DE102018201601A1

DE102018201601A1 - Detektormodul

Info

Publication number: DE102018201601A1
Application number: DE102018201601.1A
Authority: DE
Inventors: Thorsten ERGLER; Thomas Reichel; Helmut Winkelmann; Michael Hosemann; Jan Wrege
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2019-08-08
Also published as: CN110133013A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Detektormodul (18), insbesondere eines Computertomographen (2), mit einer Szintillatorschicht (22), und mit einer Detektionsschicht (30). Die Szintillatorschicht (22) und die Detektionsschicht (30) sind mittels Lichtwellenleitern (50) optisch verbunden. Die Erfindung betrifft ferner einen Detektor (14) und einen Computertomographen (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Detektormodul mit einer Szintillatorschicht und mit einer Detektionsschicht. Das Detektormodul ist vorzugsweise ein Bestandteil eines Computertomographen. Die Erfindung betrifft ferner einen Detektor und einen Computertomographen.
Bei Betrieb eines Röntgen-Computertomograph wird ein zu untersuchendes Objekt einer Röntgenstrahlung ausgesetzt. Die an dem Objekt gestreute und/oder abgeschwächte Strahlung wird mittels eines Detektors erfasst. Anhand dieser Messdaten wird ein dreidimensionales Abbild des Objekts errechnet.
Der Detektor weist eine Anzahl an Detektormodulen auf, die in einem bestimmten Raster angeordnet sind. Üblicherweise weist jedes Detektormodul eine Szintillatorkeramik auf, die in unterschiedliche Detektionsabschnitte aufgeteilt ist. An jedem Detektionsabschnitt liegt mechanisch direkt eine Photodiode an und ist an diesem angebunden. Sofern Röntgenstrahlung auf einen der Detektionsabschnitte trifft, wechselwirkt die Röntgenstrahlung mit dem Material der Detektionsabschnitte und regt dieses an. Die Abregung erfolgt mittels Aussenden von weiterer elektromagnetischer Strahlung, wobei diese meist eine vergrößerte Wellenlänge aufweist. Mittels der Photodioden wird diese elektromagnetische Strahlung erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die elektrischen Signale werden mittels einer Auswerteelektronik erfasst und auf diese Weise die Messdaten erzeugt.
Die Photodioden und die Auswerteelektronik sind üblicherweise an einer Trägerkeramik angebunden, die als Leiterplatte wirkt. Bei Betrieb ist es möglich, dass die Röntgenstrahlung die Szintillatorkeramik durchdringt und somit auf die Photodioden oder Bestandteile der Auswerteelektronik trifft. Sofern die Röntgenstrahlung eine vergleichsweise hohe Energie aufweist, ist dabei eine Zerstörung der Photodioden und/oder der Auswerteelektronik möglich. Infolgedessen ist eine maximale Betriebsdauer des Detektormoduls verringert. Auch ist es erforderlich, die einzelnen Bestandteile des Detektormoduls auf die Röntgenstrahlung abzustimmen und gegebenenfalls abzuschirmen. Ferner muss bei einer Fehlfunktion einer der Photodioden das vollständige Detektormoduls ausgetauscht werden.
Aus der Druckschrift DE 10 2016 204 457 A1 ist eine Detektorvorrichtung bekannt, welche ein Streustrahlengitter, eine Szintillatoreinheit zur Umwandlung von Röntgenstrahlung in eine Lichtmenge, eine Auswerteeinheit zur Umwandlung der Lichtmenge in elektrische Signale, und eine Modulaufnahmeeinrichtung aufweist. Die Szintillatoreinheit und das Streustrahlengitter sind mittels einer ersten Verbindung mit der Modulaufnahmeeinrichtung mechanisch verbunden und die Auswerteeinheit ist mittels einer von der ersten Verbindung unabhängigen zweiten Verbindung mit der Modulaufnahmeeinrichtung mechanisch verbunden. Die Auswerteeinheit, die Szintillatoreinheit und das Streustrahlengitter sind derart zueinander ausgerichtet, dass die von Teilbereichen der Szintillatoreinheit ausgesandte Lichtmenge von Teilbereichen der Auswerteeinheit registriert wird.
Aus der Druckschrift DE 102010020610 A1 ist ein Strahlendetektor bekannt, welcher einen Szintillator mit Septen zur Trennung von nebeneinander angeordneten Szintillatorelementen und einen Kollimator mit Stegen zur Bildung von seitlich umschlossenen Strahlungskanälen umfasst, wobei die Stege zur Vermeidung eines Übersprechens zwischen benachbarten Szintillatorelementen in die Septen eingesetzt sind.
Aus der Druckschrift DE 10335125 B4 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffkörpers für einen Röntgendetektor, insbesondere einen für Röntgen-Computertomographen, bekannt, welcher aus einer Keramik der allgemeinen Zusammensetzung (M_1-xLn_x) ₂O₂S gebildet ist, wobei M zumindest ein aus der folgenden Gruppe ausgewähltes Element ist: Y, La, Sc, Lu und/oder Gd, und wobei Ln zumindest ein aus der folgenden Gruppe ausgewähltes Element ist: Eu, Ce, Pr, Tb, Yb, Dy, Sm und/oder Ho.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Detektormodul sowie einen besonders geeigneten Detektor als auch einen besonders geeignet Computertomographen anzugeben, wobei vorzugsweise Herstellungskosten und/oder Betriebskosten reduziert sind, wobei eine Fertigung vereinfacht ist, und wobei vorzugsweise eine Baugröße verringert ist.
Hinsichtlich des Detektormoduls wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, hinsichtlich des Detektors durch die Merkmale des Anspruchs 10 und hinsichtlich des Computertomographen durch die Merkmale des Anspruchs 11 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Insbesondere ist das Detektormodul vorgesehen und eingerichtet, eine elektromagnetische Strahlung zu erfassen. Alternativ hierzu ist das Detektormodul vorgesehen und eingerichtet, eine bestimmte Teilchenart zu erfassen und vorzugsweise zu zählen. Das Detektormodul ist beispielsweise ein PET-Detektor. Mit anderen Worten ist es mittels des Detektormoduls möglich, eine Zerfallsstrahlung zu erfassen, die aufgrund einer Wechselwirkung eines Positrons mit einem Elektron erfolgt. Alternativ ist das Detektormodul ein SPECT-Detektormodul. Mit anderen Worten ist das Detektormodul vorgesehen und eingerichtet, eine PET- bzw. eine SPECT-Aufnahme durchzuführen.
Besonders bevorzugt ist das Detektormodul ein Röntgendetektormodul. Mit anderen Worten ist das Detektormodul geeignet, Röntgenstrahlung zu erfassen. Geeigneterweise ist das Detektormodul ein Bestandteil eines Röntgengeräts und/oder eines Computertomographen (Tomographiegeräts). Zum Beispiel ist das Detektormodul ein Bestandteil eines C-Bogens oder eines Tomographen, der eine Gantry aufweist.
Das Detektormodul weist eine Szintillatorschicht auf. Die Szintillatorschicht ist geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, eine bestimmte Art an elektromagnetischer Strahlung und/oder von Teilchen zumindest teilweise zu absorbieren. Hierbei erfolgt eine Anregung des Materials der Szintillatorschicht, die beispielsweise eine Keramik ist. Die Abregung der Szintillatorschicht erfolgt vorzugsweise mittels Aussenden einer (weiteren) elektromagnetischen Strahlung, wobei die (weitere) elektromagnetische Strahlung insbesondere eine größere Wellenlänge als die ursprüngliche elektromagnetische Strahlung aufweist. Die (weitere) elektromagnetische Strahlung, im Folgenden insbesondere auch als Licht bezeichnet, ist beispielsweise Licht im sichtbaren Bereich, also weist eine Wellenlänge insbesondere zwischen 300 nm und 800 nm auf.
