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Die
Erfindung betrifft ein Röntgenuntersuchungsgerät mit einer
Quelle zum Emittieren von Röntgenstrahlen
und einem Röntgendetektor
zum Ableiten eines Bildsignals aus einem Röntgenbild, der ein Halbleiterelement
enthält.
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Ein
derartiges Röntgenuntersuchungsgerät ist aus
der europäischen
Patentanmeldung
EP 0 642 264 bekannt.
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Bei
dem bekannten Röntgenuntersuchungsgerät ist der
Röntgendetektor
eine Röntgensensormatrix.
Das bekannte Röntgenuntersuchungsgerät ist mit
einer Korrektureinheit versehen. Die Korrektureinheit wirkt Störungen in
dem Bildsignal, die durch verzögerte
Emission von elektrischen Ladungen aus der Röntgenbildsensormatrix bewirkt
werden, entgegen. Einfallende Röntgenstrahlen
lösen elektrische Ladungsträger aus,
d. h. Photoladungen, insbesondere Photoelektronen, in der Röntgenbildsensormatrix
und diese elektrischen Ladungen werden detektiert. Die Signalpegel
des Bildsignals repräsentieren die
detektierten elektrischen Ladungen. Ein Teil der elektrischen Ladungsträger kann
in einem Fallenzustand eingefangen werden, in einem solchen Fallenzustand
festgehalten werden und in einem späteren Stadium aus dem Fallenzustand
entkommen und als elektrische Ladungen mit einer Verzögerung detektiert
werden. Wenn das Bildsignal mit den Störungen einem Monitor zur Wiedergabe
der Bildinformation zugeführt
würde,
würde nicht
nur die Bildinformation des momentanen Bildes wiedergegeben werden, sondern
gleichzeitig auch Bildinformation eines zuvor aufgenommenen Bildes.
Daher würden
zusammen mit dem momentanen Bild Nachbilder dargestellt werden.
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Die
Korrektureinheit des bekannten Röntgenuntersuchungsgerätes nutzt
ein kompliziertes mathematisches Model, das auf physikalischen Überlegungen
für das
Einfangen und anschließende Auslösen von
elektrischen Ladungsträgern
beruht, um so Störungen
infolge von elektrischen Ladungsträgern, die verzögert emittiert
werden, zu korrigieren. Ein Nachteil der Korrektureinheit des bekannten Röntgenuntersuchungsgerätes ist,
dass die zum Erhalten des korrigierten Bildsignals notwendigen Berechnungen
ziemlich kompliziert sind, sodass eine leistungsfähige Recheneinheit
erforderlich ist. Eine ziemlich schnelle und daher ziemlich teuere
Recheneinheit ist erforderlich, um die zur Korrektur des Bildsignals
benötigte
Zeit kurz zu halten, damit das bekannte Röntgenuntersuchungsgerät zum Abbilden schneller
dynamischer Prozesse geeignet ist. Außerdem ist die erforderliche
Programmierung der Recheneinheit kompliziert, sodass gut ausgebildetes Personal
zum Einrichten der Korrektureinheit benötigt wird.
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Röntgenuntersuchungsgerät mit einem
Röntgendetektor
wie in Anspruch 1 definiert zu verschaffen, in dem Störungen des
Bildsignals infolge von eingefangenen elektrischen Ladungen nahezu
vermieden werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren
wie in Anspruch 5 definiert zu verschaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Röntgenuntersuchungsgerät gelöst, das
dadurch gekennzeichnet ist, dass der Röntgendetektor mit einer Zusatzstrahlungsquelle
zum Bestrahlen des Halbleiterelementes mit elektromagnetischer Strahlung
versehen ist.
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Die
elektromagnetische Strahlung aus der Zusatzstrahlungsquelle erzeugt
elektrische Ladungen in dem Halbleiterelement zusätzlich zu
elektrischen Ladungen, die infolge der Röntgenstrahlen erzeugt werden.
