DE102014201741B4 - Verfahren zum Einstellen der Temperatur von Detektorelementen eines Röntgengeräts sowie Röntgengerät - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Einstellen der Temperatur eines mehrere nebeneinander angeordnete Detektorelemente (7i, i=1,2 ...) umfassenden Röntgenstrahlendetektors (3) eines Röntgengeräts (1), bei dem der Röntgenstrahlendetektor (3) und/oder eine Röntgenstrahlenquelle (2) einerseits, sowie ein zu untersuchendes Messobjekt (14) andererseits während der Erfassung einer Röntgenbildaufnahme relativ zueinander bewegt werden, wobei während der Erfassung der Röntgenbildaufnahme für jedes von den Detektorelementen (7i) jeweils ein für den Wärmeeintrag in dieses Detektorelement (7i) charakteristisches Wärmeeintragsmaß (Ii) erfasst wird, und wobei die Detektorelemente (7i) informationstechnisch miteinander verknüpft werden, indem das für ein jedes Detektorelement (7i) jeweils erfasste Wärmeeintragsmaß (Ii) bei einer Temperaturregelung mindestens eines anderen Detektorelements (7i) berücksichtigt wird, indem- anhand der für alle Detektorelemente (7i) erfassten Wärmeeintragsmaße (Ii) ein zeitlicher und örtlicher Verlauf der Werte der Wärmeeintragsmaße (Ii) auf dem Röntgenstrahlendetektor (3) ermittelt wird,- anhand des zeitlichen und örtlichen Verlaufs der Werte der Wärmeeintragsmaße (Ii) aller Detektorelemente (7i) für jedes Detektorelement (7i) jeweils ein Schätzwert (Ii') für die zukünftige Entwicklung des Wärmeeintrags berechnet wird, und- dieser Schätzwert (Ii') bei der Temperaturregelung des betreffenden Detektorelements (7i) berücksichtigt wird.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen der Temperatur von Detektorelementen eines Röntgengeräts. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Röntgengerät.
• Zur Erfassung einer Röntgenaufnahme werden herkömmlicherweise mittels einer Röntgenstrahlenquelle (kurz: Röntgenquelle) Röntgenstrahlen auf einen in Gegenüberstellung zu dieser angeordneten Röntgenstrahlendetektor (kurz: Röntgendetektor) projiziert, wobei die Röntgenstrahlen von einem zwischen der Röntgenquelle und dem Röntgendetektor angeordneten Messobjekt zumindest teilweise abgeschwächt werden. Der Röntgendetektor erfasst insbesondere die Strahlungsintensität der auftreffenden Röntgenstrahlen und überführt diese in ein elektronisches Signal, das an eine Bildverarbeitungseinheit weitergegeben wird.
• Vor dem Hintergrund einer einfachen und kostengünstigen Fertigung wird der Röntgendetektor häufig aus kleineren, ein zeln gefertigten Einheiten zusammengesetzt, die als Detektorelemente (oder Detektormodule) bezeichnet werden, und die - nebeneinander angeordnet - die Detektorfläche bilden. Jedes Detektorelement umfasst dabei in der Regel bereits mehrere Detektorpixel, also mehrere strahlungssensitive Untereinheiten, die jeweils ein für die ortsselektiv detektierte Strahlungsintensität charakteristisches elektrisches Messsignal liefern. Jedes Detektorpixel liefert somit ein Pixel (d.h. einen digitalen Bildpunkt) eines mittels des Röntgendetektors aufgenommenen Röntgenbilds. Die Detektorpixel sind eindimensional entlang einer Zeile oder zweidimensional in einem Gitter mit mehreren Zeilen und Spalten an einer sensitiven Fläche des zugehörigen Detektorelements angeordnet. Die mehreren Detektorelemente des Detektors sind zur Bildung des Röntgendetektors wiederum in der Regel zeilen- oder arrayförmig angeordnet.
• Mit der Intensität der auftreffenden Röntgenstrahlung variiert der elektrische Widerstand der sensitiven Schicht der Detektorpixel. Hierdurch ändern sich die Stromstärke des in der sensitiven Schicht unter Wirkung der angelegten Versorgungsspannung fließenden Stroms und damit die mit diesem Strom verbundene Verlustleistung. Diese Verlustleistung führt zu einem Wärmeeintrag in den Detektorpixeln und somit zu einer Aufheizung der Detektorelemente. Diese Temperaturänderung führt wiederum zu einer Änderung der Empfindlichkeit der Detektorpixel.
