WO2022238488A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von mehrenergie-röntgenaufnahmen - Google Patents

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WO2022238488A1
WO2022238488A1 PCT/EP2022/062796 EP2022062796W WO2022238488A1 WO 2022238488 A1 WO2022238488 A1 WO 2022238488A1 EP 2022062796 W EP2022062796 W EP 2022062796W WO 2022238488 A1 WO2022238488 A1 WO 2022238488A1
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WO
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scintillator
layer
filter
sandwich
scintillator layer
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Application number
PCT/EP2022/062796
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English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Scholz
Peter Schmitt
Günther KOSTKA
Rolf Behrendt
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
    • G01T1/2018—Scintillation-photodiode combinations
    • G01T1/20181—Stacked detectors, e.g. for measuring energy and positional information

Definitions

  • Exemplary embodiments of the present invention relate to a detection device for carrying out a multi-energy X-ray exposure, to a corresponding X-ray system and to a method for carrying out the same.
  • the X-ray radiation passes through the object to be irradiated, so that the X-ray spectrum is attenuated differently depending on the material irradiated.
  • a scintillator screen the incident X-rays z. B. in visible light (or partially in visible light) are converted, so that the X-ray image is then recorded by the scintillator for further processing by means of one or more cameras.
  • the optical cameras can be placed behind the scintillator screen. If you have an object with different Be acceleration voltages of the X-ray tube, z. B.
  • a further prior art method consists in that an object is irradiated at two points in time, with the x-ray spectrum being changed either before or after the object is irradiated by being filtered with a filter.
  • sequential recording is required, which can be problematic, especially with moving objects.
  • Embodiments of the present invention provide a detection device for performing a multi-energy X-ray exposure with a first detector, a second detector and a scintillator (filter) sandwich.
  • the scintillator sandwich or scintillator-filter sandwich has an unstructured or structured carrier layer or filter layer, a first scintillator layer and a second scintillator layer.
  • the first scintillator layer is arranged on a first main surface of the carrier or filter layer and is designed to transfer an X-ray radiation impinging on the scintillator-filter sandwich into a local optical phenomenon of the first scintillator layer.
  • the second scintillator layer is disposed on a second major surface of the support or filter layer (opposite the first major surface of the filter layer) and is configured to transfer X-radiation incident on the scintillator sandwich into a local optical phenomenon of the second scintillator layer.
  • the first optical detector is aligned directly or indirectly with the first scintillator layer and is designed to detect the local optical phenomenon of the first scintillator layer.
  • the second optical detector is aimed directly or indirectly at the second scintillator layer and is designed to detect the local optical phenomenon of the second scintillator layer.
  • the filter layer is designed to filter incoming x-ray radiation (in the direction of irradiation, e.g. after the radiation of the object to be irradiated), for example so that there is a change in an x-ray spectrum of the incoming x-ray radiation.
  • the filtering creates a changed spectrum that can be evaluated together with the unfiltered spectrum. In other words, this means that the spectrum of the radiation passing through an object changes during the filtering or that the center of gravity of the spectrum changes, in order to increase the information content of the X-ray images about the object.
  • the filter layer can be made of copper or include copper. Alternative materials would be aluminium, brass or other metal. In the case of a carrier layer with a low filter effect, a polymer or carbon material could be used.
  • Exemplary embodiments of the present invention are based on the finding that a scintillator-filter sandwich enables multi-energy X-ray recording in a simple and optimized manner.
  • the scintillator-filter sandwich consists, for example, of a filter material (e.g. copper) which is coated on both sides with a scintillator.
  • the X-ray radiation weakened by the irradiated object hits one side of the scintillator and generates an image there, e.g. B. in the visible range with a sensor, z. B. an optical camera can be detected.
  • the X-rays continue to penetrate the filter behind the first scintillator, which leads to a change in the X-ray spectrum.
  • the changed spectrum then hits the second scintillator installed behind the filter and also generates an image of the irradiated object there, which, however, can differ from the image on the first scintillator due to the changed spectrum.
  • the center of gravity energy may have been shifted to higher energies, ie low-energy X-ray radiation is weakened.
  • This image can then likewise be captured by means of a sensor, for example again by means of an optical camera.
  • this means that the center of gravity energy of the incoming X-ray spectrum is shifted from the first to the second scintillator or the centers of gravity of the spectra impinging on the first and second scintillator are shifted relative to one another.
  • the combined recording of the two sensors from the same irradiated object is called dual-energy recording.
  • the advantage of this method is that with a suitable arrangement and adjustment of the optical path of the sensors/cameras, two images of the same size are taken of the irradiated object, which represent the absorption of the two spectra for each pixel of the irradiated object. Since these recordings are made simultaneously, the method is particularly suitable for recording moving objects, in contrast to sequential dual-energy recording with a change of filter.
  • a carrier layer (without a filter effect) can also be used instead of the filter layer.
  • the first scintillator layer is designed for a first spectrum (e.g. with lower centroid energies, such as 80 keV) and the second scintillator layer for a second spectrum (e.g. with higher centroid energy, such as 160 keV).
  • the first spectrum differs from the second spectrum, e.g. B. in that the second spectrum is shifted to higher energy energies or that the low-energy X-rays are weakened.
  • This energy shift can then advantageously make it possible to optimally design the two scintillators for the spectrum to be expected or the two spectra to be expected of the dual-energy X-ray recording.
  • the scintillator then converts the X-rays into light that can be easily detected by a sensor, e.g. B. the visible range.
  • the first and/or the second optical detector has a camera.
  • the optical detectors/sensors can be arranged in front of and behind the scintillator-filter sandwich and can be aligned either directly or indirectly (indirectly by means of mirrors) with the corresponding scintillators.
  • a different X-ray spectrum is recorded on each side.
  • the filter of the scintillator-filter sandwich can be structured in order to capture one or more additional X-ray spectra via the rear scintillator.
  • the detection device has a mirror arrangement which, viewed in the direction of irradiation, lies in front of the first scintillator layer and/or at least partially in the beam path.
  • the mirror arrangement can be designed to separate an optical wavelength of the local optical phenomenon of the first scintillator layer from an X-ray radiation.
  • the first optical sensor can then be aligned with the first mirror arrangement and thus also run at an angle with respect to the scintillator-filter sandwich.
  • the detection device has a second mirror arrangement, which is arranged behind the scintillator-filter sandwich as seen in the direction of incidence and/or lies at least partially in the beam path.
  • the second mirror arrangement is designed to separate an optical wavelength of the local optical phenomenon of the second mirror arrangement from x-ray radiation.
  • the second optical sensor is directed towards the second mirror arrangement, ie it can be arranged at an angle relative to the scintillator-filter sandwich, for example.
  • two mirror arrangements can be provided with two angled optical detectors or optical detectors directed indirectly onto the scintillator layers via the mirror arrangement.
  • a combination e.g. B. a mirror assembly with a corresponding optical Detector in front of the scintillator-filter sandwich or for the first scintillator layer in combination with an optical detector that is directly aligned with the second scintillator layer.
  • the filter layer of the scintillator-filter sandwich is structured.
  • a regular or irregular pattern can be applied.
  • the filter layer therefore has a pattern which, for example, has alternating first and second filter regions. It is thus possible to sample two or more different spectra via the second scintillator. For example, assuming a cellular arrangement, pixels associated with the first and second filter areas alternate. If one alternatively starts from a planar detector, pixels with first and second filter areas extend in the X and Y directions over the area.
  • the respective first filter area is designed, for example, to filter the respective X-ray radiation with a first degree of filtering through, with the respective second filter area being designed to filter the X-ray radiation in the area of each local optical phenomenon of the second scintillator layer with a second filter degree (e.g. first filter grade smaller than second filter grade).
  • the first scintillator layer maps the unfiltered spectrum directly in the beam path.
  • both filter areas allow the spectrum of the first scintillator layer to pass, but each filter it differently, so that depending on the structure in the two filter types, different filtered spectra result, which then hit the second scintillator and are made visible there.
  • third filter areas can also be provided, e.g. with a different filter thickness and/or filter material, via which a third spectrum is then recorded. This approach reduces the spatial resolution in favor of a higher spectral resolution.
  • the local optical phenomena represent pixels.
  • the pixels are clearly superimposed, so that each pixel either a cellular or a planar detector, information from a first recording and a second recording belonging to a first and a second X-ray energy spectrum can be assigned.
