SE441786B - Anordning for uppmetning av stralningsexponering - Google Patents

Description

8100189-3, 3 2 användning av pulverteknik för att alstra reella' bilder. Använd- ning av kalciumvolframatkristaller eller gas med hög atomvikt för bildintensifiering degraderar bildkvaliteten och kräver fort- farande exponeringar av frân l - 5 röntgen per typiskt kliniskt mammogram. Pulverframkallning av latenta xeroradiografiska bilder kräver höga differentiella laddningstätheter på den xeroradiografiska plåten för att attrahera och hålla pulverpartiklarna före bränning.

Denna höga laddningsdifferential alstras av röntgenstrålar, eller joner, som träffar ytan av en laddad selenplåt. Ju högre differenti- ell laddning som erfodras för att alstra en bild ju mer röntgen- strålexponering erfordras.

Följande litteratur kan nämnas för mera detaljerad diskussion av denna teknikens ståndpunkt.

Xeroradiography, J.W. Boag, Phys. Med.Biel., 1973, Vol.l8, No. l, pp.3-37; Principals of Radiographic Exposure and Processing, Arthur W.Fuchs, 1958, Chapter 14, "X-Ray Intensifying Screens", pp. l58-164.

" U.S. patent No. 3.860.817; Reducing Patient X-Ray Dose During Fluoroscopy With an Imaga System.

U.S. patent No. 3.828.l9l, Gas Handling System for Electronradiography Imaging Chamber.

U.S. patent No. 3.308.233, Xerographic Facsimile Printer Having Light Beam Scanning and Electrical Charging with Transparent Conductive Belt. 7 Senare undersökningar tyder på att en detaljerad latent bild kan alstras i en zeroradiografisk plåt genom mycket låga nivåer (under 10 mR) av röntgenstråleexponering. Vid denna exponeringsnivå föreligger det en latent bild, men dess till- hörande elektrostatiska fält har ej en tillräcklig intensitet för att alstra en reell bild genom pulverframkallningsmetoden.

För detaljer rörande dessa undersökningar hänvisas till Grant Application, "Radiomammography with Less than 150 mR per Exposure", tillgänglig från the Department of Experimental Radiology, M.D.

Anderson Hospital, Houston, Texas 77025. c. Halvledarteknik.

Tidigare teknik för utvinning av laddningslagringsmönster från flerskiktshalvledarsandwichstrukturer hänför sig till stor del till elektronikområdet, särskilt mera ovanliga dataminnen. 3 8100189-3 Laddningsmönster på vissa MOS-strukturer kan "utläsas" genom användning av en fotonstråle. Jfr. Imaging and Storage with a Uniform MOS Structure, Applied Physics Letters, Vol. ll, Number ll, pp. 359-361. Denna teknologi verkar genom modifiering av ett utarmningsskikt och åtföljande laddning av skiktet till mätt- ning. Det ett fåtal mikron tjocka utarmningsskiktet är den enda aktiva stukturen.

Elektriska fält kan även anbringas över två separerbara fotoledande isolerande filmer i tryckkontakt vilka förladdas till samma polaritet. Jfr. Increasing the Sensitivity of Xerographic Photoconductors, IBM Technical Disclosure Bulletin, Vo. 6, No. 10, 1964, page 60.

IBM har också utvecklat ett sofistikerat, genom en laddningslagringsstråle adresserbart minne bestående av en halv- ledarsandwich, i vilken halvledaren är totalt isolerad från båda elektroderna i sandwichen. Jfr. IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 9, No. 5, 1966, pp. 555-556. Denna anordning medger dataut- läsning genom förskjutning av laddningspopulationen till den ena eller andra sidan av den isolerade halvledaren.

Slutligen har visst teoretiskt arbete utförts avseende ljuskänsliga kapacitansers uppförande, jfr. Analysis and Performance of a Light sensitive Capacitor, Proceedings of the IEEE, April 1965, p. 378. d. Syften med den föreliggande uppfinningen.

En avsikt med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sätt och en anordning i stånd att ersätta konventionella fotografiska och radiografiska filmer.

Ett annat syfte med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma ett röntgenstrålavkännande system i stånd att snabbt alstra radiografiska bilder vid exponering av den avkända patienten eller föremålet för lägre strålningsdoser än vad som har varit praktiskt möjligt med användning av tidigare kända system.

Ett ytterligare syfte med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma ett röntgenstrålavkännande system vars utgångs- signal är en analog eller digital videosignal, som kan selektivt återges på en televisionsmonitor, registrerad på film, eller direkt lagras eller behandlas i en dator för bildförstoring 8100189-3 4 eller mönsteridentifiering. Ännu ett syfte med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en ny metod och anordning för omvandling av en laddningsfördelning på en halvledande yta till en modulerad elektrisk signal.

Ett annat ändamål med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en anordning och en metod, som kombinerar den randförhöjande verkan av xeroradiografi med en låg patientdos-I nivå .

Ytterligare ett ändamål med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en ny lågbrusmetod och -anordning för utläs- ning av en latent bild lagrad som ett elektriskt laddningsmönster genom selektiv urladdning av laddningarna vid närvaro av ett elektriskt fält av omvänd polaritet.

Ytterligare ett syfte med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma ett röntgenstrâlavkännande system, som är i stånd att direkt tidsbesämma röntgenstrâleexponeringen.

Ett slutligt syfte med den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma en anordning i stånd att omvandla en latent bild till en modulerad elektrisk signal, vilken anordning är _enkel och billig att bygga och driva.

Beskrivning av uppfinningen.

Den föreliggande uppfinningen är en röntgenstrålfilm- ersättning bestående av en sandwichdetektorstruktur; en metod att omvandla den latenta radiografbilden lagrad av en sådan detektor till en elektrisk videosignal; en anordning för ut- förande av metoden, samt ett diagnostiskt röntgenstrålsystem utnyttjande_anordningen.

Detektorsandwichen innefattar en ledande grundplåt belagd med ett fotoledande skikt, exempelvis ett skikt av amorft selen med hög effektiv mörkerresistivitet. Denna höga effektiva mörker- resistivitet kan åstadkommas genom bildning av ett spärrande diodskikt mellan fotoledaren och den ledande grundplâten. Foto- ledaren beläggs i sin tur med en isolator, som täcks av en transparent ledande film. Strukturen kan avskärmas för undertryckande av yttre elektriskt brus. 8100189-3 (_11 Sättet att driva detektorstrukturen fordrar att detektorn laddas till en hög potential, företrädesvis under det att det fotoledande skiktet utsättes för stark ljusbestrål- ning för minskning av dess resistans. Efter släckning av ljuset kortslutes den ledande grundplåten och transparenta filmen med- förande ytladdningsomfördelning. Detektorns polaritet omkastas därpå genom omkastning av polariteten hos den elektriska an- bringade potentialen. Åtföljande röntgenstråleexponering bildar en latent bild genom selektiv urladdning av en del av detektorns ytladdning. Denna utladdningsström kan integreras för styrning av exponeringen.

Detektorn behöver ej utsättas för stark ljusbelysning, men utan ljus kommer fotoledarens resistant att vara högre och detektorns uppladdning kommer att taga längre tid. Den latenta bilden kan även bildas genom exponering av den oladdade detektorstrukturen för ett röntgenstrålflöde under det att dess fotoledande skikt är förspänt av ett elektriskt fält.

Detektorn utläses genom rasteravsökning medelst foton- stråle. Dessa fotoner alstrar elektron-hål par i fotoledaren, vilket låter en del av fotoledarens ytladdning urladdas genom en yttre elektrisk krets. Signalamplituden i denna yttre krets vid en godtycklig given tidpunkt är en funktion av intensiteten hos den latenta bilden i den del av fotoledaren som bestrâlas med fotoner vid denna tidpunkt, dvs. det är en videosignal.

Anordningen för utförande av metoden innefattar organ för laddning av fotoledaren, organ för exponering av den med röntgenstrålar för bildande av en latent bild samt organ för uttagning av denna latenta bild som en videosignal.

Eftersom den föreliggande uppfinningen är väsentligen en röntgenstrâlfilmersättning, kan den användas med vilken som helst konventionell strålkälla. Ett typiskt diagnostiskt röntgenstrålsystem utnyttjande den föreliggande uppfinningen innefattar även organ för lagring, överföring och behandling av videosignalen till bildande av kliniska bilder, som är användbara för en radiolog.

Kort beskrivning av ritningarna.

Fig. 1 är en starkt förstorad tvärsnittsvy av en del av en utföringsform av flerskiktsfotondetektoranordningen enligt 8100189-3 s uppfinningen; _ Fig. 1A är ett schematiskt kopplingsschema åskådliggörande en med anordningen enligt fig. l analog elektrisk krets; _ Fig. 2 är en vy av anordningen enligt fig. l när den bestrålas med fotoner; I Fig. ZA schematiskt åskådliggör en med fig. 2 analog elektrisk krets; _ Fig; 3 är en vy av detektoranordningen efter det att den laddats, bestrålats med potoner och ytladdningen har omfördelats; Fig. 3A schematiskt åskådliggör en elektrisk krets analog med den i fig. 3 visade detektorn; _ Pig. 4 visar detektorstrukturen vid en föredragen ut- föringsform av uppfinningen vid användning tillsammans med ett röntgenstrålsystem; Fig. 5 är ett starkt förstorat schematiskt tvärsnitt "av en del av fig. 4 åskådliggörande verkan av ett modulerat röntgenstrålflöde på detektorn; Fig. 6 är en schematisk vy av detektorn som grafiskt åskådliggör den av röntgenstrålexponeringen förorsakade ändringen av detektorns ytladdning; Fig. 7 är en schematisk vy av detektoranordningen enligt uppfinningen vid utläsning medelst en tunn avsökande foton- stråle, varvid en utsignalvâgform av den elektriska videosignalen visas tillsammans med en schematisk återgivning av detektorns ytladdning; ' _ Fig. 8 är en starkt förstorad schematisk tvärsnittsvy av en liten del av detektorstrukturen enligt fig. 7 åskådliggörande elektron-håltildningsmekanismen i det vid uppfinningen använda fotoledande skiktet; Fig. 9 visar en delvis uppskuren vy av en apparat utbildad för utövning av den föredragna utföringsformen av före- liggande uppfinning.

Pig. 10 är ett förenklat schema visande huvuddelarna av apparaten enligt fig. 9; Fig. ll är ett schematiskt blockschema åskådliggörande ett diagnostiskt röntgenstrålsystem konstruerat enligt en föredragen utföringsform av den föreliggande uppfinningen; 8100189-3 Fig. 13 är ett starkt förstorat schematiskt tvärsnitt av en utföringsform av den föreliggande uppfinningen använd vid apparaten enligt fig. 12.

