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    • 专利摘要:
    EineEinrichtung (16) zur Erfassung von Röntgenstrahlen weist einen Szintillator(30) auf, der eine Anzahl von Photoelektronen aussendet, wenn er voneinem Röntgenphotongetroffen wird. Die Photoelektronen werden in einem Gaselektronenvervielfacher(44) verstärktund die sich ergebenden Photoelektronen werden mit einem zweidimensionalenArray (70) von Ladungskollektorelektroden (72) aufgefangen. Es werdenelektrische Signale erzeugt, die die Anzahl der Photoelektronenkennzeichnen, die jede Ladungskollektorelektrode (72) treffen. EinProzessor (20) bestimmt den Ort des Röntgenphotonentreffers durchAnalyse der räumlichenVerteilung der Photoelektronen, die durch das Array der Ladungskollektorelektroden(72) aufgefangen worden sind. Die Intensität des Röntgenphotons wird aus der Anzahlder aufgefangenen Photoelektronen bestimmt.
    公开号:DE102004028392A1
    申请号:DE200410028392
    申请日:2004-06-14
    公开日:2005-01-05
    发明作者:Paul R. Sunnyvale Granfors；Manat Sunnyvale Maolinbay
    申请人:GE Medical Systems Global Technology Co LLC；
    IPC主号:G01T1-20
    专利说明:
    [0001] Gegenstandder Erfindung ist eine bildgebende Röntgeneinrichtung sowie insbesondere Röntgendetektoren,die in einem solchen Gerätein elektrisches Bildsignal erzeugen.
    [0002] Herkömmlichebildgebende Röntgeneinrichtungenenthalten eine Quelle, die einen Röntgenstrahl durch ein abzubildendesObjekt, wie beispielsweise einen medizinischen Patienten schickt.Der Anteil des Strahls, der durch den Patienten geht, trifft aufeinen Röntgendetektorauf, der die durch den Patienten abgeschwächten Röntgenstrahlungen in Photonenumsetzt, die dann in ein elektrisches Signal umgesetzt werden. EineBauart von Röntgendetektorenweist einen Aufbau auf, bei dem ein Szintillator vor einem zweidimensionalenPhotodetektorenarray angeordnet ist. Jeder Fotodetektor integriertdie Energie der auftreffenden Röntgenphotonen über die Röntgenexpositionszeitspanneauf, um ein Signal zu erzeugen, das proportional zu dem Röntgenenergieintegraloder der Röntgenstrahlenintensität ist. Das elektrischeSignal jedes Fotodetektors bildet ein Bildelement, das gemeinhinals ein Pixel bezeichnet wird, und das verarbeitet und verrechnetwird, um ein Bild zu bilden, das auf einem Videomonitor angezeigt wird.Die Auflösungdes sich ergebenden Röntgenbildswird durch Ablenkung oder Streuung des Lichts in dem Szintillatornachteilig beeinflusst. Um die Röntgenstrahlerfassungseffizienzzu erhöhenwird gewünscht,die Dicke des Szintillators zu vergrößern, wobei jedoch eine Erhöhung derDicke außerdemdie Streuung oder Verteilung des Lichts vergrößert.
    [0003] Die US-PS 6 011 265 offenbarteinen Detektor, der fürRöntgenstrahlenoder fürGammastrahlen anwendbar ist. Die Strahlung tritt durch ein Einlassfensterin den Detektor ein und wechselwirkt mit einem Gas, um Primärelektronenzu erzeugen. Solche Elektronen durchlaufen eine Kaskade von Gaselektronenvervielfachern(GEMs). Letztendlich treffen sie auf einer linearen Folge von Ladungskollektorelektrodenauf. Die Ladungskollektorelektroden sind mit einer Ausleseelektronikverbunden, die aus dem Signal jeder Elektrode ein Pixel erzeugt.
    [0004] DieAuflösungder sich ergebenden Röntgenstrahldatenwird durch die Teilung die Beabstandung der Ladungskollektorelektrodenbegrenzt. Somit beschränktdie Möglichkeit,die Elektrodenanordnung und die daran angeschlossene Ausleseelektronikphysisch aufzubauen, die Auflösungdes Röntgendetektors.Obwohl Fortschritte in der Mikroelektronik die Ausbildung feinererElektroden und einer dichteren elektronischen Ausleseschaltung zurErhöhungder Bildauflösunggestatten, geht eine solche Auflösungserhöhung miteiner signifikanten Erhöhungder Kosten einher. Deshalb ist es zu wünschen, die Röntgenbildauflösung zuerhöhen,ohne den Preis der erhöhtenDichte der Ladungskollektorelektroden und der Elektronik zu zahlen.
