DE102012207996B4 - X-ray detector and method for the detection of X-rays - Google Patents

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Abstract

Röntgendetektor (2) umfassend eine erste Detektorschicht (10) und eine zweite Detektorschicht (16),- wobei die erste Detektorschicht (10) als Multi-Pixel-Detektorschicht (10) und nach Art einer Lochmaske ausgebildet ist, bei der in regelmäßiger Abfolge Sensor-Pixel (18,S) sowie röntgenstrahlungsdurchlässige Transparent-Pixel (20) angeordnet sind,- wobei die zweite Detektorschicht (16), welche in Schichtabfolgerichtung (12) mit einem Abstand a zur ersten Detektorschicht (10) angeordnet ist, als Multi-Pixel-Detektorschicht (16) aus Sensor-Pixeln (18,U,G) ausgebildet ist,- wobei die Sensor-Pixel (18,S) der ersten Detektorschicht (10) und die Transparent-Pixel (20) dieselbe Pixelbreite p aufweisen und- wobei jedes Sensor-Pixel (18,S) der ersten Detektorschicht (10) in Schichtabfolgerichtung (12) gesehen deckungsgleich mit einem Sensor-Pixel G (18) der zweiten Detektorschicht (16) angeordnet ist.X-ray detector (2) comprising a first detector layer (10) and a second detector layer (16), - wherein the first detector layer (10) is designed as a multi-pixel detector layer (10) and in the manner of a shadow mask, with the sensor in regular succession -Pixels (18, S) and X-ray-permeable transparent pixels (20) are arranged, - the second detector layer (16), which is arranged in the layer sequence direction (12) at a distance a from the first detector layer (10), as a multi-pixel - the detector layer (16) is formed from sensor pixels (18, U, G), - the sensor pixels (18, S) of the first detector layer (10) and the transparent pixels (20) having the same pixel width p and wherein each sensor pixel (18, S) of the first detector layer (10), viewed in the layer sequence direction (12), is arranged congruently with a sensor pixel G (18) of the second detector layer (16).

Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgendetektor mit einer ersten Detektorschicht und einer zweiten Detektorschicht und sie betrifft ein Verfahren zur Detektion von Röntgenstrahlung.The invention relates to an X-ray detector with a first detector layer and a second detector layer and it relates to a method for detecting X-rays.

Bei bildgebenden Verfahren mittels Röntgenstrahlung wird in der Regel der Umstand ausgenutzt, dass die Intensität von Röntgenstrahlung beim Durchdringen eines Untersuchungsobjektes einerseits in Abhängigkeit des materiellen Aufbaus des Untersuchungsobjektes und andererseits in Abhängigkeit der Länge der Wegstrecke durch das Untersuchungsobjekt aufgrund von Absorption abnimmt. Diese Absorption und insbesondere die Ortsabhängigkeit der Absorption wird typischerweise mittels eines Multi-Pixel-Röntgendetektors messtechnisch erfasst.In imaging methods using X-rays, the fact that the intensity of X-rays when penetrating an examination object decreases on the one hand depending on the material structure of the examination object and on the other hand depending on the length of the path through the examination object due to absorption is used. This absorption and, in particular, the location dependency of the absorption is typically detected by measurement using a multi-pixel X-ray detector.

Zur Anpassung an verschiedene Anwendungsszenarien sind dabei diverse Gestaltungsvarianten für Multi-Pixel-Röntgendetektoren beispielsweise aus der US 2009/0008565 A1 , der DE 696 27 619 T2 oder der US 5 880 470 A bekannt.To adapt to different application scenarios, various design variants for multi-pixel X-ray detectors are available, for example from the US 2009/0008565 A1 , of the DE 696 27 619 T2 or the U.S. 5,880,470 A known.

Die bei der Wechselwirkung mit Materie ebenfalls auftretende Streuung von Röntgenstrahlung bedingt bei bildgebenden Verfahren typischerweise eine signifikante Reduzierung der Qualität der generierbaren Bilder. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, den Einfluss der gestreuten Röntgenstrahlung auf ein solches bildgebendes Verfahren zu verringern.The scattering of X-rays, which also occurs when interacting with matter, typically causes a significant reduction in the quality of the images that can be generated in imaging methods. For this reason, it is desirable to reduce the influence of the scattered X-ray radiation on such an imaging method.

Bekannt ist der Einsatz sogenannter Kollimatoren oder Streustrahlraster, mit deren Hilfe ein Großteil der gestreuten Strahlung nach dem Durchdringen des Untersuchungsobjektes und vor einer möglichen messtechnischen Erfassung absorbiert und somit aus dem Strahlungsfeld herausgefiltert wird. Nachteilig hierbei ist einerseits, dass solche Kollimatoren oder Streustrahlraster einen mitunter großen Raumbedarf aufweisen, und andererseits dass auch ein Anteil der ungestreuten Röntgenstrahlung absorbiert wird und somit für eine messtechnische Erfassung nicht mehr zur Verfügung steht.The use of so-called collimators or anti-scatter grids is known, with the help of which a large part of the scattered radiation is absorbed after penetrating the examination object and before a possible metrological detection and thus filtered out of the radiation field. The disadvantage here is, on the one hand, that such collimators or anti-scatter grids sometimes require a large amount of space, and on the other hand, that a portion of the unscattered X-ray radiation is also absorbed and is therefore no longer available for metrological detection.

Ein anderer Lösungsansatz sieht vor, die messtechnische Erfassung der Röntgenstrahlung mittels Detektor in so großer Entfernung zum Untersuchungsobjekt vorzunehmen („air gap“), dass ein Hauptanteil der gestreuten Röntgenstrahlung aufgrund der gegenüber der ungestreuten Röntgenstrahlung abweichenden gerichteten Ausbreitung am Detektor vorbei geht. In vielen Fällen lässt sich der Abstand zwischen dem Detektor und dem Untersuchungsobjekt jedoch nicht ohne weiteres beliebig wählen.Another approach provides for the measurement of the X-ray radiation by means of a detector at such a great distance from the examination object ("air gap") that a major part of the scattered X-ray radiation passes the detector due to the directional propagation that differs from the unscattered X-ray radiation. In many cases, however, the distance between the detector and the object to be examined cannot simply be chosen arbitrarily.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Röntgendetektor und ein verbessertes Verfahren zur Detektion von Röntgenstrahlung anzugeben.Based on this, the invention is based on the object of specifying an improved X-ray detector and an improved method for detecting X-rays.

Die Aufgabe bezüglich des Röntgendetektors wird erfindungsgemäß durch einen Röntgendetektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die rückbezogenen Ansprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung.The object with regard to the X-ray detector is achieved according to the invention by an X-ray detector with the features of claim 1. The claims referring back contain partly advantageous and partly inventive developments of this invention.

Der Röntgendetektor umfasst zumindest eine erste Detektorschicht und eine zweite Detektorschicht, wobei die erste Detektorschicht als Multi-Pixel-Detektorschicht und nach Art einer Lochmaske ausgebildet ist, bei der in regelmäßiger Abfolge Sensor-Pixel sowie röntgenstrahlungsdurchlässige Transparent-Pixel angeordnet sind, und wobei die zweite Detektorschicht, welche in Schichtabfolgerichtung mit einem Abstand a zur ersten Detektorschicht angeordnet ist, als Multi-Pixel-Detektorschicht aus Sensor-Pixeln ausgebildet ist. In Folge dessen lässt sich der Röntgendetektor für ein bildgebendes Verfahren der eingangs genannten Art nutzen, wobei der negative und dementsprechend unerwünschte Einfluss der gestreuten Röntgenstrahlung auf die Qualität der generierbaren Bilder deutlich reduziert ist.The X-ray detector comprises at least a first detector layer and a second detector layer, the first detector layer being designed as a multi-pixel detector layer and in the manner of a perforated mask in which sensor pixels and X-ray-permeable transparent pixels are arranged in a regular sequence, and the second Detector layer, which is arranged in the layer sequence direction at a distance a from the first detector layer, is designed as a multi-pixel detector layer from sensor pixels. As a result, the X-ray detector can be used for an imaging method of the type mentioned at the beginning, the negative and accordingly undesirable influence of the scattered X-ray radiation on the quality of the images that can be generated being significantly reduced.

