DE19606873C2 - Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem Festkörperbildwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem Hochspannungsgenerator für eine Röntgenröhre zur Erzeu­ gung eines Röntgenstrahlenbündels, mit einem Röntgenbildwand­ ler, der eine Szintillatorschicht und eine Halbleiterschicht aus amorphem Silizium (aSi) mit in einer Matrix angeordneten, lichtempfindlichen Pixelelementen aufweist, und mit einem in Strahlenrichtung dahinter angeordneten Array von in einer Matrix angeordneten lichtempfindlichen Elementen.

In der DE-AS 21 35 205 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem Belichtungsautomaten beschrieben, bei dem während der Röntgenbestrahlung ein Maß für die auflaufende Röntgen­ dosis gewonnen wird. Damit kann die laufende Strahlung nach Erreichen eines Vorgabewertes abgeschaltet werden.

Bei derartigen Röntgendiagnostikeinrichtungen mit einem Rönt­ genbildverstärker als Bildwandler ist es bekannt, eine luft­ gefüllte Ionisationskammer als Zusatzbauelement vor dem Rönt­ genbildverstärker anzuordnen. Der geringe Strom zwischen zwei unter Spannung stehenden Elektrodenplatten ist der Dosislei­ stung der einfallenden ionisierenden Strahlung direkt propor­ tional. Durch Aufintegration wird die Dosis bestimmt. Für Durchleuchtungsdosen ist jedoch die Meßgenauigkeit zu gering.

Bei einem Röntgenbildwandler, beispielsweise einem a-Si:H- Röntgenbilddetektor, steht die Bildinformation erst einige Zeit nach Ende des Röntgenpulses zur Verfügung, weil der Bilddetektor grundsätzlich im Speichermodus betrieben wird. Damit ist eine Dosismessung nicht während des aktuellen Rönt­ genpulses, sondern erst einige Zeit nach dessen Ende möglich.

In der DE 44 26 451 A1 ist aus diesem Grunde vorgeschlagen worden, bei einem Festkörperbildwandler auf einer Halbleiter­ schicht mit in einer Matrix angeordneten, lichtempfindlichen Pixelelementen eine elektrisch nichtleitende Schicht aufzu­ tragen, auf der eine Elektrodenschicht als Detektor aufge­ bracht ist. Diese Elektrodenschicht bildet mit den Pixelele­ menten einen Kondensator, dem durch Belichtung Ladung zuge­ führt wird. Der Kondensator ist mit dem Meßwandler zur Erfas­ sung dieser der Röntgendosis entsprechenden Ladung verbunden. Dadurch erhält man zwar sofort während des aktuellen Röntgenpulses das gewünschte Meßsignal, benötigt aber einen speziell aufgebauten Bildwandler.

In der US 4,948,966 A ist ein Festkörperbildwandler beschrie­ ben, bei dem zwei Dioden zwischen den Zeilen- und Spaltenlei­ tungen der Ansteuerungsschaltungen mit umgekehrter Polarität geschaltet sind. Die Photodioden werden mit ihrer Eigenkapa­ zität im Speichermodus betrieben, so daß sie sequentiell nach einer Belichtung ausgelesen werden können. Für den Real-Time- Durchleuchtungsbetrieb muß sichergestellt sein, daß die Aus­ lesung rasch genug erfolgen kann und sich Bildinformationen aufeinanderfolgender Bilder nicht vermischen.

