DE102010027791A1 - Strahlungsdetektor mit einem matrixartigen Muster an Detektorelementen - Google Patents

Strahlungsdetektor mit einem matrixartigen Muster an Detektorelementen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor zur Messung der einfallenden Strahlendosis ionisierender Strahlung mit mindestens einem Halbleiter-Die (2), welcher eine Vielzahl von Detektorelementen (1) aufweist, die in einem matrixartigen Muster mit K > 4 regelmäßig verteilten Matrixpositionen mit N > 2 Spalten und M > 2 Zeilen, angeordnet sind. Erfindungsgemäß sind einerseits die Detektorelemente an K/2 bis K – 1 Matrixpositionen angeordnet und bilden jeweils sensitive Detektorpixel (5), und andererseits sind nicht-strahlungssensitive Elektronikelemente (11, 12, 13, 16, 17) und/oder Durchkontaktierungen (15) an K/2 bis einer Matrixposition(en) angeordnet und bilden jeweils passive Detektorpixel (6), wobei jedes Detektorpixel (5, 6) jeweils eine gleich große Pixelflächen bedeckt, und zumindest die nicht-randständigen Detektorpixel (5, 6) derart verteilt sind, dass jedes passive Detektorpixel (6) mindestens zwei angrenzende gegenüberliegende sensitive Detektorpixel (5) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Strahlungsdetektor zur Messung der einfallenden Strahlendosis ionisierender Strahlung mit: mindestens einem Halbleiter-Die, welcher eine Vielzahl von Detektorelementen aufweist, die in einem matrixartigen Muster mit K > 4 regelmäßig verteilten Matrixpositionen, welche N > 2 Spalten und M > 2 Zeilen aufweist, verteilt angeordnet sind.
  • Strahlungsdetektoren, die aus mehreren Segmenten aufgebaut sind, wobei ein Segment jeweils eine Vielzahl von Detektorenelementen trägt, die auf einem Halbleiter-Die aufgebaut sind, sind allgemein bekannt. Sie werden in der Regel im Rahmen von Computer-Tomographie-Systemen mit einer umlaufenden Gantry, C-Bogen-Systemen oder projektiven Röntgensystemen verwendet. Als strahlungssensitive Schicht kann beispielsweise ein Szintillationsmaterial verwendet werden, das beim Auftreffen von, ionisierender Strahlung Lichtimpulse aussendet, die durch ein lichtempfindliches Element, beispielsweise eine Fotodiode, detektiert werden. Alternativ kommen allerdings auch direktwandelnde Konversionsschichten zum Einsatz, bei denen durch die auftreffende Strahlung unmittelbar elektrische Ladungen erzeugt werden, die mit Hilfe von Elektroden gesammelt werden.
  • Die einzelnen Detektorelemente auf einem solchen Halbleiter-Die sind in der Regel matrixartig, meist schachbrettartig, angeordnet, wobei ein Detektorelement zum größten Teil aus einer strahlungsempfindlichen Fläche besteht, während ein kleinerer Teil der Fläche eines Detektorelementes aus einer nicht-strahlungssensitiven Fläche besteht, in welcher die für die Funktion des Detektorelementes notwendigen Elektronikelemente angeordnet sind.
  • Grundsätzlich besteht dabei der Wunsch, immer mehr elektronische Elemente in die Detektorfläche zu integrieren, wodurch sich der Nachteil ergibt, dass der Anteil der strahlungssensitiven Fläche eines Detektorelementes immer weiter zurückgedrängt wird, so dass letztendlich die Strahlungssensitivität des gesamten Detektors in unerwünschter Weise zurückgeht.
