DE102015212881A1

DE102015212881A1 - Reduktion von Drifteffekten von Szintillatordetektoren durch Lichtbestrahlung

Info

Publication number: DE102015212881A1
Application number: DE102015212881.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Schröter
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2015-07-09
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2017-01-12
Also published as: US10627533B2; US20170010366A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Detektorvorrichtung zur Detektion von Röntgen- und/oder Gammastrahlung aufweisend ein Szintillatorelement zur Umwandlung der Röntgen- und/oder der Gammastrahlung in Licht, wobei das Szintillatorelement mindestens eine Seitenfläche, eine Oberseite und eine Unterseite aufweist, eine erste Photodiode an der Unterseite des Szintillatorelements, eine Auswerteelektronik, eine Lichtquelle, wobei die Lichtquelle ausgelegt ist um das Szintillatorelement zu beleuchten, und ein lichtundurchlässiges Gehäuse, welches das Szintillatorelement, die erste Photodiode, die Auswerteelektronik und die Lichtquelle umgibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Detektorvorrichtung zur Detektion von Röntgen- und/oder Gammastrahlung, ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustands eines Szintillatorelements einer Detektorvorrichtung und ein medizinisches Gerät.
Detektorvorrichtungen werden beispielsweise bei Computertomographiegeräten, Angiographiegeräten oder Radiographiegeräten zur Wandlung von Röntgenstrahlen in elektrische Signale eingesetzt, welche als Grundlage zur Berechnung von zwei- oder dreidimensionalen Schichtbildern eines zu untersuchenden Patienten dienen. Zur Detektion von Röntgen- oder Gammastrahlung werden häufig Szintillatoren eingesetzt. Szintillatoren werden insbesondere in der medizinischen Röntgenbildgebung im Energiebereich bis 1MeV eingesetzt. Üblicherweise werden sogenannte indirekt konvertierende Detektorvorrichtungen, sogenannte Szintillatordetektoren, verwendet, bei denen die Konvertierung der Röntgen- oder Gammastrahlen in elektrische Signale in zwei Stufen erfolgt. In einer ersten Stufe werden die Röntgen- oder Gammaquanten in einem Szintillatorelement absorbiert und in optisch sichtbares Licht umgewandelt, dieser Effekt wird Lumineszenz genannt. Das durch Lumineszenz angeregte Licht wird anschließend in einer zweiten Stufe durch eine mit dem Szintillatorelement optisch gekoppelten ersten Photodiode in ein elektrisches Signal umgewandelt, über eine Auswerte- oder Ausleseelektronik ausgelesen und anschließend an eine Recheneinheit weitergeleitet.
In vielen Anwendungen, beispielsweise in der Computertomographie oder Angiographie, werden sehr hohe Photonenflüsse eingesetzt um eine sehr schnelle Bildgebung, beispielsweise von bewegten Organen, zu erreichen. Im Fall von hohen Photonenflüssen kann es zu einer Änderung der Antwortfunktion des Detektors kommen, diese Änderung wird häufig als Drift bezeichnet. Durch die Bestrahlung mit Röntgen- oder Gammastrahlung findet eine Passivierung von Leuchtzentren statt, wobei die Leuchtzentren in elektronische Zustände versetzt werden, in denen sie nicht mehr zur Lumineszenz beitragen können. Die elektronischen Zustände können sich mit der Zeit wieder abbauen. Der Abbau der elektronischen Zustände kann mit unterschiedlichen Zeitkonstanten erfolgen, welche im Bereich von einigen Sekunden bis zu mehreren Tagen liegen können. Temporär liegt eine veränderte Antwortfunktion vor, die in der Bildgebung Artefakte und/oder fehlerhafte quantitative Messungen hervorruft. Dementsprechend können Änderungen in der Antwortfunktion des Detektors sowohl innerhalb einer Messung als auch nach vielen Messungen auftreten.
Der Zustand des Szintillatorelements kann sich bei einigen Szintillatormaterialien, beispielsweise Gd₂O₂S (GOS), auch auf die Transmissionseigenschaften auswirken. Insbesondere die Transmission einer bestimmten Wellenlänge kann unter Einfluss von Röntgenstrahlung verändert werden. Es kann eine Eintrübung des Szintillatormaterials stattfinden, welche zu einer reduzierten Transmission führen kann. Bei anderen Szintillatormaterialien, beispielsweise CsI, kann die Transmission unter Einfluss von Röntgenstrahlung erhöht werden.
Bisher werden Kalibrationen ohne Objekt oder mit einem bekannten für Kalibrationszwecke geeigneten Objekt zwischen Strahlungsquelle und Detektor durchgeführt um Änderungen in der Antwortfunktion zu ermitteln. Dabei wird die Strahlungsquelle mit bekannten Parametern betrieben und die Detektorantwort gemessen. Die Änderungen der Antwortfunktion des Detektors können zur Korrektur von Messwerten oder zur Korrektur während der Bildrekonstruktion verwendet werden. Für dieses Verfahren ist die Verwendung von Röntgen- oder Gammastrahlung notwendig. Die Kalibration kann damit nicht während des Patientenbetriebs, beispielsweise zwischen Messungen, bei Patientenwechsel oder unmittelbar vor oder nach einer Messung, stattfinden. Dieses Verfahren zur Kalibration wird daher typischerweise täglich durchgeführt. Trotz dieser Kalibrationen können Artefakte in der Bildgebung und fehlerhafte quantitative Analysen auftreten, da Veränderungen der Antwortfunktion des Detektors mit Zeitkonstanten unter einem Tag nicht berücksichtigt werden können.
Der Erfinder hat festgestellt, dass Veränderungen der Antwortfunktion, insbesondere mit Zeitkonstanten unter einem Tag, mit den bisherigen Kalibrationsverfahren nicht berücksichtigt werden können. Die Verwendung von Röntgen- oder Gammastrahlung verhindert eine mehrmalige oder häufige Messung der Antwortfunktion während des Patientenbetriebs.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Detektorvorrichtung, ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustands eines Szintillatorelements und ein medizinisches Gerät anzugeben, welche eine Stabilisierung der Antwortfunktion einer indirekt-konvertierenden Detektorvorrichtung mit einem Szintillatorelement zur Konvertierung der Röntgenstrahlung oder Gammastrahlung in Licht ermöglichen, wobei die Stabilisierung oder Korrektur der Kalibration während des Patientenbetriebs durchgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Detektorvorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustands eines Szintillatorelements nach Anspruch 12 und ein medizinisches Gerät nach Anspruch 15.
Der Erfinder schlägt vor, die Detektorantwort einer Detektorvorrichtung zur Detektion von Röntgen- und/oder Gammastrahlung aufweisend ein Szintillatorelement zur Umwandlung der Röntgen- und/oder der Gammastrahlung in Licht durch Beleuchten des Szintillatorelements mit einer definierten Lichtmenge und dem Bestimmen des Zustands des Szintillatorelements zu stabilisieren oder eine Korrektur der Kalibration durchzuführen.
