Bei vielen Anwendungen ist es notwendig, die Dosis, bzw. Dosisleistung einer elektromagnetischen Strahlung zu messen, um sicherzustellen, dass eine vorgewählte optimale Dosis appliziert wird. In many applications, it is necessary to measure the dose or dose rate of electromagnetic radiation to ensure that a preselected optimal dose is applied.
In herkömmlichen Röntgengeräten, wird eine Belichtungsautomatik AEC (Automatic Exposure Control) verwendet, die eine an eine Röntgenröhre angelegte Hochspannung während der Bildaufnahme derart steuert, dass ein vor der Bildaufnahme festgelegtes Bildqualitätsniveau bei minimaler Strahlungsdosis erreicht wird. In conventional X-ray machines, an automatic exposure control (AEC) is used, which controls a high voltage applied to an X-ray tube during image acquisition in such a way that an image quality level determined before the image acquisition is achieved with a minimum radiation dose.
Bei Diagnosegeräten ist gefordert, dass eine vordefinierte Bildqualität der Bildaufnahme mit einer möglichst niedrigen Strahlungsdosis erzielt wird. Die Belichtungsautomatik bzw. Dosismesskammer AEC kann beispielsweise in einer Platte unterhalb eines Patiententisches vorgesehen sein, auf dem ein Patient liegt, welcher mit einer elektromagnetischen Strahlung, insbesondere einer hochenergetischen elektromagnetischen Strahlung, wie beispielsweise Röntgenstrahlen, bestrahlt wird. Die Belichtungsautomatik bzw. die Dosismesskammer AEC wird eingesetzt, um im Rahmen einer automatischen Dosisregelung die auftreffende Dosisleistung zu messen, wobei beim Erreichen einer vorgegebenen Solldosis eine Strahlungsquelle automatisch abgeschaltet werden kann. Diagnostic devices require that a predefined image quality of the image acquisition is achieved with the lowest possible radiation dose. The automatic exposure or dose measuring chamber AEC can be provided for example in a plate below a patient table, on which a patient lies, which is irradiated with electromagnetic radiation, in particular high-energy electromagnetic radiation, such as X-rays. The automatic exposure system or the dose measuring chamber AEC is used to measure the impinging dose rate as part of an automatic dose control, wherein a radiation source can be automatically switched off when a predetermined target dose is reached.
Herkömmliche AEC-Dosismesskammern weisen drei oder mehr Dosismessfelder auf, welche individuell verkabelt sind. In einer Ausleseelektronik können dabei gewünschte Messfelder ausgewählt werden. Anschließend wird die Summe der von den ausgewählten Dosismessfeldern abgegebenen Photoströme aufsummiert und die Strahlungsquelle beim Erreichen eines vorgegebenen Schwellenwertes abgeschaltet. In konventionellen AEC-Dosismesskammern sind die Dosismessfelder nicht an die Geometrie des bestrahlten Patienten angepasst, so dass auch eine Abschaltung der Bestrahlung zur Optimierung der Dosis für den Patienten nicht individuell erfolgen kann. Daher wurde beispielsweise in der US 2011024972 eine Dosismesskammer vorgeschlagen, welche pixeliert ist und dadurch flexibel an die Geometrie eines Patienten angepasst werden kann. Dies geschieht hierbei durch Zusammenschalten mehrerer Pixel zu einer relevanten, so genannten dominanten Region bzw. Dominanten. Conventional AEC dose measuring chambers have three or more dose measurement fields which are individually wired. In a readout electronics desired measuring fields can be selected. Subsequently, the sum of the photocurrents emitted by the selected dose measurement fields is added up and the radiation source is switched off when a predetermined threshold value is reached. In conventional AEC dose measuring chambers, the dose measurement fields are not adapted to the geometry of the irradiated patient, so that switching off the irradiation to optimize the dose for the patient can not be done individually. Therefore, for example, in the US 2011024972 proposed a Dosismesskammer, which is pixelated and thus can be flexibly adapted to the geometry of a patient. This is done by interconnecting several pixels to a relevant, so-called dominant region or dominant.
Bei herkömmlichen pixelierten digitalen Halbleiterdetektoren zur Bildaufnahme kommt eine Matrixauslesung der Pixel zum Einsatz. Hierbei wird vor der Bildaufnahme eine Photodiode eines Pixels in Sperrrichtung aufgeladen. Bei der Bestrahlung bzw. Aufnahme wird die Kapazität der Photodiode entladen. Nach erfolgter Aufnahme wird durch sequenzielles Öffnen eines Auswahltransistors jedes Pixel des matrixförmigen Dosismessfeldes individuell geladen und der dabei auftretende Aufladestrom gemessen. Der gemessene Aufladestrom ist proportional zur Intensität der auf die Photodiode des Pixels aufgetroffenen Strahlung. Die Spalten des Dosismessfeldes werden nach der Beleuchtung bzw. Bestrahlung sequenziell ausgelesen, so dass keine echtzeitfähige Auslesung stattfindet. In conventional pixelated digital semiconductor detectors for image acquisition, a matrix readout of the pixels is used. In this case, a photodiode of a pixel is charged in the reverse direction prior to imaging. During irradiation or recording, the capacity of the photodiode is discharged. After the recording has taken place, each pixel of the matrix-type dose measuring field is individually charged by sequential opening of a selection transistor and the occurring charging current is measured. The measured charging current is proportional to the intensity of the radiation impinging on the photodiode of the pixel. The columns of the dose measurement field are read out sequentially after the illumination or irradiation, so that no real-time readout takes place.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dosismessvorrichtung zum Messen einer Strahlungsdosis zu schaffen, bei der die Messung der Strahlungsdosis in Echtzeit erfolgt. It is therefore an object of the present invention to provide a dose measuring device for measuring a radiation dose, in which the measurement of the radiation dose takes place in real time.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Dosismessvorrichtung mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. This object is achieved by a dose measuring device with the features specified in claim 1.
Die Erfindung schafft demnach eine Dosismessvorrichtung zur Messung einer Strahlungsdosis einer zur Bestrahlung eines Patienten verwendeten elektromagnetischen Strahlung mit einem Dosismessfeld, das Pixel aufweist, die zu wenigstens einer relevanten, an den bestrahlten Patienten angepassten Messfläche zusammenschaltbar sind, die durch eine Ausleseschaltung in Echtzeit auslesbar ist. The invention accordingly provides a dose measuring device for measuring a radiation dose of an electromagnetic radiation used for the irradiation of a patient having a dose measuring field which can be interconnected to at least one relevant measuring surface adapted to the irradiated patient, which can be read out in real time by a read-out circuit.
Die erfindungsgemäße Dosismessvorrichtung bietet den Vorteil, dass die Messfelder, welche zur Dosisregelung verwendet werden auf den jeweiligen Patienten eingestellt werden können und dass die Strahlungsdosis in Echtzeit gemessen werden kann Auf diese Weise kann patientenindividuell sichergestellt werden, dass die jeweils optimale vorgewählte Dosis appliziert wird. The dose measuring device according to the invention has the advantage that the measuring fields which are used for dose control can be adjusted to the respective patient and that the radiation dose can be measured in real time. In this way it can be ensured individually for each patient that the respectively optimal preselected dose is administered.
In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung weist jedes Pixel des Dosismessfeldes mindestens eine in Sperrrichtung betriebene strahlungsempfindliche Photodiode zur Erfassung der elektromagnetischen Strahlung auf. In one possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, each pixel of the dose measuring field has at least one radiation-sensitive photodiode operated in the reverse direction for detecting the electromagnetic radiation.
In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung weist die Ausleseschaltung für jedes Pixel des Dosismessfeldes zur Selektion des jeweiligen Pixels für eine relevante Messfläche Auswahltransistoren auf. In one possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, the read-out circuit has selection transistors for each pixel of the dose measuring field for selecting the respective pixel for a relevant measuring surface.
In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung sind die Auswahltransistoren eines Pixels über Auswahlleitungen zum Auslesen eines von der strahlungsempfindlichen Photodiode des selektierten Pixels gelieferten Photostromes ansteuerbar. In one possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, the selection transistors of a pixel can be driven via selection lines for reading out a photocurrent supplied by the radiation-sensitive photodiode of the selected pixel.
