DE2654938A1

DE2654938A1 - X=ray tomography system with scintillators opposite X=ray source - uses opto-electrical transducer and has charge transfer devices of buried channel type

Info

Publication number: DE2654938A1
Application number: DE19762654938
Authority: DE
Inventors: Karl-Ulrich Dipl Ing Dr Stein
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-12-03
Filing date: 1976-12-03
Publication date: 1978-06-08

Abstract

The opto-electric transducer and/or the following electronic circuits are to be fitted with change-transfer devices, which may esp. be buried-channel change-coupled devices pref. have a distributed floating-gate amplifier. The change transfer system pref. includes bucket-brigade devices. The x-ray appts. has a single x-ray source producing fan-shaped beam of x-rays which passes through the body under examination and falls on a collection of scintillators arranged in an arc. There is a lens at the centre of the arc which focusses an image of the scintillators on a row of opto-electronic transducers.

Description

Anordnung zum Herstellen eines KörperschnittbildesArrangement for producing a body sectional image

Die Erfindung -bezieht sich auf eine Anordnung zum Herstellen eines Körperschnittbildes mit Strahlen, vorzugsweise Röntgen-oder Gamma-Strahlen, die den Körper in der Schnittebene nacheinander in. verschedenen Richtungen durchsetzen und denen eine Vorichtung zur Umwandlung der Strahlen in Lichtsignale sowie ein lichtelektrischer Wandler und eine Elektronik zur Verarbeitung der elektrischen Signale zugeordnet ist. Eine Strahlungsquelle liefert eine divergierende oder eine fächerförmige ionisierende Strahlung, beispielsweise Röntgen- oder Gammastrahlen.The invention relates to an arrangement for making a Body cross-sectional image with rays, preferably X-rays or gamma rays, the enforce the body in the cutting plane one after the other in different directions and a device for converting the rays into light signals and a photoelectric converter and electronics for processing the electrical Signals is assigned. A radiation source provides a diverging or a fan-shaped ionizing radiation such as x-rays or gamma rays.

Die elektrische Signalfolge wird nach elektronischer verarbeitung und Auswertung unter Verwendung eines Rechners einem Drucker oder auch einem Bildschirm zugeführt. Diene Art der Herstellung von Körperschnittbildern ist bekannt unter der Bezeichnung Computer-Tomographie.The electrical signal sequence is after electronic processing and evaluation using a computer, a printer or a screen fed. Your way of producing body cross-sectional images is known under called computed tomography.

Bei einem bekannten Verfahren zum Herstellen eines Körperschnittbildes liefert eine Röntgen- oder Gammastrahlungsquelle einen gebündelten Strahl, der den zu untersuchenden Körper in der Schnittebene durchdringt und von des Körper zu einem gewissen Teil absorbiert wird und hinter dem zu untersuchenden Körper auf einen Bildträger trifft. Durch schrittweise Parallelverschiebung der Strahlungsquelle und des Bildträgers werden die Krperelemente in der Schnittebene nacheinander abgetastet. Anschließend werden strahlungsquelle und Bildträger in einem vorbestimmten Winkel zu einer senkrecht zur Schnittebene verlaufenden Achse geschwenkt und die Körperschnittebene wird wiederum durch Parallelverschiebung der strahlungsquelle auf den Bildträger projiziert. Die einzelnen Bildelemente werden somit in einer anderen Richtung von der Strahlung durchaetzt. Wird dieser Vorgang mehrfach wiederholt, so wird jedes Körperelement in der Schnittebene so oft abgebildet, wie das System um die Achse geschwenkt wird, Die Umsetzung dieser verschiedenen Einzelaufnahmen der Körperelemente und deren Zuordnung zu den entsprechenden Bildelement des herzustellenden Krpersc'nittbildes erhält man mit Hilfe eines elektronischen Rechners (T:0S 1 941 433).In a known method for producing a body sectional image an X-ray or gamma-ray source provides a collimated beam that forms the body to be examined penetrates in the cutting plane and from the body to one certain part is absorbed and behind the body to be examined on one Image carrier meets. By gradually shifting the radiation source in parallel and the image carrier, the body elements are scanned one after the other in the cutting plane. Then the radiation source and the image carrier are at a predetermined angle to a perpendicular to the cutting plane Axis swiveled and the plane of the cross section of the body is again created by parallel displacement of the radiation source projected onto the image carrier. The individual picture elements are thus in a radiation penetrates in the other direction. If this process is repeated several times, so each body element is shown in the cutting plane as often as the system is pivoted around the axis, the implementation of these various individual shots the body elements and their assignment to the corresponding picture element of the to be produced A cross-sectional view of the body is obtained with the help of an electronic computer (T: 0S 1 941 433).

