SE519875C2

SE519875C2 - Scintillator-based method and detector with two-dimensional array of detector elements

Info

Publication number: SE519875C2
Application number: SE0004012A
Authority: SE
Inventors: Leif Ericsson; Tom Francke
Original assignee: Xcounter Ab
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2003-04-15
Also published as: SE0004012L; SE0004012D0; WO2002037139A1; AU2002211178A1; EP1330664A1

Abstract

An radiation detector comprises a scintillating layer (3); a radiation entrance (9); and a light detection arrangement (16) including a two-dimensional matrix of light detecting elements (17), wherein the light detection arrangement is oriented with respect to the radiation entrance such that light (25), being emitted in the scintillating layer in a direction essentially perpendicular to the direction at which the radiation beam is entered into the scintillating layer, is detectable. Further, a grid-like layer (13) including a plurality of light-transparent openings (15) is arranged between the scintillating layer and the light detection arrangement and aligned therewith, such that the respective light-transparent openings (15) are overlying the respective light detecting elements (17).

Description

70 75 20 25 30 35 519 875 _ 2 _ eller ökning av anordningens upplösning resulterar snabbt i mycket komplexa och dyra apparater. 70 75 20 25 30 35 519 875 _ 2 _ or increasing the resolution of the device quickly results in very complex and expensive devices.

Dessutom är rumsupplösningen begränsad beroende på att den infallande strålningens strålknippe är divergent, och att scintillatorn måste vara tillräckligt tjock för att absor- bera en väsentlig del av den inkommande strålningen. Foto- nerna i ett visst strålknippe av strålningen kan absorberas i olika scintillatorsegment (om segmenten är små) och såle- des göra den erhållna bilden oskarp.In addition, the room resolution is limited due to the fact that the beam of the incident radiation is divergent, and that the scintillator must be thick enough to absorb a substantial part of the incoming radiation. The photons in a certain beam of the radiation can be absorbed in different scintillator segments (if the segments are small) and thus blur the resulting image.

Vidare utsändes scintillatorljuset isotropiskt och belyser en stor yta av fotodetektorn, och därför reduceras rumsupp- lösningen.Furthermore, the scintillator light is emitted isotropically and illuminates a large area of the photodetector, and therefore the room resolution is reduced.

För övrigt är fotodetektorer känsliga för direkt bestrål- ning med infallande röntgenstrålar, och därför måste man vidta åtgärder för att förhindra att den infallande strål- ningen när fotodetektorerna.In addition, photodetectors are sensitive to direct radiation with incident X-rays, and therefore measures must be taken to prevent the incident radiation from reaching the photodetectors.

Uppfinningen i samandrag Ett syfte med föreliggande uppfinning är således att åstad- komma en scintillatorbaserad apparat och -metod för detek- tering av joniserande strålning, särskilt röntgenstrålar, som åstadkommer höga signal/brusförhållanden och hög rums- upplösning.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is thus to provide a scintillator-based apparatus and method for detecting ionizing radiation, in particular X-rays, which produces high signal-to-noise ratios and high spatial resolution.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en sådan detekteringsapparat och -metod, som sörjer för hög känslighet och således kan arbeta vid mycket låga röntgen- strålflöden. Ännu ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkom- ma en sådan detekteringsapparat och -metod, i vilken detek- teringselementen är arrangerade så att de inte utsätts för direkt bestrålning av den joniserande strålningen. 70 15 20 25 30 35 ...- . fu. ,. -«:, Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att åstadkomma en sådan detekteringsapparat och -metod, i vilken det isotro- piskt utsända ljuset kollimeras för att belysa en mindre area av detektorarrangemanget, varigenom rumsupplösningen förbättras. Ännu ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkom- ma en sådan detekteringsapparat och -metod, som är effek- tiv, snabb, noggrann, tillförlitlig och billig.A further object of the invention is to provide such a detection apparatus and method which provides for high sensitivity and thus can operate at very low X-ray currents. Yet another object of the present invention is to provide such a detection apparatus and method in which the detection elements are arranged so that they are not subjected to direct irradiation of the ionizing radiation. 70 15 20 25 30 35 ...-. fu. ,. A further object of the invention is to provide such a detection apparatus and method in which the isotropically emitted light is collimated to illuminate a smaller area of the detector arrangement, thereby improving the room resolution. Yet another object of the present invention is to provide such a detection apparatus and method which is efficient, fast, accurate, reliable and inexpensive.

Enligt föreliggande uppfinning uppnås dessa syften jämte andra genom apparaterna och metoderna, som anges i patent- kraven.According to the present invention, these objects, together with others, are achieved by the apparatus and methods set forth in the claims.

Genom att detektera ljus från ett scintillerande material i en riktning som är väsentligen vinkelrät mot den inkommande strålningens riktning uppnår man flera fördelar. Sådan geometri ger mycket hög detekteringsverkningsgrad, eftersom absorptionsdjupet kan göras stort så att huvuddelen av den inkommande strålningen absorberas. Förbättrad rumsupplös- ning erhålls eftersom den vinkelräta riktningen är paral- laxfri. Ljusuppsamlingen och rumsupplösningen i detektor- geometrin enligt uppfinningen är förbättrad, eftersom av- ståndet mellan området för absorption/växelverkan och de- tekteringselementen kan göras mycket kort.By detecting light from a scintillating material in a direction which is substantially perpendicular to the direction of the incoming radiation, several advantages are obtained. Such geometry provides a very high detection efficiency, since the absorption depth can be made large so that the majority of the incoming radiation is absorbed. Improved room resolution is obtained because the perpendicular direction is parallel-free. The light collection and room resolution in the detector geometry according to the invention is improved, since the distance between the area for absorption / interaction and the detection elements can be made very short.