Aus diesem Grund ist zwischen zwei Auslesevorgängen eine Rücksetzung vorgesehen, die durch Belichtung der Matrix er­ folgt. Dadurch werden die Photodioden vollständig entladen und zur Beschleunigung niederohmig. Da die Belichtung nicht zeilenweise erfolgen kann, wird eine gleichzeitige, gemein­ same Rücksetzung des gesamten Arrays vorgenommen.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Röntgendiagno­ stikeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine einfache, schnelle und sichere Erfassung der Röntgendo­ sis während der Röntgenstrahlung ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Teil der lichtempfindlichen Elemente derart angesteuert wird, daß der Bildwandler zur Rücksetzung von Restladungen der Pixelelemente beleuchtet wird, während der andere Teil als Detektor die Röntgendosis erfaßt, an dem ein Meßwandler zur Steuerung des Hochspannungsgenerators ange­ schlossen ist. Da etwa 15% des von der Szintillatorschicht umgewandelten Lichtes nicht von der Halbleiterschicht absor­ biert wird und an deren Rückseite austritt, kann dieses Licht von den lichtempfindlichen Elementen erfaßt werden. Dadurch wird erreicht, daß das durch den Bildwandler durchdringende Licht zur Dosismessung herangezogen werden kann.

Da Leuchtdioden im gleichen Farbbereich, in dem sie Licht emittieren, auch fotoempfindlich sind, hat es sich als vor­ teilhaft erwiesen, wenn die lichtempfindlichen Elemente Leuchtdioden zur Rücksetzung von Restladungen der Pixelele­ mente durch Beleuchtung des Bildwandlers sind, wobei einzelne Leuchtdioden während der Röntgenbestrahlung als Detektor dem Meßwandler zur Erfassung der Röntgendosis aufschaltbar sind. Dadurch können die nach dem Röntgenpuls und der Auslesung zur Rücksetzung benötigten Leuchtdioden die Röntgendosis erfas­ sen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn wenigstens ein Schalter vorgesehen ist, der während des Röntgenpulses eine Leuchtdiode mit dem Meßwandler und zur Rücksetzung die Leuchtdiode mit anderen Leuchtdioden verbindet.

Eine Umschaltung der Leuchtdioden kann entfallen sowie eine bessere Ausnutzung des Lichtes erhält man, wenn die lichtemp­ findlichen Elemente Leuchtdioden zur Rücksetzung von Restla­ dungen der Pixelelemente durch Beleuchtung des Bildwandlers und kleine, in der Matrix der Leuchtdioden angeordnete Photo­ dioden sind, wobei die Photodioden während der Röntgenbe­ strahlung als Detektor dem Meßwandler zur Erfassung der Rönt­ gendosis aufgeschaltet sind.

Der Abstand der Leuchtdioden zueinander bleibt immer gleich, wenn die Photodioden im Bereich einer Dominante alternierend zwischen den Leuchtdioden angeordnet sind.

Mehrere lichtempfindliche Elemente lassen sich auf einfache Weise schalten, wenn ein Schalter während des Röntgenpulses eine Gruppe von lichtempfindlichen Elementen mit dem Meßwand­ ler und zur Rücksetzung die lichtempfindlichen Elementen mit den restlichen lichtempfindlichen Elementen verbindet.

Eine beliebige Dominante läßt sich auswählen, wenn mehrere Schalter vorgesehen sind, durch die die lichtempfindlichen Elemente, deren Anordnungen die Form der gewünschten, mögli­ chen Dominaten aufweisen, beliebig einzeln mit dem Meßwandler verbindbar sind.

Eine gewünschte Dominante läßt sich auswählen, wenn mehrere schaltbare Gruppen vorgesehen sind, deren Anordnungen die Form der gewünschten, möglichen Dominaten aufweisen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Festkörper­ bildwandler einen aSi:H-Detektor aufweist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Röntgendiagnostikeinrichtung,

Fig. 2 den Aufbau des erfindungsgemäßen Röntgenbildwandlers und

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Röntgenbildwandlers.

