DE3503685A1 - Detector system for a computer tomograph - Google Patents
Detector system for a computer tomographInfo
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Abstract
Description
Detektorsystem für einen Computer-TomographenDetector system for a computer tomograph
Die Erfindung bezieht sich auf ein Detektorsystem für einen Computer-Tomographen, bei dem ionisierende Strahlen, insbesondere Röntgenstrahlen, den Körper in coplanaren Strahlenwegen durchsetzen und jedem Strahlenweg ein Szintillator, der im Bereich der Wellenlänge des violetten Lichtes, also etwa zwischen 380 und #80 nm, seine Emission hat und eine Photodiode als Detektor zugeordnet sind.The invention relates to a detector system for a computer tomograph, In the case of ionizing rays, especially X-rays, the body in coplanar Impose beam paths and each beam path has a scintillator in the area the wavelength of the violet light, i.e. between about 380 and # 80 nm Has emission and a photodiode is assigned as a detector.
Es sind Anordnungen zum Herstellen eines Körperschnittbildes bekannt, bei denen ein fächerförmiges Bündel ionisierender Strahlen die Bildelemente in der Körperschnittebene nacheinander in verschiedenen Richtungen durchsetzt. Dem Strahlenbündel ist eine Detektoranordnung mit einer Vielzahl von in der Körperschnittebene nebeneinander angeordneten Detektoren zugeordnet. Die Umsetzung der verschiedenen Einzelaufnahmen der Körperelemente und deren Zuordnung zu dem entsprechenden Bildelement des herzustellenden Körperschnittbildes erhält man mit Hilfe einer Elektronik, die einen Computer enthält. Solche Anordnungen sind bekannt unter der Bezeichnung Computer-Tomographen.There are known arrangements for producing a body cross-sectional image, in which a fan-shaped beam of ionizing rays forms the picture elements in the Body intersection plane interspersed successively in different directions. The bundle of rays is a detector arrangement with a multiplicity of side-by-side in the plane of the body section arranged detectors assigned. The implementation of the various individual recordings the body elements and their assignment to the corresponding picture element of the one to be produced A cross-sectional image of the body is obtained with the help of electronics that contain a computer. Such arrangements are known as computer tomographs.
Das Detektorsystem enthält mehrere 100, insbesondere mehr als 1000, Detektoren, denen die durch den menschlichen Körper geschwächte ionisierende Strahlung, insbesondere Röntgen- oder ?~:#Gammastrahlung, zugeführt wird. Die Detektoranordnung muß nun diese durch die einzelnen Körperelemente unterschiedlich geschwächte Strahlung umwandeln in entsprechende elektrische Signale.The detector system contains several 100, in particular more than 1000, Detectors, which the ionizing radiation weakened by the human body, especially X-ray or? ~: #gamma radiation, is supplied. The detector arrangement must now go through the individual body elements different convert weakened radiation into corresponding electrical signals.
Es ist bekannt, daß für einen Computer-Tomographen eine Szintillator-Photodiodenkombination geeignet ist, deren Szintillator aus Cäsiumjodid besteht, das auch mit Thallium aktiviert sein kann. Dem Szintillator ist eine Photodiode mit einem Halbleiterkörper zugeordnet, der einen pn-Übergang enthält und aus Silizium bestehen kann (DE-OS 26 30 961).It is known that a scintillator-photodiode combination for a computer tomograph is suitable whose scintillator consists of cesium iodide, which is also with thallium can be activated. The scintillator is a photodiode with a semiconductor body assigned, which contains a pn junction and can consist of silicon (DE-OS 26 30 961).
