DE10015264A1

DE10015264A1 - Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem Röntgenbildwandler mit kombinierter Rücklicht-Dosismesseinehit

Info

Publication number: DE10015264A1
Application number: DE10015264A
Authority: DE
Inventors: Reiner F Schulz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2001-10-11
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: US6359966B2; DE10015264C2; JP2001311778A; US20010028701A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem Hochspannungsgenerator (2) für eine Röntgenröhre (1) zur Erzeugung eines Röntgenstrahlenbündels (3), mit einem Röntgenbildwandler (5), der eine Szintillatorschicht (9) und eine Halbleiterschicht (10) mit in einer Matrix angeordneten, lichtempfindlichen Pixelelemente (13) aufweist, und mit einer in Strahlrichtung dahinter angeordneten kombinierten Rücklicht-Dosismesseinheit (15), die ein Array (11) von in einer Matrix angeordneten Leuchtdioden (16) als Rückseitenbeleuchtung und lichtempfindliche Sensoren (17) aufweist, die als Detektor die Röntgendosis erfassen, an dem ein Messwandler (10) zur Steuerung des Hochspannungsgenerators (1) angeschlossen ist. Vor den lichtempfindlichen Sensoren (17) und zwischen den Leuchtdioden (16) sind Lichtwellenleiter (20) angeordnet, die das von dem Röntgenbildwandler (5) während der Bestrahlung ausgehende, auf die kombinierte Rücklicht-Dosismesseinheit (15) fallende Licht auf die lichtempfindlichen Sensoren (17) leiten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem Hochspannungsgenerator für eine Röntgenröhre zur Erzeu gung eines Röntgenstrahlenbündels, mit einem Röntgenbildwand ler, der eine Szintillatorschicht und eine Halbleiterschicht mit in einer Matrix angeordneten, lichtempfindlichen Pixel elemente aufweist, und mit einer in Strahlrichtung dahinter angeordneten kombinierten Rücklicht-Dosismesseinheit, die ein Array von in einer Matrix angeordneten Leuchtdioden als Rück seitenbeleuchtung und lichtempfindliche Sensoren aufweist, die als Detektor die Röntgendosis erfassen, an dem ein Mess wandler zur Steuerung des Hochspannungsgenerators angeschlos sen ist.

Aus der DE 196 06 873 A1 ist eine derartige in Fig. 1 und 2 dargestellte Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer von ei nem Röntgengenerator 1 mit Hoch- und Heizspannung versorgte Röntgenröhre 2 als Röntgeneinheit bekannt, die ein kegelför miges Bündel von Röntgenstrahlen 3 erzeugt, das einen Patien ten 4 durchdringt und auf einem für Röntgenstrahlen 3 emp findlichen zweidimensionalen Röntgenbildwandler 5 entspre chend der Transparenz des Patienten 4 geschwächt als Röntgen strahlenbild fällt. Der Röntgenbildwandler 5 wandelt das Röntgenstrahlenbild in elektrische Signale um, die als digi tale Bilddaten 6 einem Bildsystem 7 zugeführt werden. Das Bildsystem 7 kann in bekannter Weise eine Rechenschaltung, Filterschaltungen, Wandler, Bildspeicher und Verarbeitungs schaltungen aufweisen, die nicht dargestellt sind. Es ist zur Wiedergabe der erfassten Röntgenstrahlenbilder mit einem Mo nitor 8 verbunden. Bedienelemente 9 sind über eine Sys temsteuerung und -kommunikation 10 mit den übrigen Komponen ten der Röntgendiagnostikeinrichtung verbunden. Die Sys temsteuerung und -kommunikation 10 weist auch wenigstens einen Messwandler auf, der mit dem Röntgengenerator 1 zur Steu erung der Röntgendosis verbunden ist.

