DE19945023C2 - Flächenhafter Bilddetektor für elektromagnetische Strahlen, insbesondere Röntgenstrahlen - Google Patents

Flächenhafter Bilddetektor für elektromagnetische Strahlen, insbesondere Röntgenstrahlen

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Description

Die Erfindung betrifft einen flächenhaften Bilddetektor für elektromagnetische Strahlen mit matrixförmig angeordneten strahlenempfindlichen Pixelelementen, der eine Fläche mit ak­ tiven Pixeln zur Bildgebung und eine Fläche mit nicht den Strahlen ausgesetzten Korrekturpixeln zur Erzeugung von Kor­ rektursignalen aufweist und bei dem neben den Flächen mit den Pixeln Kontaktflächen vorgesehen sind. Derartige Bilddetekto­ ren werden beispielsweise in Röntgendiagnostikeinrichtungen eingesetzt wie sie in Fig. 1 dargestellt sind.
In der Fig. 1 ist eine aus der DE 195 27 148 C1 bekannte Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer von einem Röntgengene­ rator 1 mit Hoch- und Heizspannung versorgten Röntgenröhre 2 dargestellt, die eine kegelförmige Röntgenstrahlung 3 er­ zeugt, die einen Patienten 4 durchdringt und auf einem für Röntgenstrahlung 3 empfindlichen Festkörper-Detektor 5 Strah­ lenbilder erzeugt. Das Ausgangssignal des Festkörper-Detek­ tors, die Bilddaten 6, wird einem Bildsystem 7 zugeführt. Das Bildsystem 7 kann Wandler, Bildspeicher und Verarbeitungs­ schaltungen aufweisen. Es ist zur Wiedergabe der erfaßten Röntgenbilder mit einem Monitor 8 verbunden. Bedienelemente 9 sind über eine Systemsteuerung und -kommunikation 10 mit den übrigen Komponenten der Röntgendiagnostikeinrichtung verbun­ den.
In der Fig. 2 ist der Festkörper-Detektor 5 im perspektivi­ schem Querschnitt dargestellt. Die Kernkomponente des Fest­ körper-Detektors 5 besteht aus einer Festkörper-Pixelmatrix, Zeilentreibern und Verstärkern. Die Festkörper-Pixelmatrix wiederum besteht aus einer Schicht mit einem Szintillator 11, beispielsweise bestehend aus Caesiumjodid (CsI), welche bei Bestrahlung durch die Röntgenstrahlung 3 sichtbare Photonen in eine Pixelmatrix 12 aus amorphem Silizium einspeist, die ein sichtbares Röntgenbild ergeben. Jedes der Pixel oder Bildpunkte dieser Pixelmatrix 12 besteht, wie in Fig. 2 ver­ größert dargestellt ist, aus einer Photodiode 13 und einem Schalter 14, der mit Zeilen- 15 und Spaltenleitungen 16 ver­ bunden ist. Die Pixelmatrix 12 ist auf einem Glassubstrat 20 aufgetragen.
Es werden jeweils alle Pixel einer Zeile gleichzeitig von den Zeilentreibern 17 adressiert und ausgelesen. Die Signale wer­ den in einer Vielzahl von Verstärkern 18 parallel verarbei­ tet. Ein Bild wird im einfachsten Fall Zeile für Zeile pro­ gressiv ausgelesen.
Zu den gewünschten Signalen addieren sich zwei unerwünschte Komponenten ("Offset-Signale"). Die erste Komponente variiert von Pixel zu Pixel. Die zweite Komponente ist gleich für alle Pixel einer Zeile, variiert aber von Zeile zu Zeile und von Bild zu Bild. Dieses sogenannte Zeilenrauschen ist sehr stö­ rend, da das Auge ausgedehnte Grauwertunterschiede sehr stark wahrnimmt.
Aus der DE 195 27 148 C1 ist weiterhin die Korrektur des Zei­ lensignals ("Line noise Correction") bei einem a-Si-Panel be­ kannt, bei dem am linken Bildrand, dem Zeilenanfang beim Ra­ diographie-Festkörper-Detektor, beispielsweise einem aSi- Detektor, eine nicht bestrahlte Randzone liegt. Diese in Fig. 3 dargestellte Dunkel-Referenz-Zone 22 oder Dark Refence Zone (DRZ) ist durch eine Bleiabschirmung 21 licht- und strahlungsdicht abgedeckt, so daß auch im Hellbild kein zu­ sätzliches Signal entsteht. Die Signalwerte der unbelichteten Pixel werden zur Korrektur des Zeilensignals herangezogen. Sie dienen dazu, das Zeilenrauschen zu vermindern und kleine Transienten im Offset zu korrigieren.