Die Erfindung betrifft eine Detektorvorrichtung zur Detektion von Röntgen- und/oder Gammastrahlung aufweisend ein Szintillatorelement zur Umwandlung der Röntgen- und/oder der Gammastrahlung in Licht, wobei das Szintillatorelement mindestens eine Seitenfläche, eine Oberseite und eine Unterseite aufweist, eine erste Photodiode an der Unterseite des Szintillatorelements, eine Auswerteelektronik, eine Lichtquelle, wobei die Lichtquelle ausgelegt ist um das Szintillatorelement zu beleuchten, und ein lichtundurchlässiges Gehäuse, welches das Szintillatorelement, die erste Photodiode, die Auswerteelektronik und die Lichtquelle umgibt. Das lichtundurchlässige Gehäuse kann beispielsweise als eine semitransparente Reflektorschicht ausgebildet sein.
Die Detektorvorrichtung weist ein Szintillatorelement, eine erste Photodiode, eine Auswerteelektronik, eine Lichtquelle und ein lichtundurchlässiges Gehäuse auf. In einer bevorzugten Ausgestaltung trifft die Röntgen- oder Gammastrahlung zuerst auf das Szintillatorelement und wird dort in eine Lichtmenge umgewandelt. In der nachfolgenden ersten Photodiode wird eine Lichtmenge registriert und es wird ein Messwert für die Lichtmenge an die Auswerteelektronik weitergeleitet.
In einer weiteren Ausgestaltung kann die Detektorvorrichtung mindestens ein Detektormodul aufweisen, wobei das Detektormodul eine Mehrzahl von Detektionselementen umfassen kann. Dabei umfasst ein Detektionselement eine Einheit aus Szintillatorelement, erster Photodiode und Auswerteelektronik. Die Detektionselemente können in einer zweidimensionalen Anordnung vorliegen.
Das Szintillatorelement weist mindestens eine Seitenfläche, eine Ober- und eine Unterseite auf. In vorteilhafter Weise zeigt die Oberseite zur Röntgen- oder Gammastrahlungsquelle hin und die Unterseite liegt auf der von der Röntgen- oder Gammastrahlungsquelle abgewandten Seite des Szintillatorelements. Das Volumen des Szintillatorelements wird zusätzlich in vorteilhafter Weise von mindestens einer Seitenfläche umgeben. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Ober- und die Unterseite des Szintillatorelements in Form einer rechteckigen oder quadratischen Grundfläche vorliegen, und es können entsprechend mehrere Seitenflächen vorliegen. In einer Ausführungsform mit mehreren Detektionselementen sind die Szintillatorelemente so nebeneinander angeordnet, dass die Seitenflächen der benachbarten Szintillatorelemente im Wesentlichen parallel verlaufen.
Die Detektorvorrichtung kann einen Kollimator, beispielsweise in Form eines ein- oder zweidimensionalen Streustrahlengitters aufweisen, wobei der Kollimator zwischen der Strahlenquelle und der Oberseite des Szintillatorelements angeordnet ist.
Die Detektorvorrichtung kann Röntgen- oder Gammastrahlung im Energiebereich von 1keV bis 1MeV detektieren, ein bevorzugter Energiebereich liegt im Bereich von 10keV bis 200keV.
Die Unterseite des Szintillatorelements ist vorteilhaft lichtleitend mit einer ersten Photodiode verbunden. Die erste Photodiode ist dazu ausgelegt, dass das durch Lumineszenz angeregte Licht detektiert werden kann und eine Lichtmenge bestimmt werden kann. In einer Ausführungsform kann die erste Photodiode in einem Substrat enthalten sein, wobei die erste Photodiode beispielsweise kleiner als die Fläche der Unterseite des Szintillatorelements sein kann und beispielsweise die erste Photodiode mittig unter dem Szintillatorelement angeordnet sein kann.
Der für die Lichtmenge bestimmte Wert wird an die Auswerteelektronik weitergeleitet. Die Auswerteelektronik kann beispielsweise als ASIC (Application Specific Integrated Circuit) ausgestaltet sein.
Die Lichtquelle ist derart angeordnet, dass sie vorteilhaft das Szintillatorelement beleuchten kann. Dabei können zur Ausleuchtung des Szintillatorelements zusätzlich optische Elemente verwendet werden. Das Szintillatorelement kann direkt oder indirekt von der Lichtquelle beleuchtet werden.
Ein lichtundurchlässiges Gehäuse umschließt das Szintillatorelement, die erste Photodiode, die Auswerteelektronik und die Lichtquelle, sodass vorteilhaft insbesondere die Photodiode und das Szintillatorelement von äußeren Lichteinflüssen abgeschirmt sind. Das lichtundurchlässige Gehäuse kann ein- oder mehrteilig ausgeführt sein, und es kann Öffnungen, zum Beispiel zur Kabelführung oder an den Stoßpunkten oder -flächen, aufweisen.
Durch die Abschirmung des Szintillatorelements und der Photodiode vor äußeren Lichteinflüssen ist die Lichtquelle in vorteilhafter Weise dazu geeignet um das Szintillatorelement mit einer definierten Lichtmenge zu beleuchten. Einflüsse von anderen Lichtquellen außerhalb des lichtundurchlässigen Gehäuses werden vermieden. Mit Hilfe der definierten Lichtmenge kann der Zustand des Szintillatorelements beispielsweise durch Bestimmung der Transmission oder der Lumineszenz des Szintillatorelements oder durch das Herstellen eines vorbestimmten Zustands des Szintillatorelements bestimmt werden. Die daraus gewonnene Information über den Zustand des Szintillatorelements kann in vorteilhafter Weise zur Korrektur der Antwortfunktion der Detektorvorrichtung verwendet werden. Die Korrektur kann auf die Messwerte angewendet werden oder im Rahmen der Bildrekonstruktion berücksichtigt werden. Dadurch können mit der Detektorvorrichtung reproduzierbare Messwerte oder reproduzierbare rekonstruierte Bilder erreicht werden. Alternativ kann durch das Herstellen eines vorbestimmten Zustands mittels Bestrahlung mit Licht geeigneter Wellenlänge der Zustand des Szintillators bereits vor Aufnahme der täglichen Kalibrierung hergestellt werden. Da sich der Detektor dann bereits in einem vorbestimmten Zustand befindet, können zusätzlichen Änderungen durch Röntgenbestrahlung reduziert werden. Der Zustand des Szintillatorelements kann durch das Beleuchten mit einer definierten Lichtmenge herbeigeführt werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustands eines Szintillatorelements einer erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung aufweisend die Schritte a) und b). Der Schritt a) umfasst das Beleuchten des Szintillatorelements mit einer definierten Lichtmenge. Der Schritt b) umfasst das Bestimmen des Zustands des Szintillatorelements.
Der Schritt a) umfasst das Beleuchten des Szintillatorelements mit Hilfe der Lichtquelle. Die Lichtquelle beleuchtet das Szintillatorelement mit einer definierten Lichtmenge, die mittels einer Steuerung auf einen vorbestimmten Wert festgelegt wird. Die definierte Lichtmenge ermöglicht in vorteilhafter Weise reproduzierbare Rahmenbedingungen für den Schritt b) zur Bestimmung des Zustands des Szintillatorelements.
