DE10024489A1 - Detector for x-ray computer tomography device has number of photosensitive elements arranged after luminophore of each of longer detector elements - Google Patents
Detector for x-ray computer tomography device has number of photosensitive elements arranged after luminophore of each of longer detector elementsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Detektor für ein Röntgen-Compu tertomographiegerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a detector for an X-ray compu Tertomography device according to the preamble of claim 1.
Röntgen-Computertomographiegeräte weisen eine Strahlenquelle auf, welche zur Abtastung eines Untersuchungsobjektes um eine in die sogenannte z-Richtung verlaufende Systemachse verschwenkbar ist. Ein von der Strahlenquelle ausgesendetes Strahlenbündel trifft auf einen gegenüber der Strahlenquelle angebrachten und mit ihr verschwenkbaren Detektor auf. Der Detektor weist ein Array von einer oder mehreren Zeilen und mehreren parallel zur z-Richtung orientierten Spalten von Detektorelementen auf und erzeugt in Abhängigkeit von der auftreffenden Strahlenintensität Signale, die von einer nach geschalteten Signalverarbeitungseinrichtung ausgelesen und verarbeitet werden, so dass sie von einer Recheneinheit in Bildsignale gewandelt werden können, die zur Darstellung an einer Anzeigeeinrichtung geeignet sind. Es ist somit möglich, beim Abtasten eines Untersuchungsobjektes mittels der Strah lung der Strahlenquelle unter einer Vielzahl von Projektions winkeln Bildsignale des Untersuchungsobjektes zu erhalten, die zur Diagnose geeignet sind.X-ray computed tomography devices have a radiation source on, which for scanning an examination object by one system axis running in the so-called z-direction is pivotable. One emitted by the radiation source Beams hit one opposite the radiation source attached and pivotable with it detector. The Detector has an array of one or more rows and several columns of. oriented parallel to the z direction Detector elements on and generated depending on the incident radiation intensity signals from one to another switched signal processing device read out and processed so that they can be processed by a processing unit Image signals can be converted to display a display device are suitable. It is therefore possible when scanning an examination object by means of the beam radiation source under a variety of projection obtain image signals of the examination object, which are suitable for diagnosis.
Ein solches Computertomographiegerät ist beispielsweise aus der DE 195 02 574 AI bekannt. Ein dabei benutztes Detektor element besteht im wesentlichen aus einem Luminophor und ei ner zur Erfassung des im Luminophor erzeugten Lichts nachge schalteten Photodiode. Die strahleneintrittsseitigen Flächen der Luminophore sind gleich groß. Sie sind durch reflektie rende Trennelemente, die sogenannten Septen, voreinander ge trennt. Das Auslesen der Signale aus den Detektorelementen erfolgt einzeln oder in Gruppen. Sofern ein Signal aus einer Gruppe von Detektorelementen ausgelesen wird, entstehen Ver luste in der Lichtausbeute durch Reflexionen an den Septen. Such a computed tomography device is, for example, from the DE 195 02 574 AI known. A detector used here element consists essentially of a luminophore and egg ner for detecting the light generated in the luminophore switched photodiode. The surfaces on the radiation entrance side the luminophores are the same size. They are through reflection separating elements, the so-called septa, ge against each other separates. Reading the signals from the detector elements takes place individually or in groups. If a signal from a Group of detector elements is read out, Ver loss of light through reflections from the septa.
Um diesem Nachteil entgegenzuwirken ist man dazu übergangen, Detektorelemente mit einer unterschiedlichen Länge in z-Rich tung zu benutzen, denen zur Erfassung des erzeugten Lichts jeweils eine einzige Photodiode nachgeschaltet ist. Eine sol che Anordnung hat wiederum den Nachteil, dass die Detektor elemente je nach Größe stark unterschiedliche Signale lie fern, deren weitere Verarbeitung eine nachgestaltete Signal verarbeitungs- bzw. Auswerteeinrichtung mit einer hohen Dyna mik erfordert.In order to counteract this disadvantage, one has passed over Detector elements with different lengths in z-rich device to be used to detect the generated light a single photodiode is connected downstream. A sol che arrangement in turn has the disadvantage that the detector Depending on the size, the elements may have very different signals far, the further processing of which is a simulated signal processing or evaluation device with a high Dyna mik requires.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Detektor für ein Röntgen- Computertomographiegerät anzugeben, mit dem die Nachteile nach dem Stand der Technik beseitigt werden. Insbesondere soll der Detektor möglichst einfach aufgebaut, universell einsetzbar und effizient sein.The object of the invention is to provide a detector for an X-ray Computed tomography device specify the disadvantages be eliminated according to the prior art. In particular the detector should be as simple as possible, universal be usable and efficient.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der weiteren Patentansprüche.The object is achieved by the features of patent claim 1 solved. Appropriate configurations result from the Features of the further claims.
