NL8004375A - Stralingsdetector met groot oplossend vermogen. - Google Patents

Description

. P & c *,

N 5724-1 Ned.M/LvD

Stralingsdetector met groot oplossend vermogen.

De uitvinding heeft betrekking op een stralingsdetectie-inrichting met groot oplossend vermogen, en meer in het bijzonder op een zodanige 5 inrichting, die middelen omvat om een meting van invallende straling uit te voeren met groot oplossend vermogen en voorts een groot afstopvermogen bezit voor straling en een hoog detectie rendement.

Systemen die hoog energetische straling toepassen, bijvoorbeeld röntgenstraling en gamma-straling voor het onderzoeken van de inwendige 10 structuur van een vast object zijn algemeen bekend in de techniek.

Dergelijke systemen bestralen in een typerend geval een onderzocht wordend object met een hoog energetische bundel en passen detectie-apparatuur toe voor het meten van de intensiteit van de straling, die door het object doorgelaten wordt.

15 Het is bijvoorbeeld bekend in de techniek, in het bijzonder voor medische toepassingen, een film te gebruiken voor het optekenen van een beeld van de röntgenstralen, die door een menselijk lichaam heengegaan zijn. Een dergelijke fiïn omvat in een typerend geval een bovenscherm van fluorescerend materiaal, dat fluoresceert, waarbij een straling van 20 zichtbaar licht geproduceerd wordt als een reactie op invallende hoog energetische röntgenstralen. De van het bovenscherm afkomstige lichtstraling passeert, een foto-gevoelige film, die reageert met het uitgezonden zichtbare licht voor het physisch optekenen van een beeld. Dergelijke films worden gebruikt voor het verschaffen van een radiograaf of röntgen-25 beeld van het bestraalde lichaam, waarbij het röntgenbeeld een resolutie of oplossend vermogen heeft in de orde van 5 lijnen-paren per mm.

De dikte van het fluorescerende bovenscherm bepaalt zowel het oplossend vermogen van het röntgenbeeld als het röntgenstralen-afstopvermogen van de film. Het afstopvermogen van de film neemt toe, naarmate 30 de dikte van het fluorescerende scherm toeneemt, aangezien een dikker scherm beter in staat is om een wisselwerking aan te gaan met invallende röntgenstralen en overeenkomstig zichtbaar licht op te wekken. Wanneer echter de dikte van het scherm toeneemt, daalt het oplossende vermogen van de film, aangezien het dikkere scherm de neiging heeft de verstroolng 35 van het zichtbare licht, waarmee de fotogevoelige film belicht wordt, te vergroten.

Ofschoon een röntgenfilm een röntgenbeeld produceert, met een relatief hoog oplossend vermogen, vereist de film noodzakelijkerwijze een behoorlijke hoeveelheid tijd voor ontwikkeling en daarnaast vereist 40 de film een betrekkelijk hoog niveau van belichting door röntgenstralen voor het produceren van een bevredigend röntgenbeeld.

- 2 -

Eveneens is het filmbeeld niet in een vorm, die zichzelf gemakkelijk leent voor het opslaan in een rekentuig of voor een analyse.

In overeenstemming hiermede zijn systemen ontwikkeld voor een snellere optekening van de intensiteit van röntgenstralen of andere 5 hoog energetische stralen, die worden doorgelaten door een doel object. Dergelijke systemen passen in een typerend geval een scintillatiekristal toe, om invallende röntgenstralen om te zetten in een overeenkomstige straling van zichtbaar lichc. Daarna wordt een foto-detector gebruikt voor het opwekken van een elektrisch signaal dat overeenkomt met de 10 intensiteit van het zichtbare licht. Het electrische signaal afkomstig van de foto-detector, kan gemakkelijk worden omgezet in een digitale vorm en opgeslagen worden in een geheugen of op electronische wijze worden afgebeeld, bijvoorbeeld op een kathodestraalbuis. Uiteraard is het digitale gegeven, dat ontleend wordt aan de detectorsignalen, 15 geschikt voor gebruik met een rekentuig.

Bekende, met stralingsenergie werkende afbeeldsystemen, hebben een scintillatiekristal toegepast alsmede bijbehorende vaste stof optische detectoren, bijvoorbeeld silicium fotodiode rangschikkingen voor het opwekken van electrische signalen, die overeenkomen met de intensiteit 20 van invallende röntgenstralen. Dergelijke electronische detectie apparatuur is gebruikt in samenhang met aftastende, potlood-dunne bundels of waaiervormige bundels van stralings-energie voor het snel verschaffen van een radiograaf of röntgenbeeld van een afgetast doelobject bij relatief lage stralingsniveau's, bijvoorbeeld het MICRO-DOSE systeem, 25 zoals geopenbaard binnen het Amerikaanse octrooischrift 3,780.291, past een aftastende potlood-dunne stralingsbundel toe en een bijbehorend scintillatiekristal en fotodetector voor het verschaffen van zowel digitale stralings intensiteitsgegevens als een corresponderend beeld van een bestraald doelobject.

30 Er is voorgesteld voor aftast-systemen, zoals toegepast bij met rekentuig werkende axiale tomographie een waaiervormige stralingsbundel te gebruiken om een dwarslijn op een doel-lichaam te bestralen en corresponderende stralingsdetectoren te belichten met de waaiervormige stralingsbundel, die uit het lichaam uittreedt. De waaiervormige bundel 35 bij een dergelijk systeem wordt geroteerd rondom het lichaam voor het aftasten van een speciale dwarsdoorsnede-plak of schijf van het lichaam, en de stralingsdetectoren worden electronisch afgetast voor het opwekken van een beeld van de bestraalde plak of schijf.

Bekende electronische stralingsdetectie-inrichtingen zijn 40 gebruikt om electronische radiographische beelden veel sneller te 800 43 75 * „ - 3 - produceren dan gedaan kan worden met film en met lagere stralingsdoses dan vereist zijn voor het produceren van beelden op een röntgenfilm.

