DE3242663A1

DE3242663A1 - X-ray detector

Info

Publication number: DE3242663A1
Application number: DE19823242663
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr.Rer.Nat. 8520 Erlangen Degenhardt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-11-18
Filing date: 1982-11-18
Publication date: 1984-05-24

Abstract

An X-ray detector with an opto-electrical light sensor (13) which is associated with luminescent bodies (1, 3, 3') which convert X-rays (9) into light (10) to which the sensor responds better than to X-rays. However, the efficiency of such detectors is too low in comparison with other measuring devices. To increase the effectiveness, the invention provides an arrangement in which a luminescent body (1) of a transparent plastic is used which contains a fluorescent substance (2) which converts the light (10) of intensifier foils (3) applied to the large areas of the body (1) into blue to yellow light (11) and outputs it from at least one of its narrow sides to the sensor (13). Such X-ray detectors can be used, in particular, in medical X-ray technology, preferably in computer tomography. <IMAGE>

Description

RöntzenstrahlendetektorX-ray detector

Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahlendetektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Detektoren sind etwa beschrieben in der DE-OS 30 16 090.The invention relates to an X-ray detector according to the preamble of claim 1. Detectors of this type are described, for example, in DE-OS 30 16 090.

Strahlendetektoren, mit welchen die Wirkungen von Strahlen in elektrische Signale umgesetzt werden können, bestehen etwa aus Halbleitermaterialien, wie z.B.Radiation detectors, with which the effects of rays in electrical Signals that can be converted consist, for example, of semiconductor materials, such as

Quecksilberjodid (HgJ2), Kadmiumsulfid (CdS) oder Selen (Se). Diese Stoffe weisen aber unter direkter Einwirkung von Röntgenstrahlen nur geringe Effizienz auf.Mercury iodide (HgJ2), cadmium sulfide (CdS) or selenium (Se). These However, when exposed to direct X-rays, substances show only low efficiency on.

Eine größere Wirksamkeit kann erreicht werden, wenn die Röntgenstrahlen in ein Lumineszenzlicht umgewandelt werden, welches vom Umwandlungsstoff des Strahlen#-detektors besser absorbiert wird. Die Umwandlung kann etwa in einem Leuchtstoff, wie Kadmiumsulfid (CdS) bzw.Greater effectiveness can be achieved when using the X-rays be converted into a luminescent light, which is generated by the conversion substance of the rays # detector is better absorbed. The conversion can take place in a phosphor such as cadmium sulfide (CdS) or

Kadmiumselenid (CdSe), erfolgen. Bei derartigen Anordnungen hat sich aber als zweckmäßig erwiesen, die verwendeten Bauelemente in der Form von Einkristallen zu verwenden. Es hat daher nicht an Anstrengungen gefehlt, diese Elemente durch billigere polykristalline Schichten abzulösen. Diese haben aber verschiedene Nachteile.Cadmium Selenide (CdSe). With such arrangements but proven to be useful, the components used in the form of single crystals to use. There has therefore been no lack of effort to get these elements through to remove cheaper polycrystalline layers. However, these have various disadvantages.

In den polykristallinen Schichten wird das entstehende Lumineszenzlicht gestreut und auch absorbiert. So kann nur ein Teil des Lichtes austreten und im fotooptischen Wandler in Erscheinung treten. Die Verluste sind in der Regel um einen Faktor von 3 bis 5 höher als bei einem Einkristall.The resulting luminescent light is in the polycrystalline layers scattered and also absorbed. So only part of the light can emerge and be in the photo-optical converter appear. The losses are usually around one Factor 3 to 5 higher than with a single crystal.

Nach obengenannter DE-OS 30 16 090 wird ein günstiger ITm~ z durch Verwendu1lg eines polykristallinen Szin- tillators erreicht, der auf der Basis von seltenen-Erden-Leuchtstoffen aufgebaut ist und bei dem zum fotooptischen Wandler hin noch ein weiterer Szintillationsumsetzer zwischengeschaltet ist, um die Einwirkung des Lichtes auf den Umsetzer zu verbessern.According to the above-mentioned DE-OS 30 16 090, a cheaper ITm ~ z is achieved Use of a polycrystalline scin tillators achieved that is built on the basis of rare earth phosphors and the photo-optical Another scintillation converter is connected to the converter to improve the effect of light on the converter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Röntgenstrahlendetektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine Anordnung anzugeben, bei welcher die Effizienz erhöht ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.The invention is based on the object of an X-ray detector according to the preamble of claim 1 to specify an arrangement in which the efficiency is increased. This object is achieved according to the invention by the in the characterizing Part of claim 1 specified measures solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstände der Unteransprüche.Advantageous further developments are the subject matter of the subclaims.