Dabei entspricht der ausgelesene Photostrom der Dosisleistung der auf die Photodiode des jeweiligen Pixels auftreffenden elektromagnetischen Strahlung. The read photocurrent corresponds to the dose rate of the photodiode of the respective pixels impinging electromagnetic radiation.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung sind die Pixel des Dosismessfeldes ausgangsseitig an einen Transimpedanzverstärker der Ausleseschaltung angeschlossen, welcher den von den selektierten Pixeln der mindestens einen relevanten Messfläche abgegebenen Gesamt-Photostrom in eine dazu proportionale Photospannung umwandelt. In a further possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, the pixels of the dose measuring field are connected on the output side to a transimpedance amplifier of the read-out circuit, which converts the total photocurrent output by the selected pixels of the at least one relevant measuring surface into a proportional photovoltage.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung weist die Ausleseschaltung ein Tiefpassfilter auf, das die von dem Transimpedanzverstärker erzeugte Photospannung, die von den selektierten Pixeln der mindestens einen relevanten Messfläche erzeugt wird, tiefpassfiltert. In a further possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, the read-out circuit has a low-pass filter which low-pass filters the photovoltage generated by the transimpedance amplifier, which is generated by the selected pixels of the at least one relevant measuring surface.
Bei weiteren möglichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung weist die Ausleseschaltung einen Analog/Digital-Wandler auf, der die von dem Tiefpassfilter abgegebene gefilterte Photospannung der relevanten Messfläche in einen digitalen Spannungswert umwandelt, welcher der von den selektierten Pixeln der relevanten Messfläche gelieferten Dosisleistung entspricht. In further possible embodiments of the inventive dose measuring device, the read-out circuit has an analog / digital converter which converts the filtered photovoltage of the relevant measuring surface emitted by the low-pass filter into a digital voltage value which corresponds to the dose rate delivered by the selected pixels of the relevant measuring surface.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung wird der von dem Analog/Digital-Wandler der Ausleseschaltung abgegebene digitale Spannungswert einer Schaltung zur Dunkelstromkompensation zugeführt. In a further possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, the digital voltage value output by the analog / digital converter of the readout circuit is supplied to a circuit for dark current compensation.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung wird der kompensierte Spannungswert, welcher der von den selektierten Pixeln der mindestens einen relevanten Messfläche gelieferten Dosisleistung entspricht, durch einen Spannungsintegrator zu einer Spannung aufintegriert, welcher der durch die selektierten Pixel der relevanten Messfläche erfassten Strahlungsdosis der auf die Messfläche auftreffenden elektromagnetischen Strahlung entspricht. In a further possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, the compensated voltage value, which corresponds to the dose power delivered by the selected pixels of the at least one relevant measuring surface, is integrated by a voltage integrator into a voltage corresponding to the radiation dose detected by the selected pixels of the relevant measuring surface Measuring surface incident electromagnetic radiation corresponds.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung werden die von den selektierten Pixeln der relevanten Messflächen erfassten und aufsummierten Strahlungsdosen durch einen Komparator mit einem Strahlungsdosis-Schwellenwert verglichen, wobei der Komparator bei Überschreiten des Strahlungsdosis-Schwellenwertes einen Generator einer Strahlungsquelle zum Schutz des bestrahlten Patienten vor einer durch die elektromagnetische Strahlung hervorgerufenen Überdosis automatisch regelt. In a further possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, the radiation doses detected and summed up by the selected pixels of the relevant measuring surfaces are compared by a comparator with a radiation dose threshold, the comparator, when the radiation dose threshold value is exceeded, providing a generator of a radiation source for protecting the irradiated patient automatically regulates an overdose caused by the electromagnetic radiation.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung sind die Pixel des Dosisfeldes matrixförmig angeordnet, wobei jedes Pixel zwei Auswahltransistoren zur Selektion des jeweiligen Pixels aufweist, die an eine Reihenauswahlleitung und an eine Spaltenauswahlleitung angeschlossen sind. In a further possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, the pixels of the dose field are arranged in a matrix, each pixel having two selection transistors for selecting the respective pixel, which are connected to a row selection line and to a column selection line.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung weist jedes Pixel des Dosismessfeldes jeweils einen Reset-Transistor zur Initialisierung des jeweiligen Pixels für die nächste Aufnahme auf. In a further possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, each pixel of the dose measuring field in each case has a reset transistor for initializing the respective pixel for the next recording.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung weist jedes Pixel des Dosismessfeldes einen Verstärkertransistor zur lokalen Signalverstärkung des von der Photodiode des Pixels gelieferten Photostromes auf. In a further possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, each pixel of the dose measuring field has an amplifier transistor for local signal amplification of the photocurrent supplied by the photodiode of the pixel.
Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung weist jedes Pixel des Dosismessfeldes einen Reihenauswahlkondensator, einen Spaltenauswahlkondensator und einen Pixeltransistor zum Auslesen des von der Photodiode des jeweiligen Pixels gelieferten Photostromes auf, wobei der Pixeltransistor durchgeschaltet ist, sofern die beiden Auswahltransistoren des jeweiligen Pixels durchgeschaltet sind. In a further possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, each pixel of the dose measuring field has a row selection capacitor, a column selection capacitor and a pixel transistor for reading the photocurrent supplied by the photodiode of the respective pixel, wherein the pixel transistor is turned on, provided that the two selection transistors of the respective pixel are switched through.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung handelt es sich bei der Strahlungsquelle um eine Röntgenstrahlungsquelle. In one possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, the radiation source is an X-ray source.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung sind die an den bestrahlten Patienten angepassten relevanten Messflächen des Dosismessfeldes programmierbar. In one possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, the relevant measuring surfaces of the dose measuring field adapted to the irradiated patients can be programmed.
Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung werden die programmierbaren relevanten Messflächen des Dosisfeldes automatisch auf Basis von Patientendaten des bestrahlten Patienten und/oder auf Basis von Krankheitsdaten einer zu untersuchenden Krankheit des bestrahlten Patienten generiert. In one possible embodiment of the dose measuring device according to the invention, the programmable relevant measuring surfaces of the dose field are automatically generated on the basis of patient data of the irradiated patient and / or on the basis of disease data of a disease to be examined of the irradiated patient.
Die Erfindung schafft ferner ein Diagnosegerät mit einer Dosismessvorrichtung zur Messung einer Strahlungsdosis einer zur Bestrahlung eines Patienten verwendeten elektromagnetischen Strahlung, mit einem Dosismessfeld, das Pixel aufweist, die zur wenigstens einer relevanten, an den bestrahlten Patienten angepassten Messfläche zusammenschaltbar sind, wobei die Messfläche durch eine Ausleseschaltung der Dosismessvorrichtung in Echtzeit auslesbar ist. The invention further provides a diagnostic device with a dose measuring device for measuring a radiation dose of electromagnetic radiation used for the irradiation of a patient, comprising a dose measuring field which has pixels that can be connected to at least one relevant measuring surface adapted to the irradiated patient Readout circuit of the dose measuring device in real time is readable.
Die Erfindung schafft ferner ein Strahlungstherapiegerät mit einer Dosismessvorrichtung zur Messung einer Strahlungsdosis einer zur Strahlung eines Patienten verwendeten elektromagnetischen Bestrahlung mit einem Dosismessfeld, das Pixel aufweist, die zu wenigstens einer relevanten, an den bestrahlten Patienten angepassten Messfläche zusammenschaltbar sind, wobei die Messfläche durch eine Ausleseschaltung der Dosismessvorrichtung in Echtzeit auslesbar ist. The invention further provides a radiation therapy device with a dose measuring device for measuring a radiation dose of electromagnetic radiation used for the radiation of a patient with a dose measuring field which has pixels that can be connected to at least one relevant measuring surface adapted to the irradiated patient, wherein the measuring surface is represented by a read-out circuit the dose measuring device in real time is readable.
Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. In the following, possible embodiments of the dose measuring device according to the invention will be explained in more detail with reference to the attached figures.
