DE10308319A1

DE10308319A1 - Glasfaserscintillator mit optischer Verstärkung für ein Computertomografiesystem und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10308319A1
Application number: DE10308319A
Authority: DE
Inventors: David M Hoffmann
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2003-10-09
Also published as: US6775348B2; US20030161437A1

Abstract

Die Erfindung stellt eine Erfassungseinrichtung (20) für ein CT-System (10) bereit. Die Erfassungseinrichtung beinhaltet einen Scintillator (90, 94) mit eingebauter Verstärkung zum Empfangen und Umsetzen hochfrequenter elektromagnetischer Energie (16) in Licht (93). Jeder Scintillator (90, 94) ist aus einem Scintillationsmaterial (96) und einem optisch stimulierten Material (98) ausgebildet. Die Komponenten können zur Ausbildung einer einzelnen zusammengesetzten Struktur (92) miteinander gemischt oder in Schichten zur Ausbildung einer einzelnen geschichteten Struktur (94) ausgebildet werden. Der Scintillator (90, 94) kann in das Erfassungsarray (18) eines beliebigen CT-Systems aufgenommen werden, das medizinische diagnostische Systeme (10) und Frachtstück-/Gepäckkontrollsysteme (100) umfasst.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Erfassung und Umsetzung hochfrequenter elektromagnetischer Energie in elektrische Signale, und insbesondere auf ein Scintillatorarray aus Glasfaserscintillatoren mit optischer Verstärkung zur Verwendung bei Computertomografiesystemen.

Typischerweise emittiert bei Computertomografie-(CT-)Abbildungssystemen eine Röntgenquelle einen fächerförmigen Strahl in Richtung eines Objekts, wie einen Patienten oder ein Gepäckstück. Nachdem der Strahl durch das Objekt gedämpft wurde, trifft er auf ein Array von Strahlungserfassungseinrichtungen. Die Intensität der am Erfassungsarray erhaltenen gedämpften Strahlung hängt typischerweise von der Dämpfung des Röntgenstrahls durch das Objekt ab. Jedes Erfassungselement des Erfassungsarrays erzeugt ein separates elektrisches Signal, das den durch jedes Erfassungselement empfangenen gedämpften Strahl angibt. Die elektrischen Signale werden zu einem Datenverarbeitungssystem für eine Analyse übertragen, die schließlich in der Ausbildung eines Bildes resultiert.

Im Allgemeinen drehen sich die Röntgenquellen und das Erfassungsarray an dem Fasslager in einer Abbildungsebene und um das Objekt. Röntgenquellen enthalten typischerweise Röntgenröhren, die den Röntgenstrahl am Brennpunkt emittieren. Röntgenerfassungseinrichtungen beinhalten typischerweise einen Kollimator zum Kollimieren von an der Erfassungseinrichtung empfangenen Röntgenstrahlen, einen Scintillator zur Umsetzung von Röntgenstrahlen in Lichtenergie angrenzend an den Kollimator und Fotodioden zum Empfangen der Lichtenergie vom angrenzenden Scintillator.

Typischerweise setzt jeder Scintillator eines Scintillatorarrays Röntgenstrahlen in Lichtenergie um. Jeder Scintillator gibt Lichtenergie zu einer an ihn angrenzenden Fotodiode aus. Jede Fotodiode erfasst die Lichtenergie und erzeugt ein entsprechendes elektrisches Signal. Die Ausgangssignale der Fotodioden werden dann zu einem Datenverarbeitungssystem übertragen.

Es besteht das erhöhte Bedürfnis nach CT-Erfassungszellen verringerter Größe. Während die Verringerung der relativen Größe jeder Erfassungszelle eines Erfassungsarrays viele Vorteile einschließlich einer erhöhten CT-Systemortsauflösung hat, resultiert die Verringerung der Größe jeder Erfassungszelle in einigen möglicherweise nachteiligen Effekten. Wenn die Größe jeder Zelle verringert wird, wird die Lichtausgabe/der von jeder Zelle ausgegebene Strom zunehmend kleiner. Tatsächlich kann das Ausgangssignal von der Zelle so klein werden, dass das Signal im Rauschen des Datenerfassungssystems des CT-Systems verloren geht. Desweiteren schränkt diese reduzierte Signalausgabe mit verringerter Scintillatorgröße die Auswahl des Scintillatormaterials ziemlich ein, aus dem die Erfassungseinrichtung hergestellt werden kann. Dies beeinflusst auch die Optimierung und Auswahl nachfolgender Eigenschaften negativ, wie die Primärgeschwindigkeit, Röntgenquantenerfassungseffizienz, Nachglühen, usw.

Daher soll eine Erfassungseinrichtung ausgebildet werden, die eine eingebaute optische Verstärkung aufweist, wodurch eine verbesserte Erfassungssignalausgabe zu einem Datenverarbeitungssystem eines CT-Systems bereit gestellt wird.

KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Scintillatorzelle mit optischer Verstärkung, die die vorstehend angeführten Nachteile beseitigt. Die Scintillatorzelle umfasst ein Material, das eine höhere Lichtausgabe pro absorbiertem Röntgenphoton liefert, wodurch Signal-zu-Rauschbeschränkungen von Datenerfassungssystemen bewältigt werden. Infolgedessen kann die Scintillatorzelle auch aus Scintillatormaterialien eines weiteren Bereichs bestehen, die für die Optimierung anderer folgender Eigenschaften zugänglich sind.

Daher ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung eine Glasfaserscintillatorzelle vorgesehen. Die Glasfaserscintillatorzelle enthält eine erste Komponente aus Scintillationsmaterial und eine zweite Komponente aus optisch stimuliertem Material.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält eine Erfassungseinrichtung für ein Computertomografiesystem einen Glasfaserscintillator zum Empfangen hochfrequenter elektromagnetischer Energie mit einer ersten Intensität und zur Ausgabe von Lichtenergie mit einer zweiten Intensität, wobei die zweite Intensität die erste Intensität überschreitet. Die Erfassungseinrichtung enthält ferner eine mit dem Glasfaserscintillator optisch gekoppelte Fotodiode, die zur Erfassung der Ausgabe aus dem Glasfaserscintillator eingerichtet ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Computertomografiesystem ausgebildet, das ein rotierbares Fasslager mit einer Öffnung zur Aufnahme eines abzutastenden Objekts umfasst. Das System enthält ferner eine Quelle zur Projektion eines hochfrequenten elektromagnetischen Energiestrahls in Richtung des Objekts. Ein Scintillatorarray mit einer Vielzahl von Scintillatorzellen ist ausgebildet, wobei jede Zelle zur Erfassung hochfrequenter elektromagnetischer Energie eingerichtet ist, die durch das Objekt fällt. Jede Scintillatorzelle ist ferner zur Ausgabe von Licht mit einer Intensität eingerichtet, die eine Intensität der durch die Scintillatorzelle erfassten hochfrequenten elektromagnetischen Energie übersteigt. Das Computertomografiesystem beinhaltet auch ein Fotodiodenarray, das mit dem Scintillatorarray optisch gekoppelt ist und eine Vielzahl von Fotodioden umfasst. Jede Fotodiode ist zur Erfassung von Licht eingerichtet, das aus einer entsprechenden Scintillatorzelle ausgegeben wird, wobei jede Fotodiode ein Signal ausgibt, das die Lichtausgabe einer entsprechenden Scintillatorzelle angibt. Ein Datenerfassungssystem (DAS) ist mit dem Fotodiodenarray verbunden und zum Empfangen von Fotodiodenausgangssignalen eingerichtet. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung ist mit dem DAS verbunden und zur Rekonstruktion eines Bildes des Objekts aus den Fotodiodenausgangssignalen eingerichtet, die durch das DAS empfangen werden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Scintillatorzelle mit verbesserten Lichtausgabeneigenschaften. Daher ist gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Glasfaserscintillatorzelle mit optischer Verstärkung vorgesehen. Ein Verfahren beinhaltet die Schritte der Ausbildung einer ersten Komponente aus Scintillationsmaterial und einer zweiten Komponente aus optisch stimuliertem Material. Die Glasfaserscintillatorzelle kann durch Mischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente in einer einzelnen zusammengesetzten Struktur hergestellt werden. Die Glasfaserscintillatorzelle kann auch durch Ausbilden der ersten Komponente in einer Schicht, Ausbilden der zweiten Komponente in einer Schicht und Verbinden der ersten Komponentenschicht und der zweiten Komponentenschicht miteinander in einer einzelnen geschichteten Struktur hergestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Scintillatorzelle zur Verwendung mit einem Computertomografieabbildungssystem ausbildet. Die Scintillatorzelle beinhaltet eine Einrichtung zum Umsetzen von hochfrequenter elektromagnetischer Energie in Lichtenergie. Die Scintillatorzelle beinhaltet ferner eine Einrichtung zur Verstärkung der aus der Einrichtung zur Umsetzung ausgegebenen Lichtenergie. Die Scintillatorzelle beinhaltet auch eine Einrichtung zur Ausgabe der verstärkten Lichtenergie zu einer Lichtenergieerfassungseinrichtung.

