DE69613131T2

DE69613131T2 - Röntgenbilddetektor und Bildauslesevorrichtung

Info

Publication number: DE69613131T2
Application number: DE1996613131
Authority: DE
Inventors: Emile Schoeters
Original assignee: Agfa Gevaert NV
Current assignee: Agfa HealthCare NV
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 2001-11-22
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: EP0846962B1; DE69613131D1; JPH10172481A; EP0846962A1

Description

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der digitalen Radiographie. Die Erfindung betrifft insbesondere einen neuen Röntgenstrahlendetektor und eine Röntgenstrahlbild-Auslesevorrichtung.

Beschreibung des Stands der Technik

Auf dem Gebiet der digitalen Radiographie ist in jüngster Zeit viel Arbeit in die Entwicklung von neuen (zweidimensionalen) Strahlungsdetektoren (z. B. Röntgenstrahlendetektoren) investiert worden, die eine digitale Signaldarstellung eines Strahlungsbilds liefern.
Ein in US 5,331,179 beschriebenes Beispiel ist ein Halbleiterröntgenstrahlendetektor, der eine leitende Schicht mit mehreren diskreten Mikroplatten mit Abmessungen umfaßt, die sich in gleicher Richtung mit einem Bildelement erstrecken. Die Tafel umfaßt weiterhin mehrere Zugangselektroden und elektronische Bauelemente, die auf der Tafel angebracht sind und die Zugang zu den Mikroplatten zum Erfassen und Auslesen eines in der Tafel gespeicherten latenten radiographischen Bilds in Form elektrischer Ladungen gestatten.
Aus US 5,268,569 ist ein Bildbelichtungssystem zum Lesen eines in einem lichtleitenden Material gespeicherten latenten photostatischen Bilds bekannt. Das System weist mehrere längliche parallele Streifen neben dem lichtleitenden Material auf, wobei die Streifen gezielt abgetastet werden, um Ladungsträger zu erzeugen. Der durch die Ladungsträger erzeugte Strom wird dann erfaßt.
In der Literatur ist über noch weitere Arten von zweidimensionalen Röntgenstrahlendetektoren berichtet worden, die eine digitale Darstellung eines Strahlungsbilds liefern.
Es sind eine Reihe von Versuchen unternommen worden, um einen zweidimensionalen Röntgenstrahlendetektor zu entwickeln, dessen Funktionsweise auf einer Elektronenlawine in einer gasförmigen Umgebung beruht.
So ist beispielsweise in dem Artikel "Characteristics of a novel X-ray detector for realtime radiographic imaging" von I. Frumkin et al., NDT & E International 1994, Band 27, Nr. 6, Seiten 317-323, und in "Secondary emission gaseous detectors, A new class of radiation imaging devices" von A. Breskin, Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 44 (1995) 351-363, ein Strahlungsdetektor beschrieben worden, der auf der Vervielfachung von von einem dünnen Konverter emittierten, durch Strahlung induzierten Photoelektronen oder Sekundärelektronen in Gas basiert.
Ein Röntgenstrahlendetektor ist auch aus US 5,192,861 bekannt, der auf der Grundlage einer Elektronenlawine funktioniert. Der Detektor umfaßt eine Photokathode, einen oder mehrere gasgefüllte Elektronenvervielfacher und ein Elektronenerfassungsmittel. Die Photokathode ist so angeordnet, daß sie Röntgenstrahlung empfängt und als Reaktion auf eintreffende Röntgenstrahlung eine Ausgabe von Elektronen erzeugt. Mindestens ein gasgefüllter Elektronenvervielfacher erzeugt als Reaktion auf die Ausgabe von von der Photokathode erzeugten Elektronen eine Lawine von Elektronen. Die Lawine aus Elektronen wird dann mit Hilfe eines Elektronenerfassungsmittels, wie beispielsweise mehreren Pad-Elektrodenbaugruppen, gesammelt.
Bei dem oben beschriebenen Detektor ist die Quantenausbeute für Röntgenstrahlenenergien über 10 keV wegen der geringen Absorption der Photokathode gering. Außerdem muß die Auslesung der oben beschriebenen Detektoren synchron mit der Eintreffgeschwindigkeit der Bildinformationen stattfinden.
In US 5,223,717 ist eine weitere Bilderzeugungseinrichtung für ionisierende Strahlung beschrieben worden, die ebenfalls auf der Basis einer Elektronenlawine funktioniert. Die Einrichtung besteht aus einem Szintillator zum Umsetzen ionisierender Strahlung in das Ultraviolettspektrum.
An den Szintillator ist ein Gasdetektor angekoppelt, der so ausgelegt ist, daß er auf die empfangene Ultraviolettstrahlung mit der Bildung einer Elektronenlawine reagiert, die bewirkt, daß das Gas des Detektors ionisiert wird, wobei eine intensive Lichtemission stattfindet.
Es ist ein Bilderzeugungssystem vorgesehen, um ein Bild von Elektronenlawinen aufzuzeichnen, die die Ionisierung des Gases in dem Gasdetektor bewirken.
Aus EP-A-142 865 ist eine Strahlungsbildauslesevorrichtung zum Auslesen eines Bilds bekannt, das in einem stimulierbaren Leuchtstoffschirm gespeichert ist.
Die Vorrichtung umfaßt eine lineare stimulierende Lichtquelle und einen Zeilensensor, der aus photoelektrischen Halbleiterumwandlungsbauelementen besteht. Der Teil des Leuchtstoffschirms, der von der linearen Lichtquelle emittiertem Licht ausgesetzt ist, und der Zeilensensor werden relativ zu dem Leuchtstoffschirm bewegt. Auslesemittel sind vorgesehen, um die Ausgangssignale des Zeilensensors gemäß der Bewegung des ausgesetzten Teils und dem Zeilensensor sequentiell auszulesen.

