DE3031867A1

DE3031867A1 - Szintillatordetektoranordnung

Info

Publication number: DE3031867A1
Application number: DE19803031867
Authority: DE
Inventors: Frank Anthony di Mukwonago Wis. Bianca; Dominic Anthony Schenectady N.Y. Cusano
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-08-27
Filing date: 1980-08-23
Publication date: 1981-03-19
Also published as: JPS612916B2; US4262202A; DE3031867C2; GB2058816A; GB2058816B; JPS5664672A

Description

S zintillatordetektöranordnung

Die Erfindung bezieht sich auf Röntgenstrahlendetektoren ur 5. insbesondere Röntgenstrahlendetektoren, die bei der Computer-Tomographie anwendbar sind.

Computer-Tomographie-Abtaster sind medizinische diagnostische Instrumente, in denen der Gegenstand einem relativ ebenen R intgenstrahl oder Röntgenstrahlen ausgesetzt wird, deren Inten ;ität sich in einer direkten Beziehung zu der Energieabsorpti'*n entlang mehreren Strecken des Gegenstandes ändert. Durch Messen der Röntgenstrahlenintensität, d. h. der Röntgenstrahlenabsorption, entlang diesen Strecken aus mehreren verschiedenen Winkeln, d. h. aus verschiedenen Betrachtungspunkten, kann ein Röntgenstrahlenabsorptionskoeffizient für verschiedene Flächen in der Ebene des Körpers berechnet werden, durch die die Strahlung hindurchtritt. Diese Flächen entsprechen üblicherweise einem in etwa quadratischen Abschnitt mit Abmessungen von etwa 1x1 mm oder mehr oder weniger. Diese Absorptions koeffizienten werden dazu verwendet, eine Anzeige der von d.-n Röntgenstrahlen geschnittenen Körperorgane zu bilden. Ein integraler und wichtiger Teil dieser Abtaster ist der Röntgendetektor, der die Röntgenstrahlung empfängt, die durch den Durchtritt durch den jeweiligen untersuchten Körper moduliert ist. Der Detektor arbeitet in der Weise, daß er die Information bezüglich der resultierenden RÖntenstrahlenintensität in elektrische Signale umwandelt, die dann üblicherweise in eine digitale Form umgewandelt werden, um durch einen digitalen Computer verarbeitet zu werden, der die Absorptionskoeffizienten in einer Form liefert, die für die Anzeige auf einem Kathodenstrahlschirm oder anderen permanenten Medien geeignet ist.

Die üblichen, für die Computer-Tomographie verwendeten Detektoren lassen sich in zwei Grundtypen unterteilen. Der erste

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Typ verwendet ein Szintillatorkristallmaterial, während der zweite Typ Hochdruck-Xenongas als Detektormedium verwendet.

Bei c^!em Szintillatorkristalldetektor sind mehrere Szintillatorkristallplatten durch Kollimatorplatten getrennt, die ein Materiell wie Wolfram oder Tantal enthalten. Die auf Kristallszintillatoren basierenden Detektoren weisen gewisse wünschenswerte Eigenschaften auf, sie haben nämlich einen hohen Quantumabtastungsgesamtwirkungsgrad (besser als 90 %) und sie besitzen auch eine geringe Dämpfungslänge. Beispielsweise werden etwa 30 % der auftreffenden Röntgenphotonen von einem 73 KeV Röntgenstrahl auf einer Länge von etwa 1 mm absorbiert. Mit anderen Worten werden etwa 97 % der auftreffenden Röntgenphotonen in den drei "Stoppstrecken" absorbiert, d. h. etwa 3 mm. Jedoch besitzen Kristallszintillatoren andere Eigenschaften, die bei der Computer-Tomographie unerwünscht sind. Beispielsweise besitzen Kristallszintillatoren im allgemeinen eine schlechte Spektrallinearität. Das ist besonders wichtig bei Röntgendetektoren, da, zur Zeit, Röntgenstrahlen nicht erzeugt werden können, die eine monochromatische Frequenz besitzen. Weiterhin besitzen gewisse Kristallszintillatormaterialien, wie beispielsweise Cäsiumjodid (CsI), unerwünschte Nachglüheigenschaften. Das bedeutet, daß gewisse Kristallszintillatormaterialien 100 Mikrosekunden nach Erregung immer noch eine Strahlung mit optischer Wellenlänge erzeugen. Diese Nachglüheigenschaften machen gewisse Kristallszintillatormaterialien schlecht geeignet für eine schnelle Abtastung, die insbesondere dann unerwünscht sind, wenn sich bewegende Körperorgane untersucht werfen, wie beispielsweise das Herz und die Lunge und selbst der Magen-Darmtrakt. Darüber hinaus haben massive Kristallszintillatormciterialien gewisse andere Probleme. Hierzu gehören PotentialunqleJ-chförrtdgkeiten durch kristalline Unregelmäßigkeiten oder durch Bearbeitung hervorgerufene Riefen oder Risse; schlechtere Quantumabtastungswirkungsgrade wegen Spalten zwischen den Kristallen und benachbarten Kollimatorplatten; und Detektorfehler, wenn nur einer von bis zu 1000 Kristallen verschoben oder

