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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Röntgenstrahl-Bildgebungssysteme. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung von nebeneinander
angeordneten Detektormatrizen in einem Doppelenergie-Röntgenstrahl-Bildgebungssystem.
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2. Beschreibung der zugehörigen Technik
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Anwendungen
für Röntgenstrahl-Bildgebungssysteme
sind zahlreich und reichen von medizinischen Bildgebungs- bis zu
Sicherheitsinspektionssystemen. Solche Bildgebungssysteme werden z.
B. in der GB-A-2287164, US-A-4731807 und EP-A-0600673 beschrieben.
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Ein
Beispiel für
ein sicherheitstechnisches Röntgenstrahl-Bildgebungssystem
ist das in Flughäfen
installierte Gepäckinspektionssystem.
Bei diesem System wird das zu inspizierende Objekt (das Gepäck der Passagiere)
durch einen Tunnel auf einem rollenden Förderband zwischen einer Röntgenstrahlenquelle
und Sensoren oder Detektoren transportiert. Während sich das Objekt durch
den Tunnel bewegt, gehen die Röntgenstrahlen
durch das Objekt. Je nach dem Material des Objekts wird die in den
Röntgenstrahlen
enthaltene Energie verschieden absorbiert. Die Dämpfung der Energie oder die Absorptionseigenschaft
des Objekts wird vom Röntgenstrahlsensor
empfangen, während
sich das Objekt durch den Tunnel bewegt. Bei einem Abtastbildgebungssystem
besteht der Röntgenstrahlsensor
typischerweise aus einer linearen Matrix von Fotodioden, die in
einer bestimmten geometrischen Konfiguration angeordnet sind. Die
für die
Absorptionseigenschaften des Objekts stellvertretende Intensität wird zeilenweise
abgetastet. Danach wird das gesamte Bild des Objekts auf der Basis
dieser Intensitätsabtastzeilen
aufgebaut.
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Zur
Unterscheidung unterschiedlicher Materialien im Objekt werden mehrere
Energiepegel verwendet. Da unterschiedliche Materialien Röntgenstrahlenergie
unterschiedlich absorbieren, liefert die Verwendung von Mehrenergie-Röntgenstrahlen
ein Profil von den unterschiedlichen Materialien, die das untersuchte
Objekt bilden. Für
die meisten praktischen Zwecke reichen zwei Energiepegel, ein niedriger
und ein hoher Energiepegel, die das Röntgenstrahl-Empfindlichkeitsspektrum
abdecken, bei der Charakterisierung des Intensitätsprofils der Materialien aus.
Zwei Energiepegel verwendende Systeme werden als Doppelenergie-Röntgenstrahlsysteme bezeichnet.
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Bei
einem Doppelenergie-Röntgenstrahlsystem
vom Stand der Technik gibt es zwei entsprechende Detektormatrizen.
Eine Detektormatrix spricht auf Röntgenstrahlung mit niedriger
Energie an (wird als Niedrigenergiedetektor bezeichnet), und eine
Detektormatrix spricht auf Röntgenstrahlung
mit hoher Energie an (wird als Hochenergiedetektor bezeichnet). Die
zwei Matrizen sind so angeordnet, dass sich der Niedrigenergiedetektor
durch ein geeignetes Filter getrennt direkt auf dem Hochenergiedetektor
befindet. Ein Röntgenstrahl
geht durch das zu untersuchende Objekt und trifft auf die einzelnen
Elemente im Niedrigenergiedetektor und die entsprechenden einzelnen
Elemente im Hochenergiedetektor. Die einzelnen Elemente im Niedrigenergiedetektor
absorbieren die aus dem Objekt austretenden Röntgenfotonen und übertragen
den größten Teil
der Hochenergie-Röntgenfotonen
an die entsprechenden einzelnen Elemente im Hochenergiedetektor.
Bei diesem System vom Stand der Technik sind die entsprechenden
Elemente in den zwei Detektormatrizen so ausgerichtet, dass der
Röntgenstrahl
sowohl durch das Niedrigenergieelement als auch durch das Hochenergieelement
geht.
