DE102023206858A1

DE102023206858A1 - Röntgensystem und CT-System

Info

Publication number: DE102023206858A1
Application number: DE102023206858.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Salamon; Nils Reims; Michael Böhnel; Dimitri Prjamkov; Sven Kilian
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2023-07-19
Filing date: 2023-07-19
Publication date: 2025-01-23
Also published as: WO2025017090A1

Abstract

Röntgensystem zur Untersuchung von N Objekten (O), insbesondere von N Batteriemodulen zur Qualitätsprüfung, mit folgenden Merkmalen: einem Linearbeschleuniger (1), der ausgebildet ist, Röntgenstrahlung (R) einer Energie ≥ 1 MeV in einem kegelförmigen Abstrahlwinkel (8) zu emittieren; N Röntgendetektoren (13a, 13b, 13c, 13d), die jeweils ausgebildet sind, die Röntgenstrahlung (R) in einem Teilkegel (8a, 8b, 8c, 8d) des kegelförmigen Abstrahlwinkels (8) zu detektieren; N Drehachsen (12a, 12b, 12c, 12d) und (4a, 4b) für N Objekte (O), die jeweils einem Teilkegel (8a, 8b, 8c, 8d) zugeordnet sind und in jedem angeordnet sind; einem Kollimator (3, 3'), der zweistufig ausgebildet ist, wobei eine erste Stufe den kegelförmigen Abstrahlwinkel (8), in welchem die Röntgenstrahlung (R) emittiert wird, definiert und wobei eine zweite Stufe (10) die N Teilkegel (8a, 8b, 8c, 8d) definiert.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf ein Röntgensystem sowie auf ein CT-System. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben des Röntgensystems sowie auf ein Verfahren zum Betreiben des CT-Systems. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein entsprechendes Computerprogramm. Im Allgemeinen liegen die Ausführungsbeispiele der Erfindung auf dem Gebiet von Hochdurchsatzcomputertomographie zur Qualitätssicherung von Fahrzeugbatteriemodulen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele schaffen ein Röntgensystem bzw. Computertomographiesystem mit Linearbeschleuniger und Mehrfach-Beam-Anordnung.
Die Herstellung von Batteriemodulen für die Anwendungen der Elektromobilität stellt hohe Anforderungen an die Qualität des inneren Modulaufbaus. Daher werden in der Entwicklung derartiger Energiespeicher-Computertomographische-Untersuchungen durchgeführt, die den inneren Aufbau sichtbar machen und so unterschiedliche Qualitätskenngrößen detektieren lassen. Diese CT-Verfahren basieren in der Regel auf einer Röntgenröhre sowie einem flächenhaften Röntgendetektor, der den Röntgen-Schattenwurf des zu untersuchenden Batteriemoduls erfasst. Das Batteriemodul wird dabei mittels einer Drehachse im Strahl gedreht und so aus einer Vielzahl an Blickrichtungen erfasst. Im Nachgang zum Scan werden die so gewonnenen Projektionsdaten mittels einer mathematischen Rekonstruktionsoperation zu einem Volumen verrechnet, das die Bewertung der Modulqualität ermöglicht.
