DE3151155A1

DE3151155A1 - Roengtenbildwandlungseinrichtung

Info

Publication number: DE3151155A1
Application number: DE19813151155
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.Phys.Dr.rer.nat. 8520 Erlangen Heinrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1981-12-23
Publication date: 1983-06-30
Also published as: FR2518818B1; JPS58121689A; FR2518818A1

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 81 P 5128 DE

Röntgenbildwandlungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Röntgenbildwandlungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Einrichtungen sind z.B. in "Journal of Applied Photographic Engineering" Vol. 4, No. 4, 1978, Seiten 178 bis 182 beschrieben.

Zur Sichtbarmachung von elektrischen Ladungsbildern', die mittels Röntgenstrahlen auf einer Fotohalbleiterschicht erzeugt werden, gibt es bekanntlich·eine Reihe von verschiedenen Verfahren. Das Ladungsbild kann z.B. mittels geladener Farbteilchen in der in der Elektrofotografie üblichen Weise entwickelt werden. Dies erfordert aber einerseits Zeit und andererseits eine aufwendige Ent-Wicklungsapparatur. Bei Unterbringung des Ladungsbildes in einer Hochvakuumröhre kann es fernsehmäßig mit Elektronen abgetastet werden. Dies erfordert aber für den Vakuumraum eine unhandliche Röhre und ergibt im Signal geringe Auflösung sowie einen geringen Dynamikbereich.

• Eine Umwandlung in elektrische, etwa fernsehmäßig wiedergebbare Bildsignale ist auch mittels berührungsloser Abtastung durch Elektrometer möglich, was allerdings neben hohem Zeitaufwand auch höchste mechanische Präzision erforderlich macht. Schließlich Ist auch eine Abtastung mit einem Lichtstrahl (z.B. Laser) möglich, um zu einer wiedergebbaren elektrischen Bildsignalfolge zu kommen. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art wird aber gegenüber dem erhaltenen Gesamtsignal nur ein kleines Bildsignal (Faktor -100) erhalten, d.h. das Signal zu Rauschverhältnis ist gering.

Kn 5 Kof /17.12.1981

- 2 - VPA 81 P 5128 DE

Deshalb wurde gemäß obengenannter Literaturstelle eine Anordnung bekannt, bei welcher der Fotohalbleiter mit einer isolierenden Folie abgedeckt ist und an den beiden Außenseiten dieser Kombination Elektroden liegen, von denen wenigstens diejenige, die an der Isolierschicht liegt, für Licht durchlässig ist, ebenso wie die Isolierschicht. Die Gegenelektrode kann als Aufbaubasis für die Schichtung verwendet werden und aus röntgenstrahlendurchlässigem Material, etwa aus AIuminium, bestehen» An die beiden Elektroden wird eine so große Spannung angelegt, daß das benötigte Feld E im Halbleiter entsteht. Dieses braucht aber nur während der Belichtung und während des Auslesens der elektrischen Signale angelegt zu werden, so daß man Halbleiter mit relativ geringem Widerstand ( 2¹ 10 Jt cm) verwenden kann.

Nachteilig ist dabei aber, daß der Halbleiter in seinen Eigenschaften sowohl der primären Belichtung als auch der abtastenden Belichtung genügen muß. Im Fall der Erzeugung eines Röntgenbildes wird wegen der erforderlichen Absorption von Röntgenquanten (ΐ> 30 %) der Halbleiter in dicker Schicht ( 2Ξ 100/u) benutzt, wobei die Empfindlichkeit S proportional zur angelegten Spannung ist. Um beim Einschreiben des Bildes und Auslesen bei der Abtastung brauchbare Signale erzielen zu können, muß daher bei beiden Vorgängen hohe Spannung angelegt werden, z.B. U₀ = 3000 V. Nach dem Einschreiben des Bildes liegt dann eine Spannung U(xy) = U - U · S( V- ) · D(xy) an der Grenzfläche zwischen der Fotoleiter- und der Isolierschicht an. Abtastung mit einem Lichtstrahl bei einer Empfindlichkeit S des Halbleiters gegenüber dem Lichtstrahl S=U- S(L) · L (L = 10 mW Leistung der Lichtquelle) ergibt das Signal (z.B. einen Spannungsabbau Δ V):