  • the pixels to be assigned are directly next to each other, as with RGB displays, for example.
  • the local optical appearance of the first scintillator screen is also assigned to a first X-ray energy spectrum and the local appearance of the second scintillator screen is assigned to the second X-ray energy spectrum pixel by pixel.
  • a detection device for carrying out a multi-energy X-ray recording is created with a first detector and a scintillator-filter sandwich.
  • the scintillator-filter sandwich includes a filter layer that is patterned and a first scintillator layer that is disposed on a first major surface of the filter layer and is configured to convert X-ray radiation incident on the scintillator-filter sandwich into a local optical phenomenon of the first scintillator layer:
  • the first optical detector is aimed directly or indirectly at the first scintillator layer and is designed to detect the local optical phenomenon of the first scintillator layer.
  • the structured filter layer then generates different spectra that impinge on the second scintillator layer.
  • the scintillator layer is arranged behind the filter layer in the direction of irradiation.
  • an x-ray system is created with a detection device, as explained above, and a corresponding x-ray source.
  • Another embodiment provides a method of performing multi-energy x-ray imaging using a scintillator-filter sandwich as discussed above.
  • the procedure includes the steps:
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of a scintillator-filter sandwich according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a scintillator-filter sandwich with associated detectors according to an extended embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a further scintillator-filter sandwich according to an extended exemplary embodiment, which enables a sensor arrangement that is different from that in FIG.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a scintillator-filter sandwich, which essentially has the three layers 100, 101 and 102.
  • the scintillator-filter sandwich is shown here in a sectional representation and can be, for example, a line element and/or, preferably, a surface element, so that a part of a surface detector is formed.
  • the central element of the scintillator-filter sandwich is the filter layer 101.
  • This has a first main surface and a second main surface.
  • the first main surface is the so-called front side, ie the side that faces the incoming X-ray radiation 104 .
  • the second main surface is therefore the rear side, ie the main surface that faces away from the incoming x-ray radiation 104 .
  • the primary scintillator layer 100 is arranged on the first main surface 101 .
  • the secondary scintillator layer 102 is arranged on the second main surface. Through this three layers 100, 101 and 102 result in the sandwich with the filter layer 101 in the middle.
  • Both the primary scintillator layer (first scintillator layer) 100 and the secondary scintillator layer (second scintillator layer) 102 are designed to make the incident x-ray radiation 104 visible, e.g. B. starting from the incoming X-ray radiation 104, a local optical phenomenon 105 in the first scintillator layer
  • the spectrum of the local optical phenomenon 105 or 106 can be changed compared to the incoming X-ray radiation 104 and can be in the visible range, for example. So that means that at the point of the respective scintillator 100 or 102, a kind of local area, such as. B. a pixel, is excited to an optical Leuchterschei statement. If one starts with a surface detector or surface-shaped scintillator 100 or 102, the respective local optical phenomenon 105 in the case of the first scintillator 100 or 106 in the case of the second scintillator 102 is generated when a punctiform X-ray radiation arrives exactly at the point of arrival in the X-Y view.
  • the filter is designed to filter the incoming x-ray radiation 104 and thus to vary its spectrum and/or its center of gravity energy.
  • the original spectrum is only attenuated differently by the object to be irradiated (not shown). Filtering before the first scintillator would typically be applied directly to the x-ray source to produce the desired output spectrum.
  • the filter is designed to filter the incoming x-ray radiation 104 and thus to vary its spectrum and/or its center of gravity energy.
  • the original spectrum is only attenuated differently by the object to be irradiated (not shown). Filtering before the first scintillator would typically be applied directly to the x-ray source to produce the desired output spectrum.
  • the 101 in the sandwich absorbs low energies more, high energies less. Strictly speaking, this does not "shift" the spectrum, but rather weakens all the energies it contains.
  • the spectrum weakened only by the object can then be detected with the first scintillator 100 .
  • the spectra attenuated/filtered via the filter 101 can be detected with the second scintillator 102 .
  • the filter 101 can be designed to lead to a change in the X-ray spectrum when the X-ray radiation 104 penetrates.
  • the changed spectrum is shifted to higher energies (i.e. low-energy X-rays are weakened).
  • the scintillator by means of the scintillator
  • the scintillator 100 can respond to an X-ray energy of 80 keV and the scintillator 101 designed for an X-ray energy of 160 keV who the.
  • the image generated on the second scintillator 102 differs from the image generated on the first scintillator 101 due to the changed spectrum.
  • the two changed spectra can be detected simultaneously by means of the scintillators 100 and 101, so that the X-ray detection is independent of any movements of the object.
  • the local optical phenomenon 105 and 106 is detected by means of the scintillators 100 and 102 at the same local point, ie assigned to the same pixel. A dual-energy/multiple-energy examination is therefore possible with this variant.
  • the scintillator-filter sandwich is expanded to include detectors to form a detection device.
  • a first detector such as B. a camera capture the scintillator 100
  • a second detector or camera captures the scintillator 102.
  • the cameras are each based on the detectors, e.g. B. obliquely, that is, directly aligned.
  • an indirect alignment by means of mirrors would also be possible, as will be explained in connection with FIG.
  • the cameras (not shown) detect the local optical phenomenon 105 and 106 with a local association, i. H. i.e. an assignment to corresponding pixels.
  • the two camera images can then be superimposed afterwards, so that a joint evaluation of the two different energy intakes/multiple energy intakes is then possible.
  • FIG. 2 shows the scintillator-filter sandwich 100, 101, 102 from FIG. 1 in connection with several detectors.
  • the scintillator-filter sandwich is provided with the reference number 201 verse.
  • the detection device has two sensors 207 and 208, which are directed here via mirrors 202 and 203 onto the scintillator-filter sandwich 201.
  • the local light phenomenon 105 of the scintillator 100 is projected onto the detector/camera 207 via the semi-transparent mirror 202 .
  • the mirror 202 is, for example, differently permeable or reflective for different Liche spectra, see above that for example the X-rays 204 can be transmitted unreflected or to a ho hen degree, while the spectrum of the local optical phenomenon 105, z.
  • the mirror 202 is reflected by the mirror 202 accordingly.
  • the reflection makes it possible to arrange the camera 207 outside of the irradiation direction 204 or the incoming radiation 204, e.g. B. below and / or angled to the scintillator-filter sandwich 201.
  • the mirror 203 is designed to project the local optical phenomenon 106 of the scintillator 102 onto the camera 208 as shown by the arrow 206 .
  • the camera 208 can be positioned outside the beam path of the radiation 204 .
  • the arrangement can thus be described in that the semitransparent mirror 202 seen in the direction of incidence 204 is in front of the scintillator-filter sandwich 201, e.g. B. at a 45 ° angle relative to the scintillator-filter sandwich 201 (generally angles between 30 and 60 ° or 20 and 75 °) is arranged.
  • the mirror 203 is arranged behind the scintillator-filter sandwich 201 in the direction of incidence 204, angled again, e.g. B. around 45 ° or generally in the range between 30 and 60 ° or 15 and 75 °.
  • the cameras 207 and 208 are arranged outside the beam path or can be protected from the incoming radiation 204 by a housing.
  • the electronics can be advantageously positioned out of the beam path with only the mirror assemblies 202 and 203 in the beam path to separate the optical wavelengths from the x-ray radiation.
  • Scheimpflug arrangements can be provided instead of the mirrors 202 and 203, which then also direct the local light phenomenon of the scintillator to corresponding cameras/sensors.
  • the scintillator 100 receives the x-ray radiation 104 in the direction of incidence (cf. arrow 104) and emits the local optical phenomenon 105 at least partially in the opposite direction to the direction of incidence.
  • the scintillator 102 receives the X-ray radiation 104 in the irradiation direction when it is irradiated through and emits the local optical phenomenon 106 further in the irradiation direction 204 to the reflector 203 .
  • Fig. 3 shows a cross section through a scintillator-filter arrangement with a structured th filter 302.
  • a primary scintillator 301 is seen before.
  • a secondary scintillator 303 is seen on the opposite major surface.
  • the filter 301 in the scintillator sandwich is textured. This can mean that regular or irregular patterns are applied to the filter in order to depict different energies.
  • the pattern can have alternating first and second filter areas, with the first filter area being structured and the second filter area being unstructured.
