Beschreibung

Röntgendetektor und Verfahren zum Betrieb eines Röntgendetektors

Die Erfindung betrifft einen Röntgendetektor mit einem Szin- tillator, durch den Röntgenstrahlung in Licht umwandelbar ist, und mit einem nachgeordneten Fotosensor, durch den das im Szintillator erzeugte Licht detektierbar ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Röntgendetektors.

Ein derartiger Röntgendetektor ist beispielsweise in dem Auf- satz "Flachbilddetektoren in der Röntgendiagnostik" aus "Der Radiologe" 5*2003, Seiten 340-350, Springer-Verlag, bekannt. Im bekannten Fall umfasst der Röntgendetektor einen Szintillator, durch den Röntgenstrahlung in Licht (Szintillator- licht) umwandelbar ist, und einen nachgeordneten Fotosensor, durch den das im Szintillator erzeugte Licht ortsaufgelöst detektierbar ist. Der Szintillator ist beispielsweise aus Cä- siumjodid (CsJ) gefertigt und auf einem Substrat aufgebracht. Das vom Fotosensor erfasste Licht wird anschließend als e- lektrisches Signal ausgelesen und verarbeitet. Der Fotosensor ist hierzu als aktive Matrix aus amorphem Silizium ausgeführt und bildet ein Detektorarray mit einer Vielzahl von Detektorelementen. Jedem Detektorelement ist zur Erfassung der Signale ein Transistor als Schaltelement zugeordnet.

Während der Röntgenbestrahlung werden nicht alle Röntgenquan- ten vom Szintillator absorbiert, sondern dringen in den darunter liegenden Fotosensor ein (ca. 30 % der Röntgenstrahlung) und erzeugen dort Elektron-Loch-Paare (Direktkonversionen im Fotosensor) sowie Strahlungsschäden. Die im Fotosensor erzeugten Elektron-Loch-Paare führen zu einem beträchtlichen Störsignal, das sich wiederum als starkes Rauschen darstellt. Um diese unerwünschte Röntgenstrahlung im Fotosensor zu ver-

meiden oder zumindest zu verringern, sind zwei Maßnahmen bekannt .

Eine bekannte Maßnahme zur Verhinderung bzw. zur Verminderung unerwünschter Röntgenstrahlung im Fotosensor ist die Erhöhung der Schichtdicke des Szintillators . Damit soll erreicht werden, dass nur noch wenige Röntgenquanten auf den Fotosensor treffen, also die unerwünschte Röntgenstrahlung im Fotosensor stark verringert wird. Diese Maßnahme hat den Nachteil, dass mit steigender Schichtdicke des Szintillators die Auflösung und der Konversionskoeffizient schnell abnehmen.

Aus der Veröffentlichung "OPDIMA: Large-area CCD-based X-ray image sensor for spot imaging and biopsy control in mam- mography" in Proc. SPIE 3659, 150-158 (1999), ist eine weitere Maßnahme zur Verhinderung bzw. zur Verminderung unerwünschter Röntgenstrahlung im Fotosensor bekannt. Bei dem aus dieser Veröffentlichung bekannten Röntgendetektor ist zwischen dem Szintillator und dem Fotosensor eine Faseroptik (Glasfaserplatte, FOP - Fiber Optical Plate) angeordnet.

Durch die Faseroptik wird einerseits die optische Kopplung zwischen Szintillatorschicht und Fotosensor sichergestellt, andererseits wird durch die Faseroptik der Anteil der Röntgenstrahlung (ca. 30 %) geschwächt, der auf den Fotosensor auftrifft. Bei einer ausreichenden Dicke der Faseroptik (1 bis 5 mm) werden Strahlungsschäden sowie Direktkonversionen im Fotosensor, die zu einem starken Rauschen im Fotosensor und damit zu einer Verschlechterung der Bildqualität führen, weitgehend vermieden. Durch die notwendige Dicke der Faserop- tik entstehen Lichtkopplungsverluste, Moire und Auflösungsverluste. Zudem wirkt sich die notwendige Dicke der Faseroptik ungünstig auf Bauhöhe, Gewicht und Kosten des Röntgende- tektors aus.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen kompakt aufgebauten Röntgendetektor sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Röntgendetektors zu schaffen, mit dem Aufnahmen

von Röntgenbildern in einer verbesserten Qualität ermöglicht werden .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Röntgendetektor gemäß Anspruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Röntgendetektors gemäß Anspruch 1 sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Der Röntgendetektor nach Anspruch 1 umfasst einen Szintilla- tor, durch den Röntgenstrahlung in Licht umwandelbar ist, und einen nachgeordneten Fotosensor, durch den das im Szintilla- tor erzeugte Licht detektierbar ist. Erfindungsgemäß ist während einer Bestrahlung des Szintillators mit Röntgenstrahlung für ein vorgebbares Zeitintervall keine Erfassung des erzeugten Lichtes durch den Fotosensor durchführbar und nach dem Ende der Bestrahlung des Szintillators mit Röntgenstrahlung ein Nachleuchten des Szintillators durch den Fotosensor detektierbar .

Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 11 zum Betrieb eines Röntgendetektors wird erfindungsgemäß ein während einer Röntgenbestrahlung erzeugtes Licht für einen vorgebbaren Zeitraum nicht erfasst und ein nach dem Ende der Röntgenbestrahlung vorhandenes Nachleuchten detektiert.

Das im Szintillator erzeugte Licht ist vorzugsweise ortsaufgelöst detektierbar.

Dadurch, dass das während der Röntgenbestrahlung im Szintillator erzeugte Licht (Szintillatorlicht) erfindungsgemäß vom Fotosensor für einen vorgebbaren Zeitraum nicht erfasst wird, werden von der Röntgenstrahlung im Fotosensor erzeugte Elektron-Loch-Paare auch nicht als Störsignal erfasst. Das Nach- leuchten des Szintillators durch den Fotosensor wird damit weitgehend rauschfrei detektiert.

Das Szintillatorlicht, das während der Röntgenbestrahlung entsteht, wird also vom Fotosensor für ein vorgebbares Zeitintervall nicht erfasst, wodurch sich ein Verlust an Szintillatorlicht ergibt. Bei Wahl eines geeigneten Szintillators mit einem entsprechend langen Abklingverhalten wird dieser Verlust an Szintillatorlicht durch das bessere Rauschverhalten jedoch mehr als kompensiert.

Vorzugsweise wird ein Szintillatormaterial mit einer Abkling- zeit zwischen ca. 100 μs und ca. 10 s verwendet.

Beispiele für besonders geeignete Szintillatormaterialien, also Szintillatormaterialien mit einem entsprechend langen Abklingverhalten, sind u.a. mit Terbium dotiertes Gadoliniu- moxisulfid (Gd2ü2S:Tb) oder mit Silber dotiertes Zinkcadmium- sulfid (ZnCdS: Ag) oder mit Terbium dotiertes Lanthanoxibromid (LaOBr: Tb) .

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind besonders vorteilhaft mit Fotosensoren auf CMOS- der CCD-Technologie realisierbar, da diese im Mikrosekundenbereich aus und einschaltbar sind.

Durch den Röntgendetektor gemäß Anspruch 1 bzw. durch das Verfahren gemäß Anspruch 8 kann nicht nur ein Röntgenbild er- zeugt werden, dass weitgehend frei von Störsignalen ist, sondern es kann auch auf eine Faseroptik (Glasfaserplatte, FOP - Fiber Optical Plate) zwischen dem Szintillator und dem Fotosensor verzichtet werden. Der Szintillator kann also direkt auf dem Fotosensor aufgebracht werden. Damit erhält man kos- tengünstig herstellbare Röntgendetektoren, die einerseits einen konstruktiv einfacheren Aufbau und andererseits eine geringere Bauhöhe und ein geringeres Gewicht aufweisen.

Aufgrund der realisierbaren geringen Bauhöhe und des geringen Gewichts ist der erfindungsgemäße Röntgendetektor besonders gut für intraorale Anwendungen und für Anwendungen in der Mammografie geeignet.

Weiterhin ist es möglich, bei dem erfindungsgemäßen Röntgen- detektor die Schichtdicke des Fotosensors so zu optimieren, dass man Röntgenbilder mit einer verbesserten Auflösung erhält.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgendetektors nach Anspruch 2 sind während einer Röntgenbestrahlung die im Fotosensor erzeugten elektrischen Ladungen direkt ableitbar. Die direkte Ableitung der im Fotosensor er- zeugten elektrischen Ladungen wird auch als "Dunkeltastung" bezeichnet. Nach der Röntgenbestrahlung ist der Fotosensor wieder zuschaltbar.

Um den Anteil der bei einer Röntgenbestrahlung des Szintilla- tors erzeugten elektrischen Ladungen zu minimieren, ist es vorteilhaft, den Röntgendetektor nach Anspruch 3 auszubilden. Bei dieser Ausführungsform sind bereits mit Beginn der Röntgenbestrahlung die im Fotosensor erzeugten elektrischen Ladungen direkt ableitbar. Mit Beendigung der Röntgenbestrah- lung ist der Fotosensor wieder zuschaltbar.

