temperaturstabilität erreicht werden, da durch die direkte Anordnung der Elektrode aufweisend die Heizschicht den zeitlich schnellen Temperaturänderungen, welche beispielsweise typisch für die Computertomographie sind, entgegengewirkt werden kann. Der Wärmefluss ausgehend von Heizelementen oder Kühlelementen im weiteren Substrat, an der strahlenabgewandten Seite des weiteren Substrats oder in der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit kann zeitlich langsamer ausgeprägt sein als der Wärmefluss ausgehend von der Elektrode aufweisend die Heizschicht. Vorteilhaft kann eine Temperaturstabilität von 1 K oder weniger im Konvertermaterial erreicht werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Elektrode ferner eine erste Trägerschutzschicht und/oder eine zweite Trägerschutzschicht auf.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Elektrode ferner eine im Bereich der Hochspannungsschicht angeordnete erste Trägerschutzschicht und/oder eine im Bereich der Heizschicht angeordnete zweite Trägerschutzschicht auf.
Die Elektrode kann folgende Schichten in folgender Reihenfolge aufweisen: die elektrisch leitende Kontaktschicht, die elektrisch leitende erste Zwischenschicht, die elektrisch leitende Hochspannungsschicht, die erste Trägerschutzschicht, die zweite Zwischenschicht, die elektrisch leitende Heizschicht, und die zweite Trägerschutzschicht. Die Kontaktschicht kann direkt elektrisch leitend mit dem Konvertermaterial verbunden sein. Die Kontaktschicht kann direkt auf dem Konvertermaterial aufgebracht sein. Die erste Zwischenschicht kann direkt auf der Kontaktschicht aufgebracht sein. Die Hochspannungsschicht kann direkt auf der ersten Zwischenschicht aufgebracht sein. Die erste Trägerschutzschicht kann direkt auf der Hochspannungsschicht aufgebracht sein. Die zweite Zwischenschicht kann direkt auf der ersten Trägerschutzschicht oder auf die Hochspannungsschicht aufgebracht sein. Die Heizschicht kann direkt auf der zweiten Zwischenschicht aufgebracht sein. Die zweite Trägerschutzschicht kann direkt auf der Heizschicht aufgebracht sein.
Die erste Trägerschutzschicht und/oder die zweite Trägerschutzschicht können eine Trägerfolie sein. Die erste Trägerschutzschicht und/oder die zweite Trägerschutzschicht können beispielsweise aus Polyethylenterephthalat, polyethylene Terephthalate-Glycole, Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid oder ähnlichen ausgebildet sein. Die erste Trägerschutzschicht und/oder die zweite Trägerschutzschicht können elektrisch isolierend oder nicht-leitend ausgebildet sein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine elektrische Schaltung zum Anlegen eines Stromes an die elektrisch leitende Heizschicht in Abhängigkeit einer im Röntgendetektor erfassten ersten Temperatur vorgesehen.
Die elektrische Schaltung kann in der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit, an dem weiteren Substrat, innerhalb oder außerhalb des Röntgendetektors vorgesehen sein. Die elektrische Schaltung kann bevorzugt in der Auswerte- und/oder Ausleseeinheit oder in der Elektrode vorgesehen sein. Der Strom kann in Abhängigkeit der ersten Temperatur geregelt werden. Der Strom kann in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs in einem Komparator geregelt werden. Ein Strom kann an der Heizschicht anlegbar sein. Die Schaltung kann für jeden Röntgendetektor vorgesehen sein. Vorteilhaft kann der Strom in Abhängigkeit der ersten Temperatur geregelt werden. Vorteilhaft kann für jeden Röntgendetektor unabhängig von weiteren Röntgendetektoren der Strom an das Konvertermaterial angelegt werden.
Erfindungsgemäß ist die elektrisch leitende Hochspannungsschicht als elektrisch leitendes Gitter, insbesondere als metallisches Gitter, ausgebildet. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die elektrisch leitende Heizschicht als elektrisch leitendes Gitter, insbesondere als metallisches Gitter, ausgebildet. Vorteilhaft kann das elektrisch leitende Gitter günstiger in der Herstellung sein als die Deposition von TCO-Schichten. Vorteilhaft kann die Herstellung einer Elektrode aufweisend ein elektrisch leitendes Gitter günstiger sein als die Herstellung einer Elektrode aufweisend eine TCO-Schicht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die elektrisch leitende Hochspannungsschicht oder die elektrisch leitende Heizschicht als TCO-Schicht ausgebildet. Vorteilhaft kann die TCO-Schicht flächig homogen transparent oder schwach absorbierend sein. Vorteilhaft kann die elektrisch leitende Verbindung zur ersten Zwischenschicht flächig zuverlässig hergestellt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Röntgendetektor einen Temperatursensor zum Erfassen der ersten Temperatur an einer der Elektrode entgegengesetzten Seite des Konvertermaterials auf. Der Temperatursensor kann von der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit oder dem weiteren Substrat umfasst sein. Der Temperatursensor kann an, auf, in oder unter der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit oder dem weiteren Substrat ausgebildet sein. Der Temperatursensor kann zwischen dem Konvertermaterial und der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit ausgebildet sein. Der Temperatursensor kann in direkter thermischer Verbindung zum Konvertermaterial ausgebildet sein. Der Temperatursensor kann direkt am Konvertermaterial angeordnet sein. Als Temperatursensor kann eine Temperaturdiode in der Elektrode vorgesehen sein, deren Signal außerhalb der Elektrode ausgewertet werden kann. Vorteilhaft kann der Temperatursensor eine erste Temperatur bestimmen. Der Temperatursensor kann die erste Temperatur an seiner Position oder seinem Ort bestimmen. Die erste Temperatur kann beispielsweise eine Temperatur an der dem Konvertermaterial