DE69124225T2

DE69124225T2 - Aus kleineren detektoren gebildete, ausgedehnte festkoerper-detektor-anordnung

Info

Publication number: DE69124225T2
Application number: DE69124225T
Authority: DE
Inventors: Thomasz Jagielinski
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1991-11-21
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2011-11-22
Also published as: US5105087A; EP0515630A1; JPH05504001A; WO1992009908A1; DE69124225D1; EP0515630B1

Description

Die Erfindung betrifft Sensorgeräte für Strahlung, wie z. B. Röntgenstrahlung, im allgemeinen und eine große Festkörper-Röntgenstrahlungssensoreinrichtung, die sich aus kleineren Festkörper-Röntgenstrahlungssensoreinrichtungen zusammensetzt, in denen blinde, nicht detektierende Bereiche beseitigt werden, im besonderen.
Die Verwendung von Röntgenstrahlungsdetektorsystemen zur Abbildung des Inneren eines Körpers, ohne in diesen einzudringen, ist in der Medizin und Industrie weit verbreitet. Ein Röntgengerät besteht im Prinzip aus einer Röntgenstrahlungsquelle, deren Strahlen so gelenkt werden, daß sie den zu untersuchenden Bereich eines Objekts durchdringen, und einem röntgenstrahlungsempfindlichen Film, auf dem ein Bild des bestrahlten Bereichs des Objekts entsteht. Das latente Bild auf dem Film muß entwickelt werden, damit es für die Untersuchung und Diagnose verwendet werden kann. Zur Vereinfachung und Beschleunigung der Röntgenuntersuchung sind verschiedene elektronische Detektorsysteme entwickelt worden. Bei älteren Systemen wird ein Röntgenbild mit Scintillatoren oder anderen röntgenstrahlungsempfindlichen Vorrichtungen in ein sichtbares Bild umgewandelt. Das sichtbare Bild wird dann durch Detektierung mittels einer Anordnung von Fotoelektronenvervielfacherröhren oder einer Kathodenstrahlröhre in ein elektrisches Bild umgewandelt, das dem Röntgenbild entspricht. Das elektrische Bild kann dann zur Vergrößerung, Darstellung oder Speicherung verarbeitet werden.
Neuerdings werden als Detektoren für das sichtbare Bild statt Fotoelektronenvervielfacherröhren und Kathodenstrahlröhren Festkörper-Halbleitersensoren verwendet. Die Festkörpersensoren werden mit röntgenstrahlungsempfindlichen Leuchtstoffen oder röntgenstrahlungsempfindlichen Bildverstärkeranordnungen kombiniert. Die sequentielle Umwandlung eines Röntgenbilds zuerst in ein sichtbares Bild und dann in ein elektrisches Bild hat jedoch den Nachteil, daß Empfindlichkeit und Auflösung geringer sind als bei einer direkten Umwandlung eines Röntgenbildes in ein entsprechendes elektrisches Bild. Außerdem sind die bisher erhältlichen Röntgengeräte mit Festkörpern oder Kathodenstrahlröhren nicht groß genug, um die Gesamtfläche des größten Röntgenfilms abzubilden. So ist zum Beispiel der häufig verwendete Thorax-Röntgenfilm 14 x 17 Zoll groß, während die heutigen Einkristall-Festkörper-Halbleitersensoren wesentlich kleiner sind.
EP-A-0 219 648 offenbart eine Mehrschichten-Positionsemissionstomografiekamera. EP-A-0 312 156 offenbart eine Röntgenstrahlliniendetektorvorrichtung und ein Röntgenstrahlanalysegerät mit einer solchen Vorrichtung. Nicht behandelt wird in diesen Anmeldungen das Problem des Abgleichs der Empfindlichkeit von Röntgenstrahldetektoren mit unterschiedlichen Abständen von der Röntgenstrahlungsquelle.
Ferner gibt es bisher keine einfache, kostengünstige und ausreichend große Festkörper-Sensoreinrichtung für andere Strahlungsarten (wie z.B. Licht).
Die in Anspruch 1 genannte Erfindung schafft eine Festkörper-Strahlungssensoreinrichtung mit:
einem ersten Festkörpersensor mit einem Strahlungsdetektorbereich und einem blinden, nichtdetektierenden Grenzbereich;
einem zweiten Festkörpersensor mit einem Strahlungsdetektorbereich und einem blinden, nichtdetektierenden Grenzbereich; wobei der zweite Sensor neben dem ersten Sensor angeordnet ist, so daß die nichtdetektierenden Bereiche des ersten und zweiten Sensors aneinanderstoßen; und
