DE3205747A1

DE3205747A1 - Reflexionshohlraumszintillationsdetektor und dafuer vorgesehenes einheitszellenelement

Info

Publication number: DE3205747A1
Application number: DE19823205747
Authority: DE
Inventors: Ralph Charles 53222 Milwaukee Wis. Ehlert; David Michael 53151 New Berlin Wis. Hoffman; Neil William 53150 Muskego Wis. Loomis; Peter Stephen 53005 Brookfield Wis. Shelley
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1981-02-23
Filing date: 1982-02-18
Publication date: 1982-09-16
Also published as: NL186473C; NL8200714A; JPS57153288A; NL186473B; IL64718A0; US4417144A; JPH0565833B2; DE3205747C2

Description

Reflexionshohlraumszintillationsdetektor und dafür vorgesehenes Einheitszellenelement

Die Erfindung bezieht sich auf Röntgenstrahlendetektoren (Vorrichtungen zum Umwandeln von einfallenden Röntgenphotonen in ein meßbares elektrisches Signal) und betrifft insbesondere einen sogenannten Röntgenstrahlenfestkörperdetektor.

Detektoren dieser Art sind von Bedeutung in CT (Computer-Tomographie) -Scannern oder -Abtastern. Im Gegensatz zu den ersten einfachen Abtastern/ bei denen nur eine sehr kleine Anzahl (etwa 30) Detektoren benutzt worden sind, enthalten moderne Abtaster hunderte von Detektorzellen, und es wird versucht, sie so eng wie praktisch möglich unterzubringen, um die räumliche Auflösung zu vergrößern, und sie so wirksam wie praktisch möglich zu machen, um die Kontrastauflösung zu steigern.

Ein erfolgreicher CT-Detektor ist in den US-PSen 4 031 396, 4 119 853 und 4 161 655 beschrieben. Bei diesem Detektortyp wird Xenongas unter hohem Druck benutzt und er arbeitet nach dem Prinzip des Erfassens von Röntgenstrahlen durch deren proportionale Ionisierung des Xenongases. Die Ionisationsladung in dem Xenongas wird in einem elektrischen Feld gesammelt, das durch in gegenseitigem Abstand angeordnete, parallele Wolframplatten aufgebaut wird, und die gesammelte Ladung ist proportional zu der Anzahl von in dem Gas absorbierten Röntgenstrahlen.

Hochdruckxenondetektoren dieses Typs werden zwar mit beträchtlichem Erfolg eingesetzt, gewisse Verbesserungen wären jedoch auf dem Computertomographiegebiet von weiterem Vorteil. Eine Verbesserung des Quantennachweis- oder -erfassungswirkungsgrades, der typischerweise etwa 35% beträgt, würde eine größere Kontrastauflösung oder eine geringere Dosis oder beides gestatten. Aufgrund der durch eine hohe Spannung aufgebauten elektrischen Felder innerhalb des Xenondetektors können Mikrophonie- oder Klingneigungseffekte (induzierte Plattenbewegungseffekte) zu einem Problem werden, das einen starren Aufbau und eine Schwingungsisolierung erforderlich macht. Die Linearität, d.h. die Übereinstimmung der Empfindlichkeit von Zelle zu Zelle, macht sehr sorgfältige Vorauswahlprüfprozeduren für die Komponenten erforderlich. Aufgrund der Tatsache, daß das System erst als ein Röntgenstrahlendetektor arbeiten wird, wenn es mit Gas gefüllt ist, kann die Gleichmäßigkeit erst endgültig bestimmt werden, nachdem die Zelle vollständig zusammengebaut worden ist. Ein Zustand, der außerhalb der Spezifikation liegt, erfordert ein vollständiges Zerlegen und Nacharbeiten.

Die vorgenannten Probleme sind zwar bei der Herstellung eines praktischen Xenondetektors nicht unüberwindbar, die Anwendung der Festkörpertechnik kann jedoch viele der Konsequenzen vermeiden helfen.