Detektorn kan göras tunn (fràn nedre till övre delen), vilket medger stapling av ett flertal detektorer för att åstadkomma en flerlinjig detektorkonfiguration.The detector can be made thin (from the lower to the upper part), which allows stacking of a plurality of detectors to achieve a multiline detector configuration.

Genom att anordna ett flertal detekteringselement i en riktning, som är vinkelrät mot den infallande strålningens strålknippes riktning, kan man utföra endimensionell av- bildning, och genom att anordna ett flertal detekterings- element i den infallande strålningens riktning är det möj- ligt att utföra mätningar med energiupplösning. 70 15 20 25 30 35 -w H. ø . H u H .. . H,- | -» .. x v. n Q n. u .u . | -| f. =v « 1 , | , , _ :ﬂ ; . . , , ~ . .. . . . . . v I ß -- « . . v . . = .By arranging a plurality of detection elements in a direction which is perpendicular to the direction of the beam of the incident radiation, one-dimensional imaging can be performed, and by arranging a plurality of detection elements in the direction of the incident radiation, it is possible to perform measurements. with energy resolution. 70 15 20 25 30 35 -w H. ø. H u H ... H, - | - ».. x v. N Q n. U .u. | - | f. = v «1, | ,, _: ﬂ; . . ,, ~. ... . . . . v I ß - «. . v. . =.

' I ~ - _.. =.'I ~ - _ .. =.

Ytterligare särdrag hos och fördelar med uppfinningen fram- går av den detaljerade beskrivningen nedan av föredragna utföringsformer av uppfinningen, som visas på ritningarna.Further features and advantages of the invention will become apparent from the detailed description below of preferred embodiments of the invention, which are shown in the drawings.

Kort beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning förstår man bättre med hjälp av den detaljerade beskrivningen nedan av utföringsformer av upp- l-4, strerande och inte begränsande för uppfinningen. finningen och ritningsfigurerna som endast är illu- Fig l visar schematiskt i sektionerad sidovy en scintilla- torbaserad detekteringsapparat enligt en första utförings- form av uppfinningen.Brief Description of the Drawings The present invention will be better understood by means of the detailed description below of embodiments of Figures 1-4, which are limiting and not limiting of the invention. Fig. 1 schematically shows in sectioned side view a scintillator-based detection apparatus according to a first embodiment of the invention.

Fig 2 visar schematiskt detekteringsapparaten i fig 1 i en sektionerad vy uppifrån.Fig. 2 schematically shows the detection apparatus of Fig. 1 in a sectional view from above.

Fig 3 visar schematiskt, i en frontvy med avlägsnade kolli- matorpartier, en scintillatorbaserad detekteringsapparat enligt en andra utföringsform av föreliggande uppfinning.Fig. 3 schematically shows, in a front view with removed collimator portions, a scintillator-based detection apparatus according to a second embodiment of the present invention.

Fig 4 visar schematiskt, i en frontvy med avlägsnade kolli- matorpartier, en scintillatorbaserad detekteringsapparat enligt en tredje utföringsform av föreliggande uppfinning.Fig. 4 schematically shows, in a front view with removed collimator portions, a scintillator-based detection apparatus according to a third embodiment of the present invention.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Fig l och 2 visar schematiskt, i sektionerade vyer från sidan resp uppifrån, en scintillatorbaserad detekteringsap- parat enligt en första utföringsform av uppfinningen.Detailed Description of Preferred Embodiments Figures 1 and 2 schematically show, in sectioned side and top views, a scintillator-based detection apparatus according to a first embodiment of the invention.

Detekteringsapparaten innefattar en scintillatoranordning 3, vars frontyta 3a är riktad mot ett plant strålknippe 5 av joniserande strålning, som skall mätas. Scintillatora- nordningen 3 kan innefatta en scintillerande fast substans, en scintillerande flytande substans tex flytande xenon eller argon, eller en scintillerande gas tex xenon eller argon. Företrädesvis är scintillatoranordningen 3 gjord av ett material som har relativt hög verkningsgrad för omvand- 10 15 20 25 30 35 519 875 ling av den infallande strålningen till optisk energi, relativt snabb avklingningskonstant och god optisk genom- synlighet. Cesiumjodid har visat sig vara ett bra scintil- latormaterial för detektering av röntgenstrålar och har hög omvandlingsverkningsgrad, en avklingningskonstant om 1 mikrosekund och ett brytningsindex om 1,8. Alternativt kan andra kända scintillerande material, tex NaI, BaF2 eller polmermaterial användas i scintillatoranordningen enligt föreliggande uppfinning. som har en En kollimator 7, avlàng ingång (eller alterna- tivt flera ingångar), genom vilken strålningens strålknippe 5 kan komma in, är anordnad framför scintillatoranordningen 3. Kollimatorn 7 är typiskt av bly eller volfram, och strålningsingången kan vara uppdelad i ett flertal ingångs- öppningar 9, som är anordnade utmed en linje (fig 2), men fakultativt finns det en enda avlàng öppningsspringa (visas ej i fig 1 och 2).The detection apparatus comprises a scintillator device 3, the front surface 3a of which is directed towards a flat beam 5 of ionizing radiation to be measured. The scintillator device 3 may comprise a scintillating solid, a scintillating liquid substance such as liquid xenon or argon, or a scintillating gas such as xenon or argon. Preferably, the scintillator device 3 is made of a material which has a relatively high efficiency for converting the incident radiation into optical energy, relatively fast decay constant and good optical transparency. Cesium iodide has proven to be a good scintillator material for detecting X-rays and has a high conversion efficiency, a decay constant of 1 microsecond and a refractive index of 1.8. Alternatively, other known scintillating materials, such as NaI, BaF 2 or polymeric materials, may be used in the scintillator device of the present invention. which has a collimator 7, an oblong input (or alternatively several inputs), through which the radiation beam 5 can enter, is arranged in front of the scintillator device 3. The collimator 7 is typically of lead or tungsten, and the radiation input can be divided into a plurality entrance openings 9, which are arranged along a line (Fig. 2), but optionally there is a single elongate opening slot (not shown in Figs. 1 and 2).