Fig. 14 är ett diagram âskådliggörande den teoretiskt maximala laddning, som kan erhållas från en experimentell detektorstruktur per ytenhet hos detektorn som funktion av den över dess fotoledande skikt anbringade spänningen.

Fig.l4 visar även en kurva med särskilda punkter representeran- de experimentella resultat från prover genomförda med denna experimentella detektorstruktur för en given mylartjocklek och selentjocklek.

Fig. 15 är ett diagram åskådliggörande spänningen över selenskiktet hos en teoretisk detektor i volt som funktion av värdet på C2, i farad, för denna detektor.

Fig. 16 är ett diagram åskådliggörande laddningen, i coukmb, som samlas på den experimentella detektorstrukturen per exponeringsenhet som funktion av total exponering. De i fig. 16 införda värdena erhölls vid användning av en bakelit- slutare; Fig. 17 åskådliggör samma information som fig. 16, varvid emellertid en PVC-slutare används; Fig. 18 är ett diagram visande verkan av den förelig- gande uppfinningen uttryckt iCOHl@“bladdning erhållna per röntgenexponering, som funktion av tillförd spänning för olika nivåer av total exponering. Denna figur åskådliggör den ökade verkningsgrad, som den föreliggande uppfinningen medför vid låga.strålningsnivåer; Fig._l9 är ett diagram visande den totala laddningen samlad av en experimentell utföringsform av den föreliggande uppfinningen som funktion av anbringad spänning över dess fotoledande skikt. Fig. 19 åskådliggör verkan på detektorn enligt uppfinningen av att den över fotoledaren anbringade spänningen ökas; Fig. 20 är ett blockfunktionsdiagram av ett experimentellt prototypsystem enligt den föreliggande uppfinningen.

Fig. 21 schematiskt åskådliggör användning av en del av detektorstrukturen som strålningsexponeringsdetektor för automatisk tidsinställning av exponeringen. 8100189-3 Fig. 22 är ett elektriskt kopplingsschema visande drift av detektorn med omkastad polaritet.

I Fig. 23 är ett elektriskt kopplingsschema av en förför- stärkare använd i experimentellt system 3.

Fig. 24 är ett schematiskt kopplingsschema av en X-läges- , gëmsmfitümfiul använd vid experimentellt system 3.- Fig. 25 visar den karakteristiska kurvan för detektor- strukturen. 2 I 1 fig. l har en flerskiktsfotondetektoranordning 10 c en första elektrod 12, vilken är ledande ansluten till ett första ledande skikt 14. Ett fotoledande skikt 16 står i fysisk Och elektrisk kontakt med plattan 14, som kan vara gjord av aluminium eller någon annan ledare. Ett oxidskikt ll kan verka som spärrkon- takt mellan skiktet 16 och plattan 14. Skikten l4, 16 och ll kan åstadkommas med användning av en konventionell xeroradiogra- i a å í J. z . l fisk platta. Ett transparent isoleringsskikt 18 är anbringat över och kan vara utfört i ett stycke med det fotoledande skiktet 16 av selen. Ett transparent ledande skikt 20 kan _ vara utfört i ett stycke med och anbringat på isolatorn 18.

Dessa skikt kan framställas genom vakuumförångning eller hop- limning av de individuella komponenterna. Skiktet 20 är elektriskt anslutet till en ledning 22.

Diskussion av experimentellt system No. l.

De experimentella plåtar som användes för att prova den föreliggande uppfinningen så tidigt som i slutet av 1975 fram-' ställdes av konventionella xeroradiografplåür. Dessa plåtar framställes för mammografi av Xerox Company. För framställning av detektorn enligt föreliggande uppfinning utskäres först en platta till korrekt storlek och beläggs därpå med mylar. Det ledande skiktet, som är antingen Nesa glas eller några ångström guld, anbringas på mylarskiktet.

Vid den föredragna utföringsformen av uppfinningen enligt fig. l är aluminiumgrundplattan 14 approximativt 2,5 mm tjock och skiktet 16 av amorf selen är approximativt l50 mikron tjockt. De fysikaliska egenskaperna hos selen listas i tabell 1. Den transparenta isolatorn 18 är mylar. Den transparen- ta ledaren 20 kan vara Nesaglas, en tunn metallfilm anbringad direkt på den transparenta isolatorn 18, eller en plastfilm 9 8100189-3 med en ledande beläggning, t.ex. guldbelagd mylar. Hela strukturen 10 kan framställas genom beläggning av successiva skikt av selen, mylar och en tunn metallfilm på en aluminium- platta.Monteringen kan ske genom vakuumförångning, katodför- stoftning, eller någon annan teknik användbar för beläggning av jämntjocka filmer. Denna teknologi är väl utvecklad i områdena halvledarelektronik och glasframställning.

Selenskiktets tjocklek måste väljas så att detektorns kvantumverkningsgrad maximeras. Denna optimala tjocklek är en funktion av fotoledarens egenskaper, den potential vid »vilken detektorn drivs, samt energin hos de röntgenstrâl~ fotoner eller andra partiklar, för vilka detektorn exponeras för utladdning.

Ju tjockare selen som används desto mer växelverkar det i princip med en given exponeringsstrålningsenergi och desto fler elektron-hålpar alstrar en given strålningsmängd.

Om.omvänt selenskiktet göres tunnare blir det elektriska fältet, som verkar på dessa elektron-hålpar starkare (samma potential över mindre avstånd). Sålunda skulle ett mycket tunt selenskikt ej verka tillräckligt med den exponerande strålningen för att alstra elektron-hålpar, medan ett mycket tjockt selenskikt skulle resultera i alstring av många elektron-hâlpar, vilka emellertid alla skulle rekombineras när exponeringen stoppades.

Den optimala tjockleken hos detektorns fotoledande skikt kommer att bero på egenskaperna hos fotoledaren och den energi hos fotonstrâlningen den är utbildad att avkänna.

I de experimentella utföringsformerna enligt föreliggande uppfinning har det visat sig att från 100 mikron - 400 mikron tjocklek hos amorft selen är optimal för de röntgenstråle- fotonenergier som vanligen användes vid diagnostisk radiologi.

Ett flertal fakta, vilka upptäckts experimentellt skall här nämnas.

När flera experimentella prototypdetektorstrukturer byggdes under iakttagande av mycket rena laboratoriförhållandenf visade det sig att de arbetade dåligt.Vanliga selen-xero- radiografiska plåtar på aluminium och belagda med guldtäckt plast samt hopfogade med optisk cement under sämre än ideala 8100189-3 10 förhållanden arbetar mycket bra.

Det verkar som om ett mycket tunt aluminiumoxidskikt mellan selenet och aluminumet verkar som en spärrkontakt, dvs. den diod, för att kvarhålla den positiva laddningen på selen- ytan. Dessa spärrskikt har en spärrpotential som måste övervinnas för att ström skall flyta genom kontakten.

Om experimentdetektorerna avsöktes mycket snabbt visade det sig även att en kraftigare utgångssignal erhölls än om de avsöktes långsamt. Eftersom ljusintensiteten var densamma var det väntat att den snabbare avsökningen skulle resultera i lägre signalstyrka. Detta fenomen har ännu ej erhållit sin förklaring men genom pulsmodulering av ljuskällan med ett till- frånförlopp av mellan 2 nanosekunder och l0 mikrosekunder, kan denna effekt användas för att öka signalstyrkan.

Slutligen resulterade upprepad användning av prototyp- plåten i bildandet av linjer och skräp på bilden. Upprepad användning medförde även en total känslighetsförlust hos detektorn. Det visade sig av en händelse att uppvärmning av protokolltypplattan under en kort tidsrymd med en värmepistol åanvänd för att krympa plaströr avlägsnade dessa bildningar och även i övrigt allmänt âterställde detektorns egenskaper.

I fig. 1 representerar Rl det fotoledande skiktets resistans, när det utsättes för ljusbestrâlning. R2 represen- terar det fotoledande skiktets resistans när det är i mörker.

C2 representerar den elektriska kapacitansen på grund av ladd- ningssepareringen över den transparenta isolatorn l8. En ladd- ningspolaritet föreligger på den transparanta ledaren 20 och den andra på den yta hos selenet, som är i direkt kontakt med isolatorn 18. Cl representerar detektorns elektriska kapacitans mätt mellan aluminiumledaren 14 och selenytan 16. Selenet 'är således det dielektriska materialet hos Cl.

~Fig. lA åskådliggör en analog elektronisk krets svaran- de mot detektorsandwichstrukturen l0 i fig. l. Rl, R2, Cl och C2 visas schematiskt kopplade i fig. 1A som elektriska symboler.

Strömställaren 24, som visas öppen, användes för att represen- tera den fotoledande naturen hos selenskiktet 16 enligt fig. l.

Selen har den mörkerresistans av approximativt l0l6ohmcentimeter.

-En del av denna resistans förorsakas av en spärrkontakt bildad 8100189-3 ll vid Se-Al-gränsytan. När fotoner träffar fotoledaren sänks dess resistans på grund av att fotonerna alstrar elektron- hålpar, som för ström. Denna lägre resistans illustreras schematiskt i de elektriska analoga kopplingar som visas i föreliggande beskrivning genom en slutning av strömställaren 24 med kvarlämnande endast av restresistansen Rl, som represen- terar resistansen i framriktningen av spärrkontakten i serie med resistansen hos selenskiktet, när det bestrålas med fotoner.

För att en ström skall kunna flyta när fotoledaren bestrålas med ljus, måste spärrpotentialen vid spärrkontakten ll övervin- naS . 8100189-3 12 Tabell I Selens fysikaliska egenskaper (2¿§) Atomnummer 2 34 Tätnet (g cm'3) . 4,25 Dielektricitetskonstant 6,6 Resistivitet vid 2o°c (-cm) 1013-1016 Termisk konduktivitet vid 20oC (wcm"1K'1) _ _ a 2 x 1o'3 Optiskt bandgap (2V) 7 I 2,3 Fotosvarets tröskelvärde (AE) 4600 K absorptionens tröskelvärde (KeV) _ 12,7 Hålens rörlighet (cm2s_1v_1) 0,14 Elektronernas rörlighet (cm2s_1v_1) 5 x 10-3 Energi för alstring av laddningsbärare bärare (eV) 7* * w = 2,67 g Eg + 0,86 ev där Eg är det optiska bandgapet.

Fig. 2 illustrerar en detektor 10 som utsätts för en ström av fotoner 26. Samtidigt anbringas en hög negativ spänning, exempelvis 2000 volt, på ett uttag 22 och därmed den transparenta ledaren 20.

Fig. 2A visar den elektriska krets som motsvarar fig. 2, var- vid omkopplaren 24 är sluten till följd av ljusströmmen 26. Spän- ningen Vs, som uppgår till -2000 volt, är anbringad över elektro- derna 12 och 22.

