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Design eines Roentgen-Flachbilddetektors

IP.com Disclosure Number: IPCOM000127754D
Original Publication Date: 2005-Oct-10
Included in the Prior Art Database: 2005-Oct-10
Document File: 4 page(s) / 73K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

In heutigen Roentgenanlagen werden u.a. Flachdetektoren zur eingesetzt, mit denen die Roentgenstrahlen erfasst und in digitale Bilder gewandelt werden. Sie ersetzen zunehmend Roentgenfilm, Speicherfolien und Bildverstaerker. Indirektkonverter bestehen zumeist aus amorphem Silizium und einem Szintillator wie Caesiumiodid. Der heute verwendete typische Aufbau eines solchen Flachdetektors ist in Abbildung 1 dargestellt. Ein Problem des derzeitig verwendeten Aufbaus von Roentgenflachdetektoren besteht darin, dass der Grobkontrast relativ klein ist und ein Low Frequency Drop von etwa 4-7 Prozent praesent ist. Dies wirkt sich negativ auf die Bildqualitaet aus und fuehrt zu einer verringerten DQE (Detective Quantum Efficiency). Ursache fuer dieses Verhalten ist primaer die Anordnung des Ruecklichtboards unter dem Glastraegersubstrat, welches nur eine ungenuegende Abschirmung zum Substrat und damit dem a-Si Plate zulaesst und zur Einkopplung von unerwuenschten Signalkomponenten durch Lichtreflexionen und Lichtstreuung fuehrt. Ein weiteres Problem ist das Nachleuchtverhalten des Szintillators (auch als Afterglow bezeichnet), einem Halbleiter, in dem wie beim amorphen Silizium freie Valenzen (Traps) in der Halbleiterschicht Ladungen zum Teil zeitverzoegert freigeben. Diese freigesetzten Ladungstraeger aus den Haftstellen im amorphen Silizium liefern zeitabhaengige Stroeme und entladen die Fotokapazitaet. Da die Emissionsdauer aus den Haftstellen laenger als die Aufnahmezeit fuer mehrere Bilder dauern kann, kann die Vorgeschichte des aktuellen Bilds nicht vernachlaessigt werden. Eine Massnahme zur Reduktion der zeitabhaengigen Signalanteile aus vorhergehenden Belichtungsphasen wie beim amorphen Silizium durch die Verwendung eines definierten Lichtimpulses durch das Ruecklicht-Array zu Beginn der Ruecksetzphase ist aufgrund der Anordnung des Ruecklichtboards unter dem Panel nicht moeglich.

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Design eines Roentgen-Flachbilddetektors

Idee: Mathias Hoernig, DE-Forchheim

In heutigen Roentgenanlagen werden u.a. Flachdetektoren zur eingesetzt, mit denen die Roentgenstrahlen erfasst und in digitale Bilder gewandelt werden. Sie ersetzen zunehmend Roentgenfilm, Speicherfolien und Bildverstaerker. Indirektkonverter bestehen zumeist aus amorphem Silizium und einem Szintillator wie Caesiumiodid. Der heute verwendete typische Aufbau eines solchen Flachdetektors ist in Abbildung 1 dargestellt.

Ein Problem des derzeitig verwendeten Aufbaus von Roentgenflachdetektoren besteht darin, dass der Grobkontrast relativ klein ist und ein Low Frequency Drop von etwa 4-7 Prozent praesent ist. Dies wirkt sich negativ auf die Bildqualitaet aus und fuehrt zu einer verringerten DQE (Detective Quantum Efficiency). Ursache fuer dieses Verhalten ist primaer die Anordnung des Ruecklichtboards unter dem Glastraegersubstrat, welches nur eine ungenuegende Abschirmung zum Substrat und damit dem a-Si Plate zulaesst und zur Einkopplung von unerwuenschten Signalkomponenten durch Lichtreflexionen und Lichtstreuung fuehrt.

Ein weiteres Problem ist das Nachleuchtverhalten des Szintillators (auch als Afterglow bezeichnet), einem Halbleiter, in dem wie beim amorphen Silizium freie Valenzen (Traps) in der Halbleiterschicht Ladungen zum Teil zeitverzoegert freigeben. Diese freigesetzten Ladungstraeger aus den Haftstellen im amorphen Silizium liefern zeitabhaengige Stroeme und entladen die Fotokapazitaet. Da die Emissionsdauer aus den Haftstellen laenger als die Aufnahmezeit fuer mehrere Bilder dauern kann, kann die Vorgeschichte des aktuellen Bilds nicht vernachlaessigt werden. Eine Massnahme zur Reduktion der zeitabhaengigen Signalanteile aus vorhergehenden Belichtungsphasen wie beim amorphen Silizium durch die Verwendung eines definierten Lichtimpulses durch das Ruecklicht-Array zu Beginn der Ruecksetzphase ist aufgrund der Anordnung des Ruecklichtboards unter dem Panel nicht moeglich.

Ein drittes Problem besteht darin, dass man mit dem aktuellen Design des Detektors das Resetlightboard nicht als optischen Filter zur Modulation der Empfindlichkeit des Detektors verwenden kann, um beispielsweise eine Dunkeltastfunktion wie beim Roentgenbildverstaerker zu erhalten.

Durch eine Designaenderung in der Anordnung der Detektorkomponenten koennen diese Probleme geloest werden. Der Detektor wird derart aufgebaut, dass sich das Resetlightboard ueber dem a-Si Panel befindet, d.h. zwischen Szintillator und Plate. Das Resetlightboard ist als Faseroptik ausgepraegt und besitzt eine Dicke von ca. 0,5 mm bis 2,0 mm. Licht zum Ruecksetzen der Traps sowohl fuer a-Si als auch den Szintillator erfolgt vorzugsweise ueber eine seitlich eingekoppelte Punktlichtquelle (z.B. Laserpulse), wie beispielsweise in eine Abbildung 2 und 3 dargestellt ist.

Zudem wird der Laser (oder werden die Laser) derart ausgepraegt, dass die Wellenlaenge des ausgesendeten Lichts variierbar ist. Dies ermoegl...