DE8231925U1

DE8231925U1 - Röntgenstrahlenmeßkammer mit Siliziumhalbleiterdetektoren

Info

Publication number: DE8231925U1
Application number: DE19828231925
Authority: DE
Original assignee: Thomson CGR GmbH and Co
Current assignee: General Electric CGR Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 1982-11-13
Filing date: 1982-11-13
Publication date: 1988-12-22

Description

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Röntgenstrahlenmeßkammer

mit
Siliziliiiihalbleiterdetektoren

Die Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlenmeßkammer mit äiliziumhalbleiterdetektoren* die in konisch-kreisförmigen Mulden einer Substratschicht eingebettet sind und auf der Strahlenein- und-austrittsseite jeweils mit einem dünnen Leiter verbunden sind und zum Schutz und/oder der Stabilitätsverbesserung zusätzliche Decklagen aufweisen.

Derartige Einrichtungen werden zur Messung der Dosisleistung bei Röntgenaufnahmen und zur Steuerung eines Belichtungsautomat en angewandt. Es gibt dabei prinzipiell zwei Mögichkeiten die Röntgenstrahlenmeßkammer im Strahlengang der Röntgenröhre anzuordnen; entweder vor oder hinter dem zu belichtenden Film. Bei einer Lage der Meßkammer hinter dem Film kann aber nur noch ein Bruchteil der von der Röntgenröhre abgegebenen Dosisleistung von der Meßkammer ermittelt werden, da zuvor bereits im Patienten und nicht unerheblich in der Röntgenfilmkassette Absorption auftritt Die Anordnung einer Meßkaminer hinter dem Film hat den Vorteil, daß sie sich nicht auf dem Film abbilden kann.

Die andere Möglichkeit die Meßkammer vor derii Röntgenfilm anzuordnen, also zwischen Patient Und Röntgenfilmkassette, hat den Vorteil, daß eine wesentlich höhere Dosisleistung Von der Meßkammer erfaßt wird, die dann quasi der Dosisleistung entspricht, mit der auch der Film belichtet wird. Der Nachteil, dieser vor dem Film liegenden Meßkammer ist aber, daß sie sich mehr oder minder stark auf dem Röntgenbild abbildet; zudem nimmt durch die Erhöhung des Abstandes Patient - Filmebene die geometrische Unscharfe zu.

Zur weitgehenden Vermeidung der angeführten Nachteile ist es bekannt, sogenannte Halbleitermeßkammern vor dem Röntgenbild anzuordnen. Diese Kammern sind zum einen sehr dünn - wenige Millimeter - und geben einen ausreichend hohen Meßstrom ab, sodaß auch bei geringen Dosisleistungen noch ein Signal an den Belichtungsautomaten abgegeben werden kann.

Eine derartige Röntgenstrahlenmeßkammer mit Siliziumhalbleiterdetektoren ist aus der Europäischen Patentanmeldung Applications number 81 101 195.6 (Publication number 00 35 182) bekannt.

Bei dieser Ausführung sind mehrere Siliziumhalbleiterdetektoren entsprechend der in der Röntgentechnik gebräuchlichen Dominantenfelder für die unterschiedlichen Untersuchungsverfahren in der Meßkammer angeordnet. Die Siliziumhalbleiterdetektoren sind hierbei in innen und außen konusförmige Fassungen eingeklebt, die wiederum mit einem Substrat, das als Trägermedium dient, verbunden sind. Die Detektoren sind auf der Strahleneintrittsseite mit einem in die konusförmige Fassung hineinragenden ersten Leiter verbunden und auf der Strahlenaustrittsseite mit wiederum aus einem dünnen Aluminium bestehenden Leiter von hinten seitlich kontaktiert, sodaß diesen Leitern zusätzlich noch Halteaufgaben der Fassung zukommen.