Das Bestimmen des Zustands des Szintillatorelements kann ein Ermitteln des Zustands des Szintillatorelements oder ein Herstellen bzw. Herbeiführen bzw. Festlegen eines bestimmten Zustands umfassen.
Das Bestimmen des Zustands des Szintillatorelements kann über das Ermitteln der Transmission oder der Lumineszenz erfolgen. Die erste Photodiode wird vorteilhaft zum Ermitteln einer Lichtmenge verwendet, wobei die ermittelte Lichtmenge ein Maß für die Transmission oder Lumineszenz des Szintillatorelements darstellt.
Der bestimmte Zustand des Szintillatorelements kann in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden um die Kalibration der Detektorvorrichtung zu vereinfachen, eine Erhöhung der Stabilität der Kalibration, reproduzierbare Messwerte oder reproduzierbare rekonstruierte Bilder zu erreichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in vorteilhafter Weise dazu, Änderungen in der Antwortfunktion der Detektorvorrichtung zu erkennen, zu korrigieren oder zu vermeiden. In vorteilhafter Weise kann die Bildqualität verbessert werden, insbesondere bei der Verwendung von benachbarten Detektormodulen mit unterschiedlicher Änderung der Antwortfunktion. Mit Vorteil kann eine aufwändige Sortierung von Detektormodulen in der Fertigung vermeiden werden. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können Szintillatormaterialien, beispielsweise CsI oder Compound-Wandler, verwendet werden, die bisher aufgrund von Änderungen der Antwortfunktion nicht in der medizinischen Bildgebung mit hohen Photonenflüssen, beispielsweise in der Computertomographie, eingesetzt wurden. In vorteilhafter Weise können durch die vorliegende Erfindung kostengünstige Detektorvorrichtungen in der medizinischen Bildgebung mit hohen Photonenflüssen eingesetzt werden, wobei das erfindungsgemäße Verfahren Änderungen in der Antwortfunktion der Detektorvorrichtung reduziert oder verhindert.
Die Erfindung betrifft ferner ein medizinisches Gerät aufweisend eine erfindungsgemäße Detektorvorrichtung.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens können auf das medizinische Gerät übertragen werden.
Insbesondere wird durch die erfindungsgemäße Detektorvorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren eine vorteilhafte, verbesserte Reproduzierbarkeit für die Bildgebung mit dem medizinischen Gerät erreicht. Zu den Vorteilen zählt beispielsweise eine Reduktion von Artefakten in den rekonstruierten Bildern oder eine Verbesserung der quantitativen Messungen.
Gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung ist die Lichtquelle ausgelegt um Photonen mit einer Wellenlänge kleiner als einer Anregungswellenlänge des Szintillatorelements von der Lichtquelle auszusenden.
Eine Wellenlänge die von der Lichtquelle ausgesendet wird kann vorteilhaft gewählt werden, so dass die eine Wellenlänge kürzer als die Anregungswellenlänge zur Lumineszenz ist. Dadurch kann die Lichtquelle das Szintillatorelement vorteilhaft zur Lumineszenz anregen. Die eine Wellenlänge kann beispielsweise im ultravioletten Bereich liegen.
Gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung ist die Lichtquelle ausgelegt um Photonen mit einer Wellenlänge auszusenden, die von der ersten Photodiode detektierbar ist.
Die Lichtquelle kann vorteilhaft Photonen mit einer Wellenlänge aussenden, die von der ersten Photodiode detektierbar ist, um die Transmission bestimmen zu können. Beispielsweise kann die Wellenlänge so gewählt werden, dass die Absorption im Szintillatorelement möglichst stark ausgeprägt ist. Die Photonen, die nicht absorbiert werden, können dann vorteilhaft von der ersten Photodiode registriert werden. Es kann vorteilhaft ein Messwert für die Transmission ermittelt werden. Beispielsweise kann die Wellenlänge so gewählt werden, dass sie in einem Bereich liegt, in dem die Änderung des Zustands des Szintillatorelements hinsichtlich der Absorption am stärksten ausgebildet ist. Bei GOS beträgt diese Wellenlänge beispielsweise 511nm. Dies entspricht dem Absorptionsmaximum von GOS.
Gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung weist die Detektorvorrichtung ein optisches Element zur gleichmäßigen Beleuchtung zumindest eines Teilbereichs des Szintillatorelements auf.
Ein optisches Element kann vorteilhaft eine im Wesentlichen gleichmäßige Beleuchtung des Szintillatorelements oder eine gleichmäßige Beleuchtung zumindest eines Teilbereichs des Szintillatorelements gewährleisten. In vorteilhafter Weise kann die Lichtquelle das Szintillatorelement indirekt beleuchten. Die Anordnung der Lichtquelle kann damit auch derart erfolgen, dass sich die Lichtquelle beispielsweise seitlich nach oben vom Szintillatorelement versetzt befindet. Das optische Element kann sich oberhalb der Oberseite des Szintillatorelements befinden oder seitlich neben einem Spalt zwischen Kollimator und Szintillatorelement. Vorteilhaft kann sich die Lichtquelle außerhalb des Strahlengangs zwischen Röntgen- oder Gammastrahlungsquelle und Szintillatorelement befinden. Als optisches Element kann beispielsweise eine Linse, ein Diffusor oder eine spiegelnde Oberfläche verwendet werden. Als Diffusor kann beispielsweise eine transparente Folie oder Acrylglas verwendet werden. Der Diffusor ist an der dem Szintillatorelement zugewandten Seite derart ausgelegt, dass die definierte Lichtmenge über die gesamte Fläche des Diffusors homogen ausgekoppelt wird. Der Diffusor kann an der dem Szintillatorelement abgewandten Seite eine Reflektorschicht, beispielsweise eine Folie oder einem Lack, aufweisen. Um eine Auskopplung des Lichts insbesondere in Richtung der Szintillatormaterials zu erreichen kann die Fläche, die dem Szintillatorelement zugewandt ist, aufgeraut sein oder Streukörper im Diffusormaterial aufweisen.
Gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung weist die Detektorvorrichtung einen Filter zwischen dem Szintillatorelement und der ersten Photodiode auf, der für die Wellenlänge der Lichtquelle undurchlässig ist.
Ein Filter kann verwendet werden, der mit Vorteil die von der Lichtquelle ausgesandte Wellenlänge blockiert und die Wellenlänge des Lumineszenzlichts transmittiert. Dadurch kann ein Einfluss der Lichtquelle auf die erste Photodiode vermieden oder reduziert werden.
Gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung ist die Lichtquelle derart angeordnet, dass die Oberseite oder die Unterseite des Szintillatorelements beleuchtbar ist.