■U-

-Z- VPA 81 P 5128 DE Δ V(xy) = JV - U · S( *) · D(xy)J -

D(xy)J ' S(L) · L = U₀ Jj - S(^) D(xy)J [Ϊ - S(L)

4 V(xy) = O bis 100 V (Spannungsabbau am Ort xy) D(xy) = O bis 100/uR(Dosisleistung am Ort xy) L = 10 mW (Lichtintensität)

S( γ-) = O,3/mR(Empfindlichkeit auf \Λ oder Röntgenstrah len)
S(L) = 3 · 10"³/mW (Empfindlichkeit auf Licht)

Dem eigentlichen Bildsignal ist aber wegen S(L) *L ein hohes Gleichlichtsignal überlagert, so daß auch bei dieser bekannten Ausführung das Signal zu Rauschverhältnis gering ist.

Selbstverständlich wird nicht der Spannungsabbau selbst, sondern die dem Spannungsabbau äquivalente abfließende Ladung gemessen, wie auch sonst üblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Röntgenbildwandlungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ein großes Bildsignal mit verbessertem Rauschverhältnis zu erhalten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

' Durch die Verwendung eines lichtempfindlichen Fotohalbleiters als Material für die Isolierschicht kann während der Röntger.belichtung an den beiden Elektroden eine so hohe Spannungsdifferenz angelegt v/erden, daß im Röntgenhalbleiter eine genügend hohe Feldstärke, z.B.10 V/cm, herrscht. Nach der Röntgenbelichtung werden die beiden

ο ο ο

O O O O * O

- pe - VPA 81 P 5128 DE

Elektroden miteinander kurzgeschlossen, so daß an der · Grenzfläche zwischen dem Röntgenhalbleiter (RHL) und dem Lichthalbleiter (LHL) sich ein Ladungsbild ansammelt, welches in seiner Verteilung der Verteilung der Röntgenintensitäten im Querschnitt des Bildes entspricht, d,h, gegenüber den beiden Elektroden ergibt sich an der Grenzfläche eine Potentialverteilung V(xy).

Wird nun dieses Schichtensystem mit einem Licht- bzw«, Laserstrahl abgetastet (gescannt), so wird das Ladungsbild abgebaut und V(xy) geht gegen O. Die kapazitiv in den Elektroden gespeicherten Ladungen ergeben dann das Bildsignal S(xy)„ Ist dabei der RHL gegenüber dem Scanstrahl unempfindlich, so kann das Signal allein an der Elektrode abgenommen werden, die der LHL-Schicht anliegt,

Bei der vorgenannten Schichtung wird an den RHL die Anforderung gestellt, daß hohe Röntgenempfindlichkeit und hoher Dunkelwiderstand vorliegt. Die LHL-Schicht sollte möglichst hohe Fotoleitfähigkeit mit möglichst geringer Sättigungsspannung und geringer Röntgenempfindlichkeit aufweisen. Bei den bekannten LHL ist dies im allgemeinen sowieso erfüllt;, weil die benutzten Schichten sehr dünn sind und darüber hinaus eventuell eine geringe effektive Kernladungszahl haben (z.B. organische Fotoleiter) und schließlich die Röntgenstrahlung bereits sehr geschwächt ist, wenn sie in den LHL eintritt» Eine geeignete Kombination könnte etwa aufgebaut sein auf einer Aluminiumfolie als Träger und erster Elektrode.

Darauf kann Selen als RHL aufgedampft sein. Schließlich

wird Arsentrisulfid (As₂Se,) in bekannter Form aufge-• tragen. /-Is Durchsicht! ge Deckel oki roie k';:m etwa Zir.r.-dioxid (SnOp) aufgetragen werden.

