DE2909598A1

DE2909598A1 - Halbleiter-strahlendetektor-anordnung sowie dessen anwendung in einem tomografischen scanner, einem geraet zur strahlenintensitaetsbestimmung bzw. zur messung der strahlendurchlaessigkeit oder -absorption

Info

Publication number: DE2909598A1
Application number: DE19792909598
Authority: DE
Inventors: Jun Kenneth Edward Hosier; Leon Prof Kaufman
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 1978-03-27
Filing date: 1979-03-12
Publication date: 1979-10-04
Also published as: NL7902348A; US4255659A; FR2432718A1; GB2017295A; LU81077A1; IT1111552B; JPS54143192A; DK122579A; IT7921292A0; BE875095A

Description

MERTENS & KEIL PATENTANWÄLTE

The Regents of the
University of California 2200 University Avenue

Berkeley, State of California United States of America

"Halbleiter-Strahlendetektor-Anordnung sowie dessen Anwendung in einem tomografisehen Scanner, einem Gerät zur Strahlenintensitätsbestimmung bzw. zur Messung der Strahlendurchlässigkeit oder -absorption"

Die Erfindung bezieht sich auf die Ausgestaltung und Verwendung eines Halbleiter-Strahlendetektors und insbesondere eines Cadmiumtellurid (CdTe)-Detektors, der sich für den Einsatz in computergesteuerten tomografisehen (CT)-Röntgenstrahlenscannern eignet.

Es gibt viele Vorrichtungen, die Strahlendetektoren benutzen. Beispielsweise hat sich das CT-Scanning für medizinische Diagnosis und Analysis als sehr wertvoll erwiesen; es ist daher weithin in Gebrauch. Die neuesten CT-Scann-Techniken sind aber relativ aufwendig wegen der Kosten für die Vorrichtungsbestandteile, die notwendigerweise mit einer großen Anzahl von Strahlendetektoren verbunden sind. Die CT-Scanner werden eingesetzt, um einen berechneten Querschnittsdetailwert von Strukturen lebenden Weichgewebes

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zu ermitteln. Dabei liegt der Querschnitt von Interesse zwischen der Strahlenquelle (z.B. einer Röntgenstrahlenröhre) und einem Detektorsystem. Ein Teil des Strahlenbündels wird während des Durchgangs auf dem Strahlenweg durch den Querschnitt von dem Gewebe absorbiert. Die Absorption durch den Körperquerschnitt längs irgendeines vorgegebenen Strahlenweges ist eine Funktion der Summe der Absorptionskoeffizienten des besonderen Körpergewebes, durch welches das Strahlenbündel hindurchgeht. Der Teil der Strahlung, welcher durch den Querschnitt hindurchgeht, wird beispielsweise mittels eines Scintillationskristalles, welcher Lichtphotonen in Abhängigkeit von der einfallenden hochenergetischen Strahlung erzeugt, nachgewiesen. Typischerweise ist der Scintillator optisch mit einer Fotomultiplierröhre (PMT) gekoppelt, welcher die Lichtphotonen in elektrische Ausgangssignale umwandelt. Derartige Messungen werden über viele Strahlenwege durch den Körperquerschnitt vorgenommen, am eine Dateninformation zu bekommen, die einer Punkt-Für-Punkt-Bereehnung eines Feldes relativer Absorptionskoeffizienten dient. Die berechneten Koeffizienten werden dann zur Erstellung einer sichtbaren Wiedergabe des Querschnittes benutzt.

Einige der früheren CT-Scanner erhalten die erforderliche Vielfältigkeit der Absorptionsmessungen durch synchrones Scannen (Abtasten) des Körperquerschnittes mit einem stark collimierten Röntgenstrahlenbündel und einem dazu ausgerichteten einzigen Detektor. Das Strahlenbündel und der Detektor werden gemeinsam verschoben, um den Körperquerschnitt abzutasten; sie erzeugen ein Satz von Meßergebnissen bezüglich paralleler Wege. Diese Anordnung wird dann bezüglich des Körperquerschnittes rotiert; die Translation-Rotation-Bewegung wird wiederholt, um Sätze von Meßwerten bei unterschiedlichen Winke!anordnungen zu finden.

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Es wird angestrebt, die Gesamtscannzeit zu verkürzen. Daher benutzen neuere CT-Scanner im allgemeinen eine Anzahl von einzelnen Strahlendetektoren im Zusammenwirken mit einem fächerförmigen Rontgenstrahlenbündel, welches breit genug ist, den gesamten Körperquerschnitt zu bestrahlen. Bei einem derartigen System rotiert eine Fächer-Bündel- Quelle um den Körperquerschnitt und bestrahlt ein stationäres Detektorfeld, welches die Peripherie des Scannrahmens bildet. In einem derartigen System werden bis zu 600 Scintillationskristalle und zugeordnete Fotomultiplierröhren (PMT) eingesetzt. Die Kosten für die Scintiallationskristall- PMT-Detektoren und insbesondere die der Fotomultiplierröhren machen einen beachtlicrien Kostenanteil derartiger CT-Scanner aus. Demgemäß strebt man an, die (hochenergetische) Strahlung direkt in ein elektrisches Signal umzuwandeln und die Notwendigkeit der großen Anzahl von Fotomultiplierröhren und zugeordneter Schaltungseinheiten zu beseitigen.

Verschiedene Direktkonversionsdetektoren, beispielsweise mit Xenon-Gas und Halbleitern aus hochreinem Germanium (HPGe) sind in der Vergangenheit benutzt worden. Derartige Detektoren sind aber aus anderen Gründen nachteilig.

Die Eigenschaften von hochreinem Germanium sind wohl bekannt. Eine ladeempfindliche Anordnung hoher Dichtebesetzung ist beispielsweise von Kaufman et al, IEEE Transactions Nuclear Science, NS-25, February, 1978 (zum Prioritätszeitpunkt im Druck) "Two Detector 512-Element High Purity Germanium Camera Prototype" vorgeschlagen worden. Die Erzeugung von hochreinem Germanium ist jedoch ein relativ komplexes und kostspieliges Verfahren. Außerdem benötigen Detektoren aus hochreinem Germanium besondere Kühlvorrichtungen (z.B. mit Flüssigstickstoff). Darüber hinaus ist

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es bei den Anwendungsgebieten für CT-Scanner erwünscht, einen dünneren Detektor zu verwenden, als dies im allgemeinen mit hochreinem Germanium möglich ist.

Halbleiterdetektoren, die bei Raumtemperatur arbeiten, erscheinen daher für die Anwendung bei CT-Scannern geeigneter. Da die Photonenenergie der (hochenergetischen) Strahlung direkt in eine elektrische Ladung umgewandelt wird, könnten kompakte Detektorfelder ohne die voluminöseren Fotomultiplierröhren erstellt werden. Eine derartige höhere Detektorelementendichte ist insbesondere für das Gebiet des GT-Scannens besonders erwünscht. Die Halbleiterdetektorfelder hoher Besetzungsdichte könnten außerdem durch besondere Schicht-Verfahren hergestellt werden.

Die bisher in vernünftigen Mengen erhältlichen Halbleiterdetektormaterialien sind auch bisher schon in Erwägung aber für die Anwendung beim CT-Scannen für untauglich erachtet worden. So wurde beispielsweise Cadmiumtellurid (CdTe) besonders in Bezug auf die Anwendbarkeit in einem Detektor für die Nuklearmedizin untersucht. Man hat gefunden, daß die erforderliche Genauigkeit mit solchen Detektoren nicht erreicht werden kann. Hierbei wird verwiesen auf Allemand et al "Present Limitations of CdTe Detectors in Nuclear Medicine", Revue de Physique Appliquee, 12: 365-367 (Februar 1977). Andere Halbleiterdetektoren wurden von Armantrout et al, "What Can Be Expected From High-Z Semiconductor Detectors", IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. NS-24, No. 1 (Februar 1977) erörtert. Von den dort beschriebenen Halbleitermaterialien sind verschiedene getestet worden. Auch diese zeigten wie CdTe unbrauchbare Eigenschaften. Computeruntersuchungen lassen erwarten, daß ähnliche negative Eigenschaften auch bei anderen HaIb-

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leiterdetektoren vorhanden sind, die gegenwärtig noch nicht getestet wurden.

Insbesondere haben die CdTe-Detektoren nachteilige Eigenschaften bezüglich "Leckstrom", "Signalschwanzbildung", "Polarisation" und "Speichereffekt" gezeigt, die die Ursache für die Unbrauchbarkeit des CdTe bei dem CT-Scannen darstellen. Andere Detektoren, beispielsweise aus HgI₂, haben ähnliche Eigenschaften zum Vorschein gebracht.

Der hohe "Leckstrom" variiert mit der Temperatur und mit der Zeit, wenn die Vorspannung an den Detektor angelegt ist. Das "Signalschwanzbildung"-Phänomen führt dazu, daß das Detektoransprechvermögen eine monochromatische (mit einer einzelnen Energie versehene) Strahlenquelle als eine solche mit Energien darstellt, die bis hinunter zum Geräuschpegel reicht. Die "Signalschwanzbildung" nimmt als Funktion der verstrichenen Zeit nach Anlegen der Spannung an den Detektor zu. Die Eigenschaft der "Polarisation" wirkt sich bei dem am häufigsten in Betracht gezogenen Detektoransprechvermögen (nachfolgend als sogenannter "Fotopeak" bezeichnet) bei einer konstanten monochromatischen Strahlenquelle aus, indem dieser Fotopeak in Richtung des niederenergetischen Ende des Strahlenstpektrums verschoben wird. Die Eigenschaft des "Speichereffektes" spiegelt sich in einem weiterführenden Stromfluß nach dem Abbruch eines Einfallsstrahlenimpulses wieder, welcher Strom zeitweilig mit einer Zeitkonstante von Stunden anhält.

Es sind bereits verschiedene Versuche unternommen worden, diesen nachteiligen Eigenschaften Abhilfe zu schaffen. Die bisherigen Versuche haben jedoch lediglich dazu beigetragen, die Kompliziertheit der Detektorschaltung noch

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zu vergrößern und noch weitere Fehlerquellen zu schaffen, die tatsächlich die Anwendung von CdTe-Detektoren bei CT-Scannern als unbrauchbar erscheinen lassen. Beispielsweise konnte der hohe Leckstrom dadurch kompensiert werden, daß man den Detektorausgang unmittelbar vor der Anschaltung des Röntgenstrahlbündels zur Erzeugung jedes Impulses einfallender Strahlung abtastete. Eine derartige Verfahrensweise beeinträchtigt jedoch das Signal-Zu-Untergrund-Verhältnis des Systems, wenn die Absorption hoch ist, was beispielsweise der Fall ist, wenn das Strahlenbündel durch Knochen geht. Kalibrationstechniken vor und nach einer jeweiligen Messung zur Ausschaltung _;des Speichereffektes und der Polarisation führen ebenfalls zu zusätzlichen Signal— Zu-Untergrund-Problemen. Der Versuch,' die Polarisation durch Ausschalten der Spannung der Detektoren zwischen den Messungen zu kompensieren, ist an den Hystereseeffekten gescheitert. ■

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer bei Raumtemperatur arbeitenden Halbleiterdetektor-Anordnung, vorzugsweise CdTe-Detektor-Anordnung, welche sich für CT-Scann-Vorgänge eignet.