zugewandten Seite der Auslese- und/oder der Auswerteinheit oder in der Elektrode darstellen. Vorteilhaft kann die erste Temperatur ein Maß für die Temperatur des Konvertermaterials sein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Röntgendetektor ferner einen Komparator zum Vergleichen der ersten Temperatur mit einem vorbestimmbaren zweiten Temperaturwert auf. Vorteilhaft kann die erste Temperatur mit einem vorbestimmten zweiten Temperaturwert im Röntgendetektor verglichen werden. Vorteilhaft kann für jeden Röntgendetektor unabhängig von weiteren Röntgendetektoren das Vergleichen der Temperatur durchgeführt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Konvertermaterial das Element Cadmium auf. Vorteilhaft kann das Konvertermaterial geeignete oder optimale Absorptionseigenschaften für die medizinische Bildgebung, insbesondere mit einem Computertomographen, aufweisen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das elektrisch leitende Gitter mindestens eines der folgenden Elemente auf: Kupfer, Silber, Nickel oder Gold. Vorteilhaft kann das elektrisch leitende Gitter zum Anlegen einer Hochspannung geeignet sein. Vorteilhaft kann das elektrisch leitende Gitter zum Anlegen eines Stromes geeignet sein. Vorteilhaft kann das elektrisch leitende Gitter einen geeigneten elektrischen Widerstand zum Heizen des Konvertermaterials aufweisen. Vorteilhaft kann das elektrisch leitende Gitter mit bekannten und kostengünstigen Verfahren hergestellt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der Röntgendetektor ferner eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Konvertermaterials auf. Der Röntgendetektor kann eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten oder zur zusätzlichen Einstrahlung umfassen. Das medizinische Gerät kann eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten oder zur zusätzlichen Einstrahlung umfassen. Das Beleuchten oder die zusätzliche Einstrahlung kann das Beleuchten mit einer UV- oder IR-Lichtquelle oder einer Lichtquelle für sichtbares Licht umfassen. Die Beleuchtungseinrichtung kann beispielsweise als Lichtleiter oder Diffusor, in den UV-, IR- oder sichtbares Licht eingekoppelt werden kann, ausgebildet sein.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung absorbiert das elektrisch leitende Gitter weniger als 30 Prozent der von der Beleuchtungseinrichtung auf das Konvertermaterial eingestrahlten Lichtmenge. Die Lichtmenge kann die Menge an UV-, IR- oder sichtbarem Licht bezeichnen. Vorteilhaft können die Eigenschaften des Konvertermaterials mittels der zusätzlichen Einstrahlung oder Beleuchtung optimiert werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Kontaktschicht eines der folgenden Elemente auf: Platin, Indium, Molybdän, Wolfram, Ruthenium, Rhodium, Gold, Silber, Aluminium. Vorteilhaft kann die Kontaktschicht zum Ausbilden einer elektrisch leitenden Verbindung geeignet sein. Vorteilhaft kann mittels der Kontaktschicht die Hochspannung an das Konvertermaterial angelegt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Kontaktschicht zumindest teilweise transparent ausgebildet. Die Kontaktschicht kann für UV-, IR- oder sichtbares Licht zumindest teilweise transparent ausgebildet sein. Die Kontaktschicht kann für ionisierende Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlung, zumindest teilweise transparent ausgebildet sein. Bevorzugt kann die Kontaktschicht für ionisierende Strahlung transparent oder schwach absorbierend sein. Vorteilhaft kann der Einfluss der Kontaktschicht auf die bildgebenden Eigenschaften gering oder vernachlässigbar sein. Vorteilhaft kann die Kontaktschicht eine zusätzliche Einstrahlung des Konvertermaterials mit UV-, IR- oder sichtbarem Licht zur Optimierung der Bildgebung erlauben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die elektrisch leitende erste Zwischenschicht ein Haftmittel und ein elektrisch leitendes Füllmittel auf. Die zweite Zwischenschicht kann gleichartig wie die erste Zwischenschicht ausgebildet sein. Vorteilhaft kann die erste Zwischenschicht zum Fixieren der Hochspannungsschicht verwendet werden. Vorteilhaft kann die erste Zwischenschicht eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Hochspannungsschicht und der Kontaktschicht ausbilden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist zwischen der Elektrode und einer Spannungsquelle eine elektrisch leitende Verbindung ausgebildet. Zwischen einer externen Spannungsquelle und der Elektrode oder der weiteren Elektrode kann eine elektrisch leitende Verbindung ausgebildet sein. Vorteilhaft kann eine Hochspannung an die Elektrode und damit an das Konvertermaterial angelegt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die elektrisch leitende Verbindung eine Fortsetzung der elektrisch leitenden Hochspannungsschicht. Die elektrisch leitende Verbindung kann als Fortsetzung der Hochspannungsschicht ausgebildet sein. Die elektrisch leitende Verbindung kann die erste Trägerschutzschicht umfassen. Die Fortsetzung der Hochspannungsschicht kann teilweise oder vollständig von der ersten Trägerschutzschicht bedeckt sein. Vorteilhaft kann die erste Trägerschutzschicht eine elektrisch isolierende oder mechanisch stützende Funktion aufweisen. Vorteilhaft kann die Spannungsquelle mit einem Verbindungspunkt, beispielsweise eine Lotverbindung, oder wenigen Verbindungspunkten mit der Hochspannungsschicht verbunden werden. Vorteilhaft kann eine geeignete mechanische Stabilität der elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Spannungsquelle und der Elektrode oder der Hochspannungsschicht gewährleistet sein. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Stromquelle und der Heizschicht kann als Fortsetzung der elektrisch leitenden Heizschicht ausgebildet sein.