Aufgaben der Erfindung

Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines neuen zweidimensionalen Röntgenstrahlendetektors, der eine digitale Darstellung eines Strahlungsbilds liefert, wobei die Auslesegeschwindigkeit nicht von der Geschwindigkeit abhängt, mit der Strahlungsbilder erfaßt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Auslesevorrichtung zum Auslesen eines durch einen derartigen Detektor erfaßten Strahlungsbilds.
Weitere Aufgaben gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.

Darstellung der Erfindung

Ein Röntgenbilddetektor, der ein röntgenstrahlenempfindliches Speichermittel (1) zum Speichern eines Röntgenbilds umfaßt, wobei das Speichermittel bildmäßig moduliertes Licht emittieren kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweidimensionaler positionsempfindlicher gasgefüllter Photonendetektor (2, 4, 6, 7) so ausgelegt ist, daß er bildmäßig moduliertes Licht erfaßt.
Die Vorkehrung des röntgenstrahlenempfindlichen Speichermittels sorgt dafür, daß die Auslesung des Röntgenbilds nicht länger durch die Geschwindigkeit bestimmt wird, mit der die Bildinformationen erfaßt werden.
Im Stand der Technik wird die Auslesung bespielsweise mit Hilfe eines Arrays von Impulszählelementen durchgeführt. Impulse müssen in Echtzeit gezählt und gemessen werden, d. h. mit der Geschwindigkeit, mit der sie bei den Zählelementen ankommen. Falls dies für alle Bildelemente gleichzeitig erfolgen muß, wobei die Anzahl der Bildelemente in der Regel in der Größenordnung von Millionen von Bildelementen liegt, dann ist dies eine extrem schwierige Aufgabe.
In der Technik sind zweidimensionale gasgefüllte positionsempfindliche Photonendetektoren wohlbekannt. Beispiele sind in dem Artikel "Applications of gaseous detectors in astrophysics, medicine and biology" von F. Sauli, veröffentlicht in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A323 (1992) 1-11 und in dem oben beschriebenen US- Patent 5,192,861 beschrieben.
Ein bevorzugter zweidimensionaler positionsempfindlicher gasgefüllter Photonendetektor umfaßt:
- von dem Speichermittel emittiertes, bildmäßig moduliertes Licht empfängt und als Reaktion auf das bildmäßig modulierte Licht eine Ausgabe von Elektronen liefert,
- einen gasgefüllten Elektronenvervielfacher, der die Ausgabe von Elektronen aus der Photokathode bearbeitet, um eine Elektronenlawine zu liefern, die eine erhöhte Anzahl von Elektronen umfaßt,
- eine Elektrodenbaugruppe, die mindestens eine Anode und mindestens eine Kathode umfaßt, wobei die Elektrodenbaugruppe so ausgelegt ist, daß sie von dem Elektronenvervielfacher erzeugte Elektronen einsammelt.
Diese Ausführungsform, die auf der Sekundäremission von Elektronen von einem massiven Konverter wie etwa einer Photokathode basiert, wird wegen der hohen Zählgeschwindigkeiten, die erzielt werden können, bevorzugt.
Vorzugsweise besteht eines der Elektrodenglieder, Anode oder Kathode, aus einer Reihe von zueinander parallelen länglichen Gittergliedern (Anodenstreifen). Diese Ausführungsform wird bevorzugt, da sie leicht ausgelesen werden kann, ohne eine komplizierte zweidimensionale Ausleseelektronik zu erfordern, wenn die Gitterglieder an die Ausleseelektronik angeschlossen sind.
Zur leichteren Erläuterung wird in dem folgenden Text davon ausgegangen, daß die Anode aus zueinander parallelen länglichen Gittergliedern besteht, die an die Ausleseelektronik angeschlossen sind.
Es versteht sich jedoch, daß es auch möglich ist, die Kathode in Form einer Reihe von zueinander parallelen länglichen, an die Ausleseelektronik anzuschließenden Gittergliedern zu konstruieren.
Wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, kann das Speichermittel durch das von einer länglichen Lichtquelle emittierte Licht stimuliert werden. Es kann eine an jeden der Anodenstreifen angeschlossene entsprechende Ausleseelektronik vorgesehen sein, um die von den Anodenstreifen eingesammelten Ladungen auszulesen. Auf diese Weise wird der Einsatz einer zweidimensionalen Ausleseelektronik, die zwar praktikabel ist, aber kompliziert und teuer ist, vermieden.
Das Auslesen des Detektors geschieht wie folgt:
Eine längliche Lichtquelle ist so positioniert, daß die Richtung, in der sich die Lichtquelle erstreckt, senkrecht zu der Richtung der zueinander parallelen Anodengitterglieder ist.
Die längliche Lichtquelle wird dann an den Speichermitteln vorbeitransportiert, die einem Röntgenbild ausgesetzt worden sind, so daß jede Zeile davon mit von der Lichtquelle emittiertem Licht belichtet wird.
