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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Messung von einzelnen Röntgenquanten in der Computertomographie. Dabei bezieht sich die vorliegende Erfindung insbesondere auf ein spezielles, neuartiges, zählendes, getaktetes Messverfahren, welches die Nachteile des Messverfahrens mit einem zählenden, flankengetriggerten sowie mit einem derzeitigen zählenden, getakteten Röntgenstrahlendetektor vermeidet bzw. deren Vorteile miteinander verbindet.
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Zum Nachweis von Röntgenstrahlung in der Computertomographie werden schon seit langem integrierende Detektoren eingesetzt, bei denen über einen vorgegebenen Zeitabschnitt über das erhaltene elektrische Signal aufintegriert wird. Diese Detektoren bestehen zumeist aus einem Szintillatormaterial mit einem nachgeschalteten Photodetektor. Durch den Szintillator wird die eintreffende Röntgenstrahlung in optische Strahlung (Photonen) umgewandelt, welche anschließend vom Photodetektor erfasst wird. Die Anzahl der erzeugten Photonen pro Röntgenquant ist dabei im Allgemeinen etwa proportional zu seiner Quantenenergie in dem entsprechenden Zeitfenster.
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Weiterhin sind zum Nachweis von Röntgenstrahlung auch bestimmte Halbleitermaterialien bekannt, in denen die einfallende Röntgenstrahlung direkt Ladungsträger erzeugt. Die Anzahl der in diesen Direktwandlern erzeugten Ladungsträger pro Röntgenquant ist dabei im Allgemeinen etwa proportional zu seiner Quantenenergie.
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In den letzten Jahren wurde die Entwicklung von sogenannten zählenden Detektoren vorangetrieben. Diese generieren ein Signal, welches proportional zu der Anzahl der Quanten über einer definierten Energieschwelle bzw. innerhalb definierter Energiefenster (Energietöpfe, Energiebänder) ist. Da im Prinzip die ganze relevante Information aus allen Quanten extrahiert werden kann, haben zählende CT-Detektoren den großen Vorteil, dass sie bei ausgesprochen niedriger Strahlendosis noch ähnlich exakt messen können wie ein integrierender Detektor bei höherer Dosis.
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Es gibt zwei Arten von zählenden Röntgendetektoren, den flankengetriggerten und den getakteten, deren Funktionsweise einschließlich deren Vor- und Nachteile anhand der 1 bis 4 im Folgenden beschrieben werden.
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Wie bereits erwähnt liegen beiden Detektortypen eine bzw. mehrere gleich- oder verschieden beabstandete Energieschwellen zu Grunde. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird im weiteren Verlauf der Beschreibung aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine einzelne Schwelle 11 angenommen.
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Ohne auftreffende Röntgenstrahlung verläuft das Detektoreingangssignal unterhalb dieser Energieschwelle 11 bei Vernachlässigung von elektronischem Rauschen auf stets gleichem Niveau 33.
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Ein Detektorereignis, d. h. ein auftreffendes Röntgenquant, zeigt sich beispielsweise in einem Gauß-förmigen Pulsverlauf 12 des Detektorsignals, welches sich bis in den Bereich über der Energieschwelle 11 erstreckt. Im gezeigten Beispiel ist die Energieschwelle 11, d. h. ihr Abstand 34 zum Detektor-Ruhe-Signal 33, so gewählt, dass die Schnittlänge td, die durch den Schnitt des Pulses mit der Energieschwelle 11 entsteht, in etwa der Halbwertsbreite des gezeigten Pulses entspricht. „In etwa” deshalb, weil die Signalform eines Ereignisses (Höhe und Breite des Pulses sowie Pulsverlauf) Schwankungen unterworfen ist, die von verschiedenen Faktoren, hauptsächlich vom Detektor selbst, herrühren: Detektormaterial, Ladungsträgermobilität, angelegtes Feld, Materialdicke, Ausleseelektronik ASIC, Eindringtiefe, Verunreinigungen usw. Diese Schwankungen treten auch dann auf, wenn alle auftreffenden Röntgenquanten dieselbe Energie besitzen. Prinzipiell können auftreffende Röntgenquanten unterschiedliche Energien aufweisen. Der Einfachheit halber werden hier jedoch nur Quanten gleicher Energie betrachtet.
