DE10043474A1

DE10043474A1 - Detektor zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung

Info

Publication number: DE10043474A1
Application number: DE2000143474
Authority: DE
Inventors: Gisela Anton; Werner Beulertz; Juergen Giersch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-09-04
Filing date: 2000-09-04
Publication date: 2002-03-28
Anticipated expiration: 2020-09-05
Also published as: DE10043474B4

Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Detektor und ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung vorgeschlagen. DOLLAR A Ein Detektor zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung weist mehrere Detektoreinheiten (2), die eine Nachweisfläche (1) bilden, zum Detektieren der einfallenden Strahlung und zur Abgabe entsprechender Bildinformationen, eine Verarbeitungseinrichtung (10) zum Verarbeiten der von den Detektoreinheiten (2) abgegebenen Bildinformationen, eine Verschiebeeinrichtung (9) zum Verschieben der durch die Detektoreinheiten (2) gebildeten Nachweisfläche (1), und mindestens ein relativ zur Verschiebung der von den Detektoreinheiten (2) gebildeten Nachweisfläche (1) ortsfestes Element (4), das von mindestens einer Detektoreinheit (2) im Rahmen der Detektion einfallender Strahlung nachweisbar ist, auf, wobei die Verarbeitungseinrichtung (10) ein erstes Einzelbild vor Verschieben der durch die Detektoreinheiten (2) gebildeten Nachweisfläche (1) durch die Verschiebeeinrichtung (9) und ein zweites Einzelbild oder auch mehrere Einzelbilder nach Verschieben der Nachweisfläche (1) durch die Verschiebeeinrichtung (9) aus von den Detektoreinheiten (2) ausgegebenen Bildinformationen erstellt, und daraufhin ein Gesamtbild aus wenigstens dem ersten und dem zweiten Einzelbild unter Verwendung von Abbildern des mindestens einen Elements (4) in den Einzelbildern zusammensetzt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Detektor zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung, der zum De tektieren der einfallenden Strahlung und zur Abgabe ent sprechender Bildinformationen mehrere Detektoreinheiten, die zusammen eine Nachweisfläche bilden, aufweist.

In vielen Bereichen der Wissenschaft und des täglichen Lebens werden vielfältige Messungen mit Hilfe von Strahlung durch geführt.

Dabei werden bevorzugt Strahlungsarten verwendet, die Körper zu durchdringen vermögen, da so Erkenntnisse über die Ver teilung von Materie innerhalb des betrachteten Körpers gewon nen werden können.

So ist z. B. die Verwendung von Röntgenstrahlung zu Mess zwecken in der Werkstoffkunde, Flugsicherheit und Medizin weit verbreitet. Auch radioaktive Strahlung und Licht (elekt romagnetische Strahlung) finden Verwendung.

Nachteilig an der Verwendung von Körper durchdringender Strahlung ist, dass diese ab einer bestimmten Intensität bio logisches Gewebe zerstören kann. Deshalb ist es gerade in der Medizin erstrebenswert, die für eine Messung erforderliche Strahlendosis gering zu halten.

Üblicherweise macht man sich zum Nachweis von Strahlung zu nutze, dass diese fotografische Schichten schwärzt.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass die so gewonnenen Aufnahmen zum Nachweis der Strahlung erst chemisch entwickelt werden müssen und nicht sofort ausgewertet werden können. Außerdem sind so gewonnenen Aufnahmen nicht direkt der digi talen Verarbeitung zugänglich.

Ein weiterer Nachteil ist, dass die Auflösung und die Emp findlichkeit einer fotografischen Schicht zueinander ungefähr umgekehrt proportional sind: Eine höhere Empfindlichkeit hat i. d. R. eine geringere Auflösung zur Folge.

Zudem weisen fotographische Schichten einen sehr kleinen Dy namikbereich auf, wodurch Fehlbelichtungen begünstigt werden und die Kontrasteigenschaften eingeschränkt sind.

Weiterhin wurden Nachweisverfahren für Strahlung in Form von elektronischen Detektoreinheiten entwickelt, die sich den Ef fekt zu Nutze machen, dass Strahlung in Materie Ladungen bzw. Ladungsänderungen erzeugen kann.

Die bekannten elektronischen Detektoreinheiten weisen übli cherweise eine hochauflösende Nachweisfläche von einigen mm² bis zu einigen cm² auf. Diese hochauflösenden Nachweisflächen setzen sich wiederum aus Pixeln, d. h. kleinen Halbleiter detektoren, die die einzelnen Bildpunkte der hochauflösenden Nachweisfläche bilden, zusammen. Die Größe und Verteilung ("Dichte") dieser Pixel bestimmt die Auflösung der hochauf lösenden Nachweisfläche. Üblicherweise liegen die Dimensionen eines Pixel in einem Bereich zwischen einigen 10 µm² bis zu einigen 10000 µm² Fläche.

Aus technischen Gründen ist die Zahl der dicht auf einer sol chen hochauflösenden Nachweisfläche realisierbaren Pixel be schränkt, so dass bekannte hochauflösende Nachweisflächen in der Regel nur eine Fläche von bis zu einigen Quadratzentime tern aufweisen.

Geeignet sind derartige elektronische Detektoreinheiten für jede Art von Strahlung, die in Materie Ladung zu erzeugen vermag, wie z. B. Röntgenstrahlung, radioaktive Strahlung oder auch Licht (elektromagnetische Strahlung).

Vorteilhaft an von elektronischen Detektoreinheiten gebilde ten Nachweisflächen ist zum einen, dass die gewonnenen Mess ergebnisse sofort in digitalisierter Form zur Verfügung ste hen.

