DE102008021170B4

DE102008021170B4 - Vorrichtung zur Aufnahme von Signalen

Info

Publication number: DE102008021170B4
Application number: DE102008021170A
Authority: DE
Inventors: Matthias Gebhardt
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2028-04-29
Also published as: CN101569532A; US20090271153A1; DE102008021170A1; US8193506B2; CN101569532B

Abstract

Eine Vorrichtung zur Aufnahme von Signalen umfasst wenigstens vier Detektorelemente (101) zum Empfang der Signale und deren Umwandlung in Nutzsignale, die jeweils über wenigstens zwei Leitungen (103a-d, 107a-d) mit wenigstens einer Signalverarbeitungseinheit (105, 109) verbunden sind. Jedes Detektorelement (101) umfasst eine Umpoleinheit (211), durch die eine Umpolung des Nutzsignals des jeweiligen Detektorelements (101) durchführbar ist. Die Logik der Signal-Umpolung ist innerhalb des Detektorfeldes in eindeutiger Weise räumlich richtungsabhängig. Die beschriebene Vorrichtung hat den Vorteil, dass bei gleichzeitig zu empfangenden Signalen mittels zweier Detektorelemente (101) durch die Umpolung des Nutzsignals die beteiligten Detektorelemente (101) eindeutig identifizierbar werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von Signalen, mit wenigstens vier Detektorelementen zum Empfang der Signale und deren Umwandlung in Nutzsignale, die jeweils über wenigstens zwei Leitungen mit wenigstens einer Signalverarbeitungseinheit verbunden sind.
Neben der Magnetresonanztomographie (MR) findet auch die Positronenemissionstomographie (PET) zunehmend weitere Verbreitung in der medizinischen Diagnose. Während es sich bei der MR um ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Strukturen und Schnittbildern im Inneren des Körpers handelt, ermöglicht die PET eine Visualisierung und Quantifizierung von Stoffwechselaktivitäten in-vivo.
Die PET nutzt die besonderen Eigenschaften der Positronenstrahler und der Positronen-Annihilation aus, um quantitativ die Funktion von Organen oder Zellbereichen zu bestimmen. Dem Patienten werden dabei vor der Untersuchung entsprechende Radiopharmaka verabreicht, die mit Radionukliden markiert sind. Die Radionuklide senden beim Zerfall Positronen aus, die nach kurzer Distanz mit einem Elektron in Wechselwirkung treten, wodurch eine so genannte Annihilation eintritt. Dabei entstehen zwei Gamma-Quanten, die in entgegengesetzter Richtung (um 180° versetzt) auseinander fliegen. Die Gamma-Quanten werden von zwei gegenüberliegenden PET-Detektormodulen innerhalb eines bestimmten Zeitfensters erfasst (Koinzidenz-Messung), wodurch der Ort der Annihilation auf eine Position auf der Verbindungslinie zwischen diesen beiden Detektormodulen bestimmt wird.
Zum Nachweis muss das Detektormodul bei der PET im Allgemeinen einen Großteil der Gantry-Bogenlänge bedecken. Es ist in Detektorelemente von wenigen Millimetern Seitenlänge unterteilt. Jedes Detektorelement generiert bei Detektion eines Gamma-Quants eine Ereignisaufzeichnung, die die Zeit sowie den Nachweisort, d. h. das entsprechende Detektorelement angibt. Diese Informationen werden an eine schnelle Logik übermittelt und verglichen. Fallen zwei Ereignisse in einem zeitlichen Maximalabstand zusammen, so wird von einem Gamma-Zerfallsprozess auf der Verbindungslinie zwischen den beiden zugehörigen Detektorelementen ausgegangen. Die Rekonstruktion des PET-Bildes erfolgt mit einem Tomografiealgorithmus, d. h. der sog. Rückprojektion.
Bei PET-Untersuchungen werden Messdaten typischerweise von mehreren 100 Detektorelementen zeitgenau erfasst. Nur Ereignisse von zwei Sensoren, die innerhalb eines bestimmten Zeitfensters gleichzeitig erfasst werden, kommen überhaupt zur Auswertung. Bei PET-Geräten werden die Signale nahe den Detektorelementen digitalisiert und rechnerisch ausgewertet.
Bei kombinierten MR-PET-Geräten ist die PET-Gantry nahe einer Patientenöffnung des MR-PET-Geräts zu integrieren. Die ohnehin bei MR-Geräten zu lösenden Platzprobleme werden dadurch zusätzlich intensiviert. Es ist daher wünschenswert, möglichst wenige Komponenten der PET-Einheit in die PET-Gantry zu integrieren. Hinzukommt, dass wegen des hohen statischen Magnetfelds, das für MR-Untersuchungen erforderlich ist, ein auswertender Computer eine gewisse Mindestentfernung aufweisen muss. Zusätzlich können beispielsweise eine oder mehrere Signalverarbeitungseinheiten außerhalb der PET-Gantry und sogar außerhalb des eigentlichen MR-PET-Geräts angeordnet werden. Die Signale der Detektorelemente müssen dann über Signalleitungen nach außen zu Signalverarbeitungseinheit geführt werden. Folglich ist zur Auswertung und Erfassung der Signale der Detektorelemente eine Vielzahl von Verbindungsleitungen zu einer auswertenden Signalverarbeitungseinheit erforderlich. Dies muss möglichst platzsparend, also mit möglichst wenigen Signalleitungen realisiert werden.
Prinzipiell ist eine Integration digitalisierter Komponenten nahe der Detektionseinheit im MR-Testgerät möglich, bei der beispielsweise eine faseroptische Übertragung der digitalisierten Signale zum auswertenden Computer möglich ist. Allerdings ist eine Beeinflussung des MR-Systems durch die hierzu notwendigen HF-Komponenten nicht auszuschließen. Bildartefakte des MR-Systems wären die Folge.
Als Detektorelemente werden häufig Kristalle verwendet, die mehrere Ereignisse detektieren können. Diese sind beispielsweise in einer 3×3-Matrix aufgebaut. Hier sind also neun Detektionseinheiten in einem Detektorelement zusammengefasst. Bei einer derartigen Anordnung ist es möglich, die neun Detektionseinheiten mit einer verminderten Anzahl von Signalleitungen auszulesen. Diese Reduktion der Signalleitungen ist möglich durch geeignete analoge Verrechnung der Signale der Detektionseinheiten. Häufig wird die so genannte Anger-Logik zur Berechnung benutzt, bei der die Schwerpunktskoordinaten (X, Y) der Szintillation im Detektor und ihre Summenenergie analog ermittelt und übertragen werden. Daher sind für die 3×3-Matrix (oder andere Detektoranordnung) nur 3 Signalleitungen (und die Masseverbindung) erforderlich. Dies haben Karp et al. in ”Performance of a Brain PET Camera Based on Anger-Logic Gadolinium Oxyorthosilicate Detectors”, Journal of Nuclear Medicine, Vol. 44 No. 8, (2003), 1340–1349 offenbart.
