DE69827018T2

DE69827018T2 - Nebeneinander-detectoranordnung für röntgen -bilderzeugungssystem mittels zweier energie-spektren

Info

Publication number: DE69827018T2
Application number: DE69827018T
Authority: DE
Inventors: K. Richard GERLACH; J. Paul BJORKHOLM; Francois Zayek
Original assignee: L3 Communications Security and Detection Systems Inc
Current assignee: L3 Security and Detection Systems Inc
Priority date: 1997-08-06
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2018-07-30
Also published as: DE69827018D1; ATE279737T1; EP1010021A1; AU8759898A; EP1010021B1; WO1999008132A1

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
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.
2. Beschreibung der zugehörigen Technik
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Inhalt der Erfindung
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.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung offensichtlich; es zeigen:
1 eine Darstellung einer Ausführungsform eines die Lehre der vorliegenden Erfindung nutzenden Systems;
2(A) eine beispielhafte Querschnittansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2(B) eine beispielhafte Draufsicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine beispielhafte Querschnittansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4(A) eine beispielhafte Querschnittansicht einer Ausführungsform einer Einbauplatine mit den Doppelenergiedetektormatrizen;
4(B) eine beispielhafte perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Einbauplatine mit den Doppelenergiedetektormatrizen;
5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Geometrie der Anordnung der Einbauplatinen in Bezug auf die Röntgenstrahlen;
6 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Geometrie der Anordnung der Einbauplatinen im in einem Inspektionssystem verwendeten Tunnel;
7 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung des Datenverarbeitungssystems;
8 ein Impulsdiagramm zur Veranschaulichung der Beziehung der Niedrig- und Hochenergieinformationen.
Beschreibung der vorliegenden Erfindung
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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'').
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Nunmehr sei auf 4(B) verwiesen, die eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform in 4(A) zeigt.
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 510_M .
Der Platinenhalter 520 bietet eine mechanische Stütze zum Halten einer Mehrzahl Detektorplatinen 510₁ bis 510_M . Jede der Detektorplatinen 510₁ bis 510_M 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.
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.
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 625_M und 625₁ bis 625_k . Diese Platinen sind mit der Ausnahme der Ausrichtung bezüglich der von der Röntgenstrahlenquelle 605 emittierten Röntgenstrahlen identisch. Jede der Detektorplatinen 615₁ bis 615_M und 625₁ bis 625_k ist so am entsprechenden Platinenhalter positioniert, dass der Röntgenstrahl in senkrechter Richtung auf jede Platine auftrifft.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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 850i_k 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.
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.
Obwohl diese Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist diese Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn auszulegen.
Beschriftung der Figuren
2(A)

