DE69418700T2 - Elektronisches strahlungsabbildungssystem - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft ein elektronisches Strahlungs-Abbildungssystem gemäß der Einleitung von Anspruch 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein elektronisches System zur Abbildung mit Röntgenstrahlen oder einer anderen Art von elektromagnetischer Strahlung und ihre Verwendung bei bestimmten Anwendungen von Strahlungsabbildung.
• Bei der Strahlungsabbildung mit Röntgenstrahlen wurde normalerweise ein Film verwendet, um die Strahlung z. B. nach der Bestrahlung des abzubildenden Objektes mit Röntgenstrahlen aufzuzeichnen, und auch, um die Abbildung direkt zu liefern. In den letzten Jahren wurden elektronische Detektoren eingesetzt, um die Strahlung aufzuzeichnen und das Bild graphisch auf einer Anzeigeeinheit, z. B. einer Kathodenstrahlröhre, anzuzeigen. Die elektronischen Detektoren basieren z. B. auf photoleitfähigen oder photoelektrischen Komponenten. Die neueste Technik zur Strahlungsabbildung hat ladungsgekoppelte Bauelemente CCD verwendet.
• Aus US-A-3 812 361 ist eine Vorrichtung bekannt, um Strahlungsabbildungen mit Gammastrahlen zu liefern. Diese Vorrichtung basiert auf einem Detektor mit Elektrodenstreifen, die parallel auf der Vorder- bzw. Rückseite einer Scheibe aus Halbleitermaterial angeordnet sind. Die Streifen auf der Vorderseite verlaufen in eine Richtung, die einen Winkel zu den Streifen auf der Rückseite bildet. Dieser Winkel kann z. B. 90º sein, so daß die Elektrodenstreifen auf jede der Seiten zueinander rechtwinklig gemacht werden. Ein Gammastrahl, d. h. ein Photon, das durch eine Elektrode auf der Vorderseite bzw. der Rückseite dringt, gibt dadurch eine präzise Position an, d. h. eine x, y-Position, welche der Kreuzungspunkt zwischen der betreffenden Elektrode der Vorderseite bzw. der Rückseite ist.
• Das fortgeschrittenste Verfahren, um elektronisch eine elektromagnetische Strahlungsabbildung durchzuführen, basiert auf ladungsgekoppelten Bauelementen. Diese bilden eine Matrix von Detektorelementen, die eine präzise Bestimmung der Position eines Strahlungsereignisses erlauben. Ein Nachteil ist, daß ladungsgekoppelte Bauelemente eine Dissipationstiefe aufweisen, d. h. einen Empfindlichkeitsbereich, der in den heutigen kommerziellen Systemen nur 15 um dick ist. Da Röntgenstrahlen normalerweise eine sehr hohe Energie besitzen, werden sie leicht das Halbleitermaterial, z. B. Silicium, durchdringen. Die Empfindlichkeit des Detektors hängt jedoch von dem Einfangen eines größtmöglichen Prozentsatzes von Röntgenstrahlen ab, und erfordert eine viel größere Dissipationstiefe. Der Teil der Strahlung, der durch den Detektor hindurchläuft, kann nicht verwendet werden, um ein Bild zu erzeugen, und das bedeutet, daß die Strahlungsdosis, die notwendig ist, um ein Bild mit einer bestimmten Qualität zu liefern, in einem Detektor mit höherer Empfindlichkeit, d. h. mit größerer Dissipationstiefe, niedriger sein kann. Ein weiterer Nachteil von ladungsgekoppelten Bauelementen ist, daß sie Schwierigkeiten haben, die Absorption von einzelnen Photonen zu detektieren, da die Aufnahme einer solchen Detektion durch Rauschen während des Auslesens überdeckt wird und dadurch abhängig von der Energie des Photons ist. Dieser Nachteil kann bis zu einem gewissen Grad abgeschwächt werden, indem die Strahlung durch einen Detektor, der auf ladungsgekoppelten Bauelementen basiert, über die Zeit integriert wird. Jedoch ist die Integrationszeit begrenzt, da ein ladungsgekoppeltes Bauelement nur während einer begrenzten Zeitdauer in der Lage ist, eine solche Integration durchzuführen. Wenn die Integrationszeit zu lang ist, wird die Ladung gegen Erde (Masse) abfließen und es ist auch unmöglich, ein Auslesen eines Detektors, der auf ladungsgekoppelten Bauelementen basiert, zu zufälligen Zeiten durchzuführen.
• Das Ziel dieser Erfindung ist daher, ein elektronisches Strahlungs-Abbildungssystem zur Verfügung zu stellen, welches die oben erwähnten Nachteile vermeidet und zusätzlich einen sehr guten Schutz gegen Rauschen bietet.
• Diese Ziele werden mit einem elektronischen Strahlungs-Abbildungssystem gemäß der Erfindung erreicht und durch die Merkmale, die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben sind, charakterisiert. Andere Merkmale und Vorteile werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben, während einige wünschenswerte Anwendungen in den beigefügten Verwendungsansprüchen offenbart sind.
• Die Erfindung wird nun ausführlicher mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 ist das Konzept eines vollständigen elektronischen Strahlungsabbildungssystems gemäß dieser Erfindung.
• Fig. 2 zeigt Details der Elektronik in der Detektoreinheit.
• Fig. 3 ist ein Blockdiagramm der zentralen Komponenten der Detektoreinheit gemäß der Erfindung.
• Fig. 4 zeigt Signalformen, die bei verschiedenen Stufen des elektronischen Strahlungsabbildungssystems während des annähernd gleichzeitigen Zusammentreffens von drei Ereignissen oder Photonen z. B. in einer x-Richtung in dem Detektor auftreten.