einem dritten Festkörpersensor mit einem Strahlungsdetektorbereich, wobei der dritte Sensor den ersten und zweiten Sensor überlagert, so daß der Strahlungsdetektorbereich des dritten Sensors über den blinden, nichtdetektierenden Bereichen des ersten und zweiten Sensors liegt und mit den Strahlungsdetektorbereichen des ersten und zweiten Strahlungssensors einen durchgehenden Strahlungsdetektorbereich bildet, wobei der erste und zweite Sensor von einer Strahlungsquelle einen größeren Abstand hat als der dritte Sensor und wobei der erste, zweite und dritte Sensor jeweils eine Vielzahl von Festkörper- Strahlungsdetektoren aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorbereich der Detektoren des dritten Sensors kleiner als der Sensorbereich der Detektoren des ersten und zweiten Sensors ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein teilweise schematisches Blockschaltbild eines Röntgengeräts, in dem eine Ausführungsform der Erfindung verwirklicht ist;
Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen von Festkörpersensoren, die zum besseren Verständnis der Erfindung beitragen;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 6 und 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung im Aufriß bzw. in auseinandergezogener Darstellung.
Fig. 1 zeigt ein medizinisches Röntgengerät, in dem eine Ausführungsform der Erfindung verwirklicht ist. Natürlich kann die Erfindung auch in anderen, in Industrie, Verwaltung und Wissenschaft verwendeten Röntgengeräten verwendet werden, und natürlich können mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung nicht nur Röntgenstrahlung, sondern auch andere Strahlungen sensiert werden. Wie gezeigt, lenkt eine Röntgenstrahlungsquelle 10 Röntgenstrahlen durch den zu untersuchenden Bereich des Körpers eines Individuums 12. Ein Röntgenbild des Bereichs wird von einem Röntgenstrahlsensor 14 detektiert. Der Sensor 14 detektiert das Röntgenbild unmittelbar und wandelt es in ein elektrisches Signal um, das einer Signalverwertungsvorrichtung 16 zugeführt wird. Diese Vorrichtung 16 kann beispielsweise ein Videomonitor zur Darstellung des Röntgenbilds oder auch eine magnetische oder optische Speichervorrichtung zum Speichern des elektrischen Bildes in digitaler Form sein.
Da herkömmliche Röntgenfilme in verschiedenen Größen hergestellt werden (wobei Thorax-Röntgenfilme mit 14 x 17 Zoll zu den größten gehören), ist der Röntgenstrahlsensor 14 so bemessen, daß er das größte Röntgenbild detektieren kann. Da es jedoch (wenn man von sehr teuren Sonderausführungen absieht) bisher nur Festkörpersensoren gibt, die kleiner sind als 14 x 17 Zoll, werden zum Detektieren eines großen Röntgenbilds mit Festkörpersensoren in allgemein erhältlichen Größen erfindungsgemäß mehrere Sensoren zu einer großen Sensoreinrichtung zusammengefaßt. Ein Festkörpersensor besteht im Prinzip aus einem aktiven Sensorbereich mit einer Anordnung von Festkörper- Röntgenstrahldetektoren und einem blinden, nicht detektierenden Grenzbereich, in dem Ein- und Ausgangsklemmen und zugehörige Schaltungen untergebracht werden. Wenn mehrere kleinere Sensoren zu einer größeren Sensoreinrichtung zusammengefaßt werden, ergeben sich blinde Bereiche, die keine Strahlungsdetektoren enthalten.
Dies wird in Fig. 2 veranschaulicht. Die Festkörpersensoren 18, 20, 22 und 24 sind dort zu einer größeren Sensoreinrichtung zusammengefaßt. Die Festkörpersensoren weisen jeweils einen Strahlungsdetektorbereich 18a, 20a, 22a, und 24a, und einen blinden, nicht detektierenden Bereich 18b, 20b, 22b, und 24b, auf. Die Detektorbereiche 18a, 20a, 22a, und 24a weisen jeweils zweidimensionale Anordnungen von Einzeldetektoren 18c, 20c, 22c, und 24c auf. Als Festkörperdetektor kann jeder Halbleiter verwendet werden, mit dem Röntgenstrahlen unmittelbar detektiert werden können. Dafür eignen sich Germanium- Halbleiter, Cadmiumsulfid/Selen-Halbleiter usw.