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Ein flankengetriggerter Zähler 13 ist nun so aufgebaut, dass ein Zählerereignis (+1) immer dann stattfindet, wenn das Detektorsignal die Energieschwelle 11 an der aufsteigenden Flanke überschreitet (1). Gleichzeitig bedeutet dies, dass ein neues Zählereignis erst nach der tatsächlichen Breite td des vorangegangenen Pulses (der sogenannten Totzeit td) registriert werden kann. Ist die Einfallsdichte der Röntgenquanten höher als die Totzeit td, so entsteht oberhalb der Energieschwelle 11 ein Pulsverband 3, 4, 5, der zeitlich nicht mehr aufgelöst werden kann und somit auf Basis des ersten Pulses dieses Verbandes nunmehr als ein einziges Ereignis gezählt wird. In diesem Fall bezeichnet man den Detektor als „paralysiert” 31, 15 (gelähmt), da eine den tatsächlichen Ereignissen entsprechende Zählung nicht möglich ist und die gemessene Zählrate oberhalb einer bestimmten Ereignis-Rate sogar wieder abnimmt.
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Eine derartige Paralysierung 31 kann bei einem getakteten Zähler nicht auftreten. Ein getakteter Zähler ist an einen Impulsgenerator gekoppelt zur Erzeugung von zeitlich gleich beabstandeten Taktsignalen 19. Üblicherweise entspricht die Taktung τ der durchschnittlichen Totzeit t0. Ein getakteter Zähler ist so aufgebaut, dass ein Zählereignis immer dann stattfindet, wenn bei einem Taktsignal 19 das Detektorsignal 12 über der Energieschwelle 11 liegt. Auf diese Weise kann auch ein verdichteter Pulsverband 3, 4, 5 als solcher erkannt und zeitlich aufgelöst werden.
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Allerdings hat ein getakteter Zähler 18 den Nachteil, dass er auf Grund von Schwankungen der Pulsbreite aus den genannten Gründen Detektorereignisse entweder übersieht 20 oder aber doppelt registriert 21.
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Diese Problematik wird anhand der 4 verdeutlicht. Das erste Detektorereignis bewirkt einen Puls der durchschnittlichen Totzeit t0. Entsprechend erfolgt die Taktung τ = t0. Der zweite Puls 22 ist ein wenig schmäler als der erste Puls, wird jedoch an der abfallenden Flanke gerade noch registriert. Der dritte Puls 20 ist einerseits schmäler als die ersten beiden Pulse und fällt andererseits genau symmetrisch zwischen zwei Taktsignale, so dass bei keinem der beiden Taktsignale der jeweilige mittlere Pulsabschnitt des dritten Pulses über der Energieschwelle liegt: Der dritte Puls 20 kann nicht gezählt werden. Der vierte Puls 21 ist einerseits breiter als der erste (durchschnittliche) Puls und fällt andererseits exakt symmetrisch zwischen zwei Taktsignale, so dass sich zum Zeitpunkt der Messung beide Flanken gleichzeitig über der Energieschwelle befinden: Dieses Detektorereignis 21 wird doppelt gemessen.
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Insgesamt kann es bei beiden Detektorzählern – flankengetriggert 13 und getaktet 18 – dazu kommen, dass die Linearitätsbedingung für die CT-Aufnahme (gezählte Ereignisse = tatsächlich erfolgte Ereignisse) nicht erfüllt wird und somit die Bildqualität nicht den Anforderungen entspricht.
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In 2 ist die Verfälschung der gemessenen Zählrate in Bereichen, in denen die Anzahl der pro Zeiteinheit zu detektierenden Strahlungsquanten sehr hoch ist (> 108/sek·mm2), schematisch dargestellt.
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Aufgetragen ist die gemessene Zählrate (Ordinate) gegen die tatsächliche Zählrate (Abszisse). In einem Bereich kleiner als 108/sek ist Linearität gegeben, was darauf zurückzuführen ist, dass die mittlere Totzeit t0 noch klein gegenüber der mittleren Zeit zwischen zwei einfallenden Röntgenquanten ist. Unter Totzeit wird hier wie gesagt die zeitliche Breite des Signals auf Höhe der Energieschwelle verstanden.
