DE2715965C2

DE2715965C2 - X-ray detector

Info

Publication number: DE2715965C2
Application number: DE19772715965
Authority: DE
Inventors: Nathan Rey Burnt Hills N.Y. Whetten
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-04-12
Filing date: 1977-04-09
Publication date: 1985-05-15
Also published as: JPS595877B2; SE422257B; NL186123B; BE853491A; NL7703757A; ES457740A1; AU2167777A; JPS52138985A; FR2348567A1; NL186123C; FR2348567B1; AU499940B2; GB1561007A; BR7702299A; DE2715965A1; SE7704202L; IT1080553B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Röntgenstrahlen-Detektor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiger Detektor ist in der US-PS 09435 beschrieben und in der älteren Anmeldung gemäß DE-OS 26 53 058 vorgeschlagen worden.The invention relates to an X-ray detector according to the preamble of the patent claim 1. Such a detector is described in US-PS 09435 and in the earlier application according to DE-OS 26 53 058 has been proposed.

Solche Detektoren eignen sich zur Bestimmung der räumlichen Intensitätsverteilung von Röntgenstrahlen bei mit Rechnern versehenen Tomographiesystemen.Such detectors are suitable for determining the spatial intensity distribution of X-rays with computerized tomography systems.

Die elektrischen Felder in derartigen Detektoren sind so ausgebildet, daß die im Raum zwischen den Sammelelektroden und dem Fenster erzeugten Elektron/Ionenpaare die Sammelelektroden nicht erreichen und daher zum elektrischen Ausgangssignal keinen Beitrag leisten.The electric fields in such detectors are designed so that the space between the collecting electrodes and the window generated electron / ion pairs do not reach the collecting electrodes and therefore make no contribution to the electrical output signal.

• Bei einer mit Xenongas mit einem Druck im Bereich von etwa 20 bis etwa 30 bar gefüllten Anordnung werden etwa 5 bis 10% von 60-kV-Röntgenstrahlen, die durch das Fenster hindurchtreten, in diesem »Totraum« absorbiert; dies ist ein Faktor, der den Quantenwirkungsgrad und die Rauschäquivalenzabsorption bedeutend verschlechtert Die Röntgenstrahldosis, die einem Patienten verabreicht werden muß, der einer Behandlung in einem diesen Detektor enthaltenden System unterzogen wird, wird daher durch das Vorhandensein des »Totraumes« wesentlich erhöht.In the case of an arrangement filled with xenon gas at a pressure in the range from approximately 20 to approximately 30 bar about 5 to 10% of 60 kV X-rays passing through the window are absorbed in this "dead space"; this is a factor that significantly deteriorates quantum efficiency and noise equivalent absorption The x-ray dose that must be administered to a patient undergoing treatment in is subjected to a system containing this detector is therefore determined by the presence of the "Dead space" increased significantly.

Die DE-AS 20 25 136 beschreibt einen Röntgenstrahlen-Detektor, der für Ionisationskammerbetrieb geeignet ist und bei dem mehrere Anoden und Kathoden in parallel zu einem Fenster liegenden Flächen angeordnet sind, wodurch Elektronen/Ionenpaare im Bereich zwischen Fenster und Sammelelektroden nicht nachgewiesen werden.DE-AS 20 25 136 describes an X-ray detector, which is suitable for ionization chamber operation and in which several anodes and cathodes in are arranged parallel to a window lying surfaces, whereby electron / ion pairs in the area between Windows and collecting electrodes cannot be detected.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einem Detektor der eingangs genannten Art die Nachweiswahrscheinlichkeit zu erhöhen, indem auch die Elektronen und Ionen nachgewiesen werden, die vom Gas im Raum zwischen dem Fenster und den Elektrodenplatten absorbiert werden. It is the object of the invention, in a detector of type mentioned to increase the detection probability by including the electrons and ions which are absorbed by the gas in the space between the window and the electrode plates.

