DE102012207752A1

DE102012207752A1 - Imaging unit, particularly medical imaging unit for generating two-dimensional digital projection image of patient or body part, has radiation source and flat panel detector with multiple detector elements

Info

Publication number: DE102012207752A1
Application number: DE201210207752
Authority: DE
Inventors: Marcus Gutfleisch; Thomas Tücking
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2013-11-14

Abstract

The imaging unit has a radiation source and a flat panel detector (3) with multiple detector elements. Each detector element has an elongated sensor surface (11). The individual sensor surfaces are arranged longitudinally adjacent to one another in a one-dimensional series by forming a common detector surface (12) facing the radiation source. The detector surface is rotatably mounted about a rotational axis (17), which is perpendicular to the detector surface. The radiation source is an X-ray source. Independent claims are included for the following: (1) a flat panel detector with a bearing; and (2) a method for generating a two-dimensional overall picture.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine, insbesondere medizinische Bildgebungseinrichtung, welche einen Flachbilddetektor umfasst. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Erzeugung eines zweidimensionalen Bildes mit Hilfe der Bildgebungseinrichtung. The invention relates to a, in particular medical imaging device, which comprises a flat-panel detector. The invention further relates to a method for producing a two-dimensional image with the aid of the imaging device.

Eine Bildgebungseinrichtung der vorstehend genannten Art dient zur Erzeugung eines zweidimensionalen digitalen Projektionsbildes eines abzubildenden Objekts, meist eines Patienten oder eines Körperteils eines solchen. Bei dem Projektionsbild handelt es sich dabei insbesondere um ein Röntgenbild, das unter Durchleuchtung des Objekts mit Röntgenstrahlung aufgenommen wurde. Bei dem Flachbilddetektor handelt es sich entsprechend insbesondere um einen Röntgendetektor. An imaging device of the aforementioned type is used to generate a two-dimensional digital projection image of an object to be imaged, usually a patient or a body part of such. In particular, the projection image is an X-ray image which was recorded by X-raying the object through fluoroscopy. The flat-panel detector is correspondingly in particular an X-ray detector.

Eine solche Bildgebungseinrichtung umfasst üblicherweise eine Strahlenquelle (Röntgenstrahlquelle) sowie den in Gegenüberstellung hierzu angeordneten (Flachbild-)Detektor (engl. „Flat Panel Detector“). Das abzubildende Objekt wird zu Durchleuchtungszwecken zwischen Strahlenquelle und Detektor positioniert, wodurch die von der Strahlenquelle in Richtung des Detektors emittierte Strahlung durch das Objekt partiell abgeschwächt wird. Such an imaging device usually comprises a radiation source (X-ray source) as well as the (flat-panel) detector arranged opposite thereto ("flat panel detector"). The object to be imaged is positioned for transillumination purposes between the radiation source and the detector, whereby the radiation emitted by the radiation source in the direction of the detector is partially attenuated by the object.

Zur Umwandlung der auf dem Detektor auftreffenden Strahlung in ein zur Weiterverarbeitung geeignetes elektrisches Signal sind hauptsächlich zwei Arten von Detektoren im Einsatz. To convert the radiation incident on the detector into an electrical signal suitable for further processing, two types of detectors are mainly used.

Indirekt nachweisende Detektoren umfassen üblicherweise Szintillatoren, welche die Röntgenstrahlen zunächst in sichtbares Licht umwandeln, sowie nachgeschaltete Fotodioden zur Detektion des sichtbaren Lichts. Indirect detection detectors typically include scintillators, which first convert the x-rays to visible light, and downstream photodiodes for detecting visible light.

Alternativ hierzu werden direktumwandelnde Detektoren eingesetzt, die die von der Strahlenquelle emittierten Photonen (Röntgen-Quanten) direkt nachweisen. Ein direktumwandelnder Detektor umfasst normalerweise Halbleiter-Dioden, in denen bei Absorption eines Röntgenquants ein elektrischer Ladungsimpuls erzeugt wird. Alternatively, direct-conversion detectors are used, which directly detect the photons emitted by the radiation source (X-ray quanta). A direct-conversion detector typically includes semiconductor diodes in which an electrical charge pulse is generated upon absorption of an X-ray quantum.

Herkömmlicherweise weist ein solcher Flachbilddetektor eine ebene, häufig etwa quadratische Detektorfläche auf, die zur Erzeugung der zweidimensionalen ortsaufgelösten Bildinformation in einem zweidimensionalen Gittermuster (Array) pixeliert ist. Jedes Pixel dabei wird durch eine Ausleseelektronik separat ausgelesen. Conventionally, such a flat panel detector has a planar, often approximately square detector surface, which is pixelated in a two-dimensional grid pattern (array) for generating the two-dimensional spatially resolved image information. Each pixel is read out separately by readout electronics.

Nachteiligerweise ist die Herstellung eines solchen Flachbilddetektors, insbesondere infolge der komplexen Auswerteelekronik und deren Verschaltung mit den einzelnen Detektorpixeln vergleichsweise aufwändig. Solche Flachbilddetektoren sind insbesondere bei großer Pixelanzahl entsprechend teuer. Disadvantageously, the production of such a flat-panel detector, in particular as a result of the complex evaluation electronics and their connection to the individual detector pixels, is comparatively complicated. Such flat panel detectors are correspondingly expensive, especially with a large number of pixels.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Herstellungsaufwand für einen Flachbilddetektor und eine mit einem solchen ausgerüstete Bildgebungseinrichtung zu vereinfachen. The invention has for its object to simplify the production cost of a flat-panel detector and equipped with such imaging device.