Die Erfindung betrifft ferner einen zählenden Röntgendetektor aufweisend in einer Stapelanordnung ein Konvertermaterial zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in elektrische Ladungen und eine weitere Elektrode. Die weitere Elektrode ist mit dem Konvertermaterial elektrisch leitend verbunden. Die weitere Elektrode ist zumindest teilweise transparent ausgebildet. Die weitere Elektrode weist folgende Schichten auf: eine elektrisch leitende Kontaktschicht, eine elektrisch leitende erste Zwischenschicht und eine elektrisch leitende Hochspannungsschicht, welche gitterförmig ausgebildet ist. Der zählende Röntgendetektor kann ferner eine erste Trägerschutzschicht aufweisen.
An der strahlenzugewandten Seite des Konvertermaterials ist die weitere Elektrode als Kathode vorgesehen. Die weitere Elektrode ist flächig ausgebildet. Ein Sensor kann das Konvertermaterial, die weitere Elektrode und die Anode umfassen. Die weitere Elektrode und das Konvertermaterial sind in Stapelanordnung angeordnet. Die weitere Elektrode und das Konvertermaterial sind flächig miteinander elektrisch leitend verbunden. Die weitere Elektrode und das Konvertermaterial können zumindest annähernd die gleiche flächige Erstreckung aufweisen.
Die weitere Elektrode ist zumindest teilweise transparent ausgebildet. Die weitere Elektrode kann zumindest teilweise transparent oder gering absorbierend, beispielsweise für Röntgenstrahlung, UV-, IR- oder sichtbares Licht, sein. Bevorzugt kann die weitere Elektrode zumindest teilweise transparent oder gering absorbierend für Röntgenstrahlung und IR-Licht sein. Die weitere Elektrode ist für IR-, UV- oder sichtbares Licht zumindest teilweise transparent und die Eigenschaften des Konvertermaterials können vorteilhaft mittels zusätzlicher Einstrahlung von IR-, UV- oder sichtbarem Licht optimiert werden. Die weitere Elektrode kann zumindest teilweise transparent für UV-, IR- oder sichtbares Licht ausgebildet sein, so dass maximal 30 Prozent der Einstrahlung von UV-, IR- oder sichtbarem Licht absorbiert werden. Die weitere Elektrode kann zumindest teilweise elektrisch leitend sein. Die weitere Elektrode weist mehrere Schichten in einer Stapelanordnung auf. Die Schichten sind flächig miteinander verbunden. Die weitere Elektrode kann folgende Schichten in folgender Reihenfolge aufweisen: die elektrisch leitende Kontaktschicht, die elektrisch leitende erste Zwischenschicht, die elektrisch leitende Hochspannungsschicht und die erste Trägerschutzschicht. Die Kontaktschicht kann direkt elektrisch leitend mit dem Konvertermaterial verbunden sein. Die Kontaktschicht kann direkt auf dem Konvertermaterial aufgebracht sein. Die erste Zwischenschicht kann direkt auf der Kontaktschicht aufgebracht sein. Die Hochspannungsschicht kann direkt auf der ersten Zwischenschicht aufgebracht sein. Die erste Trägerschutzschicht kann direkt auf der Hochspannungsschicht aufgebracht sein.
Die elektrisch leitende Hochspannungsschicht der weiteren Elektrode ist gitterförmig ausgebildet. Die Hochspannungsschicht kann ein elektrisch leitendes Gitter sein. Vorteilhaft kann die Herstellung einer Elektrode aufweisend ein elektrisch leitendes Gitter günstiger sein als die Herstellung einer Elektrode aufweisend eine TCO-Schicht.
Die Erfindung betrifft ferner ein medizinisches Gerät aufweisend einen erfindungsgemäßen Röntgendetektor. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Röntgendetektors aufweisend die Elektrode können auf das erfindungsgemäße medizinische Gerät übertragen werden. Vorteilhaft können unerwünschte Artefakte im rekonstruierten Bild durch die hohe thermische Stabilität von 1 K oder weniger reduziert werden. Die Eigenschaften des Konvertermaterials können mittels zusätzlicher Einstrahlung von IR-, UV- oder sichtbarem Licht auf das Konvertermaterial optimiert werden, so dass die Bildgebung vorteilhaft verbessert wird.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Röntgendetektors aufweisend die weitere Elektrode können auf das erfindungsgemäße medizinische Gerät übertragen werden. Vorteilhaft kann die Qualität der Bildgebung mittels zusätzlicher Einstrahlung von IR-, UV- oder sichtbarem Licht auf das Konvertermaterial optimiert werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Temperaturregulierung eines Konvertermaterials eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors aufweisend die Schritte: Bestimmen einer ersten Temperatur, Vergleichen der ersten Temperatur mit einem vorbestimmten zweiten Temperaturwert, und Einstellen eines Stroms durch eine elektrisch leitende Heizschicht zur Temperaturregulierung des Konvertermaterials. Im Schritt des Bestimmens wird eine erste Temperatur, beispielsweise auf der dem Konvertermaterial zugewandten Seite der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit oder in der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit, bestimmt oder gemessen. Im Schritt des Vergleichens wird die erste Temperatur mit der vorbestimmten zweiten Temperatur verglichen, beispielsweise mittels eines Komparators in der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit. Die zweite Temperatur kann ein Maß oder ein Vergleichswert für eine Temperatur im Konvertermaterial sein. Im Schritt des Einstellens wird der Strom durch die elektrisch leitende Heizschicht zur Temperaturregulierung oder Temperaturregelung des Konvertermaterials eingestellt. Vorteilhaft kann die Temperatur im Konvertermaterial geregelt, eingestellt oder reguliert werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
