DE102018212001A1 - Medical x-ray machine and method for energy calibration - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein medizinisches Röntgengerät (1) aufweisend eine erste Röntgenquelle (2) und einen ersten zählenden Röntgendetektor (4), wobeia. die erste Röntgenquelle (2) ein Strahlenbündel (7) mit Röntgenphotonen (8) aussendet,b. der erste zählende Röntgendetektor (4) eine Detektionsfläche (11) aufweist, wobei ein Winkel (14) zwischen der Flächennormale (13) der Detektionsfläche (11) und einem Zentralstrahl (12) des Strahlenbündels (7) derart einstellbar ist, dass der Zentralstrahl (12) des Strahlenbündels (7) in einem Kalibrationsbetrieb nicht-flächennormal zur Detektionsfläche (11) verläuft,c. ein Kalibrationstarget (6) derart positionierbar ist, dass im Kalibrationstarget (6) mittels der Röntgenphotonen (8) Kalibrationsphotonen (9) ausgelöst werden und die Kalibrationsphotonen (9) auf zumindest einen Teilbereich (15) der Detektionsfläche (11) einfallen, und wobei der Teilbereich (15) der Detektionsfläche (11) von Röntgenphotonen (8) im Wesentlichen abgeschirmt ist.The invention relates to a medical x-ray device (1) having a first x-ray source (2) and a first counting x-ray detector (4), wobeia. the first x-ray source (2) emits a beam (7) with x-ray photons (8), b. the first counting x-ray detector (4) has a detection surface (11), an angle (14) between the surface normal (13) of the detection surface (11) and a central beam (12) of the beam (7) being adjustable such that the central beam ( 12) of the beam (7) runs in a calibration operation not normal to the surface of the detection surface (11), c. a calibration target (6) can be positioned such that calibration photons (9) are triggered in the calibration target (6) by means of the X-ray photons (8) and the calibration photons (9) strike at least a partial area (15) of the detection surface (11), and wherein the Partial area (15) of the detection area (11) is essentially shielded from X-ray photons (8).
Description
Die Erfindung betrifft ein medizinisches Röntgengerät aufweisend einen ersten zählenden Röntgendetektor, ein Verfahren zur Energiekalibrierung des ersten zählenden Röntgendetektors und ein Kalibrationstarget dazu.The invention relates to a medical x-ray device having a first counting x-ray detector, a method for energy calibration of the first counting x-ray detector and a calibration target for this.
In der Röntgenbildgebung, beispielsweise in der Radiographie, der Computertomographie oder der Angiographie können zählende direkt-konvertierende Röntgendetektoren oder integrierende (in-)direkt-konvertierende Röntgendetektoren verwendet werden. Bei der Entwicklung von Röntgendetektoren für die strahlenbasierte, insbesondere röntgenbasierte Bildgebung wie beispielsweise die Computertomographie (CT), Angiographie, Radiographie oder Mammographie eröffnen direkt-konvertierende Detektormaterialien bzw. Konvertermaterialien gegenüber Szintillatormaterialien, beispielsweise CsI, Se oder GOS, neue klinische Anwendungsgebiete. Sie bieten die Möglichkeit Röntgenquanten bzw. Röntgenphotonen einzeln zu zählen und energetisch zu vermessen.In x-ray imaging, for example in radiography, computed tomography or angiography, counting direct-converting x-ray detectors or integrating (in) direct-converting x-ray detectors can be used. In the development of X-ray detectors for radiation-based, in particular X-ray-based imaging such as, for example, computed tomography (CT), angiography, radiography or mammography, directly converting detector materials or converter materials compared to scintillator materials, for example CsI, Se or GOS, open up new clinical fields of application. They offer the possibility of individually counting X-ray quanta or X-ray photons and measuring them energetically.
Die Röntgenstrahlung oder die Photonen können in direktkonvertierenden Röntgendetektoren durch ein geeignetes Konvertermaterial in elektrische Impulse umgewandelt werden. Als Konvertermaterial können beispielsweise CdTe, CdZnTe (CZT), CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TlBr2, HgI2, GaAs oder andere verwendet werden. Die elektrischen Impulse werden von einer Auswerteelektronik, beispielsweise einem integrierten Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), bewertet. In zählenden Röntgendetektoren wird einfallende Röntgenstrahlung durch Zählen der elektrischen Impulse, welche durch die Absorption von Röntgenphotonen im Konvertermaterial ausgelöst werden, gemessen. Die Höhe des elektrischen Impulses ist, insbesondere nach einem Vorverstärker und einem Shaper, in der Regel proportional zur Energie des absorbierten Röntgenphotons. Dadurch kann eine spektrale Information durch den Vergleich der Höhe des elektrischen Pulses mit einem Energieschwellwert extrahiert werden. Durch Vergleich mit mehreren Referenzsignalen bzw. den zugrunde liegenden Energieschwellwerten werden in jedem einzelnen Detektorelement des Röntgendetektors die auftreffenden Photonen in dem entsprechenden Energiebereich oberhalb einer Energieschwelle gezählt.The X-rays or the photons can be converted into electrical impulses in a directly converting X-ray detector using a suitable converter material. For example, CdTe, CdZnTe (CZT), CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TlBr2, HgI2, GaAs or others can be used as converter material. The electrical impulses are evaluated by evaluation electronics, for example an integrated circuit (Application Specific Integrated Circuit, ASIC). In counting X-ray detectors, incident X-rays are measured by counting the electrical impulses that are triggered by the absorption of X-ray photons in the converter material. The level of the electrical pulse is, in particular after a preamplifier and a shaper, generally proportional to the energy of the absorbed X-ray photon. In this way, spectral information can be extracted by comparing the height of the electrical pulse with an energy threshold. By comparison with several reference signals or the underlying energy threshold values, the incident photons are counted in each detector element of the X-ray detector in the corresponding energy range above an energy threshold.
Diese Referenzsignale bzw. diese Energieschwellwerte werden während des Verfahrens zur Energiekalibrierung üblicherweise global durch Vorgabe eines einzigen digitalen Wertes (DAC-Wert) pro Energieschwelle für den gesamten Röntgendetektor gesetzt. Jedes Detektorelement kann mehrere individuell einstellbare Energieschwellen mit jeweils einem Energieschwellwert aufweisen. Die Energieschwellwerte können für alle Detektorelemente zumindest teilweise gleich bzw. zumindest teilweise unterschiedlich eingestellt werden, insbesondere nach einer Energiekalibrierung. Im Detektorelement wird der digitale Wert mit einem Digital-Analog-Umsetzer in die Referenzspannung gewandelt. Die Referenzspannung wird an eine Komparatoreinheit übergeben, welche den eigentlichen Vergleich des Messsignals mit einem Energieschwellwert durchführt. Durch fertigungsbedingte Variationen im Konvertermaterial und der Detektorelemente kann der globale DAC-Wert während des Verfahrens zur Energiekalibrierung in jedem einzelnen Detektorelement unterschiedlichen Photonenenergien entsprechen. Um eine ortsaufgelöste spektrale Bildgebung zu ermöglichen, sollten diese Variationen vermessen und insbesondere die Abweichungen der individuellen Energieschwellwerte von dem gesetzten, globalen Energieschwellwert entsprechend einer Energieschwelle bestimmt und korrigiert werden. Damit kann der Röntgendetektor energiekalibriert werden, wobei das Ziel ist, dass alle Detektorelemente die im Wesentlichen gleiche(n) Energieschwelle(n) hinsichtlich der Photonenenergie aufweisen und dabei unterschiedliche Energieschwellwerte bzw. Referenzspannungen pro Energieschwelle aufweisen können. These reference signals or these energy threshold values are usually set globally during the method for energy calibration by specifying a single digital value (DAC value) per energy threshold for the entire X-ray detector. Each detector element can have several individually adjustable energy thresholds, each with an energy threshold value. The energy threshold values can be set at least partially the same or at least partially differently for all detector elements, in particular after an energy calibration. In the detector element, the digital value is converted into the reference voltage using a digital-to-analog converter. The reference voltage is transferred to a comparator unit, which carries out the actual comparison of the measurement signal with an energy threshold. Due to production-related variations in the converter material and the detector elements, the global DAC value during the energy calibration process can correspond to different photon energies in each individual detector element. In order to enable spatially resolved spectral imaging, these variations should be measured and in particular the deviations of the individual energy threshold values from the set, global energy threshold value should be determined and corrected in accordance with an energy threshold. The X-ray detector can thus be energy calibrated, the aim being that all detector elements have the essentially same energy threshold (s) with regard to photon energy and can have different energy threshold values or reference voltages per energy threshold.
