DE102012202500B4 - Digital X-ray detector and method for correcting an X-ray image - Google Patents

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Abstract

Zählender digitaler Röntgendetektor zur Aufnahme eines Röntgenbildes eines von einer Röntgenstrahlung durchstrahlten Objektes, aufweisend eine Vielzahl von 4-seitig in einer Ebene anreihbaren rechteckigen Sensormodulen (40), aufweisend jeweils mindestens ein Detektormodul (24) und einen ASIC (32), wobei jedes Detektormodul (24) oder Sensormodul (40) einen Röntgenkonverter in Form eines Direktkonverters (26) aufweist und in eine Matrix mit einer Vielzahl von Pixeln (12, 12.1) unterteilt ist, wobei die Sensormodule (40) benachbart zueinander auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, wobei die durch die Gesamtheit der Sensormodule (40) gebildete Sensorfläche eine gleichmäßige Matrixstruktur mit einem konstanten Pixelpitch (53) aufweist und zwischen benachbarten Sensormodulen (40) jeweils eine Lücke (54) unter Wahrung des Pixelpitches (53) in der Sensorfläche angeordnet ist, wobei für eine elektrische Kontaktierung trans silicon vias (31) an den Sensormodulen vorgesehen und im Bereich der Lücke angeordnet sind.A digital X-ray detector for recording an X-ray image of an X-ray irradiated object comprising a plurality of rectangular sensor modules (40) which can be arranged on four sides in a plane, each having at least one detector module (24) and one ASIC (32), each detector module ( 24) or sensor module (40) has an X-ray converter in the form of a direct converter (26) and is subdivided into a matrix having a plurality of pixels (12, 12.1), wherein the sensor modules (40) are arranged adjacent to each other on a common carrier, wherein the sensor surface formed by the entirety of the sensor modules (40) has a uniform matrix structure with a constant pixel pitch (53) and a gap (54) is arranged between adjacent sensor modules (40) while maintaining the pixel pitch (53) in the sensor surface an electrical contact trans silicon vias (31) provided on the sensor modules and are arranged in the area of the gap.

Description

Die Erfindung betrifft einen digitalen Röntgendetektor gemäß dem Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zur Korrektur eines mit dem Röntgendetektor erzeugten Röntgenbildes gemäß dem Patentanspruch 7.The invention relates to a digital X-ray detector according to claim 1 and to a method for correcting an X-ray image generated by the X-ray detector according to patent claim 7.

Zur diagnostischen Untersuchung und für interventionelle Eingriffe z.B. in der Kardiologie, der Radiologie sowie der Chirurgie werden für die Bildgebung Röntgensysteme eingesetzt. Röntgensysteme 16, wie in 2 gezeigt, weisen eine Röntgenröhre 18 und einen Röntgendetektor 17 auf, z.B. gemeinsam an einem C-Bogen 19 angeordnet, einen Hochspannungsgenerator zur Erzeugung der Röhrenspannung, ein Bildgebungssystem 21 (häufig inklusive mindestens eines Monitors 22), eine Systemsteuereinheit 20 und einen Patiententisch 23. Als Röntgendetektoren werden im Allgemeinen Röntgenflachdetektoren in vielen Bereichen der medizinischen Röntgendiagnostik und Intervention verwendet, beispielsweise in der Radiographie, der interventionellen Radiologie, Kardangiographie, aber auch der Therapie zur Bildgebung im Rahmen der Kontrolle und Bestrahlungsplanung oder der Mammographie. Heutige Röntgenflachdetektoren sind im Allgemeinen integrierende Detektoren und basieren vorwiegend auf Szintillatoren, deren Licht in Matrizen von Photodioden in elektrische Ladung gewandelt werden. Diese werden dann über aktive Steuerelemente üblicherweise zeilenweise ausgelesen. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines heute verwendeten indirekt-konvertierenden Röntgenflachdetektors, aufweisend einen Szintillator 10, eine aktive Auslesematrix 11 aus amorphem Silizium mit einer Vielzahl von Pixeln 12 (mit Photodiode 13 und Schaltelement 14) und Ansteuer- und Ausleseelektronik 15 (siehe z.B. M. Spahn, „Flat detectors and their clinical applications“, Eur Radiol. (2005), 15: 1934-1947) .For diagnostic examination and interventional procedures, eg in cardiology, radiology and surgery, X-ray systems are used for imaging. X-ray systems 16, as in 2 have an X-ray tube 18 and an X-ray detector 17, eg arranged together on a C-arm 19, a high voltage generator for generating the tube voltage, an imaging system 21 (often including at least one monitor 22), a system controller 20 and a patient table 23. Als X-ray detectors are generally used in X-ray flatness detectors in many areas of medical X-ray diagnostics and intervention, for example in radiography, interventional radiology, cardiac angiography, but also imaging and imaging therapy in the context of control and radiation planning or mammography. Today's X-ray flat panel detectors are generally integrating detectors and are based primarily on scintillators whose light is converted into electric charges in arrays of photodiodes. These are then usually read out line by line via active controls. 1 shows the basic structure of a currently used indirect-converting X-ray flat detector, comprising a scintillator 10, an active readout matrix 11 of amorphous silicon with a plurality of pixels 12 (with photodiode 13 and switching element 14) and drive and read-out electronics 15 (see, eg M. Spahn, "Flat detectors and their clinical applications", Eur Radiol. (2005), 15: 1934-1947) ,

Neuere Forschungen beschäftigen sich mit „zählenden“ Röntgendetektoren, bei denen die einfallenden Röntgenquanten einzeln gezählt werden anstatt sie insgesamt zu integrieren, so dass elektronisches Rauschen fast vollständig unterdrückt werden kann. Zählende Röntgendetektoren müssen unter anderem in der Lage sein, mit - je nach Anwendung - teilweise sehr hohen Quantenflüssen von bis zu 108/s/mm2 und mehr zu Recht zu kommen. Durch eine zusätzliche Quantifizierung der Energie jedes einzelnen Röntgenquants ergeben sich weitere Anwendungsmöglichkeiten, z.B. die der materialspezifischen Bildgebung. Geeignete Materialien für zählende Detektoren basieren auf sogenannten Direktkonvertern, die Halbleiter wie CdTe, Cd(Zn,Te) bzw. CZT, HgI, PbO etc. verwenden. Bei diesen Materialien werden von einem absorbierten Röntgenquant direkt Elektron-Loch-Paare erzeugt, die über eine angelegte Spannung gemessen werden und über eine geeignete Ausleseelektronik zu einem Zählereignis führen. Die genannten Materialien besitzen hinsichtlich der geforderten Eigenschaften (wie Absorption, Driftgeschwindigkeit, etc.)jeweils Vor- und Nachteile. Der Direktkonverter des Röntgendetektors ist i.A. strukturiert in Form von Pixeln und wird über eine Verbindungstechnologie mit einem ASIC (application specific integrated circuit) z.B. aus CMOS-Technologie verbunden, der ebenfalls eine passende pixelierte Struktur aufweist.Recent research has focused on "counting" x-ray detectors, which individually count the incident x-ray quanta, rather than integrating them altogether, so that electronic noise can be almost completely suppressed. Counting X-ray detectors must, among other things, be able to deal with very high quantum fluxes of up to 10 8 / s / mm 2 and more, depending on the application. An additional quantification of the energy of each individual X-ray quantum results in further possible applications, for example those of material-specific imaging. Suitable materials for counting detectors are based on so-called direct converters using semiconductors such as CdTe, Cd (Zn, Te), CZT, HgI, PbO, etc. With these materials, an absorbed X-ray quantum directly generates electron-hole pairs, which are measured via an applied voltage and lead via a suitable read-out electronics to a counting event. The materials mentioned have advantages and disadvantages with regard to the required properties (such as absorption, drift velocity, etc.). The direct converter of the X-ray detector is generally structured in the form of pixels and is connected via a connection technology to an application specific integrated circuit (ASIC), for example, from CMOS technology, which also has a suitable pixelated structure.

