DE102020210957A1

DE102020210957A1 - Auswerteeinheit für einen Röntgendetektor, Röntgendetektor, medizinische Bildgebungsvorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines Röntgendetektors

Info

Publication number: DE102020210957A1
Application number: DE102020210957.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Hosemann
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2020-08-31
Filing date: 2020-08-31
Publication date: 2022-03-03
Also published as: CN114199901A; US20220066054A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine. Auswerteeinheit (1) für einen Röntgendetektor (2) zur signaltechnischen Kopplung mit einer Konvertereinheit (3), welche ausgebildet ist eintreffende Röntgenstrahlung in elektrische Signale umzuwandeln, umfassend eine Vielzahl an Pixelelektroniken (5), wobei eine jeweilige Pixelelektronik (5) ausgebildet ist zur Verarbeitung der von der Konvertereinheit in eine jeweilige Pixelelektronik (5) eingespeisten elektrischen Signale zu einem digitalen Pixelmesssignal, und wobei jede der Pixelelektroniken (5) zumindest eine ansteuerbare, digitale Signalverarbeitungseinheit (7) aufweist, welche ausgebildet ist, ein verarbeitetes, digitales Pixelmesssignal in einer jeweiligen Pixelelektronik (5) anzupassen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auswerteeinheit für einen Röntgendetektor umfassend eine Vielzahl an Pixelelektroniken, wobei jede der Pixelelektroniken eine ansteuerbare, digital Signalverarbeitungseinheit aufweist, welche ausgebildet ist ein verarbeitetes, digitales Pixelmesssignal in einer jeweiligen Pixelelektronik anzupassen, außerdem einen Röntgendetektor umfassend eine Auswerteeinheit, eine medizinische Bildgebungsvorrichtung umfassend einen Röntgendetektor und ein Verfahren zum Betreiben eines Röntgendetektors.
Röntgendetektoren finden in vielen bildgebenden Anwendungen Einsatz. So werden Röntgendetektoren beispielsweise in Computertomographen in der medizinischen Bildgebung genutzt, um ein tomographisches Röntgenbild eines Untersuchungsbereiches eines Patienten zu erzeugen.
In der Röntgenbildgebung, beispielsweise in der Computertomographie, der Angiographie oder der Radiographie, können zählende, direkt-konvertierende Röntgendetektorvorrichtungen oder integrierende, indirekt-konvertierende Röntgendetektorvorrichtungen verwendet werden.
Die Röntgenstrahlung oder die Photonen können in direkt-konvertierenden Röntgendetektorvorrichtungen durch ein geeignetes Konvertermaterial in elektrische Pulse umgewandelt werden. Als Konvertermaterial können beispielsweise CdTe, CZT, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TlBr2, HgI2, GaAs oder andere verwendet werden. Die elektrischen Pulse können von elektronischen Schaltkreisen einer Auswerteeinheit, beispielsweise in Form eines integrierten Schaltkreises (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), bewertet werden. In zählenden Röntgendetektorvorrichtungen kann die einfallende Röntgenstrahlung durch Zählen der elektrischen Pulse, welche durch die Absorption von Röntgenphotonen im Konvertermaterial ausgelöst werden, gemessen werden. Die Höhe des elektrischen Pulses ist in der Regel außerdem proportional zur Energie des absorbierten Röntgenphotons. Dadurch kann eine spektrale Information durch den Vergleich der Höhe des elektrischen Pulses mit einem Schwellwert extrahiert werden.
Die Röntgenstrahlung oder die Photonen können in indirekt-konvertierenden Röntgendetektorvorrichtungen durch ein geeignetes Konvertermaterial in Licht und mittels optisch gekoppelten Photodioden in elektrische Pulse umgewandelt werden. Als Konvertermaterial werden häufig Szintillatoren, beispielsweise GOS (Gd202S), CsJ, YGO oder LuTAG, eingesetzt. Die erzeugten elektrischen Signale werden weiter über eine Auswerteeinheit aufweisend elektronische Schaltkreise weiterverarbeitet. Szintillatoren werden insbesondere in der medizinischen Röntgenbildgebung im Energiebereich bis 1MeV eingesetzt.
Die elektronischen Schaltkreise einer Röntgendetektorvorrichtung können dabei beispielsweise einer Signalverstärkung, einer Digitalisierung (A/D-Wandler, Anlog-zu-Digital-Wandler) oder einer anderweitigen Weiterverarbeitung der elektrischen Signale vor einer Weiterleitung an eine Ausleseelektronik dienen, von welcher die verarbeiteten Daten an eine Recheneinheit weitergeleitet werden können. Die Recheneinheit kann dann dazu ausgebildet sein, basierend auf den weitergeleiteten verarbeiteten Signalen einen Röntgenbilddatensatz zu erzeugen.
Röntgendetektorvorrichtungen und insbesondere die Konvertereinheiten selbst, ob direkt-konvertierend oder indirektkonvertierend, können dabei zeit-, strahlungs- und/oder temperaturabhängigen Drifteffekten unterliegen, welche zu einer Beeinträchtigung der Bildqualität eines mittels einer Röntgendetektorvorrichtung aufgenommenen Bilddatensatzes führen können. Durch aufwendige Materialbehandlung und Stabilisierung der Betriebsbedingungen kann eine Reduzierung solcher Drifteffekte ermöglicht werden. Darüber hinaus ist jedoch die Möglichkeit für eine Korrektur der von dem Röntgendetektor ausgegebenen digitalen Messdaten wünschenswert, um eine weitere Verbesserung der mit einem Röntgendetektor erzeugten Messdatensätze zu erhalten, so dass eine hochqualitative Bildgebung gewährleistet werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Möglichkeit für eine effiziente Anpassung von Pixelmesssignalen bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
Die Erfindung betrifft eine Auswerteeinheit für einen Röntgendetektor zur signaltechnischen Kopplung mit einer Konvertereinheit, welche ausgebildet ist eintreffende Röntgenstrahlung in elektrische Signale umzuwandeln. Die Auswerteeinheit umfasst eine Vielzahl an Pixelelektroniken, wobei eine jeweilige Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken ausgebildet ist zur Verarbeitung der von der Konvertereinheit in eine Pixelelektronik eingespeisten elektrischen Signale zu einem digitalen Pixelmesssignal. Jede der Pixelelektroniken der Vielzahl umfasst außerdem zumindest eine ansteuerbare, digitale Signalverarbeitungseinheit, welche ausgebildet ist, ein verarbeitetes, digitales Pixelmesssignal in einer jeweiligen Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken anzupassen.
Die Auswerteeinheit kann als integrierter Schaltkreis ausgebildet sein. Die Auswerteeinheit kann insbesondere als ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) ausgebildet sein. Eine Umsetzung einer Möglichkeit der Anpassung der Pixelmesssignale in der Auswerteeinheit selbst, insbesondere in einem ASICs, kann zu einer besonders effizienten Anpassung beitragen.
Eine mit der Auswerteeinheit gekoppelte Konvertereinheit kann dabei als eine direkt-konvertierende Konvertereinheit umfassend ein direkt-konvertierendes Konvertermaterial ausgebildet sein. Die Konvertereinheit kann auch als indirekt-konvertierende Konvertereinheit ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Konvertereinheit beispielsweise ein Szintillatormaterial und eine damit gekoppelte Anzahl an Photodioden umfassen.
Die Auswerteeinheit kann über elektrisch leitende Verbindungen mit der Konvertereinheit koppelbar sein. Beispielsweise kann jede der Vielzahl an Pixelelektroniken der Auswerteeinheit jeweils einen Signaleingang oder mehrere Signaleingänge aufweisen, welcher zur Einspeisung von elektrischen Signalen von der Konvertereinheit in eine Pixelelektronik ausgebildet ist, wenn die Auswerteeinheit mit der Konvertereinheit über elektrisch leitende Verbindungen signaltechnisch gekoppelt ist.
Eine jeweilige Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken der Auswerteeinheit kann analoge und digitale Schaltungselemente umfassen. Eine erfindungsgemäße Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken kann zumindest ausgebildet sein, über zumindest einen Signaleingang ein elektrisches Signal von einer Konvertereinheit zu empfangen, wenn der Signaleingang mit einer Konvertereinheit gekoppelt ist, ein eingespeistes elektrisches Signal zu digitalisieren, beispielsweise mittels eines einen A/D-Wandlers (Analog-zu-Digital-Wandler), so dass basierend auf der Verarbeitung eines von einer gekoppelten Konvertereinheit eingespeisten Signals ein digitales Pixelmesssignal in einer Pixelelektronik bereitstellbar ist und mittels der erfindungsgemäßen Signalverarbeitungseinheit das digitale Pixelmesssignal anzupassen. Eine Pixelelektronik kann dann außerdem einen Signalausgang umfassen, an welchem nach einer Anpassung mittels der von der Pixelelektronik umfassten digitalen Signalverarbeitungseinheit ein angepasstes digitales Pixelmesssignal ausgebbar ist.
