专利名称：X射线照相设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种医疗或工业使用的基于辐射检测信号获取X射线照相图像的X射线照相设备，当辐射发射装置发射辐射时，信号采样装置在预定采样时间间隔从辐射检测装置取得该辐射检测信号。更具体地说，本发明涉及一种用于完全消除辐射检测装置引起的取自辐射检测装置的辐射检测信号的时间延迟的技术。
背景技术：
近年来，在典型X射线照相设备实例的医疗荧光检查设备中已将平板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射线产生的病人穿透图像的X-射线检测装置，。FPD包括纵向和横向设置于X射线检测平面上的多个半导体或其它X射线检测单元。
即，构造的荧光检查设备用于当病人受到来自X射线管的X射线照射时，基于在采样时间间隔中从FPD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周期得到对应着病人X射线穿透图像的X射线图像。由于与以前使用的图像增强器相比，该FPD较轻且产生的复杂检测失真较小，所以在设备结构和图像处理方面FPD的使用具有优势。
不过，FPD具有引起时间滞后的缺点，对X射线图像有不利影响。具体地说，当以短采样时间间隔得到X射线检测信号时，把未被提取的信号残余加到下一个X射线检测信号上作为滞后部分。这样，在将每秒中30次采样间隔取自FPD用于一幅图像的X射线检测信号用于动态显示的情况下，滞后部分作为后图像出现了在前的屏幕上而产生了重影。这将导致诸如动态图像模糊之类的不方便。
美国专利US 5,249,123公开了一种解决在获得计算机层析图像(CT图像)时FPD引起的时间滞后问题的建议。这种建议技术使用了一种计算，用于消除在采样时间间隔Δt从每一个取自FPD的辐射检测信号中的滞后部分。
即在上述美国专利中，假设由多个指数函数形成的脉冲响应引起了包含于在采样时间间隔取得的每一个辐射检测信号中的滞后部分，下述方程用于从辐射检测信号yk中得到去除了滞后部分的辐射检测信号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表示在采样时间序列中时间的第k个点的下标；N具有不同形成脉冲响应的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其中之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数。
其中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。即可以确定该技术不能消除FPD的时间滞后(参看美国专利US 5,249,123)。
此外，美国专利US 5,517,544公开了另一种解决在获得CT图像时FPD引起的时间滞后问题的建议。该技术假设FPD的时间滞后近似为一个指数函数且通过计算从辐射检测信号中去除滞后部分。其中发明人仔细地回顾了该美国专利给出的计算技术。然而却发现不可能用一个指数函数来近似表示FPD的时间滞后，也不能利用该技术消除FPD的时间滞后(参看美国专利US 5,517,544)。
发明内容
本发明考虑到上述指出的现有技术的状态，且其目的是提供一种用于完全消除辐射检测装置引起的从辐射检测装置取得的辐射检测信号的时间滞后的X射线照相设备。
根据本发明，提供可以实现上述目的的一种用于获取X射线照相图像的X射线照相设备，该X射线照相设备包括辐射发射装置，用于向受检目标发射辐射；信号采样装置，用于在预定采样时间间隔从辐射检测装置取得辐射检测信号；时间滞后去除装置，用于基于由一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包含于信号采样装置在采样时间间隔取得的每一个辐射检测信号中滞后部分的假设，通过递归计算从各个辐射检测信号中移去无滞后辐射检测信号而得到无滞后辐射检测信号；X射线照相图像由从时间滞后去除装置得到的无滞后辐射检测信号得到。
根据本发明，当辐射发射装置向受检目标发射辐射时，在预定采样时间间隔从辐射检测装置输出辐射检测信号。基于由一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包含于信号采样装置在采样时间间隔取得的每一个辐射检测信号中的滞后部分的假设，时间滞后去除装置及时(实时)或不及时(非实时)地执行递归计算。即通过从各个辐射检测信号中去除滞后部分得到无滞后辐射检测信号。从这种完全去除了滞后部分的无滞后辐射检测信号可以得到清晰的X射线照相图像而没有在前图像后效应引起的重影和模糊。