De met dergelijke bekende electronische stralingsdetectoren geproduceerde röntgenbeelden hebben helaas niet het hoger oplossend vermogen 5 gehad, dat kenmerkend is voor op film geproduceerde röntgenbeelden.

Daarom zijn electronische afbeeldsystemen tot dusverre niet geschikt geweest voor het produceren van röntgenbeelden met hoog oplossend vermogen.

Meer in het bijzonder heeft de dikte van het scintillatiekristal 10 bij bekende electronische stralingsdetectoren een aanzienlijk verlies aan oplossend vermogen veroorzaakt als gevolg van de normale spreiding en verstrooing van het zichtbare licht, dat binnen het kristal wordt opgewekt. Bij dergelijke bekende inrichtingen wordt de fotodetector geplaatst achter een bijbehorend scintillatiekristal en de binnendringende 15 röntgenstraling wordt toegevoerd om het voorste vlak van het kristal te belichten. Aldus bepaalt de dikte van het scintillatiekristal het afstop-vermogen voor straling van het kristal en tast eveneens het oplossend vermogen van het zichtbare licht aan, dat gemeten wordt door de fotodetector. Daardoor wordt bij bekende stralingsdetectie-inrichtingen 20 het oplossend vermogen van de detector verminderd door de dikte van het scintillatiekristal, ofschoon een bevredigend afstopvermogen tegen straling verkregen wordt.

Dienovereenkomstig is het een oogmerk van de onderhavige uitvinding een effectief middel te verschaffen om zowel het afstopvermogen 25 voor straling van een electronische stralingsdetector te vergroten en het bijbehorende oplossende vermogen van de detector eveneens te vergroten.

Een verder oogmerk van de uitvinding is het verschaffen van een zodanige detector met groot oplossend vermogen, die werkzaam zal kunnen zijn bij lagere stralingsniveaus dan die, welke vereist zijn voor het 30 belichten van een röntgenfilm.

Een ander oogmerk van de uitvinding is het verschaffen van een verbeterde, met stralingsenergie werkende afbeeld-inrichting, waarbij gebruik gemaakt wordt van de detectoren volgens de uitvinding, met groot oplossend vermogen, voor het produceren van röntgenbeelden, met 35 een oplossend vermogen van ten minste 5 lijnenparen per mm.

Deze en andere oogmerken van de onderhavige uitvinding zullen, duidelijk worden uit een overzicht van de gedetaileerde beschrijving, die hieronder volgt en uit een beschouwing van de bijbehorende tekeningen.

Teneinde de oogmerken van de uitvinding te bereiken en de 40 problemen van de bekende stand der techniek te overwinnen omvat de hoge 800 43 75 - 4 - resolutie detectoren volgens de uitvinding een scintillatiekristal, dat zich. uitstrekt in de voortplantingsrichting van invallende röntgenstralen om wisselwerking aan te gaan met de röntgenstralen voor het opwekken van overeenkomstige zichtbare lichtstraling. Het zichtbare licht wordt 5 geleid door een zijdelings gedeelte van het kristal en treedt uit aan een zijdelings emissievlak van het kristal aan de boven- en onderzijde.

Vaste stof detector rangschikkingen, voorzien van een aantal detectorelementen, zijn geplaatst langs de zijdelingse emissievlakken v.· 1 het kristal voor het ontvangen van het zichtbare licht, dat wordt 10 uitgezonden en voor het opwekken van overeenkomstige electrische signalen. Een optisch koppelend vetlaagje is aangebracht tussen de vaste stof detectoren en de zijdelingse emissievlakken van het kristal. Successieve vaste stof detector rangschikkingen wisselen in positie af tussen de zijdelingse emissievlakken en overlappen elkaar ter verschaffing van een 15 continue straling ontvangende zone langs het kristal. De detectorelementen van de detector-rangschikkingen strekken zich uit vanaf de voorzijde van het scintillatiekristal in de voortplantingsrichting van de invallende röntgenstralen.

De lengte van de detectorelementen bepaalt het röntgenstralings-20 afstopvermogen van de hoge resolutie-detector. De hoogte van het voorste vlak van het kristal en de kritische hoek, bepaald door de verhouding van brekingsindices van het kristal en het koppelende vetlaagje bepalen de maximale lengte van het zijdelingse emissiepad van het zichtbare licht en bepalen daardoor het oplossende vermogen van de detector.

25 Een alternatieve uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat fluorescerende optische vezels die worden gebruikt voor het opwekken van zichtbaar licht, als reactie op toegepaste röntgenstralen. Een verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding omvat optische vezels voor het optisch verbinden van de zijdelingse emissievlakken van het kristal met 30 corresponderende detectorrangschikkingen.

De hoge resolutie detector volgens de uitvinding kan worden gebruikt in afbeeld systemen van stralings energie in potlood dunne bundel en waaiervormige bundel voor het produceren van electronische radiographische beelden van hoog oplossend verfiaogen.

35 De uitvinding zal hieronder aan de hand van enige in de figuren der bijgaande tekeningen weergegeven uitvoeringsvooorbeelden nader worden toegelicht.

Fig. 1 toont een aanzicht in perspectief van een scintillatiekristal en bijbehorende photodiode rangschikking volgens de uitvinding; 40 Fig. 2 toont een aanzicht in perspectief van een scintillatie- 800 4 3 75 * r - 5 - kristal en een aantal photodiode rangschikkingen volgens de uitvinding;

Fig. 3 toont een aanzicht in perspectief van een gewijzigde uitvoeringsvorm van de uitvinding onder toepassing van optische vezels voor het verbinden van emissievlakken van het scintillatiekristal en 5 samenwerkende photodiode-rangschikkingen;

Fig. 4 geeft een aanzicht in perspectief van een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding onder toepassing van fluorescerende optische vezels;

Fig. 5 geeft een aanzicht in perspectief van een afbeeldsysteem 10 met potlood-dunne bundel in overeenstemming met de uitvinding; en

Fig. 6 geeft een aanzicht in perspectief van een afbeeldsysteem volgens de uitvinding met waaiervormige bundel.