Diese Aufgabe wird bezüglich einer Bildgebungseinrichtung erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich eines Flachbilddetektors wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 9. Bezüglich eines Verfahrens zur Erzeugung eines zweidimensionalen Gesamtbildes mittels einer solchen Bildgebungseinrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 11. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der Unteransprüche. With regard to an imaging device, this object is achieved according to the invention by the features of claim 1. With regard to a flat-panel detector, the object is achieved by the features of claim 9. With regard to a method for producing a two-dimensional overall image by means of such an imaging device, the object is achieved by the features of claim 11. Advantageous and partly inventive embodiments and developments are the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Bildgebungseinrichtung umfasst eine Strahlenquelle sowie einen Flachbilddetektor. Eine vereinfachte Herstellung des Flachbilddetektors wird hierbei dadurch erzielt, dass der Flachbilddetektor anders als herkömmliche Flachbilddetektoren – keine zweidimensionale Anordnung von Pixeln, sondern lediglich eine eindimensionale Reihe von Detektorelementen aufweist. Jedes Detektorelement weist hierbei eine längliche Sensorfläche auf, wobei die einzelnen Sensorflächen unter Bildung einer gemeinsamen, der Strahlenquelle zugewandten Detektorfläche längsseitig aneinandergrenzend angeordnet sind. In anderen Worten ist die Detektorfläche erfindungsgemäß nicht in herkömmlicher Weise in einzelne Bildpunkte einer zweidimensionalen Bildmatrix unterteilt, sondern in eine eindimensionale Reihe von einzelnen Bildstreifen. Die einzelnen Sensorflächen weisen vorzugsweise eine Streifenform mit einer ausgeprägten Längsrichtung auf. Vorzugsweise beträgt das Längen-Breiten-Verhältnis jeder Sensorfläche mehr als 500:1, vorzugsweise etwa 2000:1. The imaging device according to the invention comprises a radiation source and a flat-panel detector. A simplified production of the flat-panel detector is here achieved in that the flat-panel detector differently than conventional flat-panel detectors - no two-dimensional array of pixels, but only a one-dimensional array of detector elements. Each detector element in this case has an elongated sensor surface, wherein the individual sensor surfaces are arranged adjacent to one another while forming a common detector surface facing the radiation source. In other words, according to the invention, the detector surface is not subdivided into individual pixels of a two-dimensional image matrix in a conventional manner, but into a one-dimensional row of individual image strips. The individual sensor surfaces preferably have a strip shape with a pronounced longitudinal direction. Preferably, the length-to-width ratio of each sensor surface is more than 500: 1, preferably about 2000: 1.

Um mit Hilfe des erfindungsgemäß eindimensionalen Flachbilddetektors dennoch eine zweidimensionale Bildinformation zu erhalten, ist der Flachbilddetektor erfindungsgemäß um eine Drehachse rotierbar, die im Wesentlichen (d.h. exakt oder zumindest näherungsweise) senkrecht auf der Detektorfläche steht. Diese Drehachse befindet sich insbesondere im Flächenmittelpunkt der Detektorfläche, und fluchtet vorzugsweise mit einem Zentralstrahl der Strahlenquelle. In order to still obtain two-dimensional image information with the aid of the one-dimensional flat-panel detector according to the invention, the flat-panel detector is rotatable according to the invention about an axis of rotation that is substantially (i.e., exactly or at least approximately) perpendicular to the detector surface. This axis of rotation is located in particular in the area center of the detector surface, and preferably aligned with a central beam of the radiation source.

Der erfindungsgemäße Flachbilddetektor kommt aufgrund seiner Eindimensionalität gegenüber herkömmlichen Flachbilddetektoren mit vergleichbarer Größe und Auflösung mit einer wesentlich geringeren Anzahl von, insbesondere vergleichsweise großflächigen Detektorelementen aus. Er ist bereits deshalb besonders rationell herzustellen. Zudem kann auch eine zu Auslesezwecken in den Detektor vorgesehene Ausleseelektronik besonders kompakt und einfach gestaltet werden. Dies erleichtert und vergünstigt insbesondere wesentlich auch die Integration der Ausleseelektronik in den Flachbilddetektor. Due to its one-dimensionality, the flat-panel detector according to the invention has a comparable size and resolution compared with conventional flat-panel detectors much smaller number of, in particular comparatively large-area detector elements. It is therefore already particularly rational to produce. In addition, also provided for readout purposes in the detector readout electronics can be made particularly compact and simple. In particular, this significantly facilitates and reduces the integration of the readout electronics into the flat-panel detector.

Zur Erzeugung eines zweidimensionalen Gesamtbildes mit Hilfe der Bildgebungseinrichtung wird verfahrensgemäß der Detektor kontinuierlich oder rotationsschrittweise um einen vorgegebenen Winkel (insbesondere um mindestens 180°) um die Drehachse gedreht. Dabei wird eine Mehrzahl von eindimensionalen Ansichten (nachfolgend auch als 1D-Ansicht bezeichnet) erzeugt, die jeweils einer bestimmten Rotationsstellung des Flachbilddetektors entsprechen. Der Begriff „(1D-)Ansicht“ bezeichnet hierbei ein mittels des Detektors aufgenommenes, eindimensionales Einzelbild. Jede Ansicht umfasst demnach für jedes Detektorelement jeweils einen zugeordneten Intensitätswert. In diesen Intensitätswert geht die über die gesamte Länge von dem jeweiligen Detektorelement detektierte Strahlungsmenge ein. Der einem Detektorelement zugeordnete Intensitätswert ist deshalb auch „längenintegrierter“ Intensitätswert bezeichnet. Jede der 1D-Ansichten stellt mit anderen Worten ein quer zur Längserstreckung der einzelnen Sensorflächen verlaufendes Intensitätsprofil dar. In order to produce a two-dimensional overall image with the aid of the imaging device, according to the method the detector is rotated continuously or rotationally in steps by a predetermined angle (in particular by at least 180 °) about the axis of rotation. In this case, a plurality of one-dimensional views (hereinafter also referred to as 1D view) are generated, each corresponding to a particular rotational position of the flat panel detector. The term "(1D) view" here refers to a one-dimensional image taken by the detector. Each view accordingly comprises an associated intensity value for each detector element. The radiation quantity detected by the respective detector element over the entire length enters this intensity value. The intensity value assigned to a detector element is therefore also termed "length-integrated" intensity value. In other words, each of the 1D views represents an intensity profile extending transversely to the longitudinal extension of the individual sensor surfaces.

