SILICON X-RAY DETECTORS

Abstract: 1. Medical X-ray measuring chamber (1) with silicon semiconductor detectors (2) which are embedded in cone-shaped circular depressions (3) of a substrate layer (4) and are respectively connected at their x-ray entry and exit sides with a thin conductor (5/6) and which are provided with additional upper layers (8) for security reasons and/or for reasons of stability amelioration, characterized in that each silicon semiconductor detector (2) shows at its edge a diminution (2a) to the exterior and is welded into the substrate layer in such a way that the feetpoint (F) of the slope angle of the cone-shaped circular depression almost coincides with the starting point (A) of the diminution (2a) and that the layer thickness of the substrate (4) and the thickness of the silicon semiconductor detector (2) are chosen such that they correspond to an equally high aluminium value.

Description: Röntgens trahlenmesskammer mit Siliziumhalbleiterdetektoren Die Erfindung betrifft eine Röntgenstrahlenmesskammer mit Siliziumhalbleiterdetektoren, die in konisch-kreisförmigen Mulden einer Substratschicht eingebettet sind und auf der Strahlenein- undaustrittsseite jeweils mit einem dünnen Leiter verbunden sind und zum Schutz und/oder der Stabilitätsverbesserung zusätzliche Decklagen aufweisen. Derartige Einrichtungen werden zur Messung der Dosisleistung bei Röntgenaufnahmen und zur Steuerung eines Belichtungsautomaten angewandt. Es gibt dabei prinzipiell zwei Mögichkeiten die Röntgenstrahlenmesskammer im Strahlengang der Rontgenröhre anzuordnen; entweder vor oder hinter dem zu belichtenden Film. -Bei einer Lage der Messkammer hinter dem Film kann aber nur noch ein Bruchteil der von der Röntgenröhre abgegebenen Dosisleistung von der Messkammer ermittelt werden, da zuvor bereits im Patienten und nicht unerheblich in der Röntgenfilmkassette Absorption auftritt. Die Anordnung einer Messkammer hinter dem Film hat den Vorteil, dass sie sich nicht auf dem Film abbilden kann. Die andere Möglichkeit die Messkammer vor dem Röntgenfilm anzuordnen, also zwischen Patient und Röntgenfilmkassette, hat den Vorteil, dass eine wesentlich höhere Dosisleistung von der Messkammer erfasst wird, die dann quasi der Dosisleistung entspricht, mit der auch der Film belichtet wird. Der Nachteil dieser vor dem Film liegenden Messkammer ist aber, dass sie sich mehr oder minder stark auf dem Röntgenbild abbildet; zudem nimmt durch die Erhöhung des Abstandes Patient - Filmebene die geometrische Unschärfe zu. Zur weitgehenden Vermeidung der angeführten Nachteile ist es bekannt, sogenannte Halbleitermesskammern vor dem Röntgenbild anzuordnen. Diese Kammern sind zum einen sehr dünn - wenige Millimeter - und geben einen ausreichend hohen Messstrom ab, sodass auch bei geringen Dosisleistungen noch ein Signal an den Belichtungsautomaten abgegeben werden kann. Eine derartige Röntgenstrahlenmesskammer mit Siliziumhalbleiterdetektoren ist aus der Europäischen Patentanmeldung Applications number 81 101 195.6 (Publication number 00 35 182) bekannt. Bei dieser Ausführung sind mehrere Siliziumhalbleiterdetektoren entsprechend der in der Röntgentechnik gebräuchlichen Dominantenfelder für die unterschiedlichen Untersuchungsverfahren in der Messkammer angeordnet. Die iliziuhalbleiter- detektoren sind hierbei in innen und aussen konusförmige Fassungen eingeklebt, die wiederum mit einem Substrat, das als Trägermedium dient, verbunden sind. Die Detektoren sind auf der Strahleneintrittsseite mit einem in die konusförmige Fassung hineinragenden ersten Leiter verbunden und auf der Strahlenaustrittsseite mit wiederum aus einem dünnen Aluminium bestehenden Leiter von hinten seitlich kontaktiert, sodass diesen Leitern zusätzlich noch Halteaufgaben der Fassung zukommen. Nachteilig bei dieser Röntgenstrahlenmesskammer ist es, dass zum einen der Siliziumhalbleiterdetektor scharfkantig ausgeführt ist, und so in der Fassung eingebettet ist, dass er sich bei Normal- und insbesondere Schrägaufnahmen deutlich auf dem Röntgenbild - genauso wie die Leiterelemente - abzeichnet, und zum anderen der konstruktive Aufwand durch die zusätzliche Fassung sehr hoch ist. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Röntgenstrahlenmesskammer mit Siliziumhalbleiterdetektoren gemäss dem Oberbegriff anzugeben, die die angeführten Nachteile vermeidet, und bei der die Siliziumhalbleiterdetektoren selbst bzw. ihre Position sowohl bei normal als auch unter einem beliebigen Winkel gemachten Röntgenaufnahmen nicht auf dem Röntgenbild zu erkennen sind. Diese Aufgabe wird durch die angegebenen Mittel nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich durch die Massnahme, dass die Trägerplatte 5 für alle Siliziumhalbleiterdetektoren 2 gemeinsamer Leiter auf der Strahlenaustrittsseite ist, und die einzelnen Leiter 6 auf der Strahleneintrittsseite in Form einer dünnen, weniger als einem Aluminiumgleichwert von 10 entsprechenden leiten- den Folie auf die Siliziumhalbleiterdetektoren 2 geklebt werden. In Fortführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Trägerplatte 5 aus einem Kunststoff mit einer leitenden Oberfläche besteht, und dass dessen Aluminiumgleichwert kleiner als 100/zum ist. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines mehr oder minder schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles einer Röntgenstrahlenmesskammer näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1, den Aufbau einer Röntgenstrahlen messkammer, Figur 2, einen Ausschnitt der Röntgenstrahlen messkammer mit einem Siliziumhalbleiter detektor in perspektivischer Ansicht, Figur 3, eine Schwärzungskurve bei einer Leer aufnahme. Die in Figur 1 dargestellte Röntgenstrahlenmesskammer t, im nachfolgenden nur noch kurz mit "Messkammer" bezeichnet, ist über ein nicht näher dargestelltes Verbindungskabel an einen Belichtungsautomaten 9 angeschlossen. Sie weist in dieser für die Röntgentechnik gebräuchlichen Ausführungsform mehrere Dominanten A, B und B' auf, die wahlweise jeweils nach dem zu untersuchenden Bereich an den Belichtungsautomaten einen Strom entsprechend der einfallenden Dosisleistung liefern. Die Dominanten A und B sind gestrichelt eingezeichnet, und die Dominante B' ist so dargestellt, dass man ihren inneren Aufbau mit den Siliziumhalbleiterdetektoren erkennen kann. Als günstige Anordnung der Siliziumhalbleiterdetektoren 2, im weiteren nur noch kurz mit "Detektoren" bezeichnet, hat es sich herausgestellt, sechs Detektoren pro Dominante zu verwenden, und diese in zwei Reihen zu je drei Detektoren nebeneinander flächendicht zu placieren. Die Siliziumhalbleiterdetektoren bestehen dabei aus dünnen zwischen 100/um - 400,arn dicken etwa 25 bis 40 mm durchmessenden runden Siliziumscheiben. Ebenso könne aber auch eine Vielzahl wesentlich kleinerer Siliziumscheiben flächendicht eine Dominante A, B, B' bilden, oder eine grosse Siliziumscheibe mit den Massen der Dominante Verwendung finden, was aber zur Zeit technisch bzw. und/oder wirtschaftlich nicht realisierbar ist. Zur flerstellung einer elektrischen Verbin dung sind die Detektoren zum einen mit einem dünnen Leiter 6 und der als Leiter wirkenden Trägerplatte 5 kontaktiert, was aber weiter unten näher erläutert wird. Die Figur 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Schnitt durch die Röntgenstrahlenmesskammer mit einem Siliziumhalbleiterdetektor. Der Detektor 2 besteht dabei