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Die
vorbekannte Technik ist mit mehreren Nachteilen behaftet. Erstens
ist es schwierig, eine unabhängige
Steuerung für
die Hochenergiedetektormatrix bereitzustellen, weil alles, was an
der Niedrigenergiedetektormatrix vorgenommen wird, einen direkten
Einfluss auf die Hochenergiedetektormatrix hat. Zweitens dämpft der
Niedrigenergiedetektor auch Hochenergiefotonen, wodurch er die Selektivität und das
Unterscheidungsvermögen
einschränkt. Drittens
schränkt
die Ausrichtung der zwei Detektoren die Wahl des optimalen Filtermaterials
ein. Viertens verursacht die Ausrichtung zweier getrennter Matrizen
mechanische Schwierigkeiten.
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Wie
oben dargelegt sind Anwendungen für Röntgenstrahl-Bildgebungssysteme
zahlreich. Die britische Patentanmeldung Nr. 2,287,164 ist z. B.
auf die Abtastung von Gepäck
mit Röntgenstrahlgeneratoren
gerichtet, die mit verschiedenen Energien arbeiten; das US-Patent
Nr. 4,731,807 ist auf eine Röntgenstrahl-Untersuchungsvorrichtung
gerichtet; und die europäische
Patentanmeldung 0 600 673 ist auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Abbildung von Strahlungsbündeln
mit unterschiedlichen Wellenlängen
gerichtet. Keines dieser Dokumente offenbart jedoch die Verwendung
von nebeneinander angeordneten Detektormatrizen bei einem Doppelenergie-Röntgenstrahl-Bildgebungssystem.
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Folglich
besteht in der Doppelenergie-Röntgenstrahl-Bildgebungstechnologie
der Bedarf, eine unabhängige
Steuerung für
die Detektormatrizen und gleichzeitig die Ausstattung dieser Detektoren
mit einer hohen Selektivität
und hohem Unterscheidungsvermögen
bei flexibler Wahl des optimalen Filtermaterials und stabilem mechanischem
Zusammenbau bereitzustellen.
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Inhalt der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung offenbart einen Strahlungsdetektor. Der Strahlungsdetektor
weist ein erstes Element, ein zweites Element und ein Filter auf.
Das erste Element spricht auf eine Strahlung eines ersten Energiebereichs
an. Das zweite Element spricht auf eine Strahlung eines zweiten
Energiebereichs an. Das zweite Element ist so positioniert, dass
es Strahlung unabhängig
vom ersten Element empfängt.
Das erste Element und das zweite Element sind nebeneinander platziert.
Das Filter ist mit dem zweiten Element gekoppelt, um die Strahlungsempfindlichkeit
vom zweiten Element zu verstärken.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der
folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung
offensichtlich; es zeigen:
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1 eine
Darstellung einer Ausführungsform
eines die Lehre der vorliegenden Erfindung nutzenden Systems;
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2(A) eine beispielhafte Querschnittansicht einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2(B) eine beispielhafte Draufsicht einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
beispielhafte Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4(A) eine beispielhafte Querschnittansicht einer
Ausführungsform
einer Einbauplatine mit den Doppelenergiedetektormatrizen;
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4(B) eine beispielhafte perspektivische Ansicht
einer Ausführungsform
einer Einbauplatine mit den Doppelenergiedetektormatrizen;
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5 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Geometrie der Anordnung der Einbauplatinen
in Bezug auf die Röntgenstrahlen;
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6 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Geometrie der Anordnung der Einbauplatinen
im in einem Inspektionssystem verwendeten Tunnel;
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7 ein
Blockdiagramm zur Veranschaulichung des Datenverarbeitungssystems;
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8 ein
Impulsdiagramm zur Veranschaulichung der Beziehung der Niedrig-
und Hochenergieinformationen.
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Beschreibung der vorliegenden
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung offenbart ein Doppelenergie-Röntgenstrahl-Bildgebungssystem,
das nebeneinander angeordnete Detektormatrizen verwendet. Zwei auf
Niedrigenergie- und Hochenergiestrahlung ansprechende Detektoren
sind nebeneinander platziert. Jeder Detektor absorbiert die Strahlung
unabhängig
vom anderen. Die nebeneinander angeordneten Detektormatrizen bieten
niedriges Übersprechen
und hohe Empfindlichkeit bei einfachem mechanischem Aufbau.