  • the first filter areas are denoted by the reference number 300a and are suitable for transmitting the luminous phenomenon of the scintillator 301.
  • the second filter areas 300b filter the incident x-ray radiation 304, so that the local luminous phenomenon 306 is generated by the scintillator 303 after the radiation 304 has been filtered.
  • the regions 302a and 302b thus enable three different X-ray spectra to be imaged by the two scintillators 301 and 303, namely with a luminous phenomenon in front of the scintillator 301 (cf. exemplary embodiment from FIG. 1) and luminous phenomena 305 and 306 behind the scintillator filter -Sandwich (seen in the direction of irradiation 304).
  • the transmitted thickness of the filter can vary, e.g. B. in the form of a checkerboard pattern.
  • filter areas with different properties (different thickness, materiality) are provided in the pattern.
  • the filter areas are arranged alternately in the pattern.
  • the cameras or detectors can be arranged behind the scintillator-filter sandwich, ie viewed in the irradiation direction 304 behind or even in the beam path.
  • the cameras or detectors can be arranged behind the scintillator-filter sandwich, ie viewed in the irradiation direction 304 behind or even in the beam path.
  • a lateral arrangement outside of the beam path 304 or an arrangement using mirrors or Scheimpflug optics or other optics is possible.
  • the recording of the primary scintillator 301 has the full spatial resolution
  • the recording of the structured, filtered secondary scintillator layer 303 has a poorer spatial resolution, depending on the pattern or arrangement of the filter structure, but has several energy spectra. This has the particular advantage that the additional energies often make it possible to distinguish between different materials.
  • the result is then, for example, a recording with the full resolution of the detector, for which spectral information from several spectra is available.
  • both the choice of scintillator material cf. scintillator 100/301 or 102/303
  • the choice of filter material cf. 101/302
  • the strengths, in particular the filter thicknesses 101/302 can also vary. Copper or another metal, for example, is used as the material for the filter.
  • different filter material variants can also be used.
  • the thickness of the scintillators (e.g. 100 and 102 in FIG. 1) is different.
  • the filter 101 explained in connection with FIG. 1 can also be designed such that it has no or only a very small/negligible filter effect. In this case, materials such as plastic or carbon are used, for example. Viewed from another side it says that the filter 101 is to be considered as a support for the scintillators 100 and 102. So that means that according to one embodiment, the detection device a carrier 10T with two scintillators 100 and 102. The arrangement is accordingly that explained in Fig. 1, as well as the mode of operation (with the exception of the filter effect of the carrier 10T). The advantage of such an arrangement is that there is a considerable improvement in dynamics.
  • the above exemplary embodiments always referred to a scintillator-filter sandwich.
  • the structure would then be referred to as a scintillator sandwich or scintillator carrier sandwich.
  • the carrier 10T can be optically impermeable or impermeable to wavelengths in the visible range or impermeable to wavelengths of the scintillators 100 and 102.
  • the filter not only has a filter effect for X-ray radiation designed according to a filter function, but is also optically opaque to radiation in the visible range or for radiation in the wavelength range of the scintillators or is reflective.
  • the method can also include the additional steps of combining the two exposures associated with the different x-ray energies.
  • the combination of the two recordings is possible in a simple manner since there is no time offset between the two recordings and direct local assignment is also possible.
  • a further exemplary embodiment creates a detection device for carrying out a multi-energy X-ray recording with a first detector and a scintillator sandwich, which has the following features: a carrier layer or filter layer; which is structured; a first scintillator layer disposed on a first major surface of the support layer or filter layer and configured to transfer X-radiation incident on the scintillator sandwich into a local optical phenomenon of the first scintillator layer; wherein the first optical detector is aimed directly or indirectly at the first scintillator layer and is configured to detect the local optical phenomenon of the first scintillator layer.
  • First scintillator/First scintillator layer (100, 301) Second scintillator/Second scintillator layer (102, 303)
  • Filter/backing sheet or filter sheet (101, 101' 302)
  • Second detector (208) Mirror/mirror assembly (202, 203)
  • Second appearance (106, 302, 306)

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Abstract

Detektionsvorrichtung zur Durchführung einer Mehrenergie-Röntgenaufnahme mit einem ersten Detektor, einem zweiten Detektor sowie einem Szintillator-Filter-Sandwich, das folgende Merkmale aufweist: eine Filterschicht; eine erste Szintillatorschicht, die auf einer ersten Hauptoberfläche der Filterschicht angeordnet ist und ausgebildet ist, eine auf das Szintillator-Filter-Sandwich auftreffende Röntgenstrahlung in eine lokale optische Erscheinung der ersten Szintillatorschicht zu transferieren; eine zweite Szintillatorschicht, die auf der zweiten Hauptoberfläche der unstrukturierten oder strukturierten Filterschicht angeordnet ist und ausgebildet ist, eine auf das Szintillator-Filter-Sandwich auftreffende Röntgenstrahlung in eine lokale optische Erscheinung der zweiten Szintillatorschicht zu transferieren; wobei der erste optische Detektor direkt oder indirekt auf die erste Szintillatorschicht gerichtet ist und ausgebildet ist, um die lokale optische Erscheinung der ersten Szintillatorschicht zu erfassen; wobei der zweite optische Detektor direkt oder indirekt auf die zweite Szintillatorschicht gerichtet ist und ausgebildet ist, um die lokale optische Erscheinung der zweiten Szintillatorschicht zu erfassen.

Description

1
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Mehrenergie-Röntgenaufnahmen
Beschreibung
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Detektionsvorrich tung zur Durchführung einer Mehrenergie-Röntgenaufnahme, auf ein entsprechendes Röntgensystem sowie ein Verfahren zur Durchführung.
Bei Mehrenergie-Röntgenaufnahmen gemäß dem Stand der Technik passiert die Röntgen strahlung das zu durchstrahlende Objekt, so dass das Röntgenspektrum in Abhängigkeit von dem durchstrahlten Material unterschiedlich abgeschwächt wird. Unter Verwendung eines Szintillatorschirms kann dann die auftreffende Röntgenstrahlung z. B. in sichtbares Licht (beziehungsweise teilweise in sichtbares Licht) umgewandelt werden, so dass dann zur Weiterverarbeitung mittels einer oder mehrerer Kameras das Röntgenbild von dem Szintillator aufgenommen wird. Die optischen Kameras können beispielsweise hinter dem Szintillatorschirm angeordnet werden. Wenn man ein Objekt mit unterschiedlichen Be schleunigungsspannungen der Röntgenröhre, z. B. 80 kV und 160 kV, und damit unter schiedlichen Röntgenspektren untersucht, so kann der Informationsgehalt über dieses Ob jekt maximiert werden. Eine Variante ist es, unterschiedliche Röntgenquellen beziehungs weise mehrere Röntgenquellen mit unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen für un terschiedliche Röntgenspektren zu verwenden, was aber das gesamte Verfahren verkom pliziert. Mit diesen unterschiedlichen Röntgenspektren kann dann das Objekt in sequenzi eller Art und Weise durchstrahlt werden. Eine weitere Stand-der-Technik-Methode besteht darin, dass zu zwei Zeitpunkten ein Objekt durchstrahlt wird, wobei das Röntgenspektrum entweder vor oder nach Durchstrahlung des Objekts verändert wird, indem mit einem Filter gefiltert wird. Auch hierbei ist eine sequenzielle Aufnahme erforderlich, was gerade bei be wegten Objekten problematisch sein kann.
Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Konzept zur Multienergie-Röntgen aufnahme bzw. Mehrenergie-Röntgenaufnahme zu schaffen, um ein breites Spektrum der ein Objekt passierten Strahlung abzubilden..
