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Die
Erfindung betrifft einen Detektor, aufweisend wenigstens einen Szintillator
und wenigstens eine Photodiode, welche durch ein Verbindungsmedium
miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein
bildgebendes Gerät,
aufweisend einen derartigen Detektor.
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Ein
Detektor der eingangs genannten Art wird beispielsweise zur Detektion
von Röntgenstrahlung
in einem Röntgengerät, z.B.
in einem Computertomographiegerät,
eingesetzt. Der Detektor umfasst in der Regel mehrere Detektormodule,
die in einer Reihe hintereinander oder zweidimensional zur Bildung
einer größeren Detektorfläche angeordnet
sind. Jedes Detektormodul weist ein Szintillatorarray und ein Photodiodenarray
auf, welche relativ zueinander ausgerichtet sind und durch einen
Klebstoff, welcher zugleich als optische Koppelschicht dient, miteinander
verbunden sind. Das Szintillatorarray weist eine Vielzahl von Szintillatorelementen
auf, die voneinander durch inaktive Bereiche, so genannte Septen,
getrennt sind. Auch das Photodiodenarray weist eine Vielzahl von
Photodioden auf, die durch inaktive Zonen voneinander getrennt sind.
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Trifft
im Betrieb des Röntgengerätes durch ein
Untersuchungsobjekt, beispielsweise einen Patienten, hindurch getretene
und somit geschwächte Röntgenstrahlung
auf einem Element des Szintillatorarrays auf, wird diese in sichtbares
Licht umgewandelt. Das sichtbare Licht wird durch die optische Koppelschicht
in Form des Klebstoffs zu der dem Element des Szintillatorarrays
zugeordneten Photodiode des Photodiodenarrays geleitet, die das
sichtbare Licht in elektrische Signale umwandelt. Die von den Photodioden
des Photodiodenarrays stammenden elektrischen Signale werden anschließend weiterverar beitet.
Mit Hilfe einer Recheneinrichtung werden aus den weiterverarbeiteten
Messsignalen Bilder von dem Untersuchungsobjekt rekonstruiert.
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Bei
der Umwandlung von Röntgenstrahlung in
sichtbares Licht in einem Szintillatorelement ergibt sich das Problem,
dass das erzeugte sichtbare Licht intrinsisch diffus gestreut wird.
Der Lichtaustritt aus dem Szintillatorelement auf der einer Photodiode
zugeordneten Seite des Szintillatorelementes in die optische Koppelschicht
erfolgt daher ungerichtet. Dadurch wird ein Teil des in dem Szintillatorelement
erzeugten Lichtes nicht direkt auf die dem Szintillatorelement zugeordnete
Photodiode weitergeleitet, sondern gelangt durch laterales Übersprechen
entlang der optischen Koppelschicht in unerwünschter Weise in eine benachbarte
Photodiode, welche einem anderen Szintillatorelement zugeordnet
ist. Dieser Anteil des von dem Szintillatorelement erzeugten Lichtes
ist für
die Signalauswertung demnach fehlerhaft. Darüber hinaus kann ein Teil des
von dem Szintillatorelement erzeugten Lichtes in die zwischen den
Photodioden vorhandenen inaktiven Zonen gelangen, so dass dieser
Anteil des in dem Szintillatorelement erzeugten Lichtes für die Signalauswertung
verloren geht.
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Um
diesen Effekten zumindest teilweise entgegen zu wirken, wurde die
Verbindung eines Szintillatorarrays und eines Photodiodenarrays
bisher mit Hilfe eines optisch justierbaren Positionssystems hergestellt,
um eine möglichst
optimale Schichtdicke der optischen Koppelschicht in Form des Klebstoffs zu
erreichen. Die optimale Schichtdicke stellt dabei einen Kompromiss
dar. Um das Übersprechen
zu vermeiden, sollte die Schichtdicke der Koppelschicht möglichst
gering sein. Andererseits ist jedoch eine Mindestschichtdicke des
Klebstoffs im Hinblick auf die technische Realisierbarkeit erforderlich,
wobei der Zwischenraum zwischen dem Szintillatorarray und dem Photodiodenarray
trotz Ebenheitstoleranzen der Bauteile und Viskosität des Klebstoffes
vollständig
ausgefüllt
sein muss, um eine gute Ankopplung des Szintillatorar rays an das
Photodiodenarray zu erreichen. Als problematisch erweist es sich
dabei, eine gleichmäßige Schichtdicke
des Klebstoffs über
das gesamte, das Szintillatorarray und das Photodiodenarray umfassende
Detektormodul zu erreichen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Detektor und ein
einen derartigen Detektor aufweisendes bildgebendes Gerät anzugeben, bei
dem die Verbindung eines Szintillators mit einer Photodiode verbessert
ist.