(Kreuzkopplung) falsch angeordnet wird; und Punkt-zu-Punkt-Nebensprechen/von

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den Fluoreszenzabklingenden, insbesondere für kontinuierlichen, im Gegensatz zu pulsierenden, Röntgenbetrieb.

Ein anderer üblicher Röntgenstrahlendetektor für die Computer-Tomographie ist der Xenondetektor. Bei diesem Detektor sind eng beabstandete, elektrisch leitfähige Kollimatorplatten in einem Gehäuse angeordnet, das Xenongas bei einem Druck von etwa 25 Atmosphären enthält. Benachbarte Platten werden auf entgegengesetzten hohen elektrischen Potentialen gehalten, und der Betrieb des Detektors hängt von der Erzeugung von Elektroner· aus dem Xenongas durch die auftreffenden Röntgenphotonen ab. Diese Elektronen driften unter dem Einfluß der angelegten Spannung zu der Anodenplatte des Detektors und es entsteht ein Strom, der von der Intensität des auf treffenden RöntgenstraMes abhängt. Diese Xenondetektoren sprechen auf auftreffende Röntgenstrahlen in mehreren Mikrosekunden an und besitzen einen Quantumabtastungsgesamtwirkungsgrad von weniger als etwa 70 %. Weiterhin besitzen sie eine 30-%ige Stoppstrecke von etwa 16 mm, die langer als erwünscht, aber nicht übermäßig lang ist. Xenondetektoren weisen eine excellente räumliche Homogenität auf, da Xenon ein gasförmiges Medium ist, aber wie Kristallszintillatoren besitzen sie eine schlechte Spektrallinearität. Beispielsweise beträgt das Verhältnis der Dämpfungslänge für 110 KeV-Photonen zur Dämpfungslänge für 40 KeV-Photonen etwa 15:1, was auch für Kristallszintillatoren gilt, wie beispielsweise CsI und BGO (Wismutgermanat, Bi₄Ge-O₁₂). Es gibt bei dem Hochdruck-Xenondetektor auch noch andere Probleme. Insbesondere ist wegen des erforderlichen hohen Gasdruckes ein Gehäuse notwendig, das eine Frontwand aus einem Material besitzt, das relativ durchlässig für Röntgenstrahlen aber strukturell kräftig ist. Die Gehäuse enthalten üblicherweise Aluminium, das zwar strukturell kräftig ist, abereine gewisse Anzahl von Röntgenphotonen absorbiert, die deshalb nicht zur Anzeige der Röntgenstrahlenintensität verwendet werden können. Zusätzlich erzeugen häufig kleinste Bewegungen der Kollimatorplatten, die aus einer Bewegung des Abtastgerüstes oder aus anderen Schwingungsquellen resultieren, ein mikrofonisches Rauschen bzw. Röhren-

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klingen, das Bildstörungen erzeugen kann. Dieses mikrofonische Rauschen entsteht wenigstens teilweise aufgrund des Erfordernisses, benachbarte Platten auf entgegengesetzter^ aber hohen elektrischen Potentialen zu halten.