• Fig. 1 zeigt ein elektronisches Strahlungs-Abbildungssystem gemäß dieser Erfindung. Ein Sensorelement 1 besteht aus Halbleitermaterial und weist parallele Streifen auf, die auf der Vorder- bzw. Rückseite vorzugsweise derart angeordnet sind, daß die parallelen Streifen auf jeder der Seiten zueinander rechtwinklig sind. Das Halbleitermaterial in dem Detektorelement kann vorzugsweise aus Silicium sein. Jede der Steifenkreuzungsstellen bildet eine Diode, die in Sperrichtung vorgespannt ist. Wenn z. B. ein geladenes Teilchen oder ein elektromagnetischer Strahl (Photonen) in dem Detektor absorbiert wird, wird ein elektrisches Signal in dem Halbleiter erzeugt und durch eine Streifenstruktur auf der Vorderseite bzw. durch eine Streifenstruktur auf der Rückseite festgehalten. Dies ergibt eine x, y-Position für den Punkt in dem Detektor, wo das koinzidente Absorptionsereignis stattfindet.
• Jede der Streifenstrukturen bildet einen Detektionskanal, der mit elektronischen Eingangsschaltkreisen 2 verbunden ist. Es kann z. B. ein solcher Eingangsschaltkreis 2 für alle Streifenstrukturen in x-Richtung, d. h. auf der Vorderseite des Detektorelements 1, und ein Eingangsschaltkreis für alle Streifendioden in y-Richtung vorgesehen sein, d. h. auf der Rückseite des Detektorelements 1. Jedoch können, wie in Fig. 1 gezeigt, die Eingangsschaltkreise auch aus einer Zahl von getrennten Schaltkreisen 2b; 2f zusammengesetzt sein. Die Eingangsschaltkreise bestehen aus einer Anzahl von parallelen Verstärkerkanälen 10. Wenn es z. B. M Streifenstrukturen in N-Richtung gibt und N Streifenstrukturen in der y-Richtung, ist die Zahl der parallelen Verstärkerkanäle M + N und auf zwei oder mehr Eingangsschaltkreise 2b bzw. 2f in der x- bzw. der y-Richtung aufgeteilt. Die Eingangsschaltkreise 2b; 2f werden gemeinsam mit dem Detektor 1 vorgesehen und vorzugsweise auf dem gleichen hybriden Chip zur Verfügung gestellt. Die Breite der Verstärkerkanäle 10 ist an die Breite der Streifenstrukturen angepaßt, d. h. sie sind gleich.
• Der Aufbau eines solchen Eingangsschaltkreises 2b; 2f ist genauer in Fig. 2 dargestellt. Jeder Eingangsschaltkreis ist monolithisch integriert und weist eine Vielzahl von Verstärkerkanälen 10 auf. Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt jeder Kanal 10 einen Verstärker 7, der mit einem ersten Eingang eines Diskriminators 8 verbunden ist, an dessen zweitem Eingang ein Signal f zum Abgleich der Diskriminatorschwellenspannung anliegt. Der Ausgang des Diskriminators 8 ist mit einem Eingang eines monostabilen Flipflops 9 verbunden. Der Ausgang des monostabilen Flipflops 9 ist jeweils mit einem Eingang eines Multiplizitätsgenerators 11 und einem Eingang eines Digital-Analog-Wandlers 12 verbunden. Weiterhin kann der Digital-Analog- Wandler 12 mit einem Speicher 13 verbunden sein, z. B. in der Form eines Nur-Lese- Speichers, der eine Schaltkreisadresse enthält. Dies ist von Bedeutung, wenn die Eingangselektronik wie erwähnt aus mehreren Schaltkreisen besteht, von denen jeder dann seine eigene Adresse, die in dem Speicher 13 gespeichert ist, erhält. Der Diskriminator 8 und das Flipflop 9 bilden zusammen den Vergleicher eines Verstärkerkanals. Der Ausgang des Flipflops 9 kann mit einer Rücksetzvorrichtung (nicht gezeigt) verbunden werden, so daß das System nach einer bestimmten Zeit zurückgesetzt werden kann. In jedem Verstärkerkanal 10 kann auch zwischen dem Verstärker 7 und dem Vergleicher 8, 9 in Fig. 2 ein nicht gezeigter Impulsamplitudendetektor vorgesehen sein, der die Impulsamplitude des Ausgangssignals des Verstärkers 7 in Form eines analogen Impulsamplitudensignals detektiert, welches zu einem getrennten Impulsamplitudenausgang ausgegeben wird. Dieser Impulsamplitudenausgang ist in Fig. 1 dargestellt und mit P gekennzeichnet. Das Impulsamplitudensignal P weist eine analoge Form auf und muß daher nicht in dem Digital-Analog-Wandler 12 des Eingangsschaltkreises konvertiert werden, aber macht es notwendig, die oben erwähnte Rückstellvorrichtung zu verwenden. Die Signalverarbeitung in den Eingangsschaltkreisen, d. h. in jedem Verstärkerkanal 10 wird jetzt mit Bezug auf die Fig. 1 bzw. 4 ausführlicher beschrieben. Der Verstärker 7 erzeugt in jedem Kanal ein Signal a, wie in Fig. 4 gezeigt. Das Signal a kann die Form eines annäherungsweise harmonischen Impulses mit einer steilen Anstiegsflanke und einer viel langsamer fallenden hinteren Flanke aufweisen. In Fig. 4 sind drei Ereignisse veranschaulicht, d. h. eine annäherungsweise gleichzeitige Detektion in drei Kanälen u, v und w z. B. in einer x-Richtung. Der eingestellte Schwellenwert f des Diskriminators 8 wird durch eine gepunktete Linie dargestellt. Wenn der Impulswert den Schwellenwert übersteigt, verursacht das Ausgangssignal b des Diskriminators, daß das monostabile Flipflop 3 in Fig. 2 einen Rechteckimpuls c mit einer vorbestimmten Dauer erzeugt. Diese Auslöseimpulse c sind auf ähnliche Weise für jeden der Kanäle u, v, w z. B. in einer x-Richtung in Fig. 4 gezeigt und stellen die gleichen drei annäherungsweise gleichzeitigen Ereignisse dar, welche die Erzeu gung des Signals A durch den Detektor verursachen. Die Dauer des Auslöseimpulses kann über einen nicht gezeigten Eingang des monostabilen Flipflops 9 angepaßt werden.
