DE102012204360A1

DE102012204360A1 - Method for energy calibration of photon-counting X-ray detector in computer tomograph or C-arm apparatus, involves collimating X-ray bundle outgoing from source, and performing energy calibration of detector with fluorescence radiation

Info

Publication number: DE102012204360A1
Application number: DE201210204360
Authority: DE
Inventors: Steffen Kappler; Björn Kreisler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2013-09-26

Abstract

The method involves inserting a target (7) for creation of X-ray fluorescence radiation, where the target is arranged outside of an optical path or a side of an X-ray detector (3). The side of the detector is irradiated with an X-ray radiation from an X-ray source (2). An X-ray bundle (6) outgoing from the X-ray source over a beam diaphragm (9) is collimated such that the X-ray radiation strikes the target and is simulated for emission of the fluorescence radiation towards the detector. Energy calibration of the detector is performed with the incident fluorescence radiation. An independent claim is also included for a computer tomograph or C-arm apparatus.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiekalibrierung eines mehrkanaligen quantenzählenden Röntgendetektors, der einer Röntgenquelle in einem Computertomographen oder C-Bogen-Gerät gegenüber liegt, bei dem einstellbaren Schwellwerten von Komparatoren des Röntgendetektors Energieschwellen zugeordnet werden. Die Erfindung betrifft auch einen Computertomographen bzw. ein C-Bogen-Gerät mit mindestens einem Röntgensystem aus einer Röntgenquelle und einem der Röntgenquelle gegenüber liegenden mehrkanaligen quantenzählenden Röntgendetektor sowie einer Einrichtung zur Energiekalibrierung des Röntgendetektors. The present invention relates to a method for energy calibration of a multi-channel quantum-counting X-ray detector, which is opposite to an X-ray source in a computed tomography or C-arm apparatus, are assigned to the thresholds of comparators of the X-ray detector energy thresholds. The invention also relates to a computer tomograph or a C-arm device with at least one X-ray system comprising an X-ray source and a multi-channel quantum-counting X-ray detector lying opposite the X-ray source and a device for energy calibration of the X-ray detector.

Quantenzählende Röntgendetektoren, auch als photonenzählende Röntgendetektoren bezeichnet, weisen in der Regel eine Anordnung mehrerer Detektorelemente (Pixel) aus einem direkt konvertierenden Halbleitermaterial auf. Ein detektiertes Strahlungsquant erzeugt im jeweiligen Detektorelement einen Ladungspuls, der von der Detektorelektronik in eine Messspannung umgewandelt wird, die in einem oder mehreren Komparatoren mit verschiedene Energieniveaus repräsentierenden Schwellspannungen verglichen wird. Auf diese Weise kann einem detektierten Photon eine bestimmte Energie zugeordnet und das Photon entsprechend gezählt werden. Quantum-counting X-ray detectors, also referred to as photon counting X-ray detectors, generally have an arrangement of a plurality of detector elements (pixels) made of a directly converting semiconductor material. A detected radiation quantum generates a charge pulse in the respective detector element, which is converted by the detector electronics into a measurement voltage, which is compared in one or more comparators with threshold voltages representing different energy levels. In this way, a detected photon can be assigned a specific energy and the photon counted accordingly.

Da die Größe des Ladungspulses bzw. der daraus erzeugten Messspannung von der Energie des einfallenden Strahlungsquants abhängt, lässt sich über die Einstellung der elektrischen Schwellenhöhe bzw. des Schwellenwerts des Komparators eine spektrale Selektion der gezählten Strahlungsquanten erreichen. Nur die Strahlungsquanten werden gezählt, die aufgrund ihrer Energie ein elektrisches Signal erzeugen, das den Schwellenwert des Komparators überschreitet. Since the size of the charge pulse or of the measurement voltage generated therefrom depends on the energy of the incident radiation quantum, a spectral selection of the counted radiation quanta can be achieved by setting the electrical threshold level or the threshold value of the comparator. Only the radiation quanta are counted, which generate due to their energy an electrical signal that exceeds the threshold value of the comparator.

Für die energieaufgelöste Zählung der einfallenden Röntgenquanten muss der Detektor energetisch kalibriert werden. Die Kalibrierung muss für jedes Detektorelement bzw. jeden Messkanal getrennt vorgenommen werden, um jeweils das spezifische Verhalten des Detektormaterials und der signal-verarbeitenden Elektronik zu berücksichtigen. Die möglichst exakte Einstellung der Schwellenspannungen ist entscheidend für das Erreichen eines homogenen Antwortverhaltens des Detektors und damit z.B. bei einer Anwendung des Detektors in der Computertomographie für den Erhalt möglichst artefaktfreier und driftarmer CT-Bilder. Für die Energiekalibrierung von quantenzählenden Röntgendetektoren können bspw. radioaktive Präparate, Synchrotronlichtquellen oder K-Fluoreszenzstrahlungsquellen eingesetzt werden, die definierte spektrale Linien oder Quanten emittieren. Als Ergebnis der Energiekalibrierung wird jedem Schwellenwert des Komparators eine Energieschwelle zugeordnet. For the energy-resolved counting of the incident X-ray quanta, the detector must be energetically calibrated. The calibration must be done separately for each detector element or channel to account for the specific behavior of the detector material and the signal processing electronics. The most accurate adjustment of the threshold voltages is crucial for achieving a homogeneous response of the detector and thus e.g. when using the detector in computed tomography for obtaining artifact-free and drift-poor CT images. For the energy calibration of quantum-counting X-ray detectors, for example, radioactive preparations, synchrotron light sources or K fluorescence radiation sources can be used, which emit defined spectral lines or quanta. As a result of the energy calibration, each threshold of the comparator is assigned an energy threshold.