• Infolge der regelmäßig ortsabhängig variierenden Röntgenabschwächung durch das Messobjekt unterliegt auch die Intensität der auf der Detektorfläche auftreffenden Röntgenstrahlung ortsabhängigen Schwankungen. Mit anderen Worten erzeugt das Messobjekt unter Bestrahlung mit Röntgenstrahlung auf dem Röntgendetektor ein - in der Regel unregelmäßig - variierendes Röntgen-Schattenmuster. Dies führt zu einer unterschiedlichen Aufheizung und folglich zu einer geänderten Empfindlichkeit der einzelnen Detektorelemente. Um dem entgegenzuwirken, ist jedem Detektorelement häufig eine Kühlvorrichtung zugeordnet, wobei die Kühlvorrichtungen durch unabhängige Temperaturregelungen angesteuert werden, so dass alle Detektorelemente auf einer möglichst homogenen Betriebstemperatur gehalten werden.
• Bei einem Röntgengerät mit bewegter Röntgenquelle und entsprechend mitbewegtem Röntgendetektor - z.B. einem Computertomographen oder einem C-Bogen-Gerät - unterliegt die lokale Intensität der auf dem Röntgendetektor auftreffenden Röntgenstrahlung allerdings einer fortlaufenden Änderung. Das unter wechselnden Projektionswinkeln aufgenommene Messobjekt erzeugt, mit anderen Worten einen sich kontinuierlich ändernden Schattenwurf. Entsprechend unterliegt auch der Wärmeeintrag in die einzelnen Detektorelemente einer ständigen Änderung.
• Angesichts der schnellen Rotationsgeschwindigkeiten moderner Computertomographen und C-Bogen-Geräte ändern sich die hieraus resultierenden Wärmeeinträge in die einzelnen Detektorelemente oft so schnell, dass die damit verbundenen Temperaturänderungen nicht mehr in zufriedenstellendem Maße ausgeregelt werden können, da die Temperaturregelung aufgrund ihrer systemimmanenten Trägheit der Temperaturentwicklung stets in gewissem Maße nachläuft. Unter Umständen kann die Trägheit der Temperaturregelung infolge von Regelschwingungen vielmehr sogar zu einer Überhöhung der Temperaturunterschiede zwischen den Detektorelementen führen.
• Die resultierenden Temperaturschwankungen zwischen den einzelnen Detektorelementen führen zu einer Reduzierung der Bildqualität, insbesondere zu einer systematischen Verfälschung der Bildinformation. Bei einem quantenzählenden Röntgendetektor kommt es insbesondere zu Zählfehlern.
• Ein Verfahren zur Temperaturkonstanthaltung des Röntgendetektors ist beispielsweise aus DE 10 2012 204 766 A1 bekannt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Röntgengerät, bei dem die Röntgenquelle und/oder der Röntgendetektor während der Erfassung einer Röntgenbildaufnahme relativ zu einem Messobjekt bewegt werden, eine hohe Bildqualität zu ermöglichen.
• Hinsichtlich eines Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich eines Röntgengeräts wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 7. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Einstellen der Temperatur eines mehrere nebeneinander angeordnete Detektorelemente umfassenden Röntgenstrahlendetektors eines Röntgengeräts. Das Röntgengerät umfasst neben dem Röntgenstrahlendetektor (kurz: Röntgendetektor) außerdem eine Röntgenstrahlenquelle (kurz: Röntgenquelle). Während der Erfassung einer Röntgenbildaufnahme werden der Röntgendetektor und/oder die Röntgenquelle und ein zu untersuchendes Messobjekt relativ zu einander bewegt.
• Erfindungsgemäß wird während der Erfassung der Röntgenbildaufnahme für jedes Detektorelement jeweils ein Maß für den diesem Detektorelement zugeordneten Wärmeeintrag erfasst. Das für ein jedes Detektorelement erfasste „Wärmeeintragsmaß“ wird hierbei erfindungsgemäß bei der Temperaturregelung mindestens eines anderen Detektorelements berücksichtigt.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Schatten eines jeden Punktes im Messobjekt bei der Relativbewegung desselben bezüglich der Röntgenquelle und/oder des Röntgendetektors in prognostizierbarer Weise über die Detektorfläche wandert. Somit ist erkannntermaßen auch die zeitliche Änderung des gesamten Schattenwurfs des Messobjekts aus dem gegenwärtigen Schattenwurf des Messobjekts prognostizierbar. Da der Schattenwurf des Messobjekts (oder anders ausgedrückt die lokal variierende Intensität der auf den Röntgendetektor auftreffenden Röntgenstrahlung) wie eingangs beschrieben mit dem Wärmeeintrag an einer bestimmten Stelle des Röntgendetektors korreliert ist, kann aus der gegenwärtigen Verteilung der Strahlungsintensität oder des Wärmeeintrags erkanntermaßen auf die zukünftige Entwicklung des Wärmeeintrags aus einer bestimmten Stelle der Detektorfläche geschlossen werden.