Aus den aufgenommenen 1D-Ansichten wird verfahrensgemäß ein zweidimensionales Gesamtbild rekonstruiert. Dabei wird vorteilhafterweise auf Rekonstruktionsverfahren zurückgegriffen, wie sie an sich insbesondere in der Computertomographie eingesetzt werden und beispielsweise in Steven W. Smith: „The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing“, 1997, ISBN 0-9660176-3-3 beschrieben sind. Die Rekonstruktion erfolgt dabei vorzugsweise mittels gefilterter Rückprojektion. In einer Variante des Verfahrens wird das Gesamtbild durch ein iteratives Rekonstruktionsverfahren aus den einzelnen Ansichten erstellt, wobei die Iterationsschritte selbst wiederum eine gefilterte Rückprojektion enthalten können. Die Nutzung eines Rückprojektionsverfahrens hat hierbei den Vorteil, dass bereits während der Aufzeichnung der Ansichten mit der Rekonstruktion des Gesamtbildes begonnen werden kann. Für die Rekonstruktion kann im Rahmen der Erfindung grundsätzlich aber auch ein algebraisches (und somit mathematisch exaktes) Rekonstruktionsverfahren herangezogen werden. According to the method, a two-dimensional overall image is reconstructed from the recorded 1D views. In this case, recourse is advantageously made to reconstruction methods, as they are used in particular in computed tomography and, for example, in Steven W. Smith: "The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing", 1997, ISBN 0-9660176-3-3 are described. The reconstruction is preferably carried out by means of filtered rear projection. In one variant of the method, the overall image is created by an iterative reconstruction method from the individual views, wherein the iteration steps themselves may in turn contain a filtered backprojection. The advantage of using a backprojection method is that it is possible to start the reconstruction of the entire image while the views are still being recorded. For the reconstruction, however, an algebraic (and therefore mathematically exact) reconstruction method can in principle also be used within the scope of the invention.

Die Anzahl der während der Detektordrehung erfassten 1D-Ansichten ist dabei vorzugsweise derart gewählt, dass sie mindestens der anhand der nachfolgenden Gleichungen ermittelten Minimalanzahl W_min entspricht 2·f_max·FoV GLG 1 W_min = D_min GLG 2 wobei

D_min: die minimale Anzahl an Detektorelementen,
FoV: das Sichtfeld (engl. „Field of View“), und
f_max: das angestrebte Auflösungsvermögen

bezeichnen. The number of 1D views acquired during the detector rotation is preferably selected such that it corresponds at least to the minimum number W _min determined on the basis of the following equations

2 · f _max · FoV GLG 1

W _min = D _min GLG 2

in which

D _min: the minimum number of detector elements,
FoV: the field of view, and
f _max: the desired resolution

describe.

Das Sichtfeld bezeichnet die maximale Länge eines Objektes, das in einer vorgegebenen Aufnahmeebene senkrecht zur Strahlrichtung aufgenommen werden kann. Das Sichtfeld kann z.B. durch ein Messobjekt mit geeigneter Längenskala vermessen werden. Die Größe des Sichtfeldes wird typischerweise in cm angegeben. The field of view denotes the maximum length of an object that can be recorded in a given recording plane perpendicular to the beam direction. The field of vision may e.g. be measured by a measuring object with a suitable length scale. The size of the field of view is typically given in centimeters.

Das Auflösungsvermögen wird typischerweise in Linienpaaren (Lp) pro Längeneinheit angegeben, wobei hierfür häufig cm oder mm herangezogen werden, entsprechend also in lp/cm oder lp/mm. Bestimmt wird das Auflösungsvermögen beispielsweise mit geeigneten Auflösungsphantomen, in denen Raster verschiedener Granularität eingebettet sind und deren Erkennbarkeit geprüft wird. Bei einer quantitativen Analyse des Bildes im Ortsfrequenzraum wird typischerweise ein Abfall der Übertragungsfunktion von Frequenzbestandteilen des idealisierten Eingangsbildes zum tatsächlichen Bild auf 10% als Auflösung angegeben. The resolution is typically given in line pairs (Lp) per unit length, often using cm or mm, corresponding to lp / cm or lp / mm. The resolving power is determined, for example, with suitable resolution phantoms, in which grids of different granularity are embedded and whose recognizability is checked. In a quantitative analysis of the image in the spatial frequency space, a drop in the transfer function of frequency components of the idealized input image to the actual image is typically given as 10% as the resolution.

Vorzugsweise umfasst die Bildgebungseinrichtung eine Steuer- und Auswerteeinheit (nachfolgend kurz Auswerteeinheit), durch die das vorstehend beschriebene Verfahren automatisch ausgeführt wird. Die Auswerteeinheit ist entsprechend dazu eingerichtet, durch Ansteuerung des rotierenden Flachbilddetektors die vorstehend beschriebenen 1D-Ansichten zu erzeugen und aus diesen Ansichten das das zweidimensionale Gesamtbild zu rekonstruieren. The imaging device preferably comprises a control and evaluation unit (hereinafter referred to briefly as evaluation unit), by means of which the method described above is carried out automatically. The evaluation unit is accordingly set up to generate the above-described 1D views by driving the rotating flat-panel detector and to reconstruct the two-dimensional overall image from these views.

