DE69004404T2 - Apparat zur Erzeugung eines Strahlungsbildes. - Google Patents
Apparat zur Erzeugung eines Strahlungsbildes.Info
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Strahlungsbildes mit Hilfe einer Anordnung von Detektor- Einheiten zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung, wie z.B. einem gewöhnlich als Röntgen-CT bezeichneten Röntgenstrahlen-Computertomographen oder einer unschädlichen Untersuchungsvorrichtung für den industriellen Gebrauch.
- Die Strahlungsbild-Erzeugungsvorrichtung ist mit einem Detektorfeld aus mehreren Strahlungsdetektorelementen ausgestattet, um Röntgenstrahlen eines zu untersuchenden Objektes zu erfassen. Der Ausgangsstrom jedes Strahlungsdetektorelements wurde in das entsprechende Spannungssignal mit Hilfe einer Analogwandlung konvertiert, um Daten zur Ermittlung eines Röntgenbildes eines Objektes zu erhalten. In letzter Zeit wurde, z.B. in der EP-A-0 137 487, das sogenannten Photonenzählsystem vorgeschlagen, wobei die von jedem Strahlungsdetektorelement erzeugten pulsähnlichen Signale gezählt werden, um die notwendigen Bildinformationen zu erhalten.
- Das System der analogen Strom-Spannung-Umwandlung besitzt den Nachteil, daß der Dynamikbereich des Systems so schmal ist, daß keine zufriedenstellenden Bilder erhalten werden können. Da das Verstärkerrauschen konstant bleibt, verringert sich im einzelnen der signal-Rauschabstand mit kleiner werdendem Pegel des Ausgangssignals der Detektorelemente, so daß die Signalerfassung begrenzt ist.
- Dem Photonenzählsystem sind bei geringer Bestrahlungsdosis keine derartigen Grenzen gesetzt. Mit steigender Bestrahlungsdosis steigt jedoch die Wahrscheinlichkeit, daß Photonen des zu untersuchenden Objekts falsch gezählt werden, so daß die Signalerfassung bei größerer Bestrahlungsdosis begrenzt ist.
- Somit sind beide Systeme nicht ausreichend leistungsfähig, um Qualitätsbilder erzeugen zu können.
- Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die zuvor erwähnten Nachteile der bekannten Systeme zu beseitigen und eine Strahlungsbild-Erzeugungsvorrichtung zu schaffen, die einen breiteren Dynamikbereich als die bekannten Systeme aufweist.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
- Fig. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Anzahl der auf die in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 vorhandenen Elemente zur Röntgenstrahlungserfassung auftreffenden
- Röntgenstrahlen-Photonen und der Anzahl der tatsächlich gezählten Röntgenstrahlen-Photonen, und
- Fig. 3 die Formen der Detektorelemente und ein Layout des aus den Elementen bestehenden Detektorfeldes gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
- In der erfindungsgemäßen Strahlungsbild-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 werden die Ausgangssignale eines Detektorfelds an eine Signalverarbeitungsschaltung der photonenzählenden Art angelegt, um die Dosis der Röntgenstrahlung zu ermitteln. Das Ergebnis der Ermittlung wird als punktweise Information zum Aufbau eines Röntgenbildes des zu untersuchenden Objektes verwendet. Das Detektorfeld besteht aus mehreren Detektoreinheiten, wobei jede nacheinander mehrere elektromagnetische Strahlung erfassende Detektorelemente beinhaltet und jedes dieser Elemente eine lichtempfindliche Oberfläche eines anderen Bereichs besitzt. Jede Detektoreinheit entspricht einem Bildelement oder einem Bildpunkt einer Anzeigeneinheit, und das Ausgangssignal eines oder mehrerer Strahlungsdetektorelemente jeder Detektoreinheit wird als Bildinformation für einen entsprechenden Bildpunkt der Anzeige verwendet.