Aufgrund der problematischen Handhabung und schweren Verfügbarkeit einiger der für die Kalibrierung geeigneten Quellen bietet sich der Einsatz der Fluoreszenzkalibrierung durch K-Fluoreszenzstrahlung bzw. Röntgenfluoreszenzstrahlung an, die derartige Einschränkungen nicht aufweisen. Bei der Energiekalibrierung mittels Röntgenfluoreszenzstrahlung muss ein geeignetes Target für die Erzeugung der Röntgenfluoreszenzstrahlung in den Strahlengang des Röntgensystems eingebracht werden. Gleichzeitig muss durch spezielle Strahlblocker dafür Sorge getragen werden, dass während der Kalibrierung die zur Erzeugung der Röntgenfluoreszenzstrahlung auf das Target gerichtete Röntgenstrahlung nicht auf den zu kalibrierenden Röntgendetektor trifft. Dies ist aufwändig und erfordert häufig komplizierte Aufbauten. Due to the problematic handling and difficult availability of some of the sources suitable for the calibration, the use of the fluorescence calibration by K-fluorescence radiation or X-ray fluorescence radiation, which do not have such restrictions, is suitable. When energy calibration by means of X-ray fluorescence radiation, a suitable target for the generation of X-ray fluorescence radiation must be introduced into the beam path of the X-ray system. At the same time care must be taken by special beam blocker that during the calibration directed to generate the X-ray fluorescence radiation on the target X-ray radiation does not hit the calibrated X-ray detector. This is complex and often requires complicated structures.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie einen Computertomographen bzw. ein C-Bogen-Gerät anzugeben, die eine weniger aufwändige Energiekalibrierung des Röntgendetektors mittels Röntgenfluoreszenzstrahlung ermöglichen. The object of the present invention is to specify a method and a computer tomograph or a C-arm device which enable a less complex energy calibration of the X-ray detector by means of X-ray fluorescence radiation.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und dem Computertomographen oder C-Bogen-Gerät gemäß den Patentansprüchen 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Computertomographen bzw. C-Bogen-Gerätes sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen. The object is achieved with the method and the computer tomograph or C-arm apparatus according to claims 1 and 10. Advantageous embodiments of the method and the computer tomograph or C-arm device are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the embodiment.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird für die Energiekalibrierung mindestens ein Target zur Erzeugung von Röntgenfluoreszenzstrahlung eingesetzt, das an wenigstens einer Seite des Röntgendetektors außerhalb des Bestrahlungsbereichs des Röntgendetektors mit Röntgenstrahlung der Röntgenquelle angeordnet ist oder wird. Das von der Röntgenquelle ausgesendete Röntgenstrahlbündel wird für die Kalibrierung über eine Strahlblende so kollimiert, dass die Röntgenstrahlung auf das Target, nicht aber auf die Detektorelemente des Röntgendetektors trifft und das Target zur Emission von Röntgenfluoreszenzstrahlung in Richtung des Röntgendetektors anregt. Die Energiekalibrierung des Röntgendetektors wird dann mit Hilfe der auftreffenden Röntgenfluoreszenzstrahlung durchgeführt. Unter der Strahlblende ist dabei eine Einrichtung zu verstehen, durch die das von der Röntgenquelle ausgesendete Röntgenstrahlbündel in seiner Ausdehnung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung begrenzt und damit auch kollimiert werden kann. In the proposed method, at least one target for generating X-ray fluorescence radiation is used for the energy calibration, which is or is arranged on at least one side of the X-ray detector outside the irradiation region of the X-ray detector with X-ray radiation of the X-ray source. The X-ray beam emitted by the X-ray source is collimated for calibration via a beam stop so that the X-radiation impinges on the target, but not on the detector elements of the X-ray detector and excites the target to emit X-ray fluorescence radiation in the direction of the X-ray detector. The energy calibration of the X-ray detector is then carried out with the aid of the incident X-ray fluorescence radiation. In this context, the beam stop means a device by means of which the X-ray beam emitted by the X-ray source can be limited in its extent perpendicular to the direction of propagation and thus also collimated.

Das Verfahren lässt sich sowohl zur Energiekalibrierung eines Röntgendetektors eines Computertomographen als auch eines C-Bogen-Gerätes durchführen. Im Folgenden wird der Computertomograph auch als Synonym für ein C-Bogen-Gerät verwendet. Alle folgenden Ausführungen, die sich auf einen Computertomographen beziehen, gelten daher in gleicher Weise für ein C-Bogen-Gerät. The method can be carried out both for energy calibration of an X-ray detector of a computer tomograph and a C-arm device. In the following, the computer tomograph is also used as a synonym for a C-arm device. All following statements, which refer to a computed tomography, therefore apply in the same way for a C-arm device.

