DE10320972A1

DE10320972A1 - Verfahren zur Korrektur von durch zeitverzögerte Signalwiedergaben bedingten Fehlern bei einem Röntgendetektor

Info

Publication number: DE10320972A1
Application number: DE10320972A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr. Stierstorfer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-12-09
Also published as: CN1550792A; US20040267507A1; US6949746B2; JP2004329938A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von durch das Nachleuchten bedingten Fehlern bei einem Röntgendetektor, wobei eine tatsächliche Intensität I¶n¶ zu einem Zeitpunkt n ermittelt wird, indem von einem gemessenen Ausgangssignal O¶n¶ zum Zeitpunkt n ein Subtrahent subtrahiert wird, und wobei der Subtrahent aus mehreren vor dem Zeitpunkt n gemessenen Ausgangssignalen (O¶n-1¶, O¶n-2¶, O¶n-3¶) ermittelt wird. Vorzugsweise erfolgt die Korrektur gemäßt folgender Beziehung: DOLLAR F1 wobei gilt: DOLLAR F2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von durch zeitverzögerte Signalwiedergaben bedingten Fehlern bei einem Röntgendetektor. Sie betrifft ferner einen zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Röntgendetektor.
Bei der Röntgen-Computertomographie werden Röntgendetektoren verwendet, die eine Vielzahl in einer Fläche angeordneter einzelner Detektorelemente aufweisen. Jedes der Detektorelemente ist an seiner der Röntgenquelle zugewandten Seite mit einem Szintillator versehen, der auf eine Fotodiode montiert ist. Auf das Detektorelement einfallende Röntgenstrahlung wird im Szintillator absorbiert. Die absorbierte Röntgenstrahlung wird in Licht umgewandelt. Die Intensität des Lichts ist ein Maß für die Röntgenintensität. Sie wird mittels der Fotodiode gemessen.
Insbesondere bei der Röntgen-Computertomographie werden in sehr kurzen Zeitabständen von 400 μsec. bis 30 msec. die vom Röntgendetektor gemessenen Röntgenintensitäten abgefragt und gespeichert. Aus den mit dem Röntgendetektor gemessenen Intensitätsverteilungen wird mittels geeigneter Algorithmen schließlich das Bild errechnet. Abgesehen von der Messung im Anfangszeitpunkt zeigt der Röntgendetektor beim weiteren Messvorgang zu hohe Röntgenintensitäten an. Eine beim weiteren Messvorgang erfasste Röntgenintensität setzt sich zusammen aus der zum Zeitpunkt der Messung tatsächlich durch die absorbierte Röntgenstrahlung verursachte Röntgenintensität und einer weiteren Röntgenintensität, welche durch ein materialbedingtes Nachleuchten von zuvor auf den Röntgendetektor eingestrahlter Röntgenstrahlung verursacht worden ist.
Es ist offensichtlich, dass der durch das Nachleuchten bedingte Fehler bei der Messung der Röntgenintensitäten sich fortpflanzt und zu Fehlern bei der Errechnung des Bilds führt.
Zur Messung von Röntgenintensitäten können auch Halbleiter-Detektoren verwendet werden. Dabei wird eine einfallende Röntgenintensität unmittelbar, d.h. ohne Verwendung eines Szintillators, in ein Spannungs- oder Ladungssignal umgewandelt. Auch derartige Halbleiter-Detektoren weisen eine mit dem Nachleuchten von Szintillatoren vergleichbare zeitverzögerte Signalwiedergabe auf. Eine in einem Zeitpunkt t einfallende Röntgenintensität bewirkt ein über die Zeit abnehmendes elektrisches Signal. Infolgedessen kommt es auch hier bei der Errechnung des Bilds zu Fehlern.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es sollen insbesondere ein Verfahren und ein Röntgendetektor angegeben werden, mit denen eine möglichst exakte Herstellung rechnerisch ermittelter Bilder ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 5 und 6 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 4, 7 und 8.
Nach Maßgabe der Erfindung ist vorzugsweise ein Verfahren zur Korrektur von durch zeitverzögerte Signalwiedergaben bedingten Fehlern bei einem Röntgendetektor gemäß folgender Beziehung vorgesehen.
wobei gilt: Lk0 = 0; k = 1...K (2), Lkn = (1 – λk) = (1 – λk)Ln–1 + μkIn; k = 1 ...K (3)
Unter einer zeitverzögerten Signalwiedergabe wird ein allmähliches Abklingen eines Signals verstanden. Bei einer sequenziellen Messung einer Vielzahl von Signalen enthält jedes gemessene Signal einen Anteil, der durch das Abklingen des Signals der vorhergehenden Messung bzw. der Signale der vorhergehenden Messungen verursacht wird. Kennt man das gemessene Ausgangssignal O_n zum Zeitpunkt n, so lässt sich gemäß der Gleichung (1) die tatsächliche Intensität I_n rekursiv ermitteln. Mit dem Subtrahent wird in der Gleichung (1) der durch die Signalverzögerungen vorhergehender Messungen bedingte Signalanteil abgezogen. Das erfindungsgemäße Verfahren geht aus von der Annahme, dass ein Teil einer zum Zeitpunkt n gemessenen Intensität I_n gemäß dem Koeffizient μ_k Bestandteil des Ergebnisses späterer Messergebnisse ist. μ_k beschreibt die Abnahme der zum Zeitpunkt n beobachteten Intensität I_n. Mit λ_k wird die materialspezifische Verzögerung der Signalwiedergabe des Szintillatorwerkstoffs oder des Halbleiters beschrieben.
Die Gleichung (2) gibt die Anfangsbedingung wieder. Im Zeitpunkt n = 0 weist der Röntgendetektor keine Signalverzögerung auf. Mit der Gleichung (3) wird die Intensität I_n aktualisiert.
Im Falle eines Detektorarrays wird das Verfahren insbesondere bezogen auf ein einzelnes Pixel ausgeführt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Korrektur gemäß folgender Beziehung:
μ_tot ist die Summe der μ_k.
In diesem Fall folgt eine gewichtete Korrektur. Das vereinfacht insgesamt die Korrektur des Signals. Die vorgeschlagene Korrektur der Signalverzögerung ist besonders präzise.
Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist ein Röntgendetektor mit einer Vorrichtung zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens vorgesehen. Der Röntgendetektor kann zu diesem Zweck beispielsweise einen Microcontroller enthalten, der in Abhängigkeit der Charakteristik der verwendeten Detektorelemente automatisch eine Korrektur der Signalverzögerung, insbesondere des Nachleuchtens, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchführt. Ein solcher Röntgendetektor liefert bereits korrigierte Signale. Die Programmierung eines solchen von einem Röntgendetektor umfassten Microcontrollers liegt im fachmännischen Können und bedarf keiner weiteren Erläuterung. Korrigiert werden insbesondere die zu dem Zeitpunkt der Messung mittels des Detektorelements gemessenen Ladungs- bzw. Spannungssignale.
Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung verdeutlicht. Es zeigen:
1 ein Flußbild des dem Verfahren zu Grunde liegenden Modells und
2 gemessene und rekonstruierte Signalintensitäten über k.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt das folgende Modell zu Grunde: Lk0 = 0; k = 1...K (5)
Lkn = (1 – λk)Lkn–1 + μkIn; k = 1...K (7)
Die Gleichungen (6) und (7) sind rekursiv für jeden Zeitpunkt n auszuführen. Dabei ist L nk / –1 die verzögerte Intensität zur Komponente k zum Zeitpunkt n, I_n das n-te Eingangssignal und O_n das n-te Ausgangssignal. μ_tot ist die Summe der μ_k. Die Gleichung (5) beschreibt die Anfangsbedingung: Das Verzögerungsreservoir ist am Anfang leer. Die Gleichung (6) beschreibt das Ausgangssignal O_n als Summe der tatsächlichen Intensität I_n und den Beträgen der verzögerten Intensitäten. Die Gleichung (7) aktualisiert die verzögerte Intensität.
Das Modell ist in 1 schematisch anhand eines Flußbilds gezeigt. Eine mit "Output" bezeichnete tatsächliche Intensität setzt sich zusammen aus der mit "Input" bezeichneten gemessenen Intensität sowie weiteren mit "Lagbild 1...K" bezeichneten durch das Abklingen vorhergehender Intensitäten bedingter Restintensitäten, welche sich zum Wert der tatsächlichen Intensität "Output" hinzuaddieren. Die gemessene Intensität "Input" ist größer als die tatsächliche Intensität "Output".
Ein Teil der gemessenen Intensität "Input" wird gemäß dem Koeffizienten μ_k in die verschiedenen Restintensitäten eingespeist. Die Restintensitäten werden gemäß der Koeffizienten λ_k bei der Berechnung der tatsächlichen Intensität "Output" berücksichtigt. Mit dem vorgeschlagenen Modell können verschiedene Zeitkonstanten berücksichtigt werden.
Sofern das vorgeschlagene Verfahren im Bereich der Röntgen-Computertomographie angewendet wird, ist es möglich, das Verfahren auf Rohdaten oder aber zu einem späteren Zeitpunkt bei der Umwandlung der vom Röntgendetektor gelieferten Signale (Rohdaten) in ein Bild auszuführen. Es kann beispielsweise erst während oder nach der Bildrekonstruktion durchgeführt werden. Das Ergebnis einer rechnerischen Prüfung der vorgeschlagenen Signalverzögerungskorrektur ist in 2 wiedergegeben. Dort ist über der Zeit ein mit a bezeichnetes Eingangssignal gezeigt. Mit b ist ein gemessenes Ausgangssignal bezeichnet. Das rekonstruierte Signal ist mit c bezeichnet. Es ist in vollständiger Übereinstimmung mit dem Eingangssignal a. Das zeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere eine vollständige Korrektur des Nachleuchtens bei Röntgendetektoren erreicht wird.