Fig. 3 visar en halvledardetektorstapel 10 efter det att ljuset 26 har släckts och uttagen 12 och 22 har kortslutits från varandra. Den resulterande positiva ytladdningen på det amorfa selenskiktet framgår schematiskt av den streckade linjen 28. Denna ytladdning är likformigt fördelad över hela ytan.

Pig. 3A visar den elektriska motsvarigheten till fig. 3.

Detektorn befinner sig i mörker, varför omkopplaren 24 visas i 'öppet läge. Dioden 15 och batteriet 13 respresenterar spärröver- gångens 11 spärrkontakt resp spänning. Den elektriska laddning som 13 8100189-3 ursprungligen befinner sig på kondensatorn C2 har omfördelats så att en del av laddningen befinner sig på kondensatorn C1, vilken del beror på förhållandet mellan C1 och (C1 + C2).

Pig. 4 visar den laddade detektorn enligt fig. 3 använd såsom bildreceptor för en röntgenbild. Ett likformigt röntgenstràleflöde 30 alstras av en lämplig strålningskälla, exempelvis ett röntgen- rör (icke visat). Detektorn arbetar med vilken strålningskälla som helst som kan alstra elektronhålpar i fotokonduktorn. Detta lik- formiga fotonflöde träffar och samverkar med ett föremål 32, som kan vara av godtyckligt slag. Föremålet 32 placeras direkt över detektorn 10. För enkelhets skull har objektet 32 illustrerats såsom en vid polerna avplattad sfäroid av likformig täthet.

Fig. 5 visar en höggradigt förstorad schematisk vy av en del av detektorn 10 enligt fig. 4. Ett modulerat röntgenstråleflöde 34 från den strålning som har passerat genom objektet 32 alstrar elektronhålpar 36 i selenskiktet 16.

Fig. 6 visar detektorn 10 enligt fig. 4 efter det att röntgen- strâleexponeringen har avslutats. Detektorn har nu lagrat en latent bild. Den modulerade ytladdningen som innehåller bilden visas schematiskt genom en med puckel försedd streckad linje 38. Denna streckade linje representerar förändringen i spänningen som alstras av elektronhålparen, vilka i sin tur har alstrats genom röntgen- strålningen.

Pig. 7 visar detektorn 10 som har en latent bild lagrad såsom en modulerad ytladdning 38. En tunn ljusstråle 40 skannar det foto- konduktiva skikteæ 16 yta i ett regelbundet rastermönster. I ett utförande enligt uppfinningen alstras denna ljusstråle av en He-Cd laser.

Det inses att fotonstrålen inte behöver vara koherent. Den kan vara av vilken frekvens som helst som kan alstra elektronhålpar i det fotokonduktiva skiktet 16 på detektorn 10.

Elektroden 41 är förbunden med elektrisk jord och elektroden 43 bär en videoelektrisk signal, vars vågform är en funktion av den modulerade ytladdningen 38 på detektorn 10, vilken skannas av ljusstrâlen 40.

Pilen 42 indikerar rörelseriktningen på den skannande ljus- strålen 40. Utgångsvågens form 44 indikerar spänningsvariationen på den utgående videosignalen, som erhålls när strålen skannar den latenta bilden. 8100189-3 14 Fig. 8 visar en schematisk och kraftigt förstorad tvärsektion av en del av detektorn som har skannats av ljusstrålen 40 enligt fig. 7. Ljusstrålen g40 genomtränger den transparenta ledaren och den transparenta isolatorn och alstrar därvid elektronhålpar 36 i den del av selenskiktet 16 som bestrålas av strâlen. § Funktionellt arbetar detektorn 10 genom att en likformig yt- laddning alstras på selenskiktet wash därefter urlsaass selektivt en del av denna ytladdning vid exponeringen mot röntgenstrålarna för att bilda latent bild. É Såsom framgår av fig. 2 kommer det fotokonduktiva selenskiktet I 16 att bli ledande när ljusfotonerna träffar detektorn 10. Om en 'hög negativ spänning av exempelvis -2000 volt anbringas mellan' aluminiumplattan (vid jord) och den transparenta konduktorn 20 ' (till spänningen -2000 volt) kommer detektorn att laddas som en kondensator. Fig. 2A visar hur denna laddning fördelar sig på systemet. Ljusflödet 26 ökar konduktiviteten i selenskiktet 16.

Den anbringade spänningen Vs har ett värde av -2000 volt, vilket medför att en laddning byggs upp över kondensatorn C2, vilket representerar kapacitansen mellan selenets yta som befinner sig i kontakt med den transparent isolatorn och den transparent ledaren på detektorn 10. Kondensatorn C2 kommer således att laddas till en 1 i I 1 | f potential Vs på 2000 volt.

När kondensatorn C2 har laddats till potentialen Vs upphör ljusströmmen och detektorn 10 lagras i mörker. I frånvaro av fotoner blir det amorfa selenskiktet 16 oledande och dess mörkerresistivitet i synergetisk kombination med spärrkontakten 11 förhindrar ytladd- ningen på selenskiktet att läcka bort. Detta förhållande illustreras på fig. 3 och 3A. När detektorn 10 befinner sig i mörker kortsluts de båda uttagen 12 och 22 med varandra. Detta medför att den elektriska laddningen på kondensatorn C2 återfördelas mellan konden- satorerna C2 och C1, av vilka vardera laddas med en potential som är hälften av Vs, dvs 1000 volt om C1 = C2. Kondensatorn C1 representerar kapacitansen mellan ytan på det fotokonduktiva skiktet 16 och aluminiumplattan 14. Denna ytladdning med en poten- tial av 1000 volt fördelas likformigt över selenskiktets yta. Denna lytladdning bibehålles över selenskiktet genom den höga mörkerresi- stiviteten av selen i förbindelse med den nu omkastade förspända spärrövergången vid gränsskiktet mellan Al och Se. Den effektiva 15 8100189-5 spärrspänningen i denna övergång har experimentellt bestämts till omkring 150 till 300 volt i de exempel som diskuteras nedan.

Motståndet R1 representerar selenskiktets resistans när det har exponerats för ljus och den är relativt låg jämfört med dess mörkerresistans R2.

Varje foton som träffar fotokonduktorn kommer att alstra ett specifikt antal elektronhålpar i det fotokonduktiva skiktet 16, i beroende av dess aktuella energi (se tabell II). Varje elektronhålpar urladdar en del av ytladdningen i den punkt där den genereras.

Fig. 4 visar hur denna effekt används för att alstra en latent bild på detektorn.

Fig. 4 visar en schematisk tvärsektion av fotondetektorn i enlighet med föreliggande uppfinning och använd såsom bildreceptor i ett röntgenstrålesystem.

Ett likformigt flöde av röntgenstrålefotoner 30 moduleras, dvs absorberas partiellt, vid dess passage genom ett föremål som bestrålas med röntgenstrålar 32. Det modulerade röntgenstrâle- flödet träffar därefter detektorn 10.

Detektorn 10 har en ytladdning av 1000 volt såsom illustreras av laddningen 28 i fig. 3 och denna laddning är pålagd selenskiktet 16. När röntgenstrålefotonerna träffar selenskiktet alstras däri elektronhålpar. För monokromatiska röntgenstrâlar är antalet elektronhålpar en direkt funktion av antalet röntgenstrålefotoner som träffar detektorns selenskikt.

Några av röntgenstrålefotonerna i det likformiga flödet 30 absorberas av föremålet 32. Det modulerade flöde som träffar det fotokonduktiva skiktet 16 kommer alltså att innehålla information om den inre strukturen av föremålet som utsätts för röntgenstrål- ning. Denna information innehålles i det antal fotoner som träffar varje del av detektorn.

Pig. 5 visar hur detta modulerade röntgenstråleflöde alstrar en modulerad ytladdning på detektorns yta. Det modulerade röntgen- stråleflödet 34 alstrar elektronhålpar 36 i detektorns 10 selen- _skikt 16. Antalet elektronhålpar som alstras i varje punkt av detek- torns yta är en funktion av antalet röntgenstrålefotoner som träffar det fotokonduktiva skiktet. Varje elektronhålpar 36 ur- laddar en del av ytladdningen som är påtryckt på det fotokonduktiva 8190189-3 0 16 skiktet i den punkt där de genereras. Största antalet elektronhâl- par kommer att genereras där röntgenstrålefotonera från det lik- formiga flödet 30 träffar detektorn utan absorption från det före- mål som bestrålas. Ett mindre antal röntgenstrålefotoner kommer att träffa det fotokonduktiva skiktet som befinner sig under det bestrâlade föremålet. Strålningsgenomsläppligheten hos det bestrålade föremålet kommer alltså att avbildas i detektorns yt- laddning efter bestrålningen. ' Fig. 6 visar schematiskt detektorns modulerade ytladdning efter röntgenexponeringen sådan den har beskrivits i samband med fig. 4 0ch_5. ' Ytladdningen är lägre där inget föremål har absorberat röntgen- strålefotonerna. Det bestrålade föremålet som antas ha likformig genomsläpplighet för röntgenstrålarna absorberar en del av det likformiga strålflödet. Detta resulterar i att färre elektronhålpar .alstras under föremålet och en högre ytladdning alstras på detek- torns under det bestrålade föremålet. Denna modulerade ytladdning har representerats i figuren med den streckade linjen 38. 0 Fig. 7 illustrerar schematiskt avläsningsförfarandet som an-g vänds för att alstra en elektrisk videosignal från den modulerade ytladdningen som bildar den latenta bilden på detektorn i enlighet med uppfinningstanken.

Detektorn hålls i mörker och en tunn ljusstrâle, lämpligen alstrad av en helium-kadmium laser, skannas i ett regelbundet rastermönster över det fotokonduktiva skiktets 16 yta.

'När den skannande ljustrâlen 40 rör sig i den riktning som illustreras av pilen 42 alstrar den en liten rörlig punkt på det fotckonduktiva skiktets16 yta. Storleken på denna punkt bestämmer den slutliga bildens upplösning. Det är därför önskvärt att stor- leken på denna punkt skall hållas liten.

När laserstrålen 40 skannar det fotokonduktiva skiktets 16 yta alstras elektronhâlpar, såsom illustrerats i detalj på fig. 8.

Dessa elektronhålpar är rörliga inuti det fotokonduktiva skiktet och urladdar en del av ytladdningen. I en lämplig utföringsform av uppfinningen rör sig elektronerna mot den positivt laddade selenytan på detektorstapelns yta. Spänningsfallet över det mot- stånd som är anslutet mellan jordförbindelsen 41, som är ansluten till den transparenta konduktorn 20 och videoutgångselektroden 43, .....,,..._,_-...,.... .- ..,._.,«.»~..__.._..._._. ..,.._.- _.._..._r ...._..,. _. M-, “ii ...__ _.,_._r-..-...,.._.. 17 31ÛÛ189-3 som är ansluten till den ledande aluminiumplattan 14 kommer att vara en funktion av ytladdningens intensitet i den punkt där laserstrålen genererar elektronhålparet.

