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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Intensität
von ionisierender Strahlung mit einem Detektor mit einer Vielzahl
von direktkonvertierenden Detektorelementen, insbesondere zur Verwendung
in einem CT-System, wobei die Strahlung elektrische Signale mit
einer bestimmten Pulsform und Signalfrequenz erzeugt und die Anzahl
der Signalpulse als Maß für die Strahlungsintensität
gewertet wird, aufweisend die folgenden Verfahrensschritte:
- – Zuführen der Signalpulse
zu einem Vorverstärker/Signalformer;
- – Paralleles oder serielles Zuführen der verstärkten
und formveränderten Signalpulse einerseits zu einem kontinuierlich
mit einer vorgegebenen Energieschwelle arbeitenden Pulshöhendiskriminator
und andererseits zu einem mit einer vorgegebenen Energieschwelle
und einer vorgegebenen Taktfrequenz getaktet arbeitenden Pulshöhendiskriminator;
- – Erfassen der Signalpulse von einer Kombinationslogik
und
- – Weiterführen der erfassten Signalpulse zu
einem Zähler.
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Bisher
werden für die Detektion von Gamma- und Röntgenstrahlung,
insbesondere in CT- und Dual-Energy-CT-Systemen, Szintillationsdetektoren verwendet.
In diesen Detektoren wird die einfallende Strahlung indirekt über
die Anregung von Elektronen und deren Umwandlung in Photonen nachgewiesen. Zusätzlich
werden zählende Detektorsysteme entwickelt, bei denen einzelne
Photonen der einfallenden Strahlung gezählt werden können
und so die Strahlung direkt nachgewiesen wird. Dabei entsteht ein Strompuls,
dessen Fläche – und näherungsweise auch
dessen Höhe – proportional zur Menge der Ladung
und damit zur Energie des absorbierten Photons sind. Die korrekte
Abtastung und Digitalisierung der entstehenden Strompulse, insbesondere
die Auflösung der auftretenden Pulse in Anzahl und Höhe, ist
dabei nicht trivial.
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Ein
grundlegendes Problem beim Einsatz dieser direktkonvertierenden
Detektoren in CT-Systemen besteht allerdings im Umgang mit den hohen zu
verarbeitenden Photonenflüssen. Diese entstehen bei den
mit hoher Wahrscheinlichkeit nahezu gleichzeitig eintreffenden aufeinander
folgenden Signalpulsen. Dieses als „pile-up” bekannte
Phänomen führt zu einer Sättigung oder
Paralysierung des Detektors. Des Weiteren ändert sich bei
hohen Flüssen das Antwortverhalten des Komparators. Der
Komparator, zum Beispiel in Form eines kontinuierlich betriebenen
Pulshöhendiskriminators, vergleicht das Eingangssignal
mit einer vorgegebenen Energieschwelle und gibt ein entsprechendes
Ausgangssignal ab. Dabei kann es zu einer ratenabhängigen
Verschiebung der effektiven Energieschwelle kommen, mit der die
Signale im Detektor erfasst werden. Ist der Detektor bauartbedingt
paralysierbar, können die gemessenen Signale nicht mehr
eindeutig der Photonenrate zugeordnet werden, da zu große
Flüsse aufgrund des höheren Paralysierungsgrades
mit einer verringerten Nachweiseffizienz gemessen werden. Dies führt
zu einem zu niedrigen Zählergebnis, wie es auch von niedrigeren
Photonenflüssen, bei einer höheren Nachweiseffizienz
des Detektors, erreicht werden kann. Das Messergebnis ist somit
mehrdeutig.
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Zur
Lösung dieses Mehrdeutigkeitsproblems existieren bereits
verschiedene Ansätze. In der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 034 982
A1 wird eine Möglichkeit zur Steigerung der Robustheit
gegenüber einer Variation der Pulsbreite bei einer getakteten Signalabtastung
dargestellt, indem die Abtastrate so hoch eingestellt wird, dass
dadurch der zeitliche Abtastabstand höher als die mittlere
zu erwartende Pulsbreite ist. Nicht gelöst ist bei diesem
Verfahren jedoch eine optimale Energieauflösung bei niedrigen Photonenflüssen
am Detektor.