Vidare täcker ett ljusabsorberande skikt 11 scintillatorns 3 övre yta 3b. Alternativt är skiktet 11 ljusreflekterande.Furthermore, a light-absorbing layer 11 covers the upper surface 3b of the scintillator 3. Alternatively, the layer 11 is light reflecting.

Ett mönstrat gallerliknande och ljusabsorberande skikt 13 är anordnat på scintillatorns 3 bottenyta 3c, vilken bot- tenyta sålunda definierar en tvådimensionell matris av genomgående öppningar 15. Utrymmet i öppningarna kan vara fyllt med något lämplit transparent eller scintillerande material (tex samma material som i scintillatoranordningen 3). Under skitet 13 finns det ett ljusdetekteringsarrange- mang 16 för detektering av ljus. Arrangemanget 16 omfattar typiskt ett flertal ljusdetekteringselement 17, som är arrangerade i en tvådimensionell matris på ett substrat 19.A patterned grid-like and light-absorbing layer 13 is provided on the bottom surface 3c of the scintillator 3, which bottom surface thus defines a two-dimensional matrix of continuous openings 15. The space in the openings may be filled with some suitable transparent or scintillating material (eg the same material as in the scintillator device 3). ). Under the shit 13 there is a light detection arrangement 16 for detecting light. The arrangement 16 typically comprises a plurality of light detecting elements 17, which are arranged in a two-dimensional matrix on a substrate 19.

Arrangemanget 16 är inriktat i förhållande till skiktet 13 på sådant sätt, att resp öppningar 15 ligger ovanför resp ljusdetekterande element 17.The arrangement 16 is aligned with the layer 13 in such a way that the respective openings 15 lie above the respective light detecting elements 17.

De ljusdetekterande elementen 17 kan vara fotodioder, fotokänsliga TFT-transistorer, fotodiodbaserade förstärka- 70 75 20 25 30 519 875 _6_ re, CCD-element eller andra fotonräknande eller ljusinteg- rerande detekteringselement.The light detecting elements 17 may be photodiodes, photosensitive TFT transistors, photodiode based amplifiers, CCD elements or other photon counting or light integrating detection elements.

Man skall vara medveten om att de ljusdetekterande elemen- ten 17 (liksom öppningarna 15) är arrangerade så att diver- gensen hos inkommande strålning kompenseras. Utlåsningsele- menten kan således vara arrangerade på ett solfjäderliknan- de sätt, varvid varje element är riktat mot den inkommande strålningens strålningskälla.It should be borne in mind that the light detecting elements 17 (as well as the apertures 15) are arranged so that the divergence of incoming radiation is compensated. The locking elements can thus be arranged in a fan-like manner, each element being directed towards the radiation source of the incoming radiation.

Det ljusdetekterande arrangemanget 16 är vidare anslutet till en signalbehandlingsanordning (visas ej) för erforder- lig och/eller önskad efterbehandling av insamlade signalda- ta. Företrädesvis är utläsningselementen 17 således separat anslutna till signalbehandlingskretsen medelst individuella signalledningar. En signalvisningsanordning (visas ej hel- ler) finns för att visa behandlade signaldata.The light detecting arrangement 16 is further connected to a signal processing device (not shown) for required and / or desired post-processing of collected signal data. Preferably, the readout elements 17 are thus separately connected to the signal processing circuit by means of individual signal lines. A signal display device (not shown) is available to display processed signal data.

Detekteringsapparatens storlek kan variera enormt beroende på ifrågavarande tillämpning. I en detektoruppsàttning med stor area, som skulle användas för medicinska avbildnings- ändamål, kan en detektorelementmatris typiskt ha en bredd om upp till 50 cm och innefatta många tusen detektorele- ment. En uppsättning med liten area, som används för många tillämpningar, kan vara mindre än 1 mm bred.The size of the detection device can vary enormously depending on the application in question. In a large area detector array that would be used for medical imaging purposes, a detector element matrix can typically have a width of up to 50 cm and include many thousands of detector elements. A small area set, used for many applications, can be less than 1 mm wide.