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Detektionsvorrichtung zur Durchführung eine Mehrenergie-Röntgenaufnahme mit einem ersten Detektor, einem zwei ten Detektor sowie einem Szintillator(-Filter)-Sandwich. Das Szintillator-Sandwich bzw. Szintillator-Filter-Sandwich weist eine un strukturierte oder strukturierte Trägerschicht oder Filterschicht, eine erste Szintillatorschicht und eine zweite Szintillatorschicht auf. Die erste Szintillatorschicht ist auf einer ersten Hauptoberfläche der Träger- bzw. Filterschicht ange ordnet und ausgebildet, eine auf das Szintillator-Filter-Sandwich auftreffende Röntgen strahlung in eine lokal optische Erscheinung der ersten Szintillatorschicht zu transferieren. Die zweite Szintillatorschicht ist auf einer zweiten Hauptoberfläche der Träger- bzw. Filter schicht (gegenüberliegend zu der ersten Hauptoberfläche der Filterschicht) angeordnet und ausgebildet, eine auf das Szintillator-Sandwich auftreffende Röntgenstrahlung in eine lo kale optische Erscheinung der zweiten Szintillatorschicht zu transferieren. Der erste opti sche Detektor ist direkt oder indirekt auf die erste Szintillatorschicht ausgerichtet und aus gebildet, um die lokale optische Erscheinung der ersten Szintillatorschicht zu erfassen. Der zweite optische Detektor ist direkt oder indirekt auf die zweite Szintillatorschicht gerichtet und ausgebildet, um die lokale optische Erscheinung der zweiten Szintillatorschicht zu er fassen.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die Filterschicht ausgebildet, um eine (in Einstrah lungsrichtung, z. B. nach der Strahlung des zu durchstrahlenden Objekts) eintreffende Röntgenstrahlung zu filtern, beispielsweise so dass es zu einer Änderung eines Röntgen spektrums der eintreffenden Röntgenstrahlung kommt. Durch die Filterung entsteht ein ver ändertes Spektrum, das gemeinsam mit dem ungefilterten Spektrum ausgewertet werden kann. In anderen Worten heißt das, dass sich bei der Filterung das Spektrum der ein Objekt passierten Strahlung ändert bzw. dass sich die Schwerpunktenergie des Spektrums ändert, umso den Informationsgehalt der Röntgenaufnahmen über das Objekt zu erhöhen. Bei spielsweise kann die Filterschicht aus Kupfer sein beziehungsweise Kupfer umfassen. Al ternative Materialien wären Alu, Messing oder anderes Metall. Bei einer Trägerschicht mit geringer Filterwirkung könnte ein Polymer oder Carbon-Material zum Einsatz kommen.
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Szintillator-Filter-Sandwich in einfacher und optimierter Weise eine Mehrenergie-Röntgen aufnahme ermöglicht. Das Szintillator-Filter-Sandwich besteht beispielsweise aus einem Filtermaterial (z. B. Kupfer), welches beidseitig mit einem Szintillator beschichtet ist. Die vom durchstrahlten Objekt geschwächte Röntgenstrahlung trifft auf eine Seite des Szintil lators auf und erzeugt dort ein Bild, z. B. im sichtbaren Bereich, das mit einem Sensor, z. B. einer optischen Kamera, erfasst werden kann. Die Röntgenstrahlung durchdringt weiter den hinter dem ersten Szintillator angebrachten Filter, der zu einer Änderung des Röntgen spektrums führt. Das veränderte Spektrum trifft dann auf den hinter dem Filter angebrach ten zweiten Szintillator und erzeugt dort ebenfalls ein Bild des durchstrahlten Objekts, das sich jedoch aufgrund des veränderten Spektrums von dem Bild auf dem ersten Szintillator unterscheiden kann. Beispielsweise kann eine Verschiebung der Schwerpunktenergie zu höheren Energien, d. h. niederenergetische Röntgenstrahlung wird abgeschwächt, erfolgt sein. Dieses Bild kann dann ebenfalls mittels eines Sensors, beispielsweise wiederum mit tels einer optischen Kamera, erfasst werden. In anderen Worten ausgedrückt heißt das, dass eine Verschiebung der Schwerpunktenergie des eintreffenden Röntgenspektrums von dem ersten zu dem zweiten Szintillator erfolgt bzw. die Schwerpunkte der am ersten und zweiten Szintillator auftreffenden Spektren zueinander verschoben sind. Die kombinierte Aufnahme der beiden Sensoren vom selben Durchstrahlungsobjekt wird Dual-Energy-Auf- nahme genannt.
Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass von dem durchstrahlten Objekt bei geeig neter Anordnung und Justierung des optischen Weges der Sensoren/Kameras zwei Auf nahmen gleicher Größe entstehen, die für jedes Pixel des durchstrahlten Objekts die Ab sorption der zwei Spektren darstellen. Da diese Aufnahmen simultan entstehen, eignet sich das Verfahren im Gegensatz zu sequenzieller Durchführung der Dual-Energy-Aufnahme mit Wechsel des Filters beispielsweise besonders zur Aufnahme von bewegten Objekten.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann auch eine Trägerschicht (ohne Filterwirkung) statt der Filterschicht zum Einsatz kommen.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die erste Szintillatorschicht für ein erstes Spekt rum (z. B. mit niedrigerer Schwerpunktenergien, wie zum Beispiel 80 keV) und die zweite Szintillatorschicht für ein zweites Spektrum (z. B. mit höherer Schwerpunktenergie, wie bei spielsweise 160 keV) ausgelegt. Beispielweise unterscheidet sich das erste Spektrum ge genüber dem zweiten Spektrum, z. B. dadurch, dass das zweite Spektrum zu höheren Ener gien verschoben ist bzw. dass die niederenergetische Röntgenstrahlung abgeschwächt ist. Durch diese Energieverschiebung ist kann es dann vorteilhafterweise möglich sein, die zwei Szintillatoren optimal auf das zu erwartende Spektrum beziehungsweise die zwei zu erwar tenden Spektren der Dual-Energy-Röntgenaufnahme auszulegen. Wie oben bereits erwähnt, wandelt der Szintillator die Röntgenstrahlung dann in ein ent sprechend mit einem Sensor gut detektierbares Licht um, z. B. den sichtbaren Bereich.
Bevorzugter Weise kommen optische Sensoren für den entsprechenden Bereich, z. B. den sichtbaren Bereich, zum Einsatz. Entsprechend Ausführungsbeispielen weist der erste und/oder der zweite optische Detektor eine Kamera auf.
Bezüglich der Anordnung der Kamera beziehungsweise des optischen Detektors sei nach folgend auf zwei verschiedene Varianten eingegangen. Entsprechend einer Basis Variante können die optischen Detektoren/Sensoren vor und hinter dem Szintillator-Filter-Sandwich angeordnet sein und entweder direkt oder indirekt (indirekt mittels Spiegel) auf die entspre chenden Szintillatoren ausgerichtet sein. Auf jeder Seite wird also ein unterschiedliches Röntgenspektrum erfasst. Entsprechend einer erweiterten Variante kann der Filter des Szintillator-Filter-Sandwichs strukturiert sein, um so ein oder mehrere zusätzliche Röntgen spektren über den hinteren Szintillator zu erfassen.
Entsprechend Ausführungsbeispielen weist die Detektionsvorrichtung eine Spiegelanord nung auf, die in Einstrahlungsrichtung gesehen vor der ersten Szintillatorschicht und/oder zumindest teilweise im Strahlengang liegt. Die Spiegelanordnung kann ausgebildet sein, um eine optische Wellenlänge der lokalen optischen Erscheinung der ersten Szintillator schicht von einer Röntgenstrahlung zu trennen. In diesem Fall kann dann entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen der erste optische Sensor auf die erste Spiegelanordnung ausgerichtet sein und somit also auch gewinkelt gegenüber dem Szintillator-Filter-Sand- wich verlaufen. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen weist die Detektionsvorrich tung eine zweite Spiegelanordnung auf, die in Einstrahlungsrichtung gesehen hinter dem Szintillator-Filter-Sandwich angeordnet ist und/oder zumindest teilweise im Strahlengang liegt. Die zweite Spiegelanordnung ist entsprechend Ausführungsbeispielen ausgebildet, um eine optische Wellenlänge der lokalen optischen Erscheinung der zweiten Spiegelan ordnung von einer Röntgenstrahlung zu trennen. Der zweite optische Sensor ist entspre chend Ausführungsbeispielen auf die zweite Spiegelanordnung gerichtet, d. h. kann also beispielsweise gewinkelt gegenüber dem Szintillator-Filter-Sandwich angeordnet sein. In der Kombination können also zwei Spiegelanordnungen mit zwei gewinkelten beziehungs weise indirekt auf die Szintillatorschichten via der Spiegelanordnung gerichteten optischen Detektoren vorgesehen sein. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann natürlich aber auch eine Kombination, z. B. eine Spiegelanordnung mit einem entsprechend optischen Detektor vor dem Szintillator-Filter-Sandwich beziehungsweise für die erste Szintillator schicht in Kombination mit einem optischen Detektor, der direkt auf die zweite Szintillator schicht ausgerichtet ist, eingesetzt werden.
