专利名称：放射线照相设备和放射线检测信号处理方法
技术领域：
本发明涉及一种医疗或工业使用的放射线照相设备和一种放射线检测信号处理方法，所述设备和方法用于根据在向受检对象发射放射线时从放射线发射装置中以预定采样时间间隔输出的放射线检测信号获得放射线照相图像。更具体地，本发明涉及一种用于消除放射线检测装置引起的、从放射线检测装置输出的放射线检测信号的时间滞后的技术。
背景技术：
近年来，在作为典型放射线照相设备示例的医疗X射线诊断设备中，已将平板X射线检测器(下文中称之为“FPD”)用作检测由X射线管发射的X射线产生的患者X射线穿透图像的X射线检测装置。FPD包括纵向和横向设置在X射线检测表面上的多个半导体或其它X射线检测元件。
即，X射线诊断设备被构造为当患者受到来自X射线管的X射线照射时，根据从FPD中以采样时间间隔得到的一幅X射线图像的X射线检测信号，在采样间隔之间的每一个时间段上获得与患者的X射线穿透图像相对应的X射线图像。由于与以前使用的图像增强器相比，该FPD更轻且不易产生复杂的检测失真，所以在设备构造和图像处理方面FPD的使用具有优势。
不过，FPD具有引起时间滞后的缺点，这对X射线图像有不利影响。具体地，当以短采样时间间隔从FPD获取X射线检测信号时，未被取出的信号残余加到下一个X射线检测信号上，作为滞后部分。因此，在从FPD中以每秒30次采样间隔获取针对一幅图像的X射线检测信号来进行动态显示的情况下，滞后部分作为后图像出现在前面的屏幕上，产生了重影。这将导致诸如动态图像模糊之类的不便。
美国专利US5,249,123公开了一种用于解决在获得计算机断层图像(CT图像)时FPD引起的时间滞后问题的建议。这种建议技术采用了一种用于消除从FPD中以采样时间间隔Δt获得每一个放射线检测信号中的滞后部分的计算。
即，在上述美国专利中，假设以采样时间间隔获取的每一个放射线检测信号中包括的滞后部分是由多个指数函数形成的脉冲响应引起的，下述方程用于通过从放射线检测信号yk中去除滞后部分来导出无滞后的放射线检测信号xkxk＝[yk-∑n＝1N{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Snk}]/∑n＝1Nβn其中Tn＝-Δt/τn，Snk＝xk-1+exp(Tn)·Sn(k-1)，以及βn＝αn·[1-exp(Tn)]，其中Δt采样间隔；k表示采样时间序列中第k个时间点的下标；N形成脉冲响应的具有不同时间常数的指数函数的数目；n表示形成脉冲响应的指数函数之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数。
本发明人尝试过上述美国专利给出的计算技术。但是，得到的结论却是上述技术不能避免由时间滞后引起的伪像，并且不能得到令人满意的X射线图像。已确认该技术不能消除FPD引起的时间滞后。
于是，发明人提出了一种在日本待审专利公布No.2004-242741中公开的技术。在FPD的时间滞后的处理中，这种技术根据以下递归方程a-c，去除由脉冲响应引起的滞后部分Xk＝Yk-∑n＝1N{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Snk}...aTn＝-Δt/τn...bSnk＝Xk-1+exp(Tn)·Sn(k-1)...c其中Δt采样时间间隔；
k表示采样时间序列中第k个时间点的下标；Yk在第k个采样时间获取的放射线检测信号；Xk从信号Yk去除了滞后部分的校正放射线检测信号；Xk-1在前一个时间点获取的信号Xk；Sn(k-1)在前一个时间点的Snk；exp指数函数；N形成冲激响应的具有不同时间常数的指数函数的数目；n表示形成冲激响应的指数函数之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数。
在上述递归计算中，预先确定FPD的脉冲响应系数、N、αn和τn。在系数固定的情况下，将放射线检测信号Yk代入方程a-c，从而获得无滞后放射线检测信号Xk。
如下设置递归计算的初始值。在X射线发射之前，在方程a中设置k＝0、X0＝0，并在方程c中设置Sn0＝0作为初始值。当指数函数的数目为3(N＝3)时，将S10、S20和S30均设为0。
在这样确定初始值时，假设在作为该递归计算开始点的X射线未照射(k＝0第一帧)时，不存在时间滞后引起的残留滞后(即，滞后信号值)。以下将具体描述这种方案。图6是示出了放射线入射状态的图。图7是示出了与图6的放射线入射相对应的时间延迟的图。图8是示出了放射线照相中的滞后(即，滞后部分)与荧光透视交迭时时间滞后的状况的图。图中，时间t0-t1表示针对放射线照相的入射，时间t2-t3表示针对荧光透视的入射。
如图6所示，当在时间t2-t3期间发生X射线入射时，图7中阴影所示的滞后部分加到与入射量相对应的正常信号上。这产生了图7中粗线所示的放射线检测信号Yk。日本待审专利公开No.2004-242741中公开的上述技术能够去除滞后部分(即，图7中的阴影部分)，获得正确的信号。
如图7所示，在开始荧光透视时，几乎没有任何来自前一入射的滞后残余。因此，日本待审专利公开No.2004-242741中公开的上述技术能够毫无问题地执行用于去除滞后部分的校正(称作“滞后校正”)。
但是，这种滞后特性随着FPD的传感器而变化。在使用具有较大滞后的传感器的情况下，前一荧光透视过程产生的持续较长的滞后可能与后一信号交迭，成为后图像。如图8所示，当在放射线照相之后立即重新开始荧光透视时，在时间t0-t1期间的放射线量的滞后与荧光透视交迭(见图8中k＝0)。在这种情况下，日本待审专利公开No.2004-242741中公开的现有技术无法处理该问题。那么，具有较差滞后特性的传感器是不可接受，必须拒绝使用。
发明内容
本发明考虑到上述现有技术的状态，且其目的是提供一种放射线照相设备和一种放射线检测信号处理方法，用于精确消除从放射线检测装置获取的放射线检测信号的、由放射线检测装置引起的时间滞后。