Die zum Einsatzzweck geführte Röntgentechnik verfügt zumeist nur über eine eingeschränkte Strahlungsenergie, die oft zu einer unzureichenden Bildqualität im rekonstruierten Volumen führt und damit die Zuverlässigkeit der Bewertung einschränkt. Grundsätzlich ist es so, dass die Kosten bei der Qualitätssicherung enorm hoch sind, wenn eine hohe Zuverlässigkeit gefordert ist. Somit besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Konzept zu schaffen, das einen verbesserten Kompromiss aus hoher Zuverlässigkeit bei der Qualitätssicherung von Batteriemodul in Kombination mit hoher Kosteneffizienz schafft.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen ein Röntgensystem zur Untersuchung von N Objekten, wie beispielsweise Batteriemodulen. Mittels Röntgensystem können also N Batteriemodule zur Qualitätsprüfung untersucht werden. Das Röntgensystem umfasst einen Linearbeschleuniger, der ausgebildet ist, Röntgenstrahlen mit einer Energie > 1 MeV in einem kegelförmigen Abstrahlwinkel, z. B. 25° oder auch 180° und im Allgemeinen jeder beliebige Winkel, zu emittieren. Darüber hinaus weist das Röntgensystem N Röntgendetektoren auf, die jeweils ausgebildet sind, die Röntgenstrahlen in einem Teilkegel des kegelförmigen Abstrahlwinkels zu detektieren. Jeweils einem der Teilkegel ist eine von mindestens N Drehachsen für die mindestens N Objekte zugeordnet und auch in jedem Teilkegel angeordnet. Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die Anordnung der Drehachse, die einen Objekthalter für die mindestens N Objekte aufweisen kann, zwischen dem Linearbeschleuniger und dem jeweiligen der N Röntgendetektoren angeordnet. Darüber hinaus weist das Röntgensystem einen Kollimator auf, der zweistufig ausgebildet ist, wobei eine erste Stufe den kegelförmigen Abstrahlwinkel formt bzw. definiert und eine zweite Stufe die N Teilkegel definiert.
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verwendung von N Röntgendetektoren N Objekte in voneinander separierten N Teilkegeln, z. B. zur Qualitätssicherung, untersucht bzw. durchstrahlt werden können. Die N Teilkegel resultieren aus einem von einem Linearbeschleuniger emittierten kegelförmigen Röntgenspektrum. Die separate Untersuchung bzw. folgende gleichzeitige Untersuchung der N Objekte erfolgt dadurch, dass je Objekt eine eigene Drehachse vorgesehen ist. Der Vorteil an dieser Anordnung liegt darin, dass das kostenintensivste Bauelement nicht nur für die Durchstrahlung eines Objekts, sondern für die Durchstrahlung einer Serie von Objekten oder allgemein von mehreren Objekten verwendet werden kann. Das erhöht den Durchsatz und damit auch die Investitionskosten pro zu untersuchendem Objekt. Der Kollimator, der die Röntgenstrahlung auf die Teilkegel aufteilt, bildet hierbei die hochenergetische Röntgenstrahlung > 1 MeV vorteilhafterweise so ab, dass keine Nachteile gegenüber der Emission nur eines Gesamtkegels erfolgen.
Entsprechend Ausführungsbeispielen sind die N Röntgendetektoren als Liniendetektoren oder bevorzugterweise als Flächendetektoren ausgebildet. Jeder der N Röntgendetektoren kann entsprechend Ausführungsbeispielen eine eigene Detektorelektronik aufweisen. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass die Elektronik von zumindest zwei der N Detektoren kombiniert ist. Auch wäre es möglich, dass zwei benachbarte Röntgendetektoren einander überlappen, nämlich so, dass die Elektronik einen Überlapp bildet und somit die hintere Elektronik von der vorderen Elektronik in der Projektion der Röntgenstrahlung geschützt ist. Vorteil dabei ist, dass die Elektronik röntgenempfindlich ist und so auf separate Mittel zum Schutz vor der Röntgenstrahlung für die Elektronik zumindest für die hinten liegende Elektronik verzichtet werden kann. Entsprechend Ausführungsbeispielen weist die Elektronik Mittel zum Schutz vor Röntgenstrahlung auf, wie z. B. einen in dem Röntgenkegel vorgelagerten Absorber. Entsprechend alternativen Ausführungsbeispielen ist die Elektronik in einem vor der Röntgenstrahlung geschützten Bereich angeordnet. Ein derartiger Bereich kann entsprechend vorteilhaften Ausführungsbeispielen durch einen Schattenkegel geformt werden. Beispielsweise kann die Elektronik der N Röntgendetektoren zwischen den Teilkegeln angeordnet sein. Alternativ wäre es auch denkbar, dass die Elektronik in einem von einem oder mehreren Abschirmelementen abgeschirmten Bereich angeordnet ist. Die einen oder mehreren Abschirmelemente können zwischen den Teilkegeln angeordnet sein. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass die Elektronik durch ein jeweiliges Abschirmelement, das entweder Teil des Kollimators ist (d. h. in einem Bereich zwischen dem Linearbeschleuniger und dem Objekt) ist und/oder als dediziertes Abschirmelement in einem Bereich zwischen dem Objekt und dem Detektor vorgesehen ist, abgeschirmt wird. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen kann der Kollimator ausgebildet sein, einen Schattenkegel zwischen den Teilkegeln zu erzeugen. In diesem Schattenkegel kann beispielsweise die Elektronik positioniert werden.