Ferner weist das Detektormodul eine Detektionsschicht auf. Die Detektionsschicht ist geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, eine elektromagnetische Strahlung zu erfassen. Bei Bestrahlen der Detektionsschicht mit der (weiteren) elektromagnetischen Strahlung erfolgt insbesondere eine Änderung der elektrischen Eigenschaften der Detektionsschicht. Beispielsweise erfolgt eine Änderung einer an zumindest einem Abschnitt der Detektionsschicht anliegenden elektrischen Spannung und/oder eines elektrischen Widerstands der Detektionsschicht, geeigneterweise eines ohmschen Widerstands. Vorzugsweise erfolgt bei Bestrahlung mit der (weiteren) elektromagnetischen Strahlung eine Erhöhung einer elektrischen Spannung oder ein Bereitstellen eines elektrischen Stroms. Insbesondere sind hierbei die die elektrischen Eigenschaften der Detektionsschicht beeinflussenden elektromagnetischen Strahlung im Wesentlichen gleich der Eigenschaften der elektromagnetischen Strahlung, welche mittels der Szintillatorschicht bei deren Abregung ausgesandt wird. Zumindest jedoch ändern sich die elektrischen Eigenschaften der Detektionsschicht, sofern diese mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, die die gleichen Eigenschaften aufweist, wie die elektromagnetische Strahlung, die bei Abregung der Szintillatorschicht von dieser ausgesandt wird.
Die Szintillatorschicht ist mittels einer Anzahl an Lichtwellenleitern optisch mit der Detektionsschicht verbunden. Beispielsweise weist das Detektormodul 2, 3 oder eine Vielzahl derartiger Lichtwellenleiter auf. Die Lichtwellenleiter sind geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise Licht, die die gleichen Eigenschaften aufweist, wie eine bei Abregung der Szintillatorschicht ausgesandte elektromagnetische Strahlung, zu leiten. Insbesondere sind die Lichtwellenleiter faserförmig ausgestaltet. Beispielsweise erfolgt eine Beugung oder Reflexion der elektromagnetischen Strahlung im Bereich eines Mantels jedes der Lichtwellenleiter. Geeigneterweise ändert sich der Brechungsindex der Lichtwellenleiter in radialer Richtung, insbesondere kontinuierlich oder stufenweise. Vorzugsweise sind die Lichtwellenleiter flexibel ausgestaltet. Beispielsweise sind die Lichtwellenleiter stumpf auf die Szintillatorschicht und/oder die Detektionsschicht aufgesetzt, und eine Ein- bzw. Auskopplung der elektromagnetischen Strahlung in die Lichtwellenleiter erfolgt über einen Luftspalt, oder aufgrund einer direkten Anlage.
Besonders bevorzugt sind die Lichtwellenleiter zueinander baugleich. Insbesondere sind die Lichtwellenleiter mit der Szintillatorschicht und/oder der Detektionsschicht mechanisch direkt kontaktiert und beispielsweise an diesen angebunden, vorzugsweise befestigt. Hierbei endet jeder der Lichtwellenleiter zweckmäßigerweise direkt an einer Oberfläche der Szintillatorschicht. Das verbleibende Ende endet vorzugsweise direkt an einer Oberfläche der Detektionsschicht. Beispielsweise ist jeder Lichtwellenleiter eine Glasfaser, und insbesondere ein sogenannter „Tapered Fiber“ oder eine photonische Glasfaser. Beispielsweise wird die elektromagnetische Strahlung nicht im Kern sondern in einem etwaigen Mantel des jeweiligen Lichtwellenleiters geleitet. Auf diese Weise ist eine Ankopplung an die Szintillatorschicht und/oder die Detektionsschicht vereinfacht.
Aufgrund der Lichtwellenleiter ist es ermöglicht, die Detektionsschicht unabhängig von der Szintillatorschicht zu fertigen, was die Herstellung vereinfacht. Auch ist es ermöglicht, die Szintillatorschicht im Wesentlichen unabhängig von der Detektionsschicht und umgekehrt zu verbauen, weswegen mittels dieser bereits vorhandene Bauräume vergleichsweise effizient ausgenutzt werden können. Somit ist eine Baugröße verringert. Auch ist es ermöglicht, aufgrund der unabhängigen Fertigung beispielsweise Standardbauteile für die Detektionsschicht und/oder die Szintillatorschicht heranzuziehen. Bei einer Anpassung auf bestimmte Einsatzbereiche erfolgt vorzugsweise lediglich eine Anpassung einer der Schichten, wohingegen die verbleibende im Wesentlichen unverändert belassen werden kann. Infolgedessen sind Herstellungskosten weiter reduziert. Zudem ist es ermöglicht, bei einer Fehlfunktion einer der Schichten, beispielsweise der Detektionsschicht, lediglich diese auszutauschen. Vorzugsweise ist es hierbei zudem ermöglicht, dass die Szintillatorschicht in dem Detektormodul, und insbesondere in dem Computertomographen, verbaut verbleibt, was den Austausch weiter vereinfacht. Infolgedessen sind auch Betriebskosten reduziert.
Insbesondere ist aufgrund der Beabstandung der Detektionsschicht von der Szintillatorschicht eine separate Kühlung der einzelnen Schichten ermöglicht, wobei hierbei jeweils ein vergleichsweise großes Raumangebot bereit steht. Beispielsweise erfolgt eine Luftkühlung der Detektionsschicht und oder der Szintillatorschicht. Alternativ hierzu wird zumindest eine der Schichten flüssigkeitsgekühlt, beispielsweise beide. Zumindest jedoch wird eine der Schichten vorzugsweise bei Betrieb gekühlt.
Insbesondere weist die Szintillatorschicht eine Ausdehnung in einer Fläche auf. Die Fläche ist beispielsweise eben oder gekrümmt, wobei die Krümmung insbesondere konstant ist. Geeigneterweise ist die Fläche zumindest teilweise zylindermantelförmig. Die Fläche ist insbesondere senkrecht zu einer Einfallsrichtung einer mittels des Detektormoduls zu erfassenden elektromagnetischen Strahlung und/oder Teilchen. Auch die Detektionsschicht weist eine Fläche auf und folglich eine Ausdehnung in einer Fläche. Die Fläche ist hierbei geeigneterweise ebenfalls eben oder gekrümmt. Hierbei ist die Ausdehnung der Szintillatorschicht bzw. der Detektionsschicht in der Fläche größer als in eine jeweilige weitere Dimension, beispielsweise um mindestens das doppelte, dreifache oder vierfache.
Aufgrund der Lichtwellenleiter ist eine unterschiedliche Wahl der Flächenform für die Detektionsschicht und die Szintillatorschicht ermöglicht, also beispielsweise eine zumindest teilweise Zylindermantelfläche für die Szintillatorschicht und eine ebene Fläche für die Detektionsschicht, wobei die unterschiedlichen Abstände mittels der Lichtwellenleiter ausgeglichen werden können.
Die Fläche der Szintillatorschicht ist größer als die Fläche der Detektionsschicht. Mit anderen Worten ist die Ausdehnung der Szintillatorschicht größer als die der Detektionsschicht, und vorzugsweise weist die Szintillatorschicht eine größere Oberfläche als die Detektionsschicht auf. Hierbei wird aufgrund der Lichtwellenleiter, die insbesondere geeignet verlegt sind, und beispielsweise nach Art einer Linse oder dergleichen wirken, der Unterschied in der Größe der Flächen kompensiert. Infolgedessen ist ein Platzbedarf des Detektormoduls verringert, wobei mittels des Detektormoduls auch weiterhin eine vergleichsweise großflächige Erfassung der elektromagnetischen Strahlung/Teilchen erfolgt. Insbesondere weicht die Form der Szintillatorschicht von der Form der Detektionsschicht ab, und der Unterschied wird mittels der Lichtwellenleiter kompensiert.