Durch die Rückseite der Speichermittel emittiertes, bildmäßig moduliertes Licht trifft auf den massiven Konverter auf, z. B. eine Photokathode, und bewirkt, daß die Photokathode eine Ausgabe von Elektronen erzeugt.
Diese Ausgabe von Elektronen wird in dem gasgefüllten Elektronenvervielfacher verstärkt und von einer Elektrodenbaugruppe eingesammelt.
Die von der Elektrodenbaugruppe eingesammelten Ladungen können dann mit Hilfe einer Elektronikausleseschaltung gemessen werden, die sich außerhalb des Detektors befinden kann (beispielsweise eine Ladungsintegrierungsschaltung oder eine Photonenzählschaltung, wie unten beschrieben) Die Funktionsweise der Ausleseschaltung ist so ausgelegt, daß Signale an jeweiligen Anodengittergliedern synchron mit der Bewegung der länglichen Lichtquelle gemessen werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Röntgenbildauslesevorrichtung, die folgendes umfaßt:
- eine längliche Lichtquelle,
- einen Röntgenbilddetektor, der folgendes umfaßt:
- ein röntgenstrahlenempfindliches Speichermittel (1) zum Speichern eines Röntgenbilds, wobei die Speichermittel bei Stimulierung bildmäßig moduliertes Licht emittieren,
- einen zweidimensionalen positionsempfindlichen gasgefüllten Photonendetektor mit einer Elektrodenbaugruppe (6, 7) mit mindestens einer Anode und einer Kathode, wodurch die Anode und/oder Kathode aus zueinander parallelen Gitterelementen bestehen,
- ein Mittel (13, 14) zum Bewegen der länglichen Lichtquelle an dem Detektor vorbei in einer Richtung senkrecht zu den Gittergliedern,
- ein elektronisches Auslesemittel (8), das an die Elektrodenbaugruppe angeschlossen ist und ausgelegt ist, Signale an jeweiligen Gittergliedern synchron mit der Bewegung der länglichen Lichtquelle zu messen.
Das oben beschriebene Ausleseverfahren und die Auslesevorrichtung der vorliegenden Erfindung sind insofern vorteilhaft, als infolge der Tatsache, daß eine aus eindimensionalen Elektrodengliedern bestehende Elektrodenbaugruppe verwendet wird, die zum Auslesen der von den Elektrodengliedern eingesammelten Ladung erforderliche Ausleseelektronik weniger kompliziert und somit auch in der Fertigung weniger kostspielig ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Auslesevorrichtung umfaßt der Detektor weiterhin:
- eine Photokathode (4), die so ausgelegt ist, daß sie von den Speichermitteln emittiertes, bildmäßig moduliertes Licht empfängt und als Reaktion auf das bildmäßig modulierte Licht eine Ausgabe von Elektronen liefert,
- einen gasgefüllten Elektronenvervielfacher (2), der die Ausgabe von Elektronen von der Photokathode verarbeitet, um eine Elektronenlawine zu liefern, die eine erhöhte Anzahl von Elektronen umfaßt,
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sowohl des Detektors als auch der Auslesevorrichtung umfassen die Speichermittel eine photostimulierbare Leuchtstoffschicht, die Licht mit einem zweiten Wellenlängenbereich bei Stimulierung mit Hilfe von Licht in einem ersten Wellenlängenbereich emittiert.
Diese Ausführungsform ist wegen der hohen Empfindlichkeit von derartigen Speichermitteln gegenüber Röntgenstrahlen vorteilhaft.
Es könnten jedoch andere Speichermittel in Betracht gezogen werden, wie etwa Leuchtstoffe, die sich nicht stimulieren lassen, Photofluoreszenzsysteme, wie beispielsweise die, die in der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung 0 417 844 beschrieben werden, usw.
Zu den Beispielen für einen stimulierbaren Leuchtstoff, der sich bei der Strahlungsbildspeicherplatte der vorliegenden Erfindung einsetzen läßt, zählen:
SrS : Ce, Sm, SrS : Eu, Sm, ThO&sub2; : Er sowie La&sub2;O&sub2; : Eu, Sm, wie in dem US-Patent Nr. 3,859,527 beschrieben;
ZnS : Cu, Pb, BaO · xAl&sub2;O&sub3; : Eu, wobei x eine Zahl ist, die der Bedingung 0,8 ≤ x ≤ 10 genügt, und M²&spplus;0,xSiO&sub2; : A, wobei M²&spplus; mindestens ein zweiwertiges Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg, Ca, Sr, Zn, Cd und Ba ist, A mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ce, Tb, Eu, Tm, Pb, Tl, Bi und Mn ist und x eine Zahl ist, die der Bedingung 0,5 ≤ x ≤ 2,5 genügt, wie in dem US-Patent Nr. 4,326,078 beschrieben;
MIIIOX : xCe, wobei MIII mindestens ein dreiwertiges Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pr, ND, Pm, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Bi ist; X mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend Cl und Br ist; und x eine Zahl ist, die der Bedingung 0 < x < 0,1 genügt, wie in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 58(1983)-69281 beschrieben;