具体地说，当基于由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包含于每一个辐射检测信号中的滞后部分的假设执行递归计算时，与当基于由一个指数函数形成的脉冲响应引起了包含于每一个辐射检测信号中的滞后部分的假设执行的递归计算相比，可以得到更彻底去除了滞后部分的无滞后辐射检测信号。
在本发明中，最好是设置时间滞后去除装置以基于下述方程A-C执行递归计算用于从各个辐射检测信号中去除滞后部分Xk＝Yk-∑n＝1N{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Snk}......A
Tn＝-Δt/τn......BSnk＝Xk-1+exp(Tn)·Sn(k-1) ......C其中Δt采样间隔；k表示在采样时间序列中时间的第k个点的下标；Yk在第k个采样时刻得到的X射线检测信号；Xk从信号Yk去除了滞后部分的无滞后X射线检测信号；Xk-1在前一个时刻点得到的信号Xk；Sn(k-1)在前一个时刻点的Sn；exp指数函数；N具有不同形成脉冲响应的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其中之一的下标；αn指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数。
利用这种结构，可以迅速从构成紧递归公式的方程A-C中得到无滞后X射线检测信号Xk。即如图8所示，当在周期t0-t1固定量的辐射撞击辐射检测装置时，如果辐射检测装置没有引起时间滞后，则辐射检测信号为如图9中长短交替虚线所示的固定值。
然而实际中，辐射检测装置引起了时间滞后并加到如图9中斜线阴影所示的滞后部分。这导致了图9中实线所示的辐射检测信号Yk。在本发明中，方程A中的第二项“∑n＝1N{αn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Snk}”对应着图9中斜线阴影所示的滞后部分。将该滞后部分从辐射检测信号Yk中取走。结果，无滞后辐射检测信号Xk不再具有图9中长短交替虚线所示的滞后部分。
其中本发明所作的回顾表明美国专利US 5,249,123仅仅提供了图1中实线所示辐射检测信号的滞后部分。可以确定该美国专利不能得到没有图9中长短交替虚线所示滞后部分的辐射检测信号。
根据本实施例，最好是将信号采样装置设置为在辐射发射之前开始在采样时间间隔提取辐射检测信号，并且将时间滞后去除装置设置为利用在辐射发射之前得到的辐射检测信号获得无滞后辐射检测信号。
利用这种结构，时间滞后去除装置可以利用在辐射发射之前得到的辐射检测信号获得无滞后辐射检测信号。结果，可以通过去除包含于辐射检测信号中的滞后部分在辐射发射时立刻完全地获得无滞后的X射线检测信号。
最好是将信号采样装置设置为在采样时间间隔之间的各个周期连续地取得用于一幅X射线照相图像的辐射检测信号，并且将时间滞后去除装置设置为在采样时间间隔之间的各个周期连续地获得对应着用于一幅X射线照相图像的辐射检测信号的无滞后辐射检测信号，在采样时间间隔从无滞后辐射检测信号连续得到的X射线照相图像用于动态显示。
利用这种结构，每一幅X射线照相图像均没有时间滞后，这能够清晰动态地显示而没有在前图像后效应引起的模糊。
而且更期望可以实时地执行无滞后辐射检测信号的计算以及获得并动态图像显示X射线照相图像。
这种构造使得可以实时地进行X射线照相图像的动态显示。
根据本发明，辐射检测装置可以为具有纵向和横向设置于辐射检测平面上的多个半导体或X射线检测单元的平板X射线检测器。
在使用平板X射线检测器的情况下，时间滞后去除装置消除了平板X射线检测器引起的辐射检测信号时间滞后。还可以从输出图像中去除复杂的检测失真。
为了说明本发明的目的，其中以附图的形式给出本发明的几种优选实施例，但是可以理解的是本发明并不限于所示的确切的设计和装置。
图1所示为利用传统技术从一个辐射检测信号中去除时间滞后得到的结果；图2为本发明第一实施例中荧光检查设备整体构造的方框图；图3所示为第一实施例中使用的FPD的平面图；图4所示为在第一实施例中X射线照相期间X射线检测信号采样状态的示意图；图5所示为第一实施例中X射线照相过程的流程图；图6所示为第一实施例中用于去除时间滞后的递归计算的流程图；图7所示为第二实施例中X射线照相过程的流程图；图8所示为X射线检测装置辐射入射的状态图；以及图9所示为一个辐射检测信号的一个时间滞后。
具体实施例方式
下面将参考附图对本发明优选实施例进行说明。
<第一实施例>
图2所示为第一实施例中荧光检查设备整体构造的方框图。