Weiter lässt sich die für eine Messung benötigte Strahlungs dosis durch die Verwendung elektronischer Detektoreinheiten reduzieren, da diese eine sehr hohe Empfindlichkeit aufweisen und alle Mittel der elektronischen Signalverarbeitung (z. B. Verstärkung und Filterung) verwendet werden können.

Für bestimmte Anwendungen, wie z. B. die Röntgendiagnostik, werden großformatige Nachweisflächen von einigen 100 cm² bis zu einigen 1000 cm² benötigt, die gleichzeitig eine hohe Orts auflösung aufweisen.

Derart große Nachweisflächen werden benötigt, da i. d. R. eine Aufnahme des zu vermessenden Objektes im Maßstab 1 : 1 ge wünscht wird.

Um eine solche großformatige Nachweisfläche eines Detektors zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung zu erstellen, ist es bekannt, diese aus einer Vielzahl von De tektoreinheiten, die jeweils eine Nachweisfläche zum Detek tieren der einfallenden Strahlung aufweisen, zusammen zusetzen.

Eine solche, aus einer Vielzahl von kleinformatigen, Nach weisflächen 3 einer Vielzahl von Detektoreinheiten 2 zusam mengesetzte Nachweisfläche 1 ist in den Fig. 7, 8 abgebil det. Die einzelnen Detektoreinheiten 2 sind dabei vorzugswei se systematisch auf einer Platine angeordnet.

Da nur innerhalb der hochauflösenden Nachweisflächen 3 der Detektoreinheiten 2 die Pixel dicht aneinander stoßen, und die einzelnen Detektoreinheiten 2 aus technischen Gründen nicht abstandsfrei in einer Ebene angeordnet werden können, weist die so gebildete Nachweisfläche 1 Lücken in den Zwi schenräumen zwischen den Nachweisflächen 3 auf.

Zum Erstellen eines lückenlosen, hochauflösenden, groß formatigen Gesamtbildes mit Hilfe der Nachweisfläche 1 ist es deshalb bekannt, das Gesamtbild aus mehreren geringfügig ge geneinander verschobenen Einzelbildern zusammenzusetzen.

Dazu wird, wie in Fig. 8 gezeigt, die Nachweisfläche 1 des ortsauflösenden Pixeldetektors nach Aufnahme eines ersten Einzelbildes um ein genau definiertes Stück B (z. B. 60 Pixel nach links, 50 Pixel nach unten) verschoben, so dass die Lü cken in dem ersten Einzelbild zumindest weitgehend geschlos sen werden.

An der neuen Position der Nachweisfläche 1' wird ein zweites Einzelbild aufgenommen.

Da die Lücken in dem ersten Einzelbild aufgrund des Aufbaus der Nachweisfläche 1 von vornherein bekannt sind (die Anord nung der Detektoreinheiten 2 auf der Platine ist bekannt), kann das gewünschte, hochauflösende, großformatige Gesamtbild bei einer solchen Vorgehensweise dadurch erzeugt werden, dass genau vorgegebene Pixel des zweiten Einzelbildes in die Lü cken des ersten Einzelbildes eingeblendet werden (beispiels weise werden die Pixel des zweiten Einzelbildes, die in den Spalten 5-10, 20-25, . . . und in den Zeilen 7-14, 23-30, . . . liegen, in die Lücken (Spalten 3-8, 18-23, . . ., Zeilen 2-9, 18-25, . . .) des ersten Einzelbildes eingeblendet).

Je nach Anordnung der die Nachweisfläche 1 bildenden Detek toreinheiten 2 können auch, wie in dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel, mehr als zwei gegeneinander verschobene Einzelbil der nötig sein, um ein lückenloses Gesamtbild der einfallen den Strahlung zu erstellen.

Nachteilig an dem eben beschriebenen Stand der Technik sind besonders die hohen mechanischen Anforderungen an die Ver fahrmechanik des Detektors. Die oben beschriebene Vor gehensweise erfordert eine Präzision und Reproduzierbarkeit in der Verschiebung B der Nachweisfläche 1 des Detektors, die kleiner ist als die Auflösung (Pixelgröße) der hochauf lösenden Nachweisflächen 3 der Detektoreinheiten 2 (üblicher weise ca. 100 µm²).

Bereits geringste Erschütterungen oder Verformungen infolge von Wärme gefährden die exakte Reproduzierbarkeit der Ver schiebebewegung und somit die exakte Wiedergabe des Gesamt bildes.

Die aufwendige Verfahrmechanik schränkt auch das maximal zu lässige Gewicht des zu verfahrenden Detektors ein. Weiter ist in diesem Zusammenhang zu beachten, dass die Einzelbilder möglichst zeitnah aufgenommen werden müssen, um Fehler auf grund einer Bewegung des betrachteten Objektes gering zu hal ten oder auszuschließen.

Hieraus folgen hohe Geschwindigkeits- und Beschleunigungs anforderungen, die an die Verfahrmechanik zu stellen sind.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Detektor und ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung zur Verfügung zu stellen, die in einfacher, genauer und effizienter Weise die Erzeugung eines Gesamtbildes aus mit einer Vielzahl von Detektoreinheiten erzeugten Einzel bildern ermöglichen.

