DE19850116A1 - Strahlungsdetektor mit mehreren Leuchtstoffkörpern, die durch einen Trennkörper optisch gegeneinander isoliert sind, Verwendung des Strahlungsdetektors und Trennkörper - Google Patents
Strahlungsdetektor mit mehreren Leuchtstoffkörpern, die durch einen Trennkörper optisch gegeneinander isoliert sind, Verwendung des Strahlungsdetektors und TrennkörperInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor zur ortsauflösenden Detektion einer Strahlung. Der Strahlungsdetektor weist mindestens zwei mit Hilfe eines Trennkörpers optisch voneinander getrennte Leuchtstoffkörper auf. Der Trennkörper beispielsweise in Form einer gefalteten Kunststoffolie steht mit einer minimalen Anzahl an Berührungspunkten in einem reibschlüssigen Kontakt mit einem Leuchtstoffkörper. Zudem liegt eine homogene optische Phasengrenze zwischen Leuchtstoffkörper und umgebendem Medium vor. Beides trägt zu einer fehlerfreien Bildgebung in einem Computertomographen bei.
Description
Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein Strahlungsdetektor der ge
nannten Art ist aus DE 38 29 912 A1 bekannt. Neben dem Strah
lungsdetektor wird eine Verwendung des Strahlungsdetektors
angegeben. Darüber hinaus hat die Erfindung einen entspre
chenden Trennkörper zum Gegenstand.
Ein Nachweis einer hochenergetischen Strahlung kann mit Hilfe
eines Strahlungsdetektors geführt werden, der aus einem
Leuchtstoffkörper mit einem Leuchtstoff (Szintillator) und
einem Photodetektor besteht. Der Leuchtstoff konvertiert die
hochenergetische Strahlung, beispielsweise Röntgenstrahlung,
in eine niederenergetische Strahlung, beispielsweise sichtba
res Licht. Diese niederenergetische Strahlung wird von dem
Photodetektor in ein elektrisches Signal umgewandelt, das
weiterverarbeitet wird.
Für einen Einsatz in der Computertomographie ist es notwen
dig, daß der Nachweis der Strahlung ortsauflösend gelingt.
Dazu ist der Strahlungsdetektor optisch segmentiert. Der aus
DE 38 29 912 A1 bekannte Strahlungsdetektor ist ein segmentier
ter Detektor für Röntgenstrahlung. Dabei besteht ein Segment
des Detektors aus einem Leuchtstoffkörper und einer auf einer
Oberfläche des Leuchtstoffkörpers angebrachten und mit dem
Leuchtstoffkörper optisch gekoppelten Photodiode. Mehrere
Segmente sind nebeneinander so angeordnet, daß die einzelnen
Leuchtstoffkörper optisch gegeneinander isoliert sind. Dazu
ist zwischen den Leuchtstoffkörpern ein schichtförmiger
Trennkörper eingesetzt, der für Licht oder andere Strahlung
opak bzw. undurchlässig ist. Im vorliegenden Fall ist der
Trennkörper eine Molybdänschicht, auf die beidseitig eine
Aluminiumschicht aufgebracht ist. Der Trennkörper verhindert,
daß das Licht, das in einem Leuchtstoffkörper eines Segments
erzeugt wird, in ein benachbartes Segment abstrahlt. Durch
die das Licht reflektierende Aluminiumschicht wird zudem eine
Lichtempfindlichkeit und damit ein Wirkungsgrad des Computer
tomographen erhöht.
Eine dazu alternative Lösung geht aus DE 196 43 644 C1 her
vor. Dabei besteht der Trennkörper aus einer Aluminium
schicht, die beidseitig eine TiO2-Schicht aufweist. Der
Trennkörper wird im Verlauf des Herstellungsverfahrens des
Strahlungsdetektors (Strahlungsdetektorarray) auf einen
Leuchtstoffkörper mit Hilfe eines Epoxidharzes aufgeklebt.