根据本发明，由一种根据放射线检测信号来获取放射线照相图像的放射线照相设备实现上述目的，该放射线照相装置包括放射线发射装置，用于向受检对象发射放射线；放射线检测装置，用于检测通过受检对象透射的放射线；信号采样装置，用于以预定采样时间间隔从放射线检测装置获取放射线检测信号；当向受检对象发射放射线时，所述设备根据以预定采样时间间隔从放射线检测装置输出的放射线检测信号，获得放射线照相图像。
所述设备还包括时间滞后去除装置，用于基于以采样时间间隔获取的每一个放射线检测信号中包括的滞后部分是由单个或多个具有不同衰减时间常数的指数函数形成的脉冲响应引起的假设，通过递归计算从放射线检测信号中去除滞后部分；以及初始值确定装置，用于根据在递归计算开始点残余的滞后信号值，确定用于递归计算的初始值；
其中将时间滞后去除装置设置成通过根据由初始值确定装置确定的初始值的递归计算，从放射线检测信号中去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
采用根据本发明的放射线照相设备，当从放射线发射装置向受检对象发射放射线时，以预定采样时间间隔从放射线检测装置输出放射线检测信号。时间滞后去除装置去除由单个或多个具有不同衰减时间常数的指数函数形成的脉冲响应引起的包括在每一个放射线检测信号中的滞后部分。当从放射线检测信号中去除滞后部分时，执行递归计算。初始值确定装置根据在递归计算开始点残余的滞后信号值，确定用于递归计算的初始值。时间滞后去除装置通过根据由初始值确定装置确定的初始值的递归计算，从放射线检测信号中去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。根据校正的放射线检测信号，获得放射线照相图像。
因此，采用根据本发明的放射线照相设备，时间滞后去除装置通过根据由初始值确定装置确定的初始值的递归计算，从放射线检测信号中去除滞后部分，从而获得校正的放射线检测信号。通过考虑在递归计算开始点残余的滞后信号值，可以去除滞后部分。滞后信号值取决于放射线检测装置的特性。考虑到滞后信号值，通过去除滞后部分，更加精确地从放射线检测信号中去除滞后部分，而不会受到放射线检测装置的特性的影响。即使在放射线检测装置具有相当差的滞后特性的情况下，本发明也具有将滞后部分减小到实际使用中可忽略的量的优点，从而扩大了放射线检测装置滞后特性的可允许范围，并提高了放射线检测装置的成品率。
在上述放射线照相设备中，优选地将时间滞后去除设备设置为根据以下方程A-C执行用于从每一个放射线检测信号中去除滞后部分的递归计算Xk＝Yk-∑n＝1N[Snk] ...ATn＝-Δt/τn...BSnk＝exp(Tn)·{αn· [1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Sn(k-1)}...C其中
Δt采样时间间隔；k表示采样时间序列中第k个时间点的下标；Yk在第k个采样时间获取的X射线检测信号；Xk从信号Yk去除了滞后部分的校正的X射线检测信号；Xk-1在前一个时间点处得到的信号Xk；Sn(k-1)前一个时间点处的Snk；exp指数函数；N形成脉冲响应的具有不同时间常数的指数函数的数目；n表示形成脉冲响应的指数函数之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数；以及将初始值确定装置设置为根据以下方程D导出初始值X0＝0，Sn0＝γn·Y0...D其中γn特定衰减时间常数τn的分量n的残留比；以及Y0在作为递归计算开始点的X射线未发射时间处残余的滞后信号值；并且在根据方程D确定初始值的条件下，通过根据方程A-C导出的脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
在根据方程A-C执行用于从每一个放射线检测信号中去除滞后部分的递归计算的情况下，可以根据构成紧凑递归公式的方程A-C，快速导出校正的、无滞后的放射线检测信号。例如，如图6所示，当固定量的放射线在时间t2-t3期间进入放射线检测装置时，假设放射线检测装置中不发生时间滞后，X射线检测信号将具有如图6所示的固定值。
但是，在实际应用中，如图7中阴影所示，放射线检测装置具有添加滞后部分的时间滞后。因此，X射线检测信号Yk变为如图7中粗线所示的形状。在根据方程A-C执行用于从每一个放射线检测信号中去除滞后部分的递归计算的情况下，方程A中右侧的第二项，即方程C“Snk＝exp(Tn)·{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Sn(k-1)}”与图7中阴影所示的每一个滞后部分相对应。因为从放射线检测信号Yk中减去了滞后部分，所以校正的放射线检测信号Xk如图6所示没有滞后部分。
如图8所示，当在时间t0-t1期间执行的照相的滞后与荧光透视交迭时，即使在作为递归计算开始点的放射线未发射时间(图8中k＝0)处，也存在由时间t0-t1期间的照相产生的滞后部分引起的残留滞后(滞后信号值)。即，即使在放射线未发射时间，放射线检测信号Yk的初始值Y0也不是0。因此，如方程D所示，将递归计算的初始值设置为X0＝0和Sn0＝γn·Y0(Y0在作为递归计算开始点的X射线未发射时间处残余的滞后信号值)。在根据方程D导出初始值的条件下，根据从方程A-C导出的脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
如方程D所示地考虑滞后信号值，通过去除滞后部分，更加精确地从放射线检测信号中去除滞后部分，而不会受到放射线检测装置的特性的影响。
设置每一个残留比γn的优选示例如下。每一个残留比γn设置成满足以下方程E的条件∑n＝1N[γn]≤1，0≤γn...E其中∑n＝1N[γn]分量n的残留比γn的总和。
当分量n的残留比γn的总和超过1时，可以过度地去除滞后部分。相反，当分量n的残留比γn的总和具有负值时，可以加上滞后部分。通过将分量n的残留比γn的总和设置为0到1(包括0和1)，并将残留比γn设置为0或更大的值，可以适量地去除滞后部分。