Verschiedene weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und der Zeichnung ersichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Zeichnung veranschaulicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das gegenwärtig zur Ausführung der Erfindung erwogen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine bildliche Darstellung eines CT-Abbildungssystems,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild des in Fig. 1 dargestellten Systems,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines CT-Systemerfassungsarrays,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Erfassungseinrichtung,

Fig. 5 verschiedene Konfigurationen der Erfassungseinrichtung aus Fig. 4 in einem Vier-Schnitt- Modus,

Fig. 6 einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 7 einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 8 eine bildliche Darstellung eines CT-Systems zur Verwendung mit einem nicht-invasiven Paket- Überwachungssystem.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Die Arbeitsumgebung der Erfindung wird hinsichtlich eines Vier-Schnitt-Computertomografie-(CT-)Systems beschrieben. Der Fachmann erkennt allerdings, dass die Erfindung gleichermaßen zur Verwendung mit Einzel-Schnitt- oder anderen Mehrfach-Schnitt-Konfigurationen eingerichtet ist. Desweiteren wird die Erfindung bezüglich der Erfassung und Umsetzung von Röntgenstrahlen beschrieben. Allerdings erkennt der Fachmann, dass die Erfindung gleichermaßen bei der Erfassung und Umsetzung anderer hochfrequenter elektromagnetischer Energie anwendbar ist.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Computertomografie-(CT-) Abbildungssystems 10 gezeigt, das ein Fasslager 12 umfasst, das eine CT-Abtasteinrichtung einer "dritten Generation" darstellt. Das Fasslager 12 weist eine Röntgenquelle 14 auf, die einen Strahl aus Röntgenstrahlen 16 zu einem Erfassungsarray 18 auf der entgegengesetzten Seite des Fasslagers 12 projiziert. Das Erfassungsarray 18 ist aus einer Vielzahl von Erfassungseinrichtungen 20 gebildet, die zusammen die projizierten Röntgenstrahlen erfassen, die durch einen medizinischen Patienten 22 fallen. Jede Erfassungseinrichtung 20 erzeugt ein elektrisches Signal, das die Intensität eines auftreffenden Röntgenstrahls und somit den gedämpften Strahl darstellt, wenn er durch den Patienten 22 fällt. Während einer Abtastung zur Erfassung von Röntgenprojektionsdaten drehen sich das Fasslager 12 und die daran befestigten Komponenten um einen Rotationsmittelpunkt 24.

Die Rotation des Fasslagers 12 und der Betrieb der Röntgenquelle 14 werden durch eine Steuereinrichtung 26 des CT-Systems 10 gesteuert. Die Steuereinrichtung 26 enthält eine Röntgensteuereinrichtung 28, die die Röntgenquelle 14 mit Energie und Zeitsignalen versorgt, und eine Fasslagermotorsteuereinrichtung 30, die die Rotationsgeschwindigkeit und Position des Fasslagers 12 steuert. Ein Datenerfassungssystem (DAS) 32 in der Steuereinrichtung 26 tastet analoge Daten von den Erfassungeinrichtungen 20 ab und setzt die Daten in digitale Signale zur nachfolgenden Verarbeitung um. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung 34 empfängt abgetastete und digitalisierte Röntgendaten vom DAS 32 und führt eine Hochgeschwindigkeitsrekonstruktion durch. Das rekonstruierte Bild wird einem Computer 36 als Eingangssignal zugeführt, der das Bild in einer Massenspeichereinrichtung 38 speichert.

Der Computer 36 empfängt auch Befehle und Abtastparameter von einem Bediener über eine Konsole 40, die eine Tastatur aufweist. Eine zugehörige Katodenstrahlröhreanzeigeeinrichtung 42 ermöglicht dem Bediener die Betrachtung des rekonstruierten Bildes und anderer Daten vom Computer 36. Die vom Bediener zugeführten Befehle und Parameter werden vom Computer 36 zur Ausbildung von Steuersignalen und Informationen für das DAS 32, die Röntgensteuereinrichtung 28 und die Fasslagermotorsteuereinrichtung 30 verwendet. Außerdem bedient der Computer 36 eine Tischmotorsteuereinrichtung 44, die einen motorisierten Tisch 46 zur Positionierung des Patienten 22 und des Fasslagers 12 steuert. Insbesondere bewegt der Tisch 46 Abschnitte des Patienten 22 durch eine Fasslageröffnung 48.

Wie es in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, enthält das Erfassungsarray 18 eine Vielzahl von Scintillatoren 57, die ein Scintillatorarray 56 bilden. Ein (nicht gezeigter) Kollimator befindet sich über dem Scintillatorarray 56 zum Kollimieren von Röntgenstrahlen 16, bevor diese Strahlen auf das Scintillatorarray 56 treffen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält das Erfassungsarray 18 57 Erfassungseinrichtungen 20, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wobei jede Erfassungseinrichtung 20 eine Arraygröße von 16 × 16 hat. Infolgedessen hat das Array 18 16 Reihen und 912 Spalten (16 × 57 Erfassungseinrichtungen), was die Erfassung von 16 gleichzeitigen Schnitten von Daten bei jeder Drehung des Fasslagers 12 ermöglicht.