In einem bekannten radiographischen Gerät enthält die Detektoranordnung Szintillationskristalle, die so in der Schnittebene nebeneinander angeordnet sind, dbß sie jeweils einen Teil des fächerförmigen Strahlenbündels empfangen und Igsenergie mit einer von der Strahlung unterschiedlichen Wellenlänge erzeugen, die ein Naß für die empfangene Strahlung isto Jeweils ein Ausschnitt aus der fächerförmigen Strahlung wird über einen Kollimator sowie eine Lochblende dem Szintillator zugeführt. Das Ausgangssignal der szintillatoren wird in einem lichtelektrischen Wandler mit Hilfe von Photomultiplyern in elektrische Impulse umgewandelt. In einer Elektronik werden die elektrischen Signale verstärkt, in logarithmische Werte umgesetzt und einer Datenverarbeitungsanlage zugeführt (deutsche Offenlegungsschrift 2 422 008).In a known radiographic apparatus, the detector arrangement contains Scintillation crystals, which are arranged next to each other in the cutting plane, That they each receive part of the fan-shaped beam and energy with a wavelength different from that of the radiation that creates a wet for the received radiation there is always a section from the fan-shaped Radiation is fed to the scintillator via a collimator and a perforated diaphragm. The output signal of the scintillators is in a photoelectric converter with Converted into electrical impulses with the help of photomultiplyers. In electronics the electrical signals are amplified, converted into logarithmic values and fed to a data processing system (German Offenlegungsschrift 2 422 008).

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß mit den bekannten Halbleiterdetektoren, bei denen eine der einfallenden Lichtstrahlung entsprechende elektrische Ladung erzeugt und verarbeitet wird, eine direkte Umwandlung der Lichtsignale des Szintillators in elektrische Signale möglich ist, weil der Rauschanteil der so gebildeten elektrischen Signale auf wenige Elektronen Je Bildelement begrenzt werden kann0 Die Erfindung besteht somit darin, daß in einer Anordnung zum Herstellen eines Körperschnittbildes der eingangs genannten Art der Wandler und/oder die Elektronik mit einer CTD-Anordnung versehen ist. Die CTD-Anordnung enthält elektrenische Bauelemente, die eine der Lichtstrablung entspr@chende @lektrische Ladung erzeugen und übertragen, Diese Ladungstr@@@@@@@telemente werden einfach als CTD (charge-transfer-devic@@0 be@@ichnet.The invention is based on the knowledge that with the known Semiconductor detectors in which one of the incident light radiation corresponds Electric charge is generated and processed, a direct conversion of the light signals of the scintillator into electrical signals is possible because of the noise component of the Electrical signals formed in this way are limited to a few electrons per picture element can be0 The invention thus consists in that in an arrangement for producing a body cross-sectional image of the type mentioned at the beginning of the transducer and / or the electronics with a CTD arrangement is provided. The CTD arrangement includes electrical components that have an @electric Generate and transmit charge, These charge lines are simply called CTD (charge-transfer-devic @@ 0 be @@ ichnet.

Als CTD werden sowohl Schaltelemente verwandet, bei denen Ladungspakete von Minoritätsträgern in einem Inversionsbereich unter den Elektroden gespeichert und im Takt des Elektrodenpotentials transportiert werden, sogenannte Ladungskopplungselemente oder einfach CCD (charge-coupled-devices), als auch Schaltelemente, bei denen die Signalbildung durch die Ladung von Kapazitäten mit Majoritätsträgern erfolgt, sogenannte Eimerkettenschaltungen, bekannt als BBD (@ucket-brigade-devices).Both switching elements are used as CTD, in which charge packets of minority carriers stored in an inversion area under the electrodes and are transported in time with the electrode potential, so-called charge coupling elements or simply CCD (charge-coupled devices), as well as switching elements in which the Signal formation takes place through the loading of capacities with majority carriers, so-called Bucket chain circuits known as BBD (@ ucket-brigade-devices).

Außerdem sind Schaltelemente geeignet, bei denen das Signal durch Ladungsinjektion erzeugt wird, sogenannte CID (chargeinjection-devices).In addition, switching elements are suitable in which the signal through Charge injection is generated, so-called CID (charge injection devices).

Es können nun sowohl der lichtelektrische Wandler als auch die Elektronik mit dem System elektronischer Schaltelemente versehen sein, deren Ausgangssignal durch Erzeugung und verarbeitung einer dem Eingangssignal entsprechenden elektrischen Ladung gebildet wird0 Unter Umständen kann es ausreichend sein, daß nur der Wandler ein System dieser Bauelemente enthält.Both the photoelectric converter and the electronics can now be provided with the system of electronic switching elements, their output signal by generating and processing an electrical signal corresponding to the input signal Charge is formed0 Under certain circumstances it may be sufficient that only the converter a system of these components contains.

In einer besonderen Ausführungsform der Anordnung können auch Diodenschaltereinrichtungen verwendet werden. Das sind elektronische Schieberegister, die eine K.oination von Photodioden mit besonderen Feldeffekttransistoren, sogenannte MOSFET (metaloxid-semiconductor-field-effect-transistors) enthalten.In a particular embodiment of the arrangement, diode switch devices can also be used be used. These are electronic shift registers that combine Photodiodes with special field effect transistors, so-called MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors) contain.