Bei einer Ausgestaltung des Röntgendetektors nach Anspruch 4 sind unmittelbar vor Beginn der Röntgenbestrahlung die im Fotosensor erzeugten elektrischen Ladungen direkt ableitbar. Unmittelbar nach Beendigung der Röntgenbestrahlung ist der Fotosensor wieder zuschaltbar. Bei dieser Variante wird der Anteil der bei einer Röntgenbestrahlung des Szintillators erzeugten elektrischen Ladungen nochmals minimiert, da die Dunkeltastung des Fotosensors vor einem möglichen Eintritt der Röntgenquanten in den Fotosensor erfolgt. Durch die Dunkel- tastung unmittelbar vor der Röntgenbildaufnähme ist der Fotosensor immer vollständig homogen entladen, bevor das nächste Röntgenbild aufgenommen wird. Ein so genanntes "Ghosting" wird damit im Röntgenbild zuverlässig verhindert.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Röntgendetektors ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung des Szintillators mit Röntgenstrahlung und die De-

tektion des Nachleuchtens des Szintillators durch den Fotosensor in kurzen Zeitabständen wiederholbar sind.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Röntgendetektors anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer, nicht maßstabsgerechter Darstellung:

Fig. 1 eine Ansicht eines Röntgendetektors,

Fig. 2 einen Verlauf des nach einer Röntgenbestrahlung vom Szintillator emittierten Lichts.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Röntgendetektor bezeichnet, der einen Szintillator 2 und einen nachgeordneten Fotosensor 3 auf- weist.

Im Szintillator 2 ist eine auftreffende Röntgenstrahlung in Licht (Szintillatorlicht) umwandelbar und anschließend vom Fotosensor 3 ortsaufgelöst detektierbar .

Der Szintillator 2 ist beispielsweise aus Gd2ü2S:Tb (mit Terbium dotiertes Gadoliniumoxisulfid) gefertigt und auf einem Substrat 4 aufgebracht. Das vom Fotosensor 3 erfasste Licht wird anschließend als elektrisches Signal ausgelesen und ver- arbeitet. Der Fotosensor 3 ist hierzu im dargestellten Ausführungsbeispiel als aktive Matrix aus einzelnen Fotodioden 5 ausgeführt. Jeder Fotodiode 5 ist eine integrierte Schaltung 6, beispielsweise ein Transistor, als Schaltelement zugeordnet .

Während der Röntgenbestrahlung werden nicht alle Röntgenquan- ten vom Szintillator 2 absorbiert, sondern dringen in den darunter liegenden Fotosensor 3 ein (ca. 30 % der Röntgenstrahlung) und erzeugen dort Elektron-Loch-Paare (Direktkon- Versionen im Fotosensor 3) .

Um dies zu vermeiden oder zumindest zu verringern, wird erfindungsgemäß das während der Röntgenbestrahlung des Röntgen-

detektors im Szintillator 2 erzeugte Licht (Szintillator- licht) nicht erfasst und ein nach dem Ende der Röntgenbestrahlung vorhandenes Nachleuchten des Szintillators 2 durch den Fotosensor 3 ortsaufgelost detektiert.

Fig. 2 zeigt hierfür beispielhaft einen Verlauf (Intensität I in Abhängigkeit von der Zeit t) des nach einer Röntgenbestrahlung 7 vom Szintillator 2 emittierten Lichts 8.

Die Nichterfassung des wahrend der Röntgenbestrahlung 7 im

Szintillator 2 erzeugten Lichts 8, ist auf einfache Weise dadurch erreichbar, dass die wahrend der Röntgenbestrahlung 7 des Szintillators 2 im Fotosensor 3 erzeugten elektrischen Ladungen in einem Zeitintervall δt direkt abgeleitet werden. Die direkte Ableitung der im Fotosensor 3 erzeugten elektrischen Ladungen wird auch als "Dunkeltastung" bezeichnet. Diese Dunkeltastung des Fotosensors 3 wird bei der dem in Fig. 2 dargestellten Verlauf mit Beginn der Röntgenstrahlung 7 vorgenommen und mit Beendigung der Röntgenbestrahlung 7 wieder aufgehoben. Der Fotosensor 3 ist damit im Zeitintervall δt dunkel getastet, erfasst also kein Szintillatorlicht 8, und wird nach dem Ende des Zeitintervalls δt wieder zugeschaltet. Das Nachleuchten 8 des Szintillators 2 kann damit vom Fotosensor 3 ohne Auftreten einer störenden Röntgenstrahlung 7 im Fotosensor 3 ortsaufgelost detektiert werden. Durch eine änderung Lage und/oder der Breite des Zeitintervalls δt ist bei der erfindungsgemaßen Losung auf einfache Weise eine Anpassung an verschiedene Anwendungsfalle möglich.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, den Rontgenpuls 7 oder das Zeitintervall δt als Trigger für das Zuschalten des Fotosensors 3 zu benutzen. Die Triggerung kann dann - abhangig vom Anwendungsfall - mit Beginn des Zeitintervalls δt, innerhalb des Zeitintervalls δt oder nach Beendigung des Zeitintervalls δt erfolgen.