Spektral-auflösende bzw. direkt-konvertierende Röntgendetektoren geben Einblick in einen bisher ungenutzten Bereich der Röntgeninformation. Um die spektroskopische Information ortsaufgelöst zu erhalten, muss diese Information in jedem Pixel ausgewertet werden.Spectrally resolving or directly converting X-ray detectors provide an insight into a previously unused area of X-ray information. In order to obtain the spectroscopic information in a spatially resolved manner, this information must be evaluated in every pixel.
Die Antwort eines idealen energieauflösenden bzw. zählenden Röntgendetektors ohne Berücksichtigung von Charge-Sharing Effekten auf eine Serie einfallender monoenergetischer Röntgen- oder Kalibrationsphotonen mit konstanter Energie in Abhängigkeit der eingestellten Energieschwelle ist im Wesentlichen stufenförmig, wobei mit steigender eingestellter Energieschwelle ab einer bestimmten Energieschwelle keine Photonen mehr gezählt werden. Die Detektorantwort ist dabei für alle Detektorelemente bzw. Pixel im Wesentlichen gleich und wird bei demselben Energieschwellwert bzw. DAC-Wert der Energieschwelle erreicht. In einem realen Röntgendetektor können die einzelnen Detektorelemente einen Versatz zwischen eingestellten DAC-Wert und dem resultierenden Energieschwellwert aufweisen. Die Unterschiede zwischen den Detektorelementen können mittels einer Energiekalibrierung gemessen und kompensiert werden. Die Energiekalibrierung kann zumindest teilweise auch als „Trimming“ bezeichnet werden.The answer of an ideal energy-resolving or counting X-ray detector without taking into account charge-sharing effects to a series of incident monoenergetic X-ray or calibration photons with constant energy as a function of the set energy threshold is essentially step-like, with no more photons as the set energy threshold increases from a certain energy threshold be counted. The detector response is essentially the same for all detector elements or pixels and is achieved at the same energy threshold value or DAC value of the energy threshold. In a real X-ray detector, the individual detector elements can have an offset between the set DAC value and the resulting energy threshold. The differences between the detector elements can be measured and compensated for using an energy calibration. The energy calibration can at least partially be referred to as “trimming”.
Betrachtet man eine periodische Kette bzw. Abfolge von Signalimpulsen mit im Wesentlichen fester Höhe, so erwartet man für jedes Detektorelement eine stufenförmige Detektorantwort. So lange der eingestellte DAC-Wert einer Energieschwelle über der Pulshöhe entspricht, werden die Impulse nicht erfasst. Entspricht der DAC-Wert einer Energieschwelle die kleiner oder gleich der Pulshöhe ist, wird das Detektorelement im Wesentlichen alle Impulse zählen, die während der gegebenen Aufnahmezeit eintreffen. In einem realen Röntgendetektor kann dieser Idealfall aus einer Reihe von Gründen in der Regel nicht erreicht werden. Als Gründe können Unterschiede zwischen den Detektorelementen in der Signalerzeugung im Konvertermaterial (z.B. CdTe), Unterschiede im elektrischen Feld am Konvertermaterial, im Vorverstärker der jeweiligen Detektorelemente, im Shaper der jeweiligen Detektorelemente sowie in der resultierenden Referenzspannung bei gegebenem DAC-Wert der jeweiligen Detektorelemente genannt werden. Um in allen Pixeln dieselbe Energiereferenz bzw. den gleichen Energieschwellwert einstellen zu können, ist es in der Regel erforderlich diese Abweichungen zu messen und zu berücksichtigen, man spricht dabei von einer Energiekalibrierung.If one considers a periodic chain or sequence of signal pulses with a substantially fixed height, a step-like detector response is expected for each detector element. As long as that If the set DAC value corresponds to an energy threshold above the pulse height, the pulses are not recorded. If the DAC value corresponds to an energy threshold that is less than or equal to the pulse height, the detector element will essentially count all the pulses that arrive during the given recording time. In a real X-ray detector, this ideal case can generally not be achieved for a number of reasons. Differences between the detector elements in the signal generation in the converter material (e.g. CdTe), differences in the electrical field on the converter material, in the preamplifier of the respective detector elements, in the shaper of the respective detector elements and in the resulting reference voltage for a given DAC value of the respective detector elements can be cited as reasons , In order to be able to set the same energy reference or the same energy threshold value in all pixels, it is generally necessary to measure and take these deviations into account; this is referred to as an energy calibration.
Aus der Druckschrift
Aus der Druckschrift
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- - ein Detektor eingesetzt wird, bei dem den einstellbaren Schwellenwerten der Komparatoren Energieschwellen zugeordnet sind,
- - mit dem Detektor bei unterschiedlichen spektralen Zusammensetzungen der Strahlung jeweils Leermessungen mit unterschiedlich eingestellten Schwellenwerten der Komparatoren durchgeführt werden, und
- - für jeden Kanal, dessen Komparator auf die gleiche Energieschwelle eingestellt werden soll, aus den Leermessungen ein angepasster Schwellenwert für diese Energieschwelle ermittelt wird, wobei jeweils erste Leermessungen bei den unterschiedlichen spektralen Zusammensetzungen der Strahlung durchgeführt werden, bei denen die Schwellenwerte der Komparatoren auf einen der Energieschwelle zugeordneten Wert eingestellt sind, und wobei aus den ersten Leermessungen jeweils die normierten Zählraten berechnet werden und anschließend weitere Leermessungen in gleicher Weise durchgeführt werden, bei denen die Schwellenwerte der Komparatoren variiert werden, bis für jeden der betrachteten Kanäle ein Maß für eine Variation einer normierten Zählrate des Kanals über die unterschiedlichen spektralen Zusammensetzungen der Strahlung verringert oder minimiert ist.
- a detector is used in which energy thresholds are assigned to the adjustable threshold values of the comparators,
- - Empty measurements with differently set threshold values of the comparators are carried out with the detector in the case of different spectral compositions of the radiation, and
- - For each channel, whose comparator is to be set to the same energy threshold, an adapted threshold value for this energy threshold is determined from the empty measurements, first empty measurements being carried out in each case with the different spectral compositions of the radiation, in which the threshold values of the comparators are set to one of the Energy threshold assigned value are set, and wherein the normalized counting rates are calculated from the first empty measurements and then further empty measurements are carried out in the same way, in which the threshold values of the comparators are varied, until a measure for a variation of a normalized for each of the channels under consideration Count rate of the channel is reduced or minimized via the different spectral compositions of the radiation.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass die bekannten Verfahren insbesondere aus dem Bereich der Computertomographie nicht auf davon verschiedene Systeme übertragbar sind.The invention is based on the problem that the known methods, in particular from the field of computer tomography, cannot be transferred to systems other than these.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein medizinisches Röntgengerät, ein Verfahren zur Energiekalibrierung und ein Kalibrationstarget anzugeben, welche eine Energiekalibrierung des medizinischen Geräts im klinischen Umfeld ermöglichen.It is an object of the invention to provide a medical x-ray device, a method for energy calibration and a calibration target, which enable energy calibration of the medical device in the clinical environment.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein medizinisches Röntgengerät nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Energiekalibrierung nach Anspruch 14 und ein Kalibrationstarget nach Anspruch 15 und 16.The object is achieved according to the invention by a medical x-ray device according to
Die Erfindung betrifft ein medizinisches Röntgengerät aufweisend eine erste Röntgenquelle und einen ersten zählenden Röntgendetektor. Die erste Röntgenquelle sendet ein Strahlenbündel mit Röntgenphotonen aus. Der erste zählende Röntgendetektor weist eine Detektionsfläche auf. Ein Winkel zwischen der Flächennormale der Detektionsfläche und einem Zentralstrahl des Strahlenbündels ist derart einstellbar, dass der Zentralstrahl des Strahlenbündels in einem Kalibrationsbetrieb nicht-flächennormal zur Detektionsfläche verläuft. Ein Kalibrationstarget ist derart positionierbar, dass im Kalibrationstarget mittels der Röntgenphotonen Kalibrationsphotonen ausgelöst werden und die Kalibrationsphotonen auf zumindest einen Teilbereich der Detektionsfläche einfallen, und wobei der Teilbereich der Detektionsfläche von Röntgenphotonen im Wesentlichen abgeschirmt ist. Die im Wesentlichen, insbesondere vollständige, Abschirmung des Teilbereichs von Röntgenphotonen kann bedeuten, dass im Wesentlichen nur Kalibrationsphotonen auf den Teilbereich einfallen. Es fallen im Wesentlichen keine Röntgenphotonen auf den Teilbereich ein.The invention relates to a medical x-ray device having a first x-ray source and a first counting x-ray detector. The first x-ray source emits a bundle of rays with x-ray photons. The first counting x-ray detector has a detection area. An angle between the surface normal of the detection surface and a central beam of the beam can be set in such a way that the central beam of the beam runs in a calibration mode that is not normal to the detection surface. A calibration target can be positioned in such a way that in Calibration target are triggered by means of the X-ray photons, calibration photons and the calibration photons are incident on at least a partial area of the detection area, and the partial area of the detection area is essentially shielded from X-ray photons. The essentially, in particular complete, shielding of the partial area from X-ray photons can mean that essentially only calibration photons are incident on the partial area. Essentially no X-ray photons are incident on the partial area.