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Ab einer Zählrate größer als etwa 108/sek·mm2, wie sie in der klinischen Anwendung typisch ist, weichen beide Detektorarten (flankengetriggert und getaktet) vom linearen Idealverlauf 14 in unterschiedlicher Weise ab: Da der flankengetriggerte Detektor 13 abschnittsweise oder vollständig paralysiert, wird dessen Zählrate gegenüber der tatsächlichen Zählrate drastisch vermindert und durchläuft dabei ein Maximum (gestrichelte Linie 15). Die Problematik besteht ebenso darin, dass das flankengetriggerte Zählverhalten 13 mehrdeutig wird, d. h. einer gemessenen Zählrate können zwei tatsächliche Zählraten gegenüberstehen.
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Anders verhält sich die Linearitätsabweichung bei einem getakteten Detektor. Eine realistische Annahme ist eine mittlere statistische Abweichung der Signal-Pulsbreite von ca. 20%. Gründe für eine Signalformvariation wurden bereits genannt. Je nach Wahl der Energieschwelle 11 kann dies gemäß 4 zu einer systematischen, d. h. wiederholten Ignoranz von Ereignissen 20 oder aber zu einer ebenso systematischen Doppel-Zählung von Ereignissen 21 führen. Dieses Verhalten hat dann eine verringerte (20 in 4) oder erhöhte (21 in 4) Geradensteigung (14 und 16 in 2) zur Folge).
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Ein getakteter Detektor paralysiert nicht, jedoch kann auch er ab einer kritischen Ereignisrate sättigen, nämlich dann wenn sich bereits innerhalb eines Taktes mehrere Quanten häufen.
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Eine derartige Abweichung
16 kann korrigiert werden. Nach dem Stand der Technik (
DE 103 57 187 A1 ) wird die entsprechende Kurve
16 im Bereich der Nichtlinearität mit einem konstanten Faktor multipliziert und somit im Rahmen einer akzeptablen Genauigkeit linearisiert. Was allerdings nicht korrigiert werden kann, ist eine im Vergleich zur unkorrigierten Korrektur getakteten Zählung extrem schlechtes und oft nicht zu akzeptierendes Signal-Rausch-Verhältnis.
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Aus R. J. Scott „Schnelle Digitizer erfassen Halbwertszeit”, Physik Journal 5 (2006), sind Fortschritte bei der Digitalisierung schneller Signale für eine Lösung des Problems durch Pile-Up-Effekte in kernphysikalischen Experimenten bekannt, wobei sämtliche Ausgangsimpulse mit einem Acqiris-Digitizer erfasst, digitalisiert und gespeichert werden anstatt die vom Detektorsystem ausgegebenen Impulse mit analoger Elektronik zu verarbeiten. Anschließend werden Pile-Up-Effekte fallweise rekonstruiert.
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Aus der
US 6 333 708 B1 ist ein Datenaufnahmesystem bekannt, welches eine Schaltung zur Umwandlung eines hochfrequenten analogen Eingangssignals in eine Mehrzahl an digitalen Signalen zur Auswertung in einem digitalen Auswertsystem aufweist. Die Schaltung weist ferner ein digitales Echtzeit-Auswertsystem auf, wobei die Abtastfrequenz des Digitalisierers des digitalen Auswertsystems größer als die Eingangsfrequenz des digitalen Auswertsystems ist.
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Aus der
US 6 297 760 B1 ist eine Schaltung zur Umwandlung eines hochfrequenten analogen Eingangssignals in eine Mehrzahl von digitalen Signalen zur Auswertung durch ein digitales Auswertsystem in einem Datenaufnahmesystem bekannt. Die Schaltung weist einen Analog-Digital-Wandler, einen Speicher und eine Schaltung zur Echtzeitanalyse der digitalen Daten auf, wobei die Speicheradresse der digitalen Daten im Speicher im Anschluss an die Detektion eines vorbestimmten Ereignisses in den digitalen Daten veränderbar ist.
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Aus der
US 6 836 523 B2 ist ein Strahlungsmesssystem bekannt, welches einen Strahlungsdetektor aufweist und wobei der Strahlungsdetektor ein analoges Signal, welches die Pulskomponenten beinhaltet, erzeugt. Das Strahlungsmesssystem weist ferner einen Analog-Digital-Wandler, eine Pulsdiskriminatoreinheit und einen Pulszähler, welcher die Anzahl der Pulskomponenten am Ausgang der Pulsdiskriminatoreinheit zählt, auf.