Schaltarrays 80 und 82 in Fig. 4 sind mehrdimensionale Halbleiterarrays, die zwischen das Scintillatorarray 56 und das DAS 32 geschaltet sind. Die Schaltarrays 80 und 82 enthalten eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren (FET) (nicht gezeigt), die als mehrdimensionales Array angeordnet sind. Das FET-Array enthält eine Anzahl elektrischer Leitungen, die jeweils mit den jeweiligen Fotodioden 60 verbunden sind, und eine Anzahl von Ausgangsleitungen, die mit dem DAS 32 über eine flexible elektrische Schnittstelle 84 verbunden sind. Insbesondere ist ungefähr eine Hälfte der Fotodiodenausgänge elektrisch mit dem Schalter 80 verbunden, wobei die andere Hälfte der Fotodiodenausgänge elektrisch mit dem Schalter 82 verbunden ist. Außerdem kann eine (nicht gezeigte) Reflektorschicht zwischen jedem Scintillator 57 angeordnet sein, um das Licht zu reduzieren, das von angrenzenden Scintillatoren gestreut wird. Jede Erfassungseinrichtung 20 ist an einem Erfassungseinrichtungsrahmen 77 in Fig. 3 durch Befestigungsklammern 79 befestigt.

Die Schaltarrays 80 und 82 beinhalten ferner einen (nicht gezeigten) Dekodierer, der Fotodiodenausgänge entsprechend einer gewünschten Anzahl an Schnitten und Schnittauflösungen für jeden Schnitt freigibt, sperrt oder kombiniert. Der Dekodierer ist bei einem Ausführungsbeispiel ein Dekodierchip oder eine FET-Steuereinrichtung, die bekannt ist. Der Dekodierer beinhaltet eine Vielzahl von Ausgangs- und Steuerleitungen, die mit den Schaltarrays 80 und 82 und dem DAS 32 verbunden sind. Bei einem als 16-Schnitt-Modus definierten Ausführungsbeispiel schaltet der Dekodierer die Schaltarrays 80 und 82 derart frei, dass alle Reihen des Fotodiodenarrays 52 aktiviert werden, woraus sich 16 gleichzeitige Schnitte von Daten zur Verarbeitung durch das DAS 32 ergeben. Natürlich sind viele andere Schnittkombinationen möglich. Beispielsweise kann der Dekodierer auch aus anderen Schnittmodi auswählen, einschließlich Ein-, Zwei- und Vier-Schnitt-Modi.

Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, können durch die Übertragung der geeigneten Dekodiereranweisungen die Schaltarrays 80 und 82 im Vier-Schnitt-Modus konfiguriert werden, so dass die Daten aus vier Schnitten einer oder mehrerer Reihen des Fotodiodenarrays 52 erfasst werden. In Abhängigkeit von der spezifischen Konfiguration der Schaltarrays 80 und 82 können verschiedene Kombinationen der Fotodioden 60freigegeben, gesperrt oder kombiniert werden, so dass die Schnittdicke aus einem, zwei, drei oder vier Reihen von Scintillatorarrayelementen 57 bestehen kann. Weitere Beispiele beinhalten einen Einzel-Schnittmodus mit einem Schnitt mit einer Dicke der Schnitte von 1,25 mm bis 20 mm, und einen Zwei-Schnittmodus mit zwei Schnitten mit einer Schnittdicke von 1,25 mm bis 10 mm. Weitere Modi über die beschriebenen hinaus werden erwogen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Erfindung auf eine Scintillatorzelle gerichtet, die teilweise aus Scintillationsmaterial und teilweise aus optisch stimuliertem Material gebildet ist. Wie es insbesondere anhand der Fig. 6 und 7 beschrieben ist, kann die Scintillatorzelle als einzelner Glasfaserscintillator ausgebildet werden, wobei das Scintillationsmaterial und das optisch stimulierte Material miteinander gemischt werden, oder gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel als geschichtete Zusammensetzung ausgebildet werden, wobei das Scintillationsmaterial und das optisch stimulierte Material getrennt definiert sind. Das Scintillationsmaterial kann aus herkömmlichen Scintillatormaterialien bestehen, die hochfrequente elektromagnetische Energie, wie Röntgenenergie, mit hoher Quantenerfassungseffizienz absorbieren können und optische Emissionen in der Form von Licht erzeugen. Herkömmliche Scintillatormaterialien beinhalten dotiertes und undotiertes CsI, BGO, CdWO₄ und GOS. Außerdem kann ein Scintillator aus anderen Scintillatormaterialien hergestellt sein, wie dem Highlight^TM-Material, einem Produkt der General Electric Company. Das optisch stimulierte Material kann aus solchen Materialien bestehen, die durch einen Laser oder eine andere Einrichtung in einen angeregten Zustand gepumpt werden können, wodurch eine Kaskade vielfacher Emissionen erhalten oder ausgelöst wird. Diese mehrfachen Emissionen aus der optisch stimulierten Komponente des Scintillators erzeugen eine optische Signalintensität, die die Intensität der Lichtausgabe übersteigt, die durch die erste Komponente des Scintillatormaterials erzeugt wird. Das optisch stimulierte Material kann Erbium-dotiertes Glas umfassen, wie das, das in der Glasfaserindustrie als Glasfaserverstärker verwendet wird. Andere, ähnliche Eigenschaften liefernde Materialien können äquivalent eingesetzt werden. Derartige Eigenschaften beinhalten Mittel zur Erzeugung einer erhöhten Verstärkung ähnlich Glasfaserverstärkern.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel einer Scintillatorzelle gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Scintillatorzelle 90 eine erste Komponente aus Scintillatormaterial und eine zweite Komponente aus optisch stimuliertem Material, die miteinander zur Ausbildung einer einzigen zusammengesetzten Struktur 92 gemischt sind. Der Scintillator 90 ist derart orientiert, dass durch ein abzutastendes Objekt fallende Röntgenstrahlen 16 umgesetzt und als Lichtenergie 93 ausgegeben werden. Wie zuvor angeführt, verstärkt die optisch stimulierte Komponente die durch die Scintillationskomponente erzeugte Lichtenergie. Das heisst, durch die erste Komponente des Scintillationsmaterials erzeugte Lichtenergie hat eine niedrigere Intensität als die Intensität der durch die Scintillatorzelle 90 ausgegebenen Lichtenergie 93.