Es zeigen: Show it:
1 ein Schaltkreisdiagramm zur Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung mit einer darin integrierten Ausleseschaltung; 1 a circuit diagram illustrating a first embodiment of the dose measuring device according to the invention with a read-out circuit integrated therein;
2 die matrixförmige Verschaltung von Pixeln bei der in 1 dargestellten Ausführungsvariante; 2 the matrix-shaped interconnection of pixels at the in 1 illustrated embodiment variant;
3 ein Diagramm zur Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung mit einer darin integrierten Ausleseschaltung; 3 a diagram illustrating a further embodiment of the dose measuring device according to the invention with a read-out circuit integrated therein;
4 die matrixförmige Verschaltung von Pixeln bei der in 3 dargestellten Ausführungsvariante; 4 the matrix-shaped interconnection of pixels at the in 3 illustrated embodiment variant;
5 ein Schaltdiagramm zur Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung mit einer darin integrierten Ausleseschaltung; 5 a circuit diagram for illustrating a further embodiment of the dose measuring device according to the invention with a read-out circuit integrated therein;
6 die matrixförmige Anordnung von Pixeln bei der in 5 dargestellten Ausführungsvariante; 6 the matrix-like arrangement of pixels at the in 5 illustrated embodiment variant;
7, 8, 9 beispielhafte Pixelgeometrien von Messflächen, die bei den ersten beiden in den 1, 3 dargestellten Ausführungsvarianten der erfindungemäßen Dosismessvorrichtung realisierbar sind; 7 . 8th . 9 exemplary pixel geometries of measuring surfaces, which in the first two in the 1 . 3 illustrated embodiments of erfindungemäßen dose measuring device can be realized;
10, 11, 12 beispielhafte Pixelgeometrien von relevanten Messflächen, die bei der in 5 dargestellten Ausführungsvariante der Dosismessvorrichtung realisierbar sind; 10 . 11 . 12 exemplary pixel geometries of relevant measuring surfaces, which are used in the 5 illustrated variant of the Dosismessvorrichtung can be realized;
13, 14 Implementierungsbeispiele für Pixel innerhalb eines Dosismessfeldes der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung; 13 . 14 Implementation examples for pixels within a dose measuring field of the dose measuring device according to the invention;
15, 16 weitere Implementierungsbeispiele für Pixel innerhalb eines Dosismessfeldes der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung. 15 . 16 Further implementation examples of pixels within a Dosismessfeldes the dose measuring device according to the invention.
1 zeigt ein Schaltkreisdiagramm zur Darstellung einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung 1. Die Dosismessvorrichtung 1 dient zum Messen einer Strahlungsdosis der für die Bestrahlung eines Patienten verwendeten elektromagnetischen Strahlung mit einem Dosismessfeld 2. Dieses Dosismessfeld 2 kann eine Vielzahl von Pixeln 3 aufweisen, die bei einer möglichen Ausführungsvariante matrixförmig angeordnet sind. Die Pixel 3 des Dosismessfeldes 2 sind dabei zu mindestens eine relevanten, an den bestrahlten Patienten angepassten Messfläche zusammenschaltbar. Die Pixel 3 der Messfläche werden bei der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung 1 durch eine Ausleseschaltung 4 in Echtzeit ausgelesen. Das Pixel 3 des Dosismessfeldes 2 weist, wie in 1 dargestellt, eine in Sperrrichtung betriebene, strahlungsempfindliche Photodiode PD auf, die zur Erfassung der elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist. Das Pixel 3 des Dosismessfeldes 2 weist zur Selektion des jeweiligen Pixels 3 für eine relevante Messfläche Auswahltransistoren auf. 1 shows a circuit diagram for illustrating a first embodiment of a dose measuring device according to the invention 1 , The dose measuring device 1 is used to measure a radiation dose of the electromagnetic radiation used for the irradiation of a patient with a dose measurement field 2 , This dose measurement field 2 can be a variety of pixels 3 have, which are arranged matrix-like in a possible embodiment variant. The pixels 3 of the dose measurement field 2 In this case, at least one relevant measuring surface adapted to the irradiated patient can be interconnected. The pixels 3 the measuring surface are in the dose measuring device according to the invention 1 through a readout circuit 4 read in real time. The pixel 3 of the dose measurement field 2 points as in 1 shown, a reverse-biased, radiation-sensitive photodiode PD, which is provided for detecting the electromagnetic radiation. The pixel 3 of the dose measurement field 2 indicates the selection of the respective pixel 3 for a relevant sensing area selection transistors on.
In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das dargestellte Pixel 3 einen ersten Auswahltransistor T1 und einen zweiten Auswahltransistor T2 auf. Bei den Auswahltransistoren T1, T2 kann es sich beispielsweise um Feldeffekttransistoren oder Bipolartransistoren handeln. Die Auswahltransistoren eines Pixels 3 sind über Auswahlleitungen zum Auslesen eines von der strahlungsempfindlichen Photodiode PD des selektierten Pixels 3 gelieferten Photostromes ansteuerbar. Der ausgelesen Photostrom entspricht der Leistung der auf die Photodiode PD des jeweiligen Pixels 3 auftreffenden elektromagnetischen Strahlung. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Pixel 3 des Dosismessfeldes 2 matrixförmig angeordnet, wobei jedes Pixel 3 zwei Auswahltransistoren T1, T2 zur Selektion des jeweiligen Pixels 3 aufweist. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Auswahltransistor T1 an eine Spaltenauswahlleitung SC (Select Column) und der andere Auswahltransistor T2 an eine Reihenauswahlleitung SR (Select Row) angeschlossen. Die Steuerung der Auswahltransistoren T1, T2 erfolgt durch eine nicht dargestellte programmierbare Auswahlschaltung zur Auswahl von Pixeln 3 innerhalb des Dosismessfeldes 2. In the in 1 illustrated embodiment, the illustrated pixel 3 a first selection transistor T1 and a second selection transistor T2. The selection transistors T1, T2 may be, for example, field-effect transistors or bipolar transistors. The selection transistors of a pixel 3 are via select lines for reading one of the radiation-sensitive photodiode PD of the selected pixel 3 supplied photocurrent controlled. The read photocurrent corresponds to the power of the photodiode PD of the respective pixel 3 incident electromagnetic radiation. In the in 1 illustrated embodiment, the pixels 3 of the dose measurement field 2 arranged in a matrix, each pixel 3 two selection transistors T1, T2 for selecting the respective pixel 3 having. At the in 1 1, the selection transistor T1 is connected to a column selection line SC (Select Column) and the other selection transistor T2 is connected to a row selection line SR (Select Row). The selection transistors T1, T2 are controlled by a programmable selection circuit (not shown) for selecting pixels 3 within the dose measurement field 2 ,
Wie in 1 dargestellt, ist das Pixel 3 des Dosismessfeldes 2 ausgangsseitig an einem Transimpedanzverstärker 5 der Ausleseschaltung 4 angeschlossen. Der Transimpedanzverstärker 5 wandelt vorzugsweise den von den selektierten Pixeln 3 der mindestens einen relevanten Messfläche abgegebenen summierten Gesamt-Photostrom in eine dazu proportionale Photospannung IPD um. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Transimpedanzverstärker 5 einen Operationsverstärker OP auf, dessen Ausgang über einen Rückkoppelwiderstand R1 an den inventierenden Eingang des Operationsverstärkers OP rückgekoppelt ist. Am Ausgang des Operationsverstärkers OP liegt eine zu dem Gesamt-Photostrom proportionale Photospannung UPD an. Diese Spannung wird an ein Tiefpassfilter 6 der Ausleseschaltung 4 angelegt. Das Tiefpassfilter 6 führt eine Tiefpassfilterung der von dem Transimpedanzverstärker 5 abgegebenen Photospannung Upp durch. Der Analog/Digital-Wandler 7 der Ausleseschaltung 4 wandelt die von dem Tiefpassfilter 6 abgegebene tiefpassgefilterte Photospannung in einen digitalen Spannungswert um, welcher der von den selektierten Pixeln 3 der relevanten Messflächen gelieferten Dosisleistung entspricht. As in 1 represented, is the pixel 3 of the dose measurement field 2 on the output side of a transimpedance amplifier 5 the readout circuit 4 connected. The transimpedance amplifier 5 preferably converts the one of the selected pixels 3 of the at least one relevant measuring surface emitted summed total photocurrent into a proportional photovoltage I PD . At the in 1 illustrated embodiment, the transimpedance amplifier 5 an operational amplifier OP, whose output is fed back via a feedback resistor R1 to the invented input of the operational amplifier OP. At the output of the operational amplifier OP is proportional to the total photocurrent photo voltage U PD . This voltage is applied to a low-pass filter 6 the readout circuit 4 created. The low pass filter 6 performs low pass filtering of the transimpedance amplifier 5 delivered photo voltage U pp by. The analog / digital converter 7 the readout circuit 4 converts those from the low-pass filter 6 low-pass filtered photovoltage to a digital voltage value which is that of the selected pixels 3 corresponds to the dose rate delivered by the relevant measuring surfaces.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform wird der von dem Analog/Digitalwandler 7 abgegebene Spannungswert einer Schaltung 8 zur Dunkelstromkompensation zugeführt. Wenn keine elektromagnetische Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung, auf die Photodioden PD treffen, wird ein Dunkelstrom der aktivierten Photodioden gemessen. Wenn ein Bediener die Strahlungsquelle aktiviert, wird der gemessene Dunkelstrom genullt bzw. von dem gemessenen Signal subtrahiert. At the in 1 The illustrated embodiment is that of the analog / digital converter 7 delivered voltage value of a circuit 8th supplied for dark current compensation. If no electromagnetic radiation, in particular X-radiation, strike the photodiodes PD, a dark current of the activated photodiodes is measured. When an operator activates the radiation source, the measured dark current is zeroed or subtracted from the measured signal.
