DE102007013620A1

DE102007013620A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung von Festkörperdetektoren

Info

Publication number: DE102007013620A1
Application number: DE102007013620A
Authority: DE
Inventors: Mathias HÖRNIG
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-03-21
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2008-09-25
Also published as: US7560682B2; US20080232555A1

Abstract

Bei dieser Vorrichtung und dem dazugehörigen Verfahren werden Bildsegmente von einem Probebild wie beispielsweise einem Dunkelstrombild von Festkörperdetektoren ausgewertet und anhand von Bewertungskriterien eine weitere Verwendbarkeit des Festkörperdetektors angezeigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Überwachen von mit amorphen Halbleiterwerkstoffen gebildeten Festkörperdetektoren.
Festkörperdetektoren, die nachfolgend auch als Flachbilddetektoren oder Bilddetektoren bezeichnet werden, können als flache Röntgenstrahldetektoren ausgebildet sein. Die Festkörperdetektoren finden unter anderem in der Mammographie oder der Radiologie Anwendung. An den Festkörperdetektoren können nach Auftreffen von hochenergetischer Strahlung digitale Röntgenbilder abgegriffen werden. Bei den hier betrachteten Festkörperdetektoren kann zur Röntgenbilderzeugung das Prinzip der Direktkonversion verwendet werden. Bei diesem Prinzip werden durch eine auf den amorphen Halbleiterwerkstoff auftreffende hochenergetische Strahlung Ladungen erzeugt. Die in dem amorphen Halbleiterwerkstoff erzeugten Ladungen werden dann mittels einer beispielsweise mit einer Dünnfilmtransistor TFT Halbleitertechnik gebildeten Ausleseelektronik abgeleitet und in nachgeordneten elektronischen Verarbeitungseinheiten ausgewertet. Der verwendete amorphe Halbleiterwerkstoff, der z. B. ein amorphes Selen a-Se sein kann, kann jedoch bei Über- oder Unterschreitung einer Betriebs- oder Umgebungstemperatur zur Kristallisation neigen. Bei einer Kristallisation wandelt sich irreversibel der Zustand des amorphen Selens in einen kristallinen Zustand um. Dies hat zur Folge, dass sich die Bildqualität des Flachbilddetektors oder Bilddetektors vermindert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Flachbilddetektor der eingangs genannten Art einen Weg zu seiner Überwachung anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 oder 5 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine Kristallisation in den Detektorelementen erkannt wird.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die betroffenen Kristallisationsbereiche auf dem Flachbilddetektor durch graphische Elemente markierbar sind.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Überwachung kontinuierlich erfolgt.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass die Qualität des Flachbilddetektors objektiv beurteilt werden kann und eine Vorhersage über dessen Einsatzdauer möglich ist.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass eine Bildverschlechterung hervorgerufen durch Kristallisation als mögliche Ursache für eine Fehlerbeseitigung berücksichtigt wird.
Die Erfindung soll im Folgenden mittels in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Dabei zeigt:
1 ein Blockschaltbild,
2 ein Ablaufdiagramm und
3 eine Anordnung von Bildsegmenten innerhalb eines Flachbilddetektors.
In 1 ist ein Blockschaltbild zur Detektorüberwachung gezeigt. Die in diesem Blockschaltbild wiedergegebenen Komponenten sind eine Betriebseinheit BE, ein Flachbilddetektor FBD, eine Überwachungseinheit UEB sowie optional eine Gainka librierungseinheit GK und ein Markierungsmodul RKM für lokalisierte Kristallisationsgebiete.
Die Überwachungseinheit UEB weist u. a. eine Bildaufnahmeeinheit BA, eine Korrektureinheit K, eine Überprüfungseinheit UP sowie eine Schnittstelleneinheit SE auf. In der Überprüfungseinheit UP sind u. a. eine Bildunterteilungseinheit ABTE, eine Auswerteeinheit AWE und eine Bewertungseinheit BW zusammengefasst.
Angestoßen durch ein in der Überwachungseinheit UEB erzeugtes Steuersignal wird z. B. eine Rücklichtaufnahme oder ein Dark Image, das auch als Ruhe- oder Dunkelstrombild bezeichnet werden kann, von dem Flachbilddetektor FBD abgerufen. Alternativ zu dieser Bilderfassung ohne Einsatz der Röntenstrahlquelle können zwischengespeicherte Bilder aus einer Gainkalibrierungseinheit GK abgerufen werden. Die eingelesenen Probebilder wie Dunkelstrombilder oder gainkalibrierte Bilder werden in der Bildaufnahmeeinheit BA zwischengespeichert. In der Korrektureinheit K können je nach Bildquelle die zwischengespeicherten Bilder offset-, defekt- und gainkorrigiert werden. Das Probebild wird in der nachfolgend beschriebenen Weise nach atypischen Abweichungen im Signalgrauwert abgetastet, die auf einen beginnenden oder vorhandenen Kristallisationsprozess schließen lassen. Die Analyse beginnt beispielsweise mit der Betrachtung von Bildsegmenten SEG1, SEG2 am Detektorbildrand, da der Prozess der Kristallisation in den Randbereichen zuerst auftritt. In der Auswerteeinheit AWE werden dem zwischengespeicherten Bild für eine nachfolgende Beurteilung des Flachbilddetektors Signalgrauwerte von Bildsegmenten mit N Pixelsegmenten Px zu beispielsweise 64×64 Pixel oder Bildpunkten entnommen. Alternativ dazu können auch Signalgrauwerte von Pixelsegmenten mit 256×256 Pixel ermittelt werden. Für jedes der aus beispielsweise N = 6 Pixelsegmenten Px gebildeten Bildsegmente SEG1, SEG2, SEGZ(N = 12) wird die Varianz, der Mittelwert, Min- und Max-Wert der Grauwerte der Pixelsegmente ermittelt. Um einen Pixelgrauwert oder Pixelsegmentgrauwert als atypisch zu deklarieren, ist ein Ver gleich mit einem normalen, typischen Grauwert erforderlich. Dieser kann bei der Auslieferung oder Installation des Flachdetektors durch Abspeichern eines Bildes oder der nachfolgenden Analyse eines Pixelbereiches durch Mittelwertbildung oder/und Standardabweichung sowie Varianz bestimmt werden. Ebenso kann der normale, typische Grauwert aus einem Bereich des aktuellen Bildes entnommen werden. Dieser zentrale Bereich könnte der zentrale Bereich des Flachbilddetektors FBD sein, da er typischerweise nicht oder nur sehr spät von einer Kristallisation betroffen wird. Zur Bestimmung des Referenzgrauwertes wird in der Mitte des Flachbilddetektors FBD ein Bildsegment SEGZ mit beispielsweise 12 Pixelelementen Px ausgewählt und mittels der Signalgrauwerte der Mittelwert, die Varianz, Min, Max usw. errechnet. Die Mittelwerte, Varianzen, Standardabweichungen, Min, Max werden in der Auswerteeinheit AWE errechnet und in einer ersten bis z. B. vierten Bewertungsvorschrift R1, R2, R3 oder R4 eingebracht, wobei unter Heranziehung der den Bewertungsvorschriften zugeordneten ersten bis z. B. vierten Schwellwerten SWWA, SWWB, SWWC und SWWD jeweils entschieden wird, ob ein Bewertungskriterium erfüllt ist. Mit der Varianz wird die mittlere quadratische Abweichung des diskreten Signals vom Mittelwert beschrieben. Var = σ2 = 1/N·Summe(N)(S(x, y) – Mean)2 R1 = [Mean(SEGZ) – Max(SEG2)] > SWWA R2 = Max(SEG2) > SWWB × Max(C) R3 = [Var(SEG1) – Var(SEG2)] > SWWC R4 = Number of Imagesegments mit Var(SEG2) > SWWD ≥ 2