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Aus der
US 2006/0 276 706 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung für medizinische Bildgebungssysteme bekannt, wobei das medizinische Bildgebungssystem einen Eingangsschaltung aufweist, welche dazu ausgelegt ist die Signale des Spannungspegels, welche eine Folge an Pulsen anzeigen, zu empfangen. Ferner weist das medizinische Bildgebungssystem einen Analysator für die Signalform des Spannungspegels auf, welcher dazu ausgelegt ist die Formmerkmale des empfangenen Signals des Spannungspegels und eine Zeitdauer, in welcher das Signal des Spannungspegels eine vorbestimmte Form aufweist, zu bestimmen. Ferner weit das medizinische Bildgebungssystem eine Zählerschaltung auf, welche dazu ausgelegt ist die wahre Anzahl der Pulse aus den Formmerkmalen und der Zeitdauer zu bestimmen.
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Aufgabe ist es daher, ein Betriebsverfahren eines getakteten, zählenden Röntgenstrahlendetektors bereitzustellen, welches Einzelereignisse weder über-, noch unterbewertet sowie einen Pulsverband ereignistreu aufzulösen vermag und darüber hinaus wenig Sensibilität gegenüber Variationen von Pulsverläufen (insbesondere Signalverbreiterung und Signalerhöhung) zeigt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines getakteten zählenden Röntgenstrahlendetektors beansprucht, aufweisend die folgenden Schritte:
- – Festlegen einer Taktrate (τ) als Funktion von der durchschnittlichen Breite (t0) eines durch ein Röntgenquant erzeugten Detektorsignales (1) auf Höhe zumindest einer gewählten Energieschwelle als Schwellenwert (11) unter Berücksichtigung der statistischen Streuung (σ) um diese durchschnittliche Breite (t0);
- – Überabtasten des aktuellen Detektorsignalverlaufs (12) mit der festgelegten Taktrate (τ), wobei die Signalhöhe bei jedem Taktsignal überprüft wird;
- – Setzen des Speicherwertes eines Zwischenspeichers auf einen ersten Wert (29) im Falle dass das Detektorsignal über oder auf dem Schwellenwert (11) liegt bzw. auf einen vom ersten Wert (29) unterschiedlichen zweiten Wert (32) im Falle dass das Detektorsignal unter dem Schwellenwert (11) liegt und dadurch Abbilden des Signalverlaufs als eine Speicherwertabfolge von ersten Werten (29) und zweiten Werten (32) in dem Zwischenspeicher;
- – Definieren eines Ereignisses als zusammenhängende Abfolge von ersten Werten (29) beginnend mit dem ersten Wert (29) in der Speicherwertabfolge des Zwischenspeichers (23), wobei die Anzahl der ersten Werte (29) einer ereignisbestimmenden Abfolge sich in einem Intervall von 1 bis zu einem definierten Maximalwert bewegen darf;
- – Analysieren der Speicherwertabfolge des Zwischenspeichers (23) nach Ereignissen;
- – Hochzählen (18) aller dieser erkannten Ereignisse in einem Zähler.
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Vorteilhafterweise gilt für die Taktrate (τ) als Funktion von der durchschnittlichen Breite (t0) unter Berücksichtigung der statistischen Streuung (σ) um diese durchschnittliche Breite (t0) τ = x·t0, wobei x ∊ ]0, 1].
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Ebenso vorteilhaft wird der Pulsverlauf (12) durch mehrere angesetzte Schwellenwerte (11) in unterschiedliche Energiebänder segmentiert.
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Besonders einfach gestaltet sich das Verfahren, wenn der erste Wert (29) eine Eins und der zweite Wert (32) eine Null darstellt, deren Speicherwertabfolge durch die entsprechende Belegung der Bits im Zwischenspeicher (23) definiert wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen Bezug nehmend auf die begleitenden Abbildungen näher erläutert.
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1 zeigt anhand eines Energie-Zeit-Diagramms (Zeitablaufdiagramme) die Funktions- bzw. Zählweise eines flankengetriggerten, zählenden Röntgendetektors;
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2 zeigt anhand eines Zählratendiagramms die Linearitätsabweichungen flankengetriggerter, paralysierender sowie getakteter, zählender Röntgendetektoren;
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3 zeigt ein Zeitablaufdiagramm eines getakteten, zählenden Röntgendetektors;
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4 zeigt anhand eines Zeitablaufdiagramms die Nachteile eines derzeit betriebenen getakteten, zählenden Röntgendetektors;
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5 zeigt anhand eines Zeitablaufdiagramms den erfindungsgemäßen Zählbetrieb eines grobgetakteten, zählenden Röntgendetektors;
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6 zeigt anhand eines Zeitablaufdiagramms den erfindungsgemäßen Zählbetrieb eines feingetakteten, zählenden Röntgendetektors.