Eine jeweilige Pixelelektronik kann lediglich einen mit der Konvertereinheit direkt koppelbaren Signaleingang aufweisen. Es kann jedoch auch Ausbildungen geben, wobei es in einer Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken zu einer Zusammenfassung von Signalen von mehreren mit einer Konvertereinheit koppelbaren Signaleingängen kommt, und wobei eine Pixelelektronik basierend auf den zusammengefassten Signalen von mehreren Signaleingängen ein digitales Pixelmesssignal bereitstellt, welches mittels der digitalen Signalverarbeitungseinheit der Pixelelektronik anpassbar ist. Die Zusammenfassung kann dabei vor oder nach einer Digitalisierung der mittels der Signaleingänge in die Pixelelektronik eingespeisten Signale durchgeführt werden.
Eine Pixelelektronik kann neben einer Digitalisierung ausgebildet sein, ein eingespeistes Signal von einer Konvertereinheit zu verstärken oder zu formen. Eine Pixelelektronik kann außerdem zumindest einen Komparator umfassen, welcher ausgebildet ist, ein über einen Signaleingang eingespeistes und ggf. verstärktes Signal mit einem einstellbaren Schwellwert zu vergleichen und darauf basierend ein Zählsignal auszugeben. Eine Pixelelektronik kann weiterhin ein Zählelement aufweisen, welches ausgebildet ist eine Anzahl an Zählsignalen, d.h. im Wesentlichen Schwellwertüberschreitungen im Komparator, zu zählen. Das Zählelement kann beispielsweise als inkrementeller Zähler ausgebildet sein. Das digitale Pixelmesssignal kann dann beispielsweise auf der mittels des Zählelements gezählten Anzahl basieren. Das digitale Pixelmesssignal kann einem Zählerstand des Zählelements entsprechen. Basierend auf einem solchen Zählerstand kann auf die Intensität an eintreffender Röntgenstrahlung rückgeschlossen werden. Eine solche Ausbildung einer Pixelelektronik ist in der Regel mit direkt-konvertierenden Röntgendetektor verbunden.
Dabei kann eine jeweilige Pixelelektronik auch eine Mehrzahl an Komparatoren mit einstellbaren Schwellwerten und Zählelementen umfassen. Dies kann eine energieaufgelöste Vermessung der eintreffenden Röntgenstrahlung ermöglichen. Umfasst die Pixelelektronik eine Mehrzahl an Komparatoren und jeweils damit gekoppelten Zählelementen und stellt damit eine Mehrzahl an digitalen Pixelmesssignalen, beispielsweise in Form von Zählerständen der Mehrzahl an Zählelementen, bereit, kann eine Signalverarbeitungseinheit einer Pixelelektronik der Vielzahl ausgebildet sein, jedes oder nur eine Teilzahl der digitalen Pixelmesssignale anzupassen.
Bei einem indirekt-konvertierenden Röntgendetektor kommen dagegen häufig integrierend ausgebildete Pixelelektroniken zum Einsatz, wobei die Energiedeposition von während eines Auslesezeitfensters eintreffender Photonen in einer jeweiligen Pixelelektronik aufintegriert wird. Das digitale Pixelmesssignal einer jeweiligen Pixelelektronik kann dann beispielsweise auf dem digitalisierten, aufintegrierten Wert basieren.
Die erfindungsgemäße digitale Signalverarbeitungseinheit einer Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken kann ein oder mehrere digitale Schaltungselemente umfassen, welches ausgebildet ist bzw. welche ausgebildet sind, basierend auf einem digitalen Pixelmesssignal eine das digitale Pixelmesssignal anpassende Operation (im Folgenden auch Anpassungsoperation genannt) auszuführen, so dass anschließend ein angepasstes digitales Pixelmesssignal bereitstellbar ist.
Eine Anpassungsoperation kann beispielsweise eine arithmetische Operation oder eine Kombination von arithmetischen Operationen umfassen. Dies kann beispielsweise eine, insbesondere auch gewichtete, Addition, Subtraktion, Division, Multiplikation, das Anwenden einer Exponentialfunktion oder ähnliches, sein. Die Anpassungsoperation kann auch eine logische Operation, beispielsweise einen Vergleich, eine Konjunktion, eine Negation oder ähnliches, umfassen.
Neben dem digitalen Pixelmesssignal, welches angepasst werden soll, kann zumindest ein weiterer Anpassungsparameter in eine Anpassungsoperation der Signalverarbeitungseinheit mit eingehen. Ein Anpassungsparameter kann beispielsweise einen Gewichtungsfaktor, eine Abkling-Zeitkonstant einer Exponentialfunktion, ein Summand, ein Vergleichsparameter oder ähnliches umfassen. Ein Anpassungsparameter, welche in eine Anpassungsoperation der Signalverarbeitungseinheit eingehen können, kann auch auf einem mittels des Röntgendetektors gemessenen oder eines damit verknüpften Sensors gemessenen Messwert basieren. Dies kann beispielsweise auf einem oder mehreren zuvor gemessenen Pixelmesssignalen der Pixelelektronik, einem oder mehreren Pixelmesssignalen einer oder mehrerer benachbarter Pixelelektroniken oder auch einem anderweitigen Messwert, etwa einem Temperaturmesswert oder einem Zeitmesswert, umfassen.
Eine erfindungsgemäße, digitale Signalverarbeitungseinheit ist ansteuerbar ausgelegt. Die Ansteuerbarkeit der digitalen Signalverarbeitungseinheit kann umfassen, dass die Signalverarbeitungseinheit einer Pixelelektronik bzw. die Anpassungsoperation, welche mittels der Signalverarbeitungseinheit ausgeführt wird, auch nach einer Implementierung in der Pixelelektronik durch einen Anwender einstellbar, d.h. anpassbar, ist. Dies kann umfassen, dass die Signalverarbeitungseinheit parametrierbar, konfigurierbar und/oder programmierbar ist.
Beispielsweise umfasst dies, dass Variablen bzw. Übergabewerte für eine Anpassungsoperation definiert werden können, welche von der Signalverarbeitungseinheit für das Ausführen der Anpassungsoperation verarbeitet werden. Dies kann auch umfassen, festzulegen, welche Variablen bzw. Übergabewerte in eine Anpassungsoperation der Signalverarbeitungseinheit eingehen sollen. Beispielsweise kann dies umfassen, ob eine Anpassung-Anpassungsoperation auf einem zuvor gemessenen Pixelmesswert oder einem Temperaturmesswert basiert. Das kann umfassen, dass beispielsweise Standardwerte für Anpassungsparameter (im folgenden auch Anpassungskoeffizienten genannt) anpassbar hinterlegt werden können, mit welchen die Anpassungsoperation standardmäßig ausgeführt werden soll. Dies kann auch umfassen, dass mehrere Sets an Standardwerten oder eines Standardwerts hinterlegt werden können, welche dann für die Anpassungsoperation mittels der Signalverarbeitungseinheit auswählbar sind. Die Ansteuerbarkeit der digitalen Signalverarbeitungseinheit kann dann die Auswahl eines solchen Sets umfassen. Die Bereitstellung von vorab festgelegten Sets an Anpassungsparametern kann eine schnelle und einfache Anpassung der Signalverarbeitungseinheit auf vorliegende Betriebsbedingungen ermöglichen.
Übergabewerte können dafür in einem ansteuerbaren Speicherelement für Anpassungsparameter in der Auswerteeinheit in einem Schritt des Einstellens der Auswerteeinheit hinterlegt sein oder jeweils zeitlich aktuell in einem Speicherelement, etwa bei Verwendung eines in zeitlicher Nähe zu einer Anpassung gemessenen Messwerts, für ein Abrufen hinterlegt werden.
Die Ansteuerbarkeit kann außerdem umfassen eine Verschaltung eines oder mehrere Schaltelemente der digitalen Signalverarbeitungseinheit anzupassen. Beispielsweise kann ein Schaltungselement aus einer Mehrzahl an Schaltungselementen der Signalverarbeitungseinheit für das Anpassen eines digitalen Pixelmesssignals ausgewählt werden. Dies kann durch eine Anpassbarkeit von Konfigurationsparametern der Signalverarbeitungseinheit ermöglicht werden, welche die Verschaltung einer Mehrzahl an Schaltungselemente der Signalverarbeitungseinheit festlegt. Auch hier kann vorgesehen sein, dass mehrere Sets an Konfigurationsparametern oder eines Konfigurationsparameters in der Auswerteeinheit in einem Speicherelement hinterlegbar sind und die Ansteuerbarkeit eine Auswahl eines Konfigurationsparametersets umfasst.