Der erste zählende Röntgendetektor weist eine Detektionsfläche auf. Die Detektionsfläche ist (röntgen-)strahlungssensitiv. Die Detektionsfläche ist im Bildgebungsbetrieb in der Regel der ersten oder zweiten Röntgenquelle zugewandt, so dass Röntgenphotonen auf die Detektionsfläche einfallen können. Die Detektionsfläche ist im Kalibrationsbetrieb dem Kalibrationstarget zugewandt, so dass Kalibrationsphotonen auf die Detektionsfläche einfallen können. Die Detektionsfläche umfasst mindestens ein Detektorelement. In der Regel umfasst die Detektionsfläche eine Mehrzahl von Detektorelementen in einer matrixartigen Anordnung. Die Detektorelemente können auch als Pixel oder Subpixel bezeichnet werden, wobei mehrere Subpixel ein (Makro-)Pixel bilden können. Jedes Detektorelement kann zur energieauflösenden bzw. zählenden Messung ausgelegt sein.The first counting x-ray detector has a detection area. The detection area is (X-ray) sensitive to radiation. In the imaging mode, the detection area generally faces the first or second X-ray source, so that X-ray photons can strike the detection area. The detection surface faces the calibration target in the calibration mode, so that calibration photons can fall on the detection surface. The detection area comprises at least one detector element. As a rule, the detection area comprises a plurality of detector elements in a matrix-like arrangement. The detector elements can also be referred to as pixels or subpixels, it being possible for a plurality of subpixels to form a (macro) pixel. Each detector element can be designed for energy-resolving or counting measurement.
Ein Winkel zwischen der Flächennormale der Detektionsfläche und dem Zentralstrahl des Strahlenbündels bzw. der ersten Röntgenquelle ist einstellbar. Insbesondere kann ein Winkel ungleich 0 bzw. 180 Grad eingestellt werden. Damit kann der Zentralstrahl des Strahlenbündels in einem Kalibrationsbetrieb nicht-flächennormal zur Detektionsfläche verlaufen. Die Flächennormale der Detektionsfläche kann insbesondere einen Schnittpunkt mit einer Oberfläche des Kalibrationstarget aufweisen, an welcher die Kalibrationsphotonen ausgelöst werden. Die Kalibrationsphotonen können damit vorteilhaft auf die Detektionsfläche bzw. einen Teilbereich der Detektionsfläche einfallen, während die Röntgenphotonen vereinfacht und im Wesentlichen vollständig zumindest vom Teilbereich der Detektionsfläche abgeschirmt werden können.An angle between the surface normal of the detection surface and the central beam of the beam or the first X-ray source can be set. In particular, an angle not equal to 0 or 180 degrees can be set. The central beam of the radiation beam can thus run in a calibration mode that is not normal to the area of the detection area. The surface normal of the detection surface can in particular have an intersection with a surface of the calibration target at which the calibration photons are triggered. The calibration photons can thus advantageously fall on the detection surface or a partial area of the detection area, while the X-ray photons can be simplified and essentially completely shielded at least from the partial area of the detection area.
Die Kalibrationsphotonen können auch als Fluoreszenzphotonen bezeichnet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Einfallswinkel der Röntgenphotonen im Wesentlichen dem Ausfallwinkel der Kalibrationsphotonen, welche auf den Teilbereich der Detektionsfläche einfallen. Die Flächennormale des ersten Röntgendetektors kann insbesondere unter dem Ausfallswinkel auf das Kalibrationstarget treffen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Ausfallswinkel fast parallel zur Flächennormale des Kalibrationstargets verlaufen, wobei die Abweichung von der Flächennormalen weniger als 10 Grad und bevorzugt weniger als 5 Grad beträgt. Vorteilhaft kann jeweils eine erhöhte Abschirmung des Teilbereichs von Röntgenphotonen erzielt werden. Vorteilhaft kann eine verbesserte Signalausbeute der Kalibrationsphotonen am ersten Röntgendetektor erreicht werden.The calibration photons can also be referred to as fluorescence photons. In a preferred embodiment, the angle of incidence of the X-ray photons essentially corresponds to the angle of incidence of the calibration photons, which are incident on the partial area of the detection area. The surface normal of the first x-ray detector can meet the calibration target in particular from the angle of reflection. In a further preferred embodiment, the angle of reflection can run almost parallel to the surface normal of the calibration target, the deviation from the surface normal being less than 10 degrees and preferably less than 5 degrees. Increased shielding of the partial area of X-ray photons can advantageously be achieved in each case. An improved signal yield of the calibration photons on the first X-ray detector can advantageously be achieved.
Der Bildgebungsbetrieb ist ein Betriebszustand, welcher vom Kalibrationsbetrieb verschieden ist. Im Bildgebungsbetrieb befindet sich in der Regel ein Untersuchungsobjekt zwischen dem Röntgendetektor und der Röntgenquelle, so dass ein Bild des Untersuchungsobjekts mittels der Röntgenstrahlung erzeugt wird. Im Bildgebungsbetrieb ist eine Aufnahme von medizinischen Bilddaten eines Untersuchungsobjekts erhältlich. Im Kalibrationsbetrieb ist kein Untersuchungsobjekt, insbesondere in Form eines Patienten, zwischen Röntgendetektor und Röntgenquelle angeordnet.The imaging mode is an operating state that is different from the calibration mode. In the imaging mode, there is usually an examination object between the x-ray detector and the x-ray source, so that an image of the examination object is generated by means of the x-ray radiation. A recording of medical image data of an examination object is available in the imaging mode. In the calibration mode, no examination object, in particular in the form of a patient, is arranged between the X-ray detector and the X-ray source.
