SE516333C2 - Metod och anordning för radiografi och en strålningsdetektor - Google Patents

Description

20 25 30 35 516 333 - Integrationsteknik är en i sig analog metod. Svaret från varje bildpunkt är proportionellt mot det totala energiflö- det hos röntgenstrålarna. Bilden byggs sedan upp digitalt med hjälp av bildpunkter. Exempel där integrerade arbets- sätt används vid skapande av bilder är CCD (charge-coupled device), lagringsfosfor, selenplattor, etc. Det dynamiska området för många av dessa ”digitala” detektorer liknar det för film. Liksom vid filmteknik integreras energin hos fo- tonflödet (inte antalet fotoner), och sålunda adderas brus eftersom röntgenrör alstrar ett brett energispektrum. De mest betydande bruskällorna är ”mörkerströmmen" och fluk- tuationerna i fotonenergi.

- Fotonräkning är en i sig digital metod vid vilken varje fo- ton detekteras och detektionssignalerna räknas.

En tvàdimensionell fotonräknande detektor erfordrar många ut- läsningselement, och ett mycket stort antal förbindnings- ledningar behövs. Detta medför typiska framställnings- och tillförlitlighetsproblem, vilket har erfarits vid sådana sy- stem. Det skulle vara svårt att göra stora tvådimensionella detektorer med hög upplösning och med stor sannolikhet för växelverkan för en huvuddel av röntgenfotonerna.

Ett sätt att övervinna storleks- och kostnadsbegränsningar, som är förbundna med utläsningssystem för tvådimensionella de- tektorer, är att skapa en bildmottagare som är väsentligen en- dimensionell och att erhålla den andra dimensionen till bilden genom att skanna röntgenstrålen och detektorn över det föremål som skall avbildas. Skanning kan göras genom användande av en enda linjedetektor och ett starkt kollimerat plant röntgen- strålknippe. Dessutom eliminerar detta tillvägagångssätt det spridda strålningsbruset, men tillför en stor värmebelastning på röntgenröret. För att minska belastningen på röret och för- enkla mekaniken (genom minskning av skanningsavståndet) är det fördelaktigt med en multipellinjeuppsättning av endimensionel- la detektorer, vilka är föga kostnadskrävande. 7004813; 01-02-23 10 15 20 25 30 35 516 333 En fördel med en linjedetektor är en signifikant minskning av bildbruset, vilket orsakas av spridning av strålningen i före- målet som skall avbildas. En röntgenfoton som är Compton- spridd i föremålet kommer inte att detekteras i en linjedetek- tor.

Flera försök har gjorts för att utveckla avbildningssystem med röntgenfotonräkning som baseras på skanningteknik. Detta er- fordrar detektorer som alstrar snabba signaler med en stigtid på ett fåtal nanosekunder. Endast ett fåtal detektionsmedia kan alstra så snabba signaler, t ex gas eller halvledare (t ex kisel). Halvledardetektorer är dyra och är sålunda inte prak- tiska i en multipellinjekonfiguration. I ett gasmedium växel- verkar en röntgenfoton med en gasatom vilken emitterar en pri- märjoniserad elektron, vilken i sin tur alstrar elektron- jonpar som ytterligare multipliceras i en gaslavin. Fördelen med en gasdetektor är låg kostnad, en hög brusfri signal- förstärkning i gasen (upp till 106) och enhetlighet hos detek- tionsmediet.

Flera avbildningssystem som beskrivs i publicerade artiklar använder flertrådskammare som detektor. I sin grundform består flertràdskammaren av en uppsättning tunna anodtràdar som är sträckta mellan och parallella med två katodplan. En spänning pàläggs mellan anodtràdarna och katodplanen vilken skapar ett elektriskt fält i kammaren. Elektroner som emitteras i gasen genom jonisation av gasatomer, orsakad av infallande röntgen- fotoner, driver mot anodtràdarna, och när de närmar sig de tunna trådarna utsätts de för joniserande växelverkan med gas- molekyler i det starka elektriska fältet. Den påföljande la- vinmultiplikationen tillhandahåller en brusfri förstärkning av laddningssignalen med en faktor så stor som 105 eller högre.

Ett exempel på ett digitalt avbildningssystem som baseras på fotonräkning beskrivs i artikeln ”Multiwire proportional cham- ber for a digital radiographic installation", av S E Baru et al, i Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 7004813; 01-02-23 10 15 20 25 30 35 vol 283 (Nov 10 1989) sid 431-435. Denna detektor är en kombi- nation av en driftkammare och en flertràdskammare med icke pa- rallella anodtrådar inriktade mot röntgenkällans fokalpunkt.

De radiellt riktade trådarna möjliggör användning av en tjock volym för växelverkan utan parallaxfel. Enhetligheten i för- stärkning längs med anodtràdarna garanteras av ett ökande gap mellan anodtràdarna och katodplanen.

Den beskrivna anordningen har emellertid följande nackdelar.

Behovet av att tillhandahålla tillräckligt utrymme för trådar- nas montering och högspänningsisolation resulterar i förluster i röntgendetekteringens verkningsgrad.

Användningen av radiellt inriktade trådar för att lösa paral- laxproblemet resulterar i en positionsupplösning som begränsas av det minsta praktiska anodtrádsavstàndet som är ungefär 1 mm. Problemet kan övervinnas genom användning av utläsning med katodremsor för tillhandahållande av upplösnigsgränsen för flertrádskammare. En möjlighet att åstadkomma en praktiskt an- vändbar snabb katodremsutläsare beskrivs i artikeln ”The OD-3 fast one-coordinate X-ray detector”, av V M Aulchenco et al, i Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol 367 (Dec 11, 1995), sid 79-82. I denna lösning kombineras ett ökande anod- katodmellanrum med minskande högspänning som är pàlagd olika anodtràdsgrupper.