Die Auswerteeinheit ist dabei insbesondere in Form eines Softwareprogramms realisiert, das lauffähig auf einem der Bildgebungseinrichtung zugeordneten Bedien- und/oder Auswerterechner installiert ist. Im Rahmen der Erfindung ist alternativ aber auch möglich, die Auswerteeinheit in einer programmierbaren Graphikkarte zu integrieren oder als eigenständige Hardwarekomponente, zum Beispiel in Form eines ASIC (Application Specific Integrated Circuit) oder FPGA (Field Programmable Gate Array) zu realisieren. The evaluation unit is realized in particular in the form of a software program that is executable and installed on an operating and / or evaluation computer assigned to the imaging device. In the context of the invention, however, it is alternatively also possible to integrate the evaluation unit in a programmable graphics card or to realize it as an independent hardware component, for example in the form of an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field Programmable Gate Array).

Vorzugsweise handelt es sich bei der Strahlungsquelle um eine Röntgenstrahlquelle. Die Verwendung von anderen, zur Erzeugung von ionisierender Strahlung geeigneten Strahlungsquellen, ist im Rahmen der Erfindung jedoch grundsätzlich auch denkbar. The radiation source is preferably an X-ray source. The However, use of other sources of radiation suitable for generating ionizing radiation is basically also conceivable within the scope of the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Flachbilddetektor mindestens ein Detektorelement, welches im Wesentlichen durch einen stab- oder streifenförmigen Szintillator zur Umwandlung der auftreffenden (Röntgen-)Strahlung in sichtbares Licht sowie eine zugeordnete Fotodiode zur Detektion des im Szintillator entstehenden Lichts gebildet ist. Die Sensorfläche des Detektorelements ist in diesem Fall durch eine streifenförmige Oberseite des Szintillators gebildet. In a preferred embodiment, the flat-panel detector comprises at least one detector element, which is essentially formed by a rod-shaped or strip-shaped scintillator for converting the incident (X-ray) radiation into visible light and an associated photodiode for detecting the light produced in the scintillator. The sensor surface of the detector element is formed in this case by a strip-shaped upper side of the scintillator.

In einer alternativen Ausgestaltung umfasst der Flachbilddetektor mindestens ein Detektorelement, das im Wesentlichen durch eine direktwandelnde Halbleiterdiode gebildet ist. Dabei weist jede Halbleiterdiode einen im Wesentlichen stab- oder streifenförmigen Halbleiterkörper auf, dessen Oberseite die Sensorfläche bildet. In einer fertigungstechnisch bevorzugten Variante ist der Flachbilddetektor durch einen flächigen Halbleiterkörper gebildet, der auf einer Flächenseite einheitlich dotiert ist, während auf der anderen Flächenseite zur Bildung der einzelnen Dioden eine eindimensionale Reihe von diskreten dotierten Streifenabschnitten gebildet ist. In an alternative embodiment, the flat-panel detector comprises at least one detector element, which is essentially formed by a direct-converting semiconductor diode. In this case, each semiconductor diode has a substantially rod-shaped or strip-shaped semiconductor body whose upper side forms the sensor surface. In a manufacturing technology preferred variant of the flat panel detector is formed by a flat semiconductor body which is uniformly doped on one surface side, while on the other surface side to form the individual diodes, a one-dimensional array of discrete doped strip portions is formed.

Grundsätzlich können im Rahmen der Erfindung die beiden vorstehend beschriebenen Detektorvarianten auch kombiniert sein. In dieser Ausführung umfasst jedes Detektorelement zusätzlich zu einem Szintillator eine direktumwandelnde Halbleiterdiode für die Auslese. Die von einem solchen Detektor gemessene Gesamtstrahlungsmenge ergibt sich dabei aus einer – je nach Energie der verwendeten Strahlung verschieden ausgeprägten – Überlagerung von direkter und indirekter Strahlungsmessung. In principle, the two detector variants described above can also be combined within the scope of the invention. In this embodiment, each detector element includes, in addition to a scintillator, a direct conversion semiconductor diode for readout. The total amount of radiation measured by such a detector results from a superimposition of direct and indirect radiation measurement, which varies depending on the energy of the radiation used.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Flachbilddetektor mindestens ein Detektorelement, das durch eine Ionisationskammer gebildet ist. In a further embodiment, the flat-panel detector comprises at least one detector element, which is formed by an ionization chamber.

In bevorzugter Dimensionierung weist der Flachbilddetektor eine Anzahl von mindestens 2048 Sensorflächen auf, welche vorzugsweise jeweils eine Länge von etwa 400 mm und eine Breite von etwa 0,2 mm aufweisen. Der Flachbilddetektor hat dabei vorzugsweise eine etwa quadratische Detektorfläche mit einer bevorzugten Kantenlänge von etwa 40 cm. In preferred dimensioning, the flat-panel detector has a number of at least 2048 sensor surfaces, which preferably each have a length of about 400 mm and a width of about 0.2 mm. The flat-panel detector preferably has an approximately square detector surface with a preferred edge length of about 40 cm.

Der Flachbilddetektor umfasst insbesondere ein Lager zur rotierbaren Halterung des Detektors. In particular, the flat-panel detector comprises a bearing for the rotatable mounting of the detector.