- Die Strahlung eines zu untersuchenden Objektes trifft auf die Detektorelemente jeder Detektoreinheit. Das Detektorelement mit einer größeren lichtempfindlichen Oberfläche empfängt eine höhere Stralungsdosis als die Detektorelemente mit einer geringeren lichtempfindlichen Oberfläche. Mit steigender Strahlungsdosis treten wahrscheinlich Fehler im Detektorergebnis der Detektorelemente mit einer großen lichtempfindlichen Oberfläche durch falsches Zählen auf. Für die Detektorelemente mit einer geringen lichtempfindlichen Oberfläche ist jedoch eine genaue Erfassung auch bei hoher Strahlungsdosis sichergestellt.
- Gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird bei geringer Strahlungsdosis das Detektorausgangssignal des Detektorelements mit einer großen lichtempfindlichen Oberfläche oder die Summe der Ausgangssignale dieses Elements und der anderen Elemente mit einer kleineren lichtempfindlichen Oberfläche als Bilpunktinformation zum Aufbau eines Bildes des zu untersuchenden Objekts verwendet. Steigt die Dosis bis auf einen bestimmten Wert an, so wird nur das Detektorergebnis des Elements mit einer geringen lichtempfindlichen Oberfläche als Bildpunktinformation verwendet, so daß die Detektorgrenze auf einen höheren Strahlungsdosiswert als beim Photonenzählsystem angehoben wird.
- Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
- Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, wobei ein Detektorfeld 10 dargestellt ist, das mehrere zweidimensional, d.h. in einer Ebene, angeordnete Detektoreinheiten 11&sub1;, 11&sub2;, ... 11n enthält. Jede Detektoreinheit 11&sub1;, ... 11n besteht aus mehreren, d.h. drei, Detektorelementen Sa, Sb und Sc, wobei jedes Detektorelement eine lichtempfindliche Oberfläche eines anderen Bereichs besitzt.
- Die Ausgangssignale der Detektorelemente Sa, Sb und Sc jeder Detektoreinheit 11&sub1;, ... 11n sind an eine Signalverarbeitungseinheit 20 einer photonenzählenden Art angelegt. Im einzelnen enthält die Signalverarbeitungseinheit 20 mehrere Verstärker wie z.B. ladungsempfindliche Verstärker 211a, 211b, 211c, 212a, 212b, 212c, ... 21na, 21nb, 21nc und mehrere entsprechende Zähler 221a, 221b, 221c, 222a, 222b, 222c, ... 22na, 22nb, 22nc, die an die Ausgänge der entsprechenden Verstärker 211a, ... 21nc angeschlossen sind. Das Ausgangssignal jedes Detektorelements Sa, Sb, Sc jeder Detektoreinheit 11&sub1;, ... 11n wird durch den entsprechenden Verstärker 211a, ... 21nc derart auf einen bestimmten logischen Pegel verstärkt, daß das Ausgangssignal zu einem pulsartigen Spannungssignal wird, das an den entsprechenden Zähler 221a, ... 22nc angelegt wird. Auf diese Weise wird die Anzahl der Photonen der auf die Detektorelemente auftreffenden Röntgenstrahlung durch die entsprechenden Zähler gezählt.
- Die Ausgangssignale der Zähler werden an einen Datenprozessor 30 angelegt, der die notwendigen Daten zur Erzeugung eines Röntgenbildes des zu untersuchenden Objekts liefert. Der Datenprozessor 30 ist so beschaffen, daß er gemäß einem nachfolgend zu beschreibenden Algorithmus entscheidet, welches der Detektorelemente Sa, Sb und Sc jeder Detektoreinheit ausgewählt werden soll, um eine Bildpunktinformation von seinem Ausgangssignal zu erhalten, und daß ein Bild gemäß der vom ausgewählten Detektorelement gelieferten Bildpunktinformation aufgebaut wird, wobei jede Detektoreinheit 11&sub1;, ... 11n einem der Bildpunkte der Anzeige entspricht, auf der das zu untersuchende Objekt abgebildet werden söll.