Ett känt problem vid användning av flertrådskammare för medi- cinsk avbildning är rymdladdningseffekten som försämrar detek- torprestanda vid höga röntgenstràleflöden över 10 kHz/mmz. För att minska rymdladdningseffekten har anodplanet modifierats genom tillförande av omväxlande katodtràdar i en tidigare känd anordning, beskriven i US-A-5 521 956 (G Charpak).

Användningen av tunna trådar (vanligen mindre än 100 pm i dia- meter) i flertrådskammare gör dem svåra att konstruera och 7004813; 01-02-23 10 15 20 25 30 35 516 353 ;::= minskar pàlitligheten, eftersom en avbruten tràd gör hela de- tektorn funktionsoduglig.

En gaslavindetektor som är mycket enkel till sin konstruktion och inte använder anodtràdar är den gasfyllda lavinkammaren med parallella elektrodplattor. Denna detektor är i grunden en gasfylld kondensator, som innefattar tvà parallella ledande plattor, en anod och en katod, som utsätts för en hög spän- ning. Den höga spänningen väljs sà att elektroner som frigörs genom jonisation i gasen producerar laviner i ett starkt elektrisk fält mellan plattorna. Avståndet mellan plattorna är vanligen i storleksordningen 1 mm och fältstyrkan är i stor- leksordningen kV/mm beroende pà vilken typ av gas som används.

En stor mängd olika gaser kan användas beroende pà använd- ningsomràdet. I en sådan detektor infaller röntgenfotonerna pà ett plan som är parallellt med detektorplanet eller pà kato- den, vilken är gjord av ett material som emitterar elektroner, s k fotoelektroner när röntgenfotoner växelverkar med den.

En viktig fördel framför flertràdskammaren är att det elektro- statiska fältet i en gasfylld lavinkammare med parallella elektrodplattor inte är koncentrerade runt enstaka tunna trà- dar utan är konstant över hela förstärkningsvolymen. Detta re- sulterar i en mycket kort drifttid för positiva joner tvärs över förstärkningsmellanrummet, vilket sålunda drastiskt mins- kar rymdladdningseffekten.

Ett exempel pá användning av en gasfylld lavinkammare med pa- rallella elektrodplattor för radiografiavbildning beskrivs i artikeln ”A parallel plate chamber with pixel readout for very high data rate", av F Angelini et al, i IEEE Transactions on Nuclear Science, vol 36 (februari 1989) sidorna 213-217. I den tvàdimensionella utläsningskonfiguration som beskriv är det omöjligt att erhålla hög verkningsgrad pà röntgenstràle- omvandlingen trots tillförandet av en driftkammare framför kammaren med parallella elektrodplattor, för att öka tjockle- ken av gasskiktet. 7004813; 01-02-23 10 15 20 25 30 35 516 3 33 En annan anordning, beskriven i US-A- 5 308 987 (Wuest et al), använder en katod gjord av ett material med högt atomnummer för att förbättra omvandlingseffektiviteten i en kammare med parallella plattor som används i en tvådimensionell utläs- ningskonfiguration. Det låga utbytet av fotoelektroner från materialet med högt atomnummer resulterar i en minskning av verkningsgraden för röntgenstråledetektionen.

En annan viktig skillnad jämfört med en flertrådskammare är att gasförstärkningsfaktorn starkt beror på avståndet från primärjonisationsladdningen till anoden, vilket resulterar i låg energiupplösning och verkningsgrad för signaldetektering, i tidigare använda gasfyllda lavinkammare med parallella elek- trodplattor. På grund av detta problem har tidigare anordning- ar inte kunnat utnyttja gasförstärkningsmellanrummet i en gas- fylld lavinkammare med parallella elektrodplattor som en kon- versionsvolym för röntgenstrålar.

I SE 9704015-8 har denna begränsning övervunnits genom anord- nande av ett väl kollimerat, plant stràlknippe som infaller från sidan i detektorn.

En allmän nackdel hos röntgendetektorer innehållande gas hän- för sig till det faktum att det röntgenstrålflöde, som kommer från röntgenstràlkällan, är divergent. I en tjock omvandlings- volym hos detektorerna orsakar denna divergens ett parallax- fel. De flesta förfaranden som föreslagits för att minimera parallaxfelet är svåra att implementera i praktiken.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en detektor för användning vid radiografi, medelst vilken man övervinner eller åtminstone minskar det ovannämnda problemet.

Enligt föreliggande uppfinning uppnås detta syfte genom anord- nande av ett förfarande och en anordning för radiografi enligt 70048b; 01-02-23 10 15 20 25 30 516 333 patentkrav l respektive patentkrav 10, och även medelst en de- tektor enligt patentkravet 24.

En fördel med föreliggande uppfinning är att detektorn uppvi- sar snabba svar med pulsbredder mindre än 10 nanosekunder och så snabbt som 1 nanosekund.

En annan fördel med föreliggande uppfinning är att detektorn kan göras smalare jämfört med en liknande gasdetektor. Ännu en fördel med föreliggande uppfinning är att detektorn är mindre känslig för riktningen hos de infallande röntgenstrà- larna jämfört med liknande gasdetektorer beträffande upplös- ningen av bilden från det bestràlade föremålet som detekteras av detektorn.

