DE102007045799B4

DE102007045799B4 - Modularer bildgebender Röntgengroßdetektor und Röntgendetektionsverfahren

Info

Publication number: DE102007045799B4
Application number: DE102007045799.7A
Authority: DE
Inventors: Dr. Krüger Peter
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2007-09-25
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2027-09-26
Also published as: US20090097617A1; DE102007045799A1

Abstract

Röntgenflächendetektor zur Aufnahme eines projektionsradiographischen Röntgenabbildes eines mit Röntgenstrahlung durchstrahlten Objekts, umfassend eine zur Erfassung des projektionsradiographischen Röntgenabbildes ausgebildete flächige Röntgenbild-Speicherfolie (1) und mehrere zur Abtastung der Röntgenbild-Speicherfolie ausgebildete Abtastmodule (2-1, 2-2), wobei mindestens zwei der mehreren Abtastmodule jeweils aufweisen: – einen zur Anregung von Fluoreszenzlicht in der Röntgenbild-Speicherfolie ausgebildeten Laser (2a-1, 2a-2), – eine zur Einkopplung des von dem Laser dieses Abtastmoduls erzeugbaren und/oder erzeugten Laserstrahls auf eine Teilfläche (T-1, T-2) der Röntgenbild-Speicherfolie und zur Abtastung dieser Teilfläche mit dem eingekoppelten Laserstrahl ausgebildete Einkoppeleinheit (2b-1, 2b-2), – eine zum Empfang und zur Kollimierung des von zumindest einem Teilabschnitt der von dem Laser bestrahlten und abgetasteten, diesem Abtastmodul zugeordneten Teilfläche (T-1, T-2) erzeugbaren und/oder erzeugten Fluoreszenzlichts ausgebildete Auskoppeleinheit (2c-1, 2c-2), und – eine zum ortsaufgelösten Nachweis des in der diesem Abtastmodul zugeordneten Teilfläche (T-1, T-2) erzeugten und durch die Auskoppeleinheit dieses Abtastmoduls kollimierten Fluoreszenzlichts ausgebildete Detektionseinheit (2d-1, 2d-2), dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Abtastmodule hinsichtlich der Verarbeitung und/oder des Transports von in ihnen erzeugten Bildsignalwerten und/oder hinsichtlich ihrer Energieversorgung elektrisch zusammenschaltbar sind, wobei mindestens eines der elektrisch zusammenschaltbaren Abtastmodule mit mehreren weiteren Abtastmodulen so elektrisch zusammenschaltbar ist, dass ein Datentransport zwischen den einzelnen Abtastmodulen möglich ist, und wobei mindestens eines der mit mehreren weiteren Abtastmodulen elektrisch zusammenschaltbaren Abtastmodule quaderförmig oder würfelförmig ausgebildet ist und an zwei Paaren sich jeweils gegenüberliegender Oberflächenseiten mit insgesamt vier weiteren Abtastmodulen elektrisch zusammenschaltbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Röntgenflächendetektor zur Aufnahme eines projektionsradiographischen Röntgenbildes eines mit Röntgenstrahlung durchstrahlten Objekts, insbesondere eines großen Objekts, sowie auf ein entsprechendes Röntgendetektionsverfahren.
Bildgebende Röntgendetektoren bzw. Röntgenflächendetektoren für die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung haben eine übliche Größe von einigen 100 mm im Quadrat. Für große, zu durchstrahlende Objekte muss daher die Detektorfläche durch ein mechanisches Verfahren des Detektors aneinandergesetzt werden (sog. Messbereichserweiterung). Ein solches mechanisches Verfahren des Detektors ist zum einen zeitintensiv und zum anderen birgt es die Gefahr, dass aufgrund von Intensitätsschwankungen der Röntgenquelle die einzelnen Kacheln (d. h. die einzelnen, an definierten Stellen durchgeführten Aufnahmen eines Objektbereichs) unterschiedlich belichtet werden. Dies bedingt beim Zusammensetzen des Bildes des Objekts aus den einzelnen Bildkacheln die Schwierigkeit von Intensitäts- bzw. Grauwertschwankungen von Bildkachel zu Bildkachel. Große Detektoren zum mechanischen Verfahren sind allerdings meist nur als Zeilendetektor oder als Zeilenstapeldetektor erhältlich. Bei solchen Detektoren muss das Objekt auf eine geeignete Art und Weise an dem Detektor vorbeigeführt werden (bzw. umgekehrt), was wiederum zeitintensiv und Artefakt gefährdend ist.
So ist in DE 197 52 925 A1 eine Vorrichtung zum Auslesen von einer in einem Phosphorträger abgespeicherten Information und Röntgenkassette beschrieben. Dabei soll neben einer ersten Strahlung, z. B. Röntgenstrahlung eine zweite Strahlung auf den Phosphorträger gerichtet werden, mit der eine weitere Strahlung ausgebildet wird, die ein Abbild der im Phosphorträger gespeicherten Information darstellt. Für diese Strahlung ist ein Empfangsmittel vorhanden, mit der eine punktweise Detektion möglich ist.
Die US 2001/0011716 A1 betrifft eine Strahlungsauslesevorrichtung, bei der mehrere so genannte read-out heads in einer Reihen- oder Arrayanordnung vorgesehen sind, mit denen Informationen von einer Phosphorscheibe detektiert werden können. Auch hier wird die Phosphorscheibe zusätzlich bestrahlt, wofür ein auslenkbarer Laserstrahl eingesetzt werden kann.
