DE10046314B4

DE10046314B4 - Herstellungsverfahren für einen Strahlendetektor

Info

Publication number: DE10046314B4
Application number: DE10046314A
Authority: DE
Inventors: Andreas Freund; Jürgen Leppert
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2000-09-19
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2020-09-20
Also published as: US6894282B2; IL149726A0; JP2004510140A; DE10046314A1; WO2002025311A1; US20030150994A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Strahlendetektors mit einer Anzahl von Szintillatoren (4), welche beim Auftreffen einer zu detektierenden Strahlung Licht abgeben, welches Fotodioden (3) einer Fotodiodenanordnung (1) detektieren, umfassend folgende Schritte:
– Herstellen eines als Spritz- oder Druckgussteil ausgebildeten Reflektorteils (5) aus einem mit Titanoxid versetzten Epoxidharz, wobei das Reflektorteil (5) eine der Anzahl der Szintillatoren (4) entsprechende Anzahl von Fächern (12) aufweist, in welchen die Szintillatoren (4) derart aufgenommen sind, dass die Szintillatoren (4) mit Ausnahme ihrer jeweils der Fotodiodenanordnung (1) zugewandten Seite von Wandungen (9, 10, 11) der Fächer (12) umgeben sind, und
– Zusammenfügen des die Szintillatoren (4) enthaltenden Reflektorteils (5) und der Fotodiodenanordnung (1) zu einer Einheit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen Strahlendetektor, der ein Anzahl von Szintillatoren aufweist, die beim Auftreffen zu detektierender Strahlung Licht abgeben, welches Fotodioden einer Fotodiodenanordnung detektieren.
Solche Strahlendetektoren werden beispielsweise in Computertomographen verwendet. Wenn Röntgenquanten auf die Szintillatoren, die aus einem geeigneten Leuchtstoff, beispielsweise Leuchtstoffkeramik, bestehen, auftreffen, werden die Röntgenquanten in Lichtquanten umgewandelt. Die Lichtquanten werden ihrerseits von den Fotodioden in einen der Intensität des Lichts entsprechenden elektrischen Strom umgewandelt, der mittels einer Elektronik verstärkt und in digitale Daten umgewandelt wird, die mittels eines zu dem Computertomographen gehörigen Computers zu Röntgenbildern verarbeitet werden.
Um eine maximale Lichtausbeute auf der Fotodiode zu erhalten, werden die aus einem optisch transparenten oder transluzenten Leuchtstoff bestehenden Szintillatoren außer an ihrer der Fotodiodenanordnung zugewandten Seite allseitig mit einem optisch reflektierenden Material umgeben.
Meist ist den Szintillatoren ein Streustrahlenkollimator zugeordnet, dessen Kollimatorplatten auf den Fokus einer mit dem Strahlendetektor zusammenwirkenden Röntgenstrahlenquelle ausgerichtet sind, so dass im Wesentlichen nur von der Röntgenstrahlenquelle ausgehende Röntgenstrahlung zu den Szintillatoren gelangen kann, während die bei der Durchführung einer Untersuchung in dem Untersuchungsobjekt entstehende Streustrahlung wenigstens im Wesentlichen von den Szintillatoren fern gehalten wird.
Bei einem bekannten, modular aufgebauten Strahlendetektor für einen Computertomographen weist jedes Modul eine Fotodiodenanordnung mit einer Anzahl von Fotodioden auf, denen jeweils ein Szintillator zugeordnet ist. Dabei handelt es sich bei den Szintillatoren nicht um separate Elemente, da dies die genaue Positionierung der Szintillatoren relativ zu den Fotodioden erschweren, wenn nicht unmöglich machen würde.
Vielmehr wird von einem Szintillatorteil ausgegangen, dessen Länge und Breite gegenüber Länge und Breite der Fotodiodenanordnung ein gewisses Übermaß aufweisen.
Dieses Szintillatorteil wird an Umfang und Oberseite mit einem Reflektorlack, z.B. mit Titanoxid gefülltem Epoxydharz, umgossen, welcher als optischer Reflektor dient. Dabei wird durch spezielle Gießformen eine definierte Schichtdicke am Umfang gewährleistet. An der Oberseite wird eine definierte Schichtdicke durch mechanische Bearbeitung in einer Spezialvorrichtung gewährleistet.
Anschließend wird das Szintillatorteil mittels einer speziellen Vorrichtung auf der Fotodiodenanordnung platziert und mit dieser verklebt, wobei diese Vorrichtung erst nach Aushärtung der Verklebung wieder entfernt werden kann.
Die so hergestellten Elemente werden auf speziellen hochgenauen Trennschleifmaschinen seitlich besäumt und das Szintillatorelement derart geschlitzt, dass jeder Fotodiode der Fotodiodenanordnung ein Szintillator zugeordnet ist. Dabei ist besonders auf die Schlitztiefe zu achten, um Beschädigungen der Fotodioden zu vermeiden. In die die Szintillatoren begrenzenden Schlitze werden sogenannte Septen, beispielsweise beidseitig beschichtete Aluminiumfolien, eingeklebt. Ebenso werden die besäumten Flächen des Szintillatorteils mit Septen beklebt.
Ein anderes Fertigungskonzept beruht darauf, jeweils einen Szintillator und eine Fotodiode miteinander zu verkleben und viele derartige Detektorelemente zu einem Strahlendetektor zusammenzubauen, wobei auch hier die Möglichkeit besteht, mehrere Detektorelemente zu Detektormodulen zusammenzufassen.
Soll ein Streustrahlenkollimator Verwendung finden, ist es bei beiden Fertigungskonzepten aufwendig und schwierig, den Streustrahlenkollimator vor dem Verkleben mit dem Strahlendetektor bzw. Detektormodulen relativ zu diesen in der erforderlichen Weise zu positionieren. Es werden deshalb komplizierte Vorrichtungen verwendet, in denen der Streustrahlenkollimator und der Strahlendetektor bzw. das Detektormodul bis zum Aushärten der Verklebung verbleiben müssen.