LnOX : xA, wobei Ln mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus La, Y, Gd und Lu ist, X mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cl und Br ist, A mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ce und Tb ist und x eine Zahl ist, die der Bedingung 0 < x < 0,1 genügt, wie in dem obenerwähnten US-Patent Nr. 4,236,078 beschrieben;
(Ba1-x, MIIx)FX : yA, wobei MII mindestens ein zweiwertiges Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Mg, Ca, Sr, Zn und Cd ist, X mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cl, Br und I ist, A mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eu, Tb, Ce, Tm, Dy, Pr, Ho, Nd, Yb und Er ist und x und y Zahlen sind, die den Bedingungen 0 ≤ x ≤ 0,6 bzw. 0 ≤ y ≤ 0,2 genügen, wie in US-P 4,239,968 beschrieben.
Bariumfluorhalogenid-Leuchtstoffe, wie z. B. veröffentlicht in: US-P 4,239,968, DE-OS 2,928,245, US- P 4,261,854, US-P 4,539,138, US-P 4,512,911, EP 0 029 963, US-P 4,336,154, US-P 5,077,144, US-P 4,948,696, vorläufige japanische Patentveröffentlichung Nr. 55(1980)-12143, vorläufige japanische Patentveröffentlichung Nr. 56(1981)-116777, vorläufige japanische Patentveröffentlichung Nr. 57(1982)-23675, US-P 5,089,170, US-P 4,532,071, DE-OS 33 04 216, EP 0 142 734, EP 0 144 772, US-P 4,587,036, US-P 4,608,190 und EP 0 295 522.
Ba1-xSrxF2-a-bXb : zA, wobei X mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cl und I ist, x im Bereich 0,10 ≤ x ≤ 0,55 liegt; a im Bereich 0,70 ≤ a ≤ 0,96 liegt; b im Bereich 0 ≤ b ≤ 0,15 liegt; z im Bereich 10&supmin;&sup7; < z ≤ 0, 15 liegt und A Eu²&spplus; oder Eu²&spplus; zusammen mit einer oder mehreren der Co-Dotierungssubstanzen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eu³&spplus;, Y, Tb, Ce, Tm, Dy, Pr, Ho, Nd, Yb, Er, La, Gd und Lu ist und wobei in dem Leuchtstoff Fluor stöchiometrisch in einem größeren Atom-% vorliegt als Brom alleine oder Brom kombiniert mit Chlor und/oder Iod, wie in EP 345 903 offenbart.
Alkalimetall-Leuchtstoffe, die Erdalkalimetalle umfassen, wie z. B. in US-P 5,028,509 und EP 0 252 991 offenbart.
Halogensilikat-Leuchtstoffe wie z. B. in EP 304 121, EP 382 295 und EP 522 619 offenbart.
Die oben beschriebener stimulierbaren Leuchtstoffe werden keineswegs angegeben, um die in der vorliegenden Erfindung einsetzbaren stimulierbaren Leuchtstoffe einzuschränken. Es kann auch jeder andere Leuchtstoff eingesetzt werden, vorausgesetzt der Leuchtstoff gibt bei Anregung mit stimulierenden Strahlen nach Belichtung mit einer hochenergetischen Strahlung stimulierte Emission ab.
Noch weitere geeignete Leuchtstoffe sind weiter unten in der Beschreibung aufgezählt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist eine Photokathode ausgelegt, von den Speichermitteln, die ein Strahlungsbild speichern, bei Stimulierung emittiertes Licht zu empfangen und als Reaktion auf das Licht eine Ausgabe von Elektronen zu erzeugen. Einsetzbare Photokathoden müssen für die Wellenlänge des von den Speichermitteln emittierten Lichts hochempfindlich sein, müssen aber für die Wellenlänge des zum Stimulieren der Speichermittel verwendeten Lichts eine recht niedrige Empfindlichkeit aufweisen.
Beispiele für Photokathodenmaterialien, die sich für verschiedene Wellenlängenbereiche eignen, sind dem Fachmann bekannt. Eine Figur, die die spektrale Nachweisbarkeit von optischen Detektoren zeigt, die im Bereich 0,2 bis 1, 2 Mikrometer reagieren, ist in dem Journal of Applied Physics, Band 79, Nr. 10, 15. Mai 1996, veröffentlicht worden.
Gase, die sich in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwenden lassen, sind Gase, die nicht altern und die einen hohen Verstärkungsfaktor liefern. Typische Gase, die diese Charakteristiken aufweisen, sind eine Neon-Dimethylether-Mischung, Dimethylether, Isobutan, CF&sub4;, CH&sub4;, C&sub2;H&sub6;, Methylal, Alkohole wie etwa Isopropanol und Ethylalkohol und Mischungen beliebiger der obigen Stoffe.
Mindestens eine Elektrode der Elektrodenbaugruppe besteht aus einer Reihe zueinander paralleler länglicher Gitterelemente in der Auslesevorrichtung und bei einer bevorzugten Ausführungsform des Detektors gemäß der vorliegenden Erfindung. Es wurde bereits erläutert, daß diese Ausführungsform zum Einsatz in Verbindung mit einer länglichen Lichtquelle zum Stimulieren der röntgenstrahlenempfindlichen Speichermittel vorteilhaft ist.
Die Anzahl der Streifen wird durch die beabsichtigte Ausleseauflösung und die Größe des aufgezeichneten Bilds bestimmt.
