DE4108768A1

DE4108768A1 - Radiation detector for imaging for medical diagnosis - is mfd. form solid state block of ceramic material on base of metal of high ordinal number

Info

Publication number: DE4108768A1
Application number: DE19914108768
Authority: DE
Inventors: Reiner F Dipl Phys Dr R Schulz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-03-18
Filing date: 1991-03-18
Publication date: 1992-09-24

Abstract

The metal base can be selected from Pb, Ba, Ta, Zn, Zr, W or Mo. The solid state block (2) can be mfd. from a metal oxide, metal zirconate, metal wolframite, metal selenate, metal titanite or metal silicate. Electrodes (4, 5) are installed on the latter for registering a change in resistance. The electrodes can be in the form of conductive layers connected to respective conductor paths (8, 9) of a carrier (7) for the solid state blood (5). A voltage can be applied to the electrodes so that a unit (6) can detect radiation by current flow or a change in the voltage. ADVANTAGE - High radiation absorption yet low depth of constriction.

Description

Es sind Strahlendetektoren bekannt, die als Festkörper ausge bildet, aus Halbleitermaterial hergestellt sind. Diese Strah lendetektoren werden eingesetzt, um aus der auf dem Festkörper auftreffenden Strahlung direkt elektrische Signale zu gewinnen, die in bezug zur auftreffenden Strahlung stehen. Insbesondere zur Detektion von hochenergetischer Strahlung müssen solche Festkörper-Strahlendetektoren eine große Bautiefe in Strah lungsrichtung aufweisen, da sie aufgrund einer relativ gerin gen Dichte nur geringe Strahlenabsorptionseigenschaft haben. Strahlendetektoren werden in der medizinischen Diagnostik eingesetzt, um aufgrund der, ein Objekt durchdringenden Strahlung, die auf dem Strahlendetektor auftrifft und somit ein elektrisches Signal erzeugt, ein Bild des durchstrahlten Objektes erstellen zu können.Radiation detectors are known which are solid forms, are made of semiconductor material. This beam Detectors are used to get out of on the solid incident radiation to directly obtain electrical signals that are related to the incident radiation. In particular For the detection of high-energy radiation, such Solid-state radiation detectors have a large depth in beam direction, because they are relatively small have only low radiation absorption properties due to density. Radiation detectors are used in medical diagnostics used to penetrate an object due to the Radiation that strikes the radiation detector and thus generates an electrical signal, an image of the radiated To be able to create an object.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Strahlendetektor als Festkörper so auszubilden, daß er eine hohe Strahlenabsorption bei in Strahlungsrichtung geringer Bautiefe aufweist.The object of the invention is to use a radiation detector Solid form so that it has a high radiation absorption with a shallow depth in the direction of radiation.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Strahlendetektor gelöst, der als Festkörper aus einem keramischen Material auf der Basis von Metallen mit hoher Ordnungszahl hergestellt ist. Ein solcher Strahlendetektor weist vorteilhaft eine hohe Strahlenabsorption bei geringer Bautiefe auf.The object is achieved by a radiation detector solved that as a solid made of a ceramic material is based on metals with a high atomic number. Such a radiation detector advantageously has a high one Radiation absorption at a shallow depth.

Sind an dem Festkörper Elektroden zur Erfassung einer Wider standsänderung vorgesehen, so kann vorteilhaft aufgrund der beim Auftreffen von Strahlung auf den Festkörper verursachten Widerstandsänderung ein elektrisches Signal erzeugt werden, welches von der auftreffenden Strahlung abhängt. Are electrodes on the solid body for detecting a contra change in position provided, can be advantageous due to the when radiation hits the solid Change in resistance an electrical signal can be generated which depends on the incident radiation.

Vorzugsweise ist der Festkörper als Platte an gegen über liegenden Seiten mit einer elektrisch leitenden Schicht ver sehen, wobei eine erste elektrisch leitende Schicht mit einer ersten Leiterbahn eines Trägers des Festkörpers und wobei eine zweite leitende Schicht mit einer zweiten Leiterbahn des Trä gers verbunden ist. Es ergibt sich somit ein einfacher Aufbau des Strahlendetektors, der kostengünstig herstellbar ist.The solid is preferably a plate on opposite lying sides with an electrically conductive layer see, wherein a first electrically conductive layer with a first conductor track of a carrier of the solid body and wherein one second conductive layer with a second conductor track of the carrier gers is connected. This results in a simple structure the radiation detector, which is inexpensive to manufacture.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.Further advantages and details of the invention emerge from the following description of an embodiment based on the drawing in conjunction with the subclaims.