In Fig. 7 ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Scintillatorzelle gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Scintillatorzelle 94 eine erste Komponente aus Glasfaserscintillatormaterial 96 und eine zweite Komponente eines optisch stimulierten Glasfasermaterials 98. Die Komponenten 96 und 98 sind in Schichten angeordnet und aneinander derart befestigt, dass sich eine geschichtete Scintillatorzelle ergibt. Die Scintillatorzelle 97 ist derart orientiert, dass die Komponente 96 Röntgenstrahlen 16 empfängt, und die Komponente 98, die an der Komponente 96 befestigt ist, Lichtenergie 93 zu einer entsprechenden Fotodiode in Fig. 4 ausgibt. Die Scintillatorzelle 94 arbeitet ähnlich wie die Scintillatorzelle 90 in Fig. 6 dahingehend, dass die Scintillatorkomponente 96 Röntgenstrahlen 16 in Lichtenergie umsetzt, und dadurch die optisch stimulierte Komponente 98 in einen aufgeladenen Zustand auflädt, wodurch sich eine Kaskade aus mehrfachen Emissionen von Lichtenergie ergibt. Infolgedessen wird eine große Nettointensität von Lichtenergie 93 bzgl. der Intensität der Lichtenergie ausgegeben, die durch die Scintillatorkomponente 96 erzeugt wird. Die Komponente 98 arbeitet daher als "Verstärker".

Alternativ dazu kann die Scintillatorzelle 94 mit einer ersten Schicht aus Glasfaserscintillatormaterial und einer zweiten Schicht aus optisch stimuliertem Material hergestellt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel sollte die Schicht des optisch stimulierten Materials relativ dünn sein, um in der Scintillatorzelle gestreutes Licht zu minimieren. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die ersten Komponente aus einer dünnen Schicht aus Scintillationsmaterial hergestellt und die zweite Komponente ist aus optisch stimuliertem Glasfasermaterial hergestellt. Die Schicht des Scintillatormaterials sollte eine relativ dünne Schicht sein, um eine Lichtstreuung in der Scintillatorzelle zu verringern oder zu minimieren. Eine Vielzahl von Verfahren kann zur Herstellung der verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann eine als Array aufgebaute Erfassungseinrichtung durch Stapeln zweier gleichförmiger Blöcke aus Glasfaserscintillatormaterial und optisch stimuliertem Glasfasermaterial gebildet werden. Die gestapelte Struktur kann dann zur Ausbildung einer Anzahl pixelierter Zellen in Würfel geschnitten oder geschnitten werden, die ein zweidimensionales Array ähnlich dem Array 56 in Fig. 4 bilden. Nach der Pixelierung der geschichteten Struktur kann ein Reflektormaterial zwischen jede pixelierte Zelle zur Verringerung der Lichtspreizung zwischen Zellen angeordnet werden.

Die Erfindung kann in eine medizinische CT-Abbildungseinrichtung ähnlich der aus Fig. 1 aufgenommen werden. Alternativ dazu kann die Erfindung aber auch in ein nicht invasives Frachtstück- oder Gepäckkontrollsystem aufgenommen werden, wie in solche Systeme, die bei Postkontroll- und Flughafensicherheitssystemen verwendet werden.