Entsprechend Ausführungsbeispielen können die N Röntgendetektoren linear oder kreisförmig oder ellipsenförmig (um den Linearbeschleuniger bzw. den Mittelpunkt des kegelförmigen Abstrahlwinkels) angeordnet sein. Auch kann sowohl bei der linearen Anordnung als auch bei der kreisförmigen Anordnung eine Überlappung vorgesehen sein. Wie oben bereits erläutert, kann gerade im Bereich der Elektronik der jeweiligen Detektorelemente die Überlappung vorgesehen sein.
Entsprechend Ausführungsbeispielen ist die Drehachse zwischen Linearbeschleuniger und dem Detektor in einem Abstandsverhältnis der Abstände von Linearbeschleuniger zu Drehachse und Drehachse zu Röntgendetektor so angeordnet, dass gleichzeitig mindestens 75% oder mindestens 95% des Objekts erfassbar sind. Wenn man beispielsweise von einer möglichen Objektgröße von 10x10 cm oder 50x20 cm ausgeht, ergibt sich so die passende Anordnung und Dimensionierung des Objekthalters auf der Drehachse.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel wäre es auch denkbar, dass zusätzlich zu der Drehbewegung eine Hubbewegung vorgesehen ist. Insofern kann die Drehachse um eine zusätzliche Hubachse erweitert sein, so dass zusammen oder unabhängig voneinander neben der Drehbewegung auch eine Hubbewegung des Objekts erfolgt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein CT-System mit einem Röntgensystem wie oben beschrieben sowie einer CT-Berechnungseinheit. Diese CT-Berechnungseinheit führt für die N Objekte unabhängig voneinander eine Rekonstruktion durch.
Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Betreiben des Röntgensystems. Kernelement des Verfahrens ist das Formen von N Teilkegeln zur Durchstrahlung von N Objekten. Das Formen kann entsprechend Ausführungsbeispielen durch den Kollimator und insbesondere die zweite Stufe des Kollimators erfolgen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zum Betreiben des definierten CT-Systems. Das Verfahren umfasst ein Schritt des Prozessierens einer Mehrzahl von Durchstrahlungsaufnahmen je Objekt, zugeordnet zu den unterschiedlichen Drehwinkeln, um beispielsweise eine CT-Rekonstruktion je Objekt zu erhalten. Das Verfahren kann entsprechend Ausführungsbeispielen computerimplementiert sein.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Röntgensystems gemäß einem Basisausführungsbeispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Röntgensystems gemäß einem erweiterten Ausführungsbeispiel; und
3 eine schematische Darstellung eines Röntgensystems gemäß dem Stand der Technik.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass gleichwirkende Elemente und Strukturen mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar bzw. austauschbar ist.
Bevor Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert werden, wird anhand von 3 der Stand der Technik erläutert.
3 zeigt ein Röntgensystem mit den zentralen Komponenten Strahlungsquelle 1 und Detektor 2. Bei der Strahlungsquelle kann es sich um eine herkömmliche Röntgenröhre oder - gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung - einen Linearbeschleuniger handeln, der ausgebildet ist, eine Röntgenstrahlung R entlang eines Röntgenstrahlungskegels 8 zu emittieren. Der Röntgenstrahlungskegel 8 kann - und so wird es bei Ausführungsbeispielen der unten erläuterten Erfindung angewendet - mittels eines Kollimators 3 begrenzt bzw. definiert werden. Die Röntgenstrahlung wird von der Strahlenquelle 1 entlang der Zentralebene 7 emittiert, so dass ein Detektor 2 (hier ist schematisch das Gehäuse des Detektors illustriert) die Röntgenstrahlung R empfangen kann. Der Röntgendetektor weist hierzu eine röntgensensitive Schicht 6 auf, kann aber auch anders implementiert sein, z. B. unter Nutzung eines Szintillators.