Beispielsweise liegt ein erstes Bewertungskriterium R1 dann vor, wenn die Differenz des berechneten Mittelwertes der Signalgrauwerte im Referenzsegment SEGZ minus dem Maximalwert des Signalgrauwertes aus dem zweiten Randbereichsegment SEG2 größer als der erste Schwellwert SWWA ist.
Die Bewertung der Bilddetektoranalyse erfolgt z. B. kaskadiert, d. h. mehrere Kriterien wie R1 und R2 müssen erfüllt sein. Anhand der erfüllten Kriterien lässt sich eine Einstufung vornehmen. Ist zum Beispiel R1 und R2 erfüllt, so liegt eine beginnende lokale Kristallisation vor und entsprechende Signalisierungen S1, S2, S3, ... erfolgen an eine Serviceeinheit C, BE. Wenn die Kriterien R1 bis R4 erfüllt sind, ist der Detektor zu ersetzen.
Die Beurteilungskriterien R1 bis Rn bzw. Schwellwerte SWWA, ... SWWD werden aufgrund von Artefakten wie beispielsweise Kristallisation und aus einer statistischen Analyse einer Langzeitbetrachtung von Detektoren abgeleitet und festgelegt. Unter Heranziehung einer Wahrscheinlichkeit über zu erwartende kristalline Bereiche auf dem Flachbilddetektor FBD werden Werte von Standardabweichungen von Grauwerten von Bildsegmenten aus den Randbereichen mit mindestens einem Standardabweichungswert eines Referenzsegmentes SEGZ aus dem Bereich der Bildmitte des Flachdetektors FBD verglichen. Weichen die Werte stärker als eine vorgebbare spezifische Akzeptanzgrenze voneinander ab, liegt hier zumindest eine lokale Kristallisation vor. Siehe hierzu die Beurteilungskriterien R1, R2, R3 und R4. In einer alternativen Ausführung müssen mehrere Bereichssegmente eine Kristallisation aufweisen oder aber Bereichssegmente, die nicht unmittelbar am Bildrand liegen, betroffen sein. Auch vorstellbar ist, dass mindestens zwei Beurteilungskriterien zur Ausweisung eines Artefaktes herangezogen werden.
In 2 ist ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung von möglichen kristallinen Bereichen auf dem Flachbilddetektor/Festkörperdetektor FBD wiedergegeben. Gemäß diesem Ablaufdiagramm gelangt das zu beurteilende Probebild entweder von dem Festkörperdetektor FBD oder von einer Gainkalibrierungseinheit GK direkt in eine erste Zwischenspeichereinheit Flat Field Dark Image FFDI oder zweite Zwischenspeichereinheit Flat Field Image Gainkalibriert FFG der Bildaufnahmeeinheit BA. Die Funktion der Korrektureinheit K, der Bildunterteilungseinheit ABTE, der Bildauswerteeinheit AWE sind oben beschrieben. In der Bewertungseinheit BW wird entsprechend nachfolgender Vorschrift ein Kristallisationsbereich ermittelt. Ausgehend von der Berechnung der Varianz bzw. der Mit telwerte, Min, Max zu den Bildsegmenten SEG1, SEG2 und SEGZ und vorgebaren Schwellwerten SWWA, SWWB, SWWC, SWWD wird über eine weitere Verwendung des Flachbilddetektors FBD, entsprechend dem Vorliegen der Beurteilungskriterien R1, R2, R3 und R4 entschieden. Eine Kristallisation liegt dann vor, wenn beispielsweise zwei der Kriterien R1, R2, R3, R4 erfüllt sind. Danach können Signalisierungen in unterschiedlicher Weise erfolgen. Die Werte der Beurteilungskriterien werden z. B. per Remote Service, E-Mail etc. an einen Servicecenter oder eine Kontrolleinheit C gesendet. In Verbindung mit den Beurteilungskriterien könnten durch eine erste Signalisierung S1 ein Tausch des Flachbilddetektors FBD veranlasst werden. Mit einer zweiten Signalisierung S2 kann dem Betreiber oder Servicetechniker über eine Serviceoberfläche der betreffende Detektorbereich angezeigt werden. Dieser Bereich kann dann näher betrachtet bzw. herausgezoomt werden. Mit einer dritten Signalisierung S3 kann eine mögliche weitere Verwendungsdauer des Flachbilddetektors sichtbar angezeigt werden. Die weitere Verwendung des Flachbilddetektors kann sich dabei von einer sofortigen Abschaltung bis hin zum eingeschränkten Betrieb mit der Aufforderung, die Detektorplatte auszuwechseln, erstrecken. Die erste, zweite oder dritte Signalisierung S1, S2, S3 kann auch an eine Kontrolleinheit C oder eine Betriebseinheit BE des Diagnosesystems erfolgen.
In 3 ist ein in Bildsegmente unterteilter Flachbilddetektor FBD wiedergegeben. Die Bildsegmente SEG1 und SEG2 sind dabei beispielsweise aus 6 Pixelsegmenten mit jeweils 64×64 Bildpunkten gebildet. Das oben bereits angesprochene, etwa in der Mitte des Flachbilddetektors FBD angeordnete, Referenzsegment SEGZ kann aus 12 Bildsegmenten mit jeweils 64×64 oder 256×256 Bildpunkten gebildet sein. Aussagen zur Kristallisation werden z. B. mittels der oben angegebenen Vorschriften abgegeben. Danach kann die Anzeige eines Defektes mit einer ersten Signalisierung S1, die Markierung der detektierten Bereiche mit der zweiten Signalisierung S2 oder eine weitere Überwachung des Flachbilddetektors mit einer dritten Signalisierung S3 eingeleitet werden. In der Überwachungsein heit UEB können wie oben angedeutet folgende zusätzliche Funktionalitäten vorgesehen sein: Die gemessenen Werte werden z. B. per Remote Service, Funk oder E-Mail etc. an eine Kontrolleinheit C, BE oder Servicecenter weitergeleitet. Durch eine direkte Mitteilung an die Diagnoseeinheit können die kristallinen Bereiche an einem Bildschirm oder dem Flachbilddetektor direkt angezeigt werden und unter Abwägung von Anforderungs- und Qualitätskriterien ein Tausch des Flachbilddetektors angezeigt werden. Zusätzlich kann über eine Serviceoberfläche der betroffenen Festkörperdetektoreinheit der jeweilige Bereich der kristallinen Detektoren markiert werden. Der Betreiber kann sich zusätzlich den betroffenen Bereich herauszoomen und näher untersuchen. Aus den abgeleiteten und den in der Auswerteeinheit AWE hinterlegten Werten können aus vergangenen und aktuellen Messungen von Signalgrauwerten die jeweiligen Bildsegmente mit beginnender oder bereits vorliegender Kristallisation ermittelt werden.