Eine Programmierung kann umfassen, eine Abfolge von Operationen, beispielsweise in Form von Programmcode, zu definieren, welche dann von der Signalverarbeitungseinheit gemäß der definierten Abfolge umgesetzt werden können. Beispielsweise kann in einem Programmspeicher der Auswerteeinheit ein Programmcode umfassend Befehle für die Durchführung einer Operation oder einer Abfolge von Operationen hinterlegt werden, welcher bzw. welche dann mittels eines ausführenden Schaltelements, beispielsweise eines dafür ausgelegten Rechenwerks in den Pixelelektroniken, basierend auf dem Befehlen ausgeführt werden kann bzw. können.
Die Auswahl der Anpassungsparameter und/oder der auszuführenden Operationen für eine Anpassung eines digitalen Pixelmesssignals in den Pixelelektroniken der Vielzahl an Pixelelektroniken kann dabei auf experimentellem Vorwissen oder Kalibrationsmessungen basieren. Das experimentelle Vorwissen kann dabei umfassen, welche Anpassung der digitalen Pixelmesssignale notwendig ist, um ein verbessertes angepasstes digitales Pixelmesssignal zu erhalten und damit einen höherqualitativen Messdatensatz zu erzeugen.
Die digitale Signalverarbeitungseinheiten der Vielzahl an Pixelelektroniken können individuell ansteuerbar ausgebildet sein, so dass jede digitale Signalverarbeitungseinheit individuell und ggf. abweichend von einer anderen Pixelelektronik der Vielzahl eingestellt werden kann. Die digitale Signalverarbeitungseinheiten der Vielzahl an Pixelelektroniken können auch lediglich innerhalb einer Gruppe umfassend eine Mehrzahl an Pixelelektroniken übergreifend ansteuerbar sein, so dass die Signalverarbeitungseinheiten zumindest innerhalb dieser Gruppe gemeinsam und gleichartig einstellbar sind. Die Gruppe kann dabei die gesamte Vielzahl an Pixelelektroniken umfassen. Die Vielzahl an Pixelelektroniken kann jedoch in mehrere Gruppen unterteilt sein.
Für das Ansteuern kann die Auswerteeinheit einen Steuerdateneingang umfassen, mittels welchen die digitalen Signalverarbeitungseinheiten der Pixelelektroniken der Vielzahl an Pixelelektroniken oder damit verknüpfte Speicherelemente einzeln oder gruppenübergreifend angesteuert und angepasst werden können. Beispielsweise kann eine Ansteuerung der Signalverarbeitungseinheiten mittels einer externen Recheneinheit vorgesehen sein, welche mittels einer Steuerdatenleitung mit dem Steuerdateneingang einer jeweiligen Auswerteeinheit gekoppelt ist und ein Übertragen, Anpassen oder Auswählen von Parametern oder Programmcode ermöglicht.
Mittels der in den Pixelelektroniken vorgesehenen digitalen Signalverarbeitungseinheit kann vorteilhaft bereits in den Pixelelektroniken und vor einer Auslese von der Auswerteeinheit eine Anpassung der Pixelmesssignale durchgeführt werden. Dies kann vorteilhaft für eine Korrektur der Pixelmesssignale eingesetzt werden. Beispielsweise kann bereits in den Pixelelektroniken zeit-, temperatur- oder strahlungsabhängige Drifteffekte korrigiert werden oder zumindest reduziert werden. Die pixelnahe Anpassung, insbesondere bei Implementierung in einem ASIC, kann eine besonders effiziente Möglichkeit der Korrektur der digitalen Pixelmesssignale ermöglichen. Insbesondere kann eine Korrektur in einem ASIC deutlich effizienter sein als nachgelagerte Korrekturen basierend auf einer Verarbeitung mittels FPGAs oder ähnlichen Verarbeitungseinheiten. Die Anpassung kann vorteilhaft dabei basierend auf den aktuellen Betriebsbedingungen oder auf einem gewählten Anwendungsablauf für eine Anwendung eines Röntgendetektors umfassend die Auswerteeinheit angepasst werden.
Gemäß einer Ausbildungsvariante der Auswerteeinheit umfasst die digitale Signalverarbeitungseinheit einer jeweiligen Pixelelektronik einen Messwertspeicher, in welchen das digitale Pixelmesssignal übertragbar ist. Die digitale Signalverarbeitungseinheit ist dann ausgebildet, das in den Messwertspeicher übertragene digitale Pixelmesssignal anzupassen.
Vorteilhaft kann die Anpassung und die Erzeugung der digitalen Pixelmesssignale Signale entkoppelt werden, so dass während einer Anpassung eines digitalen Pixelmesssignals bereits erneut ein Pixelmesssignal erzeugt werden kann. Vorteilhaft kann eine Totzeit einer jeweiligen Pixelelektronik für die Erfassung von elektrischen Signalen von der Konvertereinheit vermieden werden.
Ein als Messwertspeicher ausgebildetes Speicherelement kann dabei auch ausgebildet sein, mehr als ein digitales Pixelmesssignal zu speichern.
Weiterhin kann die digitale Signalverarbeitungseinheit in einer Ausbildungsvariante der Auswerteeinheit ausgebildet sein, ein aktuelles digitales Pixelmesssignal basierend auf zumindest einem zuvor verarbeiteten digitalen Pixelmesssignal anzupassen.
Die digitale Signalverarbeitungseinheit kann dafür ein Speicherelement für zumindest ein zuvor mittels der Pixelelektronik verarbeitetes digitales Pixelmesssignal aufweisen und die digitale Signalverarbeitungseinheit kann ausgebildet sein, das aktuelle digitale Pixelmesssignal basierend auf dem zumindest einen zuvor verarbeiteten digitalen Pixelmesssignal anzupassen. Aus vorherigen Pixelmesssignalen kann beispielsweise eine Zeitabhängigkeit der Pixelmesssignale abgeleitet werden.
Weiterhin kann digitale Signalverarbeitungseinheit in einer Ausbildungsvariante der Auswerteeinheit ausgebildet sein, ein aktuelles digitales Pixelmesssignal basierend auf zumindest einem digitalen Pixelmesssignal einer benachbarten Pixelelektronik anzupassen.
Die digitale Signalverarbeitungseinheit kann dafür ein Speicherelement für zumindest ein digitales Pixelmesssignal einer benachbarten Pixelelektronik aufweist und die digitale Signalverarbeitungseinheit kann ausgebildet sein, das aktuell verarbeitete Pixelmesssignal basierend auf dem zumindest einen digitalen Pixelmesssignal der benachbarten Pixelelektronik anzupassen. Die Pixelelektroniken sind dann derart ausgebildet, dass ein Pixelmesssignal einer benachbarten Pixelelektronik in das Speicherelement übertragen werden kann. Basierend auf benachbarten Pixelmesssignalen kann eine korrelierte Anpassung ermöglicht werden
Die Signalverarbeitungseinheit kann auch ausgebildet sein, ein aktuelles digitales Pixelmesssignal basierend auf mehr als einem zuvor verarbeiteten digitalen Pixelmesssignal oder basierend auf mehr als einem digitalen Pixelmesssignal einer benachbarten oder einer Mehrzahl an benachbarten Pixelelektroniken anzupassen. Ein zuvor beschriebenes Speicherelement kann dementsprechend ausgebildet sein, mehr als eines dieser Pixelmesssignale zu speichern.
Gemäß einer weiteren Ausbildungsvariante der Auswerteeinheit umfasst die digitale Signalverarbeitungseinheit ein digitales Schaltungselement der folgenden Liste

• ein Addierelement,
• ein Multiplizierelement,
• ein Divisionselement,
• eine Berechnungselement für eine Exponentialfunktion,
• ein Multiplexer.

Vorteilhaft können Anpassungen basierend auf einer Addition, Multiplikation, Division oder basierend auf einer Exponentialfunktion durchgeführt werden. Ein Multiplexer kann vorteilhaft in einfacher Weise eine Verschaltung von Schaltungselementen der Signalverarbeitungseinheit ermöglichen.
Die digitale Signalverarbeitungseinheit kann mehrerer Schaltungselemente umfassen. Eine Verschaltung der Schaltungselemente kann dann insbesondere konfigurierbar ausgebildet sein. Derart kann ein Abstimmen der Signalverarbeitungseinheit und der damit hervorgerufenen Anpassung an Betriebsbedingungen oder einen Anwendungsablauf ermöglicht werden.