Ein gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren ausgebildeter Computertomograph weist dementsprechend mindestens ein Röntgensystem mit einer Röntgenquelle und einem der Röntgenquelle gegenüberliegenden mehrkanaligen quantenzählenden Röntgendetektor sowie eine Einrichtung zur Energiekalibrierung des Röntgen detektors auf. Die Einrichtung zur Energiekalibrierung umfasst mindestens ein Target zur Erzeugung von Röntgenfluoreszenzstrahlung, das an wenigstens einer Seite des Röntgendetektors außerhalb des Bestrahlungsbereiches des Röntgendetektors mit Röntgenstrahlung der Röntgenquelle angeordnet ist, d.h. außerhalb des Strahlenganges, auf dem der Röntgendetektor im bildgebenden Betrieb des Computertomographen oder C-Bogen-Gerätes mit Röntgenstrahlung der Röntgenquelle bestrahlt wird. Vorzugsweise umfasst der Computertomograph auch eine Steuereinrichtung, mit der ein von der Röntgenquelle ausgehendes Röntgenstrahlbündel über eine Strahlblende so kollimiert wird, dass die Röntgenstrahlung auf das Target und nicht auf Detektorelemente des Röntgendetektors trifft und das Target zur Emission von Röntgenfluoreszenzstrahlung in Richtung des Röntgendetektors anregt. Die Steuereinrichtung ist in dieser Ausgestaltung auch dazu ausgebildet, die Energiekalibrierung des Röntgendetektors mit der auftreffenden Röntgenfluoreszenzstrahlung durchzuführen. A trained according to the proposed method computed tomography accordingly has at least one X-ray system with an X-ray source and the X-ray source opposite multi-channel quantum counting X-ray detector and a device for energy calibration of the X-ray detector. The energy calibration device comprises at least one target for generating X-ray fluorescence radiation which is arranged on at least one side of the X-ray detector outside the irradiation range of the X-ray detector with X-ray radiation of the X-ray source, i. outside the beam path on which the X-ray detector is irradiated in the imaging operation of the computed tomography or C-arm device with X-ray radiation of the X-ray source. The computer tomograph preferably also comprises a control device with which an X-ray beam emanating from the X-ray source is collimated via a beam stop such that the X-radiation strikes the target and not detector elements of the X-ray detector and excites the target to emit X-ray fluorescence radiation in the direction of the X-ray detector. In this embodiment, the control device is also designed to carry out the energy calibration of the x-ray detector with the incident x-ray fluorescence radiation.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren und dem entsprechend ausgebildeten Computertomographen ist es nicht mehr erforderlich, zur Schwellenkalibrierung des quantenzählenden Röntgendetektors zusätzliche Targets bzw. Phantome in das Scanfeld bzw. den Bestrahlungsbereich des Computertomographen einzubringen. Auch zusätzliche Strahlblocker oder ähnliche Aufbauten sind für die Durchführung der Energiekalibrierung nicht mehr erforderlich. Die Energiekalibrierung kann vielmehr durch eine minimale Modifikation der Schlitz- oder Backenblendensteuerung der Strahlblende eines konventionellen Computertomographen und durch das laterale Anbringen der Fluoreszenzmaterialien in Form geeigneter Targets am Detektor erreicht werden. Das Target kann dabei während des normalen Betriebes des Computertomographen in der entsprechenden Position verbleiben, da während des bildgebenden Betriebes die Röntgenstrahlung auf den Röntgendetektor und nicht auf das Target kollimiert wird. Die Energiekalibrierung des Röntgendetektors kann dabei in einfacher Weise lediglich durch veränderte Kollimation des ausgesendeten Röntgenstrahlbündels auf das Target erfolgen. With the proposed method and the correspondingly designed computer tomographs, it is no longer necessary to introduce additional targets or phantoms into the scan field or the irradiation area of the computer tomograph for threshold calibration of the quantum-counting X-ray detector. Additional beam blockers or similar structures are no longer required to perform the energy calibration. Rather, the energy calibration can be achieved by a minimal modification of the slit or jaw control of the beam aperture of a conventional computed tomography scanner and by the lateral attachment of the fluorescence materials in the form of suitable targets at the detector. The target can remain in the corresponding position during normal operation of the computed tomography scanner, since during X-ray imaging the X-ray radiation is collimated onto the X-ray detector and not onto the target. The energy calibration of the X-ray detector can be carried out in a simple manner only by changing the collimation of the emitted X-ray beam on the target.

Trifft die Röntgenstrahlung durch die veränderte Kollimation auf das Target, so wird durch Wechselwirkung der einfallenden Röntgenstrahlung mit den im Target befindlichen Fluoreszenzmaterialien Röntgenfluoreszenz ausgelöst. Diese Röntgenfluoreszenz wird in alle Raumrichtungen emittiert, trifft also auch auf die Detektorelemente des Röntgendetektors, neben dem das Target angeordnet ist. Die einzelnen Detektorelemente werden bei einem derartigen Röntgendetektor getrennt ausgelesen, entsprechen also den einzelnen Kanälen des Röntgendetektors. Die Energiekalibrierung erfolgt dann in bekannter Weise, indem die Schwellenwerte der in der Elektronik des Röntgendetektors vorhandenen Komparatoren auf Basis der bekannten Emissionslinien der Röntgenfluoreszenzstrahlung der eingesetzten Fluoreszenzmaterialien und der für jeden Kanal gemessenen Signale eingestellt werden. Das Target kann dabei in bekannter Weise mehrere unterschiedliche Fluoreszenzmaterialien aufweisen, die miteinander vermischt oder auch getrennt in verschiedenen Bereichen des Targets angeordnet sein können. If the X-ray radiation hits the target as a result of the altered collimation, X-ray fluorescence is triggered by interaction of the incident X-ray radiation with the fluorescent materials located in the target. This X-ray fluorescence is emitted in all spatial directions, that is to say also applies to the detector elements of the X-ray detector, next to which the target is arranged. The individual detector elements are read out separately in such an X-ray detector, ie correspond to the individual channels of the X-ray detector. The energy calibration then takes place in a known manner by adjusting the threshold values of the comparators present in the electronics of the X-ray detector on the basis of the known emission lines of the X-ray fluorescence radiation of the fluorescence materials used and the signals measured for each channel. In this case, the target can have a plurality of different fluorescence materials in a known manner, which can be mixed with one another or else arranged separately in different regions of the target.