Der oben verwendete Begriff "Quantumabtastungswirkunqsgrad" bezeichnet den Bruchteil von Röntgenphotonen, die foto-elektrisch in dem Detektormedium absorbiert werden, ob das Medium nun ein Kristall oder ein Gas ist. Ein weiterer Begriff, der häufig in Verbindung mit diesen Röntgenstrahlendetektoren verwendet wird, ist der "ünwandlur.gswirkungsgrad" , der die Verluste aufgrund des verwendeten Fotcdetektorsystems enthält. Beispielsweise beträgt der Umwandlungswirkungsgrad für ein mit einem Gitter versehenes Xenondetektor3ystem etwa 8 %, während der Umwandlungswirkungsgrad für einen Szintill] atorkrista'J 1 unter Verwendung von CsI etwa 15 % beträgt.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Szintillatordetektoranordnung insbesondere für die Computer-Tomographie zu schaffen, die ein flüssiges Szintillationsmedium verwendet, das einen hohen Quantumabtastungswirkungsgrad und eine kurze Dämpfungslänge besitzt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine Szintillationsdetektoranordnung für die Computer-Tomographie ein Gehäuse zur .Aufnahme eines flüssigen Szintillationsmediums, welches Gehäuse mehrere mit Wänden versehene ZeIlkainmern aufweist, wobei cie Gehäusefront eine für Röntgenstrahlung im wesentlichen durchlässige Wandstruktur besitzt und die Kammeip inn erhall: des Gehäuses durch Seitenwandteile (Kollimatoren) gebildet sind, die für Röntgenstrahlung im wesentlichen undurchlässig unc im wesentlichen senkrecht zur Frontwand orientiert sind. Inneihalb des Gehäuses ist ein flüssiges Szintillationsraedium angeordnet, das einen löslichen Fluoreszenzstoff und ein Lösungsmittelmaterial enthält. Das Lösungsmittelmaterial ist entweder ein von sich aus >;ine hohe Atomzahl aufweisendes Lösungsmittel oder ein Lösungsmittel in dem eine Verbindung mit

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einer hohen Atomzahl gelöst ist. Um die Zellkammern herum sind

ansprechende Vorrichtungen
foto-elektrisch/angeordnet, und zwar entweder innerhalb oder außerhalb des Gehäuses selbst. Das flüssige Szintillationsmedium füllt das Gehäuse im wesentlichen und bildet ein extrem homogenes Medium, das viele der Probleme beseitigt, die sowohl bei den oben beschriebenen Xenon-als auch Kristalldetektoranordnungen auftreten. Zusätzlich können in dem flüssigen Szintillatormedium Mengen von Umwandlungssubstanzen enthalten sein, die die optische Ausgangsgröße des primären Fluoreszenzstoffes in eine optische Wellenlänge umwandeln, die für eine Abtastung durch die foto-elektrische Einrichtung besser geeignet ist. Zusätzlich sind auf Wunsch die Innenwände der Kammern mit einem reflektierenden Material überzogen, um das Einfangen der optischen Photonen durch die foto-elektrischen Vorrichtung zu ,-.i-rbesse rn.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht und stellt eine Sziatillatordetektoranordnung gemäß der Erfindung unter Verwendung eines flüssigen Szintillationsdetektormediums dar.

Figur 2 ist eine Seitenquerschnittsansicht durch eine einzelne Zelle gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die SzintillatordetekToranordnung gemäß der Erfindung umfaßt drei Hauptabschnitte, nämlich ein Gehäuse, ein flüssiges Szintillationsmedium in dem Gehäuse und lichtelektrisch ansprechende Detektoren, die um die Zellen innerhalb des Gehäuses herum angeordnet sind. Jedes dieser Elemente wird im folgenden näher erläutert.