Die am Ausgang des Szintillators erscheinenden Photonen müssen möglichst verlustlos den Sensoren des Detektorsystems zugeführt werden. Hinter dem Szintillator wird deshalb vorzugsweise eine Lichtoptik angeordnet, die das Licht des Szintillators sammelt und den Szintillator verkleinert auf die lineare oder flächige Anordnung der Sensoren des Wandlers abbildet. Diese optische Einrichtung kann in Verbindung mit einem zur Optik hin gekrümmten Szintillator vorzugsweise ein Weitwinkelobjektiv enthalten, das die Strahlung des Szintillators verkleinert, beispielsweise auf 1/100, auf der Detektoranordnung abbildet und für die Wellenlänge des Szintillators korrigiert ist.The photons appearing at the exit of the scintillator must if possible are fed to the sensors of the detector system without loss. Behind the scintillator is therefore preferably arranged a light optics that the light of the scintillator collects and reduces the scintillator to the linear or flat arrangement the transducer's sensors. This optical Facility can in connection with a scintillator curved towards the optics, preferably a wide-angle lens contain, which reduces the radiation of the scintillator, for example to 1/100, images on the detector array and corrected for the wavelength of the scintillator is.

In Verbindung mit einem geraden, in einer Eine angeordneten Szintillator kann auch ein asphärischer Spiegel vorgesehen sein.In connection with a straight scintillator arranged in a single unit an aspherical mirror can also be provided.

Ferner können die Photonen des Szintillators den Sensoren beispielsweise auch mittels Lichtleitern zugeführt werden.Furthermore, the photons of the scintillator can, for example, the sensors can also be supplied by means of optical fibers.

In der Elektronik erfolgt die Umwandlung der Parallelsignale des Wandlers und gegebenenfalls eine Filterung. Für eine Reihe von Verfahren, insbesondere für die Tomometrie, ist nämlich eine Filterung, d.h. eine Faltung des Detektorsignals erforderlich.The parallel signals of the converter are converted in the electronics and if necessary a filtering. For a number of procedures, especially for Tomometry is namely a filtering, i.e. a convolution of the detector signal necessary.

Diese Signalverarbeitung wird zweckmäßig in bekannter Weise in einer Baueinheit mit denselben Ansteuertokten t.n der Art eines CTD-Filters, insbesondere eines Transversalfilters mit einem CCD, ausgeführt (Sequin u. Thompsett "Charge Transfer Devicesn, Academic Press New York, 1975, Seiten 216 ff.). Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform läßt sich verwirklichen, wenn CCD und Filter gemeinsam auf einem Halbleiter-Chip integriert werden.This signal processing is expedient in a known manner in a Unit with the same control t.n of the type of a CTD filter, in particular of a transversal filter with a CCD (Sequin and Thompsett "Batch Transfer Devicesn, Academic Press New York, 1975, pages 216 ff.). One special advantageous embodiment can be realized if the CCD and filter together can be integrated on a semiconductor chip.

In einer Ausfuhrungsform der Anordnung, deren lichtelektrischer Wandler die Lichtsignale in bekannter Weise erfaßt, wie es beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 24 02 654 (VPA 74/7501) bekannt ist, werden die parallelen Ausgangssignale des Wandlers in der CTD-Anordnung der Elektronik in Seriensignale umgewandelt oder gefiltert. Die CTD-Anordnung kann in diesem Falle sowohl für die Parallel-Serienumwandlung als auch für die Filterung vorgesehen sein.In one embodiment of the arrangement, its photoelectric converter the light signals are detected in a known manner, for example from the German Offenlegungsschrift 24 02 654 (VPA 74/7501) is known, the parallel output signals of the converter in the CTD arrangement of the electronics converted into serial signals or filtered. In this case, the CTD arrangement can be used for parallel-serial conversion as well as for filtering.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung besteht darin, daß die Elektronik zum Ausgleich unterschiedlicher Empfindlichkeit der einzelnen Sensoren des Wandlers mit einer einstellbaren Ubertragungsinheit versehen ist. Zur Ermittlung der adaptiven Koeffizienten erhalten alle Sensoren die gleiche Belichtung. Die Ausgangssignale werden ausgewertet und die erforderlichen Korrekturwerte zum Ausgleich der Abweichungen bestimmt. Diese Korrektursignale werden vorzugsweise noch vor der Parallel-Serienumwandlung eingeschrieben, indem beispielsweise jedem Element des Wandlers ein Verstärker zugeordnet wird, dessen Verstärkung entsprechend eingestellt wird (1974 IEEE International, Solid-State- Cireuits Conference, Digest of Technical Papers, I. Ed., Febr. 1974, Lewis Winner New York).A particularly advantageous embodiment of the arrangement according to Invention is that the electronics to compensate for different sensitivity the individual sensors of the converter are provided with an adjustable transmission unit is. To determine the adaptive coefficients, all receive Sensors the same exposure. The output signals are evaluated and the required Correction values determined to compensate for the deviations. These correction signals are preferably enrolled before the parallel-serial conversion, for example by an amplifier is assigned to each element of the converter, its gain correspondingly is discontinued (1974 IEEE International, Solid-State-Cireuits Conference, Digest of Technical Papers, I. Ed., Feb. 1974, Lewis Winner New York).