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Nach
der Erfindung wird die den Detektor betreffende Aufgabe gelöst durch
einen Detektor, aufweisend wenigstens einen Szintillator und wenigstens
eine Photodiode, welche durch ein Verbindungsmedium miteinander
verbunden sind, wobei der Szintillator auf seiner der Photodiode
zugewandten Seite zur Aufnahme des Verbindungsmediums eine definierte
Vertiefung aufweist. Im Unterschied zu einen Szintillator und eine
Photodiode aufweisenden Detektoren, bei denen eine im Wesentlichen
ebene Fläche
eines Szintillators über
ein Verbindungsmedium mit einer im Wesentlichen ebenen Fläche einer
Photodiode verbunden ist, weist der erfindungsgemäße Detektor
einen Szintillator auf, welcher auf seiner der Photodiode zugewandten
Seite konkav profiliert ist. Der Szintillator hat also eine Vertiefung,
die das Verbindungsmedium für
die Verbindung des Szintillators mit der Photodiode aufnimmt. Zwischen
Szintillator und Photodiode tritt bei dem erfindungsgemäßen Detektor
demnach keine ebene Schicht eines Verbindungsmediums auf. Vielmehr
liegt der Szintillator mit seinen die Vertiefung umgebenden Kantenflächen oder
mit dem den Szintillator umgebenden inaktiven Bereich auf der Photodiode
oder auf der die Photodiode umgebenden inaktiven Zone auf, während das sich
in der Vertiefung des Szintillators befindliche Verbindungsmedium
die Verbindung des Szintillators mit der Photodiode herstellt. Insbesondere
durch die definiert ausgeführte,
also nicht willkürliche
Vertiefung des Szintillators wird erreicht, dass das im Szintillator
erzeugte Licht im Wesentlichen in Richtung auf die Photodiode, vorzugsweise
in Richtung auf das Zentrum der Photodiode, fokussiert bzw. gelenkt wird.
Dadurch geht weniger Licht durch ein Übersprechen in inaktive Bereiche
bzw. wenn nach einer Variante der Erfindung der Detektor ein Szintillatorarray und
ein Photodiodenarray umfasst, weniger Licht durch Übersprechen
in benachbarte Photodioden verloren. Unter einer definierten Ausführung der
Vertiefung wird im Übrigen
verstanden, dass die Vertiefung innerhalb einer vorgebbaren Toleranzgrenze
bestimmte vorgebbare Maße
einhält.
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Nach
einer weiteren Variante der Erfindung ist die Vertiefung eine nach
innen gerichtete Furche dreieckförmigen
Querschnitts. Durch diese Ausgestaltung der Vertiefung kann insbesondere
die Fokussierung des in dem Szintillator erzeugten Lichtes in Richtung
auf das Zentrum der dem Szintillator zugeordneten Photodiode verstärkt werden.
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Selbiges
lässt sich
erreichen, wenn nach Varianten der Erfindung die Vertiefung nach
innen gerichtet pyramiden- oder kegelförmig ausgebildet ist oder wenn
die Vertiefung eine nach innen gerichtete gerundete Wölbung ist.
In all diesen Fällen
kann eine Fokussierung des in dem Szintillator erzeugten Lichtes
erreicht werden, wobei gleichzeitig die Verbindung zwischen Szintillator
und Photodiode über
einen Spalt geringer Dicke für
das Verbindungsmedium erreicht werden kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung handelt es sich bei dem Verbindungsmedium um einen
Klebstoff, welcher die Vertiefung des Szintillators ausfüllt und
die Verbindung mit der dem Szintillator zugeordneten Photodiode
herstellt.
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Primär ist der
Detektor für
ein bildgebendes Gerät
vorgesehen, bei dem es sich vorzugsweise um ein Röntgengerät handelt,
bei dem der Detektor als Röntgenstrahlendetektor
ausgebildet ist. Besonders geeignet erweist sich der erfindungsgemäße Detektor
für ein
Computertomographiegerät.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den beigefügten
schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 in
schematischer, teilweise blockschaltbildartiger Darstellung ein
bildgebendes Gerät in
Form eines Computertomographiegerätes,
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2 in
einer Draufsicht ein Detektormodul des Computertomographiegeräts aus 1,
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3 eine
Schnittansicht in Richtung der Pfeile III des in 2 gezeigten
Detektormoduls,
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4 eine
mit 3 vergleichbare Ansicht eines Detektormoduls nach
dem Stand der Technik, und
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5 bis 10 Ansichten
von verschiedenen Arten von Vertiefungen.