    [0005] Gegenstandder vorliegenden Erfindung ist die Erzeugung eines Röntgenbildsdurch Erfassung jedes Auftreffens eines Röntgenphotons, bekannt als Photonereignis,auf einer Erfassungseinrichtung. Zum Aufbau des Röntgebildswird sowohl der Ort des Photonereignisses bestimmt als auch dieAnzahl der Photonereignisse an jedem definierten Ort der Einrichtunggezählt.
    [0006] DieEinrichtung zur Erfassung der Röntgenstrahlungweist einen Szintillator auf, der bei jedem Auftreffen eines Röntgenphotonseine Anzahl von Photoelektronen aussendet. Das Auftreffen wird als Röntgenphotonereignisbezeichnet. Ein Gaselektronenvervielfacher mit einer Anzahl vonStufen ist dem Szintillator benachbart angeordnet, um die Photoelektronenaufzunehmen. Es ist ein zweidimensionales Array von Ladungskollektorelektrodenvorgesehen, um Photoelektronen aufzunehmen, die von dem Gaselektronenvervielfacherausgelöstdurch den Empfang mehrerer Photoelektronen des Szintillators ausgesendetwerden. Jede Ladungskollektorelektrode erzeugt ein elektrischesSignal, das die Anzahl von Photoelektronen anzeigt, die die entsprechende Ladungskollektorelektrodegetroffen haben.
    [0007] Dieelektronischen Signale aus dem Array der Ladungskollektorelektrodenwerden einem Signalprozessor zugeführt. Der Signalprozessor analysiertdie elektrischen Signale und definiert eine zweidimensionale Matrixder Ladungskollektorelektroden in dem zweidimensionalen Array. Vorzugsweiseist eine quadratische Matrix definiert, die um die Ladungskollektorelektrodeherum zentriert ist, die das elektrische Signal erzeugt hat, dasdas Auftreffen der größten Anzahlvon Photoelektronen anzeigt. Die Analyse der elektrischen Signaleder Ladungskollektorelektroden in der Matrix bestimmt einen Ortdes Röntgenphotonereignisses.Deshalb ist der nachteilige Effekt auf die Bildauflösung, diesich aus der Lichtstreuung in dem Szintillator ergibt, reduziert,indem das Röntgenphotonereignisgemäß der vorliegenden Tech nikmit größerer Präzision lokalisiertwird. Dies ermöglichtdie Verwendung eines dickeren Szintillators zur Erhöhung derRöntgenstrahlerfassungseffizienzohne signifikante Verminderung der Bildauflösung.
    [0008] Beider vorliegenden Ausführungsformder vorliegenden Einrichtung bestimmt der Signalprozessor den Ortdes Röntgenphotonereignissesdurch Ableitung von Intensitätswichtungsmittelnaus den elektrischen Signalen in zwei orthogonalen Richtungen derMatrix der Ladungskollektorelektroden. Beispielsweise können dieOrthogonalkoordinaten x, y des Röntgenphotonereignissesaus dem Röntgenphotonereignisgemäß der folgendenGleichungen abgeleitet werden:
    [0009] Nacheinem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung bestimmt der Signalprozessoreinen Intensitätswertfür dasRöntgenphotonereignisaus den elektrischen Signalen der Ladungskollektorelektroden inder Matrix.
    [0010] 1 ist ein schematischesBlockdiagramm des die vorliegende Erfindung enthaltenden bildgebendenRöntgensystems,
    [0011] 2 ist eine schematischeQuerschnittsdarstellung des Röntgendetektorsnach 1,
    [0012] 3 veranschaulicht die Signalbildungin dem Röntgendetektor,
    [0013] 4 veranschaulicht die zweidimensionale Verteilungvon Photoelektronen auf einer drei mal drei Elektrodenmatrix, diein dem Röntgendetektor definiertist und
    [0014] 5 veranschaulicht einenSubpixelerfassungsverlagerungsfehler für ein Röntgenereignis, das in der Elektrodenmatrixaußermittigauftritt.
    [0015] Wieaus 1 ersichtlich, weistein bildgebendes Röntgensystem 10,wie es zur medizinischen Bildgebung verwendet wird, eine Röntgenquelle 12 auf,die einen konischen Röntgenstrahl 14 aufein Detektorarray auf der entgegen gesetzten Seite des medizinischen,der Bildgebung zu unterwerfenden Patienten wirft. Das Detektorarray 16 wirddurch ein zweidimensionales Array einer Anzahl von Detektorelementen 18 gebildet,die gemeinsam die Röntgenstrahlungerfassen, die durch den Patienten 15 laufen. Das Auftreffeneines Röntgenphotonsauf dem Detektorarray 16 wird als Photonereignis bezeichnet underzeugt elektrische Signale von verschiedenen Detektorelementen 18,wie noch zu sehen sein wird. Der Detektor 16 weist Schaltungenauf, die die Detektorelementsignale digitalisieren.