Mehrkanalige Röntgendetektoren für Computertomographen weisen in der Regel mehrere Zeilen von Detektorelementen auf, die sich in Drehrichtung der Gantry des Computertomographen erstrecken. Das Target ist dabei vorzugsweise so neben dem Röntgendetektor angeordnet, dass es sich entlang einer der äußersten Zeilen des Detektors über die gesamten Detektorelemente dieser Zeile erstreckt. Auch ein zweites Target auf der gegenüberliegenden Seite des Röntgendetektors kann hierbei eingesetzt werden, wobei dann die von der Röntgenquelle ausgehende Röntgenstrahlung entsprechend mit zwei Teilbündeln auf die beiden Targets kollimiert wird. Die Targets befinden sich jeweils außerhalb des Bestrahlungsbereiches des Röntgendetektors mit Röntgenstrahlung der Röntgenquelle. In der Regel emittiert die Röntgenquelle ein fächerförmiges Röntgenstrahlbündel, mit dem sämtliche Detektorelemente des Röntgendetektors, in einigen Betriebsweisen unter Umständen auch ein kleinerer Bereich des Röntgendetektors, mit der Röntgenstrahlung beleuchtet werden. Das oder die Targets sind dabei jeweils außerhalb dieses Bestrahlungsbereiches seitlich am Röntgendetektor angeordnet. Sie können dabei fest am Computertomographen, insbesondere am Röntgendetektor oder an der Gantry, montiert sein oder jeweils in eine geeignete dort angeordnete Halterung eingesetzt werden. Multichannel X-ray detectors for computer tomographs usually have a plurality of rows of detector elements which extend in the direction of rotation of the gantry of the computer tomograph. The target is preferably arranged next to the X-ray detector such that it extends along one of the outermost rows of the detector over the entire detector elements of this row. A second target on the opposite side of the X-ray detector can also be used, in which case the X-ray radiation emanating from the X-ray source is correspondingly collimated with two sub-beams onto the two targets. The targets are each outside the irradiation range of the X-ray detector with X-ray radiation of the X-ray source. As a rule, the X-ray source emits a fan-shaped X-ray beam, with which all detector elements of the X-ray detector, in some operating modes, under certain circumstances, a smaller area of the X-ray detector, are illuminated with X-radiation. The target (s) are in each case arranged outside of this irradiation area laterally on the x-ray detector. They can be firmly mounted on the computer tomograph, in particular on the x-ray detector or on the gantry, or in each case be inserted into a suitable holder arranged there.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens und eines zur Durchführung des Verfahrens ausgebildeten Computertomographen wird zusätzlich eine Schwellenwerthomogenisierung über die einzelnen Kanäle des Röntgendetektors durchgeführt. Eine derartige Schwellenwerthomogenisierung kann von Vorteil sein, wenn die Energiekalibrierung mit Hilfe der vom Target ausgehenden Röntgenfluoreszenzstrahlung aufgrund der Größe des Röntgendetektors nur für einen dem Target am nächsten liegenden Teil des Röntgendetektors effizient durchgeführt werden konnte. So kann beispielsweise auch ein Target eingesetzt werden, das mehrere unterschiedliche Fluoreszenzmaterialien nebeneinander entlang des Röntgendetektors aufweist. Auch können mehrere Targets, die unterschiedliche Fluoreszenzmaterialien aufweisen, an unterschiedlichen Positionen am Röntgendetektor angeordnet werden. Dadurch werden gleichzeitig unterschiedliche Bereiche des Röntgendetektors mit unterschiedlichen Fluoreszenzwellenlängen kalibriert. Die Energiekalibrierung jeder dieser unterschiedlichen Detektorbereiche kann dann durch die Schwellenwerthomogenisierung jeweils auf einen anderen Detektorbereich oder auf den gesamten Detektor übertragen werden. In an advantageous development of the method and of a computer tomograph designed to carry out the method, threshold homogenization is additionally carried out via the individual channels of the x-ray detector carried out. Such a threshold homogenization can be advantageous if the energy calibration using the X-ray fluorescence radiation emanating from the target could be carried out efficiently only for a part of the X-ray detector closest to the target due to the size of the X-ray detector. For example, it is also possible to use a target which has a plurality of different fluorescent materials next to one another along the X-ray detector. Also, a plurality of targets having different fluorescent materials can be arranged at different positions on the X-ray detector. As a result, different regions of the X-ray detector are simultaneously calibrated with different fluorescence wavelengths. The energy calibration of each of these different detector regions can then be transmitted to another detector region or to the entire detector by the threshold homogenization.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer derartigen zusätzlichen Schwellenwerthomogenisierung werden mit dem Detektor bei unterschiedlichen spektralen Zusammensetzungen der Röntgenstrahlung der eingesetzten Röntgenquelle jeweils Leermessungen mit unterschiedlich eingestellten Schwellenwerten der Komparatoren durchgeführt. Unter Leermessungen ist hierbei die Durchführung bzw. Aufzeichnung von sog. „Airscans“ oder „Flat field images“ zu verstehen. Bei derartigen Leermessungen befindet sich kein zu vermessendes Objekt im Strahlengang. Bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung wird nun für jeden Kanal, dessen Komparator auf die gleiche Energieschwelle eingestellt werden soll, aus den Leermessungen ein angepasster Schwellenwert für diese Energieschwelle ermittelt, bei dem eine Variation der normierten Zählrate des Kanals über die unterschiedlichen spektralen Zusammensetzungen der Strahlung, bei denen gemessen wurde, verringert oder minimiert ist. Die ermittelten angepassten Schwellenwerte werden dann für die Komparatoren der einzelnen Kanäle zur Einstellung für diese Energieschwelle genutzt. In an advantageous embodiment of such additional threshold homogenization, empty measurements with differently set threshold values of the comparators are respectively carried out with the detector at different spectral compositions of the X-radiation of the X-ray source used. Empty measurements here mean the execution or recording of so-called "airscans" or "flat field images". In such empty measurements there is no object to be measured in the beam path. In the proposed embodiment, for each channel whose comparator is to be set to the same energy threshold, an adjusted threshold value for this energy threshold is determined from the empty measurements, wherein a variation of the normalized count rate of the channel over the different spectral compositions of the radiation was measured, reduced or minimized. The determined adjusted thresholds are then used for the comparators of the individual channels to adjust for this energy threshold.