In der Figur ist ein Strahlendetektor 1 als Ausführungsbei spiel gezeigt, der drei Festkörper 2 aus einem keramischen Material auf der Basis von Metallen mit hoher Ordnungszahl aufweist. Das Metall kann Ph, Ba, Ta, Zn, Zr, W oder Mo sein. Metalloxide, Metallzirkonate, Metallwolframate, Metallseleni de, Metalltitanate oder Metallsilicate können hierbei bevor zugt Anwendung finden. Diese erfindungsgemäßen Festkörper 2 haben aufgrund ihrer großen Elektronendichte eine hohe Strah lenabsorption bei geringer Bautiefe, die hier mit dem Bezugs zeichen 3 gekennzeichnet ist. Trifft die nachzuweisende Strah lung auf die Festkörper 2 auf, so werden in diesen Ladungs träger erzeugt, wodurch sich der Widerstand der Festkörper 2 ändert. Zur Feststellung der Widerstandsänderung können an den Festkörpern 2, vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten, Elektroden 4, 5 vorgesehen sein, an die eine Einrichtung 6 zur Erfassung der Widerstandsänderung angeschlossen ist.In the figure, a radiation detector 1 is shown as an exemplary embodiment, which has three solid bodies 2 made of a ceramic material based on metals with a high atomic number. The metal can be Ph, Ba, Ta, Zn, Zr, W or Mo. Metal oxides, metal zirconates, metal tungstates, metal selenium, metal titanates or metal silicates can be used before this. This solid body 2 according to the invention have a high radiation lenabsorption with a low overall depth due to their large electron density, which is identified here with the reference character 3 . If the radiation to be detected strikes the solid body 2 , carriers are generated in this, whereby the resistance of the solid body 2 changes. To determine the change in resistance, electrodes 4 , 5 can be provided on the solid bodies 2 , preferably on opposite sides, to which a device 6 for detecting the change in resistance is connected.

Bei einer ersten Ausführungsform der Einrichtung 6 liefert diese eine Spannung an die Elektroden 4, 5 eines jeden Fest körpers 2. Durch auf die Festkörper 2 auftreffende Strahlung erhöht sich die Leitfähigkeit der Festkörper 2, die eine Ände rung des elektrischen Stromes zwischen den Elektroden 4, 5 jedes Festkörpers 2 bewirkt. Der Strom ist somit ein Maß für die in jedem Festkörper 2 absorbierte Strahlung. In a first embodiment of the device 6 , this supplies a voltage to the electrodes 4 , 5 of each solid body 2 . Radiation impinging on the solid body 2 increases the conductivity of the solid body 2 , which causes a change in the electrical current between the electrodes 4 , 5 of each solid body 2 . The current is thus a measure of the radiation absorbed in each solid 2 .

Bei einer weiteren Ausführung der Einrichtung 6 wird eine Spannung an die Elektroden 4, 5 jedes Festkörpers 2 gelegt, die hierbei als Kondensatorplatten dienen. Beim Auftreffen von Strahlung auf die Festkörper 2 ändert sich deren Leitfähig keit, so daß sich die in den Elektroden 4, 5 gespeicherte Ladung ändert. In der Einrichtung 6 kann entweder die an den Elektroden 4, 5 anliegende verbleibende Spannung oder die zur Wiederaufladung auf die ursprüngliche Spannung notwendige Ladungsmenge detektiert werden, die ebenfalls ein Maß für die im Festkörper 2 absorbierte Strahlung sind.In a further embodiment of the device 6 , a voltage is applied to the electrodes 4 , 5 of each solid 2 , which serve as capacitor plates. When radiation strikes the solid body 2 , its conductivity changes so that the charge stored in the electrodes 4 , 5 changes. In the device 6 , either the remaining voltage applied to the electrodes 4 , 5 or the amount of charge necessary for recharging to the original voltage can be detected, which are also a measure of the radiation absorbed in the solid body 2 .

In der Figur ist gezeigt, daß die Festkörper 2 auf einem Träger 7 aufgebracht sind, der Leiterbahnen 8, 9 aufweist. Die Elektrode 4 ist mit der Leiterbahn 8 und die Elektrode 5 mit der Leiterbahn 9 verbunden. Somit kann an den Leiterbahnen 8, 9 die Einrichtung 6 angeschlossen sein.The figure shows that the solid bodies 2 are applied to a carrier 7 which has conductor tracks 8 , 9 . The electrode 4 is connected to the conductor 8 and the electrode 5 to the conductor 9 . The device 6 can thus be connected to the conductor tracks 8 , 9 .

