专利名称：解决固态检测器中信号滞延的方案的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种成像系统，更具体地说，涉及一种能够减少检测器信号滞延而形成赝像的成像系统。
在至少一种现有的成像系统中，由X射线源投射扇形的辐射束，该辐射束被调整成在一个笛卡尔坐标系的XY平面内透射，其中所述XY平面通常被称作成像平面。由X射线束透射过需要成像的物体，该物体例如是一个患者。被物体衰减后的射线照射到一个辐射检测器阵列。检测器阵列所能接收到的衰减射线强度取决于X射线被物体衰减的程度。检测器阵列中的每一个检测器单元都产生一个单独的电信号，该信号即为该检测器位置上射线衰减程度的测量结果。
在至少一种现有的成像系统、也就是通常被称为计算机断层造影(CT)系统中，一组由检测器阵列获得的X射线衰减测量数据、即投影数据被称做一个“投视”。在X射线源和检测器中至少一个发生旋转的过程中，对物体在不同的投射角或视角所做的一系列透视就组成了一个“扫描”。在一个轴向扫描中，对投影数据进行处理以构成一个对应于物体上某一两维截面的图象。通常的情况，每个截面对应了患者或Z轴上大约不到2cm厚的患者成像区间，并在机架的一个转动周期内用984个透视获得的数据产生一个截面图象。在本领域中根据一组投影数据来重建图象的方法叫作滤过回波投影技术。该处理过程将一个从扫描所获得的衰减测量值转化为被称作“CT数”或“housefield unit(霍斯菲尔德单位)”的整数，该数值被用于控制阴极射线管显示器上相应像素的亮度。
至少有一种现有的CT系统是利用一个大的平板数字式X射线设备或检测器来采集数据的，这样的检测器具有以行列分布的多个像素。然而，这样的平板式采集板受到检测器滞延问题的困扰。由于前一次的采样使随后的采样产生了一定的偏扰，检测器的滞延信号占总信号中很大一部分。信号滞延的主要原因是和电子反捕陷(de-traping)现象有关，该现象是由某一个能隙中高强度的电荷亏损造成的。反捕陷持续的时间从几毫秒到100秒不等。由于滞延造成的不一致，在重建的图象上就出现了例如为环状或带状的赝像。
因而希望提供一种成像系统，它采用固态探测元件来产生基本“没有赝像”的立体图象。还希望提供一种不显著增加图象生成时间、并能减少检测器滞延赝像的系统。
上述这些目的和别的目的可通过一种数字式X射线成像系统来实现。在一个实施方式中，这样的系统从多个视角采集投影数据，并在相邻视角采集之间降低检测器中驻留信号的电平。更具体地说，在一个实施例中，成像系统包括一个X射线源和至少一个固态X射线检测器。为了生成立体图象，X射线源和X射线检测器的至少二者之一围绕有关的物体转动。在每一个确定的投视中，都从X射线源向X射线检测器发射X射线，并采集该视角条件下的投影数据。在相邻两个投视的投影数据进行采集之间的停顿期间，停止发射X射线，同时将检测器中的各像素至少激励确定一次。
更具体地说，在停顿期间，检测器的每条扫描线都被同时激励。对所有扫描线的同时激励将降低每个像素的驻留信号。因此，当采集随后视角的投影数据时，每个像素的信号电平更准确地反映了当前视角条件下射线穿过有关物体后的衰减。利用从多个投视所采集的投影数据就可以获得物体的一个断面视图。
使用上述成像系统可减少检测器的滞延赝像，从而生成基本上“没有赝像”的图象。此外，系统并没有显著延长生成图象所需的时间。
图1表示了一种数字式成像系统的轴测视图；图2中方框图示意说明图1所示的系统；图3示意性地表示图1所示系统中的X射线检测器。
参见图1和图2，所示的一种计算机断层X射线透视(CT)成像系统10包括一个“第三代”CT扫描器典型类型的机架12，在机架12上设置有一个X射线源14，它位于机架对面的检测器阵列18发出X射线16，X射线被一个准直仪(图中未示出)调准到笛卡尔坐标系的XY平面内，所述XY平面通常被称作成像平面。检测器阵列18由多个像素单元(图1中未示)组成，这些单元共同来检测穿过患者22发射的X射线。每个检测器单元产生一个电信号，该信号代表所照射的一束X射线的强度，以及相应的X射线穿过患者22身体的X射线衰减程度。在获得X射线投影数据的一个扫描周期内，机架和安装在机架上的部件要围绕一个转动中心24转动。