Aus der DE 38 27 976 A1 ist es zur Gewährleistung eines einfachen Zusammenbaus eines Strahlendetektors bekannt, ein Trägerteil derart mit zur Aufnahme der Szintillatoren vorgesehenen Kammern zu versehen, dass die Szintillatoren zumindest jeweils an ihrer der Fotodiodenanordnung zugewandten Seite nicht von einer Wandung einer Kammer umgeben sind. Das Trägerteil besteht beispielsweise aus Silizium, Keramik oder Glas. Die zur Aufnahme der Szintillatoren vorgesehenen Schlitze sind beispielsweise durch Sägen oder Ätzen hergestellt.

Um zur Gewährleistung einer optimalen Lichtausbeute unerwünschten Lichtaustritt aus den Szintillatoren zu vermeiden, ist es aus der DE 196 43 644 C1 bekannt, auf den Szintillatoren außer jeweils an ihrer der Fotodiodenanordnung zugewandten Seite Reflektorschichten anzubringen. Diese Vorgehensweise bedingt einen komplizierten Zusammenbau eines Strahlendetektors.

Aus der US 5 373 162 ist es bekannt, zwischen benachbarten Szintillatoren jeweils einen einzelnen Reflektor vorzusehen.

Hierdurch ist eine lediglich partielle Vermeidung unerwünschten Lichtaustritts aus den Szintillatoren möglich; ein einfacher Zusammenbau eines Strahlendetektors wird nicht gefördert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, unkompliziertes und kostengünstiges Herstellungsverfahren für einen Strahlendetektor der eingangs genannten Art anzugeben. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des Patentanspruches 1 gelöst.

Im Falle der Erfindung macht also das Reflektorteil nicht nur die beim Stand der Technik erforderlichen Septen sowie die Beschichtung mit Reflektorlack und überflüssig, sondern stellt außerdem sicher, dass die Szintillatoren definierte Positionen relativ zueinander und relativ zu den Fotodioden der Fotodiodenanordnung einnehmen.

Die Bearbeitung der Szintillatoren beschränkt sich somit darauf, diese auf die den Fächern entsprechenden Abmessungen zuzuschneiden, um sie in die Fächer des Reflektorteils einsetzen zu können, wo sie gemäß einer Variante der Erfindung durch Kleben befestigt werden. Wie schon erwähnt, ist also kein Vergießen mit Reflektorlack erforderlich, so dass die hierfür erforderlichen teuren Gießformen entfallen können. Außerdem sind keine teuren Spezialmaschinen erforderlich, um die Szintillatoren zu bearbeiten: Des weiteren entfallen die beim Stand der Technik erforderlichen Schlitzoperationen und die damit verbundene Gefahr, Fotodioden der Fotodiodenanordnung zu beschädigen. Schließlich sind wie erwähnt keine Septen erforderlich, was die Herstellung und Handhabung dieser empfindlichen zusätzlichen Teile überflüssig macht.