如图2所示，荧光检查设备包括用于向病人M发射X射线的X射线管(辐射发射装置)1；用于检测通过病人M透射的X射线的FPD2(辐射检测设备)；模数转换器(信号采样装置)3，用于在预定采样时间间隔Δt将取自FPD(平板X射线检测器)2的X射线信号数字化；检测信号处理器4，用于基于模数转换器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，用于显示检测信号处理器4创建的X射线图像。即本设备的构造用于当病人M被X射线照射时，通过模数转换器3从取自FPD2的X射线检测信号得到X射线图像，并将得到的X射线图像显示于图像显示器5的屏幕上。下面将对第一实施例设备中各个构成部分进行具体详细说明。
X射线管1和FPD2在病人M周围彼此相对设置。当进行X射线照相时，X射线发射控制器6控制X射线管1以锥形束的形式向病人M发射X射线。同时，X射线发射产生的病人M穿透X射线图像投射到FPD2的X射线检测表面。
分别通过X射线管移动机制7和X射线检测器移动机制8，X射线管1和FPD2沿着病人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使彼此相对的X射线管1和FPD2恒定地以与FPD2的X射线检测表面一致的X射线发射中心为中心一起移动。当然，X射线管1和FPD2的移动引起X射线照射病人位置的变化，因此引起X射线照相位置的移动。
如图3所示，FPD2在投射病人M穿透X射线图像的X射线检测表面上，具有多个沿着病人M身体轴X方向和垂直于身体轴的Y方向而纵向以及横向设置的X射线检测单元2a。例如，设置X射线检测单元2a以在X射线检测表面上形成大约30厘米长、30厘米宽的1024×1024矩阵。FPD2的每一个X射线检测单元2a都对应着检测信号处理器4创建的一幅X射线图像上的一个象素。基于取自FPD2的X射线检测信号，检测信号处理器4创建对应着投射到X射线检测平面的穿透X射线图像的X射线图像。
模数转换器3在采样时间间隔Δt连续地提取用于每一幅X射线图像的X射线检测信号，并将用于X射线图像的X射线检测信号存储于位于转换器3下行的存储器10中。在X射线照射(偏置状态)之前开始X射线检测信号的采样(提取)操作。
即如图4所示，在采样间隔Δt之间的各个周期采集所有用于穿透X射线图像的X射线检测信号并相继将其存储于存储器10中，模数转换器3执行的X射线检测信号采样可以在操作员手动地或作为X射线发射命令互锁自动地进行X射线的发射之前进行。
如图2所示，第一实施例中的荧光检查设备包括用于获取无滞后辐射检测信号的时间滞后去除器11。基于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包含于在采样时间间隔取自FPD2的每一个辐射检测信号中的滞后部分的假设，通过递归计算从每一个辐射检测信号中移出无滞后辐射检测信号。
如图9中实线所示，FPD2有一部分未被取走的X射线检测信号，并且在取走信号之后这部分残留成了滞后部分(阴影部分)。时间滞后去除器11移走该滞后部分以产生无滞后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创建对应着投射到X射线检测平面的穿透X射线图像的X射线图像。
具体地说，时间滞后去除器11利用下列方程A-C执行用于从各个X射线检测信号中去除滞后部分的递归计算处理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为采样间隔；k为表示在采样时间序列中时间的第k个点的下标；Yk为在第k个采样时刻得到的X射线检测信号；Xk为从信号Yk去除了滞后部分的无滞后X射线检测信号；Xk-1为在前一个时刻点得到的信号Xk；Sn(k-1)为在前一个时刻点的Sn；exp为指数函数；N为具有形成不同脉冲响应的时间常数的指数函数的数目；下标n表示形成脉冲响应的指数函数其中之一；αn为指数函数n的强度；以及τn为指数函数n的衰减时间常数。
即方程A中的第二项“∑n＝1N{βn·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Snk}”对应着滞后部分。这样，第一实施例中的设备迅速从构成紧递归公式的方程A-C中得到无滞后X射线检测信号Xk。
在第一实施例中，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以及时间滞后去除器11均具有指令以及从操作单元12输入的数据或X射线照相进行过程中从主控制器13输出的各种命令控制的可操作性。
接着，将参考附图对第一实施例中设备执行X射线照相的操作进行具体说明。