• Wenn jetzt am Ausgang des Flipflops 9 eine Rücksetzeinrichtung vorgesehen ist, die den Verstärkerkanal 10 zu einer vorgegebenen Zeit zurücksetzt, nachdem das Ausgangssignal c übertragen worden ist, kann diese Rücksetzeinrichtung so programmiert werden, daß das Rücksetzsignal zu einer vorbestimmten Zeit ausgegeben wird, nachdem der Verstärkerkanal ausgelöst worden ist. Somit wird die Rücksetzbedingung automatisch intern generiert, nachdem der Verstärkerkanal aktiviert worden ist, wobei sichergestellt wird, daß immer ausreichend Zeit vorhanden ist, um jedes Analogsignal, wie z. B. einen Impulsamplitudenwert P, zu lesen. Das Impulssignal c am Ausgang eines Verstärkerkanals 10 wird an einen Multiplizitätsgenerator 11 in Fig. 2 übertragen. Auf der Basis der Auslöseimpulse c, wie in Fig. 4 gezeigt, erzeugt dieser Multiplizitätsgenerator 11 sogenannte Multiplizitätssignale MU. Diese Multiplizitätssignale MU sind differentielle Signale, vorzugsweise ein differentieller Strom, der proportional zu der Anzahl der ausgelösten Verstärkerkanäle in der x- bzw. y-Richtung ist. Dies ist klar in Fig. 4 dargestellt, welche die Proportionalität des Multiplizitätssignals bei annäherend gleichzeitigen Auslösesignalen c zeigt. Dieses differentielle Signal wird, z. B. in Form des differentiellen Stromsignals MU, zu dem Ausgang des Multiplizitätsgenerators 11 in Fig. 2 übertragen.
• Die Auslösesignale c von jedem Kanal werden auch zu einem Digital-Analog-Wandler 12 in Fig. 2 übertragen. Dies generiert ein differentielles Signal, das die Positionsadresse eines getriggerten Kanals 10 darstellt. Der Digital-Analog-Wandler 12 kann im Strommodus betrieben werden, in welchem Fall er dann ein differentielles Stromsignal als Positionsadresse überträgt. Wenn der Digital-Analog-Wandler 12 mit einem Speicher 13 für die Schaltkreisadressen verbunden wird, wird die Schaltkreisadresse des Schaltkreises, in dem sich der getriggerte Kanal befindet, zu dem Wandler geleitet und zu der Positionsadresse, d. h. der Kanaladresse, hinzuaddiert. In dem fraglichen Fall, d. h. wenn der Digital-Analog-Wandler 12 im Strommodus betrieben wird, wird die Schaltkreisadresse der Kanaladresse als ein Strombeitrag (höchstwertiges Bit) hinzuaddiert. Die Positionsadressen oder Kanaladressen können kombinatorisch in dem Digital-Analog-Wandler 12 in Fig. 2 erzeugt werden und somit die aktuelle Adresse aktivieren, die dadurch in Form von Datenworten in einer Tabelle gespeichert wird. Die Bitlänge m, n der Datenworte wird durch die Anzahl der Kanäle, d. h. M + N, bestimmt, so daß 2m = M und 2n = N ist. Die Positionsadresse mit der hinzuaddierten Schal tungsadresse wird in ein differentielles Analogsignal A konvertiert, das, wie in Fig. 2 gezeigt, an dem Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 12 zur Verfügung gestellt und als ein Datensignal auf einem Adreßbus zu der Empfängereinheit des Abbildungssystems übertragen wird, wobei das Datensignal in Fig. 4 dargestellt ist. Diese Empfängereinheit 3 ist genauer in Fig. 3 gezeigt und umfaßt die Elemente 14, 15 und 16.
• Somit kann man sehen, daß die Vergleicher 8, 9 in jedem Verstärkerkanal 10 in Fig. 2 bei dem elektronischen Abbildungssystem gemäß dieser Erfindung kontinuierlich das verstärkte und gefilterte Signal a detektiert, das am Ausgang des Verstärkers 7 erzeugt wird. Wenn die Signalstärke die extern einstellbare Schwellenspannung f des Vergleichers passiert, ändert sich der Vergleicher. Mit anderen Worten, das System ist selbstauslösend. Darüber hinaus kann das Auslösesignal c von dem Flipflop 9 auch dazu benutzt werden, um sicherzustellen, daß die Information, die durch die Detektoreinheit erfaßt wird, z. B. die Position oder ein analoger Impulsamplitudenwert, einem Datenerfassungssystem verfügbar gemacht wird, welches an den Detektor angeschlossen ist.
• Es ist ein System denkbar, bei dem ein Verstärkerkanal oder ein Eingangsschaltkreis, der ausgelöst wird, ein Unterbrechungssignal (ein Interrupt-Signal) an die Datenerfassungseinheit überträgt und danach eine digitale Adresse am Ausgang des Eingangsschaltkreises erzeugt wird, die durch die Datenerfassungseinheit gelesen werden kann. Wenn die Datenerfassungseinheit die Adresse gelesen hat, überträgt sie ein Rücksetzsignal zu dem Schaltkreis mit der Nachricht, daß das Auslesen jetzt beendet ist. Diese Konzeption weist jedoch eine Anzahl von Problemen auf. Die logische Adresse, die man durch eine logische Spannungsübertragung zusammen mit dem Rücksetzsignal erhält, welches auch einen logischen Spannungsübergang aufweist, erzeugt in der Umgebung Rauschen, und dies kann durch die ladungsempfindlichen Verstärkereingänge registriert werden. Dies verursacht Probleme, wenn die Schwellenspannung in dem Vergleicher zu niedrig eingestellt ist, während eine höhere Schwellenspannung das Niveau solcher Signale, die detektiert werden können, begrenzt. Jedoch ist das Ziel der Übung, so kleine Signale wie möglich zu detektieren. Weiterhin könnte ein Rücksetzen über die Datenerfassungseinheit eine Beschränkung der Geschwindigkeit der Detektionsrate zur Folge haben.