Ytterligare syften och fördelar àstadkommes medelst ytterliga- re särdrag i de bifogade patentkraven.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGSFIGURERNA Fig l visar schematiskt i en överskådlig vy en anordning för radiografi med plant stràlknippe enligt uppfinningen, fig 2 är en schematisk tvärsnittsvy av en första utföringsform av en detektorkammare enligt uppfinningen, fig 3 är en schematisk tvärsektionsvy av en detektor enligt uppfinningen inrymd i ett hölje, fig 4 är en schematisk vy ovanifràn av en första utfö- ringsform av en röntgenstràlkälla och en elektrod som är bil- dad av utläsningsremsor, fig 5 är en schematisk vy ovanifràn av en andra utföringsform av en röntgenstràlkälla och en elek- trod, som är utformad av segmenterade utläsningsremsor, och fig 6 är en schematisk tvärsektionsvy av en andra utförings- form av en detektorkammare enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Fig l visar, i en sektionsvy i ett plan vinkelrätt mot planet för ett plant röntgenstràlknippe 9, en anordning för radiogra- fi med plant stràlknippe enligt uppfinningen. Anordningen in- nefattar en röntgenstràlkälla 60, vilken tillsammans med en 7004813; 01-02-23 10 15 20 25 30 35 516 333 första smal kollimator 61 alstrar ett plant solfjäderformigt röntgenstrålknippe 9 för bestrålning av ett föremål 62 som skall avbildas. Den första smala kollimatorn 61 kan ersättas av andra anordningar för bildande av ett väsentligen plant röntgenstrålknippe, såsom en röntgendiffraktionsspegel eller en röntgenlins etc. Den röntgenstråle, som transmitteras genom föremålet 62, infaller i en detektor 64, valfritt genom en smal slits eller andra kollimator 10, vilken är inriktad med röntgenstràlknippet. En huvuddel av de infallande röntgenfoto- nerna detekteras i detektorn 64, vilken innefattar en detek- torkammare som i denna utföringsform är orienterad så att de infallande röntgenfotonerna infaller från sidan mellan och i huvudsak parallellt med två väsentligen parallella plattor.

Röntgenfotonerna kan alternativt infalla i detektorkammaren från vilken som helst riktning av en halvsfär i förhållande till en katodplatta eller en anodplatta, se fig 2.

Detektorn och dess funktion kommer att beskrivas närmare ned- an. Röntgenstrålkällan 60, den första smala kollimatorn 61, den valfria kollimatorn 10 och detektorkammaren 64 är förbund- na och fixerade till varandra genom ett särskilt arrangemang 65, t ex en ram eller en stödanordning 65. Den så uppbyggda radiografianordningen kan förflyttas som en enhet för att skanna ett föremål som skall undersökas. I ett endetektorsy- stem, som visas i fig 1, utföres skanningen företrädesvis ge- nom en vridningsrörelse, varvid enheten roteras kring en axel genom t ex röntgenstrålkällan 60 eller detektorn 64. Axelns läge beror på anordningens tillämpning eller användning, och möjligen kan axeln också löpa genom föremålet 62 vid vissa tillämpningar.

En anordning och ett förfarande enligt uppfinningen är sär- skilt fördelaktigt vid avbildning av en del av en patients kropp, t ex vid mammografi.

Detektorkammaren består i huvudsak av två väsentligen paral- lella plattor, vilka utgör två begränsningsväggar hos kamma- ren. Plattorna utsätts för ett kraftigt elektriskt fält, vil- 70048b; 01-02-23 10 15 20 25 30 516 333 ket alstras genom pàläggande av en hög spänning. En volym, som är definierad såsom ett område eller ett mellanrum mellan plattorna, är fylld med ett vätskeformigt material eller ett fast material.

En röntgenfoton infallande i det vätskeformiga materialet el- ler det fasta materialet alstrar ett elektron-jonpar vid växelverkan med en atom i volymen. Denna alstring orsakas av fotoeffekt, Compton-effekt eller Auger-effekt. Den på detta sätt alstrade primärelektroden förlorar sin kinetiska energi genom växelverkan med nya atomer, vilket orsakar alstring av ytterligare nya elektron-jonpar, vanligen nägra få hundra, varav elektronerna kallas sekundärt joniserade elektroner.

De sekundärt joniserade elektronerna kan därefter förstärkas genom elektron-jonlaviner i det kraftiga elektriska fältet.

När det elektriska fältet mellan plattorna är lågt sker ingen elektron-jonlavinförstärkning. Ovanför en väldefinierad elekt- risk fältstyrka kan elektron-jonlavinförstärkningen starta och kan nå en förstärkningsfaktor av upp till 100 eller mer. Det elektriska fältet ligger företrädesvis inom det intervall som orsakar lavinförstärkning, men uppfinningen kommer även att fungera för svagare elektriska fält, dvs som icke är tillräck- ligt kraftiga för att orsaka elektron-jonlaviner.

Rörelserna hos elektronerna och jonerna inducerar elektriska signaler i elektroderna. Dessa signaler tas vanligtvis upp i en av eller båda elektroderna och förstärks vidare och behand- las av en utläsningskrets för erhållande av ett noggrant mät- värde för punkten för röntgenstrálarnas växelverkan, och val- fritt röntgenfotonernas energi.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen infaller de röntgenstràlar, som skall detekteras, från sidan i detektorn i en riktning parallell med elektrodplattorna och kan infalla i detektorn genom en smal slits eller kollimator, då det finns vätskeformigt material mellan plattorna. Den smala slitsen el- ler kollimatorn kan uteslutas då det finns fast material mel- 7004813; 01-02-23 10 15 20 25 30 10 lan plattorna. På detta sätt behöver icke anod- och/eller ka- todplattorna vara genomskinliga för röntgenfotonerna. I en al- ternativ utföringsform av uppfinningen infaller de röntgen- strâlar, som skall detekteras, från vilket som helst ställe inom en halvsfär i förhållande till en av detektorns plattor.

I denna alternativa utföringsform krävs det att katodplattorna är àtminstone till viss del genomskinliga för röntgenfotoner- na, eftersom röntgenfotonerna måste gå igenom katoden för att växelverka med materialet i detektorkammaren.