Vid användning placeras detekteringsapparaten i fig 1 och 2 i banan för den strålning man önskar detektera. Strålknip- pen hos infallande strålning, som härrör direkt från det undersökta föremålet, färdas i en bana så att den passerar genom ingångsöppningarna 9 i kollimatorn 7 och kommer in i scintillatorn 3, under det att oönskad strålning, som sprids från det undersökta föremålet mot detekteringsanord- ningen, typiskt färdas med någon vinkel mot kollimatorns plan och är således ej i stånd att passera någon av öpp- ningarna 9. Strålningen är typiskt röntgenstrålning, men uppfinningen är användbar tillsammans med all slags jonise- rande strålning, som scintillatorn förmår omvandla till ljus. 10 15 20 25 30 35 1 u...In use, the detection apparatus in Figs. 1 and 2 is placed in the path of the radiation which it is desired to detect. The beam of incident radiation originating directly from the examined object travels in a path so that it passes through the inlet openings 9 in the collimator 7 and enters the scintillator 3, while unwanted radiation which is spread from the examined object towards detection devices typically travels at some angle to the plane of the collimator and is thus unable to pass any of the apertures 9. The radiation is typically X-ray radiation, but the invention is useful in conjunction with all kinds of ionizing radiation which the scintillator is able to convert into light. . 10 15 20 25 30 35 1 u ...

Växelverkan mellan den infallande strålningen och scintil- latormaterialet resulterar i att det alstras ljusfotoner, som typiskt sänds ut isotropiskt. Genom separationen mellan olika ljusdetekterande element 17 och arrangemanget med det gallerliknande ljusabsorberande skiktet 13, kommer ljus 25, som härrör från växelverkningsvolymen 23 som resultat av absorption av en viss strålningsfoton, huvudsakligen att detekteras av ett enda ljusdetekterande element l7a.The interaction between the incident radiation and the scintillator material results in the generation of light photons, which are typically emitted isotropically. By the separation between different light-detecting elements 17 and the arrangement with the grid-like light-absorbing layer 13, light 25 originating from the interaction volume 23 as a result of absorption of a certain radiation photon will mainly be detected by a single light-detecting element 17a.

I typiska detektorer ligger den infallande strålningens energinivå i intervallet mellan ca 10 keV och 500 keV. I detta energiintervall gäller, att typisk växelverkan mellan den infallande strålningen och scintillatormaterialet inne- fattar fotoelektrisk absorption och comptonspridning. Båda dessa processer resulterar i att elektroner sänds ut från atomer i scintillatorn, som träffas av den infallande strå- len, och när dessa elektroner passerar genom scintillator- materialet omvandlas deras energi till synlig utstrålande ljusenergi.In typical detectors, the energy level of the incident radiation is in the range between about 10 keV and 500 keV. In this energy range, the typical interaction between the incident radiation and the scintillator material includes photoelectric absorption and compton scattering. Both of these processes result in electrons being emitted from atoms in the scintillator, which are struck by the incident beam, and when these electrons pass through the scintillator material, their energy is converted into visible radiating light energy.

Signalerna, som erhålls medelst de ljusdetekterande elemen- ten 17, efterbearbetas sedan och visas.The signals obtained by the light detecting elements 17 are then post-processed and displayed.

Genom att använda en tvärgående uppsättning (dvs parallellt med kollimatorn 7) ljusdetekterande element 17 åstadkommer man en detekteringsapparat, i vilken fotoner, som huvudsak- ligen härrör från växelverkan med i tvärled separerade är detekterba- partier av strålningens plana strålknippe 5, ra separat. Härigenom kan man utföra endimensionell avbild- ning. Genom att gruppera ljusdetekterande element och åstadkomma ett enda uppmätt värde för var och en av dessa grupper, kan man vidare erhålla ökad signalnivå och käns- lighet.By using a transverse set (ie parallel to the collimator 7) light detecting elements 17, a detection apparatus is provided in which photons, which mainly originate from interaction with transversely separated, are detector bases of the radiation flat beam 5, ra separately. In this way, one-dimensional imaging can be performed. By grouping light detecting elements and providing a single measured value for each of these groups, one can further obtain increased signal level and sensitivity.

Djupet i scintillatoranordningen, där det sker en växelver- kan mellan en strålningsfoton och det scintillerande mate- rialet, styrs statistiskt genom absorptionstakten för rönt- 70 75 20 25 30 35 519 875 genstrålar i det använda materialet. Röntgenstrålar med hög energi har allmänt större genomträngningsdjup än röntgen- strålar med lägre energi. Genom att flera detekteringsele- ment är anordnade i strålningens strålknippe 5, åstadkommer således den föreliggande scintillatorbaserade detekterings- apparaten detektering med energiupplösning av joniserande strålning.The depth of the scintillator device, where there is an interaction between a radiation photon and the scintillating material, is statistically controlled by the rate of absorption of X-rays in the material used. High-energy X-rays generally have greater penetration depths than lower-energy X-rays. Thus, in that several detection elements are arranged in the radiation beam 5 of the radiation, the present scintillator-based detection apparatus provides detection with energy resolution of ionizing radiation.

Genom detektering av scintillationer i en riktning väsent- ligen vinkelrät mot den infallande strålningens strålknip- pes 5 riktning erhåller man ett antal ytterligare fördelar.By detecting scintillations in a direction substantially perpendicular to the direction of the incident radiation beam 5, a number of additional advantages are obtained.

