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Die Erfindung betrifft einen digitalen Röntgendetektor gemäß dem Patentanspruch 1.
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In der digitalen Röntgenbildgebung sind heutzutage vor allem Flachbilddetektoren mit aktiven Auslesematrizen mit direkter oder indirekter Konversion der Röntgenstrahlung bekannt. Ein solcher Röntgendetektor basiert auf einer aktiven Matrix aus Pixel-Ausleseelementen, der eine Röntgenkonverterschicht oder Szintillatorschicht vorgeschichtet ist. In letzterem Fall werden die auftreffenden Röntgenquanten zunächst in der Szintillatorschicht in sichtbares Licht gewandelt. Die aktive Matrix ist in eine Vielzahl von Pixel-Ausleseelementen mit Photodioden unterteilt, die dieses Licht wiederum in elektrische Ladung umwandeln und ortsaufgelöst speichern. Photodioden können entweder auf der Basis von amorphem Silizium, welches auf einem Glassubstrat angeordnet ist, oder auf der Basis von CMOS-Technologie als sogenannte active pixel sensors (APS) hergestellt werden. Bei einem so genannten direktkonvertierenden Flachbilddetektor wird ebenfalls eine aktive Matrix verwendet. Dieser ist jedoch eine Konverterschicht, z. B. aus Selen, vorgeordnet, in welcher die auftreffenden Röntgenquanten direkt in elektrische Ladung umgewandelt werden. Diese Ladung wird dann wiederum in einem Pixel-Ausleseelement der aktiven Matrix gespeichert. Zum technischen Hintergrund eines Flachbilddetektors wird auch auf
M. Spahn et al., "Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik", Der Radiologe 43 (2003), Seiten 340 bis 350, verwiesen.
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Ein Teil der Röntgenquanten wird aus physikalischen Gründen in der Röntgenkonverterschicht oder Szintillatorschicht nicht absorbiert, sondern durchqueren den gesamten Röntgendetektor und können an der Rückseitenplatte des Röntgendetektors zurückgestreut werden. Diese zurückgestreuten Röntgenquanten können dann wiederum mit der Röntgenkonverterschicht oder Szintillatorschicht wechselwirken und führen häufig zu einem Qualitätsverlust bei der Bildgebung, da sie durch die Rückstreuung über die gesamte Matrix verteilt werden. Je höher die Energie der Röntgenquanten ist (z. B. > 70 kV), umso stärker ist der Qualitätsverlust, besonders auch im Zusammenhang mit bleibeschichteten Rückseitenplatten. Bleibeschichtete Rückseitenplatten sind wegen des Strahlenschutzes notwendig, besitzen jedoch eine Fluoreszenzstrahlung von 80 keV. Um die Rückstreuung zu verringern, können Reduktionsschichten aus Materialien mit einem niedrigen Streukoeffizienten auf die Rückseitenplatte aufgebracht werden, z. B. Kupfer oder Molybdän. Die Wahrscheinlichkeit, dass die rückgestreuten Röntgenphotonen der Reduktionsschicht entkommen und mit der Röntgenkonverterschicht oder der Szintillatorschicht reagieren, ist jedoch ziemlich hoch.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen digitalen Röntgendetektor bereitzustellen, bei dem die Gefahr einer Rückstreuung von Röntgenquanten und damit verbundenen Bildqualitätsabnahme gesenkt wird.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen digitalen Röntgendetektor gemäß dem Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
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Grundlage der Erfindung ist die Erkenntnis, dass das Prinzip eines Streustrahlenrasters, welcher bekanntermaßen zwischen Untersuchungsobjekt und Röntgendetektor angeordnet wird, um Streustrahlung auszufiltern, auch in das Innere eines Röntgendetektors übertragen werden kann, um die an der Rückseite des Röntgendetektors zurückgestreuten Röntgenphotonen aufzufangen und auszufiltern. Ein erfindungsgemäßer digitaler Röntgendetektor zur Detektion einer Röntgenstrahlung weist eine Wandlerschicht zur direkten oder indirekten Umwandlung von Röntgenstrahlung in elektrische Ladungen, eine dahinter angeordnete aktive Matrix aus Pixel-Ausleseelementen zum Speichern und Auslesen der elektrischen Ladungen und eine hinter der aktiven Matrix angeordnete Rückseitenplatte auf, wobei zwischen der aktiven Matrix und der Rückseitenplatte ein Streustrahlenraster angeordnet ist. Das derart angeordnete Streustrahlenraster filtert den Großteil der rückgestreuten Röntgenquanten aus und lässt lediglich die um etwa 180° zurückreflektierten Röntgenquanten passieren, welche wiederum zu einer Bildgebung beitragen und dadurch das Röntgenbild in seiner Qualität und seinem Kontrast verbessern können. Auf diese Weise trägt das Streustrahlenraster zu einer Verbesserung der Bildqualität dadurch bei, dass gestreute Röntgenquanten gefiltert werden und entlang ihres ursprünglichen Weges ausgehend von der Röntgenquelle zurückreflektierte Röntgenquanten passieren können.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Streustrahlenraster eine Vielzahl von Lamellen eines röntgenabsorbierenden Materials auf und ist zwischen den Lamellen ein Schachtmedium angeordnet. Derartige Streustrahlenraster sind bekannt und können auf einfache Art und Weise und mit wenig Aufwand verwendet und eingebaut werden.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Lamellen zumindest teilweise aus einem der Materialien Blei, Kupfer oder Molybdän gebildet. Diese Materialien besitzen eine hohe Absorptionskonstante und sind damit besonders gut zum Bau von Streustrahlenrastern geeignet.