  • Grundsätzlich ist es zwar auch bekannt, zur Vermeidung dieses Effektes die elektronischen Elemente aus der Ebene der strahlungssensitiven Flächen herauszunehmen. Allerdings birgt sich hierin der Nachteil, dass der Aufbau solcher dreidimensionaler Strukturen, bei denen sich auf der Ebene der strahlungssensitiven Elemente keine Elektronikbauteile befinden, relativ komplex und damit auch teuer ausfällt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zu finden, trotz zunehmender elektronischer Bauteile je Detektorelement und weiterhin im Wesentlichen zweidimensionalen Aufbau des Detektors, also Nebeneinanderliegen von elektronischen Bauelementen und strahlungssensitiven Flächen, das Verhältnis von sensitiven Flächen zu nicht-sensitiven Flächen möglichst günstig auszuführen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
  • Der Erfinder hat erkannt, dass es bezüglich einer optimalen Sensitivität eines Detektors mit matrixartig angeordneten Detektorelementen günstiger ist, die einzelnen Teilflächen der Detektorelemente mit einem möglichst hohen Anteil an strahlungssensitiver Fläche – bezogen auf jedes Detektorelement zu versehen, wobei die notwendigen Flächen für elektronische Bauelemente konsequent auf einzelne Detektorpixel ausgelagert werden können, wobei diese Detektorpixel jedoch derart angeordnet sein müssen, dass die Möglichkeit besteht, durch Interpolation zwischen zwei sensitiven Detektorpixel die entsprechenden Strahlungswerte an diesen Stellen zu interpolieren.
  • Betrachtet man beispielsweise einen Extremfall, bei dem ein schachbrettartig aus Detektorelementen aufgebauter Detektor bezüglich seiner Sensitivität ausgewertet wird und dieser Detektor an allen „schwarzen” Feldern des Schachbretts nicht-sensitive Flächen aufweist und an den „weißen” Feldern 100% sensitive Flächen aufweist, dann ist die Sensitivität des einzelnen Detektorelementes 100%. Dass heißt, an jedem einzelnen Detektorelement kann Strahlung mit der bestmöglichen Empfindlichkeit empfangen werden. Wird nun der jeweilige Strahlungswert an den nicht-sensitiven mit Elektronikelementen besetzten Detektorpixel interpoliert, so steht ein komplettes Raster aus Strahlungswerten zur Verfügung, die mit optimaler Sensitivität empfangen wurden, also auch geringe Strahlungsdosen berücksichtigen. Gleichzeitig ist die in diesem Fall tatsächliche zur Verfügung stehende sensitive Fläche, bezogen auf den gesamten Detektor, allerdings lediglich mit 50% zu bewerten. Dies spiegelt sich darin wider, dass der Gewinn an Sensitivität auf Kosten der räumlichen Auflösung geht.
  • Würde man im anderen Extrem zur Unterbringung der gleichen Menge an Elektronik-Elementen jedem einzelnen Detektorpixel lediglich 50% sensitive Fläche zugestehen und 50% als nicht-sensitive Fläche ausbilden und mit Elektronik-Elementen besetzen, so hätte jedes einzelne Detektorpixel lediglich 50% der sensitiven Fläche zur Verfügung und damit pro Sensor eine entsprechend reduzierte Empfindlichkeit.
  • Entsprechend diesem Grundgedanken schlägt der Erfinder vor, den an sich bekannten Strahlungsdetektor zur Messung der einfallenden Strahlungsdosis ionisierender Strahlung mit mindestens einem Halbleiter-Die, welcher eine Vielzahl von Detektorelementen aufweist, die in einem matrixartigen Muster mit K > 4 regelmäßig verteilten Matrixpositionen mit N > 2 Spalten und M > 2 Zeilen, angeordnet sind, dahingehend zu verbessern, dass
    • – die Detektorelemente an K/2 bis K – 1 Matrixpositionen angeordnet sind und jeweils sensitive Detektorpixel bilden,
    • – nicht-strahlungssensitive Elektronikelemente und/oder Durchkontaktierungen an K/2 bis einer Matrixposition(en) angeordnet sind und jeweils passive Detektorpixel bilden, wobei
    • – jedes Detektorpixel jeweils eine gleich große Pixelflächen bedeckt, und
    • – zumindest die nicht-randständigen Detektorpixel derart verteilt sind, dass jedes passive Detektorpixel mindestens zwei angrenzende gegenüberliegende sensitive Detektorpixel aufweist.
