DE4237097A1 - X=ray image intensifier with vacuum housing having input light screening - has input window of vacuum housing and photocathode optically coupled on one side of glass carrier and electron multiplying stage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgenbildverstärker mit einem Vakuumgehäuse, einem beim Eingangsfenster des Gehäuses angeord­ neten Eingangsleuchtschirm, einer daran optisch angekoppelten Photokathode, einer Elektronenvervielfacherstufe und einem zum Gehäuse gehörenden Ausgangsfenster. Derartige Röntgenbildver­ stärker dienen beispielsweise als Nahfeld-Bildverstärker zur Wiedergabe von Röntgenbildern.

In der DE-A-31 50 257 ist ein derartiger Röntgenbildverstärker beschrieben, bei dem eine Elektronenvervielfacherstufe in dem sogenannten Flachbildverstärker eingebaut ist, die die von der Photokathode emittierten Elektronen zusätzlich beschleunigen, so daß sie in ihrer Energie verstärkt auf die Ausgangselektro­ de und den Ausgangsleuchtschirm zur Wiedergabe des Röntgenbil­ des fallen.

Zur Umwandlung in ein Videosignal kann nun an den Ausgangs­ leuchtschirm beispielsweise eine Fernsehkamera oder ein Bild­ sensor oder mehrere Halbleiter-Bildsensoren optisch angekop­ pelt werden, wie dies beispielsweise in der DE-C-32 07 085 be­ schrieben ist.

In der EP-A-02 99 627 ist das Herstellungsverfahren für einen Bildverstärker mit Elektronenvervielfacherstufe beschrieben, bei dem am Ausgang ein CCD-Wandler angeordnet ist. Derartige Wandler bestehen aus kristallinem Silizium, das nicht in gro­ ßen Flächen herstellbar ist (maximal 2×2 cm). Für großflä­ chige Röntgenbildverstärker läßt sich somit ein derartiger Bildverstärker nicht verwenden.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen flachen groß­ flächigen Röntgenbildverstärker der eingangs genannten Art zu schaffen, der einen hohen Quantenwirkungsgrad aufweist und bei dem eine direkte elektrische Signalabnahme zur Digitalisierung und Weiterverarbeitung erfolgen kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Aus­ gangsfenster ein direkt an die Elektronenvervielfacherstufe angekoppeltes flächenförmiges Detektorarray aufweist. Ein der­ artiges großflächiges Detektorarray aus beispielsweise mit Wasserstoff dotiertem amorphem Silizium (a-Si:H), dessen Größe nahezu der Größe des Eingangsfensters des Röntgenbildverstär­ kers entspricht, kann direkt ohne Umwandlung in sichtbares Licht aus den auftreffenden Elektronen ein elektrisches Signal erzeugen, das anschließend nach Weiterverarbeitung auf einem Monitor wiedergegeben werden kann.

Das Detektorarray kann in vorteilhafter Weise aus einem Halb­ leiter aus amorphem mit Wasserstoff dotierten Silizium beste­ hen. Derartige Detektorarrays lassen sich bis zu Größen von 40×40 cm² herstellen, so daß sie auch bei großflächigen Röntgenbildverstärkern eingesetzt werden können.

Als Elektronenvervielfacherstufe kann zweckmäßigerweise eine Mikrochannel-Platte verwendet werden. Es hat sich als vorteil­ haft erwiesen, wenn das Detektorarray kapazitiv empfindliche Eingangselektroden mit Speichereigenschaften aufweist. Groß­ fläche Detektorarrays lassen sich besser herstellen, wenn das Detektorarray aus mehreren nebeneinander angeordneten Modul­ gruppen besteht.

Die Elektronenvervielfacherstufe kann in vorteilhafter Weise aus einer Mikrochannel-Platte mit gekrümmten Kanälen bestehen. Die Verstärkung läßt sich weiterhin erhöhen, wenn wenigstens zwei Mikrochannel-Platten hintereinander angeordnet sind.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem erfindungs­ gemäßen Röntgenbildverstärker,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Röntgen­ bildverstärker und

Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsmöglichkeiten der in Fig. 2 dar­ gestellten Elektronenvervielfacherstufe.

In der Fig. 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Röntgenröhre 1 dargestellt, die von einem Röntgengenerator 2 betrieben wird. Das von der Röntgenröhre 1 ausgehende Bündel von Röntgenstrahlen 8 durchtritt einen Patienten 3 und erzeugt ein Röntgenbild auf dem Eingangsleuchtschirm eines Flachbild­ verstärkers 4, der mit einem Hochspannungsgenerator 5 verbun­ den ist. Dieser Hochspannungsgenerator 5 erzeugt die Elektro­ denspannungen für die Photokathode und die Photoelektronen­ vervielfacherstufe des Flachbildverstärkers 4. Der Ausgang des Flachbildverstärkers ist über einen Verstärker 6 mit einem Monitor 7 zur Wiedergabe des Röntgenbildes verbunden.