Die digitale Signalverarbeitungseinheit kann außerdem ein Speicherelement für zumindest einen Anpassungsparameter oder zumindest einen Konfigurationsparameter für ein Einstellen der Signalverarbeitungseinheit umfassen. In dem Speicherelement können beispielsweise Übergabewerte und Anpassungskoeffizienten für Anpassungsoperationen hinterlegt sein. Ein Konfigurationsparameter kann ein Parameter betreffend eine Verschaltung der Signalverarbeitungseinheit umfassen. Das Speicherelement kann insbesondere ansteuerbar und damit anpassbar sein, so dass eine Änderung und Anpassung des Anpassungsparameters oder Konfigurationsparameters durch einen Anwender und das Einstellen der digitalen Signalverarbeitungseinheit ermöglicht ist.
Weiterhin kann in der Auswerteeinheit ein Speicherelement für zumindest einen Anpassungsparameter oder Konfigurationsparameter übergreifend für ein Einstellen der digitalen Signalverarbeitungseinheiten einer Mehrzahl an Pixelelektroniken ausgebildet sein.
Derart können die digitalen Signalverarbeitungseinheiten innerhalb einer Gruppe an Pixelelektroniken umfassend eine Mehrzahl an Pixelelektroniken übergreifend ansteuerbar ausgebildet sein, so dass die Signalverarbeitungseinheiten zumindest innerhalb dieser Gruppe gemeinsam und gleichartig einstellbar sind. Die Gruppe kann dabei die gesamte Vielzahl oder nur eine Teilzahl der Vielzahl an Pixelelektroniken umfassen. In diesem Fall kann vorteilhaft ein erleichtertes Einstellen der Vielzahl an Pixelelektroniken ermöglicht werden.
Ein Speicherelement kann als Speicherblock oder als Register, beispielsweise als sogenannter D-Flip-Flop, ausgeführt sein.
Gemäß einer Variante der Auswerteeinheit kann die digitale Signalverarbeitungseinheit einer jeweiligen Pixelelektronik einen Prozessorkern mit einer arithmetisch-logischen Einheit (ALU) umfassen.
Eine ALU ist ein elektronisches Rechenwerk. Eine ALU ist ausgebildet arithmetische und logische Funktionen zu berechnen. In der Regel kann sie mindestens Minimaloperationen umfassend Addition, Negation oder Konjunktion umsetzen. Sie kann außerdem ausgebildet Operationen umfassend Subtraktion, Multiplikation, Division, Vergleichsoperation, Disjunktion, Kontravalenz und weitere umzusetzen.
Vorteilhaft können auch komplexere Anpassungsoperationen durchgeführt werden, insbesondere auch basierend auf einer Abfolge von mehreren Befehlen.
Die Auswerteeinheit kann einen Programmspeicher umfassen, welcher einen Programmcode für die Ansteuerung der ALU umfasst. Der Programmspeicher kann in jeder Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken ausgebildet sein. Der Programmspeicher kann auch übergreifend für die digitalen Signalverarbeitungseinheiten einer Mehrzahl an Pixelelektroniken ausgebildet ist. Ein Programmspeicher kann insbesondere durch einen Steuerdateneingang der Auswerteinheit programmierbar bzw. konfigurierbar sein, so dass eine Anpassung der von den digitalen Signalverarbeitungseinheiten durchgeführten Operationen einfach durchführbar ist.
Insbesondere kann ein übergreifend ausgebildeter Programmspeicher in Wechselwirkung mit einem übergreifend ausgebildeten Speicherelement für zumindest einen Anpassungsparameter ausgebildet sein.
Die Steuerung der Prozessorkerne in den Pixelelektroniken der Vielzahl an Pixelelektroniken kann nach dem Single Instruction Multiple Data (dt.: „Eine Instruktion, mehrere Daten“, SIMD) Prinzip umgesetzt sein. Damit kann die gleiche Operation auf einer Mehrzahl an Daten, hier dem oder den Pixelmesssignal oder Pixelmesssignalen der Pixelelektroniken, gleichzeitig ausgeführt werden.
Vorteilhaft ist eine zeiteffiziente Programmierung und parallele Ausführung der Anpassungsoperationen auf allen Pixelelektroniken einfach umsetzbar.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Röntgendetektor umfassend eine erfindungsgemäße Auswerteeinheit und eine Konvertereinheit, wobei jede Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken signaltechnisch mit der Konvertereinheit zur Einspeisung von elektrischen Signalen in die Pixelelektronik elektrisch leitend gekoppelt ist.
Der Röntgendetektor kann auch eine Mehrzahl an Auswerteeinheiten umfassen. Die Mehrzahl an Auswerteeinheiten kann mit einer Konvertereinheit oder mit einer Mehrzahl an Konvertereinheiten gekoppelt sein. Der Einsatz von flächig kleinen Auswerteeinheiten kann einer kostengünstigeren Umsetzung entsprechen. Durch die Verwendung einer Mehrzahl an Auswerteeinheiten und/oder einer Mehrzahl an Konvertereinheiten können großflächigere Röntgendetektoren als mit einer Einheit allein erreicht werden.
Alle Ausgestaltungsvarianten, die zuvor in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Auswerteeinheit beschrieben sind, können entsprechend auch in dem Röntgendetektor ausgeführt sein. Die im Hinblick auf die Auswerteeinheit erfolgte Beschreibung und die zuvor beschriebenen Vorteile der Auswerteeinheit können entsprechend auch auf den Röntgendetektor übertragen werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine medizinische Bildgebungsvorrichtung umfassen zumindest einen Röntgendetektor umfassend eine Auswerteeinheit und in Gegenüberstellung dazu eine Röntgenquelle, ausgebildet den Röntgendetektor mit Röntgenstrahlung zu belichten.
Für die Aufnahme des Röntgenbilddatensatzes kann zwischen die Röntgenquelle und dem Röntgendetektor das abzubildende Objekt platziert und mittels der Röntgenquelle durchstrahlt werden.
Insbesondere kann die medizinische Bildgebungsvorrichtung als Computertomographie-Gerät ausgebildet sein. Die medizinische Bildgebungsvorrichtung kann auch als SPECT- oder PET-System ausgebildet werden. Es kann aber auch beispielsweise als C-Bogen-Röntgengerät und/oder Dyna-CT oder auch anderweitig ausgebildet sein.
Alle Ausgestaltungsvarianten, die zuvor in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Auswerteeinheit beschrieben sind, können entsprechend auch in der medizinischen Bildgebungsvorrichtung umfassend einen Röntgendetektor mit einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit ausgeführt sein. Die im Hinblick auf die Auswerteeinheit erfolgte Beschreibung und die zuvor beschriebenen Vorteile können entsprechend auch auf die erfindungsgemäße medizinische Bildgebungsvorrichtung übertragen werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Röntgendetektors gemäß einer der zuvor beschriebenen Varianten.
Das Verfahren umfasst die Schritte des Belichtens, des Verarbeitens und des Anpassens.
Im Schritt des Belichtens wird die Konvertereinheit des Röntgendetektors mit Röntgenstrahlung mittels einer Röntgenquelle belichtet, wodurch elektrischen Signalen in der Konvertereinheit erzeugt werden, welche über die elektrisch leitende Kopplung in die Vielzahl an Pixelelektroniken der Auswerteeinheit eingespeist werden.
Im Schritt des Verarbeitens werden die eingespeisten elektrischen Signale mittels einer jeweiligen Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken zu einem digitalen Pixelmesssignal verarbeitet.
Im Schritt des Anpassens wird zumindest ein digitales Pixelmesssignal in einer Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken mittels der ansteuerbaren, digitalen Signalverarbeitungseinheit der Pixelelektronik angepasst.
Durch den Schritt des Anpassens kann eine Korrektur des Pixelmesssignals durchgeführt werden, so dass basierend auf den angepassten Pixelmesssignalen ein verbesserter Datensatz an digitalen Pixelmesssignalen bereitstellbar ist. Basierend auf einem verbesserten Datensatz kann dann beispielsweise ein verbesserter Röntgenbilddatensatz mit höherer Bildqualität erzeugt werden.
Das Verfahren kann außerdem den Schritt des Einstellens der Auswerteeinheit umfassen. Das Einstellen kann ein Parametrieren, Konfigurieren und/oder Programmieren zumindest einer ansteuerbaren, digitalen Signalverarbeitungseinheit und/oder eines damit verknüpften Speicherelements umfassen. Das Einstellen kann das Anpassen eines Anpassungsparameters, eines Konfigurationsparameters oder eines Programmcodes für die Ausführung einer Anpassungsoperation durch die digitale Signalverarbeitungseinheit umfassen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Auswerteeinheit und ihrer Ausbildungsvarianten können dabei direkt ebenso auf das Verfahren zum Betrieb eine erfindungsgemäßen Röntgendetektors umfassend eine erfindungsgemäße Auswerteeinheit gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungsvarianten übertragen werden.