1 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors gemäß einer dritten Ausführungsform;
4 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors gemäß einer vierten Ausführungsform;
5 schematisch ein Konzept eines erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Gitters;
6 schematisch ein Konzept einer erfindungsgemäßen weiteren Elektrode;
7 schematisch ein Detektormodul mit einer Anordnung von erfindungsgemäßen Röntgendetektoren;
8 schematisch eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Computertomographen; und
9 schematisch eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Röntgendetektors 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der zählende Röntgendetektor 1 weist in einer Stapelanordnung ein Konvertermaterial 2 zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in elektrische Ladungen und eine Elektrode 3 auf. Die Elektrode 3 ist mit dem Konvertermaterial 2 elektrisch leitend verbunden. Die Elektrode 3 und das Konvertermaterial 2 sind in Stapelanordnung angeordnet. Die Elektrode 3 und das Konvertermaterial 2 sind flächig miteinander elektrisch leitend verbunden. Die Elektrode 3 und das Konvertermaterial 2 weisen zumindest annähernd die gleiche flächige Erstreckung auf. Die Elektrode 3 ist zumindest teilweise transparent ausgebildet. Die Elektrode 3 ist zumindest teilweise transparent oder gering absorbierend, beispielsweise für Röntgenstrahlung, UV-, IR- oder sichtbares Licht. Bevorzugt ist die Elektrode 3 zumindest teilweise transparent oder gering absorbierend für Röntgenstrahlung und IR. Die Elektrode 3 ist zumindest teilweise transparent für UV-, IR- oder sichtbares Licht ausgebildet, so dass maximal 30 Prozent der Einstrahlung von UV-, IR- oder sichtbarem Licht absorbiert werden. Die Eigenschaften des Konvertermaterials 2 zur Detektion Röntgenstrahlung werden durch zusätzliche Einstrahlung von IR-, UV- oder sichtbarem Licht von der strahlenzugewandten Seite optimiert. Die Elektrode 3 ist zumindest teilweise elektrisch leitend.
Die Elektrode 3 weist mehrere Schichten in einer Stapelanordnung auf. Die Elektrode 3 weist folgende Schichten in folgender Reihenfolge auf: eine elektrisch leitende Kontaktschicht 4, eine elektrisch leitende erste Zwischenschicht 5, eine elektrisch leitende Hochspannungsschicht 6, eine erste Trägerschutzschicht 7, eine zweite Zwischenschicht 8, eine elektrisch leitende Heizschicht 9, und eine zweite Trägerschutzschicht 10. Die Kontaktschicht 4 ist direkt elektrisch leitend mit dem Konvertermaterial 2 verbunden. Die Kontaktschicht 4 ist direkt auf dem Konvertermaterial 2 aufgebracht. Die erste Zwischenschicht 5 ist direkt auf der Kontaktschicht 4 aufgebracht. Die Hochspannungsschicht 6 ist direkt auf der ersten Zwischenschicht 5 aufgebracht. Die erste Trägerschutzschicht 7 ist direkt auf der Hochspannungsschicht 6 aufgebracht. Die zweite Zwischenschicht 8 ist direkt auf der ersten Trägerschutzschicht 7 aufgebracht. Die Heizschicht 9 ist direkt auf der zweiten Zwischenschicht 8 aufgebracht. Die zweite Trägerschutzschicht 10 ist direkt auf der Heizschicht 9 aufgebracht. Aufbringen kann als Abscheiden, Aufdampfen, Aufkleben, Auftragen, Anbringen, Aufstreichen oder anderen Verfahren zum Aufbringen von Schichten verstanden werden.
Das Konvertermaterial 2 weist an der strahlenabgewandten Seite Lotverbindungen 69 auf, um eine elektrisch leitende Verbindung zur Auslese- und/oder Auswerteeinheit 59 auszubilden. Die Auslese- und/oder die Auswerteeinheit 59 weisen einen Temperatursensor 12 und einen Komparator 13 auf. Die elektrisch leitende Verbindung 14 zur Spannungsquelle 15 ist eine Fortsetzung der Hochspannungsschicht 6 und der ersten Trägerschutzschicht 7. Die Spannungsquelle 15 und die elektrisch leitende Verbindung 14 oder die Hochspannungsschicht 6 sind beispielsweise über eine Lotverbindung, eine indirekte Verbindung, eine Steckverbindung oder eine elektrisch leitende Verklebung verbunden.
Die elektrisch leitende Kontaktschicht 4 ist eine dünne metallische Schicht, beispielsweise aufweisend Platin oder Indium, Molybdän, Wolfram, Ruthenium, Rhodium, Gold, Silber oder Aluminium. Die elektrisch leitende Kontaktschicht 4 ist eine Dünnfilmschicht. Die Kontaktschicht 4 ist zumindest teilweise transparent ausgebildet. Die Kontaktschicht 4 weist eine Dicke von maximal 250 nm, bevorzugt maximal 200 nm, besonders bevorzugt maximal 150 nm auf. Die Kontaktschicht 4 kann porös ausgebildet sein, wobei die Poren der Kontaktschicht 4 transparent für elektromagnetische Strahlung, insbesondere IR und Röntgenstrahlung, sind. Die Kontaktschicht 4 kann alternativ netzartig ausgebildet sein.