Bei einem Format von beispielsweise 35 cm · 43 cm könnte die Anzahl der Streifen in der Größenordnung einiger Tausend liegen, damit man Auflösungen in der Größenordnung von 100 bis 200 Mikrometer erhält.
Das der Anzahl der durch die Elektrodenbaugruppe eingesammelten Elektronen entsprechende Signal wird von elektronischen Auslesemitteln gemessen, die an jeweilige Elemente der Elektrodenbaugruppe angeschlossen sind.
Die Auslesemittel sind so ausgelegt, daß sie Signale an jeweiligen zueinander parallelen Elektrodengittergliedern synchron mit der Bewegung der Lichtquelle an den Mitteln zum Speichern des Röntgenbilds (z. B. der photostimulierbaren Leuchtstoffschicht) vorbei messen.
Die Ladungsfreigabe wird durch die zeilenmäßige Stimulierung der Speichermittel induziert. Es muß eine entsprechende Synchronisierung der Ladungseinsammlung bereitgestellt sein. Die Ladungseinsammlungszeit wird auf die Zeilenzeit angepaßt, d. h. auf die Zeit, die die Lichtquelle benötigt, um sich um eine der angestrebten Auflösung entsprechende Entfernung in einer Richtung senkrecht zu einer stimulierten Zeile zu bewegen.
Bei einer Ausführungsform der Röntgenbildauslesevorrichtung umfassen die elektronischen Auslesemittel Mittel zum Integrieren des Signals entsprechend der Ladungen, die von jedem der Anodengitterglieder während einer Zeit eingesammelt werden, die der sogenannten Bildelementezeit entspricht, d. h. der Zeit, die erforderlich ist, um ein Bildelement der photostimulierbaren Leuchtstoffschicht zu stimulieren. Das durch Ladungsintegration erhaltene Signal wird dann abgetastet und mit Hilfe eines Analog/Digital-Umsetzers in ein digitales Signal umgesetzt.
Bei einer anderen Ausführungsform sind die zueinander parallelen Glieder des Elektrodengitters an eine entsprechende, Impulse zählende Ausleseschaltung (auch als Photonenzählschaltung bezeichnet) angeschlossen.
Da die Gasrohrausgabe zusätzlich zu den Photoelektronen darstellenden Signalimpulsen eine Vielfalt von Rauschimpulsen enthält, würde man durch einfaches Zählen der Impulse ohne irgendeine Form der Rauschbeseitigung keine präzise Messung erhalten.
Der effektivste Weg zur Rauschbeseitigung besteht darin, die Höhe der Ausgabeimpulse zu untersuchen und beispielsweise einen Niederpegel- und Hochpegel-Diskriminator so zu setzen, daß Impulse, die kleiner sind als der niedrige Pegel (bei denen es sich um Rauschimpulse handelt) und Impulse, die höher sind als der hohe Pegel, beseitigt werden und daß nur solche Impulse gezählt werden, die zwischen dem hohen und dem niedrigen Pegel liegen.
Somit umfaßt eine derartige Impulszähl- Ausleseschaltung einen Diskriminator, der für jeden Eingangsimpuls, der einen im voraus eingestellten Spannungsschwellwert übersteigt und/oder unter einem zweiten Schwellwert bleibt, einen Ausgangsimpuls mit standardmäßiger Form liefert. Das Ausgangssignal eines Diskriminators wird zu einer Zählschaltung weitergeleitet, wo die Anzahl der an die Schaltung angelegten Impulse berechnet wird. Beispiele für Bauelemente, die bei dieser zweiten Ausführungsform verwendet werden können, sind in der Technik bekannt und werden beispielsweise in Radiation detectors, Physical principles and applications, C. F. G. Delaney und E. C. Finch, Clarendon Press Oxford 1992, auf den Seiten 249-251 beschrieben.
Die Geschwindigkeit, mit der Photonen von einer derartigen Photonenzählschaltung gezählt werden müssen, wurde untersucht und mit der Leistung des Detektors verglichen. Für Mikrospaltkammern, was eine Implementierung des Elektronenvervielfachers darstellt, werden in der technischen Literatur Zählgeschwindigkeiten bis zu 10&sup7; Zählwerten/mm²/s angegeben.
Die erforderlichen maximalen Photonenzählgeschwindigkeiten sind für zwei medizinische Anwendungen berechnet worden, d. h. Radiographie der Thorax und Mammographie. Typische Ergebnisse sind unten in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1
Bei der Berechnung wurden die folgenden Parameter eingesetzt. Es wurde ein Speicherleuchtstoff verwendet, der einen derartigen Wirkungsgrad aufwies, daß die Anzahl der Lichtphotonen/Röntgenstrahl, die die Photokathode erreichen, für Thorax gleich 50 und für Mammographie gleich 25 ist. Die verwendete Bildelementflächengröße liegt bei 4 · 10&supmin;² mm² für Thorax und 1 · 10&supmin;² mm² für Mammographie. Die Quantenausbeute der Photokathode wird mit 10% angenommen.
Es sollte klar sein, daß die obigen Berechnungen Größenordnungen darstellen. Die Zahlen hängen u. a. von den verwendeten Materialien, den Belichtungsbedingungen usw. ab.