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Der Hintergrund der Erfindung in Form des zugrundeliegenden Standes der Technik wurde bereits ausführlich in der Beschreibungseinleitung dargestellt, soll jedoch im Folgenden noch einmal kurz skizziert werden.
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Typische Quantenflussdichten in der medizinischen Computertomographie (CT) liegen in einem Bereich von 109 Ereignisse/sek·mm2 und mehr. Um einzelne Röntgenquanten bei einer derart hohen Einfallsrate zeitlich aufzulösen, benötigt man ausgesprochen schnelle Detektoren, die ein Einzelereignis mit einer durchschnittlichen Breite von unter 100 ns wahrnehmen können. Eine solch schmale Pulsbreite wird derzeit durch extrem schnelle Szintillatoren und Photodioden erzeugt. Noch schmalere Pulsbreiten können durch Direktkonverter aus CdZnTe oder CdTe erzielt werden.
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Ein reelles Ziel der derzeitigen Entwicklung auf Basis von Direktkonvertern (Direktwandlern) mit in einem ASIC integrierter vorverarbeitender Ausleseelektronik ist eine mittlere Signal-Pulsbreite von 10 ns.
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Diese zeitliche Breite ist die Zeit zwischen Beginn bzw. Eintritt oder Anfang eines zu detektierenden Ereignisses bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Messsystem das nächste, also ein neues Ereignis zu detektieren in der Lage ist und wird daher auch „Totzeit” genannt. Da derartige Ereignisse in ihrer zeitlichen Breite aus physikalischen und technischen Gründen variieren (bis zu 20%) wird zwischen der „mittleren Totzeit t0” und der „tatsächlichen Totzeit td” unterschieden.
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Wenn ein nachfolgendes Ereignis innerhalb der tatsächlichen Totzeit des vorherigen Ereignisses eintritt, so kann dieses vom Detektor oft nicht erkannt, also registriert werden. Wenn beispielsweise eine ganze Serie von Ereignissen eintritt mit jeweiligen Einfallsraten kleiner als die Totzeit, so kann nur das erste Ereignis registriert werden, da durch jedes weitere einfallende bzw. eintretende Ereignis die Totzeit verlängert wird. In einem solchen Fall (Ereignisse 3, 4, 5 in 1) wird der Detektor als „paralysiert” oder auch als „gelähmt” bezeichnet, da er an weiteren Messungen gehindert ist. Er zählt weniger Ereignisse als tatsächlich eingetreten sind (31, 1).
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Dieser Effekt der Signal-Puls- oder Ereignis-Anhäufung ist in 1 anhand der Zählweise eines flankengetriggerten, zählenden Röntgendetektors gezeigt. Der Effekt führt zu einer Reduzierung der gemessenen Zählrate, was insbesondere bei sehr hohen Flussdichten bzw. Einfallsraten von Röntgenquanten umso deutlicher zu Buche schlägt: Je höher die Röntgenflussdichte umso größer die Abweichung zwischen gemessener Zählrate und tatsächlicher Anzahl der Ereignisse (15 in 2).
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Auch bei getakteten, zählenden Röntgendetektoren kann es aufgrund eines ungünstigen Verhältnisses zwischen tatsächlicher Pulsbreite und Taktfrequenz zu Abweichungen zwischen gemessener Zählrate und tatsächlicher Anzahl der Ereignisse kommen. Außerdem tritt bei sehr hohen Zählraten eine nicht-paralysierende Sättigung ein, wie in 2 (16) veranschaulicht ist.