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Des
Weiteren kann durch eine Verkürzung der Pulsverarbeitungsdauer,
also der Ladungssammlungszeit und der Pulsformungsdauer, und durch eine
Verringerung des Photonenstroms die Wahrscheinlichkeit des „pile-up”-Effektes
reduziert werden. Damit kann das Mehrdeutigkeitsproblem gegebenenfalls
vollständig eliminiert werden. Dieser Ansatz ist aufgrund
materialspezifischer Limitierungen im Detektormaterial und anwendungsbedingter
Anforderungen meist unzureichend.
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Ebenso
lässt sich die Mehrdeutigkeit der Signalerfassung durch
eine gleichzeitige Messung des Signalstromes mit einem integrierenden
Kanal auflösen. Dies geht jedoch mit einer erhöhten
Schaltungskomplexität und einem erhöhten Datenaufkommen einher.
Dieser Ansatz wird zum Beispiel in der europäischen Patentschrift
EP 1 231 485 A3 beschrieben.
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Die
nicht vorveröffentlichte Patentanmeldung, mit dem Aktenzeichen
DE 10 2008 005 373.2 , liefert
einen weiteren Ansatz zur Auflösung der Mehrdeutigkeit.
In dieser Anmeldung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Strahlungsintensität
mit einem direktkonvertierenden Detektor beschrieben, wobei ein
kontinuierlich zählender Pulshöhendiskriminator und
ein getaktet zählender Pulshöhendiskriminator parallel
geschaltet sind. Die einkommenden Signalpulse werden in einem Vorverstärker
verstärkt. Der kontinuierlich zählende Pulshöhendiskriminator
generiert dann zu jedem Zeitpunkt, an dem ein verstärkter
Signalpuls eine eingestellte Energieschwelle überschreitet,
ein Zählergebnis. Dies hat den Vorteil, dass die Höhe
der Signale über eine Variation einer oder mehrerer Schwellenwerte
sehr genau erfasst werden kann und dabei unabhängig von
einer variierenden Pulsbreite die Zählrate bestimmt werden kann.
Diese Art der Erfassung setzt einen relativ niedrigen Photonenfluss,
also sich nicht überlappende Signalpulse, voraus. Für
sehr hohe Flüsse liefert dieses Konzept stark unterschätzte
Zählraten bis hin zu einem paralysierenden Verhalten des
Detektors. Aus diesem Grund wird parallel dazu der getaktet arbeitende
Pulshöhendiskriminator betrieben. Ebenso wie beim kontinuierlich
arbeitenden Pulshö hendiskriminator wird bei hohen Photonenflüssen
zwar die korrekte Anzahl der verstärkten Signale unterschätzt, aber
der Detektor zeigt kein paralysierendes Verhalten mehr. Für
niedrige Flüsse ist die Zählrate dabei direkt
abhängig von der mittleren Pulsbreite, so dass diese Schwankungen
problematisch sein können.
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Zur
Vermeidung von ständig doppelt – und somit falsch – gezählten
Signalpulsen, wird zwischen dem Zähler und den beiden Pulshöhendiskriminatoren
eine Kombinationslogikschaltung angeordnet. Bei niedrigen Flüssen
kann so der Vorteil der korrekten Energiediskriminierung der Signalpulse
durch den kontinuierlichen Pulshöhendiskriminator und bei hohen
Flüssen mit dem getakteten Pulshöhendiskriminator
eine zu starke Unterschätzung der Zählrate vermieden
werden.