- Wie bereits zuvor erwähnt, steigt mit einer größer werdenden Elementfläche die Anzahl der auf das Element auftreffenden Photonen, wenn die auf das Detektorfeld einfallende Strahlungsdosis konstant ist, so daß ein falsches Zählen der Photonen wahrscheinlicher ist. Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Anzahl der auf die Detektorelemente Sa, Sb und Sc, die unterschiedliche lichtempfindliche Oberflächen besitzen, auf treffenden Photonen und der Anzahl der tatsächlich gezählten Photonen, wobei die Anzahl der gezählten Photonen auf der Ordinate und die Anzahl der auf die Detektorelemente auftreffenden Photonen auf der Abszisse aufgetragen ist. Die mit Sa, Sb und Sc bezeichneten Kurven resultierenen aus den entsprechenden Detektorelementen Sa, Sb und Sc.
- Wie der Kurvenverlauf zeigt, erfasst das Detektorelement Sa mit einer großen lichtempfindlichen Oberfläche Photonen mit hoher Empfindlichkeit im niedrigen Strahlungsdosisbereich, wobei die Linie Sa der graphischen Darstellung im unteren Strahlungsdosisbereich linear verläuft. Mit zunehmender Strahlungsdosis verringert sich jedoch durch falsches Zählen die lineare Beziehung zwischen der Anzahl der auf das Detektorelement mit großer lichtempfindlicher Oberfläche auftreffenden Röntgenstrahlungsphotonen und der Anzahl der tatsächlich gezählten Röntgenstrahlungsphotonen. Mit anderen Worten, die eine Größe ist im höheren Strahlungsdosisbereich nicht mehr proportional zur anderen Größe.
- Obwohl das Detektorelement Sb oder Sc mit einer geringeren lichtempfindlichen Oberfläche eine geringere Empfindlichkeit als das Detektorelement Sa im unteren Strahlungsdosisbereich aufweist, hat andererseits die zuvor erwähnte Linearität auch im Bereich höherer Strahlungsdosis Gültigkeit.
- Daher ist es möglich, auch mit dem Photonenzählsystem ein Röntgenbild sowohl im hohen als auch im niedrigen Strahlungsdosisbereich mit einem hohen Maß an Genauigkeit zu erzeugen, wenn bei niedriger einfallender Strahlungsdosis nur die Anzahl der gezählten Photonen des Detektorelements Sa mit einer großen lichtempfindlichen Oberfläche oder die Summe der gezählten Photonen der Elemente Sa und Sb oder Sa, Sb und Sc als Bildinformation für den der Detektoreinheit entsprechenden Bildpunkt verwendet wird, und wenn bei hoher einfallender Strahlungsdosis die Anzahl der von den Detektorelementen Sb und Sc gezählten Photonen verwendet wird.
- Es sei angenommen, daß die Beziehung zwischen der Anzahl der auf die Detektorelemente einfallenden Photonen und der Anzahl der tatsächlich gezählten Photonen dem in Fig. 2 gezeigten Zusammenhang entspricht. Solange die Anzahl der einfallenden Photonen unterhalb n&sub1; liegt, wird die gezählte Anzahl des Elements Sa verwendet. Liegt die Anzahl der einfallenden Photonen zwischen n&sub1; und n&sub2;, so wird die Summe der von den Elementen Sa und Sb gezählten Photonen verwendet. Liegt die Anzahl der einfallenden Photonen zwischen n&sub3; und n&sub4;, so wird die Summe der von den Elementen Sb und Sc gezählten Photonen verwendet. Schließlich wird nur die Anzahl der vom Element Sc gezählten Photonen verwendet, wenn die Anzahl der einfallenden Photonen den Wert n&sub4; übersteigt. Auf diese Weise ist es möglich, ein genaues Röntgenbild für einen Bereich einer niedrigen bis hohen Strahlungsdosis zu erzeugen. In diesem Fall ist es notwendig, die von den Detektorelementen Sa, Sb und Sc ermittelten Anzahlen gemäß den entsprechenden Bereichen der lichtempfindlichen Oberflächen der Elemente zu korrigieren.