Viele der Direktkonverter, die hohe Signale und Zählraten versprechen, wie CdTe oder CZT, können mit vertretbarem Aufwand nur in kleinen Flächen hergestellt werden, z.B. von 2x2 cm2 oder 3×3 cm2. Auch ASICs mit einer komplexen Pixelstruktur, wie sie für zählende Detektoren benötigt werden, sind mit vertretbarer Ausbeute (yield) nur in kleinen Flächen herstellbar. Mit größerem Aufwand können etwas größere Flächen erzielt werden, z.B. 2×8 cm2 oder 3×6 cm2, sodass z.B. vier 2×2 cm2 oder zwei 3×3 cm2 große Detektoren auf die entsprechenden ASICs aufgebracht werden können. In jedem Fall sind solche Detektormodule immer noch klein gegenüber der Gesamtgröße eines durchschnittlichen Flachbilddetektors, wie er für Anwendungen in der Angiographie (z.B. 20x20 cm2 oder 30x40 cm2) benötigt wird. Die Detektormodule können mit oder ohne einen sogenannten Guard-Ring um den Detektorrand auskommen. Ein Guard-Ring definiert die Eigenschaften an den Detektorrändern und verbessert gegebenenfalls die Eigenschaften von am Rand angeordneten Pixeln. Um einen ausreichend großen Röntgendetektor zu erhalten, müssen also mehrere Detektormodule nebeneinander oder matrixartig (bei rechteckigen/quadratischen Detektormodulen 4-seitig) aneinandergereiht werden. Im Folgenden wird zwischen Detektormodulen (nur das Detektormaterial und die pixelierten elektrischen Kontakte, eventuell mit Guard-Ring) und Sensormodulen (Detektormodul plus ASIC inklusive Verbindungstechnik, z.B. Bump-Bonding zwischen Detektormodul und ASIC und TSV zur Verbindung des ASIC zur peripheren Elektronik) unterschieden.Many of the direct converters that promise high signals and count rates, such as CdTe or CZT, can only be produced in small areas, eg 2x2 cm 2 or 3 × 3 cm 2 , with reasonable effort. Even ASICs with a complex pixel structure, as required for counting detectors, can be produced with reasonable yield only in small areas. With greater effort slightly larger areas can be achieved, for example 2 × 8 cm 2 or 3 × 6 cm 2 , so that, for example, four 2 × 2 cm 2 or two 3 × 3 cm 2 large detectors can be applied to the corresponding ASICs. In any case, such detector modules are still small compared to the overall size of an average flat panel detector as needed for angiographic applications (eg 20x20 cm 2 or 30x40 cm 2 ). The detector modules can manage with or without a so-called guard ring around the detector edge. A guard ring defines the properties at the detector edges and, if appropriate, improves the properties of pixels arranged at the edge. In order to obtain a sufficiently large X-ray detector, therefore, a plurality of detector modules have to be lined up side by side or in a matrix-like manner (in the case of rectangular / square detector modules on 4 sides). In the following, a distinction is made between detector modules (only the detector material and the pixelated electrical contacts, possibly with guard ring) and sensor modules (detector module plus ASIC including connection technology, eg bump bonding between detector module and ASIC and TSV for connecting the ASIC to the peripheral electronics).

Aus mechanischen und thermischen Gründen (Genauigkeit, mit der die Module hergestellt werden können, Ausdehnung, etc.) entsteht zwischen aneinandergereihten Modulen im Allgemeinen unbeabsichtigt eine Lücke. Darunter leidet die Qualität der resultierenden Röntgenbilder, da Diskontinuitäten vorhanden sind. Ein weiteres Problem entsteht, da elektrische Kontakte nicht seitlich sondern vertikal mit Hilfe von sogenannten TSVs (trans silicon vias) durch das Silizium des ASIC (application specific integrated circuits) Chips herausgeführt werden müssen, wodurch die elektrische Verbindung (Spannungsversorgung der Chips, Kontroll- und Datenleitungen) mit der darunterliegenden Elektronik sichergestellt wird. Solche TSVs benötigen aber wiederum vertikale Öffnungen, die je nach Silizium-Dicke z.B. 100 µm bis 200 µm groß sind.For mechanical and thermal reasons (accuracy with which the modules can be made, expansion, etc.), inadvertently a gap is created between modules stacked together. This suffers from the quality of the resulting X-ray images, as there are discontinuities. Another problem arises because electrical contacts not laterally but vertically with the help of so-called TSVs (trans silicon vias) through the silicon of the ASIC (application specific integrated circuits) chips must be led out, whereby the electrical connection (power supply of the chips, control and Data lines) with the underlying electronics is ensured. However, such TSVs again require vertical Openings, which are depending on the silicon thickness, for example, 100 microns to 200 microns.

Aus der US 2011/0056063 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungstomographiegerätes mit einem ersten Abstandshalterfügeschritt zum Verbinden eines Abstandshalters mit einem Strahlungsdetektor und einem zweiten Abstandshalterverbindungsschritt zum Verbinden der beiden Strahlungsdetektoren miteinander über den Abstandshalter bekannt. Das Verbinden erfolgt derart, dass ein Abstand zwischen benachbarten Szintillatoren ganzzahligen Vielfachen einer Anordnungsteilung des Szintillationszählers entspricht. Dementsprechend sind die Szintillatoren regelmäßig angeordnet, wodurch eine erhöhte räumliche Auflösung des Strahlungstomographiegerätes erreicht wird.From the US 2011/0056063 A1 Fig. 10 is a method of manufacturing a radiation tomography apparatus having a first spacer performing step for connecting a spacer to a radiation detector and a second spacer connection step for connecting the two radiation detectors to each other via the spacer. The connection is made such that a distance between adjacent scintillators corresponds to integer multiples of an arrangement pitch of the scintillation counter. Accordingly, the scintillators are arranged regularly, whereby an increased spatial resolution of the radiation tomography device is achieved.

Aus der US 5,812,191 A ist ein Halbleiter-Hochenergiestrahlungsabbildungsgerät mit einem Array von Pixelzellen bekannt, das ein Halbleiterdetektorsubstrat und ein Halbleiterauslesesubstrat umfasst. Das Halbleiterdetektorsubstrat umfasst ein Array von Pixeldetektorzellen, von denen jede im Ansprechen auf einfallende energiereiche Strahlung direkt Ladung erzeugt. Das Halbleiter-Auslesesubstrat umfasst ein Array individuell adressierbarer Pixelschaltungen, die jeweils mit einer entsprechenden Pixel-Detektorzelle zu einer Pixelzelle verbunden sind. Jede Pixelschaltung umfasst eine Ladungsakkumulationsschaltung zum Akkumulieren von Ladung, die direkt aus hochenergetischer Strahlung resultiert, die auf eine entsprechende Pixeldetektorzelle einfällt, sowie eine Ausleseschaltungsanordnung zum Lesen der akkumulierten Ladung und eine Rücksetzschaltungsanordnung zum Zurücksetzen der Ladungsakkumulationsschaltungsanordnung. Die Ladungsakkumulationsschaltung weist eine Ladungsspeicherkapazität auf, die ausreicht, um mindestens 1,8 Millionen Elektronen zu speichern, um Ladung, die direkt aus einer Vielzahl aufeinanderfolgender Hochenergetischer Strahlung resultiert, vor dem Auslesen oder Rücksetzen der Ladungsakkumulationsschaltung auf die entsprechende Pixel-Detektorzelle zu speichern.From the US 5,812,191 A For example, there is known a semiconductor high-energy radiation imaging apparatus having an array of pixel cells comprising a semiconductor detector substrate and a semiconductor read-out substrate. The semiconductor detector substrate comprises an array of pixel detector cells, each of which directly generates charge in response to incident high-energy radiation. The semiconductor readout substrate includes an array of individually addressable pixel circuits each connected to a corresponding pixel detector cell to a pixel cell. Each pixel circuit includes a charge accumulation circuit for accumulating charge resulting directly from high energy radiation incident on a respective pixel detector cell, readout circuitry for reading the accumulated charge, and reset circuitry for resetting the charge accumulation circuitry. The charge accumulation circuit has a charge storage capacity sufficient to store at least 1.8 million electrons to store charge resulting directly from a plurality of consecutive high energy radiation prior to reading or resetting the charge accumulation circuit to the corresponding pixel detector cell.