In der Fig. 1 ist eine bekannte Röntgendiagnostikeinrichtung mit einer Röntgenröhre 1 dargestellt, die von einem Hochspan­ nungsgenerator 2 betrieben wird. Die Röntgenröhre 1 sendet ein Röntgenstrahlenbündel 3 aus, das einen Patienten 4 durch­ dringt und auf einen Röntgenbildwandler 5 entsprechend der Transparenz des Patienten 4 geschwächt als Röntgenstrahlen­ bild fällt. Der Röntgenbildwandler 5 ist mit einer Wieder­ gabevorrichtung verbunden, die aus einer Verarbeitungsschal­ tung 6 und einem daran angeschlossenen Monitor 7 zur Wieder­ gabe des Röntgenstrahlenbildes bestehen kann. Die Verarbei­ tungsschaltung 6 kann in bekannter Weise eine Rechenschal­ tung, Filterschaltungen, Bildspeicher und Wandler aufweisen, die nicht dargestellt sind.

An dem Röntgenbildwandler 5 ist ein Meßwandler 8 angeschlos­ sen, der mit dem Hochspannungsgenerator 2 zur Steuerung der Röntgendosis verbunden ist.

In der Fig. 2 ist der Röntgenbildwandler 5 gemäß Fig. 1 nä­ her dargestellt. Er weist eine Szintillatorschicht 9 auf, auf die das Röntgenstrahlenbündel 3 fällt, das entsprechend der Abschwächung durch den Patienten 4 in ein sichtbares Röntgen­ strahlenbild umgewandelt wird. Die Szintillatorschicht 9 kann aus Caesiumjodid (CsI) bestehen. Mit der Szintillatorschicht 9 ist eine Halbleiterschicht 10 gekoppelt, die beispielsweise aus mit Wasserstoff dotiertem amorphen Silizium (aSi:H) be­ steht. Sie weist eine Vielzahl von in einer Matrix angeordne­ ten, lichtempfindlichen Pixelelementen auf.

In Strahlenrichtung gesehen hinter der Halbleiterschicht 10 ist ein Array 11 von in einer Matrix angeordneten Leuchtdio­ den 12 und 13 zur Rücksetzung von Restladungen der Pixelele­ mente durch Beleuchtung der Halbleiterschicht 10 des Bild­ wandlers 5 angeordnet. Eine erste Gruppe von Leuchtdioden 12 als lichtempfindliche Elemente ist über einen Schalter 14 und die restlichen Leuchtdioden direkt an einem Steueranschluß 15 angeschlossen, durch die die Leuchtdioden 12 und 13 einge­ schaltet werden, so daß die Halbleiterschicht 10 in den Pau­ sen zwischen der Röntgenbestrahlung belichtet werden kann und die Restladungen der Pixelelemente somit rückgesetzt werden.

An dem anderen Kontakt des Schalters 14 ist ein Meßverstärker 16 des Meßwandlers 8 angeschlossen. Während der Röntgenbe­ strahlung wird die erste Gruppe von Leuchtdioden 12 als lichtempfindliche Elemente mit dem Meßverstärker 16 verbun­ den. Da etwa 15% des von der Szintillatorschicht 9 umgewan­ delten Lichtes nicht von der Halbleiterschicht 10 absorbiert wird und an deren Rückseite austritt, kann dieses Licht 17 von den Leuchtdioden 12 erfaßt werden, die im gleichen Farb­ bereich, in dem sie Licht emittieren, auch fotoempfindlich sind. Über den Meßwandler 8 kann das Ausgangssignal der wäh­ rend der Röntgenpulse als Photodioden arbeitenden Leuchtdio­ den 12 zum Abschalten des Röntgenpulses bei Erreichen der gewünschten Röntgendosis verwendet werden, da diese Spannung proportional zur Dosis innerhalb der Dominante ist.

Die Anordnung der ersten Gruppe der Leuchtdioden 12 ist dabei derart ausgewählt, daß sie den gewünschten Dominantenbereich erfassen kann.