Mehrere derartig beschichtete Leuchtstoffkörper werden so
übereinander gestapelt, daß ein Trennkörper zwischen zwei
Leuchtstoffkörper angeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, aufzuzeigen, wie in einem
Strahlungsdetektor eine verbesserte Ortauflösung auf eine
einfache Weise erreicht werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Strahlungsdetektor nach An
spruch 1 angegeben. Gemäß dieser Lösung weist der Strahlungs
detektor mindestens zwei Leuchtstoffkörper auf, die minde
stens einen Leuchtstoff zu einer Umwandlung einer Strahlung
in Licht aufweisen, einen zwischen den Leuchtstoffkörpern an
geordneten Zwischenraum mit einer Ausdehnung und mindestens
einen das Licht reflektierenden und/oder für das Licht opaken
Trennkörper, der zu einer optischen Trennung der Leucht
stoffkörper in dem Zwischenraum angeordnet ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß zwischen dem Trennkörper und einem Leucht
stoffkörper ein Abstand, und innerhalb des Abstands ein Me
dium vorhanden ist, das einen Brechungsindex aufweist, der
kleiner ist als ein Brechungsindex eines Leuchtstoffkörpers.
Der Strahlungsdetektor verfügt beispielsweise über stäbchen
förmige, nebeneinander angeordnete Leuchtstoffkörper, die
durch Zwischenräume voneinander getrennt sind und so nicht in
direktem Kontakt miteinander stehen. Ein Zwischenraum kann
insbesondere ein Graben sein.
Unter der Strahlung ist vor allem hochenergetische, elektro
magnetische Strahlung wie Röntgenstrahlung zu verstehen.
Energiereiche UV-Strahlung ist ebenso denkbar. Mit Hilfe des
Stahlungsdetektors kann aber auch eine Teichenstrahlung, bei
spielsweise Neutronenstrahlung, nachgewiesen werden.
Der Leuchtstoff eines Leuchtstoffkörpers absorbiert die
Strahlung unter Emission einer niederenergetischen, elektro
magnetischen Strahlung, beispielsweise in Form sichtbaren
Lichts (Lumineszenzlicht).
Die grundlegende Idee der Erfindung ist es, die Leucht
stoffkörper durch eine geeignete Maßnahme optisch gegeneinan
der zu isolieren. Dies gelingt mit Hilfe eines besonders ge
arteten Trennkörpers der in einem Zwischenraum zwischen zwei
Leuchtstoffkörper angeordnet ist und durch eine gezielte Be
einflussung eines optischen Phasenübergangs vom Leucht
stoffkörper zum angrenzenden Medium des Zwischenraums.
Eine optische Trennwirkung zwischen den Leuchtstoffkörpern
wird allein schon dadurch erreicht, daß ein optische Phasen
grenze zwischen einem Leuchtstoffkörper und dem angrenzenden
Medium vorliegt. Besonders günstig ist es, wenn das Medium
einen niedrigeren Brechungsindex aufweist, als der Leucht
stoffkörper. Wird ein in einem Leuchtstoffkörper entstandenes
Lichtquant in Richtung der optischen Phasengrenze abge
strahlt, kommt es an der Phasengrenze aufgrund eines Wechsels
des Brechungsindex zu einer Reflexion des Lichtquants. Trifft
ein Lichtquant auf eine Phasengrenze, bei der sich der Bre
chungsindex verkleinert (Übergang von einem optisch dichten
in ein optisch dünnes Medium), so kann es in Abhängigkeit von
einem Winkel, unter dem das Lichtquant auf die Phasengrenze
gelangt, zu einer Totalreflexion kommen. Dadurch kann das
Lichtquant den Leuchtstoffkörper nicht verlassen und gelangt
somit nicht in einen benachbarten Leuchtstoffkörper. Je un
terschiedlicher die Brechungsindizes sind, desto größer ist
der Winkel, bis zu dem Totalreflexion auftritt.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Me
dium gasförmig. Ein gasförmiges Medium hat einen sehr niedri
gen Brechungsindex. Beispielsweise ist das Medium ein Edelgas
oder gasförmiger Stickstoff. Es kann aber auch ein Gasgemisch
wie Luft sein. Eine Materiedichte und damit der Brechungsin
dex des Gases kann durch eine gezielte Änderung einer Varia
blen wie Druck und Temperatur erniedrigt sein. Das Medium
kann somit auch ein Vakuum sein.
In einem Zwischenraum zwischen zwei Leuchtstoffkörpern ist
ein optischer Trennkörper angeordnet. Dieser Trennkörper ist
für das Lumineszenzlicht opak, d. h. undurchlässig. In jeweils
einem Zwischenraum kann ein Trennkörper angeordnet sein. Der
Strahlungsdetektor kann aber auch nur einen Trennkörper auf
weisen, der so gestaltet und angeordnet ist, daß er alle vor
handenen Zwischenräume besetzt.