I fig 2 visas en första utföringsform av en detektor enligt uppfinningen, betecknad med hänvisningssiffran 64. Denna de- tektorkammare innefattar en anodplatta 1 och en katodplatta 2 som är inbördes i huvudsak parallella och åtskilda av ett tunt mellanrum eller område 13, vilket avgränsar, såsom nämnts ovan, en volym. Denna volym är fylld med en vätska eller ett fast material som utgöres av t ex TMP (trimetylpentan) TME (trimetyletan) eller kisel, germanium eller andra typer av halvledare. Anodplattan 1 innefattar ett substrat 3, av t ex glas eller keramik, som har en tjocklek av företrädesvis 0,1- 10 mm, och en anodelektrod 4, vilken är anordnad därpå i form av en beläggning av ledande material, t ex metall, med en tjocklek av företrädesvis 0,01-10 pm.

För bättre vidhäftning på substratet och för àstadkommande av bättre skiktstabilitet kan elektroden bestå av flera metall- skikt, vart och ett med olika tjocklek och material, t ex va- nadin, koppar och nickel. Om substratet är tillverkat av glas består det första skiktet företrädesvis av krom, vilket har goda vidhâftningsegenskaper mot glas liksom mot de efterföl- jande metallskikten. Elektroden 4 kan även innefatta ett skikt av ett resistivt material, t ex kiselmonoxid, som är pàlagt ovanpå metallskiktet (-en).

Pâ samma sätt innefattar katodplattan 2 substratet 6 med en beläggning 5, liknande den som beskrivits beträffande anoden.

Både anodelektroden 4 och katodelektroden 5 kan vara segmente- 70048b.d0C; 01-04-03 10 15 20 25 30 35 516 333 ll rade i remsor som är parallella med och/eller ortogonala mot det infallande röntgenstràlknippet.

De viktigaste egenskaperna hos vätskan eller det fasta materi- alet är dels att materialen är i stånd att joniseras, dà de påverkas av röntgenfotoner, och dels att materialen uppvisar en relativt làg elektronaffinitet. Làg elektronaffinitet möj- liggör att en elektron kan färdas en lång sträcka utan att ab- sorberas.

Anodelektroden 4 och katodelektroden 5 är anslutna till en högspänd likspänd kraftförsörjningsanordning 7 för alstrande av ett likformigt elektriskt fält 8 i mellanrummet eller omrä- det 13 mellan de parallella elektrodplattorna 1 och 2. I form av ett exempel har mellanrummet eller området 13 en höjd D (avståndet mellan de parallella elektrodplattorna 1 och 2) av 10-1000 pm, och spänningen V som pàläggs mellan elektroderna 4 och 5 uppgår till 1000-100 0000 volt. Den pàlagda spänningen alstrar ett elektriskt fält E mellan elektroderna 4 och 5, vilket är E = V/D.

Vid drift infaller röntgenstràlarna 9 fràn vilken som helst riktning av en halvsfär i förhållande till en katod eller anod i elektrodarrangemangen. I fig 2 infaller röntgenfotonerna i detektorn från sidan. De infallande strålarna 9 tränger in i detektorn via en icke nödvändig smal slits eller kollimator 10 nära katodplattan 2 och rör sig genom volymen i en riktning parallell med katodplattan 2. Varje röntgenfoton alstrar ett primärjoniserat elektron-jonpar i volymen som ett resultat av växelverkan med en atom i vätskan eller det fasta materialet däri. Varje alstrad primärelektron 11 förlorar sin kinetiska energi genom växelverkan med atomer vilket orsakar att ytter- ligare elektron-jonpar (sekundärjoniserade elektron-jonpar alstras). Normalt alstras nàgra få tusen sekundärjoniserade elektron-jonpar fràn en 20 keV röntgenfoton i denna process.

De sekundärjoniserade elektronerna 16 (tillsammans med den primärjoniserade elektronen 11) accelereras i det kraftiga elektriska fältet i en riktning mot anodplattan 1. De accele- 70048b; 01-02-23 10 15 20 25 30 35 516 333 12 rerade elektronerna ll, 16 växelverkar med andra atomer i mel- lanrummet 13 vilket orsakar att ytterligare elektron-jonpar alstras. Dessa alstrade elektroner kommer även att accelereras i fältet och kommer att växelverka med nya atomer, vilket or- sakar att ytterligare elektron-jonpar alstras. Denna process fortsätter under elektronernas rörelse mot anoden, och en la- vin 12 kommer att bildas.

För primärjoniserade elektroner som emitteras pà ett avstånd H frän anoden fàs den totala laddningsförstärkningen av M = exp(aH), där a är den första Townsend-koefficienten som är re- levant för det vätskeformiga eller fasta materialet och fält- förhållandena. Vid lämpligt val av material, t ex ett av de ovannämnda, och elektriskt fält kan förstärkningar fràn 2-100 eller högre erhållas. Under inflytande av det kraftiga elekt- riska fältet kommer elektronerna i lavinvolymen att röra sig mot anoden, under det att jonerna kommer att röra sig mot ka- toden. Tack vare det faktum att det kraftiga elektriska fältet är enhetligt över mellanrummet och att höjden D hos mellanrum- met 13 är liten erhàlls en mycket kort driftstid för de posi- tiva jonerna över förstärkningsvolymen, vilket drastiskt mins- kar rymdladdningseffekterna.

Rörelsen hos laddningarna i mellanrummet 13 inducerar elekt- riska laddningar pà anodelektroden 4 liksom pà katodelektroden 5. De inducerade laddningarna kan detekteras, t ex med hjälp av anodelektroden 4 som är kopplad till en laddningskänslig förförstärkare, vilken omvandlar laddningspulserna till en ström eller spänningspuls som vidare kan behandlas i behand- lingselektroniken 14 som också innefattar förförstärkaren.

Eventuellt kan katodelektroden eller ett separat detek- torelektrodarrangemang användas för detekteringen pá ett lik- nande sätt.