Zwischen Röntgenquelle 1 und Röntgendetektor 2 ist ein Drehteller angeordnet. Der Drehteller fungiert als Objektaufnahme. Der Drehteller kann entsprechend Ausführungsbeispielen eine Objektaufnahme aufweisen. Der Drehteller bzw. die Objektaufnahme ist dazu ausgebildet, das Objekt O zu halten und während der Aufnahme rotieren zu lassen, um für eine CT-Rekonstruktion Durchstrahlungsaufnahmen aus mehreren Objektwinkeln durchzuführen. Folglich ist der Drehteller 4 bzw. die Drehachse 4 dazu ausgebildet, eine Rotation, z. B. um 360°, durchzuführen. Bezüglich der Dimensionierung ist der Drehteller an das Objekt O angepasst. Entsprechend bevorzugten Anwendungen handelt es sich bei dem Objekt O um eine Batterie, beispielsweise in der Dimensionierung 10x10 oder 50x50, im Format mit unterschiedlichen Längen.
Batteriemodule weisen eine hohe Dichte auf, so dass erkannt wurde, dass eine besondere Kombination von Strahlenquelle 1 und Strahlendetektor 2 vorteilhaft ist. Durch Ausführungsbeispiele wurde Folgendes erkannt. Aufgrund der hohen Dichte bei Batteriemodulen O ist für eine optimale Durchleuchtung ein Linearbeschleuniger mit Energien oberhalb 1 MeV sinnvoll. Aufgrund dessen, dass die Anschaffungs- und Betriebskosten (Aufwände beispielsweise durch regelmäßige Überprüfung) sehr hoch sind, kann mit dem Einsatz eines Linearbeschleunigers zwar eine ausreichend gute Abbildungsqualität erreicht werden, wobei das oben definierte Ziel der Kosteneffizienz dabei verfehlt wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung basieren auf der Erkenntnis, dass speziell für die Anwendung an Batteriemodulen, mit typischen Volumenquerschnitten zwischen 10 x 10 cm und 50 x 20 cm und unterschiedlichen Längen sich die Rentabilität durch die Einführung weiterer Strahlachsen, auch Beamlines genannt, deutlich steigern lässt. Diese Strahlachsen bzw. Beamachsen bestehen entsprechend Ausführungsbeispielen aus einem eigenen Röntgendetektor und ein oder mehreren Drehachsen im Kegelstrahl des Linearbeschleunigers. Dabei wird der vom Linearbeschleuniger aufgespannte Strahlenkegel/Strahlkegel optimal genutzt. Dieses Konzept wird nachfolgend anhand von 1 erläutert.
1 zeigt ein Röntgensystem mit einer Strahlenquelle 1, einem Kollimator 3 und zwei Detektoren 13a und 13b.