    [0016] DerBetrieb der Röntgenstrahlungsquelle 12 unterstehteinem Steuerungs- und Bildverarbeitungssystem 20, das einenRöntgencontroller 22 enthält, derAnsteuer- und Timingsignale an die Röntgenquelle 12 sendet.Ein Datenakquisitionssystem (DAS) 24 tastet die von denDetektorelementen 18 erzeugten Daten ab. Der Betrieb desRöntgencontrollers 22 unddes Datenakquisitionssystems 24 unterstehen einem Computersystem 25,das Befehle und Expositionsparameter über eine Konsole 26 von einemBediener empfängt,die eine Tastatur und einen Anzeigemonitor enthält, der es dem Bediener gestattet,das Röntgenbildund Betriebsdaten fürdie Steuerung und das Bildverarbeitungssystem 20 anzusehen.Das Computersystem 25 verarbeitet die Daten des Detektorarrays 16,um den Ort jedes Photonereignisses zu bestimmen und die Photonereignissean jedem definierten Ort des Arrays zu zählen. Diese Information wirdin den Röntgenbilddatenin einem Massenspeicher 28 zur nachfolgenden Verwendungbei der Rekonstruktion des Röntgenbildsgespeichert.
    [0017] Eswird auf 2 verwiesen,das Detektorarray 16 und zugeordnete Signalverarbeitungsschaltungenzählendie Anzahl von Röntgenphotonen,die auf dem Detektor auftreffen, sowie jeden Auftreffort, wobeidiese Information zur Erzeugung des Röntgenbilds genutzt wird. DasDetektorarray 16 enthälteinen Szintillator 30, der eine Schicht Szintillationsmaterial 32,wie beispielsweise Kalijodid oder Cäsiumjodid, aufweist. Die derRöntgenquellezugewandte Seite des Szintillators 30 ist mit einem Film 34 beschichtet,der in dem Szintillatormaterial 32 erzeugtes Licht reflektiert,so dass das Licht zur gegenüber liegendenFlächeläuft.Diese gegenüberliegende Flächeist mit einer leitfähigenSchicht 36 beschichtet, die ihrerseits wiederum mit einerPhotokathodenschicht 38 beschichtet ist. Die leitfähige Schicht 36 ist miteinem Spannungsteiler 42 verbunden, der eine relativ hohenegative Spannung (z.B. –2800Volt) an die leitende Schicht anlegt. Die leitfähige Schicht 36 istrelativ dünnund fürLicht mit der Wellenlänge,wie es in dem Szintillationsmaterial 32 erzeugt wird, sehr gutdurchlässig.Die gewünschteLichtverteilung in dem Szintillator 30 wird durch Veränderungseiner Dicke oder durch Verwendung columnarer oder gepixelter Strukturengesteuert, wie es bei früherenDetektoren der Fall war. Die Lichtintensität auf der Photokathodenschicht 38,die sich aus einem einzelnen Röntgenphotonergibt, das das Szintillatormaterial 32 trifft, weist einemessbare räumlicheVerteilung auf. Bei der folgenden Verteilung wird eine Gaußsche Punktverteilungsfunktionangenommen. Die Photokathodenschicht 38 emittiert bei Auftreffenvon Licht aus dem Szintillatormaterial 32 Photoelektronen 40.