Zur Energiekalibrierung und im Kalibrationsbetrieb wird an Stelle des zu untersuchenden Objekts ein Kalibrationstarget mit einem (Fluoreszenz-)Material mit bekannten Fluoreszenzeigenschaften, beispielsweise Iod, Zinn, Molybdän oder Wolfram im medizinischen Gerät angeordnet. Die erste Röntgenquelle wird um einen Winkel, welcher insbesondere frei optimiert ist, um eine möglichst effiziente Energiekalibrierung zu gewährleisten, zum ersten Röntgendetektor verfahren. Beispielsweise kann in einem optimierten Fall der Einfallswinkel der Röntgenphotonen auf das Kalibrationstarget dem Ausfallswinkel der Kalibrationsphotonen entsprechen. Diejenigen mittels Fluoreszenz ausgelösten Photonen können als Kalibrationsphotonen bezeichnet werden, welche im Wesentlichen den direkten Pfad vom Kalibrationstarget zum ersten Röntgendetektor nehmen und insbesondere im Wesentlichen senkrecht auf den ersten Röntgendetektor einfallen. Der erste Röntgendetektor des medizinischen Geräts kann die Fluoreszenzstrahlung bzw. die Kalibrationsphotonen des Kalibrationstargets direkt messen, welche durch Einstrahlung der Röntgenstrahlung aus der systemeigenen ersten Röntgenquelle erzeugt wird. Vorteilhaft ist der Winkel nicht fest vorgegeben, sondern kann für das medizinische Gerät optimiert werden.For energy calibration and in calibration operation, a calibration target with a (fluorescent) material with known fluorescence properties, for example iodine, tin, molybdenum or tungsten, is arranged in the medical device instead of the object to be examined. The first X-ray source is moved to the first X-ray detector by an angle, which is in particular freely optimized in order to ensure the most efficient energy calibration possible. For example, in an optimized case, the angle of incidence of the X-ray photons on the calibration target can correspond to the angle of incidence of the calibration photons. Those photons triggered by fluorescence can be referred to as calibration photons, which essentially take the direct path from the calibration target to the first X-ray detector and in particular are incident essentially perpendicular to the first X-ray detector. The first x-ray detector of the medical device can directly measure the fluorescence radiation or the calibration photons of the calibration target, which is generated by irradiation of the x-rays from the system's first x-ray source. The angle is advantageously not fixed, but can be optimized for the medical device.
Bevorzugt wird das von der ersten Röntgenquelle ausgesendete Strahlenbündel so eingeblendet, dass nur das Kalibrationstarget beleuchtet wird, und der erste Röntgendetektor nicht beleuchtet wird. Das Kalibrationstarget wird so platziert, dass die Kalibrationsphotonen bevorzugt die im Wesentlichen gesamte Detektionsfläche des ersten Röntgendetektors beleuchtet.The beam of rays emitted by the first x-ray source is preferably superimposed in such a way that only the calibration target is illuminated and the first x-ray detector is not illuminated. The calibration target is placed in such a way that the calibration photons preferably illuminate the essentially entire detection area of the first X-ray detector.
Auf Grund der Abstrahlcharakteristik des Kalibrationstargets kann es jedoch zu Bereichen außerhalb des Teilbereichs kommen, die nicht ausreichend mit Kalibrationsphotonen beleuchtet werden und damit nicht kalibriert werden können. In bevorzugten Ausführungsformen kann die erste Röntgenquelle unabhängig vom ersten Röntgendetektor verfahren werden, sodass das erfindungsgemäße Verfahren bei verschiedenen Winkelpositionen durchgeführt und somit eine vollständige Energiekalibrierung des ersten Röntgendetektors erreicht werden kann.However, due to the radiation characteristics of the calibration target, areas outside the sub-area may occur that are not adequately illuminated with calibration photons and therefore cannot be calibrated. In preferred embodiments, the first x-ray source can be moved independently of the first x-ray detector, so that the method according to the invention can be carried out at different angular positions and thus a complete energy calibration of the first x-ray detector can be achieved.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Kalibrationstarget ausgetauscht werden, wobei sich das Fluoreszenzmaterial des ersten Kalibrationstargets vom Fluoreszenzmaterial des zweiten Kalibrationstargets unterscheidet. Zur Energiekalibrierung können insbesondere mehrere Fluoreszenzmaterialien genutzt werden. Mit der Anzahl der genutzten Fluoreszenzmaterialien kann die Genauigkeit der Energiekalibrierung gesteigert werden.In a preferred embodiment, the calibration target can be exchanged, the fluorescent material of the first calibration target being different from the fluorescent material of the second calibration target. In particular, several fluorescent materials can be used for energy calibration. The accuracy of the energy calibration can be increased with the number of fluorescent materials used.
Das vorgeschlagene medizinische Röntgengerät und das Verfahren dazu ermöglichen die Erzeugung und Detektion von charakteristischer Fluoreszenzstrahlung bzw. Kalibrationsphotonen, welche zur Energiekalibrierung genutzt werden können. Die vorgeschlagenen Anordnungen der ersten Röntgenquelle in Verbindung mit dem ersten Röntgendetektor erlauben eine Einstellung des Winkels und berücksichtigen vorteilhaft auch die Eigenheiten von Dual-Plane-Systemen mit zwei Röntgenquellen-Röntgendetektor-Paaren, welche flexibel zueinander anordenbar sind. Vorteilhaft erlaubt die Erfindung den Winkel zwischen erster Röntgenquelle, Kalibrationstarget und erstem Röntgendetektor frei zu wählen. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren kann die Energiekalibrierung auch bei mehreren, verschiedenen Winkeln durchgeführt werden und somit der gesamte erste Röntgendetektor bzw. dessen Detektorelemente der gesamten Detektionsfläche schrittweise kalibriert werden.The proposed medical x-ray device and the method for this enable the generation and detection of characteristic fluorescent radiation or calibration photons, which can be used for energy calibration. The proposed arrangements of the first x-ray source in connection with the first x-ray detector allow the angle to be set and also advantageously take into account the peculiarities of dual-plane systems with two x-ray source / x-ray detector pairs, which can be flexibly arranged relative to one another. The invention advantageously allows the angle between the first x-ray source, calibration target and first x-ray detector to be freely selected. In contrast to the known methods, the energy calibration can also be carried out at several different angles and thus the entire first x-ray detector or its detector elements of the entire detection area can be calibrated step by step.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der erste zählende Röntgendetektor drehbar um eine Achse senkrecht zum Zentralstrahl gelagert. Durch eine drehbare Aufhängung des ersten Röntgendetektors, beispielsweise an einem C-Arm eines Angiographie- oder Radiographiesystems, kann ein Winkel auch ohne relative Positionsänderungen zwischen erster Röntgenquelle und erstem Röntgendetektor einstellbar sein. Für Drehwinkel von θ > 90° kann dabei auf eine zusätzliche Abschirmung der Röntgenstrahlung vom ersten Röntgendetektor verzichtet werden, da die Rückseite des ersten Röntgendetektors diese Aufgabe durch eine, insbesondere zusätzliche, abschirmende Ausgestaltung, beispielsweise in Form eines Abschirmelements, übernehmen kann. Die abschirmende Ausgestaltung der Rückseite des ersten Röntgendetektors kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass die Röntgenphotonen im Wesentlichen vollständig abgeschirmt werden und damit der erste Röntgendetektor vor dem Einfall von Röntgenphotonen, beispielsweise in eine Auswerteeinheit oder das Konvertermaterial, geschützt bzw. abgeschirmt ist. Ein Drehwinkel von θ > 90° kann insbesondere bedeuten, dass durch die Anordnung der Detektionsfläche gegenüber dem Zentralstrahl bzw. der ersten Röntgenquelle weniger bzw. im Wesentlichen keine Röntgenphotonen auf die Detektionsfläche einfallen können. Die Detektionsfläche kann von der ersten Röntgenquelle abgewandt sein. Der Drehwinkel kann dem Winkel entsprechen. Der Drehwinkel kann zudem dazu genutzt werden, um die Signalstärke der Kalibrationsphotonen bzw. den optimalen Winkel zu optimieren.According to one aspect of the invention, the first counting x-ray detector is rotatably mounted about an axis perpendicular to the central beam. By means of a rotatable suspension of the first X-ray detector, for example on a C-arm of an angiography or radiography system, an angle can also be set without relative changes in position between the first X-ray source and the first X-ray detector. For rotation angles of θ> 90 °, additional shielding of the X-rays from the first X-ray detector can be dispensed with, since the rear of the first X-ray detector can take on this task by means of an, in particular additional, shielding configuration, for example in the form of a shielding element. The shielding configuration of the rear side of the first x-ray detector can in particular be designed such that the x-ray photons are essentially completely shielded and thus the first x-ray detector is protected or shielded from the incidence of x-ray photons, for example in an evaluation unit or the converter material. A rotation angle of θ> 90 ° can in particular mean that fewer or substantially no X-ray photons can be incident on the detection surface due to the arrangement of the detection surface with respect to the central beam or the first X-ray source. The detection area can face away from the first X-ray source. The angle of rotation can correspond to the angle. The angle of rotation can also be used to optimize the signal strength of the calibration photons or the optimal angle.