设置每一个残留比γn的更具体、更优选的示例如下。设置方程E满足如下条件∑n＝1N[γn]＝1...E′并且设置每一个残留比γn满足如下条件γ1＝γ2＝...＝γn＝...＝γN-1＝γN...F从而方程D表示为以下方程D′Sn0＝Y0/N...D′将方程F代入方程E′，获得N·γN＝1。因此，每一个残留比γn变成γN＝1/N，指数函数(具有不同时间常数，构成脉冲响应)的数目N使残留比γn均匀分布。因此，通过将γN＝1/N代入方程D中的Sn0＝γn·Y0，建立了方程D′。
设置每一个残留比γn的另一具体、优选的示例如下。设置方程E满足如下条件∑n＝1N[γn]＜1 ...E″并且设置特定衰减时间常数γM的分量m中的残留比τm和其他残留比γN满足以下表达式G0＜γM＜1，γN＝0...G在放射线照相设备中，放射线检测装置的一个示例是具有沿纵向和横向设置在X射线检测表面上的多个X射线检测元件的平板X射线检测器。
根据本发明的放射线照相设备可以是医疗设备，也可以用于工业的设备。医疗设备的示例是荧光透视设备。医疗设备的另一示例是X射线CT设备。用于工业的设备示例是无损探伤设备。
在本发明的另一方案中，提供了一种放射线检测信号处理方法，用于以预定采样时间间隔获取通过照射受检对象而产生的放射线检测信号，并根据以预定采样时间间隔输出的放射线检测信号，执行信号处理，以获得放射线照相图像，所述方法包括步骤基于由单个指数函数或具有不同衰减时间常数的多个指数函数形成的冲激响应引起了包括在以预定采样时间间隔获取的每一个放射线检测信号中的滞后部分的假设，通过递归计算，从放射线检测信号中去除滞后部分；当执行递归计算时，根据在递归计算开始点残余的滞后信号值，确定用于递归计算的初始值；以及通过基于初始值的递归计算，从放射线检测信号中去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
这种放射线检测信号处理方法可以按照有利的方式实现根据本发明的放射线照相设备。
在上述放射线检测信号处理方法中，与在执行用于从每一个放射线检测信号中去除滞后部分的递归计算的放射线照相设备中一样，例如，可以根据方程A-C，在设置了初始值的情况下，执行递归计算。可以根据以下方程A-C执行用于从每一个放射线检测信号中去除滞后部分的递归计算Xk＝Yk-∑n＝1N[Snk]...ATn＝-Δt/τn...BSnk＝exp(Tn)·{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Sn(k-1)} ...C其中Δt采样时间间隔；k表示采样时间序列中第k个时间点的下标；Yk在第k个采样时间获取的X射线检测信号；Xk从信号Yk去除了滞后部分的校正的X射线检测信号；Xk-1在前一个时间点处得到的信号Xk；Sn(k-1)前一个时间点处的Snk；exp指数函数；N形成脉冲响应的具有不同时间常数的指数函数的数目；n表示形成脉冲响应的指数函数之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数；根据以下方程D导出初始值X0＝0，Sn0＝γn·Y0...D其中γn特定衰减时间常数τn的分量n的残留比；以及Y0在作为递归计算开始点的X射线未发射时间处残余的滞后信号值；在根据方程D确定初始值的条件下，通过根据方程A-C导出的所述脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
在根据方程A-C执行用于从每一个放射线检测信号中去除滞后部分的递归计算的情况下，可以按照有利的方式实现执行递归计算的放射线照相设备。
设置每一个残留比γn的优选示例如下。如设置每一个残留比γn的放射线照相设备的优选示例一样，每一个残留比γn被设置成满足以下方程E的条件∑n＝1N[γn]≤1，0≤γn...E其中∑n＝1N[γn]分量n的残留比γn的总和。
采用设置每一个残留比γn的优选示例，可以按照有利的方式实现设置每一个残留比γn的放射线照相设备的优选示例。
设置每一个残留比γn的具体、优选的示例如下。如设置每一个残留比γn的放射线照相设备的具体、优选的示例一样，方程E被设置成满足以下条件∑n＝1N[γn]＝1...E′并且设置每一个残留比γn满足如下条件γ1＝γ2＝...＝γn＝...＝γN-1＝γN...F从而方程D表示为以下方程D′Sn0＝Y0/N...D′设置每一个残留比γn的另一具体、优选的示例如下。如设置每一个残留比γn的放射线照相设备的具体、优选的示例一样，方程E被设置成满足以下条件∑n＝1N[γn]＜1 ...E″并且设置特定衰减时间常数γM的分量m中的残留比τm和其他残留比γN满足以下表达式G0＜γM＜1， γN＝0...G可以确定满足0＜Sn0＜Y0的Sn0作为初始值，而不使用如上所述的γn。即，可以根据以下方程A-C来执行用于从每一个放射线检测信号中去除滞后部分的递归计算Xk＝Yk-∑n＝1N[Snk]...ATn＝-Δt/τn...BSnk＝exp(Tn)·{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Sn(k-1)} ...C其中Δt采样时间间隔；
k表示采样时间序列中第k个时间点的下标；Yk在第k个采样时间获取的X射线检测信号；Xk从信号Yk去除了滞后部分的校正的X射线检测信号；Xk-1在前一个时间点得到的信号Xk；Sn(k-1)在前一个时间点的Snk；exp指数函数；N形成脉冲响应的具有不同时间常数的指数函数的数目；n表示形成脉冲响应的指数函数之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数；确定满足0＜Sn0＜Y0的Sn0作为初始值；以及在确定了初始值的情况下，通过根据方程A-C导出的所述脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