Für eine einfachere Darlegung der Grundidee der Erfindung, des Funktionsprinzips des Röntgendetektors und der Vorteile einzelner Ausgestaltungsvarianten wird der nachfolgenden weiteren Beschreibung eine vereinfachte Betrachtungsweise zugrunde gelegt, bei der die Ausbreitung der Röntgenstrahlung durch geometrische Optik beschrieben wird und bei der davon ausgegangen wird, dass Röntgenstrahlung aufgrund einer vorgesehenen und vorgegebenen Anordnung einer Röntgenstrahlungsquelle und des Röntgendetektors relativ zueinander im Lot und damit parallel zur Schichtabfolgerichtung auf den Röntgendetektor auftrifft, sofern diese beim Durchqueren eines zu untersuchenden Testobjektes nicht gestreut wird, und bei der gestreute Röntgenstrahlung unter einem von 90° abweichenden Winkel α mit auf den Röntgendetektor 2 auftrifft. Effekte wie Beugung, Interferenz aber auch Strahldivergenz werden nicht berücksichtigt und es wird vorausgesetzt, dass der Winkel α einen konkreten Wert aufweist, für den der Röntgendetektor angepasst ist. Während die Beschreibung im Rahmen der geometrischen Optik bei typischen Gegebenheiten eine sehr gute Näherung darstellt, ist unter realen Bedingungen selbstverständlich zu erwarten, dass gestreute Röntgenstrahlung nicht unter einem einzigen Winkel auf den Röntgendetektor auftrifft, sondern dass eine winkelabhängige Intensitätsverteilung der gestreute Röntgenstrahlung vorliegt. Sofern jedoch der Wertebereich für den Winkel α, unter dem entsprechende gestreute Röntgenstrahlung zu erwarten ist, ausreichend stark begrenzt ist oder aber die winkelabhängige Intensitätsverteilung der gestreuten Röntgenstrahlung sich auf einen entsprechend kleinen Wertebereich konzentriert, so gibt die nachfolgende Beschreibung die realen Verhältnisse dennoch in guter Näherung wieder.For a simpler explanation of the basic idea of the invention, the functional principle of the X-ray detector and the advantages of individual design variants, the following further description is based on a simplified approach in which the propagation of the X-rays is described by geometric optics and in which it is assumed that X-rays are due to a provided and specified arrangement of an X-ray source and the X-ray detector perpendicular to each other and thus parallel to the direction of the sequence of layers impinges on the X-ray detector, provided this is not scattered when passing through a test object to be examined, and with the scattered X-ray radiation at an angle α other than 90 ° on the X-ray detector 2 hits. Effects such as diffraction, interference but also beam divergence are not taken into account and it is assumed that the angle α has a specific value for which the X-ray detector is adapted. While the description in the context of geometric optics represents a very good approximation under typical conditions, it is of course to be expected under real conditions that scattered X-ray radiation does not strike the X-ray detector at a single angle, but that an angle-dependent intensity distribution of the scattered X-ray radiation is present. However, if the range of values for the angle α, under which the corresponding scattered X-ray radiation is to be expected, is sufficiently strong is limited or the angle-dependent intensity distribution of the scattered X-ray radiation is concentrated on a correspondingly small range of values, the following description nevertheless gives a good approximation of the real conditions.

Der Röntgendetektor ist also insbesondere für einen Messaufbau oder eine Untersuchungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Computertomographen, vorgesehen, mit deren Hilfe Objekte untersucht werden können. Dazu ist der Röntgendetektor derart relativ zu einer Röntgenstrahlungsquelle angeordnet, dass die von der Röntgenstrahlungsquelle emittierte Röntgenstrahlung, zumindest sofern sich zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und dem Röntgendetektor keinerlei Hindernis befindet, im Lot auf die erste Detektorschicht des Röntgendetektors auftrifft. Für eine Untersuchung mittels bildgebendem Verfahren wird dann das zu untersuchende Objekt zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und dem Röntgendetektor positioniert, wobei die durch das Objekt transmittierte Röntgenstrahlung einen gestreuten und einen ungestreuten Anteil aufweist.The X-ray detector is therefore provided in particular for a measurement setup or an examination device, such as a computer tomograph, with the aid of which objects can be examined. For this purpose, the X-ray detector is arranged relative to an X-ray source in such a way that the X-rays emitted by the X-ray source, at least if there is no obstacle between the X-ray source and the X-ray detector, strikes the first detector layer of the X-ray detector perpendicularly. For an examination using an imaging method, the object to be examined is then positioned between the x-ray source and the x-ray detector, the x-ray radiation transmitted through the object having a scattered and an unscattered component.

Der ungestreute Anteil der Röntgenstrahlung fällt dabei im Lot auf die erste Detektorschicht des Röntgendetektors, während die gestreute Röntgenstrahlung unter dem Winkel α auf die erste Detektorschicht auftrifft. Aufgrund der Anordnung von Sensor-Pixeln S einerseits und Transparent-Pixeln andererseits in der ersten Detektorschicht wird ein Teil der Röntgenstrahlung, die durch das Untersuchungsobjekt gedrungen ist, in den Sensor-Pixeln S der ersten Detektorschicht absorbiert und somit von diesen messtechnisch erfasst. Der übrige Teil der Röntgenstrahlung durchdringt die erste Detektorschicht im Bereich der Transparent-Pixel und gelangt somit zur zweiten Detektorschicht. Wegen der lochmaskenartigen Gestaltung der ersten Detektorschicht trifft auf diejenigen Sensor-Pixel U, die in Schichtabfolgerichtung, also in Richtung des Lotes, gesehen unter den Transparent-Pixeln positioniert sind, lediglich ungestreute Röntgenstrahlung auf und auf Sensor-Pixeln G, die in Schichtabfolgerichtung gesehen unterhalb von Sensor-Pixeln S der ersten Detektorschicht positioniert sind, trifft lediglich gestreute Röntgenstrahlung auf.The unscattered portion of the x-ray radiation falls perpendicularly onto the first detector layer of the x-ray detector, while the scattered x-ray radiation strikes the first detector layer at the angle α. Due to the arrangement of sensor pixels S. on the one hand, and transparent pixels on the other hand in the first detector layer, part of the X-ray radiation that has penetrated the examination object is in the sensor pixels S. absorbed by the first detector layer and thus recorded by these metrologically. The remaining part of the X-ray radiation penetrates the first detector layer in the area of the transparent pixels and thus reaches the second detector layer. Because of the perforated mask-like design of the first detector layer, it encounters those sensor pixels U , which are positioned under the transparent pixels in the direction of the layer sequence, i.e. in the direction of the solder, merely unscattered X-rays on and on sensor pixels G that are seen in the layer sequence direction below the sensor pixels S. the first detector layer are positioned, only scattered X-ray radiation hits.

Das bedeutet, dass der erfindungsgemäße Röntgendetektor in der zweiten Detektorschicht eine regelmäßig Anordnung oder Matrix von Sensor-Pixeln U aufweist, mit deren Hilfe ausschließlich ungestreute Röntgenstrahlung detektiert wird, und eine zweite regelmäßige Anordnung oder Matrix von Sensor-Pixeln G, mit deren Hilfe ausschließlich gestreute Röntgenstrahlung detektiert wird. Die Matrix U lässt sich dabei insbesondere nutzen, um Bilddaten im Rahmen eines bildgebenden Verfahrens der eingangs genannten zu generieren, welche allerdings unbeeinflusst von gestreuter Röntgenstrahlung sind, und mit Hilfe der Matrix G lassen sich alternativ oder zusätzlich zusätzlich im Rahmen der Streutheorie weitere Informationen über den Aufbau des Untersuchungsobjektes gewinnen. This means that the X-ray detector according to the invention has a regular arrangement or matrix of sensor pixels in the second detector layer U has, with the aid of which exclusively unscattered X-ray radiation is detected, and a second regular arrangement or matrix of sensor pixels G , with the help of which only scattered X-rays are detected. The matrix U can be used in particular to generate image data as part of an imaging method of the type mentioned at the beginning, which, however, are not influenced by scattered X-rays, and with the aid of the matrix G alternatively or additionally, further information about the structure of the examination object can be obtained within the scope of the scattering theory.

Da überdies die erste Detektorschicht aus Sensor-Pixeln S und Transparent-Pixeln aufgebaut ist, geht die Röntgenstrahlung, die in der ersten Detektorschicht absorbiert wird, im Gegensatz zu einer Lösung mit einem Kollimator oder Streustrahlraster nicht verloren, sondern wird ebenfalls messtechnisch erfasst und kann somit im Rahmen der Auswertung der gewonnenen Daten genutzt werden.There is also the first detector layer made of sensor pixels S. and transparent pixels is built up, the X-rays that are absorbed in the first detector layer are not lost, in contrast to a solution with a collimator or anti-scatter grid, but are also recorded by measurement and can therefore be used in the context of evaluating the data obtained.