In der HF-Technik ist es bereits bekannt, mehrere Signalquellen mit mehreren Verstärkerelementen über eine Schaltmatrix zu verbinden. Die verwendete Schaltmatrix umfasst eine der Anzahl von Signalquellen und Verstärkerelementen entsprechende Anzahl von gekreuzten Übertragungsleitungen, die durch Schaltelemente an ihren Kreuzungspunkten mehrfach verwendbar sind. Durch den matrixartigen Aufbau lässt sich jede Signalquelle mit jedem Verstärkerelement verbinden. Im Vergleich zu einer Realisierung der Verbindung zwischen den Komponenten mittels einzelner Signalleitungen lässt sich hierbei eine signifikante Anzahl von Signalleitungen einsparen. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in der DE 10 2004 055 939 B4 offenbart.
Die DE 697 28 894 T2 offenbart eine Photodetektoranordnung einer Gammakamera mit einer Verschaltung von Detektorelementen in Spalten und Zeilen.
Die DE 698 35 240 T2 zeigt einen Photonendetektor in Form einer Pixel-Matrix. Die DE 689 05 851 T3 zeigt Bilddetektoren mit einer Matrix aus photoempfindlichen Punkten, welche mit Zeilenleitern und Spaltenleitern verbunden sind.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Aufnahme von Signalen bereitzustellen, mit deren Hilfe sich zahlreiche Nutzsignale mit einer weitgehend reduzierten Anzahl von Kabeln übertragen lassen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Aufnahme von Signalen mit wenigstens vier Detektorelementen zum Empfang der Signale und deren Umwandlung in Nutzsignale angegeben. Die Detektorelemente sind jeweils über wenigstens zwei Leitungen mit wenigstens einer Signalverarbeitungseinheit verbunden. Wenigstens zwei der Detektorelemente gemeinsam sind über eine der Leitungen mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden. Es sind Mittel zur Umpolung der Nutzsignale vorgesehen sind, die derart ausgebildet sind, dass durch sie eine eindeutige Zuordnung von paarweise auftretenden Detektionsereignissen zum jeweiligen Detektorelement ermöglicht wird.
Gegenüber bekannten Anordnungen, bei denen jedes Detektorelement über eine einzelne Leitung mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden ist, ist hier wenigstens eine Leitung eingespart. Die Anzahl der eingesparten Leitungen wächst mit der Anzahl der Detektorelemente. Dies ist insbesondere im Falle enger Raumbedingungen bei der Realisierung der Vorrichtung von Vorteil. Hierbei wird insbesondere ausgenutzt, dass bei PET-Messungen lediglich Kombinationen zweier Detektorelemente ausgewertet werden müssen. Es ist daher nicht erforderlich, dass sämtliche Detektorelemente gleichzeitig, also parallel ausgelesen werden.
Vorteilhaft ist eine Ausführung der Erfindung derart, dass die Detektorelemente schaltungstechnisch in Reihen und Spalten angeordnet sind, wobei jeweils alle Detektorelemente einer Reihe über eine der Leitungen mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden sind und jeweils alle Detektorelemente einer Spalte über eine weitere der Leitungen mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden sind. Der Ausdruck „schaltungstechnisch” soll hier derart verstanden werden, dass die Detektorelemente derart verkabelt sind, als wären sie auch geometrisch in Reihen und Spalten angeordnet. Geometrisch sind die Detektorelemente im Allgemeinen nicht in Reihen und Spalten angeordnet. Durch die reihen- und spaltenweise Verwendung von Leitungen und deren Verbindungen mit mehreren Detektorelementen befinden sich quasi an den Kreuzungspunkten der Leitungen die jeweiligen Detektorelemente.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung umfasst jedes Detektorelement eine Umpoleinheit, durch die eine Umpolung des Nutzsignals des jeweiligen Detektorelements durchführbar ist. Dies hat insbesondere bei der gleichzeitigen Detektion von Ereignissen mit zwei Detektorelementen den Vorteil, dass durch Umpolung des Nutzsignals eines der Detektorelemente eine eindeutige Identifizierung der auslösenden Detektorelemente möglich ist.
Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Erfindung derart, dass jedes der Detektorelemente wenigstens einen Signalausgang für das Nutzsignal aufweist und die Umpoleinheiten derart mit den Signalausgängen der Detektorelemente verbunden sind, dass bei Vorliegen eines PET-Ereignisses an einem ersten der Detektorelemente wenigstens ein zweites der Detektorelemente, das nicht über dieselbe Leitung wie das erste Detektorelement mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden ist, umgepolt wird. Durch eine derartige Verbindung der Signalausgänge mit den Umpoleinheiten lässt sich eine einfache, automatische Umpolung der entsprechenden Detektorelemente erreichen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Signalausgänge von in einer der Spalten liegenden Detektorelementen über jeweils eine Blockiereinheit mit einer Spaltenleitung verbunden, in der Blockiereinheiten angeordnet sind, die derart ausgebildet sind, dass durch sie ein Stromfluss in nur einer Richtung möglich ist. Hiermit lassen sich Nutzsignale der in einer Spalte liegenden Detektorelemente auf einer Leitung zusammenfassen. Somit ist es nicht notwendig, dass Nutzsignale jedes einzelnen Detektorelements über eine separate Leitung zu führen. Blockiereinheiten dienen da zu, ein Übersprechen eines Nutzsignals in nicht detektierende Detektorelemente zu verhindern.
Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Erfindung derart, dass die Signalausgänge der in einer Zeile liegenden Detektorelemente über jeweils eine Blockiereinheit mit einer Zeilenleitung verbunden sind, wobei in der Zeilenleitung weitere Blockiereinheiten angeordnet sind und die Blockiereinheiten derart ausgebildet sind, dass durch sie ein Stromfluss in nur einer Richtung möglich ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jedem der Detektorelemente eine Referenzsignaleinheit zugeordnet, in der das auf der Spaltenleitung und das auf der Zeilenleitung anliegende Signal derart verarbeitet und in die Umpoleinheit des jeweiligen Detektorelements geleitet wird, dass bei Aufnahme eines PET-Ereignisses in einem ersten der Detektorelemente ein Umpolsignal in allen Umpoleinheiten von Detektorelementen erzeugt wird, die schaltungstechnisch rechts davon und nicht in derselben Zeile liegen. Hierbei soll der Ausdruck „schaltungstechnisch” wieder den Bezug zu einer matrixartigen Ersatzschaltung (Reihen und Spalten) herstellen. Es ist für die Erreichung des Ziels der hier beschriebenen Ausgestaltung der Erfindung nicht erforderlich, sämtliche Detektorelemente umzupolen, die nicht in derselben Zeile und nicht in derselben Spalte wie das erste Detektorelement liegen. Es ist ausreichend, wenn die nicht in derselben Zeile liegenden Detektorelemente umgepolt werden, die links oder rechts der Spalte des ersten Detektorelements liegen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Referenzsignaleinheit mit der Spaltenleitung und der Zeilenleitung verbunden und weist einen mit der Umpoleinheit des jeweils zugeordneten Detektorelements verbundenen Signalausgang auf, an dem durch die Referenzsignaleinheit genau dann ein Referenzsignal bereitgestellt wird, wenn an der Spaltenleitung ein Signal anliegt und an der Zeilenleitung kein Signal anliegt. Die Verwendung der Referenzsignaleinheit und der hier beschriebenen Verschaltung mit der Spaltenleitung und der Zeilenleitung, in denen Blockiereinheiten angeordnet sind, realisiert genau die automatische Umpolung der gewünschten Detektorelemente bei Vorliegen eines Ereignisses an einem ersten der Detektorelemente. Es werden exakt die Detektoreinheiten umgepolt, die entweder links oder rechts des ersten Detektorelements und nicht in derselben Zeile liegen.
Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Erfindung derart, dass die Referenzsignaleinheit eine Negiereinheit und eine Logikeinheit umfasst, wobei:

– die Negiereinheit einen Signalausgang aufweist und mit der Zeilenleitung verbunden und derart ausgebildet ist, dass sie am Signalausgang ein Signal bereitstellt, wenn ihr kein Eingangssignal zugeführt wird und am Signalausgang kein Signal bereitstellt, wenn ihr ein Eingangssignal zugeführt wird,
– die Logikeinheit derart ausgebildet ist, dass ihr zwei Eingangssignale zuführbar sind und sie an einem Signalausgang ein Signal bereitstellt, wenn ihr zwei Eingangssignale zugeführt werden und
– die Logikeinheit eingangsseitig mit der Spaltenleitung und der Negiereinheit verbunden ist.

Diese Ausgestaltung der Referenzsignaleinheit bildet die Bedingung ab, dass ein Referenzsignal für die Umpoleinheit des jeweiligen Detektorelements nur dann zur Verfügung gestellt wird, wenn in der jeweiligen Zeile kein Zeilensignal, also kein PET-Ereignis vorliegt und wenn in einer der davor liegenden Spalten ein PET-Ereignis vorliegt.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines MR-PET-Kombigeräts,
2 ein PET-Array gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
3 ein PET-Detektorelement,
4 eine Übersicht eines PET-Arrays,
5 eine Schaltung zur Erzeugung eines Spaltensignals,
6 eine Schaltung zur Erzeugung eines Zeilensignals,
7 eine Schaltung zur Erzeugung eines Referenzsignals und
8 eine Blockiereinheit.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung lassen sich bevorzugt auf einem kombinierten MR-PET-Gerät verwenden. Ein kombiniertes Gerät hat den Vorteil, dass sowohl MR- als auch PET-Daten gleichzeitig isozentrisch gewonnen werden können. Dies ermöglicht, das Untersuchungsvolumen innerhalb der interessierenden Region mit den Daten der ersten Modalität (PET) genau zu definieren und diese Informationen in der weiteren Modalität (z. B. Magnetresonanz) zu nutzen. Eine Übertragung der Volumeninformation der interessierenden Region von einem externen PET- auf ein MR-Gerät ist zwar möglich, jedoch ist ein erhöhter Aufwand für die Registrierung der Daten gegeben. Im Allgemeinen lassen sich an der auf dem PET-Datensatz ausgewählten interessierenden Region sämtliche mit Magnetresonanz oder sonstigen bildgebenden Verfahren bestimmbaren Daten ermitteln. Beispielsweise können statt der Spektroskopiedaten auch fMRI-Daten, Diffusions-Karten, T1 oder T2 gewichtete Bilder oder quantitative Parameter-Karten mittels Magnetresonanzuntersuchungen in der interessierenden Region gewonnen werden. Ebenfalls können Methoden der Computertomographie (z. B. Perfusionsmessung, Mehrfachenergiebildgebung) oder Röntgen eingesetzt werden. Vorteilhaft an dem beschriebenen Verfahren ist jeweils, dass sich die interessierende Region mittels des PET-Datensatzes sehr gezielt auf eine spezifisch vorliegende Pathologie des Patienten einengen lässt.
Ergänzend ist jedoch auch möglich, durch Verwendung mehrerer so genannter Tracer verschiedene biologische Eigenschaften im PET-Datensatz darzustellen und so die interessierende Region und das dadurch festgelegte Volumen noch weiter zu optimieren oder mehrere verschiedene Untersuchungsvolumina auf einmal auszuwählen, die dann in nachfolgenden Untersuchungen analysiert werden.
Die 1 zeigt eine bekannte Vorrichtung 1 zur überlagerten MRI- und PET-Bilddarstellung. Die Vorrichtung 1 besteht aus einer bekannten MRI-Röhre 2. Die MRI-Röhre 2 definiert eine Längsrichtung z, die sich orthogonal zur Zeichnungsebene der 1 erstreckt.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, sind koaxial innerhalb der MRI-Röhre 2 mehrere, um die Längsrichtung z paarweise gegenüberliegend angeordnete PET-Detektionseinheiten 3 angeordnet. Die PET-Detektionseinheiten 3 bestehen vorzugsweise aus einem APD-Array 5 mit einem vorgeschalteten Array aus LSO-Kristallen 4 und einer elektrischen Verstärkerschaltung (AMP) 6. Die Erfindung ist aber nicht auf die PET-Detektionseinheiten 3 mit dem APD-Array 5 und dem vorgeschalteten Array aus LSO-Kristallen 4 beschränkt, sondern zur Detektion können gleichsam auch anders geartete Fotodioden, Kristalle und Vorrichtungen verwendet werden.
Die Bildverarbeitung zur überlagerten MRI- und PET-Bilddarstellung erfolgt durch einen Rechner 7.
Entlang ihrer Längsrichtung z definiert die MRI-Röhre 2 ein zylindrisches, erstes Gesichtsfeld. Die Vielzahl der PET-Detektionseinheiten 3 definiert entlang der Längsrichtung z ein zylindrisches, zweites Gesichtsfeld. Erfindungsgemäß stimmt das zweite Gesichtsfeld der PET-Detektionseinheiten 3 im wesentlichem mit dem ersten Gesichtsfeld der MRI-Röhre 2 über ein. Realisiert wird dies durch eine entsprechende Anpassung der Anordnungsdichte der PET-Detektionseinheiten 3 entlang der Längsrichtung z.
In 2 ist schematisch ein Detektor-Array als Kreuzschienen-Verteiler 100 abgebildet. Es besteht aus Detektorelementen 101, die in Reihen und Spalten angeordnet sind. Die in Reihen angeordneten Detektorelemente 101 sind über Leitungen 103a, 103b, 103c, und 103d jeweils mit einer Signalverarbeitungseinheit 105 verbunden. Die in Spalten angeordneten Detektorelemente 101 sind über Leitungen 107a, 107b, 107c und 107d mit einer Signalverarbeitungseinheit 109 verbunden. Folglich ist jeder der Detektorelemente 101 sowohl mit der Signalverarbeitungseinheit 105, als auch mit der Signalverarbeitungseinheit 109 verbunden. Durch die derartige Anordnung und elektrische Verschaltung der Detektorelemente 101 wird erreicht, dass lediglich acht Leitungen 103a bis 103d bzw. 107a ist 107d benötigt werden, um alle Detektorelemente 101 auslesen zu können. Bei einzelner Auslesung und Ansteuerung der Detektorelemente 101 wären aufgrund ihrer Anzahl 16 Leitungen erforderlich.