Bei der vorgenannten Lösung wird außer einer optimalen Anpassung der Einwirkung der Strahlung auf den Fotosensor in erster Linie die Effizienz erhöht. Dies erfolgt durch zwei Röntgenverstärkerschichten, zwischen denen sich ein transparenter Kunststoffkörper befindet, in welchen fluoreszierende Farbstoffmoleküle eingelagert sind. Dieser Körper dient als Lichtsammler für das von den röntgenempfindlichen Fluoreszenzschichten ausgehende Licht. Dieses wird gesammelt und durch Farbstoffmoleküle in Licht umgewandelt, welches besonders gut auf den Fotosensor einwirkt. Ein solcher, etwa ein Fotoelement, eine Fotodiode oder ein Fototransistor, ist dem Fluoreszenzstoffkörper an einer der Stirnflächen optisch angekoppelt. Als Fluoreszenzstoffe für den Lichtsammler-Körper sind dabei Leuchtstoffe vorzusehen, deren Hauptemission in mindestens zwei Banden liegt (2-Farbenleuchtstoffe bzw. 2-Bandenleuchtstoffe) oder besser in drei Banden. Sehr gute Ergebnisse wurden mit dem Zwei-Bandenleuchtstoff (blau und grün) Yttriumoxisulfid erhalten. Die fluores- zierenden Farbstoffmoleküle des transparenten Kunststoffkörpers, der aus Hart-PVC bestehen kann, -sollten mit blauer bis gelber bzw. grüner Farbe fluoreszieren.In the above solution, besides an optimal adaptation of the Exposure of the radiation to the photosensor primarily increases the efficiency. This is done by means of two X-ray intensifying layers, between which there is a transparent one Plastic body is located in which fluorescent dye molecules are stored are. This body serves as a light collector for the X-ray sensitive Fluorescent layers emanating from light. This is collected and replaced by dye molecules converted into light, which has a particularly good effect on the photosensor. Such a, for example a photo element, a photo diode or a photo transistor, is the fluorescent substance body optically coupled to one of the end faces. As fluorescent substances for the light collector body luminescent materials are to be provided, the main emission of which is in at least two bands (2-color phosphors or 2-band phosphors) or better in three bands. Very good results were obtained with the two-band phosphor (blue and green) yttrium oxisulfide obtain. The fluorescent ornamental dye molecules of the transparent Plastic body, which can consist of hard PVC, should be blue to yellow or green color fluoresce.

In dieser Hinsicht brauchbare Leuchtstoffe sind etwa 2,5-Dioxyterephtalsäurediäthylester (blau) oder.Phosphors which can be used in this regard are about 2,5-dioxyterephthalic acid diethyl ester (blue) or.

Dioxynaphtaldazin (gelb-grün).Dioxynaphtaldazine (yellow-green).

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.Further details and advantages of the invention are provided below further explained on the basis of the exemplary embodiments shown in the figures.

In der Figur 1 ist schematisch im Schnitt ein erfindungsgemäßer Röntgenstrahlendetektor auseinandergenommen dargestellt und in der Figur 2 der Einsatz mehrerer nebeneinander angeordneter Detektoren in einem Röntgendiagnostikgerät. An X-ray detector according to the invention is shown schematically in section in FIG shown disassembled and in Figure 2 the use of several side by side arranged detectors in an X-ray diagnostic device.

In der Figur 1 ist mit 1 ein Kunststoffkörper bezeichnet, der aus Hart-PVC besteht und 200/um stark ist.In FIG. 1, 1 denotes a plastic body which consists of Rigid PVC is made and is 200 μm thick.