Diesen Berechnungen kann man entnehmen, daß die Zählgeschwindigkeiten innerhalb der Leistungscharakteristiken der existierenden Photonenzähler liegt, wenn Zählzeiten in der Größenordnung 0,01 s oder darüber verwendet werden.
Bei den Berechnungen wird angenommen, daß die Photonen während dieses Zeitraums mit einer mehr oder weniger konstanten Geschwindigkeit eintreffen. Dies setzt die Verwendung von stimulierbaren Leuchtstoffen voraus, die ihr Licht bei Stimulierung mit einer charakteristischen Zeit emittieren, die von ähnlicher Größenordnung ist und vorzugsweise etwas langsamer, um Verschmierungseffekte zu vermeiden.
Deshalb werden Abklingzeiten t1/2 im ungefähren Bereich 0,01 tzähl bis 0,5 tzähl angestrebt. Lange t1/2- Werte sind möglich und sogar vorteilhaft, um die Zählgeschwindigkeit zu senken, machen aber entsprechend längere Werte für tzähl erforderlich.
Die Obergrenze für tzähl wird durch die zulässige gesamte Auslesezeit (tr-o) für den ganzen Detektor eingestellt. Die Auslesezeit tr-o ist gleich der Anzahl der Zeilen multipliziert mit tzähl.
Da die Anzahl der Zeilen in der Größenordnung von tausend Zeilen liegt, um eine ausreichende Auflösung zu garantieren, und da aus praktischen Gründen (Wartezeiten, Durchsatz) tr-o kürzer als etwa 100 s erforderlich ist, wird für tzähl ein Maximalwert abgeleitet, der gleich ungefähr 0,1 s ist und vorzugsweise darunter liegt.
Unter Berücksichtigung von Überlegungen hinsichtlich der Zählgeschwindigkeitsleistung und bevorzugter Gesamtauslesezeit werden somit bevorzugte t1/2- Werte für den stimulierbaren Leuchtstoff erhalten, die im Bereich 0,001 bis 0,05 s liegen.
Die obigen Berechnungen bestätigen die allgemeine Durchführbarkeit der Konzepte. Es muß eine ausführliche Analyse von Arbeitsbedingungen für spezifische Kombinationen aus Detektorausführungsformen und Anwendungsanforderungen angestellt werden.
Geeignete Leuchtstoffe zum Einsatz in Verbindung mit der obigen zweiten Ausführungsform der Ausleseschaltung sind beispielsweise in US 4,239,968; EP 0 021 342; EP 0 165 987; EP 0 174 875; US 4,806,757; EP 0 295 524; EP 0 581 066; EP 0 625 437 und in der gleichzeitig anhängigen europäischen Patentanmeldung 96201551 angegeben.
Für den Fachmann ist klar, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das beschränkt ist, was oben besonders beschrieben ist, und daß verschiedene Alternativen angestrebt werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei
Fig. 1 einen Strahlungsdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
Fig. 2 eine Auslesevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die einen Röntgenstrahlendetektor gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Der Röntgenstrahlendetektor umfaßt ein mit einem Eingangsfenster 3 versehenes gasgefülltes Unterdruckgehäuse 2.
Unter dem Fenster ist eine photostimulierbare Leuchtstoffschicht 1 mit einer Dicke von ungefähr 300 Mikrometer vorgesehen. Die Leuchtstoffschicht besteht aus einem BaGd&sub2;O&sub4; : Tb-Leuchtstoff auf einem Substrat. Der Leuchtstoff ist in der europäischen Patentanmeldung 0 626 437 beschrieben worden. Der Leuchtstoff weist eine Abklingzeit von 1 bis 30 ms auf.
Das Unterdruckgas war eine Mischung aus 50% Neon und 50% Dimethylether. Unter der Leuchtstoffschicht ist eine Photokathode 4 vom Multi-Alkali-Typ vorgesehen, die für die Lichtwellenlänge, die von dem Leuchtstoff bei Stimulierung emittiert wird, sehr empfindlich ist und für die Lichtwellenlänge, die zum Stimulieren der photostimulierbaren Leuchtstoffschicht verwendet wird, relativ unempfindlich ist.
Es können Maßnahmen für die weitere Optimierung der Trennung von Licht in dem stimulierenden Wellenlängenbereich von Licht in dem von dem Leuchtstoff bei der Stimulierung emittierten Wellenlängenbereich von Licht getroffen werden. So kann beispielsweise zwischen dem Leuchtstoff und der Photokathode ein dünnes Filter 5 vorgesehen sein. Alternative Maßnahmen sind möglich, beispielsweise kann die Photokathode mit entsprechender Färbung versehen sein.
Der Detektor umfaßt weiterhin eine Elektrodenbaugruppe (6, 7), die aus einem Anodengitter (6) und einem Kathodengitter (7), angeschlossen an eine nicht gezeigte Hochspannungsquelle (HS), besteht. Die Elektrodenbaugruppe ist so ausgestattet, daß sie Elektronen einsammelt, die durch die Photokathode und durch die Elektronenlawine in dem Unterdruckgas erzeugt werden. Bei dieser Ausführungsform besteht die Elektrodenbaugruppe aus einer einzigen Kathode und einer einzigen Anode.