Die obige Aufgabe wird durch einen Detektor zum Erzeugen ei nes Bildes aus einfallender Strahlung gelöst, der aufweist:

- mehrere Detektoreinheiten, die eine Nachweisfläche bilden, zum Detektieren der einfallenden Strahlung und zur Abgabe entsprechender Bildinformationen,
- eine Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der von den Detektoreinheiten abgegebenen Bildinformationen,
- eine Verschiebeeinrichtung zum Verschieben der durch die Detektoreinheiten gebildeten Nachweisfläche,
- mindestens ein relativ zur Verschiebung der von den Detek toreinheiten gebildeten Nachweisfläche ortsfestes Element, das von mindestens einer Detektoreinheit im Rahmen der Detek tion einfallender Strahlung nachweisbar ist,

wobei die Verarbeitungseinrichtung ein erstes Einzelbild vor Verschieben der durch die Detektoreinheiten gebildeten Nach weisfläche durch die Verschiebeeinrichtung und ein zweites Einzelbild nach Verschieben der Nachweisfläche durch die Ver schiebeeinrichtung aus von den Detektoreinheiten ausgegebenen Bildinformationen erstellt, und daraufhin ein Gesamtbild aus wenigstens dem ersten und dem zweiten Einzelbild unter Ver wendung von Abbildern des mindestens einen Elements in den Einzelbildern zusammensetzt.

Aufgrund des wenigstens einen, relativ zur Verschiebung der Nachweisfläche ortsfesten Elements, das von zumindest einer der Detektoreinheiten im Rahmen der Detektion einfallender Strahlung nachweisbar ist, ist es möglich, für jedes der Ein zelbilder, die durch Verschieben der Nachweisfläche zwischen den Aufnahmezeitpunkten relativ zueinander verschoben sind, mindestens einen örtlichen Referenzpunkt anzugeben und so ei ne Beziehung zwischen den Einzelbildern herzustellen.

Weiter ist es mit einem Detektor gemäß der vorliegenden Er findung möglich, Zonen einfallender Strahlung, die in einem Einzelbild aufgrund der Anordnung der die Nachweisfläche bil denden Detektoreinheiten nicht erfasst werden können (soge nannte "tote Zonen"), mit Hilfe der in einem zweiten Einzel bild enthaltenen Information zu erfassen, und die Einzelbil der unter Verwendung von Abbildern der Elemente in den Ein zelbildern so zu überlagern, dass ein lückenloses Gesamtbild der einfallenden Strahlung erzeugt wird. Dabei muss das zwei te Einzelbild gegen das erste Einzelbild verschobenen sein.

Zu beachten ist lediglich, dass in jedem Einzelbild mindes tens ein identisches Element der Ebene sichtbar ist, so dass die Einzelbilder mit Hilfe der detektierten Abbilder des we nigstens einen Elements übereinander gelegt werden können.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn mindestens drei von einander beabstandete Elemente so angeordnet sind, dass sie ein Dreieck aufspannen, da so nicht nur jede translatorische, sondern auch jede rotatorische oder auch Kippbewegung der Nachweisfläche zwischen den Aufnahmezeitpunkten der Einzel bilder detektiert werden kann.

Bei einer solchen Anordnung der Elemente ist es bei Bedarf (z. B. Verzerrung der Einzelbilder aufgrund einer Kippbewegung der Nachweisfläche) auch möglich die Einzelbilder vor Bildung des Gesamtbildes rechnerisch zu korrigieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Elementen vorgesehen, die in Form einer periodischen Struktur angeordnet sind.

Sind die Elemente in Vielzahl vorhanden, so können Fehler aufgrund defekter Elemente oder defekter Detektoreinheiten minimiert werden.

Eine Anordnung der Elemente in Form periodischer Strukturen ist von Vorteil, da diese bei einer geeigneten Transformation der in den Einzelbildern enthaltenen Information deutlich als Delta-Funktionen hervor treten. Somit können sie einfach de tektiert und aus den Einzelbildern ohne Verlust gewünschter Information entfernt werden.

Eine solche geeignete Transformation ist die Fouriertrans formation.

Vorzugsweise erstrecken sich die Elemente über den ganzen Verschiebebereich der von den Detektoreinheiten gebildeten Nachweisfläche.

Dadurch kann ein Gesamtbild aus beliebig vielen sich über lappenden Einzelbildern zusammengesetzt werden, da sich somit immer Abbilder einer Teilmenge der Elemente in den Einzel bildern nachweisen lassen.

Eine periodische Struktur, in deren Form die Elemente ange ordnet sind, kann ein Gitter, vorzugsweise ein ideales, d. h. punktförmiges Gitter oder ein Sinus-Gitter sein, da bei einer geeigneten Transformation (z. B. Fouriertransformation) einer solchen periodischen Struktur keine Oberwellen (z. B. im Fou rierraum) auftreten.

Vorzugsweise ist die Anzahl der Elemente und die Maschenweite des Gitters so gewählt, dass jeder der die Nachweisfläche bildenden Detektoreinheiten mindestens ein Element zugeordnet ist.

Dadurch ist sichergestellt, dass die von den Elementen gebil dete Struktur auch dann identifiziert werden kann, wenn ein zelne Elemente oder auch Bereiche der Detektoreinheiten aus fallen.

Bei dem erfindungsgemäßen Detektor ist die Verschiebe einrichtung vorzugsweise so ausgebildet, dass sie die durch die Detektoreinheiten gebildete Nachweisfläche so verschiebt, dass jeder der die Nachweisfläche bildenden Detektoreinheiten auch nach der Verschiebung wenigstens ein Element zugeordnet ist, das der Detektoreinheit bereits vor der Verschiebung zu geordnet war.

Dadurch können die gegeneinander verschobenen Einzelbilder mit Hilfe der Abbilder der Elemente in den Einzelbildern auch ohne jede Kenntnis der Verschiebungsrichtung und Distanz sowie ohne jede Kenntnis der Struktur der Anordnung der Elemen te zu einem Gesamtbild zusammengesetzt werden.