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Zweckmäßigerweise ist die Rückseitenplatte zumindest teilweise aus Blei gebildet, um die Umgebung des Röntgendetektors gegen Strahlung abzuschirmen.
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Bekannte Röntgendetektoren basieren entweder auf dem Prinzip von direkter oder von indirekter Umwandlung von Röntgenstrahlung in elektrische Ladung. Bei der indirekten Umwandlung wird die Wandlerschicht von einer Szintillatorschicht zur Umwandlung von Röntgenquanten in Licht gebildet und die aktive Matrix weist Photodioden zur Umwandlung von Licht in elektrische Ladung auf. Bei der direkten Umwandlung wird die Wandlerschicht von einem Direktkonverter zur Umwandlung von Röntgenquanten in elektrische Ladung gebildet.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Lamellen in ihrer Längsrichtung parallel zueinander oder im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur einfallenden Röntgenstrahlung angeordnet. Es können auch gitterförmig bzw. zweidiemnsional angeordnete Lamellen vorgesehen sein, also eine Vielzahl von zueinander im Wesentlichen parallelen Lamellen, die zu einer weiteren Vielzahl von zueinander im Wesentlichen parallelen Lamellen senkrecht angeordnet sind.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:
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1 eine Ansicht eines Röntgendetektors nach dem Stand der Technik,
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2 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors mit einem Streustrahlenraster und
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3 eine Vergrößerung der Ansicht des Streustrahlenrasters.
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In der 1 ist ein Röntgendetektor 11 nach dem Stand der Technik gezeigt. Ein derartiger Röntgendetektor 11 weist einen Direktkonverter 18 und eine Matrix aus Pixel-Ausleseelementen 19 auf und ist von einem Gehäuse umgeben. Auf der Rückseite des Gehäuses ist eine Rückseitenplatte 13 angeordnet, welche z. B. aus Blei besteht, um Strahlenschutzbestimmungen zu gewährleisten. Ausgehend von einer Röntgenquelle 10 fällt mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ein Primärphoton 12 durch den Direktkonverter und die aktive Matrix hindurch, ohne absorbiert zu werden. Anschließend wird das Primärphoton 12 an der Rückseitenplatte 13 entweder gestreut, so dass ein gestreutes Photon 15 entsteht oder direkt um etwa 180° reflektiert, so dass ein reflektiertes Photon 16 entsteht. Das gestreute Photon 15 trifft an einer beliebigen Stelle auf den Direktkonverter oder die Matrix und kann, sofern es absorbiert wird, zu einer Verstärkung des Rauschens beigetragen. Lediglich in dem Fall, indem das Primärphoton um 180° reflektiert wird, kann es zu einer Verbesserung der Bildgebung beitragen.
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In der 2 ist ein erfindungsgemäßer Röntgendetektor 11 gezeigt, bei welchem zwischen der aktiven Matrix 19 aus Pixel-Ausleseelementen und der Rückseitenplatte 13 ein Streustrahlenraster 17 angeordnet ist. Insbesondere ist das Streustrahlenraster direkt auf der der Röntgenstrahlung zugewandten Seite der Rückseitenplatte 13 angeordnet. Fällt ein Primärphoton 12 durch den Direktkonverter 18 und die Matrix 19 durch, ohne zuvor absorbiert zu werden, so trifft es auf das Streustrahlenraster 17. Der Röntgendetektor kann einen Direktkonverter 18 und eine aktive Matrix 19 aufweisen oder auf dem Prinzip der indirekten Strahlenwandlung basieren, also mit einem Szintillator und Photodioden ausgestattet sein.