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In
der folgenden Beschreibung sind zu Erklärungszwecken zahlreiche Details
dargelegt, um ein gründliches
Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu verschaffen. Dem Fachmann ist jedoch
klar, dass diese speziellen Details zur Anwendung der vorliegenden
Erfindung nicht erforderlich sind. In anderen Fällen sind hinreichend bekannte
elektrische Strukturen und Schaltungen in Blockdiagrammform gezeigt, um
die vorliegende Erfindung nicht unnötigerweise undeutlich zu machen.
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Nunmehr
sei auf 1 verwiesen, in der eine Darstellung
einer Ausführungsform
eines die Lehre der vorliegenden Erfindung nutzenden Röntgenstrahl-Bildgebungsinspektionssystems 100 gezeigt
ist. Das System 100 besteht aus zwei Anzeigemonitoren 110 und 112,
einem Hauptgehäuse 130, einer
Steuerkonsole 140, Tunnelführungen 150A und 150B und
einer Förderbandstruktur 160.
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Die
Anzeigemonitore 110 und 112 zeigen das zweidimensionale
Bild des durch den Tunnel gehenden Objekts an. Der Anzeigemonitor 110 zeigt das
Bild in Pseudo-Farbe an, wogegen der An zeigemonitor 112 das
Bild im Graupegel anzeigt. Im Hauptgehäuse 130 sind die Detektormatrizen
(nicht dargestellt) und die Röntgenbaugruppe
(nicht dargestellt) untergebracht.
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Die
Steuerkonsole 140 bietet dem Benutzer eine Dateneingabeschnittstelle
wie z. B. eine Tastatur und Maus. Durch die Steuerkonsole 140 kann
der Benutzer gewünschte
Operationen wählen.
Zu typischen Operationen gehören
Einschalten des Systems, Aktivieren und Stoppen der Antriebswalze,
Einfrieren des Bildes und Auswahl von Bildmanipulationen (z. B.
Zoomen, Kantenverfolgung). Die Tunnelführungen 150A und 150B stellen
mechanische Führungen
am Eingang und Ausgang des Tunnels bereit. Die Förderbandstruktur 160 stellt
eine bidirektionale Rollwirkung bereit, um das Objekt durch den
Tunnel zu bewegen.
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Nunmehr
sei auf 2(A) verwiesen, in der eine
beispielhafte Querschnittansicht einer Ausführungsform einer nebeneinander
angeordneten Detektor-Unterbaugruppe 200 gezeigt ist. In
dieser Darstellung ist der Röntgenstrahl
von oben nach unten strahlend gezeigt.
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Die
Detektor-Unterbaugruppe 200 besteht aus einer Platine 210,
zwei Schnittstellenverbindern 215A und 215B, einer
Niedrigenergie-Masseschicht 220, einer Niedrigenergie-Fotodetektormatrix 230,
einem Niedrigenergie-Verbindungsdraht 235, einem Niedrigenergiekristall 240,
einer Niedrigenergiebeschichtung 245, einem Filter 250,
einer Hochenergie-Masseschicht 260, einer Hochenergie-Fotodetektormatrix 270,
einem Hochenergie-Verbindungsdraht 275, einem Hochenergiekristall 280 und
einer Hochenergiebeschichtung 285.
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Die
Platine 210 trägt
die zwei Detektormatrizen 230 und 270 und stellt
die Signalleitungen zur Datenverarbeitungsplatine über die
zwei Schnittstellenverbinder 215A und 215B bereit.
Die Schnittstellenverbinder 215A und 215B stellen
für die
Sig nalleitungen von den Niedrigenergie- bzw. Hochenergie-Fotodioden
eine mechanische Kupplung zur Datenverarbeitungsplatine bereit.