Neben einer effizienten optischen Trennwirkung des Trennkör
pers ist es vorteilhaft, daß innerhalb eines Leuchtstoffkör
pers eine möglichst homogene Lichtverteilung vorliegt. Eine
homogene Lichtverteilung führt dazu, daß eine Signalhöhe ei
ner mit dem Leuchtstoffkörper optisch gekoppelten Photodiode
unabhängig von einem Entstehungsort des Lichts im Leucht
stoffkörper ist. Dazu trägt eine homogene optische Phasen
grenze zwischen dem Leuchtstoffkörper und dem den Leucht
stoffkörper umgebenden Medium bei. Eine homogene optische
Phasengrenze zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, daß an
jedem Punkt einer Phasengrenze ein gleicher Brechungsin
dexwechsel auftritt. Verschiedene Brechungsindexwechsel, die
über eine gesamte Grenzfläche zwischen Leuchtstoffkörper und
umgebenden Medium regelmäßig (statistisch) verteilt sind,
führen ebenfalls zu einer (quasi) homogenen optischen Phasen
grenze. Der Winkel für die Totalreflexion ist bei einer homo
genen Phasengrenze ortsunabhängig, was zu einer homogenen
Lichtverteilung im Leuchtstoffkörper beiträgt.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Ab
stand zwischen dem Trennkörper und einem Leuchtstoffkörper
entlang einer Ausdehnung des Zwischenraums gleich. Die Aus
dehnung kann eine Länge und/oder eine Höhe des Zwischenraums
betreffen. Der Trennkörper kann aber auch direkt über einen
Berührungspunkt mit dem Leuchtstoffkörper in Kontakt stehen.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn eine Anzahl von Be
rührungspunkten möglichst klein ist.
Es ist aber auch möglich, daß der Abstand entlang einer Aus
dehnung des Zwischenraums variiert. Der Abstand kann sich
entlang einer Höhe oder Länge des Zwischenraums kontinuier
lich, sprunghaft oder periodisch ändern. Der Trennkörper kann
über eine oder mehrere Falten verfügen. Die Falten können un
regelmäßig, d. h. statistisch über den Trennkörper verteilt
sein. Dazu ist die Oberfläche des Trennkörpers beispielsweise
zerknittert. Die Falten können aber regelmäßig im Trennkörper
auftreten, beispielsweise in Form einer Welle, die den Trenn
körper oder die Oberfläche des Trennkörpers in einer Vorzugs
richtung durchzieht.
Ebenso könnte der Trennkörper über eine oder mehrere Ausbuch
tung verfügen. Ein Ausbuchtung ist beispielsweise kegelför
mig.
Insbesondere hat der Abstand zwischen dem Trennkörper und ei
nem Leuchtstoffkörper einen Wert aus einem Bereich von null
bis nahezu einer Breite des Zwischenraums. Einen Abstand mit
nahezu der Breite des Zwischenraums kann mit einem Trennkör
per in Form einer dünnen Folie erreicht werden. Bei einem Ab
stand von null steht der Trennkörper in direktem Kontakt mit
einem Leuchtstoffkörper. Dieser unmittelbare Kontakt kann ei
ner mechanischen Fixierung des Trennkörpers dienen, insbeson
dere dort, wo der Trennkörper mit einem Leuchtstoffkörper in
einem reibschlüssigen Kontakt steht.
Im einfachsten Fall erfolgt die mechanische Fixierung da
durch, daß der Trennkörper zwischen zwei benachbarten Leucht
stoffkörpern eingeklemmt ist. Der Trennkörper kann aber auch
mit einem Mittel zum Haltern, beispielsweise einer Klemme fi
xiert sein.
In einer weiteren Ausgestaltung des Strahlungsdetektors wird
ein Trennkörper mit Hilfe eines Verbindungsmittels fixiert.
Das Verbindungsmittel ist beispielsweise ein Kleber, insbe
sondere ein Epoxidharz. Diese Art der Fixierung erfolgt vor
zugsweise an einer solchen Stelle des Strahlungsdetektors,
die für eine optischen Eigenschaft bzw. Homogenität des
Leuchtstoffkörpers eine geringe Rolle spielt. Eine derartige
Stelle kann eine Kante eines Leuchtstoffkörpers, oder auch
eine Stirnfläche eines stäbchenförmigen Leuchtstoffkörpers
sein.