För det första kan absorptionsdjupet göras stort för att en huvuddel av den inkommande strålningen skall absorberas, vilket ger mycket hög detekteringsverkningsgrad_ För det andra erhålls förbättrad rumsupplösning eftersom den vin- kelräta detekteringen är parallaxfri. För det tredje för- bättras ljusuppsamlingen i detektorgeometrin enligt uppfin- ningen, eftersom avstånden mellan området absorp- tion/växelverkan och de detekterande elementen kan göras mycket kort. Vidare gäller, att genom att använda ett scin- tillatormaterial som har relativt hög absorptionskoeffici- (i den infallande strål- ent, kan detektorn göras kortare ningens riktning) än en motsvarande på gaser baserad detek- tor, varigenom detektorn är lättare att rikta in.Firstly, the absorption depth can be made large so that a major part of the incoming radiation is absorbed, which gives a very high detection efficiency. Secondly, improved room resolution is obtained because the perpendicular detection is parallax-free. Third, the light collection in the detector geometry according to the invention is improved, since the distances between the area of absorption / interaction and the detecting elements can be made very short. Furthermore, by using a scintillator material which has a relatively high absorption coefficient (in the incident beam, the detector can be made shorter in the direction of the direction) than a corresponding gas-based detector, whereby the detector is easier to direct.

Typiskt kan man använda en detektorlängd av storleksord- ningen millimeter. Dessutom kan detektorn göras mycket tunn (från nederdelen till överdelen), vilket möjliggör stapling av ett flertal detektorer för att åstadkomma en flerlinjig detektorkonfiguration. Typiskt kan man använda en scintil- lator som är så tunn som 10 um. Slutligen ger detekterings- apparaten i fig l och 2 god kollimeringförmåga för strål- ningens strålknippe 5, varigenom avbildningar innehåller mycket små signaler från spridd strålning inuti detektorn.Typically, a detector length of the order of millimeters can be used. In addition, the detector can be made very thin (from the bottom to the top), which allows stacking of a plurality of detectors to provide a multiline detector configuration. Typically, you can use a scintillator that is as thin as 10 μm. Finally, the detection apparatus in Figs. 1 and 2 provides good collimation capability for the radiation beam 5, whereby images contain very small signals from scattered radiation inside the detector.

Sålunda kan man uppnå ökat signal/brusförhållande i de detekterade avbildningarna. 70 15 20 25 30 35 > r . = ,. .. , , , ,_,, »f 1- . v. a i u» 1 u ~ av nu .. n s , a , . . ,« v- v := | f=-, c «, n n - : ; - 1 f : . » a . ~ -| :I -.» Q Med hänvisning till fig 3, som schematiskt visar en frontvy av en scintillatorbaserad detekteringsapparat, kommer nu en andra utföringsform av föreliggande uppfinning att beskri- VaS.Thus, an increased signal-to-noise ratio can be achieved in the detected images. 70 15 20 25 30 35> r. =,. ..,,,, _ ,, »f 1-. v. a i u »1 u ~ av nu .. n s, a,. . , «V- v: = | f = -, c «, n n -:; - 1 f:. »A. ~ - | : I -. » Referring to Fig. 3, which schematically shows a front view of a scintillator-based detection apparatus, a second embodiment of the present invention will now be described.

Denna utföringsform skiljer sig från den föregående utfö- ringsformen i utformningen av scintillatoranordningen 3 och i att det gallerliknande ljusabsorberande skiktet 13 sak- nas. Vidare har kollimatorn 7 en enda avlång ingångsöpp- ningsspringa i ställer för flera öppningar. Notera att detekteringsapparaten i fig 3 i illustrativt syfte visas med kollimatorpartier bortskurna för att frilägga det inre av apparaten. Kollimatorns 7 strålningsingång har likformig bredd utmed springan.This embodiment differs from the previous embodiment in the design of the scintillator device 3 and in that the grid-like light-absorbing layer 13 is missing. Furthermore, the collimator 7 has a single elongate entrance opening slot in place for several openings. Note that for illustrative purposes, the detection apparatus of Fig. 3 is shown with collimator portions cut away to expose the interior of the apparatus. The radiation input of the collimator 7 has a uniform width along the gap.

Scintillatoranordningen innefattar ett flertal scintillato- relement 31, som är arrangerade i en uppsättning och fri- lagda för infallande strålning. Varje scintillatorelement är optiskt kopplat till ett resp ljusdetekteringselement l7 hos ljusdetekteringsarrangemanget 16.The scintillator device comprises a plurality of scintillator elements 31, which are arranged in a set and exposed to incident radiation. Each scintillator element is optically coupled to a respective light detecting element 17 of the light detecting arrangement 16.

Scintillatorelementen 31 bildar typiskt en MXN eller Mxl matris men kan alteranativt ha varje form som är lämplig för användningen av en viss apparat. Scintillatorelementen har typiskt parallellepipedisk form och kan som, exempel men inte som begränsning, ha tvärsnittsdimensioner om 0,01- 10 mm x 0,0l-lO mm och djupet O,l-lOO mm. Scintillatorupp- sättningen kan bildas genom att man skär eller tärnar ele- menten från ett block av scintillatormaterial, eller alter- nativt kan elementen "odlas" individuellt som nålar eller stänger tex genom förångning eller andra kända tekniker, tex katodförstoftning eller kemisk ångutfällning. Såsom visas i fig 3 är scintillatorelementens 31 orientering sådan, att varje element 31 sträcker sig i en riktning som är väsentligen vinkelrät mot strålningen som kommer in genom kollimatorn 7, vilket är i skarp kontrast mot kända scintillatorbaserade arrangemang. 10 75 20 25 30 35 > h.. 519 875 _ 10 _ Vidare kan mellanrumsbarriärer 33 vara anordnade mellan scintillatorelementen 31 för att separera varje scintilla- torelement från angränsande element. Mellanrumsbarriärerna 33 innefattar ett material som effektivt absorberar ljus, varigenom ljus väsentligen hindras från att passera mellan scintillatorelementen. En sådan ljusabsorberande barriär är särskilt viktig i anordningar med stor area för att säker- ställa god rumsupplösning, dvs bestämning av den plats på uppsättningen där den infallande strålningens strålknippe träffar.The scintillator elements 31 typically form an MXN or Mx1 matrix but may alternatively have any shape suitable for the use of a particular apparatus. The scintillator elements typically have a parallelepipedic shape and may, as an example but not as a limitation, have cross-sectional dimensions of 0.01-10 mm x 0.01-10 mm and a depth of 0.1-10 mm. The scintillator set can be formed by cutting or dicing the elements from a block of scintillator material, or alternatively the elements can be "grown" individually as needles or closures, for example by evaporation or other known techniques, such as cathode sputtering or chemical vapor deposition. As shown in Fig. 3, the orientation of the scintillator elements 31 is such that each element 31 extends in a direction substantially perpendicular to the radiation entering through the collimator 7, which is in sharp contrast to known scintillator-based arrangements. Furthermore, gap barriers 33 may be provided between the scintillator elements 31 to separate each scintillator element from adjacent elements. The gap barriers 33 comprise a material that effectively absorbs light, thereby substantially preventing light from passing between the scintillator elements. Such a light-absorbing barrier is particularly important in devices with a large area to ensure good room resolution, ie determination of the place on the set where the beam of the incident radiation hits.