Sind die Halbleiter RHL und LHL aufgrund ihrer Fermi- und Leitungsbandkanten entsprechend so aufeinander ab-

• b.

- $ - VPA 81 P 51 ?8 I)FJ

\\κ'\. I. i min t., ilnB 'lic [,.'nlung:. l.rilgur π i eh I an <ler ,:,w I: ι h'Mi ihnen gebildeten Grenzfläche festgehalten werden, so kann zwischen den beiden Schichten eine elektrisch isolierende Schicht eingebracht werden. Als Isolator kann für diese Isolierschicht Mylar etc. verwendet werden. Es ist lediglich darauf zu achten, daß diese Schicht sehr dünn ist, z.B. < 5/um. Die Erzeugung des Bildsignals kann an sich mit derjenigen übereinstimmen, die ohne Isolierschicht durchgeführt wird. Wie dort muß allerdings nach der Auslesung der Bildsignale und vor Wiederverwendung der Schichtung zur Erzeugung eines neuen Ladungsbildes durch Lichtflutung eine Entladung durchgeführt werden. Das kann z.B. mit weißem Licht geschehen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

In der Figur ist schematisch ein Übersichtsschaubild einer erfindungsgemäß ausgestalteten Aufnahmeeinrichtung gezeichnet.

In der Figur ist mit 1 eine Röntgenstrahlenquelle bezeichnet, von der aus ein Strahlenbündel 2 einen Patienten 3 durchstrahlt. Das so erzeugte Durchstrahlungsbild gelangt auf eine erfindungsgemäße Aufnahmeanordnung 4. Diese Anordnung 4 besteht aus einer etwa als Träger aus 2 mm starkem Aluminiumblech bestehenden Elektrode 5, einer darauf aufgetragenen Röntgenhalbleiterschicht 6, einer auf diener liegenden Lichthalbleiterschicht 7 und Oiir.er Elektrode i>.

Die beiden Elektroden 5 und 8 liegen über Leitungen 9 und 10 sowie einem Schalter 11 mit den Schaltmöglichkeiten 11a und 11b an einer Spannungsquelle 12. Außer-

- & - VPA 81 P 5128 DE

dem sind die Leitungen 9 und 10 mit einem Widerstand 13 verbunden und einem Verstärker 14. Letzterer liegt über einen Analog-Digital-Wandler 15 an einem Verarbeitungsgerät 16 für die Bildsignale, die andererseits mit einer Abtastvorrichtung 17 in Verbindung stehen, von welcher ein Laserstrahl 18 durch die Elektrode 8 hindurch, die Halbleiterschicht 7 der Aufnahmeanordnung 4 abtastend 5 ausgeht.

Das Gerät 16 enthält einen Mikroprozessor 19, in welchen, das Signal vom Analog-Digital-Wandler 15 gelangt. Durch den Mikroprozessor wird ein Steuersignal über eine Leitung 20 der Abtastvorrichtung 17 zur Steuerung der Abtastbewegung des Strahls 18 zugeführt. Außerdem wird das Signal über einen Anschluß 21 zu einem Speicher 22 geleitet, von welchem das Bildsignal über eine Leitung 23 einem Rechner 24 zugeführt werden kann. Schließlich gelangt das Signal über eine Leitung 25 zu einem Fernsehmonitor 26, wo es auf einem Bildschirm 27 sichtbar gemacht werden kann.

Ein mittels des Strahlenbündels 2 vom Patienten 3 in der RHL-Schicht 4 erzeugtes Strahlungsbild ergibt wegen der an die Elektroden 5 und 8 angelegten Spannung von 3000V an der Grenzfläche 28 der Schichten 6 und 7 eine Ladungsverteilung j, die der Intensitätsverteilung im Strahlenbündel 2 entspricht. Wird nach Beendigung der Einwirkung des Strahlenbündels 2 auf die Schicht 6, d.h. nach Ausschalten der Röntgenstrahlenquelle 1 mittels des Schalters 11, in Schaltstellung 11b die an die Elektroden 5 und 8 angelegte Spannung kurzgeschlossen und mittels 16, d.h. einer LascraM^:· lanordnung, ein Laserstrahl 18 abtastend über die·Anordnung 4 geführt, so dringt dieser Strahl 18 durch eine aus Zinndioxid(SnOg) bestehende_s 5 mm dicke Elektrode 8 in die aus Arsenselenid (AsgSe^) .bestehende, ca. 15/um dicke LHL-Schicht7