Het komende gedeelte van de beschrijving zal een aantal voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding omschrijven, die gelezen 15 moeten worden in samenhang met de bijgaande tekeningen, waarin gelijke verwijzingscijfers identieke onderdelen van de apparatuur aanduiden.

Fig. 1 geeft een illustratie in perspectief van een gedeelte van een stralingsdetector met hoog oplossend vermogen volgens de uivinding.

In bedrijf wordt invallende straling R,bijvoorbeeld röntgenstralen, gericht 20 op het voorvlak 1 van een scintillatiekristal 3. Het zal duidelijk zijn voor een deskundige op dit vakgebied, dat als de röntgenstralen het scintillatiekristal doorlopen, het materiaal van het kristal een wisselwerking zal aangaan met röntgen-fotonen, onder het opwekken van overeenkomstige optische of zichtbare lichtphotonen. Een dergelijk scintillatie 25 kristal kan bijvoorbeeld worden gemaakt van cesium-iodide.

Het zichtbare licht, dat door het scintillatiekristal 3 wordt afgegeven, wordt daarna gedetecteerd door een fotodetector, die een electrisch signaal opwekt, dat overeenkomt met de intensiteit van het zichtbare licht. De in figuur 1 weergegeven detector bevat een photo-30 diode rangschikking 5, die vele vaste stof licht aftastende dioden 7 bezit, die opgesteld zijn op een chip. Een dergelijke photodiode rangschikking kan in de handel verkregen worden, bijvoorbeeld zoals geproduceerd door Reticon.

Onder verwijzing thans naar fig. 1 ziet men dat de photodiode 35 rangschikking 5 hele kleine photodiode-elementen 7 omvat, die elk op in de techniek bekende wijze ingericht zijn om een electrisch signaal op te wekken, dat overeenkomt met de intensiteit van licht, gezien langs het oppervlak van het photodiode-element, dat het bovenste zijdelingse oppervlak 9 van het scintillatiekristal 3 treft.

40 Aldus wanneer een röntgenphoton . XP door een schijf 11 van het 800 A3 75 - b - scintillatiekristal 3 loopt en een wisselwerking aangaat met het materiaal van het scintillatiekristal onder het opwekken van overeenkomstige optische photonen OP, zal tenminste een gedeelte van de optische photonen of lichtphotonen door het materiaal van het scintillatiekristal 3 5 lopen naar het bovenste zij-oppervlak 9 en zal gedetecteerd worden door een corresponderend photodiode 7a. Uiteraard zal het photodiode-element 7A een electrisch signaal opwekken, dat overeenkomt met de licht photonen OP, die ontvangen zijn.

De andere photodiode-elementen 7 in de photodiode-rangschikking 10 5, zullen op de zelfde wijze reageren op lichtphotonen, die worden uitgezonden door röntgenphotonen, die door bijbehorende schijven van het scintillatiekristal 3 lopen.

Het zal duidelijk zijn dat de stralings-detectoren van fig. 1 zowel een hoog oplossend vermogen als een hoog afstopvermogen voor 15 röntgenstralen bezit. Het hoge afstopvermogen voor röntgenstraling is het gevolg van de relatief lange röntgenstralenpenetratiediepte D corresponderend met de lengte van de photodiode-elementen 7. De photodiode-elementen 7 zijn uitgericht in de voortplantingsrichting van de invallende röntgenstralen R en elk photodiode-element is langs zijn 20 lengte D gevoelig voor lichtphotonen, die geproduceerd worden door een passerend röntgenphoton. Aldus bepaalt de lengte van de photodiode-elementen 7 het bereik van de penetratie-diepten van röntgenstraling, die tot een meetbaar optisch signaal aanleiding zullen geven. Uiteraard is het belangrijk een voldoende penetratie-diepte voor röntgenstraling 25 te hebben om er zeker van te zijn dat een aanzienlijk aantal invallende röntgenphotonen meetbare wisselwerkingen produceren, met het scintillatie kristal 3.

De róntgendetector bezit een hoog oplossend vermogen aangezien de afstand H, die de opgewekte lichtphotonen OP moeten afleggen, betrek-30 kelijk klein is. Het zal duidelijk zijn, dat in het algemeen de dikte T van het scintillatiekristal 3 de afstand bepaalt, die elk lichtphoton.. moet afleggen om een bijbehorend photodiode-element 7 te bereiken.

Daarom, indien de dikte van het scintillatiekristal klein gemaakt wordt, bijvoorbeeld in de orde van o,3 mm is er een overeenkomstige verminde-35 ring ilïde.veastro o ding. of verzwakking van de lichtphotonen OP die worden opgewekt door de wisselwerking van röntgenphotonen en het materiaal van het scintillatiekristal 3.

Het zal duidelijk zijn aan een deskundige op dit vakgebied, dat de straling uit een emitterend lichtpunt binnen het scintillatie-40 kristal kan worden uitgezonden vanuit een zijdelings emissievlak van 80043 75 - 7 - het kristal, binnen een zóne bepaald door de afstand van het punt vanuit het emissievlak maal de tangens van de kritische hoek op het grensvlak tussen het kristal en de photodiode rangschikkingen. Uiteraard wanneer de afmeting van de emissiezóne van een stralingspuntbron wordt vergroot, 5 wordt het oplossende vermogen van de detector volgens de uitvinding dienovereenkomstig verminderd. Aldus kan het oplossende vermogen van de detector worden vergroot indien de brekingsindex op het grensvlak tussen het kristal en de photodetectoren wordt verkleind.