Zu den Festkörperdetektoren/ die bislang vorgeschlagen worden sind, gehört die in der US-PS 4 187 427 beschriebene Reflexionshohlraumzelle. Das Innere jeder Zelle wird hochreflektierend gemacht, um optische Verluste bei der übertragung von Licht aus dem Szintillationskristall zu den an den Enden der Zelle angeordneten Photodetektordioden zu minimieren. Diese Patentschrift schlägt vor, die Abfühldioden ausserhalb der Zelle anzubringen (um sie vor einfallender Strahlung zu schützen), erzeugt aber die Möglichkeit einer Lichtstreuung zwischen den Zellen, durch die sich Einstreuungsoder Nebensprechprobleme ergeben. Darüber hinaus müssen die Dioden sorgfältig in einer Linie mit ihren zugeordneten Zellen während des Zusammenbauvorganges angeordnet werden, was erfordert, daß der Zusammenbauer einen hohen Grad an Sorgfalt aufwendet. Schließlich werden die Abfühldiode und ihr Szintillationskristall erst während des Zusammenbauvorganges zusammengefügt und können voneinander getrennt werden, indem ein aber nicht alle diese Elemente ersetzt oder umpositioniert werden.

Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Reflexionshohlraumzelle zu schaffen, die die Möglichkeit einer Einstreuung zwischen den Zellen minimiert und gleichzeitig den Zusammenbauvorgang erleichtert.

Es sollen demgemäß die kritischen Toleranzen minimiert werden, die bei dem endgültigen Zusammenbau von Detektorzellen zu einer Refexionshohlraummatrix beachtet werden müssen.

Außerdem soll eine Einheitszelle geschaffen werden, die vor dem Zusammenbau vorgetestet werden kann, so daß die Kenndaten von mehreren Zellen vor dem Zusammenbau vorangepaßt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer

Ausführungsform einer Detektorbaugruppe nach der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Teilschnittan

sicht nach der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer

Einzelelementeinheitszelle,

Fig. 4 eine Schnittansicht nach der Linie 4-4

von Fig. 1 und

Fig. 5 eine Ansicht nach der Linie 5-5 von

Fig. 4, die mehrere Einheitszellen in einer Detektorbaugruppe zeigt.

Die Erfindung wird zwar in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, es ist jedoch nicht beabsichtigt, sie auf diese Ausführungsform zu beschränken. Im Gegenteil, die Erfindung soll sämtliche Alternativen, Modifizierungen und Äquivalente umfassen.

Fig. 1 zeigt eine Detektorbaugruppe des Typs, der zur Verwendung in einem Dreh/Dreh-CT-Abtaster besonders geeignet ist. Der Detektor hat ein Gehäuse 20 von gekrümmter Form, das zwei Endteile 21, 22, eine Rückwand 23 und ein vorderes Fenster 24 aufweist, die einen Raum umschließen, der mehrere Detektorzellen enthält. Wenn die Detektormatrix 20 in einem CT-Abtaster angeordnet ist, befindet sie sich gegenüber einer Röntgenstrahlungsquelle, wobei sich der Brennfleck der

Quelle im Mittelpunkt des Detektorbogens befindet. Die Röntgenstrahlungsquelle und der Detektor sind in bezug aufeinander so befestigt, daß ein fächerförmiges Bündel von durch die Quelle erzeugter Strahlung auf das Detektorfenster 24 fällt, um mehrere elektrische Signale zu erzeugen, und zwar eines durch jede Zelle innerhalb der Detektorbaugruppe. Die Quelle-Detektor-Baugruppe wird um eine Patientenöffnung gedreht, um eine große Anzahl von Röntgenablesungen zu erzeugen, die zu dem Rekonstruktionscomputer gesendet werden, der das CT-BiId errechnet.

Gemäß Fig. 2 sind die Endteile 21, 22 des Gehäuses 20 jeweils eine zusammengesetzte Baugruppe, die mehrere Nuten oder Schlitze 26 zum Aufnehmen der unten beschriebenen Einheitszellenbaugruppe hat. Die Schlitze 26 sind in einer Linie mit der Röntgenstrahlungsquelle angeordnet, so daß, wenn die Einheitszellen eingebaut sind, mehrere Detektorzellen vorhanden sind, die die einfallende Strahlung in kleinen Inkrementen über dem Detektorbogen messen. Der Einfachheit halber und wegen der erwiesenen Zuverlässigkeit beim genauen Haltern von Wolframplatten in einem CT-Detektor, wird ein Präzisions-, abmessungsstabiles, maschinell bearbeitetes Keramiksubstrat, das in einer kommerziellen Ausführungsform des vorgenannten Xenondetektors benutzt wird (und in der eingangs erwähnten US-PS 4 119 853 beschrieben ist) bevorzugt für den Zweck verwendet, die einander gegenüberliegenden Einheitszellenbefestigungsschlitze zu schaffen. Zu diesem Zweck werden Abschnitte 30, 31 aus maschinell bearbeitbarer Glaskeramik, vorzugsweise aus "Macor" (Warenzeichen der Corning Glass Works für maschinell bearbeitbare Glaskeramik) durch spanabhebende Präzisionsbearbeitung mit mehreren Schlitzen 26 versehen, die die Zellenposition und den Abstand für jede der Zellen in der Detektormatrix festlegen. Zweckmäßig können die Abschnitte aus maschinell bearbeitbarer Glaskeramik als Bausteine mit Längen von 152,4 mm (6 inches) oder 177,8 mm