  • Durch diese hier beschriebene Anordnung wird erreicht, dass einerseits unter Betrachtung jedes einzelnen Detektorelementes ein Maximum an strahlungssensitiver Flache zur Verfügung gestellt werden kann, während andererseits durch die entsprechende Aufteilung der nicht-strahlungssensitiven Detektorpixel dafür Sorge getragen wird, dass jedes nicht-sensitive Detektorpixel durch gegenüberliegende benachbarte Detektorpixel bezüglich seines Strahlungswertes interpoliert werden kann.
  • Es wird also bewusst auf eine Anzahl von strahlensensitiven Detektorpixel in der Detektormatrix verzichtet, diese jedoch so verteilt, dass eine problemlose Interpolation der Strahlungswerte über diese Detektorpixel ausgeführt werden kann. Solche nicht-sensitiven Detektorpixel können dann zur Ansteuerung, Verstärkung, Signalverarbeitung oder Durchkontaktierung verwendet werden.
  • Eine vorteilhafte Fortbildung der Erfindung besteht darin, dass jedes randständige passive Detektorpixel mindestens zwei, angrenzende und gegenüberliegende sensitive Detektorpixel aufweist, und jedes nicht-randständige passive Detektorpixel mindestens vier angrenzende gegenüberliegende sensitive Detektorpixel aufweist. Durch diese zusätzliche geometrische Forderung wird sichergestellt, dass jedes nicht-randständige passive Detektorpixel nicht nur mit Hilfe von zwei gegenüberliegenden sensitiven Detektorpixel, sondern durch 2 × 2 gegenüberliegende sensitive Detektorpixel interpoliert werden kann, also die Interpolationswerte bezüglich ihres möglichen Rauschens verbessert werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strahlungsdetektors sieht vor, dass jedes nicht-randständige passive Detektorpixel mindestens zwei unmittelbar benachbarte passive Detektorpixel aufweist. Vorteilhaft kann es hierbei sein, wenn mehrere passive Detektorpixel treppenstufen-artig angeordnet sind.
  • Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass unter benachbarten Detektorpixel alle Detektorpixel verstanden werden, die entweder über eine Strecke hinweg an passive Detektorpixel angrenzen – also unmittelbar benachbarte Detektorpixel darstellen – oder zumindest an einem Eckpunkt an das passive Detektorpixel anstoßen. Es wird auch darauf hingewiesen, dass dies nicht bedeutet, dass nur die Daten aus benachbarten Detektorpixel zu Interpolationszwecken verwendet werden können. Im Sinne der Erfindung können zu Interpolationszwecken ergänzend auch weiter entfernte Detektorpixel genutzt werden.
  • Eine weitere Anordnungsvariante der Detektorpixel kann darin bestehen, dass mindestens eine Spalte des matrixartigen Musters aus passiven Detektorpixel besteht, vorzugsweise die in einer Zeile angeordneten Detektorpixel Elektronikelemente zur Zeilenadressierung enthalten.
  • In einer anderen Variante wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Zeile des matrixartigen Musters aus passiven Detektorpixel besteht, vorzugsweise dass die in einer Spalte angeordneten Detektorpixel Elektronikelemente zur Spaltenadressierung enthalten.
  • Gemäß einer Kombination der letztgenannten zwei Varianten wird vorgeschlagen, dass eine Zeile und eine Spalte des matrixartigen Musters aus passiven Detektorpixel besteht, wobei das am Kreuzungspunkt von Zeile und Spalte befindliche Detektorpixel zur Durchkontaktierung ausgebildet ist. Weiterhin können die Detektorpixel beispielsweise schachbrettartig oder zum Beispiel in hexagonal dichtester Packung angeordnet werden.