机架12的转动和X射线源14的工作是由CT系统10的控制机构26进行控制的。控制机构26包括一个X射线控制器28和机架电机控制器30，X射线控制器28向X射线源14供电以及定时信号，电机控制器30来控制机架12的转动速度和姿态。控制机构26中的数据采集系统(DAS)32从检测器单元20中采集模拟数据，并将所采集的数据转化为后续处理所需的数字信号。一个图象重建器34从DAS32接收其所采集并进行了数字转换的X射线数据，并进行高速图象重建。重建的图象作为输入信号被输送到计算机36，由它将图象存储在海量存储器38内。
计算机36还通过一个设置了键盘的操作台40来接收操作者的指令和扫描参数。操作者可以通过一个与计算机相连的阴极射线显示器来观看计算机中的重建图象和其它数据。计算机36用操作者提供的指令和参数向DAS32、X射线控制器28和机架电机控制器30发出控制信号和信息。此外，计算机36还控制一个工作台电机控制器44，该控制器44控制监视台46以实现患者22在机架12中的定位，具体地说，监视台46将患者的部分身体伸入到机架的开口48中。
在图3所示的一个实施例中，检测器18是一个固态检测器或辐射成像器，它是一个大的、平板状结构，该检测器在其基板114上设置了一个光电传感器阵列110，而在光电传感器阵列110上又设置了一个闪烁器118。设置闪烁器118的目的是为了接收和吸收例如为X射线16的入射辐射线。闪烁器118与光电传感器阵列110保持光学耦合，从而闪烁器118产生的光子可传入传感器阵列110中。光电传感器阵列110包括多个例如为光电二极管的光电传感器120、和一个与各光电传感器120相连接的可寻址的薄膜晶体管(TFT)阵列130。在一个实施例中，每个光电传感器120包括一个非晶态硅(α态Si)光电二极管(图中未示)。
可寻址的TFT阵列130包括地址线131、132和多个电荷保持TFT(场效应管)134，其中的地址线131、132通常被称为扫描线131和数据线132。按行、列布置的扫描线131和数据线132将光电传感器阵列110分成多个像素140，在每个像素140中配置了一个和相应的电荷保持TFT134电耦接的光电传感器120，而TFT134又和一条扫描线131和一条数据线132电耦接。可寻址的TFT阵列130的结构可使得每个光电传感器120都是可选通和分别寻址的，这就是说，每个光电传感器的输出端(图中未示)可被选通来和其对应的数据线132电耦接。通过二极管中电荷量的改变，就可测量X射线作用于闪烁器118而产生的光量，从而反映射入到闪烁器118和像素光电传感器120的辐射强度，结果是，每个像素140都输出一个表征照射的X射线束16穿过患者22衰减后辐射强度的电数字输出信号。这样每个光电传感器120都产生投影数据。更具体地说，各相应光电传感器120的输出信号都被分别耦合到DAS32，从而将每光电二极管中积累的电荷输送到DAS32的输入通道(图中未示出)中。在一个实施例中，检测器18的规格是40cm×40cm，并设计成可产生整个所研究物体的投影数据。更具体地说，每个像素140大约为200微米×200微米，检测器18包括2000×2000个像素阵列。
在工作中，通过从多个投影或视角上采集投影数据就可生成患者22的至少一个图象。在一个实施例中，每个图象都是通过围绕患者22的身体转动X射线源14和X射线检测器18的至少其一、并从检测器18采集投影数据而形成的。更具体地说，在一个实施例中，通过从多个投视角采集投影数据，至少患者22的某一部位的立体图象被生成。对检测器阵列18采取速度限制并以5秒的一次的速度扫描，在一个实施例中，系统10从300个彼此间隔1.2度(360度/300个投视角)的视角采集投影数据。