(7 inches) hergestellt werden, die dann Ende an Ende zusammengebaut werden. Die Abschnitte werden mit Befestigungssubstraten 32, 33 verbunden, die vorzugsweise aus Titan oder rostfreiem Stahl des Typs 430 bestehen, welche einen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, der dem der maschinell bearbeitbaren Glaskeramik eng angepaßt ist. Andere kompatible Materialien können bei Bedarf benutzt werden. Die so verbundenen ünterbaugruppen werden dann in dem Detektorkörper angeordnet, der gekrümmte Teile 34, 35, vorzugsweise aus Aluminium, aufweist, die in einem vorbestimmten Abstand durch Endteile 36, 37 (Fig. 1) miteinander verbunden sind. Die Baugruppe wird durch die Befestigung des hinteren Deckels 23 weiter versteift. Weil die Aluminiumteile einen Wärmeausdehnungskoeffizientenhaben, der von dem der Unterbaugruppen aus maschinell bearbeitbarer Glaskeramik und rostfreiem Stahl wesentlich verschieden ist, werden die zusammengesetzten Endteile 21, 22 mittels Einrichtungen zusammengebracht, die eine Relativbewegung zwischen diesen Elementen gestatten. Insbesondere ziehen Kopfschrauben 40, 41, die über Tellerfedern 42, 43 wirken und in Gewindelöcher 44, 45 in den Substraten aus rostfreiem Stahl eingeschraubt sind, die Substrate mit den verbundenen Platten aus maschinell bearbeitbarer Glaskeramik an die Aluminiumteile. Gemäß Fig. 4 wird ausreichendes Spiel zwischen dem Schaft der Kopfschrauben 40, 41 und den Aluminiumkörpern 34, 35 gelassen, das eine geringsfügige Relativbewegung gestattet, die durch eine Temperaturänderung verursacht werden könnte.

Gemäß der Erfindung ist in Kombination mit der bis hierher beschriebenen Präzisionsbefestigungsanordnung eine Einheitsdetektorzelle vorgesehen, die auf einem einzigen Substrat sämtliche Elemente hat, welche zum Umwandeln von einfallendem Röntgenfluß in ein meßbares elektrisches Signal erforderlich sind. Als ein spezielles Merkmal der Erfindung ist eine solche Einheitszelle in jeder Zellenposition in der Detektor-

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matrix leicht positionierbar und braucht nur befestigt und elektrisch angeschlossen zu werden, um ihre vorgesehene Funktion erfüllen zu können. Demgemäß besteht die so hergestellte Detektormatrix aus mehreren Zellen, die, je nach Bedarf, leicht gegeneinander vertauscht oder ausgetauscht werden können.

Fig. 3 zeigt eine Einheitsdetektorzelle 50 nach der Erfindung. Die Zelle ist auf einer Grundplatte 51 aus hochdichtem Material, wie Wolfram, die als Kollimator für die Zelle dient, gebildet. Mit der Fläche 52 der Platte 51 ist ein Szintillatorkörper 54 verbunden, der mit seiner Längsachse parallel zu dem vorderen Rand der Platte 51 angebracht ist. Röntgenstrahlung, die auf die Zelle fällt, wird durch den Szintillatorkörper 54 absorbiert, der Licht im Verhältnis zu der absorbierten Röntgenstrahlungsmenge erzeugt. Das gegenwärtig bevorzugte Szintillatormaterial ist Cadmiumwolframat, das eine sehr geringe Hysterese, ein sehr geringes Nachglimmen und eine hohe Gleichmäßigkeit in der Z-Achse aufweist. Andere.Szintillatormaterialien, wie mit Thallium aktiviertes Cäsiumjodid, können jedoch ebenfalls benutzt werden.