Gemäß Fig. 8 enthält ein Frachtstück-/Gepäckkontrollsystem 100 ein rotierbares Fasslager 102 mit einer darin befindlichen Öffnung 104, durch die Frachtstücke oder Gepäckstücke laufen können. Das rotierbare Fasslager 102 beinhaltet eine elektromagnetische Hochfrequenzenergiequelle 106, sowie eine Erfassungseinrichtungsanordnung 108 mit Scintillatorarrays aus Scintillatorzellen ähnlich den in den Fig. 6 oder 7 gezeigten. Ein Beförderungssystem 110 ist auch vorgesehen und enthält ein Förderband 102, das durch den Aufbau 114 zur automatischen und kontinuierlichen Beförderung von Frachtstücken oder Gepäckstücken 116 durch die Öffnung 104 unterstützt wird, die abzutasten sind. Die Objekte 116 werden durch das Förderband 112 durch die Öffnung 104 geführt, dann werden Abbildungsdaten erfasst und das Förderband 112 entfernt die Frachtstücke 116 aus der Öffnung 104 auf gesteuerte und kontinuierliche Art und Weise. Infolgedessen können Postinspekteure, Gepäckbetreuer und anderes Sicherheitspersonal nicht invasiv den Inhalt der Gepäckstücke 16 auf Sprengsätze, Messer, Gewehre, Schmuggelware, usw. untersuchen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Glasfaserscintillatorzelle ausgestaltet. Die Glasfaserscintillatorzelle beinhaltet eine erste Komponente, die aus Scintillationsmaterial gebildet ist, und eine zweite Komponente, die aus optisch stimuliertem Material gebildet ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine Erfassungseinrichtung für ein Computertomografiesystem einen Glasfaserscintillator zum Empfangen hochfrequenter elektromagnetischer Energie mit einer ersten Intensität und zur Ausgabe von Lichtenergie mit einer zweiten Intensität, wobei die zweite Intensität die erste Intensität übersteigt. Die Erfassungseinrichtung enthält ferner eine mit dem Glasfaserscintillator optisch gekoppelte Fotodiode zur Erfassung der Ausgabe aus dem Glasfaserscintillator.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Computertomografiesystem ausgestaltet, das ein rotierbares Fasslager mit einer Öffnung zur Aufnahme eines abzutastenden Objekts enthält. Das System enthält ferner eine Quelle zur Projektion eines hochfrequenten elektromagnetischen Energiestrahls in Richtung des Objekts. Ein Scintillatorarray mit einer Vielzahl von Scintillatorzellen ist vorgesehen, wobei jede Zelle zur Erfassung hochfrequenter elektromagnetischer Energie eingerichtet ist, die durch das Objekt fällt. Jede Scintillatorzelle ist ferner zur Ausgabe von Licht mit einer Intensität eingerichtet, die eine Intensität der durch die Scintillatorzelle erfassten hochfrequenten elektromagnetischen Energie überschreitet. Das Computertomografiesystem enthält auch ein optisch mit dem Scintillatorarray gekoppeltes Fotodiodenarray mit einer Vielzahl von Fotodioden. Jede Fotodiode ist zur Erfassung von aus einer entsprechenden Scintillatorzelle ausgegebenem Licht eingerichtet, wobei jede Fotodiode ein Signal ausgibt, das die Lichtausgabe einer entsprechenden Scintillatorzelle angibt. Ein Datenerfassungssystem (DAS) ist mit dem Fotodiodenarray verbunden und zum Empfangen von Fotodiodenausgangssignalen eingerichtet. Eine Bildrekonstruktionseinrichtung ist mit dem DAS verbunden und zur Rekonstruktion eines Bildes des Objekts aus den Fotodiodenausgangssignalen eingerichtet, die durch das DAS empfangen werden.

Die Erfindung ist auch auf eine Scintillatorzelle mit verbesserten Lichtausgabeeigenschaften gerichtet. Daher ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Glasfaserscintillatorzelle mit optischer Verstärkung vorgesehen. Ein Verfahren beinhaltet die Schritte der Ausbildung einer ersten Komponente aus Scintillationsmaterial und der Ausbildung einer zweiten Komponente optisch stimulierten Materials. Die Glasfaserscintillatorzelle kann durch Mischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente in einer einfachen zusammengesetzten Struktur hergestellt werden. Die Glasfaserscintillatorzelle kann auch durch Ausbilden der ersten Komponente in einer Schicht, Ausbilden der zweiten Komponente in einer Schicht und Verbinden der ersten Komponentenschicht und der zweiten Komponentenschicht miteinander in einer einzelnen geschichteten Struktur hergestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Scintillatorzelle zur Verwendung bei einem Computertomografieabbildungssystem vorgesehen. Die Scintillatorzelle beinhaltet eine Einrichtung zur Umsetzung hochfrequenter elektromagnetischer Energie in Lichtenergie. Die Scintillatorzelle beinhaltet ferner eine Einrichtung zur Verstärkung der aus der Einrichtung zur Umsetzung ausgegebenen Lichtenergie. Die Scintillatorzelle enthält auch eine Einrichtung zur Ausgabe der verstärkten Lichtenergie zu einer Lichtenergieerfassungseinrichtung.

Eine Scintillatorzelle mit optischem Gewinn ist ausgebildet. Die Scintillatorzelle umfasst eine erste Komponente aus Scintillationsmaterial und eine zweite Komponente aus optisch stimuliertem Material. Eine Scintillatorzelle kann in einem Array hergestellt sein, das mit einer Erfassungseinrichtungsanordnung einer medizinischen Abbildungseinrichtung oder einer nicht invasiven Frachtstückkontrolleinrichtung verwendet werden kann.