• Erfindungsgemäß werden die Detektorelemente informationstechnisch miteinander verknüpft, indem der gegenwärtige Wärmeeintrag der einzelnen Detektorelemente zur Temperaturregelung anderer Detektorelemente herangezogen wird. Hierdurch wird ermöglicht, die Temperaturregelung dieser anderen Detektorelemente proaktiv an zu erwartende Änderungen des Wärmeeintrags anzupassen, die an diesen anderen Detektorelementen selbst noch gar nicht erfassbar sind.
• Hierdurch wiederum können die Trägheit der Temperaturregelungen ganz oder zumindest teilweise kompensiert, und somit die Detektorelemente auf einer besonders homogenen (zeitlich und räumlich für alle Detektorelemente konstanten) Betriebstemperatur gehalten werden.
• Weiterhin wird anhand der für die Detektorelemente jeweils erfassten Wärmeeintragsmaße für jedes Detektorelement ein Schätzwert berechnet, der für die zukünftige Entwicklung des Wärmeeintrags dieses Detektorelements charakteristisch ist. Dieser Schätzwert, der somit unmittelbar oder mittelbar angibt, wie sich der Wärmeeintrag des betreffenden Detektorelements innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne ab dem Berechnungszeitpunkt in zu erwartender Weise entwickeln wird, wird als Eingangsgröße für die Temperaturregelung des betreffenden Detektorelements herangezogen. In die Berechnung des Schätzwertes für ein bestimmtes Detektorelement geht dabei das erfasste Wärmeeintragsmaß mindestens eines anderen Detektorelements ein. Konkret sind alle Detektorelemente miteinander verknüpft, so dass der einem beliebigen Detektorelement zugeordnete Schätzwert stets aus den Wärmeeinträgen aller Detektorelemente berechnet wird.
• Als Wärmeeintrag wird die pro Zeiteinheit in ein bestimmtes Detektorelement eingetragene Wärmeenergie bezeichnet. Da der Wärmeeintrag in jedes der Detektorelemente wie eingangs beschrieben vorrangig von der Intensität der darauf auftreffenden Röntgenstrahlung abhängt, wird in zweckmäßiger Ausführung der Erfindung als Wärmeeintragsmaß die Intensität der von dem betreffenden Detektorelement detektierten Röntgenstrahlung herangezogen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, zumal die Strahlungsintensität instantan (ohne nennenswerte Trägheit oder Messverzögerung) detektiert wird und entsprechende Messwerte von jedem Detektorelement ohnehin erfasst werden. Sofern die Detektorelemente selbst aus mehreren einzelnen Detektorpixeln gebildet sind, wird die einem jeden Detektorelement jeweils zugeordnete Strahlungsintensität aus den von den einzelnen Detektorpixeln jeweils bestimmten Messwerten (z.B. durch Mittelwertbildung, Medianbildung, Spitzenwertbestimmung, etc.) bestimmt.
• Grundsätzlich kann im Rahmen der Erfindung als Wärmeeintragsmaß für jedes Detektorelement aber auch die Temperatur oder Temperaturänderung des betreffenden Detektorelements oder die diesem zugeführte Heiz-/Kühlleistung herangezogen werden. Des Weiteren kann das einem Detektorelement zugeordnete Wärmeeintragsmaß im Rahmen der Erfindung auch aus mehreren der vorstehend genannten Größen berechnet werden.
• Der für die zukünftige Entwicklung des Wärmeeintrags charakteristische Schätzwert kann den zu erwartenden Wärmeeintrag unmittelbar (also als Energiemenge pro Zeiteinheit) angeben. Alternativ kann als Schätzwert das zu erwartende Wärmeeintragsmaß, z.B. also die zu erwartende Strahlungsintensität angegeben werden. Der Schätzwert kann aber auch als sonstige Größe definiert sein, die mit dem zu erwartenden Wärmeeintrag linear oder durch eine andere mathematische Funktion verknüpft ist. Schließlich kann der Schätzwert auch die zu erwartende Abweichung des Wärmeeintrags oder Wärmeeintragsmaßes von dem gegenwärtigen Wert, beispielsweise als Prozentangabe, angeben.
