DE10220293A1 - Gerät und Verfahren zur Reduktion von Bildartefakten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Röntgengerät zur Aufnahme von Röntgenbildern mit einem Röntgendetektor (4) zur Konversion von Röntgensignalen in elektrische Signale, einer Detektor-Bestrahlungseinheit (5) zur Emission elektromagnetischer Strahlung in Abhängigkeit von ersten und zweiten Bestrahlungsparametern, wobei die ersten Bestrahlungsparameter in ihrem Wert durch den Aufnahmemodus festgelegt sind und die zweiten Bestrahlungsparameter nicht durch den Aufnahmemodus festgelegt sind, und einer Kontrolleinheit (13) zum Ändern und Steuern mindestens eines zweiten Bestrahlungsparameters der Detektor-Bestrahlungseinheit beim Wechsel des Aufnahmemodus.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und ein Verfahren zur Reduktion von Bildartefakten bei Röntgendetektoren.
• Röntgendetektoren sind Geräte mittels derer Röntgenstrahlung in ein verwertbares, typischerweise elektronisches Signal konvertiert wird. Ein zu einem Zeitpunkt gewonnenes Röntgensignal heißt Röntgenbild. Ein Röntgenbild besteht aus mindestens einem Röntgensignalwert. Eine zeitliche Abfolge von Röntgenbildern heißt Röntgenbildsequenz.
• Röntgendetektoren werden u. a. in bildgebenden Röntgengeräten der Medizintechnik eingesetzt. Moderne Detektoren verwenden z. B. eine Konversionsschicht, die hauptsächlich aus einem Szintillationsmaterial besteht, das die Röntgenstrahlung absorbiert und im wesentlichen proportional zur einfallenden Gesamtenergie der Röntgenstrahlung optische Lichtquanten emittiert. Das Szintillationsmaterial ist typischerweise mit einem optisch transparenten Klebstoff mit einer auf Halbleitermaterialien, z. B. Silizium, basierenden Photodiode oder einer ein- oder zweidimensional strukturierten Photodiodenanordnung verbunden oder auf diese aufgedampft. Die Photodiodenanordnung kann zusätzlich elektronische Anordnungen zum Auslesen, Verstärken und Digitalisieren der Photodiodensignale aufweisen. In den Photodioden werden optische Quanten absorbiert und in Ladungsträger umgewandelt. Die Ladungsträger werden ausgelesen und können in eine Spannung umgewandelt werden. Einen Röntgensignalwert nennt man auch Pixelwert. Ein Pixel stellt typischerweise einen Bildpunkt dar.
• Andere Röntgendetektoren können z. B. aus direkt konvertierenden Materialien bestehen. Ein Röntgendetektor kann einzelne Röntgenquanten zählen oder die ankommende Röntgenenergie integrieren.
• Die Photodiode oder die Photodiodenanordnung des Röntgendetektors kann in Silizium realisiert sein, wobei kristallines, poly-kristallines oder amorphes Silizium zur Verwendung kommen kann. Mit amorphem Silizium (a-Si:H) können besonders gut großflächige Röntgendetektoren, wie sie in der modernen Radiographie eingesetzt werden, hergestellt werden. Bei der Umwandlung der z. B. vom Szintillationsmaterial emittierten Lichtquanten werden Ladungsträger vom Valenzband des a-Si:H in das Leitungsband angehoben. Die freien Ladungsträger können ausgelesen werden. Das a-Si:H besitzt allerdings eine große Anzahl von lokalen Einfangzuständen zwischen den Bändern, in denen Ladungsträger für einige Zeit festgehalten werden, bevor sie, z. B. durch thermische Anregung, wieder emittiert werden. Bei Röntgenbildsequenzen führt das dazu, dass der Röntgendetektor in lokaler Abhängigkeit der Bestrahlungshistorie ein sogenanntes Nachleuchten zeigt. Dementsprechend liegen Signalanteile in jedem Pixel vor, die nicht zu den im aktuellen Bestrahlungszeitraum direkt erzeugten Ladungsträgern gehören. War ein Detektorteil in einem vorherigen Bild stark bestrahlt und wird im aktuellen Bestrahlungszeitraum mit nur wenig Röntgenquanten bestrahlt, so kann das Nachleuchtsignal das Gesamtsignal beherrschend beeinflussen. Das führt zu teilweise unbrauchbaren Bildern. Man nennt solche Signalanteile des Röntgenbildes auch Bildartefakte. Insbesondere bei der Bestrahlung von menschlichen Patienten darf man sich solche Fehlbilder nicht erlauben, denn die angewendete Röntgenstrahlung sollte so gut wie möglich in medizinisch verwertbare Daten umgewandelt werden und darf nicht unnötig appliziert werden.