  • Im Fall der schachbrettartigen Anordnung der Detektorpixel liegt kein spalten- oder zeilenweiser Versatz der Detektorpixel vor, während bei einer hexagonal dichtesten Packung die Pixel zeilenweise und/oder spaltenweise zueinander versetzte angeordnet sein können. Besteht ein spalten- oder zeilenweiser Versatz der Pixel so können diese bevorzugt jeweils um eine halbe Pixelhöhe versetzt sein.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Aus führungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet: 1: Detektorelement; 1.1: strahlungsdetektierende Teilfläche; 1.2: funktionale, nicht-strahlungsdetektierende Teilfläche; 2: Halbleiter-Die mit Detektorelementen; 3: Fläche für Zeilenadressierung; 4: Fläche für Signalverarbeitung; 5: sensitive/aktive Detektorpixel; 6: nicht-sensitive/passive Detektorpixel; 7: Signalleitung; 8: Zeilenadressierung; 9: Stromversorgung; 10: Taktsignalleitung; 11: Zähler; 12: Decoder; 13: Treiber; 14: Transistor; 15: Durchkontaktierung; 16: Signalverstärker; 17: Analog-Digital-Konverter (ADC); C1: C-Bogen-System/CT-System; C2: erster Strahler; C3: erster Detektor; C4: zweiter Strahler; C5: zweiter Detektor; C6: Antrieb/Gantrygehäuse; C7: C-Bogen; C8: verfahrbare Patientenliege; C9: Systemachse; C10: Computersystem; P: Patient; Prg1 bis Prgn: Computerprogrammcode.
  • Es zeigen im Einzelnen:
  • 1: Schematischer Aufbau eines Detektorelementes;
  • 2: Bekannter Aufbau der Matrixstruktur eines Detektors mit randseitig angeordneten Flächen für Zeilenadressierung und Signalverarbeitung;
  • 3: Bekannter Aufbau eines Detektors mit randseitiger Fläche für Signalverarbeitung und zentral über den Detektorflächen überlagerter Leiterstruktur für die Zeilenadressierung;
  • 4: Schachbrettmusterartiger Aufbau eines bekannten Detektors;
  • 5: Erfindungsgemäßer Aufbau eines Detektors bei maximaler Flächenausnutzung für Elektronikbauelemente;
  • 6: Erfindungsgemäßer Aufbau einer Detektormatrix mit einer Spalte passiver Detektorpixel;,
  • 7: Ausschnitt von 3 × 3-Detektorpixel aus 6;
  • 8 bis 11: Beispiele für erfindungsgemäße Anordnung von passiven und sensitiven Detektorpixel;
  • 12: Darstellung einer 3 × 3-Matrix von Detektorpixel aus der 11;
  • 13: C-Bogen-System mit erfindungsgemäßem Detektor;
  • 14: Computer-Tomographie-System mit erfindungsgemäßem Detektor.
  • Die 1 zeigt die Fläche eines einzelnen Detektorpixels 1 mit seinem strahlungssensitiven Flächeanteil 1.1 und seinem nicht-strahlungssensitiven Flächenanteil 1.2, auf dem Elektronikelemente und/oder Durchkontaktierungen angeordnet sind. Solche nicht-strahlungssensitiven Flächenanteile 1.2 reduzieren die Empfindlichkeit des gesamten Detektorpixels 1.
  • Werden solche Detektorpixel 1 aus der 1 in größere Detektorflächen übernommen, wie sie in der 2 dargestellt sind, so ergibt sich eine Detektormatrix mit einer Vielzahl von Detektorpixel 1, die heutzutage hochintegriert auf Halbleiter-Dies(Dice) 2 aufgebaut sind und meistens randseitig über zusätzliche Elektronikelemente verfügen. In der gezeigten Darstellung der 2 sind dies auf der rechten Randseite die Flächen für Elektronikelemente zur Zeilenadressierung 3 und auf dem unteren Rand die Fläche für Elektronikelemente zur Signalverarbeitung 4.