Nachteilig bei dieser RÖntgenstrahlenmeßkammer ist es, daß zum einen der Siliziuirihalbleiterdetektor scharfkantig ausgeführt ist, und so in der Fassung eingebettet ist, daß er sich bei Normal- und insbesondere Schrägaufnahmen deutlich &igr; auf dem Röntgenbild - genauso wie die Leiterelemente - abzeichnet, und zum anderen der konstruktive Aufwand durch die zusätzliche Fassung sehr hoch ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine RÖntgenstrahlenmeßkammer mit Siliziumhalbleiterdetektoren gemäß dem Oberbegriff anzugeben, die die angeführten Nachteile vermeidet, und bei der die Siliziumhalbleiterdetektoren selbst bzw. ihre Position sowohl bei normal als auch unter einem beliebigen Winkel gemachten Röntgenaufnahmen nicht auf dem Röntgenbild zu erkennen sind.

Diese Aufgabe wird durch die angegebenen Mittel nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich durch die Maßnahme, daß die Trägerplatte 5 für alle Siliziumhalbleiterdetektoren 2 gemeinsamer Leiter auf der Strahlenaustrittäseite ist, und die einzelnen Leiter 6 auf der Strahleneintrittsseite in Form einer dünnen, weniger als einem Aluminiumgleichwert von 10 Aim entsprechenden leitenden Folie auf die Siliziumhalbleiterdetektoren 2 geklebt werden.

In Fortführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Trägerplatte 5 aus einem Kunststoff mit einer leitenden Oberfläche besteht, und daß dessen Aluminiumgleichwert kleiner als 100/um ist.

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I Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines mehr oder min-

f der schematisch dargestellten Ausführuiigsbeispieies einer

§ RÖntgenstrahlenmeßkammer näher erläutert.

E Dabei zeigen:

\ Figur 1 , den Aufbau einer Röntgenstrahlen-

I meßkamraer,

ti Figur 2, einen Ausschnitt der Röntgenstrahlen-

% meßkammer mit einem Siliziumhalbleiter-

f detektor in perspektivischer Ansicht,

|i Figur 3» eine Schwärzungskurve bei einer Leer-

1 aufnahme.

I Die in Figur 1 dargestellte Röntgenstrahlenmeßkammer 1, im

I nachfolgenden nur noch kurz mit "Meßkammer" bezeichnet, ist

I über ein nicht näher dargestelltes Verbindungskabel an ei-

% nen Belichtungsautomaten 9 angeschlossen. Sie weist in die-

1 ser für die Röntgentechnik gebräuchlichen Ausführungsform

;;.. mehrere Dominanten Aj B und B¹ auf, die wahlweise jeweils

I nach dem zu untersuchenden Bereich an den Belichtungsauto-I

i maten einen Strom entsprechend der einfallenden Dosisleistung liefern.
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■; Die Dominanten A und B sind gestrichelt eingezeichnet, und

I die Dominante B¹ ist so dargestellt, daß man ihren inneren

·■! Aufbau mit den Siliziumhalbleiterdetektoren erkennen kann.

Als günstige Anordnung der Siliziumhalbleiterdetektoren 2, im weiteren nur noch kurz mit "Detektoren" bezeichnet, hat es sich herausgestellt, sechs Detektoren pro Dominante zu ' verwenden, und diese in zwei Reihen zu je drei Detektoren

' nebeneinander flächendicht zu placieren. Die Siliziumhalb-

leiterdatektoren bestehen dabei aus dünnen zwischen 100 Aim

yum dicken etwa 25 bis 40 mm durchmessenden runden Siliziumscheiben. Ebenso können aber auch eine Vielzahl wesentlich kleinerer Siliziumscheiben flächendicht eine Dominante A, B, B¹ bilden, oder eine große Siliziumscheibe mit den Maßen der Dominante Verwendung finden, was aber zur Zeit technisch bzw. und/oder wirtschaftlich nicht realisierbar ist. Zur Herstellung einer elektrischen Verbin-

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dung sind die Detektoren zum einen mit einem dünnen Leiter 6 und der als Leiter wirkenden Trägerplatte 5 kontaktiert, was aber weiter unten noch näher erläutert wird.

Die Figur 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Schnitt durch die Röntgenstrahlenmeßkc.-· .ier mit einem SiIiziumhalbleiterdetektor.