Der Trennkörper kann auch mit keinem Leuchtstoffkörper in di
rektem Kontakt stehen oder nicht an einen Leuchtstoffkörper
fixiert sein. In diesem Fall ist der Trennkörper an einer an
deren Stelle des Strahlungsdetektors fixiert, beispielsweise
direkt auf der Oberfläche eines Photodiodenarrays.
Vorzugsweise ist der Trennkörper durch das Anordnen zwischen
zwei Leuchtstoffkörper elastisch verformt und dadurch fi
xiert. Durch eine elastische Verformung des Trennkörpers wird
im Trennkörper ein Rückstellkraft in Richtung der Oberfläche
eines Leuchtstoffkörpers induziert und dadurch der reib
schlüssige Kontakt zwischen Leuchtstoffkörper und Trennkörper
hergestellt.
Die mechanische Fixierung kann aber auch mit Hilfe eines Kör
pers erfolgen, der zwischen dem Trennkörper und dem Leucht
stoffkörper angeordnet ist und als ein Abstandshalter wirkt.
Der Trennkörper ist in diesem Fall nicht direkt, sondern in
direkt mit dem Leuchtstoffkörper verbunden. Die für die Haf
treibung notwendige Kraft kann in diesem Körper entwickelt
werden.
In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung bilden meh
rere Punkte eine Kontaktfläche, die im Vergleich zu einer
Oberfläche des Leuchtstoffkörpers klein ist. Die Kontaktflä
che ist in jedem Fall kleiner als 50% der Oberfläche eines
Leuchtstoffkörpers, an der der Trennkörper angeordnet ist.
Die Kontaktfläche kann dabei in Form von Teilflächen über die
Oberfläche des Leuchtstoffkörpers verteilt sein. Möglich ist
es auch, daß nur eine einzige kleine Kontaktfläche zu einer
Fixierung vorliegt. In beiden Fällen wird erreicht, daß eine
nahezu homogene Phasengrenze vorliegt.
Eine kleine Kontaktfläche wird insbesondere dadurch erreicht,
daß die Oberfläche des Trennkörpers gekrümmt ist. Eine Krüm
mung ist dabei so gestaltet, daß eine Kraft zu einer Deforma
tion des Trennkörpers aufgebracht werden muß, um ihn in einem
Zwischenraum zwischen zwei Leuchtstoffkörpern plazieren zu
können. Als Deformation kommt beispielsweise ein Strecken des
Trennkörpers in Frage. Der Trennkörper ist bevorzugt ela
stisch verformbar und wird mit Hilfe der durch die elastische
Verformung hervorgerufenen Rückstellkraft fixiert.
In einer besonderen Ausgestaltung weist der Trennkörper einen
Kunststoff wie Polyvinylalkohol oder Polymethylmetacrylat
auf. Insbesondere ist der Trennkörper aus Polyester. Beson
ders geeignet ist ein Trennkörper in Form einer Folie aus zu
mindest einem der genannten Materialien.
Um die Trennwirkung zu erzielen, weist der Trennkörper in ei
ner bevorzugten Ausgestaltung ein das Licht reflektierendes
Material auf. Insbesondere ist dieses Material zumindest aus
der Gruppe Aluminiumoxid, Bariumsulfat, Bariumtitanat, Blei
sulfat und/oder Titandioxid ausgewählt. Das Material kann als
Schicht auf dem Trennkörper aufgetragen sein. Bei einem
Trennkörper oder einer entsprechenden Schicht aus Kunststoff
ist das Material vorzugsweise mit dem Kunststoff vermengt.
Eine Zusammensetzung des Trennkörpers ist vorzugsweise so ge
wählt, daß der Körper sowohl elastisch als auch plastisch
formbar ist. Eine Elastizität begünstigt ein einfaches mecha
nisches Fixieren des Trennkörpers. Eine plastische Formbar
keit ermöglicht eine gewünschte Formgebung des Trennkörpers.
Durch einen entsprechenden Zusatzstoff und/oder durch eine
entsprechende Prozeßführung einer Herstellung des Trennkör
pers, beispielsweise durch eine Wahl der Prozeßtemperatur,
kann ein gewünschtes Verhältnis von Elastizität zur plasti
schen Verformbarkeit eingestellt werden.