Die Anode besteht aus einer Reihe von zueinander parallelen Anodenstreifen. Während des weiter unten beschriebenen Auslesens ist der Detektor so positioniert, daß die parallelen Anodenstreifen in der Richtung senkrecht zu der Richtung verlaufen, in der eine zeilenmäßige Lichtquelle an dem Detektor vorbeibewegt wird.
Die bei dieser Ausführungsform verwendete Kathode ist in Fig. 1 gezeigt und weist ebenfalls die Form eines Gitters auf. Diese Kathodenstreifen können jedoch durch eine Kathodenebene ersetzt werden.
Bei einer nicht gezeigten anderen Ausführungsform besteht die Elektrodenbaugruppe aus einer Reihe von Anodenstreifen, die oben auf der Kathodenebene angeordnet sind und durch eine dünne Schicht aus Polymer, in der Regel in der Größenordnung von 10 Mikrometern, von dieser Ebene getrennt sind.
Die Elektrodenbaugruppe ist außerdem an eine Ausleseelektronik 8 angeschlossen. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich bei der Ausleseelektronik um Photonenzähler. Es liegen genauso viele Photonenzähler wie Anodenstreifen vor.
Die Ausleseelektronik ist schematisch in Fig. 2 gezeigt.
Wenn der Detektor der vorliegenden Erfindung mit einem Strahlungsbild belichtet wird, wird das Bild in der photostimulierbaren Leuchtstoffschicht 1 gespeichert, bis der Detektor einem Auslesevorgang unterzogen wird.
Fig. 2 zeigt eine Auslesevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, in die der Detektor von Fig. 1 integriert ist.
Die photostimulierbare Leuchtstoffschicht 1 wird mit Hilfe von Licht innerhalb des Stimulierungswellenlängenbereichs des Leuchtstoffs zeilenmäßig stimuliert.
Im vorliegenden Fall beispielsweise, in dem ein BaGd&sub2;O&sub4; : Tb-Leuchtstoff verwendet wird, wird der Leuchtstoff mit Hilfe von Licht im Bereich 600 bis 1200 nm stimuliert. Der Wellenlängenbereich des von der Stimulierungslichtquelle emittierten Lichts wird gefiltert, so daß Wellenlängen unter dem Photoemissionsschwellwert der Photokathoder herausgefiltert werden.
Eine zeilenmäßige Lichtquelle (10, 11) wird in Richtung von Pfeil 11 entlang der photostimulierbaren Leuchtstoffschicht transportiert. Die Bewegung der zeilenmäßigen Lichtquelle an der photostimulierbaren Leuchtstoffschicht vorbei wird mit Hilfe eines Ansteuermittels 13 und eines Abtaststeuermittels 14 gesteuert.
Eine zeilenmäßige Lichtquelle besteht beispielsweise aus einer punktartigen Lichtquelle 11 und einer länglichen Lichtführung 10, wie etwa einem Stab oder einem Rohr, entlang dessen sich reflektierende Oberflächen befinden und der einen peripheren longitudinalen lichtemittierenden Auslaß aufweist. Zwischen der länglichen Lichtführung und dem Leuchtstoff kann ein längliches Schlitzglied oder eine Fokussiereinrichtung positioniert sein. Ein Beispiel für ein derartiges Beleuchtungssystem ist in EP 281 688 beschrieben worden.
Eine alternative Ausführungsform wird erhalten durch eine Kombination aus einer punktförmigen Quelle und einem Bündel von Lichtwellenleitern oder dergleichen, die auf der Quellenseite gebündelt sind und in einer Zeile an der photostimulierbaren Leuchtstoffschicht angeordnet sind.
Lichtphotonen treffen auf die Photokathode 4. Das Auftreffen der Photonen auf die Photokathode 4 bewirkt die Freisetzung von Elektronen aus der Photokathode 4 an der Auftreffstelle. Die freigesetzten Elektronen werden im gasförmigen Medium 2 verstärkt, um eine Elektronenlawine zu erzeugen.
Die in der Lawine erzeugten Elektronen werden durch die Elektrodenbaugruppe (6, 7) eingesammelt.
Das Ausgangssignal der Anoden 6 wird über Leiter zu der Ausleseelektronik 8 übertragen.
Der Betrieb der Ausleseelektronik ist mit der Bewegung der Lichtquelle 10 an der Leuchtstoffschicht 1 vorbei synchronisiert.
Das Ausgangssignal des elektronischen Auslesemittels kann zur weiteren Verarbeitung an einen Computer (15) angelegt werden.
Nach dem Auslesen wird die photostimulierbare Leuchtstoffschicht einem Löschvorgang unterworfen, um ein etwaiges, in der Schicht verbleibendes Restbild zu entfernen. Das Löschen von photostimulierbaren Leuchtstoffschirmen ist in der Technik wohlbekannt und kann beispielsweise dadurch bewirkt werdenfdaß die Schicht einer Gesamtbeleuchtung mit Licht in dem Stimulierungswellenlängenbereich ausgesetzt wird. Während des Löschvorgangs wird die Hochspannungszufuhr abgeschaltet, um die Ausleseelektronik nicht zu beschädigen. Die Ausleseelektronik wird auch einem Rücksetzvorgang unterzogen, bevor sie zum Auslesen eines nachfolgenden Bilds verwendet wird.