可以用方程a-c替代方程A-C。即，可以根据以下方程a-c来执行用于从每一个放射线检测信号中去除滞后部分的递归计算Xk＝Yk-∑n＝1N{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Snk}...aTn＝-Δt/τn...bSnk＝Xk-1+exp(Tn)·Sn(k-1)...c其中Δt采样时间间隔；k表示采样时间序列中第k个时间点的下标；Yk在第k个采样时间获取的放射线检测信号；Xk从信号Yk去除了滞后部分的校正放射线检测信号；Xk-1在前一个时间点获取的信号XkSn(k-1)在前一个时间点的Snk；exp指数函数；N形成冲激响应的具有不同时间常数的指数函数的数目；n表示形成冲激响应的指数函数之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数；
从以下方程D中导出初始值X0＝0，Sn0＝γn·Y0...D其中γn特定衰减时间常数τn的分量n的残留比；以及Y0在作为递归计算开始点的X射线未发射时间处残余的滞后信号值；在根据方程D确定初始值的条件下，通过根据方程a-c导出的所述脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
可以将上述确定满足0＜Sn0＜Y0的Sn0作为初始值的示例与使用方程a-c的示例相结合。即，可以根据以下方程a-c来执行用于从每一个放射线检测信号中去除滞后部分的递归计算Xk＝Yk-∑n＝1N{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Snk}...aTn＝-Δt/τn...bSnk＝Xk-1+exp(Tn)·Sn(k-1)...c其中Δt采样时间间隔；k表示采样时间序列中第k个时间点的下标；Yk在第k个采样时间获取的放射线检测信号；Xk从信号Yk去除了滞后部分的校正放射线检测信号；Xk-1在前一个时间点获取的信号Xk；Sn(k-1)在前一个时间点的Snk；exp指数函数；N形成冲激响应的具有不同时间常数的指数函数的数目；n表示形成冲激响应的指数函数之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数。
确定满足0＜Sn0＜Y0的Sn0作为初始值；以及在确定了初始值的条件下，通过根据方程a-c导出的所述脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
为了说明本发明的目的，以附图的形式给出了本发明的几种优选实施例，然而，可以理解的是本发明并不限于所示的确切设计和设备。
图1是示出了根据本发明的荧光透视设备的整体结构的方框图；图2是荧光透视设备中使用的FPD的平面图；图3是示出了在荧光透视设备进行X射线照相期间对X射线检测信号进行采样的状态的示意图；图4是示出了根据本发明的X射线检测信号处理方法的过程的流程图；图5是示出了在X射线检测信号处理方法中用于时间滞后去除的递归计算的流程图；图6是示出了放射线入射状态的图；图7是示出了与图6的放射线入射相对应的时间滞后；以及图8是在放射线照相中的滞后(即滞后部分)与荧光透视交迭的情况下的时间滞后状况的图。
具体实施例方式
以下将参考附图，详细描述本发明的优选实施例。
图1是示出了根据本发明的荧光透视设备的整体结构的方框图。
如图1所示，荧光透视设备包括X射线管1，用于向患者M发射X射线；FPD(平板X射线检测器)2，用于检测通过患者M透射的X射线；模数转换器3，用于以预定采样时间间隔Δt将从FPD2获取的X射线信号数字化；检测信号处理器4，用于根据从模数转换器3输出的X射线检测信号创建X射线图像；以及图像监视器5，用于显示由检测信号处理器4创建的X射线图像。即，本设备被构造成在向患者M照射X射线时，根据由模数转换器3从FPD2获取的X射线检测信号，获得X射线图像。将获得的X射线图像显示在图像监视器5的屏幕上。下面将对本设备的每一个构成部分进行具体描述。X射线管1与本发明中的放射线发射装置相对应。FPD2与本发明中的放射线检测装置相对应。模数转换器3与本发明中的信号采样装置相对应。X射线检测信号与本发明中的放射线检测信号相对应。X射线图像与本发明中的放射线照相图像相对应。
X射线管1和FPD2在患者M两侧彼此相对设置。具体地，X射线管1和FPD2彼此相对，从而在进行X射线照相时，X射线发射控制器6控制X射线管1以锥形束的形式向患者M发射X射线。同时，X射线发射所产生的患者M的穿透X射线图像投射到FPD2的X射线检测表面。
X射线管移动机制7和X射线检测器移动机制8分别将X射线管1和FPD2沿着患者M来回地移动。在移动X射线管1和FPD2时，照射及检测系统移动控制器9控制X射线管移动机制7和X射线检测器移动机制8使X射线管1和FPD2彼此相对地一起移动，并且X射线发射中心与FPD2的X射线检测表面中心始终一致。当然，X射线管1和FPD2的移动引起受到X射线照射的患者M的位置变化，从而引起放射线照相地点的移动。
如图2所示，FPD2在患者M的穿透X射线图像投射到的X射线检测表面上，具有多个沿患者M身体轴的X方向和垂直于身体轴的Y方向而纵向和横向设置的X射线检测元件2a。例如，设置X射线检测元件2a以在X射线检测表面上形成大约30厘米长、30厘米宽的1536×1536矩阵。FPD2的每一个X射线检测元件2a都与由检测信号处理器4创建的X射线图像上的一个像素相对应。根据从FPD2获取的X射线检测信号，检测信号处理器4创建与投射到X射线检测表面的穿透X射线图像相对应的X射线图像。
模数转换器3以采样时间间隔Δt连续地获取针对每一幅X射线图像的X射线检测信号，并将针对X射线图像的X射线检测信号存储在放置于转换器3下游的存储器10中。在X射线照射之前开始X射线检测信号的采样(提取)操作。
即如图3所示，在采样间隔Δt之间的每一个时间段采集针对穿透X射线图像的所有X射线检测信号，并将其相继存储在存储器10中。在X射线发射之前由模数转换器3执行的X射线检测信号采样可以由操作员手动地、或按照与X射线发射命令互锁的方式自动开始。