Die Aufgabe wirci. erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnetThe task is accomplished. according to the invention achieved by the features characterized in claim 1
Advantageous refinements of the invention are characterized in the subclaims

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß im wesentlichen alle Elektronen und Ionen gesammelt werden, die von denjenigen Röntgenstrahlen erzeugt werden, die in dem »Totraum« zwischen dem Fenster und den Sammelplatten absorbiert werden. Die aktive Absorptionslänge der Ionenkammeranordnung wird dadurch verlängert Bei den erfindungsgemäßen Detektoren kann auch der Abstand zwischen den Sammelelektroden und dem Fenster vergrößert werden, wodurch größere Fertigungstcleranzen und geringere Kosten erzielt werden. Ferner wird der Quantenwirkungsgrad verbessert, wodurch die Strahlenbelastung beim Röntgen von Patienten gesenkt werden kann.The advantages that can be achieved with the invention are that essentially all electrons and ions are collected, which are generated by those X-rays that are in the "dead space" between the window and collector plates. The active absorption length of the ion chamber arrangement is thereby lengthened in the case of the invention Detectors can also increase the distance between the collecting electrodes and the window, whereby greater manufacturing tolerances and lower costs are achieved. Furthermore, the quantum efficiency improved, which reduces the radiation exposure when x-raying patients can.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert In den Figuren zeigtIn the following, exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawings shows

Fig. 1 einen bekannten Ionisationskammer-Röntgenstrahlendetektor; 1 shows a known ionization chamber X-ray detector;

:ß F i g. 2 einen Röntgenstrahlen-Detektor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit einer dielektrischen Schicht auf der inneren Oberfläche eines Fensters; : ß F i g. 2 shows an X-ray detector according to an embodiment of the invention, with a dielectric layer on the inner surface of a window;

F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Sammelektroden in Kontakt mit der dielektrischen Schicht angeordnet sind; undF i g. 3 shows a further embodiment in which the collecting electrodes are in contact with the dielectric Layer are arranged; and

F i g. 4 ein weitet es Ausführungsbeispiel, bei dem eine leitende Elektrode auf der inneren Oberfläche der dielektrischen Schicht vorhanden ist.F i g. 4 is a further embodiment in which a conductive electrode is placed on the inner surface of the dielectric Layer is present.

Röntg^nstrahlen-Detektoren arbeiten im allgemeinen in der Weise, daß Röntgenphotonen mit Atomen eines schweren Gases in Wechselwirkung treten, um Elektron/Ionenpaare zu erzeugen. Die Röntgenphotonen werden im allgemeinen von einem Gasatom absorbiert oder erfahren am Gasatom eine Corfiptonstreüung, wodurch das Gasatom ein Photoelektron aus seiner Elektronhülle abgibt. Die Photoelektronen bewegen sich durch das Gas und ionisieren andere Gasatome undX-ray detectors generally work in such a way that X-ray photons with atoms of a heavy gas interact to create electron / ion pairs. The X-ray photons are generally absorbed by a gas atom or experience Corfipton scattering at the gas atom, whereby the gas atom emits a photoelectron from its electron shell. Move the photoelectrons move through the gas and ionize other gas atoms and

IOIO

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erzeugen eine Fülle von Elektronen und positiven Ionen, die an geeigneten Elektroden gesammelt werden und einen elektrischen Stromfluß erzeugen. Wenn diese Elektronen/Ionenpaare in einem Bereich zwischen zwei Elektroden entgegengesetzter Polarität erzeugt werden, driften sie längs elektrischer Feldlinien zu den Elektroden und rufen einen elektrischen Stromfluß zwischen den Elektroden hervor. Der elektrische Stromfluß zwischen den Elektroden ist eine Funktion der Gesamtzahl der in der Nähe dieser Elektroden wechselwirkenden Röntgenphotonen.generate an abundance of electrons and positive ions, which are collected on suitable electrodes and generate an electrical current flow. If those Electrons / ion pairs in a range between two Electrodes of opposite polarity are generated, they drift along electrical field lines to the electrodes and cause an electrical current to flow between the electrodes. The electrical current flow between the electrodes is a function of the total number of those interacting in the vicinity of those electrodes X-ray photons.

F i g. 1 zeigt einen Teil eines viele Zellen aufweisenden Röntgenstrahlen-Detektors, der eine Anordnung paralleler ebener Anoden 10 und Kathoden 12 in einem unter hohem Druck stehenden Xenongas 18 innerhalb eines Behälters (nicht dargestellt) aufweist Die Kathoden 12 werden von einer Spannungsquelle 16 mit einem geerdeten positiven Anschluß auf einem negativen elektrischen Potential gehalten. Die Anoden 10 werden in der Nähe des Erdpotentials gehalten und sind über Strommeßschaltungen 14 angeschlossen, die elektrische Signale proportional zum Stromfluß von den Anoden abgeben.F i g. Figure 1 shows a portion of a multi-cell X-ray detector that includes an assembly parallel planar anodes 10 and cathodes 12 in a high pressure xenon gas 18 inside of a container (not shown). The cathodes 12 are supplied by a voltage source 16 held at a negative electrical potential by a grounded positive terminal. The anodes 10 are kept in the vicinity of the earth potential and are connected via current measuring circuits 14, the electrical Output signals proportional to the flow of current from the anodes.