Ferner ist dem Flachbilddetektor zweckmäßigerweise eine Ausleseelektronik zugeordnet, die dazu eingerichtet ist, die jeweils auf der Sensorfläche eines einzelnen Detektorelements auftreffende Strahlung zu registrieren und als Intensitätswert auszugeben. Furthermore, the flat-panel detector is expediently assigned readout electronics which are set up to register the radiation impinging on the sensor surface of a single detector element and output it as an intensity value.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:

1 in einer schematischen Querschnittsdarstellung eine Bildgebungseinrichtung mit einem um eine Drehachse rotierbaren (Flachbild-)Detektor in einer ersten Ausführungsform, in welcher der Detektor als ein indirekt nachweisender Detektor ausgebildet ist, 1 3 shows a schematic cross-sectional representation of an imaging device with a (flat-screen) detector rotatable about a rotation axis in a first embodiment, in which the detector is designed as an indirectly detecting detector,

2 in einer Draufsicht entlang der Drehachse den Flachbilddetektor mit einer Vielzahl von länglichen Sensorflächen, 2 in a plan view along the axis of rotation of the flat panel detector with a plurality of elongated sensor surfaces,

3 in Darstellung gemäß 2 den Detektor in einer Ausgangsrotationsstellung bei der Abbildung eines Objekts, sowie eine in dieser Ausgangsrotationsstellung erzeugte eindimensionale gefilterte Ansicht des Objekts, 3 in illustration according to 2 the detector in an initial rotational position when imaging an object, and a one-dimensional filtered view of the object generated in this initial rotational position,

4 und 5 jeweils in Darstellung gemäß 3 den Detektor in weiteren Rotationsstellungen, sowie die jeweils zugeordneten gefilterten Ansichten des Objekts gemäß 3, 4 and 5 in each case according to illustration 3 the detector in further rotational positions, and the respective associated filtered views of the object according to 3 .

6 ein durch Rückprojektion der drei Ansichten gemäß den 3 bis 5 erzeugtes Gesamtbild des Objekts gemäß 3, und 6 one by rear projection of the three views according to the 3 to 5 generated overall image of the object according to 3 , and

7 im Querschnitt den Flachbilddetektor gemäß einer zweiten Ausführungsform, in welcher der Detektor als direktumwandelnder Detektor ausgebildet ist. 7 in cross section the flat panel detector according to a second embodiment, in which the detector is designed as a direct-converting detector.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.

1 zeigt Teile einer, insbesondere medizinischen, Bildgebungseinrichtung 1 zur digitalen Aufnahme eines Röntgenbildes. Die Bildgebungseinrichtung 1 umfasst eine Röntgenstrahlquelle 2 sowie einen (Flachbild-)Detektor 3. Im Betrieb emittiert die Röntgenstrahlquelle 2 in einem Kegelstrahl Röntgenstrahlung 4 in Richtung des Detektors 3. Ein innerhalb des Strahlengangs der Röntgenstrahlung 4 befindliches, zu durchleuchtendes Objekt 5 schwächt die auf dem Detektor 3 eintreffende Röntgenstrahlung 4 ab, wodurch sich ein als Röntgenbild zu detektierender Bildkontrast auf dem Detektor 3 ergibt. 1 shows parts of a, in particular medical, imaging device 1 for the digital recording of an X-ray image. The imaging device 1 includes an X-ray source 2 and a (flat-panel) detector 3 , In operation, the X-ray source emits 2 in a cone beam x-ray radiation 4 in the direction of the detector 3 , One within the beam path of the X-ray radiation 4 located, to be screened object 5 weakens those on the detector 3 incoming X-radiation 4 resulting in an image contrast to be detected on the detector as X-ray image 3 results.

Bei dem zu durchleuchtenden Objekt handelt es sich in der medizinischen Anwendung regelmäßig um ein Körperteil eines Patienten. Zu Erläuterungszwecken ist das abzubildende Objekt 5 hier allerdings vereinfacht und beispielhaft als röntgenintransparente runde Scheibe dargestellt. The object to be screened in the medical application is regularly a body part of a patient. For explanatory purposes, the object to be imaged is 5 here, however simplified and exemplified as a radiopaque round disc.

Der Detektor 3 umfasst eine Anzahl N von Detektorelementen 10. Jedes Detektorelement 10 weist dabei eine bestimmungsgemäß der Röntgenstrahlquelle 2 zugewandte Sensorfläche 11 auf. Wie der schematischen Draufsicht in 2 zu entnehmen ist, haben die Sensorflächen 11 eine längliche, streifenartige Form. Jede Sensorfläche 11 hat dabei beispielsweise eine Länge L von etwa 400 mm und eine Breite B von etwa 0,2 mm. Die einzelnen Detektorelemente 10 sind dabei längsseitig und parallel zueinander derart aneinandergesetzt, dass die einzelnen Sensorflächen 11 zusammen eine etwa quadratische Detektorfläche 12 bilden. The detector 3 comprises a number N of detector elements 10 , Each detector element 10 has an intended purpose of the X-ray source 2 facing sensor surface 11 on. As the schematic plan view in 2 it can be seen, have the sensor surfaces 11 an elongated, strip-like shape. Every sensor surface 11 has, for example, a length L of about 400 mm and a width B of about 0.2 mm. The individual detector elements 10 are placed side by side and parallel to each other in such a way that the individual sensor surfaces 11 together an approximately square detector surface 12 form.

Der Detektor 3 ist mit Hilfe eines angedeuteten Lagers 16 (1) um eine auf dem Flächenmittelpunkt der Detektorfläche 12 senkrecht stehende Drehachse 17 rotierbar. 1 ist zu entnehmen, dass die Drehachse 17 in etwa mit einem Zentralstrahl der Röntgenstrahlung 4 fluchtet. The detector 3 is with the help of an indicated camp 16 ( 1 ) around one on the centroid of the detector surface 12 vertical axis of rotation 17 rotatable. 1 it can be seen that the axis of rotation 17 approximately with a central ray of the X-radiation 4 flees.