Wird jede der Leuchtdioden 12 über einen getrennten Schalter an dem Meßverstärker 16 angeschlossen, so läßt sich der Domi­ nantenbereich beliebig auswählen. Die Leuchtdioden 12 können auch zu mehreren Gruppen zusammengefaßt sein, deren Anordnun­ gen die Form der gewünschten, möglichen Dominaten aufweisen. Diese Gruppen sind jeweils über einen Schalter mit dem Meß­ verstärker 16 verbindbar.

Eine weitere Möglichkeit ist in Fig. 3 dargestellt, bei der kleine Photodioden 18 als lichtempfindliche Elemente zwischen den Leuchtdioden 13 angeordnet sind, die jeweils über einen Schalter 19 bis 21 an dem Meßverstärker 16 angeschlossen sind, um damit die Röntgendosis zu messen. Durch Betätigung der einzelnen Schalter 19 bis 21 läßt sich somit jede belie­ bige Dominante auswählen. Es lassen sich aber auch einzelne Gruppen zusammenfassen und als Gruppe getrennt aufschalten oder aber auch alle zusammenfassen.

Claims (8)

1. Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem Hochspannungsge­ nerator (2) für eine Röntgenröhre (1) zur Erzeugung eines Röntgenstrahlenbündels (3), mit einem Röntgenbildwandler(5), der eine Szintillatorschicht (9) und eine Halbleiterschicht (10) aus amorphem Silizium (aSi) mit in einer Matrix angeord­ neten, lichtempfindlichen Pixelelementen aufweist, und mit einem in Strahlenrichtung dahinter angeordneten Array (11) von in einer Matrix angeordneten lichtempfindlichen Elementen (12, 13, 18), von denen ein Teil (13) derart angesteuert wird, daß der Bildwandler (5) zur Rücksetzung von Restladun­ gen der Pixelelemente beleuchtet wird, während der andere Teil als Detektor (12, 18) die Röntgendosis erfaßt, an dem ein Meßwandler (8) zur Steuerung des Hochspannungsgenerators (2) angeschlossen ist.

2. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die licht­ empfindlichen Elemente Leuchtdioden (12, 13) zur Rücksetzung von Restladungen der Pixelelemente durch Beleuchtung des Bildwandlers (5) sind, wobei einzelne Leuchtdioden (12) wäh­ rend der Röntgenbestrahlung als Detektor dem Meßwandler (8) zur Erfassung der Röntgendosis aufschaltbar sind.

3. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Schalter (14) vorgesehen ist, der während des Röntgenpul­ ses eine Leuchtdiode (12) mit dem Meßwandler (8) und zur Rücksetzung die Leuchtdiode (12) mit anderen Leuchtdioden (13) verbindet.

4. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die licht­ empfindlichen Elemente Leuchtdioden (13) zur Rücksetzung von Restladungen der Pixelelemente durch Beleuchtung des Bild­ wandlers (5) und kleine, in der Matrix der Leuchtdioden (13) angeordnete Photodioden (18) sind, wobei die Photodioden (18) während der Röntgenbestrahlung als Detektor dem Meßwandler (8) zur Erfassung der Röntgendosis aufgeschaltet sind.

5. Röntgendiagnostikeinrichtung nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Photo­ dioden (18) im Bereich einer Dominante alternierend zwischen den Leuchtdioden (13) angeordnet sind.

6. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (14) während des Röntgenpulses eine Gruppe von lichtempfindlichen Elementen (12) mit dem Meßwandler (8) und zur Rücksetzung die lichtempfindlichen Elemente (12) mit den restlichen lichtempfindlichen Elementen (13) verbindet.

7. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schalter (18 bis 20) vorgesehen sind, durch die die lichtempfindlichen Elemente (18), deren Anordnungen die Form der gewünschten, möglichen Dominaten aufweisen, beliebig einzeln mit dem Meßwandler (8) verbindbar sind.

8. Röntgendiagnostikeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere schaltbare Gruppen vorgesehen sind, deren Anord­ nungen die Form der gewünschten, möglichen Dominaten aufwei­ sen.