Dieser Körper 1 enthält, wie durch Pünktchen angedeutet ist, fluoreszierende Farbstoffmoleküle 2, die aus Dioxynaphtaldazin bestehen. Den beiden seitlichen Flächen des Körpers 1 sind Verstärkerfolien 3 und 4 zugeordnet. Diese Folien bestehen jeweils aus einem Träger 5, der aus Polyester besteht und 250/um stark ist.Auf diesen Träger ist dann jeweils eine Reflexionsschicht 6 aufgetragen, die aus Titandioxid (TiO2) besteht und 50/um stark ist. Auf der Reflexionsschicht 6 liegt dann eine Röntgenfluoreszenzschicht 7, die aus mit Terbium aktiviertem Yttriumoxisulfid (Y202S:Tb) besteht und 100/um stark ist. Schließlich ist zur Vervollständigung der Verstärkerfolie 3 noch eine abschließende, 20/um starke, aus Polyvinylchlorid (PVC) I -# ~8 a#fgetragen.This body 1 contains, as indicated by dots, fluorescent Dye molecules 2, which are composed of dioxynaphtaldazine. The two side surfaces of the body 1 intensifying screens 3 and 4 are assigned. These foils each consist from a carrier 5, which consists of polyester and is 250 μm thick. On this carrier a reflective layer 6 is then applied, which is made of titanium dioxide (TiO2) and is 50 / µm thick. An X-ray fluorescent layer then lies on the reflective layer 6 7, which consists of terbium activated yttrium oxisulfide (Y202S: Tb) and 100 / µm is strong. Finally, to complete the intensifying screen 3, there is one more final, 20 μm thick, made of polyvinyl chloride (PVC) I - # ~ 8 a # f.

bestehende Schutzschiqht 8 aufgetragen. Seitlich in die Verstärkerfolien 3 und 4 eindringende Röntgenstrahlung 9 bzw. 9' löst in den Fluoreszenzschichten 7 Licht aus, das dann, wie durch Pfeile 10 angedeutet, in den Körper 1 gelangt. Dort kommt dieses Licht, wie durch Pfeile 11 angedeutet, durch Mehrfachreflexion mit den Fluoreszenzmolekülen 2 in Berührung, so daß, wie durch Pfeile 12 angedeutet, Licht aus der unteren Schmalseite austreten und in einen Fotosensor 13 eindringen kann. Dort wird dann ein an den Stellen 14 und 15 abnehmbares elektrisches Signal erhalten. Dies ist bei dem in vorliegendem Beispiel verwendeten Sensor 13 eine Fotodiode, kann aber auch ein Fototransistor oder ein Sekundärelektronenvervielfacher (SEV) sein. Dies stellt gegenüber bekannten Anordnungen und insbesondere einer solchen nach der obengenannten DE-OS 30 16 090 eine Verbesserung um das mindestens Zehnfache dar.existing Schutzschiqht 8 applied. Laterally in the Intensifying screens 3 and 4 penetrating X-rays 9 and 9 'dissolve in the fluorescent layers 7 light, which then, as indicated by arrows 10, enters the body 1. There this light comes, as indicated by arrows 11, through multiple reflections with the fluorescent molecules 2 in contact, so that, as indicated by arrows 12, Light emerge from the lower narrow side and enter a photosensor 13 can. There is then an electrical signal that can be removed at points 14 and 15 obtain. In the sensor 13 used in the present example, this is a photodiode, but can also be a phototransistor or a secondary electron multiplier (SEV) be. This contrasts with known arrangements and in particular with one such according to the above-mentioned DE-OS 30 16 090 an improvement of at least ten times represent.

Dies bedeutet im Vergleich zur Verwendung von Einkristallen eine größere aktive Oberfläche für Röntgenstrahlen. Wichtig ist dabei, daß viel Fluoreszenzlicht im Körper 1 gesammelt und nach einer Seite abgestrahlt wird, an der ein Sensor 13 liegt.This means a larger one compared to the use of single crystals active surface for X-rays. It is important that there is a lot of fluorescent light is collected in the body 1 and emitted to one side on which a sensor 13 lies.

Bei der Verwendung der Anordnung nach Figur 1 können die Röntgenstrahlen sowohl aus der Richtung der Pfeile 9 und/oder der Pfeile 9 in die Anordnung gelangen.When using the arrangement according to FIG. 1, the X-rays get into the arrangement from the direction of the arrows 9 and / or the arrows 9.

Es ist aber auch möglich, die Strahlen quer dazu, etwa aus der Richtung der Pfeile 9', auf die Anordnung einwirken zu lassen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn solche Detektoren nebeneinander angeordnet in einer Vorrichtung zur Computertomographie verwendet werden sollen. Dies ergibt dann etwa eine Anordnung, wie sie in der Figur 2 angedeutet ist. Sie besteht in der Regel aus einer Röntgenstrahlenquelle 20, der eine Mehrfachanordnung aus erfindungsgemäßen Strahlendetektoren als Strahlenempfänger 21 gegenübersteht.But it is also possible to have the rays across it, for example from the direction the arrows 9 'to act on the arrangement. This is especially true advantageous if such detectors are arranged next to one another in a device to be used for computed tomography. This then results in an arrangement as indicated in FIG. It usually consists of an X-ray source 20, which is a multiple arrangement of radiation detectors according to the invention as radiation receivers 21 faces.