- ? - VPA 81 P 5128 DE

ein. Der Strahl 18 bewirkt dabei, daß das Ladungsbild an der Grenzfläche 28 in Form einer Bildsignalfolge über die Leitungen 9 und 10 an den Verstärker 14 gelangen kann. Nach Passieren des Wandlers 15 und an sich bekannte Verarbeitung im Gerät 16 kann dann auf dem Bildschirm 27 des Monitors 26 das Durchleuchtungsbild des Patienten 3 erscheinen. Die im Gerät 16 angedeutete, Bildbearbeitungs- und Fernseheinrichtung kann in an sich bekannter Weise, wie etwa in "Röntgenpraxis" 6 (1981), Seiten 239 bis 246 beschrieben, in digitaler Röntgentechnik ausgebildet sein, so daß zusätzlich Veränderungen von Helligkeit, Kontrast etc. des Röntgenbildes möglich werden.

In der Schichtanordnung 4 ist an der Grenzfläche zusätzlich eine elektrisch isolierende Schicht 29 zwischen der RHL-Schicht 6 und der LHL-Schicht 7 angeordnet. Dadurch baut sich das Ladungsbild w(xy) an der Grenzfläche 28 zwischen den Schichten 6 und 7 auf.

Dieses Ladungsbild wird beim Auslesen mittels des Strahls 18 durch ein sich dabei bildendes Ladungsbild -w(xy) kompensiert. Nach dem Auslesen werden durch Lichtflutung beider Halbleiterschichten 6 und 7 die Ladungsbilder w(xy) und -w(xy) gelöscht. Da das Signal-zu-Rausch-Verhältnis beim Auslesen des Ladungsbildes von der Kapazität der Signalelektrode 8 abhängt, ist es oft zweckmäßig, diese etwa in Streifen zu unterteilen.

4 Fa- L(!Ii lalls"pi'uehe"

Claims

• ·« »β O

VPA 81 P 5128 DE

Patentansprüche

Q), Röntggnbildwandlungseinrichtung mit einer Kombination,, di@ aus einer an einer rö'ntgendurchlässigen Elektrode liegenden Röntgenfotoleitschicht und einer Isolierschicht besteht, wobei die elektrisch isolierende Schicht aus einem bei Einwirkung von Licht leitfähig werdendem Stoff besteht und daß an ihrer Außenseite ©ine Elektrode anliegt-, die Licht durchläßt, d a -durch gekennzeichnet, daß zwischen der Röntgenhalbleiterschicht (FlHL) und der Lichthalbleiterschicht (LHL) eine elektrisch isolierende Schicht liegt.

2, Röntgenbildwandlungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der RHL aus .Selen (Se) oder Wismuth-Germaniumoxid (Bi^gGeOgQ) oder aus den Oxiden, Seleniden, Sulfiden, von Zink (Zn), Cadmium (Cd), Quecksilber (Hg), Wolfram (W)₉ Blei (Pb) und Antimon (Sb) ausgewählt ist, der LHL aus der Gruppe der organischen Halbleiter oder der Oxide, Selenide, Sulfide von Zink (Zn) und Arsen (As) sowie aus Silizium (Si) oder Galliumarsenid (GaAs) mit seiner bekannten Variationen ausgewählt ist und daß die Isolierschicht aus einer organischen Schicht, wie etwa Polyäthylen, Mylar und Polyimid, hergestellt ist.

3« Röntgenbildwandlungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche₉ dadurch gekennzeichnet, daß die an der LHL-Schicht liegende Elektrode vielfach unterteilt ist.

4. Röntgenbildwandlungseinrichturig nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilung streifenförmig ist.