Bei einer Verkippung bzw. Drehung des ersten Röntgendetektors um θ ≤ π/2 kann ein zusätzlicher Absorber benötigt werden, um die Direktstrahlung abzuschirmen. Bei einem Drehwinkel von θ > π/2 kann der erste Röntgendetektor vorteilhaft ohne zusätzlicher Abschirmung kalibriert werden.If the first X-ray detector is tilted or rotated by θ π / 2, an additional absorber may be required to shield the direct radiation. With a rotation angle of θ> π / 2, the first X-ray detector can advantageously be calibrated without additional shielding.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die erste Röntgenquelle relativ zum ersten zählenden Röntgendetektor verstellbar, insbesondere drehbar oder verfahrbar. Die erste Röntgenquelle kann um den Fokus bzw. an der Aufhängung der ersten Röntgenquelle drehbar ausgebildet sein.According to one aspect of the invention, the first x-ray source can be adjusted, in particular rotated or moved, relative to the first counting x-ray detector. The first x-ray source can be designed to be rotatable about the focus or on the suspension of the first x-ray source.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das medizinische Röntgengerät derart ausgebildet, dass sich die erste Röntgenquelle im Wesentlichen unabhängig vom ersten Röntgendetektor, um ein zu untersuchendes Objekt verfahren lässt bzw. der Winkel einstellbar ist. Ein solches medizinisches Röntgengerät kann als Mammographiesystem, welche eine Tomosynthese- oder eine Option zur Biopsie bieten, ausgebildet sein.In a preferred embodiment, the medical x-ray device is designed such that the first x-ray source can be moved around an object to be examined or the angle can be adjusted essentially independently of the first x-ray detector. Such a medical x-ray device can be designed as a mammography system which offers a tomosynthesis or an option for biopsy.
Der Winkel kann durch ein Verstellen der relativen Position von erster Röntgenquelle zum ersten Röntgendetektor erreicht werden. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform kann das medizinische Röntgengerät ein System mit robotischer Strahlerhalterung sein. Vorteilhaft kann der Winkel flexibel einstellbar sein.The angle can be achieved by adjusting the relative position from the first X-ray source to the first X-ray detector. In a preferred embodiment, the medical x-ray device can be a system with a robotic radiator holder. The angle can advantageously be flexibly adjustable.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist in einem Bildgebungsbetrieb der erste zählende Röntgendetektor der ersten Röntgenquelle zugeordnet. Das medizinische Röntgengerät kann ein Mammographiesystem oder ein C-Bogen-System, beispielsweise mit kippbarem erstem Röntgendetektor, sein. Vorteilhaft kann eine Energiekalibrierung des ersten Röntgendetektors in einem medizinischen Röntgengerät mit nur einem Röntgenquelle-Röntgendetektor-Paar durchgeführt werden.According to one aspect of the invention, the first counting x-ray detector is assigned to the first x-ray source in an imaging operation. The medical X-ray device can be a mammography system or a C-arm system, for example with a tiltable first X-ray detector. Energy calibration of the first x-ray detector can advantageously be carried out in a medical x-ray device with only one x-ray source-x-ray detector pair.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind in einem Bildgebungsbetrieb der erste zählende Röntgendetektor einer zweiten Röntgenquelle und ein zweiter Röntgendetektor der ersten Röntgenquelle zugeordnet.According to one aspect of the invention, in an imaging mode, the first counting x-ray detector and a second x-ray source second X-ray detector assigned to the first X-ray source.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das medizinische Röntgengerät ein Dual-Plane C-Bogensystem sein, welches zwei Röntgenquelle-Röntgendetektor-Paare aufweist. Das erste Röntgenquelle-Röntgendetektor-Paar umfasst die zweite Röntgenquelle und den ersten zählenden Röntgendetektor. Das zweite Röntgenquelle-Röntgendetektor-Paar umfasst die erste Röntgenquelle und den zweiten zählenden Röntgendetektor. Das erste Röntgenquelle-Röntgendetektor-Paar legt eine erste Bildgebungsebene (Plane) fest. Das zweite Röntgenquelle-Röntgendetektor-Paar legt eine zweite Bildgebungsebene (Plane) fest. Die beiden Röntgenquelle-Röntgendetektor-Paare können im Wesentlichen unabhängig voneinander positioniert werden. Der zweite Röntgendetektor kann ein zählender oder integrierender Röntgendetektor sein. Aufgrund der größeren Freiheiten bei der Positionierung der zweiten Bildgebungsebene im Vergleich zu beispielsweise einem Dual-Source-Computertomographiesystem kann der Winkel zwischen erstem Röntgendetektor und erster Röntgenquelle dabei so optimiert werden, dass ein optimales bzw. maximales Signal der Kalibrationsphotonen am ersten Röntgendetektor erreicht wird. Vorteilhaft kann eine verbesserte Signalausbeute der Kalibrationsphotonen am ersten Röntgendetektor erreicht werden. Vorteilhaft kann die Energiekalibration schneller oder/und genauer durchgeführt werden.In a preferred embodiment, the medical x-ray device can be a dual-plane C-arm system which has two pairs of x-ray sources and x-ray detectors. The first x-ray source-x-ray detector pair comprises the second x-ray source and the first counting x-ray detector. The second x-ray source-x-ray detector pair comprises the first x-ray source and the second counting x-ray detector. The first x-ray source-x-ray detector pair defines a first imaging plane (tarpaulin). The second x-ray source-x-ray detector pair defines a second imaging plane (tarpaulin). The two X-ray source-X-ray detector pairs can be positioned essentially independently of one another. The second x-ray detector can be a counting or integrating x-ray detector. Due to the greater freedom in positioning the second imaging plane compared to, for example, a dual-source computed tomography system, the angle between the first X-ray detector and the first X-ray source can be optimized so that an optimal or maximum signal of the calibration photons on the first X-ray detector is achieved. An improved signal yield of the calibration photons on the first X-ray detector can advantageously be achieved. The energy calibration can advantageously be carried out more quickly and / or more precisely.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Kalibrationstarget im Kreuzungspunkt von Zentralstrahl und Flächennormale angeordnet. Beispielsweise kann der Mittelpunkt bzw. ein geeigneter Punkt auf der Oberfläche des Kalibrationstargets oder der Schwerpunkt des Kalibrationstargets am Kreuzungspunkt angeordnet sein. Das Kalibrationstarget kann insbesondere derart angeordnet sein, dass der Einfallswinkel der Röntgenphotonen, insbesondere bezogen auf den Zentralstrahl, dem Ausfallswinkel der Kalibrationsphotonen im Wesentlichen entspricht. Das Kalibrationstarget kann alternativ derart angeordnet sein, dass der Ausfallswinkel fast parallel zur Flächennormale des Kalibrationstargets verlaufen, wobei die Abweichung von der Flächennormalen weniger als 10 Grad und bevorzugt weniger als 5 Grad beträgt. Die Flächennormale der Detektionsfläche und eine Flächennormale des Kalibrationstargets können insbesondere unter dem halben Winkel zueinander angeordnet sein. Der Zentralstrahl und die Flächennormale des Kalibrationstargets können insbesondere unter dem halben Winkel zueinander angeordnet sein. Vorteilhaft kann eine verbesserte Signalausbeute der Kalibrationsphotonen am ersten Röntgendetektor erreicht werden.According to one aspect of the invention, the calibration target is arranged at the intersection of the central beam and the surface normal. For example, the center or a suitable point on the surface of the calibration target or the center of gravity of the calibration target can be arranged at the crossing point. The calibration target can in particular be arranged such that the angle of incidence of the X-ray photons, in particular with respect to the central beam, essentially corresponds to the angle of reflection of the calibration photons. The calibration target can alternatively be arranged such that the angle of reflection is almost parallel to the surface normal of the calibration target, the deviation from the surface normal being less than 10 degrees and preferably less than 5 degrees. The surface normal of the detection surface and a surface normal of the calibration target can in particular be arranged at half the angle to one another. The central beam and the surface normal of the calibration target can in particular be arranged at half the angle to one another. An improved signal yield of the calibration photons on the first X-ray detector can advantageously be achieved.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Streustrahlenelement am ersten Röntgendetektor angeordnet, welches eine wählbare Richtung aufweist, so dass im Wesentlichen nur Kalibrationsphotonen auf den Teilbereich der Detektionsfläche einfallen. According to one aspect of the invention, a scattered radiation element is arranged on the first X-ray detector, which has a selectable direction, so that essentially only calibration photons are incident on the partial area of the detection area.