BE: Betriebseinheit
FBD: Flachbilddetektor/Festkörperdetektor
UEB: Überwachungseinheit
K: Korrektureinheit
BA: Bildaufnahmeeinheit
UP: Überprüfungseinheit
ABTE: Bildunterteilungseinheit
AWE: Auswerteeinheit
BW: Bewertungseinheit
SE: Schnittstelleneinheit
GK: Gainkalibrierungseinheit
RKM: Markierungsmodul für Rekristallisationsgebiete
Px, S(x, y): Pixelsegment, Grauwert des Pixelsegmentes
N: Anzahl der Pixelsegmente
SEG1, SEG2: Bildsegmente
SEGZ: Zentrales Bildsegment
SWWA: erster Schwellwert
SWWB: zweiter Schwellwert
SWWC: dritter Schwellwert
SWWD: vierter Schwellwert
FFDI: erste Speichereinheit für ein Probebild, insbesondere Flat Field Dark Image oder Dunkelstrombild
FG: zweite Speichereinheit für ein Probebild insbesondere für gainkalibriertes Bild
C: Kontrolleinheit/Servicecenter
Var: Varianz
S1: erste Signalisierung
S2: zweite Signalisierung
S3: dritte Signalisierung
R1: erstes Bewertungskriterium
R2: zweites Bewertungskriterium
R3: drittes Bewertungskriterium
R4: viertes Bewertungskriterium