Die Signalverarbeitungseinheiten 105 und 109 können alternativ auch als eine einzige gemeinsame Signalverarbeitungseinheit ausgeführt sein. In diesem Fall wäre jedes der Detektorelemente 101 über die entsprechenden Leitungen 103a bis 103d und 107a bis 107d mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden. Ebenso könnten statt der zwei Signalverarbeitungseinheiten 105 und 109 mehrere Signalverarbeitungseinheiten vorgesehen sein. Die Verkabelung der Detektorelemente 101 mit den Signalverarbeitungseinheiten wäre dementsprechend zu wählen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Detektorelemente 101 als PET-Detektoren ausgeführt. In diesem Fall sind lediglich koinzidierende Ereignisse zweier Detektorelemente 101 in der Signalverarbeitung von Interesse. Es ist daher erforderlich, derartige Ereignisse eindeutig identifizieren zu können. Grundsätzlich ist es jedoch möglich, die Erfindung auf andere Ausführungsbeispiele mit beliebigen Detektorelementen anzuwenden.
In 2 sind beispielhaft zwei der Detektorelemente 101' und 101'' schraffiert dargestellt. Diese sollen gleichzeitig zwei Gamma-Quanten eines PET-relevanten Vorgangs detektiert haben. ”Gleichzeitig” soll in diesem Fall einen bei PET-Vorgängen üblichen Zeitunterschied der zwei Ereignisse mit umfassen. Die Detektion der beiden Gamma Quanten durch die Detektorelemente 101' und 101'' wäre also ein relevantes Ereignis für eine PET-Messung. Über die Leitungen 103b und 107b ist das Detektorelement 101' mit den Signalverarbeitungseinheiten 105 bzw. 109 verbunden. Über die Leitungen 103b und 107b werden entsprechende Signalpegel vom Detektorelement 101' an die Signalverarbeitungseinheiten 105 und 109 übermittelt. Gleiches gilt für das Detektorelement 101'' und die Leitungen 103c und 107d. In den Signalverarbeitungseinheiten 105 bzw. 109 werden die Nutzsignale der Detektorelemente 101' und 101'' aufgenommen und bearbeitet.
Durch die gewählte Anordnung und Verschaltung der einzelnen Detektorelemente 101 ist es jedoch ohne weiteres für die Signalverarbeitungseinheiten 105 und 109 nicht möglich, die auslösenden Detektorelemente 101' und 101'' eindeutig zu identifizieren. Durch die Tatsache, dass lediglich an den beiden Leitungen 103b und 103c bzw. 107b und 107d Nutzsignale anliegen, wäre es ebenso gut möglich, dass die Ereignisse in den Detektorelementen 101''' und 101'''' stattgefunden hätten, die ebenfalls über dieselben Leitungen 103b und 103c bzw. 107b und 107d mit den Signalverarbeitungseinheiten 105 und 109 verbunden sind. In diesem Fall würden statt der zusammengehörenden Leitungen 103b und 107b bzw. 103c und 107d die Leitungen 103b und 107d bzw. 103c und 107b zusammen jeweils ein Signal des Detektorelements 101'''' bzw. 101''' an die jeweilige Signalverarbeitungseinheit 105 bzw. 109 weiterleiten. Eine eindeutige Identifizierung der zusammengehörenden Leitungen ist durch die Signalverarbeitungseinheiten 105 und 109 nicht möglich.
Zur Auswertung der PET-Untersuchungsdaten ist es jedoch zwingend erforderlich, die Position der Detektorelementelemente 101' und 101'' eindeutig identifizieren zu können. Wie im Folgenden gezeigt wird ist es im vorliegenden Ausführungsbeispiel daher möglich, den Signalpegel, der vom Detektorelement 101'' über die Leitungen 103c und 107d zu den Signalverarbeitungseinheiten 105 und 109 geleitet wird, im Vergleich zu dem Signalpegel des Detektorelements 101' umzupolen. Dadurch liegt an den Leitungen 103c und 107d im vorliegenden Fall ein negativer Signalpegel an, während an den Leitungen 103b und 107b ein positiver Signalpegel anliegt. Da die Signalpegel ein und desselben Detektorelements 101 stets gleich gepolt sind, ist eine Uneindeutigkeit bezüglich der Detektorelemente 101''' und 101'''' nicht mehr möglich. Die Detektorelemente 101' und 101'' sind daher eindeutig als die Detektorelemente identifizierbar, an denen Ereignisse eines PET-Vorgangs stattfanden.
In den Fällen, bei denen die zwei Detektorelemente 101, an denen ein Ereignis vorliegt in derselben Zeile oder in derselben Spalte des Kreuzschienen Verteilers 100 liegen, ist eine Verwechslung des Detektorelementpaars ohnehin ausgeschlossen. Dies rührt daher, dass beispielsweise im ersteren Fall lediglich auf einer der Leitungen 103a bis 103d ein Signal anliegt, jedoch auf zwei der Leitungen 107a bis 107d. Eine Umpolung der Detektorelemente 101, wie oben beschrieben, ist daher nicht erforderlich, jedoch möglich, ohne das Messergebnis zu beeinflussen.
Eine einfache Möglichkeit, die Umpolungslogik zu realisieren besteht darin, in den Detektorelementen 101 eine entsprechende Umpoleinheit vorzusehen. Diese würde bei Anliegen eines entsprechenden Steuersignals eine Inversion, also Umpolung des Signals des Detektorelements 101 vornehmen. Dazu könnte die Umpoleinheit mit einem Kabel, an dem ein entsprechendes Steuersignal anliegt verbunden sein. Das Steuersignal könnte beispielsweise von den Signalverarbeitungseinheiten 105 und 109 erzeugt werden und die Umpolung der Detektorelemente 101 entsprechend gesteuert werden. Dazu wäre es beispielsweise notwendig, alle Detektorelemente 101, die in der Matrixanordnung der 2 rechts des Detektorelements 101' und nicht in der Zeile des Detektorelements 101' liegen umzupolen. Das Detektorelement 101' steht hier stellvertretend für das Detektorelement 101, der ein Signal empfängt und dabei am weitesten links in der Matrix angeordnet ist. Dies ist jedoch eine Konvention, es ist ebenfalls möglich das Detektorelement 101'' zu verwenden und alle links davon liegenden Detektorelemente, die nicht in derselben Zeile liegen umzupolen.
Eine alternative Möglichkeit, zur Realisierung der Umpolungslogik besteht darin, die Detektorelemente 101 derart miteinander zu verkabeln, dass bei Eintreten eines Ereignisses am Detektorelement 101' automatisch die entsprechenden Detektorelemente 101 umgepolt werden.