Nach der Erfindung wird der Detektor im Zusammenwirken mit einer gepulsten Strahlenquelle und einer Frequenzfiltertechnik bei der Messung der resultierenden elektrischen Ladungsimpulse benutzt, die von dem Detektor entwickelt werden. Dabei werden nur ausgewählte Frequenzen innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches ausgewählt, welcher nach Maßgabe der Dauer der einfallenden Strahlungsimpulse gewählt ist; nur solche Frequenzen tragen also zum Ausgangsimpuls bei. Ein solcher Frequenzbereich ist insbesondere ein relativ enges Frequenzband, welches um eine Frequenz liegt, die etwa gleich dem Kehrwert des Zweifachen der

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Strahlenimpulsdauer ist.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Anzahl einzelner Detektoren als einheitliches Detektorfeld auf einer einzigen CdTe- oder Hgl„- Platte vorgeschlagen, indem auf dieser lediglich mehrere elektrisch getrennte Elektroden vorgesehen werden. Derartige CdTe- oder Hgl_?-Detektoren sind deswegen besonders vorteilhaft, weil gesamte Detektorfelder hoher Besetzungsdichte einfach und schnell mit Hilfe der Beschichtungstechnik hergestellt werden können.

Zweidimensionale Detektorfelder können durch die Herstellung eines Gitterwerkes derartiger Elektroden geschaffen werden.

Es ist auch möglich, bei einer Weiterbildung der Erfindung ein gestaffeltes Detektorfeld vorzusehen, um Messungen bei einer Vielzahl unterschiedlicher Energiepegel vorzusehen, indem ein Vieleketrodendetektor derart angeordnet wird, daß die Strahlung auf eine Plattenoberfläche auffällt, die quer zu den dann hintereinander angeordneten Elektroden liegt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von der Zusammenfassung derartiger Merkmale in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigt:

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Fig. IA und IB das spektrale Ansprechvermögen herkömmlicher CdTe-Detektoren zur Veranschaulichung des "Signalschwanzbildungseffektes",

Fig. 2A bis 2D das spektrale Ansprechvermögen von CdTe-Detektoren herkömmlicher Art zur Veranschaulichung des "Polarisationseffektes",

Fig. 3A bis 3B grafische Darstellungen des "Speichereffektes" von CdTe-Detektoren herkömmlicher Art,

Fig. 4 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen

Strahlendetektor-Anordnung,

Fig. 5 die Gestalt eines typischen Röntgenstrahlen-

impulses,

Fig. 6 die schematische Darstellung einer Ladungsverstärker- und Filtereinrichtung zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 4,

Fig. 7 das spektrale Ansprechvermögen eines CdTe-

Detektors nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 8 das ungleichförmige Ansprechvermögen eines

CdTe-Detektors herkömmlicher Art,

Fig. 9A und 9B das gleichförmige Ansprechvermögen eines

CdTe-Detektors entsprechend Fig. 8 bei Anwendung der vorliegenden Erfindung,

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Fig. 1OA und 1OB schematisch eine alternative Ausführungsform einer Ladungsverstärker- und Filtereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. HA bis HD bildlich-schematische Darstellungen von

CdTe-Detektoren in Ausgestaltung nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 12 das lokalisierte Ladungsphänomen von

CdTe und die fehlende Kreuzkopplung zwischen Detektorelementen nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 13 und 14 das Ladungsansprechvermögen von CdTe-Detektoren gegenüber Vorspannung,

Fig. 15 einen Vergleich des Strahlenbremsver-

mögens verschiedener Detektormaterialien,

Fig. 16 und 17 Doppel-Energie-Detektoren, uhd

Fig. 18 ein Blockdiagramm eines CT-Scanners mit

Detektoren nach der vorliegenden Erfindung.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wurden die Eigenschaften CdTe-Detektoren unter Beobachtung des spektralen Ansprechvermögens gegenüber einzelnen Photonen einer monochromatischen Quelle (Americium-241) geprüft. Die Fig. IA und IB veranschaulichen das spektrale Ansprechvermögen zwei verschiedener CdTe-Detektoren gegenüber einer monochromatischen Strahlenquelle (Americium-241) nach herkömmlicher Art. Die Fig. IA und IB zeigen insbesondere die Photonenzählrate des Detektors bei verschiedenen Energiepegeln während eines vorbestimmten Zeitintervalles, wobei

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der Energiepegel durch die Impulshöhe des Detektorausgangssignales angegeben wird. Idealerweise sollten, da das Ansprechvermögen bei einer monochromatischen Strahlenquelle untersucht wurde, alle Zählungen bei einer einzigen Energie registriert worden sein, also eine einzige Impulsspitze darstellen. Wie Fig. IA veranschaulicht, ist jedoch wegen des "Signalschwanzbildungseffektes" das spektrale Ansprechvermögen verbreitert. Photonen, die als Zählungen bei dem. Fotopeak 10 (dem vorherrschenden Energiepegel) dargestellt sein müßten, sind mit Energien wiedergegeben, die bis zum Rauschpegel des Detektors herabreichen derart, daß sich ein Plateaubereich 12 in dem spektralen Ansprechvermögen darstellt.

Aus dem Vergleich der Fig. IA und IB ist ersichtlich, daß der "Signalschwanzbildungseffekt" zwischen einzelnen Detektoren unterschiedlich ist. Das Ansprechvermögen gemäß Fig. IA ist das eines nach herkömmlicher Art relativ guten CdTe- Detektors, während das Ansprechvermögen gemäß Fig. IB eines anderen CdTe-Detektors bei der gleichen Strahlenquelle ein schlechteres Peak-Zu-Plateau-Verhältnis und schlechte Energieauflösung zeigt.

Das Polarisationsphänomen verschiebt das Fotopeak-Ansprechvermögen in Richtung niedrigerer Energiepegel und das Peak-Zu-Plateau-Verhältnis (ein Maß für den "Signalschwanzbildungsef fekt" ) nimmt als Funktion der Zeit beginnend mit dem Anlegen der Vorspannung an den Detektor ab, wie aus den Fig. 2A bis 2D ersichtlich. Die Fig. 2A und 2C zeigen das spektrale Ansprechvermögen zwei verschiedener CdTe-Detektoren gegenüber monochromatischer Strahlung des Americium-241 unmittelbar nach dem Anlegen der Spannung. Die Fig. 2B und 2D veranschaulichen das spektrale Ansprech— vermögen der jeweiligen Detektoren 15 Minuten nach dem

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Anlegen der Spannung. Man sieht, daß der Fotopeak 10 sich in Richtung niedrigerer Energie bewegt hat und das Ansprechvermögen verbreitert sich mit der Zunahme des "Signalschwanzbildungsef fektes" . Diese Polarisation wurde allgemein (offensichtlich fehlerhaft, wie erläutert werden wird) dem Verlust der Abwanderungstiefe mit der Zeit zugerechnet. Wenn dies richtig wäre, müßte die Rontgenstrahlennachweisempfindlichkeit als Funktion der Zeit abnehmen, und da der "Signalschwanzbildungsef fekt" mit der Zeit günstiger wird, müßte die Ladungssammlungswirksamkeit des Detektors ebenfalls mit der Zeit abnehmen. Auf jeden Fall müßte ungeachtet der physikalischen Abläufe in einem nicht kompensierten Detektor ein stetig abnehmendes Ansprechvermögen gegenüber einer gleichförmigen RöntgenstrahlenquelIe eintreten.

Die Fig. 3A und 3B veranschaulichen die Speichereigenschaften eines CdTe-Detektors, wobei der Strom nach dem Ende eines Strahlenimpulses weiterfließt. In den Fig. 3A und 3B ist der Stromausgang zweier verschiedener CdTe-Detektoren als Funktion der Zeit nach der Bestrahlung mit einem kurzen Röntgenstrahlenimpuls veranschaulicht. Man sieht, daß der Leckstrom nicht unter 1 % bis etwa 25 ps und 800 ps nach dem Ende des Röntgenstrahlenimpulses für die jeweiligen Detektoren gemäß den Fig. 3A und 3B abfällt. Die Gleichstrom-Relaxationszeit wurden mit etwa 0,5 Minuten und 1,5 Minuten, respektive, ermittelt. Ein derartiges Speicherphänomen würde ohne Kompensation bei CT-Scannern mit gegenwärtigen Abtastgeschwindigkeiten unbrauchbar sein.

Es sind Informationen vorhanden, die andeuten, daß der "Signalschwanzbildungseffekt" darauf zurückzuführen ist, daß der CdTe-Detektor Impulse verschiedener Anstiegszeiten liefert. In diesem Zusammenhang wird auf Jones, "The Use of CdTe-y-Spectrometers in Monitoring Activity Deposited in Nuclear Power Stations", Revue de Physique Appliquee

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12: 379-384, 1977 verwiesen. Bei der Verarbeitung mit üblichen Verstärkern, die ein Frequenzansprechvermögen mit Gauss-Verteilung haben, stellen sich die verschiedenen Anstiegszeiten als Impulse unterschiedlicher Amplituden dar. Die zuvor genannte Veröffentlichung scheint zu zeigen, daß die schnellsten Impulse den Photonen der höchsten registrierten Energiepegel (des Fotopeaks) entsprechen und daß verschiedene Bänder in der Anstiegszeit den Energie-, bändern in dem "Schwanz" des Ansprechvermögens entsprechen.

Während das Polarisationsphänomen im allgemeinen als Ergebnis einer abnehmenden Abwanderungstiefe angesehen wird, wie zuvor erwähnt, wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung angenommen, daß der Polarisationseffekt das Ergebnis weiterer Abnahme der Anstiegszeitverteilung in dem Zeitraum nach Anlegen der Spannung ist. Dementsprechend könnten Polarisation und Signalschwanzbildungseffekt wirksam beseitigt werden, wenn der Detektor mit einem Photonenimpuls beaufschlagt wird, der eine Dauer hat, die lang im Vergleich mit der längsten Detektoranstiegszeit (annähernd 1 yus) ist. Somit lenkt der Strahlenimpuls effektiv das Anstiegszeitansprechvermögen und zufällige Signale, die nicht in Übereinstimmung mit der Anstiegszeit des Impulses stehen, können aus dem Detektorausgangssignal ausgefiltert werden, so daß eine unbeeinflußte_;Darstellung des einfallenden Strahlungsimpulses erfolgt. Experimentelle Ergebnisse bestätigen diese Annahme. Jedenfalls haben ungeachtet der physikalischen Vorgänge, die ablaufen mögen, die experimentellen Ergebnisse bestätigt, daß Halbleiterdetektoren für die Erfordernisse des CT-Scannens geeignet gemacht werden können, wenn sie nach der vorliegenden Erfindung betrieben werden.

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Gemäß Fig. 4 wird nach der Erfindung ein Halbleiterdetektor 14, z.B. aus CdTe, von einer Schaltung 16 vorgespannt. Der Detektor 14 ist wechselspannungsmäßig über eine Einheit 18 (z.B. Kapazität) an eine Verstärker-Filter-Einheit 20 gekoppelt. Die Verstärker-Filter-Einheit 20 ist mit einer Speicher- und/oder Datenverarbeitungsanlage 22 verbunden.

Der Detektor 14 arbeitet mit einer gepulsten Strahlenquelle 24. Die Strahlenquelle 24 kann ein üblicher im Impulsmode betriebener Röntgenstrahlengenerator oder eine konstante Röntgenstrahlenquelle sein, die in Verbindung mit Flügelradunterbrechern benutzt "wird. Beim Einsatz von Flügelradunterbrechern können die Rotationsfrequenz des Flügelrades und die Pulsation in dem Röntgenstrahlenröhrenausgangssignal Auschläge in der Impulsamplitude erzeugen. Derartige Ausschlagfrequenzen können durch Mittelwertbildung einer Anzahl von Impulsen kompensiert werden. Eine typische Röntgenstrahlenimpulsverteilung ist in Fig. 5 gezeigt.