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Es
werden also vorverstärkte Signale während ”pile-up”-bedingter
Phasen, also Phasen mit hohen Flüssen, bei einer längerfristigen Überschreitung der
Energieschwelle im kontinuierlich arbeitenden Pulshöhendiskriminator
mit dem parallel geschalteten und getaktet arbeitenden Pulshöhendiskriminator gezählt,
wobei dessen Taktfrequenz an den Kehrwert der Pulsformungsdauer
angepasst ist. Hierdurch wird ein mit steigendem Photonenfluss beziehungsweise steigender
Pulsfrequenz monoton steigendes Zählergebnis erreicht.
Bei hohen Flüssen mit einer hohen Zahl an Mehrfachtreffern
und dadurch einem großen Anteil an getaktet erfassten Signalpulsen
am Zählergebnis wird dann die Energieschwelle nur noch
selten unterschritten. Der Detektor befindet sich also in einem
Sättigungsbereich mit einer dominanten Aktivität
des getaktet arbeitenden Pulshöhendiskriminators. Dabei
sinkt die Unterscheidungskraft von Messungen mit ähnlichem
hochfrequenten Signalfluss.
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Nachteilig
an diesem Ansatz beziehungsweise an der Verstärkung der
Signalpulse durch den Vorverstärker ist, dass gleichzeitig
auch das Rauschen des Eingangssignals verstärkt wird. Dadurch
wird das Signal-zu-Rausch-Verhältnis also nicht verbessert.
Das Rauschen wird ebenso vom Detektor erfasst und verschlechtert
gegebenenfalls das Zählergebnis.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Detektion
von Signalpulsen aus direktkonvertierenden Detektorelementen zu
finden. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine hierfür
geeignete Schaltungsanordnung zu beschreiben.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
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Die
Erfinder haben erkannt, dass eine Kombination der Logik aus kontinuierlichem
und getaktetem Komparator mit einer Anpassung der Signalformung
an den Eingangsfluss zu einer Optimierung des Kompromisses zwischen
Zeitauflösung und Energieauflösung genutzt werden
kann. Konkret ermöglicht die Erfindung eine gute Energieauflösung
(Signal-zu-Rausch-Verhältnis) bei niedrigen Flüssen
und gleichzeitig einen optimierten Informationsgehalt (gesteigerte
Linearität) bei hohen Flüssen. Aus der Literatur
(Glenn F. Knoll, „Radiation Detection and Measurement")
ist bekannt, dass eine längere Signalformungsdauer aufgrund
des erhöhten Signal-zu-Rausch-Verhältnisses zu
einer besseren Energieauflösung führt. Dies ermöglicht
bei beiden Komparatoren eine zuverlässigere Unterscheidung zwischen
gerade oberhalb der Energieschwelle liegenden Signalpulsen und solchen
gerade unterhalb der Energieschwelle liegenden Signalpulsen.
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Im
Gegensatz dazu besteht bei höheren Signalfrequenzen mit
deutlich die Energieschwelle übersteigenden Signalpulsen
die Situation, dass diese durch eine zu starke Verbreiterung und
Abflachung ineinander übergehen und verschmieren. Dann
können diese vom kontinuierlich arbeitenden Pulshöhendiskriminator
nicht mehr einzeln erfasst werden. Deshalb wird der Signalformer
erfindungsgemäß frequenzabhängig betrieben.
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Grundsätzlich
ist ein Signalformer ein Filter mit einer begrenzten Bandbreite,
welche auf das Vorverstärkersignal abgestimmt ist. Durch
die Bandbreitenlimitierung werden weite Bereiche des Rauschleistungsspektrums
eliminiert, so dass das Signal-zu-Rausch-Verhältnis im
gefilterten Signal höher ist als im Eingangssignal. Außerdem
ist die resultierende Pulsform weitgehend unabhängig von
der konkreten Form des Originalsignals. Die Signalpulsformung weist
dabei üblicherweise eine charakteristische Zeitkonstante,
die Signalformungsdauer, auf. Kürzere Signalformungszeiten
führen zu kürzen Signalpulsen und damit zu einer
besseren Unterscheidbarkeit dicht aufeinander folgender Photonen
beziehungsweise zu einer geringeren Anzahl von Mehrfachtreffern.