    [0018] Dievon dem Szintillator 30 emittierten Photoelektronen 40 gelangenin einen Gaselektronenvervielfacher (GEM) 44 mit drei Stufen 45, 46 und 47. DieStufen und die Funktionalitäteines Gaselektronenvervielfachers 44 sind bekannt und beispielsweisein dem vorgenannten US-Patent beschrieben. Jede GEM-Stufe 45 bis 47 weisteine elektrische Isolatorschicht mit metallbekleideten Hauptflächen auf undsie weisen ein Array von feldkonzentrierenden Bereichen auf, diedurch eine Anzahl von Durchgangsöffnungen 54 gebildetwerden, die sich durch die Vervielfacherstufe erstrecken. Im einzelnenweist die erste GEM-Stufe 45 ein elektrisches Isolatormaterial 48 auf,das zwischen Metallschichten 50 und 52 aufgenommenist. Jede der Metallbekleidungsschichten 50 und 52 istmit unterschiedlichen Punkten des Spannungsteilers 42 verbunden,so dass sich überder Vervielfacherstufe eine Potentialdifferenz bildet, die einenKonzentrationsbereich fürdas elektrische Feld erzeugt, wie durch die elektrischen Feldlinienin der linken Seite der Zeichnung veranschaulicht ist. Ähnlicheelektrische Felder sind an jeder Öffnung in den Vervielfacherstufenausgebildet. Die Metallbekleidungsschichten jeder GEM-Stufe 45 bis 47 habenin der Richtung von dem Szintillator 30 weg fortschreitendgeringere negative Spannungen. Die erste GEM-Stufe 45 weistim Vergleich zu den Löchernin den nachfolgenden Stufen relativ kleine Löcher 54 sowie einekleine oder eine Verstärkungvon eins auf, die so ausgewähltist, um Gasszintillationsphotonen und Ionenrückkopplung auf die Photokathode 38 zuminimieren. Mit anderen Worten, die GEM-Stufe 45 dientder Elektronenextraktion und der Rückwirkungsbeseitigung.
    [0019] Diezweite und dritte GEM-Stufe 46 und 47 weist jeweilseinen ähnlichenphysikalischen Aufbau wie die erste GEM-Stufe 45 auf. Insbesondereweist die zweite GEM-Stufe 46 eine Isolatorschicht 56 auf, diemit Metallschichten 60 und 62 bekleidet ist und diedritte GEM-Stufe 47 ist bekleidet mit Metallschichten 64 und 66.Jede dieser Metallbekleidungsschichten 60 bis 64 istmit entsprechenden Anschlüssen desSpannungsteilers 42 verbunden, um eine zunehmend geringerenegative Vorspannung auf diesen leitenden Schichten zu erzeugen.Die Signalverstärkung,die sich von dem GEM 44 er hofft wird, wird durch die zweiteund dritte Stufe 46 und 47 erbracht, die jeweilseine Verstärkungzwischen 10 und 100 aufweisen. Weil hohe GEM-Gewinne nachteilige Auswirkungauf die Stabilitätund auf die Zählratehaben, wird es bevorzugt, diese Verstärkungen relativ moderat zuhalten. Wie bekannt, werden die Verstärkungen auf Basis der erforderlichenRöntgenzählrate (wobeiniedrigere Verstärkungenbei höherenRaten erforderlich sind), dem Rauschen der Ausleseelektronik undder Photoelektronenproduktion des Szintillators 30 bestimmt(wobei niedrigere Photoelektronenerzeugung eine höhere Verstärkung erfordert). Wenneine größere Verstärkung erforderlichist könnenzusätzlicheGEM-Stufen vorgesehen werden.
    [0020] Dieaus der dritten GEM-Stufe 47 herausfließenden Photoelektronen laufenzu einer Auslesestufe 70, die ein zweidimensionales Arrayvon Ladungskollektorelektroden 72 aufweist, die in zweiDimensionen durch ein Fokusgitter 74 separiert sind. DasFokusgitter 74 ist mit einem letzten Anschluss des Spannungsteilers 42 verbunden,wodurch es so vorgespannt wird, dass es die Photoelektronen ausder dritten GEM-Stufe 47 anzieht. Jede Ladungskollektorelektrode 72 empfängt ankommendePhotoelektronen aus dem Gaselektronenvervielfacher 44 und ist über einenVorverstärker 76 mitdem digitalen Akquisitionssystem 24 gemäß 1 verbunden. Wenn die Impulse aus einemindividuellen Vorverstärkerein vorbestimmtes Niveau übersteigenwird das Impulssignal durch den Analogdigitalwandler (ADC) 77 mit adäquater Auflösung (z.B.drei Bits) digitalisiert. Dann definiert das DAS 24 eineMatrix von 3×3(oder 5×5)Ladungskollektorelektroden 72, die die größten Signalwerteaufweisen.