Een koppelend vetlaagje 10, bijvoorbeeld een koppelingsvet 10 van Dow Corning dat een brekingsindex bezit, die kleiner is dan die van het kristal, kan worden geplaatst op het grensvlak tussen het kristal en de photodioderangschikkingen om de brekingsindex op het grensvlak te verkleinen. In bedrijf kan het vet 10 worden aangebracht op de zijdelingse emissievlakken van het kristal, waarna de photodioderangschikking-15 en aangedrukt kunnen worden, totdat zij in kontakt komen met het ingevette oppervlak van het kristal.Capillaire werking en de hoge viscositeit van het vet voorkomen een kruipen of vloeien van het vet na verloop van tijd.

Aldus licht, dat invalt op het zijdelingse emissievlak van het 20 kristal onder een hoek, die groter is dan de kritische hoek, bepaald door de verhouding van de brekingsindices van het kristal en het koppelingsvet, zal totaal gereflecteerd worden aan het grensvlak. De gereflecteerde straling zal zich binnen het kristal voortplanten door verdere reflecties totdat zij uiteindelijk geabsorbeerd is.

25 Het zal duidelijk zijn dat de opstelling van de photodiode rangschikking 5 en het scintillatiekristal 3 in overeenstemming met de uitvinding het mogelijk maakt de penetratiediepte van röntgenstraling zodanig te vergroten, dat het afstopvermogen van de detector vergroot wordt zonder het oplossende vermogen van de detector aan te tasten.

30 Het zal duidelijk zijn voor een deskundige op dit vakgebied, dat de bekende stralings detectoren photodetectoren bezitten, die geplaatst zijn achter een samenwerkend scintillatiekristal. Bij dergelijke detectoren resulteert de toename van de dikte van het scintillatiekristal ter verkrijging van een groter afstopvermogen noodzakelijkerwijze in 35 een dalend oplossend vermogen, aangezien de lichtphotonen in het algemeen een grotere afstand hebben af te leggen om een bijbehorende photodetec-tor te kunnen bereiken. Aldus wordt het afstopvermogen en het oplossend vermogen van bekende detectoren bepaald door een enkele afmeting van het samenwerkende scintillatiekristal.

40 In overeenstemming echter met de uitvinding, zijn het scintillatie- 80043 75 - 8 - kristal en de bijbehorende photodetector zodanig geplaatst dat de ene dimensie van het kristal het oplossende vermogen van de detector bepaalt, en een andere dimensie van het kristal het afstopvermogen van de detector bepaalt.

5 fig. 2 geeft een illustratie in perspectief van een voorkeurs uitvoeringsvorm van de uitvinding voor het meten van de intensiteit van röntgenstralen of andere hoog energetische straling, die wordt toegepast over een zóne die aanzienlijk groter is dan de lengte L van een photodiode rangschikking 5. In overeenstemming met de 10 uitvinding worden photodioderangschikkingen 5 geplaatst op het bovenste zijdelingse oppervlak 9 en op het onderste zijdelingse oppervlak 17 van het scintillatiekristal 3. Het is noodzakelijk, een aantal photodioderangschikkingen op deze wijze toe te passen aangezien photodiode rangschikkingen met grotere dimensies niet gemakkelijk beschikbaar 15 zijn. Het dient echter duidelijk te zijn dat een enkelvoudige photodiode rangschikking kan worden gebruikt, indien de lengte L van de photodiode rangschiking 5 overeenkomt met de lengte L index 1 van het scintillatiekristal 3.

De in de handel verkrijgbare photodiode rangschikkingen 5 2Q volgens de voorkeurs uitvoeringsvorm van fig. 2 hebben een lengte L van ca. 25,4 mm en omvatten 1024 photodiode elementen, die elk lichtgevoelig zijn langs een lengte D van ca. 2 mm. Het scintillatiekristal 3 heeft een dikte T van ca. 0.3 mm. Zoals eerder uiteengezet, zijn de dikte T en de kritische hoek aan het grensvlak tussen het kristal en photodioden 25 bepalend voor het oplossend vermogen van de stralingsdetector.

De lengte D van de photodiode elementen 7 van de photodioderangschikkingen 5 is bepalend voor het afstop vermogen of maximale röntgenstralings penetratiediepte van de röntgen meetinrichting volgens de uitvinding.

De photodiode elementen binnen elke rangschikking strekken 30 zich niet uit naar de rand van de bijbehorende monolitische chip als gevolg van de praktische beperkingen in het vervaardigingsproces.

Daarom is het niet praktisch om alle photodiode rangschikkingen 5 tegen elkaar aanliggend op een lijn te plaatsen aan het ene zijvlak van het scintillatiekristal 3, aangezien de eindgedeelten van de rangschikkingen 35 dan onaanvaardbare spleten zouden vormen in de lijn van lichtgevoelige elementen van de rangschikkingen.

Aldus ter verschaffing van een gelijkvormige lijn van stralings detectie elementen kunnen successieve photodiode rangschikkingen worden geplaatst in posities, die afwisselen tussen het bovenste zijvlak 9 40 en het onderste zijvlak 17 van het scintillatiekristal 3.

800 4375 ψ * - 9 -

Het zal duidelijk zijn dat elke photodiode rangschikking 5 zodanig geplaatst wordt, dat zij enigszins de bijbehorende randzöne overlapt van de voorafgaande photodiode rangschikking, zodat de photodiode elementen aan de aangrenzende randen van de rangschikkingen op de juiste wijze 5 uitgericht kunnen zijn. De photodiode rangschikkingen 5, kunnen in deze afwisselende, overlappende relatie geplaatsts worden langs de lengte van het scintillatiekristal 3, ter verschaffing van een stralingsmeetzöne van een bepaalde lengte.

Het zal duidelijk zijn, dat het niet noodzakelijk is om de 10 photodiode elementen nauwkeurig uit te richten van de ene zijde naar de andere zijde, aangezien de maximale verplaatsing hart-op-hart van ongeveer 0,012 mm d.w.z. een halve pixel, weinig effect zal hebben op de kwaliteit van een röntgenbeeld dat opgewekt is uit de electrische signalen van de photodiode rangschikkingen. Het zal eveneens duidelijk zijn voor 15 een deskundige op dit vakgebied, dat een rekentuig correctie kan worden aangebracht, teneinde de gegevens af te vlakken die worden ontvangen uit de overlappingszónes van de rangschikkingen.