,Det skall nämnas att varje infallande röntgenfoton som växel- verkar med en atom kommer att orsaka en lavin 12, som kommer att detekteras om det pàlagda elektriska fältet är tillräck- ligt kraftigt. För att erhålla en hög verkningsgrad vid detek- 7004813; 01-02-23 10 15 20 25 30 35 516 ass 13 tering genom att en huvuddel av röntgenfotonerna alstrar lavi- ner, måste längden på detektorkammaren i riktningen för de in- fallande röntgenfotonerna väljas så att man får en stor sanno- likhet för växelverkan mellan röntgenfotonerna och atomerna hos materialet i volymen 13. Sannolikheten för växelverkan ökar med ökande längd för den gasfyllda lavinkammaren med pa- rallella plattor. Definitionen av längden är antingen det vin- kelräta avståndet mellan plattorna, längden hos detektorn mätt parallellt med plattorna eller ett avstånd som vare sig är vinkelrätt eller parallellt med plattorna.

Såsom nämnts kan detektorkammaren 64 innehålla ett fast eller vätskeformigt material. I fallet med ett vätskeformigt materi- al innefattar därför detektorn ett vätsketätt hölje 91 med ett slitsformat ingàngsfönster 92, genom vilket röntgenstràlen 9 infaller i detektorn, såsom àskådliggörs i fig 3. Fönstret är tillverkat av ett material som är transparent för strålen, t ex Mylar®, eller en tunn aluminiumfolie. Detta är en särskilt fördelaktig ytterligare effekt som erhålles med uppfinningen genom att man kan detektera från sidan infallande strålar i detektorkammaren 64, jämfört med detektorkammare, vilka är ut- formade för strålning som infaller vinkelrätt mot de parallel- la plattorna, eller vilken som helst riktning av en halvsfär i förhållande till katoden eller anoden, vilket erfordrar ett fönster som täcker en stor yta eller ett katodmaterial som är genomsläppligt för röntgenstrålarna. Fönstret kan på detta sätt göras tunnare, varigenom sålunda antalet röntgenfotoner som absorberas av fönstret eller som absorberas av katodmate- rialet minskas.

Det elektrodarrangemang, som visas i fig 4, är företrädesvis anoden, men alternativt eller samtidigt kan elektroden uppvisa den beskrivna konstruktionen. I den alternativa utföringsfor- men i fig 3 kan detektorelektrodarrangemanget 15 vara utformat såsom visas i fig 4. I detta fall är anodelektroden 4 utformad såsom en odelad elektrod utan remsor och mellanrum. Detsamma gäller för katodelektroden respektive anodelektroden, när en- dast den andra därav innefattar detektorelektrodarrangemanget_ 70048b; 01-02-23 10 15 20 25 30 35 516 333 14 I fig 5 visas en alternativ utformning av en elektrod. Remsor- na har uppdelats i segment 21, vilka är elektriskt isolerade fràn varandra. Ett litet utrymme som sträcker sig vinkelrätt mot de infallande röntgenstràlarna är företrädesvis anordnat mellan varje segment 21 av respektive remsa. Varje segment är anslutet till behandlingselektroniken 14 medelst separata sig- nalledare 22, där signalerna fràn varje segment företrädesvis behandlas separat. Såsom visas i fig 4, där anod- eller katod- elektroden utgör detektorelektroden, ansluter signalledarna även respektive remsa till den högspända likspända energitill- förselanordningen 7.

Denna elektrod kan utnyttjas dà energin hos varje röntgenfoton skall mätas, eftersom en röntgenfoton med en högre energi sta- tistiskt åstadkommer en primärjonisation efter en längre sträcka genom materialet än en röntgenfoton med lägre energi.

Medelst denna elektrod kan bàde läget för röntgenfotonens väx- elverkan och energin hos varje röntgenfoton detekteras.

För alla utföringsformer gäller att varje infallande röntgen- foton orsakar en inducerad puls i detektorelektroden. Pulserna behandlas i behandlingselektroniken vilken sedan formar pul- serna och integrerar eller räknar pulserna från varje remsa vilken representerar en bildpunkt. Pulserna kan även behandlas för åstadkommande av ett energimätvärde för varje bildpunkt.

Om detektorelektroden ligger på katodsidan är ytan för en in- ducerad signal bredare (i en riktning vinkelrätt mot riktning- en för infallande röntgenfotoner) än pà anodsidan. Därför är viktning av signalerna i behandlingselektroniken att föredra.

Det faktum att amplituden hos en inducerad signal som skall mätas, vilken är resultatet av en växelverkan mellan en rönt- genfoton och en atom hos materialet i volymen 13, är starkt beroende av avståndet fràn lavinens startpunkt till anoden, ställer höga krav pà inriktningen av kollimatorfönstren 61, 10 och anodelektroden 4. Det önskade förhållandet är ett absolut plant stràlknippe som är fullständigt parallellt med anodelek- troden. Dessa hårda krav kan minskas med hjälp av en detektor 7004813; 01-02-23 10 15 20 25 30 15 som har en utformning som visas i fig 6. Ett elektriskt ledan- de nät eller galler 51 är anordnat mellan och parallellt med anod- och katodplattorna och uppdelar mellanrummet i en drift- kammare 52 för omvandling av röntgenstràlar och en lavinkamma- re 53 med parallella plattor för förstärkning. Båda kamrarna är fyllda med samma vätskeformiga material, och det åtskiljan- de nätet tjänar såsom en katod för lavinkammaren med parallel- la plattor och som anod för driftkammaren. I fallet med fast material i volymen 13 är nätet antingen integrerat i halvle- darmaterialet eller placerat mellan två skilda delar av det fasta materialet, företrädesvis i en lågtrycksmiljö.