Die Lichtquelle kann das Szintillatorelement vorteilhaft an der Oberseite oder an der Unterseite beleuchten, so dass beispielsweise weitere Szintillatorelemente neben dem Szintillatorelement angeordnet werden können. In einer Ausführungsform zum Ermitteln der Transmission ist eine Beleuchtung des Szintillatorelements von oben besonders vorteilhaft. In einer anderen Ausführungsform zum Ermitteln der Lumineszenz oder zum Herstellen eines vorbestimmten Zustands kann eine Beleuchtung des Szintillatorelements an der Ober- oder Unterseite vorteilhaft sein.
Gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung ist die mindestens eine Seitenfläche und/oder die Oberseite des Szintillatorelements mindestens teilweise von einem Reflektormaterial bedeckt.
Das Reflektormaterial kann die mindestens eine Seitenfläche und/oder die Oberseite des Szintillatorelements vorteilhaft bedecken um das Szintillatorelement vor seitlicher Beleuchtung, beispielsweise Lumineszenzlicht eines benachbarten Szintillatorelements oder der Lichtquelle, oder eine unerwünschte Beleuchtung an der Oberseite, beispielsweise im Falle einer Beleuchtung durch die Lichtquelle an der Unterseite des Szintillatorelements, abzuschirmen und um eine möglichst gute Lichtausbeute des Lumineszenzlichts zu erreichen. Es können verschiedene Reflektormaterialien verwendet werden, wobei beispielsweise jeweils für die Seitenfläche und die Oberseite ein anderes Reflektormaterial verwendet wird. Beispielsweise kann an der Oberseite ein sogenannter Deckreflektor verwendet werden um eine möglichst hohe Lichtintensität an der ersten Photodiode zu erreichen. Typische Materialien für Deckreflektoren weisen eine Transmission auf, da die Dicke aufgrund der Absorption von Röntgenstrahlung limitiert ist. Beispielsweise kann eine Hostaphanfolie mit einer Dicke von 50µm verwendet werden, welche eine Transmission von etwa 25% aufweist. Eine Transmission des Reflektormaterials von beispielsweise 25% kann vorteilhaft zur Beleuchtung des Szintillatorelements durch eine Lichtquelle an der Oberseite des Szintillatorelements genutzt werden. In einer alternativen Ausführungsform kann das Reflektormaterial an der Oberseite des Szintillatorelements eine Strukturierung aufweisen, beispielsweise in Form von Öffnungen oder reduzierter Dicke des Reflektormaterials, so dass die Oberfläche des Szintillatorelements nur teilweise bedeckt ist und durch die Strukturierung vorteilhaft die Beleuchtung des Szintillatorelements von oben ermöglicht wird. Bei Szintillatorelementen mit einer hohen Lichtausbeute, beispielsweise CsI, kann auf eine Bedeckung der Oberseite des Szintillatorelements mit einem Reflektormaterial verzichtet werden und die Beleuchtung des Szintillatorelements mit der Lichtquelle kann besonders vorteilhaft von oben erfolgen.
Gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung ist die Lichtquelle in der Auswerteelektronik integriert.
Die Lichtquelle kann vorteilhaft von der Auswerteelektronik umfasst sein, so dass das Szintillatorelement an der Unterseite beleuchtet wird. Als Lichtquelle kann beispielsweise eine LED verwendet werden. Dem Szintillatorelement ist vorteilhaft die Lichtquelle zugeordnet. In vorteilhafter Weise kann auf optische Elemente oberhalb der Oberseite des Szintillatorelements verzichtet werden.
Gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung weist die Detektorvorrichtung eine zweite Photodiode auf und die zweite Photodiode ist von der Lichtquelle beleuchtbar, beispielsweise, in dem die Lichtquelle und die zweite Photodiode so zueinander angeordnet sind, dass die zweite Photodiode direkt oder indirekt durch die Lichtquelle beleuchtet werden kann.
Die zweite Photodiode ist von der Lichtquelle beleuchtbar und kann mit Vorteil zur Überprüfung der Zuverlässigkeit der ersten Photodiode oder der Lichtquelle verwendet werden. Die zweite Photodiode kann sich beispielsweise neben der ersten Photodiode befinden, wobei sich kein Szintillatorelement über der zweiten Photodiode befindet. Es kann ein zusätzlicher Filter vor der zweiten Photodiode verwendet werden. Bei den erfindungsgemäßen Verfahren ist es notwendig Änderungen in der Transmission oder Lumineszenz im Bereich von beispielsweise weniger als 1 Prozent zu ermitteln oder zu verhindern.
Eine zweite Photodiode kann die Reproduzierbarkeit des Beleuchtens mit einer definierten Lichtmenge ermitteln oder gewährleisten um den Einfluss von Änderungen der definierten Lichtmenge zu reduzieren. Beispielsweise kann eine zweite Photodiode verwendet werden die baugleich zur ersten Photodiode ist um Einflüsse von der Charakteristik der zweiten Photodiode im Vergleich zur ersten Photodiode vorteilhaft zu vermeiden. Es kann von Vorteil sein, dass die erste Photodiode und die zweite Photodiode gleiche Materialeigenschaften und gleiche Temperaturbedingungen aufweisen um Einflüsse der Messung mit der zweiten Photodiode auf die Beurteilung der Reproduzierbarkeit der definierten Lichtmenge zu vermeiden.
Gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung umfasst die Detektorvorrichtung ferner eine Steuerung mit der die Lichtquelle ansteuerbar ist um eine definierten Lichtmenge abzugeben
Die Steuerung kann vorteilhaft die Lichtmenge dosieren. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einer reproduzierbaren definierten Lichtmenge vorteilhaft wiederholt werden. Damit kann das Verfahren eine vorteilhafte Überwachung des Zustand des Szintillatorelements und eine Reproduzierbarkeit der Bildqualität des medizinischen Geräts über einen Zeitraum ermöglichen.
Gemäß einem Aspekt der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung ist die erste Photodiode oder/und die zweite Photodiode mit einer Auswerteeinrichtung verbunden.
Die Auswerteeinrichtung kann vorteilhaft die Auswertung der von der ersten Photodiode oder der zweiten Photodiode ermittelten Lichtmenge durchführen. Die Auswertung bestimmt für den vorliegenden Zustand des Szintillatorelements, beispielsweise hinsichtlich der Transmission oder Lumineszenz, eine Korrekturvariable, beispielsweise einen Korrekturfaktor oder einen Verstärkungsfaktor.
Gemäß einem Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Schritt des Bestimmens des Zustands des Szintillatorelements das Herstellen eines vorbestimmten Zustands durch Beleuchten mittels der definierten Lichtmenge.