Ferner kann für den Computer-Tomographen ein Szintillator aus Cadmium-Wolframat CdWo4 verwendet werden, der unter der Wirkung ionisierender Strahlen, insbesondere Röntgenstrahlen, Licht mit einer Wellenlänge von etwa 530 nm und somit Gelbgrünlicht abgibt. Für diesen Szintillator kann ebenfalls eine Photodiode aus Silizium mit einem pn-Übergang oder auch aus Galliumarsenid GaAs verwendet werden. Zur Kopplung zwischen den Szintillatoren und den zugeordneten Detektoren sind Lichtleiter vorgesehen (US-Patent 4 220 860).Furthermore, a scintillator made of cadmium tungstate can be used for the computer tomograph CdWo4 used under the action of ionizing rays, in particular X-rays, light with a wavelength of around 530 nm and thus yellow-green light gives away. A silicon photodiode can also be used for this scintillator a pn junction or made of gallium arsenide GaAs can be used. For coupling Light guides are provided between the scintillators and the associated detectors (U.S. Patent 4,220,860).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Detektoranordnung der eingangs genannten Art zu verbessern, insbesondere soll die Empfindlichkeit der D#etektoranordnung erhöht werden.The invention is now based on the object of a detector arrangement to improve the type mentioned, in particular, the sensitivity the detector arrangement can be increased.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Detektormaterialien mit einem sehr geringen Sperrstrom verfügbar sind und sie besteht darin, daß als Detektor eine Photodiode aus einkristallinem Galliumphospid GaP oder Siliziumkarbid SiC vorgesehen ist. Diese Materialien haben einen sehr geringen Sperrstrom, insbesondere ist der Sperrstrom von Galliumphosphid etwa 3 Zehnerpotenzen niedriger als derjenige von Silizium. Ferner erhält man im Violett-Blaubereich damit etwa den doppelten Quantenwirkungsgrad. In der Photodiode wird das Licht des Szintillators umgewandelt in ein entsprechendes elektrisches Signal, das über Vorverstärker und gegebenenfalls einen Multiplexer dem Bildprozessor zugeführt wird und nach der Umwandlung in analoge Signale auf einem Bildschirm sichtbar gemacht werden kann.The invention is based on the knowledge that detector materials with a very low reverse current are available and it consists in that as a detector a photodiode made of monocrystalline gallium spid GaP or silicon carbide SiC is provided is. These materials have a very low reverse current, in particular that is Reverse current of gallium phosphide about 3 powers of ten lower than that of silicon. In addition, you get about in the violet-blue area double the quantum efficiency. The light from the scintillator is in the photodiode converted into a corresponding electrical signal that is transmitted via preamplifier and optionally a multiplexer is fed to the image processor and after the conversion can be visualized in analog signals on a screen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Detektorsystems nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. Figur 2 zeigt die Zuordnung des Detektors jeweils zu einem der Szintillatoren in einer verdeutlichten Darstellung.To further explain the invention, reference is made to the drawing taken, in which Figure 1 shows an embodiment of a detector system according to the Invention is illustrated schematically. Figure 2 shows the assignment of the detector each to one of the scintillators in a clarified representation.
In der Ausführungsform eines Computer-Tomographen nach Figur 1 durchsetzt ein fächerförmiges Bündel ionisierender Strahlen 2, vorzugsweise -t-Strahlen, insbesondere Röntgenstrahlen, als Aufnahmeobjekt einen menschlichen Körper 6, der auf einer Platte 8 liegt. Ein Detektorsystem 10 enthält Detektoren 12, deren Länge in der Ebene der fächerförmigen Strahlen 2 wenige mm, beispielsweise etwa 2 bis 5 mm, und deren Höhe ebenfalls nur wenige mm, vorzugsweise etwa 1 bis 2 mm, betragen kann und deren Dicke in Richtung der Strahlen 2 nur wenige zehntel mm beträgt, und 0,5 mm nicht wesentlich überschreitet und vorzugsweise höchstens 0,2, insbesondere höchstens 0,1 mm, beträgt. Den Detektoren 12 ist jeweils ein Szintillator 14 mit einer Dicke in Richtung der Strahlen 2 von wenigen mm, beispielsweise 5 mm, zugeordnet, der seine Emission im Bereich der Wellenlänge des violetten oder blauen Lichts hat und beispielsweise aus natriumdotiertem Caesiumjodid CsJ:Na oder Kalziumwolframat CaW04 sowie aus europium-aktiviertem Barium- Fluorid-Chlorid BaFCl:Eu bestehen kann. Die Szintillator-Detektorkombinationen sind in der Körperschnittebene mit wenigstens annähernd gleichem Abstand zu einer Strahlungsquelle 4 nebeneinander angeordnet. Das Detektorsystem 10 kann vorzugsweise mehrere 100, insbesondere mehr als 1000, Detektoren 12 enthalten, von denen zur Vereinfachung in der Figur lediglich acht Detektoren dargestellt sind.Interspersed in the embodiment of a computer tomograph according to FIG. 1 a fan-shaped bundle of ionizing rays 2, preferably -t rays, in particular X-rays, as the object to be recorded, a human body 6, which is on a plate 8 lies. A detector system 10 includes detectors 12, the length of which in the plane of the fan-shaped rays 2 a few mm, for example about 2 to 5 mm, and their height likewise only a few mm, preferably about 1 to 2 mm, and its thickness in the direction of the rays 2 is only a few tenths of a mm, and 0.5 mm is not essential and preferably at most 0.2, in particular at most 0.1 mm. The detectors 12 are each a scintillator 14 with a thickness in the direction of Rays 2 of a few mm, for example 5 mm, assigned to its emission in Has the range of wavelengths of violet or blue light and for example from sodium-doped cesium iodide CsJ: Na or calcium tungstate CaW04 as well as from europium-activated Barium- Fluoride chloride BaFCl: Eu can exist. The scintillator-detector combinations are in the body section plane with at least approximately the same distance to one Radiation source 4 arranged side by side. The detector system 10 can preferably contain several 100, in particular more than 1000, detectors 12, of which for Simplification in the figure only eight detectors are shown.