Aus der US 7,834,323 B2 ist es bekannt, Verdrahtungssubstrate so auf einem festen Sockel zu positionieren, dass eine Stufe zwischen den Verdrahtungssubstraten besteht. Auf den Verdrahtungssubstraten sind Strahlungsabbildungselemente mit auf lichtempfindlichen Abschnitten angeordneten Szintillatoren montiert. Ein Strahlungsabbildungselement ist so positioniert, dass seine Setzfläche über eine Strahlungseintrittsfläche eines weiteren Strahlungsabbildungselements hinausragt, und dass der Lichtempfindliche Abschnitt des einen Strahlungsabbildungselements und der Lichtempfindliche Abschnitt des weiteren Strahlungsabbildungselements in einem Grad nebeneinander liegen, in dem sich die Abschnitte nicht überlappen. Der Lichtempfindliche Abschnitt des einen Strahlungsabbildungselements erstreckt sich nahe einer Kante am weiteren Strahlungsabbildungselement und der Szintillator mit im wesentlichen gleichmäßiger Dicke ist bis zu dieser Position ausgebildet.From the US 7,834,323 B2 For example, it is known to position wiring substrates on a fixed pedestal such that there is a step between the wiring substrates. Radiation imaging elements with scintillators arranged on photosensitive sections are mounted on the wiring substrates. A radiation imaging element is positioned so that its set surface protrudes beyond a radiation entrance surface of another radiation imaging element, and that the photosensitive section of the one radiation imaging element and the photosensitive section of the further radiation imaging element are juxtaposed to a degree in which the sections do not overlap. The photosensitive portion of the one radiation imaging element extends near an edge on the other radiation imaging element, and the scintillator of substantially uniform thickness is formed up to this position.

Aus der US 2003/0042425 A1 ist ein Bildsensor mit einer Mehrzahl von Pixeln bekannt, wobei jeder Bildpunkt einen fotoelektrischen Wandler aufweist und eine Pixelschaltung zum Verarbeiten von Signalen aus dem fotoelektrischen Wandler und zum Ausgeben verarbeiteter Signale und eine Abtastschaltung, die jeweils zwischen zwei benachbarten Pixeln zwischen den fotoelektrischen Wandlern angeordnet ist. Ein Randpixel umfasst, von einer Kante des Bildsensors zum Innenraum hin, einen bestimmten Leerbereich, einen fotoelektrischen Wandler und eine Pixelschaltung. Es gibt mindestens eine Position mit zwei benachbarten Pixeln, an der das erste der beiden Pixel in der Reihenfolge eine Pixelschaltung, einen Fotoelektrischen Wandler und einen vorgegebenen Leerbereich, und das zweite der beiden Pixel in der Reihenfolge einen vorgegebenen Leerbereich, einen Fotoelektrischen Wandler und eine Pixelschaltung aufweist. Die Abtastschaltung ist in dem vorgegebenen Leerbereich zwischen den beiden benachbarten Pixeln angeordnet.From the US 2003/0042425 A1 For example, there is known an image sensor having a plurality of pixels, each pixel having a photoelectric converter and a pixel circuit for processing signals from the photoelectric converter and outputting processed signals, and a sampling circuit interposed between each two adjacent pixels between the photoelectric transducers. An edge pixel includes, from an edge of the image sensor to the interior, a certain blank area, a photoelectric converter, and a pixel circuit. There is at least one position with two adjacent pixels at which the first of the two pixels in the order of a pixel circuit, a photoelectric converter and a predetermined empty area, and the second of the two pixels in the order of a predetermined empty area, a photoelectric converter and a pixel circuit having. The sampling circuit is arranged in the predetermined empty area between the two neighboring pixels.

Aus der US 2011/0210256 A1 ist ein eindimensionaler Mehrelement-Photodetektor mit einem Photodiodenarray bekannt, mit einer ersten, oberen Reihe von Photodiodenpixeln und einer zweiten, darunterliegenden Reihe von Photodiodenpixeln. Ein Szintillatorarray weist eine erste, obere Reihe und eine zweite, darunterliegende Reihe von Szintillatorpixeln auf. Die beiden Reihen von Szintillatorpixeln sind jeweils optisch mit den beiden Reihen von Photodiodenpixeln gekuppelt. Der Photodetektor weist ferner eine Ausleseelektronik auf. Elektrische Leiterbahnen verbinden die Photodiodenpixel und die Ausleseelektronik.From the US 2011/0210256 A1 For example, a one-dimensional multi-element photodetector having a photodiode array is known having a first, upper row of photodiode pixels and a second, lower row of photodiode pixels. A scintillator array has a first, upper row and a second, lower row of scintillator pixels. The two rows of scintillator pixels are each optically coupled to the two rows of photodiode pixels. The photodetector also has readout electronics. Electrical conductors connect the photodiode pixels and the readout electronics.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen digitalen Röntgendetektor bereitzustellen, welcher eine verbesserte Qualität von Röntgenbildern bei aus den genannten Materialien hergestellten zählenden Röntgendetektoren ermöglicht. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erstellung eines Röntgenbildes bereitzustellen.It is an object of the present invention to provide a digital X-ray detector which enables an improved quality of X-ray images in counting X-ray detectors made from said materials. Furthermore, it is an object of the invention to provide a method for producing an X-ray image.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen digitalen Röntgendetektor gemäß dem Patentanspruch 1 und von einem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.The object is achieved by a digital X-ray detector according to claim 1 and by a method according to claim 7. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße digitale Röntgendetektor zur Aufnahme eines Röntgenbildes eines von einer Röntgenstrahlung durchstrahlten Objektes, weist eine Vielzahl von 4-seitig anreihbaren rechteckigen Detektormodulen oder Sensormodulen auf, wobei jedes Detektormodul oder Sensormodul einen Röntgenkonverter aufweist und in eine Matrix mit einer Vielzahl von Pixeln unterteilt ist, wobei die Detektormodule oder Sensormodule benachbart zueinander auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, wobei die durch die Gesamtheit der Detektormodule oder Sensormodule gebildete Sensorfläche eine gleichmäßige Matrixstruktur mit einem konstanten Pixelpitch aufweist und zwischen benachbarten Detektormodulen oder Sensormodulen jeweils eine Lücke in der Sensorfläche angeordnet ist. Durch den erfindungsgemäßen Röntgendetektor, insbesondere einem zählenden Röntgendetektor mit als Direktkonverter ausgebildeten Röntgenkonvertern, können qualitativ hochwertige Röntgenbilder eines Objekts erstellt werden, wobei die Vorteile neuer Direktkonvertermaterialien wie CZT und CdTe auch für großflächige Anwendungen nutzbar sind. Diskontinuitäten im Röntgenbild durch ungewollte unregelmäßige Spalten zwischen Detektormodulen können durch die regelmäßige Pixelstruktur mit einer bewußt vorgesehenen Lücke, die sich in die regelmäßige Matrixstruktur einfügt, insbesondere z.B. von der Größe eines Pixels, auf einfache Weise vermieden werden.The digital X-ray detector according to the invention for recording an X-ray image of a X-ray irradiated object comprises a plurality of rectangular detector modules or sensor modules which can be arranged on four sides, each detector module or sensor module having an X-ray converter and being subdivided into a matrix having a multiplicity of pixels, wherein the detector modules or sensor modules adjoin one another in a common manner Carrier are arranged, wherein the sensor surface formed by the entirety of the detector modules or sensor modules has a uniform matrix structure with a constant pixel pitch and between adjacent detector modules or sensor modules each having a gap in the sensor surface is arranged. By virtue of the X-ray detector according to the invention, in particular a counting X-ray detector with X-ray converters designed as a direct converter, it is possible to produce high-quality X-ray images of an object, the advantages of new direct converter materials such as CZT and CdTe also being usable for large-area applications. Discontinuities in the X-ray image due to unwanted irregular gaps between detector modules can be easily avoided by the regular pixel structure with a deliberately provided gap, which fits into the regular matrix structure, in particular for example the size of a pixel.