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Die
Niedrigenergie-Masseschicht 220 stellt die gemeinsame Masseverbindung
für die
gemeinsame Kathoden-Fotodiodenmatrix 230 bereit. Bei einer Ausführungsform
ist das Material der Masseschicht vergoldetes Kupfer. Die Niedrigenergie-Fotodetektormatrix 230 besteht
aus einer Matrix von Fotodioden. Jede Fotodiode spricht auf die
Niedrigenergiestrahlung an und wandelt die Helligkeit des das Intensitätsprofil
des Materials darstellenden Lichts, das Niedrigenergiestrahlung
entspricht, in ein analoges Signal um. Das analoge Signal von jeder
Fotodiode wird anschließend über den
Schnittstellenverbinder 215A mit der Datenverarbeitungsplatine
verbunden. Die Anzahl Fotodioden, der Abstand und ihre Abmessungen
stellen die Auflösung
des Bilds in der entsprechenden Abtastzeile dar. In einer Ausführungsform
beträgt
die Anzahl der Fotodioden (und ihrer zugeordneten Kristallelemente)
32. Bei dieser Ausführungsform
hat jede Fotodiode eine rechteckige Form mit den Abmessungen 0,137
cm (0,054'') und 0,157 cm (0,062''). Der Abstand zwischen benachbarten Elementen
beträgt
ungefähr
0,02 cm (0,008''), so dass der Mittenabstand
zwischen benachbarten Elementen 0,157 cm (0,062'')
beträgt.
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Der
Niedrigenergie-Verbindungsdraht 235 verbindet den Ausgang
der Fotodiodenmatrix mit den entsprechenden Anschlüssen, die
zum Niedrigenergie-Schnittstellenverbinder 215A geführt sind.
Die Niedrigenergiekristallmatrix 240 ist vom Schwing- bzw.
Scintillatortyp. Die Niedrigenergiekristallmatrix 240 trägt zur Verringerung
der Wirkungen von Lichtstreuung in der Detektormatrix bei und wandelt
die Röntgenfotonen
in Fotonen sichtbaren Lichts um, die von den Fotodioden ohne weiteres
erfasst werden können.
Die Niedrigenergiekristallmatrix 240 ist für den Betrieb
bei Niedrigenergiestrahlung ausgelegt. Die Nied rigenergiekristallmatrix 240 besteht
aus einer Matrix von Kristallelementen, die physikalisch und optisch
an die Fotodiodenelemente in der Fotodiodenmatrix 230 angepasst
sind. Die Niedrigenergiebeschichtung 245 dient zum Zusammenhalten
der Kristallelemente und zur Schaffung eines optischen Blocks zum
Verringern von optischem Übersprechen. Eine
andere wichtige Funktion der Beschichtung 245 besteht in
der Bereitstellung von optischer Reflexion für zurückkehrendes Licht. Ein typisches
Material für die
Beschichtung 245 ist weißes Epoxidharz.
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Das
Filter 250 bietet Filterungswirkungen durch Verstärkung der
Fähigkeit
der Detektormatrix, auf die Hochenergiestrahlung anzusprechen. Das Filter 250 besteht
gewöhnlich
aus einem Material mit einer hohen Ordnungszahl. Bei einer Ausführungsform
ist das Material für
das Filter 250 Silber.
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Andere
Materialien (oder ihre Kombinationen) wie z. B. Gold und Kupfer
können
ebenfalls verwendet werden. Die Hochenergie-Masseschicht 260 stellt die
gemeinsame Masseverbindung für
die gemeinsame Kathoden-Fotodiodenmatrix 270 bereit. Bei
einer Ausführungsform
ist das Material der Masseschicht vergoldetes Kupfer. Die Fotodetektormatrix 270 besteht
aus einer Matrix von Fotodioden. Jede Fotodiode spricht auf die
Hochenergie-Röntgenstrahlung
an und wandelt die Helligkeit des das Intensitätsprofil des Materials darstellenden
Lichts, das Hochenergiestrahlung entspricht, in ein analoges Signal
um. Das analoge Signal von jeder Fotodiode wird anschließend über den
Schnittstellenanschluss 215B mit der Datenverarbeitungsplatine
verbunden. Die Anzahl Fotodioden, der Abstand und ihre Abmessungen
stellen die Auflösung
des Bilds in der entsprechenden Abtastzeile dar. Bei einer Ausführungsform
ist die Hochenergie-Fotodiodenmatrix 270 mit der Niedrigenergie-Fotodiodenmatrix 230 identisch.
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Der
Hochenergie-Verbindungsdraht 275 verbindet den Ausgang
der Fotodiodenmatrix mit den entsprechenden Signalanschlüssen, die
zum Hochenergie-Schnittstellenverbinder 215B geführt sind.