Dadurch, dass dem Luminophor jedes der zweiten Detektorele mente eine Mehrzahl der photosensitiven Elemente nachgeschal tet ist, wird der Vorteil erreicht, dass die Signale der pho tosensitiven Elemente im selben Dynamikbereich sich befinden. Es kann eine vereinfachte nachgeschaltete Auswerteeinrichtung vorgesehen werden. Es kann insbesondere ein Multiplexer ver wendet werden. Der vorgeschlagene Detektor weiste eine hohe Lichtausbeute auf; er ist effizient und universell einsetz bar.Because the luminophore of each of the second detector elements elements of a majority of the photosensitive elements tet, the advantage is achieved that the signals of the pho sensitive elements are in the same dynamic range. It can be a simplified downstream evaluation device be provided. In particular, a multiplexer can be used be applied. The proposed detector has a high one Luminous efficacy on; it is efficient and universally applicable bar.
Nach einer Ausgestaltung ist jedem photosensitiven Element direkt ein Speicher zum Speichern der Signale des Detektor elements und dem Speicher ein Multiplexer zum seriellen Aus lesen der Signale des Speichers nachgeschaltet. Damit wird der Vorteil erreicht, dass mehreren Detektorelementen nur ein Verstärker und ein Analog/Digital-Wandler zugeordnet ist, so dass die Auswerteeinrichtung in ihrem Aufbau mit weniger Bau teilen auskommt.According to one embodiment, each photosensitive element directly a memory for storing the signals of the detector elements and the memory a multiplexer for serial out read the signals of the memory downstream. So that will the advantage achieved that several detector elements only one Amplifier and an analog / digital converter is assigned, so that the evaluation device is constructed with less construction sharing gets along.
Ist die lichtdetektierende Fläche aller photosensitiven Ele mente gleich, so können die Signale der Detektorelemente in einem dem Analog/Digital-Wandler nachgeschalteten Rechner digital zusammengefaßt werden, wobei sich die Fläche durch das Zusammenschalten der Detektorelemente vorteilhaft linear erhöht. - Die lichtdetektierenden Flächen werden als "gleich" angesehen, wenn sie bis zu einem Faktor von etwa 1,5 variie ren. Bei der Strahlenabtastung mit Detektorelementen gleicher Fläche können somit Schichtabtastungen des Untersuchungsob jektes mit unterschiedlicher Schichtdicke durchgeführt bzw. berechnet und bildlich dargestellt werden.Is the light-detecting surface of all photosensitive elements elements, the signals from the detector elements in a computer downstream of the analog / digital converter can be summarized digitally, the area being characterized by the interconnection of the detector elements advantageously linear elevated. - The light-detecting surfaces are "equal" viewed when it varied by a factor of about 1.5 ren. When scanning rays with detector elements the same Surface can thus scan the examination object jectes carried out with different layer thickness or can be calculated and visualized.
Die Fläche der Luminophore kann sich maximal um den Faktor 10 unterscheiden. Die Fläche der Luminophore ist vorteilhafter weise so gewählt, dass die mehreren nachgeschalteten photo sensitiven Elemente diese vollständig überdecken. - Der Sig nalumfang der von den Detektorelementen ableitbaren Signale ist somit reduziert. Die Anforderung an den den Detektorele menten und dem Speicher nachgeschalteten Multiplexer, Ver stärker und Analog/Digital-Wandler sind somit vorteilhaft reduziert.The area of the luminophores can be a maximum of a factor of 10 differentiate. The area of the luminophores is more advantageous chosen in such a way that the multiple downstream photo sensitive elements completely cover them. - The Sig The scope of the signals that can be derived from the detector elements is thus reduced. The requirement for the detector element elements and the memory downstream multiplexer, Ver stronger and analog / digital converters are therefore advantageous reduced.