Im Rahmen der Erfindung können außerdem Merkmale, welche in Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung und/oder unterschiedliche Anspruchskategorien (Verfahren, Verwendung, Vorrichtung, System, Anordnung usw.) beschrieben sind, zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden. Beispielsweise kann ein Anspruch, der eine Vorrichtung betrifft, auch mit Merkmalen, die im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet werden und umgekehrt. Funktionale Merkmale eines Verfahrens können dabei etwa durch entsprechend ausgebildete gegenständliche Komponenten ausgeführt werden. Neben den in dieser Anmeldung ausdrücklich beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind vielfältige weitere Ausführungsformen der Erfindung denkbar, zu denen der Fachmann gelangen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche vorgegeben ist.
Die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ schließt nicht aus, dass das betroffene Merkmal auch mehrfach vorhanden sein kann. Die Verwendung des Ausdrucks „aufweisen“ schließt nicht aus, dass die mittels des Ausdrucks „aufweisen“ verknüpften Begriffe identisch sein können. Beispielsweise weist die medizinische Bildgebungsvorrichtung die medizinische Bildgebungsvorrichtung auf. Die Verwendung des Ausdrucks „Einheit“ schließt nicht aus, dass der Gegenstand, auf den sich der Ausdruck „Einheit“ bezieht, mehrere Komponenten aufweisen kann, die räumlich voneinander separiert sind.
Der Ausdruck „basierend auf“ kann im Kontext der vorliegenden Anmeldung insbesondere im Sinne des Ausdrucks „unter Verwendung von“ verstanden werden. Insbesondere schließt eine Formulierung, der zufolge ein erstes Merkmal basierend auf einem zweiten Merkmal erzeugt (alternativ: ermittelt, bestimmt etc.) wird, nicht aus, dass das erste Merkmal basierend auf einem dritten Merkmal erzeugt (alternativ: ermittelt, bestimmt etc.) werden kann.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von beispielhaften Ausführungsformen unter Hinweis auf die beigefügten Figuren erläutert. Die Darstellung in den Figuren ist schematisch, stark vereinfacht und nicht zwingend maßstabsgetreu. In unterschiedlichen Figuren werden für gleiche Merkmale die gleichen Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausbildungsvariante eines exemplarischen Röntgendetektors mit einer Auswerteeinheit,
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausbildungsvariante einer Signalverarbeitungseinheit in einer Auswerteeinheit,
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausbildungsvariante einer Signalverarbeitungseinheit in einer Auswerteeinheit,
4. eine schematische Darstellung einer dritten Ausbildungsvariante einer Signalverarbeitungseinheit in einer Auswerteeinheit,
5 eine beispielhafte Ausführungsform einer medizinischen Bildgebungsvorrichtung, und
6 einen schematischen Verfahrensablauf eines Verfahrens zum Betreiben eines Röntgendetektors.

1 zeigt eine beispielhafte Anordnung mehrerer Röntgendetektoren 2 gemäß einer exemplarischen Ausbildungsvariante. Die Röntgendetektoren 2 sind in der gezeigten Anordnung matrixförmig zur Ausbildung einer größeren Gesamtfläche für eine Detektion von Röntgenstrahlung angeordnet. Es kann auch andere Anordnungen eines oder mehrerer Röntgendetektoren geben.
In 1 ist exemplarisch ein direkt-konvertierender Röntgendetektor 2 gezeigt, aufweisend eine Konvertereinheit 3 mit einem direkt-konvertierenden Konvertermaterial. Das Konvertermaterial kann beispielsweise CdTe, CZT, CdZnTeSe, CdTeSe, CdMnTe, InP, TlBr2, HgI2, GaAs, Si oder ein anderes geeignetes Material umfassen. Die Oberseite des Konverterelements 3 weist eine erste Elektrode 71 (Top-Elektrode) auf. Die Unterseite einer jeweiligen Konvertereinheit 3 weist Sensor-Pixelelektroden 55 auf. Die Sensor-Pixelelektroden 55 sind über die elektrisch leitende Verbindungen 69 und die Auswerte-Pixelelektroden 57 mit der Auswerteeinheit 1 verbunden.
Die Auswerteeinheit 1 kann insbesondere in Form eines ASICS ausgebildet sein. Die elektrisch leitenden Verbindungen 69 können beispielsweise als Lotkugeln (bump bonds) oder Lotmaterial in Verbindung mit Kupfersäulen (copper pillars) oder auch anderweitig ausgebildet sein. Über die Sensor-Pixelelektroden 55, die elektrisch leitenden Verbindungen 69 und die Auswerte-Pixelelektroden 57 ist die Auswerteeinheit 1 signaltechnisch mit der Konvertereinheit 3 gekoppelt.
Zwischen der ersten Elektrode 71 und den jeweiligen Sensor-Pixelelektroden 57 kann ein elektrisches Feld angelegt werden, welches jeweils ein einer Auswerte-Pixelelektrode 57 zugeordnetes sensitives Detektionsvolumen im Konverterelement 3 definiert. Das durch eine Energiedeposition durch eintreffende Röntgenphotonen erzeugte elektrische Signal in einem solchen Detektionsvolumen kann dann über die zugeordnete elektrisch leitende Verbindung 69 und die Auswerte-Pixelelektrode 57 in die Auswerteeinheit 1 und insbesondere in einen Signaleingang einer Pixelelektronik 5 der Auswerteeinheit 1 eingespeist werden.
Die Auswerteeinheit 1 ist in dem gezeigten Beispiel außerdem auf einem Substrat 61 angeordnet und beispielsweise über TSV-Verbindungen 63 („Through Silicon Via“-Verbindungen) durch das Substrat 61 hindurch, mit einer peripheren Elektronik 65 verbunden ist.
Ein erfindungsgemäßer Röntgendetektor kann auch anderweitig als in 1 beispielhaft dargestellt aufgebaut sein. Insbesondere kann der Röntgendetektor 1 auch als indirektkonvertierender Röntgendetektor umfassend eine indirekt-konvertierende Konvertereinheit ausgebildet sein. Hier und in den folgenden 2 bis 4 ist zu Anschauungszwecken beispielhaft auf einen zählenden, direkt-konvertierenden Röntgendetektor Bezug genommen. Eine Übertragung der exemplarischen Ausführungsvarianten auf einen indirekt-konvertierenden Röntgendetektor und integrierend arbeitenden Röntgendetektor ist für den Fachmann jedoch leicht möglich.
Die Auswerteeinheit 1 des Röntgendetektors 2 weist eine Mehrzahl an Pixelelektroniken 5 auf. Die Pixelelektroniken 5 sind ausgebildet zur Verarbeitung der von der Konvertereinheit 3 in eine jeweilige Pixelelektronik 5 eingespeisten elektrischen Signale zu einem digitalen Pixelmesssignal.
In dem gezeigten Beispiel ist die Anzahl der Sensor-Pixelelektroden 55, die Anzahl der leitenden Verbindungen 69, die Anzahl der Auswerte-Pixelelektroden 57 und die Anzahl der Pixelelektroniken 5 in der Auswerteeinheit 1 gleich. Es kann jedoch auch andere Ausbildungen geben.
Erfindungsgemäß weist die Auswerteeinheit 1 eine Vielzahl von Pixelelektroniken 5 auf, wobei jede der Pixelelektroniken 5 zumindest eine ansteuerbare, digitale Signalverarbeitungseinheit 7 aufweist, welche ausgebildet ist, ein verarbeitetes, digitales Pixelmesssignal in einer jeweiligen Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken 5 anzupassen.
Die Vielzahl der Pixelelektroniken 5 jeweils umfassend eine digitale Signalverarbeitungseinheit 7 kann der obig beschriebenen Mehrzahl an Pixelelektroniken 5 entsprechen. Das heißt, jede der Pixelelektroniken 5 der Mehrzahl kann auch Teil der Vielzahl an Pixelelektroniken 5 sein. Es kann jedoch auch andere Ausbildungen geben.
Eine jeweilige Pixelelektronik 5 der Vielzahl an Pixelelektroniken der Auswerteeinheit 1 kann analoge und digitale Schaltungselemente umfassen. Die Pixelelektroniken 5 der Vielzahl an Pixelelektroniken 5 sind zumindest ausgebildet, über zumindest einen Signaleingang ein elektrisches Signal von einer Konvertereinheit 3 zu empfangen und ein eingespeistes elektrisches Signal zu digitalisieren, so dass basierend auf der Verarbeitung eines von einer gekoppelten Konvertereinheit3 eingespeisten Signals ein digitales Pixelmesssignal in einer Pixelelektronik bereitstellbar ist Die erfindungsgemäße digitale Signalverarbeitungseinheit 7 der Pixelelektronik 5 kann ein oder mehrere digitale Schaltungselemente umfassen, welches ausgebildet ist bzw. welche ausgebildet sind, basierend auf einem digitalen Pixelmesssignal eine das digitale Pixelmesssignal anpassende Anpassungsoperation auszuführen, so dass von der Pixelelektronik 5 anschließend ein mittels der Signalverarbeitungseinheit 7 angepasstes digitales Pixelmesssignal bereitstellbar ist. Die Anpassungsoperation kann eine arithmetische oder logische Operation umfassen.