Zum Maximieren des Lichtsammeiwirkungsgrades innerhalb der Zelle wird die Wolframplatte 51 zuerst poliert und dann an der Oberfläche auf beiden Flächen 52, 53 mit einem hochreflektierenden Material überzogen. Gegenwärtig wird bevorzugt, eine dünne Schicht Silber durch Aufdampf- oder Zerstäubungsüberzugstechniken aufzubringen, auf die dann ein Schutzüberzug aus Magnesiumfluorid aufgebracht wird. Zum Wiederauf fangen von Licht, das sonst über die Rückseite der Zelle entweichen würde, ist an der Platte eine reflektierende Schiene 55 befestigt, die insgesamt parallel zu dem Szintillator 54 und zu dem hinteren Rand der Platte angeordnet ist. Die Schiene kann zwar aus Metall bestehen, bevorzugt wird

jedoch, Borsilikatglas zu verwenden, weil dessen Wärmeausdehnungskoeffizient dem von Wolfram sehr ähnlich ist, und auf die Fläche 56 eine reflektierende Aluminiumschicht aufzubringen.

Bei der Ausführung der Erfindung werden dem Szintillator 54 und den reflektierenden Elementen lichtempfindliche Einrichtungen zugeordnet, die hier als ein Paar PIN-Photodiodenbaugruppen 60, 61 dargestellt sind, welche in bezug auf die anderen Elemente präzise positioniert und mit der Platte 51 verbunden sind, um das Licht, das durch den Szintillator 54 auf den Empfang von Röntgenfluß hin erzeugt wird, in ein meßbares elektrisches Signal umzuwandeln. Vorzugsweise werden die Dioden in der photoelektrischen Betriebsart betrieben und der durch sie erzeugte Strom wird als ein Maß für den einfallenden Röntgenstrahlungsfluß abgefühlt. Die aktive Diodenabfühlflache, die mit 62 bezeichnet ist, bedeckt im wesentlichen das gesamte Ende der zugeordneten Reflexionszelle. Das aktive Diodenelement ist mit Hilfe von elektrisch leitendem Epoxidharz mit einem Substrat 63 verbunden, welches vorzugsweise ein Keramikmaterial ist, das einen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der dem der zugeordneten Wolframplatte 51 sehr nahe kommt. Das Keramiksubstrat kann auf relativ enge Toleranzen geformt und/oder maschinell bearbeitet werden, um eine ebene Befestigungsfläche zum genauen Positionieren der Diode auf ihrer Befestigungsplatte zu schaffen. Zwei Anschlußdrähte 64 verbinden das aktive Diodenelement mit einer Leiterbahn 65, die Befestigungsflecken 66 für die Befestigung von Drähten zum Verbinden der Einheitszelle mit der übrigen CT-Elektronik hat.

Zum Maximieren des Signalpegels werden die PIN-Photodioden 60, 61 in Paaren benutzt, und zwar eine an jedem Ende der Reflexionskammer. Das Betreiben der Dioden in der photoelektrischen Betriebart gestattet, die Signale zu summieren,

indem einfach die Dioden unter Verwendung eines Drahtleiters parallel geschaltet werden, so daß die Summe der Ströme, die durch die beiden Dioden erzeugt werden, der Abfühlelektronik des Abtasters zugeführt wird. Gemäß Fig. 4 verbindet ein gemeinsamer Signaldraht 67 die Signalpfade 65 der Dioden 60, 61 und verbindet diese mit einer Schaltungsplatte 69a am Eingang der Datenerfassungssystemunterbaugruppe. Ein gemeinsamer Rückleitungsdraht 68 ist mit einer leitenden Folie 69 jeder Diode verbunden, die mit dem Diodensubstrat über das oben erwähnte elektrisch leitende Epoxidharz in elektrischem Kontakt ist.

Es ist wichtig anzumerken, daß die Diodenbaugruppen 60, 61 auf der Wolframplatte mit Abstand von dem oberen und dem unteren Rand derselben angeordnet sind. Erstens ergibt das den Vorteil, daß Einstreueffekte, die sonst zwischen den Zellen bei über den Kollimatorplatten angeordneten Dioden und ausserhalb der Zellen auftreten könnten, wesentlich reduziert oder eliminiert werden. Ein weiterer Vorteil ist die genaue Zellenpositionierung, die erreicht wird, indem die Platte mit der oben erwähnten Präzisionsschlxtzanordnung kompatibel gemacht wird.