Für die Verarbeitung des Ausgangssignals der Anordnung in einem nachgeschalteten elektronischen Rechner ist es wichtig, daß der Rauschanteil am Ausgangs signal auf einen vernachlässigbar geringen Wert vermindert wird. Ein Rauschen in der Größenordnung von höchstens 100 Elektronen je Bildelement bei Raumtemperatur erhält man bekanntlich mit einer besonderen Ausführungsform der ladungsgekoppelten Detektorelemente als Buried-Channel-CCD in Verbindung mit einer besonderen Ausfübrungsform der Ausgangsverstärker als Distributed-Floating-Gate-Amplifier, der einfach als DFGA bezeichnet wird Es hat sich nämlich herausgestellt, daß mit dieser Kombination von Bauelementen beispielsweise bei der Infrarotdarstellung fähnliche Werte erzielt werden wie mit Bildverstärkeranordnungen (Barbe "Imaging Devices using the Charge-Coupled Concept", Proc. IEEE, Vol. 63, No. 1, Jan. 1975, Seiten 38 bis 67).For processing the output signal of the arrangement in a downstream electronic calculator, it is important that the noise component on the output signal is reduced to a negligibly small value. A noise of the order of magnitude of at most 100 electrons per picture element at room temperature is known to be obtained with a special embodiment of the charge coupled detector elements as Buried-Channel-CCD in connection with a special embodiment of the output amplifier as a distributed floating gate amplifier, simply referred to as a DFGA Es it has been found that with this combination of components, for example Similar values can be achieved with infrared display as with image intensifier arrangements (Barbe "Imaging Devices using the Charge-Coupled Concept", Proc. IEEE, Vol. 63, No. 1, Jan. 1975, pages 38 to 67).

Die Wirksamkeit von Detektoranordnungen, bei denen elektrische Ladungen an der vom Oxid abgedeckten Oberfläche des Siliziumhalbleiterkörpers transportiert werden, ist begrenzt durch Trapping-Effekte voll Oberflächenzuständen. Solche Begrenzungserscheinungen werden vermieden durch die Verwendung der erwähnten Buried-Channel-CCD. Diese besondere Ausführungsform der CCD enthält eine epitaxiale oder ionenimplantierte Siliziumschicht, die in einem gewissen Abstand vpn der Oberfläche mit Potentialschwellen versehen ist. Mit der Steuerspannung werden die Potentialschwellen moduliert und dadurch die Ladungspakete gespeichert und übertragen. Mit einer großen Kanaltiefe von beispielsweise 5 um erhält man wegen der kleinen effektiven Speicherkapazität große Randfelder und damit kurze t)bertragungszeiten. Diese Buried-Channel-CCD arbeiten deshalb bei sehr hohen Frequenzen, beispielsweise bis zu 130 MHz. Sie liefern außerdem Signale mit sehr geringem Rauschanteil, der durch besondere Kühlung der Elemente noch zusätzlich vermindert werden kann. Bei Temperaturen von etwa -50 0C kann die Zahl der Rauschelektronen an Ausgang des gekühlten Buried-Channel-CCD auf etwa 10 begrenzt werden.The effectiveness of detector arrangements in which electrical charges transported on the surface of the silicon semiconductor body covered by the oxide is limited by trapping effects of full surface states. Such limitation phenomena are avoided by using the mentioned buried channel CCD. This particular one Embodiment of the CCD contains an epitaxial or ion-implanted silicon layer, which are provided with potential thresholds at a certain distance from the surface is. The potential thresholds are modulated with the control voltage and thereby the charge packages are saved and transferred. With a large channel depth of for example 5 μm, large edge fields are obtained because of the small effective storage capacity and thus short t) transmission times. This buried channel CCD therefore work at very high frequencies, for example up to 130 MHz. They also provide signals with a very low noise component, which is additionally caused by the special cooling of the elements can be reduced. At temperatures of around -50 0C, the number of noise electrons at the output of the cooled buried channel CCD can be limited to about 10.

Bei Verwendung der erwännten DFGA als Ausgangsverstärker werden die Ladungen der Detektorreihe wiederholt angezapft und abgeleitet über Verstärker mit jeweils einem Floating Gate, die sich über des CCD-Kanal befinden. Man hat somit ein Eingangsregister von CCD-Elementen und auch ein Ausgangsregister von solchen CCD-Elementen. In vorbestinten Abständen ist nun jeweils ein Element des Eingangsregisters über einen Floating-Gate-Amplifier mit dem entsprechenden Element des Ausgangsregisters verbunden.When using the mentioned DFGA as an output amplifier, the Charges in the row of detectors are repeatedly tapped and diverted via amplifiers one floating gate each, which are located above the CCD channel. So you have an input register of CCD elements and also an output register of such CCD elements. There is now an element of the input register at predetermined intervals via a floating gate amplifier with the corresponding element of the output register tied together.