Längere Signalformungszeiten führen zu einem verringerten
Rauschen und dadurch zu einer verbesserten Energieauflösung
in Bezug auf die Photonenergie.
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Die
Erfindung besteht nun darin, einen optimalen Kompromiss zwischen
diesen gegenläufigen Anforderungen – Unterscheidbarkeit
einzelner Photonen und Energieauflösung – für
die aktuelle Photonenrate zu finden. Hierzu werden durch einen Rückkopplungspfad
die Signalformungsdauer, die Taktrate des getakteten Diskriminators
und optional die Energieschwelle angepasst.
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Dadurch
kann eine Verschmierung von Einzelsignale bei höheren Frequenzen
vermieden und bei niedrigen Signalfrequenzen eine starke Verbreiterung
erreicht werden. Bei niedrigeren Signalfrequenzen soll demnach eine
längere Signalformungsdauer der Signalpulse angewandt werden
als bei höheren Signalfrequenzen.
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Gleichzeitig
ist es sinnvoll, die Taktfrequenz des getaktet arbeitenden Pulshöhendiskriminators an
den Kehrwert der Signalformungsdauer anzupassen. Dadurch werden überflüssige
Zählergebnisse mit dem getaktet arbeitenden Pulshöhendiskriminator
vermieden.
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Optional
ist es auch möglich und überaus sinnvoll, die
Energieschwelle der Pulshöhendiskriminatoren anzupassen.
Das bedeutet, dass bei niedrigeren Signalfrequenzen mit stark verbreiterten,
also stark abgeflachten Signalpulsen die Energieschwelle gesenkt
wird, um weiterhin die Erfassung der Signalpulse mit den Pulshöhendiskriminatoren
zu ermöglichen.
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Um
den frequenzabhängigen Betrieb des Signalformers zu ermöglichen,
wird die bereits bekannte Schaltungsanordnung um einen zusätzlichen
rückführenden Kanal, sowie eine Parameterkontrolleinheit
zur Überwachung der Signalfrequenz und frequenzabhängigen
Einstellung des Signalformers erweitert. Das grundlegende Konzept
des bekannten Verfahrens bleibt dabei weiterhin vollständig
bestehen. Der neuartige Rückkopplungspfad kann beispielsweise
an der Kombinationslogik ansetzen und mittels der Parameterkontrolleinheit
können dann die aktuelle Signalfrequenz und damit der Anteil
des getaktet arbeitenden Pulshöhendiskriminators am ermittelten
Zählergebnis bestimmt werden. Diese Information wird genutzt,
um zumindest die Pulsform und die Taktfrequenz des getaktet arbeitenden
Pulshöhendiskriminators, optional auch die Energieschwelle des
kontinuierlich arbeitenden Pulshöhendiskriminators, dynamisch
an die ermittelte Signalfrequenz anzupassen.
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Der
Signalformer kann grundsätzlich entweder als ein separates
Bauteil ausgeführt oder in den Vorverstärker integriert
sein.
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Das
Grundkonzept der Erfindung besteht also darin, das Verfahren gemäß der
nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung, mit dem amtlichen
Aktenzeichen
DE 10 2008
005 373.2 , dahingehend zu verbessern, dass die parallel über
einen kontinuierlich und über einen getakteten Diskriminator
abgetasteten Signalpulse zusätzlich zu ihrer Verstärkung einer
Formveränderung unterzogen werden, wobei die Formveränderung,
genauer gesagt die Signalverbreiterung, abhängig von der
gemessenen Signalfrequenz eingestellt wird. Bei niedrigen Frequenzen
findet eine starke Signalverbreiterung mit dadurch bedingter Verbesserung
des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses statt, während
bei hohen Frequenzen die Signalform unangetastet bleibt. Günstig
ist es dabei auch, gleichzeitig entsprechend der Signalverbreiterung
auch eine Verstellung der Taktfrequenz des getakteten Pulshöhendiskriminators
zu niedrigeren Frequenzen hin durchzuführen. Außerdem
kann auch eine Anpassung der Schwelle des kontinuierlich arbeitenden
Pulshöhendiskriminators erfolgen, wobei bei stärkerer
Abflachung des Signals auch eine niedrigere Energieschwelle verwendet
wird.