Den skannande laserstrâlen 40 kommer alltså att alstra en modulerad elektrisk signal 44 vid utgångselektroden 43. Spänningen på denna utgångssignal kommer att vara en funktion av ytladdningen i den punkt där laserstrâlen träffar det fotokonduktiva skiktet 'på detektorn. Strömmen i utgångskretsen är en funktion av frekven- sen och intensiteten av den skannande ljusstrålen och är dessutom en funktion av hastigheten med vilken ljusstrålen skannar foto- konduktorns yta. Videosignalen 44 kan behandlas elektroniskt för att alstra en bild som återger den latenta bilden, vilken finns i det fotokonduktiva skiktets ytladdning på detektorn.

Beroende på intensiteten av ytladdningen, strålens avsöknings- hastighet och frekvensen och intensiteten av ljusstrålen kan yt- laddningen upprepade gånger avsökas av ljusstrålen.

I tabell II återfinns värden för selenskiktets tjocklek, röntgenfotonernas energi, den del av denna energi som absorberas av selenskiktet, den kvantitativa omvandlingen mellan röntgen- strålefotoner och elektronhâlpar, selen, mörkerresistans och den totala receptorytan av detektorn 10 som används för att beräkna de ingående parametrarna i en sampledetektor utformad i enlighet med en lämplig utföringsform av föreliggande uppfinning.

Tabell II Antagna värden Selenskiktets tjocklek _ 100 micron Strâlningsenergi 21 keV Andel absorberade fotoner 85% Kvantomvandling 3000 elektron/foton Ytspänning 1000 V Fotonflöde/röntgen 5 + 109 cm-2 Mörkerresistivitet 1016JI2cm Total receptoryta 560 cm 13100189-3 18 Tabell III innehåller den beräknade kapacitansen för detektor- stapeln, laddningstätheten i denna stapel när ytpotentialen är 1000 volt, antalet elementarladdningar per cmz i stapeln samt ' mörkerresistiviteten och mörkerströmmen i detektorn vid en laddning av 1000 volt.

Tabell III Beräknade värden Kapacitans _ .5,8 x 1041F/cm2 Ladaningstäthet vid 1000 volt 5,8 x 1o'8cou1/cm2 Antal elementarladdningar 13,6 x 1011el/cm2 Mörkerresistans 10143L/cmz Mörkerström vid 1000 volt I 10;11A/cm2 Med användning av värdena från dessa tabeller är det möjligt att beräkna arbetsparametrarna för ett detektorsystem utformat i enlighet med en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning.

Om detektorn 10 har en yta på 560 cmz och är exponerad för ett likformigt flöde av röntgenstrålning av 21 keV, vilket resul- terar i en exponering av Np röntgenstrålefotoner per ytenhet blir totala antalet elektronhâlpar som genereras 3000 gånger Np. Enligt informationsteorin måste tre gånger så många elektronhâlpar alstras som finns vid den statistiska brusnivån i det aktuella systemet för att en latent bild skall kunna detekteras.

Det finns approximativt 5 gånger 109 fotoner per cmz per röntgen vid en röntgenstråleexponering vid 21 keV} Minimala antalet latenta strålningsexponeringar som alstrar en detekterbar latent bild i selendetektorstapeln kommer alltså i enlighet med föreliggande uppfinning att vara approximativt 23 microröntgen per exponering (för en detektor med ytan 560 cmz). Detta kan anses vara den teore- tiska undre gränsen för exponeringar som genererar en bild med 'tio linjepar per mm i enlighet med Kuppfinningen.

I det praktiska fallet kan en patient som utsätts för röntgen- exponering erhålla 100 mR och vid den tunnaste delen av det röntgen- bestrålade föremålet kommer 50% av strålningen att absorberas av samplet. Därvid uppgår detektorns exponering vid den ljusaste delen av bilden till 50 mR medan den teoretiskt lägsta reflekterbara dosen såsom framhölls ovan uppgår till 23/nR. Detta ger teoretiskt ...i ..._ .___.,_...._...,,-.. _ ,1..-_,,_i__..-.. m.. .._..._l.p..e.__.i............ . \...._. .,_.... ...~.~....- ...in ..-........ _ ,. --.N e., . _.. .-«--~ -- -- ..-...._ ._.__.._,,,. , ,.._ ,.._, i... ..._,-».. _ ...__ - .__ ..,....>......». 19 8100189-3 en latent bild som representeras genom modulation av den på detektorn befintliga ytladdningen vid ett förhållande mellan de ljusaste och mörkaste ytområdena av bilden av approximativt värdet 2000.

Det exempel som har diskuterats ovan visar att en detektor i enlighet med föreliggande uppfinning teoretiskt har förmågan att lagra en bild vid användning av ett fotokonduktivt selenskikt med en upplösning av 10 linjepar per mm och ett ljusintensitets- område på över 2000 efter en total röntgenexponering av endast 100 mR. I det följande skall ges exempel på hur denna latenta bild kan avläsas i detektorn.

Fig. 9 visar en delvis uppskuren vy av en apparat med vilken man utlösa den bild som genereras på ovan beskrivet sätt.

Ett ljussätt hölje 46 innehåller en ljuskälla 48 så inställd, att en ljusstrâle 50 projiceras på fronten på ett skannande organ 52 som kan bestå av en roterande flersidig spegel. Spegeln 52 är monterad på en axel 54 som är förbunden med en motor 56. Spegel- axeln och motorn är fixerade på en plattform 58. Denna plattform är monterad'på en axel 60 som är vinkelrät mot spegelaxeln 54.

Axeln 60 är vid sin ena ände förbunden med en första upprättstående sgavel 62 och med sin andra ände till en andra upprättstående gavel 64. Den sistnämnda axeländen är vridbart monterad i gaveln 64 och är operativt förbunden med en stegmotor 66.

Hela apparaturen med spegel och ingående komponenter finns tillgänglig på marknaden (Texas Medical Instruments, Inc., USA).

Spegeln 52 och dess skannande mekanism är belägen vid ena änden av höljet 46. En detektor 10 av flerskiktstyp är införbar genom en ljustät öppning 68 och lösgörbart fastsatt i en hållare vid den andra änden av höljet 46 på sådant sätt att det transparenta konduktiva skiktet 20 är vänt mot spegeln 52.

Ljuskällan 48 är lämpligen en helium-kadmium laser av modell Liconix 402 med optisk modulator. Denna laser producerar en stråle med en ljusintensitet av approximativt 4400 Å.

Den skannande motorn 56 roterar den flersidiga spegeln 52 på axeln 54 för att ljusstrålen 50 skall skannas horisontellt över detektorns yta. Detta medför att punkten 70 kommer att träffa det fotokonduktiva selenskiktet på det sätt som diskuterats i samband med fig. 7 och 8 ovan. Varje gång punkten 70 rör sig från vänster .8100189-3 20 till höger på detektorn 10 kommer stegmotorn 66 att vrida platt- formen 58 en tillräcklig cirkelbåge för att förskjuta punkten 70 vertikalt en sträcka av 1/20 mm. Denna stegskannande funktion kan styras mekaniskt eller elektriskt. Normalt kommer punkten 70 att börja skanna detektorns 10 yta vid dess övre vänstra hörn.

*Efter rasterskanningen av detektorns hela yta kan mekanismen programmeras att antingen stängas av eller att på nytt skanna plattan.

Fig. 10 är en förenklad schematisk vy av den skannande avläs- ningsmekanismen som visas i fig. 9. Ljusstrålen 50 från lasern 48 reflekteras från den polygonala ytan av den flersidiga spegeln 52 när spegeln roterar på axeln 54. Detta får ljusstrålen 50 att generera en flygande punkt 70 som rör sig över detektorns 10 yta.

Såsom har anförts i förbindelse med fig. 7 och 8 alstras härigenom en videosignal över detektorn. ' V -Teoretiskt kan fotonerna från ljuskällande 48 ha en våglängd av approximativt 4400 Å. Kvantutbytet mellan dessa fotoner och selen närmar sig ett när fältstyrkan närmare sig 105 volt per cm.

Vid en selenplatta på 150 micron, såsom används vid den beskrivna utföringsformen enligt uppfinningen, motsvarar dessa en ytspänning av 1000 volt.

Det är möjligt att pulsa lasern för att minska den skannande tid som behövs för att erhålla en bild från detektorn. I före- liggande exempel pulsas laserstrâlen för en period av 100 nano- sekunder med en intervall av tre till fyra microsekunder mellan^ pulserna. Härigenom upplyses varje bild tillräckligt effektivt för att avläsa en latent bild som lagras i detektorn. Den praktiska fördelen med ett sådant arrangemang är att möjliggöra mycket kortare samplingstider. Det kan också resultera i högre signalstyrkor.

I Fig. 11 visar ett blockdiagram av ett radiografiskt röntgen- strålesystem i enlighet med en föredragen utföringsform av före- liggande uppfinning. Lasern 72 producerar en tunn högintensiv ljus- strâle 74 som expanderas medelst ett optiskt objektiv 76 och linser 78 och 80 till en tämligen bred parallellstråle 82. En fokuserande spegel 84 reflekterar strâlen 82 medelst den reflekte- f rande ytan 86 på den skannande mekanismen 88. Denna mekanism är väsentligen uppbyggd på samma sätt som den mekanism som beskrivits i samband med fig. 9 ovan. Mekanismen kan bestå av en godtycklig 4 ..._ ___, ~¶__.,_._..c-....... -___ _ »-.. -fw _. f» ~. -»...-._~.~...._.-.=._» .in t, vsw- _.-- »i - -z- - W- -- -- 21' 8100189-3 apparatur som kan förflytta laserstrålen över detektorn och filmen. Den kan exempelvis bestå av en uppsättning datorstyrda speglar eller av en hologramoptik.

Strålen 82 projicerar en liten flygande punkt 90 på detektorns 10 yta. Detektorn 10 har behandlats i detalj i samband med fig. 1 till 8 ovan.

Detektorn 10 är elektriskt förbunden över ledningarna 92 och 94 till en kyld förstärkare 96. Förstärkaren 96 kan bestå av en lâgbrusförstärkare. Förstärkaren 96 är över ledningen 98 förbunden med ledningarna 100 och 102, vilka elektriskt förbinder utgången på den kylda förstärkaren 96 med en första signalprocessor 104 resp en andra signalprocessor 106. Signalprocessorn 104 är över ledningen 108 förbunden med en strålmodulator 110. En laser 112 alstrar en intensiv stråle av koherent ljust 114 som moduleras av strålmodulatorn 110 och sprids av ett objektiv 116 med linser 118 och 120 till en koherent modulerad strâle 122. Den modulerade strålen 122 fokuseras med hjälp av en spegel 124 på en andra spegelyta 126 på den optiska skannern 88. Denna yta kan vara en annan yta på samma skanner eller kan utgöras av ett separat optiskt system.