Die von der elektromagnetischen Strahlung aus der Zusatzstrahlungsquelle
erzeugten elektrischen Ladungen werden verwendet, um den größten Teil
der Fallenzustände
zu besetzen. Somit wird vermieden, dass elektrische Ladungen, die
infolge der Röntgenstrahlen
erzeugt werden und Helligkeitswerte des Röntgenbildes repräsentieren,
in den Fallenzuständen
eingefangen werden. Weil Einfangen von elektrischen Ladungen, die
Bildinformation repräsentieren,
vermieden wird, wird nachfolgendes Auslösen derartiger Ladungen wesentlich
verringert. Damit wird Störungen
in Form von Nachbildern, die zusammen mit dem tatsächlichen
Bild dargestellt werden, entgegengewirkt. Es zeigt sich, dass in
dem Bildsignal kaum irgendwelche Störungen infolge von verzögerten elektrischen
Ladungen auftreten, sodass es nahezu nicht oder sogar gar nicht
notwendig ist, das Bildsignal hinsichtlich solcher Störungen zu korrigieren.
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Kurz
vor der Röntgenbestrahlung
zum Bilden des Röntgenbildes
wird die Menge freier elektrischer Ladungen vorzugsweise möglichst
klein gemacht, um einen geringen Rauschpegel des Bildsignals zu erhalten.
Hierzu wird der Röntgendetektor
so gesteuert, dass freie elektrische Ladungen kurz vor dem Erzeugen
des Röntgenbildes
abge führt
werden. Im Folgenden wird ein solches gesondertes Beseitigen von elektrischen
Ladungen elektrisches Rücksetzen
genannt.
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Das
Halbleiterelement kann im Wesentlichen empfindlich für Röntgenstrahlen
sein. Als Alternative kann der Röntgendetektor
mit einem Umwandlungselement versehen sein, das niederenergetische Strahlung
aus Röntgenstrahlen
ableitet, dann sollte das Halbleiterelement im Wesentlichen für die niederenergetische
Strahlung empfindlich sein. Das Halbleiterelement erzeugt elektrische
Ladungen, die von den einfallenden Röntgenstrahlen direkt oder indirekt
verursacht werden. Aus diesen elektrischen Ladungen wird mit Hilfe
einer Ausleseschaltung das Bildsignal abgeleitet. Der Röntgendetektor
kann ein einzelnes Halbleiterelement umfassen, aus dem elektrische
Ladungen lokal von der Ausleseschaltung ausgelesen werden. Der Röntgendetektor
kann auch eine Röntgensensormatrix
sein, in der das Halbleiterelement eine Vielzahl von Halbleitersensorelementen
umfasst. Dann ist die Ausleseschaltung ausgebildet, um elektrische
Ladungen aus gesonderten Halbleitersensorelementen auszulesen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Zusatzstrahlungsquelle ausgebildet ist,
um elektromagnetische Strahlung mit einer Energie, die kleiner als
die Bandlückenenergie
des Halbleiterelementes ist, zu emittieren.
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Eine
solche elektromagnetische Subbandabstandstrahlung, d. h. elektromagnetische
Strahlung mit einer Energie unterhalb der Bandlückenenergie des Halbleiterelementes,
regt elektrische Ladungsträger
aus dem Valenzband an, um einen wesentlichen Teil der Fallenzustände zu füllen, ohne
im Leitungsband elektrische Ladungsträger zu erzeugen. Somit wird
zusätzliches
Rauschen infolge von freien elektrischen Ladungen, die keine Bildinformation
des Röntgenbildes
repräsentieren,
vermieden oder zumindest wesentlich reduziert. Damit ermöglicht die Verwendung
von elektromagnetischer Subbandabstandstrahlung zum Füllen der
Fallenzustände
das Weglassen des elektrischen Rücksetzens.