Die Kristallmatrix 280 führt ähnliche Funktionen aus wie die
Kristallmatrix 240, außer
dass die Kristallmatrix für
Betrieb bei Hochenergiestrahlung ausgeführt ist. Die Kristallmatrix 280 besteht
aus einer Matrix von Kristallelementen, die physikalisch und optisch
an die Fotodiodenelemente in der Fotodiodenmatrix 270 angepasst
sind. Die Beschichtung 285 dient zum Zusammenhalten der
Kristallelemente und zur Schaffung eines optischen Blocks zum Verringern
von optischem Übersprechen.
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Bei
der in 2(A) gezeigten Ausführungsform
sind die Elemente der Hochenergiegruppe an der anderen Seite der
Platine 210 angebracht. Die Hochenergieelemente sind so
positioniert, dass die zwei Detektormatrizen nebeneinander (entweder
auf derselben Seite oder anderen Seite der Platine 210) platziert
sind. Wie später
erklärt
wird, liefert diese Positionierung der zwei Detektormatrizen eine
dem Stand der Technik überlegene
Leistung.
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Es
gibt zwei wichtige Abstandsparameter bei der Detektorbaugruppe 200:
(1) den Mittenabstand und (2) den Kantenabstand zwischen der Niedrigenergiekristallmatrix 240 und
der Hochenergiekristallmatrix 280. Diese zwei Abstände stellen
das optische Auflösungsvermögen zwischen
den auf niedrige Energie ansprechenden Elementen und den auf hohe Energie
ansprechenden Elementen der Detektormatrizen dar. Bei einer Ausführungsform
sprechen sowohl die Niedrigenergie- als auch die Hochenergiedetektormatrix
auf denselben Röntgenimpuls
an. Zur Verringerung von Strahlungswirkungen sollte der Röntgenimpuls
möglichst
schmal sein. Deshalb ist es wünschenswert
(aber nicht notwendig), dass der Mittenabstand so kurz wie möglich ist,
ohne dass sich die Niedrigenergie- und die Hochenergiedetektormatriz überlappen.
Entsprechend beträgt
der Mittenabstand A zwischen den zwei Detektormatrizen ungefähr 0,157
cm (0,062''), was auch dem Mittenabstand zwischen
den benachbarten Fotodiodenelementen in jeder Detektormatrix entspricht.
Außerdem
ist der Kantenabstand zwischen den zwei Detektormatrizen idealerweise
null. Bei einer Ausführungsform
beträgt die
Toleranz des Kantenabstands ±0,005
cm (0,002'').
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Nunmehr
sei auf 2(B) verwiesen, die eine Draufsicht
der Detektorbaugruppe 200 von 2(A) zeigt.
Bei Betrachtung von oben sind nur die Niedrigenergieelemente sichtbar.
Die Niedrigenergie-Fotodiodenmatrix 230 besteht aus N Fotodiodenelementen 230 bis 230.
Das Filter 250 ist bei Betrachtung von oben freigelegt
gezeigt.
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Nunmehr
sei auf 3 verwiesen, die eine Darstellung
einer Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform der Detektorbaugruppe 300 zeigt. Bei
dieser Ausführungsform
befinden sich die Niedrigenergie- und die Hochenergiematriz auf
derselben Seite der Platine.
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Die
Detektorbaugruppe 300 besteht aus einer Platine 310,
zwei Schnittstellenverbindern 315A und 315B, einer
Niedrigenergiematrix 330, einem Niedrigenergie-Verbindungsdraht 335,
einem Niedrigenergiekristall 340, einem Filter 350,
einer Hochenergie-Fotodiodenmatrix 370, einem Hochenergie-Verbindungsdraht 375,
einem Hochenergiekristall 380 und einer Beschichtung 385.
Die Elemente sind im Wesentlichen die gleichen wie die in Zusammenhang
mit 2(A) beschriebenen.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
(nicht dargestellt) kann das Filter 350 in die Platine 310 eingebettet
sein, wobei das Einsetzen des Filters 350 bei der Herstellung
der Platine stattfinden kann. Die Ausführungsform würde wirtschaftliche
Vorteile und Leistungsvorteile bieten, weil sie Montagekosten ein spart
und das Filter nicht anfällig
gegen Umgebungsbedingungen ist.