Der Trennkörper kann auch aus einem mehrschichtigen Verbund
bestehen. Beispielsweise ist eine opake Aluminiumschicht
beidseitig mit einer Schicht behaftet, die ein das Licht re
flektierendes Material aufweist. Ein derartige Schicht ist
beispielsweise eine oben beschriebene Kunststoffschicht. Vor
zugsweise ist dieser Verbund so gestaltet, daß er durch eine
elastische Verformung fixiert werden kann.
Der Trennkörper ist insbesondere eine streifenförmige, ela
stische Kunststoffolie, die zumindest eine Form aufweist, die
aus der Gruppe wellenartig, sägezahnartig und/oder zickzack
artig ausgewählt ist, ein Licht reflektierendes Material und
eine Tiefe aufweist, die mindestens einer Breite eines Zwi
schenraums entspricht. Die Tiefe der Folie ergibt sich durch
eine Dimension der Folie, die die Folie in einem entspannten
Zustand einnimmt. Wird die Folie in einen Zwischenraum einge
setzt, paßt sich die Tiefe der Folie durch ihr elastisches
Verhalten an die Breite des Zwischenraums an. Die dabei auf
tretenden Kräfte, die zur Fixierung der Folie beitragen, wur
den oben diskutiert.
Zur Herstellung des Trennkörpers, beispielsweise in Form ei
ner Folie, wird ein Streifen einer Kunststoffolie beispiels
weise durch einen Bereich einer Vorrichtung bewegt, der von
zwei Zahnrädern gebildet wird, die über Zacken verfügen und
deren Zacken in dem Bereich ineinandergreifen. Auf diese
Weise erhält man einen regelmäßig gefalteten Trennkörper.
Ebenso ist es denkbar, den Streifen zwischen zwei Kämme anzu
ordnen, wobei die Kämme so gegeneinander bewegt werden, daß
deren Zacken ineinander greifen und dadurch eine plastische
Verformung der Folie hervorrufen.
Als Leuchtstoff des Strahlungsdetektors ist ein monokri
stalliner, polykristalliner oder auch keramischer Leuchtstoff
geeignet. Vorzugsweise bildet der Leuchtstoff selbst den
Leuchtstoffkörper, er kann aber auch in einen Körper einge
bettet sein, der aus einem anderen Material besteht. Dieses
Material sollte dabei gegen die nachzuweisende Strahlung
inert sein.
Um die Ortsauflösung des Strahlungsdetektors zu erhalten, ist
vorzugsweise ein Leuchtstoffkörper mit einem Photodetektor
optisch verbunden. Dazu wird beispielsweise eine flächiger
Leuchtstoffkörper auf ein Photodetektorarray aufgeklebt. Der
Kleber ist für das emittierte Licht transparent. Entsprechend
einer Struktur der Photodiodenarrays werden beispielsweise
300 µm breite Gräben bzw. Schlitze in den Leuchtstoffkörper
geschnitten. Auf diese Weise erhält man stäbchenförmige
Leuchtstoffkörper, wobei jeweils ein Leuchtstoffkörper mit
einer Photodiode des Photodiodenarrays optisch verbunden ist.
Ein zusätzliches Bauteil zur Verbesserung der Ortsauflösung,
beispielsweise ein Kollimator zur Absorption einer störenden
Streustrahlung, kann zusätzlich vorgesehen sein.
Ein hier beschriebener Strahlungsdetektor wird vorzugsweise
zur Detektion von Röntgenstrahlung verwendet. Für einen Ein
satz in der Computertomographie eignet sich ein Strahlungsde
tektor mit dem Leuchtstoffkörper Gadoliniumoxysulfid, der mit
Praseodym dotiert ist (Gd2O2S:Pr). Neben Praseodym ist auch
ein anderes Element als Dotierstoff denkbar, beispielsweise
ein Seltenerdelement. Ein geeigneter Leuchtstoff zeichnet
sich durch einen hohen Wirkungsquerschnitt aus, bestehend aus
einem großem Absorptionskoeffizienten und einer hohen Quan
tenausbeute für die Konversion von Röntgenstrahlung. Mit
Hilfe eines beschriebenen Leuchtstoffs läßt sich auch eine
Teilchenstrahlung detektieren. Gadolinium weist beispiels
weise einen hohen Einfangquerschnitt für thermische Neutronen
auf.