Welche Messsignale welcher Sensor-Pixeln im Rahmen einer Auswertung tatsächlich genutzt werden, hängt dann vom jeweiligen Anwendungsfall ab, wobei bevorzugt dem Nutzer des Röntgendetektors die Entscheidung überlassen wird, welche Messsignale für eine Auswertung herangezogen werden und dementsprechend weist der Röntgendetektor bevorzugt eine geeignet eingerichtete Auslese- und Verarbeitungseinheit auf, bei der der Nutzer entweder vor einem Messvorgang oder nach Abschluss des Messvorgangs wählen kann, welche Messsignale welcher Sensor-Pixel zum Beispiel mittels eines Softwareprogramms ausgewertet werden.Which measurement signals of which sensor pixels are actually used in the context of an evaluation then depends on the respective application, whereby the user of the X-ray detector is preferably left to decide which measurement signals are used for an evaluation and accordingly the X-ray detector preferably has a suitably configured readout and processing unit, in which the user can choose either before a measurement process or after completion of the measurement process which measurement signals of which sensor pixels are to be evaluated, for example by means of a software program.

Desweiteren weisen die Sensor-Pixel S der ersten Detektorschicht und die Transparent-Pixel dieselbe Pixelbreite p auf und zudem wird eine Ausgestaltung des Röntgendetektors bevorzugt, bei der die Sensor-Pixel S der ersten Detektorschicht und die Transparent-Pixel nach Art eines Schachbrettmusters angeordnet sind, und dementsprechend eine quadratische Form aufweisen. Die quadratische Gestaltung von Sensor-Pixeln bei Multi-Pixel-Detektoren ist durchaus üblich und erlaubt die Herstellung entsprechender Detektoren bei überschaubarem technischem Aufwand. Durch geeignete Modifikation lassen sich zumindest Teilschritte entsprechender Herstellungsprozesse für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors übernehmen, so dass sich hierdurch auch der technische Aufwand für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors in einem vorteilhaften Rahmen halten lässt. Die quadratische Form und die spezielle Anordnung stellen lediglich eine Gestaltungsmöglichkeit dar, die zur Realisierung der Grundidee nicht zwingend erforderlich sind. Eine achteckige Pixelform und/oder ein von 1 abweichendes Anzahlverhältnis von Sensor-Pixel S und Transparent-Pixel in der ersten Detektorschicht wäre prinzipiell ebenfalls zweckdienlich. Über das Anzahlverhältnis von Sensor-Pixel S und Transparent-Pixel in der ersten Detektorschicht lässt sich dann zum Beispiel der Anteil der Röntgenstrahlung vorgeben, der durch die erste Detektorschicht hindurchtritt und auf die zweite Detektorschicht auftrifft.Furthermore, the sensor pixels S. of the first detector layer and the transparent pixels have the same pixel width p and, in addition, a configuration of the X-ray detector is preferred in which the sensor pixels S. of the first detector layer and the transparent pixels are arranged in the manner of a checkerboard pattern, and accordingly have a square shape. The square design of sensor pixels in multi-pixel detectors is quite common and allows the production of corresponding detectors with manageable technical effort. By suitable modification, at least partial steps of corresponding manufacturing processes can be taken over for the manufacture of an X-ray detector according to the invention, so that the technical effort for the manufacture of an X-ray detector according to the invention can also be kept within an advantageous framework. The square shape and the special arrangement only represent a design option that is not absolutely necessary for realizing the basic idea. An octagonal pixel shape and / or a number ratio of sensor pixels other than 1 S. and transparent pixels in the first detector layer would in principle also be useful. About the number ratio of sensor pixels S. and transparent pixels in the first detector layer, for example, the portion of the X-ray radiation that passes through the first detector layer and hits the second detector layer can then be specified.

Zweckmäßig ist zudem eine Ausgestaltung des Röntgendetektors, bei der die Sensor-Pixel der ersten und der zweiten Detektorschicht (S, U und G) dieselbe Pixelbreite p aufweisen. An embodiment of the X-ray detector in which the sensor pixels of the first and second detector layers ( S. , U and G ) have the same pixel width p.

Außerdem ist der Röntgendetektor derart ausgestaltet, dass jedes Sensor-Pixel S der ersten Detektorschicht in Schichtabfolgerichtung gesehen, deckungsgleich mit einem Sensorpixel G der zweiten Detektorschicht angeordnet ist. Demzufolge sind bevorzugt sämtliche Sensor-Pixel gleichartig gestaltet und die Sensor-Pixel sowie die Transparent-Pixel sind allesamt quadratisch gestaltet mit einer einheitlichen Kantenlänge, die der Pixelbreite p entspricht.In addition, the X-ray detector is designed in such a way that each sensor pixel S. of the first detector layer seen in the layer sequence direction, congruent with a sensor pixel G the second detector layer is arranged. Accordingly, all sensor pixels are preferably designed in the same way and the sensor pixels and the transparent pixels are all designed square with a uniform edge length that corresponds to the pixel width p.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, das Verhältnis von Pixelbreite p und Abstand a zwischen den Detektorschichten derart zu wählen, dass ein Hauptanteil der gestreuten Röntgenstrahlung, der die erste Detektorschicht passiert, auf Sensor-Pixel G der zweiten Detektorschicht auftrifft, die in Schichtabfolgerichtung gesehen deckungsgleich mit einem Sensor-Pixel S der ersten Detektorschicht angeordnet sind. Gleichermaßen vorteilhaft ist es das Verhältnis so zu wählen, dass ein Haupanteil der ungestreuten Röntgenstrahlung, der die erste Detektorschicht passiert, vorwiegend auf Sensor-Pixel U der zweiten Detektorschicht auftrifft, die in Schichtabfolgerichtung gesehen deckungsgleich mit einem Transparent-Pixel der ersten Detektorschicht angeordnet sind. Im Falle der bevorzugten Ausgestaltung, bei der die Transparent-Pixel sowie die Sensor-Pixel S der ersten und der zweiten Detektorschicht allesamt quadratisch mit identischer Kantenlänge gestaltet sind, bedingt die Anpassung des Verhältnisses zu Gunsten der ersten Zielsetzung zwangsläufig eine Anpassung zu Gunsten der zweiten Zielsetzung. Das Verhältnis wird dabei insbesondere an die jeweils vorgesehenen Einsatzbedingungen für den Röntgendetektor angepasst, also zum Beispiel in welchem Abstand der Röntgendetektor zu einer Röntgenstrahlungsquelle innerhalb eines Messaufbaus angeordnet wird und in welchem Abstand zur Röntgenstrahlungsquelle sowie dem Röntgenstrahlungsdetektor die Position von zu untersuchenden Objekten vorgesehen ist, aber auch welches Streuverhalten, soweit bekannt, bei den zu untersuchenden Objekten zu erwarten ist. Es spielt also zum Beispiel eine Rolle, ob die typischerweise zu erwartende Streustrahlung auf einen bestimmten Winkelbereich begrenzt ist, unter dem diese auf den Röntgendetektor auftrifft. Im Falle der zuvor dargelegten vereinfachten Betrachtung wird das Verhältnis von a und p so gewählt, dass bei bekanntem oder zu erwartenden Winkels α die Bedingung α = arctan (p/a) erfüllt ist.In addition, it is advantageous to choose the ratio of pixel width p and distance a between the detector layers in such a way that a major portion of the scattered x-ray radiation that passes through the first detector layer is on sensor pixels G of the second detector layer, which, viewed in the direction of the layer sequence, is congruent with a sensor pixel S. the first detector layer are arranged. It is equally advantageous to choose the ratio such that a major portion of the unscattered X-ray radiation that passes through the first detector layer is predominantly on sensor pixels U of the second detector layer, which, viewed in the layer sequence direction, are arranged congruently with a transparent pixel of the first detector layer. In the case of the preferred embodiment, in which the transparent pixels and the sensor pixels S. the first and the second detector layers are all designed to be square with identical edge length, the adjustment of the ratio in favor of the first objective inevitably requires an adjustment in favor of the second objective. The ratio is adapted in particular to the respective intended conditions of use for the X-ray detector, for example at what distance the X-ray detector is arranged from an X-ray source within a measurement setup and at what distance from the X-ray source and the X-ray detector the position of objects to be examined is provided, but also what scattering behavior, if known, can be expected from the objects to be examined. It therefore plays a role, for example, whether the scattered radiation that is typically to be expected is limited to a specific angular range at which it strikes the X-ray detector. In the case of the simplified consideration set out above, the ratio of a and p is selected in such a way that the condition α = arctan (p / a) is fulfilled with a known or expected angle α.