• In dieser Erfindung wird andererseits ein analoges differentielles Signal übertragen, welches eindeutig eine Kanaladresse darstellt. Dieses Signal kann eine analoge Spannung oder vor zugsweise ein analoger Strom sein. Anstatt daß der Schaltkreis ein äußeres Rückstellsignal nach dem Einlesen der Daten erhält, wird eine Rücksetzposition automatisch nach einer bestimmten Zeit intern in dem Schaltkreis erzeugt. Das bedeutet, daß alle analogen Daten an den Aasgängen der Verstärkerkanäle während einer Zeitdauer gehalten werden, die von außen gesteuert werden kann und ausreichend zum Lesen der Daten ist. Wenn zur gleichen Zeit ein Kanal 10 in einem Eingangsschaltkreis 2 ausgelöst wird, generiert der Schaltkreis auch ein zusätzliches analoges Signal, vorzugsweise in der Form eines Stromsignals, das proportional zu der Anzahl der Kanäle ist, die man in einer x- bzw. in einer y-Richtung vorfindet. Dieses Signal wird in dem Multiplizitätsgenerator 11 in Fig. 2 erzeugt und wird als Multiplizitätssignal MU bezeichnet. Dies ist besonders wichtig, wenn mehrere Verstärkerkanäle oder Eingangsschaltkreise parallel verbunden sind. In diesem Fall werden die Signale aus allen Kanälen oder Schaltungen so verbunden, daß es auch möglich ist, herauszufinden, ob es mehr als ein Signal zur gleichen Zeit in allen Schaltungen gibt. Dies ist genauer in Fig. 4 dargestellt, wo man sehen kann, daß die Kombination des Multiplizitätssignals mit der Kanaladresse, die auf dem Adreßbus durch den Digital-Analog-Wandler 12 erzeugt wird, verwendet werden kann, um ein Datensignal V in Form von drei nicht gleichzeitigen Adreßsignalen zu erzeugen, welche die Adresse jedes der getriggerten Verstärkerkanäle u, v, w in z. B. einer x-Richtung darstellen. Dieses Signal zeigt keine Adressenüberlappung, sondern kann entsprechend dem räumlichen Abstand der Adresse validiert werden. Man beachte, daß der Schwerpunkt bei Fig. 4 auf dem Konzept der Multiplizität liegt und nicht darauf, wie die Adreßsignale validiert werden. Im Fall der Fig. 4 ist es wahrscheinlich, daß das Ereignis zurückgewiesen wird, wobei die Multiplizität größer als 1 ist (Überlappen von Daten auf dem Adreßbus).
• Man kann sehen, daß alle Signale, die durch die Detektoreinheit erzeugt werden, in Form von Analogsignalen, vorzugsweise von Stromsignalen, empfangen werden. Diese sind in Fig. 1 als ein optionaler analoger Impulsamplitudenwert P, eine analoge Positionsadresse A und das analoge Multiplizitätssignal MU gezeigt.
• Diese Signale werden zu der Empfängereinheit des Strahlungs-Abbildungssystems, welches in Fig. 1 mit 3 bezeichnet ist, übertragen. Die Empfängereinheit ist auch teilweise genauer in Fig. 3 dargestellt. Wie in Fig. 3 gezeigt, umfaßt die Empfängereinheit 3 Analog-Digital- Wandler 14, 15, die das analoge Adreßsignal A und das Multiplizitätssignal MU eines Verstärkerkanals in x-Richtung bzw. eines Verstärkerkanals in y-Richtung empfangen, wie genauer in Fig. 3 dargestellt. Die Empfängereinheit besteht in Wirklichkeit aus einer Analog- Digital-Schnittstelle, die mit den Ausgängen des Multiplizitätsgenerators 11 bzw. des Digital- Analog-Wandlers 12 verbunden sind. Es ist ersichtlich, daß die Empfängereinheit 3 in großer Entfernung von der Detektoreinheit 1, 2 vorgesehen sein kann. Die Empfängereinheit kann auch einen Analog-Digital-Wandler 6, wie in Fig. 1 gezeigt, aufweisen, um die analogen Impulsamplitudensignale P in digitale Signale in der Form eines k-Bit-Datenwortes zu konvertieren, das zu der Computerschnittstelle 5 übertragen wird. Die Kanaladressen oder Positionsadressen A werden in digitale Positionsadressen durch die Analog-Digital-Wandler 14 in der Schnittstelle 3 in Fig. 1 konvertiert sind und in Fig. 3 als ein m-Bit-Signal bzw. ein n-Bit- Signal am Ausgang der Wandler dargestellt. Die Empfangseinheit 3 in Fig. 3 umfaßt auch den Analog-Digital-Wandler 15, der als eine Multiplizitäts-Prüfeinrichtung betrieben wird, welche die Gültigkeit der x-Positionsadresse und der y-Positionsadresse überprüft, wonach die genehmigten Adressen kombiniert werden, um einen zweidimensionalen Adressenvektor M + N zu bilden, der die x, y-Position eines Ereignisses in dem Detektor darstellt. Die Multiplizitäts- Prüfeinrichtungen 15 in Fig. 3 sind mit den Ausgängen der Multiplizitätsgeneratoren 11 (siehe Fig. 2) verbunden und erzeugen die gültigen Adreßsignale, die in Fig. 4 unten dargestellt sind. Ein solches gültiges Adreßsignal, das dem Adressenvektor M + N entspricht, wird durch eine Kombinationseinrichtung erzeugt, die in Fig. 3 gezeigt ist, und die UND-Schaltungen 16 umfaßt, die mit den Ausgängen der Multiplizitäts-Prüfeinrichtungen 15 und den Analog- Digital-Wandlern 14 verbunden sind und die das digitale Adreßsignal liefern. Der UND- Schaltkreis 16, der mit den Multiplizitäts-Prüfeinrichtungen 15 verbunden ist, überträgt auch ein Gültigkeitssignal DG zu der Computerschnittstelle 5 (Fig. 1). Der validierte Adressenvektor M + N wird in der Form des digitalen Signals V am Ausgang der Empfängereinheit 3 in Fig. 3 erzeugt und zu einer Computerschnittstelle 5 übertragen, d. h. dem Eingang einer Datenverarbeitungseinheit, die zur Erzeugung einer Strahlungsabbildung, die durch die Detektoreinheit aufgenommen wurde, verwendet wird. Dies kann implementiert werden, z. B. indem die Abbildung direkt in der Form einer Matrix mit Bildelementen aufgebaut wird, die durch den zweidimensionalen Adressenvektor M + N angegeben werden, wobei dieser Adressenvektor, der die xy-Position in der Detektoreinheit darstellt, die Bildpunkte, welche verwendet werden müssen, um die Strahlungsabbildung zu erzeugen, eindeutig bezeichnet.