In US 2003/0058485 A1 wird vorgeschlagen, mehrere Laserdioden und CCD-Sensoren bei einer entsprechenden Vorrichtung einzusetzen.
Ein Röntgenbildkonverter ist in DE 32 36 155 A1 beschrieben, bei dem mehrere Detektoren nebeneinander zur Umwandlung ausgeleuchteter Phosphorstrahlung in eine Bildsignalfolge vorgesehen sind. Diese sind über jeweils einen Schalter und eine Leitung mit einem Verstärker, einem Speicher und einem Monitor verbunden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen Röntgenflächendetektor zur Verfügung zu stellen, mit dem auf einfache, schnelle und artefaktfreie Art und Weise das Röntgenstrahlenbild eines zu durchstrahlenden, großen Objekts aufgenommen werden kann. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es darüberhinaus, ein entsprechendes Röntgendetektionsverfahren zur Verfügung zu stellen.
Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird durch den Röntgenflächendetektor nach Anspruch 1 sowie durch das Röntgendetektionsverfahren nach Anspruch 19 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten des erfindungsgemäßen Röntgenflächendetektors bzw. des erfindungsgemäßen Röntgendetektionsverfahrens lassen sich den jeweiligen abhängigen Ansprüchen entnehmen. Erfindungsgemäße Verwendungen sind im Anspruch 22 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung wird nun zunächst allgemein, dann anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels beschrieben. Die einzelnen Merkmale, wie sie in der speziell geschilderten Kombination beim vorgestellten Ausführungsbeispiel auftreten, können jedoch im Rahmen der Fachkenntnisse des Fachmanns und im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch in einer anderen Kombination auftreten bzw. verwendet werden.
Wesentliche und grundlegende Merkmale des erfindungsgemäßen Röntgenflächendetektors sind, dass zur Erfassung des projektionsradiographischen Röntgenabbildes eines mit Röntgenstrahlen durchstrahlten Objekts eine in beliebiger Größe konfektionierbare Röntgenbild-Speicherfolie (Bildspeicherfolie) eingesetzt wird und das System so ausgebildet wird, dass der Bildabtastvorgang der Speicherfolie (wie nachfolgend noch näher beschrieben wird) bereits während der Bildaufnahme geschieht. Weiterer wesentlicher Aspekt ist, dass der vorgestellte erfindungsgemäße Röntgenflächendetektor modular aufgebaut ist, dass somit die abzutastende Fläche der Röntgenbild-Speicherfolie (nachfolgend auch kurz: Speicherfolie) in eine Mehrzahl von Teilflächen (welche sich bevorzugt gegenseitig nicht überlappen) aufgeteilt wird und jeder dieser Teilflächen ein Abtastmodul zur Abtastung der entsprechenden Teilfläche zugeordnet wird.
Die Abtastung in den einzelnen Modulen geschieht bevorzugt mit Lasern durch 2D-Mikroscannerspiegel mit entsprechender Einkoppel- und Auskoppeloptik. Diese ermöglichen eine sehr schnelle Abtastung des entsprechenden Teilbereichs bzw. der entsprechenden Teilfläche, so dass die Speicherfolie immer empfangsbereit bleibt.
Der grundlegende Bildaufnahmeprozess beim erfindungsgemäßen Röntgenflächendetektor besteht im Wesentlichen aus fünf Schritten: Die vom Objekt geschwächte Röntgenstrahlung wird in den Absorber (Bildspeicherfolie) aufgenommen. In der Bildspeicherfolie wird dann die deponierte Dosis in eine andere Energieform konvertiert (Fluoreszenzlicht), welche dann in ein elektrisches Signal gewandelt wird. Das elektrische Signal wird analog oder digital integriert, um ein ausreichend rauschfreies Bild zu erhalten. Das im Detektor, also wie nachfolgend noch näher beschrieben, in den einzelnen, zeitlich gesehen parallel zueinander arbeitenden Abtastmodulen, integrierte Bild wird dann auf einen Steuerrechner übertragen.
Um einen lückenlosen Detektor zu erhalten, wird erfindungsgemäß als Absorberschicht eine durchgehende Bildspeicherfolie eingesetzt. Diese absorbiert die vom Objekt geschwächte Röntgenstrahlung gut und ist in ihren Absorptionseigenschaften bereits sehr gut untersucht. Zum anderen bietet eine solche Bildspeicherfolie die Möglichkeit der analogen Integration der Information, welche in dem hier vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Konzept ausgenutzt wird.
Solche Speicherfolien werden gelesen, indem ein intensiver Laser die Fluoreszenz der durch Röntgenstrahlung gebildeten Farbzentren anregt. Bei dem hier vorgestellten erfindungsgemäßen Detektor wird der Bildabtastvorgang (Abtasten der Farbzentren mittels Laser) bereits während der Bildaufnahme (also der Einstrahlung der Röntgenstrahlung auf die Speicherfolie) durchgeführt. Die einzelnen Laser der Abtastmodule werden vorteilhafterweise in Form von 2D-Mikroscannerspiegelanordnungen oder auch in Form von gesteuerten xy-Scannern, welche vorteilhafterweise monolithisch hergestellt wurden, realisiert, so dass die ihnen jeweils zugeordneten Teilflächen und somit das gesamte Bild parallel abgerastert werden können. Detektoren mit 2D-Mikroscannerspiegel-Anordnungen rastern dabei die ihnen zugeordneten Teilflächen auf der Speicherfolie bevorzugt in Form der dem Fachmann bekannten Lissajous-Figuren ab. Insbesondere kann das Abrastern im Falle der Verwendung von solchen Detektoren bei Abrasterfrequenzen im Bereich von einigen 100 Hz geschehen, so dass die verwendete Speicherfolie immer empfangsbereit bleibt, also die Bildabtastung während der Bildaufnahme möglich ist. Als Quellen bzw. als Laser eignen sich insbesondere Halbleiterlaser, welche auch kompakt in die Schaltung der einzelnen Abtastmodule eingefügt werden können. Die Laser werden mittels 2D-Scannern (z. B. 2D-Mikroscannerspiegel-Anordnungen) so gefahren, dass sie jeweils die ihnen zugeordnete Teilfläche der Bildspeicherfolie komplett abrastern.