• Die Relativbewegung des Röntgendetektors und/oder der Röntgenquelle im Bezug auf das Messobjekt wird vorzugsweise dadurch realisiert, dass - wie bei medizinischen Röntgenvorrichtungen üblich - der Röntgendetektor und/oder die Röntgenquelle bewegt werden, während das Messobjekt im umgebenden Raum ruht. Im Rahmen der Erfindung kann aber alternativ auch - wie z.B. bei technischen Computertomographen üblich - das Messobjekt im umgebenden Raum bewegt werden, während die Röntgenquelle und der Röntgendetektor ruhen. Ebenfalls im Rahmen der Erfindung denkbar ist grundsätzlich eine gleichzeitige Bewegung des Messobjekts und des Röntgendetektors und/oder der Röntgenquelle.
• Vorzugsweise werden alle Detektorelemente mittels einer jeweils eigenen Regelschleife auf eine einheitliche (für alle Detektorelemente gleiche) Solltemperatur geregelt. Der berechnete Schätzwert für die zukünftige Entwicklung des Wärmeeintrags des zu regelnden Detektorelements oder ein daraus abgeleiteter Korrekturwert werden dabei vorzugsweise (im Rahmen einer sogenannten Störgrößenaufschaltung) als Störgröße berücksichtigt.
• In bevorzugter Ausführung des Verfahrens wird bei der Temperaturregelung eines jeden Detektorelements, insbesondere bei der Berechnung des gegebenenfalls zugeordneten Schätzwertes, der zeitliche Verlauf des Wärmeeintragsmaßes mindestens eines anderen Detektorelements berücksichtigt. Es werden also nicht lediglich der gegenwärtige Wert des dem anderen Detektorelement zugeordneten Wärmeeintragsmaßes, sondern zusätzlich mindestens ein zuvor erfasster Wert (vorzugsweise mehrere zuvor erfasste Werte) berücksichtigt.
• Alternativ hierzu können im Rahmen der Erfindung auch Angaben über die Relativbewegung (Richtung, Geschwindigkeit) zwischen den Röntgendetektoren bzw. der Röntgenquelle und dem Messobjekt herangezogen werden, um aus dem gegenwärtig erfassten Wärmeeintragsmaßen den jeweiligen Schätzwert für jedes der Detektorelemente zu berechnen.
• Erkanntermaßen ist es schwierig, allein durch aktive Kühlung der Detektorelemente die durch die zeitlich variierende Strahlungsintensität verursachten Temperaturschwankungen auszugleichen, da die Kühlleistung einer solchen Kühlung meist nicht schnell genug variiert werden kann oder da zwischen der Kühlung und der sensitiven Schicht des jeweiligen Detektorelements, in der der strahlungsbedingte Wärmeeintrag erzeugt wird, ein zu großer Wärmeübergangswiderstand besteht. Um dennoch auf zu erwartende Temperaturänderungen schnell zu reagieren, wird jedes Detektorelement vorzugsweise durch ein zugeordnetes Heizelement (insbesondere eine Widerstandsheizung) mit variabler, durch die Temperaturregelung gesteuerter Heizleistung geheizt. Um eine geeignete Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten und insbesondere eine Überhitzung des Detektorelements zu vermeiden, ist jedem Detektorelement vorzugsweise zusätzlich auch ein Kühlelement, z.B. in Form eines luftumströmten Luftkühlers, eines Flüssigkeitskühlers oder eines Peltier-Elements zugeordnet. Mittels des Kühlelements wird das Detektorelement dabei mit zeitlich konstanter oder nur vergleichsweise langsam veränderlicher Kühlleistung gekühlt. Demgegenüber schnelle Änderungen des strahlungsbedingten Wärmeeintrags werden durch variierende Ansteuerung des Heizelements ausgeglichen. Um eine zu erwartende Erwärmung dieses Detektorelements auszugleichen, wird also insbesondere die Heizleistung vorausschauend reduziert. Entsprechend wird bei einer zu erwartenden Abkühlung die Heizleistung vorausschauend erhöht. Vorzugsweise ist das Heizelement unmittelbar oder mit nur sehr geringem Abstand an der sensitiven Schicht des Detektorelements angeordnet, um die Trägheit der Temperaturregelung möglichst klein zu halten.