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In 1 ist
in schematischer, teilweise blockschaltbildartiger Darstellung ein
bildgebendes Gerät in
Form eines Computertomographiegerätes 1 gezeigt. Das
Computertomographiegerät 1 umfasst eine
Röntgenstrahlenquelle 2,
von deren Fokus F ein Röntgenstrahlenbündel 3 ausgeht,
welches mit in 1 nicht dargestellten, aber
an sich bekannten Blenden fächerförmig oder
pyramidenförmig
geformt wird. Das Röntgenstrahlenbündel 3 durchdringt
ein zu untersuchendes Untersuchungsobjekt 4 und trifft auf
einen Röntgenstrahlendetektor 5 auf.
Die Röntgenstrahlenquelle 2 und
der Röntgenstrahlendetektor 5 sind
in in 1 nicht dargestellter Weise einander gegenüberliegend
an einem Drehrahmen des Computertomographiegerätes 1 angeordnet,
welcher Drehrahmen in φ-Richtung
um die Systemachse Z des Computertomographiegerätes 1 drehbar ist.
Im Betrieb des Computertomographiegerätes 1 drehen sich
die an dem Drehrahmen angeordnete Röntgenstrahlenquelle 2 und
der Röntgenstrahlendetektor 5 um
das Untersuchungsobjekt 4, wobei aus unterschiedlichen
Projektionsrichtungen Röntgenaufnahmen
von dem Untersuchungsobjekt 4 gewonnen werden. Pro Projektion
trifft dabei durch das Untersuchungsobjekt 4 hindurch getretene
und durch den Durchtritt durch das Untersuchungsobjekt geschwächte Röntgenstrahlung
auf dem Röntgenstrahlendetektor 5 auf,
wobei der Röntgenstrahlendetektor 5 Signale
erzeugt, welche der Intensität
der aufgetroffenen Röntgenstrahlung
entsprechen. Aus den mit dem Röntgenstrahlendetektor 5 ermittelten
Signalen berechnet anschließend
ein Bildrechner 6 in an sich bekannter Weise eines oder
mehrere zwei- oder dreidimensionale Bilder des Untersuchungsobjektes 4,
welche auf einem Sichtgerät 7 darstellbar
sind.
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Der
Röntgenstrahlendetektor 5 weist
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
eine Vielzahl von Detektormodulen 8 auf, die in φ-Richtung und
in Z-Richtung nebeneinander angeordnet sind und den Röntgenstrahlendetektor 5 bilden.
Ein Detektormodul 8 ist in 2 in einer
Draufsicht dargestellt. Das Detektormodul 8 weist, wie
aus 2 zu erkennen ist, eine Vielzahl von Detektorelementen 9 auf,
die ebenfalls in Reihen und Spalten angeordnet sind. Ein Detektormodul 8 umfasst
also ein Array von Detektorelementen 9, wobei das Array
von Detektorelementen 9 u.a. von einem Szintillatorarray
und einem Photodiodenarray gebildet wird, die relativ zueinander
ausgerichtet sind und durch ein Verbindungsmedium miteinander verbunden
sind. Dies ist insbesondere aus 3 zu erkennen,
welche eine Ansicht in Richtung der Pfeile III des Schnitts aus 2 zeigt.
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Wie
aus 3 zu erkennen ist, weist jedes Detektorelement 9 ein über einer
Photodiode 10 angeordnetes Szintillatorelement 11 auf.
Die Szintillatorelemente 11 sind durch inaktive Bereiche,
den so genannten Septen 12, voneinander getrennt. Vergleichbare
inaktive Zonen 13 befinden sich auch zwischen den Photodioden 10 des
Photodiodenarrays. Das Szintillatorarray und das Photodiodenarray
sind, wie bereits erwähnt, über ein
Verbindungsmedium, bei dem es sich in der Regel um einen Klebstoff,
beispielsweise EPOTEC 301, handelt, miteinander verbunden.