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Die
Niedrigenergiedetektormatrix und die Hochenergiedetektormatrix werden
so positioniert, dass jede Detektormatrix die Röntgenstrahlung unabhängig von
der anderen empfängt.
Dies ist leicht zu erreichen, indem die zwei Detektormatrizen entweder
auf derselben Seite oder auf den entgegengesetzten Seiten einer
Platine nebeneinander platziert werden. Diese Anordnung erlaubt
die unabhängige Steuerung
jeder Detektormatrix. Filtermaterial kann z. B. für eine Detektormatrix
ausgewählt
werden, ohne eine Störung
oder Beeinflussung der anderen zu verursachen. Durch direktes, getrenntes
und unabhängiges
Empfangen der Strahlung können
die zwei Detektormatrizen bessere Selektivität für die zwei Energiestrahlungen
liefern.
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Nunmehr
sei auf 4(A) verwiesen, die eine Querschnittansicht
einer Ausführungsform
der kompletten Detektorplatine 400 zeigt. Die Detektorplatine 400 besteht
aus einer Platine 405 mit gedruckten Schaltungen, einer
Detektoreinbauplatine 410, einer Niedrigenergie-Detektormatrix 430,
einer Hochenergie-Detektormatrix 470 und Schnittstellenverbindern 490A und 490B.
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Die
Platine 405 mit gedruckten Schaltungen ist mit analogen
und digitalen Schaltungen zum Signalaufbereiten, Filtern und Multiplexen
der den Intensitätspegeln
der erfassenden Fotodiodenelemente entsprechenden analogen Spannungen
besetzt. Bei einer Ausführungsform
wird die analoge Spannung zu 12-Bit-Digitaldaten digitalisiert. Die den
Intensitätspegel
der Fotodiodenelemente darstellenden Digitaldaten werden durch ein
Datenverarbeitungs-Untersystem verarbeitet, wie später beschrieben
wird.
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Nunmehr
sei auf 4(B) verwiesen, die eine perspektivische
Ansicht der Ausführungsform
in 4(A) zeigt.
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Nunmehr
sei auf 5 verwiesen, die eine Darstellung
einer Ausführungsform
der Zeilenmatrixbaugruppe 500 zeigt. Die Zeilenmatrixbaugruppe 500 besteht
aus einem Platinenhalter 520 und M Detektorplatinen 5101 bis 510M .
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Der
Platinenhalter 520 bietet eine mechanische Stütze zum
Halten einer Mehrzahl Detektorplatinen 5101 bis 510M . Jede der Detektorplatinen 5101 bis 510M ist
so ausgerichtet, dass die von der Röntgenstrahlenquelle emittierten
Röntgenstrahlen
senkrecht zu den auf jeder Detektorplatine angeordneten Detektormatrizen
verlaufen. Diese Anordnung liefert die optimale Empfindlichkeit
und bewahrt die Stetigkeit des optischen Ansprechens der Fotodiodenmatrizen.
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Nunmehr
sei auf 6 verwiesen, die eine beispielhafte
Querschnittansicht des Tunnelgehäuses 600 zeigt.
Das Tunnelgehäuse 600 besteht
aus einer Röntgenstrahlenquelle 605,
einem aktiven Abtastbereich 606, einem horizontalen Platinenhalter 610 und
einem vertikalen Platinenhalter 620; die Röntgenstrahlenquelle 605 ist
außerhalb
eines aktiven Abtastbereichs 606 angeordnet. Der aktive
Abtastbereich 606 liefert den Raum, in dem das abzutastende
Objekt hindurchbefördert
wird. Bei einer Ausführungsform
ist der aktive Abtastbereich 606 ungefähr quadratisch, wobei jede
Seite eine Abmessung von 60,96 cm (24'')
aufweist. Die Röntgenstrahlenquelle 605 ist
ungefähr
38,1 cm (15'') von der unteren
horizontalen Zeile des aktiven Abtastbereichs 606 entfernt
angeordnet.
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Der
horizontale Platinenhalter 610 und der vertikale Platinenhalter 620 bilden
eine L-förmige Konfiguration,
um effektiv für
eine vollständige
geometrische Abdeckung des gesamten abzutastenden Objekts zu sorgen.
Der horizontale Platinenhalter 610 hält K Detektorplatinen 6151 bis 625M und 6251 bis 625k .