• Mit einem Röntgendetektor werden oft zeitliche Sequenzen von Röntgenbildern aufgenommen. Die Werte der Aufnahmeparameter wie Bildaufnahmedauer, Detektorauflösung und Röntgenbelichtungsdauer bestimmen den Aufnahmemodus, in dem die Sequenz aufgenommen wird. Oft ist es wünschenswert, mindestens einen Aufnahmeparameter im Laufe einer Röntgenbildsequenz zu ändern, um sich so den wechselnden Anforderungen z. B. bei einer interventionellen Untersuchung, also z. B. bei während eines chirurgischen Eingriffs in einen Patienten erfolgenden Röntgenbildsequenzaufnahmen, anzupassen. Die Änderung eines Aufnahmeparameters führt zu einem anderen Aufnahmemodus.
• Aus der WO 98/01992 ist ein Röntgengerät bekannt, das neben dem Röntgendetektor und einer Röntgenquelle auch eine zusätzliche, elektromagnetische Strahlung emittierende Bestrahlungsquelle aufweist. Eine solche zusätzliche Bestrahlungsquelle (auch Bias-Lichtquelle genannt) kann dazu benutzt werden, vor und/oder während der Röntgenbestrahlung durch zusätzliches Einstrahlen eines homogenen Lichtsignals die Einfangzustände im a-Si:H zu besetzen, sodass das durch Röntgenbestrahlung erzeugte Signal letztendlich keine Ladungsträger an die bereits gefüllten Einfangzustände verlieren kann, also die Röntgenbestrahlung auch direkt in auslesbare Ladungsträger konvertiert wird. Das zusätzliche, von den besetzten Einfangzuständen emittierte Signal ist weitgehend homogen und trägt nicht zu einer merklichen Bildverschlechterung bei. Die WO 98/01992 erklärt, das eine Änderung der Aufnahmeparameter (z. B. Bildaufnahmedauer, Detektorauflösung etc.), also ein Wechsel des Aufnahmemodus, zu einer Änderung des dynamischen Gleichgewichtes in den durch das Zusatzlicht in die Einfangzustände eingebrachten Ladungsträgern und den daraus emittierten Ladungsträgern führen kann. Das führt notwendigerweise zu Bildartefakten, da das Untergrundsignal aus den Einfangzuständen Teil des zu subtrahierenden Offsetsignals ist. Den absoluten Wert des Offsetsignals bestimmt man aber im Gleichgewichtszustand. Zur Vermeidung von Bildartefakten wird in WO 98/01992 angegeben, die Aufnahmeparameter nicht zu verändern, was eine klare Einschränkung in der Einsetzbarkeit und Flexibilität des Gerätes bedeutet.
• Unter bestimmten Umständen, z. B. bei einer Intervention, kann es notwendig sein, von einem Aufnahmemodus zu einem anderen zu wechseln. Dies führt zu einem Ungleichgewichtszustand im Verhältnis der gefangenen und der emittierten Ladungsträgern und damit zu Bildartefakten nach diesem Wechsel.
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gerät und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem unerwünschte Bildartefakte eines Röntgendetektors reduziert werden können.
• Die Aufgabe wird gelöst durch ein Röntgengerät zur Aufnahme von Röntgenbildern mit einem Röntgendetektor zur Konversion von Röntgensignalen in elektrische Signale, einer Detektor-Bestrahlungseinheit zur Emission elektromagnetischer Strahlung in Abhängigkeit von ersten und zweiten Bestrahlungsparametern, wobei die ersten Bestrahlungsparameter in ihrem Wert durch den Aufnahmemodus festgelegt sind, und die zweiten Bestrahlungsparameter nicht durch den Aufnahmemodus festgelegt sind, und einer Kontrolleinheit zum Ändern und Steuern mindestens eines zweiten Bestrahlungsparameters der Detektor-Bestrahlungseinheit beim Wechsel des Aufnahmemodus.
• Um zu einer möglichst guten Aufnahme zu kommen, werden bei digitalen Röntgendetektoren zwei wesentliche Korrekturen nach der Aufnahme durchgeführt: Zuerst der Abzug eines Offsetsignals und danach eine Gain-Normierung. Das Offsetsignal setzt sich unter anderem aus Leckströmen und aus emittierten Ladungsträgern aus den Einfangzuständen zusammen. Weiterhin gibt es auch Nachleuchteffekte im Szintillationsmaterial. Das Offsetbild, also die Offsetsignale für jedes Pixel im gegebenen Aufnahmemodus, wird im Gleichgewichtszustand gemessen und gespeichert, sodass es während der Aufnahmesequenz zur Subtraktion des Offsetsignals vom Bildsignal benutzt werden kann. Der Aufnahmemodus ist durch die Aufnahmeparameter bestimmt. Aufnahmeparameter sind etwa die Bildaufnahmedauer, die Detektorauflösung und die Röntgenbelichtungsdauer. Typischerweise wird die Röntgenstrahlung gepulst auf den Röntgendetektor aufgebracht. Zwischen den Pulsen ist dann Zeit für das Auslesen der Pixelsignale und einen darauf folgenden elektronischen Reset, bei dem Restladung aus der Photodiode abgeleitet wird. Während des Resetvorganges wird bevorzugt die zusätzliche Bias-Licht emittierende Detektor-Bestrahlungseinheit eingeschaltet, sodass die durch die Detektorbestrahlung erzeugten Ladungsträger, die nicht in einen Einfangzustand angeregt werden, ebenfalls abgeleitet werden. Es gibt die Möglichkeit, Bias-Licht von einer solchen Wellenlänge einzusetzen, dass die Ladungsträger nicht in das Leitungsband angehoben werden können. Ein solches Bias-Licht ist konstant einsetzbar.