Für eine andere Anwendung kann ein Strahlungsdetektor benö
tigt werden, der mit einer hohen Abtastrate betrieben werden
kann. Dazu ist neben einem guten Wirkungsquerschnitt ein ra
sches Abklingen des Lumineszenzlichts vorteilhaft. Für eine
Positronen-Emissions-Tomographie (PET) eignet sich beispiels
weise Wismutgermaniumoxid (BGO, Bi4Ge3O12) mit einer Abkling
zeit von etwa 300 µs. In Kombination mit der Erfindung liegt
ein Strahlungsdetektor mit einer hohen Orts- und Zeitauflö
sung vor.
Zusammengefaßt verbinden sich mit der Erfindung folgende Vor
teile:
- - Durch eine hohe optische Trennwirkung des Trennkörpers und durch eine homogene Phasengrenze zwischen einem Leucht stoffkörper und dem umgebenden Medium resultiert eine hohe Ortsauflösung, die zu einer fehlerfreien Bildgebung einer energiereichen Strahlung beiträgt.
- - Die Lichtempfindlichkeit des Strahlungsdetektors wird durch eine gezielte Beeinflussung einer optische Phasengrenze zwischen Leuchtstoffkörper und umgebenden Medium auf einfa che Weise erhöht.
- - Ein Trennkörper, beispielsweise in Form einer gefalteten elastischen Folie, kann einfach zwischen zwei Leucht stoffkörper eines Strahlungsdetektors angeordnet werden. Dadurch fällt ein zusätzlicher Arbeitsschritt wie ein Ver kleben des Trennkörpers und eines Leuchtstoffkörpers weg. Es resultiert ein einfaches Herstellungsverfahren.
Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen
Zeichnungen wird im folgenden ein Strahlungsdetektor mit ei
nem entsprechenden Trennkörper vorgestellt. Die Figuren sind
schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen
dar.
Fig. 1 zeigt die mit einem Trennkörper optisch getrennten
Leuchtstoffkörper eines Strahlungsdetektors von oben.
Fig. 2 zeigt die mit einem Trennkörper optisch getrennten
Leuchtstoffkörper eines Strahlungsdetektors mit einem
Photodiodenarray in perspektivischer Darstellung.
Fig. 3 zweigt einen Trennkörper in Form eine gefalteten Fo
lie von oben.
Fig. 4 zeigt einen Leuchtstoffkörper mit einem Leuchtstoff,
der eine Strahlung in Lumineszenzlicht konvertiert.
Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt aus einem Strahlungsdetektor,
bei dem der Trennkörper an einer Oberfläche eines
Leuchtstoffkörpers geklebt ist.
Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt aus einem Strahlungsdetektor
von oben.
Fig. 7 zeigt die mit einem einzigen Trennkörper optisch ge
trennten Leuchtstoffkörper eines Strahlungsdetektors
von oben.
Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung, mit der ein Trennkörper in
Form einer gefalteten Folie hergestellt werden kann.
Gegenstand ist ein Strahlungsdetektor 1, der stäbchenförmige,
quaderförmige, keramische Leuchtstoffkörper 11 aufweist, die
auf einer strukturierten planaren Photodiode 20
(Photodiodenarray) aufgeklebt sind (Fig. 1 und 2). Ein
Leuchtstoffkörper 11 besteht aus Gadoliniumoxisulfid, das mit
Praseodym dotiert ist (Gd2O2S:Pr). Der Leuchtstoff des
Leuchtstoffkörpers 11 absorbiert eine energiereiche Röntgen
strahlung 2 und konvertiert diese in ein Lumineszenzlicht 3
(Fig. 4). Ein Leuchtstoffkörper 11 hat eine Höhe und Breite
von jeweils 1,4 mm, die Länge beträgt ca. 20 mm. Die Leucht
stoffkörper 11 sind parallel zur Längsausdehnung nebeneinan
der so angeordnet, daß zwischen zwei Leuchtstoffkörpern 11
ein Zwischenraum 12 mit einer Breite 122 von ca. 300 µm be
steht. Die Höhe 123 und die Länge 121 des Zwischenraums 12
ist entsprechend den Ausmaßen eines Leuchtstoffkörpers 11
etwa 1,4 bzw. 20 mm.
Jeder Leuchtstoffkörper 11 ist mit jeweils einer Photodiode
des Photodiodenarrays 20 optisch verbunden. Die Leucht
stoffkörper 11 sind dagegen optisch gegeneinander isoliert.