Die digitale Signalverarbeitungseinheit 7 einer jeweiligen Pixelelektronik 5 der Vielzahl an Pixelelektroniken 5 ist ansteuerbar ausgelegt, in dem Sinne, dass sie parametrierbar, konfigurierbar und/oder sogar programmierbar sein kann, und damit ein Einstellen und Anpassen der Signalverarbeitungseinheit 7 bzw. der durch sie durchgeführten Anpassungsoperation ermöglicht ist.
Die digitale Signalverarbeitungseinheiten 7 der Vielzahl an Pixelelektroniken 5 können individuell ansteuerbar ausgebildet sein, so dass jede digitale Signalverarbeitungseinheit 7 individuell und ggf. abweichend von der Signalverarbeitungseinheit 7 einer anderen Pixelelektronik 5 der Vielzahl eingestellt werden kann. Die digitale Signalverarbeitungseinheiten 7 der Vielzahl an Pixelelektroniken können auch lediglich in einer Gruppe an Pixelelektroniken 5 übergreifend ansteuerbar sein, so dass die Signalverarbeitungseinheiten 7 zumindest innerhalb dieser Gruppe gemeinsam und gleichartig einstellbar sind.
2 zeigt eine rein schematische Darstellung einer ersten Ausbildungsvariante einer Signalverarbeitungseinheit 7 in einer Auswerteeinheit 1 eines Röntgendetektors 2 wie beispielhaft in 1 dargestellt.
Zur Veranschaulichung ist sind dabei lediglich drei Pixelelektroniken 5 einer Auswerteeinheit 1 gezeigt, welche jeweils über eine elektrisch leitende Verbindung mit der Konvertereinheit 5 gekoppelt sind. Insbesondere weist jede Pixelelektronik jeweils einen Signaleingang zur Einspeisung elektrischer Signale auf.
Wie bereits im Rahmen der Beschreibung von 1 erwähnt, wird hier auf einen photonen-zählenden, direkt-konvertierenden Röntgendetektor Bezug genommen. Eine Übertragung auf einen integrierenden und/oder indirekt-konvertierenden Röntgendetektor ist jedoch ohne Weiteres möglich.
In dem gezeigten Beispiel schließt sich an einen jeweiligen mit der Konvertereinheit 3 gekoppelten Signaleingang einer Pixelelektronik 5 eine Signalverstärkungseinheit 13 und ein Komparator 15 mit einem einstellbaren Schwellwert THR an. Ein eingespeistes elektrisches Signal von der Konvertereinheit basierend auf einer Energiedeposition eines Röntgenphotons im Konvertermaterial wird in der Signalverstärkungseinheit verstärkt. In der Regel wird das verstärkte Signal außerdem mittels eines Pulsformers (engl.: pulse shaper) zu einem Spannungspuls geformt. Das verstärkte Signal wird mittels des Komparators 15 mit einer einstellbaren Schwellwert THR verglichen, wobei bei Überschreitung des Schwellwertes ein binäres Zählsignal ausgegeben wird. Das binäre Zählsignal kann dann mittels des Zählelements 19, ausgebildet beispielsweise als inkrementeller Zähler, gezählt werden. Das Zählelement 19 stellt hier in Form seines Zählerstands das digitales Pixelmesssignal bereit, welches anschließend mittels der digitalen Signalverarbeitungseinheit 7 angepasst wird. In anderen Ausbildungsvarianten können auch weitere Elemente in der Pixelelektronik vorgesehen sein.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst die digitale Signalverarbeitungseinheit 7 einer jeweiligen Pixelelektronik 5 einen Messwertspeicher 11, in welchen das digitale Pixelmesssignal übertragbar ist. Das heißt, der Zählerstand des Zählelements ist in den Messwertspeicher 11 übertragbar.
Die digitale Signalverarbeitungseinheit 7 ist dann ausgebildet, das in den Messwertspeicher 11 übertragene Pixelmesssignal anzupassen. Dazu umfasst die gezeigte Signalverarbeitungseinheit 7 ein Schaltelement 9, welches ausgebildet eine Operation basierend auf dem in dem Messwertspeicher 11 gespeicherten digitalen Pixelmesssignal auszuführen.
Die Signalverarbeitungseinheit 7 kann beispielsweise als digitales Schaltungselement 9 ein Addierelement, ein Multiplizierelement, ein Divisionselement, eine Berechnungselement für eine Exponentialfunktion oder auch ein anderweitiges digitales Schaltungselement 9 umfassen. Insbesondere können auch mehrere unterschiedlich ausgebildete, digitales Schaltungselemente 9 vorgesehen sein, welche unterschiedliche Operationen für eine Anpassung des digitalen Pixelmesssignals durchführen können. Insbesondere kann die Verschaltung der Schaltungselemente 9 durch Anpassung von Konfigurationsparametern konfigurierbar ausgebildet sein. Dies kann eine Auswahl einer Operation oder auch ein konfigurierbares Hintereinanderschalten von Operationen ermöglichen. Dafür kann bzw. können beispielsweise ein oder mehrerer Multiplexer oder ein Netzwerk zur Verschaltung der Schaltungselemente 9 in der Signalverarbeitungseinheit 7 vorgesehen sein. Ebenso kann ein Speicherelement für zumindest einen Konfigurationsparameter vorgesehen sein, welcher für eine Konfiguration der Signalverarbeitungseinheiten abrufbar ist.
Die Signalverarbeitungseinheit 7 umfasst in der gezeigten Ausführung außerdem ein Speicherelement 22 für zumindest einen Anpassungsparameter. Ein in einem Speicherelement 22 hinterlegter Anpassungsparameter kann beispielsweise einen Gewichtungsfaktor, eine Abkling-Zeitkonstant einer Exponentialfunktion, ein Summand, ein Vergleichsparameter oder ähnliches umfassen, welcher in die Anpassungsoperation der Signalverarbeitungseinheit eingeht. Das Speicherelement 22 ist insbesondere ansteuerbar ausgebildet, so dass eine Anpassung des zumindest einen Anpassungsparameters in dem Speicherelement 22 ermöglicht ist.
Die Signalverarbeitungseinheit 7 weist außerdem ein Speicherelement 21 für zumindest ein zuvor mittels der Pixelelektronik 5 verarbeitetes digitales Pixelmesssignal auf. Es kann eine Mehrzahl an Anpassungsparameterwerten in dem Speicherelement gespeichert sein. Ein Anpassungsparameter kann zumindest in Abhängigkeit des Pixelmesssignals für die Anpassungsoperation ausgewählt werden.
Die gezeigte digitale Signalverarbeitungseinheit 7 kann ausgebildet sein, ein in dem Messwertspeicher 11 übertragenes aktuelles digitales Pixelmesssignal basierend auf zumindest einem zuvor verarbeiteten digitalen Pixelmesssignal aus dem Speicherelement 21 und basierend auf dem zumindest einem Anpassungsparameter, welche in dem Speicherelement 22 hinterlegt ist, anzupassen. Das zuvor gemessenen Pixelmesssignal kann beispielsweise jeweils vor einer Anpassung des zuvor gemessenen Pixelmesssignals in das Speicherelement 21 übertragen werden und in anschließend in die Anpassung eines aktuellen gemessenen Pixelmesssignal eingehen. Das Speicherelement 21 kann insbesondere auch ausgebildet sein, mehr als ein zuvor gemessenes digitales Pixelmesssignal zu speichern.
Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Speicherelement für zumindest ein digitales Pixelmesssignal einer benachbarten Pixelelektronik 5 in der Signalverarbeitungseinheit 7 ausgebildet sein. Die digitale Signalverarbeitungseinheit 7 kann ausgebildet sein, ein aktuelles digitales Pixelmesssignal basierend auf zumindest einem digitalen Pixelmesssignal einer benachbarten Pixelelektronik 5 anzupassen. Das Speicherelement kann ausgebildet sein digitale Pixelmesssingale von mehreren benachbarten Pixelelektroniken 5. Die Pixelelektroniken 5 können derart ausgebildet sein bzw. untereinander signaltechnisch verbunden sein, so dass eine Übertragung der Pixelmesssignale zwischen den Pixelelektroniken 5 ermöglicht ist, d.h. dass ein digitales Pixelmesssignal einer benachbarten Pixelelektronik in ein Speicherelement der betrachteten Pixelelektronik übertragen werden kann.