Ist dem Analog/Digital-Wandler ein Rechner zum Verknüpfen der digitalen Signale derart nachgeschaltet, dass die Signale der Detektorelemente einzeln und/oder gruppiert zusammengefaßt werden können, so sind, wie bereits ausgeführt, vorteilhaft Schichtabtastungen des Untersuchungsobjektes mit unterschied licher Schichtdicke durchführbar.Is the analog / digital converter a computer to link the digital signals downstream such that the signals of the Detector elements individually and / or grouped together can, as already stated, are advantageous Layer scans of the examination object with difference layer thickness feasible.
Sind die Detektorelemente in mehreren Spalten angeordnet und sind mehreren Spalten ein Speicher und ein Multiplexer zuge ordnet, so kann zum einen vorteilhaft ein größeres Teilvolu men eines Untersuchungsobjektes strahlenabgetastet werden und zum anderen ist die Anzahl der Elektronikbauteile vorteilhaft reduziert, wodurch sich ein kostengünstiger Aufbau ergibt. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass die Sig nale der Detektorelemente dem Speicher simultan zugeführt werden. Ein besonders raumsparender Aufbau der Signalverar beitungseinrichtung ergibt sich, wenn der Speicher und der Multiplexer in einem Bauteil vereinigt sind und der Multiple xer insbesondere in CMOS-Technik ausgeführt ist.Are the detector elements arranged in several columns and memory and a multiplexer are assigned to several columns arranges, on the one hand can advantageously a larger subvolume men can be scanned of an examination object and on the other hand, the number of electronic components is advantageous reduced, resulting in an inexpensive construction. It has proven to be particularly advantageous that the Sig nale of the detector elements fed to the memory simultaneously become. A particularly space-saving construction of the signal processing processing device results when the memory and the Multiplexers are combined in one component and the multiple xer is carried out in particular in CMOS technology.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigen:Further advantages and details of the invention emerge from the following description of an embodiment based on the drawing. Show it:
Fig. 1 ein Computertomographiegerät in prinzipieller Dar stellung, und Fig. 1 is a computed tomography device in principle Dar, and
Fig. 2 eine Signalverarbeitungseinrichtung nach der Erfin dung in prinzipieller Darstellung. Fig. 2 shows a signal processing device according to the inven tion in principle.
In der Fig. 1 ist grob schematisch ein Computertomographiege rät nach dem Stand der Technik dargestellt, das eine Strah lenquelle 1, z. B. eine Röntgenröhre, mit einem Fokus 2 auf weist, von dem ein durch eine röhrenseitige Strahlenblende 3 einblendbares, pyramidenförmiges Strahlenbündel 4 ausgeht, das ein Untersuchungsobjekt 5, beispielsweise einen Patien ten, durchdringt und auf ein Detektorsystem 6 trifft. Das Detektorsystem 6 weist ein Array, beispielsweise mehrere zu einander parallele Zeilen 7 und mehrere zueinander parallele Spalten 8 von Detektorelementen 9 auf. Die Strahlenquelle 1 und das Detektorsystem 6 bilden ein Meßsystem, das um eine Systemachse 10 drehbar und ggf. entlang der Systemachse rela tiv zum Untersuchungsobjekt 5 verstellbar ist, so dass das Untersuchungsobjekt unter verschiedenen Projektionswinkeln α und verschiedenen z-Positionen entlang der Systemachse 10 durchstrahlt werden kann. Aus den dabei auftretenden Aus gangssignalen der Detektorelemente 9 des Detektorsystems 6 bildet ein Datenerfassungssystem 11 Meßwerte, die einem Rechner 12 zugeführt werden, der ein Bild des Untersuchungsobjek tes 5 berechnet, welches auf einer Anzeigeeinrichtung 13 wie dergegeben werden kann. Mit diesem Computertomographiegerät können sowohl Sequenzabtastungen als auch Spiralabtastungen ausgeführt werden.In Fig. 1 is roughly schematically a Computertomographiege advises according to the prior art, which a radiation source 1 , z. B. an x-ray tube with a focus 2 , from which a fade-in through a tube-side radiation diaphragm 3 , pyramid-shaped beam 4 emanates, which penetrates an examination object 5 , for example a patient, and strikes a detector system 6 . The detector system 6 has an array, for example a plurality of rows 7 parallel to one another and a plurality of columns 8 of detector elements 9 parallel to one another. The radiation source 1 and the detector system 6 form a measuring system which is rotatable about a system axis 10 and, if necessary, rela tively adjustable along the system axis to the examination object 5 , so that the examination object is irradiated at different projection angles α and different z positions along the system axis 10 can. From the output signals occurring in this case from the detector elements 9 of the detector system 6 , a data acquisition system 11 forms measured values which are fed to a computer 12 which calculates an image of the examination object 5 which can be displayed on a display device 13 . With this computed tomography device, both sequence scans and spiral scans can be carried out.
