O -trooiraad doiaterinzagelegging nu 7703943 Nederland [19] NL [54] Veelkanaals röntgendetektor. [51] Int.Cl 2.: H01J39/285, A61B6/02, G01T1/185. [71] Aanvrager: N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven. [74] Gem.: Ir. R.A. Bijl c.s. Internationaal Octrooibureau B.V. Prof. Holstlaan 6 Eindhoven. [21] Aanvrage Nr. 7703943. [221 Ingediend 12 april 1977. [321 -- [33] -- [31] -- [231 -- [61] -- [62] -- [431 Ter inzage gelegd 16 oktober 1978. De aan dit blad gehechte stukken zijn een afdruk van de oorspronkelijk ingediende beschrijving met conclusie(s) en eventuele tekening(en).
PHN 8745 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven» Veelkanaals röntgendetektor. De uitvinding heeft betrekking op een röntgendetektor met, in een gasdicht huis, een aantal plaatvormige althans nagenoeg evenwijdig opgestelde hoogspaimi.ngselekti'oden en een aantal plaatvormige, althans nagenoeg evenwijdig tussen de hoogspanningselektroden opgestelde signaalelektroden van welke elektroden althans een deel is aangebracht op een dragerplaat. Een dergelijke röntgendetektor is in het bijzonder geschikt voor toepassing in een inrichting voor computer-tomografie, waarin een te onderzoeken lichaamsdeel van een patient, in verschillende richtingen, met een röntgenbundel doorstraald wordt. De lokaal doorgelaten straling wordt gemeten en uit aldus verkregen meetgegevens wordt niet een computer de di chthei daverde ling van het lichaamsdeel, van de patient berekend en bijvoorbeeld op een televisieiuonitor weergegeven. Het is gewenst dat de meting snel kan worden uitgevoerd om meetfouten, die ontstaan door bewegingen van de patient, te reduceren. Daartoe wordt bij voorkeur gewerkt met een waaiervormige röntgenbundel die het te meten objekt althans in een richting geheel omvat. De doorgelaten straling wordt dan in de gehele bundel plaatsafhankelijk gemeten met een detektor die een groot aantal kanalen bevat. Om voldoende meetgegevens te verkrijgen voor de berekening van de gezochte dichtheidsverdeling wordt tijdens het onderzoek van de patient de doorstraa Lrichting van de waaiervormige röntgenbundel in het vlak van de röntgenbundel gevarieerd. Een röntgendetektor van het in de aanhef genoemde type is bekend uit de ter inzage gelegde Nederlands Oc- 77 0 3 3 4 3
PHN 8745.. trooiaanvrage no. 76.02,007. In deze-octrooiaanvrage is een röntgendetektor beschreven waarvan de hoogspanningselektroden, daar kathodes genoemd, als metalen platen zijn uitgevoerd en waarvan de signaalelektroden, daar anodes genoemd, zijn aangebracht op een vel diëlectrisch materiaal. Elk vel diëlectrisch matèriaal is aan weerskanten voorzien van een signaalelektrode. De signaal- en de hoogspanningselektroden bestaan uit metaal met een hoog atoomnummer zoals molybdeen, tantaai of wolfram en hebben een dikte van circa 50yum. Het vel diëlectrisch materiaal bestaat uit een materiaal als keramiek, mica of kunststofhars dat onder de naam "Mylar" in de handel verkrijgbaar is. De röntgendetektor is van het gasgevulde ionisatiekamertype en daarom in het bijzonder geschikt voor de genoemde toepassing, immers een dergelijke röntgendetektor heeft een groot dynamisch bereik en een grote nauwkeurigheid. Omdat de ionisatiekamers zijn ondergebracht in een gemeenschappelijk gasdicht huis bevatten alle kamers eenzelfde gas onder eenzelfde druk waardoör ook onderlinge verschillen gering zijn. Voor het bereiken van een groot ruimtelijk op- lossend vermogen in de bundelrichting bevat de detektor een groot aantal afzonderlijke meetkamers. Daartoe zijn de elektroden relatief dicht bij elkaar geplaatst en zijn om verlies aan gevoeligheid te voorkomen de diëlectrische dragers en de elektroden dun uitgevoerd. Dit heeft tot gevolg, dat in deze detektoren zowel de gevoeligheid voor trillingen als de onderlinge beïnvloeding van de ionisatie kamers, verder overspraak genoemd, relatief groot kan zijn Trillingen van de, gemakkelijk in trilling rakende dunne elektroden, beïnvloeden de relatief grote electrische capaciteit tussen de dichtbij elkaar gemonteerde elektroden en veroorzaken daardoor een stoorsignaal in het uitgangssignaal van de detektor. Om deze bezwaren te ondervangen heeft een röntgendetektor volgens de uitvinding als kenmerk, dat de