    [0021] DieAusleseschaltung und das digitale Akquisitionssystem 24 arbeitenmit ausreichender Geschwindigkeit, um auf die Kollektorelektroden 72 auftreffendePhotoelektronen zu erfassen, die sich daraus ergeben, dass ein einzelnesRöntgenphotonden Szintillator 30 trifft. Mit anderen Worten, wenn dasSignal einer gegebenen Ladungskollektorelektrode 42 ausgelesenwird, entspricht dieses Signalniveau einem einzelnen Röntgenphotonenereignis.Außerdem zeigtder Verweis auf 2, dassfür jedeLadungskollektorelektrode 72 verschiedene Kanäle durchden GEM 42 vorhanden sind. Es ist zu verstehen, dass einRöntgenphotonereignis,das an einem Punkt in dem Szintillator 30 stattfindet,von der Photokathode 38 ausgehende Photoelektronen ergibt,die in die verschiedenen Kanäleeintreten. Tatsächlicherzeugt ein Röntgenphoton 80,wie in 3 veranschaulicht ist,wenn es den Szintillator 30 trifft, Lichtphotonen, dieeinen Bereich der Photokathode 38 treffen und dabei eineWolke von Primärphotoelektronen 82 erzeugen.Die Verteilungsfunktion des Szintillatorlichts auf der Photokathode 38 wieauch die Photoelektronenverteilung in der Wolke 82 habeneine zweidimensionale Gaußverteilungum den Weg des Röntgenphotons 80.Die Photoelektronen in der Wolke 82 laufen in die GEMs 44 einund werden auf ihrem Weg zu den Ladungskollektorelektroden 72 vervielfacht. Eineinzelnes Röntgenphotonereigniserzeugt einen Fluss von Photoelektronen durch die GEMs 42 mit Wirkungauf eine Vielzahl der Ladungskollektorelektroden 72 ineinem zweidimensionalen Bereich der Auslesestufe 70.
    [0022] ZumVerarbeiten der Daten aus dem Röntgendetektor 16 werdenSignalproben einer quadratischen Matrix der Ladungskollektorelektroden 72 genutzt,um die Intensitätund den Ort jedes den Detektor treffenden Röntgenphotons zu bestimmen.Die Bestimmung der Intensitätund des Orts basiert auf den Signalproben aus einer quadratischenMatrix von Ladungskollektorelektroden 72, die durch das Computersystem 25 für jedesRöntgenphotonereignisdefiniert wird. Die Verarbeitung wird in Verbindung mit einer 3×3-Matrixbeschrieben, wobei auch eine 5×5-Matrixoder eine größere Matrixgenutzt werden können.
    [0023] 4 veranschaulicht die zweidimensionale Verteilungder Photoelektronen, die eine 3×3-Matrix 86 vonLadungskollektorelektroden im Ergebnis eines Röntgenphotonereignisses treffen,das direkt oberhalb des Mittelpunkts der Zentralelektrode dieserMatrix stattfindet. Angenommen, dass als Ergebnis des Auftreffensdes einzelnen Röntgenphotons vonder Photokathode 38 624 Photoelektronen emittiert werden,wird die Verteilung von Photoelektronen, die die neuen Ladungskollektorelektroden 72 in derMatrix 86 treffen, durch die Zahlen ni injedem Matrixquadrat angezeigt, wobei n die Anzahl von primären Photoelektronenist, i die spezielle Ladungskollektorelektrode bezeichnet und Gdie Gesamtverstärkungdes GEMs 44 darstellt. Somit hat die Anzahl von Photoelektronen,die jede Ladungskollektorelektrode 72 treffen, im Wesentlicheneine Gaußverteilung,um das Zentrum der Matrix 86, das in diesem Fall dem Ortdes Röntgenphotonereignissesentspricht, das in dem Szintillator 30 direkt oberhalbdes Matrixzentrums stattgefunden hat. Eine genaue Gaußverteilungist der Idealfall, jedoch weicht die tatsächliche Anzahl von Photoelektronen,die jede Ladungskollektorelektrode treffen, in Folge des Rauschensund anderer Faktoren von dem Idealfall ab. Dessen ungeachtet, trittim Wesentlichen eine Gaußverteilungauf. Das Auftreffen der Photoelektronen verursacht eine Ladung,die sich auf den betroffenen Ladungskollektorelektroden 72 ansammelt.
    [0024] DasDAS 24 empfängtfortgesetzt Signale von einer Anzahl von Vorverstärkern 76 undADCs 77 und speichert digitale Signalproben, die die Größe der Ladungauf jeder Ladungskollektorelektrode 72 kennzeichnen. BeiEmpfang der Signalproben durch das DAS 24 wählt dasComputersystem 25 die Ladungskollektorelektrode 72,die die größte Signalprobeerzeugt hat, als zentrale Elektrode für die Verarbeitungsma trix 86.Die übrigenElektroden dieser 3×3-Matrix 86 werdendurch die acht Ladungskollektorelektroden 72 gebildet,die die ausgewählteZentralelektrode umgeben. Die Koordinaten (xi,yi) jeder Ladungskollektorelektrode in derdefinierten Matrix 86 werden auf der Basis eines Koordinatenursprungs indem Mittelpunkt der Zentralelektrode bezeichnet, wie in 4 veranschaulicht ist. Außerdem kannunter Kenntnis der Verstärkungder GEMs die Anzahl von primärenPhotoelektronen fürjede Ladungskollektorelektrode 72 aus dem Gesamtsignalabgeleitet werden, das von dieser Elektrode erzeugt worden ist.