Das Gehäuse gemäß der Erfindung enthält irgendein geeignetes nicht-reagierendes Material, das zur Aufnahme der Flüssigkeit geeignet ibt. Ein Kunststoff wie Polycarbonat ist beispiels-

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weise ein derartiges Material. Insbesondere bei Fächerstrahlabtastern hat das Gehäuse vorzugsweise eineBogenform. im allgemeinen ist das Gehäuse in innere zellartige Kammern unterteilt, die jeweils im wesentlichen die gleichen Abmessungen besitzen. Wenigstens eine Gehäusewand, die hier als die Frontwand bezeichnet wird, enthält ein Material, das stark durchlässig für Röntgenstrahlen ist, wie beispielsweise einen inerten Kunststoff mit kleiner Atomzahl. Die Zellkammern werden vorzugsweise in dem Gehäuse durch Kollimatorplatten ausgebildet, die im wesentlichen senkrecht zur Frontwand des Gehäuses angeordnet sind. In dem Innenraum des Genävses können zweckmäßigerweise Schlitze vorgesehen sein zum Einsetzen und Ausrichten dieser Kollimatorplatten. Bei Verwendung eines Fächerstrahlabtasters ist die Frontwand vorzugsweise bogenförmig und hat bei Verwendung eines

ein
Kunststoffes/Polycarbonat vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,5 mm. Die Kollimatorplatten enthalten ein Material mit hoher Atomzahl, das für Röntgenstrahlung im wesentlichen undurchlässig ist. Die Kollimatorplatten sind vorzugsweise WoIiram- oder Tantalplatten mit einer Dicke von etwa 0,05 bis 0,1 mm (2-4 mils). Die Platten können in dem Gehäuse und insbesondere innerhalb der Schlitze in dem Gehäuse durch ein geeignetes inertes Klebmaterial·, wie beispielsweise Epoxid, befestigt sein. Das Gehäuse selbst ist vorzugsweise auch mit einem gemeinsamen Abfluß und, falls erforderlich^ mit einer Füllöffnung versehen, um das flüssige Szintillatormaterial einzufüllen. Dieses flüssige Material füllt typischerweise das gesamte Volumen des Innenraums des Gehäuses, das vorzugsweise so geformt und bemessen ist, daß jede Zellkammer mit den anderen Kammern in Strömungsverbindung steht, um so eine räumlich gleichförmige Verteilung ues flüssigen Szintillationsmaterials über den gesamten Innenraum des Gehäuses aufrechtzuerhalten. Diese besondere Gehäuseform in Verbindung mit der Verwendung des flüssigen Szintillationsmaterials liefert wesentliche Vorteile für diesen Aufbau der, Szintillationsdetektor. Insbesondere wird das Gehäuse, wenn bessere flüssige Szintillationsmaterialien entwickelt werden, auf einfache Welse geleert und neu gefüllt mit minimalem Aufwand und mit minimaler Ausfallzeit für den tomo-

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graphischen Abtaster. Zusätzlich sei bemerkt, daß die Detektoranordnung eines derartigen Tomographieabtasters das Detektorgehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Modulform verwenden kann.

Viele der Vorteile der Szintillatordetektoranordnung gemäß der Erfindung resultieren aus der Verwendung eines flüssigen Sziatillationsdetektormediums. Es sind zwar flüssige Szintillatcrmaterialien seit vielen Jahren bekannt, aber sie sind bisher niemals in Computer-Tomographiedetektoranordnungen verwendet worden. Übliche flüssige Szintillationsmaterialien sind für diesen Zweck nicht verwendet worden, da in diesen Materialien die auftreffenden hochenergetischei ι Röntgenstrahlenphotonen mit dem Material in Wechselwirkung treten, vorwiegend iru~dem sie eine Compton-Streuung erfahren, bei der das Röntgenphoton nicht absorbiert, sondern vielmehr abgelenkt wird. Aufgrund der erforderlichen hohen Auflösung bei der Computer-Tomographie müssen die Detektorzellen sehr eng beabstandet sein (ein Millimeter oder weniger)y und die entstehenden gestreuten Röntgenphotonen werden einfach in die Kollimatorplatten abgelenkt, wo sie absorbiert werden. Die Absorption in den Kollimatorplatten eines derartigen Röntgenphotons erzeugt kein Ausgangssignal mit optischer Wellenlänge und führt einfach zu einer Erwärmung der Kollimatorplatten. Zusätzlich besitzt ein übliches flüssiges Szintillationsabtastmaterial eine geringe Röntgenphotonabsorption (d. h. einen geringen Quantumabtastungswirkungsgrad), so daß nicht gestreute Röntgenphotonen absorbiert werden können, aber sie werden nur nach einer tiefen Durchdringung des Abtastungsmediums absorbiert. Ein derartiger Detektor, der bei tomographischen Anwendungen benutzt wird, erfordert eine sehr tiefe Detektorzelle von etwa 200 mm Länge. Selbst wenn ein derartiger Detektor gebaut würde, würde die Compton-Streuung, die auf der gesamten Länge auftreten würde, immer noch für eine Wechselwirkung sorgen und den Quantumabtastungswirkungsgrad eines derartigen Detektors wesentlich senken und zwar bis unter annehmbare Werte.