如图1所示，本实施例中的荧光透视设备包括时间滞后去除器11，用于通过递归计算从放射线检测信号中计算无时间滞后的校正的放射线检测信号；以及初始值确定器12，用于确定针对递归计算的初始值。时间滞后去除器11与本发明中的时间滞后去除装置相对应。初始值确定器12与本发明中的初始值确定装置相对应。
滞后部分包括在以采样时间间隔从FPD2获取的每一个X射线检测信号中。基于由单个或多个具有不同衰减时间常数的指数函数形成的脉冲响应引起了滞后部分的假设，通过上述递归计算从每一个X射线检测信号中去除滞后部分。
初始值确定器12根据在递归计算开始点处残余的滞后信号值，确定针对递归计算的初始值。递归计算开始点表示针对第一帧的X射线未发射时间(k＝0)。在递归计算开始点残余的滞后信号值表示在X射线未发射时间处残余的滞后信号值Y0。时间滞后去除器11根据由初始值确定器12确定的初始值，通过递归计算去除滞后部分并获得校正的放射线检测信号。
如图7所示，对于FPD2，在每一个时间点产生的X射线检测信号包括与前一X射线发射和作为滞后部分(图7中阴影部分)的残余相对应的信号。时间滞后去除器11去除该滞后部分以产生校正的无滞后X射线检测信号。基于这种无滞后X射线检测信号，检测信号处理器4创建与投射到X射线检测表面的穿透X射线图像相对应的X射线图像。
具体地，时间滞后去除器11使用以下方程A-C执行用于从每一个X射线检测信号中去除滞后部分的递归计算Xk＝Yk-∑n＝1N[Snk] ...ATn＝-Δt/τn...BSnk＝exp(Tn)·{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Sn(k-1)}...C其中Δt采样时间间隔；k表示采样时间序列中第k个时间点的下标；Yk在第k个采样时间获取的X射线检测信号；
Xk从信号Yk去除了滞后部分的校正的X射线检测信号；Xk-1在前一个时间点处得到的信号Xk；Sn(k-1)前一个时间点处的Snk；exp指数函数；N形成脉冲响应的具有不同时间常数的指数函数的数目；n表示形成脉冲响应的指数函数之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数.
方程A中右侧的第二项，即方程C“Snk＝exp(Tn)·{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Sn(k-1)}”与滞后部分相对应。因此，本实施例中的设备根据构成紧凑递归公式的方程A-C，导出校正的无滞后X射线检测信号Xk。
在递归计算开始点，即针对第一帧的X射线未发射时间处，K为0。当执行递归计算时，在k＝0时，从以下方程D导出Xk和Snk的值，即初始值其中γn特定衰减时间常数τn的分量n的残留比；以及Y0在作为递归计算开始点的X射线未发射时间处残余的滞后信号值。
如图8所示，当时间t0-t1期间的照相的滞后与荧光透视交迭时，在作为递归计算开始点的放射线未发射时间(图8中k＝0)处，存在由时间t0-t1期间的照相产生的滞后部分引起的残留滞后(滞后信号值)。即，在X射线未发射时间，X射线检测信号Yk的初始值Y0不是0。
因此，如方程D所示，将递归计算的初始值设置为X0＝0和Sn0＝γn·Y0(Y0在作为递归计算开始点的X射线未发射时间处残余的滞后信号值)。在根据方程D导出初始值的条件下，根据从方程A-C导出的脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的X射线检测信号Xk。
在本实施例中，模数转换器3、检测信号处理器4、X射线发射控制器6、照射及检测系统移动控制器9、时间滞后去除器11以及初始值确定器12对于在X射线照相过程中从操作单元13输入的指令和数据、或从主控制器13输出的多种命令是可操作的。
以下，将参考附图对本实施例中设备执行X射线照相的操作进行具体描述。图4是示出了根据本发明的X射线检测信号处理方法的过程的流程图。所示放射线照相包括图8所示的之前的放射线照相、以及当前的荧光透视和放射线照相。
在X射线照射之前，模数转换器3开始在采样时间间隔Δt(＝1/30秒)之间的每一个时间段从FPD2中获取针对一幅X射线图像的X射线检测信号Yk。将获取的X射线检测信号存储在存储器10中。
与操作员向患者M发射连续或间歇的X射线并行地，模数转换器3在采样时间间隔Δt之间的每一个时间段连续获取针对一幅X射线图像的X射线检测信号Yk并将信号存储在存储器10中。
当X射线发射完成时，操作前进到步骤S4。当X射线发射未完成时，操作返回步骤S2。
从存储器10中读取以一个采样序列采集的针对一幅X射线图像的X射线检测信号Yk。
时间滞后去除器11根据方程A-C执行递归计算，通过从每一个X射线检测信号Yk中去除滞后部分，导出校正的X射线检测信号Xk，即像素值。
检测信号处理器4根据针对一个采样序列(一幅X射线图像)的无滞后X射线检测信号Xk，创建X射线图像。
将创建的X射线图像显示在图像监视器5上。
当存储器10中剩余有未处理的X射线检测信号Yk时，操作返回步骤S4。当没有剩余未处理的X射线检测信号Yk时，X射线照相结束。
在本实施例中，都以采样时间间隔Δt(＝1/30秒)，时间滞后去除器11计算与针对一幅X射线图像的X射线检测信号Yk相对应的校正X射线检测信号Xk，检测信号处理器4创建X射线图像。即，本设备被构造成以大约每秒30幅图像的速率接连地创建X射线图像并连续地显示创建的X射线图像。由此可以执行X射线图像的动态显示。
接着，将参考图5对图4步骤S5中时间滞后去除器11执行的递归计算处理进行具体描述。图5是示出了在X射线检测信号处理方法中用于时间滞后去除的递归计算的流程图。
初始值确定器12采集由之前的照相中产生的滞后部分引起的残留滞后(滞后信号值)。具体地，对于第一帧，模数转换器3从FPD 2获取具有残留滞后的、针对一幅X射线图像的X射线检测信号Y0。这些也是在作为递归计算开始点的X射线未发射时间处残余的X射线检测信号Y0。