Beispielsweise ist die Szintillatorschicht im Wesentlichen einstückig und homogen ausgestaltet. Besonders bevorzugt jedoch weist die Szintillatorschicht eine Anzahl an Szintillatorzellen auf, die insbesondere matrixförmig angeordnet sind. Somit weist die Szintillatorschicht eine Anzahl an Spalten und Zeilen auf, die mittels der einzelnen Szintillatorzellen gebildet sind. Insbesondere weist die Szintillatorschicht mehr als 10 Spalten und/oder mehr als 20 Zeilen auf. Geeigneterweise weist die Szintillatorschicht eine im Wesentlichen rechteckförmige Fläche auf, die matrixförmig auf die einzelnen Szintillatorzellen aufgeteilt ist. Mittels des Szintillatorzellen sind somit einzelne Pixel gebildet. Geeigneterweise sind die Szintillatorzellen voneinander getrennt und liegen beispielsweise über ein Trennmittel aneinander an. Das Trennmittel ist geeigneterweise derart ausgestaltet, dass ein Übertritt von mittels der Szintillatorschicht ausgesandten elektromagnetischen Strahlung von einer der Szintillatorzellen in eine andere der Szintillatorzellen verhindert ist. Auf diese Weise ist eine eindeutige Zuordnung der mittels der Szintillatorschicht ausgesandten elektromagnetischen Strahlung zu der auf die Szintillatorschicht eingefallenen elektromagnetischen Strahlung/Teilchen möglich. Vorzugsweise sind die Szintillatorzellen baugleich.
Beispielsweise sind jeder der Szintillatorzellen mehrere Lichtwellenleiter zugeordnet. Besonders bevorzugt jedoch ist jeder der Szintillatorzellen jeweils einer der Lichtwellenleiter zugeordnet. Infolgedessen wird mittels des jeweils zugeordneten Lichtwellenleiters die mittels der jeweiligen Szintillatorzellen ausgesandte elektromagnetische Strahlung zu der Detektionsschicht geleitet. Somit ist eine eindeutige Zuordnung ermöglicht. Auch ist die Anzahl der Lichtwellenleiter vergleichsweise gering, sodass Herstellungskosten reduziert sind. Geeigneterweise weist somit das Detektormodul genauso viele Lichtwellenleiter wie Szintillatorzellen auf.
Alternativ oder in Kombination hierzu weist die Detektionsschicht eine Anzahl an Photodioden auf, die zweckmäßiger matrixförmig, also in Spalten und Zeilen, angeordnet sind. Insbesondere ist hierbei die Anordnung der Photodioden im Wesentlichen gleich der Anordnung der Szintillatorzellen, wobei die Fläche jedoch vorzugsweise verringert ist. Insbesondere sind die einzelnen Photodioden als separate Bauteile erstellt. Besonders bevorzugt jedoch sind diese zu einem Array zusammengefasst und beispielsweise in einem Schritt erstellt, vorzugsweise mittels eines Wafers. Auf diese Weise ist eine Herstellung vereinfacht. Vorzugsweise sind die einzelnen Photodioden miteinander verschaltet, beispielsweise nach dem CCD- oder CMOS-Prinzip. Auf diese Weise ist ein Auslesen von (Mess-)Daten vereinfacht. Geeigneterweise sind die Photodioden baugleich.
Vorzugsweise ist jeder der Photodioden jeweils einer der Lichtwellenleiter zugeordnet. Mit anderen Worten weist das Detektormodul insbesondere genauso viele Lichtwellenleiter wie Photodioden auf. Bei Montage wird hierbei jeweils jeder Photodiode einer der Lichtwellenleiter zugeordnet, sodass ein aus dem Lichtwellenleiter austretendes Licht/elektromagnetische Strahlung mit der jeweils zugeordneten Photodiode registriert wird. Mit den anderen Photodioden wird insbesondere das austretende Licht nicht registriert. Geeigneterweise weist das Detektormodul genauso viele Szintillatorzellen wie Lichtwellenleiter auf, und jeder der Szintillatorzellen ist einer der Lichtwellenleiter zugeordnet. Infolgedessen erfolgt mittels der Lichtwellenleiter eine eineindeutige Zuordnung der Photodioden zu den Szintillatorzellen, was eine Weiterverarbeitung der Daten erleichtert. Infolgedessen ist die benötigte Anzahl an Bauteilen in dem Detektormodul verringert.
Alternativ hierzu sind mehrere Photodioden einem der Lichtwellenleiter zugeordnet. Vorzugsweise sind jedem Lichtwellenleiter mehrere Photodioden zugeordnet. Insbesondere erfolgt die Zuordnung im Wesentlichen stochastisch, und die Detektionsschicht weist folglich mehr Photodioden auf, als Lichtwellenleiter vorhanden sind. Infolgedessen ist eine Herstellung vereinfacht. Vorzugsweise ist hierbei jeder der Szintillatorzellen einer der Lichtwellenleiter zugeordnet. Bei der Herstellung wird geeigneterweise jede Szintillatorzelle separat beleuchtet und diejenigen Photodioden bestimmt, mittels derer das Licht erfasst wird. Infolgedessen ist bei Betrieb eine Zuordnung der Photodioden zu den einzelnen Szintillatorzellen gegeben.
Vorzugsweise weist die Detektionsschicht ein Substrat auf. Das Substrat ist insbesondere starr ausgestaltet und beispielsweise aus einem Silizium oder einer Keramik gefertigt. Zum Beispiel umfasst das Substrat eine Anzahl an Leiterbahnen, die beispielsweise aus einem Kupfer erstellt sind. Das Substrat ist insbesondere eine Leiterplatte oder wirkt zumindest als Leiterplatte. Das Substrat ist zweckmäßigerweise flächig ausgestaltet und beispielsweise quaderförmig, wobei eine Dicke des Substrats insbesondere vergleichsweise gering ist. Die Photodioden sind an dem Substrat angebunden und befinden sich geeigneterweise lediglich auf einer einzigen Seite des Substrats, was eine optische Verbindung mit den Lichtwellenleitern vereinfacht.
Vorzugsweise umfasst die Detektionsschicht eine Auswerteelektronik, die beispielsweise ein elektrisches und/oder elektronisches Bauteil umfasst. Insbesondere weist die Auswerteelektronik einen Mikroprozessor auf. Beispielsweise ist der Mikroprozessor programmierbar ausgestaltet. Alternativ hierzu ist die Auswerteelektronik, vorzugsweise die vollständige Detektionsschicht, ein ASIC, also ein anwenderspezifischer integrierter Schaltkreis. Die Auswerteelektronik befinden sich vorzugsweise auf der gleichen Seite des Substrats wie die Photodioden. Mit anderen Worten sind sowohl die Photodioden als auch die Auswerteelektronik auf derselben Seite des Substrats positioniert. Die Auswerteelektronik ist zweckmäßigerweise ebenfalls an dem Substrat angebunden und elektrisch mit den Photodioden verbunden, beispielsweise kontaktiert. Insbesondere ist die Auswerteelektronik mit mittels etwaigen Leiterbahnen des Substrats mit den Photodioden verbunden. Mittels der Auswerteelektronikerfolgt bei Betrieb ein Bestimmen des Zustands der einzelnen Photodioden und insbesondere eines elektrischen Widerstands die einzelnen Photodioden. Somit ist bei Betrieb ermöglicht, zu bestimmen, welcher Bereich der Szintillatorschicht eine elektromagnetische Strahlung aussendet. Aufgrund der Positionierung auf lediglich einer einzigen Seite ist eine Montage des Substrats an weiteren Bestandteilen des Detektormoduls vereinfacht. Auch ist eine elektrische Kontaktierung der Auswerteelektronik mit den Photodioden vereinfacht.