Die Elemente haben dabei vorzugsweise eine Größe, die der kleinsten von den Detektoreinheiten nachweisbaren Größe ent spricht.

Durch diese Dimensionierung der Elemente wird einerseits ga rantiert, dass diese zuverlässig identifiziert werden können, und dass andererseits die einfallende Strahlung und somit die gewünschte Messinformation nicht unnötig beeinträchtigt wird.

Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Elemente in einer E bene liegen, die ungefähr parallel zu der von den Detektor einheiten gebildeten Nachweisfläche angeordnet ist, so dass Verzerrungen der Abbilder der Elemente in den Einzelbildern vermieden werden können.

Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung bestehen die Elemente aus einer Substanz, die einfallende Strahlung absorbiert.

Vorzugsweise sind die Elemente Bleikügelchen oder Indium kügelchen.

Da die Elemente gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungs beispiel aus einer Substanz bestehen, die einfallende Strah lung ganz oder teilweise absorbiert, können sie einfach und zuverlässig in den Einzelbildern nachgewiesen werden. Die Verwendung von Indium ist dabei besonders vorteilhaft, da diese Substanz Röntgenstrahlung des in det Medizin üblichen Energieniveaus nicht vollständig zu absorbieren vermag, und somit die in der das Element treffenden Strahlung enthaltene. Information nicht verloren geht, sondern von einer darunter liegenden Detektoreinheit detektiert werden kann.

Gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung absorbieren die Elemente die einfallende Strahlung nicht, und sind von einer Struktur umgeben, die die einfallende Strahlung teilweise absorbiert.

Vorzugsweise handelt es sich bei der die Elemente umgebenden Struktur um eine Absorptionsfolie, so dass die Elemente Lö cher in dieser Absorptionsfolie sind.

Da das gezielte Einbringen von Löchern in eine Absorptions folie technisch sehr einfach realisierbar ist, ist es gemäß diesem Ausführungsbeispiel besonders einfach möglich, die E lemente großflächig in Form einer periodischen Struktur anzu ordnen.

Vorzugsweise wird die Absorptionsfolie in Form einer Alumini umfolie realisiert.

Denkbar wäre aber auch, die die Elemente umgebende Struktur durch Verwendung einer geeigneten, metallbedampften Glas scheibe zu realisieren.

Die obige Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung gelöst, das die fol genden Schritte umfasst:

- Erstellen eines ersten Einzelbildes einfallender Strahlung mit Hilfe mehrerer Detektoreinheiten, die eine Nachweisfläche bilden,
- Verschieben der von den Detektoreinheiten gebildeten Nach weisfläche,
- Erstellen eines zweiten Einzelbildes der einfallenden Strahlung,
- Identifizierung von Abbildern, die sich in den Einzel bildern aufgrund wenigstens eines Elements ergeben, wobei das wenigstens eine Element relativ zur Verschiebung der Nach weisfläche ortsfest ist, und von mindestens einer der Detek toreinheiten im Rahmen der Detektion einfallender Strahlung nachweisbar ist,
- Erstellen eines Gesamtbildes durch Überlagerung der Einzel bilder anhand von in den Einzelbildern identifizierten Abbil dern, die auf ein identisches Element zurückzuführen sind,
- Ausgabe des erstellten Gesamtbildes.

Vorzugsweise durchlaufen die Einzelbilder beim Erstellen des Gesamtbildes eine geeignete Transformation, so dass ein auf das wenigstens eine Elemente zurückzuführendes Abbild in den Einzelbildern in Form einer Delta-Funktion identifiziert wer den kann.

Bei dieser Transformation handelt es sich vorzugsweise um ei ne Fouriertransformation.

Anhand der so gewonnenen Delta-Funktion können die auf die Elemente zurückzuführenden Abbilder einfach und zuverlässig identifiziert, die Einzelbilder anhand der identifizierten Abbilder überlagert, und danach die Abbilder ohne Verlust an gewünschter Information aus den Einzelbildern und somit auch aus dem Gesamtbild entfernt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung wird das Gesamtbild aus so vielen gegeneinander verscho benen Einzelbildern gewonnen, dass jeder Punkt des Gesamtbil des in wenigstens zwei gegeneinander verschobenen Einzelbil dern enthalten ist.

Dadurch ist sichergestellt, dass jeder Punkt des Gesamtbildes von wenigstens zwei verschiedenen Detektoreinheiten oder Ab schnitten/Bildpunkten (Pixel) einer Detektoreinheit auf genommen wird. Fehler aufgrund einzelner schadhafter Ab schnitte oder Bildpunkte (Pixel) der Detektoreinheiten lassen sich so wirkungsvoll unterdrücken.

Auch graduelle Korrekturen von Teilinhomogenitäten der Detek toreinheiten sind so möglich.

Wenn für jede Detektoreinheit mindestens ein Element vor gesehen ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Nachweis fläche so verschoben wird, dass jeder Detektoreinheit stets mindestens ein Element zugeordnet ist.

Auf Grund der großen Anzahl von Elementen können Fehler auf grund defekter Elemente oder defekter Detektoreinheiten wir kungsvoll unterdrückt und die von den Elementen gebildete Struktur besonders leicht und sicher detektiert werden.

Vorzugsweise wird die Nachweisfläche so verschoben, dass je der Detektoreinheit vor und nach dem Verschieben dasselbe mindestens eine Element zugeordnet ist.