Somit ist es möglich,
mit einem erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerät kontinuierliche
Fluoroskopie auszuführen.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Zusatzstrahlungsquelle ausgebildet ist,
um dunkelrotes Licht oder Infrarotstrahlung mit einer Energie im
Bereich zwischen 0,8 eV und 2,0 eV zu emittieren, insbesondere einer
Energie von 1,3 eV.
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Ein
Halbleiterelement, in dem α-Si:H
als photoempfindliches Halbleitermaterial verwendet wird, hat einen
Bandabstand im Bereich zwischen etwa 1,7 eV und 2 eV. Somit ist
elektromagnetische Strahlung in Form von dunkelrotem Licht oder
Infrarotstrahlung mit einer Energie im Bereich zwischen etwa 0,8
eV und 2,0 eV besonders geeignet, um elektrische Ladungsträger aus
dem Valenzband auf die meisten Fallenzustände anzuregen, ohne freie elektrische
Ladungsträger
im Leitungsband zu erzeugen. D. h. dunkelrotes Licht oder Strahlung
im nahen Infrarot mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen etwa
620 nm und 1550 nm ist geeignet, um die Fallenzustände zu füllen. Günstige Ergebnisse
werden insbesondere mit Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von
etwa 950 nm erhalten.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes ist mit
einer Steuereinheit zum Steuern der Röntgenquelle und des Röntgendetektors
versehen und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit
ausgebildet ist, um die Zusatzstrahlungsquelle zu pulsen, danach
elektrische Ladungen aus dem Halbleiterelement abzuführen und
daraufhin die Röntgenquelle
zu aktivieren.
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Bei
dieser Betriebsart des Röntgendetektors wird
erreicht, dass von der elektromagnetischen Röntgenstrahlung aus der Zusatzstrahlungsquelle unbeabsichtigt
erzeugte freie elektrische Ladungen während des elektrischen Rücksetzens
abgeführt werden,
bevor das Bildsignal aus dem Röntgenbild abgeleitet
wird. Somit wird der Rauschpegel des Bildsignals niedrig gehalten.
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Vorzugsweise
ist die Steuereinheit ausgebildet, um die Ausleseschaltung so zu
steuern, dass gesonderte Bildsignale, die sich auf mehrere Röntgenimpulse
beziehen, zu einem kombinierten Bildsignal kombiniert werden. Das
kombinierte Bildsignal repräsentiert
ein Röntgenbild,
für das
die Röntgenbelichtungszeit
länger
ist als die Framezeit minus der Gesamtzeit zum Auslesen der infolge
eines einzelnen Röntgenimpulses
erzeugten elektrischen Ladungen, Bestrahlung mit elektromagnetischer
Strahlung aus der Zusatzstrahlungsquelle und anschließendem elektrischen
Rücksetzen.
Die Framezeit ist die Zeit, die benötigt wird, um auf den Röntgenstrahlen
oder der niederenergetischen Energie beruhende elektrische Ladungen
in den Sensorelementen zu sammeln und das Bildsignal aus den gesammelten
elektrischen Ladungen abzuleiten, einschließlich der Zeit, die zum Bestrahlen
mit elektromagnetischer Strahlung aus der Zusatzstrahlungsquelle
und zum elektrischen Rücksetzen
benötigt
wird. Vor den jeweiligen Röntgenimpulsen
bestrahlt die Zusatzstrahlungsquelle das Halbleiterelement, um die
meisten der Fallenzustände
zu besetzen und das elektrische Rücksetzen führt die meisten unbeabsichtigt
erzeugten freien elektrischen Ladungen aus dem Halbleiterelement
ab. Diese Betriebsart bewirkt, dass die Fallenzustände während der
nachfolgenden Röntgenimpulse
besetzt bleiben und dass die Anzahl fälschlicher freier elektrischer
Ladungen sehr gering gehalten wird, um das von elektrischen Ladungen,
die keine Helligkeitswerte in dem Röntgenbild repräsentieren, bewirkte
Rauschen zu verringern. Wenn die Framezeit geändert würde, würden Änderungen in der Besetzung
der Fallenzustände
auftreten. Da die Zerfallsdauer von Zeilenzuständen sehr lang sein kann, z.