    [0025] Dasin 4 veranschaulichteBeispiel geht davon aus, dass das Röntgenphotonereignis direkt oberhalbdes Mittelpunkts der zentralen Ladungskollektorelektrode in derausgewähltenMatrix 86 stattgefunden hat. Jedoch ist es wahrscheinlicher,dass das Röntgenphotonereignisgegen den Mittelpunkt der Ladungskollektorelektrode 72 versetztstattfindet. Wie in 5 veranschaulicht,ist es wahrscheinlich, dass das Röntgenphotonereignis oberhalbirgendeines Orts 90 stattfindet, der gegen das Zentrum(0,0) der Ladungskollektorelektrode 72 versetzt ist. Dadurchist die Spitze der Gaußverteilungder Photoelektronen, die auf die Ladungskollektorelektroden treffen,entsprechend dieses Orts 90 verschoben.
    [0026] Bislanghat die Bildverarbeitung das Röntgenphotonereignisals an der Position der Ladungskollektorelektrode 72 stattgefundenerfasst, die das größte Signalerzeugt hat. Somit war die Auflösung desRöntgendetektorsgleich der Teilung (Raster) der Ladungskollektorelektroden. DasComputersystem 25 des vorliegenden bildgebenden Systems 10 istjedoch in der Lage, den Ort des Röntgenphotons mit feinerer Auflösung zubestimmen, indem dieser Ort innerhalb der Fläche der Zentralelektrode derdefinierten quadratischen Ma trix 86 bestimmt wird. Diese Bestimmungbasiert auf den Signalproben, die von den Signalkollektorelektroden 72 indieser Matrix erzeugt werden.
    [0027] Diex- und y-Koordinaten des Röntgenphotonereignissesin Bezug auf den Mittelpunkt (0,0) der Matrix 86 werdendurch das Computersystem 25 durch Bestimmung eines gewichtetenIntensitätsmittelwertsder Elektronen entlang der beiden orthogonalen Achsen gemäß den Gleichungen1 und 2 bestimmt:
    [0028] DieKoordinaten x, y des Röntgenphotonereignissesund die Photonenintensität,wie sie durch M gekennzeichnet wird, werden in dem Speicher des Computersystems 25 zurnachfolgenden Verwendung mit ähnlichenDaten von anderen Röntgenphotonereignissenabgespeichert, die bei einer gegebenen Röntgenexposition auftreten,um ein Bild des Objekts 15 zu konstruieren.
    [0029] DieAnalyse der elektrischen Signale von den Ladungskollektorelektrodenin der Matrix bestimmt den Ort des Röntgenphotonereignisses auch dann,wenn das resultierende Licht sich in dem Szintillator verteilt hatund eine ansehnliche Wolke von Elektronen erzeugt hat. Deshalb wirdder nachteilige Effekt auf die Bildauflösung, die sich durch die Lichtstreuungoder -verteilung in dem Szintillator ergibt, durch Lokalisierungdes Röntgenphotonenereignissesgemäß der vorliegendenErfindung reduziert. Dies gestattet die Nutzung dickerer Szintillatorenzur Erhöhungder Röntgenerfassungseffizienzohne signifikante Verminderung der Bildauflösung.
    [0030] Essollte angemerkt werden, dass einige der Photoelektronen an derPeripherie der Wolke 82 die Auslesestufe 70 außerhalbder Quadratmatrix 86 treffen können. Diesem Effekt begegnenwenig Bedenken, wenn das Röntgenphotonereignisdirekt überder Mitte einer Ladungskollektorelektrode 72 stattfindet,weil solche äußeren Elektronenrelativ gleichmäßig in allenRichtungen um die Matrix verteilt sind. Jedoch ist das Röntgenphotonenereignisin der Regel gegen die Mitte einer Ladungskollektorelektrode 72 verschoben,wie beispielsweise oberhalb eines Orts 90 in 5. Deshalb werden einigeder primärenPhotoelektronen in dem oberen rechten Teil der Wolke 82 nichtinnerhalb der 3×3-Elektrodenmatrix 85 auftreffen.Folglich basiert die Bestimmung des Orts des Röntgenphotonenereignisses aufnicht symmetrischen Datenproben und erzeugt Koordinaten für einenPunkt 92, der gegen den tatsächlichen Ort 90 desRöntgenphotonenereignissesverschoben ist. Außerdemträgt dasSystem beeinflussende Rauschen zu der Verlagerung Δ bei. SowohlQuantenrauschen in Folge von Variationen der Anzahl von Photoelektronen,die in unterschiedlichen Abschnitten des Szintillators 30 gemäß einerPoisson-Verteilung erzeugt worden sind, als auch räumlichesQuantisierungsrauschen trägtzu der Verlagerung des berechneten Orts gegen den tatsächlichenOrt des Röntgenphotonereignissesbei.