aus einer dünnen runden Siliziumscheibe, die an ihrem Rand nach aussen hin eine etwa viertelkreisförmige Verjüngung 2a aufweist. Die Substratschicht 4 ist mit einer konisch-kreisförmigen Mulde 3 versehen, in die der Detektor 2 eingeschweisst ist. Eine ög- lichkeit des Einschweissvorgangs ist gegeben, wenn zunächst entsprechend der verwendeten Detektoren 2, Löcher in die Substrat schicht 4 eingebracht werden, und diese dann mit der Trägerplatte 5, die auch gleichzeitig gemeinsamer -Masse- bzw. Minusleiter für alle Detektoren ist, verbunden (verklebt, verschweisst) werden. In die somit entstandenen Sacklöcher werden die Detektoren 2 eingebracht und von oben mit einem Werkzeug, welches gleichzeitig die konisch-kreis- förmige Mulde 3 derart herstellt, dass der Fusspunkt des Böschungswinkels F in etwa mit dem Anangspunkt- V der Verjüngung 2a zusammenfällt, luftporenfrei verschweisst bzw. eingeschmolzen. Das Substrat 4 besteht daher aus einem gut schmelzbaren Materiel mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Au sserdem weist das Substrat einen geringen Absorptionskoeffi- zienten auf, der in der Nähe des Absorptionskoeffizienten des Detektors 2 liegt, sodass sich bei den unterschiedlichen Dicken des Detektors 2 und der Substrat schicht 4 derselbe Aluminiumgleichwert für beide herstellen lässt. Die Trägerplatte 5 kann z.B. aus Aluminium bestehen oder aus allen Materialien, die an der Detektorseite leitend ausgeführt sind. Als vorteilhaft hat es sich dabei.herausgestellt, wenn die Trägerplatte 5 einen geringeren Aluminiumgleichwert als 1OOum aufweist, da dann die Messkammer sehr dünn ausgeführt werden kann und nicht zuviel Strahlung in ihr absorbiert wird. Durch die Leiteigenschaften der Trägerplatte 5 wird der Detektor 2 zur Herstellung der Plusleitung nur noch von oben mit Hilfe des obenerwähnten dünnen Leiters 6 kontaktiert. Da in einer Röntgenaufnahme scharfkantige Dickenunterschiede von weniger als 10/um zu erkennen sind, besteht der Leiter 6 aus einer Aluminiumfolie mit weniger als 10pm Dicke. Zum Schutz vor Schäden an den Siliziumhalbleiterdetektoren und zur zusätzlichen mechanischen Stabilität und Isolierung der Messkammer 1 werden von oben die Decklage 8 auf die Substratschicht 4 bzw. auf die Unterseite der Trägerplatte 5 die Decklage 8 aufgebracht. Die Messkammer 1 bildet dann eine dünne, nur wenige Millimeter dicke aber mechanisch stabile Einheit, die an einen Belichtungsautomaten 9 angeschlossen werden kann und zum täglichen Einsatz in der Röntgendiagnostik geeignet ist. Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Gegenstandes wird nachfolgend näher erläutert. Wird die in Figur 1 gezeigte Messkammer 1 vor einer Röntgen filmkassette in den Strahlengang der Röntgenröhre gebracht, und eine Leeraufnahme gemacht, so ergibt sich eine Abbildung der Messkammer auf dem Röntgenfilm derart, dass dort, wo sich ein Siliziumhalbleiterdetektor befindet, um diesen eine ringförmige Zone mit einer etwas erhöhten Schwärzung S abzeichnet. Eine derartige Zone. ist in der)Figur 3 schematisch dargestellt. Bei einer Normalaufnahme, d.h. einer Röntgenaufnahme mit einer Strahlenrichtung senkrecht zur Filmebene ergibt sich dabei die Schwärzungskurve K, die aufgrund der Zonen mit unterschieldichen Absorptionen ents-tehen, d.h. bei der erfindungsgemässen Messkammer durch die Abnahme der Schichtdicke des Substrats 4 vom äusseren zum inneren Rand der konischkreisförmigen Mulde 3. Da die Dicke der Substrat schicht 4 und die Dicke des Siliziumhalbleiterdetektors 2 dem gleichen Aluminiumgleichwert entsprechen, ist auch die Schwärzung in beiden Zonen Z1 und Z3 gleich. In der Zone Z2 nimmt aufgrund der Abnahme der Substratdicke zum Detektor hin die Absorption