Obwohl die Sammelelektroden in den erläuterten Ausführungsfonnen des Detektors aus Gründen der einfacheren Beschreibung als Kathoden und Anoden bezeichnet sind, läßt sich die Polung der Spannungsquelle 16 umkehren, wobei dann durch Nachweis des Stromflusses von den Kathoden gleichartige Signale erhalten werden.Although the collecting electrodes in the illustrated embodiments of the detector for reasons of simpler description as cathodes and anodes are designated, the polarity of the voltage source 16 can be reversed, then by detecting the Signals of the same type can be obtained by the flow of current from the cathodes.

Ein Röntgenstrahl 22, dessen Intensität längs der Länge der Detektoranordnung variiert, trifft auf das Nachweisgas 18 in einer im wesentlichen zu den plattenförmigen Anoden 10 und Kathoden 12 parallelen Richtung auf. Dieser Strahl tritt in den vom Nachweisgas 18 ausgefüllten Bereich durch ein dünnes Fenster 20 ein, das bezüglich Röntgenstrahlung relativ transparent ist. Der Begriff »relativ transparent«, wie er hier verwendet wird, bedeutet, daß die Wahrscheinlichkeit der Röntgenstrahlabsorption im Fenster wesentlich kleiner als die Wahrscheinlichkeit der Röntgenstrahl-Wechselwirkung im Nachweisgas 18 ist In einer bevorzugten Ausführungsform des Detektors enthält das Fenster eine Schicht aus Aluminium mit einer Dicke im Bereich zwischen ungefähr 3 mm bis ungefähr 6 mm, die Teil eines elektrisch geerdeten Druckbehälters ist und mit diesem Behälter elektrisch verbunden ist.An X-ray 22 whose intensity is along its length the detector arrangement varies, hits the detection gas 18 in a substantially plate-shaped manner Anodes 10 and cathodes 12 parallel direction. This beam enters the one filled by the detection gas 18 Area through a thin window 20 that is relatively transparent to X-rays. Of the As used herein, the term "relatively transparent" means the likelihood of X-ray absorption in the window much smaller than the probability of the X-ray interaction In a preferred embodiment of the detector, the window contains a Layer of aluminum ranging in thickness from about 3mm to about 6mm, which is part of a is electrically grounded pressure vessel and is electrically connected to this vessel.

Die gestrichelten Linien in F i g. 1 geben Äquipotentiallinien im Bereich zwischen den Anoden 10, den Kathoden 12 und dem geerdeten Fenster 20 an. Die Feldverteilung in dem Bereich zwischen den Sammelplatten und dem Fenster 20 ist auf das Fenster zu gerichtet, so daß in diesem Bereich durch Röntgenstrahl-Wechselwirkuiigen erzeugte Elektronen eher zum Fenster als zu den Anoden 10 streben und zu dem von den Schaltungen 14 gemessenen Strom keinen Beitrag leisten.The dashed lines in FIG. 1 give equipotential lines in the area between the anodes 10, the cathodes 12 and the grounded window 20. The field distribution in the area between the collector plates and the window 20 is directed towards the window, so that in this area by X-ray interactions generated electrons tend to the window rather than the anodes 10 and that of the circuits 14 measured current do not contribute.

F i g. 2 zeigt einen Detektor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, der zusätzlich zu den in F i g. 1 gezeigten Teilen eine dünne dielektrische Schicht 24 auf der inneren Oberfläche des Fensters 20 in der Nähe der Sammeielektroden (Anoden 10 und Kathoden 12) enthält. Diese dielektrische Schicht 24 kann aus irgendeinem Material bestehen, das normalerweise für ., diesen Zweck im Rahmen von Röntgenstrahlen-Detektoren verwendet wird, es kann z. B. eine Polycarbonatschicht mit einer Dicke von etwa 0,12 mm enthalten. Die in dem Bereich zwischen Fenster 20 und den Sammelelektroden durch Wechselwirkungen erzeugten Elek-F i g. FIG. 2 shows a detector according to an embodiment of the invention, which in addition to the in F i g. 1, parts a thin dielectric layer 24 on the inner surface of the window 20 in FIG Contains near the collecting electrodes (anodes 10 and cathodes 12). This dielectric layer 24 can be any of Material normally used for this purpose in the context of X-ray detectors is used, it can e.g. B. contain a polycarbonate layer with a thickness of about 0.12 mm. the Electrodes generated by interactions in the area between window 20 and the collecting electrodes