Wie in 1 zu sehen, ist die Kompensations-Schaltung 8 ausgangsseitig an einen Integrator 9 angeschlossen. Der von der Kompensationsschaltung 8 gelieferte Spannungswert, welcher der von den selektierten Pixeln 3 der mindestens einen relevanten Messfläche gelieferten Dosisleistung entspricht, wird durch den Spannungsintegrator 9 zu einem Wert aufintegriert. Der aufintegrierte Wert entspricht der durch die selektierten Pixel 3 der relevanten Messfläche erfassten Strahlungsdosis der auf die Messfläche auftreffenden elektromagnetischen Strahlung. Die von den selektierten Pixeln der relevanten Messflächen erfassten und aufsummierten Strahlungsdosen werden durch einen nachgeschalteten Komparator 10 mit einem einstellbaren Strahlungsdosis-Schwellenwert verglichen. Bei Überschreiten des Strahlungsdosis-Schwellenwertes durch den Komparator 10 wird automatisch ein Generator 11 entsprechend geregelt, um eine Überdosis bei dem bestrahlten Patienten zu verhindern. Der Generator 11 kann beispielsweise eine Generatorspannung für eine Strahlungsquelle 12 liefern. As in 1 to see is the compensation circuit 8th on the output side to an integrator 9 connected. That of the compensation circuit 8th supplied voltage value, which of the selected pixels 3 corresponds to the dose rate delivered to at least one relevant measuring surface, is determined by the voltage integrator 9 integrated into one value. The integrated value corresponds to that through the selected pixels 3 The radiation dose of the electromagnetic radiation impinging on the measuring surface is recorded in the relevant measuring surface. The radiation doses recorded and summed up by the selected pixels of the relevant measuring surfaces are controlled by a downstream comparator 10 compared with an adjustable radiation dose threshold. When the radiation dose threshold is exceeded by the comparator 10 automatically becomes a generator 11 regulated in order to prevent an overdose in the irradiated patient. The generator 11 For example, a generator voltage for a radiation source 12 deliver.
Bei der Strahlungsquelle 12 kann es sich beispielsweise um eine Röntgenstrahlungsquelle eines Röntgen-Diagnosegerätes handeln. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsvariante ist jedes Pixel 3 durch zwei Auswahltransistoren T1, T2 über Spaltenauswahlleitungen SC und Auswahlleitungen SR aktivierbar bzw. detektierbar. At the radiation source 12 it may be, for example, an X-ray source of an X-ray diagnostic device. At the in 1 illustrated embodiment is each pixel 3 can be activated or detected by means of two selection transistors T1, T2 via column selection lines SC and selection lines SR.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der in 1 dargestellten Ausführungsvariante, bei dem vier Pixel 3 zu einer 2×2-Matrix geschaltet sind. Wie in 2 dargestellt, sind die vier Pixel 3-11, 3-12, 3-21, 3-22 über die Spaltenauswahlleitungen SC1, SC2 und Reihenauswahlleitungen SR1, SR2 zu einer 2×2-Matrix-Messfläche aktivierbar bzw. selektierbar. Diese Pixel 3 besitzen jeweils zwei Auswahltransistoren T1, T2 und eine lichtempfindliche bzw. strahlungsempfindliche Diode PD. Jedes Pixel 3 wird mit einer Betriebsspannung VTOP betrieben. Diese Betriebsspannung kann für alle Pixel 3 identisch sein und über eine gemeinsame Spannungsversorgung implementiert werden. 2 shows an embodiment of the in 1 illustrated embodiment in which four pixels 3 are connected to a 2 × 2 matrix. As in 2 shown are the four pixels 3-11 . 3-12 . 3-21 . 3-22 can be activated or selected via the column selection lines SC1, SC2 and row selection lines SR1, SR2 to form a 2 × 2 matrix measuring surface. These pixels 3 each have two selection transistors T1, T2 and a photosensitive or radiation-sensitive diode PD. Every pixel 3 is operated with an operating voltage V TOP . This operating voltage can be used for all pixels 3 be identical and implemented via a common power supply.
In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden vor der Bildaufnahme die Reihen- und Spaltenauswahlleitungen SR, SC der Pixel 3 auf logisch hoch gesetzt, d.h. die Auswahltransistoren T1, T2 werden geöffnet, so dass Strom welcher von einer Photodiode PD generiert wird, von dem aktivierten Pixel 3 abfließen kann. In the in 2 In the illustrated embodiment, prior to image acquisition, the row and column select lines SR, SC of the pixels 3 set to logic high, ie, the selection transistors T1, T2 are opened, so that current which is generated by a photodiode PD, of the activated pixel 3 can drain away.
In dem in 2 dargestelltem Ausführungsbeispiel sind nur Messflächen realisierbar, die in Richtung der Spalten gleiche Positionen und Ausdehnungen aufweisen. Diese Pixelgeometrien sind beispielsweise in den 7, 8, 9 dargestellt. Die in den 7–9 dargestellten dunklen Flächen stellen aktivierte Pixel 3 des Dosismessfeldes 2 dar. Die aktivierten Pixel 3 bilden zusammen eine relevante Messfläche MF. Beispielsweise weist das Dosismessfeld 2 in 7 zwei relevante bzw. dominante Messflächen MF-A, MF-B mit jeweils 3 × 4 Pixeln auf. Bei 8 weist das Dosismessfeld 2 eine dominante bzw. relevante Fläche MF mit 8 × 8 selektierten Pixeln 3 auf. In 9 ist im Zentrum des Dosismessfeldes 2 ebenfalls eine einzige dominante bzw. relevante Messfläche MF vorhanden, die durch Zusammenschalten von 4 × 4 aktivierten Pixeln 3 entsteht. In the in 2 illustrated embodiment, only measuring surfaces can be realized, which have the same positions and dimensions in the direction of the columns. These pixel geometries are for example in the 7 . 8th . 9 shown. The in the 7 - 9 shown dark areas represent activated pixels 3 of the dose measurement field 2 dar. The activated pixels 3 together form a relevant measuring surface MF. For example, the dose measurement field 2 in 7 two relevant or dominant measuring surfaces MF-A, MF-B, each with 3 × 4 pixels. at 8th indicates the dose measurement field 2 a dominant area MF with 8x8 selected pixels 3 on. In 9 is at the center of the dose measurement field 2 also a single dominant or relevant measuring surface MF present, by interconnecting 4 × 4 activated pixels 3 arises.