    [0031] DerVerlagerungsfehler kann korrigiert werden, indem empirische Datengesammelt werden, die diesen Fehler quantifizieren. Nach einer Technikwerden Röntgenstrahlendurch eine feine Blende (pin hole) gesandt, so dass sie auf einemwohldefinierten bekannten Ort auf der Auslesestufe 70 auftreffen.Die Signale der Ladungskollektorelektroden 72 werden wievorstehend beschrieben verarbeitet, um den Ort des Röntgenphotonenereignisseszu bestimmen. Der berechnete Ort (X,Y)_cal wird dann mit dem tatsächlichenOrt (X,Y)_true verglichen, um einen Korrekturkoeffizienten (X,Y)_coef= (X,Y)_true – (X,Y)_calzu bestimmen. Der Korrekturkoeffizient für jede zentrale Ladungskollektorelektrodekann auf diese Weise abgeleitet und in einer Look-up-Tabelle abgespeichertwerden. Währendder realen Bildgebung wird jeder berechnete Ort korrekturverrechnet, umeinen korrigierten Ort (X,Y)_corr = (X,Y)_cal + (X,Y)_coef zu bilden.
    [0032] Eineandere Kalibrierungstechnik nutzt eine sehr große Matrixgröße (z.B. eine 9×9-Matrixanstelle einer 3×3-Matrixwie sie zur Bildgebung verwendet wird). Mit dieser viel größeren Matrixbleiben nur sehr wenige Photoelektronen unerfasst und die Gleichungen1 und 2 ergeben im Wesentlichen die tatsächliche Position (X,Y)_truedes Röntgenphotonener eignisses.Obwohl diese viel größere Matrixbei der realen Bildgebung verwendet werden könnte, erfordert dies eine signifikantgrößere Verarbeitungszeit,beispielsweise ist die Verarbeitungszeit für eine 9×9-Matrix neun mal größer alsfür eine3×3-Matrix.Bei der letztgenannten Kalibrationstechnik wird der Ort des Photonenereignisseszweimal berechnet, wobei einmal die Daten von der 9×9-Matrixund ein anderes Mal die Daten von der 3×3-Matrix verwendet werden. DieDifferenz der beiden berechneten Orte definiert den Verschiebungsfehlerfür diemittige Ladungskollektorelektrode der Matrizen und ist somit derKorrekturkoeffizient.
    [0033] EineEinrichtung 16 zur Erfassung von Röntgenstrahlen weist einen Szintillator 30 auf,der eine Anzahl von Photoelektronen aussendet, wenn er von einemRöntgenphotongetroffen wird. Die Photoelektronen werden in einem Gaselektronenvervielfacher 44 verstärkt unddie sich ergebenden Photoelektronen werden mit einem zweidimensionalenArray 70 von Ladungskollektorelektroden 72 aufgefangen.Es werden elektrische Signale erzeugt, die die Anzahl der Photoelektronenkennzeichnen, die jede Ladungskollektorelektrode 72 treffen.Ein Prozessor 20 bestimmt den Ort des Röntgenphotonentreffers durchAnalyse der räumlichenVerteilung der Photoelektronen, die durch das Array der Ladungskollektorelektroden 72 aufgefangenworden sind. Die Intensitätdes Röntgenphotonswird aus der Anzahl der aufgefangenen Photoelektronen bestimmt.