B. in der Größenordnung
von Minuten, können
solche Veränderungen
zu wesentlichen Störungen
führen.
Vorzugsweise wird die Framezeit auf einem festen Wert gehalten,
sodass Veränderungen
in der Besetzung der Fallenzustände
vermieden werden. So werden sowohl Störungen in Form von Nachbildern als
auch Rauschen im Bildsignal vermieden. Weiterhin werden die in dem
Halbleiterelement erzeugten elektrischen Ladungen ausgelesen, wenn
die Röntgenquelle
nicht aktiviert ist, sodass jeweilige Teile des Halbleiterelements,
insbesondere Sensorelemente, auf den Röntgenstrahlen oder der niederenergetischen
Strahlung beruhende elektrische Ladungen für nahezu gleich lange Zeit
generiert haben werden.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes ist mit
einer Steuereinheit zum Steuern der Röntgenquelle und des Röntgendetektors
versehen und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit
ausgebildet ist, um die Zusatzstrahlungsquelle in regelmäßiger Folge
zu pulsen.
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So
wird die elektromagnetische Strahlung in regelmäßiger Folge dem Halbleiterelement
zugeführt.
Vorzugsweise wird die Zusatzstrahlungsquelle mit den Impulsen der
Röntgenquelle
und/oder dem Auslesen der elektrischen Ladungen synchronisiert. Daher
wird eine gleichbleibende Konzentration von elektrischen Ladungsträgern, die
Fallenzustände
füllen,
erhalten. Insbesondere werden Schwankungen bei der Besetzung der
Fallenzustände
in hohem Maße
vermieden. Sowohl die Dichte als auch die Schwankungen von unbeabsichtigt
erzeugten freien elektrischen Ladungen infolge der elektromagnetischen
Strahlung aus der Zusatzstrahlungsquelle werden gering gehalten.
Insbesondere wird erreicht, dass Rauschen infolge solcher unbeabsichtigt
erzeugten freien elektrischen Ladungen zumindest um einen wesentlichen
Faktor oder sogar eine Größenordnung
niedriger ist als das elektronische Rauschen, das während des
Auslesens der elektrischen Ladungen aus dem Halbleiterelement zum
Ableiten des Bildsignals erzeugt wird. Insbesondere kann bei Nutzung
elektromagnetischer Subbandabstandstrahlung das elektrische Rücksetzen
entfallen, sodass die Framezeit verkürzt werden kann.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Zusatzstrahlungsquelle an der von der Röntgenquelle
abgewandten Seite des Röntgendetektors
positioniert ist.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes, in dem
das Halbleiterelement auf einem Substrat aufgebracht ist, ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Zusatzstrahlungsquelle ausgebildet ist,
um das Halbleiterelement durch das Substrat hindurch zu bestrahlen.
Auf dem Substrat sind elektronische Bauelemente angebracht. Bei
der Röntgensensormatrix trägt beispielsweise
das Substrat Ausleseleitungen und Schaltelemente zum Ausgeben oder
Detektieren von elektrischen Ladungsträgern aus dem Halbleiterelement.
Das Substrat trägt
auch z. B. Adressleitungen zum Steuern der Schaltelemente. Zwischen
solchen elektronischen Bauelementen ist das Substrat für die elektromagnetische
Strahlung transparent. Somit lassen zumindest Teile des Substrats
elektromagnetische Strahlung aus der Zusatzstrahlungsquelle durch,
sodass sie das Halbleiterelement erreichen. Infolge von inneren
Reflexionen in dem Röntgendetektor
kann die elektromagnetische Strahlung das Halbleiterelement aus
einem weiten Bereich an Richtungen erreichen. Üblicherweise liegt das Substrat
an der von der Röntgenquelle
abgewandten Seite des Röntgendetektors.