Es wird also deutlich, dass der Strahlendetektor gegenüber dem Stand der Technik wesentlich einfacher, unkomplizierter und damit kostengünstiger herstellbar ist.

Gemäß der Erfindung ist das Reflektorteil als Spritz- oder Druckgussteil ausgebildet, das aus einem einen optisch reflektierenden Füllstoff enthaltenden Kunststoff hergestellt ist. Durch eine solche Ausbildung des Reflektorteils ist dieses und damit der Strahlendetektor insgesamt einfacher und kostengünstiger herstellbar.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Reflektorteil einteilig ausgebildet.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Reflektorteil und die Fotodiodenanordnung miteinander zusammenwirkende Zentriermittel aufweisen, durch die bei Anordnung des Reflektorteils vor der Fotodiodenanordnung gewährleistet ist, dass die Szintillatoren der jeweils zugehörigen Fotodiode gegenüberliegend angeordnet sind. Durch diese Maßnahme wird die Herstellung des erfindungsgemäßen Strahlendetektors weiter vereinfacht, da keine aufwendige Maßnahmen oder Vorrichtungen erforderlich sind, um die erforderliche definierte Position von Reflektorteil und Fotodiodenanordnung relativ zueinander zu gewährleisten.

Wenn der Strahlendetektor gemäß einer Variante der Erfindung einen Streustrahlenkollimator mit Kollimatorplatten aufweist, der vor dem Reflektorteil angeordnet ist, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass das Reflektorteil und der Streustrahlenkollimator miteinander zusammenwirkende Zent riermittel aufweisen, durch die bei Anordnung des Streustrahlenkollimators vor dem Reflektorteil gewährleistet ist, dass die Kollimatorplatten des Streustrahlenkollimators mit die Fächer begrenzenden Wandungen des Reflektorteils fluchten. Durch diese Maßnahme ist auf einfache Weise, insbesondere ohne aufwendige Vorrichtungen, sichergestellt, dass der Streustrahlenkollimator und das Reflektorteil korrekt relativ zueinander positioniert sind.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Strahlendetektor aus mehreren Modulen zusammengesetzt wird, von denen jedes ein Reflektorteil mit Szintillatoren und eine Fotodiodenanordnung umfasst, wobei jedem Modul ein Streustrahlenkollimator zugeordnet sein kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäß hergestellten Strahlendetektor in Form einer Explosionszeichnung,
2 das Reflektorteil des Strahlendetektors gemäß 1 in perspektivischer Ansicht,
3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in 2,
4 einen modulartig aufgebauten, erfindungsgemäß hergestellten Strah1endetektor, und
5 und 6 in teilweiser, zu der 2 analoger Darstellung eine Variante der Fertigung des erfindungsgemäßen Strahlendetektors.
Wie aus der 1 ersichtlich ist, weist das in den 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Strahlendetektors als wesentliche Elemente eine Fotodiodenanordnung 1 mit auf einem Substrat 2 angebrachten Fotodio den 3, ein Szintillatoren 4 enthaltendes Reflektorteil 5 und einen Streustrahlenkollimator 6 mit zwischen zwei Seitenteilen 7 angebrachten Kollimatorplatten 8 auf.
Das Reflektorteil 5 weist, wie aus der 2 in Verbindung mit der 3 ersichtlich ist, eine Basisplatte 9 auf, auf der eine rahmenförmige Begrenzungswand 10 angebracht ist.
Der von der Begrenzungswand 10 umgebene Raum ist durch parallel zueinander sowie parallel zu zwei einander gegenüberliegenden Abschnitten der Begrenzungswand 10 verlaufende Trennwände 11 in eine Anzahl von Fächern unterteilt, von denen eines mit dem Bezugszeichen 12 versehen ist.
Die Fächer 12 nehmen jeweils einen stabförmigen Szintillator 4 auf, der in das jeweilige Fach 12 eingeklebt ist.
Die Szintillatoren 4 sind in ihren Abmessungen derart auf die Fächer abgestimmt, dass sie diese vollständig ausfüllen.
Im Falle der 2 und 3 enthält nur ein Teil der Fächer 12 Szintillatoren 4, um die Gestalt der Fächer 12 veranschaulichen zu können. Es versteht sich jedoch, dass im zusammengebauten Zustand alle Fächer 12 des Reflektorteils 5 Szintillatoren 4 enthalten.