In 2 ist der Detektor 3 mit durchgezogenen Linien in einer Ausgangsrotationsstellung dargestellt. Mit gestrichelten Linien ist der Detektor 3 in 2 in einer weiteren Rotationsstellung gezeigt, in der der Detektor 3 gegenüber der Ausgangsrotationsstellung im Gegenuhrzeigersinn um etwa 45° verdreht ist. Der Detektor 3 kann kontinuierlich um die Drehachse 17 rotierbar sein. Alternativ hierzu ist der Detektor 3 ausgehend von der Ausgangsrotationsstellung in eine Anzahl R von unterschiedlichen, diskreten Rotationsstellungen bis zu einer Endrotationsstellung verdrehbar. Die Endrotationsstellung ist hier insbesondere um 180° gegenüber der Ausgangsrotationsstellung verdreht. Die Anzahl entspricht mindestens der Mindestanzahl W_min gemäß GLG 2. Sie ist vorzugsweise aber größer gewählt. In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Detektor 3 als indirekt umwandelnder Detektor ausgebildet. Jedes Detektorelement 10 umfasst einen stabförmigen Szintillator 20 aus einem Cäsiumiodid-Einkristall zur Umwandlung von auf die Sensorfläche 11 auftreffender Röntgenstrahlung 4 in sichtbares Licht. Jedes Detektorelement 10 umfasst des Weiteren eine längliche Fotodiode 21, die fluchtend zu dem Szintillator 20 an dessen von der Röntgenstrahlquelle 2 abgewandten Unterseite 22 angeordnet ist und zur Detektion von dem Szintillator 20 emittierten sichtbaren Lichts dient. Durch die jeweilige Fotodiode 21 wird beim Auftreffen von Röntgenstrahlung 4 auf die zugeordnete Sensorfläche 11 ein (der eintreffenden Strahlungsmenge proportionales) elektrisches Signal erzeugt, welches von einer die Fotodioden 21 kontaktierenden Ausleseelektronik 25 registriert wird. In 2 is the detector 3 shown by solid lines in a Ausgangsrotationsstellung. With dashed lines is the detector 3 in 2 shown in a further rotational position in which the detector 3 is rotated counterclockwise by about 45 ° with respect to the output rotational position. The detector 3 can be continuous around the rotation axis 17 be rotatable. Alternatively, the detector 3 starting from the initial rotational position in a number R of different, discrete rotational positions to an end rotation position rotatable. The end rotation position is here in particular rotated by 180 ° with respect to the initial rotational position. The number corresponds at least to the minimum number W _{min in} accordance with GLG 2. However, it is preferably larger. In the embodiment shown here, the detector is 3 formed as an indirectly converting detector. Each detector element 10 comprises a rod-shaped scintillator 20 from a cesium iodide single crystal for conversion from to the sensor surface 11 incident X-radiation 4 in visible light. Each detector element 10 further comprises an elongated photodiode 21 , which are aligned with the scintillator 20 at the from the X-ray source 2 opposite bottom 22 is arranged and for detection of the scintillator 20 emitted visible light is used. Through the respective photodiode 21 becomes when hitting X-rays 4 on the assigned sensor surface 11 generates an electrical signal proportional to the incoming radiation quantity, which of one the photodiodes 21 contacting readout electronics 25 is registered.

Die Ausleseelektronik 25 gibt in jeder Rotationsstellung r (mit r = 1, 2, ..., R) für jedes Detektorelement 10 einen Intensitätswert S_n(r) (mit n = 1, 2, ..., N) an eine Auswerteeinheit 30 aus, der mit der über die Länge L der jeweiligen Sensorfläche 11 integrierten Röntgenintensität korreliert. The readout electronics 25 gives r (with r = 1, 2, ..., R) for each detector element in each rotational position 10 an intensity value S _n (r) (with n = 1, 2, ..., N) to an evaluation unit 30 out, with the length L over the respective sensor surface 11 integrated X-ray intensity correlates.

Die Auswerteeinheit 30 ist hier als Softwaremodul ausgebildet, das lauffähig in einem der Bildgebungseinrichtung 1 zugeordneten Bedien- und Auswerterechner implementiert ist. The evaluation unit 30 is here designed as a software module that runs in one of the imaging device 1 assigned operating and evaluation computer is implemented.

Die Auswerteeinheit 30 umfasst ein Konvertierungsmodul 31, das dazu eingerichtet ist, jeden Intensitätswert S_n(r) in einen jeweils zugehörigen Helligkeitswert H_n(r) umzurechnen. Dabei ist der Helligkeitswert konventionsgemäß umso höher gewählt, je stärker die Röntgenstrahlung 4 durch das Objekt 5 abgeschwächt wird, je geringer also die von dem jeweiligen Detektorelement detektierte Röntgenintensität ist. The evaluation unit 30 includes a conversion module 31 , which is set up to convert each intensity value S _n (r) into a respectively associated brightness value H _n (r). The brightness value is conventionally chosen to be higher, the stronger the X-ray radiation 4 through the object 5 is attenuated, the lower the detected by the respective detector element X-ray intensity.

Die Auswerteeinheit 30 umfasst weiterhin ein Bildmodul 32, das jeweils die für eine gemeinsame Rotationsstellung aufgenommenen Helligkeitswerte H₁(r) bis H_N(r) als eindimensionale Bilddatei (nachfolgend als Ansicht A(r) speichert. The evaluation unit 30 also includes an image module 32 which respectively stores the brightness values H ₁ (r) to H _N (r) recorded for a common rotational position as a one-dimensional image file (hereinafter referred to as view A (r).

Eine einzelne Ansicht A(r) ist demnach in einer bezüglich der Detektorfläche 12 unveränderlichen x-Richtung 35 (2) quer zur Längsausdehnung der einzelnen Detektorelemente 10 ortsaufgelöst, während sie in einer y-Richtung 36 (2) entlang der einzelnen Detektorelemente 10 keine ortsaufgelöste Helligkeitsinformation enthält. A single view A (r) is therefore in a respect to the detector surface 12 immutable x-direction 35 ( 2 ) transverse to the longitudinal extent of the individual detector elements 10 spatially resolved while moving in a y direction 36 ( 2 ) along the individual detector elements 10 contains no spatially resolved brightness information.