Von Vorteil ist außerdem eine Ausgestaltung des Röntgendetektors, bei der eine gemeinsame Halbleiterträgerschicht für die beiden Detektorschichten den Abstand a zwischen den Detektorschichten vorgibt und bei der zumindest eine Funktionseinheit eines jeden Sensor-Pixels sowohl der ersten als auch der zweiten Detektorschicht in diese Halbleiterträgerschicht eingearbeitet ist. Sind die Sensor-Pixel also beispielsweise jeweils aus einem Szintillator, einer nachgeschalteten Fotodiode und einer sich daran anschließenden Ausleseelektronik aufgebaut, so sind die Fotodioden sowie die Ausleseelektronik in die Halbleiterschicht integriert und das dazugehörige Szintillatorvolumen liegt an der Halbleiterträgerschicht an. Die erste Detektorschicht ist dann beispielsweise auf der Oberseite der Halbleiterträgerschicht positioniert und die zweite Detektorschicht ist quasi mit spiegelverkehrtem Aufbau an der Unterseite der Halbleiterträgerschicht positioniert, so dass die Abfolge der Funktionseinheiten des Röntgendetektors in Schichtabfolgerichtung durch die Abfolge Szintillatorvolumen-Fotodiode-Ausleseelektronik-Halbleiterträgerschicht zur Vorgabe des Abstandes zwischen den Detektorschichten-Ausleseelektronik-Fotodiode-Szintillatorvolumen gegeben ist. Im Falle von Sensor-Pixeln nach dem Prinzip eines Direkt-Wandlers, ist es gemäß einer bevorzugten Ausstaltungsvariante vorgesehen, die Szintillatorkörper durch Körper aus direktwandelndem Material zu ersetzen. Die in die Halbleiterschicht integrierten Fotodioden werden dann durch ladungssammelnde Elektroden ersetzt. Als Halbleiterträgerschicht ist zum Beispiel eine Siliziumschicht vorgesehen und die Funktionseinheiten lassen sich in der verbreiteten CMOS-Technologie fertigen. Bei speziellen Anwendungen ist auch eine Kombination beider Detektorprinzipien (z.B.: Direkt-Wandler für die erste Detektorschicht und Szintillatoren + Photodioden für die zweite Detektorschicht) vorgesehen.An embodiment of the X-ray detector is also advantageous in which a common semiconductor carrier layer for the two detector layers specifies the distance a between the detector layers and in which at least one functional unit of each sensor pixel of both the first and the second detector layer is incorporated into this semiconductor carrier layer. If, for example, the sensor pixels are each made up of a scintillator, a downstream photodiode and an adjoining readout electronics, then the photodiodes and the readout electronics are integrated into the semiconductor layer and the associated scintillator volume lies against the semiconductor carrier layer. The first detector layer is then positioned, for example, on the upper side of the semiconductor carrier layer and the second detector layer is positioned quasi with a mirror-inverted structure on the underside of the semiconductor carrier layer, so that the sequence of the functional units of the X-ray detector in the layer sequence direction by the sequence scintillator volume-photodiode-read electronics-semiconductor carrier layer is the default the distance between the detector layers-readout electronics-photodiode-scintillator volume is given. In the case of sensor pixels based on the principle of a direct converter, a preferred embodiment variant provides for the scintillator bodies to be replaced by bodies made of direct converting material. The photodiodes integrated in the semiconductor layer are then replaced by charge-collecting electrodes. A silicon layer, for example, is provided as the semiconductor carrier layer and the functional units can be manufactured using the common CMOS technology. For special applications, a combination of both detector principles (e.g. direct converters for the first detector layer and scintillators + photodiodes for the second detector layer) is provided.

Vorteilhaft ist weiter eine Variante des Röntgendetektors, bei der Abstand a nicht konstruktiv fest vorgegeben wird sondern mit Hilfe einer Verstellvorrichtung variierbar ist und somit von einen Bediener oder Nutzer eingestellt wird. Auf diese Weise lässt sich der Detektor an verschiedene zu erwartende Winkel α anpassen. Eine Einstellung kann dabei zum Beispiel im Rahmen eines Justagevorgangs erfolgen oder es kann für jeden Messvorgang eine eigene Einstellung vorgenommen werden.A variant of the X-ray detector is also advantageous in which the distance a is not fixed structurally, but can be varied with the aid of an adjusting device and is thus set by an operator or user. In this way, the detector can be adapted to different angles α to be expected. A setting can be made, for example, as part of an adjustment process, or a separate setting can be made for each measurement process.

In vorteilhafter Weiterbildung weist der Röntgendetektor zudem eine Steuerungseinheit auf, die derart eingerichtet ist, dass der Abstand a in einem Betriebsmodus während eines Messvorgangs automatisch entweder in Stufen oder kontinuierlich in einem Wertebereich variiert wird. Wie zuvor beschrieben ist in der Regel von einer winkelabhängigen Intensitätsverteilung der gestreute Röntgenstrahlung auszugehen. Mittels der automatischen Verstellung des Abstandes a lässt sich dann ein Wertebereich für den Winkel α im Rahmen eines Messvorgangs abfahren und die winkelabhängige Intensitätsverteilung erfassen. Ein derart gestalteter Röntgendetektor ist insbesondere für Einsätze vorgesehen, bei denen keine Strahlungsdosis-Limits zu berücksichtigen sind, also beispielsweise bei Materialuntersuchungen.In an advantageous development, the x-ray detector also has a control unit which is set up such that the distance a is automatically varied in an operating mode during a measurement process either in steps or continuously in a value range. As described above, an angle-dependent intensity distribution of the scattered X-ray radiation can generally be assumed. By means of the automatic adjustment of the distance a, a range of values for the angle α can then be covered in the course of a measurement process and the angle-dependent intensity distribution can be recorded. An X-ray detector designed in this way is Intended in particular for applications in which no radiation dose limits need to be taken into account, e.g. for material examinations.

Bevorzugt wird zudem eine Ausgestaltung des Röntgendetektors mit einer Auslese- und Verarbeitungseinheit, wobei die Auslese- und Verarbeitungseinheit derart eingerichtet ist, dass die Messsignale der Sensor-Pixel U der zweiten Detektorschicht, welche in Schichtabfolgerichtung gesehen deckungsgleich mit Transparent-Pixeln der ersten Deckungsschicht angeordnet sind, unabhängig von den Messsignalen der Sensor-Pixel G der zweiten Detektorschicht, welche in Schichtabfolgerichtung gesehen deckungsgleich mit Sensor-Pixeln S der ersten Deckungsschicht angeordnet sind, ausgewertet werden. Auf diese Weise erhält man zwei quasi voneinander unabhängige zweidimensionale Intensitätsverteilungen von Röntgenstrahlung, wobei die eine Intensitätsverteilung eine Verteilung von gestreuter Röntgenstrahlung wiedergibt und wobei die andere Intensitätsverteilung eine Verteilung von ungestreuten Röntgenstrahlung wiedergibt. Diese lassen sich dann ebenfalls unabhängig voneinander begutachten und analysieren und es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, durch eine nachträgliche Verknüpfung beider Intensitätsverteilungen mit Hilfe einer Software weitere Varianten zur Darstellung der erhaltenen Messdaten zu generieren.An embodiment of the X-ray detector with a read-out and processing unit is also preferred, the read-out and processing unit being set up in such a way that the measurement signals from the sensor pixels U the second detector layer, which, viewed in the layer sequence direction, are arranged congruently with transparent pixels of the first cover layer, regardless of the measurement signals of the sensor pixels G the second detector layer, which, viewed in the direction of the layer sequence, is congruent with the sensor pixels S. the first cover layer are arranged to be evaluated. In this way, two quasi-independent two-dimensional intensity distributions of X-rays are obtained, one intensity distribution reproducing a distribution of scattered X-rays and the other intensity distribution reproducing a distribution of unscattered X-rays. These can then also be assessed and analyzed independently of one another, and there is also the option of subsequently linking the two intensity distributions with the help of software to generate further variants for displaying the measurement data obtained.