In 3 ist schematisch ein Detektorelement 101 dargestellt. Es umfasst eine Detektionseinheit 201, die als Szintillationszähler ausgeführt ist. Die Detektionseinheit 201 wird über eine Leitung 203 mit einer Versorgungsspannung zum Betrieb versorgt. Die entsprechende Spannungsversorgung ist hier nicht dargestellt. Über einen Widerstand 205 und eine Leitung 207 ist die Detektionseinheit 201 geerdet. Die Detektionseinheit 201 ist über eine Leitung 209 mit einer Umpoleinheit 211 verbunden. Die Umpoleinheit 211 ist mit einer Referenzleitung 213 verbunden. Über diese Referenzleitung 213 der Umpoleinheit 211 ein Referenzsignal zuführbar, dass den Umpolzustand der Umpoleinheit 211 steuert. Die Umpoleinheit 211 ist mit einer Leitung 215 versehen, über die das Detektorsignal aus dem Detektorelement 101 ausführbar ist. Für den Aufbau der Matrixstruktur ist die Leitung 215 mit einer Leitung 217 verbunden. Über die Leitungen 215 bzw. 217 ist das Detektorelement 101 mit den Signalverarbeitungseinheiten 105 bzw. 109 verbunden.
Bei einfallender Gamma-Strahlung erzeugt die Detektionseinheit 201 eine Spannung auf der Leitung 209, die in die Umpoleinheit 211 geführt wird. In der Umpoleinheit 211 wird die von der Detektionseinheit 201 erzeugte Spannung umgepolt, falls an der Referenzleitung 213 ein Referenzsignal anliegt. Die derart umgepolte Spannung wird auf die Leitung 215 ausgegeben. Falls auf der Referenzleitung 213 kein Referenzsignal anliegt, wird die von der Detektionseinheit 201 erzeugte Spannung unverändert auf die Leitung 215 übertragen.
In den folgenden Figuren ist eine Verschaltung der Detektorelemente 101 untereinander gezeigt, durch die bei vorliegen von PET-Ereignissen ein entsprechend geartetes Referenzsignal erzeugt wird, das dann über die Referenzleitung 213 die Umpolung der erforderlichen Detektorelemente 101 gewährleistet. Dazu wird auf die bereits in 2 dargestellte matrixartige Struktur der Detektorelemente 101 zurückgegriffen, wobei dies lediglich der vereinfachten Darstellung dient. In einer tatsächlichen Implementierung des Ausführungsbeispiels und der zu Grunde liegenden Erfindung werden die Detektorelemente 101 beispielsweise in einem MR-System ringförmig angeordnet und die zusätzliche Elektronik dabei möglichst platzsparend im MR-System angeordnet. Die bereits in 2 dargestellten Leitungen 103a bis 103d und 107a bis 107d werden aus Gründen der Übersicht in den folgenden schematischen Figuren nicht dargestellt.
In 4 sind schematisch die Leitungen 103 und 107 eines Kreuzschienenverteilers dargestellt. Die Leitungen 103 und 107 sind gekreuzt, wobei an jedem Kreuzungspunkt 401 ein hier nicht dargestelltes Detektorelement angeordnet und mit den Leitungen 103 und 107 verbunden ist. An einem der Detektorelemente ist ein PET-Ereignis registriert worden, was durch einen Punkt 403 dargestellt ist. Nach der oben beschriebenen Umpol-Logik müssen nun gemäß der gewählten Konvention alle rechts des Punkts 403 befindlichen Detektorelemente umgepolt werden, die nicht in derselben Zeile wie der Punkt 403 liegen. Die betroffenen Detektorelemente sind in der 4 durch schraffierte Bereiche 405 und 407 hervorgehoben. Durch die dargestellte Umpolung ist in den relevanten Fällen sichergestellt, dass ein anderes Detektorelement, an dem ein koinzidierendes Ereignis vorliegt, innerhalb des umgepolten Bereichs liegt. Wie bereits erläutert wurde ist dann die eindeutige Identifikation von Detektorelement-Paaren möglich.
Es ist allerdings auch der Fall möglich, dass das zweite Detektorelement, an dem das koinzidierende Ereignis detektiert wird, in derselben Zeile oder in derselben Spalte wie das erste Detektorelement liegt. Dabei würden Signale über dieselbe Leitung der betroffenen Zeile und über zwei Leitungen der betroffenen Spalten bzw. über dieselbe Leitung der betroffenen Spalte und über zwei Leitungen der betroffenen Zeilen zu den Signalverarbeitungseinheiten übertragen werden. Eine Uneindeutigkeit ist in diesen Fällen von vornherein ausgeschlossen, so dass eine Umpolung des zweiten Detektorelements nicht erforderlich ist. Die oben beschriebene automatische Umpolung der Detektorelemente der schraffierten Bereiche 405 und 407 ist jedoch in diesem Fall ohne Einfluss auf das zu detektierende Signal möglich.
Es ist wünschenswert, dass bei Vorliegen eines PET-Ereignisses am Detektorelement des Punkts 403 durch entsprechende Kopplung der Detektorelemente untereinander die Umpolung der innerhalb der schraffierten Bereiche 405 und 407 liegenden Detektorelemente automatisch erfolgt. Dazu ist es möglich, das Ausgangssignal des Detektorelements am Punkt 403 zu verwenden, um an die gewünschten Detektorelemente der Bereiche 405 und 407 ein entsprechendes Referenzsignal für die in 2 dargestellte Umpoleinheit 211 bereitzustellen. Allerdings ist es nicht möglich, das Ausgangssignal einfach in alle rechts des Punkts 403 liegenden Detektorelementen zu übertragen, da in diesem Fall auch die Detektorelemente in der Zeile des Punkts 403 umgepolt würden. Dann käme es wieder zu einer Uneindeutigkeit in den Signalverarbeitungseinheiten 105 und 109. Daher muss sichergestellt sein, dass in den Detektorelementen der Zeile des Punkts 403 keine Umpolung stattfindet.
Unter der Festlegung, dass sich der Punkt 403 in Zeile i und Spalte j befindet, müssen folglich alle Detektorelemente umgepolt werden, für die die beiden Bedingungen „Spalte > j” und „Zeile ≠ i” gleichzeitig erfüllt sind.
Die erste Bedingung „Spalte > j” kann beispielsweise dadurch gebildet, dass die Signalausgänge der Detektorelemente der Spalte j parallel geschaltet werden. So ist sichergestellt, dass bei vorliegen eines PET-Ereignisses in einem Detektorelement der Spalte j ein positives Referenzsignal für die Umpoleinheit 211 bereitgestellt wird. Die zweite Bedingung „Zeile ≠ i” kann beispielsweise dadurch abgebildet werden, dass die Digital-Ausgänge der Detektorelemente der Zeile i verbunden werden. Vor einer „und”-Verknüpfung des Spaltensignals und des Zeilensignals muss das Zeilensignal invertiert werden. Das daraus resultierende Referenzsignal kann dann der jeweiligen Umpoleinheit 211 zugeführt werden. Eine mögliche Ausführung einer derartigen Zusammenschaltung der Detektorelemente ist anhand der 5 bis 8 erläutert.