Außerdem werden im Bereich der Lücke Öffnungen für vorhandene TSVs angeordnet, so dass die erfolgreiche Verwendung eines zählenden Röntgendetektors durch die Erfindung erst möglich wird. Unter einem Pixelpitch wird dabei der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Pixel verstanden.In addition, openings for existing TSVs are arranged in the region of the gap, so that the successful use of a counting X-ray detector by the invention is only possible. A pixel pitch is understood to be the distance between the centers of adjacent pixels.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Breite der Lücke zwischen benachbarten Detektormodulen oder Sensormodulen derartig ausgebildet, dass unter Wahrung des Pixelpitches genau ein Pixel fehlt. Eine derartige Lücke ist einerseits ausreichend, um Öffnungen für TSVs anzubringen und ist andererseits nicht so groß, dass kleine Strukturen des Untersuchungsobjekts wie Tumore oder Blutgefäße übersehen werden könnten. Zwischen den Detektormodulen oder Sensormodulen fehlt auf diese Weise jeweils genau eine Reihe oder eine Spalte von Pixeln, welche zum Beispiel durch geeignete Korrekturalgorithmen, z.B. in Verbindung mit Interpolation, im Röntgenbild ergänzt werden können.According to one embodiment of the invention, the width of the gap between adjacent detector modules or sensor modules is designed in such a way that, while maintaining the pixel pitch, exactly one pixel is missing. On the one hand, such a gap is sufficient to provide openings for TSVs and, on the other hand, is not so large that small structures of the examination subject such as tumors or blood vessels could be overlooked. In each case, exactly one row or one column of pixels is missing between the detector modules or sensor modules, which are identified, for example, by suitable correction algorithms, e.g. in conjunction with interpolation, can be supplemented in the X-ray image.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Breite der Lücke zwischen benachbarten Detektormodulen oder Sensormodulen derartig ausgebildet ist, dass unter Wahrung des Pixelpitches mindestens zwei Pixel fehlen. Dies entspricht dann also mindestens zwei Reihen oder Spalten von fehlenden Pixeln, die ergänzt werden müssen.It can also be provided that the width of the gap between adjacent detector modules or sensor modules is designed in such a way that at least two pixels are missing while maintaining the pixel pitch. This then corresponds to at least two rows or columns of missing pixels that need to be supplemented.

In vorteilhafter Weise weist ein Sensormodul jeweils mindestens ein Detektormodul und einen ASIC auf. Das Detektormodul weist dabei insbesondere eine (zumeist flächige) obere Elektrode, den Röntgenkonverter und pixelierte untere Elektroden (Pixelelektroden) auf, eventuell zusätzlich einen sogenannten Guardring. Das Sensormodul weist neben dem oder den Detektormodul/en einen ASIC auf, wobei zusätzlich Verbindungstechnik wie z.B. Bump-Bonds vorhanden sein können. Der ASIC kann z.B. mittels CMOS-Technologie hergestellt sein.In an advantageous manner, a sensor module in each case has at least one detector module and one ASIC. In this case, the detector module has in particular a (mostly planar) upper electrode, the X-ray converter and pixelized lower electrodes (pixel electrodes), possibly additionally a so-called guard ring. The sensor module has an ASIC in addition to the detector module (s), in which case additionally connection technology such as e.g. Bump bonds can be present. The ASIC may e.g. be made using CMOS technology.

Gemäß der Erfindung sind für eine elektrische Kontaktierung trans silicon vias (TSV) an den Sensormodulen angeordnet. Durch die TSVs werden elektrische Kontakte des ASICs durch dessen Siliziummaterial vertikal herausgeführt, dies wird mittels Öffnungen im Silizium realisiert. Die TSVs sind im Bereich der Lücke angeordnet.According to the invention trans silicon vias (TSV) are arranged on the sensor modules for electrical contacting. Through the TSVs, electrical contacts of the ASIC are led out vertically through its silicon material, this being realized by means of openings in the silicon. The TSVs are located in the gap area.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die randseitig auf dem Detektormodul oder Sensormodul angeordneten Pixel zumindest auf einer Randseite des Detektormoduls oder Sensormoduls eine um mindestens 15%, insbesondere auch um mindestens 30% oder auch mindestens 50%, verkleinerte Pixelfläche gegenüber den übrigen, gleichgroßen Pixeln auf und ist ein Abstand zwischen den direkt hinter den verkleinerten Pixeln angeordneten normalgroßen Pixeln eines ersten Detektormoduls oder Sensormoduls und den direkt hinter den verkleinerten Pixeln angeordneten normalgroßen Pixeln eines zweiten Detektormoduls oder Sensormoduls derartig ausgebildet, dass unter Wahrung des Pixelpitches mindestens zwei, insbesondere genau zwei, normalgroße Pixel hineinpassen. Bei dieser Ausgestaltung sind die Randpixel jedes Detektormoduls also deutlich kleiner als die übrigen Pixel, wobei jedoch der Pixelpitch, der sich nach den „normalgroßen“ Pixeln richtet, gewahrt bleibt. Durch die Verkleinerung der Randpixel wird die Lücke zwischen den Detektormodulen gebildet. Der Vorteil ist, dass hier Messwerte nicht komplett virtuell erzeugt werden müssen sondern aus den Messwerten der verkleinerten Pixeln hochgerechnet werden können und damit deutlich präziser sind.According to a further embodiment of the invention, the pixels arranged on the edge of the detector module or sensor module at least on one edge side of the detector module or sensor module have a reduced pixel area of at least 15%, in particular also at least 30% or at least 50%, compared to the remaining, equally sized pixels and a distance between the normal sized pixels of a first detector module or sensor module arranged directly behind the reduced pixels and the normal sized pixels of a second detector module or sensor module arranged directly behind the reduced pixels such that while maintaining the pixel pitch at least two, in particular exactly two, fit in normal size pixels. In this embodiment, the edge pixels of each detector module are thus significantly smaller than the other pixels, but the pixel pitch, which depends on the "normal-sized" pixels, is maintained. The reduction of the edge pixels forms the gap between the detector modules. The advantage is that here measured values do not have to be generated completely virtually but can be extrapolated from the measured values of the reduced pixels and thus are much more precise.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Röntgendetektor von einem Flachbilddetektor gebildet. Ein solcher Flachbilddetektor kann z.B. in Röntgensystemen für interventionelle Eingriffe z.B. in der Kardiologie, der Radiologie sowie der Chirurgie eingesetzt werden. Häufig sind derartige Flachbilddetektoren zusammen mit einer Röntgenröhre an einem bewegbaren C-Bogen angeordnet. Neben der Anwendung als Flachbilddetektor kann der erfindungsgemäße Röntgendetektor auch als gebogener Zeilendetektor z.B. in der Computertomographie verwendet werden.According to a further embodiment of the invention, the X-ray detector is formed by a flat-panel detector. Such a flat panel detector may e.g. in X-ray systems for interventional procedures e.g. used in cardiology, radiology and surgery. Frequently, such flat panel detectors are arranged together with an X-ray tube on a movable C-arm. Besides being used as a flat-panel detector, the X-ray detector according to the invention can also be used as a curved line detector, e.g. used in computed tomography.

In vorteilhafter Weise für eine einfache und regelmäßige Matrixstruktur sind die Detektormodule quadratisch ausgebildet. Sie können auch rechteckig sein oder eine andere Form aufweisen, die eine regelmäßige Matrixstruktur gewährleistet (z.B. sechseckig bei sechseckigen Pixeln). Advantageously, for a simple and regular matrix structure, the detector modules are formed square. They can also be rectangular or have a different shape, which ensures a regular matrix structure (eg hexagonal with hexagonal pixels).

Zusätzlich wird auch ein Verfahren zur Korrektur eines Rohröntgenbildes beansprucht, welches mit einem erfindungsgemäßen Röntgendetektor aufgenommen wurde, wobei ein Röntgenbild erzeugt wird, indem für den Bereich der Lücke Messwerte ergänzt oder korrigiert werden, welche Messwerte durch Interpolation der Messwerte benachbarter Pixel oder durch Extrapolation der Messwerte verkleinerter Pixel ermittelt werden. Für den Röntgendetektor, bei welchem genau ein Pixel zwischen den Detektormodulen fehlt, wird also durch Interpolation zwischen den Messwerten der beiden entsprechenden Randpixel der benachbarten Detektormodule ein Messwert ermittelt und als Korrektur des Rohröntgenbildes ergänzt. Dies wird für alle fehlenden Reihen und Spalten durchgeführt. Für den Röntgendetektor mit den verkleinerten Pixeln an den Rändern der Detektormodule werden die aus den verkleinerten Pixeln erhaltenen Messwerte korrigiert, wobei die Messwerte durch Extrapolation errechnet werden. In vorteilhafter Weise werden die Messwerte der verkleinerten Pixel derart, z.B. prozentual zu ihrer Größe, extrapoliert, dass Sie einem Messwert eines normalgroßen Pixels entsprechen. Es können neben der Größe auch weitere Eigenschaften der Pixel eingerechnet werden, um die Extrapolation durchzuführen. Nach den entsprechenden Korrekturen erhält man dann ein korrigiertes Röntgenbild.In addition, a method is also claimed for the correction of a tube X-ray image which was recorded using an X-ray detector according to the invention, wherein an X-ray image is generated by adding or correcting measured values for the region of the gap, which measured values are obtained by interpolation of the measured values of adjacent pixels or by extrapolation of the measured values be determined smaller pixels. For the X-ray detector, in which exactly one pixel is missing between the detector modules, a measured value is thus determined by interpolation between the measured values of the two corresponding edge pixels of the adjacent detector modules and supplemented as a correction of the tube X-ray image. This is done for all missing rows and columns. For the X-ray detector with the reduced pixels at the edges of the detector modules, the measured values obtained from the reduced pixels are corrected, the measured values being calculated by extrapolation. Advantageously, the measured values of the reduced pixels are made such, e.g. as a percentage of its size, extrapolated to fit a reading of a normal-sized pixel. In addition to the size, other properties of the pixels can also be included in order to carry out the extrapolation. After the corrections, a corrected X-ray image is obtained.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:

  • 1 eine Ansicht eines bekannten Röntgendetektors mit einem Szintillator,
  • 2 eine Ansicht eines bekannten Röntgensystems zur Verwendung bei interventionellen Eingriffen,
  • 3 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Röntgendetektor mit mehreren Detektormodulen,
  • 4 eine Draufsicht auf eine Anordnung von vier Detektormodulen gemäß 3,
  • 5 eine Draufsicht auf eine weitere Anordnung von vier Detektormodulen gemäß 3 mit Guardringen,
  • 6 eine Seitenansicht eines Sensormoduls einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgendetektors,
  • 7 eine Seitenansicht zweier benachbart angeordneter Sensormodule einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgendetektors,
  • 8 eine Draufsicht auf vier benachbart angeordnete Sensormodule einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgendetektors,
  • FI 9 eine Draufsicht auf eine Anordnung von vier Detektormodulen einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgendetektors,
  • 10 eine Draufsicht auf eine Anordnung von vier Detektormodulen einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgendetektors,
  • 11 eine Seitenansicht zweier benachbart angeordneter Sensormodule einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgendetektors,
  • 12 eine Seitenansicht eines Sensormoduls mit zwei Detektormodulen einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Röntgendetektors,
  • 13 eine Draufsicht auf das Sensormodul gemäß 12,
  • 14 eine Darstellung der zentralen Funktionselemente eines zählenden Pixels eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors,
  • 15 eine Darstellung der zentralen Funktionselemente eines zählenden und energiediskriminierenden Pixels eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors und
  • 16 eine Darstellung einer Bildverarbeitungskette bei einer Aufnahme eines Röntgenbildes mit einem erfindungsgemäßen Röntgendetektor.
The invention and further advantageous embodiments according to features of the subclaims are explained in more detail below with reference to schematically illustrated embodiments in the drawing, without thereby limiting the invention to these embodiments. Show it:
  • 1 a view of a known X-ray detector with a scintillator,
  • 2 a view of a known X-ray system for use in interventional procedures,
  • 3 a top view of a section of an inventive X-ray detector with multiple detector modules,
  • 4 a plan view of an array of four detector modules according to 3 .
  • 5 a plan view of a further arrangement of four detector modules according to 3 with guard rings,
  • 6 a side view of a sensor module of an embodiment of the inventive X-ray detector,
  • 7 a side view of two adjacently arranged sensor modules of an embodiment of the inventive X-ray detector,
  • 8th a top view of four adjacently arranged sensor modules of an embodiment of the inventive X-ray detector,
  • FI 9 is a plan view of an arrangement of four detector modules of a further embodiment of the X-ray detector according to the invention,
  • 10 a top view of an arrangement of four detector modules of a further embodiment of the inventive X-ray detector,
  • 11 a side view of two adjacently arranged sensor modules of a further embodiment of the inventive X-ray detector,
  • 12 a side view of a sensor module with two detector modules of an embodiment of the inventive X-ray detector,
  • 13 a plan view of the sensor module according to 12 .
  • 14 a representation of the central functional elements of a counting pixel of an inventive X-ray detector,
  • 15 a representation of the central functional elements of a counting and energy-discriminating pixel of an inventive X-ray detector and
  • 16 a representation of an image processing chain in a recording of an X-ray image with an X-ray detector according to the invention.

In der 3 ist eine Draufsicht auf einige Detektormodule 24 eines erfindungsgemäßen zählenden digitalen Röntgendetektors gezeigt. Jedes Detektormodul ist in eine Vielzahl von gleichgroßen, quadratischen Pixeln 12 eingeteilt, welche matrixartig angeordnet sind und einen regelmäßigen Pixelpitch 53 aufweisen. Die Detektormodule sind derartig angeordnet, dass die regelmäßige Matrixstruktur keine Unterbrechung aufweist, wobei eine Lücke 54 zwischen den Detektormodulen angeordnet ist. Wie in 4 mittels der gestrichelt angedeuteten Pixel gezeigt, ist die Lücke 54 genau so ausgebildet, dass ein Pixel bzw. eine Reihe oder Spalte von Pixeln fehlt. In der 5 ist eine Anordnung aus vier Detektormodulen wie in 4 gezeigt, wobei die Detektormodule zusätzlich jeweils einen Guardring 25 aufweisen. Guardringe können die Eigenschaften von Randpixeln verbessern. Die gezeigten Detektormodule weisen eine 4-seitige Anreihbarkeit auf, so dass der Röntgendetektor eine beliebige Anzahl solcher Detektormodule nebeneinander aufweisen kann. Richtige „Randmodule“ können von den gezeigten Detektormodulen abweichen.In the 3 is a plan view of some detector modules 24 a counting digital X-ray detector according to the invention shown. Each detector module is in a plurality of equal-sized, square pixels 12 divided, which are arranged like a matrix and a regular pixel pitch 53 exhibit. The detector modules are arranged such that the regular matrix structure has no interruption, with a gap 54 is arranged between the detector modules. As in 4 shown by the pixels indicated by dashed lines, the gap is 54 designed to miss a pixel or a row or column of pixels. In the 5 is an array of four detector modules as in 4 shown, wherein the detector modules additionally each have a guard ring 25 exhibit. Guard rings can improve the properties of edge pixels. The detector modules shown have a 4-sided alignability, so that the X-ray detector can have any number of such detector modules side by side. Correct "edge modules" may differ from the detector modules shown.

In der 6 ist der Aufbau eines Sensormoduls 40 eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors mit einem Detektormodul 24 und einem Auslese-ASIC 32 gezeigt. Das Detektormodul weist dabei eine obere Elektrode 29, welche flächig ausgebildet sein kann, einen Direktkonverter 26 und Pixelelektroden 27 auf. Bei Bedarf kann außerdem noch ein Guardring 25 an dem Detektormodul 24 angeordnet sein. Der Direktkonverter 26 ist i.A. nicht in einer Pixelstruktur unterteilt, diese wird erst durch die Anordnung der Pixelelektroden 27 auf der Unterseite des Direktkonverters 26 gebildet. Oberseite soll hier die der Röntgenstrahlung zugewandte Seite und Unterseite die von dieser abgewandte Seite bezeichnen. Der Direktkonverter kann z.B aus den Materialien CZT, CdTe, Cd(Zn,Te), HgI, PbO oder ähnlichen Halbleitermaterialien gebildet sein. Bei diesen Materialien werden von einem absorbierten Röntgenquant direkt Elektron-Loch-Paare erzeugt. Neben dem Detektormodul 24 weist das Sensormodul 40 einen Auslese-ASIC 32 und eine der Anwendung entsprechende Anzahl von trans silicon vias, TSVs 31, auf. Der Auslese-ASIC 32 ist mittels Bump-Bonds 28 und elektrischen Kontakten 35 mit der Pixelelektrode 27 des Detektormoduls leitend verbunden. Da die integrierte Schaltung die gesamte Fläche eines Pixels benötigt, können die TSVs nicht innerhalb einer Sensorfläche eines Pixels angeordnet werden.In the 6 is the structure of a sensor module 40 an X-ray detector according to the invention with a detector module 24 and a read-out ASIC 32 shown. The detector module has an upper electrode 29 , which can be designed flat, a direct converter 26 and pixel electrodes 27 on. If necessary, also a guard ring 25 at the detector module 24 be arranged. The direct converter 26 iA is not subdivided into a pixel structure, this is only due to the arrangement of the pixel electrodes 27 on the bottom of the direct converter 26 educated. Top here is the X-ray facing side and underside denote the side facing away from this. The direct converter can be formed, for example, from the materials CZT, CdTe, Cd (Zn, Te), HgI, PbO or similar semiconductor materials. These materials directly generate electron-hole pairs from an absorbed X-ray quantum. Next to the detector module 24 has the sensor module 40 a readout ASIC 32 and a number of trans silicon vias, TSVs, corresponding to the application 31 , on. The Elite ASIC 32 is via bump bonds 28 and electrical contacts 35 with the pixel electrode 27 the detector module conductively connected. Since the integrated circuit requires the entire area of a pixel, the TSVs can not be located within a sensor area of a pixel.