Zweckdienlich ist überdies eine Ausführung des Röntgendetektors mit einer Auslese- und Verarbeitungseinheit, bei der die Auslese- und Verarbeitungseinheit derart eingerichtet ist, dass wahlweise in einem ersten Betriebsmodus ausschließlich die Messsignale der Sensor-Pixel G der zweiten Detektorschicht ausgewertet werden, welche in Schichtabfolgerichtung gesehen deckungsgleich mit Sensor-Pixeln S der ersten Detektorschicht angeordnet sind oder in einem zweiten Betriebsmodus ausschließlich die Messsignale der Sensor-Pixel U der zweiten Detektorschicht ausgewertet werden, welch ein Schichtabfolgerichtung gesehen deckungsgleich mit Transparent-Pixeln der ersten Detektorschicht angeordnet sind. Dem Bediener bietet sich somit die Möglichkeit auszuwählen, ob entweder eine zweidimensionale Intensitätsverteilung von ungestreuter Röntgenstrahlung ausgewertet werden soll oder ob eine zweidimensionale Intensitätsverteilung von gestreuter Röntgenstrahlung ausgewertet werden soll. Die Intensitätsverteilung der gestreuten Röntgenstrahlung eignet sich dabei zum Beispiel, um sogenannnte Streuzentren ausfindig zu machen und näher zu analysieren.An embodiment of the X-ray detector with a read-out and processing unit is also expedient, in which the read-out and processing unit is set up in such a way that, optionally, only the measurement signals of the sensor pixels in a first operating mode G of the second detector layer are evaluated which, viewed in the direction of the layer sequence, are congruent with the sensor pixels S. the first detector layer or, in a second operating mode, exclusively the measurement signals of the sensor pixels U of the second detector layer can be evaluated which layer sequence direction is congruent with the transparent pixels of the first detector layer. The operator thus has the option of choosing whether either a two-dimensional intensity distribution of unscattered X-rays should be evaluated or whether a two-dimensional intensity distribution of scattered X-rays should be evaluated. The intensity distribution of the scattered X-ray radiation is suitable, for example, for locating so-called scattering centers and for analyzing them more closely.

Zweckmäßig ist des Weiteren eine Ausgestaltung des Röntgendetektors mit einer Auslese- und Verarbeitungseinheit, wobei die Auslese- und Verarbeitungseinheit derart eingerichtet ist, dass die Messsignale von Sensor-Pixeln der ersten und der zweiten Detektorschicht ausgewertet werden. Die Einbeziehung der Messsignale der Sensor-Pixel S der ersten Detektorschicht in die Auswertung ist insbesondere dann vorgesehen, wenn die von der Röntgenstrahlungsquelle emittierte Röntgenstrahlung eine unvorteilhaft geringere Intensität aufweist und eine Anpassung dieser Intensität nicht möglich ist oder zum Beispiel aus Sicherheitsgründen nicht angepasst werden soll und/oder wenn der durch das zu untersuchende Objekt transmittierte Anteil dieser Intensität entsprechend gering ist. Auch hier ist es wiederum vorgesehen, dass dem Nutzer des Röntgendetektors die Wahlmöglichkeit geboten wird, bei jeder Untersuchung zu entscheiden, ob oder ob nicht die Messsignale der Sensor-Pixel S der ersten Detektorschicht mit in die Auswertung einbezogen werden.Furthermore, an embodiment of the X-ray detector with a read-out and processing unit is expedient, the read-out and processing unit being set up in such a way that the measurement signals from sensor pixels of the first and second detector layers are evaluated. The inclusion of the measurement signals from the sensor pixels S. the first detector layer in the evaluation is provided in particular if the x-ray radiation emitted by the x-ray source has an disadvantageously lower intensity and an adaptation of this intensity is not possible or, for example, should not be adapted for safety reasons and / or if the object to be examined is affected transmitted portion of this intensity is correspondingly low. Here, too, it is again provided that the user of the X-ray detector is offered the option of deciding for each examination whether or not the measurement signals from the sensor pixels S. the first detector layer can be included in the evaluation.

Weiter bevorzugt ist eine Variante des Röntgendetektors mit einer Auslese- und Verarbeitungseinheit, bei der die Auslese- und Verarbeitungseinheit derart eingerichtet ist, dass in einem dritten Betriebsmodus die Messsignale der Sensor-Pixel G der zweiten Detektorschicht, welche in Schichtabfolgerichtung gesehen deckungsgleich mit Sensor-Pixeln S der ersten Detektorschicht angeordnet sind, genutzt werden, um die Beeinflussung der Messsignale der Sensor-Pixel S der ersten Detektorschicht durch gestreute Röntgenstrahlung zu bestimmen und um diese Beeinflussung im Rahmen einer Auswertung der Messsignale rechnerisch herauszufiltern.A variant of the X-ray detector with a read-out and processing unit is also preferred, in which the read-out and processing unit is set up in such a way that, in a third operating mode, the measurement signals from the sensor pixels G the second detector layer, which, viewed in the direction of the layer sequence, is congruent with the sensor pixels S. the first detector layer are arranged, used to influence the measurement signals of the sensor pixels S. of the first detector layer to be determined by scattered X-ray radiation and to filter out this influence by calculation in the context of an evaluation of the measurement signals.

Die gestellte Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.The object set with regard to the method is achieved according to the invention by a method having the features of claim 12.

Das Verfahren dient zur Detektion von Röntgenstrahlung, welche von einer Röntgenstrahlungsquelle erzeugt wurde und nachfolgend ein zu untersuchendes Objekt durchdrungen hat. Dabei kommt ein Röntgendetektor nach einem der vorangegangenen Ansprüche zum Einsatz, wobei der Röntgendetektor derart relativ zur Röntgenstrahlungsquelle angeordnet wird, dass die von der Röntgenstrahlungsquelle emittierte Röntgenstrahlung in guter Näherung im Lot auf die erste Detektorschicht auftrifft, zumindest sofern sich zwischen der Röntgenstrahlungsquelle und dem Röntgendetektor keinerlei Hindernis befindet. Mittels einer lochmaskenartigen Barriere für die Röntgenstrahlung wird diese nach dem Prinzip der geometrischen Optik in einen gestreuten Anteil und einen ungestreuten Anteil aufgespalten. Schließlich wird mittels einer ersten regelmäßigen Anordnung von Sensor-Pixeln U der ungestreute Anteil der Röntgenstrahlung detektiert und mittels einer zweiten regelmäßigen Anordnung von Sensor-Pixeln G wird der gestreute Anteil der Röntgenstrahlung detektiert.The method is used to detect X-rays that were generated by an X-ray source and subsequently penetrated an object to be examined. An X-ray detector according to one of the preceding claims is used, the X-ray detector being arranged relative to the X-ray source in such a way that the X-ray radiation emitted by the X-ray source strikes the first detector layer in good approximation perpendicularly, at least if there is no between the X-ray source and the X-ray detector Obstacle. By means of a perforated mask-like barrier for the X-ray radiation, it is split into a scattered part and an unscattered part according to the principle of geometric optics. Finally, a first regular arrangement of sensor pixels is used U the unscattered portion of the X-ray radiation is detected and by means of a second regular arrangement of sensor pixels G the scattered part of the X-ray radiation is detected.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

  • 1 in einer perspektivischen Ansicht eine Messvorrichtung mit einem Röntgendetektor,
  • 2 jeweils in einer Draufsicht zwei Detektorschichten des Röntgendetektors,
  • 3 in einer Schnittdarstellung den Röntgendetektor,
  • 4 in einer zweiten Schnittdarstellung den Röntgendetektor,
  • 5 in einer dritten Schnittdarstellung den Röntgendetektor und
  • 6 in einer vierten Schnittdarstellung den Röntgendetektor.
Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a schematic drawing. Show in it:
  • 1 in a perspective view a measuring device with an X-ray detector,
  • 2 two detector layers of the X-ray detector in a top view,
  • 3 the X-ray detector in a sectional view,
  • 4th in a second sectional view the X-ray detector,
  • 5 in a third sectional view the X-ray detector and
  • 6 in a fourth sectional illustration the X-ray detector.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in each of the figures.

Der nachfolgend exemplarisch beschriebene Röntgendetektor 2 ist Teil einer Messvorrichtung 4 oder eines medizinischen Gerätes, wie zum Beispiel einem Computertomographen, mit deren bzw. dessen Hilfe Testobjekte 6 oder Patienten im Rahmen eines bildgebenden Verfahrens der eingangs genannten Art untersucht werden können.The X-ray detector described below as an example 2 is part of a measuring device 4th or a medical device, such as, for example, a computed tomograph, with the aid of which test objects 6 or patients can be examined as part of an imaging method of the type mentioned above.

Dazu sind nach an sich bekannter Art und Weise eine Röntgenstrahlungsquelle 8 und der Röntgendetektor 2 relativ zueinander angeordnet und zwischen der Röntgenstrahlungsquelle 8 und dem Röntgendetektor 2 ist eine Lager- oder Haltevorrichtung platziert, die zur Positionierung des Testobjektes 6 bzw. des Patienten relativ zur Röntgenstrahlungsquelle 8 zum Röntgendetektor 2 dient.For this purpose, an X-ray source is used in a manner known per se 8th and the X-ray detector 2 arranged relative to each other and between the x-ray source 8th and the X-ray detector 2 a storage or holding device is placed, which is used to position the test object 6 or the patient relative to the X-ray source 8th to the X-ray detector 2 serves.