Dabei wird der Effekt der Abhängigkeit des Leerbildes vom Spektrum der einfallenden Strahlung als Optimierungskriterium genutzt, um durch Variation der Schwellenwerte, im Folgenden aufgrund der Art ihrer Einstellung auch als elektrische Schwellenhöhen bezeichnet, und Verringerung oder Minimierung der spektralen Abhängigkeit des Leerbildes die sog. Schwellendispersion zu verringern. Dies erfolgt ausgehend von der Kalibration der elektrischen Schwellenhöhen mittels Röntgenfluoreszenzstrahlung durch einen nachgeschalteten Homogenisierungs-Schritt, bei dem die einzelnen Schwellenwerte bzw. Schwellenhöhen für eine vorgegebene Energieschwelle entsprechend angepasst werden. Angestrebt wird dabei eine möglichst identische Höhe der Energieschwelle für die einfallenden Strahlungsquanten für alle betrachteten Kanäle des Detektors. Dieses Verfahren kann auch verwendet werden um eine Kalibrierung, die nur für einen Teilbereich des Detektors vorliegt, auf einen anderen Teilbereich oder den gesamten Rest des – Detektors zu übertragen. The effect of the dependency of the blank image on the spectrum of the incident radiation is used as an optimization criterion to increase the so-called threshold dispersion by varying the threshold values, hereinafter also referred to as electrical threshold heights due to the nature of their adjustment, and reducing or minimizing the spectral dependence of the blank image reduce. This is done starting from the calibration of the electrical threshold heights by means of X-ray fluorescence radiation through a subsequent homogenization step in which the individual threshold values or threshold heights are adapted accordingly for a given energy threshold. The aim is to achieve as identical a height as possible of the energy threshold for the incident radiation quanta for all considered channels of the detector. This method can also be used to transfer a calibration, which is present only for one subarea of the detector, to another subarea or the entire remainder of the detector.

Das vorgeschlagene Verfahren sowie der für die Durchführung des Verfahrens ausgebildete Computertomograph werden nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen: The proposed method and the computer tomograph designed for carrying out the method will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment in conjunction with the drawings. Hereby show:

1 eine schematische Darstellung eines Computertomographen, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist, 1 a schematic representation of a computed tomograph, which is designed according to the present invention,

2 eine schematische Darstellung einer Anordnung des Targets und der zur Energiekalibrierung erforderlichen Kollimation des Röntgenstrahlbündels gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren in einem Computertomographen, sowie 2 a schematic representation of an arrangement of the target and required for energy calibration collimation of the x-ray beam according to the proposed method in a computed tomography, and

3 ein Beispiel für eine Anordnung der Fluoreszenzmaterialien in einem Target entlang des Röntgendetektors. 3 an example of an arrangement of the fluorescent materials in a target along the X-ray detector.

Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend für die Einstellung der Schwellenwerte eines Röntgendetektors in einem Computertomographen anhand eines Ausführungsbeispiels nochmals näher erläutert. In 1 ist hierzu stark schematisiert ein Computertomograph dargestellt, mit dem das Verfahren durchführbar ist. Der Computertomograph weist in bekannter Weise einen Drehrahmen 1 auf, an dem sich gegenüberliegend eine Röntgenröhre 2 sowie der in den Schwellenwerten einzustellende Röntgendetektor 3 angeordnet sind. Für die Durchführung der Energiekalibrierung wird der Drehrahmen 1 nicht bewegt und der Patientenlagerungstisch 5 aus dem Aufnahmebereich des Röntgensystems gefahren. Die Figur zeigt auch das von der Röntgenröhre 2 im bildgebenden Betrieb emittierte Röntgenstrahlbündel 6, das in der Regel mit einer über alle Detektorelemente gleichen Röntgenenergieverteilung auf den Röntgendetektor 3 auftrifft. Die Messwerte des der einzelnen Kanäle des Röntgendetektors werden über eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 4 ausgelesen und ausgewertet. Diese Steuer- und Auswerteeinrichtung dient auch der Ansteuerung des Computertomographen zur Durchführung von bildgebenden Messungen sowie zur Energiekalibrierung gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren. Für die Energiekalibrierung ist neben Röntgendetektor 3, d. h. außerhalb des bei Bildaufnahmen eingesetzten Röntgenstrahlbündels 6, ein Target 7 angeordnet, das ein oder mehrere für die Durchführung der Energiekalibrierung geeignete Fluoreszenzmaterialien enthält. The proposed method will be explained in more detail below for setting the threshold values of an X-ray detector in a computer tomograph using an exemplary embodiment. In 1 For this purpose, a computer tomograph is shown in a highly schematized manner, with which the method can be carried out. The computer tomograph has a rotating frame in a known manner 1 on, on the opposite of an x-ray tube 2 and the X-ray detector to be set in the thresholds 3 are arranged. To perform the energy calibration, the rotating frame 1 not moved and the patient table 5 moved out of the receiving area of the X-ray system. The figure also shows that of the X-ray tube 2 X-ray beam emitted in the imaging mode 6 , which as a rule has an X-ray energy distribution which is the same across all detector elements and which is incident on the X-ray detector 3 incident. The measured values of the individual channels of the X-ray detector are transmitted via a control and evaluation device 4 read out and evaluated. This control and evaluation device is also used to control the computer tomograph for performing imaging measurements and for energy calibration according to the proposed method. For energy calibration is in addition to X-ray detector 3 , ie outside of the X-ray beam used in imaging 6 , a target 7 arranged containing one or more fluorescent materials suitable for performing the energy calibration.