- Der zuvor erwähnte, vom Datenprozessor 30 ausgeführte Algorithmus hat zur Aufgabe, daß festgestellt wird, ob die von jedem mit den Detektorelementen Sa, Sb und Sc der Detektoreinheiten 11&sub1;, ... 11n verbunden Zähler 221a, 22nc ermittelte Anzahl an Photonen einen vorbestimmten Wert übersteigt, und daß basierend auf dem Ergebnis der Ermittlung ein oder mehrere Detektorelemente Sa, Sb und Sc ausgewählt werden, wobei die von diesen Elementen gezählte Photonenzahl als Bildpunktinformation zur Erzeugung eines zu untersuchenden Bildes in der beschriebenen Weise verwendet wird.
- Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht jede einem Bildpunkt zugeordnete Detektoreinheit aus drei Detektorelementen Sa, Sb und Sc. Sie kann jedoch auch zwei oder mehr Detektorelemente beinhalten. Das Detektorfeld kann aus Detektorelementen bestehen, die eine lichtempfindliche Oberfläche mit jeder beliebigen anderen passenden Form besitzen, die von der des dargestellten Ausführungsbeispiels abweicht.
- Fig. 3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, wobei das Detektorfeld aus mehreren großen Detektorelementen 51 mit einer achteckigen lichtempfindlichen Oberfläche und mehreren kleinen Detektorelementen Ss mit einer quadratischen lichtempfindlichen Oberfläche besteht, wobei vier große Elemente angrenzend zu den vier Seiten eines kleinen quadratischen Elements angeordnet sind.
- Die Detektorelemente des Detektorfelds können linear oder zweidimensional angeordnet werden. Die Anordnung kann stationär festgehalten werden oder so angebracht werden, daß sie abgetastet werden kann.
- Wie zuvor erwähnt, besitzt in der erfindungsgemäßen Röntgenstrahlungsbild-Erzeugungsvorrichtung jedes der eine Detektoreinheit bildenden Detektorelemente eine lichtempfindliche Oberfläche eines anderen Bereichs als die anderen Elemente, und es werden ein oder mehrere Detektorelemente entsprechend der empfangenen Strahlungsdosis so ausgewählt, daß die Anzahl der vom ausgewählten Element oder von den ausgewählten Elementen gezählten Photonen als Bildpunkt- information zur Erzeugung eines Röntgenbildes des zu untersuchenden Objektes verwendet wird. Grundsätzlich ist die Vorrichtung ein Photonenzählsystem, das den Vorteil hat, daß kein Rauschen auftritt und ein Röntgenbild mit einem hohen Maß an Genauigkeit sogar im Bereich niedriger Strahlungsdosis erzeugt werden kann. Gleichzeitig kann der Nachteil des Photonenzählsystems beseitigt werden, daß aufgrund falschen Zählens im Bereich hoher Strahlungsdosis eine Detektorgrenze existiert, so daß die Erzeugung von genauen Röntgenbildern in einem sehr weiten Dynamikbereich einer niedrigen bis hohen Strahlungsdosis ermöglicht wird.
- Gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird eine Strahlungsbild-Erzeugungsvorrichtung mit einem aus mehreren Detektoreinheiten bestehenden Detektorfeld geschaffen, wobei jede der Detektoreinheiten nacheinander aus mehreren Elementen zur Röntgenstrahlungserfassung besteht. Jedes Detektorelement besitzt eine lichtempfindliche Oberfläche eines anderen Bereichs als die anderen Elemente und entspricht einem Bildelement oder Bildpunkt einer Anzeige, wobei das Ausgangssignal des einen oder der mehreren Elemente zur Röntgenstrahlungserfassung jeder Detektoreinheit als Bildinformation für einen entsprechenden Bildpunkt der Anzeige verwendet wird. Solange die Dosis der Röntgenstrahlung niedrig ist, wird das Detektorausgangssignal des Detektorelements mit einer großen lichtempfindlichen Oberfläche oder die Summe der Ausgangssignale der anderen Elemente mit kleineren lichtempfindlichen Oberflächen als Bildpunktinformation für die Erzeugung eines dem zu untersuchenden Objekts entsprechenden Bildes verwendet. Wird die Dosis der Bestrahlungsdichte hoch, so wird nur das Detektorergebnis des Elements mit einer kleinen lichtempfindlichen Oberfläche als Bildpunktinformation verwendet.