Die elektrisch leitende erste Zwischenschicht 5 ist zumindest teilweise transparent ausgebildet. Die erste Zwischenschicht 5 ist ein elektrisch leitendes Klebeband oder weist einen elektrisch leitenden Kleber auf. Die elektrisch leitende erste Zwischenschicht 5 weist ein Haftmittel 5a und mindestens ein darin eingebettetes elektrisch leitende Füllelement 5b auf. Das Haftmittel 5a ist zumindest halbtransparent, bevorzugt transparent, für elektromagnetische Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung und IR-Licht, ausgebildet. Das Füllelement 5b bildet eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Kontaktschicht 4 und der Hochspannungsschicht 6 aus. Das Füllelement 5b ist aus einem Metall ausgebildet. Die erste Zwischenschicht 5 weist einen Absorptionsgrad von maximal 75 Prozent, bevorzugt maximal 60 Prozent, besonders bevorzugt maximal 50 Prozent und am meisten bevorzugt maximal 40 Prozent der Intensität von IR-, UV- oder sichtbarem Licht auf.
Die elektrisch leitende Hochspannungsschicht 6 ist als TCO-Schicht oder gitterförmig ausgebildet. Die TCO-Schicht kann aus mindestens einem Material der nachfolgenden Liste ausgebildet sein: Indiumzinnoxid, Indiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid, Cadmiumoxid, Poly3,4-ethylendioxythiphen, Polystyrolsulfonat, Kohlenstoff-Nanoröhren oder Derivate von Polyanilin. Die TCO-Schicht kann aus mindestens einem reinen oder einem dotierten Material ausgebildet sein. Die elektrisch leitende Hochspannungsschicht 6 kann als elektrisch leitendes Gitter 16 ausgebildet sein. Das elektrisch leitende Gitter 16 kann Kupfer, Silber, Nickel, Gold oder ähnliches aufweisen. Das elektrisch leitende Gitter 16 kann derart dünn ausgebildet sein, dass das elektrisch leitende Gitter 16 gegenüber Röntgenstrahlung transparent ist. Das elektrisch leitende Gitter 16 kann derart ausgebildet sein, dass es für UV-, IR- oder sichtbares Licht nicht transparent ist. Das elektrisch leitende Gitter 16 kann zumindest teilweise transparent für UV-, IR- oder sichtbares Licht ausgebildet sein, so dass maximal 30 Prozent der Einstrahlung von UV-, IR- oder sichtbarem Licht absorbiert werden. Das elektrisch leitende Gitter 16 kann ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster ausbilden. Die Abstände zwischen den Stegen des elektrisch leitenden Gitters 16 können genügend klein sein, sodass ausreichend viele Füllelemente 5b der ersten Zwischenschicht 5 einen elektrisch leitenden Kontakt mit dem elektrisch leitenden Gitter 16 aufweisen. Zumindest die Zwischenräume zwischen den Stegen des elektrisch leitenden Gitters 16 können transparent ausgebildet sein.
Die erste Trägerschutzschicht 7 ist eine Trägerfolie. Die erste Trägerschutzschicht 7 und/oder die zweite Trägerschutzschicht 10 ist beispielsweise aus Polyethylenterephthalat, polyethylene Terephthalate-Glycole, Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid oder ähnlichen ausgebildet. Die erste Trägerschutzschicht 7 und/oder die zweite Trägerschutzschicht 10 sind elektrisch isolierend oder nicht-leitend ausgebildet.
Die zweite Zwischenschicht 8 kann elektrisch leitend sein oder elektrisch isolierend oder nicht-leitend sein. Die zweite Zwischenschicht 8 ist ein Klebeband oder weist einen Kleber auf. Die zweite Zwischenschicht 8 kann gleichartig, beispielsweise das gleiche Haftmittel 5a oder die gleiche Dicke aufweisen, wie die erste Zwischenschicht 5 ausgebildet sein. Die zweite Zwischenschicht 8 weist ein Haftmittel 5a auf. Die zweite Zwischenschicht 8 kann, falls sie elektrisch leitend ausgebildet ist, mindestens ein im Haftmittel 5a eingebettetes elektrisch leitendes Füllelement 5b aufweisen.
Die elektrisch leitende Heizschicht 9 ist als TCO-Schicht oder als elektrisch leitendes Gitter 16 ausgebildet. Die Heizschicht 9 ist mittels einer weiteren elektrisch leitenden Verbindung 11a mit einer Stromquelle 11 verbunden. Die weitere elektrisch leitende Verbindung 11a zur Stromquelle 11 ist mit einer Fortsetzung der Heizschicht 9 elektrisch leitend verbunden. Die Stromquelle 11 oder die elektrisch leitende Verbindung 11a und die Fortsetzung der Heizschicht 9 sind beispielsweise über eine Lotverbindung, eine indirekte Verbindung, eine Steckverbindung oder eine elektrisch leitende Verklebung verbunden. Die Heizschicht 9 wird aufgrund ihres elektrischen Widerstands als Heizelement verwendet, indem der elektrische Strom durch die Heizschicht 9 kontrolliert oder gesteuert oder geregelt wird. Zur Regelung des elektrischen Stroms durch die Heizschicht 9 wird eine an der Oberfläche der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit 59, beispielsweise einem integrierten Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), gemessene erste Temperatur verwendet. Die erste Temperatur wird mit einer vorbestimmten zweiten Temperatur verglichen. Es besteht eine Verbindung zwischen dem Komparator 13 und der Stromquelle 11. Der Stromfluss oder die Stromquelle 11 wird mittels eines Signals basierend auf dem Ausgangssignal des Komparators 13 gesteuert. Das Ausgangssignal des Komparators 13 kann mittels einer Datenauslese aus der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit 59 ausgelesen werden. Das Signal basierend auf dem Ausgangssignal des Komparators 13 kann mittels einer weiteren Auswerteeinheit verarbeitet werden und zur Steuerung des Stromflusses oder der Stromquelle 11 verwendet werden. Der Strom kann mittels einer elektrischen Schaltung an die Heizschicht 9 angelegt werden. Der Vergleich der ersten Temperatur mit der zweiten Temperatur wird in einem Komparator 13 in der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit 59, beispielsweise einem integrierten Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), durchgeführt. Bei einer im Vergleich zur zweiten Temperatur geringeren ersten Temperatur wird der elektrische Strom oder Stromfluss durch die Heizschicht 9 erhöht. Bei einer im Vergleich zur zweiten Temperatur höheren ersten Temperatur wird der elektrische Strom oder Stromfluss durch die Heizschicht 9 verringert. Bei einer im Vergleich zur zweiten Temperatur gleichen ersten Temperatur wird je nach Ausgestaltung des Komparators 13 der elektrische Strom oder Stromfluss durch die Heizschicht 9 erhöht oder verringert oder auf einem konstanten Wert gehalten.