Die Größe und Lage der verschiedenen relevanten Messflächen MF wird vorzugsweise an die Geometrie des zu bestrahlenden Patienten angepasst. Weiterhin können die Lage und Größe der Messflächen MF an ein Krankheitsbild bzw. einer zu untersuchenden Krankheit des Patienten angepasst sein. Die Größe und Lage der mindestens einen relevanten Messfläche sind vorzugsweise durch einen Nutzer programmierbar und werden auf Basis von Patienten- bzw. Krankheitsdaten automatisch für den jeweils zu untersuchenden Patienten generiert. Die Zeilen und Spalten der nicht aktivierten Pixel werden auf logisch niedrig gesetzt, d.h. die Auswahltransistoren der nicht selektierten Pixel sind geschlossen, so dass aus den nicht aktivierten Pixeln kein Strom abfließen kann. The size and position of the various relevant measuring surfaces MF is preferably adapted to the geometry of the patient to be irradiated. Furthermore, the position and size of the measuring surfaces MF can be adapted to a clinical picture or a disease of the patient to be examined. The size and position of the at least one relevant measuring surface are preferably programmable by a user and are automatically generated on the basis of patient or disease data for the respective patient to be examined. The rows and columns of the non-activated pixels are set to logic low, ie the selection transistors of the non-selected pixels are closed, then that no power can flow out of the non-activated pixels.
Bei dem in den 1, 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist es möglich, Messflächen MF mit verschiedenen Abmessungen zu selektieren. Es ist möglich mehrere Messflächen mit variablen Dimensionen bereitzustellen, die sich bei den gleichen Reihen der Matrix befinden. In the in the 1 . 2 illustrated embodiment, it is possible to select measuring surfaces MF with different dimensions. It is possible to provide multiple measurement surfaces with variable dimensions located in the same rows of the matrix.
3 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung 1. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsvariante dargestellt. 3 shows a block diagram of another embodiment of the dose measuring device according to the invention 1 , The same elements are shown with the same reference numerals as in the first embodiment.
In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist jedes Pixel 3 des Dosismessfeldes 2 neben dem Spaltenauswahltransistor T1 und dem Reihenauswahltransistor T2 zusätzlich einen Reset-Transistor T3 sowie einen Verstärkungstransistor T4 auf. Der Reset-Transistor T3 ermöglicht eine Initialisierung des jeweiligen Pixels 3 vor der nächsten Bildaufnahme bzw. Bestrahlung. Darüber hinaus weist das Pixel 3 einen Verstärkungstransistor T4 zur lokalen Signalverstärkung des von der Photodiode PD des Pixels 3 gelieferten Photostromes auf. In the in 3 illustrated embodiment, each pixel 3 of the dose measurement field 2 in addition to the column selection transistor T1 and the series selection transistor T2 in addition to a reset transistor T3 and a gain transistor T4. The reset transistor T3 allows initialization of the respective pixel 3 before the next image acquisition or irradiation. In addition, the pixel points 3 a gain transistor T4 for locally amplifying the signal from the photodiode PD of the pixel 3 supplied photocurrent on.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit vier Pixeln 3-11, 3-22, 3-21, 3-22, die in einer 2×2-Matrix geschaltet sind. Jedes Pixel 3 weist eine Photodiode PD auf, sowie Transistoren T1, T2, T3, T4. Dabei handelt es sich um einen Spaltenauswahltransistor T1, einen Reihenauswahltransistor T2, einen Reset-Transistor T3 zur Initialisierung bzw. zum Rücksetzen des jeweiligen Pixels 3 und um einen Verstärkertransistor T4 zur lokalen Signalverstärkung des von einer Photodiode PD abgegebenen Stromes. Darüber hinaus verfügt jede Spalte der Detektormatrix über eine Spaltenauswahlleitung SC und eine Datenausleseleitung D. Jede Zeile der Detektormatrix verfügt über eine Reihenauswahlleitung SR und eine Reset-Leitung R. Jeder Pixel 3 der Matrix wird mit einer konstanten Betriebsspannung VTOP und mit einer Spannung zur Versorgung des Signalverstärkungstransistors T4 versorgt. Die Versorgungspannung kann für alle Pixel 3 identisch sein und über eine gemeinsame Spannungsversorgung realisiert werden. Es ist zumindest eine Versorgung vorgesehen, welche auf logisch hoch oder logisch niedrig gesetzt werden kann (Beispiel: VR = –3V entsprechend low und VR = 15 V entsprechend high). 4 shows an embodiment with four pixels 3-11 . 3-22 . 3-21 . 3-22 which are connected in a 2 × 2 matrix. Every pixel 3 has a photodiode PD, and transistors T1, T2, T3, T4. These are a column selection transistor T1, a series selection transistor T2, a reset transistor T3 for initializing or resetting the respective pixel 3 and an amplifier transistor T4 for local signal amplification of the current output by a photodiode PD. In addition, each column of the detector array has a column select line SC and a data read line D. Each row of the detector array has a row select line SR and a reset line R. Each pixel 3 The matrix is supplied with a constant operating voltage V TOP and with a voltage for supplying the signal amplification transistor T4. The supply voltage can be for all pixels 3 be identical and realized via a common power supply. At least one supply is provided, which can be set to logic high or logic low (example: VR = -3V correspondingly low and VR = 15 V correspondingly high).
Um eine Zeile bzw. Reihe der Detektormatrix bzw. des Dosismessfeldes 2 zu aktivieren, wird dabei folgendermaßen vorgegangen. Zunächst sind die Leitungen SC, SR und D logisch niedrig, wobei VTOP > VR, so dass der Transistor T4 in Sättigung betrieben werden kann. Falls die Reset-Leitung R auf logisch hoch gezogen wird, wird der Reset-Transistor T3 geöffnet. Sobald die Reihenauswahlleitung SR logisch hoch gezogen wird, öffnet sich der eine Reihenauswahltransistor T2 und die Kapazität der Photodiode PD wird geladen, wobei die anliegende Spannung dem Differenzbetrag zwischen der Versorgungsspannung VTOP und der Spannung VR entspricht (Beispiel VTOP = 25 V, VR = 20 V, Spannungsabfall an der Photodiode PD = 5 V). Ist die Reset-Leitung R logisch niedrig, wird der Reset-Transistor T3 geschlossen, und die Kapazität der Photodiode PD des Pixels 3 bleibt geladen. An dieser Stelle wird die gesamte Zeile bzw. Reihe aktiviert. Um Ausschnitte der Zeile zu selektieren, kann durch Setzen auf logisch hoch bzw. logisch niedrig der Spalten-Auswahlleitungen SC1, SC2 die jeweiligen Spaltenauswahltransistoren T1 der Pixel 3 geöffnet werden. To one row or row of the detector matrix or the Dosismessfeldes 2 To activate, the procedure is as follows. First, the lines SC, SR and D are logic low, where V TOP > VR, so that the transistor T4 can be operated in saturation. If the reset line R is pulled up to logic high, the reset transistor T3 is opened. As the row select line SR is pulled high, the one row select transistor T2 opens and the capacitance of the photodiode PD is charged, the applied voltage corresponding to the difference between the supply voltage V TOP and the voltage VR (Example V TOP = 25V, VR = 20 V, voltage drop at the photodiode PD = 5 V). If the reset line R is logic low, the reset transistor T3 is closed, and the capacitance of the photodiode PD of the pixel 3 remains loaded. At this point, the entire row or row is activated. In order to select sections of the line, by setting to logic high or logic low of the column select lines SC1, SC2, the respective column selection transistors T1 of the pixels can be selected 3 be opened.
Um eine Zeile bzw. Reihe des Dosismessfeldes 2 zu deaktivieren, geht man wie folgt vor:
In einer Ausgangssituation, bei denen die Leitungen SC, SR, D auf logisch niedrig liegen, wird durch Anlegen einer logisch hohen Spannung an die Reset-Leitung R der Reset-Transistor T3 geöffnet. Ist der Verstärkungstransistor T4 geschlossen, und bleibt der Reihenauswahltransistor T2 geschlossen und sorgt dies dafür, dass die Photodiode PD nicht durch eine Überspannung zerstört wird (Beispiel: VR = –3 V, VTOP = 25 V, d.h. –28 V fallen an dem Transistor T2 ab). Wie bei der ersten Ausführungsvariante können bei der in den 3, 4 dargestellten zweiten Ausführungsvariante relevante Messflächen MF realisiert werden, die in Richtung der Spalten die gleiche Position und Ausdehnung besitzen, wie in den , 8, 9 beispielhaft dargestellt ist. One line or row of the dose measurement field 2 To deactivate, proceed as follows:
In an initial situation in which the lines SC, SR, D are at logic low, the reset transistor T3 is opened by applying a logic high voltage to the reset line R. If the amplification transistor T4 is closed, and the series selection transistor T2 remains closed, this ensures that the photodiode PD is not destroyed by an overvoltage (example: VR = -3 V, V TOP = 25 V, ie -28 V fall on the transistor T2 off). As in the first embodiment, in the in the 3 . 4 illustrated second embodiment variant relevant measuring surfaces MF can be realized, which have the same position and extent in the direction of the columns, as in the . 8th . 9 is shown by way of example.