Das Streustrahlenelement kann eine lamellenförmige oder gitterförmige Struktur aufweisen, wobei die Durchlassöffnungen zwischen den Lamellen bzw. den Gitterwänden angeordnet sind. Die Lamellen bzw. Gitterwände können parallel angeordnet sein oder auf einen gemeinsamen Punkt ausgerichtet sein. Die Lamellen bzw. Gitterwände können insbesondere eine feste Zuordnung zueinander aufweisen, welche insbesondere mechanisch fixiert sein kann. Alternativ können die Lamellen bzw. Gitterwände eine einstellbare Zuordnung zueinander aufweisen. Die Richtung des Streustrahlenelements kann durch Veränderung der Position des Streustrahlenelements mit fest zueinander zugeordneten Gitterwände bzw. Lamellen oder die einstellbare Zuordnung gewählt werden. Die Richtung kann dabei insbesondere die Durchlassrichtung des Streustrahlengitters bezeichnen. Die Gitterwände bzw. Lamellen weisen ein röntgenstrahlenabsorbierendes Material, beispielsweise Wolfram, auf. Vorteilhaft können im Wesentlichen nur Kalibrationsphotonen durch die Durchlassöffnungen auf den Teilbereich einfallen und die Röntgenphotonen im Wesentlichen vom Teilbereich abgeschirmt werden.The scattered radiation element can have a lamellar or lattice-shaped structure, the passage openings being arranged between the lamellas or the lattice walls. The lamellae or lattice walls can be arranged in parallel or aligned with a common point. The lamellae or lattice walls can in particular have a fixed association with one another, which can in particular be mechanically fixed. Alternatively, the slats or lattice walls can have an adjustable assignment to one another. The direction of the scattered radiation element can be selected by changing the position of the scattered radiation element with grating walls or lamellae which are firmly assigned to one another, or by the adjustable assignment. The direction can in particular denote the transmission direction of the anti-scatter grid. The grid walls or lamellae have an X-ray absorbing material, for example tungsten. Advantageously, essentially only calibration photons can strike the partial area through the passage openings and the X-ray photons can be shielded from the partial area.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Abschirmelement derart angeordnet, dass der Teilbereich der Detektionsfläche von Röntgenphotonen im Wesentlichen abgeschirmt ist. Das Abschirmelement kann insbesondere vollflächig abschirmen, d.h. das Abschirmelement weist bevorzugt keine Durchlassöffnungen auf. Das Abschirmelement kann insbesondere einen Teil des Strahlenbündels der ersten Röntgenquelle vom Teilbereich der Detektionsfläche abschirmen, wobei insbesondere ein anderer Teil des Strahlenbündels auf das Kalibrationstarget einfällt. Das Abschirmelement kann insbesondere zwischen erster Röntgenquelle und erstem Röntgendetektor angeordnet sein. Das Abschirmelement kann beispielsweise am Röntgendetektor oder in der Nähe des Röntgendetektors angeordnet sein. Vorteilhaft kann durch die Wahl geeigneter Absorptionseigenschaften, wie beispielsweise für Röntgenstrahlung hochabsorbierendes Material und eine entsprechende Dicke des Materials, eine besonders effektive Abschirmung des Teilbereichs erreicht werden. According to one aspect of the invention, a shielding element is arranged such that the partial area of the detection area is essentially shielded from X-ray photons. The shielding element can in particular shield the entire surface, i.e. the shielding element preferably has no passage openings. The shielding element can, in particular, shield part of the radiation beam from the first x-ray source from the partial area of the detection area, in particular another part of the radiation beam incident on the calibration target. The shielding element can in particular be arranged between the first x-ray source and the first x-ray detector. The shielding element can be arranged, for example, on the X-ray detector or in the vicinity of the X-ray detector. A particularly effective shielding of the partial area can advantageously be achieved by the selection of suitable absorption properties, such as material which is highly absorbent for X-radiation and a corresponding thickness of the material.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Kollimator an der ersten Röntgenquelle derart angeordnet, dass der Teilbereich der Detektionsfläche von Röntgenphotonen im Wesentlichen abgeschirmt ist. Nach dem Austrittsfenster der Röntgenquelle kann ein Kollimator angeordnet sein. Der Kollimator kann insbesondere zumindest zwei Blenden aufweisen, in einer speziellen Ausführungsform kann der Kollimator ein Multi-Leaf-Kollimator sein. Der Kollimator bewirkt eine Einblendung bzw. eine Kollimierung des Strahlenbündels. Der Kollimator kann derart eingestellt sein, dass der Teilbereich der Detektionsfläche zumindest teilweise durch den Kollimator abgeschirmt ist und das Kalibrationstarget beleuchtet wird. Es kann damit vorteilhaft eine Röntgenquellen-seitige Abschirmung erreicht werden. Vorteilhaft kann ein Anteil an Streustrahlung reduziert werden. Vorteilhaft kann durch die Wahl geeigneter Absorptionseigenschaften, wie beispielsweise für Röntgenstrahlung hochabsorbierendes Material und eine entsprechende Dicke des Materials, eine besonders effektive Abschirmung des Teilbereichs erreicht werden. Der Kollimator kann als Material bevorzugt Wolfram umfassen.According to one aspect of the invention, a collimator is arranged on the first X-ray source in such a way that the partial area of the detection area is essentially shielded from X-ray photons. A collimator can be arranged after the exit window of the x-ray source. The collimator can in particular have at least two diaphragms, in a special embodiment the Collimator can be a multi-leaf collimator. The collimator fades in or collimates the beam. The collimator can be set such that the partial area of the detection area is at least partially shielded by the collimator and the calibration target is illuminated. Shielding on the x-ray source side can thus advantageously be achieved. A proportion of scattered radiation can advantageously be reduced. A particularly effective shielding of the partial area can advantageously be achieved by the selection of suitable absorption properties, such as material which is highly absorbent for X-radiation and a corresponding thickness of the material. The collimator can preferably comprise tungsten as the material.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst das Kalibrationstarget ein Abschirmelement oder einen Kollimator, so dass im Wesentlichen nur Kalibrationsphotonen auf den Teilbereich der Detektionsfläche einfallen und der Teilbereich der Detektionsfläche von Röntgenphotonen im Wesentlichen abgeschirmt ist. Das Abschirmelement oder der Kollimator kann in einer weiteren Ausführungsform vom Kalibrationstarget umfasst sein oder damit verbunden sein. Vorteilhaft kann eine Ausrichtung des Kalibrationstargets und des Abschirmelements bzw. des Kollimators festgelegt sein, insbesondere kann die Ausrichtung auf einen optimalen, eingestellten Winkel optimiert sein.According to one aspect of the invention, the calibration target comprises a shielding element or a collimator, so that essentially only calibration photons are incident on the partial area of the detection area and the partial area of the detection area is essentially shielded from X-ray photons. In a further embodiment, the shielding element or the collimator can be included in or connected to the calibration target. An alignment of the calibration target and of the shielding element or of the collimator can advantageously be defined, in particular the alignment can be optimized to an optimal, set angle.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Kalibrationstarget ein mittels Röntgenphotonen zur Fluoreszenz anregbares Material auf. Das Material kann ein Element sein, beispielsweise Cu, Sn, Ag, Pb, W, I. Die Fluoreszenzenergie kann im Bereich zwischen 5 und 85keV, insbesondere zwischen 20 und 85keV liegen. Vorteilhaft kann die Energiekalibrierung besonders auf Anwendungen in der medizinischen Röntgenbildgebung angewendet werden.According to one aspect of the invention, the calibration target has a material that can be excited by means of X-ray photons for fluorescence. The material can be an element, for example Cu, Sn, Ag, Pb, W, I. The fluorescence energy can be in the range between 5 and 85keV, in particular between 20 and 85keV. The energy calibration can advantageously be used particularly in applications in medical X-ray imaging.