Von Segmenten der blinden Grenzbereiche 18b, 20b, 22b, und 24b werden blinde, nicht detektierende Bereiche 28 und 30 gebildet. Ein Röntgenbild würde daher von den Sensoren 18, 20, 22, und 24 nur unvollkommen detektiert werden und nichtdetektierte Bereiche aufweisen, die in dem von den Sensoren erzeugten elektrischen Bild fehlen würden. Da somit der für die Diagnose am interessantesten Bereich in dem Röntgenbild fehlen könnte, ist eine solche Sensoreinrichtung in der Praxis nicht verwendbar. Erfindungsgemäß weist eine große Festkörper-Röntgenstrahlsensoreinrichtung eine Vielzahl aneinanderstoßender kleinerer Festkörper-Röntgenstrahlsensoren mit zusätzlichen Festkörper-Röntgenstrahlsensoren auf, welche die blinden, nichtdetektierenden Bereiche 28 und 30 überlagern. Infolgedessen wird ein großes Röntgenbild als Ganzes detektiert, in dem keine Bildbereiche fehlen. Wie in Fig. 3 gezeigt, weisen längliche Sensoren 32 und 34 Detektorbereiche auf, die so bemessen sind, daß sie die blinden Bereiche 28 und 30 ausfüllen. In Fig. 4 überlagert der längliche Festkörpersensor 32 den blinden Bereich 30 der Sensoreinrichtung in Fig. 2, während der längliche Festkörpersensor 34 den blinden Bereich 28 der Sensoreinrichtung in Fig. 2 überlagert.
Somit bilden bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der Erfindung die zusammengesetzten Detektorbereiche der Festkörpersensoren 18, 20, 22 und 24 mit den länglichen Sensoren 32 und 34 einen durchgehenden Röntgenstrahldetektorbereich.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Wie dort gezeigt, weisen die Festkörpersensoren 36 und 38 zweidimensionale Anordnungen von Festkörper-Röntgenstrahldetektoren 36a und 38a auf. Der Sensor 39 mit einer eindimensionalen Anordnung von Röntgenstrahldetektoren 40 überlagert den von den blinden, nichtdetektierenden Grenzbereichen 36b und 38b der Detektoren 36 und 38 gebildeten blinden Bereich 42.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 6 und 7 dargestellt. Wie in Fig. 6 gezeigt, lenkt die Röntgenstrahlungsquelle 10' Röntgenstrahlen durch das Objekt 12', um ein Röntgenbild zu erzeugen, das von einer Festkörper- Röntgenstrahlsensoreinrichtung 14' der in Fig. 4 gezeigten Art detektiert wird. Die Einrichtung 14' weist Festkörpersensoren 20', 18', 22', und 24'auf, die zu einer großen Festkörper-Röntgenstrahlsensoreinrichtung zusammengefaßt werden. Die Einrichtung 14' weist ferner längliche Sensoren 32'und 34'auf, welche die von den nichtdetektierenden Grenzbereichen 18', 20', 22', und 24' gebildeten blinden Bereiche überlagern (siehe Fig. 4). Wie in Fig. 6 gezeigt, sind die Sensoren 18', 20', 22', und 24' koplanar und in einem Abstand D&sub3; von der Röntgenstrahlungsquelle 10' angeordnet. Der Sensor 34' ist in einem Abstand D&sub2; und der Sensor 32' in einem Abstand D&sub1; von der Röntgenstrahlungsquelle 10' angeordnet. Zum Abgleich der Empfindlichkeit der mit unterschiedlichen Abständen von der Röntgenstrahlungsquelle 10' angeordneten Röntgenstrahldetektoren nimmt erfindungsgemäß die Größe der Röntgenstrahldetektoren mit größer werdendem Abstand des Detektors von der Röntgenstrahlungsquelle zu. Infolgedessen ist, wie in Fig. 7 gezeigt, die Größe S&sub1; eines Detektors des Sensors 32' kleiner als die Größe S&sub2; eines Röntgenstrahldetektors des Sensors 34', dessen Größe wiederum kleiner ist als die Größe S&sub3; eines Röntgenstrahldetektors der Sensoren 18', 20', 22', und 24'.
Die Erfindung wurde hier an Hand spezifischer Ausführungsformen beschrieben und dargestellt, kann jedoch mit fachmännischem Wissen variiert und geändert werden. So kann beispielsweise eine große Festkörper-Röntgenstrahlsensoreinrichtung eine beliebige Anzahl koplanarer, zweidimensionaler Sensoranordnungen und eine beliebige Anzahl entsprechender überlagernder Sensoranordnungen aufweisen, um eine durchgehende Röntgenstrahldetektoranordnung zu erhalten. Ferner können die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung auch so konfiguriert werden, daß sie statt Röntgenbilder andere Strahlungsbilder sensieren. So können die erfindungsgemäßen Sensoreinrichtungen beispielsweise auch Strahlungsbilder im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Bereich sowie im Alpha-, Beta- und Gammabereich usw. sensieren.
Die offenbarte Sensoreinrichtung findet für diagnostische Zwecke in der Medizin und für die Röntgenuntersuchung von Bauteilen in der Industrie Anwendung.