2 zeigt hierzu eine detailliertere Darstellung der Verhältnisse zwischen Röntgenröhre 2, Röntgendetektor 3 und Target 7. Für die Durchführung der Energiekalibrierung wird eine vor der Röntgenröhre 2 angeordnete Strahlblende 9 so eingestellt, dass das für die Bildgebung genutzte Strahlenbündel 6 vollständig blockiert wird und die von der Röntgenröhre 2 ausgesendete Röntgenstrahlung lediglich mit einem geeignet kollimierten Röntgenstrahlbündel 8 auf das Target 7 gerichtet wird. Die auf das Target 7 auftreffende Röntgenstrahlung löst dort die gewünschte Röntgenfluoreszenzstrahlung 10 aus, die auf die Detektorelemente des Röntgendetektors 3 trifft. Beim anschließenden Messvorgang zur Energiekalibrierung werden die einzelnen Kanäle des Detektors 3, insbesondere die in der Nachbarschaft des Targets 7 befindlichen Kanäle, ausgelesen, mit bekannten Techniken analysiert und entsprechend kalibriert. 2 shows a more detailed representation of the relationships between the X-ray tube 2 , X-ray detector 3 and Target 7 , To perform the energy calibration, one is in front of the X-ray tube 2 arranged beam aperture 9 adjusted so that the beam used for imaging 6 completely blocked and that from the x-ray tube 2 emitted X-radiation only with a suitably collimated X-ray beam 8th on the target 7 is directed. The on the target 7 incident X-radiation triggers there the desired X-ray fluorescence radiation 10 made on the detector elements of the X-ray detector 3 meets. In the subsequent measuring process for energy calibration, the individual channels of the detector 3 , especially those in the neighborhood of the target 7 located, read, analyzed with known techniques and calibrated accordingly.

In der 2 ist hierbei auch die Anordnung des Targets 7 in z-Richtung vor oder hinter dem Detektor 3 dargestellt, wobei die z-Richtung der Richtung der Systemachse des Computertomographen entspricht. In 1 entspricht diese Richtung der Richtung senkrecht zur Bildebene, in der der Röntgendetektor die geringste räumliche Ausdehnung (Breite) hat. In the 2 Here is also the arrangement of the target 7 in the z-direction in front of or behind the detector 3 shown, wherein the z-direction corresponds to the direction of the system axis of the computer tomograph. In 1 this direction corresponds to the direction perpendicular to the image plane in which the X-ray detector has the smallest spatial extent (width).

Vorzugsweise erstreckt sich das Target 7 über die gesamte aktive Länge des Röntgendetektors, d. h. über den gesamten Detektorelemente aufweisenden Bereich des Detektors. Dabei können entweder untereinander vermischt oder in nebeneinander angeordneten Bereichen gleichzeitig unterschiedliche Fluoreszenzmaterialien 10 zum Einsatz kommen, wie dies in der 3 angedeutet ist. Die Figur zeigt hierbei nebeneinander unterschiedliche Bereiche 10a bis 10d des Targets aus unterschiedlichen Fluoreszenzmaterialien. Das Target 7 erstreckt sich hierbei in phi-Richtung, d. h. in Drehrichtung des Drehrahmens über die gesamte aktive Fläche des Röntgendetektors 3. Grundsätzlich sind hierbei nicht nur vier unterschiedliche Bereiche bzw. Fluoreszenzmaterialien einsetzbar. Es kann vielmehr auch eine kleinere oder größere Anzahl unterschiedlicher Fluoreszenzmaterialien nebeneinander und damit gleichzeitig zur Energiekalibrierung zum Einsatz kommen. Die 3 zeigt hierbei eine Draufsicht auf den Röntgendetektor mit dem seitlich angeordneten Target 7 aus Richtung der Röntgenröhre 2. Mit diesem Aufbau, bei dem ggf. auch eine zusätzliche Schwellenwerthomogenisierungstechnik zum Einsatz kommen kann, kann die Schwellenwertkalibrierung des Röntgendetektors ohne zusätzliche Targets oder Phantome im Scanfeld und ohne zusätzliche Strahlblocker erfolgen. Durch gleichzeitige Nutzung mehrerer Target- bzw. Fluoreszenzmaterialien kann die Kalibrierung mit verschiedenen Energien gleichzeitig erfolgen. Preferably, the target extends 7 over the entire active length of the X-ray detector, ie over the entire detector elements having region of the detector. In this case, either mutually mixed or in adjacent areas simultaneously different fluorescent materials 10 be used, as in the 3 is indicated. The figure shows different areas next to each other 10a to 10d the target of different fluorescent materials. The target 7 extends in the phi direction, ie in the direction of rotation of the rotating frame over the entire active surface of the X-ray detector 3 , In principle, not only four different regions or fluorescent materials can be used here. Rather, a smaller or larger number of different fluorescent materials can be used side by side and thus simultaneously for energy calibration. The 3 shows a plan view of the X-ray detector with the laterally arranged target 7 from the direction of the x-ray tube 2 , With this structure, in which optionally also an additional threshold homogenization technique can be used, the threshold calibration of the X-ray detector can be performed without additional targets or phantoms in the scan field and without additional beam blocker. By simultaneously using multiple target or fluorescent materials, the calibration can be done with different energies simultaneously.