Ett svagt elektriskt fält bildas mellan katodelektroden 5 och nätet 51 med hjälp av energitillförselanordningen 7. I detta svaga fält driver de sekundärjoniserade elektroner, som alst- rats av de primärjoniserade elektroderna (tillsammans med des- sa), mot nätet 51. En hög spänning påläggs vidare mellan nätet 51 och anodelektroden 4, vilket resulterar i ett kraftigt elektriskt fält. Detta fält attraherar elektronerna så att de passerar genom nätet och när de har passerat nätet kommer de att starta en elektron-jonlavin 12, såsom beskrivits ovan. De andra delarna i detektorn är även desamma som beskrivits ovan.

Det är viktigt att avståndet mellan nätet 51 och anodelektro- den är likformigt, eftersom förstärkningen är starkt beroende av avståndet mellan lavinens startpunkt, här nätet, och anod- elektroden. Inriktningen av röntgenstrålknippet 9 och paral- lelliteten hos katodelektroden är inte lika kritisk. Även om uppfinningen har beskrivits i anslutning till ett an- tal föredragna utföringsformer, skall det förstås att olika modifieringar kan göras utan att fràngå uppfinningens tanke och omfång såsom den definieras i de vidhängande patentkraven. 7004813; 01-02-23

Claims (9)

1. 0 15 20 25 30 516 333 /ó P a t e n t k r a v 1. Förfarande för erhållande av förbättrade bilder vid radi- ografi, innefattande stegen: - emittering av röntgenstrålar från en röntgenstrålkälla, - transmittering av röntgenstràlarna genom ett föremål som skall avbildas, - detektering av de röntgenstràlar, som transmitterats genom föremålet, i en kammare, vars djup i riktningen för de in- fallande strålarna är sådant att de tillåter växelverkan hos en huvuddel av de infallande röntgenfotonerna med atomer i kammaren för alstring av primärjoniserade elektron-jonpar inuti en detektor, vilken innefattar elektrodarrangemang, mellan vilka en spänning påläggs för bildande av ett elekt- riskt fält, - detektering av elektriska signaler i minst ett detektor- elektrodarrangemang, vilka elektriska signaler induceras av elektron-jonparen, i minst ett av ett flertal detektorelek- trodelement anordnade intill varandra, k ä n n e t e c k - n a t a v att man bringar röntgenfotonerna att växelverka med atomer tillhörande ett fast material i kammaren.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v steget: - emittering av röntgenstrålar från röntgenstrålkällan in i kammaren i vilken som helst riktning i form av en halvsfär i förhållande till en katod eller anod i elektrodarrangemang- SII.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t a v steget: - påläggande av en spänning mellan elektrodarrangemangen i de- tektorn för bildande av ett elektriskt fält, vilket orsakar elektron-jonlaviner av primär- och sekundärjoniserade elek- troner, vilka frigöres av de infallande röntgenfotonerna.

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - 3, k ä n n e- t e c k n a t a v stegen: 70048ckrav.doc; 01-03-06 10 15 20 25 30

5. t FI' \J FT CD anordnande av en första och pàläggande av ningen mellan - | . . n .u -n I n v n» n. . . u. _: ,", , . n o . o . ß n u v , , , , g n v 0 ' . »n o. -o ' ',. »von-u ann un: nu; n I v ' , , . o ~ I . n 1 n ~ . I u. __ , .- ~ I I - f n .- I? ett nät mellan och i huvudsak parallellt med en andra platta, en spänning, som är väsentligt lägre än spän- elektrodarrangemangen, mellan det första elek- trodarrangemanget och nätet för bildande av en omvandlings- och driftvolym och en förstärkningsvolym. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - 4, e c k n a t k ä n n e- av! detektering av inducerade elektriska signaler i detektor- elektrodelement som är làngsträckta och utformade i form av remsor, vilka är anordnade sida vid sida och elektriskt iso- lerade från varandra och vilka ingàr i minst en av den för- sta och den andra plattan. Förfarande enligt nàgot av patentkraven 1 - 5, e c k n a t k ä n n e- a V: räkning av pulserna frán varje detektorelektrodelement var för sig i behandlingselektronik, eventuellt efter pulsform- ning, för erhällande av värden för varje bildpunkt motsva- rande respektive detektorelektrodelement. Förfarande enligt något av patentkraven l - 5, e c k n a t k ä n n e- aVZ integrering av pulserna fràn varje detektorelektrodelement var för sig i behandlingselektronik, eventuellt efter puls- formning, för erhållande av värden för varje bildpunkt mot- svarande respektive detektorelektrodelement. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - 5, e c k n a t k ä n n e- aVZ behandling av pulserna från varje detektorelektrodelement i behandlingselektronik, eventuellt efter pulsformning, för erhållande av energivärden för varje bildpunkt motsvarande respektive detektorelektrodelement. Anordning för användning vid radiografi, innefattande: en röntgensträlkälla, 70048Ckrav.dOC; Ol-03-06 10 15 20 25 30 516 ass ä* 18 - en kammare vars djup i riktningen för den infallande strål- ningen är sådant att det tillåter växelverkan hos en huvudd- el av de infallande röntgenfotonerna med atomer i kammaren för alstring av primärjoniserade elektron-jonpar inuti en detektor, vilken innefattar elektrodarrangemang, mellan vil- ka en spänning är anordnad att pàläggas för àstadkommande av ett elektriskt fält för detektering av de röntgenfotoner, vilka har transmitterats genom föremålet, och - ett flertal detektorelektrodelement, vilka är anordnade in- till varandra, k ä n n e t e c k n a d a v att de atomer, med vilka röntgenfotonerna växelverkar, tillhör ett fast ma- terial. 10. Anordning för användning vid radiografi enligt patentkrav 9, k ä n n e t e c k n a d a v att de från röntgenkällan emitterade röntgenstràlarna är anordnade att infalla i kamma- ren fràn vilken som helst riktning av en halvsfär med avseende pà en katod eller anod i elektrodarrangemangen. ll. Anordning för användning vid radiografi enligt patentkrav 9 eller 10, k ä n n e t e c k n a d a v att - den spänning, som pàläggs mellan elektrodarrangemangen i de- tektorn, är tillräckligt hög för bildande av ett elektriskt fält vilket àstadkommer elektron-jonlaviner av primär- och se- kundärjoniserade elektroner frigjorda av de infallande rönt- genstràlarna. 12. Anordning för användning vid radiografi enligt nàgot av patentkraven 9 - 11, k ä n n e t e c k n a d a v att - den första parallella plattan innefattar ett första substrat, som uppbär det första elektrodarrangemanget, - den andra parallella plattan innefattar ett andra substrat, vilket uppbär det andra elektrodarrangemanget, och - det första och andra elektrodarrangemanget är uppburet pà ytor av det första respektive det andra substratet, vilka är riktade mot varandra. 70048ckrav.doc; 01-03-06 10 15 20 25 30 s 1 e 335 šïï= ä? /7 13. Anordning för användning vid radiografi enligt något av patentkraven 9 - 12, k ä n n e t e c k n a d a v att - det första elektrodarrangemanget är en katod, - det andra elektrodarrangemanget är en anod, och - detektorelektrodelementen är làngsträckta och utformade i form av remsor, vilka är anordnade sida vid sida och elekt- riskt isolerade från varandra samt är uppburna av det andra substratet på den yta som är motstående anodelektroden. 14. Anordning för användning vid radiografi enligt något av patentkraven 9 - 12, k ä n n e t e c k n a d a v att - det första elektrodarrangemanget är en katod, - det andra elektrodarrangemanget är en anod, vilken är utfor- mad av detektorelektrodelementen, som är långsträckta och utformade i form av remsor, vilka är anordnade sida vid sida och elektriskt isolerade från varandra, och - varje längsgående kant hos remsorna är i huvudsak parallell med den infallande strålningen. 15. Anordning för användning vid radiografi enligt något av patentkraven 9 - 12, k ä n n e t e c k n a d a v att - det första elektrodarrangemanget är en katod, som är utfor- mat av detektorelektrodelementen, vilka är långsträckta och utformade i form av remsor, som är anordnade sida vid sida och elektriskt isolerade från varandra, - det andra elektrodarrangemanget är en anod, och - varje längsgående kant hos remsorna är i huvudsak parallell med den infallande strålningen. 1