  • Die 3 zeigt eine andere Variante des matrixförmigen Aufbaus von Detektorelementen eines Detektors. Hierbei wird, abgesehen vom unteren Rand mit der Fläche für die Signalverarbeitung, die Matrixstruktur über den Rest der Detektorfläche eingehalten. Allerdings ist zur Zeilenadressierung zusätzlich über den mittleren Detektorelementen eine Ebene mit Elektronikbauteilen und Leitungen für die Zeilenadressierung 3 angeordnet, so dass die davon überdeckten Detektorelemente bezüglich ihrer sensitive Fläche reduziert werden.
  • Aufgrund des immer größer werdenden Anteiles von Elektronikelementen relativ zur sensitiven Fläche der Detektorpixel ergibt sich ein immer ungünstigeres Verhältnis zwischen tatsächlich sensitiver Fläche und passiven Flächenanteilen, die zu einer Verminderung der Empfindlichkeit der Detektoren führt. Die Erfinder haben nun erkannt, dass es vorteilhaft ist, solche zusätzlichen mit Elektronikbauteilen belegten Flächen nicht mehr wie bisher üblich dadurch im Detektorpixel unterzubringen, dass der Anteil der nicht-sensitiven Teilfläche eines Detektorpixels größer wird, oder dass solche Flächen an den Rand des Detektors beziehungsweise an den Rand eines Halbleiter-Die, der eine Vielzahl von Detektorpixel aufnimmt, wandern, da sich hierdurch Probleme bei der Aneinanderfügung mehrerer solcher Halbleiter-Die zu einem Gesamtdetektor ergeben. Zum Beispiel werden hierdurch die randseitigen passiven und nicht-sensitiven Detektorflächen immer größer. Es besteht jedoch der Wunsch, die Detektoren an sich bezüglich ihrer Empfindlichkeit möglichst zu steigern, so dass eine Ausweitung der passiven Anteile im Detektorpixel vermieden werden sollte.
  • Auch eine Auslagerung solcher passiven Detektorflächen in die Randgebiete eines Halbleiter-Die ist hierbei nicht hilfreich, da hierdurch zu große Randflächen entstehen, die ein sinnvolles Zusammenfügen mehrerer Halbleiter-Die zu einer großen Detektorfläche erschweren.
  • Die Erfinder haben nun erkannt, dass es günstiger ist, die Detektorelemente in einem Detektor bei einer matrixartigen Anordnung derart auszuführen und zu verteilen, dass auf einem einzigen Detektorpixel eine möglichst große sensitive Fläche vorliegt, während auf anderen einzelnen Detektorpixel akzeptiert werden kann, dass dort keinerlei sensitive Fläche vorliegt, so dass diese nicht-sensitiven oder passiven Detektorpixel durch Interpolationsrechnungen ausgeglichen werden können.
  • Betrachtet man beispielsweise die 4 so zeigt diese eine Situation von vielen schachbrettartig angeordneten Detektorpixel mit jeweils einer sensitiven Fläche 1.1 und einer nicht-sensitiven Detektorfläche 1.2, die durch Elektronikelemente belegt sind. Betrachtet man nun ein einzelnes Detektorelement 1, welches ein Detektorpixel bildet und zu etwa 50% aus sensitiver Fläche 1.1 und 50% aus nicht-sensitiver Fläche 1.2 besteht, so erkennt man sofort, dass die Empfindlichkeit dieses Detektorelementes relativ gering ist und sich die gesamte Detektormatrix aus solchen Detektorelementen mit relativ geringer Empfindlichkeit zusammensetzt.