Optiskt reflekterande skikt (visas ej) kan fakultativt vara anordnade mellan de angränsande ytorna på mellanrumsbarriä- rerna 33 och scintillatorelementen 31. Sådana optiskt re- flekterande skikt är till för att isolera scintillatorel- menten från varandra genom att inom ett scintillatorelement stänga inne synligt ljus 25, som alstras genom absorption av infallande strålning i ett område 23 i elementet. Sådant ljus kommer således att träffa ett enda l7a av de ljusde- tekterande elementen l7 i ljusdetekteringsarrangemanget 16.Optically reflecting layers (not shown) may optionally be provided between the adjacent surfaces of the gap barriers 33 and the scintillator elements 31. Such optically reflecting layers are for isolating the scintillator elements from each other by enclosing visible light within a scintillator element. , which is generated by absorption of incident radiation in an area 23 of the element. Such light will thus strike a single 17a of the light detecting elements 17 in the light detecting arrangement 16.

Ytterligare detaljer om scintillatorbaserade arrangemang återfinns tex i vår anhängiga svenska patentansökan nr 0000388-9 med titeln "Detektor och metod för detektering av joniserande strålning", som ingavs den 8 februari 2000, samt i där angivna referenser, som allt införs här som referens.Further details on scintillator-based arrangements can be found, for example, in our pending Swedish patent application no. 0000388-9 with the title "Detector and method for detecting ionizing radiation", which was filed on February 8, 2000, and in references cited there, all of which are incorporated herein by reference.

Med hänvisning till fig 4, som schematiskt visar en frontvy av en scintillatorbaserad detekteringsapparat, kommer nu en tredje utföringsform av föreliggande uppfinning att beskri- VaS .Referring to Fig. 4, which schematically shows a front view of a scintillator-based detection apparatus, a third embodiment of the present invention will now be described.

Denna utföringsform skiljer sig från den föregående utfö- ringsformerna endast med avseende på ljusdetekteringsarran- gemangets struktur och funktion. Här är en fotokatod 41 anordnad intill scintillatorn 3, som är anordnad på sådant sätt att den frigör fotoelektroner i beroende av ljusfoto- 70 15 20 25 30 35 519 875 _11.. nerna som träffar den. Katoden skall vara tunn så att den är i stånd att frigöra elektroner från den yta, som ligger mittemot ytan som träffas av fotonerna (tex sådana som indikeras med 25).This embodiment differs from the previous embodiments only with respect to the structure and function of the light detection arrangement. Here, a photocathode 41 is arranged next to the scintillator 3, which is arranged in such a way that it releases photoelectrons in dependence on the light photons which strike it. The cathode must be thin so that it is able to release electrons from the surface opposite the surface struck by the photons (eg those indicated by 25).

Det finns ett elektronlavinförstärkararrangemang intill fotokatoden 41, som företrädesvis har två elektroder, en gallerliknande lavinkatod 43 och en lavinanod 45, som är avpassat för att fånga upp fotoelektroner som frigörs från fotokatoden, och kraftigt lavinförstärka dessa. Ljusdetek- teringsarrangemangets geometri och förstärkningsmaterial samt de potentialer vid vilka fotokatoden och lavinelektro- derna hålls, väljs på sådant sätt, att man erhåller lämplig förstärkning. I illustrerande syfte indikeras elektriska fältlinjer mellan ett enda av utlåsningselementen 45a och fotokatoden 41 schematiskt i fig 4 med hänvisningssiffran 46.There is an electron avalanche amplifier arrangement adjacent to the photocathode 41, which preferably has two electrodes, a grid-like avalanche cathode 43 and an avalanche anode 45, which are adapted to capture photoelectrons released from the photocathode, and powerfully avalanche amplify them. The geometry and gain material of the light detection arrangement, as well as the potentials at which the photocathode and avalanche electrodes are held, are selected in such a way as to obtain suitable gain. For illustrative purposes, electric field lines between a single one of the locking elements 45a and the photocathode 41 are schematically indicated in Fig. 4 by the reference numeral 46.