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Jedoch können gewisse flüssige Szintillationsmaterialien in einem geeigneten Lösungsmittel mit eine hohe Atomzahl aufweisenden Verbindung an kombiniert werden, um die Röntgenstrahlenabsorption und den Quantumabtastungswirkungsgrad für diese Szintillationsmaterialien zu erhöhen. Bevor es bekannt ist, ob irgendein gegebenes Szintillatormaterial in einem Computer-Tomographiedetektor wirksam verwendet werden kann, sollten gewisse kritische Eigenschaften des Materials bekannt sein. Zu diesen Schlüsseleigenschaften gehören seine Dämpfungslänge, d. h. die Eindringtiefe, über der etwa 37 % (1/e) der Röntgenphotonen absorbiert werden. Andere kritische Eigenschaften beinhalten seine Fluoreszenzgeschwindigkeit, seine Nachglüheigenschaften, seine Spektrallinearität und seine chemische Langzeitstabilität, insbesondere bei Röntgenstrahlung. Die Verwendung von schwere Atome enthaltenden organischen Verbindungen, wie beispielsweise Zinn oder Blei, ist bekannt, um die Absorptionseigenschaften gewisser flüssiger Szintillatormaterialien zu erhöhen. Beispielsweise ist eine derartige Verbindung auf Bleibasis offenbar in der US-PS 3 244 637 beschrieben. Weiterhin ist darin die als Fluoreszenzlöschen bekannte Wirkung beschrieben, bei der beobachtet wird, daß eine Erhöhung der Konzentration an Bleiverbindungen das Verhältnis der nichtstrahlenden zu strahlenden Fluoreszenzübergängon erhöht. Dies soll besagen, daß die Erhöhung der Konzentration an Blei im allgemeinen das eine optische Wellenlänge aufweisende Ausgangssignal des primären Fluoreszenzstoffes senkt, obwohl die Röntgenphotonabsorption zunimmt. Somit erzeugt das Laden von flüssigen Szintillatoren mit eine hohe Atomzahl aufweisenden Verbindungen Wirkungen aus zwei Quellen. Erstens gibt es eine geometrische Wirkung, die dazu tendiert_/die Röntgenabsorption zu vergrößern, wenn die Konzentration der eine hohe Atomzahl aufweisenden Verbindung zunimmt, da weniger Röntgenphotonen durch Compton-Streuung entkommen. Zweitens gibt es eine Verkleinerung der eine optische Wollenlänge aufweisenden Ausgangsgröße aus dem primären Fluoreszenzr.toff aufgrund des Flaoreszenzlöscheffektes. Diese Verbundwirkungen geben häufig eiien Anlaß zu einer nicht-linearen Änderung im optischen Ausgangssignal, wenn die Konzentration

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der eine hohe Atomzahl aufweisenden Verbindung erhöht, wird. Es ist deshalb häufig zu sehen, daß, wenn diese Konzentration erhöht wird, die optische Ausgangsgröße zunimmt, bis sie einen Plateauwert erreicht, wo die Löschwirkung am größten ist, aber nach der ein steiler Antieg mit zunehmender Absorption besteht, der durch die höhere Konzentration der Moleküle mit hoher /.tomzahl erhalten wird.