  • Dem gegenüber gestellt ist eine 5 mit einer Anordnung einer Detektormatrix gemäß der hier vorliegenden Erfindung. Hierbei sind schachbrettartig angeordnet sensitive Detektorpixel 5 vorgesehen, die zu 50% mit nicht-sensitiven, also passiven Detektorpixel 6 vermischt sind. In der Summe über die gesamt Detektorfläche liegt zwar genauso viel nicht-sensitiver Anteil wie sensitiver Anteil vor, jedoch bezogen auf das einzelne Detektorpixel liegen hier 50% dieser Detektorpixel mit hoher Strahlungsempfindlichkeit vor, wobei gleichzeitig die passiven Detektorpixel durch Interpolation der empfangenen Strahlungswerte der empfindlichen Detektorpixel berechnet werden können. Insgesamt wird damit ein Detektor geschaffen, der relativ zu dem Muster aus der 4 wesentlich strahlungsempfindlicher ist.
  • Die 6 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßem Detektormatrix, bei der einerseits eine Vielzahl von Detektorelementen in bekannter Weise schachbrettartig angeordnet sind und eine Spalte 3, die einer Detektorpixelspalte entspricht, ausschließlich durch Elektronikelemente zur Zeilenadressierung besetzt ist, während am unteren Rand ein Randbereich 4 vorliegt, der die Elektronikelemente zur Signalverarbeitung trägt. Bei der hier gezeigten Ausführung in der 6 kann jedes passive Detektorpixel, das in der Fläche der Zeilenadressierung 3 liegt, durch entsprechend benachbarte Detektorpixel bezüglich des dort anzunehmenden Detektorsignals interpoliert werden.
  • Die 7 zeigt einen Detailausschnitt aus der 6 im Bereich der Fläche der passiven Spalte 6. Zu sehen sind drei passive Detektorpixel 6 mit je einem Zähler 11, einem Decoder 12 und einem Treiber 13, als Elektronikelement. Außerdem ist Leitung für die Zeilenadressierung 8, die Stromversorgung 9 und die Leiter für das Taktsignal 10 eingezeichnet. Jedes aktive Detektorelement 5 weist zwei zusammen geschaltete Transistoren 14 auf, über welche die Adressierung des jeweiligen Detektorelementes erfolgt.
  • Die 8 bis 11 zeigen weitere schematisch dargestellte Varianten von Halbleiter-Dice mit integrierten passiven und aktiven Detektorpixel. Die aktiven Detektorpixel sind mit dem Bezugszeichen 5, die passiven Detektorpixel mit dem Bezugszeichen 6 versehen. Im unteren Bereich der Matrixstrukturen der 8 bis 10 ist jeweils eine randseitig verlaufende Fläche für die Signalverarbeitung dargestellt. Die 8 bis 10 zeigen Varianten von treppenartig angeordneten passiven Detektorpixel in sonst aktiven Detektorpixel. An den eckseitigen Verbindungspunkten zwischen den passiven Detektorpixel sind jeweils Leitungsstrukturen vorgesehen.
  • Die 11 zeigt ebenfalls eine Matrixstruktur eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Die 2. Zur Zeilenadressierung ist hierbei eine Spalte 3 mit funktionalen, nicht-strahlungssensitiven, also passiven Detektorpixel 6, vorgesehen, während als Fläche für die Signalverarbeitung eine quer verlaufende Zeile 4 mit passiven Detektorpixel 6 innerhalb der sonst strahlungssensitiven Detektorpixel 5 angeordnet ist. Am Kreuzungspunkt zwischen der Spalte zur Zeilenadressierung und der Zeile zur Signalverarbeitung befindet sich ein passives Detektorpixel, welches ausschließlich für die Durchkontaktierung 15 im Halbleiter-Die 2 vorgesehen ist.