Ein erfindungsgemäßer Strahlendetektor kann zur ortsaufge lösten Messung aus mehreren bzw. vielen Teildetektoren be stehen, die von einer Festkörperanordnung gebildet werden. Zur Herstellung einer solchen Festkörperanordnung wird eine dünne Isolatorplatte, die aus einem keramischen Material auf der Basis von Metallen mit hoher Ordnungszahl besteht, auf bei den Seiten mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen, was beispielsweise durch Metallisieren oder durch Ionenimplan tation erfolgen kann. Die Bautiefe der Isolatorplatte ist so gewählt, daß eine optimale Quantenabsorption der auftreffen den Strahlung gegeben ist und kann im Millimeterbereich liegen. Diese Isolatorplatte wird dann auf einen mit einer elektrisch leitenden Schicht versehenen Träger, der aus Kera mik bestehen kann, in der Weise aufgebracht, daß eine erste elektrisch leitende Schicht der Isolatorplatte direkt mit der elektrisch leitenden Schicht des Trägers in elektrischer Ver bindung steht. Diese elektrische Verbindung kann durch einen elektrisch leitfähigen Kleber oder durch ein Sinterver fahren, bei dem die elektrisch leitenden Schichten eine Ver bindung durch Diffusion eingehen, hergestellt werden. Durch Zersägen der Isolatorplatte können einzelne Teildetektoren als Festkörper 2 hergestellt werden, die beliebige Formen ein nehmen können. Im Ausführungsbeispiel sind die Festkörper 2 länglich ausgebildet, was jedoch nicht erfindungswesentlich ist. In einem weiteren Schritt werden die durch das Zersägen der elektrisch leitenden Schicht des Trägers erhaltenen Lei terbahnen elektrisch unterbrochen, so daß die Leiterbahnen 8, 9 erhalten werden. Diese Unterbrechung ist im Ausführungs beispiel mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet. Die Ver bindung der zweiten, oberen elektrisch leitenden Schicht der Isolatorplatte bzw. des Festkörpers 2 mit der Leiter bahn 9 kann beispielsweise durch einen Draht 11 erfolgen.A radiation detector according to the invention can be used for spatially resolved measurement from several or many partial detectors, which are formed by a solid-state arrangement. To produce such a solid-state arrangement, a thin insulator plate, which consists of a ceramic material based on metals with a high atomic number, is provided on the sides with an electrically conductive layer, which can be done for example by metallization or by ion implantation. The depth of the insulator plate is chosen so that an optimal quantum absorption of the incident radiation is given and can be in the millimeter range. This insulator plate is then applied to an electrically conductive layer, which may consist of Kera mic, applied in such a way that a first electrically conductive layer of the insulator plate is in direct electrical connection with the electrically conductive layer of the carrier. This electrical connection can be made by an electrically conductive adhesive or by a sintering process in which the electrically conductive layers enter into a connection by diffusion. By sawing the insulator plate, individual partial detectors can be produced as solid bodies 2 , which can take any shape. In the exemplary embodiment, the solid bodies 2 are elongated, but this is not essential to the invention. In a further step, the conductor tracks obtained by sawing the electrically conductive layer of the carrier are electrically interrupted, so that the conductor tracks 8 , 9 are obtained. This interruption is identified in the execution example with the reference number 10 . The connection of the second, upper electrically conductive layer of the insulator plate or the solid 2 with the conductor track 9 can be done for example by a wire 11 .

Im Ausführungsbeispiel ist gezeigt, daß die Elektroden 4, 5 an der oberen bzw. unteren Seite des Festkörpers 2 angebracht sind. Diese Anordnung der Elektroden ist nicht wesentlich. Die Elektroden könnten ebenso an den Seiten bzw. den Stirnseiten des Festkörpers 2 angeordnet sein.In the exemplary embodiment it is shown that the electrodes 4 , 5 are attached to the upper and lower side of the solid body 2 . This arrangement of the electrodes is not essential. The electrodes could also be arranged on the sides or the end faces of the solid body 2 .

Im Rahmen der Erfindung kann selbstverständlich und entgegen dem gezeigten Ausführungsbeispiel auch nur ein einziger Fest körper 2 zur Strahlendetektion vorgesehen sein, an dem eine Einrichtung 6 zur Erfassung einer Widerstandsänderung ange schlossen ist.Within the scope of the invention, of course and contrary to the exemplary embodiment shown, only a single solid body 2 for radiation detection can be provided, to which a device 6 for detecting a change in resistance is connected.

Claims

1. radiation detector ( 1 ), which is made as a solid ( 2 ) from a ceramic material based on metals with a high atomic number.

2. Radiation detector ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the metal high order number Pb, Ba, Ta, Zn, Zr, W or Mo can be.

3. Radiation detector ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the solid body ( 2 ) is made of a metal oxide, metal zirconate, metal tungsten, metal selenide, metal titanate or metal silicate.

4. Radiation detector ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that on the solid body ( 2 ) electrodes ( 4 , 5 ) are provided for detecting a change in resistance.

5. Radiation detector ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that a plurality of individual solid bodies ( 2 ) are provided, on which electrodes ( 4 , 5 ) are provided for detecting a change in resistance of the respective solid body ( 2 ).

6. Radiation detector ( 1 ) according to claim 4 or 5, wherein the solid body ( 2 ) is provided as a plate on opposite sides with an electrically conductive layer, wherein a first electrically conductive layer with a first conductor track ( 8 ) of a carrier ( 7 ) of Solid body ( 2 ) and wherein a second conductive layer with a second conductor track ( 9 ) of the carrier ( 7 ) is connected.

7. Radiation detector ( 1 ) according to one of claims 4 to 6, wherein a voltage can be applied to the electrodes ( 4 , 5 ) and wherein a device ( 6 ) detects the current when radiation hits the solid ( 2 ).

8. Radiation detector ( 1 ) according to one of claims 4 to 6, wherein a voltage can be applied to the electrodes ( 4 , 5 ) and wherein a device ( 6 ) detects a voltage change caused by the impingement of radiation on the solid body ( 2 ) is caused.