• Das erfindungsgemäße Röntgengerät umfasst zusätzlich zu dem Röntgendetektor und der Röntgenquelle eine Einrichtung zur Relativbewegung des Röntgendetektors und/oder der Röntgenquelle bezüglich eines Messobjekts. Wie vorstehend erläutert, kann diese Einrichtung im Rahmen der Erfindung entweder den Röntgendetektor und/oder die Röntgenquelle gegenüber dem ruhenden Messobjekt bewegen, oder das Messobjekt gegenüber dem ruhenden Röntgendetektor bzw. der ruhenden Röntgenquelle bewegen oder sowohl das Messobjekt als auch den Röntgendetektor bzw. die Röntgenquelle bewegen. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Röntgengerät um einen medizinischen Computertomographen oder um ein C-Bogen-Gerät. In dem ersteren Fall ist die Einrichtung zur Bewegung der Röntgenquelle und des Röntgendetektors relativ zu dem Messobjekt vorzugsweise durch eine Gantry gegeben, in dem letzteren Fall vorzugsweise durch einen C-Bogen.
• Außerdem umfasst das erfindungsgemäße Röntgengerät eine Steuereinheit, die programm- oder schaltungstechnisch zur - vorzugsweise automatischen - Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Steuereinheit ist somit dazu eingerichtet, während der Erfassung der Röntgenbildaufnahme für jedes Detektorelement des Röntgendetektors jeweils ein Wärmeeintragsmaß zu erfassen, und das für ein jedes Detektorelement erfasste Wärmeeintragsmaß bei der Temperaturregelung mindestens eines anderen Detektorelements zu berücksichtigen.
• Die Steuereinheit ist vorzugsweise durch einen Rechner (Computer) gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung des Verfahrens in Form einer Steuersoftware implementiert ist, so dass das Verfahren bei Ablauf der Steuersoftware auf dem Rechner automatisch durchgeführt wird. Die Steuereinheit kann aber im Rahmen der Erfindung aber auch durch einen anderweitigen - programmierbaren oder nicht-programmierbaren - Schaltkreis (z.B. ASIC, FPGA, CPLD, etc.) gebildet sein.
• In zweckmäßiger Ausführung des Röntgengeräts ist jedem Detektorelement eine Temperiervorrichtung zugeordnet, die jeweils ein Heizelement umfasst. Die Temperiervorrichtung ist von einer Temperaturregelung angesteuert, die die Temperatur des Detektorelements durch Variation der Heizleistung des Heizelements einstellt. Zudem weist jedes Detektorelement vorzugsweise ein Kühlelement der vorstehend beschriebenen Art auf.
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
• 1 in schematischer Darstellung ein Röntgengerät mit einer Röntgenquelle, mit einem Röntgendetektor, der aus mehreren Detektorelementen gebildet ist, sowie mit einer Steuereinheit zur Temperaturregelung der Detektorelemente und
• 2 in einem schematischen Ablaufdiagramm ein Ausführungsbeispiel für ein von der Steuereinheit durchgeführtes Verfahren zur Einstellung der Temperatur der Detektorelemente.
• Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
• In 1 ist ein Röntgengerät in Form eines medizinischen Computertomographen 1 dargestellt. Der Computertomograph 1 umfasst eine Röntgenstrahlenquelle (kurz: Röntgenquelle 2) und einen Röntgenstrahlendetektor (kurz: Röntgendetektor 3). Die Röntgenquelle 2 und der Röntgendetektor 3 (beide werden zusammengenommen auch als Bildkette bezeichnet) sind über eine Rotationsachse 4 gegenüberliegend an einem Drehkranz 5 des Computertomographen 1 gehaltert. Der Drehkranz 5 ist um die Rotationsachse 4 in einer Rotationsrichtung R drehbar in einem Gehäuse 6 gebildete Baueinheit gelagert. Die aus dem Drehkranz 5 und dem Gehäuse 6 ist zusammenfassend auch als Gantry bezeichnet.
• Der Röntgendetektor 3 ist aus einer Vielzahl von einzelnen Detektorelementen 7_i (i=1,2,3,...,N) zusammengesetzt, die in Rotationsrichtung R nebeneinander angeordnet sind, und die jeweils mehrere Detektorpixel umfassen.
• Jedes Detektorelement 7_i weist in nicht näher dargestellter Weise eine für Röntgenstrahlung sensitive Sensorschicht, die aus einem Halbleitermaterial (z. B. Cadmium-Tellurid) gebildet ist, und eine dieser Sensorschicht zugeordnete Auswerteelektronik auf. Des Weiteren weist jedes Detektorelement 7_i eine Temperiervorrichtung auf, die einen Kühlkörper sowie ein Heizelement umfasst.