Die effektive Zeitkonstante der Vorspannungsschaltung 16 und der Wechselstromkoppeleinheit 18 wird in Übereinstimmung mit der Impulswiederholungsrate der Quelle 24 gewählt. Die Zeitkonstante wird dabei so festgelegt, daß der Detektor 14 sich zwischen den Strahlenimpulsen wieder aufladen (erholen) kann.

Die Verstärker-Filter-Einheit 20 enthält Mittel zur Erzeugung eines Signals, welches für die in dem Detektor 14 entwickelte Ladung kennzeichnend ist. Sie hat ein Frequenzansprechvermögen derart, daß Frequenzkomponenten, die nicht in einem vorbestimmen Bereich (Band) von Frequenzen liegen, aus dem Signal wirksam ausgefiltert werden.

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Das vorbestimmte Frequenzband wird in Übereinstimmung mit der Strahlenimpulsdauer festgelegt und ist vorzugsweise ein schmales Frequenzband um eine Frequenz als Mittelwerts die etwa gleich dem Kehrwert der Strahlenimpulsdauer oder gleich dem Kehrwert des Zweifachen der Strahlenimpulsdauer ist. Die Verstärker-Filter-Einheit 20 umfaßi: vorzugsweise eine ladungsempfindliche erste Stufe mit einer RC-Zeit-Konstante TD und einer zweiten Stufe mit einer wirksamen RC-Zeit-Konstante TS. Es hat sich gezeigt, daß bei Auswahl der Zeitkonstanten ein stark differenzierter Detektorausgangsimpuls erhalten wird, wenn TS etwa gleich der Dauer' des Röntgenstrahlenimpulses (TX) und viel größer als TD ist; in diesem Fall erhält man eine zuverlässige Repräsentation der tatsächlichen Röntgenstrahlenimpulsverteilung. Dementsprechend liefert die Integration eines solchen differenzierten "Röntgenstrahlenimpulses" eine genaue Anzeige der gesamten einfallenden Röntgenstrahlenenergie. Eine derartige Verstärker-Filter-Einheit 20 wird nachfolgend im einzelnen in Verbindung mit Figo 6 beschrieben.

Bei der dargestellten Ausführungsform kann erreicht werdenv daß die ladungsempfindliche erste Stufe eine RC-Zeit-Konstante hat, die viel größer als die Dauer TX des Röntgenstrahlenimpulses ist, und die zweite Stufe das Ausgangssignal der ersten Stufe durch Differentiation mit der Zeitkonstante TD und Integration mit einer Zeitkonstante TS, die beachtlich kürzer als TD, vergleichbar mit TX ist, gestaltet. Ein derartiger filternder Verstärker 2OB wird in Verbindung mit den Fig. 1OA und 1OB näher erläutert. Während eine solche Anordnung die negativen Einflüsse der Detektoreigenschaften erfolgreich aus den Ausgangsimpulsen ausschließt, ist es häufig schwierig, eine angemessene Pol-Null-Kompensation zu erhalten; es können unerwünschte

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Übersteuerungseigenschaften entstehen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird nunmehr eine Verstärker-Filter-Einheit 2OA beschrieben. Als Beispiel angegebene Komponentenwerte sind für die Benutzung in Verbindung mit Röntgenstrahlenimpulsdauer in der Größenordnung von 100 us gedacht.

Ein CdTe-Detektor 14 ist von einer Vorspannungsschaltung 16 vorgespannt und über eine Wechselstromkoppeleinrichtung 18 an die Verstärker-Filter-Einheit 20A gekoppelt. Die Wechseltromkoppeleinrichtung 18 kann ein Kondensator 26 mit 0,05 /uF sein. Der Kondensator 26 ist an den Toranschluß eines Feldeffekttransistors 28 (vorzugsweise vom Typ TIS75) mit einer geerdeten Quelle und einer Senke, die von einem Widerstand-Kondensator-Vorspannungsnetzwerk 30 geeignet vorgespannt ist. Das Vorspannungsnetzwerk 30 kann Widerstände 32 (422 0hm) und 34 (215 0hm) aufweisen, die in Reihe zwischen die Quelle des Feldeffekttransistors 28 und eine Spannungsquelle (24 Volt) geschaltet sind. Die Bypass-Kondensatoren 36 (0,1 ^uF) und 38 (212 yuF) sind von der Spannungsquelle an Erde und von dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 32 und 34 an Erde gelegt.

Die Senke des Feldeffekttransistors 28 ist außerdem mit dem Emitter eines PNP-Transistors 40 (z.B. vom Typ MPS 6523) verbunden. Die Basis des Transistors .40 ist über einen Widerstand 42 mit einer positiven Spannungsquelle (4,7 Volt) gekoppelt und wechselstrommäßig an Erde über einen Kondensator 44 (0,01 yuF) . Der Kollektor des Transistors 40 ist über zwei in Reihe miteinander verbundenen Widerständen 46 und 48 mit einer negativen Spannungsquelle (12 Volt) verbunden. Ein Wechselstrom-Bypass-Kondensator 50 (0,1 yuF) ist für die negative Stromquelle (12 Volt) vorgesehen.

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Der Kollektor des Transistors 40 ist ebenfalls mit der Basis eine NPN-Transistors 52 (z.B. vom Typ MPS 6521) verbunden. Der Kollektor des Transistors 52 ist an eine positive Spannungsversorgung (12 Volt) angeschlossen; diese Spannungsversorgung ist jeweils mit Erde über die beiden Kondensatoren 54 (0,01 uF) und 56 (0,1 LiF) verbunden. Der Emitter des Transistors 52 ist an eine negative Spannungsquelle (12 Volt) über einen Widerstand 58 (5,1 KOhm) verbunden. Der Emitter des Transistors 52 ist über einen Kondensator 60 (1 uF) an den Verbindungspunkt der Widerstände 46 und 48 angeschlossen (die zwischen den Kollektor des Transistors 40 und die negative Spannungsquelle (12 Volt) geschaltet sind).

Darüber hinaus ist ein schneller Differentiator 62 in eine Rückkoppelschleife zwischen den Emitter des Transistors 52 und den Tor-Anschluß des Feldeffekttransistors 28 geschaltet. Der Differentiator 62 kann einen Widerstand 64 (1,5 MOhm) parallel mit einem Kondensator 66 (1 pF) haben.

Der Emitter des Transistors 52 ist außerdem mit einer zweiten Stufe 67 verbunden, die einen Integrator 68 aufweist, dem ein Spannungsverstärker 69 vorangeht. Der Spannungsverstärker 69 enthält einen üblichen Operationsverstärker 70 (beispielsweise vom Typ MC1712). Der Emitter des Transistors 52 ist an den nicht invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 70 über einen Präzisionswiderstand 71 (100 0hm) angeschlossen. Der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 70 ist mit Erdpotential über einen Präzisionswiderstand 72 (10 KOhm) verbunden, die Rückkopplung zwischen dem Ausgangsanschluß und dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 70 ist mittels eines weiteren Präzisionswider-

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Standes 73 (56 KOhm) geschaffen. Eine Verbindung ist außerdem von dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 70 zu einer negativen Spannungsquelle (6 Volt) über einen Widertand 74 (2 KOhm) vorgesehen, um bipolare Signale durch den Verstärker 69 herzustellen. Der Ausgangsanschluß des Spannungsverstärkers 67 ist mit dem Integrator 68 verbunden, wobei in geeigneter Weise ein Widerstand 75 (6θΟ Ohm) und ein Kondensator 76 (0,1 μΈ) vorgesehen sind.

Die Schaltung nach Fig. 6 kann für Strahlenimpulsdauern ' angepaßt werden, die von der Größenordnung 100 us abweichen, indem die Zeitkonstanten des Differentiators 62 und des Integrators 68 einjustiert werden. Beispielsweise kann die Schaltung auf eine Strahlenimpulsdauer von 800 jis geeignet eingestellt werden, indem die Werte des Widerstandes 75 und des Kondensators 76 so verändert werden, daß die Zeitkonstante des Integrators 68 um einen Faktor von 8 bis 10 ansteigt.

Eine Anzahl von unterschiedlichen Detektoren wurde in Verbindung mit der Schaltung nach Fig. 6 getestet. Der Aufbau dieser Detektoren wird nachfolgend erläutert. Zum Vergleich sei zunächst die unkompensierte Signalphotonencharakteristik der Detektoren (wie sie nach dem Stande der Technik eingesetzt werden) erwähnt. Die Untersuchungsergebnisse sind in tabellarischer Form in den Tabellen I bis V wiedergegeben. Die Tabelle I ist eine kurze Beschreibung der einzelnen Detektoren, die getestet wurden. Der jeweilige Detektoraufbau an sich ist von herkömmlicher Art, ausgenommen daß in einigen Fällen, wie noch erläutert werden wird, zum erfindungsgemäßen Betrieb mit mehreren Elektroden in Form eines Elektrodenfeldes angepaßt wurden. Die Tabellen II und III zeigen unkompensierte Eigenschaften

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der Detektoren, und zwar Tabelle II die Detektoreigenschaften, wenn zunächst die Vorspannung an den Detektor angelegt wird, und Tabelle III die Messungen, die 15 Minuten nach Anlegen der Vorspannung erfolgt sind.

	TABELLE I DETEKTOPBEPCHREIBnt-T.	Dete Itor ModellNo.	vorr' -	Elektroder-
Detektor Code	Strahlen- Monitor NRD 0201 .	rechteckir	Platin (Pt)/pt
Al	II272-2	rund (EinzeleVtrode) 8mm β χ 2mm	Pt/Pt
A2	M141-4	rund (Eir.zelektrode) 10mm β χ 2mm	Pt/Aluminu-- oxid O-Al (Pt- Seite negativ)
A3	NDO40-01	rund (aufgeteilte Elektrode) 10mm 0 χ 2mm	Pt/Pt
AA4	NDO40-02	rund (aufgeteilte Elektrode) 10mm ' φ χ 2mm	Pt/Pt
AA5	M353-4	rechteckir lOnim χ 15mm χ 2mm Cehrfacheloktrocie)	Pt/Pt
A6	Hughes CTD-UCSF-I	10xl0x2mm³	Aquadap- / Aquadac
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BAD

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TABELLE II

PETE KrOREIGENSCHAFTEH (Einzel-P hoton-Betrieb)

Detektor Code

Vorspannung Leckstrom

EnerfieauriCsunp·
Halbwertbreitf»

(bei 60 Ke")

TABELLE III

DETEKrORSTABILITXT (Einzel-Photon-Eetrieb)

Peak -Zu-Plateau Verhältnis

Al	Seite ¹ Seite ²	60V	35	nA	23.	1*	2.68
A2	Seite 1 Seite 2	60V	500	nA	42.	3t	2.75
A3		50V	14	nA	19.	3%	7.28
AA4		80V 60V	300 150	nA nA	—		2.19 2.05
AA5	60V 60V	90 77	nA nA	—		1.69 1.66
A6	50V	120 pro	nA Element .	—	¹	--
B7	350V	38	nA	24	.8%	• 5.38 1

Detektor Code

Leckstror-Snderunr+

Photopeak * Verschiebung (bei 60 keV)

Peak -Zu-Plateau*^ Veränderung (bei60"keV)

Al	35-50 nA	-0.56 keV	2.68 . ♦ 2.	67
A2	keinp	keine	keine'
A3	keine	-10.5 keV	7.28 + 4.	22

