DE4314336A1 - Flachbildverstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flachbildverstärker mit einem Vakuumgehäuse, einem beim Eingangsfenster des Vakuumgehäuses angeordneten Eingangsleuchtschirm, einer daran optisch ange­ koppelten Photokathode und einem zum Vakuumgehäuse gehörenden Ausgangsfenster. Derartige Flachbildverstärker dienen bei­ spielsweise als Nahfeld-Röntgenbildverstärker zur Wiedergabe von Röntgenbildern.

In der DE-PS-6 88 385 ist ein derartiger Flachbildverstärker beschrieben, bei dem aufgrund von auf die Photokathode fal­ lenden Röntgenstrahlen Elektronen emittiert werden, die durch eine an die Photokathode angelegte Hochspannung beschleunigt werden, so daß sie in ihrer Energie verstärkt auf die Aus­ gangselektrode und den Ausgangsleuchtschirm zur Wiedergabe des Röntgenbildes 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 beschrieben 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 große Flachbildverstärker läßt sich somit ein derartiger Bildver­ stärker nicht verwenden.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen großen Flach­ bildverstärker 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 elektronenoptisch direkt an die Photokathode an­ gekoppelt ist und ein flächenförmiges Detektorarray aufweist. Ein derartiges großflächiges Detektorarray aus beispielsweise mit Wasserstoff dotiertem amorphem Silizium (a-Si:H), dessen Größe nahezu der Größe des Eingangsfensters des Flachbildver­ stärkers entspricht, kann direkt ohne Umwandlung in sichtba­ res 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 einen Halblei­ ter aus amorphem, mit Wasserstoff dotiertem Silizium aufwei­ sen. Derartige Detektorarrays lassen sich bis zu Größen von 40 × 40 cm² herstellen, so daß sie auch bei großflächigen Röntgenbildverstärkern eingesetzt werden können.

Eine Umwandlung der kinetischen Energie der auftreffenden Elektronen in sichtbares Licht wird erreicht, so daß Schädi­ gungen des Detektorarrays durch die beschleunigten Elektronen vermieden werden, wenn auf dem Detektorarray zur Photokathode hin eine Leuchtstoffschicht aufgebracht ist.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zwischen Detektor­ array und Leuchtstoffschicht eine Zwischenschicht angeordnet ist, wobei die Zwischenschicht aus Glas bestehen kann.

Eine Verschlechterung der Ortsauflösung durch Aufweitung des Szintillatorkegels wird reduziert, wenn die Zwischenschicht eingefärbt ist und/oder aus einer Glasfiberplatte besteht.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Detektorarray kapazitiv empfindliche Eingangselektroden mit Speichereigen­ schaften aufweist. Großflächige Detektorarrays lassen sich besser herstellen, wenn das Detektorarray aus mehreren neben­ einander angeordneten Modulgruppen besteht.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem erfindungs­ gemäßen Röntgenbildverstärker,

Fig. 2 bis 5 Querschnitte durch erfindungsgemäße Flachbild­ verstärker.

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 Flachbildverstärkers 4, der mit einem Hochspannungsgenerator 5 verbunden ist. Dieser Hochspannungsgenerator 5 erzeugt die Elektrodenspannungen für die Photokathode 13 und Anode des Flachbildverstärkers 4. Der Ausgang des Flachbildverstärkers 4 ist über einen Verstärker 6 mit einem Monitor 7 zur Wieder­ gabe des Röntgenbildes verbunden.

In Fig. 2 ist der Flachbildverstärker 4 im Schnitt darge­ stellt, der aus einem Vakuumgehäuse 9 mit einem Eingangsfen­ ster 10 besteht, das einen Eingangsleuchtschirm 11 auf einer Glasplatte 12 aufweist. Der Eingangsleuchtschirm 11 kann dabei in bekannter Weise aus einer CsI:Na-Schicht mit Nadel­ struktur bestehen, so daß aufgrund der hohen Röntgenabsorpti­ onsdichte die einfallenden Röntgenstrahlen 8 absorbiert und Photonen erzeugt werden. Auf der der Glasplatte 12 gegenüber­ liegenden Seite des Eingangsleuchtschirmes 11 ist eine Photo­ kathode 13 angeordnet, in der ein dem Röntgenbild entspre­ chendes Photoelektronenbild erzeugt wird. Durch die angelegte Beschleunigungsspannung von beispielsweise 5 kV des Hochspan­ nungsgenerators 5 treten aus der Photokathode 13 Photoelek­ tronen 14 aus, die in der flachen Vakuumkammer beschleunigt werden und auf ein Halbleiter-Detektorarray 15 aus amorphem, mit Wasserstoff dotiertem Silizium (a-Si:H) fallen, das auf einer Glasplatte 16 als Ausgangsfenster 17 aufgebracht ist. Diese beschleunigten Photoelektronen 14 erzeugen in dem Halb­ leiter-Detektorarray 15 eine sehr viel größere Ladung, als bei einer Erzeugung durch das Szintillationslicht, so daß das Kornrauschen der Siliziumschicht stark reduziert wird. Die im Halbleiter-Detektorarray 15 erzeugten Ladungen werden über den Verstärker 6 ausgelesen und als Röntgenbild auf dem Moni­ tor 7 wiedergegeben. Durch Variation der Beschleunigungsspan­ nung des Hochspannungsgenerators 5 kann das Ausgangssignal des Halbleiter-Detektorarrays 15 an die Röntgendosis angepaßt werden.

