DE3242663A1

DE3242663A1 - Roengtenstrahlendetektor

Info

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

Description

Röntzenstrahlendetektor
Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahlendetektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Detektoren sind etwa beschrieben in der 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.
Quecksilberjodid (HgJ2), Kadmiumsulfid (CdS) oder Selen (Se). Diese Stoffe weisen aber unter direkter Einwirkung von Röntgenstrahlen nur geringe Effizienz auf.
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.
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.
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.
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.
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.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstände der Unteransprüche.
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 dieser Hinsicht brauchbare Leuchtstoffe sind etwa 2,5-Dioxyterephtalsäurediäthylester (blau) oder.
Dioxynaphtaldazin (gelb-grün).
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele weiter erläutert.
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.
In der Figur 1 ist mit 1 ein Kunststoffkörper bezeichnet, der aus Hart-PVC besteht und 200/um stark ist.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
4 Patentansprüche 2 Figuren Leerseite

Claims

Patentansprüche Röntgenstrahlendetektor mit einem optisch-elektrischen Lichtsensor, dem Lumineszenzkörper zugeordnet sind, die Röntgenstrahlen in Licht umwandeln, auf welches der Sensor besser als auf Röntgenstrahlen anspricht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Lumineszenzkörper aus einem transparenten Plastikkörper besteht, der Fluoreszenzfarbstoff enthält,und daß an den Seiten dieses Körpers röntgenempfindliche Leuchtstoffschichten angebracht sind, wobei der Röntgenleuchtstoff ein möglichst breites Lichtspektrum abstrahlt, indem er mindestens ein Zwei-Banden-Leuchtstoff ist und der Farbstoff im transparenten Kunststoff des Lumineszenzkörpers durch das Licht des Röntgenleuchtstoffs zur Aussendung blauen bis gelben, insbesondere grünen, Lichtes angeregt wird und daß wenigstens mit einer der Schmalseiten des Fluoreszenzkörpers ein Lichtsensor in optischem Kontakt steht.
2. Detektor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Röntgenleuchtstoff Yttriumoxisulfid ist, welches mit Terbium aktiviert (Y202S:Tb) ist und daß der Lumineszenzkörper aus Hart-PVC besteht, welches als Fluoreszenzfarbstoff Dioxynaphthaldazin in einer Konzentration von 1 bis 10 % im Kunststoff enthält.
3. Detektor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß den beiden einander gegenüberliegenden großen Flächen des Lumineszenzkörpers die Abstrahlfläche je einer Röntgenverstärkerfowie angelegt ist.
4. Verwendung einer Mehrzahl von Röntgenstrahlendetektoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche in seitlicher Aneinanderlegung ihrer großen Flächen als Strahlenempfänger eines Röntgencomputertomographen.