在X射线照射(偏置状态)之前，模数转换器3开始在采样时间间隔Δt(＝1/30秒)之间的每一个周期从FPD2中提取用于一幅X射线图像的X射线检测信号Yk。将提取的X射线检测信号存储于存储器10中。
在操作员向病人M发射连续或间歇X射线的同时，模数转换器3在采样时间间隔Δt之间的每一个周期连续提取用于一幅X射线图像的X射线检测信号Yk并将信号存储于存储器10中。
当X射线发射完成时，操作进行到步骤S4。当X射线发射未完成时，操作返回步骤S2。
从存储器10中读取在一个采样序列采集的一幅X射线图像的X射线检测信号Yk。
基于方程A-C，时间滞后去除器11执行递归计算并从各个X射线检测信号Yk中得到无滞后X射线检测信号Xk，即象素值。
基于一个采样序列(一幅X射线图像)的无滞后X射线检测信号Xk，检测信号处理器4创建一幅X射线图像。
将创建的X射线图像显示于图像监视器5上。
当存储器10中有剩余的未处理X射线检测信号Yk时，操作返回步骤S4。当没有剩余未处理X射线检测信号Yk时，X射线照相结束。
在第一实施例中，在采样时间间隔Δt(＝1/30秒)之间的每一个周期，时间滞后去除器11计算对应着一幅X射线图像X射线检测信号Yk的无滞后X射线检测信号Xk，并且检测信号处理器4创建X射线图像。即本设备的构造还可以以近似每秒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。则这样可以执行X射线图像的动态显示。
由于从各个X射线图像中去除了滞后部分，在X射线照相过程中，即使射线照相的位置移动，本实施例的设备也能够显示没有在前图像后效应导致重影的清晰动态图像。
接着，将对上述步骤S5中时间滞后去除器11执行的递归计算处理进行具体地说明。图6所示为第一实施例中用于去除时间滞后的递归计算的流程图。
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。
在方程A和C中，设置k＝1，从方程C中得到S11、S21和S31，即Sn1＝X0+exp(Tn)·Sn0。此外，通过将得到的S11、S21和S31和X射线检测信号Y1代入方程A得到无滞后X射线检测信号X1。
将方程A和C中k加1(k＝k+1)之后，将前一次得到的Xk-1代入方程C得到S1k、S2k和S3k。此外，将S1k、S2k和S3k和X射线检测信号Yk代入方程A得到无滞后X射线检测信号Xk。
当剩余有未处理X射线检测信号Yk时，操作返回步骤Q3。当没有未处理X射线检测信号Yk剩余时，操作前进到步骤Q5。
得到一个采样序列(一幅X射线图像)的无滞后X射线检测信号Xk以完成一个采样序列的递归计算。
如上所述，根据第一实施例的荧光检查设备，当时间滞后去除器11通过递归计算从各个X射线检测信号中移除滞后部分而得到无滞后X射线检测信号时，做了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包含于每一个辐射检测信号中的滞后部分的假设。这样，与单个指数函数形成的脉冲响应引起了滞后部分的假设相比，得到的无滞后X射线检测信号中的滞后部分被完全去除。
在第一实施例中，在X射线发射之前，时间滞后去除器11通过使用模数转换器3取得的X射线检测信号得到无滞后X射线检测信号。结果，在X射线发射时，通过去除包含于X射线检测信号中的滞后部分，可以在X射线发射时立刻完全地获得无滞后X射线检测信号。
<第二实施例>
在第二实施例中，在采样时间间隔Δt(＝1/30秒)之间的每一个周期，时间滞后去除器11计算对应着一幅X射线图像的X射线检测信号Yk的无滞后X射线检测信号Xk，并且检测信号处理器4创建X射线图像。
除了设备的结构用于以大约30幅图像每秒的速率接连实时创建X射线图像并实时连续显示创建的X射线图像之外，本实施例与第一实施例具有相同的结构和功能。不再对与第一实施例共有的特征进行说明，而将对与第一实施例不同指出进行说明。
将参考附图对第二实施例中设备执行X射线照相的操作进行说明。
图7所示为第二实施例中X射线照相过程的流程图。
在X射线照射(偏置状态)之前，模数转换器3开始在采样时间间隔Δt(＝1/30秒)之间的每一个周期从FPD2中提取用于一幅X射线图像的X射线检测信号Yk。将提取的X射线检测信号存储于存储器10中。
在操作员向病人M发射连续或间歇X射线的同时，模数转换器3在采样时间间隔Δt之间的每一个周期连续提取用于一幅X射线图像的X射线检测信号Yk并将信号存储于存储器10中。
从存储器10中读取在一个采样序列采集的一幅X射线图像的X射线检测信号Yk。
基于方程A-C，时间滞后去除器11执行递归计算并从各个X射线检测信号Yk中得到无滞后X射线检测信号Xk，即象素值。
基于一个采样序列(一幅X射线图像)的无滞后X射线检测信号Xk，检测信号处理器4创建一幅X射线图像。