Ein Anpassungsparameter für eine Anpassungsoperation kann in Abhängigkeit eines Pixelmesssignals einer benachbarten Pixelelektronik 55 oder in Abhängigkeit eines zuvor gemessenen Pixelmesssignals ausgewählt werden.
In dem gezeigten Beispiel sind alle Pixelelektroniken 5 gleich ausgebildet. Es kann jedoch davon abweichende Ausbildungen geben.
Nach einer Anpassung des digitalen Pixelmesssignals kann das angepasste Pixelmesssignal ausgegeben oder ausgelesen werden.
In der Veranschaulichung ist lediglich ein Komparator 15 und ein Zählelement 19 gezeigt. In anderen Ausführungsformen können auch mit jedem Signaleingang mehrere Komparatoren 15 mit jeweils einer einstellbaren Schwelle THR, und jeweils damit gekoppelte Zählelemente 19 vorgesehen sein, so dass basierend darauf in jeder Pixelelektronik 5 mehrere digitale Pixelmesssignale bereitgestellt werden. Werden mehrere digitale Pixelmesssignale mittels einer Pixelelektronik 5 bereitgestellt, kann die Signalverarbeitungseinheit 7 ausgebildet sein, alle oder lediglich eine Teilzahl der digitalen Pixelmesssignale anzupassen.
3 zeigt eine weitere Ausbildungsvariante einer Signalverarbeitungseinheit 7 einer Auswerteeinheit 1.
In diesem Fall ist zur Veranschaulichung lediglich ein Schaltelement 9 und ein Messwertspeicher 11 visualisiert. Es können jedoch darüber hinaus auch weitere Schaltungselemente 9 und/oder Speicherelemente vorgesehen sein. Außerdem ist in der Auswerteeinheit 1 außerdem ein Speicherelement 24 für zumindest einen Anpassungsparameter oder Konfigurationsparameter übergreifend für eine Einstellung der digitalen Signalverarbeitungseinheiten 7 einer Mehrzahl an Pixelelektroniken 5 ausgebildet.
Das heißt, in diesem gezeigten Fall weist nicht jede Signalverarbeitungseinheit 7 ein Speicherelement für zumindest einen Anpassungsparameter oder zumindest einen Konfigurationsparameter auf, sondern dieser wird für zumindest eine Gruppe an Signalverarbeitungseinheiten 7 gemeinsam bereitgestellt. Der Parameter oder die Parameter aus dem übergreifenden Speicherelement 24 können dann in die Konfiguration der Signalverarbeitungseinheit 7 oder die Anpassungsoperation des digitalen Pixelmesssignals aller Pixelelektroniken 5 der Gruppe an Pixelelektroniken 5 gleichermaßen eingehen. Die Gruppe kann die ganze Vielzahl an Pixelelektroniken 5 der Auswerteeinheit 1 umfassen. Es können jedoch auch mehrere Gruppen mit jeweils einem zugeordneten übergreifenden Speicherelement 24 vorgesehen sein.
Außerdem umfasst eine jeweilige Pixelelektronik 5 ein weiteres Auslese-Speicherelement 27, in welches das angepasste Pixelmesssignal von dem Messwertspeicher 11 der Signalverarbeitungseinheit 7 ausgegeben, d.h. im Wesentlichen kopiert, werden kann. Von dem Auslese-Speicherelement 27, kann das angepasste digitale Pixelmesssignal ausgelesen werden.
Derart kann auch die Auslese von der Anpassung der digitalen Pixelmesssignale in der Signalverarbeitungseinheit 7 entkoppelt werden. Derart können vorteilhaft Totzeiten verhindert werden.
4 zeigt eine weitere Ausbildungsvariante einer Signalverarbeitungseinheit 7.
In dieser Variante umfasst die digitale Signalverarbeitungseinheit 7 einen Prozessorkern 23 mit einer arithmetisch-logischen Einheit (ALU) umfasst.
Außerdem umfasst die Auswerteeinheit 1 einen Programmspeicher 25, welcher einen Programmcode für die Ansteuerung eines Prozessorkerns 23 einer Signalverarbeitungseinheit 7 eines Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken 5 umfasst.
In der gezeigten Variante ist der Programmspeicher 25 übergreifend für die digitalen Signalverarbeitungseinheiten 7 einer Mehrzahl an Pixelelektroniken 5 ausgebildet.
Neben dem Programmspeicher 25 kann ebenso ein, in der Darstellung nicht gezeigtes Speicherelement für zumindest einen Anpassungsparameter, vorzugsweise ebenso übergreifend für mehrere Pixelelektroniken 5 für Anpassungsparameter vorgesehen sein, welche in die Anpassung eines digitalen Pixelmesssignals mittels der ALU eingehen.
Die Steuerung der Prozessorkerne in den Pixelelektroniken der Vielzahl an Pixelelektroniken kann dann nach dem Single Instruction Multiple Data (dt.: „Eine Instruktion, mehrere Daten“, SIMD) Prinzip umgesetzt sein. Damit kann die gleiche Operation auf einer Mehrzahl an Daten, hier dem oder den Pixelmesssignal oder Pixelmesssignalen der Pixelelektroniken, gleichzeitig ausgeführt werden.
5 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer medizinischen Bildgebungsvorrichtung 32 mit einer Detektionseinheit 36 umfassend zumindest einen erfindungsgemäßen Röntgendetektor 2 und einer Röntgenquelle 37 in Gegenüberstellung zur Detektionseinheit 36. Die Röntgenquelle 37 ist ausgebildet, die Detektionseinheit 36, und damit eine Konvertereinheit 3 des Röntgendetektors 2, mit Röntgenstrahlung zu belichten. Das gezeigte medizinische Bildgebungsgerät 32 ist insbesondere als Computertomographie-Gerät ausgebildet. Das Computertomographie-Gerät umfasst eine Gantry 33 mit einem Rotor 35. Der Rotor 35 umfasst die Röntgenquelle 37 und die Detektionseinheit 36. Der Rotor 35 ist um die Rotationsachse 43 drehbar. Das Untersuchungsobjekt 39, hier ein Patient, ist auf der Patientenliege 41 gelagert und ist entlang der Rotationsachse 43 durch die Gantry 33 bewegbar. Im Allgemeinen kann das Objekt 39 beispielsweise einen tierischen Patienten und/oder einen menschlichen Patienten umfassen. Zur Steuerung der medizinischen Bildgebungsvorrichtung und/oder zur Erzeugung eines Röntgenbilddatensatzes basierend auf von dem Röntgendetektor 2 verarbeiteten und angepassten Pixelmesssignalen ist die Recheneinheit 700 vorgesehen.
Im Falle eines Computertomographie-Geräts wird üblicherweise aus einer Vielzahl an Winkelrichtungen ein (Roh-) Röntgenbilddatensatz des Objekts mittels zumindest eines Röntgendetektors 2 aufgenommen, welcher auf verarbeiteten elektrischen Pixelmesssignalen der Pixelelektroniken 5 der Auswerteeinheit 1 basiert. Anschließend kann basierend auf dem (Roh-) Röntgenbilddatensatz mittels eines mathematischen Verfahrens, beispielsweise umfassend eine gefilterte Rückprojektion oder ein iteratives Rekonstruktionsverfahren, ein finaler Röntgenbilddatensatz rekonstruiert werden.
Die Recheneinheit 700 kann eine Steuereinheit zur Steuerung der medizinischen Bildgebungsvorrichtung 32 und eine Erzeugungseinheit 55 zur Erzeugung eines Röntgenbilddatensatz basierend auf Pixelmesssignalen umfassen. Die Recheneinheit 700 kann ausgebildet sein zum Ansteuern, d.h. Konfigurieren, Parametrieren oder Programmieren, der ansteuerbaren digitalen Signalverarbeitungseinheiten 7 in den Pixelelektroniken 5 oder von übergreifend für eine Mehrzahl an Pixelelektroniken 5 vorgesehenen Elementen, beispielsweise Speicherelementen.
Des Weiteren ist eine Eingabeeinrichtung 47 und eine Ausgabeeinrichtung 49 mit der Recheneinheit 700 verbunden. Die Eingabeeinrichtung und die Ausgabeeinrichtung können beispielsweise eine Interaktion, beispielsweise eine manuelle Konfiguration, eine Bestätigung oder ein Auslösen eines Verfahrensschritts durch einen Anwender ermöglichen.
6 zeigt einen schematischen Verfahrensablauf eines Verfahrens zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors 2 beispielsweise gemäß einer der in Verbindung der 1 bis 4 beschriebenen Varianten.