In Fig. 2 ist der Röntgenbildverstärker 4 im Schnitt darge­ stellt, der ein Vakuumgehäuse 9 mit einem Eingangsfenster 10, beispielsweise aus Aluminium, aufweist. Hinter dem Eingangs­ fenster 10 befindet sich der Eingangsleuchtschirm 11 auf einem Glasträger 12. Der Eingangsleuchtschirm 11 kann dabei in be­ kannter Weise aus einer CsI:Na-Schicht mit Nadelstruktur be­ stehen, so daß aufgrund der hohen Röntgenabsorptionsdichte die einfallenden Röntgenstrahlen 8 absorbiert werden und Licht emittiert wird, das bei der auf der anderen Seite des Glasträ­ gers 12 befindlichen Photokathode 13 ein dem Röntgenbild ent­ sprechendes Photoelektronenbild erzeugt. Durch die angelegte Spannung vom Hochspannungsgenerator 5 treten aus der Photoka­ thode 13 Elektronen 14 aus, die in einer Elektronenvervielfa­ cherstufe 15, beispielsweise einer Mikrochannel-Platte, um Faktoren von 10³ bis 10⁷ verstärkt werden. Die aus der Elek­ tronenvervielfacherstufe 15 austretenden Elektronen 16 fallen auf ein Halbleiter-Detektorarray 17 aus amorphem mit Wasser­ stoff dotiertem Silizium (a-Si:H). Dieses ist im geometrischen Aufbau der Struktur der Elektronenvervielfacherstufe 15, der Mikrochannel-Platte, angepaßt und wandelt die verstärkten La­ dungsträgerpakete in elektrische Signale um, die dann über den Verstärker 6 auf dem Monitor 7 gegeben werden können.

Der flächenmäßige Bilddetektor ist in bekannter Weise zeilen- und spaltenförmig in Bildelemente (Pixel) unterteilt und mit­ tels nicht dargestellten Ansteuer- und Signalleitungen mit einer ebenfalls nicht dargestellten Treiberschaltung zur Aus­ lesung verbunden. Wie in der DE-A-37 32 820 beschrieben ist zu jedem Bildelement ein kapazitiver Speicher notwendig, der die Bildinformation für die Auslesezeit zwischenspeichert. Weiter­ hin kann es wegen der großen kapazitiven Nebenschlüsse notwen­ dig sein die gesamte Detektorfläche von 500 bis 1500 cm² in einzelne Modulgruppen zu unterteilen und aus ihnen die Signale zu entnehmen. Nach der Verstärkung im Verstärker 6 können die Signale aber auch einem A/D-Wandler zugeführt und anschließend in einem digitalen Speicher abgespeichert und in einem Bild­ rechner verarbeitet werden.

Anstelle der in Fig. 2 dargestellten einstufigen geradlinigen Mikrochannel-Platte 15 lassen sich aber auch in bekannter Weise, wie in Fig. 3 dargestellt, Mikrochannel-Platten 20 mit gekrümmten Kanälen 21 oder mehrere hintereinander angeordnete Mikrochannel-Platten 22 (mehrere Stufen) verwenden, so daß sich die Verstärkungsfaktoren vergrößern. An die Mikrochannel- Platten 20 und 22 sind Spannungsversorgungen 23 des Hochspan­ nungsgenerators 5 angeschlossen, durch die Beschleunigungs­ spannungen von bis zu 3 kV angelegt werden können.

Durch Veränderung der Kanaldurchmesser von 8 bis 25 µm können sowohl die Bildauflösung von 15 bis 50 Lp/mm als auch die Ver­ stärkungsfaktoren eingestellt werden. Auch die Pulshöhlenver­ teilungen werden durch die genannten Parameter in gewissen Grenzen verändert. Ein besonderer Vorteil der Verwendung der Mikrochannel-Platten 20 und/oder 22 als Elektrodenvervielfa­ cherstufen 15 ist die streng lineare Abhängigkeit des Aus­ gangssignales vom Eingangssignal über mehrere Zehnerpotenzen sowie der hohe Dynamikbereich von ca. 10⁴.

Aufgrund dieser erfindungsgemäßen Ausführung des Röntgenbild­ verstärkers erhält man einen flachen großflächigen Röntgenbild­ verstärker mit hohem Quantenwirkungsgrad, hohen inneren Ver­ stärkungsfaktoren, guter Linearität und hoher Dynamik. Es läßt sich eine Bildauflösung von 5 bis 10 Lp/mm erreichen, die von den Strukturen der Mikrochannel-Platte und dem integrierten a-Si:H-Array bestimmt wird. Es werden keine optischen Übertra­ gungsglieder benötigt, so daß eine direkte elektrische Signal­ abnahme aus dem Röntgenbildverstärker zur Wiedergabe auf dem Monitor oder Digitalisierung und Weiterverarbeitung ohne Vidi­ kon möglich ist. Durch Wegfall jeglicher optischer Übertra­ gungsglieder sowie die Proximity-Lösung mittels Nahbildver­ stärker erhält man nur geringe Signalverluste.

Claims (7)

1. Röntgenbildverstärker mit einem Gehäuse (9), einem beim Eingangsfenster (10) des Vakuumgehäuses (9) angeordneten Ein­ gangsleuchtschirm (11), einer daran optisch angekoppelten Photokathode (13), einer Elektronenvervielfacherstufe (15, 20, 22) und einem zum Vakuumgehäuse (9) gehörenden Ausgangsfenster (19), dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsfenster (19) ein direkt an die Elektronenver­ vielfacherstufe (15, 20, 22) angekoppeltes flächenförmiges Detektorarray (17) aufweist.

2. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorarray (17) aus einem Halbleiter aus amorphem mit Wasserstoff dotiertem Silizium besteht.

3. Röntgenbildverstärker nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Elektronenvervielfacherstufe aus einer Mikrochannel-Platte (15, 20) besteht.

4. Röntgenbildverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorarray (17) kapazitiv empfindliche Eingangselektroden mit Speichereigenschaften aufweist.

5. Röntgenbildverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorarray (17) aus mehreren nebeneinander angeordneten Mo­ dulgruppen besteht.

6. Röntgenbildverstärker nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrochannel-Platte (20) gekrümmte Kanäle (21) aufweist.

7. Röntgenbildverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenvervielfacherstufe (15) aus wenigstens zwei hinter­ einander angeordneten Mikrochannel-Platten (22) besteht.