In einer weiteren Ausführungsform (nicht dargestellt) weist die Elektrode zumindest folgende Schichten auf: eine elektrisch leitende Kontaktschicht 4, eine elektrisch leitende erste Zwischenschicht 5, eine elektrisch leitende Hochspannungsschicht 6, eine zweite Zwischenschicht 8 und eine elektrisch leitende Heizschicht 9. Die zweite Zwischenschicht 8 ist direkt auf der Hochspannungsschicht 6 aufgebracht. Die zweite Zwischenschicht 8 ist elektrisch isolierend.
Die 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Röntgendetektors 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Der Wärmefluss 17 zum Konvertermaterial 2 erfolgt von der strahlenzugewandten Seite des Konvertermaterials 2. Der Wärmefluss 17 geht von der von der Elektrode 3 umfassten Heizschicht 9 in direktem thermischen Kontakt mit dem Konvertermaterial 2 aus. Der Wärmefluss 17 oder die Wärme kann sich direkt im Konvertermaterial 2 ausbreiten. Es wird eine homogene Temperatur oder Temperaturverteilung im Konvertermaterial 2 erreicht werden. Der Wärmefluss 17 breitet sich vom Konvertermaterial 2 über die Lotverbindungen 69 oder elektrisch leitende Klebeverbindung zur Auslese- und/oder der Auswerteeinheit 59, beispielsweise einem integrierten Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), und zum weiteren Substrat 18 aus. Der Wärmefluss 17 ausgehend von der Heizschicht 9 wird effektiver zur Temperaturregelung des Konvertermaterials 2 genutzt als ein Wärmefluss 17, der von Heizelementen im weiteren Substrat 18, an der strahlenabgewandten Seite des weiteren Substrats 18 oder in der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit 59 ausgeht. Es wird eine verbesserte Temperaturstabilität erreicht, da durch die direkte Anordnung der Elektrode 3 aufweisend die Heizschicht 9 den zeitlich schnellen Temperaturänderungen, welche beispielsweise typisch für die Computertomographie sind, entgegengewirkt wird. Der Wärmefluss 17 ausgehend von Heizelementen oder Kühlelementen im weiteren Substrat 18, an der strahlenabgewandten Seite des weiteren Substrats 18 oder in der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit 59 kann zeitlich langsamer ausgeprägt sein als der Wärmefluss 17 ausgehend von der Elektrode 3 aufweisend die Heizschicht 9. Es wird eine Temperaturstabilität von 1 K oder weniger im Konvertermaterial 2 erreicht.
Die 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Röntgendetektors 1 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die elektrisch leitende Verbindung 14 zur Spannungsquelle 15 und die weitere elektrisch leitende Verbindung 11a zur Stromquelle 11 sind eine gemeinsame Fortsetzung der Hochspannungsschicht 6, der ersten Trägerschutzschicht 7, der zweiten Zwischenschicht 8, der Heizschicht 9 und der zweiten Trägerschutzschicht 10.
Die 4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Röntgendetektors 1 gemäß einer vierten Ausführungsform. Es ist eine Sicht auf die strahlenzugewandte Seite des Röntgendetektors 1 dargestellt. Die gemeinsame Fortsetzung der Hochspannungsschicht 6, der ersten Trägerschutzschicht 7, der zweiten Zwischenschicht 8, der Heizschicht 9 und der zweiten Trägerschutzschicht 10 weist eine kleinere Breite auf als die zur Spannungsquelle 15 ausgerichtete Seite der Elektrode 3.
Die 5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrisch leitenden Gitters 16. Das elektrisch leitende Gitter 16 weist mindestens eines der folgenden Metalle auf: Kupfer, Silber, Nickel, Gold oder ähnliches. Das elektrisch leitende Gitter 16 ist derart dünn ausgebildet, dass das elektrisch leitende Gitter 16 gegenüber Röntgenstrahlung transparent ist. Das elektrisch leitende Gitter 16 ist zumindest teilweise transparent für UV-, IRoder sichtbares Licht ausgebildet, so dass maximal 30 Prozent der Einstrahlung von UV-, IR- oder sichtbarem Licht absorbiert werden. Das elektrisch leitende Gitter 16 kann ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster ausbilden. Die Abstände zwischen den Stegen des elektrisch leitenden Gitters 16 sind genügend klein, sodass ausreichend viele Füllelemente 5b der ersten Zwischenschicht 5 einen elektrisch leitenden Kontakt mit dem elektrisch leitenden Gitter 6 bereitstellen.