Das Herstellen oder Herbeiführen eines Zustands kann durch Vorbestrahlung des Szintillatorelements erreicht werden. Die in Schritt a) verwendete definierte Lichtmenge kann einen vorteilhaften, vorbestimmten Zustand des Szintillatorelements herstellen. Der vorbestimmte Zustand kann vor der Kalibrierung mit Röntgenstrahlung und vor Messungen hergestellt werden. Die definierte Lichtmenge kann dabei einer Lichtmenge entsprechen, die einen Zustand herstellt der dem Zustand nach Einstrahlung von Röntgenstrahlung entspricht. Die Lichtquelle ist vorteilhaft derart ausgelegt, dass die durch die Lichtquelle angeregte Lumineszenz vergleichbar zu einer von Röntgen- oder Gammastrahlung angeregten Lumineszenz ist. Insbesondere ist ein Zustand vorteilhaft der in einem Sättigungsbereich hinsichtlich der Polarisation, Transmission oder Lumineszenz liegt. Im vorbestimmten Zustand kann der Zustand des Szintillatorelements unter Einfluss von Röntgen- oder Gammastrahlung in dem vorbestimmten Zustand verbleiben. In vorteilhafter Weise kann eine Änderung der Detektorantwort durch Herstellen des vorbestimmten Zustands vermieden werden. Eine Wellenlänge der definierten Lichtmenge kann dabei vorteilhaft gewählt werden, so dass die eine Wellenlänge kürzer als die Anregungswellenlänge zur Lumineszenz ist. Die eine Wellenlänge kann beispielsweise im ultravioletten Bereich liegen. Es kann beispielsweise eine LED als Lichtquelle verwendet werden. Zusätzlich kann vorteilhaft ein Filter verwendet werden, der die von der Lichtquelle ausgesandten Wellenlängen blockiert und die Wellenlänge des Lumineszenzlichts transmittiert.
Gemäß einem Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Schritt des Bestimmens des Zustands des Szintillatorelements einen Schritt des Ermittelns des Zustands mittels der Lichtmenge.
Zum Ermitteln der Transmission des Szintillatorelements kann mit Hilfe der ersten Photodiode eine Lichtmenge ermittelt werden und zwar der Anteil von der im Schritt a) zur Beleuchtung verwendeten definierten Lichtmenge welcher von der ersten Photodiode registriert wird. Daraus ergibt sich vorteilhaft ein Messwert für den vorliegenden Zustand des Szintillatorelements hinsichtlich der Transmission. Eine Wellenlänge der definierten Lichtmenge kann dabei vorteilhaft gewählt werden, so dass die Absorption im Szintillatorelement stark ausgeprägt ist. Zudem ist die erste Photodiode vorteilhaft in der Lage die eine Wellenlänge zu detektieren. Die eine Wellenlänge kann beispielsweise etwa 510nm betragen. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft für ein Szintillatorelement, dessen Transmission sich auf Grund von Bestrahlung mit Röntgen- oder Gammastrahlung verändern kann, beispielsweise für Szintillatorelemente die GOS (Gd₂O₂S) enthalten.
Zum Ermitteln der Lumineszenz des Szintillatorelements kann mit Hilfe der ersten Photodiode eine Lichtmenge ermittelt werden, die durch Anregung der Lumineszenz durch die Bestrahlung mit einer definierten Lichtmenge des Szintillatorelements in Schritt a) im Szintillatorelement in Lumineszenzlicht umgewandelt wird. Die Lichtmenge des Lumineszenzlichts kann vorteilhaft von der ersten Photodiode registriert werden. Die Lumineszenz des Szintillatorzustands kann sich unter Einfluss von Röntgen- oder Gammastrahlung verändern. Die Abweichung der Lumineszenz beispielsweise im Vergleich zum Zeitpunkt der Kalibrierung kann ermittelt werden. Daraus ergibt sich vorteilhaft ein Messwert für den vorliegenden Zustand des Szintillatorelements hinsichtlich der Lumineszenz. Eine Wellenlänge der definierten Lichtmenge kann dabei vorteilhaft gewählt werden, so dass die eine Wellenlänge kürzer als die Anregungswellenlänge zur Lumineszenz ist. Die eine Wellenlänge kann beispielsweise im ultravioletten Bereich liegen. Es kann beispielsweise eine LED als Lichtquelle verwendet werden. Zusätzlich kann vorteilhaft ein Filter verwendet werden, der die von der Lichtquelle ausgesandte Wellenlänge blockiert und die Wellenlänge des Lumineszenzlichts transmittiert. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft für ein Szintillatorelement, dessen Lumineszenz sich auf Grund von Bestrahlung mit Röntgen- oder Gammastrahlung verändern kann.
In vorteilhafter Weise kann das Ermitteln des Zustandes des Szintillatorelements in den Messpausen oder in Zeiten ohne Einstrahlung von Röntgen- oder Gammastrahlung während der Messung erfolgen. Das Beleuchten des Szintillatorelements und das Ermitteln des Zustands kann beispielsweise direkt nach oder vor der Kalibrierung mit Röntgenstrahlung stattfinden um den Zustand des Szintillatorelements zum Zeitpunkt der Kalibrierung mit Röntgenstrahlung zu erfassen. Das Beleuchten des Szintillatorelements und das Ermitteln des Zustands kann beispielsweise in den Messpausen oder in Zeiten ohne Einstrahlung von Röntgen- oder Gammastrahlung während der Messung wiederholt werden und eine Abweichung der Transmission oder Lumineszenz des Szintillatorelements im Vergleich zum Zeitpunkt der Kalibrierung mit Röntgenstrahlung kann festgestellt werden. Vorteilhaft kann die Abweichung zur Korrektur der Messdaten oder zur Korrektur von Kalibrationstabellen verwendet werden. Die Dauer des Beleuchtens wird bevorzugt so gewählt, dass der Zustand des Szintillatorelements zuverlässig bestimmt werden kann. Die Dauer des Beleuchtens kann einige Millisekunden betragen. Die Abweichung des Zustand des Szintillatorelements stellt einen relativen Messwert dar, in vorteilhafter Weise kann dabei eine Inhomogenität der Ausleuchtung des Szintillatorelements oder mehrerer Szintillatorelemente akzeptiert werden, so dass die Anforderungen an die gleichmäßige Ausleuchtung beispielsweise mit Hilfe von optischen Elementen geringer sein können.
Mit Hilfe des Messwerts für den vorliegenden Zustand des Szintillatorelements hinsichtlich der Transmission oder Lumineszenz kann beispielsweise eine Verstärkung eingestellt werden, die Messwerte können skaliert werden oder es kann eine Korrektur der Kalibrationstabelle erstellt werden.
Gemäß einem Aspekt des erfindungsgemäßen medizinischen Geräts ist das medizinische Gerät ein Computertomograph.
Der Computertomograph kann in vorteilhafter Weise eine verbesserte Reproduzierbarkeit für die Bildgebung erreichen. Zu den Vorteilen zählt beispielsweise eine Reduktion von Artefakten in den rekonstruierten, auch mehrdimensionalen, Bildern oder Serien von Aufnahmen oder eine Verbesserung der quantitativen Messungen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
1 schematisch eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung;
2 schematisch eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung mit Öffnungen im Reflektormaterial an der Oberseite des Szintillatorelements;
3 schematisch eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung mit der zweiten Photodiode;
4 schematisch eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung mit in der Auswerteelektronik integrierten Lichtquellen;
5 schematisch eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln eines Zustands des Szintillatorelements;
6 schematisch eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Zustands des Szintillatorelements; und
7 schematisch eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Computertomographen.