In bedrijf wordt een hoog energetische stralingsbron 4, bijvoorbeeld een gecollimeerde waaiervormige stralingsbundel 13, gericht op de 20 voorrand 1 van het kristal 3. De röntgenphotonen doorlopen de afstand D in het scintillatiekristal 3 en gaan een wisselwerking aan met het kristal onder het produceren van bijbehorende lichtphotonen, die gedetecteerd worden door de elementen 7 van de photodiode rangschikkingen 5.

De electrische signalen van de photodiode elementen worden afgetast 25 en vervolgens opgeslagen of afgebeeld op een afbeeld-inrichting, bijvoorbeeld een kathodestraal oscillograaf. Het zal duidelijk zijn, dat een aftastende potlood-dunne bundel van röntgenstralen of een willekeurige gecollumeerde of ongecollimeerde bron van röntgenstralen kan worden gebruikt voor het bestralen van het voorvlak 1 van het kristal 3. In het 30 algemeen is de dimensie D van de photodetector elementen 7 voldoende klein om te waarborgen dat het verlies aan oplossend vermogen klein is, indien röntgenstralen, die invallen op het voorvlak 1 divergerend zijn, zoals wanneer een bron met een waaiervormige bundel wordt gebruikt.

Fig. 3 illustreert in perspectief een inrichting volgens de 35 uitvinding, waarbij lichtpijpen of bundels van optische vezels 19 worden gebruikt om lichtphotonen uit te zenden vanaf de zijdelingse emissie-oppervlakken 9 en 17 van het scintillatiekristal 3 naar de bijbehorende photodiode rangschikkingen 5. Uiteraard wordt de werking van de inrichting volgens de uitvinding door het gebruik van dergelijke vezel-optische 40 elementen niet in materiële zin veranderd.

800 43 75 - 10 -

Zoals hiervoor toegelicht, en wel voor de uitvoeringsvorm van figuren 1 en 2, wordt invallende primaire straling van hoge energie, bijvoorbeeld röntgenstraling omgezet in secundaire lichtstraling door een scintillatiekristal en wordt de lichtstraling ontvangen door 5 een photodiode rangschikking, die een corresponderende hoeveelheid electronen uitzendt, voor het opwekken van een electrisch signaal.

Het zal echter duidelijk zijn voor een deskundige op dit vakgebied, dat de photodiode rangschikkingen van fig. 1 kunnen worden toegepast voor het rechtstreeks ontvangen van de primaire röntgenstraling en voor het 10 uitzenden als "secundaire straal" de corresponderende electronen die evenredige electrische signalen definiëren.

Aldus in overeenstemming met de uitvinding, kunnen de photodiode rangschikkingen op zichzelf worden gebruikt voor het opwekken van signalen, die evenredig zijn met de intensiteit van de invallende röntgenstraling, 15 ofschoon een dergelijk gebruik kan resulteren in een verminderde werkzame duur voor de rangschikkingen. Uiteraard worden de rangschikkingen door een dergelijke uitvoeringsvorm geplaatst om straling te ontvangen aan een voorvlak, en zijn gedimensioneerd om een voldoende afstand D af te leggen in de voortplantingsrichting van de straling, teneinde een 20 meetbaar gedeelte van de röntgenstralen af te stoppen.

Fig. 4 illustreert een uitvoeringsvorm van de uitvinding, waarbij fluorescerende optische vezels 20 kunnen worden gebruikt in plaats van een scintillatiekristal voor het opwekken van lichtphotonen als reaktie op hoog energetische straling R. Dergelijke fluorescerende 25 optische vezels zijn in de techniek bekend en omvatten middelen voor het inwendig fluoresceren als reaktie op aangelegde röntgenstraling.

In bedrijf wordt een hoog energetische stralingsbron, bijvoorbeeld een gecollimeerde waaiervormige stralingsbundel R gericht voor het bestralen van de voorste einden van de optische vezels 20.

30 Naarmate de róntgenphotonen de as van de vezels 20 passeren, treden de photonen in wisselwerking met het fluorescerende materiaal van de vezels onder het opwekken van corresponderende photonen van zichtbaar licht.

De photonen van het zichtbare licht worden gedragen door de optische vezels naar photodiode rangschikkingen 5, die optisch verbonden zijn met 35 de emitterende einden van de optische vezels. De photonen van zichtbaar licht worden door de optische vezels gedragen naar photodiode rangschikkingen 5, die optisch verbonden zijn met de emitterende einden van de optische vezels. De photonen van zichtbaar licht worden afgetast door de photodiode elementen van de photodiode rangschikkingen op de zelfde 40 wijze als werd beschreven voor het scintillatiekristal van fig. 2.

80 0 4 3 75 -line detector van fig. 4 bezit een hoog oplossend vermogen aangezien het inwendig opgewekte licht zich bevindt in de vezels wanneer het overgaat naar de photodiode rangschikkingen.

Fig. 5 illustreert een met een potlood-dunne bundel aftastende 5 stralingsenergie afbeeldende inrichting, waarin de hoge resolutie detector volgens de uitvinding kan worden toegepast. Een dergeli^ke afbeeld inrichting is in de handel verkrijgbaar in de vorm van het MICRO-DOSE röntgenstralensysteem, dat wordt geopenbaard in het Amerikaanse octrooi nr. 3.780.291.

10 Onder verwijzing thans naar figuur 5 zal het duidelijk zijn dat in bedrijf een doel of trefplaat 21 wordt geplaatst tussen een stralingsdetector 6 volgens de uitvinding en een röntgenstralingsbron 23 en bijbehorende onderbrekingsplaat of chopper 25. De röntgenstralingsbron 23 wekt een waaiervormige stralingsbundel op en de onderbrekingsplaat 15 25 wordt geroteerd om de waaiervormige bundel ue onderbreken en daardoor een potlood-dunne bundel 26 van röntgenstralen op te wekken.