Insbesondere befinden sich sämtliche Bauteile der Detektionsschicht im Wesentlichen auf der gleichen Seite des Substrats, und die verbleibende Seite des Substrats ist im Wesentlichen plan. Auf diese Weise ist auch eine Durchkontaktierung durch das Substrat nicht erforderlich, was Herstellungskosten reduziert. Beispielsweise sind die Photodioden und/oder die Auswerteelektronik oberflächenmontierbare Bauteile (SMD) und die Anbindung erfolgt mittels eines SMD-Verfahrens. Auf diese Weise ist eine Herstellungszeit verkürzt. In einer weiteren Alternative ist das Substrats und vorzugsweise die Auswerteelektronikvorhanden, jedoch die Photodioden sind durch anderweitige Bauteile ersetzt, mittels derer eine elektromagnetische Strahlung erfassbar ist. Hierbei ist jedes dieser Bauteile mittels der Lichtwellenleiter mit der Szintillatorschicht optisch verbunden, wobei vorzugsweise jedem einzelnen dieser Bauteile jeweils einer der Lichtwellenleiter zugeordnet ist.
Zum Beispiel ist die Detektionsschicht an der Szintillatorschicht befestigt, sodass das Detektormodul vergleichsweise kompakt ausgestaltet ist. Besonders bevorzugt jedoch ist die Detektionsschicht von der Szintillatorschicht beabstandet, und der Abstand wird mittels der Lichtwellenleiter überbrückt. Hierbei ist der Abstand beispielsweise größer als 1 cm, 10 cm oder 50 cm. Vorzugsweise befindet sich die Detektionsschicht im Montagezustand außerhalb eines Strahlengangs des etwaigen Computertomographen, sodass lediglich eine vergleichsweise schwache Abschirmung erforderlich ist. Aufgrund des Abstands zwischen der Szintillatorschicht und der Detektionsschicht ist es ermöglicht, die Detektionsschicht unabhängig von der Szintillatorschicht zu montieren, beispielsweise in einem separaten Gehäuse, vorzugsweise in einem Fach des Gehäuses. Auf diese Weise ist eine Montage vereinfacht. Zudem ist das Detektormodul an vorhandenen Bauraum anpassbar, sodass das Detektormodul in unterschiedlichsten Umgebungen montiert werden kann. Auch ist es ermöglicht, bereits vorhandenen Bauraum vergleichsweise effizient auszunutzen.
Beispielsweise sind die Lichtwellenleitern fest an der Detektionsschicht befestigt. Mit anderen Worten ist ein Ablösen der Lichtwellenleiter von der Detektionsschicht ohne Zerstörung nicht möglich. Auf diese Weise ist ein vergleichsweise robustes Detektormodul bereitgestellt. Besonders bevorzugt jedoch sind die Lichtwellenleiter lösbar an der Detektionsschicht angebunden. Auf diese Weise ist ein Austausch einer defekten Detektionsschicht vergleichsweise einfach möglich, weswegen Betriebskosten reduziert sind. Hierbei ist insbesondere eine Demontage der Lichtwellenleiter von dem etwaigen Computertomographen oder aus einem sonstigen Montagezustand nicht erforderlich. Alternativ oder besonders bevorzugt in Kombination hierzu sind die Lichtwellenleiter lösbar an das Szintillatorschicht angebunden. Auf diese Weise ist ebenfalls ein Austausch einer etwaigen beschädigten Szintillatorschicht ermöglicht. Aufgrund der lösbaren Anbindung ist zudem eine Betriebsdauer eines etwaigen Computertomographen, der das Modul aufweist, erhöht, wobei beispielsweise nach eine bestimmte Anzahl an Betriebsstunden die Detektionsschicht und nach einer anderen Anzahl an Betriebsstunden die Szintillatorschicht ausgetauscht wird. In einer Alternative hierzu sind die Lichtwellenleiter starr und nicht lösbar an der Szintillatorschicht befestigt, was insbesondere eine Herstellung vereinfacht.
Beispielsweise sind die Lichtwellenleiter aus einem Glas gefertigt und insbesondere Glasfasern. Besonders bevorzugt jedoch sind die Lichtwellenleiter aus einem Silikon erstellt. Auf diese Weise ist eine vergleichsweise kostengünstige Herstellung ermöglicht. Beispielsweise sind die Lichtwellenleiter in einem Spritzgussverfahren hergestellt, wobei beispielsweise sämtliche Lichtwellenleiter in einem einzigen Verfahrensschritt gefertigt werden. Vorzugsweise werden hierbei die Lichtwellenleiter an die Szintillatorschicht und/oder die Detektionsschicht angespritzt, was eine Herstellung vereinfacht. Geeigneterweise wird ein 2-Komponenten Spritzgussverfahren (2K-Verfahren) herangezogen. Die erste Komponente dient hierbei dem Leiten der elektromagnetischen Strahlung und besteht beispielsweise aus einem Glas oder einem Silikon. Die zweite Komponente nimmt beispielsweise weitere Funktionen zur Lichtleitung oder zum Leiten eines Lichts mit einer anderen Wellenlänge war. Alternativ hierzu dient die zweite Komponente der Stabilisierung der ersten Komponente, also insbesondere des dem Silikons/Glas, und/oder der Montage. Beispielsweise wird mit der zweiten Komponente eine Seite der Detektionsschicht und/oder der Szintillatorschicht umhüllt, ebenso wie das in diesem Bereich angeordneten Ende der Lichtwellenleiter. Auf diese Weise ist eine Ankopplung der Lichtwellenleiter an die jeweilige Schicht verbessert, und insbesondere ein ungewollter Austritt des zu leitenden Lichts verhindert.
Der Detektor ist insbesondere ein Bestandteil eines Computertomographen und weist mehrere Detektormodule auf. Jedes Detektormodul umfasst eine Szintillatorschicht und eine Detektionsschicht, die mittels Lichtwellenleitern optisch verbunden sind. Beispielsweise sind die Szintillatorschichten in unterschiedlichen Flächen angeordnet, die insbesondere eben sind. Geeigneterweise sind die einzelnen Flächen parallel zueinander, jedoch zueinander beabstandet angeordnet oder geneigt. Besonders bevorzugt jedoch sind die Szintillatorschicht Schichten in einer Fläche angeordnet, die beispielsweise eben oder gekrümmt ausgestaltet ist. Alternativ oder in Kombination hierzu sind die Szintillatorschichten benachbart zueinander angeordnet und beispielsweise in direktem mechanischem Kontakt zueinander. Alternativ sind die Szintillatorschichten zueinander beabstandet und liegen beispielsweise über ein weiteres Bauteil des Detektors aneinander an. Besonders bevorzugt ist ein Abstand zwischen den Szintillatorschichten geringer als 1 cm, 0,5 cm oder 0,2 cm.
Vorzugsweise sind die Detektionsschichten zueinander beabstandet, was eine Wechselwirkung zwischen diesen verringert. Auch ist auf diese Weise eine Anbringung einer Abschirmung oder dergleichen erleichtert. Beispielsweise sind die Detektionsschichten in unterschiedlichen Flächen angeordnet, die beispielsweise eben sind. Insbesondere sind die Ebenen zueinander parallel. Beispielsweise sind die Detektionsschichten übereinander parallel in Einschüben angeordnet, wobei die Einschübe geeigneterweise mittels eines Gehäuses bereitgestellt sind. Hierbei sind die Lichtwellenleiter in das Innere des Gehäuses geführt. Mittels des Gehäuses erfolgt vorzugsweise eine Abschirmung.
Beispielsweise weist der Detektor zwei, drei oder mehr derartige Detektormodule auf. Vorzugsweise ist die Anzahl der Detektormodule größer oder gleich 4, 8, 16 oder 32. Beispielsweise ist die Anzahl der Detektormodule kleiner als 2048, 1024 oder 512. Die Detektormodule selbst sind bei Betrieb mit elektrischer Energie versorgt und sind vorzugsweise elektrisch mit einem Gleichspannungskreis kontaktiert. Der Gleichspannungskreis weist einen positiven und einen negativen Pol auf, wobei bei Betrieb beispielsweise eine Potentialdifferenz zwischen 5V und 50V zwischen den beiden Polen anliegt.