• Befindet sich die Zustandsdichtefunktion der Einfangzustände in einem Nichtgleichgewichtszustand, gibt das im Gleichgewichtszustand gemessene Offsetsignal nicht den aktuellen Offsetwert wider. Bis zum Erreichen des neuen Gleichgewichtszustandes zeigt sich nach der Offsetsubtraktion ein Signaluntergrund, der zu zusätzlichem Rauschen und einer Dynamikreduktion führt. In manchen Fällen kann das Bild medizinisch nicht mehr verwertbar sein.
• Die Gain-Normierung sorgt dafür, das ein homogen bestrahlter Röntgendetektor unabhängig von den Eigenschaften der Detektorpixel ein homogenes Ausgangssignal zeigt. Auch die Gain-Normierung kann in ihrer Qualität negativ durch einen Nichtgleichgewichtszustand der Einfangzustände beeinflusst werden.
• Bei einer Änderung eines Aufnahmeparameters kommt es typischerweise zu einem Nichtgleichgewichtszustand im Verhältnis der durch die Zusatzbeleuchtung aus dem Valenzband in einen Einfangzustand angeregten Ladungsträger und den aus den Einfangzuständen wieder emittierten Ladungsträger. Dauert die Aufnahmesequenz mit den neuen Aufnahmeparametern zeitlich an, wird ein neuer Gleichgewichtszustand asymptotisch erreicht.
• Durch den Aufnahmemodus bedingt werden erste Bestrahlungsparameter der Detektor- Bestrahlungseinheit in ihrem Wert festgelegt. So muss die Bias-Lichtpuls-Abstandsweite entsprechend der Bildaufnahmedauer geändert werden, wenn der Bias-Lichtpuls in der Reset-Phase erfolgen soll. Die Werte von zweiten Bestrahlungsparametern, wie die Bestrahlungsintensität oder die Bestrahlungsdauer werden in ihren Werten nicht durch den Wechsel des Aufnahmemodus festgelegt. Ein weiterer zweiter Bestrahlungsparameter ist die Bestrahlungs-Wellenlängenkomposition. Hat man mindestens zwei Bias- Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge zur Verfügung oder ein Mittel zur Änderung der Wellenlänge einer Lichtquelle, so kann die Wellenlängenkomposition des Bias- Lichtes gesteuert werden.
• Erfindungsgemäß begegnet man dem Problem der Bildartefaktentstehung nach einem Aufnahmemoduswechsel, indem mindestens ein zweiter Bestrahlungsparameter der Detektor-Bestrahlungseinheit mit dem Wechsel des durch Aufnahmeparameter bestimmten Aufnahmemodus derart geändert und gesteuert wird, dass der zu erreichende neue Gleichgewichtszustand möglichst wenig vom alten Gleichgewichtszustand abweicht und dadurch auch nur ein geringes Artefaktsignal entsteht.
• Um die Änderung und Steuerung der Bestrahlungsparameter durchzuführen, wird eine Kontrolleinheit verwendet, die Wissen über die Aufnahmeparameter vor und nach dem Moduswechsel hat, sodass sie die entsprechende Kontrolle über die Änderung und Steuerung der Bestrahlungsparameter der Bestrahlungseinheit ausüben kann.
• Bei nuklearmedizinischen Untersuchungen wird dem Patienten radioaktives Markierungsmaterial injiziert und der Patient wird damit selbst zu einer Röntgenquelle. Radiographische Röntgengeräte hingegen weisen eine Röntgenquelle zur Durchleuchtung des Patienten auf. Dies ist in Anspruch 2 präzisiert.
• Die Kontrolleinheit kann vorzugsweise auch die Kontrolle über den Röntgendetektor und eine ggf. zum Röntgengerät gehörende Röntgenquelle ausüben. Das hat den Vorteil, dass die Steuerung aller Systemkomponenten bei einer Komponente liegt und entsprechende Parameter für alle Kontroll- und Steuervorgänge zur Verfügung stehen. Die zusätzliche Steuerung von Röntgengerätkomponenten wird in Anspruch 3 beschrieben.
• Unter den einen Aufnahmemodus bestimmenden Aufnahmeparameter sind die Bildaufnahmedauer, die Röntgenbelichtungsdauer und die Detektorauflösung besonders aussagekräftig. Dies wird durch Anspruch 4 herausgestellt.
• Unter den Bestrahlungsparametern sind Bestrahlungsintensität, Bestrahlungsdauer und Bestrahlungs-Wellenlängekomposition besonders wichtig. Dies wird in Anspruch 5 herausgestellt.
• Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, wenn die Änderung und Steuerung eines zweiten Bestrahlungsparameters, etwa der Bestrahlungsdauer, proportional zur Änderung eines Aufnahmeparameters, etwa der Bildaufnahmedauer, erfolgt. Das ergibt sich daraus, dass etwa beim Verlängern der Bildaufnahmedauer die integrale Bias-Licht-Intensität proportional zur Verlängerung reduziert wird. Eine entsprechende proportionale Verlängerung der Bestrahlungsdauer führt zu gleicher integraler Bias-Licht-Intensität wie vor der Änderung des Aufnahmeparameters und damit zu einem näherungsweise unveränderten Gleichgewichtszustand der Einfangzustandsdichtefunktion im neuen Bestrahlungsmodus. Diese proportionale Änderung ist Inhalt von Anspruch 6.
• Weiterhin ist es erfindungsgemäß von Vorteil, wenn die Änderung und Steuerung der Bestrahlungsparameter nach einem Wechsel des Aufnahmemodus zeitabhängig erfolgt. Wie beschrieben, gibt es zusätzliche Effekte vom Szintillationsmaterial oder anderen Detektorelementen. Um solchen Effekten entgegenzuwirken oder um eine besonders günstige Fahrkurve zur Erreichung eines Gleichgewichtszustandes zu erlangen, werden die Bestrahlungsparameter zeitlich variierend gesteuert, d. h. von einem Bild zum nächsten werden nach der Änderung mindestens eines Aufnahmeparameters die zweiten Bestrahlungsparameter unterschiedlich eingestellt. Die entsprechenden Zeitverläufe der Bestrahlungsverläufe können experimentell, z. B. mittels definierter Kalibrationsaufnahmen am Detektor, ermittelt werden. Die Steuerung sollte auf einen konstanten Endwert hin konvergieren. Dies ist Inhalt des Anspruchs 7.
• Von besonderem Vorteil ist es, wenn die vorher bestimmten Änderungs- und Steuerungswerte der Bestrahlungsparameter in einer von der Kontrolleinheit auslesbaren Tabelle gespeichert werden, so dass Änderung und Steuerung bei einem vorgegebenen Wechsel des Aufnahmemodus mittels der Werte aus dieser Tabelle erfolgt. Dies ist in Anspruch 8 beschrieben.
• Wie erwähnt, wird ein Röntgendetektor typischerweise gepulst betrieben und die Detektor-Bestrahlungseinheit ist nur in den Reset-Phasen aktiv, was eine Ableitung der erzeugten Ladungsträger gewährleistet. Diese vorteilhafte Realisierung wird in Anspruch 9 beschrieben.
• Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität beinhaltet Anspruch 10. Der Röntgendetektor wird mit Röntgenstrahlung bestrahlt, was gepulst oder kontinuierlich ablaufen kann. Zusätzlich wird der Röntgendetektor mit Bias-Licht von der Detektor-Bestrahlungseinheit bestrahlt. Diese Bestrahlung kann während der kontinuierlichen Röntgenbestrahlung erfolgen oder innerhalb der Phasen, in denen der Röntgendetektor nicht mit Röntgenstrahlung bestrahlt wird, vorzugsweise in der Reset-Phase. Bei einem Wechsel des Aufnahmemodus ändert und steuert eine Kontrolleinheit mindestens einen zweiten Bestrahlungsparameter derart, dass der Gleichgewichtszustand der Einfangzustände möglichst wenig geändert eingestellt werden kann. Die erzeugten Ladungsträger in den Detektor-Pixel werden ausgelesen und werden etwa in ein Strom- oder Spannungssignal umgewandelt. Die so gewonnenen Signale können auch digitalisiert werden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand mehrerer Figuren näher erläutert und beschrieben. Es zeigen
• Fig. 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Röntgengerät,
• Fig. 2 schematisch einen Ausschnitt aus einer zweidimensionalen Photodiodenanordnung,
• Fig. 3 schematisch einen Querschnitt durch einen mit einer Bias-Licht- Quelle ausgestatteten Detektor des erfindungsgemäßen Röntgengerätes,
• Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem Zeitablaufdiagramm zur Steuerung des erfindungsgemäßen Röntgengerätes,
• Fig. 5 einen Offsetsignal-korrigierten Mittelwertverlauf eines Dunkelbildes vor und nach Änderung eines Aufnahmeparameters und
• Fig. 6 den Mittelwertverlauf von Fig. 5 nach Verwendung einer erfindungsgemäßen Änderung und Steuerung der Bestrahlungsparameter.
• Fig. 1 zeigt ein Röntgengerät, das mit einer Röntgenquelle 1 ausgestattet ist, wobei die Röntgenquelle ein Objekt 2, insbesondere einen radiologisch zu untersuchenden Patienten, mit einem Röntgenstrahl 3 durchstrahlt. Die nicht absorbierte Röntgenstrahlung wird von einem Röntgendetektor 4 in ein elektronisches Bildsignal IS konvertiert. Das Bildsignal wird einer Bildverarbeitungseinheit 10 zugeleitet, die einen, einem bearbeiteten Röntgenbild entsprechenden Bildsignalstrom PS ausgibt. Das bearbeitete Röntgenbild kann in einem Speichermedium 12 gespeichert werden und/oder auf einem Bildschirm 11 dargestellt werden. Eine Bias-Lichtquelle 5 ist hinter dem Detektor 4 angeordnet und bestrahlt diesen mit Bias-Licht gemäß den Bestrahlungsparametern, die durch die Kontrolleinheit 13 vorgegeben werden. In dieser Ausführungsform steuert die Kontrolleinheit 13 neben der Bias-Lichtquelle 5 auch den Röntgendetektor 4 und die Röntgenquelle 1, letztere über den Hochspannungsgenerator 14. Teil der Kontrolleinheit 13 ist ein Speicher 15, der benutzt wird, um Daten und Tabellen für die Änderung und Steuerung von Röntgengerät-Parametern (etwa Röntgengerät-Aufnahmeparameter und Bestrahlungsparameter) zu speichern und in einem späteren Schritt wieder auszulesen