Die Erfindung wurde hinsichtlich eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, und es wird erkannt, dass Äquivalente, Alternativen und Modifikationen neben den ausdrücklich angeführten innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Patentansprüche möglich sind.

Die Erfindung stellt eine Erfassungseinrichtung (20) für ein CT-System (10) bereit. Die Erfassungseinrichtung beinhaltet einen Scintillator (90,94) mit eingebauter Verstärkung zum Empfangen und Umsetzen hochfrequenter elektromagnetischer Energie (16) in Licht (93). Jeder Scintillator (90,94) ist aus einem Scintillationsmaterial (96) und einem optisch stimulierten Material (98) ausgebildet. Die Komponenten können zur Ausbildung einer einzelnen zusammengesetzten Struktur (92) miteinander gemischt oder in Schichten zur Ausbildung einer einzelnen geschichteten Struktur (94) ausgebildet werden. Der Scintillator (90,94) kann in das Erfassungsarray (18) eines beliebigen CT-Systems aufgenommen werden, das medizinische diagnostische Systeme (10) und Frachtstück-/Gepäckkontrollsysteme (100) umfasst.

Claims

1. Glasfaserscintillatorzelle (90,94) mit
einer ersten Komponente aus Scintillationsmaterial (96) und
einer zweiten Komponente aus optisch stimuliertem Material (98).

2. Glasfaserscintillatorzelle (90) nach Anspruch 1, wobei die erste Komponente (96) und die zweite Komponente (98) miteinander gemischt sind, wobei eine einzelne zusammengesetzte Struktur (92) ausgebildet wird.

3. Glasfaserscintillatorzelle (94) nach Anspruch 1, wobei die erste Komponente (96) und die zweite Komponente (98) in einem getrennt geschichteten Stapel angeordnet sind.

4. Glasfaserscintillatorzelle (90,94) nach Anspruch 1, wobei das optisch stimulierte Material (98) Material umfasst, das in einen angeregten Zustand aufladbar ist.

5. Glasfaserscintillatorzelle (90,94) nach Anspruch 4, wobei das Scintillationsmaterial (96) ein Material umfasst, das elektromagnetische Energie (16) absorbieren und optische Emissionen im Ansprechen darauf ausgeben kann, wobei die optischen Emissionen die zweite Komponente (98) zur Ausgabe eines Signals mit einer Intensität veranlassen, die eine Intensität der optischen Emissionen überschreitet, die durch die erste Komponente (96) empfangen werden.

6. Glasfaserscintillatorzelle (90,94) nach Anspruch 5, wobei die aus der ersten Komponente ausgegebenen und durch die zweite Komponente empfangenen optischen Emissionen eine Kaskadierung mehrfacher Emissionen aus dem optisch stimulierten Material bewirken.

7. Glasfaserscintillatorzelle (90,94) nach Anspruch 1, die in eine medizinische Computertomografiediagnoseeinrichtung (10) aufgenommen ist.

8. Glasfaserscintillatorzelle (90,94) nach Anspruch 1, die in eine nicht-invasive Gepäckkontrolleinrichtung (100) aufgenommen ist.

9. Erfassungseinrichtung (18) für ein Computertomografiesystem, mit
einem Glasfaserscintillator (57) zum Empfangen hochfrequenter elektromagnetischer Energie (16) mit einer ersten Intensität und zur Ausgabe von Lichtenergie (93) mit einer zweiten Intensität, wobei die zweite Intensität die erste Intensität überschreitet, und
einer Fotodiode (60), die mit dem Scintillator (57) optisch gekoppelt ist und zur Erfassung der aus dem Glasfaserscintillator (57) ausgegebenen Lichtenergie eingerichtet ist.

10. Erfassungseinrichtung (18) nach Anspruch 9, wobei der Glasfaserscintillator (57) eine Mischung aus Scintillationsmaterial (96) und optisch stimuliertem Material (98) umfasst.

11. Erfassungseinrichtung (18) nach Anspruch 9, wobei der Glasfaserscintillator (94) eine Schicht aus Scintillationsmaterial (96) und eine Schicht aus optisch stimuliertem Material (98) umfasst, die mit der Schicht aus Scintillationsmaterial verbunden ist.

12. Erfassungseinrichtung (18) nach Anspruch 11, wobei die Schicht aus Scintillationsmaterial (96) zum Empfangen der hochfrequenten elektromagnetischen Energie (16) orientiert ist, und die Schicht des optisch stimulierten Materials (98) mit der Fotodiode (16) verbunden ist.

13. Erfassungseinrichtung (18) nach Anspruch 9, wobei der Glasfaserscintillator (90,94) eine Lichtintensität aufweist, die größer als die eines Scintillators ohne eingebauter Verstärkung ist.

14. Erfassungseinrichtung (18) nach Anspruch 9, die in eine medizinische Computertomografieabbildungseinrichtung (10) und/oder eine Computertomografie- Gepäckverarbeitungseinrichtung (100) aufgenommen ist.