Da die Bildinformation erfindungsgemäß durch den Abrasterprozess seriell zur Verfügung gestellt wird, wird vorteilhafterweise ein sehr schneller Einzeldetektor (Punktdetektor) in Form einer Avalanchephotodiode (Lawinenphotodiode) in den einzelnen Abtastmodulen verwendet, um das Fluoreszenzlicht aufzunehmen und in ein elektrisches Signal zu wandeln. Um dem Gesamtdetektor (aus allen Abtastmodulen) eine möglichst gute Effizienz für Röntgenlicht zukommen zu lassen, ist es notwendig, möglichst viele Fluoreszenzphotonen zu sammeln. Aus diesem Grund wird vorteilhafterweise in jedem Abtastmodul durch eine große Linse vor der Photodiode ein möglichst großer Öffnungswinkel abgedeckt. Besonders vorteilhaft sind hierbei Öffnungswinkel größer als 90°. Diese Linsen werden vorteilhafterweise aus einem Röntgenphotonen stark absorbierenden Material, beispielsweise aus Bleiglas, Bariumfluorid und/oder einem schwermetallhaltigen Kunststoffmaterial hergestellt, um die Empfängereinheiten (bzw. die Detektionseinheiten) der Abtastmodule, also diejenigen Einheiten, welche die sichtbaren Photonen empfangen, vor der Röntgenstrahlung zu schützen, welche die Absorberschicht der Speicherfolie durchdringt.
Wird das einzelne Abtastmodul so ausgestaltet, dass auch der Laser durch eine solche Linse geführt wird, so wird die beschriebene Linse vorteilhafterweise als Doublettlinse ausgelegt, um eine chromatische Anpassung zu erzielen (Entfernung der chromatischen Abberation). Die übliche Elektronik kann vorteilhafterweise durch ein Blei-/Wolframdiaphragma geschützt werden.
Das bisher in dieser Form nicht eingesetzte simultane Abtasten der Röntgenbild-Speicherfolie während des Speichervorgangs, d. h. während der Einstrahlung der Röntgenstrahlung, ermöglicht eine sehr schnelle Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Röntgenflächendetektors. Die Speicherfolie garantiert hierbei, dass keine Bildinformation verloren geht. Darüberhinaus entfällt durch den Einsatz der laserauslesbaren Speicherfolie eine aufwendige Abbildungsoptik (beispielsweise Kamera oder dergleichen mit einem empfindlichen Kamerachip), wie sie in anderen Detektoren angewendet wird.
Dass in den einzelnen Abtastmodulen durch die Abtastung des Fluoreszenzlichts erzeugte serielle Signal wird analog-digital-gewandelt und in einen zweidimensionalen Speicher gemäß der gerade aktuellen Scannerposition beim Abtastmodul akkumuliert. Um ein digitales Übersprechen der einzelnen Pixel im Speicher zu vermeiden, wird dies vorteilhafterweise mit einer höheren Auflösung getan, als der Detektor letztendlich aufweist. Ein solches Binning-Verfahren ist dem Fachmann wohlbekannt, es werden hier vorzugsweise Binningfaktoren im Bereich von 2 bis 10 gewählt. Das Binning zur endgültigen Auflösung wird vorteilhafterweise unmittelbar vor dem Auslesen in den Auslesespeicher bewerkstelligt.
Der erfindungsgemäße Großdetektor bzw. Röntgenflächendetektor hat nicht nur eine große geometrische Größe, sondern auch eine bedeutende Pixelzahl. Für diesen erfindungsgemäßen modularen Detektor ist es somit vorteilhaft, eine vierseitige Kachelbarkeit, wie sie nachfolgend noch näher beschrieben wird, vorzusehen. Die verwendete Verbindungstechnik kann dabei die richtige Orientierung der Module bereits einfordern. Jedes Modul wird hier vorteilhafterweise (siehe nachfolgend) in einer „AABB”-Form konstruiert, wobei nur A in B passt (Schlüssel-Schloss-Paare). Eine solche Verbindung kann verwendet werden, um den Datentransport der aufgenommenen bzw. erzeugten Signale durchzuführen, kann jedoch auch dazu verwendet werden, die Stromversorgung der einzelnen Abtastmodule sicherzustellen.