Den mekaniska rörelsen av det skannande systemet 88 får strålen 122 att bilda en flygande punkt 128 som skanner ytan på ett inspelande medium 130. Detta förfarande tillåter att den mycket låga intensiteten på den latenta bilden i detektorn 10 kan elektriskt förstärkas medelst den kylda förstärkaren 96 och signal- processorn 104 och därefter att signalen skrivs om som en intensi- fierad bild på en fotografisk eller xeroradiografisk platta 130.

Signalen på utgången av den elektriska förstärkaren 96 matas även till signalprocessorn 106 över ledningarna 98 och 102. Ut- gången på signalprocessorn 106 är förbunden via ledningen 132 till en digital dator 134. Datorn 134 används för att digitalt lagra och bearbeta informationsinnehållet som tillföres den från den elektriska signal som alstras av den kylda förstärkaren 96 över signalprocessorn 106. Bilderna kan lagras på magnetisk tape eller på skivor och kan bearbetas i datorn genom algoritmer för bildkantförstoring eller mönsterdetektering vid automatiska dia- gnoser.

Utgången på signalprocessorn 106 är också via ledningen 136 förbunden med ett masslagringssystem 138. 8100189-5 22 Detta masslagringssystem innehåller ett bildrör 140 med hög upplösning som producerar en analog bild 142, vilken fokuseras med hjälp av en optik 144 på ett filmplan 146 i ett massfilmlag- ringssystem 148. Detta filmlagringssystem kan bestå av ett 35 eller 70 mm kassettsystem.

Den typ av radiografisk bildbehandling och lagring som har beskrivits i samband med fig. 11 är speciellt lämpad för en ut- rustning för massradiografisk datalagring i kombination med en central databehandingsenhet som finns inom stora sjukhuskomplex.

Digital lagring av de radiografiska bilderna medger en access till data av en långt därifrån befintlig radiolog med stor hastig- het och precision. Datorbaserade mönsterigenkännande och detekte- rande algoritmer tillåter billig genomsökning av stora patient- grupper efter radiografiska anomalier. Systemets förmåga att omskriva information som erhålles vid mycket låga strålningsdoser till konventionella keroradiografiska plåtar eller filmer till- låter att systemet skyddar patienten samtidigt som man utnyttjar nu existerande radiografiska datalagringsformat.

Såsom framgår nedan kan de radiografiska data som finns på den latenta bilden på detektorn 10 avläsas i realtid genom att man alstrar en videobild som kan studeras av radiologer. 7 Fig. 12 visar ett masskärmningssystem i enlighet med en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning. Denna ut- föringsform visas på fig; 12 och kan användas för realtidsavbild- ning av bröstkorgsbilder i ett massskärmbildningsprogram. Röntgen- strålekällan 150 alstrar ett likformigt flöde av röntgenstrålar 152. Det likformiga flödet 152 passerar igenom och moduleras av patienten 154. Det modulerade röntgenflödet träffar en flerskiktad fotondetektorapparatur 156. U Fig. 13 visar i stark förstoring ett tvärsnitt genom en del av detektoranordningen 156 som används i fig. 12.

Detektorn 156 överensstämmer med detektorn 10 som beskrivits i samband med fig. 1 till 8 ovan, förutom att den är belägen så att det modulerade röntgenflödet träffar det fotokonduktiva selen- skiktet efter passage genom aluminiumplåten. Dessutom har ett tunt isolerande skikt 158 lagts på den yttre ytan av aluminium- stödplattan för att elektriskt isolera aluminiumskiktet från patienten 154. _,.._,_,___,._,_,, -._. __......r .in __.,..._...1._,.._r._...»__.v..- aven; - o..- ._~_ , »~»._.~.~<..._ .....>.. f. ...,1.._.,__--»- f~»-»>-------n----- _<_~ -.-. ri... ____ “__ ,_.1.__ __.. .._,,,,_.__.._ -» 23 8100189-3 Detektoranordningen 156 är monterad inuti ett ljustätt hölje 160, som även innehåller medel för att skanna detektorn med en tunn ljusstråle. I detta fall utgöres medlen av ett lasersystem 162 som projicerar en ljusstråle 164 i ett rastermönster på bak- sidan, dvs den ledande transparent sidan av detektorn 156. Under- delen av höljet 160 innehåller en styrelektronik 168 och en signal- elektronik 170. Höljet med dess underdel kan monteras på ben 172 för att höja detektoranordningen 156 till bröstkorgshöjd på patienten 154.

Styrorganen 168 innefattar elektroniska medel som är nödvändiga för att styra laserns162 skannande mönster och för att få ljusstrålen 164 att skanna den fotokonduktiva ytan av detektorn 156 i ett regelbundet rastermönster. Styrelektroniken styr även röntgen- källan 150 och synkroniserar exponeringarna och avläsningarna.

De signalalstrande medlen 170 innefattar elektriska förstärkare som är anslutna till detektorns 156 videoutgång. Signalelektroniken 170 förstärker detektorutgångssignalen och alstrar en videoutgångs- signal som kan påverka en videoavläsningsanordning 174, vilken kan bestå av en videomonitor med hög upplösning.

Det på figur 12 visade masskärmbildningssystemet består av en liten transporterbar enhet. Patienten 154 stiger upp till en- heten och pressar bröstkorgen mot det tunna isolerande skiktet 158 över aluminiumbakplattan på detektorn 156. Röntgenstrålekällan 150 sätts därefter i funktion medelst styrorgan och bestrâlar patien- ten med en röntgenstrålning under 100 mR. Såsom framgår av fig. 13 genomtränger denna modulerade röntgenstrålning det tunna isolerande skiktet 158 och aluminiumbakplattan på detektorn 156. Röntgen- stråleflödet alstrar därvid elektronhålpar i selendetektorn såsom har beskrivits i samband med fig. 2 till 6 ovan. Effekten av absorptionen av röntgenstrålar i selenskiktet med åtföljande neutralisering av ytladdningarna ger en förskjutningsström som flyter när kondensatorn C2 återför en del av sin laddning på kondensatorn C1. När denna ström integreras över tiden kommer den att uppnå ett förutbestämt värde. Styrkretsar kommer därvid att stoppa röntgenstråleexponeringen. Användningen av sådana kretsar kommer att ge bilder av lika kvalitet oberoende av patientens tjocklek. Anordningen enligt ovan har kallats “automatisk foto- timing" eller “automatisk exponeringskontroll". 8100189-sf 24 Med hänvisning till fig. 12 kommer styrelektroniken 168 att när exponeringen har fullbordats få laserskannern 162 att stanna ljusstrâlen 164 över det fotokonduktiva selenskiktet i ett regelbundet rastermönster såsom har beskrivits i samband med fig. 7 till 10. Härvid kommer detektorn 156 att alstra en videosignal som innehåller bildinformationen. Denna videosignal *matas till signalelektroniken 170 där den förstärks för att alstra en videosignalutgång till den Tvfmonitor 174.

Det ovan beskrivna systemet kan.användas för att göra en klinisk radiografering av valfri kroppsdel, exempelvis bröstkorg, bröst, huvud, etc. ' " Detektorn själv som kan bestå av en utbytesdel för filmer i ett radiografiskt system kan användas med förstärkande skärmar.

Vid en utföringsform av detektorn kan man använda fosfor, lämp- ligen en sällsynt jordfosfor med högt Z-värde i stället för det isolerande skiktet 18 i fig. 1. De röntgenstrâlar som träffar fosforn kommer att alstra ljus som i sin tur alstrar jonhålpar i det fotokonduktiva skiktet 16.

Derivering av detektorns karakteristiska kurva Detta avsnitt hänför sig till deriveringen av den kurva som _framgår av fig. 25.

När det experimentella systemet utsätts för ljusstrâlning kommer en total laddning av QL coulomb att flyta i den yttre kretsen där: 2VsC22 coul/pixel _ (1) L C1 + C2 Exponeringen av röntgenstrålning före ljusbestrålningen skulle Q thelt enkelt reducera laddningen QL proportionellt mot röntgenstrâle- dosen, _ '~ Man kan beräkna den laddning som fås att flyta på grund av absorptionen av röntgenstrâlefotoner genom att först definiera den effektiva fotoalstringen enligt Fender: :wà-Eöš-:rša-r-xífifi <2) där\P?ënergin alstrad i selenskiktet i eV på grund av absorberade fotoner, N är antalet joner som neutraliserar laddningen på absor~ batorns yta, samt E är medelvärdet av det elektriska fältet över - _._-\. t.-- ._....-.. ...rm .,_._ ._ _..., _.._,,....,...i.... m... «- ,._. n. ___. ..._. ._,._... - __.___.,.. -,,.__ ._ __._._., an., -.._.,_..__,-. ._ 25 8100189-3 absorbatorn. Vi kan också noterat att: Q A A d Q m och dn = - e där QX är den neutraliserade ytladdningen i coulomb per cmz, A är absorbatorns yta i cmz och e är elektronladdningen i coulomb/jonpar. Den absorberade energin kan beräknas såsom: *P = fkxA och a? = fkAdx (4) där f är den del av röntgenstrålefotonerna som absorberas i selenskiktet, k är energiflödet i luften per röntgenexponering och X är exponeringen i röntgen. Eftersom det elektriska fältet är det som existerar inuti selenskiktet blir: (5) där Q*1 är momentanladdningen som existerar över selenskiktet, C1 är selenskiktets kapacitans samt d1 är selenskiktets tjocklek.

Om ekvationerna (3) (4) och (5) kombineras med ekvation (2) erhålles: fkeQ* 1 dX (6) f? " c1d1 aQx Från ekvation (1) kan vi uttrycka Q*1 såsom: ZVCC QC Q* = __§_l_Ä _ X 1 (ga) 1 C1 + C2 C1+C2 Om man nu substituerar i ekvation (6) erhåller vi differential- ekvationen: _ dgš + _ fke QX - 2kfeC2Vs = 0 (7) dx d1q(C1+C2) q(C1+C2) d1 Lösningen av denna ekvation är: QX = ZCZVS (1 - exp(& ñšääšíjïíïà) (8) om (CZ ) (e) QRWX-cjwf 8100189-3 så kommer den totala laddning som sätts i rörelse vid belysningen aven pixel som har absorberat X röntgen av röntgenstrålar att vara: Qsig = QL - OR . (10) Från ekvationerna (1) och (10) erhålles: _ 2VsCš 2VsCš (1 - exp Qsig = C1+C2 _ ë-äï-(TZ- nd1(C1+C2) Qsig = LZVZCZ exp( - ßxjj i (12) S , Cfcz där P z' fke qd1(C1+C2) Ekvation (12) är av den form som.finns beskriven av Boag där han anger att den radiografiska urladdningen av elektrostatiska plåtar är exponentiell.