Zur Aufnahme des Klebstoffs 14 weist jedes Szintillatorelement 11 des
Szintillatorarrays erfindungsgemäß eine Vertiefung 15 auf.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
weist jedes Szintillatorelement 11 eine Vertiefung 15 in
Form einer nach innen gerichteten Furche dreieckförmigen Querschnitts
auf, die sich entlang jedes Szintillatorelementes bzw. im Falle
des vorliegenden Ausführungsbeispiels
sogar entlang jeder Reihe von Szintillatorelementen erstreckt. Die
Vertiefung kann jedoch auch für
jedes Szintillatorelement nach innen gerichtet pyramidenförmig (vgl. 5 und 6)
oder kegelförmig
(vgl. 7 und 8) sein. Ebenso geeignet als
Vertiefung ist eine nach innen gerichtete, gerundete Wölbung (vgl. 9 und 10).
Diese Arten von Vertiefungen sind jeweils für ein Detektorelement 9 in
einer der 3 vergleichbaren Schnittansicht
und in einer Ansicht von unten auf das Szintillatorelement 11 des
jeweiligen Detektorelementes 9 in den 5 bis 10 dargestellt.
Je nach Anwendungsfall sind auch verschiedene Formen von Vertiefungen
miteinander kombinierbar.
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Durch
die im Querschnitt zu erkennende konkave Profilierung jedes Szintillatorelementes 11 werden
die Voraussetzungen geschaffen, dass beim Verkleben des Szintillatorarrays
mit dem Photodiodenarray direkte Kontakte zwischen den inaktiven
Bereichen 12 des Szintillatorarrays und den inaktiven Zonen 13 des
Photodiodenarrays hergestellt werden können. Die Verklebung erfolgt
jedoch im Bereich der konkaven Profilierungen, also in den Bereichen
der Vertiefungen 15 der Szintillatorelemente 11,
in denen sich der Klebstoff 14 befindet.
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Dadurch
ergeben sich einige Vorteile gegenüber dem in 4 zum
Vergleich dargestellten Stand der Technik. In 4 ist
dabei in einer mit 3 vergleichbaren Ansicht ein
Schnitt durch ein Array von Detektorelementen nach dem Stand der
Technik gezeigt. Zur Vereinfachung wurden dabei gleiche bzw. ähnliche
Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen. Während nach
dem Stand der Technik das Szintillatorarray und das Photodiodenarray
mit einer durchgehenden Klebstoffschicht 16 miteinander
verbunden sind, erfolgt dies, wie bereits erwähnt, im Falle des erfindungsgemäßen Detektors
im Wesentlichen nur im Bereich der Vertiefungen der Szintillatorelemente 11.
Auf diese Weise wird durch den direkten Kontakt der inaktiven Bereiche
des Szintillatorarrays und der inaktiven Zonen des Photodiodenarrays der
mit dem Klebstoff auszufüllende
Spalt definiert, was nach dem Stand der Technik nicht der Fall ist. Darüber hinaus
können
sich Ebenheitstoleranzen von Photodioden- und Szintillatorarray
angleichen. Abgesehen von einer geringeren Dicke des Klebespaltes
ergibt sich ein großer
Vorteil dahingehend, dass das optische Übersprechen zwischen benachbarten
Detektorelementen über
den Klebstoff deutlich reduziert ist. Durch die konkave Formung
der Lichtaustrittsfläche
eines Szintillatorelementes 11 wird das von dem Szintillatorelement
in Folge des Auftreffens von Röntgenstrahlung
erzeugte sichtbare Licht im Wesentlichen in Richtung der dem Szintillatorelement 11 zugeordneten
Photodiode 11 fokussiert. Vorzugsweise wird das sichtbare
Licht sogar in Richtung des Zentrums der zugeordneten Photodiode 10 fokussiert.
Dadurch geht einerseits weniger Licht in den inaktiven Zonen 13 der
Photodioden 10 verloren und es gelangt andererseits weniger
Licht in unerwünschter
Weise zu einer benachbarten Photodiode 10.
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Die
Erfindung wurde vorstehend am Beispiel eines Röntgenstrahlendetektors beschrieben.
Die Erfindung ist jedoch auch auf andere Detektoren, welche einen
Szintillator und eine dem Szintillator nach geordnete Photodiode
aufweisen, anwendbar.
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Abgesehen
von einem Computertomographiegerät
ist der erfindungsgemäße Detektor
auch für
andere Röntgengeräte, z.B.
C-Bogen-Röntgengeräte, geeignet.