Der Röntgendetektor 2 weist einen mehrschichtigen Aufbau auf mit einer ersten Detektorschicht 10, einer sich in Schichtabfolgerichtung 12 daran anschließenden Halbleiterträgerschicht 14 und einer sich an die Halbleiterträgerschicht 14 in Schichtabfolgerichtung 12 anschließenden zweiten Detektorschicht 16. Beide Detektorschichten 10,16 sind als Multi-Pixel-Detektorschichten ausgebildet, wobei bei beiden Detektorschichten 10,16 Pixel mit einer quadratischen Grundfläche derart aneinandergereiht sind, dass mit den Grundflächen der Pixel einer jeden Detektorschicht 10,16 jeweils ein Bereich in einer Ebene quer zur Schichtabfolgerichtung 12 flächendeckend abgedeckt ist.The X-ray detector 2 has a multilayer structure with a first detector layer 10 , one in the layering direction 12th subsequent semiconductor carrier layer 14th and one attached to the semiconductor substrate 14th in layer sequence direction 12th subsequent second detector layer 16 . Both detector layers 10 , 16 are designed as multi-pixel detector layers, with both detector layers 10 , 16 Pixels with a square base are lined up in such a way that with the base of the pixels of each detector layer 10 , 16 one area in each case in a plane perpendicular to the layer sequence direction 12th is covered across the board.

Während die zweite Detektorschicht 16 ausschließlich aus Sensor-Pixeln 18 aufgebaut ist, wird die erste Detektorschicht 10 durch Sensor-Pixel 18 einerseits und Transparent-Pixel 20 andererseits gebildet, die nach Art eines Schachbrettmusters in wechselnder Abfolge aneinandergereiht sind, wie dies in 2 dargestellt ist.While the second detector layer 16 exclusively from sensor pixels 18th is built up, the first detector layer 10 through sensor pixels 18th on the one hand and transparent pixels 20th on the other hand formed, which are lined up like a chessboard pattern in alternating sequence, as shown in 2 is shown.

Das Funktionsprinzip des Röntgendetektors 2 lässt sich anhand der Schnittdarstellungen 3 bis 5 und auf der Basis der zuvor erwähnten vereinfachten Beschreibung nun wie folgt darlegen. Die Röntgenstrahlung, welche durch das Testobjekt 6 transmittiert ist, setzt sich zusammen aus einem ungestreuten Anteil 22 und einem gestreuten Anteil 24. Auf die Sensor-Pixel 18 der ersten Detektorschicht 10 trifft sowohl gestreute als auch ungestreute Röntgenstrahlung auf, so dass mittels der aus diesen Pixeln gebildeten Matrix S Röntgenstrahlung wie bei einem herkömmlichen Multi-Pixel-Röntgendetektor messtechnisch erfasst wird. Dabei ist jedoch einerseits die mit dieser Matrix S erreichbare Auflösung aufgrund der dazwischen liegenden Transparent-Pixel 20 reduziert und andererseits entfällt auf die Sensor-Pixel 18 der Matrix S nur die Hälfte der Intensität der durch das Testobjekt 6 transmittierten Röntgenstrahlung.The principle of operation of the X-ray detector 2 can be based on the sectional views 3 to 5 and now set forth as follows based on the aforementioned simplified description. The X-rays that pass through the test object 6 is transmitted, is composed of an unscattered portion 22nd and a scattered share 24 . On the sensor pixels 18th the first detector layer 10 both scattered and unscattered X-rays impinge, so that by means of the matrix formed from these pixels S. X-ray radiation is detected by measurement technology as with a conventional multi-pixel X-ray detector. However, on the one hand there is the one with this matrix S. achievable resolution due to the transparent pixels in between 20th reduced and on the other hand omitted from the sensor pixels 18th the matrix S. only half the intensity of the test object 6 transmitted X-rays.

Die andere Hälfte der Intensität passiert die erste Detektorschicht 10 durch die Transparent-Pixel 20, welche für Röntgenstrahlung transparent sind, und trifft auf die zweite Detektorschicht 16 auf. Jedes Sensor-Pixel der zweiten Detektorschicht 16 ist in Schichtabfolgerichtung 12 gesehen entweder deckungsgleich mit einem Sensor-Pixel 18 oder einem Transparent-Pixel 20 der ersten Detektorschicht 10 angeordnet. Aus diesem Grund trifft ungestreute Röntgenstrahlung lediglich auf Sensor-Pixel 18 der zweiten Detektorschicht 16 auf, welche in Schichtabfolgerichtung 12 gesehen unterhalb von Transparent-Pixeln 20 angeordnet sind, und gestreute Röntgenstrahlung trifft lediglich auf Sensor-Pixel 18 der zweiten Detektorschicht 16 auf, welche in Schichtabfolgerichtung 12 gesehen unterhalb von Sensor-Pixeln 18 der ersten Detektorschicht 10 positioniert sind.The other half of the intensity passes through the first detector layer 10 through the transparent pixels 20th , which are transparent to X-rays, and hits the second detector layer 16 on. Each sensor pixel of the second detector layer 16 is in layering direction 12th seen either congruent with a sensor pixel 18th or a transparent pixel 20th the first detector layer 10 arranged. For this reason, unscattered X-ray radiation only hits sensor pixels 18th the second detector layer 16 on which in layer sequence direction 12th seen below transparent pixels 20th are arranged, and scattered X-ray radiation hits only sensor pixels 18th the second detector layer 16 on which in layer sequence direction 12th seen below sensor pixels 18th the first detector layer 10 are positioned.

Mit Hilfe einer Auslese- und Auswerteeinheit 26 werden die Messsignale der Sensor-Pixel 18 der zweiten Detektorschicht 16, auf die ausschließlich ungestreute Röntgenstrahlung auftrifft, miteinander verknüpft und die Messsignale der Sensor-Pixel 18 der zweiten Detektorschicht 16, auf die lediglich gestreute Röntgenstrahlung auftrifft, werden ebenfalls miteinander verknüpft, so dass letzten Endes drei virtuelle durch die Matrixen S, U und G gegebene Multi-Pixel-Röntgendetektoren mit dem Röntgendetektor 2 realisiert werden.With the help of a readout and evaluation unit 26th the measurement signals of the sensor pixels 18th the second detector layer 16 , on which only unscattered X-rays impinge, are linked with each other and the measurement signals of the sensor pixels 18th the second detector layer 16 , which are only incident on scattered X-rays, are also linked to one another, so that in the end three virtual ones through the matrices S. , U and G given multi-pixel X-ray detectors with the X-ray detector 2 will be realized.

Im Rahmen eines Messvorgangs, also im Rahmen einer Untersuchung eines Testobjektes 6, sind stets alle drei virtuellen Multi-Pixel-Röntgendetektoren aktiv und die generierten Messsignale oder vielmehr deren Informationsgehalt wird für eine weitere Auswertung in einem Speicher zwischengespeichert. Der Bediener der Messvorrichtung 4 kann dann nach Vollendung des Messvorgangs diese Informationen für eine Analyse nutzen. Dazu kann er auswählen, ob lediglich die Messsignale eines virtuellen Multi-Pixel-Röntgendetektors für eine Analyse herangezogen werden oder aber, ob die Messsignale mehrerer virtueller Multi-Pixel-Röntgendetektoren miteinander verknüpft werden.As part of a measurement process, i.e. as part of an examination of a test object 6 , all three virtual multi-pixel x-ray detectors are always active and the generated measurement signals, or rather their information content, is temporarily stored in a memory for further evaluation. The operator of the measuring device 4th can then use this information for an analysis after completing the measurement process. For this purpose, he can select whether only the measurement signals of a virtual multi-pixel X-ray detector are used for an analysis or whether the measurement signals of several virtual multi-pixel X-ray detectors are linked to one another.

Werden nur die Messsignale der Matrix S genutzt, dann wird hierdurch ähnlich wie bei einem Röntgendetektor nach dem Stand der Technik eine zweidimensionale Intensitätsverteilung der durch das Testobjekt 6 transmittierten Röntgenstrahlung wiedergegeben, wobei die Auflösung und das Signal-Rausch-Verhältnis reduziert sind. Bei Auswertung der Messsignale der Matrix U wird zwar ebenfalls eine zweidimensionale Intensitätsverteilung von Röntgenstrahlung wiedergegeben, bei der die Auflösung und das Signal-Rausch-Verhältnis reduziert sind, allerdings handelt es sich dabei um eine Intensitätsverteilung von ausschließlich ungestreuter Röntgenstrahlung. Are only the measurement signals of the matrix S. is used, then a two-dimensional intensity distribution of the through the test object is hereby similar to an X-ray detector according to the prior art 6 transmitted X-ray radiation, the resolution and the signal-to-noise ratio being reduced. When evaluating the measurement signals of the matrix U Although a two-dimensional intensity distribution of X-rays is also reproduced, in which the resolution and the signal-to-noise ratio are reduced, this is an intensity distribution of exclusively unscattered X-rays.