    [0034] Dievorstehende Beschreibung ist primär auf die bevorzugte Ausführungsformder Erfindung gerichtet. Obwohl einige Alternativen innerhalb desBereichs der Erfindung genannt worden sind, ist zu unterstellen,dass ein Fachmann zusätzlicheAlternativen erkennt, die nun aus der Offenbarung der Ausführungsformender Erfindung hervorgehen. Entsprechend wird der Schutzbereich derErfindung durch die nachfolgenden Patentansprüche und nicht durch die obigeOffenbarung abgesteckt.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Einrichtung (16) zur Röntgendetektion: miteinem Szintillator (30), der, wenn er von einem Röntgenphotongetroffen wird, was als Röntgenphotonereignisbezeichnet wird, eine Anzahl von Photoelektronen (40) aussendet, miteinem Gaselektronenvervielfacher (44), der dem Szintillator(30) benachbart angeordnet ist, um die Anzahl von Photoelektronenaufzunehmen und der eine Anzahl von Stufen aufweist, mit einemzweidimensionalen Array von Ladungskollektorelektroden (72),die so angeordnet sind, dass sie die von dem Gaselektronenvervielfacher(44), ausgelöstvon dem Empfang der Anzahl von Photoelektronen des Szintillators(30) ausgesandten Photoelektronen aufnehmen, wobei jedeLadungskollektorelektrode ein elektrisches Signal erzeugt, das dieAnzahl von Photoelektronen kennzeichnet, die die entsprechende Ladungskollektorelektrodegetroffen haben und mit einem Signalprozessor (20),der die elektrischen Signale von einer zweidimensionalen Matrix(86) einer Anzahl von Ladungskollektorelektroden (72)in dem zweidimensionalen Array analysiert, um den Ort des Röntgenphotonenereignisseszu bestimmen.
    [2] Einrichtung (16) nach Anspruch 1, bei derder Signalprozessor (20) aus den elektrischen Signalen derLadungskollektorelektroden (72) in der Matrix (86)einen Intensitätswertfür dasRöntgenphotonenereignisbestimmt.
    [3] Einrichtung (16) nach Anspruch 1, bei derder Signalprozessor (20) die elektrischen Signale der Ladungskollektorelektroden(72) in der Matrix (86) aufsummiert, um einenEnergiewert fürdas Röntgenphotonenereigniszu bestimmen.
    [4] Einrichtung (16) nach Anspruch 1, bei derder Signalprozessor (20) den Ort des Röntgenphotonenereignisses bestimmt,indem ein gewichteter Intensitätsmittelwertder elektrischen Signale der zweidimensionalen Matrix (86)einer Anzahl von Ladungskollektorelektroden (72) bestimmtwird.
    [5] Einrichtung (16) nach Anspruch 1, bei derder Signalprozessor (20) den Ort des Röntgenphotonenereignisses gemäß der Gleichungenbestimmt:
    [6] Einrichtung (16) nach Anspruch 1, bei derjede Stufe des Gaselektronenvervielfachers (44) aufweist: einenIsolator (48) mit einer ersten und einer zweiten Metallfolienbekleidung(50, 52) an seinen einander gegenüber liegendenFlächen,so dass ein Sandwichaufbau gebildet ist und eine Anzahl vonDurchgangsöffnungen(54), die durch die Sandwichstruktur hindurchgehen.
    [7] Einrichtung (16) nach Anspruch 6, die außerdem eineQuelle (42) fürerste und zweite Vorspannpotentiale aufweist, die an die erste unddie zweite Metallbekleidung (50, 52) angelegtwird, so dass in jeder Durchgangsöffnung (54) ein konzentrierter elektrischerFeldbereich erzeugt wird.
    [8] Einrichtung (16) nach Anspruch 1 mit außerdem einemFokusgitter (74) zwischen benachbarte Ladungskollektorelektroden(72).
    [9] Verfahren zur Erfassung von Röntgenstrahlen, bei dem: einSzintillator (30) vorgesehen wird, der, wenn er von einemRöntgenphotongetroffen wird, wobei dieses Auftreffen als Röntgenphotonereignis bezeichnet wird,Photoelektronen aussendet, die Photoelektronen in einem Gaselektronenvervielfacher(44) mit einer Anzahl von Stufen (45, 46, 47 ) verstärkt werden, aufeinem zweidimensionalen Array (70) von Ladungskollektorelektroden(72) Photoelektronen empfangen werden, die von dem Gaselektronenvervielfacher(44) geliefert werden, wobei jede Ladungskollektorelektrodeein elektrisches Signal erzeugt, das eine Anzahl von Photoelektronenkennzeichnet, die die entsprechende Ladungskollektorelektrode treffen undbei dem in Abhängigkeitvon den elektrischen Signalen der zweidimensionalen Matrix (86)der mehreren Ladungskollektorelektroden (72) in dem zweidimensionalenArray (70) ein Ort des Röntgenphotonenereignisses bestimmtwird.
    [10] Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Bestimmungdes Orts des Röntgenphotonenereignissesbeinhaltet, dass ein gewichteter Intensitätsmittelwert der elektrischenSignale der zweidimensionalen Matrix (86) der mehrerenLadungskollektorelektroden (72) abgeleitet wird.
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    JP4570132B2|2010-10-27|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-08-18| R012| Request for examination validly filed|Effective date: 20110520 |
    2013-04-18| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20130101 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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