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Diese Abweichungen von der Linearität sind durch Multiplikation der Zählrate mit einem zählratenabhängigen Faktor korrigierbar, allerdings nur näherungsweise, da bei einer solchen Korrektur die nicht zu vernachlässigende statistische Schwankung der Pulsverläufe nicht berücksichtigt werden kann. Hinzu kommt das ebenso nicht zu korrigierende schlechte Signal-zu-Rausch-Verhältnis, welches die Qualität des Korrekturergebnisses stark begrenzt.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zählverfahren bereitzustellen, welches in der Lage ist, in beliebigen Zeitintervallen die tatsächliche Ereignisrate auch bei sehr hohen Quantenflussdichten mit höherer Genauigkeit messen zu können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Messweise eines getakteten, zählenden Röntgendetektors und wird anhand der 5 veranschaulicht. Wie bei den 1, 3 und 4 ist der Signalverlauf 12 entlang der Zeitachse t aufgetragen. Das Signal 12 selbst repräsentiert beispielsweise die Energie und/oder die Anzahl der durch die einfallenden Röntgenquanten ausgelösten Photonen oder Ladungsträger. Die (z. B. Energie-)Schwelle 11 wird zum Signalverlauf 12 derart ins Verhältnis gesetzt, dass die Schnittlänge eines Pulses mittlerer Breite und Höhe mit dieser Schwelle 11 der durchschnittlichen mittleren Breite (der durchschnittlichen mittleren Totzeit) t0 entspricht. Die Taktung τ (zeitlicher Abstand der einzelnen Taktsignale) wird erfindungsgemäß und daher im Unterschied zum Stand der Technik so gewählt, dass der Signalverlauf überabgetastet wird.
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In 5 beispielsweise ist eine verhältnismäßig niedere Überabtastung dargestellt bei der gilt τ = 0,7t0. Bei jedem Taktsignal 19 wird die Signalhöhe überprüft. Liegt der Signalwert über der Schwelle 11, so setzt ein Zwischenzähler 23 in einem Zwischenspeicher einen zu diesem Taktsignal gehörigen Speicherwert auf 1; liegt der Signalwert unter der Schwelle 11, setzt derselbe Zwischenzähler 23 den Speicherwert auf Null. Auf diese Weise wird der aktuelle Signalverlauf durch eine Abfolge von Nullen und Einsen abgebildet.
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Um diese Abfolge richtig interpretieren zu können ist es wichtig, die Taktung auf die Schwankungsbreite des Signalverlaufs abzustimmen, d. h. die Überabtastung so eng zu wählen, dass auch der im Rahmen statistischer Schwankung schmalste auftretende Puls mit Sicherheit von einem Taktsignal 19 über der Schwelle 11 getroffen wird, im Zwischenspeicher 23 also zumindest eine Eins erzeugt.
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Ein sehr breiter Puls hingegen wird zumindest zwei oder mehr Einsen erzeugen. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass ein darstellender Zug von Einsen im Zwischenspeicher 23, welcher einen einzelnen Puls darstellen soll, nicht mit einem auf Grund einer hohen Flussdichte (hohe Einfallsrate) eng aufeinanderfolgender Pulse erzeugten Pulsverband 25 verwechselt wird. Um eine solche Verwechslung – die einer Paralyse (Lähmung) 15, 31 eines flankengetriggerten Zählers entspräche – zu vermeiden, besteht ein weiterer Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, einen Pulsverband 25 als solchen zu erkennen und ihn nach den einzelnen Pulsen aufzulösen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass in einem aktuellen Messverfahren ein einzelner Puls durch eine maximale Anzahl von abfolgenden Einsen im Zwischenspeicher 23 definiert wird. Überschreitet die Einserabfolge 24 bis 29 diesen maximalen Wert, so liegt mit Sicherheit zumindest ein weiteres eng benachbartes Ereignis vor. Die eigentliche erfinderische Röntgenquantenzählung des Detektors orientiert sich nun anhand der Null-Einsen-Abfolge im Zwischenspeicher 23, indem ausschließlich Einsergruppen in einer Länge von einer Eins 29 bis zu mehreren Einsen, maximal jedoch bis zu dem besagten Maximalwert an Einsen 24, als einzelnes Ergebnis interpretiert werden.
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Die Wahl des Maximalwertes (z. B. 8 Einsen in 6) orientiert sich einerseits an der Breite eines möglicherweise auftretenden statistisch maximal verbreiterten Pulses sowie an der gewählten Taktung τ, d. h. wie viele Taktsignale maximal in diesen maximal verbreiterten Puls aufgenommen werden können.
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In 5 ist dies für eine Taktung τ = 0,7t0 und einen Maximalwert von zwei veranschaulicht. Dargestellt sind insgesamt sieben Ereignisse, die auf Grund der Wahl von τ = 0,7t0 sowie des Maximalwertes von 2 allesamt erkannt werden.