In der Fig. 2 ist der bekannte Röntgenbildwandler 5 gemäß Fig. 1 näher dargestellt. Er weist weist einen Szintillator 11 auf, auf den die Röntgenstrahlen 3 fallen, die entspre chend der Abschwächung durch den Patienten 4 in ein sichtba res Röntgenstrahlenbild umgewandelt werden. Der Szintillator 11 kann aus Caesiumjodid (CsI) bestehen. Das vom Szintillator 11 erzeugte sichtbare Licht 12 fällt auf eine Vielzahl von in einer Pixelmatrix angeordneten, lichtempfindlichen Pixelele menten, beispielsweise Photodioden 13, die auf einem Glassub strat 14 angeordnet sind. Der Halbleiter der Pixelmatrix kann beispielsweise aus mit Wasserstoff dotiertem amorphen Silizi um (aSi:H) bestehen.

In Richtung der Röntgenstrahlen 3 gesehen hinter dem Röntgen bildwandler 5 ist als kombinierte Rücklicht-Dosismesseinheit 15 ein Array von in einer Matrix angeordneten Leuchtdioden 16 und Photodioden 17 zur Rücksetzung von Restladungen der Pi xelelemente durch Beleuchtung des Halbleiter des Röntgenbild wandlers 5 bei gleichzeitiger Messung der Dosisleistung bzw. Dosis angeordnet.

Die Leuchtdioden 16 der Rücklicht-Dosismesseinheit 15 erzeu gen ein optisches Rückseitenlicht 18, um das zeitliche Sig nalverhalten des Röntgenbildwandlers 5 zu verbessern. Zwi schen zwei Auslesevorgängen erfolgt eine Rücksetzung durch Belichtung der Pixelmatrix der Photodioden 13 des Röntgen bildwandlers 5. Dadurch werden diese vollständig entladen und zur Beschleunigung niederohmig. Da die Belichtung nicht zei lenweise erfolgen kann, wird eine gleichzeitige, gemeinsame Rücksetzung des gesamten Arrays vorgenommen.

Etwa 15% des von dem Szintillator 11 umgewandelten Szintilla torlichtes 12 durchdringt die Halbleiterschicht der Pixelmat rix 13 und das Glassubstrat 14. Diese Lichtintensität, welche ein Maß für die auftreffende Dosisleistung ist, wird zum Zweck der Dosissteuerung gemessen. Dazu weist die kombinierte Rücklicht-Dosismesseinheit 15 kleine zwischen Leuchtdioden 16 angeordnete Photodioden 17 auf, die jeweils über einen Schal ter zur Auswahl einer, beliebigen Dominante an einem Messwand ler angeschlossen sind, um damit die Röntgendosis zu messen. Mit der Röntgenbestrahlung als Maß für die auflaufende Rönt gendosis kann durch den Belichtungsautomaten die laufende Strahlung nach Erreichen eines Vorgabewertes abgeschaltet werden.

Die elektrischen Messsignale 19, die die Photodioden 17 er zeugen, sind ein Maß für die Dosisleistung bzw. Dosis. Dabei ist der Strom I(t) ein Maß für die Dosisleistung DL(t).

Die Messsignale 19 der Photodioden 17 können zur Dosissteue rung genutzt werden. Dazu wird der Strom aufintegriert bis zur Dosis D(t_x) zum Zeitpunkt t_x.

Zu dem Zeitpunkt t_x, wenn die gewünschte akkumulierte Dosis erreicht ist, werden die Röntgenstrahlen 3 abgeschaltet.

Da die Photodioden 17 der kombinierten Rücklicht-Dosismess einheit 15 in der gleichen Ebene wie die Leuchtdioden 16 und damit parallel zum Röntgenbildwandler 5 angeordnet sind, wer den sie auch der Röntgenstrahlung ausgesetzt, so dass es zu Fehlern bei der Dosismessung kommen kann. Auch können nicht alle Photodioden Verwendung finden, da einige nicht resistent gegenüber Röntgenstrahlung sind.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Röntgendiagnos tikeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine einfache, schnelle und sichere Erfassung der Röntgendo sis während der Röntgenstrahlung ermöglicht, bei der jedoch die lichtempfindlichen Pixelelementen zur Messung nicht durch Röntgenstrahlen beaufschlagt werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vor den lichtempfindlichen Sensoren der kombinierten Rücklicht-Dosis messeinheit Lichtwellenleiter angeordnet sind, die das von dem Röntgenbildwandler während der Bestrahlung ausgehende, auf die kombinierte Rücklicht-Dosismesseinheit fallende Licht auf die lichtempfindlichen Sensoren leiten.