Da die Zusatzstrahlungsquelle das Halbleiterelement mittels des
Substrats bestrahlt, kann die Zusatzstrahlungsquelle am von der Röntgenquelle
abgewandten Ende des Röntgendetektors
positioniert werden. In dieser Position wird für Röntgenstrahlen der Zugang zum
Röntgendetektor, insbesondere
zur Röntgensensormatrix,
nicht durch die Zusatzstrahlungsquelle behindert. Außerdem ermöglicht diese
Position der Zusatzstrahlungsquelle einen kompakten Entwurf des
Röntgendetektors.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes ist dadurch
gekennzeichnet, dass die Röntgensensormatrix
mit einem diffus streuenden Reflektor versehen ist, wobei das Halbleiterelement
zwischen der Zusatzstrahlungsquelle und dem diffus streuenden Reflektor
positioniert ist.
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Der
diffus streuende Reflektor verteilt elektromagnetische Strahlung
aus der Zusatzstrahlungsquelle im Wesentlichen gleichmäßig über dem
Halbleiterelement, insbesondere über
gesonderte Sensorelemente der Röntgensensormatrix.
Somit werden Fallenzustände
in dem Halbleiterelement, insbesondere in gesonderten Sensorelementen,
nahezu gleichmäßig mit
elektrischen Ladungsträgern
gefüllt. Weiterhin
bewirkt der diffus streuende Reflektor, dass elektromagnetische
Strahlung aus der Zusatzstrahlungsquelle und Röntgenstrahlen oder niederenergetische
Strahlung aus dem Umwandlungselement aus nahezu der gleichen Richtung
beim Halbleiterelement eintreffen. Daher erzeugt die elektromagnetische
Strahlung elektrische Ladungen, die hauptsächlich diejenigen Fallenzustände füllen, die
von aufgrund der Röntgenstrahlen
oder der niederenergetischen Strahlung erzeugten elektrischen Ladungen gefüllt werden
würden,
wenn keine elektromagnetische Strahlung zugeführt worden wäre.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes, bei
dem der Röntgendetektor
ein Umwandlungselement zum Umwandeln von Röntgenstrahlen in niederenergetischer
Strahlung enthält
und das Halbleiterelement zum Ableiten elektrischer Ladungen aus der
niederenergetischen Strahlung ausgebildet ist, ist dadurch gekennzeichnet,
dass der diffus streuende Reflektor in dem Umwandlungselement untergebracht
ist.
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Wenn
das Umwandlungselement eine Szintillatorschicht ist, die oben auf
dem Halbleiterelement aufgebracht ist, dann fungiert die Schnittstelle
zwischen der Szintillatorschicht und dem Halbleiterelement sehr
gut als solch diffus streuender Reflektor.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Ableiten eines
Bildsignals aus einem Röntgenbild
mit Hilfe einer Röntgensensormatrix,
die eine Vielzahl von Sensorelementen umfasst, wobei das Verfahren
die Schritte des Bestrahlen der Sensorelemente mit elektromagnetischer
Strahlung und des Abführens
elektrischer Ladungen aus den Sensorelementen umfasst
und nachfolgend,
Umwandeln
eines Röntgenbildes
in ein niederenergetisches Strahlungsbild,
Umwandeln des niederenergetischen
Strahlungsbildes in elektrische Ladungen in den jeweiligen Sensorelementen
und
Auslesen der elektrischen Ladungen aus den Sensorelementen,
um das Bildsignal zu bilden. Die elektromagnetische Strahlung bewirkt,
dass Fallenzustände in
dem Halbleiterelement besetzt werden. Das Abführen von elektrischen Ladungen
aus dem Halbleiterelement entfernt die meisten oder sogar alle freien elektrischen
Ladungen, die von der elektromagnetischen Strahlung unbeabsichtigt
erzeugt worden sind. Daher können
solche elektrischen Ladungen nicht zum Rauschpegel des Bildsignals
beitragen. Somit erreicht das Verfahren, dass Störungen in Form von Nachbildern
in dem Bildsignal vermieden werden und hält auch den Rauschpegel des
Bildsignals ziemlich niedrig. Auf Wunsch kann die Bestrahlung mit
elektromagnetischer Strahlung zumindest teilweise gleichzeitig mit
dem Abführen
von elektrischen Ladungen erfolgen. Dann ist die Zeit, die benötigt wird, um
den Röntgendetektor
für das
Ableiten des Bildsignals aus dem Röntgenbild vorzubereiten, ziemlich kurz.