Eine weitere Alternative wäre es, dass die Detektionsvorrichtung ein oder mehrere Schei- mpflug-Anordnungen aufweist, die auf die erste und/oder zweite Szintillatorschicht ausge richtet sind und ausgebildet sind, die lokale optische Erscheinung der ersten Szintillator schicht und/oder die lokale optische Erscheinung der zweiten Szintillatorschicht auf den ersten optischen Detektor und/oder den zweiten optischen Detektor abzubilden.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die Filterschicht des Szintillator-Filter-Sandwiches strukturiert. Beispielsweise kann ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster aufge bracht sein. Entsprechend Ausführungsbeispielen weist die Filterschicht also ein Muster auf, das beispielsweise abwechselnd erste und zweite Filterbereiche aufweist. So ist es möglich über den zweiten Szintillator zwei oder mehr unterschiedliche Spektren abzutasten. Wenn man beispielsweise von einer zellenförmigen Anordnung ausgeht, wechseln sich also Pixel zugehörig zu den ersten und zweiten Filterbereichen einander ab. Wenn man alterna tiv von einem flächigen Detektor ausgeht, erstrecken sich in X- und Y-Richtung über die Fläche Pixel mit ersten und zweiten Filterbereichen. Der jeweils erste Filterbereich ist bei spielsweise ausgebildet, um die jeweilige Röntgenstrahlung mit einem ersten Filtergrad ge filtert durchzulassen, wobei der jeweilige zweite Filterbereich ausgebildet ist, um die eine Röntgenstrahlung im Bereich jeder lokalen optischen Erscheinung der zweiten Szintillator schicht mit einem zweiten Filtergrad zu filtern (z.B. ersten Filtergrad kleiner als zweiter Fil tergrad). Die erste Szintillatorschicht bildet direkt im Strahlengang liegende das ungefilterte Spektrum ab. Somit lassen beide Filterbereiche das Spektrum der ersten Szintillatorschicht durch, filtern dieses aber jeweils unterschiedlich, so dass abhängig von der Struktur in die beiden Filtertypen zu unterschiedlich gefilterten Spektren führen, die dann auf den zweiten Szintillator treffen und dort sichtbar gemacht werden. Entsprechend einem weiteren Aus führungsbeispiel können auch dritte Filterbereiche, z.B. mit einer unterschiedlichen Filterdi cke und/oder Filtermaterial vorgesehen sein, über die dann ein drittes Spektrum erfasst wird. Dieser Ansatz reduziert die Ortsauflösung zu Gunsten einer höheren spektralen Auf lösung.
Unabhängig von der Variante stellen also die lokalen optischen Erscheinungen Pixel dar. Bei der ersten Variante liegen die Pixel eindeutig übereinander, so dass also jedem Pixel entweder eines zellenförmigen oder eines flächenförmigen Detektors sowohl eine Informa tion aus einer ersten Aufnahme und einer zweiten Aufnahme zugehörig zu einem ersten und einem zweiten Röntgenenergiespektrum zugeordnet werden kann. Wenn man von ei ner zweiten Variante ausgeht, liegen die zuzuordnenden Pixel unmittelbar nebeneinander, so wie beispielsweise bei RGB-Displays. Somit ist also auch die lokale optische Erschei nung des ersten Szintillatorschirms zugeordnet zu einem ersten Röntgenenergiespektrum sowie die lokale Erscheinung des zweiten Szintillatorschirms zugeordnet zu dem zweiten Röntgenenergiespektrum pixelweise zuzuordnen.
Entsprechend Ausführungsbeispielen wird eine Detektionsvorrichtung zur Durchführung ei ner Mehrenergie-Röntgenaufnahme mit einem ersten Detektor sowie einem Szintillator-Fil- ter-Sandwich geschaffen. Das Szintillator-Filter-Sandwich umfasst eine Filterschicht, die strukturiert ist, sowie eine erste Szintillatorschicht, die auf einer ersten Hauptoberfläche der Filterschicht angeordnet ist und ausgebildet ist, eine auf das Szintillator-Filter-Sandwich auftreffende Röntgenstrahlung in eine lokale optische Erscheinung der ersten Szintillator schicht zu transferieren: Der erste optische Detektor ist direkt oder indirekt auf die erste Szintillatorschicht gerichtet und ausgebildet, um die lokale optische Erscheinung der ersten Szintillatorschicht zu erfassen. Die strukturierte Filterschicht erzeugt dann unterschiedliche Spektren, die auf die zweite Szintillatorschicht treffen. Mit dieser Variante können zwei oder mehr unterschiedliche Spektren auf der zweiten Szintillatorschicht abgebildet werden. Hier wird die spektrale Auflösung auf Kosten der Ortsauflösung erhöht. Entsprechend Ausfüh rungsbeispielen ist die Szintillatorschicht in Einstrahlungsrichtung hinter der Filterschicht angeordnet.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wird ein Röntgensystem mit einer Detekti onsvorrichtung, wie sie oben erläutert wurde, sowie einer entsprechenden Röntgenquelle geschaffen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zum Durchführen einer Mehrener gie-Röntgenaufnahme unter Verwendung eines Szintillator-Filter-Sandwiches, wie es oben erläutert wurde. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- direktes oder indirektes optisches Erfassen der lokalen optischen Erscheinung der ersten Szintillatorschicht; - direktes oder indirektes optisches Erfassen der lokalen optischen Erscheinung der zweiten Szintillatorschicht.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beilie genden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Szintillator-Filter-Sandwiches gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild eines Szintillator-Filter-Sandwiches mit zugehörigen Detektoren gemäß einem erweiterten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Szintillator-Filter-Sand wiches gemäß einem erweiterten Ausführungsbeispiel, das eine gegenüber Fig. 2 veränderte Sensoranordnung ermöglicht.
Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegen den Zeichnungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleichwirkende Elemente und Strukturen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar beziehungsweise austauschbar ist.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Szintillator-Filter-Sandwiches, das im We sentlichen die drei Schichten 100, 101 und 102 aufweist. Das Szintillator-Filter-Sandwich ist hierbei in der Schnittdarstellung gezeigt und kann beispielsweise ein Zeilenelement und/oder, bevorzugt, ein Flächenelement sein, so dass also ein T eil eines Flächendetektors ausgebildet wird.
Das zentrale Element des Szintillator-Filter-Sandwiches ist die Filterschicht 101. Diese weist eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche auf. Die erste Haupt oberfläche ist die sogenannte Vorderseite, d. h. also die Seite, die der eintreffenden Rönt genstrahlung 104 zugewandt ist. Die zweite Hauptoberfläche ist also die Rückseite, d. h. also die Hauptoberfläche, die der eintreffenden Röntgenstrahlung 104 abgewandt ist. Auf der ersten Hauptoberfläche 101 ist die primäre Szintillatorschicht 100 angeordnet. Auf der zweiten Hauptoberfläche ist die sekundäre Szintillatorschicht 102 angeordnet. Durch diese drei Schichten 100, 101 und 102 ergibt sich also das Sandwich mit der Filterschicht 101 in der Mitte.
Sowohl die primäre Szintillatorschicht (erste Szintillatorschicht) 100 als auch die sekundäre Szintillatorschicht (zweite Szintillatorschicht) 102 sind dazu ausgebildet, die eintreffende Röntgenstrahlung 104 sichtbar zu machen, z. B. ausgehend von der eintreffenden Rönt genstrahlung 104 eine lokale optische Erscheinung 105 bei der ersten Szintillatorschicht
100 beziehungsweise 106 bei der zweiten Szintillatorschicht 102 zu bewirken. Die lokale optische Erscheinung 105 beziehungsweise 106 kann gegenüber der eintreffenden Rönt genstrahlung 104 in ihrem Spektrum verändert sein und beispielsweise im sichtbaren Be reich liegen. Das heißt also, dass an dem Punkt des jeweiligen Szintillators 100 beziehungs weise 102 eine Art lokaler Bereich, wie z. B. ein Pixel, zu einer optischen Leuchterschei nung angeregt wird. Wenn man von einem Flächendetektor beziehungsweise flächenför migen Szintillator 100 beziehungsweise 102 ausgeht, wird also beim Eintreffen einer punkt förmigen Röntgenstrahlung genau am Eintreffpunkt in X-Y-Sicht die jeweilige lokale opti sche Erscheinung 105 beim ersten Szintillator 100 beziehungsweise 106 beim zweiten Szintillator 102 erzeugt.