Es wird also deutlich, dass die einzelnen Szintillatoren 4 außer an ihrer der Fotodiodenanordnung 1 zugewandten Seite von Wandungen des Reflektorteils 5, sei es von der Basisplatte 9, sei es von der Begrenzungswand 10 oder sei es von den Trennwänden 11 umgeben sind.
Da das als Spritz- oder Druckgussteil ausgebildete Reflektorteil 5 aus einem optisch reflektierenden Material, nämlich aus mit Titanoxid versetztem Epoxydharz, gebildet ist, wird weiter deutlich, dass das Reflektorteil 5 die Funktionen übernimmt, die im Falle des Standes der Technik die Septen und die Abdeckung mit Reflektorlack erfüllen.
Um sicherzustellen, dass das die Szintillatoren 4 enthaltende Reflektorteil 5 und die Fotodiodenanordnung 1 beim Zusammenfügen zu einer Einheit, was beispielsweise durch Kleben erfolgen kann, eine definierte Lage relativ zueinander einnehmen, in der die der Fotodiodenanordnung 1 zugewandten freien Seiten der Szintillatoren 4 der dem jeweiligen Szintillator 4 zugeordneten Fotodiode der Fotodiodenanordnung 1 derart gegenüberliegend angeordnet sind, dass sich die aktiven Flächen der Fotodioden mit den freien Seiten der Szintillatoren 4 decken, sind die Fotodiodenanordnung und das Reflektorteil 5 mit miteinander zusammenwirkenden Zentriermitteln versehen.
Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels handelt es sich dabei um am Rand des Reflektorteils 5 angebrachte Zapfen 15, die in entsprechende Öffnungen 16 der Fotodiodenanordnung 1 eingreifen.
Um auch eine korrekte Position des Streustrahlenkollimators 6 relativ zu dem Reflektorteil 5 mit den Szintillatoren zu gewährleisten, sind auch das Reflektorteil 5 und der Streustrahlenkollimator 6 mit miteinander zusammenwirkenden Zentriermitteln versehen, wobei es sich um an dem Streustrahlenkollimator 6 angebrachte Öffnungen 14 handelt, die mit an dem Reflektorteil 5 angebrachten Zapfen 13 zusammenwirken und sicherstellen, dass die Kollimatorplatten 8 des Streustrahlenkollimators 6 mit den Trennwänden 11 des Reflektorteils 5 fluchten.
Wie aus der 4 ersichtlich ist, besteht die Möglichkeit, einen erfindungsgemäß hergestellten Strahlendetektor aus mehreren Modulen zusammenzusetzen, von denen jedes ein Reflektorteil mit Szintillatoren, eine Fotodiodenanordnung und erforderlichenfalls einen Streustrahlenkollimator aufweist. Eine solche Untertei lung in Module bietet beispielsweise den Vorteil, dass die einzelnen Module leicht handhabbar sind.
Im Falle der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind die rechteckigen Fotodioden 3 in beispielsweise quadratische Fotodiodensegmente 17 unterteilt. Eine solche Unterteilung kann zweckmäßig sein, ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Der Aufbau der im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Zentriermittel ist nur beispielhaft zu verstehen. Die Zentriermittel können abweichend ausgeführt sein.
Alternativ zu der im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß den 1 bis 3 vorgesehenen Vorgehensweise, separate stabförmige Szintillatoren 4 in die Fächer 12 des Reflektorteils 5 einzukleben, kann im Rahmen der Erfindung gemäß den 5 und 6 auch vorgesehen sein, dass zunächst aus einer Platte von Szintillatormaterial ein Szintillatorrohling 18 hergestellt wird, indem die Platte durch Schlitzen derart strukturiert wird, dass der Szintillatorrohling 18 aus einer relativ dünnen Grundplatte 19 mit an dieser befindlichen stabförmigen Szintillatoren 4 besteht und derart gestaltet ist, dass er sozusagen das Negativ des Reflektorteils 5 darstellt. Dieser Szintillatorrohling 18 wird in das Reflektorteil 5 derart eingesetzt, dass sich in jedem der Fächer 12 ein Szintillator 4 befindet, und mit dem Reflektorteil 5 derart verklebt, dass eine Klebeverbindung zwischen jedem der an der Grundplatte 19 befindlichen Szintillatoren 4 und dem jeweils entsprechenden Fach 12 des Reflektorteils 5 besteht. Nach erfolgter Klebung wird durch spanabhebende Bearbeitung, z.B. Schleifen, die Grundplatte 19 entfernt, so dass von dem Szintillatorrohling 18 nur die mit den Fächer 12 des Reflektorteils 5 verklebten Szintillatoren 4 übrig bleiben.