Erfindungsgemäß können die lichtempfindlichen Sensoren durch eine Abdeckung gegen Röntgenstrahlen abgeschirmt und/oder außerhalb der Röntgenstrahlen angeordnet sein.

Die Homogenität des Rückseitenlichtes lässt sich verbessern, wenn zwischen Röntgenbildwandler und Rücklicht-Dosismessein heit eine Diffusorschicht angeordnet ist.

Die Genauigkeit der Messung im zentralen Bereich lässt sich erhöhen, wenn die Lichteintrittsflächen der Lichtwellenleiter im Zentrum der Rücklicht-Dosismesseinheit dichter angeordnet sind.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Röntgenbild wandler einen aSi:H-Detektor aufweist.

Die Messung kann in beliebigen Bereichen erfolgen, wenn die Messsignale der den einzelnen Photodioden zur Bildung soge nannter Dominanten zu Gruppen zusammengefasst werden.

Der bauliche aufwand bei hoher Genauigkeit der Messung lässt sich vereinfachen, wenn mehrere Lichtwellenleiter jeweils ei ner der Photodioden zugeordnet sind.

In vorteilhafter Weise können die Lichteintrittsflächen eine gleichmäßige oder ungleichmäßige Verteilung aufweisen, wobei bei der ungleichmäßigen Verteilung in der Mitte und/oder der Dominante die Dichte der Lichteintrittsflächen größer ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit Röntgenbild wandler,

Fig. 2 Aufbau eines bekannten Röntgenbildwandlers,

Fig. 3 Aufbau des erfindungsgemäßen Röntgenbildwandlers,

Fig. 4 Anordnung der Pixelelemente der kombinierten Rücklicht-Dosismesseinheit,

Fig. 5 eine weitere, erfindungsgemäße Anordnung der Pixel elemente der kombinierten Rücklicht-Dosismess einheit und

Fig. 6 ein weiterer, erfindungsgemäßer Aufbau des Röntgen bildwandlers.

Bei dem erfindungsgemäßen in Fig. 3 dargestellten Ausfüh rungsbeispiel sind anstelle der Photodioden Lichtwellenleiter 20 zwischen den Leuchtdioden 16 vorgesehen, die das einfal lende Licht auf lichtempfindliche Sensoren, beispielsweise Photodioden 17 umleiten, die an anderen Stellen, beispiels weise am Rande der Rücklicht-Dosismesseinheit 15 angeordnet sind. Diese Stellen können beispielsweise außerhalb der Rönt genstrahlen 3 liegen, gegen die Röntgenstrahlen 3 durch eine Abdeckung 21 beispielsweise aus Blei abgeschirmt sein oder andere konstruktive Vorteile bieten.

Durch diese Anordnung, bei der die Lichteintrittsflächen der Lichtwellenleiter 20 und die Leuchtdioden 16 in einer Ebene liegen, wird erreicht, dass das auf die kombinierte Rück licht-Dosismesseinheit 15 fallende Szintillatorlicht 12 auf die außerhalb des Strahlenganges angeordneten lichtempfindlichen Sensoren, die Photodioden 17, geleitet wird. Die Licht eintrittsflächen der Lichtwellenleiter 20 können kleiner als die Flächen der Leuchtdioden 16 sein, so dass sich kein so großer, die Homogenität der Rückseitenbeleuchtung beeinflus sender Zwischenraum ergibt. Mehrere oder gar alle Lichtwel lenleiter 20 können auch auf eine Photodiode 17 zusammenge fasst werden.