Das Verfahren umfasst den Schritt des Belichtens S1 der Konvertereinheit 3 des Röntgendetektors 2 mit Röntgenstrahlung mittels einer Röntgenquelle 36 und dadurch Erzeugen von elektrischen Signalen in der Konvertereinheit 3, welche über die elektrisch leitende Kopplung in die Vielzahl an Pixelelektroniken 5 der Auswerteeinheit 1 eingespeist werden.
Das Verfahren umfasst weiter den Schritt des Verarbeitens S2 der eingespeisten elektrischen Signale mittels einer jeweiligen Pixelelektronik 5 der Vielzahl an Pixelelektroniken 5 zu einem digitalen Pixelmesssignal.
Das Verfahren umfasst weiter den Schritt des Anpassens S3, wobei zumindest ein digitales Pixelmesssignal in einer Pixelelektronik 5 mittels der ansteuerbaren, digitalen Signalverarbeitungseinheit 7 der Pixelelektronik 5 angepasst wird.
Durch den Schritt des Anpassens S3 kann eine Korrektur des Pixelmesssignals durchgeführt werden, so dass basierend auf den angepassten Pixelmesssignalen ein verbesserter Datensatz an digitalen Pixelmesssignalen bereitstellbar ist. Basierend auf einem verbesserten Datensatz kann dann beispielsweise ein verbesserter Röntgenbilddatensatz mit höherer Bildqualität erzeugt werden. Das Verfahren kann entsprechend außerdem einen Schritt des Bereitstellens der digitalen Pixelmesssignale der Pixelelektroniken 5 umfassen, wobei zumindest ein bereitgestelltes Pixelmesssignal ein angepasstes digitales Pixelmesssignal ist.
Das Verfahren kann außerdem den Schritt des Einstellens S0 der Auswerteeinheit 1 umfassen. Das Einstellen S0 kann ein Parametrieren, Konfigurieren und/oder Programmieren zumindest einer Signalverarbeitungseinheit 7 und/oder eines damit verknüpften Speicherelements 24,25,22 für zumindest einen Anpassungsparameter, eines Konfigurationsparameter oder eines Programmspeichers durch eine Ansteuerung der Signalverarbeitungseinheit 7 durch einen Nutzer umfassen. Dazu kann die Auswerteeinheit 1 zumindest einen Steuerdateneingang umfassen, worüber ein Übertragen, Auswählen oder Anpassen von Parametern oder Programmcode für ein Einstellen zumindest einer Signalverarbeitungseinheit 7 ermöglicht wird. Das Ansteuern kann beispielsweise mittels einer Recheneinheit 700 und einer damit gekoppelten Eingabeeinrichtung 47 und Ausgabeeinrichtung 49 ermöglicht werden. Der Nutzer kann beispielsweise eine Einstellung, beispielsweise einen Röhrenstrom oder eine Röhrenspannung eines medizinischen Geräts, oder einen Anwendungsablauf, d.h. einen bestimmten Untersuchungstyp, auswählen, was dann in das Einstellen der Auswerteeinheit 1 eingehen kann. Beispielsweise kann darauf basierend mittels der Recheneinheit 700 ein Anpassungsparameterset oder ein Konfigurationsparameterset für die Signalverarbeitungseinheit 7 automatisch oder halbautomatisch ausgewählt und das Set oder aber lediglich eine Auswahlinformation an die Signalverarbeitungseinheit 7 übertragen werden. Eine Wahl von Parametern kann beispielsweise auch manuell durch direkte Eingabe durch einen Nutzer mittels einer Eingabeeinheit 47 und Übertragung an die Signalverarbeitungseinheit 7 erfolgen.

Claims

Auswerteeinheit (1) für einen Röntgendetektor (2) zur signaltechnischen Kopplung mit einer Konvertereinheit (3), welche ausgebildet ist, eintreffende Röntgenstrahlung in elektrische Signale umzuwandeln, umfassend eine Vielzahl an Pixelelektroniken (5), wobei eine jeweilige Pixelelektronik (5) ausgebildet ist zur Verarbeitung der von der Konvertereinheit in eine jeweilige Pixelelektronik (5) eingespeisten elektrischen Signale zu einem digitalen Pixelmesssignal, und wobei jede der Pixelelektroniken (5) zumindest eine ansteuerbare, digitale Signalverarbeitungseinheit (7) aufweist, welche ausgebildet ist, ein verarbeitetes, digitales Pixelmesssignal in einer jeweiligen Pixelelektronik (5) anzupassen.
Auswerteeinheit nach Anspruch 1, wobei die Auswerteinheit (1) als anwendungsspezifischer, integrierter Ausleseschaltkreis ausgebildet ist.
Auswerteeinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei • die digitale Signalverarbeitungseinheit (7) einer jeweiligen Pixelelektronik (5) einen Messwertspeicher (11) umfasst, in welchen das digitale Pixelmesssignal übertragbar ist, und • die digitale Signalverarbeitungseinheit (7) ausgebildet ist, das in den Messwertspeicher (11) übertragene Pixelmesssignal anzupassen.
Auswerteeinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die digitale Signalverarbeitungseinheit (7) ausgebildet ist ein aktuelles digitales Pixelmesssignal basierend auf zumindest einem zuvor verarbeiteten digitalen Pixelmesssignal oder basierend auf zumindest einem digitalen Pixelmesssignal einer benachbarten Pixelelektronik (5) anzupassen.
Auswerteeinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die digitale Signalverarbeitungseinheit (7) ein digitales Schaltungselement (9) der folgenden Liste umfasst • ein Addierelement, • ein Multiplizierelement, • ein Divisionselement, • eine Berechnungselement für eine Exponentialfunktion, • ein Multiplexer.
Auswerteeinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die digitale Signalverarbeitungseinheit (7) ein Speicherelement (22) für zumindest einen Anpassungsparameter oder zumindest einen Konfigurationsparameter für ein Einstellen der Signalverarbeitungseinheit (7) umfasst.
Auswerteeinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in der Auswerteeinheit (1) ein Speicherelement (24) für zumindest einen Anpassungsparameter oder zumindest einen Konfigurationsparameter übergreifend für ein Einstellen der digitalen Signalverarbeitungseinheiten (7) einer Mehrzahl an Pixelelektroniken (5) ausgebildet ist.
Auswerteeinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die digitale Signalverarbeitungseinheit (7) einen Prozessorkern (23) mit einer arithmetisch-logischen Einheit umfasst.
Auswerteeinheit nach Anspruch 8, wobei die Auswerteeinheit (1) einen Programmspeicher (25) umfasst, welcher einen Programmcode für die Ansteuerung eines Prozessorkerns (23) einer Signalverarbeitungseinheit (7) eines Pixelelektronik der Vielzahl an Pixelelektroniken (5) umfasst.
Auswerteeinheit nach Anspruch 9, wobei der Programmspeicher (25) übergreifend für die digitalen Signalverarbeitungseinheiten (7) einer Mehrzahl an Pixelelektroniken (5) ausgebildet ist.
Röntgendetektor (2) umfassend eine Auswerteeinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche und eine Konvertereinheit (3), wobei jede Pixelelektronik (5) der Vielzahl an Pixelelektroniken (5) signaltechnisch mit der Konvertereinheit (3) zur Einspeisung von elektrischen Signalen in die Pixelelektronik (5) elektrisch leitend gekoppelt ist.
Medizinische Bildgebungsvorrichtung (32) umfassen zumindest einen Röntgendetektor (2) nach Anspruch 11 und in Gegenüberstellung dazu eine Röntgenquelle (36), ausgebildet den Röntgendetektor (2) mit Röntgenstrahlung zu belichten.
Medizinische Bildgebungsvorrichtung (32) nach Anspruch 12, wobei die medizinische Bildgebungsvorrichtung (32) ein Computertomographie-Gerät umfasst.
Verfahren zum Betreiben eines Röntgendetektors (2) nach Anspruch 11 umfassend die Schritte, • Belichten (S1) der Konvertereinheit (3) mit Röntgenstrahlung mittels einer Röntgenquelle und dadurch Erzeugen von elektrischen Signalen in der Konvertereinheit (3), welche über die elektrisch leitende Kopplung in die Vielzahl an Pixelelektroniken (5) der Auswerteeinheit (1) eingespeist werden, • Verarbeiten (S2) der eingespeisten elektrischen Signale mittels einer jeweiligen Pixelelektronik (5) der Vielzahl an Pixelelektroniken (5) zu einem digitalen Pixelmesssignal, • Anpassen (S3) zumindest eines digitalen Pixelmesssignals in einer Pixelelektronik (5) mittels der ansteuerbaren, digitalen Signalverarbeitungseinheit (7).