PHN 87^5. - dragerplaat, met een. dikte van tenminste ongeveer 0,2 nun, bestaat uit een kunststof met een inhomogene vezelstruktuur. Door elektroden aan te brengen op een dragerplaat van een dergelijk materiaal, dat sterk trillingsdempende eigenschappen vertoont, worden de amplitudes van de trillingen van de elektroden, bijvoorbeeld ten gevolge van de beweging van de röntgendetektor tijdens het onderzoek, beduidend verkleind. De beïnvloeding van het uitgangssignaal van de röntgendetektor door trillingen van de apparatuur is hierdoor sterk gereduceerd. Voor een goede demping is het gunstig dat het dragerplaatraateriaal zowel een relatief lage soortelijke massa als een relatief grote stijfheid vertoont. Daardoor worden de resonantiefrequenties van de elektrodetrillingen verschoven naar hogere waarden. De beïnvloeding van het uitgangssignaal van de röntgendetektor door trillingen van de elektroden wordt minder, omdat gedurende de tijd dat een ionisatiekamer een meting verricht storingen met voldoend hoge frequenties worden uitgemiddeld. Overdracht van trillingen vanuit de apparatuur op de elektroden van de detektor wordt gereduceerd door in een voorkeursuitvoering volgens de uitvinding de hoogspanningselektroden en de signaalelektroden, in het gasdicht huis, nagenoeg trillingsvrij op te stellen in kunststof houders. Bovengenoemde maatregelen zijn het meest effektief als volgens de uitvinding alle elektroden op een dragerplaat zijn aangebracht. In een verdere voorkeursuitvoering volgens de uitvinding, bevatten de elektroden een laag trillingsdempend, r ö n t g e n t r a l i n g a b s o r b e r e n d m a t e r i a a l waardoo demping optreedt en waardoor bovendien de overspraak tussen ionisatiekamers wordt verminderd. Bij voorkeur bevat genoemde laag tenminste een van de elementen Sn, In, Cd, Ag of Pd. De overspraak wordt veroorzaakt door K-straling, opgewekt door de te detekteren röntgenstraling in het de- 77 03 9 43
PHN 87^5 - -, tektorgas, welke straling door de dunne elektroden heen- 1 dringt en in naburige ionisatiekamers wordt gemeten. Wordt als detektorgas Xe gebruikt, dan is voornamelijk K-straling van Xe de oorzaak van de overspraak. De K-straling 5 van Xe nu wordt goed geabsorbeerd door een der genoemde i elementen, omdat de absorptie van röntgenstraling door deze elementen een "absorptiekant" vertoont welke ligt bij een golflengte die juist iets groter is dan de golflengte van K-straling van Xe. De lineaire absorptiecoëfficiënt 10 voor K-straling van Xe van deze elementen is even groot als, of groter dan die van zware metalen als W, Ta, Mo of Pb. Ook soldeer, met 60$ Sn en kö% Pb, is erg geschikt als materiaal voor de trillingsdempende, röntgen- 15 stralingabsorberende laag. In een verdere voorkeursuitvoering van de röntgendetektor volgens de uitvinding omvat een, op een dragerplaat aangebrachte, signaalelektrode een aantal van el-? kaar geïsoleerde electrisch geleidende delen, welke delen 20 elk een detektor-uitgangssignaal kunnen leveren. De elektronen en ionen, die door de ioniserende werking van de te detekteren röntgenstraling zijn gevormd, bewegen langs electrische veldlijnen in de ionisatiekamer. Door de signaalelektrode te verdelen in een aantal van elkaar geïso- 25 leerde electrisch geleidende delen ontstaan even zovele deelionisatiekamers. Worden de deelionisatiekamers, gezien in de richting van de te detekteren röntgenstraling, achter elkaar geplaatst, dan wordt de röntgenstraling golflengte afhankelijk gedetekteerd. Straling met relatief 30 korte golflengte, de harde straling, wordt in de achterste deelionisatiekamers gemeten, de straling met relatief lange golflengte, de zachte straling, wordt in de voorste deelionisatiekamers gemeten. Uit de verhouding van de uitgangssignalen van de deelionisatiekamers kan o.a. worden 35 bepaald in welke mate de röntgenstraling, bij het doorstralen van het te onderzoeken object, is opgehard. 77 0 3 9 4 3