确定了投视的数量、位置和间隔后，就可利用检测器18在每个视角采集投影数据。具体地说，在一个实施例中，X射线源14和X射线检测器18的至少其一围绕患者22的身体转动，并在每个确定的确定的视角采集投影数据。更具体地说，对于每个确定的投视方位，控制机构向X射线源14发送激励信号，从而由X射线源14向检测器18发出X射线16。检测器18、确切地说是每个像素140的辐射在每个确定的确定的视角上产生投影数据。确定视角的投影数据则被传递给DAS32。更具体地说，每个电荷保持TFT134的电荷量被传递给DAS32。具体在一个实施例中，通过将激活信号传输到检测器18中的相应扫描线131，可顺序地选通各行像素140，完成投影数据的测荷和采样。一旦接受到激发信号，阵列中相应行的每个电荷保持TFT134的输出电荷信号经过相应的数据线132，经过相应的数据线132，被传递给DAS32的输入通道，并被随后送到图象重建器34。更具体地说，激活信号触发与激励的扫描线131电相连的每个像素140，结果是，与激励的扫描线131电连接的每个像素140的各输出信号都通过数据线132传递给了DAS32。然后通过顺序激励各条扫描线131，测量或采集阵列110对应行中每个像素140的输出信号，在每个特定的视角下都对阵列110的各行重复上述的程序。
例如，如果检测器18包括一个M×N像素的阵列。在此，M是列数，N是行数。通过在第一投视角向检测器18发射X射线16来采集第一投视角的投影数据。然后使用DAS32来测量像素140的输出。具体地说，在通过行1的扫描线131输入触发行1的激活信号之后，M个数据线132各条数据线的输出信号被传递给DAS32，然后再传递给图象重建器34。然后将行1的激活信号去激励，而激励行2的激活信号，于是将各行数据线132的输出信号传递到DAS32，然后再传递给图象重建器34。重复上述工序，直到第N行的激活信号被激励且数据线132的输出信号被传递给DAS32为止。在一个实施例中，检测器18包括2000行，采集速率为每秒60帧，读取速率每行用0.0083毫秒。
当在确定视角完成了投影数据采集之后，X射线源14和X射线检测器18至少之一围绕患者22继续转动。控制机构26改变传递给X射线源14的信号从而使X射线源14不再发出X射线16。更具体地说，为了减少由于投视之间大角度跨度而引起的视像模糊，X射线16只在一个限定的时间周期内进行发射。例如，如果分辨率的要求是在一个投视内“模糊”度小于0.6度，则X射线源14只在两个投影之间50％的时间内发射X射线16。
例如，如果为了达到系统10的分辨率要求，规定X射线源14必须在每个投视内发射大约0.5度，则X射线源14应被激励0.5度。在射线源14被激励期间，由检测器18来采集投影数据。之后，关闭辐射源14。更具体来讲，切断或改变电压和电流信号，从而使辐射源不再发射X射线束16。
在一个实施例中，如本领域技术人员所公知的那样，X射线控制器28包括电源150和一个开关单元152以改变提供给X射线源14的信号。电源150与X射线管14和开关单元152耦接以便向它们发出信号。更具体地说，来自电源150的电压和电流信号被提供给X射线源14的阳极和阴极(图中未示)。还从电源150向开关单元152发送一个高电压信号。如果要发出X射线束16，则向X射线源14传输适当的电压和电流信号。更具体地说，利用传输给开关单元152的控制信号(图中未示)，该信号例如来自计算机36，开关单元152改变提供给X射线源14的信号。更具体地说，通过改变控制信号，X射线源14的控制栅极上的信号被改变，所以从阳极飞向阴极的电子的运动速度被改变了，从而改变了X射线源14所发出的X射线16的强度和持续时间。结果是X射线束16可以在具体或确定的时间周期内开始发射或停止。
在X射线源14不发射X射线16的相邻投视之间的期问、即被称做停顿期间内，每个像素140都保持上一个采集的投视产生的输出信号的一部分。这个信号被称做检测器18的驻留信号。该驻留信号是由“反捕陷”制造各像素140的开关元件(例如FET等(未示出))的半导体材料的带问状态造成的，这种情况例如为当一个场效应管FET被关断后，不希望从像素140发出信号的时间。