langsam bis an den Rand des Detektors 2 ab, bzw. reziprdkdie Schwärzung 5 zu; danach nimmt die Schwärzung wieder ab, da sich die Absorption des Detektors 2 und der Substrat schicht 4 addieren. Der Idealfall wäre daher derjenige der Abnahme der Substrat schichtdicke bei gleichzei tiger linearer Zunahme der Verjüngung 2a bis auf die Dicke des Detektros 2, was einem stets gleichen Absorptionskceffi zienten entsprechen würde und somit einer konstanten Schwärzung S. Dies erfordert aber sehr flach ausgearbeitete Randzonen der Detektoren, die aber bei einer Detektorendicke von roo r - 400/um nicht realisierbar sind, da aufgrund des porösen Siliziums die Randzonen ab- bzw. ausbrechen würden. Es hat sich aber gezeigt, dass es ausreicht, wenn sich die Siliziumscheiben am Rand viertelkreisförmig verjUngen und der Böschungswinkel der Mulde 3 ausreichend flach genug gewählt wird. Für den Radiologen sind aber die ringförmigen, etwas dunkleren Zonen, die die Lage der Detektoren 2 in einer Leerlaufnahme anzeigen, bei einer Röntgenaufnahme von Objekten nicht sichtbar, wenn die Anstiegs- bzw. Abfallwinkel ffi der in der Figur 3 dargestellten Schwärzungskurve K kleiner als 45 sind, was mit einer wie vor beschriebenen Messkammer erreicht wird. Es ist leicht ersichtlich, dass dies auch für Röntgenaufnahmen unter einem Winkel schräg zur Aufnahmeebene gilt. Die Absorptionsunterschiede in den Zonen Z1 ¯ Z3 sind auch dabei so gering, dass die Winkel%|Pwiederum kleiner als 450 sind. Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Röntgenstrahlenmesskammer zum einen sehr flach ausgeführt werden kann - bei einer Siliziumhalbleiterdicke von 100/um 400 pm nur wenige Millimeter - was die Distanz Patient-Filmebene verringert und zum anderen die Detektoren bei allen in der Röntgendiagnostik erforderlichen Aufnahmen auf dem Röntgenfilm nicht abgebildet werden.

Claims: Patentansprüche 1. Röntgenstrahlenmesskammer (1) mit Siliziumhalbleiterdetektoren (2) die in konisch-kreisförmigen Mulden (3) einer Substrat schicht (4) eingebettet sind und auf der Strahleneinund -austrittsseite jeweils mit einem dünnen Leiter (5/6) verbunden sind und zum Schutz und/oder Stabilitätsverbesserung zusätzliche Decklagen (8) aufweisen, d a d u r c h g e k en n z e i c h n e t, dass jeder Siliziumhalbleiterdetektor (2) am Rand eine nach aussen weisende Verjüngung (2a) aufweist, und dass er in der Substrat schicht derart eingeschweisst ist, dass der Fusspunkt (F) des Böschungswinkels der konisch-kreisförmigen Mulde mit dem Anfangspunkt (A) der Verjüngung (2a) in etwa zusammenfällt, und dass die Schichtdicke des Substrates (4) und die Dicke des Siliziumhalbleiterdetektors (3) so gewählt sind, dass diese einem gleichgrossen Aluminiumgleichwert entsprechen und der Ubergangs- winkel (/ss) von einem Absorptionsbereich zum anderen kleiner als 450 ist. 2. Röntgenstrahlenmesskammer mit SiliziumhaLbleiterdetektoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (5) für alle Siliziumhalbleiterdetektoren (2) gemeinsamer Leiter auf der Stranlenaustrittsseite ist und die einzelnen Leiter (6) auf der Strahleneintrittsseite in Form einer dünnen, weniger als einem Aluminiumgleichwert von 10/um entsprechenden, leitenden Folie auf die Silizi umhalbleiterdetektoren (2) geklebt werden. 3. Röntgenstrahlenmesskammer mit Siliziumhalbleiterdedektoren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (5) aus einem Kunststoff mit einer leitenden Oberfläche besteht und dass dessen Aluminiumgleichwert kleiner als 100 M ist. ' Beschreibung

Inventors: ALDENHOVEL, HANS, MENGE, GUNTER, Aldenhövel, Hans, Menge, Günter
Applicants: KOCH & STERZEL GMBH & CO.
Application year: 1983
Main classification: G01T1
IPC codes: G01T1