DE19743440A1

DE19743440A1 - Two-dimensional detector for gamma quanta and high energy x-rays

Info

Publication number: DE19743440A1
Application number: DE1997143440
Authority: DE
Inventors: Thomas Prof Dr Gerber; Oliver Dr Stachs; Carl Prof Dr Schuemichen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-01
Filing date: 1997-10-01
Publication date: 1999-04-08

Abstract

Collimator (4) channels contain photoluminescent material (5). Its thickness is selected to allow sufficient of the incident radiation to interact with the material. Following exposure to radiation, a light impulse causes luminescence of the material. The emitted light is recorded by a detector sensitive to its wavelength. This produces the working signal, enabling two-dimensional recording.

Description

Die Erfindung betrifft einen zweidimensionalen Strahlendetektor zum Messen von Gammastrahlung und hochenergetischer Röntgenstrahlung unter Nutzung eines photolumineszierenden Materials, der in Verbindung mit einem Kollimatorsystem und einer entsprechenden Ausleseeinrichtung in der Lage ist, in einfacher direkter Weise die zwei- bzw. dreidimensionale Aktivitätsverteilung dieser Strahlenquellen zu ermitteln.The invention relates to a two-dimensional radiation detector for measuring Gamma radiation and high-energy X-rays using a photoluminescent material in connection with a collimator system and a corresponding readout device is able to easily to determine two- or three-dimensional activity distribution of these radiation sources.

Bei derartigen Diagnostikeinrichtungen ist der Kollimator in Verbindung mit der Signalverarbeitungseinrichtung die die Qualität einer Aufnahme bestimmende Komponente. Durch die Auswahl des Kollimators (Lochdurchmesser (1), Septendicke (2), Septenlänge (3)) wird die Abbildungsgüte (Ortsauflösung, Signal/Rausch Verhältnis) festgelegt. Ein Kollimator mit hoher Ortsauflösung besitzt eine verminderte Empfindlichkeit, verbunden mit einem schlechten Signal/Rausch Verhältnis, und ein Kollimator mit einer hohen Empfindlichkeit hat eine schlechte Ortsauflösung. Die Idealvorstellung eines Abbildungssystems ist eine Diagnostikeinrichtung mit hoher Ortsauflösung verbunden mit einer hohen Empfindlichkeit. Da die Ortsauflösung direkt mit dem Lochdurchmesser des Kollimatorsystem korreliert, ist es notwendig, das informationsdetektierenden bzw. -speichernde Mediums derartig anzuordnen, daß eine hohe Quantenwechselwirkung auftritt. Voraussetzung für die Nutzung der hohen Ortsauflösung eines Kollimators ist, daß die Ortsauflösung des informationsdetektierenden bzw. -speichernden Mediums und der informationsleitenden Einrichtung nicht schlechter als das Auflösungsvermögen des Kollimators ist.In such diagnostic devices, the collimator in connection with the signal processing device is the component determining the quality of a picture. The imaging quality (spatial resolution, signal / noise ratio) is determined by the selection of the collimator (hole diameter ( 1 ), septa thickness ( 2 ), septa length ( 3 )). A collimator with high spatial resolution has a reduced sensitivity combined with a poor signal-to-noise ratio, and a collimator with a high sensitivity has poor spatial resolution. The ideal idea of an imaging system is a diagnostic device with high spatial resolution combined with high sensitivity. Since the spatial resolution correlates directly with the hole diameter of the collimator system, it is necessary to arrange the information-detecting or storing medium in such a way that a high quantum interaction occurs. A prerequisite for using the high spatial resolution of a collimator is that the spatial resolution of the information-detecting or storing medium and the information-guiding device is not worse than the resolution of the collimator.

Herkömmliche Meßeinrichtungen zum Messen von Gammastrahlung und hochenergetischer Röntgenstrahlung nutzen das Verfahren, bei welchen ein Leuchtstoff- oder Szintillatormaterial der Strahlungsquelle ausgesetzt wird, diese angeregt und die Information durch entsprechende Wandlereinrichtungen aufbereitet wird (DE-OS 32 42 663, EP-0 416 147, JP 62-76478, US 4 694 177). Allen diesen Erfindungen ist gemeinsam, daß Probleme des Wirkungsgrades, des Signal/Rausch Verhältnisses und der geringen Ortsauflösung auftreten. Nur mittels aufwendiger Konstruktionen ist es möglich, dieses Problem ansatzweise zu lösen (DE 195 21 136).Conventional measuring devices for measuring gamma radiation and High-energy X-rays use the process, in which a fluorescent or Scintillator material is exposed to the radiation source, this excited and the Information is processed by appropriate converter devices (DE-OS 32 42 663, EP-0 416 147, JP 62-76478, US 4,694,177). All of these inventions are common that problems of efficiency, the signal / noise ratio and the low spatial resolution occur. It is only by means of complex constructions possible to begin to solve this problem (DE 195 21 136).