Der Kollimator 2 begrenzt einerseits den Strahlenkegel 8 in seiner Außenkontur und teilt den Strahlenkegel 8 in zwei Teilkegel 8a und 8b. Der Strahlenkegel 8a wird vom Detektor 13a empfangen, während der Strahlenkegel 8b vom Detektor 13b empfangen wird. In jedem Strahlenkegel 8a und 8b ist ein jeweiliger Drehteller 4a bzw. 4b für die entsprechenden Objekte O vorgesehen. Bezüglich der Geometrie sei angemerkt, dass entsprechend Ausführungsbeispielen die Drehteller 4a und 4b in die jeweiligen Strahlenkegel 8a und 8b angeordnet sind und zwar im Bereich zwischen Strahlenquelle 1 bzw. Kollimator 2 und dem jeweiligen Röntgendetektor 13a bzw. 13b. Durch das Abstandsverhältnis der Abstände Strahlenquelle 1 zu Objekthalter 4a/4b und Objekthalter 4a/4b zu Detektor 13a und 13b kann ein Abbildungsmaßstab des Objekts O festgelegt werden. Der Abbildungsmaßstab ist entsprechend Ausführungsbeispielen so gewählt, dass eine vollständige Abbildung des Objekts O möglich ist. Nachdem nun die Struktur erläutert wurde, wird die Funktionalität erklärt. Der Linearbeschleuniger emittiert Röntgenstrahlung R mit Energien oberhalb 1 MeV in einem kegelförmigen Abstrahlwinkel (vgl. Strahlenkegel 8). Durch die Drehung der Objekte O mittels den Drehtellern 4a und 4b kann eine Durchleuchtung mehrerer Objekte gleichzeitig, d. h. parallel zueinander, erfolgen und zwar jeweils aus unterschiedlichen Objektwinkeln, so dass eine CT-Rekonstruktion möglich ist. Die Durchleuchtungsaufnahmen detektiert der jeweilige Detektor 13a und 13b.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei (N = 2) Objekthalter bzw. Drehteller 4a und 4b zusammen mit zwei (N = 2) Detektoren 13a und 13b vorgesehen. Hier sind die Detektoren linear nebeneinander angeordnet, wobei alternativ auch eine kreisförmige oder ellipsenförmige Anordnung, z. B. um die Röntgenstrahlungsquelle 1 bzw. den Brennfleck der Röntgenstrahlungsquelle 1 herum, denkbar wäre. An dieser Stelle sei angemerkt, dass nicht zwingend die Zahl der Detektoren sowie die Zahl der Objektträger gleich sein muss. Beispielsweise können auch pro Detektor zwei Objektträger zum Einsatz kommen.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann es sich bei den Detektoren um Flachbilddetektoren handeln, die gleichzeitig den Großteil des Batteriemoduls O erfassen können. Die Einstellung des Erfassungsbereichs erfolgt, wie oben bereits erläutert, über das Abstandsverhältnis des Objektträgers 4a bzw. 4b gegenüber den zwei Elementen 1 und 13a/13b.
Entsprechend Ausführungsbeispielen kann jeder Röntgendetektor 12a und 12b einmal die sensitive Detektorfläche 6 sowie eine entsprechende Detektorelektronik 5 aufweisen. In dem vorliegenden Fall ist der Strahlenkegel 8 durch die Linie 7 (Zentralstrahlebene) in zwei Teile geteilt. Da sich die Detektorfläche 6 nicht über die volle Breite des Detektors 13a bzw. 13b erstreckt, kann entsprechend Ausführungsbeispielen die Drehachse 4a bzw. 4b auch dezentral im jeweiligen Teilkegel 8a und 8b angeordnet sein. Hier jeweils ein Stück Richtung Zentralstrahlebene 7 verrückt. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann bei n = 2 die Detektorelektronik 5 im Randbereich des Röntgenstrahlkegels 8 (Außenrand des Röntgenstrahlkegels 8 definiert durch Strahlenkollimator 3) angeordnet sein. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass durch den Strahlenkollimator 3 der Öffnungswinkel des Röntgenstrahlkegels 8 weiter beschränkt wird, so dass die Elektronik 5 in einem abgeschotteten Bereich, d. h. also geschützt vor der Röntgenstrahlung R, angeordnet ist. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen wäre es auch denkbar, dass ein sogenannter Abschirmblock zum Schutz der Detektorelektronik 5 vor der Röntgenstrahlung R vorgesehen ist. Dieser Abschirmblock ist exemplarisch im Bereich der Elektronik 5 des Röntgendetektors 13a vorgesehen und mit dem Bezugszeichen 9 versehen.