Fig. 5 zeigt mehrere Einheitszellen 50, die in einem Teil der Matrix von Fig. 1 nebeneinander angeordnet sind. Es ist zu erkennen, daß die ebenen Kollimatorplatten 51 in einander gegenüberliegende Schlitze 26 in den geschlitzten Verbundendteilen 21, 22 eng eingepaßt sind. Die Dioden 60, 61 befinden sich innerhalb der Zelle und sind vor Streulicht zwischen den Zellen durch die enge Einpassung der Platten 51 in die Schlitze 26 abgeschirmt. Die hintere reflektierende Schiene 55 verhindert einen wesentlichen Beleuchtungsverlust an der Rückseite der Zelle. In Kombination mit der vorderen Abdichtung, die im folgenden beschrieben ist, ist die Zelle ausreichend lichtdicht, so daß das Einstreuen in einer gros-

-it.

sen Matrix kein Problem ist.

Im Betrieb trifft der auf die Matrix von Fig. 5 einfallende Strahlungsfluß (in die Papierebene gerichtet) auf die Szintillatoren 54 auf. Die Absorption der Röntgenphotonen ..durch den Szintillator hebt die Atome in dem Szintillator in höhere Energiezustände, die anschließend auf niedrigere Energiezustände abfallen, was mit der Emission von Licht eines charakteristischen Wellenlängebereiches verbunden ist. Das Licht fällt entweder direkt auf die empfindlichen Flächen 62 der gegenüberliegenden Dioden 60, 61 oder wird auf diese reflektiert, und zwar durch die Fläche 52 des zugeordneten Detektors, die Fläche 53 des benachbarten Detektors, die reflektierende Fläche 56 des Endteils 55 oder irgendeine Kombination derselben, um die Dioden zu veranlassen,ein elektrisches Signal zu erzeugen, das der Erfassungselektronik des CT-Abtasters zugeführt wird, um eine Ablesung für diese besondere Zelle zu erzeugen.

Es ist wichtig anzumerken, daß gemäß der Darstellung in Fig. 5 jede Zelle praktisch in sich vollständig ist; das einzige Element, das der Zelle hinzugefügt werden muß, um diese zu vervollständigen (mit Ausnahme des weiter unten beschriebenen vorderen Fensters), ist die reflektierende Wand, die durch die benachbarte Zelle gebildet wird. Da diese Fläche von Zelle zu Zelle ziemlich konstant ist, kann die hier beschriebene Einheitszelle leicht in einer Vorrichtung getestet werden, um ihre Kenndaten nach der Herstellung und vor dem Einbau in eine Matrix vorherzubestimmen. Demgemäß ist es nun möglich, Zellen nach den tatsächlich gemessenen Kenndaten zu klassifizieren und Zellen mit gleichen Kenndaten für den späteren benachbarten Einbau zusammenzufassen. Schließlich kann die Einheitszelle durch Präzisionsaufnahmeund-Einsetzmaschinen zusammengebaut werden, um den Menschen als Irrtumsfaktor auszuschließen und um die Zellenkomponenten in bezug aufeinander genau und wiederholbar anzuordnen.

Die Möglichkeit, entweder die Zellen einer Vorauswahlprüfung zu unterziehen, um übereinstimmende Kenndaten zu finden, oder Zellen innerhalb einer Matrix in Anhängigkeit von der Matrixleistung auszutauschen, ist besonders wichtig, wenn bedacht wird, daß jede Zelle so wie ihre Nachbarn ansprechen soll, daß aber einige Zellen für das rekonstruierte Bild wichtiger sind als andere. Die wichtigste Zelle in der gesamten Matrix ist diejenige in der Mitte, da sie die Strahlen abfühlt, die genau durch die Mitte des Objekts gehen, und so an der Rekonstruktion jedes Bildelements beteiligt ist. Die Zellen mit der geringsten Bedeutung sind diejenigen an den Rändern der Matrix, die Strahlen abfühlen, welche nur durch die Randteile des Körper hindurchgehen. Es hat sich gezeigt, daß das Optimieren ungefähr der mittleren 50 Zellen mit Bezug auf Linearität und Leistung am wichtigsten ist und daß die übrigen Zellen außerhalb davon zwar wichtig sind, aber nicht dieselbe Beachtung wie die mittleren 50 Zellen erfordern. Da die hier beschriebene und beanspruchte Einheitszelle es nun möglich macht, die Zellen einer Vorauswahlprüfung zu unterziehen, um genau übereinstimmende Kenndaten zu finden (oder um eine Matrix zu bauen, diese zu testen und dann Zellen untereinander auszutauschen) , können somit die in der Mitte befindlichen 50 Zellen im größtmöglichen Ausmaß einander angepaßt werden, so daß sich noch genauere Rekonstruktionen ergeben.