Bei der Schichtung des Strahlenempfängers 21 reicht es aus, wenn jeweils zwischen zwei Körpern 1 ein beiderseits mit einer Schichtung 6 bis 8 belegter Träger 5 angeordnet ist, so daß eine kompakte Anordnung erreicht wird. Dies läßt sich bei Verwendung hinreichend stabiler Schichten noch steigern, wenn Körper 1 nur unter Zwischenlegung einer Röntgenfluoreszenzschicht 7 ohne Träger 5 aneinandergelegt werden. Auch dann ist noch die Abstrahlung aus den großen Flächen der Röntgenfluoreszenzschicht in die beiderseits anliegenden großen Flächen von Lumineszenzkörpern 1 gegeben.When layering the radiation receiver 21, it is sufficient if in each case between two bodies 1 a carrier covered on both sides with a layer 6 to 8 5 is arranged so that a compact arrangement is achieved. This can be done with Use sufficiently stable layers to increase if body 1 is only under Interposition of an X-ray fluorescent layer 7 without a carrier 5 placed against one another will. Even then there is still the radiation from the large areas of the X-ray fluorescent layer given into the large areas of luminescent bodies 1 resting on both sides.

Wird mit einem seitlich durch Strahlen 22 begrenzten Bündel aus Röntgenstrahlen 9' ein zu untersuchender Körper 23, der sich auf einem Untersuchungätisch 24 befindet, durchstrahlt, so dringen diese Strahlen anschließend, wie in Figur 1 durch Pfeile 9' angedeutet, in die Detektoren des.Strahlenempfängers 21 ein und wirken dort,wie im Zusammenhang mit der Figur 1 dargelegt, so daß von den Lichtsensoren 13 die zur Darstellung eines Bildes erforderlichen Signale abgenommen werden können. Die im Empfänger 21 aneinandergereihten Röntgenstrahlendetektoren weisen in Richtung der Röntgenstrahlen eine Länge von 1 bis 2 cm auf und quer dazu sowie quer zur Anordnung eine Breite von 2 bis 5 mm. Aber auch größere Streifen, etwa solche bis zu 30 cm Länge, können eingesetzt werden, z.B. zum Einführen in Meßkammern etc. Damit kann außerdem die wirksame Fläche für die Umsetzung der Röntgenstrahlen erhöht werden.Used with a bundle of x-rays bounded laterally by rays 22 9 'a body 23 to be examined, which is located on an examination table 24, if irradiated, these rays then penetrate, as in FIG. 1 by arrows 9 'indicated in the detectors des.Strahlenempfänger 21 and act there, as in connection with Figure 1, so that of the light sensors 13 to Representation of an image required signals can be picked up. The in Receiver 21 juxtaposed X-ray detectors point in the direction of X-rays a length of 1 to 2 cm on and across and across the array a width of 2 to 5 mm. But also larger strips, such as those up to 30 cm Length, can be used, e.g. for insertion into measuring chambers, etc. in addition, the effective area for the implementation of the X-rays can be increased.

4 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite4 claims 2 figures Blank page

Claims

Claims X-ray detector with an opto-electrical Light sensor, to which the luminescent body is assigned, the X-rays in light convert to which the sensor responds better than X-rays, d a it is indicated that the luminescent body consists of a transparent Plastic body consists of the fluorescent dye, and that on the sides of this Body X-ray-sensitive phosphor layers are attached, wherein the X-ray phosphor emits as broad a light spectrum as possible by having at least one two-band phosphor and the dye in the transparent plastic of the luminescent body through the X-ray fluorescent light to emit blue to yellow, especially green, Light is excited and that at least with one of the narrow sides of the fluorescent body a light sensor is in optical contact.

2. Detector according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the X-ray phosphor is yttrium oxisulfide, which activates with terbium (Y202S: Tb) and that the luminescent body consists of rigid PVC, which acts as a fluorescent dye Contains dioxynaphthaldazine in a concentration of 1 to 10% in the plastic.

3. Detector according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the two opposite large surfaces of the luminescent body the radiating surface of each X-ray amplifier is laid out.

4. Using a plurality of x-ray detectors after one of the preceding claims in lateral juxtaposition of their large areas as a radiation receiver of an X-ray computer tomograph.