Demzufolge enthält das erfindungsgemäß verwendete flüssige Szintillationsmedium einen löslichen Fluoreszenzstoff und ein Lösungsmittelmaterial für diesen Fluoreszenzstoff. Weiterhi ι ist das Lösungsmittel entweder selbst ein von Natur aus eir ^ hohe Atomzahl aufweisendes Lösungsmittel oder es kann darir eine Verbindung mit hoher Atomzahl gelöst werden. Typiscl· ϊ lösliche Fluoreszenzstoffe, die gemäß der vorliegenden Erfj i~ dung verwendet werden können, umfassen p-Terphenyl, Biphen^ ^!.-oxazon, Butyl-phenyl-biphenylyl-oxadiazol, Tetramethyl-p-quatarphenyl, Isopropylbiphenyl oder Bis-phonyläthinylanthrazen. Das Lösungsmittel umfaßt typiecherweise Tuluol, Xylol oder Trimethylbenzol. Der Fluoreszenzstoff wird typischerweise in dem Lösungsmittel bis zu seiner Löslichkeitgrenze oder gerade darunter gelöst, um so die maximale optische Ausgangsgröße zu erhalten. Wenn das Lösungsmittel selbst ein Material mit hoher Atomzahl ist, so wird/als von sich aus beladen bezeichnt.-t und es ist im allgemeinen nicht notwendig, auch eine separate Verbindung mit hoher Atomzahl zu verwenden, die als ein Röntgenstrahlenabsorber wirkt. Typische von sich aus beladene Lösungsmittel umfassen Jod-naphthalin und Brom-naphthalin. Wenn das Lösungsmittel nicht von sich aus beladen ist, können gewisse eine hohe Atomzahl aufweisende organische gelöste Stoffe zugesetzt werden, um die Röntgenabsorption zu erhöhen. Typische Vertreter hiervon sind die Blei- und Zinnalkyle. Zusätzlich kann die zuvor erwähnte Löschwirkung auf mehreren verschiedeaen Wegen gesenkt werden. Beispielsweise wurde gefunden, daß Naphthalin als ein Zusatz die Löschwirkung verkleinert. Auch das Lösungsmittel Isopropyldiphenyl besitzt viermal weniger Löschung als Toluol für Quecksilberverbindungen. Es sei bemerkt, daß Quecksilber eine Atomzahl von 80 besitzt, die ledig-

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lieh um zwej kleiner als die Atomzahl für Blei ist, die 82 beträgt. Der eine hohe Atomzahl aufweisende gelöste Stoff, wie beispielsweise Tetramethylblei, kann auch unter Verwendung von Tetramethyl-p-quaterphenyl als ein Lösungsmittel gepuffert sein. Zusätzlich wird das flüssige Szintillatormediuin sorgfältig von Sauerstoff befreit zur Verbesserung der Stabilität und der Lichtausgangsgröße. In der Anordnung wird vorzugsweise eine Innenat--mosphäre aus Sauerstoff-freiem Stickstoff eingeschlossen.

Falls ein Absorbermaterial dem Lösungsmittel zugesetzt wird, beispielsweise ein Zinn- oder Bleialkyl und Trimethylbenzol wird die Absorberverbindung in einer Konzentration von e⁽wa 1 bis etwa 30 % (Gew.-%) zugesetzt, wobei eine Konzentration von 10 % bevorzugt ist. Alle zuvor beschriebenen flüssigen Szintillatormaterialien sind besonders geeignet für eine Verwendung bei der Computer-Tomographie. Insbesondere wird deren primäre Fluorenzgeschwindigkeit in Nanosekunden gemessen anstatt in Mikrosekunden, wie es bei Xenon- oder Massivkristall-Szintillationsdetektoren der Fall ist. Weiterhin beträgt der Quantumabtastungswirkungsgrad etwa 90 % bei einer Dämpfungslänge von etwa 7 mm. Die räumliche Homogenität des flüssigen Detektormediums ist so gleichförmig wie möglich und es besteht kein Problem mit mikrofonischem Rauschen. Zusätzlich besitzt das flüssige Szintillatormaterial im allgemeinen eine relativ hochgradige spektrale lineare Linearität. Das Verhältnis der Dämpfungslänge für 110 KeV Photonen zur Dämpfungslänge für 40 KeV Photonen beträjt etwa 2: im Vergleich zu 15:1 für entweder die Xenon- oder Massivkristallszintillatoren. Zusätzlich wird die minimale Zellgröße für den Detektor gemäß der Erfindung ui.i einen Faktor 2 auf etwa 0,5 mm verkleinert, wodurch eine größere Bildauflösung geliefert wird.