• Das Multiplizitätssignal MU kann auch durch jeden Kanal 10 oder durch die Eingangsschaltkreise 2 aufgenommen werden, wobei diese von der Übertragung von Daten an die Empfängereinheit 3 abgehalten werden, wenn das Multiplizitätssignal größer als 1 ist, was bedeutet, daß ein weiterer Kanalschaltkreis schon die gemeinsame Informationsbasis beansprucht hat, wodurch das Erreichen einer höheren Geschwindigkeit/Datenrate ermöglicht wird.
• Wenn jedoch eine sehr hohe Detektionsrate verwendet wird, ist es möglich, daß der Computer, der zur Erzeugung des vollständigen Bildes für die Anzeige verwendet wird, nicht die Kapazität besitzt, um die große Menge an Information aufzunehmen.
• In diesem Fall kann das Problem gelöst werden, indem man die Empfängereinheit 3 um einen Histogrammgenerator 4, wie in Fig. 1 dargestellt, erweitert. Dieser Histogrammgenerator besteht aus einem Speicher mit 2m+n Speicherzellen, wobei 2m = M und 2n = N ist, und einem einfachen arithmetischen Zähler. Er empfängt den Adressenvektor M + N von der Kombinationseinrichtung 16 in der Empfängereinheit und liest einen numerischen Wert aus, der in der Zelle gespeichert ist, welche dem betreffenden Adressenvektor M + N zugeordnet ist. Dieser Wert entspricht der Häufigkeit, mit der ein bestimmter Adressenvektor M + N empfangen wird, d. h. die Häufigkeit im Verlauf einer Detektionsdauer, mit der ein Ereignis an der x, y- Position in dem Sensorelement stattgefunden hat, welches dem Adressenvektor M + N entspricht. Der Ereigniszähler in der betroffenen Speicherstelle wird zu dem arithmetischen Zähler übertragen, der die Zahl um 1 erhöht und sie an die gleiche Zelle zurückgibt. Danach kann der Histogrammgenerator 4 einen neuen Adressenvektor M + N empfangen und der Prozeß wird nachfolgend wiederholt, bis alle Adressenvektoren, die während einer Detektionsperiode empfangen wurden, empfangen worden sind. Somit kann man sehen, daß im Verlauf der Detektionsperiode alle Zellen im Speicher mit Histogrammwerten gefüllt werden, welche die Anzahl der Ereignisse darstellen, die an einer bestimmten x, y-Position in dem Detektor aufgetreten sind. Das Bild wird daher auch nach und nach im Verlauf der Detektionsperiode aufgebaut. Wenn die Detektionsperiode abgelaufen ist oder festgestellt wird, daß genügend Daten zur Erzeugung eines Bildes von der gewünschten Qualität vorhanden sind, werden die Histogrammwerte, d. h. die Inhalte des Speichers des Histogrammgenerators zu dem Computer übertragen und in ihn eingelesen, um die Abbildung für die Anzeige zu erzeugen. Wie schon erwähnt, existieren Kapazitätsprobleme im Hinblick auf die Datenrate, welche die Verwendung eines Histogrammgenerators wünschenswert machen kann. Wenn die Datenrate in den Bereich von mehreren MHz kommt, ist es praktisch erforderlich, einen Histogrammgenerator zu verwenden, statt die Adressenvektoren M + N direkt in den Computer auszulesen.
• In einer praktischen Ausführungsform kann das aktuelle Detektorelement mit einer Struktur mit rechtwinkligen Streifen und einem Abstand von 100 um zwischen allen Streifen erzeugt werden. Eine mögliche Anordnung könnten z. B. Strukturen mit 192 Streifen in x-Richtung und Strukturen mit 256 Streifen in y-Richtung sein, wobei diese Zahlen ganzzahlige Vielfache von 64 sind und die Anzahl der Verstärkerkanäle in jedem Eingangsschaltkreis kann daher in der Praxis auf z. B. 64 festgelegt sein, um somit die kombinatorische Erzeugung von Kanaladressen zu erleichtern. Somit erhält man annäherungsweise 48.000 Kreuzungspunkte oder Detektordioden zwischen den rechtwinkligen Streifen, d. h. Pixel, die alle jeweils einer x, y-Position entsprechen. Das alles ermöglicht eine Implementierung auf einer Detektoroberfläche von 1,92 · 2,56 cm. Eine praktische Anwendung für einen Detektor dieser Art wäre in der dentalen Radiographie, da er nicht größer ist als die Filme, die normalerweise für diesen Zweck verwendet werden.
• Weiterhin kann das elektronische Strahlungs-Abbildungssystem, gemäß dieser Erfindung vorteilhaft in der Mammographie, in einer Laborkamera für kleine Labortiere, für die biomedizinische Abbildung von Gewebe zur Kartierung von DNA-Strukturen, in einem Meßapparat für Strahlungsdosismessung und -Überwachung und für mit Röntgenstrahlen erzeugte kristallographische Abbildungen verwendet werden.
• Eine elektronische Strahlungs-Abbildungseinheit gemäß dieser Erfindung hat einen großen Bereich von Anwendungen, bei denen Radiographie mit Röntgenstrahlen notwendig ist. Jedoch ist diese Anwendung nicht notwendigerweise auf Röntgenbestrahlung beschränkt, da sie auch an andere Arten von hochenergetischer elektromagnetischer Strahlung oder möglicherweise auch an Bilderzeugung angepaßt werden kann, die auf der Absorption von Teilchen beruht, d. h. reine Partikelstrahlung. Eine Reihe solcher Variationen ist einem Fachmann offensichtlich und kann im Rahmen der beigefügten Ansprüche implementiert werden.