PHN 8745. De uitvinding wordt in het volgende, bij wijze van voorbeeld, nader toegelicht aan de haïid van de tekening, Hierin toont: fig. 1 zeer schematisch een inrichting voor computer-tomografie ; fig. 2 schematisch een deel van een detektor gedeeltelijk in aanzicht en gedeeltelijk in doorsnede; fig. 3 een aanzicht van een dragerplaat van de detektor met een signaalelektrode en fig. 4 een aanzicht van een dragerplaat van de detektor met een hoogspanningselektrode. Fig. 1 toont een inrichting voor computer-tomografie 1 waarin met een door een röntgenbron 2 gegenereerde waaiervormige röntgenbundel 3 een plak 4 van een te onderzoeken lichaamsdeel van een patient wordt doorstraald. De röntgenbundel 3 heeft in het vlak van tekening een openingshoek van bijvoorbeeld circa 60, en is met een dikte van bijvoorbeeld 15 mm relatief plat in een richting loodrecht hierop. In de breedterichting omvat de bundel het gehele lichaam. De doorgelaten straling wordt gemeten met een detektor 5» die om het onderzoek snel te kunnen uitvoeren een groot aantal ionisatiekamers 6 omvat. In de figuur zijn duidelijkheidshalve slechts 15 ionisatiekamers aangeduid, maar in werkelijkheid kunnen het er bijvoorbeeld 300 zijn. De ionisatiekamers zijn verbonden met een signaalverwerkingscircuit 73 waarin de detektormeetsignalen worden verwerkt tot computeringangssignalen. Om voldoende meetgegevens te krijgen wordt tijdens het onderzoek de röntgenbundel samen met de detektor om de patient gedraaid met behulp van een aandrijving 8. Met een computer 9 wordt de dichtheidsverdeling van de plak van het onderzochte lichaamsdeel berekend en voor bestudering bijvoorbeeld op een televisiemonitor 10 weergegeven. De röntgendetektor 5 wordt in fig. 2 nader beschreven. Fig. 2 toont een deel van de röntgendetektor 5 met een gasdicht huis 11 dat bijvoorbeeld bestaat uit 77 0 3 9 4 3
PHN 87^5-6 staal en dat bijvoorbeeld is gevuld met Xe gas met een druk van 20 aton. Door een röntgenstraling doorlatend venster 12, bijvoorbeeld vervaardigd van aluminium of van epoxy-grafiet, treedt - vanuit een richting 13 röntgenstraling in ionisatiekamers 14. De ionisatiekamers zijn van elkaar gescheiden door schotten 15 en 16, waarvan de opbouw nader is gegeven in fig. 3 respectievelijk fig. k. Kunststofhouders 17 en 18 zorgen voor een nagenoeg trillingsdempende ophanging van de schotten in het gasdichte huis. Via gasdichte doorvoeren 19 zijn op de schotten 15! en 16 aangebracht elektroden, in fig. 2 niet aangegeven, ' verbonden met het in fig. 1 aangegeven signaalverwerkingscircuit 7. Fig. 3 toont een zijde van het schot 15 met een! dragerplaat 20 met een signaalelektrode 21 met aan weerskanten een elektrode 22 welke dient voor het onderscheppen van kruipstromen langs de in fig, 2 aangegeven kunststof- J i houders 17 en '18, Fig. k toont een zijde van het schot 16 met een j dragerplaat 2b met een hoogspanningselektrode 25 De dragerplaten 20 en 2k bestaan uit materiaal,, dat relatief sterk trillingsdempende eigenschappen vertoont, zoals glasvezelversterkte epoxy-hars met een dikte van circa 0,b mm. De elektroden 21, 22, en 25 bestaan uit een koperlaag met een dikte van circa 35yum, voor extra trillingdemping bedekt met een laag soldeer bestaande uit Sn en bofo Pb met een dikte van circa 50yum. Een extra voordeel van deze laatste maatregel is dat de schotten 15 en 16 in fig. 2 voor K-straling van Xe-gas, welke door de te detekteren röntgenstraling wordt opgewekt, vrijwel ondoorlaatbaar zijn, waardoor overspraak tussen ionisatiekamers is tegengegaan. Naast soldeer komen, voor extra trillingdemping en ter voorkoming van overspraak tussen ionisatiekamers, de elementen Sn, In, Ca, Ag en Pd in aanmerking voor het bedekken van de elektroden. In een eenvoudige constructie van de röntgendetektor bestaan de elek-. 77 0 3 9 43
. PHN 87^5. troden uit Ag met een dikte van 50j\xm. De in de figuren 3 en k niet getoonde zijde van liet schot 15 respectievelijk 16 is uitgevoerd als de wel getoonde zijde. Het is echter ook mogelijk, dat de niet getoonde zijde van het schot 15 in fig. 3 is voorzien van een hoogspanningselektrode zoals getoond in fig. h en dat de niet getoonde zijde van het schot 16 in fig. k is voorzien van een signaalelektrode zoais getoond in fig. 3. De schotten 15 en 16 zijn dan in de detektor 5 zo geplaatst dat de ionisatiekamers14 begrensd zijn door een hoogspanningselektrode 25 en een signaalelektrode 21. Öm te voorkomen dat de relatief dikke kunststof