Die 6 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen weiteren Elektrode 3a auf einem Konvertermaterial 2 mit einer Spannungsquelle 15. Der zählende Röntgendetektor 1 weist in einer Stapelanordnung ein Konvertermaterial 2 zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in elektrische Ladungen und eine weitere Elektrode 3a auf. An der strahlenzugewandten Seite des Konvertermaterials 2 ist die weitere Elektrode 3a als Kathode vorgesehen. Die weitere Elektrode 3a ist flächig ausgebildet. Die weitere Elektrode 3a und das Konvertermaterial 2 sind flächig miteinander elektrisch leitend verbunden. Die weitere Elektrode 3a und das Konvertermaterial 2 können zumindest annähernd die gleiche flächige Erstreckung aufweisen. Die weitere Elektrode 3a ist zumindest teilweise transparent ausgebildet. Die weitere Elektrode 3a kann zumindest teilweise transparent oder gering absorbierend, beispielsweise für Röntgenstrahlung, UV-, IR- oder sichtbares Licht, sein. Bevorzugt kann die weitere Elektrode 3a zumindest teilweise transparent oder gering absorbierend für Röntgenstrahlung und IR-Licht sein. Die weitere Elektrode 3a ist für IR-, UV- oder sichtbares Licht zumindest teilweise transparent und die Eigenschaften des Konvertermaterials 2 können mittels zusätzlicher Einstrahlung von IR-, UV- oder sichtbarem Licht optimiert werden. Die weitere Elektrode 3a kann zumindest teilweise transparent für UV-, IR- oder sichtbares Licht ausgebildet sein, so dass maximal 30 Prozent der Einstrahlung von UV-, IR- oder sichtbarem Licht absorbiert werden. Die weitere Elektrode 3a kann zumindest teilweise elektrisch leitend sein. Die weitere Elektrode 3a weist mehrere Schichten in einer Stapelanordnung auf. Die Schichten sind flächig miteinander verbunden. Die weitere Elektrode 3a weist folgende Schichten in folgender Reihenfolge auf: eine elektrisch leitende Kontaktschicht 4, eine elektrisch leitende erste Zwischenschicht 5, eine elektrisch leitende Hochspannungsschicht 5, welche gitterförmig ausgebildet ist, und eine erste Trägerschutzschicht 6. Die Kontaktschicht 4 kann direkt elektrisch leitend mit dem Konvertermaterial 2 verbunden sein. Die Kontaktschicht 4 ist direkt auf dem Konvertermaterial 2 aufgebracht. Die erste Zwischenschicht 5 ist direkt auf der Kontaktschicht 4 aufgebracht. Die Hochspannungsschicht 6 ist direkt auf der ersten Zwischenschicht 5 aufgebracht. Die erste Trägerschutzschicht 7 ist direkt auf der Hochspannungsschicht 6 aufgebracht. Die elektrisch leitende Hochspannungsschicht 6 der weiteren Elektrode 3a ist gitterförmig ausgebildet. Die Hochspannungsschicht 6 ist ein elektrisch leitendes Gitter 16.
Die 7 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Detektormoduls 51 mit einer Anordnung von erfindungsgemäßen Röntgendetektoren 1. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Röntgendetektor 1 eine zweidimensionale Matrix oder Anordnung einer Mehrzahl von Pixeln oder Subpixeln auf. Die Anzahl der Subpixel kann beispielsweise im Bereich von 100 bis mehrere Tausend liegen. Der Röntgendetektor 1 weist ein Konvertermaterial 2 auf. Das Konvertermaterial 2 kann als flächenhafter Direktkonverter, beispielsweise aufweisend CdTe, CZT, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TlBr2, HgI2, GaAs oder andere, ausgebildet sein. Die Oberseite des Konvertermaterials 2 weist eine Elektrode 3 oder eine weitere Elektrode 3a auf. Die Unterseite des Konvertermaterials 2 weist eine zweidimensionale Anordnung von Kontakten 56 auf. Die Kontakte 56 sind über Lotverbindungen 69 mit den Auslesekontakten 57 und den Pixelelektroniken 67 in der Auslese- und/oder Auswerteeinheit 59 verbunden. Die Lotverbindungen 69 können beispielsweise als Lötbälle (bump bonds) oder Lotmaterial in Verbindung mit Kupfersäulen (copper pillars) ausgebildet sein. Die Anzahl der Kontakte 56, die Anzahl der Lotverbindungen 69, die Anzahl der Auslesekontakte 57 und die Anzahl der Pixelelektroniken 67 in der Auslese- und/oder Auswerteeinheit 59 sind gleich. Das elektrische Feld zwischen der Elektrode 3 oder der weiteren Elektrode 3a und einem Kontakt 56 bestimmt ein sensitives Detektionsvolumen. Die Einheit aus einem Detektionsvolumen, einem Kontakt 56, einer Lotverbindung 69, einem Auslesekontakt 57 und einer mit dem Auslesekontakt 57 verbundenen Pixelelektronik 67 bildet einen Pixel oder Subpixel. Die Auslese- und/oder Auswerteeinheit 59 ist an der Unterseite mit einem weiteren Substrat 61, beispielsweise eine Trägerkeramik oder Trägerplatte, verbunden. Die Auslese- und/oder Auswerteeinheit 59 ist über TSV-Verbindungen 63 durch das weitere Substrat 61 hindurch mit einer peripheren Elektronik 65 verbunden.
Die 8 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Computertomographen 31 mit einer Detektorvorrichtung 29. Die Detektorvorrichtung 29 weist den erfindungsgemäßen Röntgendetektor 1 auf. Die Detektorvorrichtung 29 kann mehrere Detektormodule 51 aufweisen die mindestens einen Röntgendetektor 1 aufweisen. Bevorzugt weisen die Detektormodule 51 eine Mehrzahl an Röntgendetektoren 1 in einer zweidimensionale Matrix oder Anordnung auf. Der Computertomograph 31 beinhaltet eine Gantry 33 mit einem Rotor 35. Der Rotor 35 umfasst eine Röntgenquelle 37 und die erfindungsgemäße Detektorvorrichtung 29. Der Patient 39 ist auf der Patientenliege 41 gelagert und ist entlang der Rotationsachse z 43 durch die Gantry 33 bewegbar. Zur Steuerung und Berechnung der Schnittbilder wird eine Recheneinheit 45 verwendet. Eine Eingabeeinrichtung 47 und eine Ausgabevorrichtung 49 sind mit der Recheneinheit 45 verbunden.