• Der Kühlkörper ist in einen Kühlluftstrom positioniert, der mittels eines für alle Detektorelemente 7_i gemeinsamen Kühlgebläses 8 erzeugt und den Detektorelementen 7_i zugeführt wird, und führt im Betrieb des Computertomographen 1 an diesen Kühlluftstrom fortlaufend Wärme ab.
• Der Computertomograph 1 umfasst weiterhin eine durch einen Computer gebildete Steuereinheit 9, in der ein Steuerprogramm 10 zur Steuerung der Röntgenleistung der Röntgenquelle 2 und zur Auswertung der Detektorelemente 7_i eingerichtet und vorgesehen ist. Das Steuerprogramm ist außerdem dazu eingerichtet, im Rahmen einer Temperaturregelung die Sensorschichten der Detektorelemente 7_i auf einem als Betriebstemperatur bezeichneten Temperatur-Sollwert zu halten. Die den Detektorelementen 7_i jeweils zugeordnete Temperaturregelung ist somit softwaretechnisch als Bestandteil des Steuerprogramms realisiert. Die Steuereinheit 9 ist über - nur grob schematisch angedeutete - Signalleitungen 11 und 12 mit der Röntgenquelle 2 bzw. mit jedem der Detektorelemente 7_i gekoppelt.
• Zum Betrieb des Computertomographen 1 werden die Detektorelemente 7_i (konkret deren Sensorschichten) mittels der Heizelemente gegen die Kühlung durch das Kühlgebläse 8 auf die Betriebstemperatur (z.B. auf 45°C) aufgeheizt. Zur Röntgenbildaufnahme, hier genauer zur Aufnahme eines Computertomogramms, strahlt die Röntgenquelle 2 Röntgenstrahlung in Form eines Fächerstrahls 13 in Richtung auf den Röntgendetektor 3 ab. Die Röntgenstrahlen werden dabei durch ein im Bereich der Rotationsachse 4 angeordnetes Messobjekt, bei dem es sich in der Regel um einen Patienten 14 handelt, lokal unterschiedlich abgeschwächt und treffen somit mit unterschiedlicher Strahlungsintensität I_i auf den einzelnen Detektorelementen 7_i auf. Der Zählindex i (i=1,2,3,...,N) ist für beide vorstehend genannten Größen gleich definiert, so dass die Strahlungsintensität I₁ dem Detektorelement 7₁ zugeordnet ist, die Strahlungsintensität I₂ dem Detektorelement 7₂ , etc.
• Für die Aufnahme des Computertomogramms wird der Drehkranz 5 mit der daran angebrachten Bildkette in Rotationsrichtung R um die Rotationsachse 4 rotiert, wobei eine Vielzahl von einzelnen Projektionsbildern des Patienten 14 aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen aufgenommen werden.
• Aufgrund der Rotation des Drehkranzes 5 um den Patienten 14 ändert sich die von dem Patienten 14 verursachte Röntgenabschwächung, also der durch den Patienten 14 verursachte Röntgenschattenwurf auf dem Röntgendetektor 3 fortlaufend. Somit unterliegt auch der Wert der auf ein und dasselbe Detektorelement 7_i auftreffenden Strahlungsintensität I_i einer fortlaufenden zeitlichen Änderung.
• Zumindest in Näherung proportional mit der Strahlungsintensität I_i der einfallenden Röntgenstrahlung ändern sich auch der strahlungsinduzierte Stromfluss in der Sensorschicht des jeweiligen Detektorelements 7_i und der durch elektrische Verlustleistung erzeugte Wärmeeintrag fortlaufend.
• Um dem aufgrund der variierenden Strahlungsintensität I_i schwankenden Wärmeeintrag der einzelnen Detektorelemente 7_i möglichst effektiv entgegenzuwirken, und somit die Betriebstemperatur der Detektorelemente 7_i also möglichst konstant und für alle Detektorelemente 7_i homogen zu halten, führt die Steuereinheit 9 unter Ablauf des Steuerprogramms 10 das nachfolgend anhand von 2 näher beschriebene Verfahren durch.