Jede Ansicht A(r) wird in einem Filtermodul 37 der Auswerteeinheit 30 mit Hilfe eines Filteralgorithmus in eine gefilterte Ansicht A‘(r) mit modifizierten Helligkeitswerten H‘ = H‘(r) konvertiert. Durch Rückprojektion der gefilterten Ansichten A‘(1) bis A‘(R) wird schließlich in einem Rekonstruktionsmodul 38 der Auswerteeinheit 30 ein zweidimensionales Gesamtbild G erzeugt, das den zweidimensionalen Verlauf der Röntgenintensität in der Ebene der Detektorfläche 12, und somit eine Projektion des abzubildenden Objekts 5 auf die Detektorfläche 12 wiedergibt. Das Gesamtbild G wird durch die Auswerteeinheit 30 gespeichert und/oder zur Anzeige an ein der Bildgebungseinrichtung 1 zugeordnetes Anzeigegerät 40 ausgegeben. Each view A (r) is in a filter module 37 the evaluation unit 30 with the aid of a filter algorithm into a filtered view A '(r) with modified brightness values H' = H '(r). By backprojecting the filtered views A '(1) to A' (R), finally, in a reconstruction module 38 the evaluation unit 30 produces a two-dimensional overall image G which determines the two-dimensional course of the X-ray intensity in the plane of the detector surface 12 , and thus a projection of the object to be imaged 5 on the detector surface 12 reproduces. The overall picture G is passed through the evaluation unit 30 stored and / or for display to one of the imaging device 1 associated display device 40 output.

Die Erzeugung des Gesamtbilds G wird in den 3 bis 6 anhand des in 1 dargestellten Objekts 5 exemplarisch veranschaulicht. The generation of the overall picture G is in the 3 to 6 based on the in 1 represented object 5 exemplified.

In 3 ist der Detektor 3 in der Ausgangsrotationsstellung dargestellt. In dieser Rotationsstellung erfahren die in 3 schraffiert dargestellten Detektorelemente 10 bzw. deren Sensorflächen 11 eine signifikante Strahlungsabschwächung aufgrund des Objekts 5, während die übrigen Detektorelemente 10 mit der ungeschwächten Röntgenstrahlung 4 belichtet sind. In 3 is the detector 3 shown in the Ausgangsrotationsstellung. In this position of rotation, the in 3 hatched illustrated detector elements 10 or their sensor surfaces 11 a significant radiation attenuation due to the object 5 while the rest detector elements 10 with the unweakened X-radiation 4 are exposed.

Das Ansichtsmodul 32 errechnet in dieser Position aus den einzelnen Helligkeitswerten H_n(1) die gefilterte Ansicht A‘(1). The view module 32 calculates in this position from the individual brightness values H _n (1) the filtered view A '(1).

Analog zu 3 wird in einer in 4 dargestellten (gegenüber der gestrichelt angedeuteten Ausgangsrotationsstellung verdrehten) zweiten Rotationsstellung des Detektors 3 bei unveränderter Position des abzubildenden Objekts 5 die gefilterte Ansicht A‘(2) errechnet. Analogous to 3 will be in an in 4 shown (with respect to the dashed lines indicated Ausgangsrotationsstellung rotated) second rotational position of the detector 3 with unchanged position of the object to be imaged 5 the filtered view A '( 2 ).

Gemäß 5 wird bei einer dritten Rotationsstellung des Detektors 3, die gegenüber der gestrichelt angedeuteten Ausgangsrotationsstellung um 90° versetzt ist, eine gefilterte Ansicht A‘(3) errechnet. According to 5 is at a third rotational position of the detector 3 which is offset by 90 ° from the initial rotational position indicated by dashed lines, a filtered view A '( 3 ).

Der Verlauf der Helligkeitswerte H‘ der Ansichten A‘(1) bis A‘(3) ist in den 3 bis 5 jeweils in einem Diagramm als Funktion gegen die x-Richtung 35 aufgetragen. Wie den 3 bis 5 zu entnehmen ist, werden in jeder der drei Rotationsstellungen regelmäßig andere Detektorelemente 10 durch das Objekt 5 abgeschattet, so dass sich auch die zugehörigen Ansichten A‘(r) unterscheiden. The course of the brightness values H 'of the views A' (1) to A '(3) is shown in FIGS 3 to 5 each in a diagram as a function against the x-direction 35 applied. Like that 3 to 5 it can be seen, in each of the three rotational positions regularly other detector elements 10 through the object 5 shaded, so that the associated views A '(r) differ.

In 6 ist schließlich das Gesamtbild G dargestellt, welches sich aus der Rückprojektion der gefilterten Ansichten A‘(1), A‘(2) und A‘(3) ergibt. Wie aus der Darstellung ersichtlich ist, enthält das Gesamtbild G streifenförmige Rückprojektionsspuren 60, 61 und 62 des Objekts 5, die durch der Rückprojektion der Ansichten A‘(1), A‘(2) bzw. A‘(3) entstehen, und durch deren Überlagerung ein Abbild der zweidimensionalen Projektion des Objekts 5 auf die Ebene der Detektorfläche 12 entsteht. Die Genauigkeit, mit der die zweidimensionale Projektion des Objekts 5 rekonstruiert werden kann, nimmt hierbei mit der Anzahl der berücksichtigten Ansichten A‘(r), und somit mit der Anzahl der Rotationsstellungen des Detektors 3 zu. In 6 Finally, the overall image G is shown, which results from the back projection of the filtered views A '(1), A' (2) and A '(3). As can be seen from the illustration, the overall image G contains strip-shaped rear projection tracks 60 . 61 and 62 of the object 5 formed by the rear projection of the views A '(1), A' (2) and A '(3), and by superimposing an image of the two-dimensional projection of the object 5 to the plane of the detector surface 12 arises. The accuracy with which the two-dimensional projection of the object 5 can be reconstructed takes here with the number of considered views A '(r), and thus with the number of rotational positions of the detector 3 to.