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Entsprechend
diesem Grundgedanken schlagen die Erfinder ein Verfahren zur Bestimmung der
Intensität von ionisierender Strahlung mit einem Detektor
mit einer Vielzahl von direktkonvertierenden Detektorelementen,
insbesondere zur Verwendung in einem CT-System, vor, wobei die Strahlung
elektrische Signale mit einer bestimmten Pulsform und Signalfrequenz
erzeugt und die Anzahl der Signalpulse als Maß für
die Strahlungsintensität gewertet wird, aufweisend die
folgenden Verfahrensschritte:
- – Zuführen
der Signalpulse zu einem Vorverstärker/Signalformer;
- – Paralleles oder serielles Zuführen der verstärkten
und formveränderten Signalpulse einerseits zu einem kontinuierlich
mit einer vorgegebenen Energieschwelle arbeitenden Pulshöhendiskriminator
und andererseits zu einem mit einer vorgegebenen Energieschwelle
und einer vorgegebenen Taktfrequenz getaktet arbeitenden Pulshöhendiskriminator;
- – Erfassen der Signalpulse von einer Kombinationslogik
und
- – Weiterführen der erfassten Signalpulse zu
einem Zähler.
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Die
Weiterverbesserung des Verfahrens besteht nun darin, dass eine Rückkopplung
vorgesehen ist, welche in Abhängigkeit der Signalfrequenz
die Pulsform der Signalpulse verändert.
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In
einer ersten vorteilhaften Variante wird vorgeschlagen gleichzeitig
zur Anpassung der Pulsform auch die Taktfrequenz des getaktet arbeitenden Pulshöhendiskriminators
zu verstellen.
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Sinnvollerweise
sollte die Taktfrequenz proportional zu dem Kehrwert der geänderten
Signalformungsdauer angepasst werden.
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Weiterhin
kann in Abhängigkeit der Signalfrequenz optional auch die
Energieschwelle der Pulshöhendiskriminatoren verändert
werden, wobei bei niedriger Signalfrequenz die Energieschwelle entsprechend
abgesenkt werden sollte.
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Ein
Anheben der Energieschwelle des kontinuierlich arbeitenden Pulshöhendiskriminators
bei hohen Signalfrequenzen erleichtert dann die Unterscheidung der
einzelnen Signalpulse, da bei vielen, schnell hintereinander eintreffenden
Signalpulsen zwischen den Einzelsignalen die Energie nicht unbedingt
unter die vorgegebene Energieschwelle sinkt. Durch ein entsprechendes
Anheben der Energieschwelle ist dies wieder gewährleistet.
Ferner kann ein überproportionales Anheben der Energieschwelle bei
hohen Pulsraten vorteilhaft sein, da es den dynamischen Bereich
zu höheren Flüssen hin erweitert.
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Gleichzeitig
kann bei sich ändernder Signalfrequenz vorteilhafterweise
die Taktfrequenz des getaktet arbeitenden Pulshöhendiskriminator
angepasst werden. Die Signalpulse können so mit besserem
Zählergebnis erfasst werden. Bei niedriger werdender Signalfrequenz
wird die Taktfrequenz verringert und umgekehrt bei höher
werdender Taktfrequenz erhöht.