Dadurch ist es möglich, die Einzelbilder mit Hilfe der Abbil der der Elemente auch ohne jede Kenntnis der Verschiebungs richtung und Distanz sowie ohne jede Kenntnis der Struktur der Anordnung der Elemente zu einem Gesamtbild zusammenge setzt werden.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die von den Detektoreinheiten gebildete Nachweisfläche nicht in dis kreten Schritten, sondern konstant verschoben, und werden die Einzelbilder bei genügend kurz gewählter Belichtungszeit wäh rend der Verschiebung der Nachweisfläche erstellt.

Dadurch ist es möglich, die Einzelbilder sehr schnell hinter einander aufzunehmen, da nicht erst eine neue Halteposition für die Nachweisfläche angefahren werden muss. Dies ist be sonders bei der Betrachtung von nicht statischen Objekten o der sehr großen Objekten von Vorteil.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vor liegenden Erfindung unter Zuhilfenahme von Figuren beschrie ben. In den Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf die Nachweisfläche eines Detektors zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 den schematischen Messaufbau eines Detektors gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 schematisch in Aufsicht eine Verschiebung der Nach weisfläche gegenüber den ortsfesten Elementen zur Aufnahme zweier Einzelbilder gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bei dem ein Gesamtbild aus vier Einzelbildern gewon nen wird,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem das zu erstellende Gesamtbild sehr viel grö ßer als die Nachweisfläche des Detektors ist,

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strah lung,

Fig. 7 eine Aufsicht auf die Nachweisfläche eines Detektors nach dem Stand der Technik, und

Fig. 8 schematisch in Aufsicht eine Verschiebung einer Nachweisfläche eines Detektors nach dem Stand der Technik zur Aufnahme zweier Einzelbilder.

Wie in Fig. 1 gezeigt, besteht eine Nachweisfläche 1 eines erfindungsgemäßen Detektors zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung aus einer Vielzahl kleinerer, zumeist hochauflösender Nachweisflächen 3 einer Vielzahl zumeist dis kret in einer Ebene angeordneter Detektoreinheiten 2.

Die Nachweisflächen 3 der Detektoreinheiten 2 bestehen vor zugsweise wiederum aus systematisch angeordneten Halbleiter detektoren, den einzelnen Bildpunkten, die im Folgenden Pixel genannt werden.

Die Detektoreinheiten 2 sind in dem in Fig. 1 gezeigten Bei spiel systematisch in Form eines Rasters auf einer Platine angeordnet. Der Abstand zwischen den einzelnen hochauf lösenden Nachweisflächen 3 der einzelnen Detektoreinheiten 2 ist dabei möglichst klein gewählt, so dass die Platine mög lichst dicht mit Detektoreinheiten 2 bestückt ist, um die Nachweisfläche 1 zu bilden.

Die Detektoreinheiten 2 weisen dabei jeweils vorzugsweise ei ne Nachweisfläche 3 von einigen mm² bis zu einigen cm² auf. Die Größe der die hochauflösenden Nachweisflächen 3 bildenden Pixel beträgt zwischen 10 µm² und 1000 µm², vorzugsweise 100 µm².

In den Fig. 3, 4 und 5 werden die Nachweisflächen 3 nicht mehr eigens gezeigt.

Aufgrund der in Fig. 1 gezeigten Abstände zwischen den De tektoreinheiten 2 existieren in den Bereichen zwischen den einzelnen Nachweisflächen 3 der Detektoreinheiten 2, die die Nachweisfläche 1 bilden, "tote" Zonen, in denen keine ein fallende Strahlung nachgewiesen werden kann.

Somit kann aus einer einzigen Messung (Einzelbild) kein voll ständiges Gesamtbild der einfallenden Strahlung gewonnen wer den.

In soweit entspricht die Nachweisfläche des erfindungsgemäßen Detektors dem in der Einleitung beschriebenen Stand der Tech nik.

Der Nachweisfläche 1 des erfindungsgemäßen Detektors sind E lemente 4 überlagert, die in einer zu der Nachweisfläche 1 ungefähr parallelen Ebene liegen, und relativ zu einer Ver schiebung der Nachweisfläche 1 ortsfest sind.

In den folgenden Ausführungsbeispielen sind die Elemente 4 in Form eines regelmäßigen Gitters angeordnet.

Es können aber auch andere, vorzugsweise flächig periodische Anordnungen, wie z. B. ein Sinus-Gitter verwendet werden. Auch ist für den erfindungsgemäßen Erfolg bereits ein einzi ges Element 4 ausreichend.

Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung bestehen die Elemente 4 aus einer Sub stanz, die einfallende Strahlung absorbiert, und weisen vor zugsweise eine Größe auf, die von den Detektoreinheiten gera de noch nachweisbar ist. Bei den hier gezeigten, aus Pixel (Bildpunkten) bestehenden Detektoreinheiten 2 liegt die Größe der Elemente 4 somit im Bereich der Pixelgröße, d. h. vorzugs weise zwischen 50 µm² und 200 µm².

In dem ersten Ausführungsbeispiel bestehen die Elemente 4 aus Indium, da diese Substanz Röntgenstrahlung des für medizini sche Anwendungen üblicherweise interessierenden Energieni veaus nicht vollständig absorbieren kann. Die Verwendung von Indium birgt damit den Vorteil, dass in den Einzelbildern auch die Pixel der Detektoreinheiten 2 noch ein Messergebnis liefern, die hinter einem Element 4 liegen.

Natürlich können für die Elemente 4 auch andere Substanzen verwendet werden, die die betrachtete Strahlung ganz oder teilweise absorbieren, wie z. B. Blei.