Claims (12)

1. Elektronisches Strahlungs-Abbildungssystem mit einer Detektoreinheit (1, 2) und einer Empfängereinheit (3), wobei die Detektoreinheit ein zweidimensionales Sensorelement (1) aus einem Halbleitermaterial mit einer Vorder- und einer Rückseite aufweist, wobei auf der Vorderseite M parallele Streifen, die sich in einer x-Richtung erstrecken, und auf der Rückseite N entsprechende parallele Streifen vorgesehen sind, die sich in eine y-Richtung erstrecken, die einen Winkel zu den M parallelen Streifen auf der Vorderseite einschließen, vorzugsweise einen Winkel von 90º, so daß das Sensorelement einen orthogonalen x, y- Detektor bildet, derart, daß jede Streifenkreuzungsstelle jeweils eine Diode bildet,

wobei das System eine oder mehrere monolithisch integrierte Front-end-Schaltungen (2b; 2f) aufweist, welche eine Auslesevorrichtung bilden und mehrere Verstärkerkanäle (10) aufweisen, wobei jeder Streifen mit einem zugehörigen Verstärkerkanal verbunden ist, wobei die M + N-Streifen M · N-Dioden bilden, die in Sperrichtung vorgespannt sind, und M + N parallele Verstärkerkanäle (10) vorhanden sind und jeder Verstärkerkanal (10) einen Verstärker (7) aufweist, der mit einem selbstauslösenden Vergleicher (8, 9) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der selbstauslösende Vergleicher (8, 9) in jedem Verstärkerkanal (10) einen Diskriminator (8) und einen monostabilen Flipflop (9) aufweist, wobei ein erster Eingang des Diskriminators mit dem Ausgang des Verstärkers (7) verbunden ist, ein zweiter Eingang des Diskriminators (8) zum Empfangen einer extern einstellbaren Schwellenspannung des Diskriminators vorgesehen ist, und ein Eingang bei dem monostabilen Flipflop (9) mit dem Ausgang des Diskriminators verbunden ist,