In 5 sind schematisch 8 Detektorelemente 101 dargestellt. Sie sind in zwei Spalten und vier Reihen angeordnet. Diese Anordnung stellt lediglich einen Teil eines tatsächlichen Detektor-Arrays dar, das im Normalfall deutlich mehr Detektorelemente 101 umfasst. Jedes Detektorelement 101 weist einen Eingang für eine Umpolleitung 500 auf, durch die ein Referenzsignal der jeweiligen Umpoleinheit 211 innerhalb der Detektorelemente 101 zuführbar ist. Zur Erzeugung des Referenzsignals ist jedem Detektorelement 101 eine Referenzsignaleinheit 450 zugeordnet. In der 5 sind aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit lediglich die Referenzsignaleinheiten 450 der in der rechten Spalte angeordneten Detektorelemente 101 dargestellt. Die Referenzsignaleinheit 450 weist jeweils einen Signalausgang 451 auf, der mit der Umpolleitung 500 und damit mit der jeweiligen Umpoleinheit 201 verbunden ist. Die Referenzsignaleinheit 450 weist zudem zwei Signaleingänge 453 und 455 auf, über die zwei Signale zur Erzeugung des Referenzsignals geführt werden. Erzeugung und Zu führung dieser beiden Signale sind in den 5 und 6 dargestellt. Die Erzeugung des Referenzsignals ist in 7 dargestellt.
Die Darstellung in der 5 stellt lediglich die Verschaltung der Detektorelemente 101 zur Bildung der ersten Bedingung „Spalte > j” dar. Die eigentlichen Signalleitungen (vgl. 2) zur Weiterleitung der Signale der Detektorelemente an die entsprechenden Signalverarbeitungseinheiten sind hier nicht dargestellt. Jedes Detektorelement 101 umfasst zwei Signalausgänge 501 und 501', über die das Ausgangssignal des Detektors bei Vorliegen eines PET-Ereignisses einerseits in den Kreuzschienenverteiler übertragen wird und andererseits zur Bildung der zweiten Bedingung verwendet wird. Letzteres ist in 6 gezeigt. Der Abgriff der Ausgangssignale ist durch einen Pfeil 503 bzw. 503' angedeutet.
Das gleiche Ausgangssignal des Detektorelements 101 wird jeweils über einen weiteren Signalausgang 505 bereitgestellt und in eine Blockiereinheit 507 übertragen. Die Blockiereinheit 507 ist derart ausgebildet, dass lediglich ein Stromfluss in Richtung des Pfeils 509 ermöglicht wird. Ein Stromfluss in entgegengesetzter Richtung wird unterbunden. Ein Aufbau der Blockiereinheit 507 ist schematisch in 8 gezeigt. Die Blockiereinheit 507 kann beispielsweise ein Verstärkerelement enthalten, durch das der eingegebene Signalpegel verstärkt wird. Ein entsprechend verstärkter Signalpegel wird an einem Ausgang 511 der Blockiereinheit 507 bereitgestellt. Die Ausgänge 511 der Blockiereinheiten 507 sind spaltenweise mit einer Leitung 513 verbunden und dadurch parallel geschaltet. Durch die Blockiereinheiten 507 wird verhindert, dass bei Anliegen eines Signals auf der Leitung 513 ein Stromfluss zu denen Detektorelementen 101 stattfindet. Die Leitung 513 ist an ihrem einen Ende über einen hochohmigen Widerstand 514 geerdet. Das andere Ende der Leitung 513 ist mit einer Spaltenleitung 515 verbunden. Durch diese Spaltenleitung 515 werden die jeweiligen Leitungen 513 der einzelnen Spalten miteinander verbunden, wobei jeweils eine Blockiereinheit 507' eingefügt ist.
Sobald also eines der Detektorelemente ein PET-Ereignis registriert, wird das entsprechende Ausgangssignal über die zugeordnete Blockiereinheit 511 auf die Leitung 513 und entsprechend auf die Spaltenleitung 515 übertragen (Spaltensignal). Durch den Zusammenschluss der Spaltenleitung 515 mit allen anderen Spalten und das Einfügen der Blockiereinheiten 507' in der Spaltenleitung 515 wird das Ausgangssignal lediglich in alle rechts der Spalte mit dem Signal-gebenden Detektorelement 101 liegenden Spalten übertragen. Das Blockelement 507' blockiert hingegen eine Übertragung des Spaltensignals in alle weiter links liegenden Spalten.
Zur Ansteuerung der Umpoleinheiten 211 in den Detektorelementen 101 wird das Spaltensignal von der Leitung 515 mittels einer Leitung 517 abgezweigt und in dem Signaleingang 453 der Referenzsignaleinheit 450 übertragen. Eine Verschaltung der Detektorelemente zur Bildung des zweiten Signals für die Referenzsignaleinheit 450, das über den Signaleingang 455 zugeführt wird, ist in 6 dargestellt. Die Bildung des Referenzsignals zur Ansteuerung der Umpoleinheiten 211 ist in 7 dargestellt. Dort wird das auf der Leitung 517 weitergeleitete Ausgangssignal weiterverarbeitet.
In 6 ist eine Verschaltung der Detektorelemente 101 dargestellt, durch die teilweise das Ausgangssignal abgegriffen wird. Durch Weiterverarbeitung anhand der in 7 gezeigten Schaltung wird das Referenzsignal zur Ansteuerung der Umpoleinheiten 211 erzeugt.
In 6 sind ausschnittsweise zwei in einer Zeile eines PET-Arrays liegende Detektorelemente 101 dargestellt. Wie in 5 weisen sie jeweils eine Umpolleitung 500 auf, durch die das Referenzsignal in das Detektorelement 101 zuführbar ist. Wie in 5 weisen die Detektorelemente 101 drei Signalausgänge 501, 501' und 505 auf. Über den Signalausgang 501 ist das Ausgangssignal analog zu der Darstellung in 5 in den Kreuzschienenverteiler (vgl. 2) übertragbar. Dies ist durch den Pfeil 503 dargestellt. Über den, hier am oberen Teil des Detektorelements 101 dargestellten Signalausgang 505 ist das Ausgangssignal zu der jeweiligen Blockiereinheit 507, wie in 5 dargestellt, übertragbar. Die Schaltungen mit 5 und 6 sind insofern bezüglich der Signalausgänge unabhängig voneinander.