Der Detektor 2 besteht dabei aus einer dünnen runden Siliziumscheibe, die an ihrem Rand nach außen hin eine etwa viertelkreisförmige Verjüngung 2a aufweist. Die Substratschicht k ist mit einer konisch-kreisförmigen Mulde 3 versehen, in die der Detektor 2 eingeschweißt ist» Eine Möglichkeit des Einschweißvorgangs ist gegeben, wenn zunächst entsprechend der verwendeten Detektoren 2, Löcher in die Substratschicht k eingebracht werden, und diese dann mit der Trägerplatte 5» die auch gleichzeitig gemeinsamer Masse- bzw. Minusleiter für alle Detektoren ist, verbunden (verklebt, verschweißt) werden. In die somit entstandenen Sacklöcher werden die Detektoren 2 eingebracht und von oben mit einem Werkzeug, welches gleichzeitig die konisch-kreisförmige Mulde 3 derart herstellt, daß der Fußpunkt des Böschungswinkels F in etwa mit dem Anfangspunkt der Verjüngung V zusammenfällt, luftporenfrei verschweißt bzw. eingeschmolzen. Das Substrat k besteht daher aus einem gut schmelzbaren Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Außerdem weist das Substrat einen Absorbtionskoeffizienten auf, der in der Nähe des Absorbtionskoeffizienten des Detektors 2 liegt, sodaß sich bei gegebener Dicke des Detektors 2 eine nur geringfügig dickere, einem Aluminiumgleichwert des Detektors 2 entsprechende Substratschicht k herstellen läßt.

Die Trägerplatte 5 kann dabei r..B. aus Aluminium bestehen oder aus allen Materialien, die an der Detektorseite leitend ausgeführt sind. Als vorteilhaft hat es sich dabei herausgestellt, wenn die Trägerplatte 5 einen geringeren Aluminiumgleichwert als 10ö/um aufweist, da dann die Meßkammer sehi' dünn gehalteil werden kann und nicht zuviel Strahlung in ihr absorbiert wird.

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Durch die Leiteigenschaften der Trägerplatte 5 wird der Detektor 2 zur Herstellung der Plusleitung nur noch von oben mit Hilfe des obenerwähnten dünnen Leiters 6 kontaktiert. Da in einer Röntgenaufnahme scharfkantige Dickenunterschiede von größer' als 10yum zu erkennen sind, besteht der Leiter 6 aus einer Aluminiumfolie mit weniger als 10 /um Dicke.

Zum Schutz vor Schaden an den Siliziumhalbleiterdetektor^n und zur zusätzlichen mechanischen Stabilität und Isolierung der Meßkammer 1 werden von oben die Decklage 8 auf die Substratschicht h bzw. auf die Unterseite der Trägerplatte 5 die Decklage 8 aufgebracht.

Die Meßkammer 1 bildet dann eine dünne, nur wenige Millimeter dicke aber mechanisch stabile Einheit, die an einen Belichtungsautomaten 9 angeschlossen werden kann und zum täglichen Einsatz in der Röntgendiagnostik geeignet ist.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gegenstandes wird nachfolgend näher erläutert.

Wird die in Figur 1 gezeigte Meßkammer 1 vor einer Röntgenfilmkassette in den Strahlengang der Röntgenröhre gebracht, und eine Leeraufnahme gemacht, so ergibt sich eine Abbildung der Meßkamraer auf dem Röntgenfilm derart, daß dort, wo sich ein Siliziumhalbleiterdetektor befindet, um diesen eine ringförmig© Zone mit einer etwas erhöhten Schwärzung S abzeichnet. Eine derartige Zone ist in der Figur 3 schematisch dargestellt.

Bei einer Normalaufnahme, d.h. einer Röntgenaufnahme mit einer Strahlenrichtung senkrecht zur Filmebene ergibt sich dabei die Schwärzungskurve K, die aufgrund der Zonen mit unterschieldichen Absorptionen entstehen, d.h. bei der erfindungsgemäßen Meßkammer durch die Abnahme der Schichtdicke des Substrats h vom äußeren zum inneren Rand der konischkreisförmigen Mulde 3. Da die Dicke der Substratschicht k Und die Dicke des Siliziumhaibleiterdetektors 2 dam gleichen

^-Alürainiuragleichwert '