5 zeigt ein Schaltbilddiagramm zur Darstellung einer weiteren Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung 1. In der in 5 dargestellten Ausführungsvariante verfügt jedes Pixel 3 des Dosismessfeldes 2 über drei Transistoren T1, T2, T3 und Kondensatoren C1, C2. Das Pixel 3 weist neben dem Spaltenauswahltransistor T1 und dem Reihenauswahltransistor T2 zusätzlich einen Pixeltransistor T5 auf, der zum Auslesen des von der Photodiode PD des Pixels 3 gelieferten Photostromes vorgesehen ist. Der Pixeltransistor T5 ist durchgeschaltet, sofern die beiden Auswahltransistoren T1, T2 des jeweiligen Pixels 3 durchgeschaltet sind. Der von dem durchgeschalteten Pixeltransistor T5 geleitete Photostrom wird an den Transimpedanzverstärker 5 der Ausleseschaltung 4 abgegeben, wie in 5 dargestellt. Die in 5 dargestellte Ausführungsvariante hat den wesentlichen Vorteil, dass beliebige Pixelkombinationen, d.h. Messflächen mit beliebiger Form für die Bildaufnahme selektiert werden können. 5 shows a circuit diagram diagram for illustrating a further embodiment of the dose measuring device according to the invention 1 , In the in 5 illustrated embodiment has each pixel 3 of the dose measurement field 2 via three transistors T1, T2, T3 and capacitors C1, C2. The pixel 3 In addition to the column selection transistor T1 and the row selection transistor T2 additionally has a pixel transistor T5, which is used to read the from the photodiode PD of the pixel 3 supplied photocurrent is provided. The pixel transistor T5 is turned on, provided that the two selection transistors T1, T2 of the respective pixel 3 are turned on. The photocurrent conducted by the switched-through pixel transistor T5 is applied to the transimpedance amplifier 5 the readout circuit 4 delivered as in 5 shown. In the 5 illustrated embodiment has the significant advantage that any pixel combinations, ie measuring surfaces can be selected with any shape for image acquisition.
6 zeigt eine mögliche Verschaltung von vier Pixeln 3 bei der in 5 dargestellten dritten Ausführungsvariante. Jede Spalte der Detektormatrix bzw. des Dosismessfeldes 2 verfügt über eine Spalten-Auswahlleitung SC und eine Datenausleseleitung D. Jede Zeile bzw. Reihe der Detektormatrix verfügt über eine Reihenauswahlleitung SR und eine Aktivierungsleitung AL. Vor der Bildaufnahme wird sequenziell jedes Pixel 3 des Dosismessfeldes 2 individuell aus- oder eingeschaltet, indem die jeweiligen Auswahltransistoren T1 und T2 geöffnet werden. Wenn beide Auswahltransistoren T1, T2 geöffnet sind, wird der zugehörige Pixeltransistor T5 des Pixels geöffnet. Falls der Pixeltransistor T5 geöffnet ist, wird der in der Photodiode PD des Pixels 3 generierte Strom über die Ausleseleitung D, an der alle Pixel einer Spalte angeschlossen sind, dem Operationsverstärker OP des Transimpedanzverstärkers 5 zugeführt. Die Ausleseleitungen D jeder Spalte werden auf einen gemeinsamen Operationsverstärker OP geführt, so dass ein Summensignal aller aktivierten Photodioden PD generiert wird. 6 shows a possible interconnection of four pixels 3 at the in 5 illustrated third embodiment. Each column of the detector matrix or the dose measurement field 2 has a column select line SC and a data read line D. Each row or row of the detector array has a row select line SR and an enable line AL. Before capturing, each pixel is sequentially 3 of the dose measurement field 2 individually off or on by the respective selection transistors T1 and T2 are opened. When both selection transistors T1, T2 are opened, the associated pixel transistor T5 of the pixel is opened. If the pixel transistor T5 is opened, the in the photodiode PD of the pixel 3 generated current via the readout line D, to which all pixels of a column are connected, the operational amplifier OP of the transimpedance amplifier 5 fed. The readout lines D of each column are routed to a common operational amplifier OP, so that a summation signal of all activated photodiodes PD is generated.
Bei einer möglichen Ausführungsform weist jede Ausleseleitung D einen individuellen Operationsverstärker OP auf. Auf diese Weise können Felder bzw. Messflächen MF, welche in Reihenrichtung nicht überlappen, voneinander getrennt integriert werden. Wie man beispielsweise aus den 10, 11 erkennen kann, können Messflächen voneinander getrennt gemessen werden, um sie beispielsweise in ein Verhältnis zueinander zu setzen. Beispielsweise ist es bei den in 12 dargestellten Messflächen nicht möglich, dass sich mehrere Messflächen über die gleiche Spalte erstrecken. In one possible embodiment, each readout line D has an individual operational amplifier OP. In this way, fields or measuring surfaces MF, which do not overlap in the row direction, can be integrated separately from each other. For example, from the 10 . 11 can detect measuring surfaces can be measured separately from each other, for example, to put them in relation to each other. For example, it is at the in 12 shown measuring surfaces not possible that several measuring surfaces extend over the same column.
In einer möglichen Ausführungsform verfügt jedes Pixel 3 zusätzlich über einen Transistor T4 zur aktiven Verstärkung des Signals. Dabei kann der Verstärkungsfaktor des Transistors T4 oder des zugehörigen Operationsverstärkers OP in Abhängigkeit der Anzahl der beitragenden Pixel 3 eingestellt werden. Sind wenig Pixel 3 vorhanden, die einen entsprechend geringen Strom liefern, wird die Verstärkung entsprechend hoch eingestellt. Sind umgekehrt viele Pixel 3 vorhanden, die entsprechend viel Strom liefern, kann die Verstärkung niedrig eingestellt werden. In one possible embodiment, each pixel has 3 additionally via a transistor T4 for active amplification of the signal. In this case, the amplification factor of the transistor T4 or the associated operational amplifier OP depending on the number of contributing pixels 3 be set. Are few pixels 3 present, which provide a correspondingly low power, the gain is set accordingly high. Are reversed many pixels 3 Given that supply a corresponding amount of power, the gain can be set low.
Bei den dargestellten Varianten der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung 1 wird der dosisproportionale Strom I durch einen Operationsverstärker OP verstärkt und in eine Spannung umgewandelt. Dieses Spannungssignal wird anschließend durch ein Tiefpassfilter 6 gefiltert. Der Analog/Digital-Wandler 7 wandelt das tiefpassgefilterte Signal in einen Wert um, für den anschließend eine Offset-Kompensierung mit Hilfe einer Kompensationsschaltung 8 durchgeführt wird. Dieser kompensierte Wert wird durch einen Integrator 9 integriert, und an einen geschalteten Komparator 10 eines Spannungsgenerators 11 angelegt. Bei Überschreiten eines Schwellenwertes kann eine Strahlungsquelle 12 abgeschaltet werden. In the illustrated variants of the dose measuring device according to the invention 1 the dose-proportional current I is amplified by an operational amplifier OP and converted into a voltage. This voltage signal is then passed through a low-pass filter 6 filtered. The analog / digital converter 7 converts the low-pass filtered signal into a value for which subsequently an offset compensation using a compensation circuit 8th is carried out. This compensated value is provided by an integrator 9 integrated, and to a switched comparator 10 a voltage generator 11 created. When a threshold value is exceeded, a radiation source 12 be switched off.