Über den Signalausgang 501' ist das Ausgangssignal des jeweiligen Detektorelements 101 zu Blockiereinheiten 601 übertragbar, die den Blockiereinheiten 507 vergleichbar sind. Die Blockiereinheiten 601 weisen ihrerseits Ausgänge 603 auf, an denen ein entsprechend bearbeitetes Signal bereitgestellt wird. Dieses wird auf eine Leitung 605 übertragen, die an einem Ende über einen Widerstand 607 geerdet ist. Am jeweils anderen Ende ist die Leitung 605 mit einer Zeilenleitung 609 verbünden, auf die das Signal übertragen wird (Zeilensignal). Die Zeilenleitung 609 schaltet derart sämtliche Ausgänge 603 der Blockiereinheiten 601 einer Zeile parallel, wobei jeweils vor der Einmündung einer Leitung 605 eine Blockiereinheit 601 angeordnet ist. Durch die Anordnung der Blockiereinheiten 601 in der Zeilenleitung 609 und zwischen dem Detektorelement 101 und der Leitung 605 wird sichergestellt, dass auf der Zeilenleitung 609 fließende Ströme in der gewählten Darstellung lediglich nach rechts fließen und in linker Richtungen blockiert werden. Gleichzeitig wird verhindert, dass auf der Zeilenleitung 609 fließender Strom zum Detektorelement 101 gelangt. Zur Bildung des Referenzsignals wird das auf der Zeilenleitung 609 fließende Zeilensignal in eine Leitung 611 abgezweigt und in den Signaleingang 455 der Referenzsignaleinheit 450 übertragen. Somit stehen an den Referenzsignaleinheiten 450 jeweils zwei Signale (Spaltensignal und Zeilensignal) zur Bildung des Referenzsignals zur Verfügung. Das Spaltensignal wird aus der Parallelschaltung aller Detektorelemente 101 einer Spalte gebildet und in alle Referenzsignaleinheiten 450 der benachbarten Spalten parallel übertragen. Das Zeilensignal hingegen wird zeilenspezifisch von ei ner Detektoreinheit 101 an alle in derselben Zeile liegenden Referenzsignaleinheiten 450 übertragen. Die in den 5 und 6 dargestellten Schaltungen sind voneinander unabhängig. Lediglich die Detektorelemente 101 und die beigeordneten Referenzsignaleinheiten 450 sind in beiden Figuren dieselben Einheiten.
In 7 ist eine Schaltung 700 zur Bearbeitung der in den Leitungen 517 und 611 abgegriffenen Signale schematisch dargestellt. Die Leitung 611 ist mit einer Negiereinheit 701 verbunden. Diese Negiereinheit 701 stellt an ihrem Signalausgang 703 ein Signal bereit, wenn an der Leitung 611 kein Zeilensignal anliegt. Umgekehrt wird bei Anliegen eines Zeilensignals an der Negiereinheit am Signalausgang 703 kein Signal bereitgestellt. Folglich liegt am Signalausgang 703 der Negiereinheit 701 ein Signalpegel gemäß der zweiten Bedingung „Zeile ≠ i” an.
Das Ausgangssignal der Negiereinheit 701 wird in einen Logikoperator 705 übertragen. Das Spaltensignal wird über die Leitung 517 ebenfalls zum Logikoperator 705 übertragen. Der Logikoperator 705 stellt an seinem Signalausgang 707 lediglich in den Fällen ein Ausgangssignal bereit, in denen er ein Signal von der Negiereinheit 701 und ein Spaltensignal über die Leitung 517 erhält. Dies entspricht einer logischen „und”-Verknüpfung der beiden Bedingungen „Spalten > j” und „Zeile ≠ i”. Der Signalausgang 707 des Logikoperators 705 ist mit der Umpolleitung 500 verbunden, so dass in der Umpoleinheit 211 der Detektorelemente 101 die und -verknüpften genannten Bedingungen als Referenzsignal anliegen und den Umpolprozess entsprechend steuern.
Jedem der Detektorelemente 101 ist eine Schaltung 700 zugeordnet, die den Umpolprozess des Detektorelements entsprechend steuert. In die Leitung 517 wird jeweils das Spaltensignal der vorherigen Spalte eingespeist. Das Spaltensignal ist folglich für alle Schaltungen 700 einer Spalte identisch. Der Leitung 611 wird jeweils das auf der Zeilenleitung 609 anliegende Zeilensignal der jeweiligen Zeile von Detektorelementen 101 eingespeist. Dieses ist folglich für jede Zeile unterschiedlich. Durch die Verknüpfung des emittierten Zeilensignals und des Spaltensignals wirkt sich ein Szintillations-Ereignis eines Detektorelements 101 auf alle rechts des Detektorelements 101 liegenden Detektorelemente 101 aus, die nicht in derselben Zeile liegen. In derselben Zeile ist nämlich das Zeilensignal endlich, so dass am Ausgang 703 der Negiereinheit 701 kein Signal anliegt. Dann liegt jedoch auch am Signalausgang 707 des Logikoperators 705 kein Signal an, und die in derselben Zeile liegenden Detektorelemente werden nicht umgepolt. Dies erfolgt lediglich bei einem endlichen Signalpegel am Signalausgang 707 des Logikoperators 705.
Für alle rechts und außerhalb der Zeile des ansprechenden Detektorelements 101 liegenden Detektorelemente 101 liegt am Ausgang 703 der Negiereinheit 701 ein Signal an. Da in diesem Fall auch das Spaltensignal auf Leitung 517 endlich ist, liegt am Signalausgang 707 des Logikoperators 705 ein Referenzsignal an, durch das jeweils die Umpoleinheit 211 aktiviert wird. Folglich werden die entsprechenden Detektorelemente 101 umgepolt.
In 8 ist schematisch der Aufbau der Blockiereinheiten 507 und 601 dargestellt. Sie umfassen jeweils einen Operationsverstärker 801, zur Verstärkung eines Eingangssignals. Der Operationsverstärker 801 verstärkt das Eingangssignal gegenüber Masse und stellt es an seinem Ausgang 803 bereit. Der Ausgang 803 ist mit einer Diode 805 verbunden, die einen Stromtransport nur in einer Richtung zulässt. In der gewählten Darstellung der 8 ist dies die Richtung von links nach rechts. Der Ausgang der Diode 805 ist mit einem Widerstand 807 verbunden. Nach dem Widerstand 807 wird das verstärkte Eingangssignal als Ausgangssignal am Ausgang der Blockiereinheit 507 bzw. 601 bereitgestellt. Für den Widerstand 807 kann beispielsweise eine Größe von 1 kΩ verwendet werden. Die Widerstände 515 und 607 zur Erdung der Leitungen 513 und 605 605 werden in diesem Fall deutlich größer gewählt werden, beispielsweise mit einer Größe von 1 MΩ.
Die Dimensionierung des Operationsverstärkers 801, der Dioden 805 und der Widerstände 515, 607 und 807 in den Schaltungen der 4 bis 8 sind an die Implementierungen des jeweiligen PET-Arrays anzupassen.