立刻将创建的X射线图像显示于图像监视器5上。
当X射线发射未完成时，操作返回步骤R2。当X射线发射完成时，X射线照相结束。
如上所述，根据第二实施例，在采样时间间隔Δt(＝1/30秒)，即以每秒中大约30幅图像的速率实时创建并显示X射线图像。则可以实时执行X射线图像的动态显示。
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作为辐射检测装置。还可以将本发明应用于除引起X射线检测信号时间滞后的FPD之外具有辐射检测装置的设备中。
(2)与第二实施例相同，可以将上述第一实施例中的设备构造为可以选择使时间滞后去除器11计算无滞后X射线检测信号Xk和检测信号处理器4创建X射线图像实时地进行。
(3)当第一和第二实施例中的设备为荧光检查设备时，还可将本发明应用于除荧光检查设备之外的设备，诸如X射线CT设备。
(4)第一和第二实施例中的设备被设计为医用。本发明不仅可以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。
(5)在第一和第二实施例中使用X射线作为辐射。本发明还可以应用于使用除X射线之外辐射的设备中。
不脱离本发明的实质或本质特点，可以将本发明包含于其他特定形式中，所以，参考所附的权利要求作为本发明的范围，而不是前述说明书。
权利要求
1.一种用于获取X射线照相图像的X射线照相设备包括辐射发射装置，用于向受检目标发射辐射；信号采样装置，用于在预定采样时间间隔从辐射检测装置取得辐射检测信号；时间滞后去除装置，用于基于由一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包含于所述信号采样装置在采样时间间隔取得的每一个所述辐射检测信号中的滞后部分的假设，通过递归计算从各个辐射检测信号中移去所述无滞后辐射检测信号而得到无滞后辐射检测信号；所述X射线照相图像由从所述时间滞后去除装置得到的所述无滞后辐射检测信号得到。
2.根据权利要求1所述的X射线照相设备，其特征在于设置时间滞后去除装置以基于下述方程A-C执行递归计算用于从各个辐射检测信号中去除滞后部分Xk＝Yk-∑n＝1N{an·[1-exp(Tn)]·exp(Tn)·Snk}......ATn＝-Δt/τn......BSnk＝Xk-1+exp(Tn)·Sn(k-1)......C其中Δt采样间隔；k表示在采样时间序列中时间的第k个点的下标；Yk在第k个采样时刻得到的X射线检测信号；Xk从信号Yk去除了滞后部分的无滞后X射线检测信号；Xk-1在前一个时刻点得到的信号Xk；Sn(k-1)在前一个时刻点的Sn；exp指数函数；N具有不同形成脉冲响应的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其中之一的下标；an指数函数n的强度；以及τn指数函数n的衰减时间常数。
3.根据权利要求1所述的X射线照相设备，其特征在于将所述信号采样装置设置为在辐射发射之前开始在采样时间间隔提取辐射检测信号，并且将所述时间滞后去除装置设置为利用在辐射发射之前得到的辐射检测信号获得无滞后辐射检测信号。
4.根据权利要求1所述的X射线照相设备，其特征在于将所述信号采样装置设置为在采样时间间隔之间的各个周期连续地取得用于一幅X射线照相图像的辐射检测信号，并且将所述时间滞后去除装置设置为在采样时间间隔之间的各个周期连续地获得对应着用于一幅X射线照相图像的辐射检测信号的无滞后辐射检测信号，在采样时间间隔从无滞后辐射检测信号连续得到的X射线照相图像用于动态显示。
5.根据权利要求4所述的X射线照相设备，其特征在于实时地执行所述无滞后辐射检测信号的计算以及获得并动态图像显示X射线照相图像。
6.根据权利要求1所述的X射线照相设备，其特征在于所述辐射检测装置为具有纵向和横向设置于辐射检测平面上的多个半导体或X射线检测单元的平板X射线检测器。
全文摘要
当X射线管发射X射线时，X光线照相设备从取自平板X射线检测器的辐射检测信号中获取除去了滞后部分的无滞后辐射检测信号。当假设由N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包含于每一个所述辐射检测信号中的滞后部分时，利用递归计算去除滞后部分。由无滞后辐射检测信号创建X射线图像。
文档编号H04N5/357GK1520780SQ20041000394
公开日2004年8月18日 申请日期2004年2月10日 优先权日2003年2月12日
发明者冈村升一, 藤井圭一, 足立晋, 平泽伸也, 吉牟田利典, 田边晃一, 贝野正知, 小山 博, 一, 也, 利典, 知 申请人:株式会社岛津制作所