Bei der Sequenzabtastung erfolgt eine schichtweise Abtastung des Untersuchungsobjektes 5. Dabei wird die Strahlenquelle 1 bezüglich der Systemachse 10 um das Untersuchungsobjekt 5 verstellt und das Meßsystem 1, 6 nimmt eine Vielzahl von Projektionen auf, um ein zweidimensionales Schnittbild einer Schicht des Untersuchungsobjektes 5 über den Rechner 12 auf bauen zu können. Zwischen der Abtastung aufeinanderfolgender Schichten wird das Untersuchungsobjekt 5 jeweils in eine neue z-Position bewegt. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis alle Schichten, die den zu untersuchenden und zu rekon struierenden Bereich einschließen, erfaßt sind.During the sequence scanning, the examination object 5 is scanned in layers. The radiation source 1 is adjusted with respect to the system axis 10 about the examination object 5 and the measuring system 1 , 6 records a large number of projections in order to be able to build up a two-dimensional sectional image of a layer of the examination object 5 via the computer 12 . Between the scanning of successive slices, the examination object 5 is moved into a new z position. This process is repeated until all layers, which include the area to be examined and reconstructed, are recorded.
Bei der Spiralabtastung bewegt sich das Meßsystem 1, 6 rela tiv zum Untersuchungsobjekt 5 kontinuierlich auf einer Spi ralbahn 14 so lange, bis der zu untersuchende bzw. rekon struierende Bereich vollständig erfaßt ist. Dabei wird ein Volumendatensatz generiert, aus dem der Rechner 12 mit einem Interpolationsverfahren einen planaren Datensatz berechnet, aus dem sich dann, wie bei der Sequenzabtastung, die ge wünschten Schichtbilder rekonstruieren lassen.In the spiral scanning, the measuring system 1 , 6 moves rela tively to the examination object 5 continuously on a spiral track 14 until the area to be examined or reconstructed is completely covered. A volume data record is generated from which the computer 12 uses an interpolation method to calculate a planar data record, from which the desired slice images can then be reconstructed, as in the case of sequence scanning.
Aus der Fig. 2 geht eine erfindungsgemäße Signalverarbei tungseinrichtung hervor. Jedes Detektorelement 9 eines nur in prinzipieller Weise dargestellten Detektors 6 besteht aus einem Luminophor 15, z. B. eine Szintillatorkeramik, und einer oder mehreren nachgeschalteten Photodioden 16. Mehrere neben einander angeordnete Detektorelemente 9 bilden eine Detektor spalte 3. Die Detektorelemente 9 wandeln auftreffende Strah lung in elektrische Signale. Die Fläche der Luminophore 15 unterscheidet sich maximal um den Faktor 10. Es kann sich somit eine Detektorspalte 8 ergeben, bei der die Fläche der Detektorelemente 9 von deren Mitte nach außen hin zunimmt. Beispielsweise kann ein Detektorelement 9a im mittleren Be reich eine Fläche x, das sich daran nach außen anschließende Detektorelement 9b eine Fläche 1,5x, das sich wiederum daran anschließende Detektorelement 9c eine Fläche 2,5x und das nächste Detektorelement 9d eine Fläche 5x haben.From Fig. 2, a Signalverarbei invention shows processing device. Each detector element 9 of a detector 6 , shown only in principle, consists of a luminophore 15 , e.g. B. a scintillator ceramic, and one or more downstream photodiodes 16th Several detector elements 9 arranged next to one another form a detector column 3 . The detector elements 9 convert incident radiation into electrical signals. The area of the luminophores 15 differs by a maximum of a factor of 10. This can result in a detector column 8 in which the area of the detector elements 9 increases from the center to the outside. For example, a detector element 9 a in the middle loading area x, the detector element 9 b adjoining it to the outside an area 1 , 5 x, the detector element 9 c adjoining it an area 2 , 5 x and the next detector element 9 d have an area 5 x.