• Die Bias-Lichtquelle 5 kann beispielsweise in bekannter Weise durch eine Matrix von LEDs realisiert werden. Durch einen zusätzlichen, nicht gezeigten Diffusorseinsatz wird die Bestrahlung sehr homogen. Eine weitere Ausführungsform ist eine Matrix, die beispielsweise schachbrettartig angeordnet zwei Arten LEDs aufweist, die jeweils Licht einer unterschiedlichen Wellenlänge emittieren. Das erlaubt besonders flexible Variationen der Detektorbestrahlung und damit eine vorteilhafte Möglichkeit, Bildartefakten entgegen zu wirken.
• In Fig. 2 wird schematisch ein Ausschnitt aus einer zweidimensionalen Detektoranordnung gezeigt. Hier sieht man 3 × 3 Photodioden 21. Röntgendetektoren können 100 × 200, 1024 × 1024, 2000 × 2000 Photodioden oder andere Matrixgrößen haben. Die Photodioden 21 absorbieren auftreffende optische Lichtquanten und konvertieren diese in Ladungsträger. Mittels der Zeilentreiberschaltung 25 werden die Schaltelemente 23 (hier als Schaltungstransistoren realisiert) über Adressleitungen 24 gesteuert und die gesammelten Ladungsträger der Photodioden einer Zeile werden bei eingeschalteten Schaltelementen 23 jeweils über Ausleseleitungen 22 an integrierende Verstärkerelemente 26 geleitet, und eine Multiplexerschaltung 27 schließlich schaltet die einzelnen anliegenden Spannungen nacheinander durch. Ggf. nach weiteren Schritten, z. B. einer Digitalisierung, ergibt sich der Bildsignalstrom IS. Die Zeilentreiberschaltung ist mit der Kontrolleinheit 13 gekoppelt, sodass die Zeitabläufe der Zeilendurchtaktung gesteuert werden können.
• Fig. 3 stellt den gestrichelt angedeuteten Ausschnitt A aus Fig. 1 als Querschnitt durch den Röntgendetektor 4 mit der im Rücken des Detektors angeordneten Bias- Lichtquelle 5 im Detail dar. Der Szintillator 7 absorbiert einfallende Röntgenstrahlung und emittiert Lichtquanten. Es ist gezeigt, wie von der Bias-Lichtquelle 5 emittierte Lichtquanten über ein vorzugsweise transparentes Substrat 30, z. B. Glas, direkt oder indirekt auf die Photodiodenstruktur 21 auftreffen können.
• In Fig. 4 ist ein Ausschnitt aus einem Zeitablaufdiagramm eines Röntgengeräts gezeigt. Diagrammzeile A zeigt den Bildtrigger; der aufsteigende Pfeil zeigt an, das es sich in dieser Realisierung um eine aufsteigende Flankentriggerung handelt. Die Bildaufnahmedauer, d. h. die Dauer zwischen zwei Bildtriggerimpulsen ist mit T_B bezeichnet. Diagrammzeile B zeigt die Bestrahlungsdauer durch die Detektor-Bestrahlungseinheit an, deren Wert mit T_L bezeichnet ist. Diagrammzeile C zeigt die Dauer des elektronischen Resets (bezeichnet mit T_R), während der von den Photodioden alle Ladungsträger abgeleitet werden. Diagrammzeile D zeigt die Röntgenbelichtungsdauer (bezeichnet mit T_X), Diagrammzeile E die Bildsignal-Auslese-Phase, während der die Röntgenbildsignale innerhalb der Auslesezeitdauer T_A ausgelesen werden, und Diagrammzeile F die Bildtransmissionsdauer, während der die Bildsignale während der Transmissionszeitdauer T_T an die Bildverarbeitungseinheit weitergeleitet werden. Der zeitliche Abstand zwischen den Bias-Lichtpulsen ist zwar auch ein Bestrahlungsparameter. Da jedoch der Bias-Lichtpuls in der vorzugsweisen Realisierung nur während der elektronischen Reset- Phase erfolgen kann, ist der zeitliche Abstand der Bias-Lichtpulse ein Bestrahlungsparameter, dessen Wert vom Aufnahmemodus bestimmt ist. Ändert sich die Bildaufnahmedauer T_B, dann muss sich auch der Wert des zeitlichen Abstands zwischen den Bias- Lichtpulsen mitändern, damit die Bias-Lichtpulse weiterhin während der Reset-Phase liegen. Im vorliegenden Beispiel ist der Bias-Lichtpuls-Abstand auf die Bildaufnahmedauer T_B festgelegt. Solche durch den Aufnahmemodus bedingten Bestrahlungsparameter gehören zur Gruppe erster Parameter, die zur Änderung und Steuerung durch die Kontrolleinheit nicht zur Verfügung stehen. Tabelle 1 Tabelle verschiedener Aufnahmemodi eines für Herzuntersuchungen verwendeten digitalen Röntgendetektors
  