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist das Kalibrationstarget mehrere zu unterschiedlichen Fluoreszenzen anregbare Materialien auf. Das Kalibrationstarget kann die mehreren Materialien bevorzugt in verschiedenen, getrennten Bereichen aufweisen. Die verschiedenen, getrennten Bereiche können beispielsweise als Quadranten oder Kreissegmente ausgebildet sein, so dass mittels eines Drehmechanismus von einem Bereich zum nächsten Bereich gewechselt werden kann. Das Kalibrationstarget kann die mehreren Materialien vermischt in einem gemeinsamen Bereich aufweisen. Die Kalibrationsphotonen des unterschiedlichen Fluoreszenzen können beispielsweise in einem sogenannten Schwellenscan detektiert werden. Bei dem Schwellenscan wird für eine Vielzahl von Schwellwerten jeweils mindestens ein Messwert aufgenommen. Vorteilhaft kann die Energiekalibrierung im Wesentlichen ohne Veränderung des Winkels durchgeführt werden.According to one aspect of the invention, the calibration target has a plurality of materials that can be excited to different fluorescences. The calibration target can preferably have the multiple materials in different, separate areas. The various, separate areas can be designed, for example, as quadrants or circle segments, so that a rotation mechanism can be used to switch from one area to the next area. The calibration target can have the multiple materials mixed in a common area. The calibration photons of the different fluorescence can be detected, for example, in a so-called threshold scan. The threshold scan records at least one measured value for a large number of threshold values. The energy calibration can advantageously be carried out essentially without changing the angle.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Kalibrationstarget auf einer Patientenliege, an einem C-Arm oder an einem Zubehör anordenbar bzw. positionierbar bzw. befestigbar. Das Kalibrationstarget kann beispielsweise mittels Festklemmen am medizinischen Gerät oder im Wesentlichen freies Positionieren auf einer Patientenliege im medizinischen Gerät angeordnet werden. Das Kalibrationstarget kann beispielsweise an einem Uroskop, einer Kompressionseinheit oder an einer verfahrbaren Achse beispielsweise umfassend die erste Röntgenquelle angeordnet oder befestigt werden. Das Kalibrationstarget kann alternativ statt eines bekannten Zubehörs, beispielsweise Uroskop oder Kompressionseinheit, mittels der vorhandenen Arretierungsvorrichtungen angeordnet bzw. befestigt werden. Das Kalibrationstarget kann in einem Zubehör integriert sein und beispielsweise zusätzlich ein Abschirmelement aufweisen, welche im Bildgebungsbetrieb das Kalibrationstarget abschirmt, so dass der Bildgebungsbetrieb ungestört ist, und im Kalibrationsbetrieb das Kalibrationstarget für die Energiekalibrierung nutzbar ist. Vorteilhaft kann die Anordnung des Kalibrationstargets innerhalb des medizinischen Röntgengeräts durch Art und Ort der Befestigung im Wesentlichen reproduzierbar festgelegt sein.According to one aspect of the invention, the calibration target can be arranged or positioned or fastened on a patient couch, on a C-arm or on an accessory. The calibration target can be arranged, for example, by clamping onto the medical device or essentially free positioning on a patient couch in the medical device. The calibration target can, for example, be arranged or attached to a uroscope, a compression unit or on a movable axis, for example comprising the first X-ray source. The calibration target can alternatively be arranged or fastened instead of a known accessory, for example uroscope or compression unit, by means of the existing locking devices. The calibration target can be integrated in an accessory and, for example, additionally have a shielding element, which shields the calibration target in the imaging mode, so that the imaging mode is not disturbed, and the calibration target can be used for the energy calibration in the calibration mode. The arrangement of the calibration target within the medical X-ray device can advantageously be determined essentially reproducibly by the type and location of the attachment.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Energiekalibrierung eines ersten zählenden Röntgendetektors in einem medizinischen Röntgengerät aufweisend die Schritte:
- - Positionieren einer ersten Röntgenquelle und eines ersten zählenden Röntgendetektors, wobei ein Winkel zwischen der Flächennormale der Detektionsfläche und einem Zentralstrahl des Strahlenbündels derart eingestellt ist, dass der Zentralstrahl des Strahlenbündels nicht-flächennormal zur Detektionsfläche verläuft,
- - Auslösen von ersten Kalibrationsphotonen aufweisend eine erste Energie und zweiten Kalibrationsphotonen aufweisend eine von der ersten Energie verschiedene zweite Energie in mindestens einem Kalibrationstarget durch einfallende Röntgenphotonen der ersten Röntgenquelle,
- - Detektieren der ersten Kalibrationsphotonen als ersten Messwert und der zweiten Kalibrationsphotonen als zweiten Messwert in einem Detektorelement des ersten zählenden Röntgendetektors,
- - Bestimmen eines Ergebnisschwellwertes indikativ für eine Photonenenergie für das Detektorelement basierend auf dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert, und
- - Einstellen des Ergebnisschwellwertes am ersten zählenden Röntgendetektor.
- Positioning a first x-ray source and a first counting x-ray detector, an angle between the surface normal of the detection surface and a central beam of the beam being set such that the central beam of the beam runs non-surface normal to the detection surface,
- Triggering of first calibration photons having a first energy and second calibration photons having a second energy different from the first energy in at least one calibration target by incident X-ray photons from the first X-ray source,
- Detecting the first calibration photons as the first measured value and the second calibration photons as the second measured value in a detector element of the first counting X-ray detector,
- Determining a result threshold value indicative of a photon energy for the detector element based on the first measured value and the second measured value, and
- - Setting the result threshold on the first counting x-ray detector.
Der Schritt des Auslösens und der Schritt des Detektierens können derart eine Einheit bilden, so dass zunächst die ausgelösten ersten Kalibrationsphotonen bei einer Vielzahl eingestellter Energieschwellwerte bzw. Referenzspannungen detektiert werden und anschließend die ausgelösten zweiten Kalibrationsphotonen bei der Vielzahl eingestellter Energieschwellwerte bzw. Referenzspannungen detektiert werden. Der erste bzw. zweite Messwert kann basierend auf der Anzahl der detektierten ersten bzw. zweiten Kalibrationsphotonen in Abhängigkeit des Energieschwellwertes, insbesondere für im Wesentlichen jedes Detektorelement einzeln, bestimmt werden. Beispielsweise kann der Messwert den Energieschwellwert bzw. die Referenzspannung bezeichnen, welche der Energie der Kalibrationsphotonen zugeordnet werden kann. The step of triggering and the step of detecting can form a unit such that first the triggered first calibration photons are detected with a large number of set energy threshold values or reference voltages and then the triggered second calibration photons with the large number of set energy threshold values or reference voltages. The first or second measured value can be determined based on the number of detected first or second calibration photons as a function of the energy threshold, in particular for essentially each detector element individually. For example, the measured value can denote the energy threshold value or the reference voltage, which can be assigned to the energy of the calibration photons.
Der Schritt des Bestimmens des Ergebnisschwellwertes erfolgt basierend auf dem ersten Messwert und dem zweiten Messwert, bevorzugt werden mehr als zwei Messwerte verwendet. Es kann beispielsweise eine, insbesondere lineare, Abhängigkeit der Messwerte von der jeweiligen Energie der Kalibrationsphotonen als Basis für das Bestimmen des Ergebnisschwellwertes verwendet werden. Der Ergebnisschwellwert bezeichnet dabei den Energieschwellwert bzw. die Referenzspannung, bei der die Energieschwelle des Detektorelements der gewünschten Photonenenergie entspricht. Der Ergebnisschwellwert ist insbesondere ein DAC-Wert. Die Energieschwelle kann insbesondere in keV angegeben werden. Der individuelle Ergebnisschwellwert eines Detektorelements als DAC-Wert entspricht insbesondere einer Photonenenergie in keV, wobei im Wesentlichen Röntgenphotonen beispielsweise im Bildgebungsbetrieb mit einer größeren Photonenenergie oberhalb dieser Energieschwelle detektiert werden können. Die Energieschwelle kann insbesondere zwischen der ersten und der zweiten Photonenenergie liegen. Der Ergebnisschwellwert kann mittels Extrapolation für Photonenenergien oberhalb bzw. unterhalb beider Photonenenergien bestimmt bzw. abgeschätzt werden.The step of determining the result threshold value is based on the first measured value and the second measured value, preferably more than two measured values are used. For example, a, in particular linear, dependence of the measured values on the respective energy of the calibration photons can be used as the basis for determining the result threshold value. The result threshold value denotes the energy threshold value or the reference voltage at which the energy threshold of the detector element corresponds to the desired photon energy. The result threshold is in particular a DAC value. The energy threshold can be specified in keV in particular. The individual result threshold value of a detector element as a DAC value corresponds in particular to a photon energy in keV, wherein essentially X-ray photons can be detected, for example in imaging mode, with a larger photon energy above this energy threshold. The energy threshold can lie in particular between the first and the second photon energy. The result threshold can be determined or estimated by extrapolation for photon energies above or below both photon energies.