Bezug nehmend auf 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem wiederum N Röntgendetektoren 13a-13d und N Rotationsachsen 4a-4d in Kombination mit der Strahlenquelle 1 bzw. dem Kollimator 3' vorgesehen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist N = 4, d. h. also, dass gleichzeitig vier Objekte O mittels der vier Detektoren 13a-13d durchleuchtet werden können. Die vier Objekte O sind auf den jeweiligen Rotationsachsen 4a-4d angeordnet.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel sind die Detektoren 13a und 13b teilweise überlappend ausgeführt sowie die Detektoren 13c und 13d. Im Überlappbereich ist jeweils die Detektorelektronik 5 vorgesehen, während in dem nicht überlappenden Bereich die sensitive Fläche 6 vorgesehen ist. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel wird genau dieser Überlappbereich, der in Röntgenstrahlungsrichtung gesehen fluchtend überlappt, mit einem speziell geformten Abschirmblock 11 versehen. Dieser Abschirmblock umfasst beispielsweise eine Form, die an die Einstrahlwinkel angepasst ist (beispielsweise Kegelform). Die Dicke ist entsprechend Ausführungsbeispielen abhängig von der zu erwartenden Energie der Röntgenstrahlung R sowie abhängig von dem gewählten Abschirmmaterial des Abschirmblocks 11. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Abschirmblöcke 11, nämlich einmal im Überlappbereich 13a und 13b und einmal im Überlappbereich 13c und 13d, vorgesehen.
Additiv oder alternativ kann der Kollimator 3' auch um einen zusätzlichen Kollimator zur Eingrenzung des Kegelstrahls auf die zusätzlichen Detektoren erweitert sein. Dieses Element ist mit dem Bezugszeichen 11 versehen und bildet einen Schattenkegel 10k zwischen den Teilkegeln 8a, 8b, 8c und 8d aus. Wie zu erkennen ist, ist der Schattenkegel 10k nur zwischen den Kegeln 8a und 8b sowie zwischen den Kegeln 8c und 8d vorgesehen. Entsprechend bevorzugten Ausführungsbeispielen ist genau in diesem Schattenkegel 10k bzw. fluchtend zu diesem Schattenkegel 10k die Elektronik 5 der Detektorelemente 13a, 13b, 13c und 13d angeordnet. Das zusätzliche Kollimatorelement 10 kann entsprechend Ausführungsbeispielen auch mit dem Abschirmblock 11 kombiniert werden. Bezüglich der Dimensionierung können diese entsprechend Ausführungsbeispielen aneinander angepasst sein.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass das Element 10 zur Eingrenzung des Kegelstrahls 8 als zweite Stufe des Kollimators 3' bezeichnet werden kann. Die erste Stufe des Kollimators grenzt den Kegelstrahl zur Seite hin ein, während die zweite Stufe des Kollimators 10 eine Unterteilung des Kegelstrahls in Teilkegelstrahlen durchführt. Bezüglich der Kombination aus Kollimator 3' mit zusätzlichem Kollimatorelement 10 sei angemerkt, dass so ein spezieller Strahlenkollimator geformt wird, der für jedes Detektor-Achs-Paar ein optimales Strahlenfeld definiert.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass aufgrund des Überlapps der Detektoren 13a und 13b bzw. 13c und 13d die Abstände der Detektorflächen 6 zu der Strahlenquelle 1 leicht variieren können. Um eine gleich große Abbildung zu gewährleisten, kann entsprechend Ausführungsbeispielen der Abstand der jeweiligen Drehachse, beispielsweise 12c und 12d, ebenso leicht variieren.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass jeder Detektor in der einfachsten Variante eine Detektorfläche (zeilenförmig oder flächenförmig) aufweisen kann. In einer weiteren Konfiguration weist jedes Detektorelement 13a-13d die entsprechende Elektronik 5 auf. Entsprechend Ausführungsbeispielen kann auch eine Elektronik für zwei sensitive Flächen 6 kombiniert sein, wenn diese beispielsweise mittig im abgeschirmten Bereich/Schattenkegel angeordnet ist. Darüber hinaus weist entsprechend Ausführungsbeispielen jedes Detektorelement 13a-13d auch noch ein entsprechendes Detektorgehäuse auf.
Bei obigen Ausführungsbeispielen wurde davon ausgegangen, dass die Zahl N für Anzahl Drehachsen identisch zu der Anzahl der Detektoren ist. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Anzahl für die Drehachsen auch größer N sein.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel wäre es denkbar, dass zusätzlich zu den Drehachsen 12a-12d eine Hubachse vorgesehen ist, z. B. unterhalb oder auf der Drehachse selbst montiert, um neben der Rotationsbewegung auch noch eine Hubbewegung auszuführen. Diese Hubbewegung kann gleichzeitig zu der Rotationsbewegung ausgeführt werden, um eine helixartige Erfassung der zumeist länglichen Batteriemodule O zu ermöglichen. Hierdurch werden vorteilhafterweise die sogenannten Feldkamp-Artefakte minimiert. Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann natürlich auch die Bewegungssystematik eine andere sein, wie z. B. einen seriellen Bewegungsablauf haben.