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60 tronen driften bevorzugt längs der elektrischen Feldlinien zur dielektrischen Schicht 24 auf der Oberfläche des geerdeten Fensters 20, wo sie sich sammeln und die Schicht aufladen und ein negatives elektrisches Potential erzeugen, das das elektrische Feld verändert und weitere Elektronen zurück zu den plattenförmigen Anoden 10 treibt 60 trons drift preferably along the electric field lines to the dielectric layer 24 on the surface of the grounded window 20, where they collect and charge the layer and generate a negative electric potential that changes the electric field and drives more electrons back to the plate-shaped anodes 10

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Detektors. Eine dünne dielektrische Schicht 24 befindet sich, wie in der Ausführungsform nach F i g. 2, auf der inneren Oberfläche des leitenden Fensters 20. Die plattenförmigen Anoden 10 und Kathoden 12 befinden sich in dieser Ausführungsform in Kontakt mit der dielektrischen Schicht 24, wobei der Totraum zwischen den Platten und dem Fenster eliminiert wird.F i g. 3 shows a further embodiment of the detector. A thin dielectric layer 24 is located as in the embodiment according to FIG. 2, on the inner surface of the conductive window 20. The plate-shaped In this embodiment, anodes 10 and cathodes 12 are in contact with the dielectric Layer 24, eliminating the dead space between the panels and the window.

F i g. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Detektors. Die Anoden 10 und die Kathoden 12 sind bei dieser Ausführungsform, wie schon im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben, in einem unter hohem Druck stehenden Nachweisgas 18 angeordnet. Die Ajoden 10 sind über Strommeßschaltungen 14 geerdet während die Kathoden .·.. durch die Spannungsquelle 16 auf einer negativen Spa snung gehalten werden. Röntgenstrahlen 22 treten in den Detektor durch ein dünnes leitendes Fenster 20 in einer Richtung ein, die im wesentlichen parallel zu den Anoden 10 und den K..ihoden 12 verläuftF i g. 4 shows a further embodiment of the detector according to the invention. The anodes 10 and the cathodes 12 are in this embodiment, as already in connection with FIG. 1 described in a below high pressure detection gas 18 is arranged. The ajodes 10 are connected via current measuring circuits 14 grounded while the cathodes. · .. through the voltage source 16 can be kept at a negative voltage. X-rays 22 enter the detector through a thin conductive window 20 in a direction substantially parallel to the anodes 10 and the K..ihoden 12 runs

Das Fenster 20 bildet einen Teil des Druckbehälters und ist auf Erdpotential gehalten. Eine dünne dielektrische Schicht 24, die z. B. 0,12 mm dickes Polycarbonat-Kunststoffmaterial enthalten kann, beimdet sich auf der inneren Oberfläche des Fensters 20. Eine dünne leitende Elektrode 26, die z. B. eine 0,05 mm dicke Schicht aus Aluminium enthalten kann, ist auf der dem Fenster 20 abgewandten Oberfläche des Dielektrikums 24 angeordnet Alternativ kann die Elektrode 26 eine Aluminiumschicht oder eine andere metallisierte Schicht auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht enthalten, die durch Vakuumaufdampfen oder andere bekannte Verfahren aufgebracht ist.The window 20 forms part of the pressure vessel and is kept at ground potential. A thin dielectric Layer 24, e.g. B. 0.12 mm thick polycarbonate plastic material may contain, attaches itself to the inner surface of the window 20. A thin conductive Electrode 26, e.g. B. may contain a 0.05 mm thick layer of aluminum is on the window 20 arranged away from the surface of the dielectric 24. Alternatively, the electrode 26 can be an aluminum layer or another metallized layer on the surface of the dielectric layer containing the is applied by vacuum evaporation or other known methods.

Die Elektrode 26 ist mit dem Kathcdenpotential verbunden und wird durch die Spannungsquelle 16 auf diesem Potential gehalten. Das auf diese Weise im »Totraum« zwischen der Fensterelektrode 26 und den Sammeielektroden 10 und 12 erzeugte elektrisch Feld ist in Fig.4 durch Äquipotentiallinien dargpstellt. Das elektrische Feld in diesem Bereich ist auf die Anoden 10 gerichtet, so daß in diesem Bereich erzeugte Elektronen nach den Anoden fließen, wo ϊ-ie gesammelt und durch die Schaltungen 14 gemessen werden.The electrode 26 is connected to the cathode potential and is applied to this by the voltage source 16 Potential held. In this way in the "dead space" between the window electrode 26 and the collecting electrodes 10 and 12 generated electric field is shown in Fig.4 by equipotential lines. The electric Field in this area is directed to the anodes 10, so that electrons generated in this area after the anodes flow where ϊ-ie collected and through the circuits 14 are measured.