Bei einer Auswertung der Messsignale der Matrix G schließlich erhält man eine Intensitätsverteilung von ausschließlich gestreuter Röntgenstrahlung.When evaluating the measurement signals of the matrix G finally, an intensity distribution of exclusively scattered X-rays is obtained.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Messsignale der Matrizen S und U gemeinsam auszuwerten, wodurch die Auflösung aber auch der negative Einfluss der gestreuten Röntgenstrahlung auf die Qualität der generierbaren Bilder im Rahmen eines bildgebenden Verfahrens der eingangs genannten Art gegenüber einer Auswertung der Messsignale nur einer Matrix S oder U erhöht wird. Dieser negative Einfluss ist jedoch gegenüber dem Stand der Technik weiterhin reduziert, da nur auf die Hälfte aller Pixel gestreute Röntgenstrahlung auftrifft.In addition, there is the possibility of the measurement signals of the matrices S. and U jointly evaluate, whereby the resolution but also the negative influence of the scattered X-rays on the quality of the images that can be generated in the context of an imaging method of the type mentioned at the outset compared to an evaluation of the measurement signals of only one matrix S. or U is increased. However, this negative influence is further reduced compared to the prior art, since only half of all the pixels scattered X-rays strike.

Zusätzlich wird dem Bediener die Option angeboten, mittels der Messsignale der Matrix G, den Einfluss der gestreuten Röntgenstrahlung auf die Messsignale der Matrix S zu bestimmen und rechnerisch herauszufiltern und die auf diese Art korrigierten Messsignale der Matrix S mit den Messsignalen der Matrix U zu kombinieren. Dabei wird der zu erwartende Einfluss auf ein Pixel der Matrix S zum Beispiel dadurch bestimmt, dass eine Interpolation vorgenommen wird zwischen den Messsignalen derjenigen vier Pixel der Matrix G, die dasjenige Pixel der Matrix U einrahmen, welches direkt unterhalb des entsprechenden Pixels der Matrix S liegt.In addition, the operator is offered the option of using the measurement signals of the matrix G , the influence of the scattered X-rays on the measurement signals of the matrix S. to determine and to filter out by calculation and the measurement signals of the matrix corrected in this way S. with the measurement signals of the matrix U to combine. The expected influence on a pixel of the matrix is thereby S. determined, for example, in that an interpolation is carried out between the measurement signals of those four pixels of the matrix G that is the pixel of the matrix U frame which is directly below the corresponding pixel of the matrix S. lies.

Für einen möglichst geringen Aufwand bei der Herstellung eines entsprechenden Röntgendetektors 2 ist es günstig, wie in 6 dargestellt, eine gemeinsame Halbleiterträgerschicht 28 vorzusehen, an deren Oberseite die erste Detektorschicht 10 und an deren Unterseite die zweite Detektorschicht 16 positioniert wird. Dazu wird für jedes Sensor-Pixel 18 eine Fotodiode 30 mitsamt Ausleseelektronik in die Halbleiterträgerschicht 28 eingearbeitet und an jeder Fotodiode 30 wird ein Szintillatorkristall 32 befestigt. Die Räume zwischen den Sensor-Pixeln 18 der ersten Detektorschicht 10 werden mit einem für Röntgenstrahlung transparenten Material aufgefüllt und die nicht an einer Fotodiode 30 anliegenden Oberflächen der Szintillatorkristalle 32 werden derart aufbereitet, dass ein möglichst großer Anteil des im jeweiligen Szintillatorkristall 32 erzeugten Lichtes reflektiert wird und nicht aus dem Szintillatorkristall 32 heraustritt.For the lowest possible effort in the production of a corresponding X-ray detector 2 is it cheap as in 6 shown, a common semiconductor carrier layer 28 to be provided, on the upper side of which the first detector layer 10 and the second detector layer on its underside 16 is positioned. This is done for each sensor pixel 18th a photodiode 30th including readout electronics in the semiconductor carrier layer 28 incorporated and on each photodiode 30th becomes a scintillator crystal 32 attached. The spaces between the sensor pixels 18th the first detector layer 10 are filled with a material that is transparent to X-rays and not on a photodiode 30th adjacent surfaces of the scintillator crystals 32 are processed in such a way that the largest possible proportion of the in the respective scintillator crystal 32 generated light is reflected and not from the scintillator crystal 32 steps out.

Alternativ ist ein Röntgendetektor 2 vorgesehen, bei dem der Abstand a zwischen den Detektorschichten 10,16 nicht fest vorgegeben ist, sondern vom Bediener variiert werden kann. Hierzu weist der entsprechende Röntgendetektor 2, wie in 4 angedeutet, eine Verstellvorrichtung 34 mit einer Steuerungseinheit 36 auf. Zur Erfassung der Winkelabhängigkeit der Intensität des gestreuten Anteils 24 der Röntgenstrahlung wird dann in einem wählbaren Betriebsmodus während eines Messvorgangs automatisch ein wählbarer Wertebereich für den Winkel α durch kontinuierliche oder stufenweise Änderung des Abstandes a abgefahren.An X-ray detector is an alternative 2 provided, in which the distance a between the detector layers 10, 16 is not fixed, but can be varied by the operator. The corresponding X-ray detector indicates this 2 , as in 4th indicated, an adjusting device 34 with a control unit 36 on. To determine the angle dependence of the intensity of the scattered portion 24 of the X-ray radiation, a selectable range of values for the angle α is then automatically followed in a selectable operating mode during a measurement process by continuously or stepwise changing the distance a.

Claims (12)