In der Fig. 4 ist das Ausgangssignal einer Zeile über der Spaltennummer ns dargestellt. Im Bereich der Dunkel-Referenz- Zone DRZ 22 besteht das Signal S nur aus dem Zeilenoffset 23. Dieser wird durch Mitteln der Werte der einzelnen abgeschat­ teten Pixel einer Zeile bestimmt. Diese Zeilenoffsets 23 wer­ den dann von den Signalwerten aller Pixel derselben Zeile ab­ gezogen.
Bei dem in Fig. 5 schematisch dargestellten Festkörper- Detektor 5 soll die aktive Fläche 24 möglichst weit bis an die Außenkante des Gehäuses 25 heranreichen, so daß der zur Bildgebung nicht nutzbare Randbereich 26 möglichst klein wird. Die in Fig. 6 dargestellte Fläche der Pixel 28 für die DRZ 22 kann eine Breite von beispielsweise 5-15 mm besitzen und vergrößert somit den Abstand von aktiver Fläche 24 zur Außenkante des Gehäuses 25 und damit den Randbereich 26 be­ trächtlich.
Damit Pixel als DRZ-Pixel 28 genutzt werden können, müssen sie von denselben Kanälen der Zeilentreiber 17 wie die je­ weils zu korrigierenden Pixel angesteuert werden. Des weite­ ren müssen sie möglichst dieselben Eigenschaften wie die zu korrigierenden, aktiven Pixel 29 aufweisen. Dies wird dann gewährleistet, wenn die DRZ-Pixel 28 auf demselben Glassub­ strat 20 mit denselben Produktionsschritten wie a-Si : H Depo­ sition, Photolithographie, Ätzvorgänge usw. hergestellt wer­ den.
Anhand der Fig. 6 wird eine typische Herstellung einer a-Si Pixelmatrix erläutert. Auf dem Glassubstrat 20 werden Kon­ taktflächen 30, sowie eine Fläche (28 und 29) bestehend aus Pixeln mit Photodiode 13 und Schalter 14 hergestellt. Die Flächen der aktiven Pixel 29 und die der Pixel 28 für die DRZ 22 unterscheiden sich nicht in ihrem Aufbau. Erst durch Abde­ cken mit der Bleiabschirmung 21 und/oder durch Nichtbeschich­ ten mit Szintillatormaterial gemäß Fig. 3 entsteht der Un­ terschied zwischen den aktiven Pixeln 29 und den Pixeln 28 für die DRZ 22. Die Sägelinien 31 deuten an, wie die Pixel­ matrix 12 aus dem Glassubstrat 20 herausgesägt wird.
In der US 4,678,938 ist ein Festkörperbildwandler mit einer Regelschleife für die Spannung des Zeilenauswahlsignals in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal von den der entsprechen­ den Zeile zugeordneten Pixeln einer Dunkel-Referenz-Zone be­ schrieben, damit das Ausgangssignal der aktiven Pixel frei von Offset und Dunkelstrom ist.
Aus der EP 0 838 859 A2 ist eine photoelektrische Umwand­ lungseinheit mit einer Signalkorrektur zur Erzeugung insbe­ sondere bewegter Bilder bekannt, bei der einige Pixel durch eine Abschirmung gegen Röntgenstrahlen und Licht abgedeckt sind.
Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen flächenhaften Bilddetektor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die bildwirksame Fläche im Verhältnis zur Gesamtfläche mög­ lichst groß ist, so daß die bildunwirksamen Randbereiche mög­ lichst schmal sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flä­ che mit den Korrekturpixeln in einer anderen Ebene als die Fläche mit den aktiven Pixeln und auf einer der Seiten des Bilddetektors mit den Kontaktflächen der aktiven Pixel ange­ ordnet ist. Dabei kann sie getrennt von dem bildgebenden Teil des Bilddetektors oder auf dessen Rückseite angeordnet sein.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Bilddetektor zweiteilig ausgeführt ist und der erste Detektorteil mit den Korrekturpixeln in Strahlenrichtung vor oder hinter einer Kontaktfläche der aktiven Pixel des zweiten Detektorteils an­ geordnet ist.