  
• In Tabelle 1 sind verschiedene Aufnahmemodi für einen speziell für Herzuntersuchungen konfigurierten digitalen Röntgendetektor aufgelistet. Dieser Detektor hat eine aktive Fläche von 176 × 176 mm². Spalte 1 gibt die Nummer des Aufnahmemodus der hier gezeigten Auswahl an. In Spalte 2 wird der Aufnahmemodus kurz beschrieben. Bei "Vollbild" tragen alle Pixel zum Bild bei, bei "Zoom" trägt nur ein eingeschränkter Teil der Photodiodenanordnung zum Bild bei. "Gepulst" gibt an, dass die Röntgenstrahlung gepulst von der Röntgenröhre 1 abgestrahlt wird, wohingegen "kontinuierlich" eine kontinuierliche Röntgenbestrahlung beschreibt. Mit "zusammengefasst" wird ein Aufnahmemodus beschrieben, bei dem mehrere Pixel zu einem Bildpunkt zusammengefasst werden, hier sind es 2 × 2 Pixel, die zu einem Bildpunkt zusammengefasst werden. Im zusammengefassten Modus kann man schneller auslesen und die Bildpunkte zeigen ein besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Spalte 3 gibt die Detektorauflösung an, präzisiert also, wie zusammengefasst wird. Spalte 4 zeigt die effektive Bildgröße in mm² an. Spalte 5 führt die maximale Bildrate auf, also die Anzahl der Röntgenbilder, die bei einer Sequenzaufnahme maximal pro Sekunde ausgelesen werden können. Die letzte Spalte gibt die maximale Röntgenbelichtungszeit T_X in ms bei der maximalen Bildrate an.
• In den verschiedenen Modi werden unterschiedliche Aufnahmeparameter eingestellt. So gibt es die Möglichkeit, Photodioden zusammenzufassen, um einen effektiv größeren Bildpunkt auf Photodiodenebene zu schaffen. Das hat besondere Vorteile bei Anwendungen mit geringer applizierter Röntgenrate pro Bild, wobei der größere Bildpunkt zwar schlechtere Auflösung bedeutet, aber auch eine besseres Signal-zu-Rausch-Verhältnis. In dem Modus 2 mit zusammengefassten Pixel gibt es wegen der geringeren Anzahl auszulesender Bildsignalwerte eine höhere maximale Bildrate pro Sekunde. Aufgrund von Auslesezeitdauer T_A und Resetzeitdauer T_R ergibt sich bei einer gegebenen Bildsignalrate eine maximale Röntgenbelichtungsdauer T_X pro Bild. Tabelle 1 ist als Beispiel für Aufnahmemodi, zwischen denen gewechselt werden kann, zu verstehen. In die Tabelle nicht mit aufgenommen sind Aufnahmeparameter wie die Röntgenpulsintensität, die Anodenspannung der Röntgenröhre etc.
• Insbesondere bei einer Änderung der Bildaufnahmedauer T_B ergeben sich Bildartefakte durch das im neuen Modus noch nicht eingeschwungene Verhältnis der durch das Bias- Licht in Einfangzustände angeregten Ladungsträger und den daraus emittierten Ladungsträger. Denn verlängert sich die Bildaufnahmedauer T_B, dann wird der Abstand zwischen den Bias-Lichtpulsen gleichfalls vergrößert und es werden im Mittel weniger Ladungsträger in Einfangzustände angeregt. Da die Emission von eingefangenen Ladungsträgern, wie alle Zerfallsprozesse, einem exponentiellen Gesetz gehorcht (Intensität = A.exp(-t/τ), wobei A ein Proportionalitätsfaktor ist und t die Zeitdauer seit Beginn des Prozesses) und den dabei auftretenden, gegen die Bildaufnahmedauer T_B großen Zeitkonstanten τ, werden zu Beginn des neuen Modus noch mehr Ladungsträger emittiert als im eingeschwungenen Zustand. Ein Offset-korrigiertes Dunkelbild zeigt dann nach dem Moduswechsel ein zusätzliches Artefaktsignal, das sich im Idealfall asymptotisch der Null annähert. Bei einer erfindungsgemäßen Änderung und Steuerung mindestens eines zweiten Bestrahlungsparameters der Detektorbestrahlungseinheit - etwa der Bestrahlungsdauer T_L -, sodass die integrale Lichtintensität, die mittels Bestrahlungseinheit auf den Detektor aufgebracht wird, sich nicht ändert, wird das Artefaktsignal reduziert.