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Die
Erfindung ist besonders nützlich
beim Durchführen
von Fluoroskopie, bei der eine schnelle Folge von Röntgenbildaufnahmen
bei einer niedrigen Röntgendosis
pro Bild hintereinander ausgeführt wird,
oder wenn einige wenige Röntgenaufnahmen bei
hoher Röntgendosis
gemacht worden sind. Insbesondere werden die während der Fluoroskopie erzeugten
Bildsignale kaum durch verzögerte
elektrische Ladungen beeinflusst, die während der Röntgenaufnahme eingefangen worden
sind.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 schematisch
ein Röntgenuntersuchungsgerät, in dem
die Erfindung verwendet wird,
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2 schematisch
eine Draufsicht der Röntgensensormatrix
des erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes und
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3 schematisch
einen Querschnitt der Röntgensensormatrix
des erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes und
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4 schematisch
einige Details der Zusatzlichtquelle.
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1 zeigt
schematisch ein Röntgenuntersuchungsgerät, in dem
die Erfindung verwendet wird. Die Röntgenquelle 1 bestrahlt
ein Objekt 2, insbesondere einen radiologisch zu untersuchenden
Patienten, mit einem Röntgenstrahlenbündel 3.
Der Röntgendetektor
ist eine Röntgensensormatrix.
Infolge von lokalen Veränderungen
der Röntgenabsorption in
dem Patienten wird das Röntgenbild
auf der Röntgensensormatrix 4 gebildet.
Aus dem Röntgenbild leitet
die Röntgensensormatrix
ein Bildsignal (IS) ab, das einer Nachverarbeitungseinheit 10 zugeführt wird.
Die Nachverarbeitungseinheit entfernt Reststörungen aus dem Bildsignal und
bildet ein verarbeitetes Bildsignal (PS). Solche Störungen können z.
B. durch lokale Defekte in der Röntgensensormatrix 4 bewirkt
werden. Das verarbeitete Bildsignal (PS) ist für eine Verwendung zum Wiedergeben
von Bildinformation aus dem Röntgenbild
mit hoher Diagnosequalität
geeignet, d. h. dass kleine Details mit wenig Kontrast gut sichtbar
gemacht werden. Das verarbeitete Bildsignal (PS) wird einem Monitor 11 zugeführt, um
die Bildinformation darzustellen, oder das verarbeitete Bildsignal
(PS) kann einer Zwischenspeichereinheit 12 zugeführt werden,
um weitere Verarbeitung abzuwarten oder zum Archivieren. Insbesondere
kann die Nachverarbeitungseinheit eine ziemlich einfache Hardware-Einheit
sein, wie z. B. Multiplizierer, eine Recheneinheit und ein Speicher,
weil keine komplizierten Berechnungen zum Korrigieren von Störungen infolge
von verzögerten
elektrischen Ladungen benötigt
werden.