Der Filter ist ausgebildet, die eintreffende Röntgenstrahlung 104 zu filtern und somit also in seinem Spektrum und/oder seiner Schwerpunktenergie zu variieren. Das Ursprungsspekt rum wird durch nur durch das zu durchstrahlende Objekt (nicht dargestellt) unterschiedlich abgeschwächt. Eine Filterung vor dem ersten Szintillator würde üblicherweise direkt an der Röntgenquelle angebracht, um das gewünschte Ausgangsspektrum zu erzeugen. Der Filter
101 im Sandwich absorbiert niedrige Energien stärker, hohe Energien weniger. Damit wird das Spektrum strenggenommen nicht „verschoben“, sondern alle enthaltenen Energien un terschiedlich stark geschwächt. Mit dem ersten Szintillator 100 kann dann das nur durch das Objekt abgeschwächte Spektrum detektiert werden. Mit dem zweiten Szintillator 102 können die über den Filter 101 abgeschwächte / gefilterte Spektren detektiert werden.
Beispielsweise kann der Filter 101 dazu ausgebildet sein, bei Durchdringen der Röntgen strahlung 104 zu einer Änderung des Röntgenspektrums zu führen. Das veränderte Spekt rum wird beispielsweise zu höheren Energien verschoben (d. h. niederenergetische Rönt genstrahlung wird abgeschwächt). Somit sind also beispielsweise mittels des Szintillators
102 höhere Röntgenenergien sichtbar zu machen beziehungsweise zu detektieren als mit dem Szintillator 100. Beispielsweise kann so der Szintillator 100 auf eine Röntgenenergie von 80 keV und der Szintillator 101 auf eine Röntgenenergie von 160 keV ausgelegt wer den. Natürlich wären auch andere Varianten denkbar. Im Resultat unterscheidet sich jedoch das auf dem zweiten Szintillator 102 erzeugte Bild gegenüber dem Bild, das auf dem ersten Szintillator 101 erzeugt wird durch das veränderte Spektrum. Vorteilhaft ist, dass die zwei veränderten Spektren mittels der Szintillatoren 100 und 101 gleichzeitig detektiert werden können, so dass die Röntgendetektion unabhängig von eventuellen Bewegungen des Ob jekts ist. Weiterhin wird auch die lokale optische Erscheinung 105 und 106 mittels der Szin tillatoren 100 und 102 an derselben lokalen Stelle, d. h. also zugeordnet zu demselben Pixel, detektiert. Durch diese Variante ist also eine Dual-Energy-/Mehrenergie-Untersu- chung möglich.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist das Szintillator-Filter-Sandwich um Detektoren zu einer Detektionsvorrichtung erweitert. Beispielsweise kann ein erster Detektor, wie z. B. eine Kamera, den Szintillator 100 erfassen, während ein zweiter Detektor beziehungsweise eine zweite Kamera den Szintillator 102 erfasst. Die Kameras sind jeweils auf die Detekto ren, z. B. von schräg, das heißt also direkt, ausgerichtet. Alternativ wäre natürlich auch eine indirekte Ausrichtung mittels Spiegeln möglich, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert werden wird. Die Kameras (nicht dargestellt) detektieren die lokale optische Erscheinung 105 und 106 mit einer lokalen Zuordnung, d. h. also einer Zuordnung zu entsprechenden Pixeln. Die zwei Kamerabilder können dann im Nachgang überlagert werden, so dass dann eine gemeinsame Auswertung der zwei unterschiedlichen Energieaufnahmen/Mehrener gieaufnahmen möglich ist.
In der praktischen Umsetzung sind viele Varianten denkbar, wie optische Kameras, die das Szintillator-Sandwich beidseitig erfassen. Da es vorteilhaft ist, die Kameraelektronik außer halb des Strahlengangs zu positionieren, können Spiegelanordnungen verwendet werden, die (teilweise) im Strahlengang liegen, um die optische Wellenlänge von der Röntgenstrah lung zu trennen. Diese Variante wird im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert.
Fig. 2 zeigt das Szintillator-Filter-Sandwich 100, 101, 102 aus Fig. 1 in Verbindung mit meh reren Detektoren. Das Szintillator-Filter-Sandwich ist mit dem Bezugszeichen 201 verse hen. Darüber hinaus weist die Detektionsvorrichtung zwei Sensoren 207 und 208 auf, die hier über Spiegel 202 und 203 auf das Szintillator-Filter-Sandwich 201 gerichtet sind. Über den halbdurchlässige Spiegel 202 wird die lokale Lichterscheinung 105 des Szintillators 100 auf den Detektor/die Kamera 207 projiziert. Hierzu ist der Spiegel 202 für unterschied liche Spektren beispielsweise unterschiedlich durchlässig beziehungsweise reflektiv, so dass beispielsweise die Röntgenstrahlung 204 unreflektiert beziehungsweise zu einem ho hen Grad transmittieren kann, während das Spektrum der lokalen optischen Erscheinung 105, z. B. sichtbarer Wellenlängenbereich, entsprechend durch den Spiegel 202 reflektiert wird. Durch die Reflexion ist es möglich, die Kamera 207 außerhalb der Einstrahlungsrich tung 204 beziehungsweise der einstrahlenden Strahlung 204 anzuordnen, z. B. unterhalb und/oder gewinkelt zu dem Szintillator-Filter-Sandwich 201.
Der Spiegel 203 ist ausgebildet, die lokale optische Erscheinung 106 des Szintillators 102 auf die Kamera 208 zu projizieren, wie anhand des Pfeils 206 dargestellt ist. Wiederum ist die Kamera 208 außerhalb des Strahlengangs der Strahlung 204 positionierbar.
Somit lässt sich also die Anordnung dadurch beschreiben, dass der halbdurchlässige Spie gel 202 in Einstrahlungsrichtung 204 gesehen vor dem Szintillator-Filter-Sandwich 201, z. B. in einem 45°-Winkel gegenüber dem Szintillator-Filter-Sandwich 201 (allgemein gewin kelt zwischen 30 und 60° oder 20 und 75°), angeordnet ist. Analog hierzu ist der Spiegel 203 in Einstrahlungsrichtung 204 gesehen hinter dem Szintillator-Filter-Sandwich 201 an geordnet, wieder gewinkelt, z. B. um 45° oder allgemein im Bereich zwischen 30 und 60° oder 15 und 75°. Neben den im Strahlengang befindlichen Elementen 201 , 202 und 203 sind die Kameras 207 und 208 außerhalb des Strahlengangs angeordnet beziehungsweise können durch ein Gehäuse von der einstrahlenden Strahlung 204 geschützt werden. Somit kann die Elektronik vorteilhafterweise außerhalb des Strahlengangs positioniert werden, in dem nur die Spiegelanordnungen 202 und 203 im Strahlengang liegen, um die optischen Wellenlängen von der Röntgenstrahlung zu trennen.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel können statt den Spiegeln 202 und 203 Scheimpflug-Anordnungen vorgesehen sein, die dann ebenfalls die lokale Lichterscheinung des Szintillators auf entsprechende Kameras/Sensoren lenken. Es sei an dieser Stelle an gemerkt, dass der Szintillator 100 die Röntgenstrahlung 104 in Einstrahlungsrichtung (vgl. Pfeil 104) erhält und die lokale optische Erscheinung 105 zumindest teilweise entgegen der Einstrahlungsrichtung abstrahlt. Im Gegensatz dazu erhält der Szintillator 102 die Röntgen strahlung 104 in Einstrahlungsrichtung bei Durchstrahlung desselben und strahlt die lokale optische Erscheinung 106 weiter in Einstrahlungsrichtung 204 zu dem Reflektor 203 ab. Hierdurch ist es möglich, dass ein und dieselbe Objektposition in X-Y-Richtung gesehen mit den zwei unterschiedlichen Spektren detektiert wird, da ja die Strahlung in dem hohen Energielevel und dem niedrigen Energielevel den ersten Szintillator 100 durchstrahlt, dann direkt dahinter durch den Filter 101 gefiltert wird und an derselben X-Y-Position dann den zweiten Szintillator 101 zur Emission anregt. Nachfolgend wird eine Variante erläutert, bei welcher sowohl der erste Szintillator 100 als auch der zweite Szintillator 102 in Durchstrah lung ausgewertet werden, wobei der zweite Szintillator 102 in zwei verschiedenen Varianten ausgewertet wird.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Szintillator-Filter-Anordnung mit einem strukturier ten Filter 302. Auf der ersten Hauptoberfläche ist wiederum ein Primärszintillator 301 vor gesehen. Auf der gegenüberliegenden Hauptoberfläche ein Sekundärszintillator 303. Der Filter 301 im Szintillator-Sandwich ist strukturiert. Das kann bedeuten, dass regelmäßige oder unregelmäßige Muster auf dem Filter aufgebracht sind, um so unterschiedliche Ener gien abzubilden. Beispielsweise kann das Muster abwechselnd erste und zweite Filterbe reiche aufweisen, wobei der erste Filterbereich strukturiert und der zweite Filterbereich nicht strukturiert ist. Die ersten Filterbereiche sind mit dem Bezugszeichen 300a versehen und dazu geeignet, um die Leuchterscheinung des Szintillators 301 durchzulassen. Die zweiten Filterbereiche 300b filtern die einfallende Röntgenstrahlung 304, so dass durch den Szinti llator 303 die lokale Leuchterscheinung 306 nach Filterung der Strahlung 304 erzeugt wird. Die Bereiche 302a und 302b ermöglichen also, dass durch die zwei Szintillatoren 301 und 303 drei unterschiedliche Röntgenspektren abgebildet werden können und zwar mit einer Leuchterscheinung vor dem Szintillators 301 (vgl. Ausführungsbeispiel aus Fig. 1) und Leuchterscheinungen 305 und 306 hinter dem Szintillator-Filter-Sandwich (in Einstrah lungsrichtung 304 gesehen). Beispielsweise kann die durchstrahlte Dicke des Filters vari ieren, z. B. in Form eines Schachbrettmusters. Alternativ wäre es auch denkbar, dass un terschiedliche Materialien verwendet werden, z. B. übereinandergelegt. Dieses Vorgehen ist vergleichbar mit der Zerlegung eines Farbbildes durch eine RGB-Maske. Im Falle der Röntgenstrahlung wird dabei die räumliche Auflösung der gefilterten Szintillatorseite gegen über der Empfindlichkeit für unterschiedliche Spektren geopfert.