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Das Streustrahlenraster 17 weist, wie in der 3 gezeigt, eine Vielzahl von Lamellen 20 und ein jeweils zwischen den Lamellen 20 angeordnetes Schachtmedium 21 auf. Die Lamellen 20 sind in ihrer Längsrichtung parallel zueinander oder im Wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur einfallenden Röntgenstrahlung angeordnet. Auf diese Weise wird einerseits die senkrecht auf das Streustrahlenraster 17 einfallende Primärstrahlung ungehindert passiert gelassen und die schräg auftreffende Streustrahlung herausgefiltert. Andererseits wird die an der Rückseitenplatte 13 aus der Primärstrahlung 12 gestreute Röntgenstrahlung nur dann wieder durch das Streustrahlenraster 17 durchgelassen, wenn sie im Wesentlichen um 180° reflektiert wurde. Es werden also lediglich die reflektierten Photonen 16 nicht absorbiert. Um andere Winkel gestreute Photonen 15 werden von dem Streustrahlenraster 17 herausgefiltert. Die Höhe h der Lamellen 20 wird dabei ausreichend gewählt, um einen Großteil der schräg reflektierten Streustrahlung auszufiltern. Das Streustrahlenraster wird sozusagen in „Reflexion” betrieben, also zur Filterung von rückgestreuter Röntgenstrahlung verwendet, wohingegen bekannte, zwischen Untersuchungsobjekt und Röntgendetektor angeordnete Streustrahlenraster in „Transmission” betrieben werden, also zur Filterung von transmittierter Streustrahlung verwendet werden. Die Dicke der Lamellen d wird bevorzugt deutlich kleiner als die Dicke der Zwischenräume D, in denen sich das Schachtmedium 21 befindet, gewählt, um eine starke Reflexion an der Oberseite der Lamellen zu vermeiden. Als Linienzahl wird 1 durch den Gitterabstand, also durch die Summe der beiden Dicken (d + D), bezeichnet. Für eine gute Absorption der rückgestreuten Röntgenquanten ist der Gitterabstand (d + D) gleich oder in einer vergleichbaren Größenordnung wie der Pixelpitch der Pixel-Ausleseelemente des Röntgendetektors. So kann z. B. bei einem Pixelpitch von 150 μm auch der Gitterabstand 150 μm betragen.
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Die Lamellen 20 des Streustrahlenrasters können auf den Röntgenfokus der Röntgenquelle fokussiert ausgerichtet sein. In diesem Fall sind die Lamellen nicht exakt parallel zueinander sondern jeweils um einen sehr kleinen Winkel zueinander gekippt, wobei eine Lamelle im Rastermittelpunkt c senkrecht zur Rückseitenplatte ist und die übrigen Lamellen mit zunehmender Entfernung von dem Rastermittelpunkt mehr und mehr gekippt sind.
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Als Material für die Lamellen wird bevorzugt ein hochabsorbierendes Material, wie zum Beispiel Blei, Kupfer oder Molybdän, verwendet. Auch die Rückseitenplatte 13 ist bevorzugt aus einem derartigen Material, insbesondere Blei, gebildet, um keine Röntgenstrahlung durch den Röntgendetektor durchgehen zu lassen und dadurch Personen oder Gerätschaften einer hohen Strahlenbelastung auszusetzen. Das Schachtmaterial kann zum Beispiel von Papier oder einem anderen, für Streustrahlenraster bekannten Material gebildet sein. Das Streustrahlenraster kann auch gitterförmig ausgebildet sein. Das Streustrahlenraster kann auch bewegt werden. Insgesamt kann jede bekannte Art von Streustrahlenraster verwendet werden.
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Durch den erfindungsgemäßen Röntgendetektor wird eine Qualitätseinbuße bei der Röntgenbildgebung verhindert, da das Streustrahlenraster die meisten der rückgestreuten Photonen absorbiert und lediglich die direkt mit einem Winkel von 180° oder leicht davon abweichenden reflektierten Photonen passieren lässt. Je weiter der Winkel von 180° abweicht, um sehr stärker werden die gestreuten Photonen von dem Streustrahlenraster absorbiert.
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Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine verbesserte Bildqualität bei der Röntgenbildgebung ist ein digitaler Röntgendetektor zur Detektion einer Röntgenstrahlung, aufweisend eine Wandlerschicht zur direkten oder indirekten Umwandlung von Röntgenstrahlung in elektrische Ladungen, eine dahinter angeordnete aktive Matrix aus Pixel-Ausleseelementen zum Speichern und Auslesen der elektrischen Ladungen und eine hinter der aktiven Matrix angeordnete Rückseitenplatte, vorgesehen, wobei zwischen der aktiven Matrix und der Rückseitenplatte ein Streustrahlenraster zur Filterung der Streustrahlung angeordnet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- M. Spahn et al., ”Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik”, Der Radiologe 43 (2003), Seiten 340 bis 350 [0002]