Da die licht-elektrisch ansprechenden Vorrichtungen, die üblicherweise zur Umwandlung der optischen Ausgangsgröße des Fluoreszenzstoffes verwendet werden, im allgemeinen über einen begrenzten Spektralbereich empf. ndlich sind, typischerweise im Ro';bereich, können ein oder mehl ere lösliche Wellenlängenum-

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wandlungsfluoreszen stoffe zu der Mischung aus Lösungsmittel, Fluoreszenzstoff und eine hohe Atomzahl aufweisenden Absorber zugesetzt werden. Zu derartigen Materialien gehören typischerweise Dimethyl POPOP (1,4-Bis-(methyl-5-phenyloxazolyl))benzol), Oi-NPO(2-(1-Naphthyl)-5-phenyloxazol), Bis-MSB(p-bis(o-methylstyryl)benzol), Rhodamin B, Perylen, oder BPEA (9,10-Bis(phenyläthynyl)anthrazen). Diese Materialien haben die Wirkung, die eine optische Wellenlänge aufweisende Strahlung, die durch den löslichen primären Fluoreszenzstoff erzeugt wird, zu absorbieren und bei einer unterschiedlichen Frequenz erneut abzustrahlen, die mit dem spektralen Ansprechverhalten der Photodetektoren besser kompatibel ist.

Der dritte Teil des Szir.tillationsdetektors gemäß der Erfindung umfaßt geeignete licht-elektrisch ansprechende Vorrichtungen, die üblicherweise innerhalb oder um die einzelnen Zellkammern der Detektoranordnung herum angeordnet sind. Diese Vorrichtungen können Fotodioden und insbesondere die wirksamen JMOS-Fotodioden enthalten.

Figur 1 zeigt eine Szintillationsdetektoranordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Röntgenstrahlen 50 auf die Frontwand der Anordnung auftreffen. Das Gehäuse enthält beispielsweise einen oberen Deckteil 22 und einen unteren Bodenteil 23 und einen hinteren Wandteil 16. Der vordere Wandteil 11 ist in Figur 1 nicht zu sehen. Innerhalb des Gehäuses sind Kollimatorplatten 14 angeordnet, die im wesentlichen senkrecht zum vorderen Wandteil angeordnet sind. Fotoelektrisch ansprechende Vorrichtungen 18 sind in einem abwechselnden Decken- und Bodenmuster entlang den Boden- und Deckenabschnitten der Anordnung angeordnet. Diese enthalten typischerweise Fotodioden, die elektrisch mit einem Analog/Digitalwandler über Leiter 19 verbunden sind. Zusätzlich können auf Wunsch die Innenwände der Kammern/ außer selbstverständlich der Fotodioden, mit einem reflektierenden Material 20 überzogen sein. Dieses Material kann sowohl auf den Kollimatorplatten 14 als auch auf dem Frontwandteil vorgesehen sein. Innerhalb jeder

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gebildeten Zelle ist ein flüssiges Szintillationsmedium 10 eingeschlossen.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch eine einzelne Zelle von einer Szintillationsdetektoranordnung, die etwas anders als in Figur 1 gezeigt aufgebaut ist. Insbesondere stellt Figur 2 die abwechselnde Anordnung für die licht-elektrisch ansprechenden Vorrichtungen 18 dar. Dieser Aufbau ist einfacher zu fertigen und bringt die Vorrichtungen 18 direkt innerhalb der ZeIlkammern an. Für optimale Lichteigenschaften kann ein Fotodetektor sowohl an der Decken-^Boden- und Rückseite von jeder Kammer vorgesehen sein. Auch wenn das in den Figuren 1 und 2 gezeigte Gehäuse bestimmte bzw. einzelne Boden-, Decken-, Rückwand- und Frontwandteile zeigt, können diese Teile als eine einzelne Einheit aus einem einzigen Material hergestellt sein.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die Szintillationsdetektoranordnung gemäß der Erfindung wesentliche Vorteile für eine Verwendung bei der Computer-Tomographie bietet gegenüber denjenigen, die bisher durch Xenon- oder Massiv-Kristall-Szintillatordetektoranordnungen erzielbar sind. Beispielsweise sind die Kosten des flüssigen Szintillatormaterials extrem niedrig, insbesondere im Vergleich zu den Kristalldetektoren, und wenn Verbesserungen bei dem flüssigen Szintillatormedium gemacht werden, kann das Detektorsystem auf einfache Weise entleert und mit dem verbesserten Material erneut gefüllt werden. Die Detektoranordnung gemäß der Erfindung ist besonders geeignet bei der Hochgeschwindigkeit-Computer-Tamographieabtastung, denn sie besitzt eine primäre Fluoreszenzgeschwindit,'keit von etwa 2,7 Nanoeekunden bei vernachlässigbaren Nachglüheigenschaften. Mit einer Dämpfungsläftge von etwa 6 mm 1st sie den Xenon« oder Maasivkrlstalldetektoren Überlegen. Es besteht eine geringere Biegung der Kollimatorplatten als bei gewissen Xenondetektoren und demzufolge ist der Detektor gemäß der Erfindung in hohem Maße stabil bezüglich der temporären Drift. Zusätzlich zu all den vorgenannten Vorteilen ist die Szintillatordetektoranordnung gemäß der Erfindung extrem einfach zu fertigen aus billigen Komponenten und Materialien.