Vorzugsweise sind die Detektormodule auf die zu erfassende und die zu detektierende Größe, wie die elektromagnetische Strahlung bzw. ein bestimmtes Teilchen, abgestimmt. Insbesondere umfasst der Detektor eine Auswerteeinheit, mittels derer die zu erfassende elektromagnetische Strahlung und/oder Teilchen quantifiziert und/oder qualifiziert werden. Beispielsweise ist jedem der Detektormodule eine derartige Auswerteeinheit zugeordnet, die insbesondere die Auswerteelektronik ist. Alternativ hierzu weist der Detektor lediglich eine einzige Auswerteeinheit auf, die insbesondere signaltechnisch mit den einzelnen Detektormodulen gekoppelt ist. Zum Beispiel weist jedes der Detektormodule die Auswerteelektronik auf, mittels derer bei Betrieb die einzelnen erfassten Signale zur Auswerteeinheit geleitet werden.
Der Computertomographen weist einen Detektor mit mehreren Detektormodulen auf, also mit zwei, drei oder mehr Detektormodulen. Jedes Detektormodul umfasst eine Szintillatorschicht und eine Detektionsschicht, die mittels Lichtwellenleitern optisch verbunden sind. Beispielsweise sind sämtliche Detektionsschichten der Detektormodule in einer einzigen Fläche und/oder aneinander anliegend angeordnet. Hierbei liegen beispielsweise sämtliche Kanten zumindest einer der Detektorschichten an jeweils einer Kante zumindest einer weiteren der Detektorschichten an. Besonders bevorzugt jedoch sind zumindest zwei der Detektionsschichten in unterschiedlichen Flächen und/oder zueinander beabstandet angeordnet.
Alternativ oder in Kombination hierzu sind die Szintillatorschichten zueinander beabstandet und/oder in unterschiedlichen Flächen angeordnet, wobei die Flächen beispielsweise zueinander parallel oder geneigt sind. Die Flächen sind hierbei beispielsweise eben oder gekrümmt. Besonders bevorzugt jedoch sind sämtliche Szintillatorschichten in einer Fläche angeordnet, sodass ein vergleichsweise großer Bereich eines Objekts mittels des Computertomographen untersucht werden kann. Die Fläche ist beispielsweise eben oder gekrümmt, wobei beispielsweise die Krümmung konstant ist. Vorzugsweise sind zumindest zwei der Szintillatorschichten zueinander benachbart angeordnet und liegen zweckmäßigerweise aneinander an, vorzugsweise an deren Kanten. Infolgedessen weisen die Messdaten keinen Totbereich auf, der keine Informationen über das zu durchleuchtende Objekt umfasst.
Zweckmäßigerweise umfasst der Computertomograph eine Strahlen- und/oder Teilchenquelle (Quelle). Der Detektor ist vorzugsweise geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, die mittels der Quelle erstellten Teilchen bzw. Strahlen zu erfassen und folglich zu detektieren.
Beispielsweise ist der Computertomograph ein Sonographiegerät, ein Positronen-Emissions-Tomographiegerät (PET), ein Einzelphotonen-Emissionscomputertomographiegerät (SPECT). Der Computertomograph ist insbesondere ein Röntgencomputergraph (CT) .
Beispielsweise weist der Computertomograph einen C-Bogen auf, wobei an einem Freiende des C-Bogens der Detektor angeordnet ist. In einer weiteren Alternative hierzu ist der Detektor stationär bezüglich des Computertomographen angeordnet. Besonders bevorzugt jedoch umfasst der Computertomograph eine drehbar gelagerte Gantry, welche bei Betrieb des Computertomographen rotiert wird. Die Gantry weist den Detektor auf. Vorzugsweise umfasst die Gantry ferner die etwaige Strahlen- bzw. Teilchenquelle. Aufgrund der Gantry ist ein Untersuchungsergebnis verbessert. Wegen des vergleichsweise kostengünstigen sowie vergleichsweise einfach wartbaren Detektors, bei dem die Anordnung der Szintillatorschichten unabhängig von Detektionsschichten erfolgen kann, ist eine vergleichsweise leichte sowie verkleinerte Gantry bereitgestellt.
Die im Zusammenhang mit dem Detektormodul genannten Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf den Detektor/Computertomographen zu übertragen und umgekehrt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch vereinfacht einen Röntgen-Computertomograph mit einem Röntgendetektor,
2 in einer Draufsicht eine Szintillatorschicht eines Detektormoduls des Röntgendetektors,
3 in einer Draufsicht eine Detektionsschicht des Detektormoduls des Röntgendetektors,
4 schematisch das Detektormodul,
5 in einer Draufsicht ausschnittsweise die Detektionsschicht mit angebundenen Lichtwellenleitern,
6 eine alternative Ausführungsform der Anbindung der Lichtwellenleiter an der Detektionsschicht, und
7,8 jeweils gemäß 4 weitere Ausgestaltungsform des Detektormoduls.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch vereinfacht ein Computertomograph 2 in Form eines Röntgen-Computertomographen (Röntgentomograph) schematisch dargestellt. Der Computertomograph 2 weist ein Gehäuse 4 sowie eine darin drehbar gelagerte Gantry 6 auf. Ferner umfasst der Computertomograph 2 eine Steuereinheit 8, die elektrisch sowie signaltechnisch mittels einer Leitung 10 mit dem Gehäuse 4 verbunden ist. Die Steuereinheit 8 weist eine Vorrichtung zur Benutzereingabe, beispielsweise eine Tastatur oder eine Maus, sowie eine Vorrichtung zur Datenausgabe, wie einen Bildschirm, auf. Ferner umfasst die Steuereinheit 8 nicht näher dargestellte Algorithmen sowie Einheiten, mittels derer sowohl das Gehäuse 4 als auch die Gantry 6 geregelt und/oder gesteuert wird. Die Gantry 6 weist eine Röntgenquelle 12 und einen Detektor 14 in Form eines Röntgendetektors auf, zwischen denen sich eine zentrale Aussparung 16 befindet.
Bei Betrieb wird ein zu untersuchendes Objekt in der Aussparung 16 positioniert, und die Röntgenquelle 12 wird mittels der Steuereinheit 8 aktiviert. Die Röntgenstrahlung durchtritt das zu untersuchende Objekt und wird an diesem teilweise gestreut. Mittels des Röntgendetektors (Detektors) 14 wird die sowohl durchtretende als auch gestreute Röntgenstrahlung erfasst. Mittels der Leitung 10 werden die Messdaten des Röntgendetektors 14 zur Steuereinheit 8 geleitet, mittels derer eine Rekonstruktion des untersuchten Gegenstands erfolgt.
Der Detektor 14 weist mehrere baugleiche Detektormodule 18 auf, von denen zwei gezeigt sind. Beispielsweise weist der Detektor 14 insgesamt mehr als 100 derartige Detektormodule 18 auf. Der Detektor 14 weist insbesondere zwischen 50 und 150 derartige Detektormodule 18 auf. Die Detektormodule 18 sind jeweils mittels eines Anschlusses 20 über die Leitung 18 mit der Steuereinheit 18 signaltechnisch verbunden. In einer alternativen Ausführung weist der Röntgendetektor 14 eine Auswerteeinheit auf, die mit sämtlichen Detektormodulen 18 signaltechnisch gekoppelt ist. Die signaltechnische Verbindung der einzelnen Detektormodule 18 mit der Steuereinheit 8 erfolgt über die Auswerteeinheit. Mittels dieser werden beispielsweise auch die einzelnen Messdaten zusammengefasst und/oder bereits teilweise ausgewertet.