Bezüglich der Rotationsbewegungen der Rotationsachsen 12a-12d sei angemerkt, dass diese sich einzeln oder auch synchron drehen können.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein CT-System, bei welchem eine Rekonstruktionseinheit (Berechnungseinheit) vorgesehen ist, die ausgehend von den mehreren Durchstrahlungsaufnahmen des Objekts O die CT-Rekonstruktion (Volumenberechnung) durchführt.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel bezieht sich ein Verfahren auf das Betreiben des CT-Systems mit dem zentralen Schritt der Berechnung. Dieses Verfahren kann entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel computerimplementiert sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben der Röntgenvorrichtung mit dem zentralen Schritt des Aufteilens des Strahlenkegels in Teilstrahlenkegel, z. B. unter Zuhilfenahme des Kollimators.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eine Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichen

(O): Objekt
(R): Röntgenstrahlung
(1): Linearbeschleuniger Strahlenquelle mit Photonenenergien oberhalb 1 MeV
(2): Röntgendetektor Aussengehäuse
(3, 3'): Strahlkollimator des Linearbeschleunigers zur Reduktion von Gehäusedurchlassstrahlung
(4)(12a, 12b, 12c, 12d) (4a, 4b): Drehachse mit zu untersuchendem Batteriemodul
(5): Detektorelektronik
(6): Sensitive Detektorfläche
(7): Zentralstrahlebene
(8): Außenrand des Röntgenkegelstrahls definiert über Strahlkollimator, Abstrahlwinkel
(8a, 8b, 8c, 8d): Teilkegel
(9): Abschirmblock zum Schutz der Detektorelektronik vor Strahlung
(10): tektoren, Zusätzliche Strahlkollimatoren zur Eingrenzung des Kegelstrahls auf die zusätzlichen DeZweite Stufe
(13a, 13b, 13c, 13d): Röntgendetektor
(11): Strahlachsen, Speziell geformte Abschirmblöcke zum Schutz der Detektorelektronik bei nutzung weiterer Mittel zum Schutz
(12): Zusätzliche Drehachsen mit je einem zu messenden Batteriemodul zur Erhöhung des Durchsatzes
(13): Zusätzliche Detektoren zur Erhöhung des Durchsatzes

Claims

Röntgensystem zur Untersuchung von N Objekten (O), insbesondere von N Batteriemodulen zur Qualitätsprüfung, mit folgenden Merkmalen: einem Linearbeschleuniger (1), der ausgebildet ist, Röntgenstrahlung (R) einer Energie ≥ 1 MeV in einem kegelförmigen Abstrahlwinkel (8) zu emittieren; N Röntgendetektoren (13a, 13b, 13c, 13d), die jeweils ausgebildet sind, die Röntgenstrahlung (R) in einem Teilkegel (8a, 8b, 8c, 8d) des kegelförmigen Abstrahlwinkels (8) zu detektieren; mindestens N Drehachsen (12a, 12b, 12c, 12d) und (4a, 4b) für N Objekte (O), die jeweils einem Teilkegel (8a, 8b, 8c, 8d) zugeordnet sind und in jedem angeordnet sind; einem Kollimator (3, 3'), der zweistufig ausgebildet ist, wobei eine erste Stufe den kegelförmigen Abstrahlwinkel (8), in welchem die Röntgenstrahlung (R) emittiert wird, definiert und wobei eine zweite Stufe (10) die N Teilkegel (8a, 8b, 8c, 8d) definiert.
Röntgensystem gemäß Anspruch 1, wobei die N Röntgendetektoren (13a, 13b, 13c, 13d) als Liniendetektoren oder Flachbilddetektoren ausgebildet sind.
Röntgensystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei jeder der N Röntgendetektoren (13a, 13b, 13c, 13d) eine Elektronik (5) aufweist oder wobei zumindest zwei der N Detektoren eine gemeinsame Elektronik (5) aufweisen.
Röntgensystem gemäß Anspruch 3, wobei die Elektronik (5) mit Mitteln zum Schutz (11) vor Röntgenstrahlung (R) ausgeführt ist und/oder wobei die Elektronik (5) in einem vor Röntgenstrahlung (R) geschützten Bereich angeordnet ist.
Röntgensystem gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die N Röntgendetektoren (13a, 13b, 13c, 13d) überlappend ausgeführt sind; oder wobei die N Röntgendetektoren (13a, 13b, 13c, 13d) überlappend ausgeführt sind und die Elektronik (5) der N Röntgendetektoren (13a, 13b, 13c, 13d) in einem Überlappbereich angeordnet ist.
Röntgensystem gemäß einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, wobei die Elektronik (5) der N Röntgendetektoren (13a, 13b, 13c, 13d) zwischen den Teilkegeln (8a, 8b, 8c, 8d) und/oder in einem von einem oder mehreren Abschirmelementen (10, 11) abgeschirmten Bereich angeordnet ist, wobei die ein oder mehreren Abschirmelementen (10, 11) zwischen den Teilkegeln (8a, 8b, 8c, 8d) angeordnet sind; und/oder wobei die Elektronik (5) durch ein Abschirmelement (10, 11), das entweder Teil des Kollimators (3, 3') ist und/oder als dediziertes Abschirmelement (10, 11) in einem Bereich zwischen dem Objekt (O) und dem Detektor vorgesehen ist, abgeschirmt wird.
Röntgensystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Kollimator (3, 3') ausgebildet ist, einen Schattenkegel zwischen den Teilkegeln (8a, 8b, 8c, 8d) zu erzeugen oder einen Schattenkegel für die Anordnung einer Elektronik (5) zwischen den Teilkegeln (8a, 8b, 8c, 8d) zu erzeugen.
Röntgensystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drehachse (12a, 12b, 12c, 12d) und (4a, 4b) zwischen dem Linearbeschleuniger (1) und den jeweiligen Detektoren in einem Abstandsverhältnis der Abstände von Linearbeschleuniger (1) zu Drehachse (12a, 12b, 12c, 12d) und (4a, 4b) und Drehachse (12a, 12b, 12c, 12d) und (4a, 4b) zu Röntgendetektor (13a, 13b, 13c, 13d) so angeordnet ist, dass gleichzeitig mindestens 75% oder mindestens 95% des Objekts (O) erfassbar sind.
Röntgensystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die N Röntgendetektoren (13a, 13b, 13c, 13d) linear oder kreisförmig oder linear überlappend oder kreisförmig innerhalb des kegelförmigen Abstrahlwinkels (8) angeordnet sind.
Röntgensystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drehachsen (12a, 12b, 12c, 12d) und (4a, 4b) ausgebildet sind, individuell und/oder synchron gedreht zu werden.
Röntgensystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drehachsen (12a, 12b, 12c, 12d) und (4a, 4b) um eine zusätzliche Hubachse erweitert sind, so dass zusammen mit oder unabhängig von einer Drehbewegung eine Hubbewegung des Objekts (O) erfolgen kann.
CT-System umfassend ein Röntgensystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche sowie eine CT-Berechnungseinheit, wobei die CT-Berechnungseinheit ausgebildet ist, die CT-Rekonstruktion für die N Objekte (O) unabhängig voneinander durchzuführen.
Verfahren zum Betreiben eines Röntgensystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verfahren den Schritt des Formens von N Teilkegeln (8a, 8b, 8c, 8d) zur Durchstrahlung von N Objekten (O) aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines CT-Systems gemäß Anspruch 12, wobei das Verfahren den Schritt des Prozessierens einer Mehrzahl von Durchstrahlungsaufnahmen je Objekt (O) zugeordnet zu unterschiedlichen Drehwinkeln umfasst.
Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14, wenn das Verfahren auf einem CT-System läuft.