Die Einheitszellen können zwar in der Detektormatrix auf verschiedenerlei Weise befestigt werden, beispielsweise durch die Epoxidharzverklebung, die bei dem eingangs erwähnten Xenondetektor angewandt wird, oder durch verschiedene andere mechanische Einrichtungen, bevorzugt wird jedoch die Verwendung der elastischen Befestigungstechnik, die in einer gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung der Anmelderin (Anwaltszeichen 8835-15-CT-1953) beschrieben und beansprucht ist, für die die Priorität der US-Patentanmeldung, Serial No. 236 804, in An-

spruch genommen worden ist. Diese Anmeldung beschreibt ein Detektorfenster, das die Funktionen erfüllt, den Eintritt von Licht in die Zellen zu verhindern, die in dem vorderen Fenster absorbierte Strahlung zu minimieren, eine Einstreuung an dem vorderen Rand der Platte zwischen den Zellen zu verhindern und, in einer Ausführungsform, das Reflexionsvermögen der Zelle zu steigern. Einem vorderen Fenster dieser Art sind elastische Einrichtungen zugeordnet, um mehrere Platten gegen einen vorderen Anschlag und in Kontakt mit dem vorderen Fenster zu drücken, damit die Platten fest, aber elastisch gehaltert werden und eine Lichtabdichtung am vorderen Rand geschaffen wird.

Die Fig. 2 und 4 zeigen ein Paar vordere Anschlagteile 70, 71, die dem geschlitzten Teil der Endteile 21, 22 zugeordnet sind. Die Anschlagteile haben eine gekrümmte Form und können zur thermischen Anpassung an den geschlitzten Halter aus Titan oder rostfreiem Stahl des Typs 430 bestehen, ebenso wie die Grundplatten 32, 33. Vorzugsweise werden die Teile 70, 71 mit den Elementen 30, 31 aus maschinell bearbeitbarer Glaskeramik verbunden, um eine gekrümmte Plattenbezugsposition für jede Platte in der Baugruppe festzulegen.

Zum Verschließen der Matrix vor dem Eintritt von äußerem Licht unter gleichzeitiger Minimierung der Absorption von Röntgenstrahlungsfluß ist das vordere Fenster 24 mittels eines Graphitfensterelements 73 verschlossen. Vorzugsweise besteht das Fenster aus einem nichtmetallischen Träger, der aus drei oder mehr als drei Schichten aus Graphitfasern aufgebaut ist, wobei jede Schicht als Gewebe ausgebildet ist und durch Epoxidharz zusammengehalten wird. Die Epoxidharzzusammensetzung wird optimiert, um eine gute thermische Anpassung an die Elemente aus Wolfram und maschinell bearbeitbarer Glaskeramik in der Zelle zu schaffen. Vorzugsweise sind Dichtungsstreifen 74, 75 zwischen Rippen 76, 77 der Aluminiumendteile und des Graphitfensters angeordnet. Die

Rippen 76, 77 bilden außerdem geeignete Flächen zum Befestigen von Abschirmungen 78, 79 aus Blei, die das Fenster 24 begrenzen und die PIN-Photodioden 60, 61 vor direktem Empfang von Röntgenstrahlung schützen.

An der Innenfläche des Graphitfensters 73 ist ein langgestreckter elastischer Streifen 80 befestigt, der so bemessen ist/ daß er zwischen die Anschlagteile 70, 71 paßt und im nichtzusammengedrückten Zustand etwas über die durch die Anschläge festgelegte Plattenbezugsposition hinaus in die Zelle vorsteht. Es ist demgemäß klar, daß das Einführen einer Platte in ihre zugeordneten Schlitze und das Vorschieben der Platte gegen die Anschläge zu einer geringfügigen Zusammendrückung des elastischen Streifens 80 führt, wodurch eine Lichtabdichtung zwischen benachbarten Zellen geschaffen wird. Es ist vorzuziehen, auf der Innenfläche 81 des elastischen Materials 80 eine Einrichtung vorzusehen, die das Licht zurück in die Zelle reflektiert, um den Lichtsammeiwirkungsgrad weiter zu verbessern. Um das zu erreichen, wird ein reflektierender Streifen 82 aus Polyterephthalsäure-glykolester (Handelsname Mylar) auf der Fläche 81 des elastischen Materials 80 so befestigt, daß die reflektierende Oberflache in die Zelle gewandt ist.