15. CT-System (10) mit
einem rotierbaren Fasslager (12) mit einer Öffnung (48) zur Aufnahme eines abzutastenden Objekts (22),
einer Quelle (14) zur Projektion eines hochfrequenten elektromagnetischen Energiestrahls in Richtung des Objekts (22),
einem Scintillatorarray (56) mit einer Vielzahl von Scintillatorzellen (90,94), wobei jede Zelle zur Erfassung hochfrequenter elektromagnetische Energie (16) eingerichtet ist, die durch das Objekt fällt, wobei jede Zelle zur Ausgabe von Lichtenergie (93) mit einer Intensität eingerichtet ist, die eine Intensität der durch die Zelle erfassten hochfrequenten elektromagnetischen Energie überschreitet,
einem Fotodiodenarray (52), das optisch mit dem Scintillatorarray (56) gekoppelt ist und eine Vielzahl von Fotodioden (60) zur Erfassung einer Lichtausgabe (93) aus einer entsprechenden Scintillatorzelle (90,94) umfasst, wobei jede Fotodiode ein Signal ausgibt, das die Lichtausgabe der entsprechenden Scintillatorzelle angibt,
einem Datenerfassungssystem (DAS) (32), das mit dem Fotodiodenarray (52) verbunden ist und zum Empfang der Fotodiodenausgangssignale eingerichtet ist, und
einer Bildrekonstruktionseinrichtung (94), die mit dem DAS verbunden ist und zur Rekonstruktion eines Bildes des Objekts aus den durch das DAS empfangenen Fotodiodenausgangssignalen eingerichtet ist.

16. CT-System (10) nach Anspruch 15, ferner mit einem beweglichen Tisch (46) zum Führen des Objekts durch die Öffnung (48), wobei das Objekt ein medizinischer Patient (22) ist.

17. CT-System (100) nach Anspruch 15, ferner mit einem Beförderungssystem (110) zum Führen des Objekts durch die Öffnung (48), wobei das Objekt ein Frachtstück und/oder ein Gepäckstück (116) ist.

18. CT-System (100) nach Anspruch 17, das in eine Postsortiereinrichtung und/oder eine Gepäckverarbeitungseinrichtung aufgenommen ist.

19. CT-System (10) nach Anspruch 15, wobei jede Scintillatorzelle (90,94) eine erste Komponente aus Scintillationsmaterial (96) und eine zweite Komponente aus optisch stimuliertem Material (98) umfasst, wobei das optisch stimulierte Material ein Material enthält, das durch einen Laser in einen angeregten Zustand versetzt werden kann.

20. CT-System (10) nach Anspruch 19, wobei das Scintillationsmaterial ein Material enthält, das eine Kaskadierung von Emissionen in der zweiten Komponente auslösen kann.

21. CT-System (10) nach Anspruch 19, wobei die erste Komponente und die zweite Komponente miteinander zur Bildung einer einzelnen zusammengesetzten Struktur (92) gemischt sind.

22. CT-System (10) nach Anspruch 19, wobei der Scintillator (94) eine Schicht der ersten Komponente (96) und eine Schicht der zweiten Komponente (98) umfasst, die mit der Schicht der ersten Komponente verbunden ist.

23. Verfahren zur Herstellung einer Glasfaserscintillatorzelle (90,94) mit optischer Verstärkung, mit den Schritten
Ausbilden der ersten Komponente aus Scintillationsmaterial (96),
Ausbilden einer zweiten Komponente aus optisch stimuliertem Material (98) und
Mischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente in einer einzelnen zusammengesetzten Struktur (92) oder
Ausbilden der ersten Komponente in einer Schicht, Ausbilden der zweiten Komponente in einer Schicht und Verbinden der ersten Komponentenschicht und der zweiten Komponentenschicht miteinander in einer einzelnen geschichteten Struktur (94).

24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die zweite Komponente optisch stimuliertes Material (98) zur Emission von Licht mit einer Intensität umfasst, die eine Intensität von durch die erste Komponente ausgegebenem Licht überschreitet.

25. Verfahren nach Anspruch 23, ferner mit dem Schritt der Konfiguration der zweiten Komponente aus optisch stimuliertem Material (98) aus einem Material, das durch einen Laser in einen angeregten Zustand versetzt werden kann.

26. Scintillatorzelle (90,94) zur Verwendung in einem CT- Abbildungssystem (10), mit
einer Einrichtung zur Umsetzung hochfrequenter elektromagnetischer Energie in Lichtenergie (90,94),
einer Einrichtung zur Verstärkung der aus der Einrichtung zur Umsetzung (90,94) ausgegebenen Lichtenergie, und
einer Einrichtung zur Ausgabe der verstärkten Lichtenergie (98) zu einer Lichtenergieerfassungseinrichtung (20).

27. Scintillatorzelle (90,94) nach Anspruch 26, wobei die Einrichtung zur Verstärkung strukturell mit der Einrichtung zur Umsetzung verbunden ist.