Claims

1. Festkörper-Strahlungssensoreinrichtung mit

- einem ersten Festkörpersensor (14') mit einem Strahlungsdetektorbereich und einem blinden, nichtdetektierenden Grenzbereich;

- einem zweiten Festkörpersensor (34') mit einem Strahlungsdetektorbereich und einem blinden, nichtdetektierenden Grenzbereich; wobei der zweite Sensor dem ersten Sensor gegenüberliegend angeordnet ist, so daß die nichtdetektierenden Bereiche des ersten und zweiten Sensors aneinanderstoßen; und

- einem dritten Festkörpersensor (32') mit einem Strahlendetektorbereich, wobei der dritte Sensor den ersten (14') und zweiten (34') Sensor überlagert, so daß der Strahlungsdetektorbereich des dritten Sensors über dem blinden, nichtdetektierenden Bereichen des ersten und zweiten Sensors liegt und mit den Strahlungsdetektorbereichen des ersten und zweiten Strahlungssensors einen durchgehenden Strahlungsdetektorbereich bildet, wobei der erste und zweite Sensor (14', 34') von einer Strahlungsquelle (10') einen größeren Abstand hat als der dritte Sensor und wobei der erste, zweite bzw. dritte Sensor eine Vielzahl von Festkörper-Strahlungsdetektoren aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorbereich der Detektoren (32') des dritten Sensors kleiner als der Sensorbereich der Detektoren (34', 18', 20', 22', 24') des ersten und zweiten Sensors ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Sensor jeweils zweidimensionale Anordnungen von Festkörper-Strahlungsdetektoren und der dritte Sensor eine Anordnung von Strahlungsdetektoren aufweist, die mit den Detektoren des ersten und zweiten Sensors ausgerichtet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite und dritte Festkörpersensor (32', 34', 14') aus einem Germanium-Halbleiter besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite und dritte Festkörpersensor (32', 34', 14') aus einem Cadmiumsulfid/Selen-Halbleiter besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Strahlung um Röntgenstrahlung handelt.