Claims

Vorrichtung zum Überwachen eines seinen Aggregatszustand ändernden Halbleitermaterials (a-Se), wobei das Halbleitermaterial (a-Se) Bestandteil eines Bilddetektors (FBD) ist, d. g. das in einer Überwachungseinheit (UEB) eine Bildaufnahmeeinheit (BA) zur Hinterlegung eines Probebildes (FFDI, FFG) vorgesehen ist, das aus unterschiedlichen Bereichen des Probebildes (FFDI, FFG) Signalwerte verglichen und daraus bei vorgebbaren Schwellwerten (SWWA, SWWB, ...) eine weitere Verwendbarkeit des Bilddetektors (FBD) ableit- und anzeigbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Überwachungseinheit (UEB) eine Bildunterteilungseinheit (ABTE) aufweisende Überprüfungseinheit (UP) vorgesehen ist, wobei aus dem Probebild (FFDI, FFG) Signalwerte von Pixelsegmente (Px) aufweisende Bildsegmente (SEGn, SEGZ) einer Auswerteeinheit (AWE) zur Ermittlung von Bewertungskriterien (R1, R2, R3, R4) zugeleitet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bildaufnahmeeinheit (BA) eine erste Zwischenspeichereinheit (FFDI) für ein Probebild, das ein Dunkelstrombild ist, vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Markierungsmodul (RKM) zur Visualisierung von kristallinen Gebieten des Bilddetektors (FBD) vorgesehen ist.
Verfahren zum Überwachen eines seinen Aggregatszustand ändernden Halbleitermaterials (a-Se), wobei das Halbleitermaterial (a-Se) Bestandteil eines Bilddetektors (FBD) ist, d. g. das aus unterschiedliche Bereichen eines Probebildes (FFDI, FFG) Signalwerte der Bilddetektoren verglichen und daraus unter vorgebbaren Schwellwerten (SWWA, SWWB, ...) eine weitere Ver wendbarkeit des Bilddetektors (FBD) abgeleitet und angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Probebild (FFDI, FFG) Signalwerte von Pixelsegmente (Px) aufweisenden Bildsegmenten (SEGn, SEGZ) herausgegriffen und in einer Auswerteeinheit (AWE) zur Ermittlung von Bewertungskriterien (R1, R2, R3, R4) zugeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass kristalline Gebiete des Bilddetektors (FBD) visualisierbar sind.