• Das Verhalten beispielhafter Artefaktsignale ohne erfindungsgemäßes Anpassen eines zweiten Bestrahlungsparameters ist in Fig. 5 wiedergegeben. Dabei ist der über den Detektor gemittelte Wert des Offset-korrigierten Dunkelbildsignals in digitalen Detektorwerteinheiten (LSB) gegenüber der Bildnummer (FN) angegeben. Er ist für 20 Bilder in zwei Sequenzen gezeigt, wobei der Modewechsel von Bild 9 nach Bild 10 erfolgte. Die Kurve K1 zeigt den Wert für einen Wechsel der Bildaufnahmedauer T_B von 135 ms auf 565 ms und Kurve K2 gehört zu einem Moduswechsel, bei dem die Bildpunktgröße geändert wurde, also die Zusammenfassung von Pixel zu Bildpunkten. Dabei reduziert sich die Bildaufnahmedauer T_B bei einer Zusammenfassung von 2 × 2 Pixel etwa auf die Hälfte, da die Spaltenpixel gleichzeitig ausgelesen werden können. Die Bias-Lichtpulsdauer T_L, ein zweiter Bestrahlungsparameter, wurde mit dem Wechsel nicht geändert.
• In Fig. 6 sind Kurven K3 und K4 gezeigt, die unter gleichen Umständen gemessen wurden wie die Kurven K1 und K2, wobei K1 und K3 zu gleichem Moduswechsel gehören, wie auch K2 und K4. Es wurde ein erfindungsgemäßes Ändern der Bias- Lichtpulsdauer T_L proportional zur Änderung der Bildaufnahmedauer T_B durchgeführt, so wurde beim Wechsel von 2 × 2 zusammengefassten zu nicht zusammengefassten Pixel eine Verdopplung der Bias-Lichtpulsdauer T_L gewählt. Man sieht, dass im Fall des Wechsels der Bildaufnahmedauer T_B eine Reduktion des Artefaktsignals auf sehr kleine Restartefakte erzielt werden konnte und beim Wechsel der Bildpunktgröße eine weniger stark ausgeprägte Reduktion des Artefaktsignals erreicht wurde. Dies liegt daran, dass beim Wechsel der Bildpunktgröße andere Effekte zusätzlich für Artefaktsignal sorgen.
• Eine proportionale Verlängerung der Bias-Lichtpulsdauer T_L mit gleicher integraler Lichtmenge wie im vorherigen Modus führt typischerweise nicht zum exakt gleichen Gleichgewichtszustand, da aufgrund der geänderten Zeitintervalle zwischen den Pulsen auch andere Einfangzustandsdichtefunktionen erreicht werden, da ein größerer Teil von Einfangzuständen sich im längeren Zeitintervall geleert hat. Der nächste Bias-Lichtpuls findet also eine andere Konstellation von freien Einfangzuständen vor. Dementsprechend ist der dynamische Gleichgewichtszustand bei gleicher integraler Bias-Lichtbestrahlung nicht exakt gleich. Um den Wechsel verbessert zu gestalten, kann eine Änderung erfolgen, die nicht direkt proportional zur Änderung der Bildaufnahmedauer T_B ist oder die Änderung kann so gesteuert werden, dass ein optimiertes Anfahren des neuen Gleichgewichtszustandes erreicht wird. Wird kurzfristig eine längere oder kürzere Bias- Lichtpulsdauer T_L eingestellt, die dann langsam auf den Endwert konvergiert, oder wird die Bias-Lichtpulsdauer T_L in immer geringer werdender Distanz zum Endwert um diesen schwankend eingestellt, ist es möglich, den Offset-korrigierten Signalverlauf genauer auf die Nulllinie zu steuern. Derart gesteuerte Änderungswerte erreichen eine noch verbesserte Artefaktunterdrückung. Die genauen Werte einer auf solche Art gesteuerten Änderung können im Verlauf der Detektorkalibration ermittelt werden. Die Detektorkalibration ist ein notwendiger Schritt, um aus definierten Messungen mit und ohne Röntgenbelichtung die Parameter des Detektors zu bestimmen, die später für die Bildsignal-Weiterverarbeitung benötigt werden, also Offsetwert für jedes Pixel, Gainwert für jedes Pixel etc.
• In der Gesamtheit ergibt sich ein verbessertes Röntgengerät, das einen Röntgendetektor mit einer Detektor-Bestrahlungseinheit aufweist, wobei die Detektor-Bestrahlungseinheit derart von einer Kontrolleinheit gesteuert wird, dass sich bei einem Aufnahmemoduswechsel zum bisherigen Stand der Technik reduzierte Bildartefakte zeigen. Die Bildqualität steigt und erlaubt einen Moduswechsel, ohne befürchten zu müssen, medizinisch nicht mehr verwertbare Röntgenbilder könnten erzeugt werden.