Getragen werden die Elemente von einem nicht abgebildeten Tragelement, das aus einer Substanz besteht, die möglichst keine Strahlung des interessierenden Energieniveaus absor biert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Trag element in Form einer Glasscheibe realisiert.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung absorbieren die Elemente 4 die einfallende Strahlung nicht, sondern sind von einer Struktur umgeben, die einfal lende Strahlung teilweise absorbiert.

Im vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel sind die Elemen te 4 durch Löcher in einer Absorptionsfolie, die vorzugsweise aus Aluminium besteht, realisiert.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel weisen die Elemente 4 vor zugsweise eine Größe im Bereich der Pixelgröße, d. h. vorzugs weise zwischen 50 µm² und 200 µm² auf, so dass sie bezogen auf das Auflösevermögen der Detektoreinheiten 2 gerade noch nach weisbar sind.

Die Verwendung einer Aluminiumfolie geeigneter Dicke als Ab sorptionsfolie ist von besonderem Vorteil, da diese Röntgen strahlung des für medizinische Röntgendiagnostik interessie renden Energieniveaus nur zu einem geringen Teil absorbieren kann und somit zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung in Folge der Absorptionsfolie keine nennenswerte Erhöhung der Strahlendosis notwendig ist.

Natürlich kann die die Elemente 4 umgebende Struktur auch an ders als in Form einer Absorptionsfolie realisiert werden, wie z. B. durch eine metallbedampfte Glasscheiben.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die ortsfesten Elemente 4 bevorzugt in einer Ebene 5 angeordnet, die zu der von den De tektoreinheiten 2 gebildeten Nachweisfläche 1 ungefähr paral lel ist. Weiter liegt die von den Elementen 4 aufgespannte Ebene 5 in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel bezo gen auf eine Strahlenquelle 6 zwischen einem betrachteten Ob jekt 7 und der großformatigen Nachweisfläche 1.

Für den erfindungsgemäßen Erfolg könnte sich das betrachtete Objekt 7 bezogen auf die Strahlenquelle 6 auch zwischen der von den Elementen 4 aufgespannten Ebene 5 und der Nachweis fläche 1 befinden.

Vorzugsweise sind die Elemente 4 jedoch in einer Ebene an geordnet, die sich in der Nähe der Nachweisfläche 1 befindet, um Störungen auf Grund von Streustrahlung zu reduzieren.

Um auch die oben im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen "toten Zonen" erfassen zu können, weist der erfindungsgemäße Detektor eine in Fig. 5 schematisch abgebildete Verschiebe einrichtung 9 zum Verschieben der aus den Detektoreinheiten 2 gebildeten Nachweisfläche 1 auf.

Die Verschiebeeinrichtung 9 für die Nachweisfläche 1 ist ge eignet, die in Fig. 3 gezeigte Nachweisfläche 1 um die Stre cke A zu verschieben. In dem in Fig. 3 gezeigten Aus führungsbeispiel findet die Verschiebung der Nachweisfläche 1 planar, d. h. innerhalb der Ebene statt, die die Nachweisflä che 1 aufspannt.

Entscheidend bei der Verschiebung der Nachweisfläche 1 ist jedoch lediglich, dass die nachzuweisende einfallende Strah lung vorzugsweise ungefähr senkrecht auf die Nachweisfläche 1 des Detektors auftreffen sollte, um Verzerrungen zu vermei den.

Die Elemente 4 werden bei einer Verschiebung der Nachweis fläche 1 ausdrücklich nicht mitverschoben.

Der Detektor gemäß der vorliegenden Erfindung weist ferner eine in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 10 versehene Ver arbeitungseinrichtung 10 zum Verarbeiten der von den Detek toreinheiten 2 abgegebenen Bildinformationen und zum Zusam mensetzen eines hochauflösenden, großformatigen Gesamtbildes aus wenigstens zwei Einzelbildern auf, wobei die Einzelbilder relativ zueinander durch Verschiebung der Nachweisfläche 1 zwischen den jeweiligen Aufnahmezeitpunkten der Einzelbilder verschoben sind.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Verarbei tungseinrichtung 10 in Form eines ausreichend leistungsstar ken Computers realisiert.

Natürlich können für diese Aufgabe auch spezielle Mikro prozessoren verwendet werden.

Wie aus Fig. 3 gut ersichtlich, liefert die Nachweisfläche 1 ein erstes Einzelbild und die großformatige Nachweisfläche 1' ein zweites Einzelbild der einfallenden Strahlung. Die Nach weisfläche 1' entspricht dabei der um die Strecke A ver schobenen Nachweisfläche 1.

Da die ortsfesten Elemente 4 feste Referenzpunkte für die Einzelbilder liefern, ist es ein leichtes, die Einzelbilder mit Hilfe der auf die ortsfesten Elemente 4 zurückzuführenden Abbildern (Einblendungen oder Ausblendungen) in den Einzel bildern übereinanderzulegen und so ein Gesamtbild zu erstel len, in dem zumindest ein Großteil der toten Zonen in den beiden Einzelbilder eliminiert ist.

Im Gegensatz zu den in den Fig. 1, 3, 4 gezeigten Anord nungen ist es von Vorteil, die Elemente 4 so anzuordnen, dass sie den gesamten Bewegungsbereich der von den Detektor einheiten gebildeten Nachweisfläche 1 abdecken, wie es in Fig. 5 schematisch gezeigt ist.

Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn der Verschiebe bereich der Nachweisfläche 1 größer als die Nachweisfläche 1 ist.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.