Im Schritt des Einstellens wird der Ergebnisschwellwert im Detektorelement eingestellt. Bevorzugt wird das Verfahren für alle Detektorelemente durchgeführt, wobei die einzelnen Schritte jeweils zeitlich parallel in den einzelnen Detektorelementen ausgeführt werden können. Vorteilhaft können nach einem Einstellen aller Detektorelemente alle Detektorelemente die im Wesentlichen gleiche Energieschwelle aufweisen.In the setting step, the result threshold is set in the detector element. The method is preferably carried out for all detector elements, it being possible for the individual steps to be carried out in parallel in the individual detector elements. After all detector elements have been set, all detector elements can advantageously have the essentially same energy threshold.
Das Verfahren kann vorteilhaft mehr als zwei Energien von Kalibrationsphotonen und entsprechend mehr als zwei Messwerte umfassen, sodass die Genauigkeit der Energiekalibration vorteilhaft erhöht werden kann. Das Detektieren der ersten und zweiten Kalibrationsphotonen kann jeweils einen ersten bzw. zweiten Messwert oberhalb eines Schwellwerts umfassen. Insbesondere können die ersten bzw. zweiten Messwerte für eine Vielzahl von Schwellwerten bestimmt werden, beispielsweise mittels eines sogenannten Schwellenscans. Der Messwert kann ein Zählwert von Kalibrationsphotonen über dem Schwellwert sein. Der Messwert kann ferner ein Maß für eine Energie, beispielsweise Time-over-Threshold, angeben. Zur Aufnahme der ersten und zweiten Energie können verschiedene Kalibrationstargets verwendet werden. Zur Aufnahme der ersten und zweiten Energie kann ein Kalibrationstarget mit mehreren zu unterschiedlichen Fluoreszenzen anregbaren Materialien verwendet werden, wobei in diesem Fall vorteilhaft ein Schwellenscan im Schritt des Detektierens umfasst ist. Vorteilhaft kann eine zuverlässige und stabile Energiekalibrierung der einzelnen Detektorelemente erreicht werden. Das Verfahren kann ferner einen Schritt des Wiederholens umfassen, um die gesamte Detektionsfläche zu kalibrieren, wobei ein weiterer Teilbereich von den Kalibrationsphotonen beleuchtet wird. Die Prinzipien bekannter Verfahren können insbesondere im Schritt des Bestimmens des Ergebnisschwellwertes vorteilhaft angewendet werden.The method can advantageously comprise more than two energies of calibration photons and correspondingly more than two measured values, so that the accuracy of the energy calibration can advantageously be increased. The detection of the first and second calibration photons can in each case comprise a first or second measured value above a threshold value. In particular, the first or second measured values can be determined for a multiplicity of threshold values, for example by means of a so-called threshold scan. The measured value can be a count value of calibration photons above the threshold value. The measured value can also give a measure of an energy, for example time-over-threshold. Different calibration targets can be used to absorb the first and second energy. A calibration target with a plurality of materials that can be excited to different fluorescences can be used to absorb the first and second energy, in which case a threshold scan is advantageously included in the detection step. A reliable and stable energy calibration of the individual detector elements can advantageously be achieved. The method can further comprise a step of repetition in order to calibrate the entire detection area, with a further partial area being illuminated by the calibration photons. The principles of known methods can be used advantageously in particular in the step of determining the result threshold.
In einer alternativen Ausführungsform können die erste Röntgenquelle und der erste Röntgendetektor derart zueinander ausgerichtet sein, dass der Zentralstrahl des Strahlenbündels flächennormal zur Detektionsfläche verläuft. Zumindest der Teilbereich der Detektionsfläche kann beispielsweise mittels Kollimator oder/und Abschirmelement oder/und Streustrahlenelement von Röntgenphotonen abgeschirmt sein. Das Kalibrationstarget kann dabei derart angeordnet sein, dass die Kalibrationsphotonen auf den Teilbereich einfallen und dort detektierbar sind.In an alternative embodiment, the first x-ray source and the first x-ray detector can be aligned with one another in such a way that the central beam of the beam of rays runs normal to the detection surface. At least the partial area of the detection area can be shielded from X-ray photons, for example, by means of a collimator and / or shielding element and / or scattered radiation element. The calibration target can be arranged in such a way that the calibration photons are incident on the partial area and can be detected there.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kalibrationstarget zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren. Das Kalibrationstarget ist derart ausgelegt, dass Kalibrationsphotonen mittels der Röntgenstrahlung der ersten Röntgenquelle auslösbar und in einem Teilbereich des ersten Röntgendetektors detektierbar sind.The invention further relates to a calibration target for use in a method according to the invention. The calibration target is designed such that calibration photons can be triggered by means of the X-ray radiation from the first X-ray source and can be detected in a partial area of the first X-ray detector.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kalibrationstarget zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen medizinischen Röntgengerät. Das Kalibrationstarget kann insbesondere reproduzierbar im medizinischen Röntgengerät anordenbar sein.The invention further relates to a calibration target for use in a medical x-ray device according to the invention. The calibration target can in particular be reproducibly arranged in the medical X-ray device.
Das medizinische Gerät kann ferner eine Recheneinheit aufweisend Mittel zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfassen, welche eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen des Ergebnisschwellwertes und eine Speichereinheit zum Speichern des Ergebnisschwellwertes aufweist. Es kann ein Computerprogramm mit Programmcode vorgesehen sein, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer bzw. der Recheneinheit ausgeführt wird. Es kann ferner ein computerlesbarer Datenträger mit Programmcode eines Computerprogramms vorgesehen sein, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer bzw. der Recheneinheit ausgeführt wird.The medical device can further comprise a computing unit having means for carrying out a method according to the invention, which has a determination unit for determining the result threshold value and a storage unit for storing the result threshold value. A computer program with program code can be provided in order to carry out the method according to the invention when the computer program is executed on a computer or the computing unit. A computer-readable data carrier with program code of a computer program can also be provided in order to carry out the method according to the invention when the computer program is executed on a computer or the computing unit.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen medizinischen Röntgengeräts in einer ersten Ausführungsform; -
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen medizinischen Röntgengeräts in einer zweiten Ausführungsform; -
3 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen medizinischen Röntgengeräts in einer dritten Ausführungsform; -
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen medizinischen Röntgengeräts in einer vierten Ausführungsform; -
5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen medizinischen Röntgengeräts in einer fünften Ausführungsform; -
6 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen medizinischen Röntgengeräts in einer sechsten Ausführungsform; -
7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen medizinischen Röntgengeräts in einer siebten Ausführungsform; und -
8 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 a schematic representation of the medical X-ray device according to the invention in a first embodiment; -
2 a schematic representation of the medical X-ray device according to the invention in a second embodiment; -
3 a schematic representation of the medical X-ray device according to the invention in a third embodiment; -
4 a schematic representation of the medical X-ray device according to the invention in a fourth embodiment; -
5 a schematic representation of the medical X-ray device according to the invention in a fifth embodiment; -
6 a schematic representation of the medical X-ray device according to the invention in a sixth embodiment; -
7 a schematic representation of the medical X-ray device according to the invention in a seventh embodiment; and -
8th a schematic representation of the method according to the invention.
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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.Although the invention has been illustrated in more detail by the preferred exemplary embodiment, the invention is not restricted by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by a person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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