Die genannten Anforderungen einer hohen Ortsauflösung verbunden mit einer entsprechenden Empfindlichkeit bei einfacher Handhabung werden durch die Erfindung erfüllt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die einfache kostengünstige Herstellung der Abbildungseinrichtung unabhängig von aufwendiger kostenintensiver Auswerteelektronik (Signalverarbeitungseinrichtung).The requirements of a high spatial resolution combined with a corresponding sensitivity with simple handling are through the invention Fulfills. Another major advantage of the invention is the simple, inexpensive Manufacture of the imaging device regardless of complex cost-intensive Evaluation electronics (signal processing device).

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained below with reference to drawings. Show it

Abb. 1 die Skizze einer ersten Meßeinrichtung und Fig. 1 the sketch of a first measuring device and

Abb. 2 die Skizze einer zweiten Meßeinrichtung. Fig. 2 the sketch of a second measuring device.

In den Abb. 1 und 2 ist mit 4 ein Kollimatorsystem gekennzeichnet, wobei es sich hier sowohl um Lamellenkollimatoren als auch um massive Kollimatoren mit beliebiger Lochform handeln kann, das in der vom Strahlungsquelle (6) abgewandten Seite mit einem für Gammastrahlung und hochenergetischer Röntgenstrahlung sensitiven Material, in den Abb. 1 und 2 mit 5 gekennzeichnet, gefüllt ist. Das Verhältnis von gefülltem (x) zu ungefülltem (y) Kollimator ist 1 zu 3, wobei dieses Verhältnis nicht als zwingend angesehen wird. Der Wert von x hängt von der Energie der zu registrierenden Strahlung ab und y bestimmt in Kombination mit dem Lochdurchmesser (1) die Ortsauflösung. Bei dem in den Abb. 1 und 2 mit 5 gekennzeichnetem Material handelt es sich um ein akkumulationsfähiges Speichermedium, wobei der Effekt der Photolumineszenz ausgenutzt wird.In Figs. 1 and 2, a collimator system is characterized by 4, it may be massive collimators having any hole shape here both to Lamellenkollimatoren as well, sensitive that in the side facing away from the radiation source (6) side with a gamma radiation and high energy X-rays Material, marked 5 in Figs. 1 and 2, is filled. The ratio of filled (x) to unfilled (y) collimator is 1 to 3, although this ratio is not considered mandatory. The value of x depends on the energy of the radiation to be registered and y in combination with the hole diameter ( 1 ) determines the spatial resolution. The material marked 5 in FIGS. 1 and 2 is an accumulative storage medium, the effect of photoluminescence being exploited.

Wird das sensitive Material in Form einer imaging plate (CHEMISTRY TODAY, October 1989, pp 29-36) verwendet, ist die Empfindlichkeit für hochenergetische Röntgenstrahlung und Gammastrahlung zu gering. Bei Vergrößerung der Schichtdicke geht die Ortsauflösung verloren, so daß kein Vorteil gegenüber gewöhnlicher Gammakameras besteht. Die Erfindung löst dieses Problem. Durch die Anordnung des photolumineszierenden Materials (5) in den Kollimatorschächten ist die Ortsauflösung unabhängig von der Materialdicke.If the sensitive material is used in the form of an imaging plate (CHEMISTRY TODAY, October 1989, pp 29-36), the sensitivity to high-energy X-rays and gamma radiation is too low. When the layer thickness is increased, the spatial resolution is lost, so that there is no advantage over conventional gamma cameras. The invention solves this problem. Due to the arrangement of the photoluminescent material ( 5 ) in the collimator shafts, the spatial resolution is independent of the material thickness.

Beim Speichermedium handelt es sich um Kristallphosphore, die in einem lichtdurchlässigen Medium vorrangig gleicher Brechzahl eingebettet sind.The storage medium is crystal phosphors in one translucent medium are primarily embedded with the same refractive index.

Das in den Kollimatorschächten befindliche sensitive Material ist in der Lage die von den Strahlungsquellen ausgehende Information zu akkumulieren und zu speichern. Das Auslesen der im sensitiven Material gespeicherten Information erfolgt in einer Leseeinrichtung, vorzugsweise durch Abtasten der Oberfläche der Abbildungseinrichtung durch einen Laser, wodurch das sensitive Material Lumineszenzstrahlung in Abhängigkeit von der aufgezeichneten Intensität emittiert, die elektronisch ausgewertet der Aktivitätsverteilung der Strahlungsquelle entspricht. Hierbei muß der Laser auf das Septenraster abgestimmt sein, da der Laser immer nur in einem Kollimatorschacht gleichzeitig die Lumineszenz auslösen darf. Die Wände (7) des in den Abb. 1 und 2 mit 4 gekennzeichneten Kollimators und die der Strahlungsquelle zugewandte Seite des photolumineszierenden Materials (8) sind zur Erhöhung der Ausbeute bei der Registrierung der Lumineszenzstrahlung mit einer lichtreflektierenden Schicht versehen, vorzugsweise durch eine Beschichtung mit Aluminium, wobei die Verwendung von Aluminium nicht zwingend ist.The sensitive material located in the collimator shafts is able to accumulate and store the information originating from the radiation sources. The information stored in the sensitive material is read out in a reading device, preferably by scanning the surface of the imaging device by a laser, as a result of which the sensitive material emits luminescent radiation as a function of the recorded intensity, which, when evaluated electronically, corresponds to the activity distribution of the radiation source. Here, the laser must be matched to the septa grid, since the laser may only trigger the luminescence in one collimator shaft at a time. The walls ( 7 ) of the collimator marked 4 in FIGS. 1 and 2 and the side of the photoluminescent material ( 8 ) facing the radiation source are provided with a light-reflecting layer, preferably by a coating, to increase the yield when registering the luminescent radiation Aluminum, whereby the use of aluminum is not mandatory.