Gemäß der Beschreibung in der oben erwähnten gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung sind mit den oben beschriebenen Fensterelementen zusammenwirkende elastische Einrichtungen vorgesehen, um mehrere Einheitszellen in das vordere Fenster zu drücken, damit sowohl jede Zelle genau positioniert als auch die erwünschte Lichtabdichtung erzeugt wird. Zu diesem Zweck sind zwei elastische Verriegelungsteile 90, 91 vorgesehen, vorzugsweise Neoprenkautschuk mit einer Härte von etwa 50. Diese Kautschuk- oder Gummielemente haben vorzugsweise eine Länge in der Größenordnung von 25 oder 50 mm (1 oder 2 inches), so daß sie einer begrenzten Anzahl von Zellen zugeordnet sind. Jedes Element hat einen Hauptschenkel 92 zum Berühren der geschlitzten Elemente 30,

31 aus maschinell bearbeitbarer Glaskeramik und einen kleinen Schenkel 93 zum gleichzeitigen Berühren einer Ecke der Platte 50. Ein unelastisches Teil, wie die Platte 95, die dieselbe Länge wie die elastische Befestigung 90 hat, ist an der hinteren Innenfläche des Aluminiumgehäuses mittels Schrauben 96 befestigt, wodurch der Hauptschenkel 92 den Träger aus maschinell bearbeitbarer Glaskeramik berührt und der kleine Schenkel 93 durch Kontakt mit dem Rand der Platte etwas verformt wird und dadurch die Platte zwangsläufig in ihre Plattenbezugsposition gedrückt und in dieser gehalten wird, wobei ihr vorderer Rand an den Anschlägen 70, 71 anliegt und der gesamte vordere Rand in den reflektierenden Mylarstreifen 82 gedrückt wird und so eine wirksame Lichtabdichtung erzeugt wird.

Bei dem Fertigungsvorgang (oder bei einem Austausch im Feld, falls erforderlich) gibt es keine kritischen Toleranzen, die der Arbeiter zu beachten hat, wenn er Zellen einfügt oder untereinander austauscht. Die kritischen Toleranzen werden durch eine Aufspannvorrichtung in der Fabrik erzielt, wenn die Diode, der Szintillator und andere Elemente auf der Platte angeordnet werden. Wenn eine Platte einzuführen ist, braucht sie nur in ihren Schlitz geschoben und in ihrer Lage verriegelt zu werden. Wenn die bevorzugte elastische Befestigung benutzt wird, drückt diese die bewußte Platte und ihre Nachbarn in die Bezugsposition und erzeugt gleichzeitig eine Lichtabdichtung. Wenn eine Zelle im Feld ausgewechselt werden soll, braucht der Servicetechniker nur die Platten 95 für die bewußte Zelle zu entfernen, die elastischen Befestigungen 90 für die bewußte Zelle herauszuheben, die beiden Drähte von der Datenerfassungssystemverbindungsplatte 69a für die bewußte Zelle abzulöten und dann die Zelle aus ihrer Befestigung herauszuziehen. Eine neue Zelle wird eingesetzt, indem die Arbeitsfolge einfach umgekehrt wird, wobei der Servicetechniker keine kritischen Toleranzen zu beachten hat, da diese automatisch erzielt werden, wenn die Zelle wieder verriegelt wird.

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Claims

Reflexionshohlraumsζintillationsdetektor und dafür vorgesehenes Einheitszellenelement