Fig. 19 visar QR såsom funktion av Vš för olika doser av röntgenstrâlning. Ur dessa data kan vi lösa ekvation (8) för Q, som är den fotoalstrande effektiviteten. Ur fig. 19 erhålles även de empiriska data varmed man kan förutse förlusten av laddningar vilket kan bero pâ.rekombination. Det kan emellertid också indikera djupa hålfällor i selenskiktet som åstadkommer en resterande spänning under vilken systemet icke kan urladdas. ..._.....___ ,..,._._..,. »_....._,.._._.._..__ ._ .__...lr_._. __... ,......A._\......__~. ._ ____. .-.år -..M _.._.._,_.... ._......_.___....____l Ae... _.. _ _ ___-.. sin.-- _.- ___..-..._._.._.... -_...\.~.-__.__- .__ _. .-.».._. _... .,_.__..____.-..-~. ._...__._.._r._._.. _ 8100189-3 27 Beskrivning och diskussion av metoder för laddning av detektorn Laddningsmetod =?l För att kort se tillbaka, den sandwichliknande halvledar- konstruktionen, illustrerad av fig. 1 och lA ovan, uppträder som ett par kondensatorer i serie. C2 är den kondensator, som i det experimentella systemet bildas av det konduktiva Nesaglaset och selenytan närmast Nesa. Ett isolerande mylarskikt verkar som ett dieleküükum Cl är den kondensator, som bildas genom selenytan och aluminiumsubstratet, varvid den fotoelektriska selenledaren verkar som dielektrikum.Eftersom fotoelektriska ledare ej är dielektrika när de belyses, kommer Cl endast att existera när den är i mörkret. Detta förbigår sådana förhållanden som djupa hålfällor, mörkerströmmar, etc, men de kommer att dis- kuteras i sin tur.

Med hänvisning till fig. 1, när en spänning pâläggs mellan uttagen 22 och 12, kommer en ström att flyta, som laddar konden- satorerna Cl och C2 till spänningarna Vl och V2, där VX = V1 + V2 (l) i vilket fall V2 = Vs Cl Cl + C2 (2) där Vs är matarspänningen och V1 = Vs _ _ (3) Om selenskiktet belyses medan det är en spänning mellan uttagen 22 och 12, blir kondensatorn Cl en ledare och tillåter ytterligare ström att flyta till C2. Denna ytterligare laddning Ql är denladdning, som i början ligger hos kondensatorn Cl. Det vill säga, eftersom Q1 = Civi (4) varvid genom insättning av (3) i (4) Cicz Q1 = Vs °1+C2 (5) 8100189-3 28 Begynnelsespänningen över C2 bestäms som i (2). Ökningen i spänning över C2 på grund av att Cl blir ledande är: Ql vsC2 V2 = Ci °1+°z (6) 'Således är den totala spänningen över C2 nu (2) plus (6) eller Cl + VsC2 _ = V (7) V2 _ vs cl+c2 cl+c2 e Z s På grund av (l), befinns nu V1 vara lika med noll. Ladd- ningen över C2 är nu totala Q eller Qfl: = Vscz (s) Om belysningen avlägsnas, kommer denna spänningsfördel- ning att kvarstå tills spänningen avlägsnas ochuttagen 22 och l2 sammanbinds. C2 kommer nu att delvis urladda sig i Cl, vilket resulterar i att samma spänning uppträder över Cl och C2, eftersom de nu är väsentligen parallellkopplade. Denna spänning kommer att vara t t 1 v parallell =p (9) = v c = v = -v s 2 1 2 Cl+C2 f 'Observera att Vi och'V2 är lika men av motsatt polaritet.

Det skall också noteras att ingen matningsspänning Vs före- ligger i kretsen under denna omfördelning av laddning. Operationen ovan har resulterat i placering av en laddning på selenytan vä- sentligen som sker i det xeroradiografiska förfarandet. Vid före- liggande uppfinning har emellertid laddningen anbringats på en selenyta, som är fysiskt oåtkomlig.

- Systemet är nu klart för exponering för röntgenstrålar.

En integrerande amperemeter eller encpulombmeter placeras i kretsen mellan Ci och R2 så att strömmen, eller den resulterande laddningsrörelsen, på grund av strâlningsexponeringen, kan mätas. 8100189-3 29 Detta strömflöde är proportionellt mot exponeringen och kan således användas för att styra denna. Detta är fördelaktigt, eftersom det gör det möjligt att styra exponeringstiden genom mängden strålning, som verkligen når detektorn. _ Alternativt kan ytan hos kondensatorn C2, som är en tunn ledande film, etsas för att bilda en liten ö såsom visas i fig. 21. coulombnetern 2101 i fig. 21 kan anslutas mellan ö-elektroden 2103 och aluminiumsuhstratet 2105. Under exponering med röntgenstrålning kommer coukmbmetern 2101 att samla en laddning, som kan användas för fototidsinställning av exponeringen. Detta är fördelaktigt, eftersom röntgenmaskinen kommer att, oberoende av patientens tjock- lek.vara påkopplad tills den korrekta laddningsmängden uppsamlats av detektorn, sålunda säkerställande en korrekt exponerad bild.

Flera av dessa isolerade öar kan etsas i plåten och användas som exponeringsmätare.

När detektorn exponeras för strålning, skapas elektron-hål- par inuti selenet, som neutraliserar laddningen över Cl. När dessa laddningar är neutraliserade, omfördelas laddningen på C2.

Denna omfördelning kvarhåller de två kondensatorerna vid samma potential. Den totala laddning, som flyter genom den yttre kretsen, dvs genom belastningsresistansen R2, är således den enbart på C2 anbringade begynnelseladdningen. Från (9) kan vi erhålla spän- ningen över C2, dvs den totala laddningen på C2 före röntgen- exponeringen: 2 S Q2 = C V C2 Å. Cl+C2 (10) Ekvation (10) är den totala laddningen som kommer att röra sig, om systemet ej exponeras för strålning. Om röntgen- exponering skulle ske för att skapa en latent bild, kommer en del, QX, av laddningen på Cl att neutraliseras. Den kvarstående laddningen på C2 kommer att vara Q Cl+C2 sig = (11) 8100189-3. 30 "där QT = C Vs som i (8) . Om QX = O blir ekvation (ll) ekvation (10). 2 Denna laddning kan uppsamlas genom encoulombmeter och 2 skulle vara en funktion av antalet elektron-hålpar, som alstras genom den i selenet absorberade röntgenstrålningen. När detektorn avsöks med laserstrålen, urladdas i följd varje pixel, dvs I omrâde belyst med laserstrålen i vila. Funktionellt görs Cl ledande där ljuset lyser. När Cl blir ledande, kan laddningen 'pâ C2 flyta genom den yttre kretsen. Strömmen, som flyter genom den yttre kretsen, är en funktion av den i den fotoelektriska ledaren lagrade latenta bilden. 7 När laserstrålen sveper över Cl, är den IR-nedgång som uppträder över motståndet R2 en videosignal.

Laddningsmetod 372 Låt oss betrakta samma sandwichliknande detektorkonstruktion i en kretskonfiguration, som är analog med den i fig.22 visade.

Konstruktivt är trelägesomkopplaren 2201 ansluten till ena sidan av plåtkonstruktionen 2203, illustrerad såsom kondensa- torerna Cl och C2 i serie. Ena sidan avcoulombmetern 2205 är förbunden med plåtkonstruktionens 2203 andra sida.Cbulombmeterns 2205 andra sida är förbunden till ena sidan av ett motstånd 2207.

Motståndets 2207 andra sida är ansluten till batteriets 2209 posi- tiva sida, direkt till uttaget 2211 samt till batteriets 2213 negativa sida. Batteriets 2213 positiva sida är förbunden med ur- taget l hos trelägesomkopplaren 220l.Uttaget 2211 är förbundet med uttaget 2 hos omkopplaren 2201. Batterieta2209 negativa sida är ansluten till urtaget 3 hos trelägesomkopplaren 2201.

Trelägesomkopplaren 2201 placeras först i läge 1. Spänning- arna över Cl och C2 är samma som de i fig. l och lA visade. Om selenet nu belyses blir Cl ledande som tidigare och V2 = Vs som i (7). Om belysningen nu avlägsnas kvarligger åter denna spänningsfördelning. Förflyttning av omkopplaren 2201 till läge 2 resulterar i att laddningen på CZ fördelas över både Cl och C2 som tidigare med V1 = -V2 såsom ges av (9). 8100189-3 31 Om omkopplaren 2201 förflyttas till läge 3, kommer en spänning att existera utöver CZ, som kommer att vara den proportion av VS på grund av kondensatorerna Cl och C2 minus spänningen på grund av fångade laddningar (9), dvs: V : V C I V C 2 5 1 S 2 c1+c2 c1_+c2 (12) eller Cl-CZ V2 = Ys Cl+C2 Cl+C2-2C2 2C2 ._ l - _ Vs Cl+C2 ZVSCZ (13) V2 = ys Cl+C2 eftersom Vl + V2 = Vs finner vi V1 = ZVX C2 (14) Cl+C2 det vill säça, spänningen över selenet är nu två gånger den som erhölls idenandra laddningsmetoden fil.

Den totala laddningen på C2 är nu från (13) 81ÛÛ1'89s-"~5 32 ZVSCZ Qz = Vs - V 2 sczcz (15) = Czvs - cl+c2 Under dessa förhållanden, om förhållandet C2/(Cl+C2) är nära l, kommer V2 att vara av motsatt polaritet i förhållande till V1 liksom vid en mindre spänning.

Om vi antar C2 = 10 Cl, blir förhållande C2/(Cl+C2) 10/ll, om vi också antar V2 = l00V,fås från (14) Vl= 2 x lO0V x 10/ll = 181,8 volt och V2 = 81,8 volt.

Q2 som visas i ekvation (l5) representerar således en laddning motsatt mot den på Cl och den hos spänningskällan Vs. vid strâlningsexponering och/eller efterföljande utläsning med lasern, kommer den totala Qsig, som rör sig genom den yttre kretsen, att vara den som i början ligger på C2 plus den som erfordras för att ladda C2 till en spänning av Vs av motsatt polari- tet. Sålunda Qšig = 'Q2+QT 2 s eher Qsig = ZVS C2 C2 i c +c l 2 (16) Om detektorn har exponerats för röntgenstrålar så = _ CZ 8100189-5 33 är,liksom tidigare, QX de laddningar som neutraliseras genom elektron-hål skapade i selenet genom de absorberade röntgenfotonerna.