Vorteilhafterweise kann hierbei jedes Abtastmodul eine gewisse „Intelligenz” besitzen, indem beispielsweise eine Bildnachverarbeitungseinheit in jedem Modul ausgebildet wird, welche bereits Schritte der Datenvorverarbeitung durchführt (beispielsweise Erstellung eines 2D-Histogramms, das geschilderte Binning, Filterungsoperationen, wie beispielsweise Kantenanhebung oder ähnliches, Hell- oder Dunkelbildkorrekturen, ...). Zum anderen kann eine solche „Intelligenz” vorteilhafterweise dazu verwendet werden, die Module so auszubilden, dass sie die Datenübertragung zwischen sich bzw. untereinander selbständig organisieren (dass dies also nicht durch eine zentrale Recheneinheit oder ähnliches ausgeführt werden muss). Dies ist auf einfache Art und Weise möglich, da jedes Modul aufgrund der vorteilhaften Verbindungstechnik unmittelbar erkennen kann, ob an eine seiner Verbindungen (A oder B) ein weiteres Modul gesteckt wurde. Die Datenmenge eines solchen einzelnen Abtastmoduls kann hierbei vergleichsweise klein gewählt werden (beispielsweise 100·100 = 10.000 Pixel), so dass vorteilhafterweise mehrere der notwendigen bzw. vorteilhafterweise vorgesehenen Vorverarbeitungen der Daten bereits auf den Prozessoren der einzelnen Abtastmodule durchgeführt werden können (beispielsweise vorgenannte Filterung oder ähnliches).
Der erfindungsgemäße Röntgenflächendetektor (bzw. das erfindungsgemäße Röntgendetektionsverfahren) weist gegenüber den bekannten Röntgenflächendetektoren eine Reihe wesentlicher Vorteile auf:

– Durch die Verwendung ein und desselben Modultyps als Abtastmodul in mehrfacher Anzahl werden auch große Detektoren, wie sie beispielsweise im Security-Bereich benötigt werden, vor allen Dingen preislich gesehen, möglich.
– Als Absorbermaterial wird im Wesentlichen eine Folie (Speicherfolie) verwendet, die somit beliebig groß hergestellt werden kann und einfach und kostengünstig konfektioniert werden kann. Auch ein Austausch ist bei Bedarf einfach möglich.
– Die modulare Bauweise mit der Schlüssel-Schloss-Verbindung zwischen den einzelnen Abtastmodulen (siehe nachfolgend) erlaubt zum einen eine Autokonfiguration des Gesamtdetektors, zum anderen eine vergleichsweise einfache Reparatur defekter einzelner Abtastmodule.
– Durch die Verwendung von „intelligenten” Modulen, d. h. durch das Vorsehen entsprechender Verarbeitungseinheiten (beispielsweise Bildnachverarbeitungseinheiten) in den einzelnen Abtastmodulen ist eine Datenvorverarbeitung bereits in der Detektorhardware möglich.
– Durch den Einsatz der Bildspeicherfolie ist eine totzeitlose Datenaufnahme möglich.
– Insbesondere bietet nur die Speicherfolie den Vorteil, dass während der Datenauslesung weiter (durch Integration) die Datenaufnahme erfolgen kann.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung nun anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels beschrieben:
Hierzu zeigt
1 den Aufbau zweier erfindungsgemäßer einzelner Abtastmodule des erfindungsgemäßen Röntgenflächendetektors (Modul 2-1 und 2-2; bei einem realen Detektor wird eine Vielzahl solcher Module benachbart zueinander eingesetzt, was hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt ist).
2 wie die einzelnen Module verbunden werden bzw. zusammengeschaltet werden können.
1 skizziert den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Röntgenflächendetektors. Die von einem Objekt (nicht gezeigt) geschwächte Röntgenstrahlung R trifft auf eine großflächige, nicht unterteilte Röntgenbild-Speicherfolie 1. Diese Röntgenbild-Speicherfolie 1 ist in eine Vielzahl von (hier lediglich zwei gezeigt) einzelnen Teilflächen T-1, T-2, ... aufgeteilt. Jeder dieser Teilflächen ist wie nachfolgend nun ausführlich beschrieben, ein Abtastmodul 2-1, 2-2, ... zugeordnet. Die „Aufteilung” der röntgensenstiven Fläche der Speicherfolie 1 ist hierbei so zu verstehen, dass die einzelnen Teilflächen T-1, T-2, ... der Speicherfolie 1 jeweils durch unterschiedliche Abtastmodule 2-1, 2-2, ... angeregt und ausgelesen werden. Eine weitergehende Aufteilung ist nicht notwendig. Die einzelnen Teilflächen überlappen sich hierbei idealerweise nicht und decken die Gesamtfläche der Speicherfolie vollständig ab.
Nachfolgend wird nun eines der mehreren Abtastmodule in seiner Konfiguration beschrieben (Abtastmodul 2-1). Die anderen Abtastmodule (hier lediglich zwei gezeigt) sind ebenso aufgebaut. Beim Betrieb des Röntgendetektors werden alle Abtastmodule parallel zueinander betrieben, d. h. während der Bestrahlung der Speicherfolie 1 tasten sämtliche Abtastmodule zeitlich gesehen parallel zueinander ihre ihnen jeweils zugeordneten Teilflächen ab.