In 2 ist eine Szintillatorschicht 22 gezeigt, die jedes Detektormodul 18 aufweist. Die Szintillatorschicht 22 weist eine Vielzahl an Szintillatorzellen 24 auf, die matrixförmig in Spalten und Zeilen angeordnet sind, wobei zwischen den einzelnen Szintillatorzellen 24 ein Trennmittel 26 angeordnet ist, mittels derer die Szintillatorzellen 24 zueinander stabilisiert sind. Die Szintillatorzellen 24 sind zueinander baugleich und aus einer Keramik erstellt. Bei Bestrahlung der Szintillatorzellen 24 mit der mittels der Röntgenquelle 24 bereitgestellten Röntgenstrahlung werden die einzelnen Szintillatorzellen 24 angeregt. Die Abregung erfolgt mittels Aussenden von Licht im sichtbaren Bereich. Mittels des Trennmittels 26 wird hierbei ein Durchdringen des sichtbaren Lichts von einer der Szintillatorzellen 24 in die benachbarten Szintillatorzellen 24 unterbunden. Infolgedessen leuchten im Wesentlichen lediglich die Szintillatorzellen 24, die der mittels der Röntgenquelle 12 erstellten Röntgenstrahlung ausgesetzt sind. Die Szintillatorschicht 22 ist in einer Ebene angeordnet und weist somit eine Fläche 28, also eine Außendehnung in lediglich im Wesentlichen der Ebene, auf, die rechteckförmig ausgestaltet ist.
Ferner weist jedes Detektormodul 18 eine Detektionsschicht 30 auf, die in 3 in einer Draufsicht gezeigt ist. Die Detektionsschicht 30 ist hierbei ebenfalls im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet und weist eine Fläche 32 auf, die ebenfalls rechteckförmig ausgestaltet ist. Hierbei ist die Fläche 32 der Detektionsschicht 30 kleiner als die Fläche 28 der Szintillatorschicht 22. Mit anderen Worten weist die Detektionsschicht 30 im Vergleich zur Szintillatorschicht 22 des gleichen Detektormoduls 18 eine verkleinerte Fläche 32 auf. Die Detektionsschicht 30 weist ein Substrat 34 auf, welches einen Grundkörper 36 aufweist, der plattenförmig und aus einem glasfaserverstärktem Epoxidharz oder einer technischen Keramik erstellt ist. An dem Grundkörper 36 sind Leiterbahnen 38 aus einem Kupfer auf einer Seite angebunden. Jede Detektionsschicht 30 weist einen Stecker 40 auf, mittels dessen die Detektionsschicht 30 mit weiteren Bestandteilen des Detektors 14 im Montagezustand signaltechnisch und elektrisch verbunden ist. Mit dem Stecker 14 ist über eine der Leiterbahnen 38 eine Auswerteelektronik 42 elektrisch und signaltechnisch verbunden. Ferner ist eine Stromversorgung 44 mit dem Stecker 40 elektrisch kontaktiert. Mittels der Stromversorgung 44 erfolgt eine Versorgung eines Arrays 46 mit elektrischem Strom, welches mittels einer weiteren Leiterbahn 38 mit der Auswerteelektronik 42 signaltechnisch verbunden ist. Das Array 46 ist einstückig in einem Wafer-Prozess erstellt und weist eine Vielzahl an Photodioden 48 auf, die matrixförmig angeordnet sind.
Die Anzahl der Photodioden 48 ist gleich der Anzahl der Szintillatorzellen 24. Die Photodioden 48 sind miteinander elektrisch kontaktiert und in einem Arbeitsschritt mittels des Wafer-Herstellungsprozesses erstellt. Das Array 46 und folglich die Photodioden 48 sowie die Auswerteelektronik 42, die Stromversorgung 44, die Leiterbahnen 38 und der Stecker 40 sind lediglich auf einer einzigen Seite des Substrats 34 angeordnet und mittels SMD-Technik daran befestigt. Das Substrat 34 wirkt hierbei als Leiterplatte zur elektrischen Kontaktierung und Anbindung der einzelnen elektrischen/elektronischen Bauteile. Die Auswerteelektronik 42 ist ein Mikroprozessor, der beispielsweise programmierbar oder fest verdrahtet und folglich ein ASIC ist. Aufgrund der Anordnung der Bauteile auf lediglich der einen Seite des Substrats 34 ist eine Durchkontaktierung nicht erforderlich, weswegen eine Herstellung vereinfacht ist.
In 4 ist eines der Detektormodule 18 im Montagezustand gezeigt. Jeder der Szintillatorzellen 24 der Szintillatorschicht 22 ist ein Lichtwellenleiter 50 zugeordnet und auf, der an der Röntgenquelle 12 gegen überliegenden Rückseite an der Szintillatorzelle 24 befestigt und optisch mit dieser gekoppelt ist. Somit ist jeweils einer der Lichtwellenleiter 50 mit einer der Szintillatorzellen 24 optisch verbunden. Die Lichtwellenleiter 50 sind lösbar an der jeweils zugeordneten Szintillatorzelle 24 angebunden, sodass ein Ablösen der Lichtwellenleiter 50 bei einer Fehlfunktion Szintillatorschicht 22 ermöglicht ist. Die verbleibenden Enden der Lichtwellenleiter 50 sind gegen die Photodioden 48 geführt und optisch an diese angekoppelt. Somit ist die Szintillatorschicht 22 mit der Detektionsschicht 30 mittels der Lichtwellenleiter 50 optisch verbunden. Die Detektionsschicht 30 ist senkrecht zur Szintillatorschicht 22 angeordnet und beispielsweise an dieser befestigt. Infolgedessen trifft eine mittels der Röntgenquelle 12 erstellte und durch die Szintillatorschicht 22 durchgehende Röntgenstrahlung nicht vollflächig auf das Array 46, sodass Fehlfunktionen vermieden sind.
In 5 ist das Array 46 ausschnittsweise mit einem Teil der Lichtwellenleiter 50 gezeigt. Hierbei ist jeder der Photodioden 48 jeweils einer der Lichtwellenleiter 50 zugeordnet und lösbar an dieser angebunden. Somit erfolgt eine optische Kopplung jeweils einer der Photodioden 48 mit einer der Szintillatorzellen 24. Insbesondere wird hierbei die Geometrie erhalten, sodass benachbarte Szintillatorzellen 24 jeweils benachbarten Photodioden 48 zugeordnet sind. Bei einer Fehlfunktion des Arrays 46, und insbesondere einer Anzahl an Photodioden 48, ist es somit ermöglicht, die Detektionsschicht 30 auszutauschen, wobei ein Austausch der Lichtwellenleiter 50 und der Szintillatorschicht 22 aus dem Computertomographen 2 nicht erforderlich ist. Die Lichtwellenleiter 50 sind mittels eines nicht näher dargestellten Mantels umgeben, sodass die einzelnen Lichtwellenleiter 50 aneinander befestigt sind. Infolgedessen ist eine Verlegung der Lichtwellenleiter 50 in der Gantry 6 vereinfacht.
Die Lichtwellenleiter 50 sind Glasfasern und beispielsweise aus einem Glas oder Silikon erstellt. Ferner weisen die Lichtwellenleiter 50 in einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel einen Mantel auf. Insbesondere sind die Lichtwellenleiter sogenannte Tapered Fiber, wobei der Durchmesser der jeweiligen Lichtwellenleiter 50 wesentlich kleiner als die Wellenlänge des mittels der Lichtwellenleiter 50 geleiteten Lichts, also des mittels der Szintillatorzellen 24 erstellten Lichts, ist. Somit wird das Licht nicht im Kern der Lichtwellenleiter 50 sondern in deren jeweiligem Mantel geleitet.