Claims

Verfahren zur Korrektur von durch zeitverzögerte Signalwiedergaben, insbesondere durch Nachleuchten, bedingten Fehlern bei einem Röntgendetektor, wobei eine tatsächliche Intensität I_n zu einem Zeitpunkt n ermittelt wird, indem von einem gemessenen Ausgangssignal O_n zum Zeitpunkt n ein Subtrahent subtrahiert wird, und wobei der Subtrahent aus mehreren vor dem Zeitpunkt n gemessenen Ausgangssignalen (O_n–1, O_n–2, O_n–3) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede tatsächliche Intensität I_n zum Zeitpunkt n rekursiv aus früheren Intensitäten oder Signalen ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Korrektur gemäß folgender Beziehung ausgeführt wird:
wobei gilt: Lk0 = 0; k = 1...K (2), Lkn = (1 – λk)Ln–1 + μkIn; k = 1...K (3)
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Korrektur gemäß 4folgender Beziehung durchgeführt wird:
wobei μ_tot die Summe der μ_k ist.
Röntgendetektor mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Computertomographie-Gerät mit einem Röntgendetektor nach Anspruch 5.
Computertomographie-Gerät nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung zumindest teilweise auf einem rotierenden Teil einer Gantry angebracht ist.
Computertomographie-Gerät nach Anspruch 7, wobei die Vorrichtung durch einen jedem Detektorpixel gesondert zugeordnetem integrierten Schaltkreis ausgebildet ist.