Sammanfattningsvis, användningen av laddningsmetoden åz 2 resulterar i fördubbling av spänningen över selenet utan fördubbling av den över mularkondensatorn C2 pålagda spänningen.

Detta tillåter kondensatorn C2 att ha ett tunnare dielektrikum och följaktligen en högre kapacitans. ökning av värdet på C2 relativt värdet pâ Cl bringar bråket C2/(Cl+C2) närmare 1, vilket ytterligare ökar detektorns utsigna1.En ytterligare fördel med fördubblingen av spänningen över selenet är att den ökade elektriska fältstyrkan minskar elektron-hålparrekombina- tion i selenet och ökar jonparsamlingens effektivitet. Detta ökar detektorns verkningsgrad.

Att öka C2, eller snarare göra Cl så liten som möjligt, har två fördelaktiga resultat: A. Minskning av kapaciteten hos Cl utförs genom ökning av tjockleken hos selenskiktet i detektorn, vilket ökar detek- torns röntgenabsorptionseffektivitet.

B. Minskning av Cl medan högsta möjliga värde på C2 används, reducerar detektorns totala kapacitans, eftersom Cl och C2 är i serie. Denna lägre totala kapacitans ökar den svephastighet, som uppfinningen kan uppnå. Detta är betydelsefullt, eftersom den tidigare kända tekniken endast lär segmentering av en plåt i små sektioner föratt undvika denna stora kapacitans.

.Laddningsmetod 3 _ Det är också möjligt att använda en detektor, i vilken selen- skiktet har hög effektiv mörkerresistivitet, men ej en spärrkon- takt, som ej är laddad före röntgenexponering, dvs en detektor, vars fotokonduktiva skikt har inga ytladdningar. I denna metod anbringas en elektrisk spänning över den tidigare oladdade detektorn endast under exponering för röntgenstrålarna. Detta förfarande kommer att resultera i en modulerad ytladdning, som överensstämmer med radioogenomskinligheten hos objektet som röntgenundersöks, som anbringas på det fotokonduktiva skiktet. 8100189-3 34 Den modulerade ytladdningen kan avläsas med en avsökande laser- stråle såsom beskrivits ovan.

Experimentellt system Û 2 Försöksapparaturen _ För att utvärdera driftskaraktäristika hos detektorn och utläsningsorganen hos föreliggande uppfinning, byggdes en modelldetektor som i fig. l och monterades på en optisk bänk, som innehöll en He-Cd-laser, kollimerande lins och fältstopp.

C2 bildades av approximativt 5 mil mylarplast, täckt med nâgra ångström av guld, dvs tills ytresistansen hos mylaret är lika med 20 ohm per fyrkant (skikt 20, fig. l). Mylaret bands vid selenskiktet med optisk cement. Lasern pulsades via en puls- generator. Laddningsmetodf? 2 användes som beskrivits ovan.

Detektorn belastades med olika värden på resistanser i enlighet med den pålagda spänningen. En förstärkare med en förstärkning av 1000 användes för att konditionera detektorns utsignal innan den återges på ett minnesoscilloskop. Ett schema över förstärka- ren ges i fig. 23. Från fotografier, tagna av signalerna på oscilloskopets skärm, bestämdes den totala ytan under urladdnings- kurva via planimeter för att uppskatta laddningen, som satts i rörelse genom lasern. Detta förfarande upprepades efter exponering för att mäta exponering för röntgenstrålning för att bestämma an- taletcoukmb av den laddning, som urladdas genom röntgenexponering- en. ' Experimentella resultat .Experiment konstruerades för att bestämma om detektor och ut- läsningsorgan hos föreliggande uppfinning uppträdde såsom förut- sagts.Med användning av ekvation (l7) beräknades den totalt möj- liga signalen'i~umflomb iper cm2 med antagande att QX = 0, icl = 3,69 x 1o"l1 och cz = 2,93 x '1o'11 faraa/cmz. Pig. 14 .är ett diagram över antalet couhmb teoretiskt förutsagda genom en sådan modell, som funktion av den över detektorn pålagda matningsspänningen. I fig. 14 visas också flera experimentellt mätta värden på laddningar hämtade från experimentsystemï? 2, som konstruerades och prövades i det experimentella radiologiska 8100189-5 as laboratoriet hos M.D.Anderson Hospital i Houston, Texas.

I det experimentella systemet fi52 mättes selenets tjocklek till 150 mikron. Fem mil mylar användes som det andra dielektrikumet.

Alla i fig. 14 beräknade laddningar förutsatte en aktiv area eller pixelstorlek av 0,3 cmz och representerar total urladdning av pixel. _ som framgår av fig. 14 är korrelationen mellan beräknad och uppmätt hopsamlad laddning mycket god om man antar en förlust av 3,93 x 10-9 coukmb. Denna avvikelse från detteoretiskt uppnådda värdet kan bero på ofullständig urladdning, orsakad av existensen av en spärrkontakt vid selen/aluminiumgränsytan. Det faktum att empiriska experimentella data låter sig extrapoleras till noll, kan också innebära att, när plåten närmar sig fullständig urladd- ning, samlas färre laddningar, eftersom mer rekombination äger rum vid lägre fältstyrka.

Fig. l5 är ett diagram, illustrerande den elektriska fält- styrkan över selenskiktet hos detektorn, som funktion av mylar- tjocklek, dvs C2, för en given selentjocklek och olika matnings- spänningar pålagda genom laddningsmetod;$f2. Detta diagram är an- vändbart för att förutsäga systemets dynamiska omfâng i couhmb för olika kombinationer av C2 och Vs. I det experimentella systemet_# 2 är Cl fixerad till 3,69 x 10-ll farad/cmz genom den 150 mikron tjockleken av selen. Åter med hänvisning till fig. 13, om C2 är 8 x 10-11 farad/cm2 och Vs vid 2000 V, finner vi att den spänning, som pâläggs selenet, kommer att vara 2500 V, med användning av laddningsmetod.#*2, och det dynamiska omfånget hos detektorn kommer att vara l x 10-7 amümmycmz. Detta betyder att för varje cm2 av belyst plåt, totalt 1 x 10-7 coukmb kommer att flyta i den yttre kretsen. Röntgenexponering för att åstad- komma en latent bild skulle minska denna totala mängd.

Detektorns känslighet för röntgenexponering är av stor bety- delse, dvs hur många coukmb laddning kommer att sättas i rörelse och uppsamlas per absorption av en röntgenfoton. Pig. 16 är ett dia- gram som visar coukmb laddning uppsamlad per röntgenexponering som funktion av total exponering (mätt i mAs (milliampere x sekunder) pålagd ett röntgenrör). 8100189-3 36 De med det experimentella systemet.# 2 använda röntgensys- temet var en SIEMENS MAMMOMAT konstruerad för drift med ett gåeroradiografiskt system. Röntgenenheten drevs vid 44 kVp och hade ett halvvärdesskikt (HVL) av approximativt 1,5 mm av aluminium. Receptorn var inhyst i en kassett, tillverkad av 1,6 mm PVC och hade en bakelitslutare.

Pig. 16 visar att känsligheten (Q/röntgen) hos föreliggande uppfinning är högre för högre pålagda spänningar samt att upp- 'finningen är oväntat känslig för låga exponeringsnivåer. Före- liggande uppfinnings uppsamlingseffektivitet, uttryckt i coulomb per röntgen, är mycket högre vid lâga röntgenexponeringsnivåer än vid höga exponeringsnivåer. , Fig. 17 framställer samma data som fig. 16. Röntgendetektor- kassetten är emellertid utrustad med en 1,6 mm tjock PVC- slutare. Den höga dämpningen hos PVC för de i dessa experiment använda röntgenstrålarna insågs ej vid tidpunkten för dessa datas uppsamlande. V Z Fig. 18 illustrerar effektiviteten hos föreliggande upp- finning i coukmb/röntgen, som funktion av matningsspänning. Åter är systemet uppenbarligen effektivare vid låga strålningsnivåer.

Tabell IV återger på enkelt sätt samma data i tabellform. 8100189-3 37 >.Nß N.ow m.mw N~wæ w.Nm o.mw 0\D o.w w~m o.w wN.m æw.N UGmw.o U>ü mm~ß w>~m ow.m u:oæ.~ ufiflmxmm m ß.mm N.ow m~mm o.v> m.mß m~o> m.. w mdw 3:.

N. _. ä» i m. m 1 S _ 35 øwå 93 uêmzm ušmä Qä uâmä ušw _ o I i vä w fiåwäm ëåâ Qämmdä >H aN_ ma.

Nm. om. ow~ ofl~o AUEVO mN.æ wm~w Nm.w æ>.m HH.m Hm.o ooßm oowm ooaw oomfl ooma com UZHZZWLW IWOZHZHEE 8100189-3* 38 När en bakelitslutare används vid 320 mAs och 2700V mat- ningsspänning förflyttas 93,2 % av alla tillgängliga laddningar.

-Detta representerar nära total urladdning. Vidare, mot bakgrund av den itabell Ivvisade divergensen i tillgängliga totala laddningar, representerar exemplet ovan verkligen totala urladdningar inom experimentfel.

Fig. 19 återger uppsamlad total laddning som funktion av söver detektorn pålagd spänning. Kurvorna divergerar för de olika exponeringarna när den pålagda spänningen ökar. Detta kan tolkas É som att detektorns latitud eller bredd, dvs dess förmåga att ' differentiera exponeringar av olika nivåer, ökar när den pålagda spänningen ökar. Optimal bredd eller latitud kan bestämmas som en affär mellan dynamiskt omfång hos systemet och signal till brus(S/N) förhållande hos detektorutsignalen. _ Uppskattningar av värdena på Cl och C2 har gjorts på basis av kapacitansberäkningar med antagande av en selentjocklek av 150 mikron och en dielektricitetskonstant av 6,3, mylartjocklek .__ . ___... __.,. _.>_..>- . - av 4,3 mils och dielektricitetskonstant 3,5. De experimentella g resultaten gör det möjligt att dra vissa slutsatser om förelig- í gande uppfinning: 1 (l) Användningen av laddningsmetod Éf2 har medgett användning av ökad spänning över selenet med bibehållande av en lägre spänning över mylaret.