Es ist bei den gezeigten Ausführungsbeispielen unerheblich, ob die Umpoleinheit 211 innerhalb des Detektorelements 101 ausgeführt oder von diesem getrennt angeordnet ist. Zudem kann auch ein einziger Signalausgang des Detektorelements 101 verwendet werden, um das entsprechende Signal auf die Signalleitungen 103a–d und 107a–d, sowie zur Bildung der beiden Bedingungen gemäß der Schaltungen in den 5 und 6 bereitzustellen. Ebenfalls lassen sich statt der einfachen Detektionseinheiten 201 (vgl. 2) die in der Einleitung erwähnten Detektorblöcke mit mehreren Detektionseinheiten 201 pro Detektorelement 101 verwenden. Hier wirkt die Umpolung der Umpoleinheit lediglich auf das eigentliche Nutzsignal des Detektorblocks, während die Signale, die die ansprechende Detektionseinheit des Detektorblocks kennzeichnen nicht umgepolt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das umgepolte Signal selbst aus physikalischen Gründen ein bekanntes (z. B. positives) Vorzeichen aufweist, wie z. B. typisch für ein Signal proportional zu einer gemessenen Energie. Dies ist aber nicht zwingend notwendig. Im Falle der Verwendung der zusammengefassten Detektor-Einheiten mit vorverrechneten Signalen (z. B. Anger-Kodierung) ist die Umpolung eines einzigen Signals (z. B. der Energie) ausreichend für die eindeutige Identifikation der beiden gleichzeitig aktiven Detektorelemente. Insofern lassen sich die obigen Ausführungen auch auf die Verwendung von zusammengesetzten Detektorblöcken anwenden.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Umpol-Einheiten nicht auf Basis eines vorliegenden Signals eines Ereignisses eines Detektorelements zu steuern, sondern separate Steuerleitungen vorzusehen.
Diese könnten beispielsweise von den in 2 dargestellten Signalverarbeitungseinheiten 105 und/oder 109 zu dem Umpoleinheiten 211 der Detektorelemente 101 verlaufen. Bei Detektion eines PET-Ereignisses an einem Detektorelement 101 würde durch die Signalverarbeitungseinheiten 105 und/oder 109 jeweils einer Referenzsignal zu den entsprechenden Umpoleinheiten 211 der gewünschten Detektorelemente 101 gesendet.

Claims

Vorrichtung zur Aufnahme von Signalen, mit wenigstens vier Detektorelementen (101) zum Empfang der Signale und deren Umwandlung in Nutzsignale, die jeweils über wenigstens zwei Leitungen (103a–d, 107a–d) mit wenigstens einer Signalverarbeitungseinheit (105, 109) verbunden sind, wobei wenigstens zwei der Detektorelemente (101) gemeinsam über eine der Leitungen mit der Signalverarbeitungseinheit (105, 109) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Umpolung der Nutzsignale vorgesehen sind, die derart ausgebildet sind, dass durch sie eine eindeutige Zuordnung von paarweise auftretenden Detektionsereignissen zum jeweiligen Detektorelement ermöglicht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jedes Detektorelement (101) eine Umpoleinheit (211) umfasst, durch die eine Umpolung des Nutzsignals des jeweiligen Detektorelements (101) durchführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Detektorelemente (101) schaltungstechnisch in Reihen und Spalten angeordnet sind, wobei jeweils alle Detektorelemente (101) einer Reihe über eine der Leitungen (103a–d, 107a–d) mit der Signalverarbeitungseinheit (105, 109) verbunden sind und jeweils alle Detektorelemente (101) einer Spalte über eine weitere der Leitungen (103a–d, 107a–d) mit der Signalverarbeitungseinheit (105, 109) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der jedes der Detektorelemente (101) wenigstens einen Signalausgang (501, 501', 505) für das Nutzsignal aufweist und die Umpoleinheiten (211) derart mit den Signalausgängen (501, 501', 505) der Detektorelemente verbunden sind, dass bei Vorliegen eines PET-Ereignisses an einem ersten der Detektorelemente (101) wenigstens ein zweites der Detektorelemente (101), das nicht über dieselbe Leitung wie das erste Detektorelement (101) mit der Signalverarbeitungseinheit (105, 109) verbunden ist, umgepolt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Signalausgänge (501', 505) von in einer der Spalten liegenden Detektorelementen (101) über jeweils eine Blockiereinheit (507) mit einer Spaltenleitung (515) verbunden sind, in der Blockiereinheiten (507, 507') angeordnet sind, wobei die Blockiereinheiten (507, 507') derart ausgebildet sind, dass durch sie ein Stromfluss in nur einer Richtung möglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Signalausgänge (501', 505) der in einer Zeile liegenden Detektorelemente (101) über jeweils eine Blockiereinheit (601) mit einer Zeilenleitung (609) verbunden sind, wobei in der Zeilenleitung (609) weitere Blockiereinheiten (601) angeordnet sind und die Blockiereinheiten (601) derart ausgebildet sind, dass durch sie ein Stromfluss in nur einer Richtung möglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der jedem der Detektorelemente (101) eine Referenzsignaleinheit (450) zugeordnet ist, in der das auf der Spaltenleitung (515) und das auf der Zeilenleitung (609) anliegende Signal derart verarbeitet und in die Umpoleinheit (211) des jeweiligen Detektorelements (101) geleitet wird, dass bei Aufnahme eines PET-Ereignisses in einem der Detektorelemente (101) ein Umpolsignal in allen Umpoleinheiten (211) von Detektorelementen (101) erzeugt wird, die schaltungstechnisch rechts davon und nicht in derselben Zeile liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Referenzsignaleinheit (450) mit der Spaltenleitung (515) und der Zeilenleitung (609) verbunden ist und einen mit der Umpoleinheit (211) des jeweils zugeordneten Detektorelements (101) verbundenen Signalausgang (451) aufweist, an dem durch die Referenzsignaleinheit (450) genau dann ein Referenzsignal bereitgestellt wird, wenn an der Spaltenleitung (515) ein Signal anliegt und an der Zeilenleitung kein Signal anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Referenzsignaleinheit (450) eine Negiereinheit (701) und eine Logikeinheit (705) umfasst, wobei: – die Negiereinheit (701) mit der Zeilenleitung (609) verbunden und derart ausgebildet ist, dass sie an einem Signalausgang (703) ein Signal bereitstellt, wenn ihr kein Eingangssignal zugeführt wird und am Signalausgang (703) kein Signal bereitstellt, wenn ihr ein Eingangssignal zugeführt wird, – die Logikeinheit (705) derart ausgebildet ist, dass ihr zwei Eingangssignale zuführbar sind und sie an einem Signalausgang (707) ein Signal bereitstellt, wenn ihr zwei Eingangssignale zugeführt werden und – die Logikeinheit (705) eingangsseitig mit der Spaltenleitung (515) und der Negiereinheit (701) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Umpoleinheiten (211) mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Umpolungszustands verbunden sind, wobei die Steuereinheit mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden ist und derart ausgebildet ist, dass eine Umpolung der Detektorelemente (101) in Abhängigkeit der empfangenen Nutzsignale erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass bei Empfang eines Nutzsignals eines der Detektorelemente (101) die Umpolungseinheiten derjenigen Detektorelemente (101) angesteuert wer den, die nicht in derselben Spalte und nicht in derselben Zeile wie das eine Detektorelement (101) liegen.