Im Folgenden wird das optional einsetzbare Verfahren der Schwellenwerthomogenisierung nochmals anhand eines Beispiels erläutert, bei dem der Detektor pro Kanal nur einen Komparator besitzt und alle Kanäle auf den gleichen Energieschwellenwert eingestellt werden sollen. Zur Ausführung des Verfahrens muss der Detektor mit mindestens zwei unterschiedlichen spektralen Zusammensetzungen der Röntgenstrahlung, d. h. mit mindestens zwei unterschiedlichen Röntgen-Energiespektren, belichtet werden. Dies kann bspw. durch unterschiedliche Beschleunigungsspannungen der Röntgenröhre oder durch das Einbringen unterschiedlicher Filter-Materialien in den Strahlengang erreicht werden. Idealerweise wird die Veränderung der Spektren durch Filter in einer Art und Weise durchgeführt, bei der die resultierende spektrale Änderung zwischen den Spektren ähnlich einer ist, die sich durch Einbringen zu untersuchender Objekte ergibt, da für genau diese Anwendung in der Röntgenbildgebung die Homogenisierung der Schwellenwerte der Kanäle durchgeführt wird. Das Ziel des Verfahrens besteht darin, die Schwellenwerte bzw. elektrischen Schwellenhöhen der einzelnen Komparatoren der betrachteten Kanäle möglichst genau, insbesondere genauer als durch die vorangehende Energiekalibrierung, auf eine Energieschwelle der einfallenden Röntgenquanten, z. B. 35 keV, einzustellen bzw. zu justieren und dadurch gleichzeitig die Homogenisierung über verschiedene Spektren zu erreichen. Ferner kann auf diese Art und Weise eine Kalibrierung, die nur für einen Teilbereich des Detektors vorliegt, auf den gesamten Detektor übertragen werden. In the following, the optional method of threshold homogenization will be explained again by means of an example in which the detector has only one comparator per channel and all channels are to be set to the same energy threshold value. To perform the method, the detector must have at least two different spectral compositions of X-radiation, i. H. with at least two different X-ray energy spectra. This can be achieved, for example, by different acceleration voltages of the x-ray tube or by introducing different filter materials into the beam path. Ideally, the variation of the spectra by filters is carried out in a manner in which the resulting spectral change between the spectra is similar to that obtained by introducing objects to be examined, since for this very application in X-ray imaging, the homogenization of the threshold values of the Channels is performed. The aim of the method is to determine the threshold values or electrical threshold heights of the individual comparators of the considered channels as accurately as possible, in particular more accurately than by the preceding energy calibration, to an energy threshold of the incident X-ray quanta, z. B. 35 keV, adjust or adjust and thereby simultaneously achieve homogenization over different spectra. Furthermore, in this way a calibration, which is present only for a partial area of the detector, can be transmitted to the entire detector.

Die Schwellenwerte der Detektoren werden zur Durchführung der Homogenisierung jeweils auf einen Wert eingestellt, der sich aus der bekannten Zuordnung für eine bestimmte Energieschwelle ergibt. Anschließend werden erste Leermessungen bei den unterschiedlichen Energiespektren der Röntgenstrahlung durchgeführt und jeweils für jeden Kanal die normierten Zählraten berechnet. In gleicher Weise werden weitere Leermessungen bei den unterschiedlichen Energiespektren durchgeführt, bei denen dann die Schwellenwerte der Komparatoren variiert werden. Die Variation erfolgt solange bis eine aus den wie weiter unten erläuterten normierten Zählraten des jeweils betrachteten Kanals erhaltene Variation über die unterschiedlichen Energiespektren verringert oder minimiert ist. Die auf diese Weise gefundenen Schwellenwerte, werden dann für die Einstellung der Komparatoren dieser Kanäle bei der entsprechenden Energieschwelle verwendet. Die Variation der Schwellenwerte bei den Leermessungen, d. h. von Leermessung zu Leermessung bei dem jeweiligen Spektrum, erfolgt vorzugsweise entsprechend der Vorgabe eines hierzu eingesetzten Minimierungs-Algorithmus. The threshold values of the detectors are each set to carry out the homogenization to a value which results from the known allocation for a specific energy threshold. Subsequently, the first empty measurements are carried out on the different energy spectra of the X-ray radiation and the normalized count rates are calculated for each channel. In the same way, further empty measurements are carried out on the different energy spectra, in which case the threshold values of the comparators are varied. The variation takes place until a variation of the different energy spectra obtained from the normalized count rates of the respectively considered channel as explained below is reduced or minimized. The thresholds found in this way are then used to set the comparators of these channels at the appropriate energy threshold. The variation of the thresholds in the blank measurements, d. H. from empty measurement to empty measurement in the respective spectrum is preferably carried out according to the specification of a minimization algorithm used for this purpose.

Die Normierung der Zählraten für die Durchführung der vorgeschlagenen Homogenisierung erfolgt in einer Alternative auf einen Wert, der aus den Zählraten aller betrachteten Kanäle der jeweiligen Leermessung bei der gleichen Energieschwelle ermittelt wird. Hierbei kann der einfache (arithmetische) Mittelwert der Zählraten der Kanäle verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, einen gewichteten Mittelwert, den Median, oder ein anderes Quantil zur Normierung heranzuziehen. Die Nutzung dieser Normierung ermöglicht es, die Varianz der jeweiligen normierten Zählraten jedes Kanals über die Energiespektren als Abstandsmaß heranzuziehen, das durch die Variation der Schwellenwerte minimiert wird, vorzugsweise über einen geeigneten Minimierungs-Algorithmus. Derartige Algorithmen zur Minimierung eines Abstandsmaßes sind allgemein bekannt. The normalization of the count rates for carrying out the proposed homogenization is carried out in an alternative to a value which is determined from the count rates of all considered channels of the respective empty measurement at the same energy threshold. Here, the simple (arithmetic) mean of the count rates of the channels can be used. However, it is also possible to use a weighted average, the median, or another quantile for normalization. The use of this normalization makes it possible to use the variance of the respective normalized count rates of each channel over the energy spectra as distance measure, which is minimized by the variation of the threshold values, preferably via a suitable minimization algorithm. Such algorithms for minimizing a distance measure are well known.