Das Abtastmodul 2-1 weist einen zur Anregung des Fluoreszenzlichts in der Speicherfolie 1 ausgebildeten Halbleiterlaser 2a-1 auf. Das Laserlicht dieses Lasers wird mit Hilfe eines mittels einer XY-Verschiebeeinheit 2d-XY-1 in zwei orthogonal zueinander stehende Raumrichtungen kippbaren Spiegels auf eine Doublett-Sammellinse eingestrahlt und mittels letzterer auf die jeweils auszulesende Position (x, y) der Teilfläche T-1 der Speicherfolie 1 projiziert. Die XY-Verschiebeeinheit samt Spiegel sowie die zugehörige Doublett-Sammellinse bilden hierbei die Einkoppeleinheit 2b-1 des Abtastmoduls 2-1: Das eingekoppelte Licht E wird somit auf den auszulesenden Ort (x, y) der Teilfläche T-1 fokussiert, erzeugt dort Fluoreszenzlicht gemäß der vorher abgespeicherten Röntgeninformation. Das erzeugte Fluoreszenzlicht (ausgekoppeltes Licht A) wird von der Doublett-Sammellinse unter einem Öffnungswinkel von etwa 90° (Öffnungswinkel α) gesammelt, auf eine Lawinenphotodiode fokussiert und in einem A/D-Wandler 2d-A/D-1 in ein digitales Signal umgesetzt. Im vorliegenden Fall bildet somit die Doublett-Sammellinse auch die wesentliche Baugruppe der Auskoppeleinheit 2c-1 (ggf. sind noch weitere optische Elemente notwendig, um ein optimales Auskoppeln zu realisieren).
Das vom A/D-Wandler 2d-A/D-1 in ein digitales Signal umgesetzte lokale Fluoreszenzlichtsignal wird gemäß der momentan auf der Teilfläche T-1 ausgelesenen Position (x, y) in einem 2D-Histogrammspeicher 2d-SP-1 abgelegt. Der 2D-Histogrammspeicher 2d-SP-1 enthält somit die auf den „Bildpixeln” (x, y) der Teilfläche T-1 der Speicherfolie 1 abgespeicherte Intensitätsinformation in ortsaufgelöster Form.
Diesem 2D-Histogrammspeicher ist eine Bildnachverarbeitungseinheit 2d-NV-1 (hier rechnergestützt bzw. eine CPU sowie entsprechende Register enthaltend) nachgeschaltet. Diese Bildnachverarbeitungseinheit 2d-NV-1 ist ausgebildet, um mit den aufgenommenen Bildinformationsdaten bzw. Intensitätswerten I(x, y), welche im 2D-Histogrammspeicher 2d-SP-1 abgelegt sind, Bildnachverarbeitungsoperationen, wie beispielsweise Durchführung von Filteroperationen (beispielsweise Kantenfilter) oder Hellbildkorrekturen oder Dunkelbildkorrekturen durchzuführen. Auch ist die Bildnachverarbeitungseinheit so ausgebildet, dass mit ihr das vorbeschriebene Binning zur endgültigen Auflösung durchführbar ist. Die von der Bildnachverarbeitungseinheit 2d-NV-1 verarbeiteten Intensitätswerte I_NV(x, y) werden anschließend auf einen Datenbus 3 ausgegeben.
Der A/D-Wandler 2d-A/D-1, die XY-Verschiebeeinheit 2d-XY-1 (welche neben der Ansteuerung des Einkoppelspiegels zur Einkoppelung des Laserlichts 2a-1 auch die Zuordnung der einzelnen abgetasteten Fluoreszenzintensitäten zum abgetasteten Ort (x, y) im Speicher 2d-SP-1 gewährleistet, die 2D-Histogrammspeichereinheit 2d-SP-1 sowie die Bildnachverarbeitungseinheit 2d-NV-1 bilden die Detektionseinheit 2d-1 des ersten Abtastmoduls 2-1.
Die weiteren Abtastmodule (gezeigt lediglich Abtastmodul 2-2) des Röntgenflächendetektors sind genauso ausgebildet, wie es für das Abtastmodul 2-1 vorstehend beschrieben wurde. Die somit gemeinsam von allen Abtastmodulen parallel zur Aufnahme der Röntgeninformation abgetasteten Bildintensitätswerte werden über den gemeinsamen Datenbus 3, welcher zusammen mit einer externen Recheinheit 4 eine Integrationseinheit ausbildet (welche die Gesamtheit aller Bildsignalwerte der weiteren Verarbeitung zuführen kann und/oder diese Verarbeitung vornehmen kann), an die externe Recheneinheit 4 (beispielsweise PC mit Monitor) übermittelt. Auf dieser Bilddarstellungseinheit 4 kann dann das (aus den von den einzelnen Abtastmodulen jeweils aufgenommenen Teilflächen-Bildsignalwerten zusammengesetzte) Gesamtbild betrachtet werden.
Die einzelnen Abtastmodule sind beim vorgestellten Beispiel in Form von Detektoren mit 2D-Mikroscannerspiegel-Anordnungen ausgestaltet: Mittels der XY-Verschiebeeinheiten werden (wie dem Fachmann bekannt ist) die Einkoppelspiegel der Einkoppeleinheiten 2b-1, 2b-2, ... durch Anlegung zweier unterschiedlicher Frequenzen in zwei zueinander orthogonale Raumrichtungen gekippt und damit so gesteuert, dass die Teilflächen T-1, T-2, ... der einzelnen Abtastmodule jeweils in Form von Lissajousfiguren vollständig abgetastet werden. Dies ermöglicht wie vorbeschrieben eine sehr schnelle, vollständige Abtastung der einzelnen Teilflächen, so dass die Abtastung gleichzeitig zur Röntgenbildaufnahme in der Speicherfolie erfolgen kann. Die Erfassung des von der Röntgenbild-Speicherfolie 1 emittierten Fluoreszenzlichts geschieht hierbei (vor der AD-Wandlung des entsprechenden Signals) mittels einer Lawinenphotodiode, welche in ihrer konkreten Ausgestaltung dem Fachmann ebenfalls bekannt ist, und welche wie vorbeschrieben die schnelle Abtastung ermöglicht.