In Schritt S1 wird mit Hilfe mehrerer Detektoreinheiten 2, die eine Nachweisfläche 1 bilden, ein erstes Einzelbild der auf die Nachweisfläche 1 einfallenden Strahlung erstellt.

In Schritt S2 wird die Nachweisfläche 1 mit Hilfe einer Ver schiebeeinrichtung 9 verschoben.

In Schritt S3 wird ein zweites Einzelbild der einfallenden Strahlung erstellt.

Nun ist es möglich in D1 zu entscheiden, ob weitere Einzel bilder erstellt werden sollen. Ist dies der Fall, so kehrt das erfindungsgemäße Verfahren zu Schritt S2 zurück. Sollen keine weiteren Einzelbilder erstellt werden, fährt das erfin dungsgemäße Verfahren mit Schritt S4 fort.

In Schritt S4 werden mit Hilfe einer Verarbeitungseinrich tung 10 Abbilder (Einblendungen bzw. Ausblendungen) identifi ziert, die sich in den Einzelbildern aufgrund von Elementen 4 ergeben, wobei die Elemente 4 relativ zu der Verschiebung der Nachweisfläche 1 ortsfest sind, und von mindestens einer De tektoreinheit 2 im Rahmen der Detektion einfallender Strah lung nachweisbar sind. Dazu werden die in den Einzelbildern enthaltenen Messinformationen vorzugsweise so transformiert, dass eine von den Elementen 4 gebildete Struktur deutlich in Form einer Delta-Funktion hervortritt. Vorzugsweise wird da bei eine Fouriertransformation verwendet.

In Schritt S5 werden die Einzelbilder unter Zuhilfenahme der in den Einzelbildern identifizierten Abbildern der Elemente 4 von der Verarbeitungseinrichtung 10 rechnerisch überlagert, in dem in den Einzelbilder jeweils auf dasselbe Element 4 der Ebene zurückzuführende Abbilder übereinander gelegt werden.

Das erstellte Gesamtbild wird gegebenenfalls ein weiteres mal transformiert und in Schritt S6 ausgegeben.

Durch die Transformation(en) ist es nicht nur möglich, auf die Elemente 4 zurückzuführende Strukturen zu identifizieren, sondern auch, diese ohne Verlust von gewünschter Messinforma tion aus den Einzelbildern und dem Gesamtbild zu entfernen.

Voraussetzung hierfür ist jedoch natürlich, dass die Elemen te 4 hinreichend klein sind.

Mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bei geeignet kurzer Belichtungszeit auch möglich, die Einzel bilder während der Verschiebung der Nachweisfläche 1 zu erstellen.

Dies ist in dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, in dem ein Gesamtbild bei kontinu ierlich verschobener Nachweisfläche 1 aus vier Einzelbildern gewonnen wird.

Wie ersichtlich ist in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel zudem jeder Punkt des zu erstellenden Gesamtbildes in mindes tens zwei Einzelbildern enthalten und wird dabei von mindes tens zwei verschiedenen Bereichen/Bildpunkten (Pixel) eines oder mehrerer Detektoreinheiten 2 detektiert. Dadurch kann eine Beeinträchtigung der Qualität des Gesamtbildes durch de fekte Bereiche/Bildpunkte der Detektoreinheiten 2 wirkungs voll verhindert werden.

Ein Anfahren von dezidierten Haltepositionen zum Erstellen der Einzelbilder ist bei dem hier beschriebenen Verfahren ausdrücklich nicht nötig.

Im Gegensatz zu der in Fig. 4 gezeigten zyklischen Bewegung AA-AB-AC-AD ist auch eine kreisförmige Bewegung oder eine exzentrische Drehung der Nachweisfläche 1 vorstellbar, während der die Einzelbilder erstellt werden.

Bei einem Detektor und einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist es besonders vorteilhaft, das an die Verschie beeinrichtung für die Nachweisfläche keine besonderen Anfor derungen hinsichtlich ihrer mechanischen Verfahrens genauigkeit gestellt werden.

Somit ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einen Detektor und ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes aus ein fallender Strahlung zur Verfügung zu stellen, die in einfa cher, genauer und effizienter Weise die Erzeugung eines Ge samtbildes aus mit einer Vielzahl von Detektoreinheiten er zeugten Einzelbildern ermöglichen.

Weiter ist es bei einer Vorrichtung und einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft, dass die ein Gesamtbild einfallender Strahlung bildenden Einzelbilder in besonders kurzen zeitlichen Abständen erstellt werden kön nen, da keine vorgegebenen Haltepunkte für die Nachweisfläche mehr angefahren werden müssen.

Ein weiterer Vorteil bei einem Detektor und einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass ein beliebig gro ßes Gesamtbild einfallender Strahlung aus beliebig vielen sich überlappenden, relativ zueinander verschobenen Einzel bildern zusammengesetzt werden kann, so dass beliebig große Messobjekte erfasst werden können.