In der 7 sind als Ausschnitt zwei Sensormodule 40 eines erfindungsgemäßen zählenden Röntgendetektors gezeigt, wobei zwischen den beiden Detektormodulen 24 der Sensormodule 40 eine Lücke 54 angeordnet ist. Die Lücke 54 entspricht einer Fehlstelle eines Pixels und der Pixelpitch 53 bleibt über die einzelnen Sensormodule 40 hinweg gewahrt. Die Sensormodule 40 sind gemeinsam auf einem Substrat 33 angeordnet, z.B aus amorphem Silizium. Das Substrat weist eine oder mehrere mechanische Verbindungen 38 zu einem darunter angeordneten peripheren Elektronikboard 34 auf. Im Bereich der Lücke 54 der Detektormodule bzw. von deren Pixeln 12 sind die TSVs 31 der Sensormodule 40 angeordnet, sie führen durch eine oder mehrere Öffnungen 39 durch das Substrat und mit elektrischen Kontakten 36 zu dem Elektronikboard, wobei in der Öffnung 39 elektrische Verbindungen 37 angeordnet sind. Durch eine derartige Anordnung werden absorbierte Röntgenquanten im Direktkonverter in elektrische Ladung umgewandelt, durch die obere Elektrode und die Pixelelektroden getrennt und pixeliert über die Bump-Bonds zu dem ASIC transportiert, die Ladung wird im ASIC gesammelt und ausgelesen und anschließend in dem Elektronikboard weiterverarbeitet. Zwischen den obenern Elektroden 29 der Sensormodule 40 sind außerdem HV-Verbindungen 30 angeordnet.In the 7 are as cutting two sensor modules 40 a counting X-ray detector according to the invention shown, wherein between the two detector modules 24 the sensor modules 40 a gap 54 is arranged. The gap 54 corresponds to a defect of a pixel and the pixel pitch 53 remains over the individual sensor modules 40 respected. The sensor modules 40 are together on a substrate 33 arranged, for example of amorphous silicon. The substrate has one or more mechanical connections 38 to an underlying peripheral electronics board 34 on. In the area of the gap 54 the detector modules or their pixels 12 are the TSVs 31 the sensor modules 40 arranged, they lead through one or more openings 39 through the substrate and with electrical contacts 36 to the electronics board, being in the opening 39 electrical connections 37 are arranged. By such an arrangement absorbed X-ray quanta are converted into electrical charge in the direct converter, separated by the upper electrode and the pixel electrodes and pixelated transported via the bump bonds to the ASIC, the charge is collected in the ASIC and read and then further processed in the electronics board. Between the top electrodes 29 the sensor modules 40 are also HV connections 30 arranged.

In der 8 ist eine Draufsicht auf vier nebeneinander angeordnete Sensormodule gezeigt, wobei insbesondere die Anordnung der ASICs 32 und der darauf befindlichen TSVs 31 sichtbar ist. Detektormodule 24 und ASICs 32 sind gegeneinander leicht verschoben und müssen nicht genau die gleiche Grundfläche aufweisen. Auf diese Weise reichen die ASICs 32 jeweils bis in die Zwischenräume zwischen zwei Detektormodulen 24 hinein. Genau dorthin werden die TSVs gelegt. Durch diese Anordnung kann die Regelmäßigkeit der Pixelstruktur erhalten werden und gleichzeitig können die notwendigen elektrischen Verbindungen one Einschränkungen positioniert werden.In the 8th is a plan view of four juxtaposed sensor modules shown, in particular, the arrangement of the ASICs 32 and the TSVs on it 31 is visible. detector modules 24 and ASICs 32 are slightly shifted against each other and do not have to have exactly the same footprint. That's how the ASICs last 32 each into the spaces between two detector modules 24 inside. That's exactly where the TSVs are laid. By this arrangement, the regularity of the pixel structure can be obtained, and at the same time, the necessary electrical connections can be positioned one constraints.

Die durch die Lücke zwischen den Detektormodulen entstandenen fehlenden Pixelspalten oder Pixelzeilen können auf einfache Weise nach Aufnahme der Rohdaten der Rohteilbilder der einzelnen Sensormodule ergänzt werden. Der Gesamtprozess der Bildverarbeitung ist weiter unten in 15 beschrieben. Nachdem jedoch ein Rohgesamtbild 55 aus der Vielzahl von Rohteilbildern der einzelnen Detektormodule 24 gewonnen wird, können die fehlenden Pixelspalten und Reihen durch Interpolation der Messwerte der zu den Fehlstellen benachbarten Pixel ermittelt bzw. berechnet werden. Hierfür können Korrekturalgorithmen ähnlicher bekannter Defektkorrekturen (z.B. aus der Schrift US 6763084 B2 , wenn hier auch dynamisch und nicht in erster Linie ortsfest auftretende Defekte behandelt werden) eingesetzt werden.The missing pixel columns or pixel lines created by the gap between the detector modules can be easily supplemented after taking up the raw data of the blank images of the individual sensor modules. The overall process of image processing is below in 15 described. However, after a raw picture 55 from the large number of blank images of the individual detector modules 24 is obtained, the missing pixel columns and rows can be determined or calculated by interpolation of the measured values of the pixels adjacent to the defects. Correction algorithms of similar known defect corrections (eg from the Script US 6763084 B2 , if here also dynamic and not primarily stationary occurring defects are treated) are used.

In den 9 und 10 ist als eine weitere Ausgestaltung der Erfindung eine Draufsicht auf vier Detektormodule 24, welche an ihren Rändern jeweils verkleinerte Pixel 12.1 aufweisen, gezeigt. Die verkleinerten Pixel 12.1 sind in ihrer Sensorfläche mindestens 20% kleiner als die übrigen normal großen Pixel 12, wobei insbesondere das jeweilige Eckpixel noch kleiner ausgebildet ist, da es zu zwei weiteren Detektormodulen benachbart ist. Für eine vierseitige Anreihbarkeit sind die Pixel an allen vier Rändern der jeweiligen Detektormodule verkleinert. Die Detektormodule 24 sind derart angeordnet und die Lücke ist derart ausgebildet, dass der Pixelpitch erhalten bleibt und die verkleinerten Pixel 12.1 an der Stelle eines normal großen Pixels angeordnet sind. Dies ist mittels der gestrichelt angedeuteten Pixel gezeigt. 10 zeigt eine ähnliche Anordnung wie 9 mit dem Unterschied, dass die Detektormodule jeweils einen Guardring 25 aufweisen.In the 9 and 10 is as a further embodiment of the invention is a plan view of four detector modules 24 , which each have smaller pixels at their edges 12.1 have shown. The reduced pixels 12.1 are at least 20% smaller in their sensor surface than the other normal sized pixels 12 In particular, the respective corner pixel is formed even smaller because it is adjacent to two other detector modules. For four-sided alignability, the pixels at all four edges of the respective detector modules are reduced in size. The detector modules 24 are arranged in such a way and the gap is formed such that the pixel pitch is maintained and the reduced pixels 12.1 are arranged at the location of a normal sized pixel. This is shown by means of the dashed lines indicated pixels. 10 shows a similar arrangement as 9 with the difference that the detector modules each have a guard ring 25 exhibit.

11 zeigt die Anordnung der 9 und 10 als Seitenansicht und unter Berücksichtigung der kompletten Sensormodule 40 und deren Anordnung auf dem Substrat 33. Im Bereich der Lücke 54 sind wiederum die TSVs angeordnet. Die verkleinerten Pixel 12.1 sind vor allem durch eine Reduzierung der Fläche der verkleinerten Pixelelektroden 27.1 ausgebildet. Die Reduzierung der Sensorfläche resultiert in einer reduzierten Sensitivität der verkleinerten Pixel 12.1. Dies kann jedoch auf einfache Weise im Rohgesamtbild korrigiert werden. 11 shows the arrangement of 9 and 10 as a side view and taking into account the complete sensor modules 40 and their Arrangement on the substrate 33 , In the area of the gap 54 In turn, the TSVs are arranged. The reduced pixels 12.1 are mainly due to a reduction in the area of the reduced pixel electrodes 27.1 educated. The reduction of the sensor area results in a reduced sensitivity of the reduced pixels 12.1 , However, this can be easily corrected in the gross overall picture.