6. Anordning för användning vid radiografi enligt något av patentkraven 13 - 15, k ä n n e t e c k n a d a v att - två av kanterna hos varje remsa är riktade mot röntgenkäl- lan. 1

7. Anordning för användning vid radiografi enligt något av patentkraven 13 - 16, k ä n n e t e c k n a d a v att 70048ckrav.doc; 01-03-06 10 15 20 25 30 516 333 šïï* - .20 - remsorna är uppdelade i sektioner vinkelrätt mot den infal- lande strålningen, vilka sektioner är elektriskt isolerade från varandra. 1

8. Anordning för användning vid radiografi enligt något av patentkraven 9 - 17, k ä n n e t e c k n a d a v att - ett nät är anordnat mellan och parallellt med den första och den andra plattan, och - en spänning, som är väsentligt lägre än spänningen mellan elektrodarrangemangen, är anordnad att påläggas mellan det första elektrodarrangemanget och nätet för bildande av en omvandlings- och driftvolym samt en förstärkningsvolym. 1

9. Anordning för användning vid radiografi enligt något av patentkraven 9 - 18, k ä n n e t e c k n a d a v att - röntgenstrålkällan och kammaren är fixerade i förhållande till varandra till bildande av en enhet som kan utnyttjas för skanning av ett föremål. 20. Anordning för användning vid radiografi enligt något av patentkraven 9 - 19, k ä n n e t e c k n a d a v att - ett antal kamrar är staplade på varandra till bildande av en detektorenhet, - ett organ för framställning av en i huvudsak plan röntgen- stråle är anordnat vid varje kammare, varvid organet är pla- cerat mellan röntgenkällan och det föremål som skall avbil- das, och - röntgenkällan, organet för bildande av en i huvudsak plan röntgenstråle och detektorenheten är fixerade i förhållande till varandra till bildande av en enhet, vilken kan utnytt- jas för skanning av ett föremål. 21. Anordning för användning vid radiografi med plant strål- knippe enligt patentkrav 20, k ä n n e t e c k n a d a v att - absorptionsplattor är anordnade mellan plattorna i kamrarna för absorbering av spridda röntgenfotoner. 70048ckrav.doc; 01-03-06 10 15 20 25 30 35 s 1 e 333 §ïI= ou 22. Anordning för användning vid radiografi med plant strål- knippe enligt patentkraven 9 - 21, k ä n n e t e c k n a d a v att - varje detektorelement är anslutet till behandlingselektro- nik, i vilken pulser från varje detektorelektrodelement, eventuellt efter pulsformning, är anordnade att räknas var för sig för erhållande av värden på varje bildpunkt motsva- rande respektive detektorelektrodelement. 23. Anordning för användning vid radiografi med plant strål- knippe enligt något av patentkraven 9 - 21, k ä n n e t e c k- n a d a v att - varje detektorelektrodelement är anslutet till behandlings- elektronik, i vilken pulser från varje detektorelektrodele- ment, eventuellt efter pulsformning, är anordnade att integ- reras var för sig i bearbetningselektroniken för erhållande av värden på varje bildpunkt motsvarande respektive detek- torelektrodelement. 24. Anordning för användning vid radiografi med plant strål- knippe enligt något av patentkraven 9 - 21, k ä n n e t e c k- n a d a v att - varje detektorelektrodelement är anslutet till behandlings- elektronik, i vilken pulser från varje detektorelektrodele- ment, eventuellt efter pulsformning, är anordnade att bear- betas i behandlingselektronik för erhållande av energivärden för varje bildpunkt motsvarande respektive detektorelektrod- element. 25. Detektor för detektering av infallande strålning, inne- fattande elektrodarrangemang, mellan vilka en spänning är an- ordnad att påläggas för bildande av ett elektriskt fält, - en kammare, vars djup i riktningen för den infallande strål- ningen är sådant att det tillåter växelverkan hos en huvudd- el av de infallande röntgenfotonerna med atomer i kammaren för alstring av primärjoniserade elektron-jonpar inuti en detektor innefattande elektrodarrangemang, mellan vilka en spänning är anordnad att påläggas för bildande av ett elekt- 70048CkraV.dOC; 01-03-06 lO 15 20 25 30 516 333 il riskt fält för detektering av de röntgenfotoner, vilka är transmitterade genom föremålet, - ett flertal detektorelektrodelement är anordnade intill var- andra, k ä n n e t e c k n a d a v att de atomer, med vil- ka röntgenfotonerna växelverkar, tillhör ett fast material. 