Dazu ist in jedem Zwischenraum 12 ein optischer Trennkörper
15 angeordnet. Der Trennkörper 15 ist eine 100 µm dicke pig
mentierte Polyesterfolie "Hostaphan®" der Firma Hoechst-Dia
foil GmbH. Das Medium 14 des Zwischenraums 12 ist Luft.
Ein Trennkörper 15 hat zur optimalen optischen Trennung be
nachbarter Leuchtstoffkörper 11 mindestens die Länge 121 und
mindestens die Höhe 123 eines Zwischenraums 12. Zur mechani
schen Fixierung ist der Trennkörper 15 entlang seiner Längs
ausdehnung 151 zickzackartig geformt (Fig. 3). Der Trennkör
per 15 verfügt über Falten 21, die in einem gleichen Abstand
22 zueinander angeordnet sind und die den Trennkörper 15 in
seiner vollen Höhe 153 durchziehen. Jede Falte weist einen
Knickwinkel 24 auf. Die Knickwinkel 24 benachbarter Falten 21
sind vom Betrag her etwa gleich, weisen aber ein unterschied
liches Vorzeichen auf.
Eine Elastizität des Trennkörpers 15 und die Form der Falten
21 des Trennkörpers 15 sind so beschaffen, daß eine Rück
stellkraft 25 durch das Anordnen des Trennkörpers 15 zwischen
zwei Leuchtstoffkörper 11 induziert wird und so ein reib
schlüssiger Kontakt 17 zwischen dem Trennkörper 15 und einem
Leuchtstoffkörper 11 vorhanden ist (Fig. 6). Dies gelingt
auf einfache Weise dadurch, daß die Folie 15 im entspannten
Zustand eine Tiefe 152 aufweist, die größer ist als die
Breite 122 eines Zwischenraums 12.
Zur Herstellung des beschriebenen Trennkörpers 15 wird eine
streifenförmige, pigmentierte, plastisch formbare Polyester
folie 150 mit den entsprechenden Ausmaßen des herzustellenden
Trennkörpers 15 verwendet. Die Folie wird plastisch defor
miert. Dazu wird eine Vorrichtung 31 benutzt, die aus zwei
ineinandergreifenden, sich gegenseitig antreibenden Zahnrä
dern 32 und 33 besteht. Die Spitzen 35 und 36 zweier benach
barter Zacken eines Zahnrads 32 bzw. 33 sind etwa 3,5 mm von
einander entfernt. Die Polyesterfolie 150 wird zwischen die
Zahnräder 32 und 33 gebracht. Da die Polyesterfolie plastisch
formbar ist, entsteht bei einem Drehen 36 der Zahnräder 32
und 33 eine regelmäßig gewellte bzw. gefaltete Polyesterfo
lie. Die Falten 21 haben einen Abstand von etwa 3,5 mm von
einander.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Strahlungsdetektors 1
unterscheiden sich durch die Form des Trennkörpers 15. Der
Trennkörper 15 ist so lang, daß er in allen Zwischenraum 12
zwischen den Leuchtstoffkörpern 11 angeordnet werden kann.
Der Trennkörper 15 ist dabei glatt, also nicht gefaltet. A1-
lein dadurch, daß der Trennkörper 15 zwischen die Leucht
stoffkörper angeordnet ist, wird die zur Fixierung notwendige
Rückstellkraft 25 im Trennkörper 15 induziert. Daraus resul
tiert eine minimale Kontaktfläche zwischen Trennkörper 15 und
einem Leuchtstoffkörper 11, die sich zudem auf die Kanten der
Leuchtstoffkörper 11 beschränken. Eine optische Homogenität
eines einzelnen Leuchtstoffkörper 11 ist sehr gut und wird
praktisch nicht gestört.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich durch
eine Variation und des verwendeten Leuchtstoffs, der Ausmaße
der Leuchtstoffkörper 11 und der Anordnung der Leucht
stoffkörper 11. Beispielsweise sind die Leuchtstoffkörper 11
nicht auf einem planen, sondern auf einem gekrümmten Unter
grund aufgeklebt.