Entsprechend Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass drei oder mehr Filterbe reiche mit unterschiedlichen Eigenschaften (unterschiedliche Dicke, Materialität) in dem Muster vorgesehen sind. Hier sind z.B. die Filterbereiche abwechselnd im Muster angeord net.
Entsprechend Ausführungsbeispielen können die Kameras beziehungsweise Detektoren hinter dem Szintillator-Filter-Sandwich, d. h. also in Einstrahlungsrichtung 304 gesehen hin ter beziehungsweise sogar im Strahlengang angeordnet sein. Alternativ wäre natürlich auch eine seitliche Anordnung außerhalb des Strahlengangs 304 oder eine Anordnung mittels Spiegeln beziehungsweise Scheimpflug-Optiken oder anderen Optiken möglich.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist es möglich, die Aufnahmen des ungefilterten Pri märszintillators 301 mit der Aufnahme der strukturierten gefilterten Aufnahme des Sekun därszintillators 303 zu kombinieren. Die Aufnahme des Primärszintillators 301 liegt bei spielsweise in der vollen räumlichen Auflösung vor, während die Aufnahme der strukturiert gefilterten Sekundärszintillatorschicht 303 je nach Muster oder Anordnung der Filterstruktur in einer schlechteren räumlichen Auflösung, jedoch dafür für mehreren Energiespektren vorliegt. Das hat insbesondere den Vorteil, das durch die Mehrenergien häufig Unterschei dungen zwischen unterschiedlichen Materialien möglich werden. Das Ergebnis ist dann bei spielsweise eine Aufnahme in der vollen Auflösung des Detektors, für die Spektralinforma tionen mehrerer Spektren zur Verfügung stehen.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass sowohl die Wahl des Szintillatormaterials (vgl. Szinti llator 100/301 beziehungsweise 102/303) als auch die Wahl des Filtermaterials (vgl. 101/302) je nach Anwendung variieren kann. Auch können die Stärken, insbesondere die Filterdicken 101/302, variieren. Als Material für den Filter kommt beispielsweise Kupfer oder ein anderes Metall zum Einsatz. Wie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 3 erläutert, können auch unterschiedliche Filtermaterialvarianten verwendet werden.
Entsprechend Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass nur die zweite Szintilla torschicht 303 vorgesehen ist, nämlich in Kombination mit dem strukturierten Filter 302, so dass an der zweiten Szintillatorschicht 303 zwei unterschiedlichen lokalen optischen Er scheinungen 305 und 306 zugeordnet zu den unterschiedlichen Spektren erhalten werden.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ist die Dicke der Szintillatoren (z. B. 100 und 102 bei Fig. 1) unterschiedlich.
Bezugnehmend auf Fig. 1 sei angemerkt, dass der im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterte Filter 101 auch dahin gehend ausgelegt sein kann, dass er keine oder nur eine sehr ge ringe/zu vernachlässigende Filterwirkung hat. In diesem Fall kommen dann beispielsweise Materialien wie Kunststoff oder Karbon zum Einsatz. Von einer anderen Seite betrachtet heißt es, dass der Filter 101 als Träger für die Szintillatoren 100 und 102 zu betrachten ist. Das heißt also, dass entsprechend einem Ausführungsbeispiel die Detektionsvorrichtung einen Träger 10T mit zwei Szintillatoren 100 und 102 aufweist. Die Anordnung ist entspre chend der in Fig. 1 erläuterten, ebenso wie die Funktionsweise (mit Ausnahme der Filter wirkung des Trägers 10T). Der Vorteil einer derartigen Anordnung ist, dass das zu einer erheblichen Dynamikverbesserung kommt. An dieser Stelle sei angemerkt, dass bei obigen Ausführungsbeispielen immer von einem Szintillator-Filter-Sandwich gesprochen wurde. In der hier beschriebenen Anordnung wäre dann die Struktur als Szintillator-Sandwich bzw. Szintillator-Träger-Sandwich zu bezeichnen. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann hier der Träger 10T optisch undurchlässig bzw. undurchlässig für Wellenlängen im sicht baren Bereich bzw. undurchlässig für Wellenlängen der Szintillatoren 100 und 102 sein. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wäre es auch hier denkbar, dass die Szinti llatoren unterschiedliche Schichtdicken aufweisen.
Bezüglich allen oben erläuterten Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass diese dahin gehend ausgebildet sein können, dass der Filter nicht nur eine entsprechend einer Filter funktion ausgebildete Filterwirkung für Röntgenstrahlung aufweist, sondern für Strahlung in sichtbarem Bereich bzw. für Strahlung in dem Wellenlängenbereich der Szintillatoren op tisch undurchlässig oder reflektierend ist.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein entsprechendes Verfahren. Das Ver fahren kann auch die Zusatzschritte des Kombinierens der zwei Aufnahmen zugeordnet zu den unterschiedlichen Röntgenenergien aufweisen. Wie oben bereits erläutert, ist die Kom bination der zwei Aufnahmen in einfacher Weise möglich, da kein zeitlicher Versatz zwi schen den zwei Aufnahmen besteht und auch eine direkte lokale Zuordnung möglich ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft Detektionsvorrichtung zur Durchführung einer Mehrenergie-Röntgenaufnahme mit einem ersten Detektor, sowie einem Szintillator-Sand wich, das folgende Merkmale aufweist: eine Trägerschicht oder Filterschicht; die strukturiert ist; eine erste Szintillatorschicht, die auf einer ersten Hauptoberfläche der Träger schicht oder Filterschicht angeordnet ist und ausgebildet ist, eine auf das Szin tillator-Sandwich auftreffende Röntgenstrahlung in eine lokale optische Erschei nung der ersten Szintillatorschicht zu transferieren; wobei der erste optische Detektor direkt oder indirekt auf die erste Szintillatorschicht ge richtet ist und ausgebildet ist, um die lokale optische Erscheinung der ersten Szintillator schicht zu erfassen. An dieser Stelle sei angemerkt, dass obige Ausführungsbeispiele insbesondere der Illust ration dienen, während der Schutzbereich durch nachfolgende Ansprüche festgelegt wird.