  • Eine Detaildarstellung einer 3 × 3-Matrix an Detektorpixel mit strahlungssensitiven Detektorpixel 5 und sich kreuzenden passiven Detektorpixel 6 im Bereich des Kreuzungspunktes ist in der 12 dargestellt. Diese 12 zeigt diese strahlungssensitive Detektorpixel 5 mit jeweils einem Paar an Transistoren 14 zur Adressierung des jeweils strahlensensitiven Detektorpixels 5. Des Weiteren sind in den passiven waagrecht verlaufenden Detektorpixel ein Signalverstärker 16 mit anschließendem Analog-Digital-Konverter 17 und einer Durchkontaktierung 15 dargestellt. Die senkrecht verlaufenden passiven Detektorpixel 6 verfügen über einen Zähler 11, einen Decoder 12 und einem Treiber 13. Am Kreuzungspunkt zwischen den senkrecht verlaufenden und den waagrecht verlaufenden passiven Detektorpixel 6 befindet sich ausschließlich zwei Flächen zur Durchkontaktierung 15. Eingezeichnet sind außerdem die Leitungen für die Weiterführung der Signale 7, der Zeilenadressierung 8, der Stromversorgung 9 und des Taktsignals 10.
  • Erfindungsgemäß können diese neuartigen Halbleiter-Dice in allen ionisierenden Strahlung messenden Systemen eingebaut werden, insbesondere in CT-Systemen wie sie in den 13 und 14 dargestellt sind.
  • Die 13 zeigt ein C-Bogen-System C1 mit einem Strahler C2 und einem erfindungsgemäßen flächigen Detektor C3. Strahler C2 und Detektor C3 sind an einem C-Bogen C7 befestigt, der über einen Antriebsmechanismus 6 rotatorisch bewegt werden kann, um einen Patienten P, der auf einer verfahrbaren Patientenliege C8 liegt, abzutasten. Die Abtastung und Signalverarbeitung wird durch ein Computersystem C10 durchgeführt, welches Computerprogrammcode Prg1–Prgn aufweist. Zu diesen Computerprogrammen zählen auch Interpolationsmechanismen, welche die notwendigen Interpolationen in Detektormatrizen vornehmen, welche die erfindungsgemäß angeordneten passiven Detektorpixel aufweisen.
  • Die hier beschriebenen Halbleiter-Dice eignen sich allerdings nicht nur zum Aufbau von im Wesentlichen ebenen Detektorelementen, wie sie in Verbindung mit C-Bogen-Systemen verwendet werden, sondern auch für flächig gebogene Detektoren, wie sie in CT-Systemen verwendet werden.
  • Ein solches CT-System C1 ist beispielsweise in der 14 dargestellt. Es verfügt über ein Gantrygehäuse C6, in dem ein oder mehrere Strahler-Detektor-Systeme an einer Gantry befestigt sind. Im vorliegenden Fall sind zwei Strahler C2 und C4 in der Gantry angeordnet. Denen gegenüber sind die erfindungsgemäßen Detektoren C3 und C5 angeordnet. Zur Untersuchung kann der Rotor der Gantry mit den Strahler-Detektor-Systemen um einen Patienten P rotiert werden, welcher mit Hilfe einer verschiebbaren Patientenliege C8 entlang einer Systemachse C9 durch den Messbereich des CT-Systems geschoben wird. Die Steuerung des CT-Systems und Auswertung der Detektorsignale finden in einem Computersystem C10 statt, welches über entsprechenden Programmcode Prg1 bis Prgn verfügt. Dieser Programmcode enthält auch Interpolationsroutinen, wie sie zuvor beschrieben wurden, um die nicht vorhandenen Signale an den passiven Detektorpixel durch Signale von benachbarten strahlungssensitiven Detektorpixel zu interpolieren.