In der Ausführungsform nach Figur 2 sind die freien Flachseiten der Szintillatoren 14 der ankommenden Röntgenstrahlung ausgesetzt, die in der Figur durch mit X bezeichnete Pfeile angedeutet ist. In einem geringen Abstand, der vorzugsweise weniger als 100 ijm beträgt, ist hinter den Szintillatoren 14 jeweils einer der Detektoren 12 angeordnet, die vorzugsweise aus Galliumphosphid GaP bestehen. Die Detektoren 12 sind an ihrer dem Szintillator 14 zugewandten Oberfläche mit einem pn-Übergang versehen, der in bekannter Weise durch Eindiffundieren eines geeigneten Dotierungsstoffes oder auch durch Ionenimplantation hergestellt wird und der eine aktive Zone bildet, deren Dicke im allgemeinen 1 Fm nicht wesentlich überschreitet. Die Detektoren sind an ihrer oberen Flachseite jeweils mit einer metallischen Elektrode versehen, die vorzugsweise aus Gold Au bestehen können und auf ein gemeinsames Potential gelegt sind, das beispielsweise Erdpotential sein kann. An ihrer unteren Flachseite sind die Detektoren 12 ebenfalls jeweils mit einer metallischen Elektrode 18 versehen, die aus Aluminium bestehen können und mit Hilfe eines in der Figur nicht näher bezeichneten Anschlußleiters an eine in der Figur nicht dargestellte Versorgungsspannung angeschlossen sind. Das an den Detektoren 12 abgenommene Signal wird jeweils über einen Vorverstärker 22 sowie einen nicht dargestellten Multi- plexer einem Computer zugeführt, der in bekannter Weise als Bildaufbaurechner (image processor) ausgeführt ist.In the embodiment of Figure 2, the free flat sides are the Scintillators 14 exposed to the incoming X-rays, shown in the figure is indicated by arrows labeled X. At a short distance, which is preferably is less than 100 .mu.m, behind each of the scintillators 14 is one of the Arranged detectors 12, which preferably consist of gallium phosphide GaP. the Detectors 12 are on their scintillator 14 facing surface with a pn junction provided in a known manner by diffusing in a suitable Dopant or is produced by ion implantation and the one forms an active zone, the thickness of which generally does not significantly exceed 1 μm. The detectors have a metallic electrode on their upper flat side provided, which can preferably consist of gold Au and at a common potential are placed, which can be, for example, ground potential. On its lower flat side the detectors 12 are also each provided with a metallic electrode 18, which can consist of aluminum and with the help of one not designated in the figure Connection conductor connected to a supply voltage not shown in the figure are. The signal picked up at the detectors 12 is in each case via a preamplifier 22 and a multi- plexer a computer supplied, which is executed in a known manner as an image processing computer (image processor) is.
Die Szintillatoren und Detektoren sind jeweils in einem sehr geringen Abstand a, der vorzugsweise nur wenige #m betragen kann und im allgemeinen 100 #m nicht wesentlich überschreitet, in ihrer Längsrichtung hintereinander angeordnet. Die Röntgenstrahlen X werden in den Szintillatoren 14 umgewandelt in Lichtsignale, die von den Detektoren 12 wiederum in entsprechende elektrische Signale umgewandelt und über die Vorverstärker 22 zur Elektronik übertragen werden.The scintillators and detectors are each at a very low level Distance a, which can preferably be only a few #m and generally 100 #m does not significantly exceed, arranged one behind the other in their longitudinal direction. The X-rays X are converted in the scintillators 14 into light signals, which are in turn converted by the detectors 12 into corresponding electrical signals and transmitted via the preamplifier 22 to the electronics.
1 Patentanspruch 1 Figur1 claim 1 figure
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Cited By (1)
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1985
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| DE10021367A1 (en) * | 2000-05-02 | 2001-11-15 | Siemens Ag | Detector for computed tomography |
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