Die 1 bis 4 zeigen beispielhafte Ausführungen einer erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung 1. Die Detektorvorrichtung 1 umfasst beispielsweise ein Detektormodul mit einer Mehrzahl von Detektionselementen. In der Seitenansicht sind in diesen Beispielen jeweils sechs Detektionselemente 3, 15, 5, 7 gezeigt, dahinter können sich weitere Detektionselemente als zweidimensionale Anordnung erstrecken. Dabei umfasst ein Detektionselement eine Einheit aus Szintillatorelement 3, das zumindest teilweise von einem Reflektormaterial 15 bedeckt ist, erster Photodiode 5 und einem Bereich der Auswerteelektronik 7, der der ersten Photodiode 5 zugeordnet ist. Dem Szintillatorelement 3 ist eine erste Photodiode 5 zugeordnet, diese befindet sich an der Unterseite des Szintillatorelements 3 und ist optisch leitend, beispielsweise mit einem optischen Kleber, mit dem Szintillatorelement 3 verbunden. Die erste Photodiode 5 kann in einem Substrat enthalten sein, wobei die erste Photodiode 5 beispielsweise kleiner als die Fläche der Unterseite des Szintillatorelements 3 sein kann und beispielsweise die erste Photodiode 5 mittig unter dem Szintillatorelement 3 angeordnet sein kann. Die Auswerteelektronik 7 ist elektrisch leitend mit der Photodiode 5 verbunden und befindet sich an der Unterseite der ersten Photodiode 5. Ein Bereich der Auswerteelektronik 7 ist der ersten Photodiode 5 dieses Detektionselements zugeordnet. Die Auswerteelektronik 7 ist beispielsweise als ASIC ausgebildet. Die Röntgenstrahlung 19 trifft auf einen Kollimator 20, der beispielsweise als zweidimensionales Streustrahlengitter ausgebildet sein kann, welches das Einfallen von Streustrahlung auf die Szintillatorelemente 3 vermindert. Die Wände des Kollimators 20 sind auf die Zwischenräume zwischen benachbarten Szintillatorelementen 3 ausgerichtet.
Die 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung 1. Ein Detektionselement 3, 15, 5, 7 umfasst ein Szintillatorelement 3, welches an der Oberseite und an den Seitenflächen von einem Reflektormaterial 15 bedeckt ist. Das Reflektormaterial 15 kann an der Oberseite des Szintillatorelements beispielsweise als Hostaphanfolie mit 50µm Dicke ausgebildet sein, welche eine Transmission von etwa 25 Prozent aufweisen kann. An der Oberseite und den Seitenflächen kann auch ein unterschiedliches Reflektormaterial 15 verwendet werden. Zwischen dem Kollimator 20 und dem Reflektormaterial 15 an der Oberseite des Szintillatorelemente 3 befindet sich ein optisches Element 13. Neben dem optischen Element 13 befinden sich seitlich Lichtquellen 9. Das Licht der Lichtquellen 9 kann mit Hilfe des optischen Elements 13 die Szintillatorelemente 3 gleichmäßig beleuchten. Das optische Element 13 kann beispielsweise als Diffusor oder durch Linsen ausgebildet sein. Ein lichtundurchlässiges Gehäuse 11 umschließt den Kollimator 20, die Lichtquellen 9, das optische Element 13, die Szintillatorelemente 3 und das Reflektormaterial 15, die ersten Photodioden 5 und die Auswerteelektronik 7. Das lichtundurchlässige Gehäuse 11 kann dabei sowohl einteilig als auch mehrteilig sein. Das lichtundurchlässige Gehäuse 11 schirmt das Innere im Wesentlichen von äußeren Lichteinflüssen ab. Die Lichtquellen 9 können eine definierte Lichtmenge abgeben. Ein Anteil der definierten Lichtmenge kann das Reflektormaterial 15 durchdringen. Die definierte Lichtmenge kann zur Beleuchtung der Szintillatorelemente 3 verwendet werden um einen vorbestimmten Zustand des Szintillatorelements 3 herzustellen oder um den Zustand des Szintillatorelements 3 zu ermitteln.
Die 2 zeigt eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung 1 mit Öffnungen im Reflektormaterial 15 an der Oberseite des Szintillatorelements 3. Ein Detektionselement 3, 15, 5, 7 umfasst ein Szintillatorelement 3, welches an der Oberseite und an den Seitenflächen zumindest teilweise von einem Reflektormaterial 15 bedeckt ist. An der Oberseite und den Seitenflächen kann auch ein unterschiedliches Reflektormaterial 15 verwendet werden. Das Reflektormaterial 15 weist mindestens eine Öffnung an der Oberseite des Szintillatorelements 3 auf um eine Beleuchtung des Szintillatorelements 3 zu gewährleisten. Beispielsweise kann im Fall von einem Szintillatorelement 3, welches ein Szintillatormaterial mit hoher Lichtausbeute, beispielsweise CsI, aufweist, eine sehr große Öffnung des Reflektormaterials 15 an der Oberseite des Szintillatorelements 3 verwendet werden oder sogar auf das Reflektormaterial 15 an der Oberseite des Szintillatorelements 3 verzichtet werden. Bei Szintillatormaterialen mit beispielsweise geringerer Lichtausbeute kann eine Strukturierung des Reflektormaterials 15 an der Oberseite des Szintillatorelements verwendet werden. Zwischen dem Kollimator 20 und dem Reflektormaterial 15 an der Oberseite des Szintillatorelemente 3 oder der Oberseite des Szintillatorelements 3 befindet sich ein optisches Element 13. Neben dem optischen Element 13 befinden sich seitlich Lichtquellen 9. Das Licht der Lichtquellen 9 kann mit Hilfe des optischen Elements 13 die Szintillatorelemente 3 gleichmäßig beleuchten. Das optische Element 13 kann beispielsweise als Diffusor oder durch Linsen ausgebildet sein. Ein lichtundurchlässiges Gehäuse 11 umschließt den Kollimator 20, die Lichtquellen 9, das optische Element 13, die Szintillatorelemente 3 und das Reflektormaterial 15, die ersten Photodioden 5 und die Auswerteelektronik 7. Das lichtundurchlässige Gehäuse 11 kann dabei sowohl einteilig als auch mehrteilig sein. Das lichtundurchlässige Gehäuse 11 schirmt das Innere im Wesentlichen von äußeren Lichteinflüssen ab. Die Lichtquellen 9 können eine definierte Lichtmenge abgeben. Ein Anteil der definierte Lichtmenge kann die Öffnung im Reflektormaterial 15 durchdringen. Die definierte Lichtmenge kann zur Beleuchtung der Szintillatorelemente 3 verwendet werden um einen vorbestimmten Zustand des Szintillatorelements 3 herzustellen oder um den Zustand des Szintillatorelements 3 zu ermitteln.