Diese Platinen sind mit der Ausnahme der Ausrichtung bezüglich der
von der Röntgenstrahlenquelle 605 emittierten
Röntgenstrahlen
identisch. Jede der Detektorplatinen 6151 bis 615M und 6251 bis 625k ist so am entsprechenden Platinenhalter
positioniert, dass der Röntgenstrahl
in senkrechter Richtung auf jede Platine auftrifft.
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Nunmehr
sei auf 7 verwiesen, in der ein Blockdiagramm
zur Darstellung einer Ausführungsform
eines Frontende-Datenverarbeitungssystems 700 gezeigt ist.
Das Frontende-Datenverarbeitungssystem 700 tastet ein Objekt 705 ab
und besteht aus einer Sensormatrix 710, einer Signalaufbereitungs- und
Multiplexschaltung 720, einem Analog-/Digital-Wandler 730,
einem Pufferspeicher 740, einem Digitalsignalprozessor 750,
einem lokalen Speicher 755 und einer Verweistabelle 760.
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Das
Objekt 705 wird durch den Tunnel und den Abtastbereich
bewegt. Die Röntgenstrahlenquelle
sendet Röntgenimpulse
durch das Objekt 705, und die Absorptionseigenschaft wird
von der Sensormatrix 710 erfasst. Die Sensormatrix 710 weist
die zwei wie in Verbindung mit 2A beschriebenen
Detektormatrizen auf. Die Sensormatrix 710 liefert eine analoge
Größe, die
das optische Ansprechen der Fotodioden darstellt. Jede Detektormatrix
entspricht einer Abtastzeile. Durch Integrieren mehrerer Abtastzeilen
synchron mit der Bewegung des Objekts 705 durch den Abtastbereich
im Tunnel kann ein zweidimensionales Bild des gesamten Objekts rekonstruiert
werden.
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Die
Signalaufbereitungs- und Multiplexschaltung 720 führt eine
Analogsignalverarbeitung mit den von den Fotodioden gelieferten
analogen Größen durch.
Die Signalaufbereitung umfasst analoges Verstärken und Filtern. Das Ziel
ist die Eliminierung unerwünschten
Rauschens und die Reinigung des analogen Signals. Dann werden die
analogen Spannungen mittels eines Mul tiplexverfahrens übertragen,
um einen Eingang an einen Analog-/Digitalwandler 730 zu
liefern. Die analogen Spannungen von den Detektormatrizen werden
durch ein Taktungsverfahren, das in einer Abtastperiode alle Detektormatrizen durchläuft und
den gleichen Prozess in der nächsten Abtastzeile
wiederholt, nacheinander abgetastet und digitalisiert. Das Multiplexen
kann in beiden Richtungen durchgeführt werden.
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Der
Analog-/Digitalwandler 730 empfängt die analoge Spannung und
digitalisiert sie zu einem digitalen 12-Bit-Wort. Die digitalen
Daten werden in einen Pufferspeicher 740 gespeist. Der
Pufferspeicher 740 speichert digitalisierte Wörter. Bei
einer Ausführungsform
ist der Pufferspeicher 740 ein First-in-first-out-(FIFO-)Speicher.
Die Verwendung eines FIFO bietet einen Verarbeitungsvorteil, weil während des
Auslesens eines Worts zum Verarbeiten neue Daten geschrieben werden
können.
Da neue Daten über
alte Daten geschrieben werden, kann Speicherplatz eingespart werden.
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Der
Digitalsignalprozessor 750 liest Daten aus dem Pufferspeicher 740 aus
und führt
eine Bildpunktzuordnung durch, die später beschrieben wird. Der lokale
Speicher 755 stellt zusätzlichen
Speicherplatz für
den Digitalsignalprozessor 750 bereit. Der lokale Speicher 755 kann
vom Digitalsignalprozessor 750 zu verwendende Anweisungen
oder Daten enthalten. Das Ergebnis der Bildpunktzuordnung ist ein Wort,
das das Ansprechen auf niedrige Energie und hohe Energie darstellt.
Bei einem Beispiel entspricht dieses Wort aus zwei Bytes bestehenden
16-Bit-Daten: ein
Byte entspricht der Niedrigenergieeigenschaft, und ein Byte entspricht
der Hochenergieeigenschaft.