Das Rauschen im Ausgangssignal eines DFGA besteht im wesentlichen aus Schrotrauschen. Demgegenüber sind die übrigen Rauscharten vernachlässigbar klein. Die Ladungspakete im DFGA werden mehrfach verstärkt und sosit mehrfach verwertet. Die verstärkten Signale werden dann kombiniert mit dem richtigen Zeitverhältnis; dadurch kann das Signal-Rauschverhältnis verbessert werden mit der Wurzel aus der Anzahl der Stufen. Bei Verwendung dieser DFGA ist deshalb das Rauschen sehr gering.Most of the noise in the output of a DFGA is made up of it from shot noise. In contrast, the other types of noise are negligibly small. The cargo packages in the DFGA are amplified several times and thus recycled several times. The amplified signals are then combined with the correct timing ratio; thereby the signal-to-noise ratio can be improved with the square root of the Number of stages. When using this DFGA, the noise is therefore very low.

Zur Filterung des Ausgangssignals, die bei der Tomoetrie erforderlich ist, wird zweckmäßig ein CCD-Transversalfilter verwendet. Bei dieser Art der Filterung wird jede Knotenspannung in der CCD-Verzögerungslinie abgetastet und jeder dieser Abtastwerte mit dem Gewichtskoeffizienten der Anzapfung multipliziert und ansch2ißend das Ergebnis aufsummiert. Dadurch können sehr komplizierte Übertragungsfunktionen wie die Hilpert- und die.For filtering the output signal, which is required in tomography a CCD transversal filter is expediently used. With this type of filtering every node voltage in the CCD delay line is sampled and each of these Samples multiplied by the weight coefficient of the tap and then added the result summed up. This allows very complicated transfer functions like the Hilpert and the.

Fouriertransformation ausgefUhrt werden in angemessener Zeit und mit verhältnismäßig geringem Aufwand. Dabei arbeitet man mit festen Gewichtskoeffizienten und der Schaltkreis zur Ausführung der Abtastung, Wichtung und Gummierung kann vorzugsweise integriert werden mit dem CCD auf einem gemeinsamen Chip.Fourier transformation can be carried out in a reasonable time and with relatively little effort. One works with fixed weight coefficients and the circuit for execution the sampling, weighting and Gumming can preferably be integrated with the CCD on a common Chip.

Das Gewicht jeder Anzapfung wird bestimmt durch eine geeignete Maske während der Herstellung. Jede Elektrode in der Metallauflage erhält durch seine Größe und Gestalt eine vorbestimmte Leitfähigkeit. Der Code oder die Ispulsantwort wird bestimmt durch die gleiche Photomaske. Ein Filter mit festen Gewichten hat den Vorteil, daß es nur eine verhältnismäßig einfache integrierte Schaltkreisstruktur benötigt.The weight of each tap is determined by a suitable mask During manufacture. Each electrode in the metal pad receives its Size and shape a predetermined conductivity. The code or the pulse response is determined by the same photomask. Has a fixed weight filter the advantage that there is only a relatively simple integrated circuit structure needed.

In einer Ketten-Anordnung von BBD, insbesondere von integrierten MOS-BBD, werden im Takt verschiedener Steuerspannungen benachbarte Elemente jeweils abwechselnd in eine Quellenelektrode und eine Senjtenelektrode verwandelt und dadurch der Kanal unter den benachbarten Elektroden jeweils abwechselnd invertiert. Dadurch werden die Ladungen im Takt der Steuerspannung von einem Element zum anderen transportiert.In a chain arrangement of BBD, in particular of integrated MOS-BBD, adjacent elements alternate in time with different control voltages transformed into a source electrode and a sensor electrode and thereby the channel alternately inverted under the adjacent electrodes. This will be the charges are transported from one element to the other in time with the control voltage.

Bei den CID wird die Ladung von dem Detektorelement abgeführt durch Injektion von Minoritätsträgern, die in einer Oberflächeninversionsschicht gespeichert sind.With the CID, the charge is removed from the detector element Injection of minority carriers stored in a surface inversion layer are.

In MOS-Photodiodenschaltern wird die Ladung gesammelt durch eine diffundierte Sperrschicht in der Photodiode. Die Auslese erfolgt durch eine einzige Ladungsverschiebung von der Sperrschicht zum Bildausgang. Die Ladung wird direkt von der Photodiode ins MO:3-Schieberegister gegeben, das die Ladung zum Ausgangskreis überträgt. Die Kapazität jeder Diode speichert einen Ladungszuwachs, welcher der Intensität des einfallenden Lichtes proportional ist, Jede Photodiode in der Baueinheit, die sowohl eine Zeilenanordnung als auch eine Matrix sein kann, wird durch einen MOS-Tranzv alter mit einer Videoleitung verbunden.In MOS photodiode switches, the charge is collected through a diffused one Barrier layer in the photodiode. The selection takes place through a single charge shift from the barrier to the image output. The charge comes directly from the photodiode put into the MO: 3 shift register, which transfers the charge to the output circuit. the The capacity of each diode stores an increase in charge which corresponds to the intensity of the incident light is proportional, each photodiode in the assembly, which is both can be a row arrangement as well as a matrix, is through a MOS-Tranzv age connected to a video line.