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Aluminiumgleichwert entsprechen, ist auch die Schwärzung S in beiden Zonen Z.. und Z gleich. Iu der Zone Z nimmt aufgrund der Abnahme der Substratdicke zum Detektor hin die Absorption langsam bis an den Rand des Detektors 2 ab, bzw. reziprok die Schwärzung S zu; danach nimmt die Schwärzung wieder ab, da sich die Absorption des Detektors 2 und der Substratschicht k addieren. De,- Idealfall wäre daher derjenige der Abnahme der Substratschichtdicke bei gleichzeitiger linearer Zunahme der Verjüngung 2a bis auf die Dicko des Dstektros 2, was einem stets gleichen Absorptionskoeffizienten entsprechen würde und somit einer konstanten Schwärzung Sj. Dies erfordert aber sehr flach ausgearbeitete Randzonen der Detektoren, die aber bei einer Detektorendicke von 100 Aim - 400/um nicht realisierbar sind, da aufgrund des porösen Siliziums die Randzonen ab- bzw. ausbrechen würden. Es hat sich aber gezeigt, daß es ausreicht, wenn sich die Siliziumscheiben am Rand viertelkreisförmig verjüngen und der Böschungswinkel der Mulde 3 ausreichend flach genug gewählt wird.

Für den Radiologen sind aber die ringförmigen, etwas dunkleren Zonen, die die Lage der Detektoren 2 in einer Leerlaufmahme anzeigen, bei einer Röntgenaufnahme von Objekten nicht sichtbar, wenn die Anstiegs- bzw. Abfallwinkel Ot/&bgr; der in der Figur 3 dargestellten Schwärzungskurve K kleiner als 45 sind, was mit einer wie vor beschriebenen Meßkammer erreicht wird»

Es ist leicht ersichtlich, daß dies auch für Röntgenaufnahmen unter einem Winkel schräg zur Aufnahmeebene gilt. Die Absorptionsunterschiede in den Zonen Z₁ - Z sind auch dabei so gering, daß die Winkel «JPwiederum kleiner als 45° sind*

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Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Röntgenstrahlenmeßkammer zum einen sehr flach ausgeführt werden kann - bei einer Siliziumhalbleiterdicke von 100/um ^00 /am nur wenige Millimeter - was die Distanz Patient-Filmebene verringert und zum anderen die Detektoren bei allen in der Röntgendiagnostik erforderlichen Aufnahmen auf dem Röntgenfilm nicht abgebildet werden.

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1. Röntgenstrahlenmeßkammer (i) mit Siliziumhalbleiterdetektoren (2) d^e in konisch-kreisförmigen Mulden (3) einer Substratschiclit (-.<·) eingebettet sind und auf der Strahlenein.-; und -austrittsseite jeweils mit einem dünnen Leiter (5/6) verbunden sind und zum Schutz und/oder Stabilitätsverbesserung zusätzliche Decklagen (8) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Siliziumhalbleiterdetektor (2) am Rand eine nach außen weisende Verjüngung (2a) aufweist, und daß er in der Substratschicht derart eingeschweißt ist, daß der Fußpunkt (f) des Böschungswinkels der konisch-kreisförmigen Mulde mit dem Anfangspunkt (a) der Verjüngung (2a) in etwa zusammenfällt, und daß die Schichtdicke des Substrates (4) und die Dicke des Siliziumhalbleiterdetektors (3) so gewählt sind, daß diese einem gleichgroßen Aluminxuragleichwert entsprechen und der Übergangswinkel (d/ß) von einem Abnorptionsbereich zum anderen kleiner als k$° ist.

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2. Röntgenstrahlenmeßkaramer mit Siliziumhalbleiterdetektoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (5) für alle Siliziumhalbleicerdetektoren (2) gemeinsamer Leiter auf der· Strahlenaustrittsseite ist und die einzelnen Leiter (6) auf der Strahleneintrittsseite in Form einer dünnen, weniger als einem Aluminiumgieichwert
von 1O/um entsprechenden, leitenden Folie auf die Siliziumhalbleiterdetektoren (2) geklebt werden.

3· Röntgenstrahlenmeflkammer mit Siliziumhalble'terde- «iektoren nach Anspruc'i 2, dadurch gekennzeichnet, daii die Trägerplatte (5) aus einem Kunststoff mit einer leitenden Oberfläche besteht und daß dessen Aluminiumgleichwert
kleiner als 100 tun ist.

Beschreibung