2 skizziert, wie die einzelnen Abtastmodule des erfindungsgemäßen Röntgenflächendetektors, welcher in 1 gezeigt ist, zusammensteckbar und zusammenschaltbar sind. Gezeigt ist hierbei ein Schnitt durch eine Vielzahl einzelner Abtastmodule (gezeigt sind nur drei Abtastmodule AM1 bis AM3) in einer Ebene parallel zur Speicherfolienebene. Die einzelnen Abtastmodule weisen in dieser Schnittebene x-y eine quadratische (im allgemeinen: rechteckförmige) Form auf, nimmt man ihre Ausdehnung in der dritten Raumrichtung (z-Richtung senkrecht zur hier gezeigten Ebene, vgl. auch 1) hinzu, so sind die einzelnen Abtastmodule würfelförmig (im allgemeinen: quaderförmig) ausgestaltet. Jedes der Abtastmodule weist nun an seinen vier Außenflächen, welche sich senkrecht zu der gezeigten Ebene (also in z-Richtung) erstrecken, jeweils ein Verbindungselement A, B auf: Jeweils zwei dieser vier Verbindungselemente eines Abtastmoduls sind als Stecker A ausgebildet, die beiden anderen dieser Verbindungselemente als Steckersockel B. Auf zwei sich gegenüberliegenden Flächen der vorgenannten vier Flächen ist dabei jeweils auf der einen Fläche ein Stecker A und auf der anderen, gegenüberliegenden Fläche ein Steckersockel B ausgebildet. Die Stecker sind hierbei in Form von aus dem Abtastmodulkörper herausragenden Vorsprüngen ausgebildet, die Steckersockel als Vertiefungen in der entsprechenden Oberfläche des Abtastmoduls, welche so ausgebildet sind, dass sie einen Stecker A form- und/oder kraftschlüssig aufnehmen können.
Durch die gezeigte AABB-Konfiguration jedes der gezeigten Abtastmodule AM, bei der auf zwei im 90°-Winkel aneinandergrenzenden Oberflächenseiten der vier vorgenannten Oberflächenseiten zwei Stecker A angeordnet sind und bei der auf den beiden anderen, ebenfalls im 90°-Winkel aneinander angrenzenden der vier Oberflächenseiten zwei Steckersockel B ausgebildet sind, ist somit ein modularer Aufbau bzw. ein modulares Zusammenstecken einzelner Abtastmodule AM möglich, mittels dessen aus den einzelnen zugehörigen Teilflächen T-1, T-2, ... (welche den einzelnen Abtastmodulen zugeordnet sind) die gesamte röntgensensitive Fläche der Speicherfolie 1 in Form einer Kachelanordnung nicht überlappender Teilflächen T-1, T-2, ... zur Abtastung ausgebildet werden kann.
Im Detail ist durch eine der vorgeschriebenen Steckverbindungen, welche durch Einstecken des Steckers eines Abtastmoduls (beispielsweise eines der Stecker A2 des zweiten Abtastmoduls AM2) in einen Steckersockel eines benachbarten Abtastmoduls (beispielsweise einen der Steckersockel B1 des ersten gezeigten Abtastmoduls AM1) realisiert ist, ein Datentransport von von den einzelnen Abtastmodulen erfassten Röntgenintensitätswerten über den gemeinsamen Datenbus 3 (vgl. 1) zwischen den einzelnen Modulen bzw. über benachbarte Module an die Bilddarstellungseinheit 4 möglich. Ebenso kann über die entsprechenden Steckverbindungen A2, B1; A3, B1, ... die Energieversorgung der einzelnen Module geregelt sein.
Zusätzlich ist es ebenfalls möglich, die einzelnen, auf die vorbeschriebene Weise zusammengeschalteten Abtastmodule AM1, AM2, ... so auszugestalten, dass sie den Transport der von den einzelnen Modulen erfassten Bildintensitätswerte selbstständig untereinander regeln, d. h. ohne dass ein Eingreifen von bzw. eine Steuerung über die Bilddarstellungseinheit 4 oder eine entsprechende zentrale Steuereinheit notwendig wäre.
Die Selbstorganisation der Abtastmodule ist aufgrund der Intelligenz der einzelnen Module möglich. Ein einzelnes Modul kann einfach detektieren, ob es ein benachbartes hat. Zum Datentransport bewegt jedes Modul Daten des Nachbarmoduls z. B. nach rechts. Module, die keinen rechten Nachbarn haben, senden die Daten nach unten. Ein Modul brauchst nur dem entsprechend linken oder oberen Modul mitzuteilen, dass es beschäftigt ist und dieses muss dann warten. Somit kann dann modulweise der Detektor ausgelesen werden, zuerst die unterste Zeile von rechts nach links, dann die nächste Zeile. Das letzte Ausgabemodul, mit dem die Datensammelstation bzw. Integrationseinheit verbunden wird, ist mit den genannten Daten das unten rechts. Die Datensammelstation setzt dann das Gesamtbild zusammen.