Bei der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung 1 können Kapazitäten in einem Pixel 3 vorgesehen werden, welche es erlauben, die Aktivität eines Pixels 3 vor einer Aufnahme zu programmieren. Es ist möglich, Summenströme aller selektierten Pixel 3 in Echtzeit auszulesen und dieses ausgelesene Signal zur Regelung bzw. Abschaltung einer Strahlungsquelle zu nutzen. Die in der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung 1 verwendete Ausleseschaltung 4 erlaubt es die Kapazitäten selektiv zu beladen und zu entladen. Damit ist es möglich beliebige an den jeweiligen Patienten angepasste Pixelkonfiguration von Messflächen MF bzw. dominante Flächen zu programmieren. Bei einer möglichen Ausführungsform werden die programmierbaren relevanten Messflächen MF des Dosismessfeldes 2 automatisch auf Basis von Patientendaten des bestrahlten Patienten generiert. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform werden die programmierbaren relevanten Messflächen MF schematisch auf Basis von Krankheitsdaten einer zu untersuchenden Krankheit des bestrahlten Patienten generiert. In the dose measuring device according to the invention 1 can have capacities in one pixel 3 be provided, which allow the activity of a pixel 3 to program before recording. It is possible to use summation currents of all selected pixels 3 read in real time and use this read signal to control or shutdown a radiation source. The in the dose measuring device according to the invention 1 used readout circuit 4 allows capacity to be selectively loaded and unloaded. This makes it possible to program any desired pixel configuration of measuring surfaces MF or dominant surfaces adapted to the respective patient. In one possible embodiment, the programmable relevant measurement surfaces MF of the dose measurement field 2 automatically generated based on patient data of the irradiated patient. In another possible embodiment, the programmable relevant measurement surfaces MF are generated schematically on the basis of disease data of a disease to be examined of the irradiated patient.
Bei der in 6 dargestellten Ausführungsvariante kann zur Desaktivierung aller Pixel 3 wie folgt vorgegangen werden, wobei die Transistoren T offen sind, wenn an ihrem Gate ein logisch hohes Signal anliegt, und geschlossen sind, wenn an ihrem Gate ein logisch niedriges Signal anliegt. Liegt an der Spaltenauswahlleitung SC eine hohe Spannung an, ist der Spalten-Auswahltransistor T1 des Pixels 3 geöffnet. Wird an die Reihenauswahlleitung SR eine hohe Spannung angelegt, ist der Reihenauswahltransistor T2 geöffnet und die Kapazität C1 wird aufgeladen und weist dann ebenfalls einen hohen logischen Spannungswert auf. Anschließend wird die Aktivierungsleitung AL logisch niedrig gelegt, die Spannung an dem Kondensator C2 des Pixels 3 ist niedrig und der Pixelauswahltransistor T5 ist geschlossen. Ist die Reihenauswahlleitung SR niedrig gelegt, wird der Transistor T2 geschlossen und die Spannung an dem Kondensator C2 und an dem Kondensator C1 ist niedrig. Ist die Spaltenauswahlleitung SC niedrig gelegt, ist der Spaltenauswahl-Transistor T1 offen und die Spannung an dem Kondensator C1 bleibt niedrig. At the in 6 illustrated embodiment may be to deactivate all pixels 3 proceed as follows, wherein the transistors T are open, if at its gate a logic high signal is applied, and are closed, if at its gate a logic low signal is applied. When a high voltage is applied to the column selection line SC, the column selection transistor T1 of the pixel is 3 open. When a high voltage is applied to the row select line SR, the row select transistor T2 is opened and the capacitor C1 is charged and then also has a high logic voltage value. Subsequently, the activation line AL is set low, the voltage across the capacitor C2 of the pixel 3 is low and the pixel selection transistor T5 is closed. When the row selection line SR is low, the transistor T2 is closed and the voltage across the capacitor C2 and the capacitor C1 is low. With the column select line SC low, the column select transistor T1 is open and the voltage on the capacitor C1 remains low.
Um ein Pixel 3 des Dosismessfeldes 2 zu aktivieren, kann wie folgt vorgegangen werden. To a pixel 3 of the dose measurement field 2 can be activated as follows.
Ist die Spaltenauswahlleitung SC logisch hoch gelegt, wird der Transistor T1 geöffnet. Ist die Reihenauswahlleitung SR logisch hoch, wird der Transistor T2 geöffnet und die Spannung am Kondensator C1 ist hoch. Ist die Aktivitätsleitung AL logisch hoch, wird der Pixel-Transistor T5 geöffnet, und die Spannung an dem Kondensator C2 ist hoch. Wird anschließend die Reihenauswahlleitung SR logisch niedrig gelegt, wird der Transistor T2 geschlossen, wobei die Spannung an dem Kondensator C1 logisch niedrig und die Spannung an dem Kondensator C2 logisch hoch bleibt. In diesem Falle bleibt der Pixel-Selektionstransistor T5 geöffnet. Wird die Spaltenauswahlleitung SC auf logisch niedrig gezogen, wird anschließend der Transistor T1 des Pixels 3 geschlossen und die Spannung am Kondensator C1 bleibt niedrig. Anschließend wird die Aktivitätsleitung AL ebenfalls auf einen logisch niedrigen Signalpegel gezogen. In einem weiteren Schritt kann das nächste Pixel 3 des Dosismessfeldes 2 aktiviert werden. If the column selection line SC is set high, the transistor T1 is opened. If the row selection line SR is high, the transistor T2 is opened and the voltage across the capacitor C1 is high. When the activity line AL is high, the pixel transistor T5 is opened and the voltage across the capacitor C2 is high. If, subsequently, the series selection line SR is set to logic low, the transistor T2 is closed, the voltage across the capacitor C1 being logic low and the voltage across the capacitor C2 remains logically high. In this case, the pixel selection transistor T5 remains open. If the column selection line SC is pulled to logic low, then the transistor T1 of the pixel 3 closed and the voltage across the capacitor C1 remains low. Subsequently, the activity line AL is also pulled to a logic low signal level. In a further step, the next pixel 3 of the dose measurement field 2 to be activated.
Die Spaltenauswahlleitungen SC und die Reihenauswahlleitungen SR sind vorzugsweise sequenziell für jede Zahlen/Spalten-Kombination individuell schaltbar, beispielsweise mittels eines Multiplexers. Die Aktivierungsleitung AL kann für alle Zeilen bzw. Reihen geschlossen sein, da nur dasjenige Pixel 3 aktiviert wird, da sowohl die Spalten-Auswahlleitung SC als auch die Reihenauswahlleitung SR gleichzeitig logisch hoch sind. Die Datenausleseleitung D kann individuell für jede Spalte der Matrix ausgelesen werden oder als Summensignal ausgewertet werden. The column selection lines SC and the row selection lines SR are preferably individually switchable sequentially for each number / column combination, for example by means of a multiplexer. The activation line AL can be closed for all rows or rows, since only that pixel 3 is activated, since both the column select line SC and the row select line SR are simultaneously logic high. The data readout line D can be read out individually for each column of the matrix or evaluated as a sum signal.
In einer möglichen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung 1 weist das Dosismessfeld 2 10×10 Pixel 3 auf, die eine Dimensionierung von beispielsweise 43 × 43 cm haben. In a possible embodiment variant of the dose measuring device according to the invention 1 indicates the dose measurement field 2 10 × 10 pixels 3 on, which have a dimension of, for example, 43 × 43 cm.
Die Ausleseschaltung 4, insbesondere die Auslesetransistoren, können in einer möglichen Ausführungsvariante auf Basis von amorphem Silizium, Indium-Gallium-Zinkoxidpolymeren realisiert werden. Alternativ kann man die individuellen Schaltungen für jedes Pixel 3 auf kristallinem Silizium aufbauen und mittels eines Bestückungsautomaten auf einem Substrat platzieren. In einer möglichen Ausführungsvariante werden flexible Substrate eingesetzt, wobei die erfindungsgemäße Dosismessvorrichtung 1 bei dieser Ausführungsvariante besonders robust und leicht ist. In verschiedenen Pixel 3 eingesetzte Photodioden PD können unterschiedlich aufgebaut sein. 13, 14 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele für Pixel 3 eines Dosismessfeldes 2, bei der Strahlung von oben auf eine Mehrschichtanordnung trifft. The readout circuit 4 , in particular the read-out transistors, can be realized in a possible embodiment based on amorphous silicon, indium-gallium-zinc oxide polymers. Alternatively, you can choose the individual circuits for each pixel 3 build on crystalline silicon and place on a substrate by means of a placement machine. In a possible embodiment, flexible substrates are used, wherein the dose measuring device according to the invention 1 particularly robust and lightweight in this embodiment. In different pixels 3 used photodiodes PD can be constructed differently. 13 . 14 show possible embodiments for pixels 3 a dose measurement field 2 in which radiation strikes a multilayer arrangement from above.