Företrädesvis finns det mellan elektroderna en sluten kam- mare 47 innehållande en gas, som är lämpad för elektronla- vinförstärkning. Ett sådant lämpligt förstärkningsmedium är exempelvis argon, C02, etan och blandningar av argon och isobutan. Alternativt används en flytande eller fast elek- tronförstärkningssubstans_ Ett dielektrikum 49 kan vara anordnat mellan lavinkatoden 43 och lavinanoden 45. Detta kan vara en gas eller ett fast substrat som uppbär katoden 43 och anoden 45. De påförda spänningarna alstrar sålunda ett kraftigt elektrisk fält i en uppsättning eller en ma- tris av lavinförstärkningsområden 5l. Lavinområdena 51 bildas i ett område mellan och kring lavinkatodens 43 kan- ter, som är vända mot varandra, och mellan lavinkatoden 43 och lavinanoden 45.Preferably, there is between the electrodes a closed chamber 47 containing a gas which is suitable for electron avalanche amplification. Such a suitable reinforcing medium is, for example, argon, CO 2, ethane and mixtures of argon and isobutane. Alternatively, a liquid or solid electron amplifying substance is used. A dielectric 49 may be provided between the avalanche cathode 43 and the avalanche anode 45. This may be a gas or a solid substrate carrying the cathode 43 and the anode 45. The applied voltages thus generate a strong electric field in a set or a matrix of avalanche reinforcement areas 5l. The avalanche areas 51 are formed in an area between and around the edges of the avalanche cathode 43, which face each other, and between the avalanche cathode 43 and the avalanche anode 45.

Vidare omfattar ljusdetekteringsarrangemanget ett utläs- ningsarrangemang innefattande ett flertal utläsningsele- ment, som är anordnade i en uppsättning eller en matris och är elektriskt isolerade från varandra, varvid utläsningsar- rangemanget är avpassat för att detektera pulser, som indu- 10 15 20 25 30 35 519 875 _l2_ ceras av lavinelektronerna och/eller motsvarande alstrade joner. Företrädesvis är lavinelektroden mönstrad och utgör utläsningsarrangemanget, men det kan även finnas ett sepa- rat utläsningsarrangemang. Utläsningselementen 45 är före- trädesvis individuellt anslutna till en signalbearbetnings- anordning (visas ej) för erforderlig och/eller önskvärd efterbearbetning av insamlade signaldata. En signalvis- ningsenhet (visas ej) finns slutligen för att visa bearbe- tade signaldata.Furthermore, the light detecting arrangement comprises a readout arrangement comprising a plurality of readout elements, which are arranged in a set or a matrix and are electrically isolated from each other, the readout arrangement being adapted to detect pulses which are induced. 519 875 _l2_ is detected by the avalanche electrons and / or corresponding generated ions. Preferably, the avalanche electrode is patterned and constitutes the readout arrangement, but there may also be a separate readout arrangement. The readout elements 45 are preferably individually connected to a signal processing device (not shown) for required and / or desired post-processing of collected signal data. A signal display unit (not shown) is finally available to display processed signal data.

Företrädesvis är scintillatorns 3 scintillatorelement 31, lavinområden 51 och anod/utläsningselement inriktade i förhållande till varandra och ligger ovanpå varandra. Ljus 25, som sänds ut i ett område 23 i ett enda scintillatore- lement 3la, kommer således att färdas mot fotokatoden 41, träffa denna och förorsaka att elektroner, s.k. fotoelek- troner, sänds ut från fotokatodens baksida. Sådana frigjor- da elektroner vandrar sedan mot lavinkatoden och accelere- ras (som schematiskt indikeras med pilen 53) beroende på det kraftiga elektriska fältet mellan lavinkatoden 43 och lavinanoden 45. Sådana accelererade elektroner växelverkar med andra material (tex atomer, molekyler etc) inuti ett enda 5la av lavinområdena 51 och orsakar att det alstras elektron/jonpar. Dessa alstrade elektroner accelereras likaledes i fältet och växelverkar ånyo med ny materia, vilket orsakar att det alstras ytterligare elektron/jonpar.Preferably, the scintillator elements 31 of the scintillator 3, avalanche areas 51 and anode / readout elements are aligned relative to each other and lie on top of each other. Light 25, which is emitted in an area 23 in a single scintillator element 31a, will thus travel towards the photocathode 41, strike it and cause electrons, so-called photoelectrons, emitted from the back of the photocathode. Such released electrons then migrate towards the avalanche cathode and are accelerated (as schematically indicated by the arrow 53) due to the strong electric field between the avalanche cathode 43 and the avalanche anode 45. Such accelerated electrons interact with other materials (eg atoms, molecules, etc.) inside a only 5la of the avalanche areas 51 and causes electron / ion pairs to be generated. These generated electrons are also accelerated in the field and interact again with new matter, which causes additional electron / ion pairs to be generated.

Denna elektronlavinförstärkningsprocess fortsätter under elektronernas färd mot det enda 45a av utläsningselementen 45. På detta sätt kan man utföra detektering med hög rums- upplösning och hög känslighet.This electron avalanche amplification process continues during the movement of the electrons towards the only 45a of the readout elements 45. In this way, detection can be performed with high spatial resolution and high sensitivity.

Ytterligare hänvisning till scintillatorbaserade och gas- formiga elektronlavinförstärkningsdetektorer görs generellt till vår ovannämnda svenska patentansökan.Further reference to scintillator-based and gaseous electron avalanche amplification detectors is generally made to our above-mentioned Swedish patent application.