Die 3 zeigt eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung 1 mit der zweiten Photodiode 17. Ein Detektionselement 3, 15, 5, 7 umfasst ein Szintillatorelement 3, welches an der Oberseite und an den Seitenflächen zumindest teilweise von einem Reflektormaterial 15 bedeckt ist. An der Oberseite und den Seitenflächen kann auch ein unterschiedliches Reflektormaterial 15 verwendet werden. Das Reflektormaterial 15 weist mindestens eine Öffnung an der Oberseite des Szintillatorelements 3 auf um eine Beleuchtung des Szintillatorelements 3 zu gewährleisten. Beispielsweise kann im Fall von einem Szintillatorelement 3, welches ein Szintillatormaterial mit hoher Lichtausbeute, beispielsweise CsI, aufweist, eine sehr große Öffnung des Reflektormaterials 15 an der Oberseite des Szintillatorelements 3 verwendet werden oder sogar auf das Reflektormaterial 15 an der Oberseite des Szintillatorelements 3 verzichtet werden. Auch bei Szintillatormaterialien mit beispielsweise geringerer Lichtausbeute kann eine Strukturierung des Reflektormaterials 15 an der Oberseite des Szintillatorelements verwendet werden. Neben der ersten Photodiode 5 kann sich eine zweite Photodiode 17 befinden. Die zweite Photodiode 17 wird beispielsweise vom gleichen Substrat umfasst und die erste Photodiode 5 und die zweite Photodiode 17 kann baugleich sein. Die zweite Photodiode 17 befindet sich nicht unterhalb eines Szintillatorelements 3, sondern neben der ersten Photodiode 5. Die zweite Photodiode 17 wird direkt oder mit Hilfe des optischen Elements 13 von der Lichtquelle 9 beleuchtet. Die zweite Photodiode 17 kann beispielsweise durch eine Abschirmung (nicht dargestellt) vor einfallender Röntgenstrahlung geschützt werden. Es können Filter (nicht gezeigt) vor der zweiten Photodiode 17 verwendet werden. Zwischen dem Kollimator 20 und dem Reflektormaterial 15 an der Oberseite des Szintillatorelemente 3 oder der Oberseite des Szintillatorelements 3 befindet sich ein optisches Element 13. Neben dem optischen Element 13 befinden sich seitlich Lichtquellen 9. Das Licht der Lichtquellen 9 kann mit Hilfe des optischen Elements 13 die Szintillatorelemente 3 und die zweite Photodiode 17 gleichmäßig beleuchten. Das optische Element 13 kann beispielsweise als Diffusor oder durch Linsen ausgebildet sein. Ein lichtundurchlässiges Gehäuse 11 umschließt den Kollimator 20, die Lichtquellen 9, das optische Element 13, die Szintillatorelemente 3 und das Reflektormaterial 15, die ersten Photodioden 5, die zweite Photodiode 17 und die Auswerteelektronik 7. Das lichtundurchlässige Gehäuse 11 kann dabei sowohl einteilig als auch mehrteilig sein. Das lichtundurchlässige Gehäuse 11 schirmt das Innere im Wesentlichen von äußeren Lichteinflüssen ab. Die Lichtquellen 9 können eine definierte Lichtmenge abgeben. Ein Anteil der definierten Lichtmenge kann die Öffnung im Reflektormaterial 15 durchdringen. Die definierte Lichtmenge kann zur Beleuchtung der Szintillatorelemente 3 verwendet werden um einen vorbestimmten Zustand des Szintillatorelements 3 herzustellen oder um den Zustand des Szintillatorelements 3 zu ermitteln. Die zweite Photodiode 17 kann verwendet werden um die Reproduzierbarkeit der definierten Lichtmenge zu kontrollieren. Dabei unterliegt die zweite Photodiode den gleichen Materialeigenschaften und den gleichen Temperaturbedingungen wie die erste Photodiode 5.
Die 4 zeigt eine beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung 1 mit in der Auswerteelektronik 7 integrierten Lichtquellen 9. Ein Detektionselement 3, 15, 5, 7 umfasst ein Szintillatorelement 3, welches an der Oberseite und an den Seitenflächen von einem Reflektormaterial 15 bedeckt ist. An der Oberseite und den Seitenflächen kann auch ein unterschiedliches Reflektormaterial 15 verwendet werden. Die Lichtquelle 9 ist in der Auswerteelektronik 7 integriert, beispielsweise als LED. Dabei können die Lichtquellen 9 jeweils unterhalb zwischen den Szintillatorelementen 3 angeordnet sein, sodass sie beide angrenzende Szintillatorelemente beleuchten können. Ein lichtundurchlässiges Gehäuse 11 umschließt den Kollimator 20, die Lichtquellen 9, das optische Element 13, die Szintillatorelemente 3 und das Reflektormaterial 15, die ersten Photodioden 5 und die Auswerteelektronik 7. Das lichtundurchlässige Gehäuse 11 kann dabei sowohl einteilig als auch mehrteilig sein. Das lichtundurchlässige Gehäuse 11 schirmt das Innere im Wesentlichen von äußeren Lichteinflüssen ab. Die Lichtquellen 9 können eine definierte Lichtmenge abgeben.
Die definierte Lichtmenge kann zur Beleuchtung der Szintillatorelemente 3 verwendet werden um einen vorbestimmten Zustand des Szintillatorelements 3 herzustellen oder um den Zustand des Szintillatorelements 3 zu ermitteln.
In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann eine zweite Photodiode 17 auch ohne Strukturierung des Reflektormaterials 15 an der Oberseite des Szintillatorelements 3 oder mit einer integrierten Lichtquelle 9 in der Auswerteelektronik 7 verwendet werden.
Die 5 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln eines Zustands des Szintillatorelements. Im Schritt des Beleuchtens 21 wird das Szintillatorelement 3 von einer Lichtquelle 9 beleuchtet. Das Szintillatorelement 3 wird mit einer definierten Lichtmenge beleuchtet. Im Schritt des Bestimmens 23 wird die Transmission der definierten Lichtmenge oder die Lumineszenz angeregt durch die definierte Lichtmenge mit Hilfe der ersten Photodiode 5 bestimmt. Damit wird der Zustand des Szintillatorelements 3 hinsichtlich seiner Transmission oder Lumineszenz ermittelt. Im Anschluss daran können in Schritt 25 die Korrekturvariablen zur Korrektur der Messwerte oder der Korrektur der Kalibrationstabellen bestimmt werden. In Schritt 27 wird eine Messung mit Röntgenstrahlung durchgeführt und die bestimmte Korrektur, beispielsweise eine Korrekturvariable oder die Korrektur der Kalibrationstabellen, kann auf die Messwerte angewendet werden. Die Korrektur kann vor, während oder nach der Messung durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Korrektur vor der Messung mit Hilfe des Einstellens einer Verstärkung durchgeführt werden. Die Korrektur während der Messung kann beispielsweise durch Verwenden der korrigierten Kalibrationstabellen erfolgen, beispielsweise durch eine korrigierte Einstellung eines Digital-Analog-Wandlers während der Auswertung des Messsignals in der Auswerteelektronik. Das Beleuchten 21 und das Bestimmen 23 wird in bestrahlungsfreien Zeiten oder in Messpausen durchgeführt. Das Beleuchten 21 und das Bestimmen 23 kann beispielsweise vor oder nach der Kalibration mit Röntgenstrahlung durchgeführt werden um den Zustand des Szintillatorelements 3 vor und nach der Kalibration mit Röntgenstrahlung zu ermitteln. In Messpausen oder bestrahlungsfreien Zeiten wird die Lumineszenz oder Transmission des Szintillatormaterials bestimmt und mit den Werten vor oder nach der Kalibration mit Röntgenstrahlung verglichen. Im Falle von Abweichungen kann mit Hilfe der ermittelten Werte der Transmission oder Lumineszenz eine Korrekturvariable zur Korrektur der Messwerte oder eine Korrektur der Kalibrationstabellen in Schritt 25 bestimmt werden. Vor, während oder nach der anschließenden Messung in Schritt 27 wird die Korrekturvariable zur Korrektur der Messwerte oder eine Korrektur der Kalibrationstabellen aus Schritt 25 verwendet. Die Dauer des Beleuchtens 21 mit der definierten Lichtmenge wird mindestens so gewählt, dass ein verlässlicher Wert für die Transmission oder Lumineszenz ermittelt werden kann. Die Dauer des Beleuchtens 21 kann beispielsweise einige Millisekunden betragen.