在方程A中设置k＝0、X0＝0，作为初始值。另一方面，通过将在步骤T1获取的滞后信号值Y0代入方程D，获得用于方程C的Sn0。优选地设置特定衰减时间常数τn的分量n的残留比γn满足以下方程E的条件∑n＝1N[γn]≤1，0≤γn...E其中∑n＝1N[γn]分量n的残留比γn的总和。
当分量n的残留比γn的总和超过1时，可以过度地去除滞后部分。相反，当分量n的残留比γn的总和具有负值时，可以加上滞后部分。通过将分量n的残留比γn的总和设置为0到1(包括0和1)，并将残留比γn设置为0或更大的值，可以适量地去除滞后部分。对于方程E，可以采用下面提出的方程E′或方程E″。
在方程E′的情况下，∑n＝1N[γn]＝1...E′方程E满足方程E′的条件，并且设置每一个残留比γn满足以下方程Fγ1＝γ2＝...＝γn＝...＝γN-1＝γN...F将方程F代入方程E′，获得N·γN＝1。因此，每一个残留比γn变成γN＝1/N，指数函数(具有不同时间常数，构成脉冲响应)的数目N使残留比γn均匀分布。因此，通过将γN＝1/N代入方程D中的Sn0＝γn·Y0，建立了方程D′Sn0＝Y0/N...D′当指数函数的数目为3(N＝3)时，根据方程D，将S10、S20和S30均设为Y0/3。
在方程E″的情况下，∑n＝1N[γn]＜1 ...E″方程E满足方程E″的条件，并且设置特定衰减时间常数τm的分量m中的残留比γM和其他残留比γN满足以下表达式G0＜γM＜1，γN＝0...G当指数函数的数目为3(n＝3)时，衰减时间常数τ2的分量2中的残留比γ2满足0＜γ2＜1(即γ2＝0.1)，其他残留比满足γ1＝γ3＝0，根据方程G将S10和S30设为0，并根据方程G将S20设为γ2·Y0(即γ2＝0.1)。
在方程A和C中设置k＝1。即，根据方程C导出S11、S21和S31，即Sn1＝exp(T1)·{α1·[1-exp(T1)]·exp(T1)·Sn0}。此外，通过将导出的S11、S21和S31和X射线检测信号Y1代入方程A得到校正的X射线检测信号X1。
在使方程A和C中的k递增1(k＝k+1)之后，将前一时间的Xk-1代入方程C得到S1k、S2k和S3k。此外，将导出的S1k、S2k和S3k和X射线检测信号Yk代入方程A得到校正的X射线检测信号Xk。
当剩余有未处理的X射线检测信号Yk时，操作返回步骤T4。当没有未处理的X射线检测信号Yk剩余时，操作前进到步骤T6。
得到针对一个采样序列(针对一幅X射线图像)的校正的X射线检测信号Xk以完成针对一个采样序列的递归计算。
如上所述，根据本实施例的荧光透视设备，时间滞后去除器11根据由初始值确定器12确定的初始值，通过递归计算去除滞后部分，从而获得校正的X射线检测信号。可以通过考虑在递归计算开始点残余的滞后信号，去除滞后部分。滞后信号值取决于FPD(平板X射线检测器)2的特性。考虑到滞后信号值，通过去除滞后部分，更加精确地从X射线检测信号中去除滞后部分，而不会受到FPD2特性的影响。即使在FPD2具有相当差的滞后特性的情况下，本发明也具有将滞后部分减小到实际使用中可忽略的量的优点，从而扩大了FPD2滞后特性的可允许范围，并提高了FPD2的成品率。
本实施例根据构成紧凑递归公式的方程A-C，快速导出校正的、无滞后的X射线检测信号。如图6所示，当固定量的X射线在时间t2-t3期间进入FPD2时，假设FPD2中不发生时间滞后，X射线检测信号将具有如图6所示的固定值。
但是，在实际应用中，如图7中阴影所示，FPD2具有添加滞后部分的时间滞后。因此，X射线检测信号Yk变为如图7中粗线所示的形状。在本实施例中，方程A中右侧的第二项，即方程C“Snk＝exp(Tn)·{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Sn(k-1)}”与图7中阴影所示的每一个滞后部分相对应。因为从放射线检测信号Yk中减去了滞后部分，所以校正的放射线检测信号Xk如图6所示没有滞后部分。
如图8所示，当在时间t0-t1期间执行的照相的滞后与荧光透视交迭时，即使在作为递归计算开始点的放射线未发射时间(图8中k＝0)处，也存在由时间t0-t1期间的照相产生的滞后部分引起的残留滞后(滞后信号值)。即，即使在放射线未发射时间，放射线检测信号Yk的初始值Y0也不是0。因此，如方程D所示，将递归计算的初始值设置为X0＝0和Sn0＝γn·Y0(Y0在作为递归计算开始点的X射线未发射时间处残余的滞后信号值)。在根据方程D导出初始值的条件下，根据从方程A-C导出的脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
如方程D所示地考虑滞后信号值，通过去除滞后部分，更加精确地从放射线检测信号中去除滞后部分，而不会受到放射线检测装置的特性的影响。
本发明并不限于上述实施例，可以进行如下改进(1)上述第一和第二实施例采用FPD作为放射线检测装置。还可以将本发明应用于具有除FPD之外的其他引起X射线检测信号时间滞后的放射线检测装置的设备中。
(2)虽然上述实施例中的设备为荧光透视设备，但是本发明还可应用于除荧光透视设备之外的其他设备，诸如X射线CT设备。
(3)上述实施例中的设备设计为医疗使用。本发明不仅可应用于这种医疗设备中，还可以用作诸如无损探伤设备之类的工业用设备。
(4)在上述实施例中使用X射线作为放射线。本发明还可应用于使用除X射线之外的其他放射线(例如γ射线)的设备中。
(5)在上述实施例中根据方程D导出初始值(X0＝0，Sn0＝γn·Y0)。可以确定满足0＜Sn0＜Y0的Sn0作为初始值，而不使用如上所述的γn。
(6)在上述实施例中，在根据方程D导出初始值的条件下，根据从方程A-C导出的脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的X射线检测信号。如与日本待审专利公布No.2004-242741中公开的技术相关地描述，当根据从方程a-c导出的脉冲响应来去除滞后部分时，也可以应用根据方程D导出初始值的条件。即，在根据方程D导出初始值的条件下，根据从方程a-c导出的脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的X射线检测信号。