Ansprüche

HJ. Reflexionshohlraumszintillationsdetektor für einen CT-Abtaster, gekennzeichnet durch zwei gegenüberliegende Detektorendteile (21, 22), die mehrere Schlitze (26) aufweisen, welche in einer Linie angeordnet sind, damit ein fächerförmiges Strahlungsbündel aus einer Röntgenstrahlungsquelle in dem Abtaster aufgefangen werden kann, durch mehrere ebene Kollimatorplatten (51), die so bemessen sind, daß sie in einander gegenüberliegenden Schlitzen in den Endteilen einen Festsitz aufweisen, um mehrere Detektorzellen zu bilden, durch Einrichtungen, die die Kollimatorplatten auf beiden Seiten (52, 53) reflektierend machen, durch einen Szintillatorkörper (54) und durch wenigstens einen lichtempfindlichen Halbleiter (60, 61)/ die an jeder Platte (51) befestigt sind, wodurch jede Zelle mit Einrichtungen versehen ist zum Umwandeln von einfallender Röntgenstrahlung in ein elektrisches Signal, wobei die letztgenannten Einrichtungen auf der jeder Zelle zugeordneten Kollimatorplatte angebracht sind.
2. Einheitszellenelement für einen Mehrkanalszintillationsdetektor eines CT-Abtasters, wobei der Detektor von der Bauart ist, bei der mehrere Schlitze in einander gegenüberliegenden Endteilen vorgesehen sind, welche in einer Linie mit einer Röntgenstrahlungsquelle des Abtasters angeordnet sind, um aus dieser· ein fächerfömiges Röntgenstrahlenbündel aufzufangen, gekennzeichnet durch eine Kollimatorplatte (51), die so bemessen ist, daß sie verschiebbar, aber mit Festsitz in einander gegenüberliegenden Schlitzen in den Endteilen (21 , 22) aufgenommen wird, durch Einrichtungen, die beide Seiten (52, 53) der Kollimatorplatte reflektierend machen, durch einen Szintillatorkörper (54) , der dünner als der Zellenabstand ist, an der Kollimatorplatte (51) befestigt und so angeordnet ist, daß er einen Teil des fächerförmigen Strahlenbündels auffängt, wenn die Platte (51) in den Endteilen (52, 53) ist, und durch wenigstens einen lichtempfindlichen Halbleiter (60, 61), der dünner als der Zellenabstand ist, an der Kollimatorplatte (51) befestigt ist und außerhalb des fächerförmigen Strahlenbündels angeordnet ist, aber entgegengesetzte Ränder der Platte freiläßt, damit diese in die Schlitze (26) in den Endteilen (21, 22) einfassen können.
3. Reflexionshohlraumszintillationsdetektor für einen CT-Abtaster, mit mehreren reflektierenden Kollimatorplatten (51), die mehrere Detektorzellen begrenzen, und mit mehreren Szintillatorkörpern (54), die an den reflektierenden Kollimatorplatten angebracht sind, gekennzeichnet durch zwei gekrümmte, einander gegenüberliegende, geschlitzte Endteile (21, 22), die zwei Seiten einer Detektorkammer bilden, wobei die Schlitze (26) so bemessen sind, daß sie einander gegenüberliegende Ränder einer Kollimatorplatte (51) verschiebbar, abermit Pestsitz aufnehmen, und wobei die Schlitze so angeordnet sind, daß sie die zugeordnete Kollimatorplatte auf eine Röntgenstrahlungsquelle des CT-Abtasters ausrichten, um dadurch mehrere Detektorzellen zu bilden, und durch mehre-

re lichtempfindliche Halbleiter (60, 61), von denen jeder so bemessen ist, daß er kleiner als der Detektorzellenabstand ist, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, mittels welchen zwei der lichtempfindlichen Halbleiter an jeder Kollimatorplatte (51) so befestigt sind, daß entgegengesetzte Ränder der Kollimatorplatte zum Einfassen in die Schlitze (26) in den gekrümmten Wandteilen (21, 22) freibleiben, und wobei die lichtempfindlichen Halbleiter in der zugeordneten Zelle so angeordnet sind, daß sie eine Beleuchtung nur aus dem darin befindlichen Szintillatorkörper (54) empfangen.
4. Detektor bzw. Einheitszellenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtempfindliche Halbleiter (60, 61), ein Keramiksubstrat (63) aufweist, das so geformt ist, daß es eine ebene Befestigungsfläche für die Berührung mit der Kollimatorplatte (51) bildet, eine PIN-Photodiode und eine Einrichtung zum Verbinden der Photodiode mit dem Keramiksubstrat zum genauen Positionieren mit Bezug auf den Szintillatorkörper (54).
5. Detektor bzw. Einheitszellenelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei lichtempfindliche Halbleiter (60, 61) an jeder Kollimatorplatte (51) befestigt sind und daß Einrichtungen (67-69) vorgesehen sind, die jedes Paar lichtempfindlicher Halbleiter zum Summieren des durch diese erzeugten Stroms parallel schalten.
6. Detektor bzw. Einheitszellenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (73) zum Abschirmen der lichtempfindlichen Halbleiter (60, 61) von der Röntgenstrahlungsquelle.
7. Detektor bzw. Einheitszellenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kollimatorplatte (51) eine aufgedampfte Silberschicht und über dieser einen

Schutzüberzug aufweist.
8. Detektor bzw. Einheitszellenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kollimatorplatte (51) eine reflektierende Schiene (55) aufweist, die auf den Szintillatorkörper (54) ausgerichtet und diesem zugewandt ist und an der Kollimatorplatte befestigt ist, um das Entweichen von Licht zu verhindern.