dragerplaten 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, l6f en 1óg in fig» 2 aangetast worden door de te detekteren röntgenstraling, is in een voorkeursuitvoering in het verlengde van elk van deze dragerplaten, in de richting van de invallende röntgenbundel een, in de figuren niet getoonde, afschermplaat aangebracht van bijvoorbeeld messing. De door deze afschermplaten gevormde collimator voorkomt bovendien dat door het te onderzoeken object verstrooide röntgenstraling waarvan de richting afwijkt van die van de straling in de bundel, in de detektor dringt en daar ondergrond in de metingen veroorzaakt. Indien, zoals in vele gevallen inderdaad het geval zal zijn, een collimator toegepast wordt, is het ook daarom gunstig deze nauwkeurig ten opzichte van de dragerplaten te monteren daar de dragerplaten in een detektorinrichting noodzakelijkerwijze relatief dik zijn. Door een streng uitgerichte montage, die middels doorlopende montageplaten waaraan zowel de positie van de dragerplaten als de positie van de collimatorplaten is gereforoerd, gemakkelijk kan worden bereikt, wordt verder verlies aan gevoeligheid en het optreden van ongelijkheid in de doorlaatopeningen van elk der kamers voorkomen. CONCLUSIES; 1. Röntgendetektor met, in een gasdicht huis, een aantal plaatvormige althans nagenoeg evenwijdig opgestelde 77 0 3 9 4 3
8 PHN 87^5 - j I hoogspanningselektroden en een aantal plaatvormige, al- j thans nagenoeg evenwijdig tussen de hoogspanningselektro-, den opgestelde signaalelektroden van welke elektroden al- j thans een deel is aangebracht op een dragerplaat, met het j 5 kenmerk, dat de dragerplaat, met een dikte van tenminste i ongeveer 0,2 mm, bestaat uit een kunststof met een inhomogene vezelstruktuur. 2. Röntgendetektor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het dragerplaatmateriaal zowel een relatief 10 lage soortelijke massa als een relatief grote stijfheid j vertoont.! i 3. Röntgendetektor volgens een der conclusies 1 j of 2, met het kenmerk, dat de dragerplaat bestaat uit een j met glasvezels versterkte kunsthars. j 15 Röntgendetektor volgens een der conclusies 1, 2 of 3» met het kenmerk, dat de dragerplaat een dikte j heeft tussen 0,2 en 0,6 mm., 5. Röntgendetektor volgens een der voorgaande conr clusies, met het kenmerk, dat de hoogspanningselektroden 20 en de signaalelektroden, in het gasdicht huis, nagenoeg trillingsvrij zijn opgesteld in kunststofhouders. 6. Röntgendetektor volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat alle elektroden op een dragerplaat zijn aangebracht. 25 7. Röntgendetektor volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de elektroden een laag trillingsdempend, röntgenstralingsabsorberend materiaal be vat-r ten. 8. Röntgendetektor volgens conclusie 7> met het 30 kenmerk, dat de trillingsdempende röntgenstralingsabsorberende laag tenminste gen van de elementen Sn, In, Gd, Ag of Pd bevat. 9. Röntgendetektor volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de trillingsdempende röntgenstralingsabsorbe- 35 rende laag hoofdzakelijk bestaat uit soldeer. 10. Röntgendetektor volgens een der conclusies 1, 7703943
9 PHN 87^5 2, 3, k, 5 of 6, met het kenmerk, dat de elektroden hoofdzakelijk zilver bevatten. 11. Röntgendetektor volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een, op een dragerplaat 5 aangebracht, signaalelektrode een aantal van elkaar geïsoleerde electrisch geleidende delen omvat, welke delen elk een detektoruitgangssignaal kunnen leveren. 12. Röntgendetektor volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat in het verlengde van elk 10 van de dragerplaten een zich in de richting van de te detekteren röntgenstraling uitstrekkende metalen afschermplaat is aangebracht. 13. Inrichting voor computer-tomografie, waarin met een waaiervormige röntgenbundel in verschillende rich- 15 tingen een te onderzoeken object wordt doorstraald en waarin met een- röntgendetektor met verscheidene kanalen de door het object doorgelaten röntgenstraling wordt gemeten, met het kenmerk, dat de röntgendetektor is uitgevoerd volgens een der voorgaande conclusies. 77 039 43
9 MV Philips' Gloeilampenfabrieken 0NUHOV N
Fig. 3 Fig. 4 77 0 3 9 4 3 N.V. Philips' Gfoeifamnenf-Wlr*