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Neben
dem erfindungsgemäßen Verfahren schlagen die Erfinder
auch eine Schaltungsanordnung zur Messung von Signalen eines direktkonvertierenden
Detektors, insbesondere zur Verwendung in einem CT-System, vor,
wobei an einem Ausgang eines Vorverstärkers/Signalformers
parallel ein kontinuierlich arbeitender Pulshöhendiskriminator
und ein getaktet arbeitender Pulshöhendiskriminator angeschlossen
sind, jeder Pulshöhendiskriminator einen Ausgang aufweist,
und die Ausgänge der Pulshöhendiskriminatoren über
eine Kombinationslogik mit einem Zäh ler verbunden sind,
wobei eine Rückkopplung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit
einer Signalfrequenz mittels einer Parameterkontrolleinheit den Signalformer
steuert.
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Vorteilhafterweise
besteht zwischen der Parameterkontrolleinheit und dem getaktet arbeitenden Pulshöhendiskriminator
eine Verbindung zur frequenzabhängigen Steuerung der Taktfrequenz,
so dass diese bei niedriger werdender Signalfrequenz erfindungsgemäß verringert
wird.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn zwischen der Parameterkontrolleinheit und
dem kontinuierlich arbeitenden Pulshöhendiskriminator ebenfalls
eine Verbindung zur frequenzabhängigen Steuerung der Energieschwelle
besteht. Erfindungsgemäß kann die Energieschwelle
dann bei niedriger werdender Signalfrequenz abgesenkt werden.
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In
einer beispielhaften Ausführung der Schaltungsanordnung
kann die Parameterkontrolleinheit zumindest eine Look up-Tabelle
aufweisen, in welcher entsprechende Referenzdaten vorliegen, anhand
derer die zu kontrollierenden Parameter, also Taktfrequenz und Energieschwelle,
eingestellt werden können.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Parameterkontrolleinheit die zu kontrollierenden
Parameter derart einstellt, dass eine vom Detektor ermittelte Größe
oder Kombination ermittelter Größen konstant gehalten
wird, wobei die konstant gehaltene Größe vorzugsweise
der Beitrag des getaktet arbeitenden Pulshöhendiskriminators
am Ausgangssignal ist.
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Weitere
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergeben
sich gegenüber Systemen ohne getaktet arbeitende Pulshöhendiskriminatoren.
Es entsteht nämlich bei geeigneter Parameterwahl keine paralysebedingte
Mehrdeutigkeit zwischen registrierter Zählrate und Photonenfluss
und es besteht die Möglichkeit der automatischen Adaption
der effektiven Energieschwelle an die Photonenrate. Dies ermöglicht
die teilweise Kompensation der „pi le-up”-bedingten
Veränderung des Schwellenanspruchsverhaltens.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Beispiele mit
Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei darauf hingewiesen
wird, dass nur die für das unmittelbare Verständnis
der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt sind. Hierbei werden folgende
Bezugszeichen verwendet: 1: Signalpuls; 2: Vorverstärker; 3:
Signalformer; 4: kontinuierlich arbeitender Pulshöhendiskriminator; 5:
getaktet arbeitender Pulshöhendiskriminator; 6:
Kombinationslogik; 7: Zähler; 8: Parameterkontrolleinheit; 9, 9.1, 9.2: Verlauf
eines Signalpulses; B: Basispegel der Komparatoreingänge;
C1: CT-System; C2: erste Röntgenröhre; C3: erster
Detektor; C4: zweite Röntgenröhre; C5: zweiter
Detektor; C6: Gantrygehäuse; C7: Patient; C8: verschiebbare
Patientenliege; C9: Systemachse; C10: Steuer- und Recheneinheit;
E1: Höhe der Energieschwelle der
beiden Pulshöhendiskriminatoren bei Anpassung an eine hohe
Signalfrequenz; E2: Höhe der Energieschwelle
der beiden Pulshöhendiskriminatoren bei Anpassung an eine niedrige
Signalfrequenz; I: Signalhöhe; m.n: Detektorelemente; Prg1–Prgn:
Computerprogramme oder Programm-Module; t: Zeit; tx:
Taktfrequenz.