De potlood-dunne bundel 26 beweegt in een dwarsrichting ten opzichte van trefplaat 21, teneinde een doorsnede van de trefplaat 21 af te tasten. Wanneer de bundel in dwarsrichting beweegt, wordt de straling, die door 20 de trefplaat doorgelaten wordt, geleid naar de voorste rand van het scintillatiekristal 3 en de intensiteit van de doorgelaten straling wordt gemeten door de photodiode elementen van de bijbehorende photodiode rangschikkingen 5 op de wijze zoals beschreven voor de detector van fig,2. Het electrische signaal van de photodiode rangschikkingen wordt afgetast 25 en representaties van de electrische signalen worden opgeslagen en afgebeeld op een wijze, zoals bekend in de techniek.

Het zal duidelijk zijn, dat het scintillatiekristal 3 en bijbehorende photodiode rangschikkingen 5 van de stralingsdetector 6 van fig. 5 stationair zijn, terwijl de bundel in dwarsrichting aan het aftasten is, 30 zodat successieve zones langs de lengte van de detector 6 de straling ontvangen, die wordt doorgelaten door de trefplaat 21. Na elke dwarslijn aftasting van de bundel 26 over de trefplaat 21, worden de detector 6 en de bundel naar voren bewogen over een kleine toename in een richting haaks op de dwars afgetaste richting, en voert de bundel een nieuwe lijn-35 aftasting van de trefplaat uit,. Aldus worden successieve lijnen of dwarsdoorsneden van de trefplaat afgetast en worden de successieve lijnaftastingen gecombineerd op een wijze bekend in de techniek voor het produceren van een röntgenbeeld van het afgetaste gedeelte van de trefplaat.

40 Fig. 6 illustreert een met stralingsenergie werkende afbeeld- 800 4 3 75 - 12 - inrichting, die een stralingsbron 22 met waaiervormige bundel toepast voor het aftasten van de trefplaat 21. In bedrijf wordt een waaiervormige bundel van hoog energetische straling opgewekt op een wijze, zoals bekend uit de techniek en wordt gericht om een doorsnede 5 schijf van de trefplaat 21 te doorlopen en de voorste rand van het scintillatiekristal 3 van de detector 6 met groot oplossend vermogen te bestralen.

Het zal duidelijk zijn, dat voor de inrichting van fig. 6 een gehele lijn of doorsnede van de trefplaat 21 wordt bestraald op een bepaald 10 tijdstip en de corresponderende doorgelate straling de gehele lengte van het scintillatiekristal 3 van de detector 6 met groot oplossend vermogen bestraalt. De corresponderende electrische signalen opgewekt door de photodiode rangschikkingen 5 geplaatst over de lengte van het kristal 3, worden afgetast, opgeslagen en desnoods afgebeeld.

15 De waaiervormige bundel kan snel worden bewogen om de gehele lengte van de trefplaat 21 af te tasten door de ondersteuning 27 te bewegen, die de stralingscetector 20 stevig vasthoudten de stralingsbron 6 voor waaiervormige bundels. Uiteraard als de waaiervormige bundel aftast over de lengte van de trefplaat 21, worden de photodiode rang-20 schikkingen van de stralingsdetector 6 continue afgetast om de stralings-absorbtie gegevens te verschaffen voor successieve lijnen of dwarsdoorsneden van de trefplaat 21. Zoals eerder vermeld dient een op deze wijze geproduceerd röntgenbeeld het zelfde oplossende vermogen te verschaffen als een röntgenbeeld geproduceerd met rasterfilm ("screen 25 film"). Aangezien echter het scintillatiekristal 3 efficiënter is bij het detecteren van röntgenstralen, dan de rasterfilm, kan het elec-tronisch geproduceerde röntgenbeeld verkregen worden met lagere belichtingsniveaus van röntgenstraling.

Ofschoon silicium photodiode rangschikkingen worden gebruikt 30 als photodetectors in de voorkeurs uitvoeringsvorm van de uitvinding, zal het duidelijk zijn, dat andere photodetectiemiddelen kunnen worden gebruikt zonder buiten de beschermingsomvang van de uitvinding te geraken, mits zulke andere detectiemiddelen een voldoend kleine stralings meetzöne bezitten. Daarnaast zal het duidelijk zijn, dat ofschoon 35 metingen van de afmetingen van het scintillatiekristal en de photodiode-rangschikkingen voorzien zijn voor de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding, kunnen andere afmetingen worden gebruikt zonder buiten de beschermings omvang van de uitvinding te geraken. Eveneens zal het duidelijk zijn, dat in overeenstemming met de uitvinding het aantal 40 scintillatiekristallen en bijbehorende photodiode rangschikkingen op 800 4375 - 13 - elkaar gestapeld kunnen worden ter verschaffing van de rangschikking van detectoren met hoog oplossend vermogen voor het gelijktijdig meten van de straling over een bestraalde zóne van grotere breedte.

Indien een dergelijke afbeeld inrichting wordt gebruikt in 5 combinatie met de detector volgens de uitvinding, kan een röntgenbeeld of radiografisch beeld (röntgen- èn gammastraling) met zeer hoog oplossend vermogen van een trefplaat 21 worden verkregen. Meer in het bijzonder zal een dergelijke afbeeldinrichting een radiografisch beeld produceren met een oplossend vermogen van ten minste 5 lijnen paren per 10 mm. Een dergelijk oplossend vermogen is equivalent met het thans voor een rasterfilm beschikbare oplossende vermogen, ofschoon een afbeeld-systeem volgens de uitvinding een electronisch beeld met hoog oplossend vermogen zal verschaffen bij een veel lager belichtingsniveau dan vereist is voor het produceren van een vergelijkbaar beeld met een raster-15 filmsysteem. Daarenboven heeft een dergelijk electronisch afbeeldsysteem met hoog oplossend vermogen het extra voordeel van het verschaffen van digitale gegevens, die op efficiënte wijze kunnen worden opgeslagen, geanalyseerd of afgebeeld door electronische middelen.