wobei die Detektoreinheit (1, 2) einen Multiplizitätsgenerator (11) mit M + N-Eingängen aufweist, die mit jedem der M + N-Verstärkerkanäle (10) jeweils über den Ausgang des entsprechenden monostabilen Flipflops (9) verbunden sind, wobei der Multiplizitätsgenerator so angeordnet ist, daß er jeweils erste Signale für die x- bzw. y-Richtung mit Werten abgibt, die zu der Anzahl der gleichzeitig ausgelösten Verstärkerkanäle unter den M derartigen Kanälen für die Streifen, die sich in der x-Richtung erstrecken, bzw. zu der Anzahl der gleichzeitig ausge lösten Verstärkerkanäle unter den N derartigen Kanälen für die Streifen, die sich in die y- Richtung erstrecken, proportional sind, wobei der Multiplizitätsgenerator so angeordnet ist, daß er die ersten Signale (MU) an seinen Ausgängen abgibt,

wobei die Detektoreinheit (1, 2) einen Digital-Analog-Wandler (12) mit M + N Eingängen aufweist, die in ähnlicher Weise mit entsprechenden Kanälen aus den M + N Verstärkerkanälen (10) über die Ausgänge der entsprechenden monostabilen Flipflops (9) verbunden sind, wobei der Digital-Analog-Wandler dafür eingerichtet ist, an den Ausgängen des Digital-Analog- Wandlers zweite analoge Kanaladressensignale zu erzeugen, welche die Adressen der ausgelösten Verstärkerkanäle angeben,