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Es
zeigen im Einzelnen:
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1 ein
CT-System mit erfindungsgemäßem Detektor;
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2 eine
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Rückkopplung
und Parameterkontrolleinheit;
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3 eine
schematische Darstellung dreier Signalpulse mit unterschiedlichen
Zeitabständen;
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4 eine
schematische Darstellung der umgeformten Signalpulse gemäß der 3 bei
kurzer Signalformungsdauer und
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5 eine
schematische Darstellung der umgeformten Signalpulse gemäß der 3 bei
langer Signalformungsdauer.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung können in Verbindung mit einem beliebigen
Detektor C3 mit einer Vielzahl von direktkonvertierenden Detektorelementen,
beispielsweise aus einem Halbleitermaterial, eingesetzt werden.
Beispielhaft wird hier in der 1 ein Computertomographie-System
C1 mit erfindungsgemäß ausgestaltetem Detektor
C3 gezeigt. Dieses CT-System C1 weist ein Gantrygehäuse
C6 auf, in dem sich eine Gantry mit einer Röntgenröhre C2
befindet, die zusammen mit einem der Röntgenröhre
C2 gegenüberliegenden Detektor C3 um eine Systemachse C9
rotiert. Zur Abtastung wird zum Beispiel ein Patient C7 auf einer
Patientenliege C8 durch das Messfeld geschoben, während
die Röntgenröhren C2 und C4 und die Detektoren
C3 und C5 auf der Gantry um die Systemachse C9 rotieren.
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Die
vom Detektor C3 detektierten Signale können direkt mit
einer Detektorelektronik mit der erfindungsgemäßen
Schaltung verarbeitet oder entsprechend verstärkt in einer
zentralen Steuer- und Recheneinheit C10 verarbeitet werden. Dort
können auch Computerprogramme Prg1–Prgn hinterlegt sein, welche im Betrieb unter
anderem das erfindungsgemäße Verfahren durchführen.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße
Verfahren und die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
nicht auf tomographische Anwendungen beschränkt sind, sondern
mit jedem teilchen- oder photonendetektierenden Detektor mit direktkonvertierenden
Detektorelementen anwendbar sind.
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Eine
bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ist in der 2 schematisch dargestellt. Diese
zeigt den Detektor C3 mit einer Vielzahl von schachbrettartig angeordneten
Detektorelementen m.n, die jeweils ihre Signal pulse 1 an
einen Vorverstärker/Signalformer 2/3 weitergeben.
Der Vorverstärker 2 verstärkt die Signalpulse 1 und
der Signalformer 3 kann in Abhängigkeit der Signalfrequenz
der eintreffenden Signalpulse 1 deren Form ändern.
In dieser Variante ist der Signalformer 3 in den Vorverstärker 2 integriert.
Die verstärkten und formveränderten Signalpulse 1 werden
an den kontinuierlich arbeitenden Pulshöhendiskriminator 4 und
an den parallel dazu geschalteten und getaktet arbeitenden Pulshöhendiskriminator 5 weitergeleitet. In
den Pulshöhendiskriminatoren 4 und 5 werden
entsprechend der empfangenen Signalpulse 1 und entsprechend
der jeweiligen Arbeitsweise Zählsignale erzeugt, die dann
zu der nachgeordneten Kombinationslogik 6 übertragen
werden. Von dort werden sie an den Zähler 7 weitergeleitet.
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Die
Kombinationslogik 6 ist derart ausgelegt, dass nach jedem Überschreiten
einer Energieschwelle am kontinuierlich arbeitenden Pulshöhendiskriminator 4,
was ein positives Zählereignis für den kontinuierlich
arbeitenden Pulshöhendiskriminator 4 darstellt,
ein erstes Zählereignis beim getaktet arbeitenden Pulshöhendiskriminator 5 nicht
gezählt wird, während alle anderen Zählsignale
beider Pulshöhendiskriminatoren 4 und 5 weitergeleitet
werden.