Die Schalter werden zyklisch von einem dynamischen Schieberegister in Betrieb gesetzt, das im allgemeinen ein Teil des gleichen Siliziumchips ist. Das Ein- und Ausschalten jedes Schalters überträgt die Ladungen in die Videoleitung, was zinke Reihe von Ladungsimpulsen auf der Leitung zur Folge hat. Das Amplitudenspektrum der Impulse entspricht der räumlichen Lichtintensitätsverteilung über der Baueinheite Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figur 1 eine Anordnung zum Herstellen eines Körperschnittbildes nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist. Figur 2 zeigt einen Teil einer besonderen Ausführungsform der Detektoranordnung.The switches are cycled by a dynamic shift register put into operation, which is generally part of the same silicon chip. Turning each switch on and off transfers the charges into the video line, which results in a series of charge pulses on the line. The amplitude spectrum the Impulse corresponds to the spatial light intensity distribution over the building unit To further explain the invention, reference is made to the drawing, in FIG. 1 shows an arrangement for producing a body sectional image according to the invention is illustrated schematically. Figure 2 shows part of a particular embodiment the detector arrangement.

Nach Figur 1 ist oberhalb eines lebenden Körpers 2, vorzugsweise eines menschlichen Körpers, der auf einem lediglich als Platte angedeuteten Tisch 4 liegen soll und von dem ein Querschnittsbild angefertigt werden soll, eine Strahlungsquelle 6 für ionisierende Strahlen, vorzugsweise eine Rdntgenstrahlrbhre, angeordnet. Die Strahlungsquelle 6 liefert mit Hilfe eines als Blende dargestellten Kollimators 8 ein fächerförmiges Strahlenbündel 10, das den Körper 2 in der Körperschnittebene durchsetzt.According to Figure 1 is above a living body 2, preferably one human body lying on a table 4 indicated only as a plate and of which a cross-sectional image is to be made, a radiation source 6 for ionizing radiation, preferably an X-ray tube, arranged. the Radiation source 6 supplies with the help of a collimator shown as a diaphragm 8 a fan-shaped bundle of rays 10, which the body 2 in the plane of the body section interspersed.

Der Kollimator 8 bildet im allgemeinen einen Teil der Strahlungsquelle 6 und kann deshalb im Gehäuse der Strahlungsquelle angeordnet sein.The collimator 8 generally forms part of the radiation source 6 and can therefore be arranged in the housing of the radiation source.

Die fächerförmige Strahlung 10 tritt in der Körperschnittebene durch den Körper 2 hindurch, wird von den verschiedenen Bestandteilen des Körpers 2 unterschiedlich absorbiert und die transmittierte Strahlung trifft auf einen Szintillator 12. Der Szintillator 12 enthält auf einem Träger 14, der beispielsweise aus Glas oder auch aus Metall bestehen kann, eine lumineszierende Schicht 16 aus einem Alkalihalogenid, insbesondere Cäsiumjodid, mit einem oder mehreren Aktivatoren, die zweckmäßig durch Aufdampfen im Vakuum auf den Träger aufgebracht werden, Diese szintillierende Schicht kann zweckmäßig aus senkrecht zum Träger angeordneten Fasern oder Nadeln bestehen, die durch mehrfaches Aufdampfen hergestellt werden können. Die durch den Körper 2 transmittierte Strahlung 10 wird im Szintillator 12 absorbiert und löst in der lichtempfindlichen Schicht 16 Photonen aus.The fan-shaped radiation 10 passes through the plane of the body section through the body 2 becomes different from the various components of the body 2 absorbed and the transmitted radiation hits a scintillator 12. The Scintillator 12 contains on a carrier 14, for example made of glass or may consist of metal, a luminescent layer 16 made of an alkali halide, in particular cesium iodide, with one or more activators, which are expedient by Vacuum vapor deposition can be applied to the support, this scintillating layer can expediently consist of fibers or needles arranged perpendicular to the carrier, which can be produced by multiple vapor deposition. The ones through the body 2 transmitted radiation 10 is absorbed in the scintillator 12 and dissolves in the light-sensitive layer made of 16 photons.