  • Insgesamt wird durch diese Erfindung eine Möglichkeit eröffnet, trotz zunehmender elektronischer Bauteile je Detektorelement und einem weiterhin im Wesentlichen zweidimensionalen Aufbau des Detektors das pixelbezogene Verhältnis von sensitiven Flächen zu nicht-sensitiven Flächen zu Gunsten sensitiver Flächen beizubehalten und damit eine hohe Strahlungsempfindlichkeit je Detektorpixel zu erhalten, obwohl gleichzeitig ausreichend Raum für in das Halbleiter-Die zu integrierende Elektronikelemente geschaffen wird. Hierfür werden auf einem Halbleiter-Die mit matrixartig und gleichflächig angeordneten Detektorpixel einzelne Detektorpixel anstatt mit sensitiven Detektorelementen mit ausschließlich nicht-strahlungssensitiven Elektronikelementen ersetzt, wobei diese passiven Detektorpixel derart angeordnet werden, dass jeweils die Möglichkeit besteht, durch Interpolation zwischen zwei sensitiven Detektorpixel die entsprechenden Strahlungswerte an den Stellen der passiven Detektorpixel durch Interpolation zwischen zwei bekannten gemessenen Strahlungswerten zu berechnen, wobei eine alleinige Extrapolationsrechnung ausgeschlossen ist.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (12)

  1. Strahlungsdetektor zur Messung der einfallenden Strahlendosis ionisierender Strahlung mit: 1.1. mindestens einem Halbleiter-Die (2), welcher eine Vielzahl von Detektorelementen aufweist, die in einem matrixartigen Muster mit K > 4 regelmäßig verteilten Matrixpositionen mit N > 2 Spalten und M > 2 Zeilen, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass 1.2. die Detektorelemente an K/2 bis K – 1 Matrixpositionen angeordnet sind und jeweils sensitive Detektorpixel (5) bilden, 1.3. nicht-strahlungssensitive Elektronikelemente (11, 12, 13, 16, 17) und/oder Dirchkontaktierungen (15) an K/2 bis einer Matrixposition(en) angeordnet sind und jeweils passive Detektorpixel (6) bilden, wobei 1.4. jedes Detektorpixel (5, 6) jeweils eine gleich große Pixelfläche bedeckt, und 1.5. zumindest die nicht-randständigen Detektorpixel (5, 6) derart verteilt sind, dass jedes passive Detektorpixel (6) mindestens zwei angrenzende gegenüberliegende sensitive Detektorpixel (5) aufweist.
  2. Strahlungsdetektor gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: 2.1. jedes randständige passive Detektorpixel (6) mindestens zwei angrenzende und gegenüberliegende sensitive Detektorpixel (5) aufweist, und 2.2. jedes nicht-randständige passive Detektorpixel (6) mindestens vier angrenzende gegenüberliegende sensitive Detektorpixel (5) aufweist.
  3. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes nicht-randständige passive Detektorpixel (6) mindestens zwei unmittelbar benachbarte sensitive Detektorpixel (5) aufweist.
  4. Strahlungsdetektor gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere passive Detektorpixel (6) treppenstufen-artig angeordnet sind.
  5. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Spalte des matrixartigen Musters aus passiven Detektorpixel (6) besteht.
  6. Strahlungsdetektor gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer Spalte angeordneten Detektorpixel (6) Elektronikelemente zur Zeilenadressierung enthalten.
  7. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zeile des matrixartigen Musters aus passiven Detektorpixel (6) besteht.
  8. Strahlungsdetektor gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer Zeile angeordneten Detektorpixel (6) Elektronikelemente zur Spaltenadressierung enthalten.
  9. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeile und eine Spalte des matrixartigen Musters aus passiven Detektorpixel (6) besteht, wobei das am Kreuzungspunkt von Zeile und Spalte befindliche Detektorpixel zur Durchkontaktierung (15) ausgebildet ist.
  10. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorpixel (5, 6) schachbrettartig angeordnet sind.
  11. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorpixel (5, 6) in hexagonal dichtester Packung angeordnet sind.
  12. Strahlungsdetektor gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorpixel (5, 6) spalten- oder zeilenweise versetzt, vorzugsweise und eine halbe Pixelhöhe versetzt, angeordnet sind.
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