Die bildunwirksamen Ränder werden besonders klein, wenn der erste Detektorteil mit den Korrekturpixeln senkrecht zu dem zweiten Detektorteil mit den aktiven Pixeln angeordnet ist.
Einen gleichen Aufbau beider Detektorteile erhält man, wenn sie aus einem gemeinsam hergestellten Substrat herausgesägt worden sind.
Als weitere Alternative kann erfindungsgemäß der Bilddetektor auf einem Substrat und die Fläche mit den Korrekturpixeln auf der den aktiven Pixeln gegenüberliegenden Seite des Substra­ tes in Strahlenrichtung hinter einer der Kontaktflächen der aktiven Pixel angeordnet sein.
Erfindungsgemäß kann die Fläche mit den Korrekturpixeln durch eine Bleiabschirmung gegen die Strahlen und/oder nur die Flä­ che mit den aktiven Pixeln mit einem Szintillator zur Umwand­ lung von Röntgenstrahlen in sichtbares Licht abgedeckt sein.
In vorteilhafter Weise kann die Schicht mit den Pixeln aus amorphem Silicium (aSi, aSi:H) bestehen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zei­ gen:
Fig. 1 eine bekannte Röntgendiagnostikeinrichtung mit ei­ nem Röntgendetektor,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines bekannten Rönt­ gendetektors,
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen bekannten Röntgende­ tektor mit einer DRZ,
Fig. 4 einen typischen Signalverlauf des Röntgendetektors gemäß Fig. 3 über seinen Querschnitt,
Fig. 5 einen bekannten Röntgendetektor in Aufsicht,
Fig. 6 einen bekannten Röntgendetektor mit Kontaktflächen und DRZ in Aufsicht,
Fig. 7 einen erfindungsgemäßen Röntgendetektor mit Kon­ taktflächen und DRZ während seiner Herstellung in Aufsicht und
Fig. 8 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Röntgendetektor.
Fig. 7 zeigt ein erfindungsgemäß beschichtetes Glassubstrat 20. Die Pixel 28 und 29 unterscheiden sich weiterhin nicht. Der Unterschied gegenüber der Ausführung in Fig. 6 liegt darin, daß durch Sägen entlang der Sägelinien 31 zwei Detek­ torteile entstehen. Der kleine Detektorteil 27 mit den Pixeln 28 kann weiterhin als Dunkel-Referenz-Zone DRZ genutzt wer­ den, kann aber an einer beliebigen vorteilhafteren Stelle an­ gebracht werden.
In der Fig. 8 ist nun ein Beispiel eines Aufbaus eines er­ findungsgemäßen Festkörper-Detektors 5 im Querschnitt darge­ stellt. Auf dem Glassubstrat 20 befinden sich die Kontakte 19 für die darüberliegenden aktiven Pixel 29 der Pixelmatrix 12. Diese sind von dem Szintillator 11 abgedeckt. Der Seitenbe­ reich ist frei von aktiven Pixeln 29 und Szintillator 11, da­ mit die Kontakte 19 über elektrische Anschlüsse 33 mit dem Zeilentreiber 32 verbunden werden können. Dieser Bereich ist auch von der Bleiabschirmung 21 gegen die Röntgenstrahlung 3 abgedeckt. Dieser Detektorteil 34 bildet den aktiven Teil des Festkörper-Detektors 5.
Unterhalb des Glassubstrates 20 befindet sich der Detektor­ teil 27 mit den Pixeln 28 für die DRZ. Dieser besteht aus dem gleichen Glassubstrat 20, von dem er abgeschnitten wurde. Auf diesem Glassubstrat 20 befinden sich wiederum die Kontakte 19 und auf einem Teil der Substratfläche die Pixel 28 für die DRZ. Der andere Teil dient zur Kontaktierung mit den elektri­ schen Anschlüssen 33. Der Detektorteil 27 für die DRZ steht senkrecht auf dem Glassubstrat 20 der aktiven Pixel 29 und wird von der Bleiabschirmung 21 gegen Röntgenstrahlung 3 ab­ gedeckt.
Erfindungsgemäß kann aber der Detektorteil 27 mit den Pixeln 28 für die DRZ auch zwischen dem aktiven Detektorteil 34 und der Bleiabschirmung 21 angeordnet sein. Er kann aber auch auf der Unterseite des Glassubstrates 20 im Bereich der durch die Bleiabschirmung 21 abgedeckten Kontakte 19 aufgetragen sein.