In der Abb. 1 ist eine Meßeinrichtung für eine zweidimensionale Abbildung einer Aktivitätsverteilung dargestellt. Hierbei sind die Löcher des Kollimators alle parallel zueinander angeordnet. Der Winkel α, das heißt der Winkel zwischen Kollimatorsepten und Kollimatoroberfläche, beträgt 90 Grad. Das Auslesen der Information findet wie oben beschrieben statt. Fig. 1 shows a measuring device for a two-dimensional mapping of an activity distribution. The holes of the collimator are all arranged parallel to each other. The angle α, that is to say the angle between the collimator septa and the collimator surface, is 90 degrees. The information is read out as described above.

In der Abb. 2 ist eine Meßeinrichtung für eine dreidimensionale Abbildung einer Aktivitätsverteilung mit einer Aufnahme dargestellt. Hierbei sind die einzelnen Reihen von Löchern im Kollimator zueinander gekippt angeordnet. Bei jeder zweiten Reihe (2n, 2n+2, 2n+4, . . .) ist der Winkel α kleiner als 90 Grad und entsprechend bei jeder zweiten Reihe (2n+1, 2n+3, 2n+5, . . .) ebenfalls kleiner als 90 Grad aber in entgegengesetzter Richtung. Fig. 2 shows a measuring device for a three-dimensional image of an activity distribution with a picture. The individual rows of holes in the collimator are arranged tilted to each other. In every other row (2n, 2n + 2, 2n + 4,...) The angle α is less than 90 degrees and accordingly in every other row (2n + 1, 2n + 3, 2n + 5,...) also less than 90 degrees but in the opposite direction.

Nachdem die Information in der in Abb. 2 dargestellten Abbildungseinrichtung akkumuliert und gespeichert wurde, ist ein Auslesen der Information wie oben beschrieben vorgesehen. Hierbei ist wiederum die Leseeinrichtung entsprechend auf das Speichermedium, das heißt der Laserfocus auf das spezielle Septenraster, abzustimmen. Durch eine entsprechende Auslesestrategie bzw. anschließend auf elektronischem Wege werden die Information, die durch die jeweils zueinander gekippten Kollimatorreihen entstanden sind, getrennt und aus beiden Informationen kann das dreidimensionale Bild der Aktivitätsverteilung berechnet werden. Die Ortsauflösung wird durch diese spezielle Ausleseprozedur halbiert. Es sei an dieser Stelle noch einmal darauf hingewiesen, daß es sich hierbei um eine tomographische Abbildung mit nur einer Aufnahme handelt.After the information has been accumulated and stored in the imaging device shown in FIG. 2, the information is read out as described above. Here again the reading device must be matched to the storage medium, ie the laser focus to the special septa grid. By means of a corresponding readout strategy or subsequently electronically, the information which has arisen from the respective collimator rows tilted towards one another is separated and the three-dimensional image of the activity distribution can be calculated from the two pieces of information. The spatial resolution is halved by this special readout procedure. At this point it should be pointed out again that this is a tomographic image with only one image.

Claims

1. Two-dimensional radiation detector for registering gamma quanta or high-energy X-ray quanta with photoluminescent material ( 5 ) arranged in the collimator shafts of a collimator ( 4 ), the thickness x of which is chosen so that a sufficient proportion of the radiation can interact with the photoluminescent material and after the radiation exposure is brought to luminescence with the aid of a light pulse, the emitted light being registered with the aid of a detector sensitive to this wavelength and thus providing the useful signal, the location of the emitted light permitting two-dimensional registration.

2. Two-dimensional radiation detector according to claim 1, wherein the area of the collimator shaft which is not filled with luminescent material has a length y which is selected such that the desired resolution is achieved in combination with the collimator hole size ( 1 ).

3. Two-dimensional radiation detector according to claim 1 and 2, wherein a laser with filled collimator field and a laser pulse only partially irradiated a partially filled collimator shaft at the same time Triggers luminescence.

4. Two-dimensional radiation detector according to claim 1, 2 and 3, wherein the septa ( 2 ) of the collimator, in particular where the photoluminescent material is located, are provided with a light-reflecting surface ( 7 ).

5. Two-dimensional radiation detector according to claim 1 to 4, wherein the photoluminescent material ( 5 ) is provided on the side facing the radiation source with a light reflecting layer ( 8 ).

6. Two-dimensional radiation detector according to claim 1 to 5, wherein the individual rows of holes in the collimator are mutually tilted against each other, so that the source points ( 6 ) of the radiation from two different directions are registered with a radiation exposure.