26. Detektor enligt patentkrav 25, k ä n n e t e c k n a d a v att - de fràn röntgenkällan utsända röntgenstrálarna infaller i kammaren från vilken som helst riktning av en halvsfär med avseende på en katod eller anod i elektrodarrangemangen. 27. Detektor enligt patentkrav 25 eller 26, k ä n n e - t e c k n a d a v att - den spänning, som är inrättad att páläggas mellan elektrod- arrangemangen i detektorn, är tillräckligt hög för bildande av ett elektriskt fält, vilket orsakar elektron-jonlaviner av primär- och sekundärjoniserade elektroner, vilka är fri- gjorda av den infallande röntgenstràlningen. 28. Detektor enligt något av patentkraven 25 - 27, k ä n n e- t e c k n a d a v att - den första parallella plattan innefattar ett första substrat, som uppbär det första elektrodarrangemanget, - den andra parallella plattan innefattar ett andra substrat, som uppbär det andra elektrodarrangemanget, och - det första och det andra elektrodarrangemanget är uppburna på ytor av det första respektive det andra substratet, vilka ytor är riktade mot varandra. 29. Detektor enligt något av patentkraven 25 - 28, k ä n n e- t e c k n a d a v att - det första elektrodarrangemanget är en katod, - det andra elektrodarrangemanget är en anod, och - detektorelektrodelementen är làngsträckta och utformade av remsor, vilka är anordnade sida vid sida och elektriskt iso- lerade fràn varandra samt uppburna av det andra substratet, pà den yta vilken är motstàende anodelektroden. 70048ckrav.doc; 01-03-06 10 15 20 25 30 516 m 4.3 30. Detektor enligt något av patentkraven 25 - 28, k ä n n e- t e c k n a d a v att - det första elektrodarrangemanget är en katod, - det andra elektrodarrangemanget är en anod, som är utformad av detektorelektrodelementen, vilka är långsträckta och ut- formade av remsor, som är anordnade sida vid sida och elekt- riskt isolerade från varandra, - varje långsträckt kant hos remsorna är i huvudsak parallell med den infallande strålningen. 31. Detektor enligt något av patentkraven 25 - 28, k ä n n e- t e c k n a d a v att - det första elektrodarrangemanget är en katod, som är utfor- mat av detektorelektrodelementen, vilka är làngsträckta och utformade i form av remsor, som är anordnade sida vid sida och elektriskt isolerade från varandra, - det andra elektrodarrangemanget är en anod, och - varje làngsträckt kant hos remsorna är i huvudsak parallell med den infallande strålningen. 32. Detektor enligt något av patentkraven 28 - 31, k ä n n e- t e c k n a d a v att - två av kanterna hos varje remsa är riktade mot stràlnings- källan. 33. Detektor enligt något av patentkraven 28 - 32, k ä n n e- t e c k n a d a v att - remsorna är uppdelade vinkelrätt mot den infallande stràl- ningen i sektioner, vilka är elektriskt isolerade från var- andra. 34. Detektor enligt något av patentkraven 25 - 33, k ä n n e- t e c k n a d - ett nät är anordnat mellan och parallellt med den första och a v att den andra plattan, och - en spänning, som är väsentligt lägre än spänningen mellan elektrodarrangemangen, är anordnad att påläggas mellan det 70048ckrav.doc; 01-03-06 41/ första elektrodarrangemanget och nätet för bildande av en omvandlings- och driftvolym samt en förstärkningsvolym. 35. Detektor enligt något av patentkraven 25 - 34, k ä n n e- t e c k n a d a v att - varje detektorelektrodelement är anslutet till bearbetnings- elektronik, i vilken pulser fràn varje detektorelektrodele- ment, eventuellt efter pulsformning, är inrättad att räknas var för sig för erhållande av värden pà varje bildpunkt mot- svarande respektive detektorelektrodelement. 36. Detektor enligt något av patentkraven 25 - 35, k ä n n e- t e c k n a d a v att - varje detektorelektrodelement är anslutet till bearbetnings- elektronik, i vilken pulser fràn varje detektorelektrodele- ment, eventuellt efter pulsformning, är inrättad att integ- reras var för sig i bearbetningselektronik för erhållande av värden pà varje bildpunkt motsvarande respektive detektor- elektrodelement. 37. Detektor enligt nàgot av patentkraven 25 - 36, k ä n n e- t e c k n a d a v att - varje detektorelektrodelement är anslutet till bearbetnings- elektronik, i vilken pulser fràn varje detektorelektrodele- ment, eventuellt efter pulsformning, är inrättad att bearbe- tas i bearbetningselektroniken för erhållande av energivär- den pà varje bildpunkt motsvarande respektive detektorelek- trodelement. 70048ckrav.doc; 01-03-06