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An
der von der Röntgenquelle 1 abgewandten
Seite der Röntgensensormatrix 4 ist
die Zusatzstrahlungsquelle positioniert. Beispielsweise enthält die Zusatzlichtquelle
eine Anzahl von Halbleiterlaserdioden, Leuchtdioden oder eine elektrolumineszierende
Folie. Die Zusatzlichtquelle 5 ist ausgebildet, um die
Sensorelemente der Röntgensensormatrix nahezu
gleichförmig
mit elektromagnetischer Strahlung, wie z. B. Infrarotstrahlung mit
einer Energie von 1,3 eV, zu bestrahlen. Die Infrarotstrahlung erzeugt elektrische
Ladungsträger
in den Sensorelementen. Diese elektrischen Ladungsträger werden
hauptsächlich
verwendet, um Fallenzustände
zu besetzen. Freie elektrische Ladungen, die in den Sensorelementen
von der Infrarotstrahlung erzeugt werden, werden aus den Sensorelementen
abgeführt,
indem ein elektrisches Rücksetzen
durchgeführt
wird. Die Röntgenstrahlen,
die das Röntgenbild
bilden, werden in niederenergetische Strahlung umgewandelt, wie
z. B. grünes
Licht. In den Sensorelementen erzeugt die niederenergetische Strahlung
elektrische Ladungen, die Helligkeitswerte der Röntgenbilder repräsentieren.
Weil die Fallenzustände
besetzt sind, werden diese elektrischen Ladungen kaum oder gar nicht eingefangen.
Das Röntgenuntersuchungsgerät umfasst
eine Steuereinheit 13, die mit einem Hochspannungsgenerator 14 gekoppelt
ist, der der Röntgenquelle 1 eine
Hochspannung zuführt.
Die Steuereinheit 13 ist auch mit der Röntgensensormatrix und der Zusatzstrahlungsquelle 5 gekoppelt.
Die Steuereinheit steuert das Röntgenuntersuchungsgerät, indem die
Sensorelemente vor der Erstellung eines Röntgenbildes von der Zusatzstrahlungsquelle
bestrahlt werden, freie elektrische Ladungen abgeführt werden
und nachfolgend die Röntgenquelle
aktiviert wird, um das Röntgenstrahlenbündel zu
emittieren. In einem gepulsten Betrieb wiederholt die Steuereinheit
eine solche Folge, bis eine gewünschte
Röntgendosis
bei der Röntgensensormatrix
eingetroffen ist.
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2 zeigt
schematisch eine Draufsicht der Röntgensensormatrix des Röntgenuntersuchungsgerätes der
Erfindung. Als Beispiel wird eine Matrix aus 3 × 3 Sensorelementen 21 dargestellt,
aber in der Praxis kann eine Röntgensensormatrix
z. B. 200 × 200
oder sogar 1k2 oder 2k2 Sensorelemente
umfassen. Jede Spalte von Sensorelementen ist mit einer Ausleseleitung 22 über ein
Schaltelement 23, wie z. B. einen Dünnfilmtransistor, gekoppelt.
Die Schaltelemente 23 werden über Adressleitungen 24 für jeweilige
Zeilen von Sensorelementen 21 gesteuert. Eine Zeilentreiberschaltung 25 ist
mit den Adressleitungen 24 gekoppelt, um Adresssignale
abzugeben, die die Schaltelemente 23 steuern. Um die Sensorelemente 21 auszulesen,
werden entlang hintereinander liegender Adressleitungen 24 Adresssignale
abgegeben, um die Schaltelemente 23 jeweiliger Zeilen zu
schließen.
Die elektrischen Ladungen in den Sensorelementen 21 werden über die
Ausleseleitungen 22 zu jeweiligen Integrierverstärkern 26 hin
ausgelesen, die für
jede Ausleseleitung 22 vorgesehen sind. Die Integrierverstärker wandeln
die aus den Sensorelementen ausgelesenen Ladungen in elektrische Spannungen
um. Die Spannungen aus den Integrierverstärkern werden einem Multiplexer 27 zugeführt, der
das Bildsignal aus den Spannungen jedes der Integrierverstärker 26 ableitet.