Det är uppenbart att uppfinningen kan varieras på många sätt. Sådana variationer skall inte anses som avvikelser från uppfinningens ram. Alla sådana modifieringar, som är 4. f" . 1 .. u q ., . n.. . å. -. . n; u 1 u. . «. u . || v. ,~ v - f u . . V . .. 1 ,. I ~ .- - 1 I . o 1 . a. . . . . . _ _ 1 . , . u. . m, .H .- ._13_ uppenbara för en fackman, är avsedda att inkluderas inom ramen för patentkraven.It is obvious that the invention can be varied in many ways. Such variations should not be construed as departing from the scope of the invention. All such modifications, which are 4. f ". 1 .. uq.,. N ... Å. -.. N; u 1 u..«. U. || v., ~ V - fu.. V . .. 1,. I ~ .- - 1 I. O 1. A..... _ _ 1.,. U.. M, .H .- ._13_ obvious to a person skilled in the art, are intended to be included within the scope of the claims.

Claims

70 75 20 25 30 35 519 875 _14 .. Patent claim

An apparatus for detecting ionizing radiation comprising: - a scintillating material (3), suitable for emitting light in dependence on radiation exposure; - a radiation input (9) arranged in such a way that a beam (5) of radiation can enter the scintillating material; and - a light detecting arrangement (16) for detecting light emitted by the scintillating material; characterized in that the light detecting arrangement is oriented with respect to the radiation input in such a way that light (25) is detectable which is emitted by the scintillating material in a direction substantially perpendicular to the direction in which the beam enters the scintillating material; - that a grid-like light-absorbing layer (13) is arranged between the scintillating material and the light-detecting arrangement, the grid-like light-absorbing layer (13) comprising a plurality of light-transmitting openings (15); and - that the light detecting arrangement comprises a plurality of light detecting elements (17), which are arranged in a two-dimensional matrix, and each of which is adapted for individual detection of light independently of the other elements, the grid-like light-absorbing layer being aligned in relation to the light-detecting arrangement in such a way that the respective light-transmissive openings (15) lie over the respective light-detecting elements (17).

Apparatus according to claim 1, wherein the radiation input (9) is arranged in such a way that a flat beam (5) in the scintillating material, and the light FT can enter the detecting arrangement is arranged in such a way that light, which derives from absorption by transversely separated parts of the flat beam, is separately detectable.

Apparatus according to claim 1 or 2, wherein the light detecting arrangement is such that light resulting from absorption of the beam at different positions along the beam is separately detectable.

Apparatus according to any one of claims 1-3, wherein the light detecting arrangement is arranged at a first surface (3c) of the scintillating material, and wherein a light absorbing layer (11) is arranged at an opposite surface ( 3b) on the scintillating material.

Apparatus according to any one of claims 1-3, wherein the light-detecting material is arranged at a first surface (3c) of the scintillating material, and wherein a light-reflecting layer (II) is arranged at an opposite surface ( 3b) on the scintillating material.

Apparatus according to any one of claims 1-5, wherein the light detecting elements are photodiodes, photosensitive TFT transistors, photodiode based amplifiers or CCD elements.

Apparatus according to any one of claims 1-6, wherein the light detecting arrangement (16) comprises an arrangement with photocathodlavine amplification.

The apparatus of claim 7, wherein the photocathodine amplification arrangement comprises: - a photocathode (41) adapted to release photoelectrons in dependence on light emitted in the scintillating material and then strike the photocathode; (43, 45, 47, 49, 51), suitable for avalanche amplifying said photoelectrons; and - an electron avalanche amplifier which is - a readout arrangement (45) adapted to detect said avalanche amplified electrons. 70 75 20 25 30 35 519 875 _l6_

The apparatus of claim 8, wherein the electron avalanche amplifier comprises a set of avalanche amplification volumes (51) filled with an avalanche amplification medium.

Apparatus according to claim 9, wherein the individual avalanche amplification volumes (51) are separated from each other by a dielectric (49).

An apparatus according to any one of claims 7-10, wherein the photocathodine avalanche amplification arrangement comprises an electron permeable avalanche cathode (43) and an avalanche anode (45).

A method of detecting ionizing radiation in a radiation detector, which comprises a scintillating material (3), a radiation input (9) and a light detecting arrangement (16), which comprises a plurality of separate light detecting elements (17) which are arranged in a set, characterized by the steps: - a beam of radiation is brought in through the radiation input and into the scintillating material, the scintillating material emitting light in response to the incoming radiation; and - by means of a plurality of spaced light detecting elements (17) light is detected, which is emitted in the scintillating material in a direction which is substantially perpendicular to the direction in which said beam is brought into the scintillating material; wherein light emanating from a volume of interaction (23) as a result of absorption of a certain radiation photon (21) passes through a single one of a plurality of light-transmitting openings (15) present in a grid-like absorbent layer (13) arranged between the scintillating material and the light detecting arrangement, and this light is detected mainly by a single (17a) of a plurality of spaced apart light detecting elements.

A method according to claim 12, wherein a planar beam (5) is caused to enter through the radiation input and into the scintillating material, and wherein light resulting from absorption by transversely separated parts of the planar beam , is separately detectable.

A method according to claim 12 or 13, wherein light resulting from absorption of the beam at different locations along the beam is separately detectable.

A method according to any one of claims 12-14, wherein light emitted in the scintillating material is detected by: - by means of a photocathode (41) emitted in the photoelectrons of the scintillating material in dependence on the light, the material ; - said photoelectrons are avalanche amplified by means of an electron (43, 45, 47, 49, 51); - said avalanche amplified electrons are detected by means of an avalanche amplifier readout arrangement (45).