Die 9 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperaturregulierung eines Konvertermaterials 2 eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors 1. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Bestimmen 71 einer ersten Temperatur, Vergleichen 73 der ersten Temperatur mit einem vorbestimmten zweiten Temperaturwert, und Einstellen 75 eines Stroms durch eine elektrisch leitende Heizschicht 9 zur Temperaturregulierung des Konvertermaterials 2. Im Schritt des Bestimmens 71 wird eine erste Temperatur, beispielsweise auf der dem Konvertermaterial 2 zugewandten Seite der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit 59 oder in der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit 59, mittels eines Temperatursensors 12 bestimmt oder gemessen. Im Schritt des Vergleichens 72 wird die erste Temperatur mit der vorbestimmten zweiten Temperatur verglichen, beispielsweise mittels eines Komparators 13 in der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit 59. Der Vergleich der ersten Temperatur mit der zweiten Temperatur wird in einem Komparator 13 in der Auslese- und/oder der Auswerteeinheit 59, beispielsweise einem integrierten Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), durchgeführt. Die zweite Temperatur kann ein Maß oder ein Vergleichswert für eine Temperatur im Konvertermaterial 2 sein. Im Schritt des Einstellens 75 wird der Strom durch die elektrisch leitende Heizschicht 9 zur Temperaturregulierung oder Temperaturregelung des Konvertermaterials 2 eingestellt. Bei einer im Vergleich zur zweiten Temperatur geringeren ersten Temperatur wird der elektrische Strom oder Stromfluss durch die Heizschicht 9 erhöht. Bei einer im Vergleich zur zweiten Temperatur höheren ersten Temperatur wird der elektrische Strom oder Stromfluss durch die Heizschicht 9 verringert. Bei einer im Vergleich zur zweiten Temperatur gleichen ersten Temperatur wird je nach Ausgestaltung des Komparators 13 der elektrische Strom oder Stromfluss durch die Heizschicht 9 erhöht oder verringert oder auf einem konstanten Wert gehalten. Die Temperatur im Konvertermaterial 2 wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens geregelt, eingestellt oder reguliert.

Claims

Zählender Röntgendetektor (1) aufweisend in einer Stapelanordnung ein Konvertermaterial (2) zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in elektrische Ladungen und eine Elektrode (3), wobei die Elektrode (3) mit dem Konvertermaterial (2) elektrisch leitend verbunden ist, wobei die Elektrode (3) zumindest teilweise transparent ausgebildet ist, und wobei die Elektrode (3) folgende Schichten aufweist: a. eine elektrisch leitende Kontaktschicht (4), b. eine elektrisch leitende erste Zwischenschicht (5), c. eine elektrisch leitende Hochspannungsschicht (6), wobei die elektrisch leitende Hochspannungsschicht (6) als elektrisch leitendes Gitter (16) ausgebildet ist, d. eine zweite Zwischenschicht (8), und e. eine elektrisch leitende Heizschicht (9).
Röntgendetektor (1) nach Anspruch 1, wobei die Elektrode (3) ferner eine im Bereich der Hochspannungsschicht (6) angeordnete erste Trägerschutzschicht (7) oder eine im Bereich der Heizschicht (9) angeordnete zweite Trägerschutzschicht (10) aufweist.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine elektrische Schaltung zum Anlegen eines Stromes an die elektrisch leitende Heizschicht (9) in Abhängigkeit einer im Röntgendetektor (1) erfassten ersten Temperatur vorgesehen ist.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitende Heizschicht (9) als elektrisch leitendes Gitter (16) ausgebildet ist.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitende Hochspannungsschicht (6) oder die elektrisch leitende Heizschicht (9) als TCO-Schicht ausgebildet ist.
Röntgendetektor (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Röntgendetektor (1) einen Temperatursensor (12) zum Erfassen der ersten Temperatur an einer der Elektrode (3) entgegengesetzten Seite des Konvertermaterials (2) aufweist.
Röntgendetektor (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, ferner aufweisend einen Komparator (13) zum Vergleichen der ersten Temperatur mit einem vorbestimmbaren zweiten Temperaturwert.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Konvertermaterial (2) das Element Cadmium aufweist.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das elektrisch leitende Gitter (16) mindestens eines der folgenden Elemente aufweist: Kupfer, Silber, Nickel, Gold.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Konvertermaterials (2).
Röntgendetektor (1) nach Ansprüchen 9 und 10, wobei das elektrisch leitende Gitter (16) weniger als 30 Prozent der von der Beleuchtungseinrichtung auf das Konvertermaterial (2) eingestrahlten Lichtmenge absorbiert.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kontaktschicht (4) eines der folgenden Elemente aufweist: Platin, Indium, Molybdän, Wolfram, Ruthenium, Rhodium, Gold, Silber, Aluminium.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kontaktschicht (4) zumindest teilweise transparent ausgebildet ist.
Röntgendetektor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitende erste Zwischenschicht (5) ein Haftmittel (5a) und ein elektrisch leitendes Füllmittel (5b) aufweist.
Medizinisches Gerät aufweisend einen Röntgendetektor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Verfahren zur Temperaturregulierung eines Konvertermaterials (2) eines Röntgendetektors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweisend die Schritte: a. Bestimmen (71) einer ersten Temperatur, b. Vergleichen (73) der ersten Temperatur mit einem vorbestimmten zweiten Temperaturwert, und c. Einstellen (75) eines Stroms durch eine elektrisch leitende Heizschicht (9) zur Temperaturregulierung des Konvertermaterials (2).