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. Weiterhin kann es wegen der großen kapazitiven Nebenschlüsse notwendig sein die gesamte Detektorfläche von 500 cm² bis 1500 cm² in einzelne Modulgruppen zu unterteilen und aus ihnen die Signale zu entnehmen. Nach der Verstärkung im Ver­ stärker 6 können die Signale aber auch einem A/D-Wandler zugeführt und anschließend in einem digitalen Speicher abge­ speichert und mittels eines Bildrechners verarbeitet werden.

Anstelle des in Fig. 2 dargestellten Flachbildverstärker mit direkter Umwandlung der auftreffenden Elektronen 14 durch das Halbleiter-Detektorarray 15 läßt sich aber auch, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Leuchtstoffschicht 18 vor dem Halbleiter- Detektorarray 15 anordnen, durch die eine Umwandlung der kinetischen Energie der auftreffenden Photoelektronen 14 in sichtbares Licht erreicht wird, so daß Schädigungen des Halb­ leiter-Detektorarrays 15 durch die beschleunigten Photoelek­ tronen 14 vermieden werden. Die Leuchtstoffschicht 18 kann beispielsweise aus ZnCdS:Ag bestehen.

Diese Leuchtstoffschicht 18 kann entweder, wie in Fig. 3 dar­ gestellt, direkt auf dem Halbleiter-Detektorarray 15 aufge­ bracht sein, oder, wie Fig. 4 zeigt, durch eine Zwischen­ schicht, beispielsweise eine Glaspassivierung 19, getrennt sein. Um eine Verschlechterung der Ortsauflösung durch Auf­ weitung des Szintillatorkegels zu vermeiden, kann die Glas­ passivierung 19 eingefärbt sein. Eine Reduzierung der Orts­ auflösung läßt sich auch durch eine Glasfiberplatte 20 als Zwischenschicht gemäß Fig. 5 vermeiden.

Aufgrund dieser erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Flachbildverstärkers erhält man einen großflächigen Röntgen­ bildverstärker in kompakter, flacher Bauweise mit hohem Quan­ tenwirkungsgrad, hohen inneren Verstärkungsfaktoren, guter Linearität und hoher Dynamik. Es läßt sich eine Bildauflösung von 5 bis 10 Lp/mm erreichen, die von dem integrierten a-Si:H-Array bestimmt wird. Es werden keine optischen Über­ tragungsglieder benötigt, so daß eine direkte elektrische Si­ gnalabnahme aus dem Flachbildverstärker zur Wiedergabe auf dem Monitor oder Digitalisierung und Weiterverarbeitung ohne Vidikon möglich ist. Durch Wegfall jeglicher optischer Über­ tragungsglieder sowie die Proximity-Lösung mittels Nahbild­ verstärker erhält man nur geringe Signalverluste.

Weiterhin ist die nachträgliche Verstärkung des detektierten Röntgensignales vor Umwandlung in ein elektrisches Signal vorteilhaft, da dadurch das elektrische Rauschen reduziert wird. Außerdem kann eine Regelung der Verstärkung entsprechend der verwendeten Aufnahmedosis durch einfache Änderung der Beschleunigungsspannung erzielt werden.

Claims (9)

1. Flachbildverstärker mit einem Vakuumgehäuse (9), einem beim Eingangsfenster (10) des Vakuumgehäuses (9) angeordneten Eingangsleuchtschirm (11), einer daran optisch angekoppelten Photokathode (13) und einem zum Vakuumgehäuse (9) gehörenden Ausgangsfenster (17), dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ausgangsfenster (17) elektro­ nenoptisch direkt an die Photokathode (13) angekoppelt ist und ein flächenförmiges Detektorarray (15) aufweist.

2. Flachbildverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorarray (15) einen Halbleiter aus amorphem, mit Wasserstoff dotiertem Silizium aufweist.

3. Flachbildverstärker nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß auf dem Detektorarray (15) zur Photokathode (13) hin eine Leucht­ stoffschicht (18) aufgebracht ist.

4. Flachbildverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Detektorarray (15) und Leuchtstoffschicht (18) eine Zwischenschicht (19, 20) angeordnet ist.

5. Flachbildverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (19, 20) aus Glas besteht.

6. Flachbildverstärker nach Anspruch 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (19, 20) eingefärbt ist.

7. Flachbildverstärker nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einer Glasfiberplatte (20) besteht.

8. Flachbildverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorarray (15) kapazitiv empfindliche Eingangselektroden mit Speichereigenschaften aufweist.

9. Flachbildverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorarray (15) aus mehreren nebeneinander angeordneten Modulgruppen besteht.