In 6 ist eine alternative Ausgestaltungsform des Detektormoduls 18 gezeigt. Hierbei ist die Anzahl der Photodioden 48 vergrößert, und die Ausdehnung jeder der Photodioden 48 ist kleiner als der Querschnitt der zueinander baugleichen Lichtwellenleiter 50. Die Lichtwellenleiter 50 sind mit den Enden stochastisch auf das Array 46 aufgesetzt, sodass jedem Lichtwellenleiter 50 eine Anzahl an Photodioden 48 zugeordnet ist. Bei der Montage wird jede der Szintillatorzellen 24 separat beleuchtet und bestimmt, mit welchen der Photodioden 48 dieses Licht erfasst wird. Dies wird in der Auswerteelektronik 42 hinterlegt. Infolgedessen ist nach Fertigung eine Auswertung der mittels des Detektormoduls 18 erfassten Messdaten möglich.
In 7 ist gemäß 4 eine weitere Ausgestaltungsform des Detektormoduls 18 gezeigt, wobei die Detektionsschicht 30 nicht verändert ist. Diese ist jedoch weiter von des Szintillatorschicht 22, die ebenfalls nicht verändert ist, beabstandet und befindet sich in einem nicht näher dargestellten Gehäuse, welches von dem Strahlengang der Röntgenquelle 12 beabstandet ist. Hierbei ist der Abstand zwischen der Detektionsschicht 30 und der Szintillatorschicht 22 größer als 50 cm. Zwischen jedem der Lichtwellenleiter 50 und der jeweils zugeordneten Szintillatorzellen 24 ist ein Ankoppelelement 52 angeordnet, mittels dessen eine Fokussierung des mittels der Szintillatorzellen 24 erzeugten Lichts erfolgt. Auch überdecken die Ankoppelelemente 52 im Wesentlichen vollflächig die jeweils zugeordnete Szintillatorzelle 24, was eine Lichtausbeute verbessert. Das gegenüberliegende Ende der Ankoppelelemente 52 weist hingegen den Durchmesser der Lichtwellenleiter 50 auf.
In 8 ist eine weitere Ausgestaltungsform des Detektormodules 18 entsprechend 7 gezeigt. Die Lichtwellenleiter 50 sind aus einem Silikon erstellt und in einem Spritzgussverfahren erstellt. Hierbei sind die Ankoppelelemente 52 einstückig mit den jeweiligen Lichtwellenleiter 50 erstellt und an die jeweils zugeordnete Szintillatorzellen 24 angespritzt. Zur Befestigung der Ankoppelelemente 52 an der Szintillatorschicht 22 sind diese mittels einer Haltestruktur 54 endseitig umgeben, die ebenfalls an ist Szintillatorschicht 22 angespritzt ist und diese zumindest teilweise umfangsseitig umgibt. Infolgedessen ist ein Ablösen der Lichtwellenleiter 50 von der Szintillatorschicht 22 nur mittels Zerstörung der einzelnen Bauteile möglich. Die verbleibenden Enden der Lichtwellenleiter 50 sind mittels einer Steckerstruktur 56, umgeben, die auf das Array 46 aufgesteckt ist. Hierbei wird die Position der einzelnen Lichtwellenleiter 50 mittels der Steckerstruktur 56 bestimmt, die auf das Array 46 aufgesteckt ist. Somit wird jeder der Photodioden 48 einer der Lichtwellenleiter 50 zugeordnet. Bei einer Fehlfunktion des Array 46 wird die Steckerstruktur 56 von der Detektionsschicht 30 gelöst und die Detektionsschicht 30 ausgetauscht. Im Anschluss hieran wird die Steckerstruktur 56 auf das ausgetauschte Array 46 aufgesetzt und dort befestigt. Aufgrund der Stabilisierung der Lichtwellenleiter 50 mittels der Steckerstruktur 56 ist ein Neuausrichten oder Kalibrieren der Detektionsschicht 30 nicht erforderlich. Die Haltestruktur 54 und die Steckerstruktur 56 sind aus einem Kunststoff oder dergleichen mittels eines Spritzgussverfahrens erstellt und zwar mittels der zweiten Komponente des Zweikomponentenverfahrens, mittels dessen die Lichtwellenleiter 50 erstellt sind. Infolgedessen werden die Haltestruktur 54, die Steckerstruktur 56 und die Lichtwellenleiter 50 im Wesentlichen in einem Arbeitsschritt erstellt.
Im Montagezustand sind die Szintillatorschichten 22 der Detektormodule 18 in einer einzigen Ebene und direkt benachbart zueinander angeordnet. Infolgedessen ist ein vergleichsweise großer Bereich mittels der Szintillatorschichten 22 abgedeckt, was ein großflächiges Registrieren der gestreuten und/oder abgemilderten Röntgenstrahlung, die mittels der Röntgenquelle 12 erstellt ist, ermöglicht. Die Detektionsschichten 30 sind in unterschiedlichen Ebenen angeordnet, die zueinander parallel und beabstandet sind. Hierbei sind die einzelnen Detektionsschichten 30 als Einschübe in ein Gehäuse eingesteckt. Mittels des Gehäuses ist eine Abschirmung vor der Röntgenstrahlung realisiert, und das Gehäuse ist von den einzelnen Szintillatorschichten 22 beabstandet, insbesondere um mehr als 50 cm.
Zusammenfassend erfolgt aufgrund der Ankopplung der Szintillatorschicht 22, die insbesondere eine Szintillatorkeramik ist, an die Lichtwellenleiter 50 eine räumliche Trennung der Photodioden 48 und der Auswerteelektronik 42 von der Szintillatorschicht 22. Dies reduziert eine Komplexität des Aufbaus des Detektormoduls 18 und somit die Herstellungskosten. Ferner ist ebenfalls die Lebensdauer und die Servicebarkeit erhöht. Dies ist insbesondere dadurch bedingt, dass die Elektronik, insbesondere die Detektionsschicht 30 an der Einbauposition in der Gantry 6 besser gegen die Röntgenstrahlung abgeschirmt werden kann, also insbesondere dadurch, dass die Detektionsschicht 30 von der Szintillatorschicht 22 beabstandet werden kann. Ferner ist aufgrund des Abstands eine vergleichsweise effiziente und einfache Kühlung zu realisieren, insbesondere der Szintillatorschicht 22 und/oder der Detektionsschicht 30. Infolgedessen ist eine Leistungsdichte reduziert.
Das Array 46 ist aufgrund der matrixförmigen Anordnung der Photodioden 48 pixeliert aufgebaut und dient insbesondere als Sensorboard. Das optische Licht, welches mittels der Szintillatorschicht 22 ausgesandt wird, wird in eine Lichtleitung der Struktur, nämlich die Lichtwellenleiter 50, überführt, mittels derer es ermöglicht ist, die Detektionsschicht 30 räumliche von der Szintillatorschicht 22 anzuordnen und zu montieren. Zur Ankopplung der Lichtwellenleiter 50 werden beispielsweise die Ankoppelelemente 52 herangezogen oder die Lichtwellenleiter 50 ohne zwischen Struktur direkt an die jeweiligen Szintillatorzellen 24 angekoppelt. Die Lichtwellenleiter 50 werden beispielsweise als Bündel von der Szintillatorschicht 22 zur Detektionsschicht 30 geführt und weisen insbesondere somit einen gemeinsamen Mantel auf. Die Auskuppelstrukturen der Lichtwellenleiter 50, und somit auch die Steckerstruktur 56, weist eine geringere räumliche Ausdehnung auf als die Szintillatorschicht 22, also die Fläche 28 der Szintillatorschicht 22. Infolgedessen ist eine Verwendung eines kleineren Array 46 und somit kleinerer Photodioden 48 ermöglicht, was Herstellungskosten reduziert. Auch ist es eine direkte Anbindung der Photodioden 48, der Auswerteelektronik 42 und weitere Bestandteile der Detektionsschicht 30 an der Szintillatorschicht 22 nicht erforderlich. Bei einem Ausfall der Detektionsschicht 30 ist es ermöglicht, diese separat von der Szintillatorschicht 22 und den Lichtwellenleitern 50 auszutauschen, was einen Montageaufwand und Montagezeit reduziert. Auch ist eine neue Anpassung der Montageposition der Szintillatorschicht 22 auf diese Weise nicht erforderlich.