• In einem ersten Verfahrensschritt 20 dieses Verfahrens erfasst die Steuereinheit 9 durch Abfrage jedes der Detektorelemente 7_i als Wärmeeintragsmaß jeweils die von dem jeweiligen Detektorelement 7_i detektierte Strahlungsintensität I_i . Zur Ermittlung der einem jeden Detektorelement 7_i zugeordneten Strahlungsintensität I_i erfasst die Steuereinheit 9 die von den Detektorpixeln dieses Detektorelements 7_i jeweils erfassten Intensitätswerte und bildet hieraus den Mittelwert. Die so ermittelten Strahlungsintensitäten I_i stellen zu jedem Erfassungs-Zeitpunkt jeweils eine (grobkörnig) ortsaufgelöste Intensitätsverteilung der auf den gesamten Röntgendetektor 3 auftreffenden Röntgenstrahlung dar. Die Steuereinheit 9 erfasst hierbei - beispielsweise während einer Halbdrehung der Röntgenquelle 2 und des Röntgendetektors 3 - für jede Strahlungsintensität I_i mehrere zeitlich aufeinanderfolgende Messwerte. Die Steuereinheit 9 zeichnet somit über einen bestimmten Zeitraum (von z.B. etwa 1 sec) den zeitlichen Verlauf einer jeden Strahlungsintensität I_i auf.
• In einem zweiten Verfahrensschritt 21 berechnet die Steuereinheit 9 aus den erfassten Strahlungsintensitäten I_i für jedes Detektorelement 7_i einen Schätzwert I_i' für die jeweils am Ort des betreffenden Detektorelements 7_i zu erwartende, zukünftige Strahlungsintensität. Dazu extrapoliert die Steuereinheit 9 den zeitlichen und örtlichen Verlauf der erfassten Werte der Strahlungsintensitäten I_i um eine vorgegebene Zeitspanne (von z.B. 10 msec) in die Zukunft.
• Für diese Extrapolation nützt die Steuereinheit 9 in einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens die Tatsache aus, dass der Röntgenschatten eines jeden Punktes im Körper des Patienten 14 - sofern dieser Punkt nicht exakt auf der Rotationsachse 4 liegt - während der Rotation der Bildkette um den Patienten 14 auf dem Röntgendetektor 3 eine sinusartig mit der Rotationsfrequenz der Bildkette hin- und herpendelnde Bahn zieht. Diese sinusartige Pendelbewegung beruht darauf, dass sich jeder Punkt im Körper des Patienten 14 aus der Perspektive des bewegten Röntgendetektors 3 kreisförmig um die Rotationsachse 4 bewegt. Die Amplitude der pendelnden Schattenbewegung ist dabei abhängig vom Abstand des diesen Schatten hervorrufenden Punkts im Patientenkörper zu der Rotationsachse 4.
• In einer Auftragung der erfassten Werte der Strahlungsintensitäten I_i in einem Ort-Zeit-Diagramm, in dem auf einer Zeitachse der Erfassungszeitpunkt des jeweiligen Werts und auf einer Ortsachse der Ort des jeweils zugeordneten Detektorelements 7_i (oder äquivalentermaßen der Zählindex i) angetragen ist, bilden diese Werte somit eine Überlagerung von sinusförmigen Bahnen, die auch als Sinogramm bezeichnet wird. Dieses Sinogramm wird von der Steuereinheit 9 in einem numerischen Optimierungsverfahren iterativ rekonstruiert. Die Steuereinheit parametriert hierzu eine aus einer als Kombination von Sinus-Funktionen vorgegebene mathematische Zielfunktion derart, dass diese Zielfunktion den räumlich-zeitlichen Verlauf der Strahlungsintensitäten I_i bestmöglich beschreibt. Mittels dieser Zielfunktion berechnet die Steuereinheit dann die Schätzwerte I_i'.
• Anhand der zukünftigen Strahlungsintensität I_i' berechnet die Steuereinheit 9 in einem dritten Verfahrensschritt 22 für jedes Detektorelement 7_i einen Korrekturterm und berücksichtigt diesen Korrekturterm im Rahmen einer Störgrößenaufschaltung bei der dem jeweiligen Detektorelement 7_i zugeordneten Temperaturregelung. In die Temperaturregelung für ein jedes Detektorelement 7_i gehen somit mittelbar die für alle Detektorelemente 7_i erfassten Strahlungsintensitäten I_i ein.
• Infolge der Störgrößenaufschaltung stellt die Steuereinheit 9 die Heizleistung für das jeweilige Detektorelement 7_i in Abhängigkeit von dem Schätzwert I_i' vorausschauend derart ein, dass die Temperatur dieses Detektorelements 7_i unter Kompensation der hierfür prognostizierten Entwicklung der Strahlungsintensität I_i zeitlich konstant auf der vorgegebenen Betriebstemperatur gehalten wird.