Claims (3)
1. Strahlungsbild-Erzeugungsvorrichtung, bestehend aus
a) einer Vorrichtung, um ein Objekt einer Untersuchung mit
elektromagnetischer Strahlung auszusetzen,
b) einem Detektorfeld (10), bestehend aus mehreren
Detektoreinheiten (11&sub1;, 11&sub2;, ... 11n) zur Erfassung
elektromagnetischer Strahlung, wobei jede Detektoreinheit einem
Bildpunkt einer Anzeige entspricht und aus mindestens zwei
Strahlung erfassenden Detektorelementen (Sa, Sb, Sc, Sl, Ss)
zur Erfassung der Strahlung des zu untersuchenden Objekts
besteht, und wobei jedes Detektorelement lichtempfindliche
Oberfläche eines anderen Bereichs als die anderen
Detektorelemente aufweist,
c) einer Signalverarbeitungsschaltung (20) der
photonenzählenden Art zur Verarbeitung der Ausgangssignale der
Detektorelemente, um ein Ausgangssignal entsprechend der von
jedem Detektorelement gezählten Anzahl an Photonen zu erzeugen,
und
d) einem derart angepaßten Datenprozessor (30), daß eines oder
mehrere der Detektorelemente (Sa, Sb, Sc; Sl, Ss) jeder
Detektoreinheit (11&sub1;, 11&sub2;, ... 11n) in Abhängigkeit von der von
den Detektorelementen empfangenen Strahlungsdosis ausgewählt
wird, so daß das Ausgangssignal des einen oder der mehreren
ausgewählten Detektorelemente als Bildpunktinformation zum
Aufbau eines Strahlungsbildes des Objekts auf der Anzeige
verwendet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die
Signalverarbeitungsschaltung (20) mehrere mit jeweils einem der
Detektorelemente (Sa, Sb, Sc) verbundene Verstärker (211a,
211b, 211c, ... 21na, 21nb, 21nc) beinhaltet, um einen
Ausgangsimpuls gemäß der von den Detektorelementen empfangenen
Strahlungsdosis zu erzeugen, und mehrere jeweils mit einem der
Verstärker verbundene Impulszähler (211a, 211b, 211c, ... 22na,
22nb, 22nc), um die Ausgangsimpulse jedes Verstärkers zu
zählen, damit ein Ausgangssignal entsprechend der Anzahl
gezählter Impulse erzeugt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Datenprozessor (30)
so funktioniert, daß entweder nur das Ausgangssignal des einen
Detektorelements (Sa) mit einer großen lichtempfindlichen
Oberfläche jeder Detektoreinheit (11&sub1;, 11&sub2;, ... 11n) oder die
Summe der Ausgangssignale des einen Detektorelements (Sa) und
der anderen Detektorelemente (Sb, Sc) mit einer kleineren
lichtempfindlichen Oberfläche als Bildpunktinformation zur
Erzeugung eines Strahlungsbildes des Objekts an die Anzeige
weitergegeben wird, solange die von den Detektorelementen (Sa,
Sb, Sc) empfangene gtrahlungsdosis gering ist, und daß, wenn
die Strahlungsdosis auf einen bestimmten hohen Wert ansteigt,
das Ausgangssignal der Detektorelemente (Sb, Sc) mit einer
kleinen lichtempfindlichen oberfläche jeder Detektoreinheit als
Bildpunktinformation zur Erzeugung eines Strahlungsbildes des
Objekts an die Anzeige weitergegeben wird.
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