Claims

1. Ein Röntgenbilddetektor, der ein röntgenstrahlenempfindliches Speichermittel (1) zum Speichern eines Röntgenbilds umfaßt, wobei das Speichermittel bildmäßig moduliertes Licht emittieren kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweidimensionaler positionsempfindlicher gasgefüllter Photonendetektor (2, 4, 6, 7) so ausgelegt ist, daß er das bildmäßig modulierte Licht erfaßt.

2. Röntgenbilddetektor nach Anspruch 1, wobei der zweidimensionale positionsempfindliche gasgefüllte Photonendetektor folgendes umfaßt:

- eine Photokathode (4), die so angeordnet ist, daß sie von dem Speichermittel emittiertes, bildmäßig moduliertes Licht empfängt und als Reaktion auf das bildmäßig modulierte Licht eine Ausgabe von Elektronen liefert,

- einen gasgefüllten Elektronenvervielfacher (2), der die Ausgabe von Elektronen aus der Photokathode bearbeitet, um eine Elektronenlawine zu liefern, die eine erhöhte Anzahl von Elektronen umfaßt,

- eine Elektrodenbaugruppe (6, 7), die mindestens eine Anode und mindestens eine Kathode umfaßt, wobei die Elektrodenbaugruppe so ausgelegt ist, daß sie von dem Elektronenvervielfacher (2) erzeugte Elektronen einsammelt.

3. Detektor nach Anspruch 2, bei dem die Anode und/oder Kathode eine Reihe von zueinander parallelen länglichen Gittergliedern umfaßt.

4. Detektor nach Anspruch 1, wobei das Speichermittel aus einer photostimulierbaren Leuchtstoffschicht besteht.

5. Röntgenbildauslesevorrichtung, die folgendes umfaßt:

- einen Röntgenbilddetektor nach Anspruch 1 und

- eine längliche Lichtquelle (10, 11),

- Mittel (13, 14) zum Bewegen der länglichen Lichtquelle an dem Detektor vorbei in einer Richtung senkrecht zu den Gittergliedern,

- ein elektronisches Auslesemittel (8), das an die Elektrodenbaugruppe angeschlossen ist und ausgelegt ist, Signale an jeweiligen Gittergliedern synchron mit der Bewegung der länglichen Lichtquelle zu messen.

6. Röntgenbildauslesevorrichtung nach Anspruch 5, wobei der zweidimensionale positionsempfindliche gasgefüllte Photonendetektor folgendes umfaßt:

- eine Photokathode (4), die so ausgelegt ist, daß sie von den Speichermitteln emittiertes, bildmäßig moduliertes Licht empfängt und als Reaktion auf das bildmäßig modulierte Licht eine Ausgabe von Elektronen liefert,

- einen gasgefüllten Elektronenvervielfacher (2), der die Ausgabe von Elektronen aus der Photokathode verarbeitet, um eine Elektronenlawine zu liefern, die eine erhöhte Anzahl von Elektronen umfaßt.

7. Auslesevorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Speichermittel (1) eine photostimulierbare Leuchtstoffschicht umfassen.

8. Auslesevorrichtung nach Anspruch 5, wobei die elektronischen Auslesemittel eine Reihe von Photonenzählern (8) umfassen.