Bezuqszeichen
Erster Szintillator/Erste Szintillatorschicht (100, 301) Zweiter Szintillator/Zweite Szintillatorschicht (102, 303)
Filter/Trägerschicht oder Filterschicht (101, 101’ 302)
Szintillator-Sandwich (201)
Erster Detektor (207)
Zweiter Detektor (208) Spiegel/Spiegelanordnung (202, 203)
Erster Filterbereich (302a)
Zweiter Filterbereich (302b)
Röntgenstrahlung Einstrahlungsrichtung (104, 204, 304)
Erste lokale optische Erscheinung (105, 205, 305) Zweite optische Erscheinung (106, 302, 306)

Claims

Patentansprüche
1. Detektionsvorrichtung zur Durchführung einer Mehrenergie-Röntgenaufnahme mit einem ersten Detektor (207), einem zweiten Detektor (208) sowie einem Szintillator- Sandwich (201), das folgende Merkmale aufweist: eine Trägerschicht oder Filterschicht (101, 10T 302); eine erste Szintillatorschicht (100, 301), die auf einer ersten Hauptoberfläche der Trägerschicht oder Filterschicht (101, 10T 302) angeordnet ist und ausgebildet ist, eine auf das Szintillator-Sandwich (201) auftreffende Röntgenstrahlung (104) in eine lokale optische Erscheinung der ersten Szintillatorschicht (100, 301) zu transferie ren; eine zweite Szintillatorschicht (102, 303), die auf der zweiten Hauptoberfläche der Trägerschicht oder Filterschicht (101, 10T 302) angeordnet ist und ausgebildet ist, eine auf das Szintillator-Sandwich (201) auftreffende Röntgenstrahlung (104) in eine lokale optische Erscheinung der zweiten Szintillatorschicht (102, 303) zu transferie ren; wobei der erste optische Detektor (207) direkt oder indirekt auf die erste Szintillator schicht (100, 301) gerichtet ist und ausgebildet ist, um die lokale optische Erschei nung der ersten Szintillatorschicht (100, 301) zu erfassen; wobei der zweite optische Detektor (208) direkt oder indirekt auf die zweite Szintillatorschicht (102, 303) ge richtet ist und ausgebildet ist, um die lokale optische Erscheinung der zweiten Szin tillatorschicht (102, 303) zu erfassen. . Detektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Filterschicht (101, 10T 302) ausgebildet ist, um eine Änderung eines Röntgenspektrums einer eintreffenden Röntgenstrahlung (104) durchzuführen. . Detektionsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Filter schicht (101, 10T 302) beispielsweise ein Kupfer, Aluminium oder anderes Metall aufweist; oder wobei die Trägerschicht (101, 10T 302) ein Polymer oder ein Karbon-Material oder optisch undurchlässiges Material aufweist. . Detektionsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Szintillatorschicht (100, 301) für ein erstes Spektrum ausgelegt ist und die zweite Szintillatorschicht (102, 303) für ein zweites Spektrum ausgelegt ist; wobei sich das erste Spektrum gegenüber dem zweiten Spektrum unterscheidet o- der wobei sich das erste Spektrum gegenüber dem zweiten Spektrum dadurch un terscheidet, dass das zweite Spektrum zu höheren Energien verschoben ist oder dass die niederenergetische Röntgenstrahlung (104) abgeschwächt ist. . Detektionsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und/oder der zweite optische Detektor (208) eine Kamera aufweist. . Detektionsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die ferner eine Spiegelanordnung (202, 203) aufweist, die in Einstrahlungsrichtung (204) gesehen vor der ersten Szintillatorschicht (100, 301) und/oder zumindest teilweise im Strah lengang liegt und/oder ausgebildet ist, um eine optische Wellenlänge der lokalen optischen Erscheinung der ersten Szintillatorschicht (100, 301) von einer Röntgen strahlung (104) zu trennen. . Detektionsvorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei der erste optische Sensor auf die erste Spiegelanordnung (202, 203) ausgerichtet ist und/oder gewinkelt gegenüber dem Szintillator-Sandwich (201) angeordnet ist. . Detektionsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die eine zweite Spiegelanordnung (202, 203) aufweist, die in Einstrahlungsrichtung (204) gesehen hinter dem Szintillator-Sandwich (201) angeordnet ist und/oder zumindest teilweise im Strahlengang liegt und/oder ausgebildet ist, um eine optische Wellenlänge der lokalen optischen Erscheinung der zweiten Spiegelanordnung (202, 203) von einer Röntgenstrahlung (104) zu trennen. . Detektionsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei der zweite optische Sensor auf die zweite Spiegelanordnung (202, 203) gerichtet ist und/oder gewinkelt gegenüber dem Szintillator-Sandwich (201) angeordnet ist. 10. Detektionsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Detekti onsvorrichtung eine oder mehrere Scheimpflug-Objektiv-Anordnungen aufweist, die auf die erste (100, 301) und/oder zweite Szintillatorschicht (102, 303) gerichtet sind und ausgebildet sind, die lokale optische Erscheinung der ersten Szintillatorschicht (100, 301) und/oder die lokale optische Erscheinung der zweiten Szintillatorschicht (102, 303) auf den ersten optischen Detektor (207) und/oder zweiten optischen De tektor (208) abzubilden.
11. Detektionsvorrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Träger schicht oder Filterschicht (101, 10T 302) des Szintillator-Filter-Sandwiches (201) strukturiert ist.
12. Detektionsvorrichtung gemäß Anspruch 11, wobei die Trägerschicht oder Filter schicht (101, 10T 302) ein regelmäßiges oder unregelmäßiges Muster aufweist; und/oder wobei die Trägerschicht oder Filterschicht (101, 10T 302) ein Muster aufweist, das abwechselnd erste (302a) und zweite Filterbereiche (302b) aufweist, wobei die ers ten Filterbereiche (302a) ausgebildet sind, um die jeweilige lokale optische Erschei nung der ersten Szintillatorschicht (100, 301) durchzulassen und wobei der jeweilige zweite Filterbereich (302b) ausgebildet ist, um eine Röntgenstrahlung (104) im Be reich jeder lokalen optischen Erscheinung der zweiten Szintillatorschicht (102, 303) zu filtern.
13. Detektionsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der erste und/oder zweite opti sche Sensor in Einstrahlungsrichtung (204) gesehen hinter dem Szintillator-Sand wich (201) angeordnet ist.
14. Röntgensystem mit einer Detektionsvorrichtung gemäß einem der vorherigen An sprüche sowie einer Röntgenquelle.
15. Verfahren zum Durchführen einer Mehrenergie-Röntgenaufnahme unter Verwen dung eines Szintillator-Filter-Sandwiches (201), umfassend eine Trägerschicht oder Filterschicht (101, 10T 302); eine erste Szintillatorschicht (100, 301), die auf einer ersten Hauptoberfläche der Trägerschicht oder Filterschicht (101, 10T 302) ange ordnet ist und ausgebildet ist, eine auf das Szintillator-Sandwich (201) auftreffende Röntgenstrahlung (104) in eine lokale optische Erscheinung der ersten Szintillator schicht (100, 301) zu transferieren; eine zweite Szintillatorschicht (102, 303), die auf der zweiten Hauptoberfläche der Trägerschicht oder Filterschicht (101, 10T 302) angeordnet ist und ausgebildet ist, eine auf das Szintillator-Sandwich (201) auftref fende Röntgenstrahlung (104) in eine lokale optische Erscheinung der zweiten Szin tillatorschicht (102, 303) zu transferieren; wobei der erste optische Detektor (207) direkt oder indirekt auf die erste Szintillator schicht (100, 301) gerichtet ist und ausgebildet ist, um die optische Erscheinung der ersten Szintillatorschicht (100, 301) zu erfassen; wobei der zweite optische Detektor (208) direkt oder indirekt auf die zweite Szintillatorschicht (102, 303) gerichtet ist und ausgebildet ist, um die optische Erscheinung der zweiten Szintillatorschicht (102, 303) zu erfassen, mit folgenden Schritten: direktes oder indirektes optisches Erfassen der lokalen optischen Erscheinung der ersten Szintillatorschicht (100, 301); direktes oder indirektes optisches Erfassen der lokalen optischen Erscheinung der zweiten Szintillatorschicht (102, 303).
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