AA4 1 2

Zusammenbruch 220 ·* 260 nA

.keine

2.05 ♦ 1.98

AAb	1 2	90 77	+ 110 ♦ 89	nA nA	-1.6 keV -0.8 keV	1.69 1.66	* 1.61 ♦ 1.58
A6		120	♦ 170	nA	nicht gemessen	nicht	gemessen
B7		38	* 40	nA	keine	5.38	♦ 4.92

* Ver.fnd«?runc fiber 15 ffinutpn n*ch Anlfren der Vnrnpnrmmr an den Detektor

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BAD ORIGIN^AL

MERTENS & KEIL PATENTANWÄLTE

29Ü9598

TABELLE IV

PETEKTÖRSTABILITÄT

(Imulsbetrieb)

Detektor Code	Stabilisierunrs- * zeit fHr dis An- sprechvprr-'iren	"ernchi"bur.r vo' Z°itrjrlct Mull	verwertete Irnulsbreite	Anzahl ν. Irpulsen η ro Sreir	I"!DUlS- halbwer - breite
A2	3.5 min.* 3.5 min.	4.6% 2.9%	■v-lOOps	20 20	2.5% 2.8*
A3	10.5 min. 10.5 min.	6.2% 6.7%	3!Si::	20 - 20	4.0% 3.8%
AA5	7.0 min.	1.9%	•vlOOps	20	2.8%
A6	3.5 min.*	015%	%»00μ»	10	4.6%
B7	3.5 min.*	0.7%	„100_Ws	20	3.6%

* Kessunp-en in Intervallen von 3.5 ^vinuten

	A2	+	TABELLE	trieb)	(+ .010)	A6	B7
	*	1			ΑΛ5	+	Ä
	1	.971	DETKKTP⁰STABILITKr		*	1	1
Zeit	.954	.970	(Irmilsbe	+ .	1	.993	.995
(min.)	.960	.974	.\u3r,n«>	1	.997	.993	.999
	.969	.972	A3	.973	.982	.992	.978
0	.970	.968	*	.933	.988	.991	.979
3.5 -	.975		1	.917	.987	.995	.990
7	.984		.967	.896	.985	.981	.997
10.5	.982		.945	.876	.977	.971	.997
14	.985		.938	.855	.980	.979	.992
17.5	.982		.937	.849	.98S	.980	.973
21	.984	' ."937	.857	-.981	.990	.984
24.5		.938
28
31.5
35

* 100 see. Irpulsbreite

909940/0 5

BAD ORIGINAL MERTENS & KEIL

Wie aus den Tabellen I bis III hervorgeht, hatten die Detektoren anfangs Leckströme im Bereich von 14 nA bis 500 nA, ein Energieauflösungsvermögen von 19,3 % bis 42,3 % und Peak-Zu-Plateau-Verhältnisse (vergl. Fig. 1) im Bereich von 7,28 bis 1,66. Bei Messungen nach 15 Minuten, gerechnet vom Anlegen der Vorspannung an die Detektoren, wurden Veränderungen der Leckströme im Bereich von 0 bis 50 nA, Verschiebungen des Fotopeaks zwischen 0 und -10 keV und des Peak-Zu-Plateau-Verhältnisses zwischen 0 und nahe 3 festgestellt.

Die Detektoren wurden dann im gepulsten Röntgenstrahlenbetrieb in Verbindung mit dem Verstärker-Filter 2OA (Fig. 6) unter Verwendung von Röntgenstrahlenimpulsdauern von etwa 100 yus und 800 ^s getestet. Jeder der Detektoren lieferte bei Benutzung in Verbindung mit dem Verstärker 2OA (Fig. 6) Ausgangssignale mit einem spektralen Ansprechvermögen, wie es in Fig. 7 gezeigt ist; es nähert sich dem idealen Impulsspektralansprechvermögen ohne wesentliche Speicherod?i Signalschwanzbildungseffekte.

Die Speichereffekte wurden dadurch getestet, daß die Amplitude eines kleinen Impulses gemessen wurde, der zwischen großen Impulsen (mit etwa 4 mal der Amplitude des kleinen Impulses) lag. Ein Flügelradunterbrecher wurde zur Erzeugung eines gepulsten Strahles mit Impulsen in Intervallen von etwa 20 ms eingesetzt; dies entspricht der notwendigen Rate zur Ausführung einer Messung in 1°-Schritten bei einem rotierenden CT-Scanner, der mit einer Geschwindigkeit arbeitet, daß die 360°-Rotation in 7,2 Sekunden abgeschlossen ist. Der große Impuls wurde mit einem synchronen zweiten Unterbrecher gesperrt, um die Veränderung der gemessenen

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MERTENS & KEIL - 43 -

PATENTANWÄLTE

Amplitude des kleineren Impulses beobachten zu können. Wenn der große Speichereffekt, der bei dem nicht kompensierten Detektor beobachtet wurde, existierte, würde eine große Verschiebung bei der Darstellung der Amplitude des kleineren Impulses festzustellen sein. Es wurde jedoch keine meßbare Verschiebung bei einer Meßgrenze von 1 % festgestellt. Dabei wurden Messungen in Intervallen von 3,5 Minuten über eine Zeitdauer von 35 Minuten vorgenommen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen IV und V zusammengestellt. Diese zeigen, daß nach einer kurzen Anschaltperiode die Betriebsbedingungen durch Verwendung der gepulsten Quelle und der Schaltung nach Fig. 6 für einen Meßzeitraum von etwa einer halben Stunde erreicht werden konnten.

Eines der Probleme bei der bisherigen Art der Benutzung von Halbleiterdetektoren allgemein und insbesondere von CdTe-Detektoren ist das ungleichförmige Ansprechvermögen zwischen den einzelnen Detektoren und darüber hinaus das ungleichförmige Ansprechvermögen über der Oberfläche eines jeweiligen Detektors. Die Ungleichförmigkeit im Ansprechvermögen der Detektoren wurde in Verbindung mit einer gepulsten Strahlenquelle und einer Verstärker-Filter-Einheit 20 überprüft, indem die Röntgenstrahlenquelle. auf kleine Bereiche des Detektors collimiert wurde.

Gemäß Fig. 8 und 9 wurden lokalisierte Messungen mit der collimierten Strahlung vorgenommen, die auf verschiedene Positionen A bis I auf der Detektoroberfläche gerichtet wurde. Diese Positionen sind in Fig. 8 zusammen mit dem spektralen Ansprechvermögen gegenüber einer monochromatischen Strahlenquelle (Americium-241) für verschiedene dieser Positionen am Beispiel des ungleichförmigsten Detektors (B7 in Tabelle I-V) nach herkömmlicher Betriebs- · weise veranschaulicht. Fig. 9B zeigt das spektrale Anspreche

909 8-4.0/0 5-7 8

_ 44 - MERTENS & KEIL

PATENTANWÄLTE

vermögen an jeder der Positionen A bis I bei Benutzung des Detektors B7 in Verbindung mit einer gepulsten Röntgenstrahlenquelle und einem filternden Verstärker 20. Fig. 9A zeigt insbesondere das normalisierte Fotopeak-Ansprechvermögen des CdTe-Detektors gegenüber collimierter Strahlung in den Positionen A bis I unter Anwendung der vorliegenden Erfindung.

Während der CdTe-Detektor ein äußerst ungleichförmiges Ansprechvermögen hat, wenn er in üblicher Weise eingesetzt wird, werden bei Anwendung der vorliegenden Erfindung Abweichungen im Ansprechvermögen lediglich in der Größenordnung von jf 2 % festgestellt. Es wurde sogar gefunden, daß selbst bei Verwendung einzelner Detektoren unterschiedlicher Geometrie (von unterschiedlichen Herstellern geliefert) bei Collimierung der Strahlenquelle zur Bestrahlung gleicher Bereiche Meßwerte innerhalb 7 % bei Anwendung der vorliegenden Erfindung zeigten.

Wie zuvor erwähnt, kompensiert der Verstärker-Filter 2OB gemäß Fig. 1OA wirkungsvoll die Eigenschaften des Detektors 14. Die beispielsweise angegebenen Komponentenwerte sind auch hier wiederum zum Betrieb bei Röntgenstrahlenimpulsdauern in der Größenordnung von 100 ms gedacht. Bei der Schaltung nach Fig. 10 sind der Feldeffekttransistor "28 und die Transistoren 40 und 52 in gleicher Weise verbunden wie in Fig. 6, mit der Ausnahme, daß der schnelle Differentiator 62 durch einen Langzeitkonstante-Kreis 80 mit einer parallelen Kombination eines Widerstandes 82 (120 MOhm) und einem Kondensator 84 (10 pF) ersetzt ist.

Der Emitter des Transistors 52 ist mit einer aktiven zweiten Stufe 85 gekoppelt. Die aktive Stufe 85 enthält einen Differentiatorteil 86 mit einem Operationsverstärker 88 (z.B.

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MERTENS & KEIL

Typ MC1712) und einen Integratorteil 100. Der Emitter des Transistors 52 ist über einen Präzisionswiderstand 90 (100 Ohm) mit einem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 88 verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 88 ist über einen mit einem Kondensator 94 (0,01 yuF) in Reihe geschalteten Präzisionswiderstand 92 (100 Ohm) an Erde angeschlossen. Eine Rückkopplung von dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 88 zu seinem invertierenden Eingang ist über einen weiteren Präzisionswiderstand 96 (6,19 KOhm) vorgesehen. Eine Verbindung von dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 88 ist über einen Widerstand 98 (2 KOhm) zu einer negativen Spannungsquelle (6 Volt) geschaffen. Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 88 ist auch mit dem Integrator 100 verbunden, der einen Widerstand 102 (690 Ohm) und einen Kondensator 104 (1000 pF) aufweist. Die Verstärker-Filter-Einheit 2OB kann auf andere Strahlenimpulsdauern eingestellt werden, indem die Zeitkonstante des Differentiators 86, des Integrators 100 und, wo notwendig, der Schaltung 80 verändert wird. Ähnlich kann es für große Impulsdauern notwendig sein, die effektive Zeitkonstante des Vorspannungs kreises 16 und des Koppelkreises 18 einzustellen.

Fig. 1OB zeigt eine Verstärker-Filter-Einheit 2OC ähnlich der Einheit 2OB, jedoch mit Maßnahmen zur Pol-Null-Kompensation. Die beispielsweise angegebenen Werte beziehen sich wiederum auf Strahlenimpulsdauern in der Größenordnung von 100

Der Langzeitkonstante-Kreis 80 der Verstärker-Filter-Einheit 2OB ist in der Verstärker-Filter-Einheit 2OC durch eine Langzeitkonstante-Schaltung 80a geringfügig unterschiedlicher Zeitkonstante ersetzt; die Schaltung 80a ist aus einer Parallelkombination eines Widerstandes 82a (1000

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MERTENS & KEIL

⁴⁶ PATENTANWÄLTE

MOhm) und eines Kondensators 84a (18 pF) gebildet. Der Emitter des Transistors 52 ist über zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren 105 (1 juF) und 106 (0,1 pF) mit dem Eingang eines Spannungsverstärkers 107 verbunden, der mit dem Spannungsverstärker 67 nach Fig. 6 identisch sein kann. Ein Potentiometere 108 (5 KOhm) ist zwischen den Verbindungspunkt der Kondensatoren 105 und 106 und Erdpotential geschaltet. Der Abgreifer des Potentiometers 108 ist über einen Präzisionswiderstand 109 (10 KOhm) mit einem Eingang des Spannungsverstärkers 107 verbunden. Der Kondensator 106 und der Widerstand 109 arbeiten so zusammen, daß ein wirksamer Differentiator mit einer Zeitkonstante von 1 ms gebildet wird.

Der Widerstand 109 und der Kondensator 106 arbeiten auch mit dem Kondensator 105 und dem Potentiometer 108 als ein Pol-Null-Kompensationskreis zusammen.