In dem in 13 dargestellten Ausführungsbeispiel sind mehrere Schichten vorgesehen, die eine Einkapselungsschicht E, einen Szintillator SC, ein transparentes Substrat TS, eine transparente High-Work-Function-Elektrode T-HWFE, eine Hole Conductor HCIL, eine BHJ-Schicht, eine Low Working Function Electrode LWFE sowie eine weitere Einkapselungsschicht E aufweist. In the in 13 In the exemplary embodiment shown, several layers are provided which comprise an encapsulation layer E, a scintillator SC, a transparent substrate TS, a transparent high-work function electrode T-HWFE, a hole conductor HCIL, a BHJ layer, a low working function electrode LWFE and another encapsulation layer E has.
Bei der Einkapselungsschicht E kann es sich beispielsweise um eine transparente Schicht handeln, beispielsweise eine Glasschicht oder dergleichen. Der Szintillator SC wandelt die auftreffende Strahlung, beispielsweise hochenergetische Röntgenstrahlung, in sichtbares Licht um. Bei der in 13 dargestellten Ausführungsvariante handelt es sich um ein Dosispixel in einem so genannten Button Detecting Dosimeter. Demgegenüber handelt es sich bei der in 14 dargestellten Ausführungsvariante um eine Anordnung für ein Top Detecting Dosimeter. Hierbei sind die beiden Work-Function-Elektroden WFE ausgetauscht, über der LWFE liegt eine transparente Einkapselungsschicht TE. Die HWFE liegt auf einem Substrat S. The encapsulation layer E may, for example, be a transparent layer, for example a glass layer or the like. The scintillator SC converts the incident radiation, for example high-energy X-ray radiation, into visible light. At the in 13 illustrated embodiment is a dose pixel in a so-called button detecting dosimeter. In contrast, the in 14 illustrated embodiment by an arrangement for a top detecting dosimeter. Here, the two work function electrodes WFE are exchanged, over the LWFE is a transparent encapsulation layer TE. The HWFE lies on a substrate S.
15, 16 zeigen weitere Implementierungsbeispiele für Dosismesspixel 3 innerhalb des Dosismessfeldes 2 der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung 1. Die Dosismesspixel 3 weisen integrierte Quantenpunkte oder Szintillatoren auf. 15 zeigt schematisch ein Botton-Detecting-Dosimeter mit eingebetteten Quantenpunkten (Quantum Dots), die sich in der BHJ-Schicht befinden. Diese Quantenpunkte können beispielsweise durch Nanopartikel gebildet werden. 16 ist ein Top/Botton-Dosimeter-Pixel mit eingebetteten Szintillator-Nanopartikeln in der BHJ-Schicht. 15 . 16 show further implementation examples for Dosismesspixel 3 within the dose measurement field 2 the dose measuring device according to the invention 1 , The dose measurement pixels 3 have integrated quantum dots or scintillators. 15 schematically shows a Botton Detecting dosimeter with embedded quantum dots (quantum dots), which are located in the BHJ layer. These quantum dots can be formed for example by nanoparticles. 16 is a top / botton dosimeter pixel with embedded scintillator nanoparticles in the BHJ layer.
13–16 zeigen beispielhafte Ausführungsbeispiele für Photodioden, die in einem Pixel 3 eines Dosismessfeldes 2 der erfindungsgemäßen Dosismessvorrichtung 1 eingesetzt werden können, je nach Anwendungsfall. Die Dosismessvorrichtung 1, wie sie in den verschiedenen Ausführungsvarianten dargestellt ist, lässt sich beispielsweise in einem Diagnosegerät einsetzen, beispielsweise in einem Röntgen-Diagnosegerät. 13 - 16 show exemplary embodiments of photodiodes that are in one pixel 3 a dose measurement field 2 the dose measuring device according to the invention 1 can be used, depending on the application. The dose measuring device 1 , as shown in the various embodiments, can be used for example in a diagnostic device, for example in an X-ray diagnostic device.
Darüber hinaus lässt sich die erfindungsgemäße Dosismessvorrichtung 1 auch in einem Strahlungstherapiegerät einsetzen, bei dem insbesondere Tumore von erkrankten Patienten bestrahlt werden. Die Positionen der Messflächen MF kann dabei automatisch in Abhängigkeit von der Art und der Lage des erkrankten Organs positioniert bzw. generiert werden. Die Dosismessvorrichtung 1 eignet sich zur Messung einer Strahlungsdosis einer beliebigen elektromagnetischen Strahlung, insbesondere einer hochenergetischen elektromagnetischen Strahlung, insbesondere Röntgen- oder Gammastrahlen. In addition, the dose measuring device according to the invention can be 1 can also be used in a radiation therapy device in which in particular tumors are irradiated by sick patients. The positions of the measuring surfaces MF can be automatically positioned or generated depending on the type and position of the diseased organ. The dose measuring device 1 is suitable for measuring a radiation dose of any electromagnetic radiation, in particular a high-energy electromagnetic radiation, in particular X-rays or gamma rays.
In einer Ausführungsvariante wird die gemessene Strahlungsdosis zur automatischen Regelung eines Spannungsgenerators für eine Strahlungsquelle 12 ausgewertet. Die gemessene Strahlungsdosis kann zusätzlich über ein Display einer Bedienperson angezeigt werden. Das Zusammenschalten der Pixel 3 innerhalb des Dosismessfeldes 2 zu relevanten Messflächen MF kann automatisch auf der Basis von Patienten- und/oder Krankheitsdaten erfolgen. Darüber hinaus ist es möglich, dass eine Bedienperson, insbesondere ein Arzt, eine manuelle Programmierung der Messflächen MF innerhalb des Dosismessfeldes 2 vornimmt. In one embodiment, the measured radiation dose for automatic control of a voltage generator for a radiation source 12 evaluated. The measured radiation dose can additionally be displayed via a display of an operator. The interconnection of the pixels 3 within the dose measurement field 2 to relevant measuring surfaces MF can be done automatically on the basis of patient and / or disease data. Moreover, it is possible for an operator, in particular a doctor, to manually program the measuring surfaces MF within the dose measuring field 2 performs.
Das Dosismessfeld 2 kann beispielsweise in einer Platte integriert sein, die unter einen Patienten bei der Bestrahlung gelegt wird. In einer möglichen Ausführungsvariante ist diese Platte drucksensitiv und verfügt über Drucksensoren, um Größe und Form des Patienten zu erfassen. Aus diesen Messdaten lässt sich die Größe und Form des Patienten ermitteln, und in Abhängigkeit davon wird bei dieser Ausführungsvariante eines oder mehrerer Messflächen MF durch Schalten von Pixeln 3 des Dosismessfeldes 2 erzeugt, um die Strahlung, die auf den Patienten trifft, zu überwachen. Die Messflächen MF können durch die Ausleseschaltung 4 während der Aufnahme in Echtzeit ausgelesen werden, so dass die Strahlungsquelle 12 noch während der Bildaufnahme geregelt wird. The dose measurement field 2 For example, it may be integrated in a plate placed under a patient during irradiation. In one possible embodiment, this plate is pressure-sensitive and has pressure sensors to detect the size and shape of the patient. From this measurement data, the size and shape of the patient can be determined, and depending on this, in this embodiment variant of one or more measurement surfaces MF by switching pixels 3 of the dose measurement field 2 generated to monitor the radiation that hits the patient. The measuring surfaces MF can through the readout circuit 4 be read during recording in real time, so that the radiation source 12 is still regulated during the image acquisition.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 2011024972 [0004] US 2011024972 [0004]