Diese Photonen müssen nun möglichst verlustlos einem lichtelektrischen Wandler 20 zugeführt werden, der ein elektrisches Signal bildet, das einem Abbild der von dein Körper 2 zum Teil absorbierten und damit über der Breite des Szintillators 12 unterschiedlichen Strahlung entspricht. Diese Aufgab@ wird in besonderseinfacher Weise gelöst durch die Anordnung einer besondern Lichtoptik 18, gegebenenfalls in Verbindung mit einer besonderen Ausführungsform des Szintillators 12. Wird die Lichtstrahlung 17 von dem gekrümmten Szintillator 12 nach Figur 1 vorgegeben, so kann als Lichtoptik 18 vorzugsweise ein Weitwinkelobjektiv vorgesehen sein, das die Strahlung 17 des Szintillators 12, dessen Breite B beispielsweise etwa 1500 mm betragen soll, auf den Sensoren 22 beispielsweise einer CTD-Anordnung abbildet. Die gesamte Breite b der linearen Anordnung von Sensoren 22 beträgt nur wenige aus vorzugsweise etwa 5 bis 20 mm, und wird im allgemeinen 50 mm nicht wesentlich überschreiten.These photons must now be a photoelectric one with as little loss as possible Converter 20 are supplied, which forms an electrical signal that an image that is partially absorbed by your body 2 and thus over the width of the scintillator 12 different radiation corresponds. This task @ becomes particularly simple Way solved by the arrangement of a special light optics 18, optionally in Connection with a special embodiment of the scintillator 12. If the light radiation 17 predetermined by the curved scintillator 12 according to FIG. 1, so can be used as light optics 18 preferably a wide-angle lens can be provided, which the radiation 17 of the Scintillator 12, the width B of which should be, for example, about 1500 mm the sensors 22, for example, images of a CTD arrangement. The entire width b the linear arrangement of sensors 22 is only a few, preferably about 5 to 20 mm, and will generally not significantly exceed 50 mm.

Den Sensoren 22 ist eine gemeinsame Steuerelektrode zur Ladungs-Übertragung (transfer-gate) 24 mit einem Anschluß 2G für ein Steuerpotential sowie eine Anordnung 28 für die Parallel-Serienumwandlung einer Elektronik 30 zugeordnet. Für die elektrischen Signale ist ein Ausgangsverstärker 32 vorgesehen. Die darin verstärksten Signale können über einen Analog-Digitalwandler 34 und gegebenenfalls über einen Datenzwischenspeicher 36 einem elektronischen Rechengerät 38 zugeführt werden. Dieses errechnet aus den Ergebnissen der Schwächungsmessungen der Strahlen 10 im Körper 2 eine der untersuchten Schicht entsprechende Schwächungskoeffizientenmatrix, die einem elektronischen Drucker 40 zugeführt oder auch an einem Bildschirm sichtbar gemacht werden kann.The sensors 22 have a common control electrode for transferring charge (Transfer gate) 24 with a terminal 2G for a control potential and an arrangement 28 assigned to an electronics unit 30 for the parallel to serial conversion. For the electric An output amplifier 32 is provided for signals. The signals amplified in it can via an analog / digital converter 34 and possibly via a data buffer 36 are fed to an electronic computing device 38. This is calculated from the Results of the attenuation measurements of the rays 10 in the body 2 are one of the investigated Layer corresponding attenuation coefficient matrix that an electronic printer 40 can be supplied or made visible on a screen.

Die erforderliche Filterung des analogen Ausgangssignals kann vom elektronischen Rechner 38 ausgeführt werden. Diesem Rechner 38 kann aber auch ein besonderer Faltungsrechner vorgeschaltet sein.The required filtering of the analog output signal can be done by the electronic computer 38 are executed. This computer 38 can also be a special convolution computer be connected upstream.

Für die Filterung kann ferner ein Filter 42 vorgesehen sein, das in einer bes@ nderen Ausführungsform der CTD-Anordnung 20 mit dem Ausgangsverstärker 32 der Elektronik 30 auch in der CTD-Anordnung 20 integriert sein kann.A filter 42 can also be provided for the filtering, which is shown in FIG a particular embodiment of the CTD arrangement 20 with the Output amplifier 32 of electronics 30 is also integrated in CTD arrangement 20 can be.

In einer besonderen Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung besteht das Filter mindestens zum Teil aus einer CTD-Anordnung. Eine besonders vorteilhafte ;ordnung dieser Art erhalt man mit einem Transversalfilter. Damit ist man in der Lage, Wandler und Filter aus CTD-Elementen aufzubauen und auf einem gemelnsamen Chip anzuordnen.In a particular embodiment of the arrangement according to the invention the filter consists at least in part of a CTD arrangement. A particularly advantageous one ; Order of this kind is obtained with a transversal filter. So you are in the Able to build converters and filters from CTD elements and on a common To arrange chip.