Daher sind die Ausleseleitungen, Schaltelemente, Integrierverstärker und Multiplexer
Teil der Ausleseschaltung. Die Zeilentreiberschaltung 25 und
die Adressleitungen 24 sind mit der Steuereinheit 13 gekoppelt,
um das Auslesen und/oder Abführen
von elektrischen Ladungen zu steuern. Vorzugsweise werden elektrische
Ladungen dadurch abgeführt,
dass sie zu einem Substrat 30 der Röntgenhalbleitermatrix abgeleitet
werden. Die elektrischen Ladungen können auch über die Ausleseleitungen abgeführt werden.
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3 zeigt
schematisch einen Querschnitt der Röntgensensormatrix des erfindungsgemäßen Röntgenuntersuchungsgerätes. Auf
dem Substrat 30 liegen die Dünnfilmtransistoren 23 und
Photodioden 21, die die Sensorelemente bilden. Insbesondere können statt
Photodioden photoleitende Halbleiterelemente oder Phototransistoren
als Sensorelemente verwendet werden. Insbesondere Photodioden haben
eine einfache Struktur und sind daher leicht herzustellen. Die Photodioden
bilden die Sensorelemente, die einfallende Strahlung, wie z. B.
Licht oder Infrarotstrahlung, in elektrische Ladungen umwandeln. Insbesondere
ist eine PIN-Diodenstruktur geeignet, um eine solche Photodiode
zu bilden. Die Dünnfilmtransistoren 23 bilden
Schaltelemente, die die Photodioden mit jeweiligen Leseleitungen 22 koppeln.
Die Röntgensensormatrix
umfasst auch ein Umwandlungselement 7 in Form einer Szintillationsschicht aus
z. B. CsI:Tl. Vorzugsweise ist das CsI:Tl in Form säulenförmiger Kristalle
abgeschieden, um die räumliche
Auflösung
der Röntgensensormatrix
zu verbessern. Eine solche Szintillationsschicht wandelt einfallende
Röntgenstrahlen
in grünes
Licht um, für
die die Photodioden im Wesentlichen empfindlich sind. Zwischen den
Photodioden 31 und der Szintillatorschicht kann ein diffus
streuender Reflektor 32 liegen. Anstelle eines gesonderten
diffus streuenden Reflektors kann auch die den Photodioden zugewandte
Fläche der
Szintillationsschicht für
die diffus streuende Reflexion von e lektromagnetischer Strahlung
aus der Zusatzstrahlungsquelle verwendet werden. Der diffus streuende
Reflektor kann alternativ auch auf der der Röntgenquelle zugewandten Fläche der
Szintillatorschicht platziert sein.
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Elektromagnetische
Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, aus der Zusatzstrahlungsquelle 5 kann
das Substrat 30 und Teile der die Photodioden und Dünnfilmtransistoren,
Ausleseleitungen und Adressleitungen bildenden Struktur durchlaufen.
Die Infrarotstrahlung kann die Photodioden direkt oder über verschiedene
Reflexionen erreichen. Insbesondere wird die Infrarotstrahlung aus
der Zusatzstrahlungsquelle 5 beim diffus streuenden Reflektor 32 oder
der Fläche
der Szintillationsschicht 7 diffus reflektiert, um die
Photodioden nahezu gleichförmig
mit der Infrarotstrahlung zu bestrahlen.
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4 zeigt
schematisch einige Details der Zusatzlichtquelle. Ein Array aus
Halbleiterlaserdioden 41 ist ausgebildet, um dunkelrotes
Licht oder Infrarotstrahlung auf einen diffus streuenden Schirm 42 zu
emittieren. Der diffus streuende Schirm 42 ist beispielsweise
eine aufgeraute Glasplatte. Der diffus streuende Schirm 42 bildet
eine nahezu gleichförmige
Intensitätsverteilung,
die zum Bestrahlen des Halbleiterelements 21 des Röntgendetektors
verwendet wird.