Der erfindungsgemäß hergestellte Strahlendetektor gemäß den Ausführungsbeispielen ist für die Computertomographie vorgesehen. Erfindungsgemäß hergestellte Strahlendetektoren können jedoch in der allgemei nen Röntgentechnik sowie zur Detektion von ionisierender Strahlung verwendet werden, deren Wellenlängenbereich außerhalb des für Röntgenstrahlung charakteristischen Längenbereichs liegt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Strahlendetektors mit einer Anzahl von Szintillatoren (4), welche beim Auftreffen einer zu detektierenden Strahlung Licht abgeben, welches Fotodioden (3) einer Fotodiodenanordnung (1) detektieren, umfassend folgende Schritte: – Herstellen eines als Spritz- oder Druckgussteil ausgebildeten Reflektorteils (5) aus einem mit Titanoxid versetzten Epoxidharz, wobei das Reflektorteil (5) eine der Anzahl der Szintillatoren (4) entsprechende Anzahl von Fächern (12) aufweist, in welchen die Szintillatoren (4) derart aufgenommen sind, dass die Szintillatoren (4) mit Ausnahme ihrer jeweils der Fotodiodenanordnung (1) zugewandten Seite von Wandungen (9, 10, 11) der Fächer (12) umgeben sind, und – Zusammenfügen des die Szintillatoren (4) enthaltenden Reflektorteils (5) und der Fotodiodenanordnung (1) zu einer Einheit.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Fächer (12) des Reflektorteils (5) der Anordnung der Fotodioden (3) derart entsprechend angeordnet werden und das Reflektorteil (5) zu der Fotodiodenanordnung (1) derart angeordnet wird, dass jeweils ein Szintillator (4) einer Fotodiode (3) der Fotodiodenanordnung (1) gegenüberliegend angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Szintillatoren (4) in den Fächern (12) des Reflektorteils (5) durch Kleben befestigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Reflektorteil (5) einteilig ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Zusammenfügen durch Kleben erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Szintillatoren (4) auf die den Fächern (12) entsprechenden Abmessungen zugeschnitten und in die Fächer (12) eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Szintillatoren (4) in den Fächern (12) durch Kleben befestigt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei separate stabförmige Szintillatoren (4) in die Fächer (12) des Reflektorteils (5) eingeklebt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei zunächst aus einer Platte von Szintillatormaterial ein Szintillatorrohling (18) hergestellt wird, indem die Platte durch Schlitzen derart strukturiert wird, dass der Szintillatorrohling (18) aus einer Grundplatte (19) mit an dieser befindlichen stabförmigen Szintillatoren (4) besteht, wobei der Szintillatorrohling (18) in das Reflektorteil (5) derart eingesetzt und eingeklebt wird, dass sich in jedem der Fächer (12) ein Szintillator (4) befindet und zwischen jedem der an der Grundplatte (19) befindlichen Szintillatoren (4) und einem jeweils entsprechenden Fach (12) des Reflektorteils (5) eine Klebeverbindung besteht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Grundplatte (19) nach erfolgter Klebung durch spanabhebende Bearbeitung entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Reflektorteil (5) und dessen Fotodiodenanordnung (1) miteinander zusammenwirkende Zentriermittel (15, 16) aufweisen, durch welche bei Anordnung des Reflektorteils (1) vor der Fo todiodenanordnung (1) gewährleistet wird, dass die Szintillatoren (4) eine definierte Lage relativ zu den Fotodioden (3) der Fotodiodenanordnung (1) einnehmen, in welcher sich aktive Flächen der Fotodioden (3) mit freien Seiten der Szintillatoren (4) decken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein Streustrahlenkollimator (6) mit Kollimatorplatten (8) vor dem Reflektorteil (5) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Reflektorteil (5) und dessen Streustrahlenkollimator (6) miteinander zusammenwirkende Zentriermittel (13, 14) aufweisen, durch welche bei Anordnung des Streustrahlenkollimators (6) vor dem Reflektorteil (5) gewährleistet wird, dass die Kollimatorplatten (8) des Streustrahlenkollimators (6) mit die Fächer (12) begrenzenden Wänden (11) des Reflektorteils (5) fluchten.