Die 6 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Zustands des Szintillatorelements. Im Schritt des Beleuchtens 21 wird das Szintillatorelement vor einer Messung mit Röntgenstrahlung oder vor einer Kalibrierung mit Röntgenstrahlung mit einer definierten Lichtmenge beleuchtet. Damit wird ein vorbestimmter Zustand des Szintillatorelements hergestellt, welcher als Schritt des Bestimmens 23 bezeichnet ist. Der vorbestimmte Zustand des Szintillatorelements entspricht einem Zustand, der hinsichtlich der Polarisation, Transmission oder Lumineszenz demjenigen Zustand entspricht, welcher sich nach Bestrahlung mit Röntgenstrahlung einstellt. Die Lichtquelle 9 ist also so stark gewählt, dass die durch die Lichtquelle erzeugte Lumineszenz vergleichbar mit der unter Röntgenstrahlung erzielten Lumineszenz ist. Die Wellenlänge der Lichtquelle 9 liegt bevorzugt im ultravioletten Bereich. Der vorbestimmte Zustand entspricht einem gesättigten Zustand, das heißt der Zustand verändert sich im Wesentlichen nicht unter zusätzlicher oder anschließender Bestrahlung mit Röntgenstrahlung. Die Kalibration mit Röntgenstrahlung wird in Schritt 29 durchgeführt während sich das Szintillatorelement 3 in dem vorbestimmten Zustand befindet. Die Messung mit Röntgenstrahlung, beispielsweise zum Zweck der Bildgebung, wird im alternativen Schritt 27 durchgeführt. Das Szintillatorelement 3 befindet sich dabei im vorbestimmten Zustand, wobei dieser auch dem Zustand des Szintillatorelements 3 während der Kalibrierung entspricht. Damit kann eine Veränderung der Detektorantwort vermieden werden und es können Korrekturen in Schritt 27 vermieden werden.
Die 7 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Computertomographen 31 mit einer erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung 1. Der Computertomograph 31 beinhaltet eine Gantry 33 mit einem Rotor 35. Der Rotor 35 umfasst eine Röntgenquelle 37 und die erfindungsgemäße Detektorvorrichtung 1. Der Patient 39 ist auf der Patientenliege 41 gelagert und ist entlang der Rotationsachse z 43 durch die Gantry 33 bewegbar. Zur Steuerung und Berechnung der Schnittbilder wird eine Recheneinheit 45 verwendet. Eine Eingabeeinrichtung 47 und eine Ausgabevorrichtung 49 sind mit der Recheneinheit 45 verbunden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Detektorvorrichtung (1) zur Detektion von Röntgen- und/oder Gammastrahlung aufweisend: – ein Szintillatorelement (3) zur Umwandlung der Röntgen- und/oder der Gammastrahlung in Licht, wobei das Szintillatorelement (3) mindestens eine Seitenfläche, eine Oberseite und eine Unterseite aufweist, – eine erste Photodiode (5) an der Unterseite des Szintillatorelements, – eine Auswerteelektronik (7), – eine Lichtquelle (9), wobei die Lichtquelle (9) ausgelegt ist um das Szintillatorelement (3) zu beleuchten, und – ein lichtundurchlässiges Gehäuse (11), welches das Szintillatorelement (3), die erste Photodiode (5), die Auswerteelektronik (7) und die Lichtquelle (9) umgibt.
Detektorvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle (9) ausgelegt ist um Photonen mit einer Wellenlänge kleiner als einer Anregungswellenlänge des Szintillatorelements (3) von der Lichtquelle auszusenden.
Detektorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (9) ausgelegt ist um Photonen mit einer Wellenlänge auszusenden, die von der ersten Photodiode (5) detektierbar ist.
Detektorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektorvorrichtung (1) ein optisches Element (13) zur gleichmäßigen Beleuchtung zumindest eines Teilbereichs des Szintillatorelements (3) aufweist.
Detektorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektorvorrichtung (1) einen Filter zwischen dem Szintillatorelement (3) und der ersten Photodiode (5) aufweist, der für die Wellenlänge der Lichtquelle (9) undurchlässig ist.
Detektorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (9) derart angeordnet ist, dass die Oberseite oder die Unterseite des Szintillatorelements (3) beleuchtbar ist.
Detektorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Seitenfläche und/oder die Oberseite des Szintillatorelements (3) mindestens teilweise von einem Reflektormaterial (15) bedeckt ist.
Detektorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (9) in der Auswerteelektronik (7) integriert ist.
Detektorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektorvorrichtung (1) eine zweite Photodiode aufweist und wobei die zweite Photodiode (17) von der Lichtquelle (9) beleuchtbar ist.
Detektorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ferner eine Steuerung umfasst mit der die Lichtquelle (9) ansteuerbar ist um eine definierten Lichtmenge abzugeben.
Detektorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Photodiode (9) oder/und die zweite Photodiode (17) mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist.
Verfahren zur Bestimmung eines Zustands eines Szintillatorelements (3) einer Detektorvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisend die Schritte: a) Beleuchten (21) des Szintillatorelements (3) mit einer definierten Lichtmenge, und b) Bestimmen (23) des Zustands des Szintillatorelements (3).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Bestimmens (23) des Zustands des Szintillatorelements (3) das Herstellen eines vorbestimmten Zustands durch Beleuchten (21) mittels der definierten Lichtmenge umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 oder 13, wobei der Schritt des Bestimmens (23) des Zustands des Szintillatorelements (3) einen Schritt des Ermittelns des Zustands mittels der Lichtmenge umfasst.
Medizinisches Gerät aufweisend eine Detektorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Medizinisches Gerät nach einem dem vorhergehenden Anspruch 15, wobei das medizinische Gerät ein Computertomograph (31) ist.