daß die Empfängereinheit (3) eine Analog-Digital-Schnittstelle bildet, welche mit den Ausgängen des Multiplizitäts-Generators (11) bzw. dem Digital-Analog-Wandler (12) in der Detektoreinheit (1, 2) verbunden ist,

daß die Empfängereinheit (3) zwei Analog-Digital-Wandler (14), welche die Kanaladressensignale der ersten bzw. zweiten digitalen Positionsadresse empfangen und umwandeln, welche eine x-Position, die einem ausgelösten M-Kanal entspricht, bzw. eine y-Position, die einem ausgelösten N-Kanal entspricht, angeben, und zwei Multiplizitäts-Prüfeinrichtungen (15), die mit den Ausgängen des Multiplizitätsgenerators verbunden sind, wobei die Multiplizitäts-Prüfeinrichtungen ausgehend davon, ob die entsprechenden ersten Signale von dem Multiplizitätsgenerator für die x- und y-Richtung beide angeben, daß nur ein solcher Kanal für die entsprechende x- oder y-Richtung ausgelöst ist, bestimmen, ob die Kanaladressen m, n gültige x, y-Positionsadressen sind, und eine Einrichtung (16), hier als Kombinationseinrichtung bezeichnet, aufweist, die mit den Ausgängen der Analog-Digital-Wandler (14) und den Multiplizitäts-Prüfeinrichtungen verbunden ist, um die x-Positionsadresse und die y- Positionsadresse jeweils zu kombinieren, um einen gültigen zweidimensionalen Adressenvektor m + n zu bilden, welcher die x, y-Position in der Detektoreinheit angibt, wobei die Kombinationseinrichtung (16) den gültigen Adressenvektor m + n an eine Datenverarbeitungseinrichtung (5) zum Erzeugen der von dem Detektor aufgenommenen Abbildung abgibt.

2. Elektronisches Abbildungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Verstärkerkanal (10) ein Impulsamplitudendetektor vorgesehen ist, der dafür eingerichtet ist, die Impulsamplitude des Verstärkersignals in einem getriggerten Kanal in der Form eines analogen Impulsamplitudensignals zu detektieren und das analoge Impulsamplitudensignal jeweils zu einem Ausgang für die in einem der M- bzw. N-Verstärkerkanäle detektierte Impulsamplitude zu übertragen, und daß die Impulsamplitudenausgänge der Detektoreinheit mit den Eingängen der entsprechenden Analog-Digital-Wandler (6) in der Empfängereinheit (3) verbunden sind, wobei die Impulsamplitudensignale dort in digitale Signale (PD) umgewandelt werden und zu der Datenverarbeitungseinrichtung (5) übertragen werden.

3. Elektronisches Strahlungs-Abbildungssystem nach Anspruch 2, bei dem die Empfängereinheit (3) einen Impulsamplitudendetektor aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des monostabilen Flipflops (9) eine programmierbare Rücksetzvorrichtung zum Rücksetzen des Verstärkerkanals (10) vorgesehen ist, was zu einer festgelegten Zeit, nachdem der Verstärkerkanal getriggert worden ist, stattfinden kann, so daß eine Zeitdauer zur Verfügung gestellt wird, die zum Detektieren aller Analogdaten, wie ein Impulsamplitudensignal, in der Empfängereinheit ausreicht, wobei die festgelegte Zeit extern einstellbar ist.

4. Elektronisches Strahlungs-Abbildungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Empfängereinheit (1, 2) zwei oder mehr Front-end-Schaltungen (2b, 2f) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Front-end-Schaltung (2b, 2f) eine Schaltungsadresse zugeordnet ist, die in einem internen ROM (13) gespeichert ist, das mit dem Digital-Analog-Wandler (12) zum Auslesen verbunden ist, wobei die Schaltungsadresse mit dem Signal kombiniert wird, welches die Adresse eines getriggerten Verstärkerkanals in der betreffenden Front-end-Schaltung angibt.

5. Elektronisches Strahlungs-Abbildungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationseinrichtung (16) UND-Gatter umfaßt.

6. Elektronisches Strahlungs-Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängereinheit (3) weiterhin einen Histogrammgenerator (4) aufweist, dessen Eingang mit dem Ausgang der Empfängereinheit (3) verbunden ist, daß der Histogrammgenerator (14) einen arithmetischen Zähler und einen Speicher mit zwei 2m+n Speicherzellen aufweist, wobei 2m = M und 2º = N ist, und jede der 2m+n Speicherzellen einem entsprechenden gültigen Adressenvektor M + N für eine x, y-Position zugeordnet ist, wobei der Histogrammgenerator (4) dafür eingerichtet ist, in jeder Zelle unter Verwendung des Zählers einen numerischen Wert zu speichern, welcher der Anzahl der Gelegenheiten entspricht, bei denen der zugehörige gültige Adressenvektor im Verlauf einer Detektionsperiode erzeugt wird.

7. Verwendung eines elektronischen Strahlungs-Abbildungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem dentalen radiographischen Gerät.

8. Verwendung eines elektronischen Strahlungs-Abbildungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem mammographischen Gerät.

9. Verwendung eines Strahlungs-Abbildungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem Strahlengerät für Labortiere.

10. Verwendung eines elektronischen Strahlungs-Abbildungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in der biomedizinischen Gewebeabbildung, insbesondere zum Kaitieren von DNA-Strukturen.

11. Verwendung eines elektronischen Strahlungs-Abbildungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem Gerät zur Strahlungsdosimetrie und -überwachung.

12. Verwendung eines elektronischen Strahlungs-Abbildungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in einem Gerät für eine kristallographische Röntgenstrahl-Abbildung.