Die Auswerteelektronik 42 dient insbesondere als Auslese-und Detektionselektronik.
Die Ankopplung der Szintillatorschicht 22 an den Lichtwellenleitern 50, die optische Lichtleiter sind, erfolgt auf unterschiedliche Arten, beispielsweise direkt oder mittels der Ankoppelelemente 52. Die Lichtwellenleiter 50 sind vorzugsweise tapered Fiber. Diese ermöglichen, das Licht, das diffus aus den Szintillatorzellen 24 austritt in eine kleinere Struktur zu überführen, um eine effiziente Einkopplung in die Lichtwellenleiter 50 zu ermöglichen. Insbesondere sind die Ankoppelelemente 52 als tapered Fiber ausgestaltet.
Eine weitere Möglichkeit ist, die Lichtwellenleiter 50 aus Silikon zu erstellen und somit Silikonlichtleiter heranzuziehen. Diese sind insbesondere als Spritzgussteil hergestellt. Infolgedessen ist eine Anpassung der Lichtwellenleiter 50 an die geometrischen Belangen vergleichsweise gut. Auch ist es ermöglicht, die Lichtwellenleiter 50 und die Ankoppelelemente 52 sowie die Haltestruktur 54 und die Steckerstruktur 56 in einem einzigen Verfahrensschritt zu fertigen. Hierfür wird insbesondere eine 2-Komponenten-Spritzgussteil-Technik herangezogen, wobei die weitere Komponente insbesondere eine weitere Funktion erfüllt, beispielsweise die optische Trennung der einzelnen Lichtwellenleiter 50 oder das integrierte Herstellen der mechanischen Montagestrukturen, nämlich der Haltestruktur 54 und der Steckerstruktur 56.
Die Ankopplung der Lichtwellenleiter 50 an die Photodioden 48 erfolgt beispielsweise ohne explizite Positionierung über der jeweiligen Photodiode 48. Die Pixelierung der Photodioden 48 ist in diesem Fall um ein Vielfaches granularer als die Ausgänge der Lichtwellenleiter 50. Bei Montage erfolgt eine einmalige Zuordnung zwischen den Lichtwellenleitern 50, und folglich der Szintillatorzellen 24, und mehreren Photodioden 48. Hierbei wird beispielsweise jeweils jede Szintillatorzelle 24 einzeln mit einer Lampe beleuchtet. Das Licht tritt in diesem Fall durch die Szintillatorzelle 24 hindurch und wird von dem zugeordneten Lichtwellenleiter 50 auf die zugeordneten Photodioden 48 geführt. Das Auslesen sämtlicher Photodioden 48 zeigt in diesem Fall an, an welcher der Photodioden 48 ein relevantes Signal erfasst wird. Diese Photodioden 48 werden der beleuchteten Szintillatorzelle 24 zugeordnet. Auf diese Weise erfolgt eine vergleichsweise kostengünstige Ankopplung der Szintillatorschicht 22 an die Detektionsschicht 30, wobei jedoch das Array 46 vergrößert ist und eine vergrößerte Anzahl an Photodioden 48 aufweist. Alternativ wird jeweils einer der Photodioden 48 eine des Szintillatorzellen 24 zugeordnet, was einen erhöhten mechanischen Aufwand bei Herstellung bedeutet.
Aufgrund der Beabstandung ist es nicht erforderlich, dass die Detektionsschicht 30 4-seitig anreihbar ist. Auch ist eine Durchkontaktierung nicht erforderlich, da die Anbindung der Auswerteelektronik 42 an dem Array 46 auf der gleichen Seite der Struktur 34 erfolgen kann. Ferner ist es ermöglicht, das Array 46 und die Detektionsschicht 30 kleiner als die Szintillatorschicht 22 auszugestalten, was zu reduzierten Kosten führt. Ferner ist es ermöglicht, die Detektionsschicht 30, und insbesondere die vollständige Elektronik, außerhalb des Strahlengangs der Röntgenquelle 12 zu positionieren, was zu einer erhöhten Lebensdauer führt. Auch sind zusätzliche Abschirmungsmaßnahmen nicht erforderlich. Ferner ist es ermöglicht, die Geometrie der Szintillatorschicht 22 im Wesentlichen frei und unabhängig von der Geometrie der Photodioden 48 und des Arrays 46 zu wählen. Infolgedessen ist eine Gestaltungsfreiheit des Computertomographen 2 erhöht. Auch ist es ermöglicht Standardgrößen für das Array 46 heranzuziehen. Hierbei können beispielsweise mehrere Arrays 46 aneinander angereiht auf der Substrat 34 angeordnet werden. Somit ist es nicht erforderlich, bei der Herstellung unterschiedlicher Computertomographen 2 unterschiedliche Arrays 46 zu verwendet und vorzuhalten, was Herstellungskosten reduziert.
Auch ist bei einer Änderung der Geometrie der Szintillatorschicht 22 eine Änderung der Detektionsschicht 30 oder ein vollständige neue Design der Detektionsschicht 30 nicht erforderlich, was Herstellungskosten reduziert. Zudem ist es ermöglicht, die Detektionsschicht 30 und deren Bestandteile, insbesondere des Array 46 auf den Einsatzzweck hin zu optimieren, ohne dass hierbei die Röntgenbelastung berücksichtigt werden muss. Auch ist die Toleranzanforderung an die einzelnen Photodioden 48 und an die Detektionsschicht 30 geringer, da üblicherweise die Lichtwellenleiter 50 im Vergleich zu den Photodioden 48 einen vergrößerten Durchmesser aufweisen.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016204457 A1 [0005]
DE 102010020610 A1 [0006]
DE 10335125 B4 [0007]

Claims

Detektormodul (18), insbesondere eines Computertomographen (2), mit einer Szintillatorschicht (22), und mit einer Detektionsschicht (30), die mittels Lichtwellenleitern (50) optisch verbunden sind.
Detektormodul (18) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Szintillatorschicht (22) eine größere Fläche (28) als die Detektionsschicht (30) aufweist.
Detektormodul (18) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Szintillatorschicht (22) eine Anzahl an matrixförmig angeordneten Szintillatorzellen (24) aufweist, von denen jeder jeweils einer der Lichtwellenleiter (50) zugeordnet ist.
Detektormodul (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsschicht (30) eine Anzahl an matrixförmig angeordneten Photodioden (48) aufweist.
Detektormodul (18) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Photodiode (48) jeweils einer der Lichtwellenleiter (50) zugeordnet ist.
Detektormodul (18) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsschicht (30) ein Substrat (34), insbesondere eine Leiterplatte, aufweist, wobei die Photodioden (48) und eine damit elektrisch verbundene Auswerteelektronik (42) auf lediglich einer einzigen Seite des Substrats (34) positioniert und daran angebunden sind.
Detektormodul (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsschicht (30) von der Szintillatorschicht (22) beabstandet ist.
Detektormodul (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter (50) lösbar an der Detektionsschicht (22) und/oder der Szintillatorschicht (22) angebunden sind.
Detektormodul (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Lichtwellenleiter (50) aus einem Silikon, insbesondere in einem Spritzgussverfahren, hergestellt ist.
Detektor (14), insbesondere eines Computertomographen (2), mit mehreren Detektormodulen (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Szintillatorschichten (22) in einer Fläche und/oder benachbart zueinander angeordnet sind, und wobei zumindest zwei der Detektionsschichten (30) in unterschiedlichen Flächen und/oder zueinander beabstandet angeordnet sind.
Computertomograph (2) mit einer Gantry (6), die einen Detektor (14) nach Anspruch 10 aufweist.