Obwohl die Ausführungsform nach Fig.4 notwendigerweise aufwendiger als die Ausführungsform nach den F i g. 2 und 3 ist, da sie eine zusätzliche Elektrode 26 und zusätzliche Verbindungen zur Spannungsquelle onthiik. so liefert diese Ausführungsform eine wesentlich stabilere elektrische Feldausbildung und ist bezüglich Fehler weniger anfällig, die durch Ladungsabtluß von der dielektrischen Schicht 24 herrühren können. Dieser in der Ausführungsform nach F i g. 2 auftretende elektrische Leck^rom nach Masse kann es erforderlich machen, die Potentiale vor jeder Messung dadurch nachzustellen oder wieder herzustellen, daß einige iRöntgenstrahlirhpulse dem ,Detektor zugeführt werden. Leckströme durch die dielektrische Schicht 24 gemäß F i g. 3 Können ebenfalls unerwünschte Ströme darstellen, die sich zu den von den Meßkreisen 14 gemessenen Strömen hinzuaddieren.Although the embodiment of Figure 4 necessarily more complex than the embodiment according to FIGS. 2 and 3 as they have an additional electrode 26 and additional connections to the voltage source onthiik. so this embodiment provides an essential more stable electric field formation and is less prone to errors caused by charge discharge may originate from the dielectric layer 24. This in the embodiment according to FIG. 2 occurring electrical leak ^ rom after mass it may be required make to readjust or restore the potentials before each measurement by doing some X-ray pulses are fed to the detector. Leakage currents through the dielectric layer 24 according to FIG F i g. 3 Can also represent undesired currents that are related to those measured by the measuring circuits 14 Add currents.

Die Detektoren gemäß den beschriebenen Ausfüh-The detectors according to the described execution

rungsbeispielen der Erfindung besitzen einen bedeutend erhöhten Quantenwirkungsgrad und verringerte Rauschpegel als Detektoren bekannter Art. Es wurde berechnet, daß der erhöhte aktive Detektorbereich die Röntgenstrahldosis eines einer Untersuchung unterworfenen Patienten um 9,1 bis 13,2% vermindert.Approximation examples of the invention have a significantly increased quantum efficiency and decreased Noise levels as detectors of known type. It has been calculated that the increased active detector area the X-ray dose to an examined patient decreased by 9.1 to 13.2%.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

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Claims

Patent claims:

1. Ionization chamber type X-ray detector with a plurality of essentially flat, parallel, plate-shaped anodes (10) and cathodes (12) in an ionizable detection gas (18), with facilities to place the anodes on or near To keep ground potential, with means for applying an electrical potential between the Cathodes and the anodes, with devices for measuring the flow of current from the anodes after Mass and with a container for receiving the anodes, cathodes and the detection gas, wherein the container has a thin window (20) made of conductive material which is substantially transparent to X-rays (22) Contains material that is perpendicular to the anodes and the cathodes and near the anodes and Cathode is arranged and held at ground potential is characterized in that a thin layer (24) of dielectric material on the inner surface of the window (20) in the Near the anodes (10) and cathodes (12) is arranged

2. X-ray detector according to claim 1, characterized in that a thin conductive Electrode (26) arranged on the surface of the dielectric layer (24) facing away from the window (20) which is held at the potential of the cathode (12).

3. X-ray detector according to claim 1 or 2, characterized in that the dielectric Layer (24) of polycarbonate plastic material contains

4. X-ray detector according to claim 3, characterized in that the dielectric Layer (24) is approximately 0.12 mm thick

5. X-ray detector according to one of claims 2 to 4, characterized in that the thin conductive electrode (26) is a layer of aluminum.

6. X-ray detector according to claim 5, characterized in that the aluminum schiclift is approximately 0.05 mm thick

7. X-ray detector according to one of claims 2 to 6, characterized in that the conductive Layer (26) deposited as a metallized layer on the surface of the dielectric layer (24) is

8. X-ray detector according to claim 1, characterized in that the anodes (10) and the cathodes (12) are arranged in contact with the surface of the dielectric layer (24).