Über das in den Modulen vorhandene Programm kann die Datensammelstation die Größe des Detektors erfragen. Dazu fragt das unten rechte Modul seinen oberen Nachbarn, wie viele obere Nachbarn es hat, das machen alle rechten Module, und so ergibt sich die Gesamtmodulzeilenzahl, genauso passiert das nach links, um die Spaltenzahl zu bestimmen. Es sind also nur einfache und für alle Module gleiche Fragen und Antworten notwendig, um die Selbstorganisation sicherzustellen.

Claims

Röntgenflächendetektor zur Aufnahme eines projektionsradiographischen Röntgenabbildes eines mit Röntgenstrahlung durchstrahlten Objekts, umfassend eine zur Erfassung des projektionsradiographischen Röntgenabbildes ausgebildete flächige Röntgenbild-Speicherfolie (1) und mehrere zur Abtastung der Röntgenbild-Speicherfolie ausgebildete Abtastmodule (2-1, 2-2), wobei mindestens zwei der mehreren Abtastmodule jeweils aufweisen: – einen zur Anregung von Fluoreszenzlicht in der Röntgenbild-Speicherfolie ausgebildeten Laser (2a-1, 2a-2), – eine zur Einkopplung des von dem Laser dieses Abtastmoduls erzeugbaren und/oder erzeugten Laserstrahls auf eine Teilfläche (T-1, T-2) der Röntgenbild-Speicherfolie und zur Abtastung dieser Teilfläche mit dem eingekoppelten Laserstrahl ausgebildete Einkoppeleinheit (2b-1, 2b-2), – eine zum Empfang und zur Kollimierung des von zumindest einem Teilabschnitt der von dem Laser bestrahlten und abgetasteten, diesem Abtastmodul zugeordneten Teilfläche (T-1, T-2) erzeugbaren und/oder erzeugten Fluoreszenzlichts ausgebildete Auskoppeleinheit (2c-1, 2c-2), und – eine zum ortsaufgelösten Nachweis des in der diesem Abtastmodul zugeordneten Teilfläche (T-1, T-2) erzeugten und durch die Auskoppeleinheit dieses Abtastmoduls kollimierten Fluoreszenzlichts ausgebildete Detektionseinheit (2d-1, 2d-2), dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Abtastmodule hinsichtlich der Verarbeitung und/oder des Transports von in ihnen erzeugten Bildsignalwerten und/oder hinsichtlich ihrer Energieversorgung elektrisch zusammenschaltbar sind, wobei mindestens eines der elektrisch zusammenschaltbaren Abtastmodule mit mehreren weiteren Abtastmodulen so elektrisch zusammenschaltbar ist, dass ein Datentransport zwischen den einzelnen Abtastmodulen möglich ist, und wobei mindestens eines der mit mehreren weiteren Abtastmodulen elektrisch zusammenschaltbaren Abtastmodule quaderförmig oder würfelförmig ausgebildet ist und an zwei Paaren sich jeweils gegenüberliegender Oberflächenseiten mit insgesamt vier weiteren Abtastmodulen elektrisch zusammenschaltbar ist.
Röntgenflächendetektor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Abtastmodule mechanisch formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbindbar sind.
Röntgenflächendetektor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Abtastmodule zusammensteckbar sind.
Röntgenflächendetektor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Paare von sich gegenüberliegenden Oberflächenseiten auf der einen Oberflächenseite einen Steckersockel (B1, B2, B3) und auf der anderen, gegenüberliegenden Oberflächenseite einen in einen solchen Steckersockel passenden Stecker (A1, A2, A3) einer Steckverbindung (A1, A2, A3, B1, B2, B3) trägt.
Röntgenflächendetektor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine solche zwischen zwei benachbarten Abtastmodulen ausbildbare und/oder ausgebildete Steckverbindung (A1, A2, A3, B1, B2, B3) ausgebildet ist zu der mechanisch formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung und/oder zu der Verarbeitung und/oder zu dem Transport der Bildsignalwerte und/oder zu der Energieversorgung.
Röntgenflächendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der verbindbaren und/oder elektrisch zusammenschaltbaren Abtastmodule ausgebildet ist zur Organisation der Verarbeitung und/oder des Transports der in ihm und/oder in einem mit ihm zusammenschaltbaren und/oder zusammengeschalteten Abtastmodul erzeugten Bildsignalwerte.
Röntgenflächendetektor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Abtastmodule samt seiner zugehörigen Teilfläche ausgebildet ist zur gleichzeitigen Erfassung des projektionsradiographischen Röntgenabbildes durch Bestrahlung dieser Teilfläche der Röntgenbild-Speicherfolie mittels eines Röntgenstrahlenabbildes des Objekts und Abtastung dieser Teilfläche der Röntgenbild-Speicherfolie durch Einstrahlung des Laserlichts und durch Empfang und Nachweis des von zumindest dem Teilabschnitt dieser Teilfläche erzeugten Fluoreszenzlichts.
Röntgenflächendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem der Abtastmodule die Einkoppeleinheit und die Auskoppeleinheit des Abtastmoduls als eine integrierte Einheit ausgebildet sind.
Röntgenflächendetektor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Einheit eine Linse oder ein Linsensystem enthält und/oder dass die integrierte Einheit aus einem hochröntgenabsorptiven Material besteht oder dieses aufweist.
Röntgenflächendetektor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse eine Dublettlinse oder eine achromatische Dublettlinse ist und/oder dass das hochröntgenabsorptive Material Bleiglas, Bariumfluorid und/oder ein schwermetallhaltiges Kunststoffmaterial ist.
Röntgenflächendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Abtastmodulen jeweils zugeordneten Teilflächen der Röntgenbild-Speicherfolie überlappend oder nicht-überlappend ausgebildet sind und/oder die gesamte röntgensensitive Fläche der Röntgenbild-Speicherfolie vollständig abdecken.
Röntgenflächendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Detektionseinheit eines Abtastmoduls einen A/D-Wandler (2d-A/D-1, 2d-A/D-2) und/oder einen Datenspeicher (2d-SP-1, 2d-SP-2) und/oder eine Bildnachverarbeitungseinheit (2d-NV-1, 2d-NV-2) und/oder eine CPU-gestützte Bildnachverarbeitungseinheit aufweist.
Röntgenflächendetektor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Abtastmodul genau einen A/D-Wandler und/oder genau einen Datenspeicher und/oder genau eine Bildnachverarbeitungseinheit aufweist oder dass mehrere Abtastmodule genau einen gemeinsamen A/D-Wandler und/oder genau einen gemeinsamen Datenspeicher und/oder genau eine gemeinsame Bildnachverarbeitungseinheit aufweisen und/oder dass mindestens eine der Bildnachverarbeitungseinheiten zur Histogrammbildung aus Bildsignalwerten und/oder zur Kantenanhebung und/oder zur Durchführung von Filteroperationen und/oder zur Hellbildkorrektur und/oder zur Dunkelbildkorrektur ausgebildet ist und/oder dass mindestens eine der Bildnachverarbeitungseinheiten zur Durchführung von Binningoperationen und zur Ablage von gebinnten Bildsignalwerten in dem Datenspeicher ausgebildet ist.
Röntgenflächendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zum Zusammenführen der in den Detektionseinheiten mehrerer verschiedener Abtastmodule aus dem jeweils ortsaufgelöst nachgewiesenen Fluoreszenzlicht erzeugten Bildsignalwerte ausgebildete Integrationseinheit.
Röntgenflächendetektor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Integrationseinheit einen Datenbus (3) und/oder eine Bilddarstellungseinheit (4) aufweist.
Röntgenflächendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Abtastmodule als Detektor mit 2D-Mikroscannerspiegel-Anordnung und/oder als monolithisch integrierter 2D-Scanner ausgebildet ist.
Röntgenflächendetektor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor zum resonanten oder nicht-resonanten Aufschreiben eines xy-Rasters oder von Lissajous-Figuren auf die Röntgenbild-Speicherfolie ausgebildet ist.
Röntgenflächendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Detektionseinheit eines Abtastmoduls eine Lawinenphotodiode aufweist und/oder dass mindestens ein Laser eines Abtastmoduls ein Halbleiterlaser ist.
Röntgendetektionsverfahren zur Aufnahme eines projektionsradiographischen Röntgenabbildes, wobei ein Objekt mit Röntgenstrahlung durchstrahlt wird, wobei das projektionsradiographische Röntgenabbild des durchstrahlten Objekts mit einer flächig ausgebildeten Röntgenbild-Speicherfolie (1) erfasst wird und wobei die Röntgenbild-Speicherfolie mittels mehrerer Abtastmodule (2-1, 2-2) zeitlich gesehen parallel so abgetastet wird, – dass je Abtastmodul mittels eines Lasers (2a-1, 2a-2) Fluoreszenzlicht in der Röntgenbild-Speicherfolie angeregt wird, indem der von dem Laser des Abtastmoduls erzeugte Laserstrahl auf eine Teilfläche (T-1, T-2) der Röntgenbild-Speicherfolie eingekoppelt wird und indem diese Teilfläche mit dem eingekoppelten Laserstrahl abgetastet wird, – dass je Abtastmodul das von zumindest einem Teilabschnitt der von dem Laser bestrahlten und abgetasteten, dem Abtastmodul zugeordneten Teilfläche erzeugte Fluoreszenzlicht empfangen, kollimiert und ausgekoppelt wird und – dass je Abtastmodul das in der dem Abtastmodul zugeordneten Teilfläche erzeugte und ausgekoppelte Fluoreszenzlicht ortsaufgelöst detektiert wird dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Abtastmodule hinsichtlich der Verarbeitung und/oder des Transports von in ihnen erzeugten Bildsignalwerten und/oder hinsichtlich ihrer Energieversorgung elektrisch zusammengeschaltet werden, wobei mindestens eines der elektrisch zusammenschaltbaren Abtastmodule mit mehreren weiteren Abtastmodulen so elektrisch zusammengeschaltet wird, dass ein Datentransport zwischen den einzelnen Abtastmodulen möglich ist, und wobei mindestens eines der elektrisch zusammenschaltbaren quaderförmig oder würfelförmig ausgebildeten Abtastmodule an zwei Paaren sich jeweils gegenüberliegender Oberflächenseiten mit insgesamt vier weiteren Abtastmodulen elektrisch zusammengeschaltet wird.
Röntgendetektionsverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einem Röntgenflächendetektor nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche durchgeführt wird.
Röntgendetektionsverfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abtastmodul die Röntgenbild-Speicherfolie in Form von Lissajous-Figuren abtastet, wobei die dem Abtastmodul zugeordnete Teilfläche bevorzugt mit Frequenzen von über 200 Hz, besonders bevorzugt mit Frequenzen von über 500 Hz abgetastet wird.
Verwendung eines Röntgenflächendetektors oder eines Röntgendetektionsverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche für die zerstörungsfreie Materialprüfung von Objekten und/oder für die Qualitätssicherung in der Produktion.