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Erfindungsgemäß besteht
eine Rückkopplung zu einer Parameterkontrolleinheit 8.
Dort wird in Abhängigkeit von der aktuellen Signalfrequenz
die Signalform und weiterhin die Taktfrequenz des getaktet arbeitenden
Pulshöhendiskriminators 5 eingestellt. Optional
kann auch die Energieschwelle des kontinuierlich arbeitenden Pulshöhendiskriminators 4 verändert
werden.
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In
den 3 bis 5 ist in einer schematischen Übersicht
die Wirkungsweise des Signalformers dargestellt. Die einzelnen Diagramme
zeigen jeweils den Verlauf 9, 9.1 und 9.2 dreier
Signalpulse mit unterschiedlichen Zeitabständen, wobei
die detektierte Signalintensität I gegenüber der
Zeit t aufgetragen ist. Weiterhin sind auf der Zeitachse die Takte des
ge taktet arbeitenden Pulshöhendiskriminators angezeichnet.
Befinden sich diese unterhalb der Signalpulse, bedeutet dies ein
positives Zählergebnis, ansonsten ein negatives. Die Energieschwellen
E1 und E2 der Pulshöhendiskriminatoren
bei Anpassung an hohe beziehungsweise an niedrige Signalfrequenzen
sind als gestrichelte Linien eingezeichnet. Der Basispegel B der
Komparatoreingänge, welcher sich nach dem vollständigen
Abklingen der Signalpulse einstellt, ist als durchgezogene Linie
eingezeichnet. Das jeweils vorhandene Rauschen ist als Schraffur um
die jeweiligen Signalverläufe 9, 9.1 und 9.2 angedeutet.
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Im
Diagramm der 3 sind drei unterschiedlich
beabstandete unveränderter Signalpulse 9 aufgetragen.
In dieser beispielhaft gezeigten Anfangssituation ist das Rauschen
ziemlich stark. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis ist also
ungünstig.
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Das
nächste Diagramm in der 4 zeigt dieselben
Signalpulse wie in der 3, allerdings jetzt nach einer
Formänderung mit einer kurzen Signalformungsdauer. Die
Verläufe 9.1 der Signalpulse sind jetzt wesentlich
höher. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis der verstärkten
Signale 9.1 ist besser als bei den Eingangssignalen 9.
Durch die kurze Signalformungsdauer werden die dicht aufeinander
folgenden Signalpulse aufgelöst. Sowohl die Energieschwelle
E1 der beiden Pulshöhendiskriminatoren
als auch die Taktfrequenz t1 ist an die
kurze Signalformungsdauer angepasst.
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Im
Diagramm in der 5 sind die Eingangssignale aus
der 3 mit einer langen Signalformungsdauer umgeformt
dargestellt. Die umgeformten Signalpulse 9.2 sind wesentlich
höher als die Eingangssignale. Die beiden dicht aufeinander
folgenden Signalpulse werden aufgrund der längeren Pulsformungsdauer
nicht aufgelöst und stattdessen als einzelner großer
Signalpuls registriert. Weiterhin ist das Signal-zu-Rausch-Verhältnis
besser als in beiden zuvor gezeigten Fällen – siehe 3 und 4 – und
führt bei ausreichend beabstandeten Einzelpulsen zu einer
erhöhten Energieauflösung. Die an die längere
Signalformungsdauer angepasste Energieschwelle E2 der
beiden Pulshöhendiskriminatoren und die Taktfrequenz t2 sind ebenfalls dargestellt.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen
der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102007034982
A1 [0004]
- - EP 1231485 A3 [0006]
- - DE 102008005373 [0007, 0022]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Glenn F. Knoll, „Radiation
Detection and Measurement” [0013]