X RAY BEAM RÖNTGENSTRAHL

5

X-RAY SOURCE RÖNTGENSTRAHLENQUELLE

6

605: RÖNTGENSTRAHLENQUELLE

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

LINE K – 1 ZEILE K – 1
LINE K ZEILE K
LOW ENERGY NIEDRIGE ENERGIE
HIGH ENERGY HOHE ENERGIE
DIODE PAIR DIODENPAAR

Claims

Strahlungsdetektor mit: einem ersten Element (240), das auf die Strahlung eines ersten Energiebereichs anspricht, um eine erste Strahlungsempfindlichkeit bereitzustellen; einem zweiten Element (280), das auf die Strahlung eines zweiten Energiebereichs anspricht, um eine zweite Strahlungsempfindlichkeit bereitzustellen, wobei das zweite Element so positioniert ist, dass es Strahlung unabhängig vom ersten Element empfängt, und das erste und zweite Element nebeneinander platziert sind; einem mit dem zweiten Element gekoppelten Filter (250), um die zweite Strahlungsempfindlichkeit unabhängig von der ersten Strahlungsempfindlichkeit zu verstärken.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, bei dem das Filter (250) Silber, Gold oder Kupfer enthält.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, bei dem der zweite Energiebereich höher ist als der erste Energiebereich.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, bei dem jedes dieser Elemente aufweist: einen Kristall, der so konfiguriert ist, dass er innerhalb jedes dieser Energiebereiche aktiv ist; und einen mit dem Kristall gekoppelten Sensor, um eine Anzeige der entsprechenden Strahlungsempfindlichkeit bereitzustellen.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 4, bei dem jedes dieser Elemente ferner aufweist: eine mit dem Kristall gekoppelte Beschichtung (245, 285), um eine optische Verstärkung bereitzustellen.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 4, bei dem die Anzeige eine analoge Größe ist.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 4, bei dem der Sensor eine Fotodiode ist.
Strahlungsdetektor nach Anspruch 4, bei dem der Kristall vom Scintillatortyp ist.
System mit: einer Röntgenstrahlquelle zum Emittieren von Röntgenstrahlen; und einem Strahlungsdetektor, der so positioniert ist, dass er die Strahlen aus dieser Quelle empfängt, wobei der Strahlungsdetektor aufweist: ein erstes Element (240), das auf die Strahlung eines ersten Energiebereichs anspricht, um eine erste Strahlungsempfindlichkeit bereitzustellen; ein zweites Element (280), das auf die Strahlung eines zweiten Energiebereichs anspricht, um eine zweite Strahlungsempfindlichkeit bereitzustellen, wobei das zweite Element so positioniert ist, dass es Strahlung unabhängig vom ersten Element empfängt, und das erste und zweite Element nebeneinander platziert sind; ein mit dem zweiten Element gekoppeltes Filter (250), um die zweite Strahlungsempfindlichkeit unabhängig von der ersten Strahlungsempfindlichkeit zu verstärken.
System nach Anspruch 9, bei dem das Filter (250) Silber, Gold oder Kupfer enthält.
System nach Anspruch 9, bei dem der zweite Energiebereich höher ist als der erste Energiebereich.
System nach Anspruch 9, bei dem jedes dieser Elemente aufweist: einen Kristall, der so konfiguriert ist, dass er innerhalb jedes dieser Energiebereiche aktiv ist; und einen mit dem Kristall gekoppelten Sensor, um eine Anzeige der entsprechenden Strahlungsempfindlichkeit bereitzustellen.
System nach Anspruch 12, bei dem jedes Element ferner aufweist: eine mit dem Kristall gekoppelte Beschichtung (245, 285), um eine optische Verstärkung bereitzustellen.
System nach Anspruch 12, bei dem die Anzeige eine analoge Größe ist.
System nach Anspruch 12, bei dem der Sensor eine Fotodiode ist.
System nach Anspruch 12, bei dem der Kristall vom Scintillatortyp ist.
Verfahren zur Bereitstellung eines Bildes, das die innere Struktur eines Objektes repräsentiert, wobei das Verfahren aufweist: Emittieren von Röntgenstrahlen durch das Objekt, wobei die Röntgenstrahlen eine erste und eine zweite Strahlung enthalten; getrenntes Erzeugen einer ersten und einer zweiten Strahlungsempfindlichkeit, indem die Strahlung unabhängig durch ein erstes Element (240), das auf die erste Strahlung anspricht, und ein zweites Element (280), das auf die zweite Strahlung anspricht, geleitet wird, wobei das erste und zweite Element nebeneinander platziert sind; Filtern der Strahlung durch Bereitstellen eines mit dem zweiten Element gekoppelten Filters, um die zweite Strahlungsempfindlichkeit unabhängig von der ersten Strahlungsempfindlichkeit zu verstärken; Erzeugen einer Anzeige, die für die erste und zweite Strahlungsempfindlichkeit repräsentativ ist; und Verarbeiten der Anzeige, um das Bild zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Detektionsschritt einen Schritt der Positionierung der Elemente in der Weise enthält, dass das zweite Element Strahlung unabhängig vom ersten Element empfängt.