Der Ausgang des Spannungsverstärkers 107 ist mit einem Integrator 100a verbunden, der einen Widerstand 102 (690 0hm) und einen Kondensator 104a (0,1 μΈ) aufweist. Die Zeitkonstante des Integrators 100a ist somit etwa 70 us.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß jede der Verstärker-Filter-Einheiten 2OA, 2OB oder 2OC für schnellere Impulswiederholungsfrequenzen angepaßt werden können, indem der Kondensator 76, 104 oder 104a des Integrators 68, 100 oder 100a entladen werden, nachdem die von dem Detektor 14 auf einen gegebenen Strahlenimpuls hin entwickelte Spitzenladung erreicht worden ist. Dies kann auf einfache Weise durch Überbrücken des Leitungspfades eines Transistors über den Kondensator 76, 104 oder 104a nach Erde bewerkstelligt werden; dabei wird die Leitung durch den Tran-

9 0 9 8 4 0 / 0.5 7 β

MERTENS & KEIL PATENTANWÄLTE

; 290953a

sistor in Übereinstimmung mit den Ausgangssignalen eines üblichen Peak-Detektors, der auf das Ausgangssignal des Integrators anspricht, kontrolliert.

Wie zuvor erwähnt, kann ein üblicher Halbleiterdetektor, beispielsweise aus CdTe oder HgI₂, an die Erfordernisse von CT-Scannern unter Verwendung des Erfindungsgedankens angepaßt werden. Wie in Fig. HA veranschaulicht, haben übliche Halbleiterdetektoren eine Platte 110 aus Halbleitermaterial (z.B. CdTe) mit jeweils einer auf beiden Seiten angebrachten leitenden Elektroden 112 und 114. Die Elektroden 112 und 114 bestehen typischerweise aus Platin oder Aquadag (Handelsname der Fa. Acheson für kolloidales Graphit in Wasser für die Bildung elektrisch leitender Überzüge).

Neuartige Detektorfelder sind in den Fig. HB und HC veranschaulicht. Wenn die einfallende Strahlung über den Detektor in Längsrichtung schwenken soll, kann eine Reihe benachbarter Detektoren auf einfache Weise dadurch hergestellt werden, daß Streifen des Elektrodenmaterials in Querrichtung in Längsabständen entfernt werden, so daß eine Anzahl von elektrisch isolierten Elektroden gemäß Fig. HB entsteht. Ähnlich kann durch zusätzliches Entfernen eines Streifens an Elektrodenmaterial in Längsrichtung (Fig. HC) ein zweidimensionales Feld für den gleichzeitigen Nachweis von Mehrfachquerschnitten bei einem CT-Scanner geschaffen werden.

In Fig. HD ist eine geeignete Vorspannungsanordnung für derartige Vielelektrodendetektoren gezeigt* Der Detektor ist so angeordnet, daß er von den Röntgenstrahlenimpulsen

8098 40/0

MERTENS & KEIL PATEfMTANWAUTE

auf der Seite seiner Kathode 114 getroffen wird und die einzelnen Anodenelektroden 112a bis 112f auf der abgewandten Seite der CdTe-Platte 110 liegen. Die Kathode 114 ist mit Erdpotential verbunden und jede einzelne Anode an eine Hochspannungsquelle über einen jeweiligen Widerstand, z.B. mit dem Wert 1 MOhm, verbunden.

Die Hochspannungsquelle liegt in der Größenordnung von 50 Volt. Jede Anode ist wechselstrommäßig über einen jeweiligen Kondensator 26 an eine zugeordnete Verstärker-Filter-Einheit 20 angeschlossen.

Die Strahlung kann auch auf die Anodenseite des Detektors gerichtet werden. Es kann auch eine einheitliche Anode und eine Vielzahl von Kathoden benutzt werden, um die neuaritge Feldanordnung zu bilden. Diese Maßnahme wäre äquivalent derjenigen, wenn die Elektrode 114 an die Hochspannungsquelle angeschlossen und jede der Elektroden 122a bis 112f geerdet wäre.

Die Untersuchungen haben gezeigt, daß eine Kreuzkopplung der jeweiligen Elemente in dem Vielelementenfeld nach den Fig. 9B bis 9D nicht eintritt. Fig. 12 veranschaulicht die Wirkung einer Abtastung eines schmalen (1,5 mm) Strahlenbündels über die einzelnen Elektroden eines solchen Detektors mit einer Elektrode pro 2 mm in Richtung der Abtastung. Der CdTe-Detektor hat eine lokalisierte Ladungseigenschaft des Ansprechvermögens gegenüber einfallender Strahlung. Wenn man die Bündelbreite in Rechnung stellt, machen die Streueffekte innerhalb des Detektors weniger als 1 % Kreuzkopplung bei 1 mm aus. Eine derartige Kreuzkopplung, also gegenseitige Beeinflussung, führt zu einem Effekt ähnlich' einem Glätten der Dateninformation über den Bereich von

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MERTENS & KEIL

PATENTANWÄLTE

2903598

1 mm. Wenn erwünscht, kann auch ein einfaches digitales Entfaltungsverfahren eingesetzt werden mit der Wirkung, daß die Daten aufgespalten und somit der Wechselwirkungseffekt zwischen den Elementen ganz ausgeschlossen wird.

Messungen der elektrischen Impulsausgänge der Detektoren als Funktion der Detektorspannung wurden ausgeführt, um sicherzustellen, daß alle abgebremsten Photonen zu der von dem Detektor gesammelten Ladung beitragen. Es wurde wie erwartet gefunden, daß das Ansprechvermögen sich im wesentlichen zu höheren Vorspannungen hin abflacht, wo die Ausbeute vollständig ist. Es wird auf Fig. 13 und Bezug genommen. Es wurde auch gefunden, daß Detektoren mit Elektroden, die kleiner als der Detektorbereich sind, in denjenigen Fällen, wo das Rontgenstrahlenbündel die Elektrodenkanten erreicht, weiterhin größere Impulse mit ansteigender Vorspannung liefert. Dies ist offenbar auf verbesserte Ladungssammlung an den Elekrodenkanten zurückzuführen. Es wurde auch gefunden, daß bei Collimierung der einfallenden Strahlung und Bestrahlung lediglich des Mittelbereiches der Elektrode das Detektorausgang/Detektorvorspannung-Ansprechvermögen das gleiche war wie für einen Detektor mit voll überdeckender Elektrode.

Es hat sich auch gezeigt, daß CdTe-Platten von nur 2 mm Dicke eine genügende Bremskraft für die Vorgänge beim CT-Scannen zeigen. Tabelle VI zeigt die Bremskraft einer 2 mm-CdTe-Platte im Zusammenwirken mit verschiedenen vorgehärteten Strahlenfi1tern.

90984Ö/0F7·'·

s2db MERTENS & KEIL

PATENTANWÄLTE

2809598

	1.	150	kV P.önti	VI
	2,			2 imr CdTe
	3,			■-enstrahlenbünd
		Cu		Brenskraft
	. 3mm	Cu		96%
	.6mm	Cu		93%
TAbtLLE	.9mm	90%
Bremsvermögen von	89%


vorfehärtetes Filter
6mm Al
6mm Al,
6mm Al,
6mm Al,

Fig. 15 zeigt einen Vergleich der Bremskraft von 2 mm Dicke verschiedener Detektormaterialien, die beim CdTe-Scannen (mit Scintillationskristallen) benutzt werden. Es soll noch erwähnt werden, daß, während Wismuthgermanat eine hohe Bremskraft hat, dieses einen Scintillator darstellt und kein Material für die direkte elektrische Umwandlung.

Es ist manchmal erwünscht, Strahlen mit mehr als einer effektiven Energie zu messen. Derartige Messungen unterschiedlicher Energien können ausgeführt werden, indem zwei Detektoren in den Strahlengang gesetzt werden, so daß die Strahlung, die durch den ersten Detektor hindurchgeht, von dem zweiten nachgewiesen wird, usw., wie in Fig. 16 veranschaulicht. Derartige Messungen können ebenfalls nach der vorliegenden Erfindung durch Anordnen eines Vielfachelektrodende tektors, wie in Fig. 17 gezeigt, ausgeführt

909 8 4 0/057Γ

MERTENS & KEIL PATENTANWÄLTE

2303598

werden, derart, daß die Strahlung auf eine Oberfläche des Detektors fällt, die quer zu den Elektroden verläuft. Hierbei entwickelt die erste Elektrode eine Ladung in Übereinstimmung mit der Anzahl von Photonen, die durch eine gegebene Strecke des CdTe-Materials gegangen sind, und die zweite Elektrode entwickelt ein Signal in Übereinstimmung mit der Ladung, die von den Photonen erzeugt wird, die nicht von dem ersten Abschnitt des CdTe-Materials abgefangen worden sind.

Fig. 18 veranschaulicht die Anwendung der vorliegenden Erfindung in einem CT-Scanner. Eine Anzahl von Vielelementendetektorfeidern 14 (Fig. 11B bis UD) sind in einem stationären Kreisfeld angeordnet. Eine gepulste Strahlenquelle 24 liefert ein gepulstes fächerförmiges Strahlenbündel, welches einen Körperabschnitt 120, der sich in dem Patientenkreis 122 befindet, bestrahlt. Die Quelle 24 kann um den Körperabschnitt 120 rotieren, so daß eine 180° bis 360°-Abtastung erfolgt. Die Strahlung, die durch den Körperabschnitt 120 hindurchgelangt, wird von den Detektoren 14 nachgewiesen. Jedes Element des Detektors 14 ist wechselstrommäßig über eine zugeordnete Einrichtung 18 an eine Verstärker-Filter-Einheit 20 angeschlossen. Die jeweiligen Verstärker-Filter-Einheiten sind mittels eines üblichen Multiplexers 124 für den Mehrfachbetrieb über einen Analog-Digital-Konverter 126 an eine Datenverarbeitungsanlage 130 angeschlossen. Die Datenverarbeitungsanlage 130 kann ein programmierter Datenprozessor oder Computer zur Punkt-Für-Punkt-Rekonstruktion des Elektronendichteprofils in dem abgetasteten Körperabschnitt für die einzelnen Messungen sein. Da nur eine Gruppe von Detektoren zu einer bestimmten Zeit bestrahlt wird, kann eine Anzahl von Detektoren (jeweils aus einer anderen sich gegenseitig ausschließenden Gruppe) so verbunden sein, daß sie sich einen gegebenen

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MERTENS & KEIL PATENTANWÄLTE

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Verstärker-Filter 20 teilen. Die Abtastung der Röntgenstrahlenquelle selbst stellt einen Vielfachbetrieb jeweils miteinander verbundener Detektoren mit einem gemeinsamen Verstärker-Filter 20.

Insgesamt wurde gefunden, daß bei Anwendung der Erfindung bei Raumtemperatur Halbleiterdetektoren, beispielsweise solche aus CdTe, mit Vorteil beim CT-Scannen benutzt werden können. Dies schließt die Anwendung einer gepulsten Strahlenquelle und eines Verstärker-Filters ein, welches einen verarbeiteten Ausgangsimpuls liefert, welcher Komponenten des unbearbeiteten Detektorausganges in einem vorbestimmten Frequenzbereich enthält. Der Frequenzbereich wird in Übereinstimmung mit der Dauer der Röntgenstrahlenimpulse gewählt. Eine solche Anordnung vermeidet wirksam die nachteiligen Eigenschaften des Detektors. Der Impuls der einfallenden Strahlung führt das Anstiegs-Zeit-Ansprechvermögen des Detektors so, daß alle nachteiligen Veränderungen in den Detektoranstiegszeiten in dem endgültigen Ausgangssignal der Detektorelektronikschaltung verschwunden sind.

Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß CdTe-Detektoren besonders vorteilhaft sind. Die Elektroden bilden lediglich ohmsche Kontakte mit der CdTe-Platte ohne irgendeine Verbindungsschicht. Das lokalisierte Ladungssammlungsphänomen erlaubt außerdem dicht besetzte Detektorfelder auf einer einzigen Platte mit Hilfe einer einfachen Beschichtungstechnik. Dichten von einem Detektor pro 2 mm wurden auf der Fläche der Detektorscheibe dadurch hergestellt, daß lediglich Abschnitte des Elektrodenmaterials abgekratzt wurden.

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MERTENS & KEIL

- 53 - PATENTANWÄLTE

2908598

CdTe-Detektoren sind unempfindlich, einfach handhabbar und bei Anwendung in der vorliegenden Erfindung sehr stabil im elektrischen Ansprechvermögen. Da Lichtleiter oder Fotomultiplier nicht notwendig sind, ist die Flexibilität zur Herstellung verschiedener Detektorkonfigurationen viel größer. Für den Nachweis zweier Energien kann beispielsweise hinter einem dünnen CdTe-Detektor (etwas weniger . als 0,5 mm dick) ein dickerer (etwa 2 mm) Detektor, wie in Fig. 16 gezeigt, angeordnet werden. Außerdem kann eine gemeinsame Ausbildung, wie in Fig. 17 eingesetzt werden.

Die gleichen Überlegungen, die für CdTe gelten, treffen auch für,HgIp zu. Es kann davon ausgegangen werden, daß unter anderem auch die folgenden Halbleitermaterialien bei der vorliegenden Erfindung wie CdTe mit Vorteil eingesetzt werden können: Galliumarsenid (GaAs), Aluminiumantimonid (AlSb), Indiumphosphat (InP), Zinktellurid (ZnTe), Wolframselenid (ESe₂), Cadmiumselenid (CdSe), Wismuthiodid (BI„) und Cäsiumantimonid (Cs₃Sb). Ähnlich hat auch Germanium (Ge) geringer Qualität typische Eigenschaften wie diejenigen von CdTe.

Während verschiedene Leiter zur Verbindung der Elemente bei einigen Figuren in den Zeichnungen mit einer einzigen Linie gezeigt sind. So ist dies nicht beschränkend aufzufassen, da eine Vielzahl von Verbindungen vorgesehen sein kann. Auch die angegebenen speziellen Bemessungswerte sind nur beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen. Die exemplarisch angegebenen Schaltungen können für besondere Anwendungen jeweils optimiert werden.

Insgesamt ist auch die vorliegende Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.

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MERTENS & KEIL PATENTANWÄLTE

29035S8

Während die vorliegende Erfindung überwiegend im Zusammenhang mit CT-Scannern beschrieben wurde, ist die Anwendung für andere Arten von Geräten, die einen Strahlennachweis vorsehen, ohne weiteres möglich.

9Ö9840/0S78

Claims

sli3

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PATENTANWÄLTE

Frankfurt/M 9.3.1979

P 21 P 4

The Regents of the University of California 2200 University Avenue

Berkeley, State of California United States of America

"Halbleiter-Strahlendetektor-Anordnung sowie dessen Anwendung in einem tomografischen Scanner, einem Gerät zur Strahlenintensitätsbestimmung bzw. zur Messung der Strahlendurchlässigkeit oder -absorption"

Patentansprüche:

C\

Strahlendetektor—Anordnung für den Nachweis einfallender Strahlenimpulse vorbestimmter Dauer mit folgenden Merkmalen:

_ 2 _ MERTENS & KEIL

PATENTANWÄLTE

a) ein Halbleiterdetektor erzeugt elekrische Ladung beim Einfall von Strahlung, wobei der Detektor wenigstens ein Teil der Strahlenimpulse aufnimmt,

b) eine.Signalverarbeitungseinrichtung ist wechselstrommäßig an den Halbleiterdetektor zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals gekoppelt, welches die einfallende Strahlung genau repräsentiert,

c) die Signalverarbeitungseinrichtung enthält einen Filter für den Durchlaß von Frequenzkomponenten nur in einem vorbestimmten Frequenzbereich, so daß nur diese zu dem elektrischen Ausgangssi-gnal beitragen, wobei der Frequenzbereich in Übereinstimmung mit der Dauer der einfallenden Strahlungsimpulse so bestimmt ist, daß das elektrische Ausgangssignal von Veränderungen der inneren elektrischen Eigenschaften des Halbleiterdetektors unbeeinflußt ist.
2. Strahlendetektor-Anordnung, vorzugsweise nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

a) eine Einrichtung zur Erzeugung von Impulsen durchdringender Strahlung vorbestimmter Dauer,

b) einen Detektor, angeordnet zur Aufnahme eines Teiles der Strahlung, wobei der Detektor wenigstens eine ungünstige Eigenschaft bezüglich hohem Stromverlust, Signalschwanzbildung, Polarisation oder Speicherung zeigt, und

c) eine Signalverarbeitungseinrichtung, welche auf die von dem Detektor erzeugten elektrischen Signale anspricht und ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, welches genau der Intensität der von dem Detektor aufgenommenen Strahlung

909840/057

MERTENS & KEIL

- 3 - PATENTANWÄLTE

entspricht, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung wechselstrommäßig an den Detektor gekuppelt ist und einen Filter aufweist, der nur Frequenzkomponenten innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches hindurchläßt, die zu dem elektrischen Ausgangssignal beitragen, wobei der Frequenzbereich in Übereinstimmung mit der Strahlenimpulsdauer so ausgewählt ist, daß eine Beeinträchtigung des Ausgangssignales entsprechend den gezeigten Detektoreigenschaften im wesentlichen ausgeschlossen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung einen elektrischen Ladungsverstärker mit einem Eingang, der elektrisch an den Detektor über eine Kapazität gekoppelt ist, einen ersten Differentiatorkreis, der in Rückkopplungsbeziehung mit dem Ladungsverstärker verbunden ist, und einen Integrator aufweist, welcher auf das Ausgangssignal des Ladungsverstärkers anspricht.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsverstärker einen Feldeffekttransistor enthält. -
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung einen Ladungsverstärker, der elektrisch an den Detektor über einen Kondensator gekoppelt ist, einen Differentiator, der auf die Ausgangssignale des Ladungsverstärker anspricht, und einen Integrator aufweist, der auf das Ausgangssignal des Differentiators anspricht.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine Platte aus einem

₄ MORTENS & KEIL

PATENTANWÄLTE

Material enthält, welches aus der Gruppe von Cadmiumtellurid und Quecksilberjodid ausgewählt ist, mit einer Kathode in ohmischem Kontakt mit einer Oberfläche und wenigstens einer Anode in ohmischem Kontakt mit einer gegenüberliegenden Oberfläche der Platte.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der Detektor eine Anzahl von Anodenelektroden in ohmischem Kontakt mit der Platte und elektrisch isoliert voneinander hat.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor in Bezug auf die Strahlenquelle so angeordnet ist, daß die Strahlung auf eine Oberfläche der Platte fällt, die quer zu derjenigen einen Oberfläche mit der Kathode verläuft, und daß die Anoden jeweils so angeordnet sind, daß sie in unterschiedlichen Abständen von der Strahlenquelle so liegen, daß jede Anode Signale liefert, die unterschiedlichen Energien der einfallenden Strahlung entsprechen.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter gekennzeichnet durch einen zweiten Halbleiterdetektor, welcher zur Aufnahme von Strahlung angeordnet ist, welche durch den ersten Halbleiterdetektor hindurchgegangen ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignales eine ladungsempfindliche erste Stufe mit einer ersten vorbestimmten effektiven RC-Zeit-Konstante und eine zweite Stufe aufweist, welche mit der ersten Stufe zusammenwirkt und eine zweite vorbestimmte effektive RC-Zeit-Konstante hat, wobei die beiden effektiven RC-Zeit-Konstanten in Übereinstimmung mit der Dauer des Strahlenimpulses festgelegt sind.

9 £9-8 4 EM-Q-5 7 S- · ■

MERTENS & KEIL

slk2 - 5 -

PATENTANWÄLTE
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste effektive RC-Zeit-Konstante wesentlich niedriger als die Dauer des Strahlenimpulses und die zweite effektive RC-Zeit-Konstante in der gleichen Größenordnung der Impulsdauer liegt.
12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste effektive RC-Zeit-Konstante wesentlich größer als die Dauer des Strahlenimpulses ist und die zweite effektive RC-Zeit-Konstante in der Größenordnung der Impulsdauer liegt.
13. Tomografischer Scanner für die Erzeugung einer Anzahl von Strahlenbündeltransmissions/Absorptions-Messungen jeweils entlang einer Vielzahl von Wegen im Querschnitt eines dreidimensionalen Körpers und zur Berechnung der relativen Strahlenabsorption daraus, die in inkrementalen Bereichen stattfindet, welche in dem Querschnitt liegen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines gepulsten Strahlenbündels, wobei die Bündelimpulse von vorbestimmter Dauer sind, einen Halbleiterdetektor, der zur Aufnahme der Strahlung nach Durchgang durch den Körper angeordnet ist, wobei der unveränderte Ausgang des Detektors unerwünschte elektrische Eigenschaften zeigt, eine Signalverarbeitungseinrichtung, die wechselstrommäßig an den Detektor gekoppelt ist, zur Erzeugung eines Ausgangssignales, welches genau den Betrag der Strahlung,, die auf dem Detektor einfällt, darstellt, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung ein Filter zur Sperrung von Signalen mit Frequenzen aufweist, die nicht innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches liegen, so daß diese Signale nicht zu dem Ausgangssignal beitragen, wobei der Frequenzbereich in Übereinstimmung mit der Dauer der Strahlenimpulse bestimmt ist, so daß das Ausgangssignal im wesentlichen von den

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unerwünschten Eigenschaften des Detektors unbeeinflußt ist, und Mittel zur Veränderung der geometrischen Beziehung zwischen wenigstens zwei der Elementestrahlenbündel, Detektor oder Körper derart, daß der Detektor Strahlung aufnimmt, die längs einer Vielzahl von unterschiedlichen Wegen durch den Körper gelaufen ist, und eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Aufnahme des Ausgangssignales, um daraus die relative Strahlenabsorption zu berechnen.
14. Tomografischer Scanner, insbesondere nach Anspruch 13, mit (a) einer Quelle durchdringender Strahlung, (b) Strahlendetektoren, angeordnet für den Nachweis der Strahlung nach Durchgang durch einen Körper auf unterschiedlichen Wegen und (c) eine Datenverarbeitungseinrichtung für die Berechnung der relativen Strahlenabsorption in inkrementalen Bereichen innerhalb eines Querschnittes des Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle Mittel zur Erzeugung von Strahlenimpulsen aufweist, wobei die Impulse eine vorbestimmte Dauer haben, daß die Detektoren eine Platte aus Cadmiumtellurid mit einer ersten und einer zweiten einander gegenüberliegenden Oberfläche hat, wobei an einer der Oberflächen eine Kathode und an der anderen gegenüberliegenden Oberfläche wenigstens eine Anode angeordnet ist, daß Mittel zur Entwicklung einer Vorspannung über die Platte vorgesehen sind und daß eine Signalverarbeitungseinrichtung wechselstrommäßig an einer der Elektroden zur Erzeugung eines Ausgangssignales gekoppelt ist, welches genau die auf den Detektor einfallende Strahlung repräsentiert, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung einen Filter aufweist, der nur solche Signalkomponenten von dem Detektor hindurchläßt, die in einem vorbestimmten Frequenzbereich liegen, die zu dem Ausgangssignal beitragen, wobei der Frequenzbereich in Übereinstimmung mit der Dauer des Strahlenimpulses so bestimmt ist, daß das Ausgangssignal eine ge-