In Fig. 4 ist schematisch die aktive Seite der Rücklicht- Dosismesseinheit 15 dargestellt, bei der Lichteintrittsflä chen 22 der Lichtwellenleiter 20 und lichtemittierende Flä chen 23 der Leuchtdioden 16 mosaikförmig angeordnet sind. Die Lichteintrittsflächen 22 bedecken weniger als 50% der Gesamt fläche. Sie können dabei eine gleichmäßige Verteilung aufwei sen, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Die Verteilung kann aber auch ungleichmäßig sein, wobei in der Mitte und/oder der Dominante die Dichte der Lichteintrittsflächen 22 größer ist. Die einzelnen Messsignale 19 der den einzelnen Lichtein trittsflächen 22 zugeordneten Photodioden 17 können zur Bil dung sogenannter Dominanten zu Gruppen zusammengefasst wer den, in dem mehrere Photodioden 17 beispielsweise einem Mess wandler aufgeschaltet werden. Dadurch erhält man größere Flä chen, von denen man nur die mittlere Dosis auswerten will. Es können aber auch gleich mehrere Lichtwellenleiter 20 auf eine der Photodioden 17 geführt sein, so dass eine feste Zuordnung der für die Dosismessung erforderlichen Bereiche gegeben ist und lediglich über die Auswahl der Photodioden 17 eine Be reichsauswahl erfolgt.

Wie in Fig. 6 angedeutet, leuchtet das Rückseitenlicht 18 durch Überlagerung der einzelnen divergenten Lichtbündel das Glassubstrat 14 mit den lichtempfindlichen Pixeln 13 nicht ganz homogen aus.

Zur weiteren Verbesserung der Homogenität bei der Ausleuch tung des Glassubstrates 14 kann zwischen Röntgenbildwandler 5 und Rücklicht-Dosismesseinheit 15 eine Diffusorschicht 24 an gebracht sein.

Claims

1. Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem Hochspannungsge nerator (2) für eine Röntgenröhre (1) zur Erzeugung eines Röntgenstrahlenbündels (3), mit einem Röntgenbildwandler (5), der eine Szintillatorschicht (9) und eine Halbleiterschicht (10) mit in einer Matrix angeordneten, lichtempfindlichen Pi xelelemente (13) aufweist, und mit einer in Strahlrichtung dahinter angeordneten kombinierten Rücklicht-Dosismesseinheit (15), die ein Array (11) von in einer Matrix angeordneten Leuchtdioden (16) als Rückseitenbeleuchtung und lichtempfind liche Sensoren (17) aufweist, die als Detektor die Röntgendo sis erfassen, an dem ein Messwandler (10) zur Steuerung des Hochspannungsgenerators (1) angeschlossen ist, da durch gekennzeichnet, dass vor den lichtempfindlichen Sensoren (17) und zwischen den Leuchtdio den (16) Lichtwellenleiter (20) angeordnet sind, die das von dem Röntgenbildwandler (5) während der Bestrahlung ausgehen de, auf die kombinierte Rücklicht-Dosismesseinheit (15) fal lende Licht auf die lichtempfindlichen Sensoren (17) leiten.

2. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die licht empfindlichen Sensoren (17) durch eine Abdeckung (21) gegen Röntgenstrahlen (3) abgeschirmt sind.

3. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindlichen Sensoren (17) außerhalb der Röntgenstrah len (3) angeordnet sind.

4. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Röntgenbildwandler (5) und Rücklicht-Dosis messeinheit (15) eine Diffusorschicht (24) angeordnet ist.

5. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtwellenleiter (20) Lichteintrittsflächen (22) aufweisen, die im Zentrum der Rücklicht-Dosismesseinheit (15) dichter angeordnet sind.

6. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Röntgenbildwandler (5) einen aSi:H-Detektor auf weist.

7. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignale (19) der den einzelnen Photodioden (17) zur Bildung sogenannter Dominanten zu Gruppen zusammengefasst werden.

8. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtwellenleiter (20) jeweils einer der Photo dioden (17) zugeordnet sind.

9. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsflächen (22) eine gleichmäßige Vertei lung aufweisen.

10. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichteintrittsflächen (22) eine ungleichmäßige Ver teilung aufweisen, wobei in der Mitte und/oder der Dominante die Dichte der Lichteintrittsflächen (22) größer ist.