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Claims

Ansprüche

Szintillationsdetaktoranordnung, insbesondere für die Compu ter-Tomographie, gekennzeichnet durch

ein Gehäuse zur Aufnahme eines flüssigen Szintillationsmediums, welches Gehäuse mehrere mit Wänden versehene zellartige Kammern und eine Frontwandstruktur aufweist, die für Röntgenstrahlung im wesentlichen durchlässig ist, wobei die Kammern durch Seitenwandteile gebildet sind, die gegenüber Röntgenstrahlung im wesentlichen undurchlässig sind und im wesentlichen senkrecht zur Frontwandstruktur angeordnet sind,

ein flüssiges Szintillationsmedium mit einem löslichen Fluo reszenzstoff und einem Lösungsmitte¹ material für den Fluo-reszenzstoff, wobei das Lösungsmittelmaterial ein Lösungsmittel mit einer darin gelösten Verbindung mit einer hohen A+.omzahl oder ein von sich aus eine hohe Atomzahl aufweisen des Lösurgsmittel ist, und

mehrere 3ichtelektrisch ansprechende Vorrichtungen, die um die zellartigen Kammern angeordnet sind zur Aufnahme von durch das Szintillationsmedium erzeugten Photonen mit einer ojtischen Wellenlänge.

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2. Szintillationsdetektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der lösliche Fluoreszenzstoff aus p-Terphenyl, Diphenyl-oxazol, Butyl-phenyl-biphenylyl-ox.idiazol, Tetramethyl p-quaterphenyl, Isopropylbiphenyl, und/oder Bis-phenyläthynyl-anthrazen ausgewählt ist.
3. Szintillationsdetektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Toluol, Xylol unc'/oder Trimethy!benzol ist.
4. Szintillatordetektoranordtiung lach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dciß die eine hohe Atomzahl aufweisende Verbindung Bleialkyl und/ oder Zinnalkyl ist.
5. Szintillatordetektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von sich aus eine hohe Atomzahl aufweisende Lösungsmittel Jodnaphthalin und/oder Bromnaphthalin ist.
6. Szintillationsdetektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Szintillationsmedium ferner wenigstens eine die Wellenlänge umwandelnde Substanz enthält, die aus Dimethyl-POPOP, oi. -NPO, Bis-MSB, Rhodamin B, Perylen und/oder BPEA ausgewählt ist.
7. Szintillationsdetektoranordnung nac^;i Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontwandstruktur Kunststoff enthält.
8. Szintillationsdetektoranordnung nacα Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zellartigen Kammern miteinander in 9trömungsverbindung stehen.

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9. Szintillationsdetektor^ nordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandteile aus Wolfram und/oder Tantal bestehen.
10. Szintillationsdet'jktorcnordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t, daß die inneren Zellkammerwände mit einem reflektierenden Material überzogen sind.
11. Szintillationsdetektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dart die lichtelektrisch ansprechenden Vorrichtungen innerhalb der Zellkammern angeordnet sind.

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