Die Fläche x ist an einer der Strahleneingangsseite gegen überliegenden Lichtaustrittsseite mit einer einzigen Photo diode 16a versehen, die ebenfalls die Länge x aufweist. Die daneben befindliche Fläche 1,5x ist mit einer Photodiode 16b versehen, welche die Länge 1,5x aufweist. Die weiteren Flä chen 2,5 bzw. 5x sind mit zwei bzw. vier Photodioden 16c, 16d der Länge 1,25x verbunden. Die Photodioden 16, 16a, 16b, 16c, 16d variieren in ihrer Länge hier höchstens um den Faktor 1,5. Sie weisen eine vergleichbare maximale Signalgröße auf.The area x is provided on one of the beam input side opposite the light exit side with a single photo diode 16 a, which also has the length x. The adjacent surface 1 , 5 x is provided with a photodiode 16 b, which has the length 1 , 5 x. The other surfaces 2 , 5 and 5 x are connected to two and four photodiodes 16 c, 16 d of length 1 , 25 x. The photodiodes 16 , 16 a, 16 b, 16 c, 16 d vary in length here at most by a factor of 1.5. They have a comparable maximum signal size.
Die Signale der den Detektorelementen 9, 9a, 9b, 9c, 9d nach geschalteten Photodioden 16a, 16b, 16c, 16d werden einem direkt nachgeordneten Speicher 17 mit Vorteil simultan zuge führt und die Signale des Speichers 17 seriell von einem nachgeordneten Multiplexer 18 ausgelesen, bevor sie in einem nachgeschalteten Verstärker 19 verstärkt und über einen Ana log/Digital-Wandler 20 dem Rechner 12 zugeführt werden. Der Verstärker 19 und der Analog/Digital-Wandler 20 müssen folg lich nur Signale verarbeiten können, die von Photodioden 16a, 16b, 16c, 16d hervorgehen, deren Flächen sich maximal um den Faktor 1,5 unterscheiden.The signals of the detector elements 9 , 9 a, 9 b, 9 c, 9 d after connected photodiodes 16 a, 16 b, 16 c, 16 d are advantageously simultaneously supplied to a directly downstream memory 17 and the signals of the memory 17 are serial read by a downstream multiplexer 18 before they are amplified in a downstream amplifier 19 and fed to the computer 12 via an analog / digital converter 20 . The amplifier 19 and the analog / digital converter 20 must consequently only be able to process signals which result from photodiodes 16 a, 16 b, 16 c, 16 d, the areas of which differ by a maximum of a factor of 1.5.
Im Rahmen der Erfindung sind mehrere solcher Detektorspalten 8 vorgesehen. So kann ein großes Volumen eines Untersuchungs objektes bei einer einzigen Strahlenprojektion strahlenabge tastet werden kann. Es können jeder Detektorspalte 8 ein Speicher 17 und ein Multiplexer 18 oder mehreren Detektor spalten 8 ein Speicher 17 und ein Multiplexer 18 zugeordnet sein. Several such detector columns 8 are provided within the scope of the invention. In this way, a large volume of an examination object can be scanned with a single radiation projection. A memory 17 and a multiplexer 18 or more detector columns 8, a memory 17 and a multiplexer 18 can be assigned to each detector column 8 .
Es ist selbstverständlich, dass im Rahmen der Erfindung nicht auch andere Kombinationen der Signale der Detektorelemente 9 digital addiert werden können.It goes without saying that other combinations of the signals of the detector elements 9 cannot be added digitally within the scope of the invention.
Claims (11)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20111201 |