Die geringere Sensitivität bzw. geringere Zählrate gegenüber einem Pixel mit voller Sensorfläche wird entsprechend dem Prozentsatz der reduzierten Sensorfläche hochkorrigiert, also z.B. extrapoliert. Hierzu können auch Kalibrierdaten verwendet werden: Bei gleichmäßiger Bestrahlung ist (bis auf statistische Schwankungen) in den verkleinerten Pixeln die gleiche Zählrate zu erwarten wie in normalgroßen Pixeln. Es wird tatsächlich aber eine andere, geringere Zählrate gezählt, aufgrund der geringeren effektiven Detektorfläche dieser Randpixel, aber auch wegen anderer physikalischer Effekte, wie z.B. k-Escape, Comptonstreung, anderer Ausprägung des elektrischen Feldes, das die Ladungsträger sammelt, etc. Die Diskrepanz zwischen der Erwartung und der gemessenen Zählrate in Rand- bzw. Zentralpixeln (Kalibrierung) kann zur Kompensation der „falschen“ Zählrate der verkleinerten Pixel hergezogen werden. Die i.A. geringeren Zählraten der verkleinerten Pixel erzeugen wegen der reduzierten Quantenstatistik in Folge auch ein höheres relatives Rauschen. Nachdem die Zählraten durch die Korrektur angepasst wurden, ist das Rauschen in den verkleinerten Pixeln höher als in den normal großen Pixeln. Dieses erhöhte Rauschen ist aber auch durch den Kalibrierprozess deterministisch vorhersagbar und kann durch geeignete Rauschreduktionsmaßnahme kompensiert werden.The lower sensitivity or lower count rate over a full sensor area pixel is highly corrected according to the percentage of reduced sensor area, e.g. extrapolated. Calibration data can also be used for this: With uniform irradiation (except for statistical fluctuations), the same count rate can be expected in the reduced pixels as in normal-sized pixels. In fact, however, a different, lower count rate is counted because of the lower effective detector area of these edge pixels, but also because of other physical effects, e.g. k-Escape, Comptonstring, other manifestation of the electric field that collects the charge carriers, etc. The discrepancy between the expectation and the measured count rate in edge or central pixels (calibration) can be used to compensate for the "wrong" count rate of the reduced pixels , The i.a. lower counts of the reduced pixels also produce higher relative noise due to the reduced quantum statistics in succession. After the count rates have been adjusted by the correction, the noise in the reduced pixels is higher than in the normal sized pixels. However, this increased noise is also deterministically predictable by the calibration process and can be compensated by a suitable noise reduction measure.

In den 12 und 13 ist eine Ausführung eines erfindungsgemäßen zählenden Röntgendetektors gezeigt, bei welchem ein Sensormodul 40 zwei Detektormodule 24 nebeneinander aufweist, welche auf einem ASIC 32 angeordnet sind. Die TSVs 31 sind wiederum an den Rändern des ASIC gelegen, so dass sie im Bereich der Lücke 54 angeordnet werden können. Andere Kombinationen aus n x m Detektormodulen pro Sensormodul sind natürlich auch möglich, z.B. 3x1, 2x2, 3x2, 4x1, etc. Detektormodule pro Sensormodul. In jedem Fall wird bei der Anordnung der Detektormodule auf dem Sensormodul der Pixelpitch gewahrt, so dass z.B. bei Detektormodulen mit verkleinerten Pixeln an den Rändern eine Lücke zwischen den Detektormodulen vorhanden ist. Die Messwerte können dann wiederum entsprechend korrigiert werden.In the 12 and 13 an embodiment of a counting X-ray detector according to the invention is shown, in which a sensor module 40 two detector modules 24 side by side, which is on an ASIC 32 are arranged. The TSVs 31 are in turn located on the edges of the ASIC, leaving them in the gap area 54 can be arranged. Other combinations of nxm detector modules per sensor module are of course also possible, eg 3x1, 2x2, 3x2, 4x1, etc. Detector modules per sensor module. In any case, in the arrangement of the detector modules on the sensor module, the pixel pitch is maintained, so that, for example, with detector modules with reduced pixels at the edges, there is a gap between the detector modules. The measured values can then be corrected again accordingly.

14 zeigt Funktionselemente einer integrierten Schaltung eines bekannten zählenden Pixels eines zählenden Röntgendetektors, welche bevorzugt auch ein erfindungsgemäßer Röntgendetektor aufweist. Der Ladungsinput 41 wird im Pixel gesammelt und wird mit Hilfe eines Ladungsverstärkers 42 und einer Rückkopplungskapazität 46 verstärkt. Zusätzlich kann am Ausgang die Pulsform in einem Shaper (Filter) angepasst werden (nicht dargestellt). Ein Ereignis wird dann gezählt, indem ein Counter 44 um Eins hochgezählt wird, wenn das Ausgangssignal über einer einstellbaren Schwelle liegt. Dies wird über einen Diskriminator 43 festgestellt. Die Schwelle wird über z.B. über einen DAC 56 (digital to analog converter) angelegt. 15 zeigt Funktionselemente einer integrierten Schaltung eines zählenden Pixels, das auch in der Lage ist, zwischen mehreren Energiebereichen der Röntgenstrahlung zu unterscheiden. Hierfür sind sind vier (die Anzahl kann je nach Bedarf gewählt werden) verschiedene Diskriminatoren 43 vorhanden, welche unterschiedliche Schwellen aufweisen, sodass mittels der verschiedenen Counter 44 Ereignisse unterschiedlicher Energie gezählt werden können. Eine Ausleselogik 46 wertet die entsprechenden Ergebnisse aus. 14 shows functional elements of an integrated circuit of a known counting pixel of a counting X-ray detector, which preferably also has an inventive X-ray detector. The charge input 41 is collected in the pixel and is using a charge amplifier 42 and a feedback capacity 46 strengthened. In addition, the pulse shape in a shaper (filter) can be adapted at the output (not shown). An event is then counted by a counter 44 is incremented by one if the output signal is above an adjustable threshold. This is about a discriminator 43 detected. The threshold is over eg via a DAC 56 (digital to analog converter). 15 shows functional elements of an integrated circuit of a counting pixel, which is also able to distinguish between several energy ranges of the X-radiation. For this purpose, four (the number can be chosen as needed) are different discriminators 43 present, which have different thresholds, so that by means of various counters 44 Events of different energy can be counted. A readout logic 46 evaluates the corresponding results.

16 zeigt die generellen Schritte eines Korrekturverfahrens, welches von dem Auslesen der einzelnen Rohteilbilder 48 der einzelnen Detektormodule oder Sensormodule zu einem fertigen Ergebnis-Röntgenbild 47 führt. Zunächst werden die ausgelesenen Rohteilbilder 48 unabhängig voneinander einem modulspezifischen Rohdatenkorrekturschritt 49 unterzogen. Anschließend werden die korrigierten Rohteilbilder mittels eines Stitching-Algorithmus' 50 zu einem Rohgesamtbild zusammengefügt. Derartige Stitching-Algorithmen sind aus den verschiedensten Anwendungsbereichen bekannt, z.B. bei mehr-CCD Detektoren für die Radiographie/Mammographie oder bei Satellitenbilder bzw. Sternbildern, die zusammengesetzt eine größere Ansicht erzeugen. Ein solcher Algorithmus ist z.B. in der US 6 718 011 B2 gezeigt. Das Rohgesamtbild 55 wird dann in einem Korrekturschritt 51 wie bereits weiter oben ausführlich beschrieben korrigiert, indem fehlende Pixel ergänzt oder verkleinerte Pixel hochgerechnet werden. Im Falle der fehlenden Reihen oder Spalten von Pixeln zwischen Detektormodulen wird also eine Restauration des Bildinhalts an den nicht vorhandenen Pixeln ähnlich einer Defektkorrektur durchführt. Im Falle verkleinerter Pixel wird anhand von vorher erzeugten Kalibrierdaten eine Korrektur verminderter Pixelzählraten und erhöhten Rauschens der verkleinerten Pixel durchgeführt. Anschließend kann noch ein klinischer Bildverarbeitungsschritt 52 durchgeführt werden, so dass am Ende das Ergebnis-Röntgenbild 47 erhalten wird. 16 shows the general steps of a correction method, which of the readout of the individual blank images 48 the individual detector modules or sensor modules to a final result X-ray image 47 leads. First, the read-out blank images 48 independent of a module-specific raw data correction step 49 subjected. Subsequently, the corrected blank images are combined by means of a stitching algorithm 50 to a raw total image. Such stitching algorithms are known from a variety of applications, for example, in more CCD detectors for radiography / mammography or satellite imagery or constellations, which together produce a larger view. Such an algorithm is eg in the US Pat. No. 6,718,011 B2 shown. The gross picture 55 is then in a correction step 51 As already described in detail above corrected by missing missing pixels supplemented or reduced pixels are extrapolated. In the case of missing rows or columns of pixels between detector modules, therefore, a restoration of the image content on the nonexistent pixels is performed similar to a defect correction. In the case of reduced pixels, correction of reduced pixel count rates and increased noise of the reduced pixels is performed based on previously generated calibration data. Subsequently, a clinical image processing step can be added 52 be done so that in the end the result x-ray image 47 is obtained.

Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Für eine verbesserte Bildqualität bei zählenden Flachbilddetektoren mit Direktkonvertern ist ein digitaler Röntgendetektor zur Aufnahme eines Röntgenbildes eines von einer Röntgenstrahlung durchstrahlten Objektes, aufweisend eine Vielzahl von 4-seitig anreihbaren rechteckigen Detektormodulen oder Sensormodulen, wobei jedes Detektormodul oder Sensormodul einen Röntgenkonverter aufweist und in eine Matrix mit einer Vielzahl von Pixeln unterteilt ist, wobei die Detektormodule oder Sensormodule benachbart zueinander auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, wobei die durch die Gesamtheit der Detektormodule oder Sensormodule gebildete Sensorfläche eine gleichmäßige Matrixstruktur mit einem konstanten Pixelpitch aufweist und zwischen benachbarten Detektormodulen oder Sensormodulen jeweils eine Lücke in der Sensorfläche angeordnet ist.The invention may be summarized in the following manner: For improved image quality in counting flat-panel detectors with direct converters, a digital X-ray detector for taking an X-ray image of an X-ray irradiated object comprising a plurality of rectangular detector modules or sensor modules which can be arranged on four sides, wherein each detector module or sensor module has an X-ray converter and is subdivided into a matrix having a plurality of pixels, wherein the detector modules or sensor modules are arranged adjacent to each other on a common carrier, wherein the sensor area formed by the entirety of the detector modules or sensor modules has a uniform matrix structure with a constant pixel pitch and in each case a gap in the sensor surface is arranged between adjacent detector modules or sensor modules.

Claims (8)

Zählender digitaler Röntgendetektor zur Aufnahme eines Röntgenbildes eines von einer Röntgenstrahlung durchstrahlten Objektes, aufweisend eine Vielzahl von 4-seitig in einer Ebene anreihbaren rechteckigen Sensormodulen (40), aufweisend jeweils mindestens ein Detektormodul (24) und einen ASIC (32), wobei jedes Detektormodul (24) oder Sensormodul (40) einen Röntgenkonverter in Form eines Direktkonverters (26) aufweist und in eine Matrix mit einer Vielzahl von Pixeln (12, 12.1) unterteilt ist, wobei die Sensormodule (40) benachbart zueinander auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, wobei die durch die Gesamtheit der Sensormodule (40) gebildete Sensorfläche eine gleichmäßige Matrixstruktur mit einem konstanten Pixelpitch (53) aufweist und zwischen benachbarten Sensormodulen (40) jeweils eine Lücke (54) unter Wahrung des Pixelpitches (53) in der Sensorfläche angeordnet ist, wobei für eine elektrische Kontaktierung trans silicon vias (31) an den Sensormodulen vorgesehen und im Bereich der Lücke angeordnet sind.A digital X-ray detector for recording an X-ray image of an X-ray irradiated object comprising a plurality of rectangular sensor modules (40) which can be arranged on four sides in a plane, each having at least one detector module (24) and one ASIC (32), each detector module ( 24) or sensor module (40) has an X-ray converter in the form of a direct converter (26) and is subdivided into a matrix having a plurality of pixels (12, 12.1), wherein the sensor modules (40) are arranged adjacent to each other on a common carrier, wherein the sensor surface formed by the entirety of the sensor modules (40) has a uniform matrix structure with a constant pixel pitch (53) and a gap (54) is arranged between adjacent sensor modules (40) while maintaining the pixel pitch (53) in the sensor surface an electrical contact trans silicon vias (31) provided on the sensor modules and are arranged in the area of the gap. Röntgendetektor nach Anspruch 1, wobei die Breite der Lücke (54) zwischen benachbarten Sensormodulen (40) derartig ausgebildet ist, dass unter Wahrung des Pixelpitches (53) genau ein Pixel einfügbar ist.X-ray detector after Claim 1 , wherein the width of the gap (54) between adjacent sensor modules (40) is designed such that, while maintaining the pixel pitch (53) exactly one pixel is insertable. Röntgendetektor nach Anspruch 1, wobei die Breite der Lücke zwischen benachbarten Sensormodulen (40) derartig ausgebildet ist, dass unter Wahrung des Pixelpitches (53) mindestens zwei Pixel einfügbar sind.X-ray detector after Claim 1 , wherein the width of the gap between adjacent sensor modules (40) is designed such that at least two pixels can be inserted while maintaining the pixel pitch (53). Röntgendetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die randseitig auf dem Detektormodul (24) oder Sensormodul (40) angeordneten Pixel zumindest auf einer Randseite des Detektormoduls (24) oder Sensormoduls (40) eine um mindestens 15% verkleinerte Pixelfläche gegenüber den übrigen, gleichgroßen Pixeln (12) aufweisen und wobei ein Abstand zwischen den direkt hinter den verkleinerten Pixeln (12.1) angeordneten normalgroßen Pixeln (12) eines ersten Detektormoduls (24) oder Sensormoduls (40) und den direkt hinter den verkleinerten Pixeln (12.1) angeordneten normalgroßen Pixeln (12) eines zweiten Detektormoduls (24) oder Sensormoduls (40) derartig ausgebildet ist, dass unter Wahrung des Pixelpitches (53) mindestens zwei, insbesondere genau zwei, Pixel einfügbar sind.X-ray detector according to one of the preceding claims, wherein the edge on the detector module (24) or sensor module (40) arranged pixels at least on one edge side of the detector module (24) or sensor module (40) reduced by at least 15% pixel area compared to the other, same-sized pixels (12) and wherein a distance between the normal sized pixels (12) of a first detector module (24) or sensor module (40) arranged directly behind the reduced pixels (12.1) and the normal sized pixels (12.1) arranged directly behind the reduced pixels (12.1) ) of a second detector module (24) or sensor module (40) is designed such that while maintaining the pixel pitch (53) at least two, in particular exactly two, pixels can be inserted. Röntgendetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, welcher von einem Flachbilddetektor gebildet wird.X-ray detector according to one of the preceding claims, which is formed by a flat-panel detector. Röntgendetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Detektormodule (24) quadratisch ausgebildet sind.X-ray detector according to one of the preceding claims, wherein the detector modules (24) are square. Verfahren zur Korrektur eines Rohröntgenbildes, welches mit einem Röntgendetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufgenommen wurde, wobei ein Röntgenbild erzeugt wird, indem für den Bereich der Lücke (54) Messwerte ergänzt oder korrigiert werden, welche Messwerte durch Interpolation der Messwerte benachbarter Pixel (12) oder durch Extrapolation der Messwerte verkleinerter Pixel (12.1) ermittelt werden.Method for correcting a pipe X-ray image, which is provided with an X-ray detector according to one of the Claims 1 to 6 An X-ray image is generated by supplementing or correcting measured values for the region of the gap (54), which measured values are determined by interpolation of the measured values of adjacent pixels (12) or by extrapolation of the measured values of reduced pixels (12.1). Verfahren nach Anspruch 7, wobei im Falle verkleinerter Pixel (12.1) die Messwerte der verkleinerten Pixel (12.1) derart prozentual zu ihrer Größe extrapoliert werden, dass Sie einem Messwert eines normalgroßen Pixels (12) entsprechen.Method according to Claim 7 in which, in the case of reduced pixels (12.1), the measured values of the reduced pixels (12.1) are extrapolated in a percentage to their size such that they correspond to a measured value of a normal-sized pixel (12).
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