7 zeigt schließlich in einem Querschnitt gemäß 1 den Flachbilddetektor 3 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist hier der Detektor 3 als direktumwandelnder Detektor ausgeführt. 7 finally shows in a cross section according to 1 the flat panel detector 3 according to a second embodiment. In contrast to the first embodiment, here is the detector 3 designed as a direct conversion detector.

Der Detektor 3 umfasst in dieser Ausführungsform einen flachquaderförmigen Halbleiterkörper 70 aus Germanium. Dieser Halbleiterkörper 70 ist auf einer bestimmungsgemäß von der Röntgenstrahlquelle 2 abgewandten Unterseite 71 in einem seine gesamte Fläche abdeckenden Bereich 72 stark n-dotiert. An der die Detektorfläche 12 bildenden Oberseite ist der Halbleiterkörper 70 dagegen in einer Vielzahl von separierten streifenförmigen Bereichen 73 stark p-dotiert. Durch die streifenförmige Dotierung der Detektorfläche 12 ist der Halbleiterkörper 70 in streifenförmige Dioden unterteilt, die jeweils ein Detektorelement 10 bilden. The detector 3 in this embodiment comprises a flat-cuboid semiconductor body 70 from germanium. This semiconductor body 70 is on the intended use of the X-ray source 2 opposite bottom 71 in an area covering its entire area 72 heavily n-doped. At the detector surface 12 forming top is the semiconductor body 70 in contrast, in a plurality of separated strip-shaped areas 73 heavily p-doped. Due to the strip-shaped doping of the detector surface 12 is the semiconductor body 70 divided into strip-shaped diodes, each having a detector element 10 form.

Im Betrieb des Detektors 3 wird zur Detektion von Röntgenstrahlung 4 an jede Diode eine Sperrspannung U angelegt, wodurch jeweils im Halbleiterkörper 70 (zwischen den dotierten Bereichen) eine Sperrschicht erzeugt wird. Durch eintreffende Röntgenstrahlung 4 werden in der Sperrschicht Ladungsträger (Elektronen und „Löcher“) erzeugt, die durch die angelegte Sperrspannung U in Richtung der Bereiche 72 bzw. 73 driften und dort wiederum mittels der ebenfalls dort angeschlossenen Ausleseelektronik 25 registriert werden. In operation of the detector 3 becomes the detection of X-rays 4 a blocking voltage U is applied to each diode, whereby in each case in the semiconductor body 70 (between the doped regions) a barrier layer is created. By incoming X-rays 4 In the barrier layer, charge carriers (electrons and "holes") are generated by the applied blocking voltage U in the direction of the regions 72 respectively. 73 drift and there again by means of the reading electronics also connected there 25 be registered.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Steven W. Smith: "The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing", 1997, ISBN 0-9660176-3-3 [0015]

Claims

Imaging device ( 1 ) with a radiation source ( 2 ), and with a number of detector elements ( 10 ) flat panel detector ( 3 ), - each detector element ( 10 ) an elongated sensor surface ( 11 ), wherein the individual sensor surfaces ( 11 ) in a one-dimensional series to form a common, the radiation source ( 2 ) facing detector surface ( 12 ) are arranged adjacent to one another on the longitudinal side, and - wherein the detector surface ( 12 ) about a rotation axis ( 17 ) is rotatably mounted, which is substantially perpendicular to the detector surface ( 12 ) stands.

Imaging device ( 1 ) according to claim 1, with a control and evaluation unit ( 30 ), which is set up, - by driving the rotating flat-panel detector ( 3 ) to generate a plurality of one-dimensional views (A (r)) each corresponding to a particular rotational position of the flat-panel detector ( 3 ) and for each detector element ( 10 ) each contain an image value (S _n (r)), and - reconstruct a two-dimensional overall image (G) from these views (A (r)).

Imaging device ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the radiation source is an X-ray source ( 2 ).

Imaging device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the flat-panel detector ( 3 ) at least one detector element ( 10 ) comprising a strip-shaped scintillator ( 20 ), and a scintillator ( 20 ) for readout purposes associated photodiode ( 21 ).

Imaging device ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the flat panel detector ( 3 ) at least one detector element ( 10 ) comprising a direct conversion semiconductor diode.

Imaging device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the flat-panel detector ( 3 ) at least one detector element ( 10 ), which is essentially formed by an elongated ionization chamber.

Imaging device ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, wherein each sensor surface ( 11 ) has a length (L) and a width (B), wherein the length (L) exceeds the width (B) by at least a factor of 500.

Imaging device ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the common detector surface ( 12 ) is substantially square.

Flat panel detector ( 3 ) for an imaging device ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, with a number of detector elements ( 10 ), - each detector element ( 10 ) an elongated sensor surface ( 11 ), and - wherein the individual sensor surfaces ( 11 ) in a one-dimensional series to form a common, the radiation source ( 2 ) facing detector surface ( 12 ) are arranged longitudinally adjacent to each other.

Flat panel detector ( 3 ) according to claim 9, with a bearing ( 16 ) for rotatable mounting of the flat panel detector ( 3 ).

Method for generating a two-dimensional overall image (G) with an imaging device ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, - wherein the flat-panel detector ( 3 ) is rotated continuously or rotationally in rotation, - whereby a one-dimensional view (A (r)) is generated from a plurality of particular rotational positions, which for each detector element ( 10 ) includes an associated length-integral intensity value (S _n (r)), and wherein the two-dimensional overall image (G) is reconstructed from the individual views (A (r)).

The method of claim 11, wherein the overall image (G) is reconstructed by filtered backprojection.

The method of claim 11, wherein the overall image (G) is iteratively reconstructed.