Röntgendetektor (2) umfassend eine erste Detektorschicht (10) und eine zweite Detektorschicht (16), - wobei die erste Detektorschicht (10) als Multi-Pixel-Detektorschicht (10) und nach Art einer Lochmaske ausgebildet ist, bei der in regelmäßiger Abfolge Sensor-Pixel (18,S) sowie röntgenstrahlungsdurchlässige Transparent-Pixel (20) angeordnet sind, - wobei die zweite Detektorschicht (16), welche in Schichtabfolgerichtung (12) mit einem Abstand a zur ersten Detektorschicht (10) angeordnet ist, als Multi-Pixel-Detektorschicht (16) aus Sensor-Pixeln (18,U,G) ausgebildet ist, - wobei die Sensor-Pixel (18,S) der ersten Detektorschicht (10) und die Transparent-Pixel (20) dieselbe Pixelbreite p aufweisen und - wobei jedes Sensor-Pixel (18,S) der ersten Detektorschicht (10) in Schichtabfolgerichtung (12) gesehen deckungsgleich mit einem Sensor-Pixel G (18) der zweiten Detektorschicht (16) angeordnet ist.X-ray detector (2) comprising a first detector layer (10) and a second detector layer (16), - wherein the first detector layer (10) is designed as a multi-pixel detector layer (10) and in the manner of a perforated mask, in which sensor pixels (18, S) and X-ray-permeable transparent pixels (20) are arranged in a regular sequence, - The second detector layer (16), which is arranged in the layer sequence direction (12) at a distance a from the first detector layer (10), is designed as a multi-pixel detector layer (16) made of sensor pixels (18, U, G) , - wherein the sensor pixels (18, S) of the first detector layer (10) and the transparent pixels (20) have the same pixel width p and - each sensor pixel (18, S) of the first detector layer (10) being arranged congruently with a sensor pixel G (18) of the second detector layer (16) as seen in the layer sequence direction (12). Röntgendetektor (2) nach Anspruch 1, wobei die Sensor-Pixel (18,S) der ersten Detektorschicht (10) und die Transparent-Pixel (20) nach Art eines Schachbrettmusters angeordnet sind.X-ray detector (2) after Claim 1 , the sensor pixels (18, S) of the first detector layer (10) and the transparent pixels (20) being arranged in the manner of a checkerboard pattern. Röntgendetektor (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sensor-Pixel (18,S) der ersten Detektorschicht (10) und die Sensor-Pixel (18,U,G) der zweiten Detektorschicht (16) dieselbe Pixelbreite p aufweisen.X-ray detector (2) after Claim 1 or 2 wherein the sensor pixels (18, S) of the first detector layer (10) and the sensor pixels (18, U, G) of the second detector layer (16) have the same pixel width p. Röntgendetektor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verhältnis von Pixelbreite p und Abstand a derart gewählt ist, dass ein Hauptanteil der gestreuten Röntgenstrahlung (24), der die erste Detektorschicht (10) passiert, auf Sensor-Pixel G (18) der zweiten Detektorschicht (16) auftrifft, die in Schichtabfolgerichtung (12) gesehen deckungsgleich mit einem Sensor-Pixel (18,S) der ersten Detektorschicht (10) angeordnet sind.X-ray detector (2) according to one of the Claims 1 to 3 , where the ratio of pixel width p and distance a is selected such that a major portion of the scattered X-ray radiation (24) which passes through the first detector layer (10) impinges on sensor pixels G (18) of the second detector layer (16) which, viewed in the layer sequence direction (12), are congruent with a sensor pixel (18, S) of the first detector layer (10) are arranged. Röntgendetektor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine gemeinsame Halbleiterträgerschicht (28) für die beiden Detektorschichten (10,16) den Abstand a vorgibt und wobei zumindest eine Funktionseinheit (30) eines jeden Sensor-Pixels (18,S,U,G) sowohl der ersten (10) als auch der zweiten Detektorschicht (16) in die Halbleiterträgerschicht (28) eingearbeitet ist.X-ray detector (2) according to one of the Claims 1 to 4th , wherein a common semiconductor carrier layer (28) for the two detector layers (10, 16) specifies the distance a and at least one functional unit (30) of each sensor pixel (18, S, U, G) of both the first (10) and the second detector layer (16) is also incorporated into the semiconductor carrier layer (28). Röntgendetektor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Abstand a mit Hilfe einer Verstellvorrichtung (34) variierbar ist.X-ray detector (2) according to one of the Claims 1 to 4th , wherein the distance a can be varied with the aid of an adjusting device (34). Röntgendetektor (2) nach Anspruch 6, wobei eine Steuerungseinheit (36) vorgesehen ist, die derart eingerichtet ist, dass der Abstand a in einem Betriebsmodus während eines Messvorgangs automatisch variiert wird.X-ray detector (2) after Claim 6 , wherein a control unit (36) is provided which is set up such that the distance a is automatically varied in an operating mode during a measuring process. Röntgendetektor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit einer Auslese- und Verarbeitungseinheit (26), wobei die Auslese- und Verarbeitungseinheit (26) derart eingerichtet ist, dass die Messsignale der Sensor-Pixel U (18) der zweiten Detektorschicht (16), welche in Schichtabfolgerichtung (12) gesehen deckungsgleich mit Transparent-Pixeln (20) der ersten Detektorschicht (10) angeordnet sind, unabhängig von den Messsignalen der Sensor-Pixel G (18) der zweiten Detektorschicht (16), welche in Schichtabfolgerichtung (12) gesehen deckungsgleich mit Sensor-Pixeln (18,S) der ersten Detektorschicht (10) angeordnet sind, ausgewertet werden.X-ray detector (2) according to one of the Claims 1 to 7th with a read-out and processing unit (26), the read-out and processing unit (26) being set up in such a way that the measurement signals of the sensor pixels U (18) of the second detector layer (16), seen in the layer sequence direction (12), are congruent with Transparent pixels (20) of the first detector layer (10) are arranged, independently of the measurement signals of the sensor pixels G (18) of the second detector layer (16), which, viewed in the layer sequence direction (12), are congruent with sensor pixels (18, S. ) the first detector layer (10) are arranged to be evaluated. Röntgendetektor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer Auslese- und Verarbeitungseinheit (26), wobei die Auslese- und Verarbeitungseinheit (26) derart eingerichtet ist, dass wahlweise in einem ersten Betriebsmodus ausschließlich die Messsignale der Sensor-Pixel G (18) der zweiten Detektorschicht (16) ausgewertet werden, welche in Schichtabfolgerichtung (12) gesehen deckungsgleich mit Sensor-Pixeln (18,S) der ersten Detektorschicht (10) angeordnet sind oder - in einem zweiten Betriebsmodus ausschließlich die Messsignale der Sensor-Pixel U (18) der zweiten Detektorschicht (16) ausgewertet werden, welche in Schichtabfolgerichtung (12) gesehen deckungsgleich mit Transparent-Pixeln (20) der ersten Detektorschicht (10) angeordnet sind.X-ray detector (2) according to one of the Claims 1 to 8th with a read-out and processing unit (26), the read-out and processing unit (26) being set up in such a way that, optionally in a first operating mode, only the measurement signals of the sensor pixels G (18) of the second detector layer (16) are evaluated are arranged congruently with sensor pixels (18, S) of the first detector layer (10) as seen in the layer sequence direction (12) or - in a second operating mode only the measurement signals of the sensor pixels U (18) of the second detector layer (16) are evaluated, which, viewed in the layer sequence direction (12), are arranged congruently with transparent pixels (20) of the first detector layer (10). Röntgendetektor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer Auslese- und Verarbeitungseinheit (26), wobei die Auslese- und Verarbeitungseinheit (26) derart eingerichtet ist, dass die Messsignale von Sensor-Pixeln (18,S,U,G) der ersten (10) und der zweiten (16) Detektorschicht ausgewertet werden.X-ray detector (2) according to one of the Claims 1 to 8th with a read-out and processing unit (26), the read-out and processing unit (26) being set up in such a way that the measurement signals from sensor pixels (18, S, U, G) of the first (10) and second (16) Detector layer are evaluated. Röntgendetektor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 10 mit einer Auslese- und Verarbeitungseinheit (26), wobei die Auslese- und Verarbeitungseinheit (26) derart eingerichtet ist, dass in einem dritten Betriebsmodus die Messsignale der Sensor-Pixel G (18) der zweiten Detektorschicht (16), welche in Schichtabfolgerichtung (12) gesehen deckungsgleich mit Sensor-Pixeln (18,S) der ersten Detektorschicht (10) angeordnet sind, genutzt werden, um die Beeinflussung der Messsignale der Sensor-Pixel (18,S) der ersten Detektorschicht (10) durch gestreute Röntgenstrahlung (24) zu bestimmen und um diese Beeinflussung im Rahmen einer Auswertung der Messsignale rechnerisch herauszufiltern.X-ray detector (2) according to one of the Claims 1 to 8th or 10 with a read-out and processing unit (26), the read-out and processing unit (26) being set up in such a way that, in a third operating mode, the measurement signals from the sensor pixels G (18) of the second detector layer (16), which are transmitted in the layer sequence direction (12 ), seen congruent with sensor pixels (18, S) of the first detector layer (10), are used to influence the measurement signals of the sensor pixels (18, S) of the first detector layer (10) by scattered X-rays (24) to determine and to computationally filter out this influence in the context of an evaluation of the measurement signals. Verfahren zur Detektion von Röntgenstrahlung (22,24), welche von einer Röntgenstrahlungsquelle (8) erzeugt wurde und ein zu untersuchendes Objekt (4) durchdrungen hat, mit Hilfe eines Röntgendetektors (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Röntgendetektor (2) derart relativ zur Röntgenstrahlungsquelle (8) angeordnet wird, dass ein Hauptanteil der von der Röntgenstrahlungsquelle (8) abgestrahlten Röntgenstrahlung (22,24) im Lot auf die erste Detektorschicht (10) auftrifft, zumindest sofern sich zwischen der Röntgenstrahlungsquelle (8) und dem Röntgendetektor (2) kein Hindernis (6) befindet, wobei mittels einer lochmaskenartigen Barriere (10) Röntgenstrahlung (22,24) nach dem Prinzip der geometrischen Optik in einen gestreuten Anteil (24) und einen ungestreuten Anteil (22) aufgespalten wird und wobei mittels einer ersten regelmäßigen Anordnung von Sensor-Pixeln U (18) der ungestreute Anteil (22) der Röntgenstrahlung detektiert wird und wobei mittels einer zweiten regelmäßigen Anordnung von Sensor-Pixeln G (18) der gestreute Anteil (24) der Röntgenstrahlung detektiert wird.Method for the detection of X-rays (22,24), which was generated by an X-ray source (8) and has penetrated an object (4) to be examined, with the aid of an X-ray detector (2) according to one of the Claims 1 to 9 , the X-ray detector (2) being arranged relative to the X-ray source (8) in such a way that a major portion of the X-ray radiation (22,24) emitted by the X-ray source (8) strikes the first detector layer (10) perpendicularly, at least if there is between the The X-ray source (8) and the X-ray detector (2) are not obstructed (6), whereby by means of a perforated mask-like barrier (10), X-rays (22, 24) according to the principle of geometrical optics are divided into a scattered portion (24) and an unscattered portion (22 ) is split up and with a first regular arrangement of sensor pixels U (18) the unscattered portion (22) of the X-ray radiation is detected and with a second regular arrangement of sensor pixels G (18) the scattered portion (24) of the X-ray radiation is detected.
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