Aldus kan de uitvinding worden belichaamd in andere specifieke 20 vormen, zonder buiten de beschermingsomvang van de uitvinding te geraken. Daarom zijn de onderhavige uitvoeringsvoorbeelden te beschouwen in alle opzichten in illustratieve zin en niet in beperkende zin.

25 ft on 4 3 75

Claims (26)

1. Stralingsdetectie inrichting met groot oplossend vermogen voor het ontvangen van primaire straling uit een stralingsbron en voor het opwekken van ten minste één signaal dat correspondeert met de intensiteit van de invallende primaire straling, bevattende: 5 een stralingsomzetter-middel, ingericht om de primaire straling te ontvangen en deze te laten lopen over een bepaalde afstand voor het aangaan van een wisselwerking met de primaire straling en het opwekken van een corresponderende secundaire straling; een detectormiddel voor het ontvangen van de secundaire straling en het 10 opwekken van ten minste dat ene signaal, dat overeenkomt met de intensiteit van de secundaire straling; en resolutiemiddelen voor het reduceren van de laterale spreiding van de secundaire straling, die loopt van het stralings omzetmiddel naar het detectormiddel.

2. Stralingsdetectie inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het resolutiemiddel tennminste een optische vezel omvat, en het stralings omzettermiddel fluorescerend materiaal omvat, dat ingebed·, is in die tenminste ene optische vezel.

3. Stralingsdetectie inrichting volgens conclusie 2, met het ken- 20 merk, dat het detectormiddel tenminste een photodiode omvat aanliggend tegen een emissie-einde van die ten minste ene optische vezel.

4. Stralingsdetectie inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het stralings omzetmiddel een scintillatiekristal omvat, voorzien van een voorste vlak voor het ontvangen van de primaire straling 25 en het laten uitlopen over een bepaalde afstand in de voortplantingsrichting van de primaire straling, welk scintillatiekristal tenminste één zijdelings emissievlak bezit voor het laten passeren van de secundaire straling.

5. Stralingsdetectie inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het resolutiemiddel optische koppelingsmiddelen omvat, 30 aangebracht tussen het scintillatiekristal en het detectormiddel, welk koppelingsmiddel een berekeningsindex bezit, die kleiner is dan de berekeningsindex van het scintillatiekristal.

6. Stralingsdetectie inrichting volgens conclusie 5, met het $ kenmerk, dat het optische koppelingsmidde^een koppelend vetlaagje is.

7. Stralingsdetectie inrichting met hoog oplossend vermogen voor het ontvangen van primaire straling uit een stralingsbron en het opwekken van tenminste een electrisch signaal dat overeenkomt met de intensiteit 800 43 75 - 15 - van de invallende primaire straling, bevattende: een omzetmiddel voorzien van een voorste vlak voor het ontvangen van de primaire straling en zich uitstrekt over een bepaalde afstand in de voortplantingsrichting van de primaire straling voor het aangaan van een 5 wisselwerking met de primaire straling en het opwekken van een corresponderende secundaire straling, die een zijdelings gedeelte van het stralings-omzettermiddel doorloopt, waarbij de lengte van het zijdelings gedeelte kleiner is dan de bepaalde afstand; en een middel om ten minste dat ene elektrische signaal te bepalen uit de 10 secundaire straling.

8. Stralingsdetectieinrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het stralingsomzettermiddel ten minste één fotodiode omvat, en de secundaire straling bestaat uit elektronen.

9. Stralingsdetectie-inrichting volgens conclusie 7, met het 15 kenmerk, dat het omzettermiddel een scintillatiekristal is, en de secundaire straling lichtstraling is.

10. Stralingsdetectie-inrichting met hoog oplossend vermogen voor het ontvangen van primairs straling uit een stralingsbron en het opwekken van ten minste één elektrisch signaal dat overeenkomt met de 20 intensiteit van de invallende primaire straling, bevattende: een omzetmiddel voorzien van een voorste vlak voor het ontvangen van de primaire straling en het laten lopen over een bepaalde afstand in de voortplantingsrichting van de primaire straling om een wisselwerking aan te gaan met de primaire straling en het opwekken van een corresponderende 25 secundarie straling, die een zijdelings gedeelte van het stralingsomzettermiddel doorloopt en uittreedt uit ten minste één zijdelings emissievlak van het stralingsomzettermiddel; en een detectormiddel ingericht voor het ontvangen van ten minste een gedeelte van de secundaire straling, die zijdelings wordt geëmitteerd uit 30 het omzettermiddel en het opwekken van ten minste één elektrisch signaal dat overeenkomt met de intensiteit van de secundaire straling, die ontvangen is.

11. Stralingsdetectie-inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het omzettermiddel zich uitstrekt in de voortplantings- 35 richting van de primaire straling . over een afstand, die voldoende is om wisselwerking aan te gaan met een behoorlijk gedeelte van de primaire straling, en de resulterende secundaire straling wordt doorgelaten in een zijdelingse richting door het omzettermiddel over een afstand, die voldoende klein is om verstrooiing en verzwakking van de secundaire stra-40 ling minimaal te houden. 800 43 75 - 16 - 12. stralingsdetectie inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het omzettermiddel een scintillatiekristal omvat.

13. Stralingsdetectie inrichting volgens conclusie 12, omvattende een optisch koppelingsmiddel aangebracht tussen het detectormiddel 5 en het scintellatiekristal, welk koppelingsmiddel een brekingsindex bezit, die kleiner is dan de brekingsindex van het scintillatiekristal voor het verminderen van de zijdelingse spreiding van de secundaire straal, die gaat van het scintillatiekristal naar het detectormiddel.