• Für den Fall, dass für ein bestimmtes Detektorelement 7_i eine Abnahme der Strahlungsintensität I_i prognostiziert wird, setzt die Steuereinheit 9 die Heizleistung des jeweiligen Heizelements herauf, um dieser Abkühlung entgegenzuwirken. Entsprechend wird die Heizleistung im Fall einer prognostizierten Zunahme der Strahlungsintensität I_i' verringert. Zur Ansteuerung gibt die Steuereinheit 9 dabei jeweils ein Stellsignal S_i (i=1,2,3,...,N) an das Heizelement des jeweiligen Detektorelements 7_i aus. Dadurch wird über die gesamte Fläche des Röntgendetektors 3 eine homogene Temperatur und somit auch eine gleichbleibende Empfindlichkeit der einzelnen Detektorelemente 7_i erreicht.

Claims (9)

1. Verfahren zum Einstellen der Temperatur eines mehrere nebeneinander angeordnete Detektorelemente (7_i, i=1,2 ...) umfassenden Röntgenstrahlendetektors (3) eines Röntgengeräts (1), bei dem der Röntgenstrahlendetektor (3) und/oder eine Röntgenstrahlenquelle (2) einerseits, sowie ein zu untersuchendes Messobjekt (14) andererseits während der Erfassung einer Röntgenbildaufnahme relativ zueinander bewegt werden, wobei während der Erfassung der Röntgenbildaufnahme für jedes von den Detektorelementen (7_i) jeweils ein für den Wärmeeintrag in dieses Detektorelement (7_i) charakteristisches Wärmeeintragsmaß (I_i) erfasst wird, und wobei die Detektorelemente (7_i) informationstechnisch miteinander verknüpft werden, indem das für ein jedes Detektorelement (7_i) jeweils erfasste Wärmeeintragsmaß (I_i) bei einer Temperaturregelung mindestens eines anderen Detektorelements (7_i) berücksichtigt wird, indem - anhand der für alle Detektorelemente (7_i) erfassten Wärmeeintragsmaße (I_i) ein zeitlicher und örtlicher Verlauf der Werte der Wärmeeintragsmaße (I_i) auf dem Röntgenstrahlendetektor (3) ermittelt wird, - anhand des zeitlichen und örtlichen Verlaufs der Werte der Wärmeeintragsmaße (I_i) aller Detektorelemente (7_i) für jedes Detektorelement (7_i) jeweils ein Schätzwert (I_i') für die zukünftige Entwicklung des Wärmeeintrags berechnet wird, und - dieser Schätzwert (I_i') bei der Temperaturregelung des betreffenden Detektorelements (7_i) berücksichtigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schätzwert (I_i') oder ein daraus abgeleiteter Korrekturterm (S_i) als Störgröße bei der Temperaturregelung des betreffenden Detektorelements (7_i) berücksichtigt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Wärmeeintragsmaß jedes Detektorelements (7_i) die Strahlungsintensität (I_i) der jeweils auf diesem Detektorelement (7_i) auftreffenden Röntgenstrahlung herangezogen wird.
4. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 3, wobei jeder Schätzwert (I_i') aus mindestens zwei zeitlich aufeinanderfolgend erfassten Messwerten der Wärmeeintragsmaße (I_i) berechnet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei jedem der Detektorelemente (7i) eine Temperiervorrichtung mit einem Heizelement zugeordnet ist, und wobei die Temperatur der Detektorelemente (7_i) im Rahmen der Temperaturregelung durch Anpassung der Heizleistung des jeweiligen Heizelements eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei jedes der Detektorelemente (7_i) zusätzlich gekühlt wird.
7. Röntgengerät (1), - mit einer Röntgenstrahlenquelle (2), - mit einem Röntgenstrahlendetektor (3), der eine Anzahl von nebeneinander angeordneten Detektorelementen (7_i, i=1,2...) aufweist, - mit einer Einrichtung zur Bewegung der Röntgenstrahlenquelle (2) und/oder des Röntgenstrahlendetektors (3) während der Erfassung einer Röntgenbildaufnahme relativ zu einem Messobjekt (14), - mit jeweils einer einem jeden Detektorelement (7_i) zugeordneten Temperiervorrichtung und einer diese ansteuernden Temperaturregelung, sowie - mit einer Steuereinheit (9), die dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
8. Röntgengerät (1) nach Anspruch 7, wobei jede der Temperiervorrichtungen jeweils ein Heizelement umfasst, dessen Heizleistung durch die Temperaturregelung einstellbar ist.
9. Röntgengerät (1) nach Anspruch 8, wobei jede der Temperiervorrichtungen jeweils zusätzlich ein Kühlelement umfasst.

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