Ein hier beschriebener Strahlungsdetektor 1 wird zur Detek
tion von Röntgenstrahlung 2 in einem Computertomographen ver
wendet. In dem Computertomographen sind die stäbchenförmigen
Leuchtstoffkörper so angeordnet, daß der Strahlungsdetektor
senkrecht zu einer Längsachse eines Patienten segmentiert ist
(ϕ-Richtung). Durch die mechanische Fixierung ist gewährlei
stet, daß der Computertomograph mit einer Rotationsfrequenz
des Detektors 1 um den Patienten von 1 Hz betrieben werden
kann. Gleichzeitig weist jeder Leuchtstoffkörper 11 des
Strahlungsdetektors 1 entlang der Längsachse des Patienten
(z-Richtung) eine homogene Lichtverteilung auf, die zu einer
fehlerfreien Bildgebung des Computertomographen beiträgt.
Claims (11)
1. Strahlungsdetektor (1) aufweisend
- 1. mindestens zwei Leuchtstoffkörper (11), die mindestens ei nen Leuchtstoff zu einer Umwandlung einer Strahlung (2) in Licht (3) aufweisen,
- 2. einen zwischen den Leuchtstoffkörpern (11) angeordneten Zwischenraum (12) mit einer Ausdehnung (121, 122, 123) und
- 3. mindestens einen das Licht (3) reflektierenden und/oder für das Licht (3) opaken Trennkörper (15), der zu einer opti schen Trennung der Leuchtstoffkörper (11) in dem Zwischen raum (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- 4. zwischen dem Trennkörper (15) und einem Leuchtstoffkörper (11) ein Abstand (16), und
- 5. innerhalb des Abstands (16) ein Medium (14) vorhanden ist, das einen Brechungsindex aufweist, der kleiner ist als ein Brechungsindex eines Leuchtstoffkörpers (11).
2. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, wobei das Medium (14)
gasförmig ist.
3. Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ab
stand (16) entlang einer Ausdehnung (121, 122, 123) des
Zwischenraums (12) gleich ist.
4. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
der Abstand (16) entlang einer Ausdehnung (121, 122, 123)
des Zwischenraums (12) variiert.
5. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei
der Trennkörper (15) mit einem Leuchtstoffkörper (11) in
einem reibschlüssigen Kontakt (17) steht.
6. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
der Trennkörper (15) mit Hilfe eines Verbindungsmittels
(18) fixiert ist.
7. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei
der Trennkörper (15) elastisch ist.
8. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei
der Trennkörper (15) einen Kunststoff aufweist.
9. Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei
der Trennkörper (15) zumindest ein das Licht (3) reflektie
rendes Material aufweist, das aus der Gruppe Aluminiumoxid,
Bariumsulfat, Bariumtitanat, Bleisulfat und/oder Titandi
oxid ausgewählt ist.
10. Verwendung des Strahlungsdetektors (1) nach einem der An
sprüche 1 bis 9 zur Detektion von Röntgenstrahlung (2).
11. Trennkörper, der zur optischen Trennung mindestens zweier
durch einen Zwischenraum (12) getrennter Leuchtstoffkörper
(11), die einen Leuchtstoff zu einer Umwandlung einer
Strahlung (2) in Licht (3) aufweisen, in dem Zwischenraum
(12) anzuordnen ist, wobei der Trennkörper
- 1. eine streifenförmige, elastische Kunststoffolie (15) ist, die zumindest eine Form aufweist, die aus der Gruppe wel lenartig, sägezahnartig und/oder zickzackartig ausgewählt ist,
- 2. ein Licht reflektierendes Material und
- 3. eine Tiefe (152) aufweist, die mindestens einer Breite (122) des Zwischenraums (12) entspricht.
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DE1998150116 DE19850116A1 (de) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | Strahlungsdetektor mit mehreren Leuchtstoffkörpern, die durch einen Trennkörper optisch gegeneinander isoliert sind, Verwendung des Strahlungsdetektors und Trennkörper |
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DE1998150116 DE19850116A1 (de) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | Strahlungsdetektor mit mehreren Leuchtstoffkörpern, die durch einen Trennkörper optisch gegeneinander isoliert sind, Verwendung des Strahlungsdetektors und Trennkörper |
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DE1998150116 Withdrawn DE19850116A1 (de) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | Strahlungsdetektor mit mehreren Leuchtstoffkörpern, die durch einen Trennkörper optisch gegeneinander isoliert sind, Verwendung des Strahlungsdetektors und Trennkörper |
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Country | Link |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE10335125A1 (de) * | 2003-07-31 | 2005-03-03 | Siemens Ag | Leuchtstoffkörper für einen Röntgendetektor und Verfahren zur Herstellung desselben |
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