14. Stralingsdetectie inrichting volgens conclusie 13, met 10 het kenmerk, dat het optische koppelingsmiddel een koppelende vetlaag heeft.

15. Stralingsdetectie inrichting volgens conclusie 10, omvattende optische vezels voor het optisch verbinden van het detector middel en een bijbehorende zóne van tenminste één zijdelings emissievlak 15 van het omzettermiddel.

16. Stralingsdetectie inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het omzettermiddel tenminste een scintillatiekristal omvat voor het ontvangen van primaire röntgenstralen en het opwekken van corresponderende, secundaire optische stralen.

17. Stralingsdetectie inrichting volgens conclsie 10 met het kenmerk, dat het detectormiddel tenminste een vaste stof detector bevat, voorzien van een aantal detectie-elementen, voor het ontvangen van secundaire optische stralen en het opwekken van een corresponderend electrisch signaal.

18. Stralingsdetectie inrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het omzettermiddel twee zijdelingse emissievlakken omvat voor het doorlaten van secundaire stralen en het dectormiddel een aantal vaste stof stralingsdetectoren omvat, die elk geplaatst zijn voor het ontvangen van secundaire stralen uit een zone uit een der twee zijde- 30 lingse emissievlakken en het opwekken van corresponderende electrische signalen, waarbij successieve vaste stof detectoren geplaatst zijn om afwisselend een overlappende betrekking te bewerkstelligen tussen twee zijdelingse emissievlakken.

19. Stralingsdetectieinrichting volgens conclusie 18, met het 35 kenmerk, dat elk der vaste stof stralingsdetectoren een aantal detectie elementen omvat voor het ontvangen van de secundaire stralen uit een gedeelte van het bijbehorende zijdelingse emissievlak en het opwekken van een corresponderend electrisch signaal. 800 43 75 - 17 -

20. Stralingsdetectie inrichting volgens conclusie 18, gekenmerkt door optische koppelingsmiddelen, aangebracht tussen elk der vaste stof detectoren en het oppervlak van het bijbehorende zijdelingse emissievlak, ter vermindering van de zijdelingse 5 spreiding van de secundaire straling, die loopt vanaf het zijdelingse emissievlak naar de vaste stof detectoren.

21. Stralingsdetectie inrichting volgens conclusie 18, gekenmerkt door vezel optische middelen voor optische verbinding van elk der vaste stof detectoren met een corresponderende zone op een 10 bijbehorend zijdelings emissievlak. 800 43 75 - 18 -

22. Met stralingsenergie werkende afbeeldinrichting van een type, waarbij een stralingsbron van hoge energie een bijbehorende stra-lingsbundel opwekt en de bundel wordt bewogen om successieve doorsneden van een trefplaatlichaam te bestralen en de straling die wordt doorge- 5 laten door het lichaam omgezet wordt in video-signalen voor afbeelding, gekenmerkt door een stralingsomzettermiddel geplaatst nabij het lichaam voor het ontvangen van de doorgelaten straling en zich uitstrekt over een bepaalde afstand in de voortplantingsrichting van de doorgelaten straling om een wisselwerking aan te gaan met de doorgelaten straling, 10 en voor het opwekken van corresponderende zichtbare lichtstraling, die gaat door een zijdelings gedeelte van het stralingsomzettermiddel en uittreedt van ten minste één zijdelings emissievlak van het stralingsomzettermiddel, en een detectormiddel geplaatst voor het ontvangen van ten minste een gedeelte van de zijdelings uitgezonden zichtbare licht-15 straling en voor het opwekken van corresponderende elektrische signalen voor afbeelding.

23. Met stralingsenergie werkende afbeeldinrichting volgens conclusie 22, gekenmerkt door middelen voor het opwekken van een waaiervormige bundel van hoog energetische straling om die te laten gaan door 20 een doorsnede-gedeelte van het lichaam en voor het bestralen over de lengte van het stralingsomzettermiddel.

24. Met stralingsenergie werkende afbeeldinrichting volgens conclusie 22, gekenmerkt door middelen voor het opwekken van een potlood-dunne bundel van hoog energetische straling en het in dwarsrichting de 25 potlooddune bundel een baan te laten beschrijven over het lichaam en langs de lengte van het stralingsomzettermiddel voor het produceren van een doorsnede-aftasting van het lichaam.

25. Met stralingsenergie werkende afbeeldinrichting volgens conclusie 22, met het kenmerk, dat het stralingsomzettermiddel een scintil- 30 latiekristal is en het detectormiddel een aantal vaste stof detectoren omvat, waarbij een eerste groep vaste stof detectoren geplaatst is over de lengte van het bovenste zijdelingse vlak vein het scintillatiekristal, dat daar tegenaan ligt, waarbij successieve detectoren gescheiden zijn door een spleet, en een tweede groep detectoren opgesteld is langs de 35 lengte van het onderste zijvlak van het scintillatiekristal en aanligt tegen het onderste zijdelingse vlak op plaatsen die overeenkomen met de spleten en aan elke zijde van de spleten elkaar overlappen.

26. Met stralingsenergie werkende afbeeldinrichting volgens conclusie 25, met het kenmerk, dat elk der vaste stof detectoren een aantal 40 detectie-elementen omvat voor het detecteren van uitgezondén lichtstraling 800 43 75 *· * - 19 - en het opwekken van een corresponderend elektrisch signaal, waarbij elk detectie-element zich uitstrekt vanaf de voorzijde van het bijbehorende zijdelingse emissievlak in de voortplantingsrichting van een invallende röntgenstraal.

27. Met stralingsenergie werkende afbeeldinrichting volgens conclusie 25, gekenmerkt door een optisch koppelingsmiddel aangebracht tussen de vaste stof detectoren en het scintillatiekristal voor het verminderen van de zijdelingse spreiding van de zichtbare lichtstraling die gaat van het scintillatiekristal naar de vaste stof detectoren. 800 4375