Wie der Gegenstand gemäß Fig. 8 im Vergleich zum Gegenstand der Fig. 3 zeigt, liegt die Dunkel-Referenz-Zone DRZ 22 nicht mehr zwischen aktiver, bildwirksamer Sensorfläche mit den aktiven Pixeln 29 und der Außenkante des Gehäuses, son­ dern unterhalb derselben, so daß die aktive Fläche näher an der Außenkante liegt und sich der Randbereich drastisch ver­ ringert.
Im Beispiel nach Fig. 8 befindet sich auf der Dunkel- Referenz-Zone DRZ kein Szintillator 11. Es kann aber durchaus vorteilhaft sein, den Szintillator 11 auch auf der Dunkel- Referenz-Zone DRZ aufzubringen.
Das Grundprinzip kann auch bei Festkörper-Detektoren 5 einge­ setzt werden, die andere Materialien oder Prinzipien verwen­ den. Beispielsweise kann die absorbierende Schicht aus einem Material wie amorphes Selen, Bleijodid oder Bleioxid beste­ hen, in welchem bei Einfall von Röntgenstrahlen und Vorhan­ densein eines geeigneten elektrischen Feldes direkt Ladungs­ träger erzeugt werden. Diese Ladungsträger werden in einer darunter befindlichen Pixelmatrix detektiert. Diese Pixelmat­ rix kann aus amorphem Silizium (a-Si:H) bestehen, wobei jedes Pixel im Wesentlichen aus einer Elektrode, einem Sammlungs­ kondensator und einem Schalter besteht.

Claims (9)

1. Flächenhafter Bilddetektor (5) für elektromagnetische Strahlen (3) mit matrixförmig angeordneten strahlenempfindli­ chen Pixelelementen (28, 29), der eine Fläche mit aktiven Pi­ xeln (29) zur Bildgebung und eine Fläche mit nicht den Strah­ len ausgesetzten Korrekturpixeln (28) zur Erzeugung von Kor­ rektursignalen aufweist und bei dem neben den Flächen mit den Pixeln (28, 29) Kontaktflächen (30) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche mit den Korrekturpixeln (28) in einer anderen Ebene als die Fläche mit den aktiven Pixeln (29) und auf einer der Seiten des Bilddetektors (5) mit den Kontaktflächen (30) der aktiven Pixel (29) angeordnet ist.
2. Flächenhafter Bilddetektor (5) nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Bild­ detektor (5) zweiteilig ausgeführt ist und der erste Detek­ torteil (27) mit den Korrekturpixeln (28) in Strahlenrichtung vor einer Kontaktfläche (30) der aktiven Pixel (29) des zwei­ ten Detektorteils (34)angeordnet ist.
3. Flächenhafter Bilddetektor (5) nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Bild­ detektor (5) zweiteilig ausgeführt ist und der erste Detek­ torteil (27) mit den Korrekturpixeln (28) in Strahlenrichtung hinter einer Kontaktfläche (30) der aktiven Pixel (29) des zweiten Detektorteils (34)angeordnet ist.
4. Flächenhafter Bilddetektor (5) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Detektorteil (27) mit den Korrekturpixeln (28) senk­ recht zu dem zweiten Detektorteil (34) mit den aktiven Pixeln (29) angeordnet ist.
5. Flächenhafter Bilddetektor (5) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Detektorteile (27, 34) aus einem gemeinsam herge­ stellten Substrat (20) herausgesägt worden sind.
6. Flächenhafter Bilddetektor (5) nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Bild­ detektor (5) auf einem Substrat (20) und die Fläche mit den Korrekturpixeln (28) auf der den aktiven Pixeln (29) gegenü­ berliegenden Seite des Substrates (20) in Strahlenrichtung hinter einer der Kontaktflächen (30) der aktiven Pixel (29) angeordnet ist.
7. Flächenhafter Bilddetektor (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche mit den Korrekturpixeln (28) durch eine Ab­ schirmung (21) gegen die Strahlen (3) abgedeckt ist.
8. Flächenhafter Bilddetektor (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Fläche mit den aktiven Pixeln (29) mit einem Szintillator (11) zur Umwandlung von Röntgenstrahlen in sichtbares Licht abgedeckt ist.
9. Flächenhafter Bilddetektor (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht mit den Pixeln (28, 29) aus amorphen Silicium (aSi, aSi:H) besteht.
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