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naue Repräsentation der einfallenden Strahlung darstellt, die von nachteiligen inneren elektrischen Eigenschaften der Cadmiumtelluridplatte unbeeinflußt ist.
15. Tomografischer Scanner nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte eine Anzahl von Anoden aufweist, die elektrisch voneinander isoliert sind, und daß die Anode wechselstrommäßig an eine zugeordnete Elektrode der Signalverarbeitungseinrichtung gekoppelt ist.
16. Tomografischer Scanner nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung einen Ladungsverstärker, dessen Eingang an den Detektor über eine Kapazität gekoppelt ist, einen schnellen Differentiatorkreis, der in Rückkopplungsbeziehung mit dem Ladungsverstärker verbunden ist, und einen Integrator aufweist, der auf das Ausgangssignal des Ladungsverstärkers anspricht.
17. Tomografischer Scanner nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsverstärker einen Feldeffekttransistor aufweist.
18. Tomografischer Scanner nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsverstärker an den Detektor über eine Kapazität gekoppelt ist, daß ein Differentiator auf das Ausgangssignal des Ladungsverstärkers anspricht, und daß ein Integrator auf den Ausgang des Differentiators anspricht.
19. Tomografischer Scanner nach einem der Ansprüche 13

bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine Platte aus Cadmiumtellurid mit einer Kathode in ohmischem Kontakt zu einer Oberfläche und wenigstens einer Anode in ohmiüchem Kontakt zu einer gegenüberliegenden anderen Fläche hat.

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20. Tomografischer Scanner nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine Anzahl von Anoden in ohmischem Kontakt mit der Platte und elektrisch isoliert voneinander hat.
21. Tomografischer Scanner nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor in Bezug auf die Strahlenquelle so angeordnet ist, daß die Strahlung auf eine Oberfläche der Platte auftrifft, die quer zu der einen Oberfläche und der gegenüberliegenden Oberfläche verläuft, und daß die Elektroden derart angeordnet sind, daß sie in veränderlichen Abständen von der Strahlenquelle liegen, so daß jede Anorde Signale erzeugt, die unterschiedliche effektive Energien der einfallenden Strahlung repräsentieren.
22. Tomografischer Scanner nach einem der Ansprüche 13 bis 21, gekennzeichnet durch einen zweiten Halbleiterdetektor, der so angeordnet ist, daß er jede Strahlung aufnimmt, die durch den ersten Halbleiterdetektor hindurchgegangen ist.
23. Tomografischer Scanner nach einem der Ansprüche 13

bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung eine ladungsempfindliche erste Stufe mit einer ersten vorbestimmten effektiven RC-Zeit-Konstante und eine zweite Stufe hat, die mit der ersten Stufe zusammenarbeitet und eine zweite vorbestimmte effektive RC-Zeit-Konstante hat, wobei die beiden vorbestimmten effektiven RC-Zeit— Konstanten in Übereinstimmung mit der Strahlenimpulsdauer festgelegt sind.
24. Tomografischer Scanner nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die erste effektive RC-Zeit-Konstante

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wesentlich kleiner als die Strahlenimpursdauer ist und die zweite effektive RC-Zeit-Konstante in der gleichen Größenordnung wie die Impulsdauer liegt.-
25. Tomografischer Scanner nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die erste effektive RC-Zeit—Konstante wesentlich größer als die Strahlenimpulsdauer ist und die zweite effektive RC-Zeit-Konstante in der Größenordnung der Impulsdauer liegt. .
26. Anordnung zur Messung der Intensität einfallender Strahlenimpulse vorbestimmter Dauer, gekennzeichnet durch eine Platte aus Material, welches aus der Gruppe von CdTe und HgIp ausgewählt ist sowie eine erste und eine zweite Oberfläche hat, die eine vorbestimmte Dicke festlegen, eine erste leitende Schicht, welche auf der ersten Oberfläche niedergeschlagen ist, eine zweite leitende Schicht, welche auf der zweiten Oberfläche niedergeschlagen ist, wobei die zweite leitende Schicht eine Anzahl von einzelnen elektrisch isolierten Abschnitten aufweist, die jeweils als getrennte Elektrode der Platte dienen, wodurch eine Anzahl von einzelnen Detektoren auf der Platte vorgesehen sind, und eine Anzahl von Signalverarbeitungseinrichtungen, die jeweils elektrisch mit einer der getrennten Elektroden gekoppelt sind, um Signale nachzuweisen und zu verarbeiten, die an die Elektroden gelangen, und zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die genau die Intensität der auf jeden Detektor einfallenden Strahlung repräsentieren, und zwar unbeeinflußt von nachteiligen Eigenschaften des Plattenmaterials, z.B. CdTe.
27. Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte eine vorbestimmte Dicke von etwa 2 mm hat.

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28. Anordnung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen elektrisch isolierten Abschnitte auf der zweiten Oberfläche der Platte so angeordnet sind, daß die Mitte aus einander benachbarten Mitten relativ zueinander in Abständen von etwa 1 mm oder geringer verteilt über die Länge der zweiten Oberfläche liegt.
29. Detektor nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl der einzelnen isolierten Abschnitte über die Breite der zweiten Oberfläche verteilt liegt.
30. Anordnung für die Ausführung einer Messung der Strahlentransmissions/Absorption in einem Querschnitt eines Körpers, der zwischen einer gepulsten Strahlenquelle und einem Detektor angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine Platte aus CdTe mit einer zu der Strahlenquelle gekehrten Oberfläche hat, eine erste leitende Oberfläche auf einer ersten Oberfläche der Platte angeordnet ist und als erste Elektrode der Platte dient, daß eine Anzahl von einzelnen elektrisch getrennten leitenden Schichten auf einer anderen Oberfläche der Platte angeordnet ist, wobei die Anzahl der Schichten über die Länge der zweiten Oberfläche im Abstand verteilt liegen und jede Schicht als eine Elektrode der Platte dient, wodurch ein Feld an einzelnen Detektoren an der Platte gebildet ist, und daß eine Signalverarbeitungseinrichtung wechselstrommäßig an jede der Anzahl von leitenden Schichten gekoppelt ist, um die elektrischen Signale, die daran anstehen, zu verarbeiten und entsprechend viele Ausgangssignale zu liefern, welche im wesentlichen genaue Repräsentationen der auf jeden entsprechenden einzelnen Detektor fallenden Strahlung sind.

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31. Anordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierten Schichten auf der zweiten Oberfläche derart angeordnet sind, daß benachbarte Mitten im Abstand von etwa 1 mm oder geringer über die Länge der zweiten Oberfläche verteilt liegen.
32. Anordnung für die Ausführung einer Messung der relativen Strahlentransmission/Absorption durch einen Körper, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung von Strahlenimpulsen, welche Impulse eine vorbestimmte Dauer haben und zur Bestrahlung auf den Körper gerichtet sind, eine Detektoreinrichtung zur Aufnahme wenigstens eines Teiles der Strahlenimpulse, die durch den Körper hindurchgegangen sind, zur Sammlung einer elektrischen Ladung entsprechend der hindurchgegangenen eingefallenen Strahlung, wobei die Ladungssammlung eine Funktion veränderlicher Zeitansprecheigenschaften innerhalb der Detektoreinrichtung ist, und einen ladungsempfindlichen Verstärker sowie ein Frequenzfilter zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignales auf die aufgesammelte Ladung hin, welches im wesentlichen unabhängig von den veränderlichen Zeitan— Sprecheigenschaften ist.
33. Anordnung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung einen Halbleiterdetektor aufwe ist.
34. Anordnung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß der ladungsempfindliche Verstärker und die Frequenzfiltereinrichtung einen Ladungsverstärker, dessen Eingang an den Detektor über eine Kapazität gekoppelt ist, einen schnellen Differentiatorkreis, der in Rückkopplungsbeziehung mit dem Ladungsverstärker verbunden ist, und einen Integrator aufweist, der auf die Ausgangssignale des Ladungsverstärkers anspricht.

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35. Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker einen Feldeffekttransistor aufweist.
36. Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß der ladungsempfindliche Verstärker und die Frequenzfiltcreinrichtung einen Ladungsverstärker, der über eine Kapazität an den Detektor gekoppelt ist, einen Differentiator, der auf die Ausgangssignale des Ladungsverstärkers anspricht, und einen Integrator aufweisen, der auf das Ausgangssignal des Differentiators anspricht.
37. Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Platte aus Cadmiumtellurid mit einer ersten Elektrode im Kontakt mit einer ersten Oberfläche und wenigstens eine zweite Elektrode in Kontakt mit einer zweiten Oberfläche hat.
38. Anordnung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Anzahl von zweiten Elektroden hat, die mit der Platte im elektrischen Kontakt stehen und elektrisch voneinander isoliert sind.
39. Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung in Bezug auf die Strahlenquelle so angeordnet ist, daß die Strahlung auf eine dritte Oberfläche der Platte auftrifft, die quer zu der ersten und zweiten Oberfläche verläuft, und die zweiten Elektroden jeweils so in veränderlichen Abständen von der Strahlenquelle angeordnet sind, daß jede zweite Elektrode Signale bei unterschiedlichen effektiven Energien der einfallenden Strahlung liefert.

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40. Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung einen zweiten CdTe-Detektor aufweist, der so angeordnet ist, daß er die Strahlung, die durch den ersten CdTe-Detektor hindurchgegangen ist, aufnimmt.
41. Verfahren zum Nachweis einfallender Strahlenimpulse vorbestimmter Dauer, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Anordnen eines Halbleiterdetektors zur Aufnahme wenigstens eines Teiles der Strahlung, wobei der Halbleiterdetektor eine elektrische Ladung auf die einfallende Strahlung- hin erzeugt,

Erzeugen eines elektrischen Ausgangssignales, welches für die Ladung kennzeichnend ist, und Ausfiltern von Komponenten aus dem elektrischen Äusgangssignal, die nicht in Übereinstimmung mit der Dauer der Strahlenimpulse stehen, so daß das elektrische Ausgangssignal im wesentlichen ungestört von den Eigenschaften des Halbleiterdetektors ist.
42. Anordnung zur Messung der Intensität einfallender Strahlenimpulse vorbestimmter Dauer, gekennzeichnet durch eine Platte aus Material, das aus der Gruppe CdTe und

ausgewählt ist, mit einer ersten und einer zweiten Oberfl äches die eine vorbestimmte Dicke der Platte festlegen, eine erste leitende Schicht, die auf der ersten Oberfläche abgelagert ist, und eine zweite elektrische Schicht, die auf der zweiten Oberfläche abgelagert ist, wobei die zweite leitende Schicht eine Anzahl von einzelnen elektrisch isolierten Abschnitten aufweist, die jeweils als eine getrennte Elektrode der Platte dienen, wodurch eine Anzahl von einzelnen Detektoren an der Platte gebildet ist.