A (2) För en given selentjocklek kan systemets dynamiska om- fång varieras genom variation av mylartjockleken och pâlagd spänning _ ' (3) Systemets dynamiska omfång måste med nödvändighet vara större än omfånget i laddningar, som neutraliseras genom strål- ningsabsorption, dvs röntgenstrâlar kan ej tillåtas att full- _ständigt urladda någon del av detektorn. Detta är nödvändigt för l _? i Ä i . i att bibehålla ett fält över selenet även i områden för den största strålningsexponeringen. Genom att göra så kommer man att behålla en god uppsamlingseffektivitet. 7 Empiriskt uppskattas att ingen pixel skulle urladdas ut- över 50 % av dess begynnelseladdning. Detta är emellertid endast en uppskattning och måste ännu härledas teoretiskt eller genom goptimeringsförfaranden. 8100189-3 39 (4) Genom användning av hopsamlade data kan ett exempel på systemets driftsegenskaper beräknas som följer. Med antagande av en 44 kVp, 320 mAs röntgenkälla och en 6 cm lucitfantom, är re- ceptorns maximala exponering 370 mR. När uppfinningen drivs vid en pâlagd spänning av 2700 V, sätts 6,0xl0_9 coulomb i rörelse pågrund av strålning av en yta av 0,3 cmz. Med en given belast- ningsresistans av 100011 och en utläsningstid av 4 x 10-6 s (motsvarar 125.000 Hz), en förstärkarförstärkning av 1000 och en pixelstorlek av 50 mikron, är utsignalen : 6xl0_9 coul/cmz x 2,5 x 10-5 cm2 x 1000 x 1000 förstärkning 6 s ['11 ll ut 4 x 10' 4,8 X 1o"2 ll 48 mV ff! II ut Systembruset kan uträknas som förstärkarbrus plus ingångs- resistansens Nyquistbrus. ~ Äfïíïššš [11 I F _ .

N 4Xl,37xl0 23X3O0xl000xl,5xl05 = 1,57 MV Med användning av en förstärkare med en brussiffra av 0,8 nV/V Hz och l,5 x 105 Hz _ 0,8 x 1o'9 (1,5 x 1o5)l/2 = 0,8 x 1o'9 E x3,s7 x 102 n 0,309 Av Förstärkarbruset är följaktligen mycket mindre än ingångs- resistansens Nyquistbrus. Signal till brusförhållandet är därför: 48,0 l,57 S/N = = 30,5:l Detta dynamiska område kommer att alstra en bild med approxi- mativt 9-10 gråskuggor. Här är en gråskugga definierad som Ü2 ökning i signal. Dvs, 8100189-3 40 Gråskuggor = -ícl-z lo s/N log 2 Experimentellt system 3:3 Fig. 20 är ett blockdiagram, som återger huvudkomponenterna hos dettredje experimentella systemet, som byggts vid den experi- mentella radiologiska avdelningen på M.D. Anderson Hospital i Houston, Texas. Detta experimentella system.byggdes för att prova hela det fullständiga systemet hos föreliggande uppfinning och åstadkomma ett brädkopplingssystem för inledande klinisk utvärde- ring. Detta system är helt datoriserat.

Som framgår av fig. 20 styr mikrodatorn 2007, som är en Southwest Technical Products 6800, lasersläckaren 2015, 16-bit D/A omvandlaren 2011, x-lägesgränssnittmodulen 2017, 12-bit D/A omvandlaren 2009, och fjärrskrivaren eller teletypen 2005. Fjärr- ,skrivaren eller teletypen 2005 är en modell 33ASR. 16-bit D/A omvandlaren 2011 är en Analog Devices 1136 och 12-bit D/A omvand- laren 2009 är en Analog Devices 1132. Lasersläckningsenheten och lasern 2015 är en Liconix modell 4110 helium/kadmium laser.

Lasern 2015 är i ett ej visat ljustätt hus, såsom det som funk- tionellt illustreras ovan i fig. 9. 5 Fotonstrålen från lasern 2015 avsöker detektorn 2019. Detek- torns 2019 utgång är ansluten till ingången hos förförstärkaren 2021. Förförstärkarens2021 utgång är förbunden med en avsöknings- hastighetsomvandlare 2003, A/D omvandlaren 2023, och en skrivlaser- modulator och laser 2025. Å/D omvandlarens 2025 utgång är en ingång till mikrodatorn 2007.

Fjärrskrivaren eller teletypen 2005 är i tvâvägsförbindelse med mikrodatorn 2007. - Man torde inse genom att titta på fig. 20 att lasern 2015 är en läslaser, avsedd att avsöka detektorn 2019 och lasern 2025 är en skrivlaser, avsedd att utskriva information på en film eller xerografisk plåt. Denna typ av system är allmänt beskriven ovan i förbindelse med fig. 11. _ Både läs- och skrivlaserstrâlarna styrs genom mikrodatorn. 12-bit D/A omvandlarens 2009 utgång driver läslasern x-lägesav- sökaren, styrningen och spegelomvandlaren 2027. På liknande sätt _ _.._,.>-....fl...._,v,«... ,. .,...,-.. ._.. 8100189-3 41 driver 16-bit D/A omvandlaren 2011 både läslaser- y-lägeavsökaren, styrningen och spegelomvandlaren 2029 samt skrivlaser-y-lägeav- sökaren, styrningen och spegelomvandlaren 2031. Det inses lätt att strålarna från både läslasern och skrivlasern sveper i synkronism, även om båda ej behöver tillslås vid samma tid eller moduleras med samma innehåll.

Funktionellt mottar mikroprocessorn instruktioner från fjärr- skrivaren eller teletypen. Dessa instruktioner opererar ett dator- program. En kopia av listningen av detta program inkluderas med denna ansökning för Ledamotens skull. Uppfinnaren anhåller om att det skall insättas i akten så att det kommer att vara tillgängligt för allmänheten som del av aktmateríalet i denna ansökning.

När mikroprocessorn adresserar 16-bit D/A omvandlaren och ökar det i denna lagrade talet, avböjs båda lasrarnas y-läges- speglar en viss vinkel. I det experimentella systemetää 3 är denna vinkel tillräcklig för att förflytta punkten, som är belyst på detektorn 2019 50 mikron. Laserstrålens y-inställning på detektorn sker alltså i 50 mikrons tillskott. Det med denna ansökning inklu- derande programmet medger specificering av ordnande av linjerna efter storlek pâ y-axeln till 50,l00,200 eller 400 mikron. Detta översätts till en upplösning i den med systemet alstrade bilden av 10,5, 5, 2,5 och 1,25 linjepar per millimeter. 12-bit D/A omvandlaren är ej direkt adresserad genom datorn.

Datorn adresserar ett speciellt gränssnitt, som styr 12-bit A/D- omvandlaren. Detta gränssnitt tillåter datorn att specificera start- och slutlägena hos_laserstrålen på detektorytan och längs x-axeln. En schematisk återgivning av x-lägesgränssnittmodulen 2017 är medtagen som fig. 24. Denna dator utfärdar då en start- beordring till gränssnittet, som iståndsätter en omkopplarvalbar klocka att starta ökning av D/A till en bestämd startadress.

Klockan fortsätter att öka D/A tills stoppadressen påträffas, varpå klockan urståndsätts genom gränssnittet. Detta x-lägesgräns- snitt utför två syften. För det första, datautläsningsområdet kan varieras. För det andra, detektorplåtar av olika storlekar kan utläsas utan att svepningen överskrider den. Detta är särskilt värdefullt på ett experimentellt system. 8100189-3 4:a c ,Datorn 2007 styr även lasersläckningen, vilket endast betyder att den kopplar på och kopplar från lasern. Datorn släcker lasern t efter det att varje x-axelsvep fullbordats. Lasern förflyttas sedan tillbaka över detektorn och kopplas åter på för nästa avsöknings- linje. l f * För att utläsa en plåt med användning av experimentsystemet ff 3: I w (l) Användaren specificerar plâtstorlek och x-axellinje- mellanrum. Datorprogrammet kommer att fråga efter dessa värden. (2) x-axelgränssnittet ges de riktiga start- och stoppadresser- na genom datorn. (3) x-axellinjemellanrummet och totala antalet erforderliga steg bestäms av datorn. (4) Datorn släcker CRT och sätter svephastighetsomvandlaren i skrivmoden. ” (5) Lasern påkopplas av datorn. (6) Datorn instruerar gränssnittet att igångsätta klockan. (7) x-axelspegeln sveper lasern över plåten. (8) Datorn frånkopplar lasern. (9) Datorn ökar y-axel D/A det erforderliga antalet steg, som förflyttar laserstrålen genom det specificerade linjemellan- rummet. A ' (10) Datorn upprepar därefter stegen 5-9 tills hela plåten har avsökts. (ll) Datorn ställer svephastighetsomvandlaren i läsmoden och bilden visas. _ Läslaser x-lägessvepsstyrningen och y-lägessvepstyrningen inmatar båda i svephastighetsomvandlaren 2003. Svephastighets- omvandlaren medger en relativt långsam videobild, såsom den som bildas med experimentsystemet;? 3, att interfacas med en televisionsskärm. Svephastighetsomvandlaren 2003 avger som ut- signal en vanlig videosignal till CRT displayen 2001, där bilden kan betraktas, flyttas omkring på skärmen, eller expanderas för att undersöka detaljer. Å Exemplet och de föreslagna systemen ,som illustrerats och diskuterats i denna beskrivning, är endast avsedda att bibringa 8100189-3 43 fackmannen kunskaper om det bästa sätt, som uppfinnarna känner till, att framställa och använda uppfinningen. Ingenting i denna beskrivning skall betraktas som begränsande uppfinningens omfång.

Många ändringar skulle kunna göras av fackmannen för att åstadkomma ekvivalenta system utan att uppfinningen frångås. Det är t ex möjligt att använda en annan fotoelektrisk ledare än selen som del av detektorsandwichen. Holografisk optik skulle kunna användas i avsökningssystemet i stället för de mekaniska system, som använ- des i exemplet. Det kan vara önskvärt att ändra de relativa tjock- lekarna på de olika skikt, som uppbygger sandwichkonstruktionen, eller vidta åtgärder för ljusstrâlar av olika frekvens för utläsning av den radiografiska bilden eller för att avkänna olika röntgen- potentialer. Föreliggande uppfinning skall endast begränsas av följande patentkrav och deras ekvivalenter.

Claims (4)

L) 8100189-5 ' 44 Patentkrava

1. Anordning för uppmätning av strålningsexponering, ik ä n n e t e c k n a d därav, att en strâlningskälla är anordnad att bestråla en detektor med en strålning som.möjliggör alstrandet av elektronhålpar i detektorns fotokonduktiva skikt, samt att detektorn innefattar ett flertal skikt och är ansluten till en yttre krets mellan dess transparenta, isolerande skikt och dess konduktiva platta, samt att medel är anordnade för uppmätning av strömflödet i den yttre kretsen när detektorn bestrålas från strål- ningskällan. I 7

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att endast en del av detektorn är anordnad att uppmäta strömflödet, samt att denna del av detektorn är elektriskt skild från den övriga delen av detektorn.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t,e c k n a d därav, att detektorn innefattar ett flertal delar avsedda att uppmäta ström- flödet.

4. Anordning enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att styrorgan är anslutna till mätorganen för att stoppa 'bestrålningen när den totala laddningen uppnår ett förutbestämt gränsvärde.