In einer weiteren Alternative wird die Normierung der Zählrate in anderer Weise durchgeführt. Dies erfordert mindestens drei unterschiedliche Energiespektren, von denen eines als Referenzspektrum genutzt wird. Die Zählrate jedes Kanals, dessen Komparator auf die gleiche Energieschwelle eingestellt ist, wird nun mit der Zählrate des gleichen Kanals normiert, die bei Messung mit dem Referenzspektrum bei gleicher Einstellung des Komparators erhalten wurde. In dieser Alternative kann dann als Abstandsmaß eine Abweichung der normierten Zählrate des jeweiligen Kanals von den normierten Zählraten der anderen Kanäle, deren Schwellenwerte auf diese Energieschwelle eingestellt sind, über die unterschiedlichen spektralen Zusammensetzungen der Strahlung herangezogen werden. Dieses Abstandsmaß wird wiederum durch einen Minimierungsalgorithmus minimiert. In another alternative, the normalization of the count rate is performed in a different way. This requires at least three different energy spectra, one of which is used as a reference spectrum. The count rate of each channel whose comparator is set to the same energy threshold is now normalized to the count rate of the same channel obtained when measuring with the reference spectrum at the same setting of the comparator. In this alternative, a deviation of the normalized count rate of the respective channel from the normalized count rates of the other channels whose threshold values are set to this energy threshold can then be used as the distance measure over the different spectral compositions of the radiation. This distance measure is in turn minimized by a minimization algorithm.

Claims

Method for energy calibration of a multichannel quantum-counting X-ray detector ( 3 ), an X-ray source ( 2 ) in a computer tomograph or C-arm device, at the adjustable thresholds of comparators of the x-ray detector ( 3 ) Energy thresholds are assigned, wherein for the energy calibration - at least one target ( 7 ) is used for generating X-ray fluorescence radiation, which on at least one side of the X-ray detector ( 3 ) is or is arranged outside a beam path, on which the X-ray detector ( 3 ) in the imaging operation with X-ray radiation of the X-ray source ( 2 ), - one from the X-ray source ( 2 ) outgoing X-ray beam via a beam stop ( 9 ) is collimated so that the X-ray radiation on the target ( 7 ) and not on detector elements of the X-ray detector ( 3 ) and the target ( 7 ) for the emission of X-ray fluorescence radiation in the direction of the X-ray detector ( 3 ), and the energy calibration of the X-ray detector ( 3 ) is performed with the incident X-ray fluorescence radiation.

A method according to claim 1, characterized in that in the energy calibration and a threshold value homogenization is performed.

A method according to claim 2, characterized in that the threshold homogenization is performed by a calibration, which is only for a partial region of the X-ray detector ( 3 ) is present on another subarea or the entire remainder of the x-ray detector ( 3 ) transferred to.

A method according to claim 2 or 3, characterized in that for the threshold homogenization - with the X-ray detector ( 3 ) in the case of different spectral compositions of the X-radiation of the X-ray source, empty measurements are carried out in each case with differently set threshold values of the comparators, for each channel whose comparator ( 9 ) is set to the same energy threshold, from which empty measurements an adjusted threshold value for this energy threshold is determined, at which a variation of a normalized count rate of the channel over the different spectral compositions of the radiation is reduced or minimized, and the adjusted threshold value for adjusting the Comparators of the individual channels is used for this energy threshold.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a target ( 7 ) having a plurality of materials that emit X-ray fluorescence at different characteristic frequencies.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a target ( 7 ), which covers several areas ( 10a - 10d ) with different materials that emit X-ray fluorescence radiation at different characteristic frequencies.

Method according to claim 6, characterized in that the target ( 7 ) on a longitudinal side of the x-ray detector ( 3 ) is or will be and the areas ( 10a - 10d ) are formed side by side along this longitudinal side.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the target ( 7 ) on a longitudinal side of the x-ray detector ( 3 ) is or is arranged.

Method according to claim 7 or 8, characterized in that the target ( 7 ) over the entire longitudinal side of the x-ray detector ( 3 ).

Computer tomograph or C-arm device with at least one X-ray system from an X-ray source ( 2 ) and one of the X-ray sources ( 2 ) lying opposite multi-channel quantum-counting X-ray detector ( 3 ) and a device for energy calibration of the X-ray detector ( 3 ) containing at least one target ( 7 ) for generating X-ray fluorescence radiation, which on at least one side of the X-ray detector ( 3 ) is arranged outside a beam path on which the X-ray detector ( 3 ) in the imaging operation with X-ray radiation of the X-ray source ( 2 ) is irradiated.

Computer tomograph or C-arm apparatus according to claim 10, wherein a control device ( 4 ) is provided, with the one from the X-ray source ( 2 ) outgoing X-ray beam via a beam stop ( 9 ) is collimated so that the X-ray radiation on the target ( 7 ) and not on detector elements of the X-ray detector ( 3 ) and the target ( 3 ) for the emission of X-ray fluorescence radiation in the direction of the X-ray detector ( 3 ), and the one energy calibration of the X-ray detector ( 3 ) with the incident X-ray fluorescence radiation.