Claims

1. Detektor zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strah lung, aufweisend:
mehrere Detektoreinheiten (2), die eine Nachweisfläche (1) bilden, zum Detektieren der einfallenden Strahlung und zur Abgabe entsprechender Bildinformationen,
eine Verarbeitungseinrichtung (10) zum Verarbeiten der von den Detektoreinheiten (2) abgegebenen Bildinformationen,
eine Verschiebeeinrichtung (9) zum Verschieben der durch die Detektoreinheiten (2) gebildeten Nachweisfläche (1),
mindestens ein relativ zur Verschiebung der von den Detek toreinheiten (2) gebildeten Nachweisfläche (1) ortsfestes E lement (4), das von mindestens einer Detektoreinheit (2) im Rahmen der Detektion einfallender Strahlung nachweisbar ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung (10) ein erstes Einzelbild vor Verschieben der durch die Detektoreinheiten (2) gebilde ten Nachweisfläche (1) durch die Verschiebeeinrichtung (9) und ein zweites Einzelbild nach Verschieben der Nachweisflä che (1) durch die Verschiebeeinrichtung (9) aus von den De tektoreinheiten (2) ausgegebenen Bildinformationen erstellt, und daraufhin ein Gesamtbild aus wenigstens dem ersten und dem zweiten Einzelbild unter Verwendung von Abbildern des mindestens einen Elements (4) in den Einzelbildern zusammen setzt.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei voneinander beabstandete Elemente (4) so angeordnet sind, dass sie ein Dreieck aufspannen.

3. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von voneinander beabstandeten Elemen ten (4) vorgesehen ist, und dass die Elemente (4) in Form einer periodischen Struktur an geordnet sind.

4. Detektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Elemente (4) über den ganzen Verschiebebereich der von den Detektoreinheiten (2) gebildeten Nachweis fläche (1) erstrecken.

5. Detektor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) in Form eines Gitters angeordnet sind.

6. Detektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) in Form eines Sinus-Gitters angeordnet sind.

7. Detektor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Elemente (4) und die Maschenweite des Gitters so gewählt ist, dass jeder der die Nachweisfläche (1) bildenden Detektoreinheiten (2) mindestens ein Element (4) zugeordnet ist.

8. Detektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass die Verschiebeeinrichtung (9) die durch die Detektor einheiten (2) gebildete Nachweisfläche (1) so verschiebt,
dass jeder der die Nachweisfläche (1) bildenden Detektor einheiten (2) auch nach der Verschiebung wenigstens ein Ele ment (4) zugeordnet ist, das der Detektoreinheit (2) bereits vor der Verschiebung zugeordnet war.

9. Detektor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) eine Größe aufweisen, die der kleinsten von den Detektoreinheiten (2) nachweisbaren Größe entspricht.

10. Detektor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) in einer Ebene (5) liegen, die ungefähr parallel zu der von den Detektoreinheiten (2) gebildeten Nachweisfläche (1) angeordnet ist.

11. Detektor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) aus einer Substanz bestehen, die ein fallende Strahlung absorbiert.

12. Detektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) Bleikügelchen sind.

13. Detektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (4) Indiumkügelchen sind.

14. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
dass die Elemente (4) die einfallende Strahlung nicht absor bieren, und
dass die Elemente (4) von einer Struktur umgeben sind, die die einfallende Strahlung teilweise absorbiert.

15. Detektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der die Elemente (4) umgebenden Struktur um eine Absorptionsfolie handelt, und dass die Elemente (4) Löcher in der Absorptionsfolie sind.

16. Detektor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionsfolie eine Aluminiumfolie ist.

17. Detektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die die Elemente 4 umgebende Struktur von einer metall bedampften Glasscheibe gebildet wird.

18. Verfahren zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung, das die folgenden Schritte umfasst:

- Erstellen eines ersten Einzelbildes (S1) einfallender Strahlung mit Hilfe mehrerer Detektoreinheiten (2), die eine Nachweisfläche (1) bilden,
- Verschieben (S2) der von den Detektoreinheiten (2) gebilde ten Nachweisfläche (1),
- Erstellen eines zweiten Einzelbildes (S3) der einfallenden Strahlung,
- Identifizierung (S4) von Abbildern, die sich in den Einzel bildern aufgrund wenigstens eines Elements (4) ergeben, wobei das wenigstens eine Element relativ zur Verschiebung der Nachweisfläche (1) ortsfest ist, und von mindestens einer der Detektoreinheiten (2) im Rahmen der Detektion einfallender Strahlung nachweisbar ist,
- Erstellen eines Gesamtbildes (S5) durch Überlagerung der Einzelbilder anhand von in den Einzelbildern identifizierten Abbildern, die auf ein identisches Element (4) zurückzuführen sind,
- Ausgabe (S6) des erstellten Gesamtbildes.

19. Verfahren zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet dass die Einzelbilder beim Erstellen des Gesamtbildes (S5) eine geeignete Transformation durchlaufen, so dass ein auf das wenigstens eine Elemente (4) zurückzuführendes Abbild in den Einzelbildern in Form einer Delta-Funktion identifiziert werden kann.

20. Verfahren zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Transformation um eine Fourier transformation handelt.

21. Verfahren zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtbild aus so vielen gegeneinander verschobenen Einzelbildern gewonnen wird, dass jeder Punkt des Gesamtbil des in wenigstens zwei gegeneinander verschobenen Einzelbil dern enthalten ist.

22. Verfahren zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet,
dass für jede Detektoreinheit (2) mindestens ein Element (4) vorgesehen ist, und
dass die Nachweisfläche (1) so verschoben (S2) wird, dass je der Detektoreinheit (2) stets mindestens ein Element (4) zu geordnet ist.

23. Verfahren zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachweisfläche (1) so verschoben (S2) wird, dass je der Detektoreinheit (2) vor und nach dem Verschieben (S2) das selbe mindestens eine Element (4) zugeordnet ist.

24. Verfahren zum Erzeugen eines Bildes aus einfallender Strahlung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, die Nachweisfläche (1) während des Verfahrens nicht in dis kreten Schritten sondern konstant verschoben wird, und dass die Einzelbilder bei genügend kurz gewählter Belichtungszeit während der Verschiebung der Nachweisfläche (1) erstellt wer den.