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43. Anordnung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Dicke in der Größenordnung von etwa 2 mm liegt.
44. Anordnung nach Anspruch 22 oder 43, dadurch gekennzeichnet, daß die einander benachbarten Mitten in einem Abstand von etwa 1 mm oder geringer über die Länge der zweiten Oberfläche verteilt liegen.
45. Anordnung nach einem der Ansprüche 42 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl der' einzeln isolierten Abschnitte über die Breite der zweiten Oberfläche verteilt liegt.
46. Anordnung zur Ausführung einer Messung der Strahlentransmission/Absorption in einem Querschnitt eines Körpers, welcher zwischen einer gepulsten Strahlenquelle und einem Detektor liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine Platte aus einem Material aufweist, welches aus der Gruppe CdTe und Hgl» ausgewählt ist, wobei eine Oberfläche der Platte der Strahlenquelle zugewandt ist, eine erste leitende Oberfläche, abgelagert auf einer ersten Oberfläche der Platte, welche als erste Elektrode der Platte dient, und eine Anzahl von einzelnen elektrisch getrennten leitenden Schichten, angeordnet auf einer zweiten Oberfläche der Platte, wobei die Anzahl der Schichten im Abstand voneinander über die Länge der zweiten Oberfläche verteilt liegt, wobei die zweite Oberfläche und jede der zweiten Schichten als Elektrode der Platte dienen, wodurch ein Feld an einzelnen Detektoren an der Platte gebildet ist.

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47. Anordnung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen elektrisch isolierten Schichten auf der zweiten Oberfläche angeordnet sind, daß die benachbarten Mitten in einem Abstand von etwa 1 mm oder weniger über die Länge der zweiten Oberfläche verteilt angeordnet sind.
48. Verfahren zur Ausführung einer Messung der Strahlentransmission/Absorption in einem Querschnitt eines Körpers, gekennzeichnet durch die Schritte:

Erzeugen von Strahlenimpulsen vorbestimmter -Länge, Richten der Strahlenimpulse auf den Körper,

Anordnen eines Halbleiterdetektors zur Aufnahme wenigstens eines Teiles der Strahlung, die durch den Körper hindurchgegangen ist, wobei der Halbleiterdetektor eine elektrische Ladung entsprechend der aufgenommenen Strahlung erzeugt,

Erzeugen eines elektrischen Ausgangssignales, welches für die Ladung kennzeichnend ist, und

Ausfiltern von Komponenten aus dem elektrischen Ausgangssignal, die nicht in Übereinstimmung mit der Dauer der Strahlenimpulse stehen, so daß das elektrische Ausgangssignal im wesentlichen unbeeinträchtigt von den Eigenschaften des Halbleiterdetektors ist.
49. Verfahren zur Ausführung einer Messung der Strahlentransmission/Absorption in einem Querschnitt eines Körpers, gekennzeichnet durch die Schritte:

Erzeugen von Strahlenimpulsen vorbestimmter Dauer,

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Richten der Strahlenimpulse auf den Körper,

Anordnen einer Platte aus einem Material, welches aus der Gruppe CdTe und Hgl_? ausgewählt ist, zur Aufnahme wenigstens eines Teiles der Strahlen, die durch den Körper hindurchgegangen sind,

Anordnen auf einer Seite der Platte eine Anzahl von im Abstand befindlichen Elektroden und auf einer gegenüberliegenden Seite eine gemeinsame Elektrode, wodurch jeweilige elektrische Ladungen zwischen dieser Anzahl von Elektroden und der gemeinsamen Elektrode entwickelt werden,

Erzeugen entsprechender elektrischer Ausgangssignale, die für die jeweiligen elektrischen Ladungen kennzeichnend sind, und

Ausfiltern der jeweiligen elektrischen Ausgangssignale zur Erzeugung gefilterter elektrischer Ausgangssignale, die nur Frequenzkomponenten haben, die innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches in Übereinstimmung mit der Dauer der Strahlenimpulse liegen, und

Verarbeiten der gefilterten elektrischen Ausgangssignale zur Erzeugung einer genauen Darstellung der Intensität der Strahlung.
50. Verfahren zur Benutzung einer Anordnung zur Messung der relativen Strahlentransmission/Absorption eines Körpers, durch den Einsatz eines Strahlendetektors mit wenigstens einer der nachteiligen Eigenschaften wie hoher Stromverlust, Signalschwanzbildung, Polarisation oder Speicherung, gekennzeichnet durch die Schritte:

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Richten von Strahlenimpulsen vorbestimmter Dauer auf den Körper,

Anordnen des Strahlendetektors zur Aufnahme wenigstens eines Teiles der durch den Körper hindurchgegangenen Strahlung, wobei der Strahlendetektor eine elektrische Ladung erzeugt, die der aufgenommenen Strahlung entspricht,

Erzeugen eines elektrischen Ausgangssignales, welches für die elektrische Ladung kennzeichnend ist,

Filtern des elektrischen Ausgangssignals zur Entwicklung eines gefilterten Ausgangssignales, welches nur Frequenzkomponenten innerhalb eines Frequenzbereiches in Übereinstimmung mit der vorbestimmten Dauer des Strahlenimpulses aufweisen derart, daß die Frequenzkomponenten, die den nachteiligen Eigenschaften des Detektors zuzuordnen sind, im wesentlichen aus dem gefilterten Ausgangssignal ausgeschieden werden, und

Verarbeiten des gefilterten Ausgangssignales zur Erzeugung einer genauen Darstellung der Strahlentransmission/Absorption.
51. Verfahren zur Ausführung gleichzeitiger Messungen der Strahlentransmission/Absorption in einer Anzahl von benachbarten Querschnitten eines Körper, gekennzeichnet durch die Schritte:

Richten von Strahlenimpulsen auf die jeweiligen Querschnitte,

Anordnen einer Platte aus Material, welches aus der Gruppe von CdTe und Hgl„ ausgewählt ist, mit einer Anzahl von im Abstand angeordneten Elektroden auf einer Seite und

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auf der gegenüberliegenden Seite einer gemeinsamen Elektrode derart, daß jede der Anzahl von Elektroden einen Strahlenanteil aufnimmt, der durch den jeweiligen der Querschnitte hindurchgegangen ist, und eine jeweilige elektrische Ladung in der Platte in Übereinstimmung mit der aufgenommenen Strahlung entwickelt,

Erzeugen jeweiliger elektrischer Ausgangssignale., die für die jeweiligen elektrischen Ladungen kennzeichnend sind, und

Filtern der jeweiligen elektrischen Ausgangssignale zur Entwicklung jeweiliger gefilterter elektrischer Ausgangssignale, die nur Frequenzkomponenten innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches in Übereinstimmung mit der Dauer der Strahlenimpulse aufweisen, und

Verarbeiten der jeweiligen gefilterten elektrischen Ausgangssignale zur Erzeugung jeweiliger Darstellungen der Transmission/Absorption der jeweiligen Querschnitte.
52. Verfahren zur gleichzeitigen Messung der Strahlentransmission/Absorption eines Körpers bei einer Anzahl von effektiven Energiepegeln, gekennzeichnet durch die Schritte:

Richten der Strahlenimpulse auf den Körper, wobei die Impulse eine vorbestimmte Dauer haben,

Anordnen einer Platte aus einem Material, welches aus der Gruppe CdTe und Hgl_? ausgewählt ist, mit einer Anzahl von im Abstand befindlichen Elektroden auf einer Oberfläche und einer gemeinsamen Elektrode auf einer gegenüberliegenden Oberfläche derart, daß wenigstens ein Teil der Strahlen-

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impulse, der durch den Körper hinduchgekommen ist, auf. eine Oberfläche der Platte auftrifft, die quer zu der einen Oberfläche und der gegenüberliegenden Oberfläche verläuft, um jeweilige Ladungen zwischen den mehreren Elektroden und der gemeinsamen Elektrode in Übereinstimmung mit der Intensität der Strahlung zu erzeugen, die in den Bereich der Platte zwischen den jeweiligen Elektroden der Anzahl von Elektroden und der gemeinsamen Elektrode auftrifft.

Anordnen auf einer Seite der Platte eine Anzahl von im Abstand befindlichen Elektroden und auf einer gegenüberliegenden Oberfläche eine gemeinsame Elektrode, wobei jeweils ele-ktrische Ladungen zwischen der Anzahl von Elektroden und der gemeinsamen Elektrode entwickelt werden,

Erzeugen jeweiliger elektrischer Ausgangssignale, die kennzeichnend für die jeweiligen elektrischen Ladungen sind, und

Filtern der jeweiligen elektrischen Ausgangssignale zur Entwicklung jeweiliger gefilterter elektrischer Ausgangssignale, mit nur Frequenzkomponenten innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches in Übereinstimmung mit der Dauer der Strahlenimpulse, und

Verarbeiten der jeweiligen gefilterten elektrischen Ausgangssignale zur Erzeugung genauer Darstellungen der Strahlentransmission/Absorption bei den Energiepegeln, die der Strahlung zugeordnet sind, die durch jeweilige Strecken des CdTe hindurchgegangen ist.
53. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die SignalVerarbeitungseinrichtung

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zur Erzeugung eines Ausgangssignales, einen ladungsempfindlichen Verstärker mit einem Frequenzansprechvermögen derart hat, daß nur Frequenzen innerhalb eines vorbestimmten Freuenzbandes zu dem elektrischen Ausgangssignal beitragen, wobei das Frequenzband um eine Frequenz, die etwa gleich der umgekehrten Dauer der einfallenden Strahlungsimpulse ist, liegt.
54. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignales einen ladungsempfindlichen Verstärker mit einem Frequenzansprechvermögen ,derart hat, daß nur Frequenzen innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbandes zu dem elektrischen Ausgangssignal beitragen, wobei das Frequenzband um eine Frequenz, die etwa gleich dem Kehrwert des Zweifachen der Dauer der einfallenden Strahlenimpulse ist, liegt.
55. Tomografischer Scanner nach einem der Ansprüche 13

bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung einen ladungsempfindlichen Verstärker mit einem Frequenzansprechvermögen derart hat, daß nur Frequenzen innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbandes zu dem elektrischen Ausgangssignal beitragen, wobei das Frequenzband um eine Frequenz, die etwa gleich dem Kehrwert der Dauer der einfallenden Strahlenimpulse ist, liegt.
56. Tomografischer Scanner nach einem der Ansprüche 13

bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung einen ladungsempfindlichen Verstärker mit einem Frequenzansprechvermögen derart hat, daß nur Frequenzen innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbandes zu dem elek-

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trischen Ausgangssignal beitragen, wobei das Frequenzband um eine Frequenz, die etwa gleich dem Kehrwert des Zweifachen der Dauer der einfallenden Strahlung ist, liegt.
57. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinrichtung einen Ladungsverstärker, der elektrisch mit dem Detektor über eine Kapazität gekoppelt ist, einen Differentiator, der auf die Ausgangssignale des Ladungsverstärkers anspricht, einen Spannungsverstärker, der auf den Ausgang des Differentiators, und einen Integrator aufweist, der auf den Spannungsverstärkerausgang anspricht.
58. Tomografischer Scanner nach einem der Ansprüche 13

bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungseinichtung einen Ladungsverstärker, der mit dem Detektor über eine Kapazität, einen Differentiator, der auf den Ausgang des Ladungsverstärkers anspricht, einen Spannungsverstärker, der auf den Ausgang des Differentiators anspricht, und einen Integrator aufweist, der auf den Ausgang des Spannungsverstärkers anspricht.
59. Anordnung nach einem der Ansprüche 32 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß die ladungsempfindliche Verstärkerund Frequenzfiltereinrichtung einen Ladungsverstärker, der mit dem Detektor über eine Kapazität gekoppelt ist, einen Differentiator, der auf das Ausgangssignal des Ladungsverstärkers anspricht, einen Spannungsverstärker, der auf den Ausgang des Differentiators anspricht, und einen Integrator aufweist, der auf den Ausgang des Spannungsverstärkers anspricht.

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