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Das Ereignis 1 mit der mittleren Breite td = t0 wird ein einziges Mal registriert; der Zwischenzähler 23 vergibt eine einzige Eins, die der Röntgenquantenzähler als einzelnes Ereignis registriert. Die Anzahl der bisher gemessenen Röntgenquanten wird um +1 hochgezählt. Das Ereignis 2 (Pulsbreite td = t0) wird von zwei Taktsignalen erfasst; entsprechend werden zwei benachbarte Bits 24 im Zwischenzähler 23 auf eins gesetzt, die im Hauptzähler 18 als weiteres Einzelereignis registriert werden. Es wird um eine weitere +1 hochgezählt.
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Ereignis 3 stellt einen sehr schmalen Puls dar (td = t0), dessen Breite jedoch nicht schmäler ist als der Abstand τ benachbarter Taktsignale, so dass auch dieser Puls 29 – wenn auch nur mit einem Taktsignal – gemessen werden muss.
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Ereignis 4 stellt einen im Vergleich zu den Pulsen der Ereignisse 1 und 2 sehr breiten Puls dar (td > t0), der allerdings auch nur maximal zwei Taktsignale erfassen kann, zwei Einser im Zwischenspeicher bewirkt und zu einem einzelnen Zählerereignis +1 führt.
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Die Ereignisse 5, 6 und 7 stellen in ihrer Gesamtheit einen Pulsverband 25 mit td > 4·0,7t0 = 2,8t0 dar. Im Zwischenspeicher wird eine Kette von fünf Einsen gesetzt 25, die der Hauptzähler in zwei Einserpaare und einem einzelnen Einser aufschlüsselt und daher als drei Einzelereignisse registriert.
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In 6 ist eine hohe Überabtastung dargestellt, wie sie derzeit noch schwer realisiert werden kann, anhand der aber das erfinderische Prinzip nochmals besser verdeutlicht werden kann. Die Taktrate ist diesmal um ein Vielfaches höher als die mittlere Totzeit τ = 0,2t0. Das Ereignis 1 hat die mittlere Breite t0 und wird daher mit fünf Taktsignalen erfasst; im Zwischenspeicher 23 wird eine fünfgliedrige Einserkette 26 erzeugt. Die nachfolgenden Nullen zwischen Ereignis 1 und Ereignis 2 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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Das Ereignis 2 hat die tatsächliche Breite td = 1,6t0 = 8·0,2t0 und wird daher von acht Taktsignalen erfasst. Nimmt man an, dass statistisch gesehen kein weiterer Puls diese Breite überschreitet, so ist im Falle von 6 ein Einzelereignis durch maximal 8 Einsen 27 im Zwischenspeicher 23 definiert. Betrachtet man also das dritte Ereignis, so kann das menschliche Auge zwar die beinahe Verschmelzung zweier Ereignisse gerade noch erkennen, (td > 1,8t0 = 9·0,2t0) das erfinderische Messprinzip ist jedoch auf die Analyse des Zwischenpeicher-Ergebnisses 23 angewiesen, welches eine zehnelementige Einserkette 28 darstellt. Da die ersten acht Einsen für ein erstes Einzelereignis reserviert sind, dürfen die letzten beiden Einsen der Zehnerkette im Zwischenspeicher einem zweiten Einzelergebnis 4 zugeordnet werden.
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Somit ergibt die getaktete Zählung von 6 insgesamt vier Einzelereignisse 1 bis 4, was insbesondere hinsichtlich der Auftrennung der Ereignisse 3 und 4 eine bemerkenswerte Leistung darstellt.
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Es sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf eine (Energie-)Schwelle festgelegt ist, sondern mehrere gleich oder verschieden beabstandete Schwellen-Werte Berücksichtigung finden können. In einem solchen erweiterten Falle wird der Signalverlauf der Anzahl der Schwellen entsprechend segmentiert und in sich horizontal erstreckende Zonen (sogenannte „Energietöpfe” oder „Energiebänder”) aufgeteilt.
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Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn die verwendete Röntgenquelle ein weites Energiespektrum aufweist und im Hinblick auf eine bessere CT-Bildgebung diese energetische Strahlungsbreite als weitere Information Berücksichtigung finden sollte.