(7)在上述实施例中，优选地设置每一个残留比γn满足方程E(∑n＝1N[γn]≤1，0≤γn)的条件。在满足方程E的条件的示例中，满足方程E′(∑n＝1N[γn]＝1)的条件，并且设置每一个残留比γn满足方程F(γ1＝γ2＝...＝γn＝...＝γN-1＝γN)的条件。在满足方程F的条件的另一示例中，满足方程E″(∑n＝1N[γn]＜1)的条件，并且设置特定衰减时间常数τm的分量m中的残留比γM和其他残留比γN满足以下表达式G(0＜γM＜1，γN＝0)的条件。只要满足方程E的条件，就不限于上述特定示例。
在不背离本发明的精神或本质特点的前提下，可以采用其他特定形式具体实现本发明，因此，应该参考所附权利要求作为本发明的范围，而不是前述说明书。
权利要求
1.一种根据放射线检测信号来获得放射线照相图像的放射线照相设备，包括放射线发射装置，用于向受检对象发射放射线；放射线检测装置，用于检测通过受检对象透射的放射线；信号采样装置，用于以预定采样时间间隔从放射线检测装置获取放射线检测信号；当向受检对象发射放射线时，所述设备根据以预定采样时间间隔从放射线检测装置输出的放射线检测信号，获得放射线照相图像；所述设备还包括时间滞后去除装置，用于基于由单个指数函数或具有不同衰减时间常数的多个指数函数形成的冲激响应引起了包括在以预定采样时间间隔获取的每一个放射线检测信号中的滞后部分的假设，通过递归计算从放射线检测信号中去除滞后部分；以及初始值确定装置，用于根据在递归计算开始点处残余的滞后信号值，确定用于递归计算的初始值；其中所述时间滞后去除装置被设置成根据由初始值确定装置确定的初始值，通过递归计算，从放射线检测信号中去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
2.根据权利要求1所述的放射线照相设备，其中，所述时间滞后去除设备被设置成根据以下方程A-C执行用于从每一个放射线检测信号中去除滞后部分的递归计算Xk＝Yk-∑n＝1N[Snk]...ATn＝-Δt/τn...BSnk＝exp(Tn)·{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Sn(k-1)}...C其中Δt采样时间间隔；k表示采样时间序列中第k个时间点的下标；Yk在第k个采样时间处获取的X射线检测信号；Xk从信号Yk去除了滞后部分的校正的X射线检测信号；Xk-1在前一个时间点处得到的信号Xk；Sn(k-1)前一个时间点处的Snk；exp指数函数；N形成脉冲响应的具有不同时间常数的指数函数的数目；n表示形成脉冲响应的指数函数之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数；初始值确定装置被设置成根据以下方程D导出初始值X0＝0，Sn0＝γn·Y0...D其中γn特定衰减时间常数τn的分量n的残留比；以及Y0在作为递归计算开始点的X射线未发射时间处残余的滞后信号值；并且在根据方程D确定初始值的条件下，通过根据方程A-C导出的脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
3.根据权利要求2所述的放射线照相设备，其中，设置每一个残留比γn，以满足以下方程E的条件∑n＝1N[γn]≤1，0≤γn...E其中∑n＝1N[γn]分量n的残留比γn的总和。
4.根据权利要求3所述的放射线照相设备，其中，设置方程E以满足如下条件∑n＝1N[γn]＝1...E′并且设置每一个残留比γn以满足如下条件γ1＝γ2＝...＝γn＝...＝γN-1＝γN...F从而将方程D表示为以下方程D′Sn0＝Y0/N...D′
5.根据权利要求3所述的放射线照相设备，其中，设置方程E以满足如下条件∑n＝1N[γn]＜1...E″并且设置特定衰减时间常数γM的分量m中的残留比τm和其他残留比γN满足以下表达式G0＜γM＜1，γN＝0...G
6.根据权利要求1所述的放射线照相设备，其中，所述放射线检测装置是具有沿纵向和横向设置在X射线检测表面上的多个X射线检测元件的平板X射线检测器。
7.根据权利要求1所述的放射线照相设备，其中，所述设备是医疗设备。
8.根据权利要求7所述的放射线照相设备，其中，所述设备是荧光透视设备。
9.根据权利要求7所述的放射线照相设备，其中，所述设备是X射线CT设备。
10.根据权利要求1所述的放射线照相设备，其中，所述设备用于工业使用。
11.根据权利要求10所述的放射线照相设备，其中，所述用于工业使用的设备是无损探伤设备。
12.一种放射线检测信号处理方法，用于以预定采样时间间隔获取通过照射受检对象而产生的放射线检测信号，并根据以预定采样时间间隔输出的放射线检测信号，执行信号处理，以获得放射线照相图像，所述方法包括如下步骤基于由单个指数函数或具有不同衰减时间常数的多个指数函数形成的冲激响应引起了包括在以预定采样时间间隔获取的每一个放射线检测信号中的滞后部分的假设，通过递归计算，从放射线检测信号中去除滞后部分；当执行递归计算时，根据在递归计算开始点处残余的滞后信号值，确定用于递归计算的初始值；以及根据初始值，通过递归计算，从放射线检测信号中去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