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Die
Verweistabelle 760 wandelt das bildpunktzugeordnete Wort
in Daten um, die die Intensität
und die codierte Farbe repräsentieren.
Diese Werte werden auf der Basis der speziellen Konfiguration der
Detektormatrix und der Röntgenbaugruppe
be stimmt. In einem Beispiel beträgt
bei einem 16-Bit-Wort der Intensitätswert 11 Bit und der Pseudofarbcode
5 Bit. Die Größe der Verweistabelle 760 beträgt bei diesem
Beispiel deshalb 64 KB × 16.
Der Ausgang der Verweistabelle 760 geht zur Weiterverarbeitung
an den Datentransferprozessor (DTP).
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Nunmehr
sei auf das Beispiel von 8 verwiesen, die eine Impulsform
mit der Bildpunktzuordnung darstellt. Die Bildpunktzuordnung ist
ein Prozess, bei dem das Ansprechen auf hohe Energie zu einer Taktzeit
dem Ansprechen auf niedrige Energie zu einer anderen Taktzeit zugeordnet
ist, um dem Bild eine bessere Auflösung zu verleihen.
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8 zeigt
zwei aufeinanderfolgende Taktzeitperioden k und k – 1. Die
Taktperioden 805 und 806 entsprechen den Zeilen
k – 1
bzw. k. Jede Zeile entspricht einer Abtastzeile. In jeder Taktzeitperiode gibt
es P Takte, die P Messwerten von den Niedrigenergie- und den Hochenergie-Fotodioden
entsprechen.
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Die
Zeitintervalle 820i k–1 und 830i k–1 entsprechen den
Niedrigenergie- und den Hochenergiemesswerten von Bildpunkt i in
Zeile k – 1.
Die Zeitintervalle 840i k und 850ik entsprechen den Niedrigenergie- und
den Hochenergiemesswerten von Bildpunkt i in Zeile k. Bei einem
Beispiel wird die Bildpunktzuordnung durchgeführt, indem eine Zeile der nächsten Zeile
zugeordnet wird. Das Ergebnis der Bildpunktzuordnung ist die Paarung
der zur weiteren Analyse an den Datentransferprozessor zu sendenden
Niedrigenergie- und Hochenergiemesswerte.
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Es
seien li k–1,
hi k–1, li k und hi k die
Niedrigenergie- und die Hochenergiemesswerte von Bildpunkt i von
Zeile k – 1
und K. Die Bildpunktzuordnung wird so durchgeführt, dass das Paar (li k–1, hi k) kombiniert wird. Es gibt einen Sonderfall
für die
erste Zeile in jedem Bild. Die Zuordnung erfolgt zeilenweise in
Echtzeit durch Auslesen der gespeicherten Werte in der vor herigen
Zeile, während
die neuen Werte der aktuellen Zeile geschrieben werden. Hierfür gibt es
viele Verfahren. Bei einem Beispiel wird ein First-in-first-out-(FIFO-)Pufferspeicher
zum Speichern der Messwerte verwendet. Während neue (Zeile k entsprechende
Werte) und vom Digitalsignalprozessor gelieferte Werte in den FIFO
geschrieben werden, werden alte Werte (Zeile k – 1 entsprechende Werte) durch
den Digitalsignalprozessor ausgelesen.
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Obwohl
diese Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen
beschrieben worden ist, ist diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden
Sinn auszulegen.
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Beschriftung
der Figuren
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2(A)
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5
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- X-RAY SOURCE RÖNTGENSTRAHLENQUELLE
-
6
- 605
- RÖNTGENSTRAHLENQUELLE
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7
- 705
- OBJEKT
- 710
- SENSORMATRIX
- 720
- SIGNALAUFBEREITUNGS- UND
MULTIPLEXSCHALTUNG
- 730
- ANALOG-/DIGITALWANDLER
- 740
- PUFFERSPEICHER
- 750
- DIGITALSIGNALPROZESSOR
- 755
- SPEICHER
- 760
- VERWEISTABELLE
- INTENSITY
AND COLOR CODE
- INTENSITÄT UND FARBCODE
-
8
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- LINE K – 1
ZEILE K – 1
- LINE K ZEILE K
- LOW ENERGY NIEDRIGE ENERGIE
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