Claims (10)

1. Röntgengerät zur Aufnahme von Röntgenbildern mit

- einem Röntgendetektor (4) zur Konversion von Röntgensignalen in elektrische Signale,

- einer Detektor-Bestrahlungseinheit (5) zur Emission elektromagnetischer Strahlung in Abhängigkeit von ersten und zweiten Bestrahlungsparametern, wobei die ersten Bestrahlungsparameter in ihrem Wert durch den Aufnahmemodus festgelegt sind, und die zweiten Bestrahlungsparameter nicht durch den Aufnahmemodus festgelegt sind, und

- einer Kontrolleinheit (13) zum Ändern und Steuern mindestens eines zweiten Bestrahlungsparameters der Detektor-Bestrahlungseinheit (5) beim Wechsel des Aufnahmemodus.

2. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Röntgengerät zusätzlich eine Röntgenquelle (1) aufweist.

3. Röntgengerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (13) zusätzlich zur Steuerung mindestens einer weiteren Komponente (1, 4) des Röntgengeräts vorgesehen ist.

4. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Bildaufnahmedauer und/oder Röntgenbelichtungsdauer und/oder Detektorauflösung Aufnahmeparameter sind, die den Aufnahmemodus bestimmen.

5. Röntgendetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (13) zur Änderung und Steuerung von Bestrahlungsintensität und/oder Bestrahlungsdauer und/oder Bestrahlungs-Wellenlängen-Komposition der Detektor-Bestrahlungseinheit (5) vorgesehen ist.

6. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung und Steuerung eines Bestrahlungsparameters proportional zur Änderung eines Aufnahmeparameters erfolgt.

7. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung und Steuerung eines Bestrahlungsparameters vom Aufnahmemoduswechsel an einer auf einen konstanten Endwert hin konvergierenden Funktion gehorcht.

8. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Kontrolleinheit (13) dazu vorgesehen ist, Werte zur Änderung und Steuerung der Bestrahlungsparameter aus einem Speichermittel (15) zu lesen.

9. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektor-Bestrahlungseinheit (5) nur innerhalb der elektronischen Reset-Phase des Röntgendetektors (4) aktiv ist.

10. Verfahren zur Konversion von Röntgensignalen in elektrische Signale mittels eines Röntgengeräts zur Aufnahme von Röntgenbildern, beinhaltend die Schritte

- Bestrahlen eines Röntgendetektors (4) mit Röntgenstrahlung,

- zusätzliches Bestrahlen des Röntgendetektors in Abhängigkeit von ersten und zweiten Bestrahlungsparametern mittels einer elektromagnetische Strahlung emittierenden Detektor-Bestrahlungseinheit (5), wobei die ersten Bestrahlungsparameter in ihrem Wert durch den Aufnahmemodus festgelegt sind, und die zweiten Bestrahlungsparameter nicht durch den Aufnahmemodus festgelegt sind,

- Ändern und Steuern mindestens eines der zweiten Bestrahlungsparameters der Detektor-Bestrahlungseinheit (5) nach Wechsel des Aufnahmemodus,

- Auslesen der vom Röntgendetektor (4) erzeugten elektrischen Signale.