In der besonderen Ausführungsform der integrierten Detektoranordnung nach Figur 2 wird - wie in Figur 1 - die vom Szintillator 12 gelieferte Lichtstrahlung 17 über die hier lediglich als Lochblende angedeutete Optik 18 den Sensoren 22 zugeführt, denen ebenfalls eine gemeinsame Steuerelektrode 24 sowie eine Einrichtung zur Parallel-Serienumwandlung 28 zugeordnet ist, die beispielsweise ein Auslese-CCD sein kann. Das vom Auslese-CCD 28 gelieferte und im Verstärker 32 verstärkte, ungefilterte Detektorsignal wird einem Filter 52 zugeführt, das vorzugsweise als Transversalfilter gestaltet sein kann und dem eine elektronische Differenzstufe 54 zugeordnet ist. Das Filter 52 erhält die gleichen Ansteuertakte wie das Auslese-CCD 28. Die Taktleitung 56 ist deshalb auch mit dem Eingang der Differenzstufe 54 verbunden. Zwei weitere Taktleitungen sind in der Figur mit 57 bzw. 58 bezeichnet. Die elektronische Differenzstufe 54 liefert an ihrem Ausgang 60 das bereits gefilterte Ausgangssignal.In the special embodiment of the integrated detector arrangement according to FIG. 2 - as in FIG. 1 - the light radiation supplied by the scintillator 12 17 is fed to the sensors 22 via the optics 18, which are only indicated here as a perforated diaphragm, which also have a common control electrode 24 and a device for parallel-serial conversion 28 is assigned, which can be, for example, a read-out CCD. That from the read-out CCD 28 supplied and amplified in the amplifier 32, unfiltered detector signal fed to a filter 52, which is preferably designed as a transversal filter can and to which an electronic differential stage 54 is assigned. The filter 52 receives the same control clocks as the read-out CCD 28. The clock line 56 is therefore also connected to the input of the differential stage 54. Two more clock lines are denoted by 57 and 58 in the figure. The electronic differential stage 54 delivers the already filtered output signal at its output 60.

Bei den üblichen CCD-Transversalfilter gewinnt man das Ausgangssignal 60 aus der Differenz der Uber die Elektroden einer Seite aufsummierten Signale an den Leitungen 64 und 66. Die Gewichtung wird dabei durch die Position eines Spaltes 62 in jeder einzelnen Elektrode vorgegeben.The output signal is obtained with the usual CCD transversal filters 60 from the difference of the signals summed up over the electrodes on one side the lines 64 and 66. The weighting is determined by the position of a gap 62 specified in each individual electrode.

In einer besonderen Ausführungsform der Anordnung nach der.Erwindung kann zun Ausgleich unterschiedlicher Empfindlichkeiten der Sensoren 22 des Wandlers 20 jeder Sensor mit einer einstellbaren Ubertragung seines Ausgangssignals versehen sein. Zu diesem Zweck kann beispielsweise jedem Sensor ein besonderer Verstärker zugeordnet werden, dessen Verstärkungsfaktor über einen programmierbaren Widerstand bestimmt wird. Dieser programmierbare Widerstand kann beispielsweise als MNOS-Transistor (netal-nitrid-oxid-semiconductor) ausgeführt sein (1944 IEEE International Solid-State Circuits Conferences Digest of Technical Papers, Febr. 1974, von Lewis Winner, N.Y., Seiten 156, 157).In a particular embodiment of the arrangement according to the invention can to compensate for different sensitivities of the sensors 22 of the transducer 20 each sensor is provided with an adjustable transmission of its output signal be. to for this purpose, for example, each sensor can have a special one Amplifier can be assigned whose amplification factor is programmable Resistance is determined. This programmable resistor can, for example be designed as an MNOS transistor (metal-nitride-oxide-semiconductor) (1944 IEEE International Solid-State Circuits Conferences Digest of Technical Papers, Febr. 1974, by Lewis Winner, N.Y., pp. 156, 157).

14 Patentansprüche 2 Figuren L e e r s e i t e14 claims 2 figures L e r s e i t e

Claims

Claims 1. Arrangement for producing a body sectional image with rays that follow the body in the cutting plane one after the other in different directions enforce, and which a device for converting the radiation into light signal as well as a photoelectric converter and electronics for processing the electrical Signals is assigned, characterized in that the converter and / or the electronics is provided with a CTD arrangement (charge transfer devices).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that sensors (22) a CTD arrangement of the converter (20) for receiving the light radiation (17) are assigned to which a list of optics (18) is assigned to image the light radiation (17) is, which the light radiation (17) sV'1eit and reduced on the sensors (22) the CTD arrangement.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the CTD arrangement holds charge-coupled devices (CCD).

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the charge-coupled device Elements (CCD) with rergrabenem channel (buriedchannel CCD) are provided.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that the buried "channel CCD an amplifier with isolated control electrodes is assigned, the potential of which changes adapts to the charge ratios (distributed floating gate amplifier, DFGA).

6. Arrangement according to claim 1, characterized in that in the electronics a series-parallel conversion of the electrical signals is provided.

7. Arrangement according to one of claims l .I 6, characterized in that that filtering (folding) of the electrical signal is provided.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the filter consists at least in part of a CTD arrangement.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that a transversal filter is provided.

10. Arrangement according to one of claims 7 to 8, characterized in that that converter and filter with CTD arrangements are arranged on a common chip.

11. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the CTD assembly (20) contains bucket brigade devices (BBD).

12. The arrangement according to claim 1, characterized in that the converter (20) Contains charge injection devices (CID).

13. Arrangement according to one of claims 7 to 12, characterized in that that to compensate for different sensitivities of the sensors (22) of the transducer (24 the individual sensors 22) with an adjustable transmission of their output signals are provided.

14. Arrangement according to claim 1, characterized in that the converter contains a combination of photodiodes with field effect transistors.