13.根据权利要求12所述的放射线检测信号处理方法，其中，根据以下方程A-C执行用于从每一个放射线检测信号中去除滞后部分的递归计算Xk＝Yk-∑n＝1N[Snk]...ATn＝-Δt/τn...BSnk＝exp(Tn)·{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Sn(k-1)}...C其中Δt采样时间间隔；k表示采样时间序列中第k个时间点的下标；Yk在第k个采样时间处获取的X射线检测信号；Xk从信号Yk去除了滞后部分的校正的X射线检测信号；Xk-1在前一个时间点处得到的信号Xk；Sn(k-1)前一个时间点处的Snk；exp指数函数；N形成脉冲响应的具有不同时间常数的指数函数的数目；n表示形成脉冲响应的指数函数之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数；根据以下方程D导出初始值X0＝0，Sn0＝γn·Y0...D其中γn特定衰减时间常数τn的分量n的残留比；以及Y0在作为递归计算开始点的X射线未发射时间处残余的滞后信号值；在根据方程D确定初始值的条件下，通过根据方程A-C导出的所述脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
14.根据权利要求13所述的放射线检测信号处理方法，其中，设置每一个残留比γn以满足以下方程E的条件∑n＝1N[γn]≤1，0≤γn...E其中∑n＝1N[γn]分量n的残留比γn的总和。
15.根据权利要求14所述的放射线检测信号处理方法，其中，设置方程E以满足如下条件∑n＝1N[γn]＝1...E′并且设置每一个残留比γn满足如下条件γ1＝γ2＝...＝γn＝...＝γN-1＝γN...F从将方程D表示为以下方程D′Sn0＝Y0/N...D′
16.根据权利要求14所述的放射线检测信号处理方法，其中，设置方程E以满足如下条件∑n＝1N[γn]＜1...E″并且设置特定衰减时间常数γM的分量m中的残留比τm和其他残留比γN以满足以下表达式G0＜γM＜1，γN＝0...G
17.根据权利要求12所述的放射线检测信号处理方法，其中，根据以下方程A-C来执行用于从每一个放射线检测信号中去除滞后部分的递归计算Xk＝Yk-∑n＝1N[Snk]...ATn＝-Δt/τn...BSnk＝exp(Tn)·{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Sn(k-1)}...C其中Δt采样时间间隔；k表示采样时间序列中第k个时间点的下标；Yk在第k个采样时间处获取的X射线检测信号；Xk从信号Yk去除了滞后部分的校正的X射线检测信号；Xk-1在前一个时间点处得到的信号Xk；Sn(k-1)前一个时间点处的Snk；exp指数函数；N形成脉冲响应的具有不同时间常数的指数函数的数目；n表示形成脉冲响应的指数函数之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数；确定满足0＜Sn0＜Y0的Sn0作为初始值；以及在确定了初始值的情况下，通过根据方程A-C导出的所述脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
18.根据权利要求12所述的放射线检测信号处理方法，其中，根据以下方程a-c来执行用于从每一个放射线检测信号中去除滞后部分的递归计算Xk＝Yk-∑n＝1N{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Snk}...aTn＝-Δt/τn...bSnk＝Xk-1+exp(Tn)·Sn(k-1)...c其中Δt采样时间间隔；k表示采样时间序列中第k个时间点的下标；Yk在第k个采样时间处获取的放射线检测信号；Xk从信号Yk去除了滞后部分的校正放射线检测信号；Xk-1在前一个时间点处获取的信号Xk；Sn(k-1)前一个时间点处的Snk；exp指数函数；N形成冲激响应的具有不同时间常数的指数函数的数目；n表示形成冲激响应的指数函数之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数；根据以下方程D导出初始值X0＝0，Sn0＝γn·Y0...D其中γn特定衰减时间常数τn的分量n的残留比；以及Y0在作为递归计算开始点的X射线未发射时间处残余的滞后信号值；在根据方程D确定初始值的条件下，通过根据方程a-c导出的所述脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
19.根据权利要求12所述的放射线检测信号处理方法，其中，根据以下方程a-c来执行用于从每一个放射线检测信号中去除滞后部分的递归计算Xk＝Yk-∑n＝1N{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Snk}...aTn＝-Δt/τn...bSnk＝Xk-1+exp(Tn)·Sn(k-1)...c其中Δt采样时间间隔；k表示采样时间序列中第k个时间点的下标；Yk在第k个采样时间获取的放射线检测信号；Xk从信号Yk去除了滞后部分的校正放射线检测信号；Xk-1在前一个时间点获取的信号Xk；Sn(k-1)在前一个时间点的Snk；exp指数函数；N形成冲激响应的具有不同时间常数的指数函数的数目；n表示形成冲激响应的指数函数之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数。确定满足0＜Sn0＜Y0的Sn0作为初始值；以及在确定了初始值的条件下，通过根据方程a-c导出的所述脉冲响应来去除滞后部分，获得校正的放射线检测信号。
全文摘要
一种放射线照相设备和放射线检测信号处理方法。根据从滞后信号值确定的初始值，通过递归计算去除滞后部分来获得校正的X射线检测信号(步骤T2)。因此，可以通过考虑在递归计算开始点处残余的滞后信号来去除滞后部分。滞后信号值取决于FPD(平板X射线检测器)的特性。考虑到滞后信号值，通过去除滞后部分，更加精确地从X射线检测信号中去除滞后部分，而不会受到FPD特性的影响。
文档编号G01N23/04GK101019767SQ20071000525
公开日2007年8月22日 申请日期2007年2月12日 优先权日2006年2月14日
发明者冈村升一 申请人:株式会社岛津制作所