系统10通过在相邻投视之间的X射线源14关断期间(也就是说停顿期间)减少相邻视角之间的时间由驻留信号的电平而减少了驻留信号所导致的赝像。在一个具体的实施例中，在停顿期间，通过对各检测器18中的多行像素至少激励或启动一次，使每个像素140驻留信号被降弱。更具体地说，在一个实施例中，通过每一个扫描线131至少同时向每个像素140传递一次选通触发信号。通过每一个扫描线131同时传递选通信号的重复多次取决于停顿期的时间长短。每次由扫描线131同时向检测器18传递信号时，每个像素140中的驻留电量就被减少。在一个实施例中，电荷保持TFT134中的电荷以1/S的函数关系减小，其中的S是采样次数。由于同时传递选通激活信号，检测器18每个像素140的驻留信号可迅速地减弱。
例如，如果检测器18包括一个2000列×2000行像素的阵列140，则在停顿期问将激活信号同时加到所有的2000条扫描线131上共20次，每次0.0083毫秒，就将各电荷保持TFT134中的驻留信号减少到原始值的大约5％。
在一个实施例中，采用一个滞延校正值来对所采集到的每个投视的投影数据进行精确校正。更具体地说，根据每个扫描线131被同时接通的次数就可以确定出滞延校正值，并和采集的投影数据结合来进一步地减少驻留信号引起的图象赝像。在各种实施例中，滞延校正值取决于每个检测器18的实际历史数据、预测值或数学推算值。
当停顿期结束时，为每个视角重复上述的处理过程，直到采集了各确定投视角的投影数据为止。然后利用本领域所周知的方式用采集到的投影数据生成所研究物体的至少一个图象，例如为患者22的某个部位图象。更具体地说，在一个实施例中，所研究物体的断面图象是从所采集到的投影数据获得的。在另一个实施例中，利用校正后的投影数据生成物体的图象。
上述系统减少了由固态检测器阵列保持电荷所导致的赝像。具体地说，通过同时激励选通检测器阵列的每个扫描线，检测器的驻留信号被减少了。
上文描述了本发明不同的实施例，本领域的技术人员可意识到在本发明权利要求书的范围内，能够对本发明进行各种改进，例如，虽然本发明是针对CT系统，但本发明也可以适用于其它类型的成像系统。
权利要求
1一种在成像系统中减少图象赝像的方法，成像系统包括一个用于发射X射线束的X射线源和至少一个固态X射线检测器，所述方法包括如下步骤由多个投视采集投影数据；在相邻投视之间，减少每个检测器的驻留信号电平。
2一种根据权利要求1所述的方法，其特征在于由多个投视采集投影数据的过程包括步骤确定每一个投视角；并对于每一个确定的投视启动X射线源并用每一个检测器采集数据。
3一种根据权利要求2所述的方法，其特征在于对于每一个确定的投视启动X射线源并用每一个检测器采集数据的过程包括步骤确定是否要从X射线源发射X射线；如果要发射X射线，向X射线源提供一个电压和电流信号。
4一种根据权利要求1所述的方法，其特征在于在相邻投视之间减少每个检测器的驻留信号电平包括如下步骤在相邻投视采集投影数据之间，不启动X射线源；向每个检测器施加至少一个激活信号。
5一种根据权利要求4所述的方法，其特征在于每个检测器包括多个以M行N列阵列设置的像素，且其中向每个检测器施加至少一个激活信号包括向每个检测器中的每个像素施加激活信号的步骤。
6一种根据权利要求5所述的方法，其特征在于每个数字检测器包括M个输出信号和N个激活信号，且其中向每个检测器中的每个像素施加激活信号包括(a)同时选通每个检测器的所有N个激活信号的步骤。
7一种根据权利要求6所述的方法，其特征在于还包括至少重复一次(a)步骤的重复步骤。
8一种根据权利要求6所述的方法，其特征在于还包括重复多次(a)步骤的重复步骤。
9一种根据权利要求6所述的方法，其特征在于M等于2000，N等于2000。
10一种根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括用一个滞延校正值对每个检测器进行投影数据校正的步骤。
11一种根据权利要求10所述的方法，其特征在于还包括用校正后的投影数据产生一个有关物体的断面图象的步骤。
12一种用于减少图象赝像的成像系统，它包括一个用于发射X射线的X射线源和至少一个固态X射线检测器，所述系统设计成能够采集多个投视角的投影数据；在相邻投视角之间，减少每一个所述检测器的驻留信号电平。
13一种根据权利要求12所述系统，为采集多个投视角的投影数据，所述系统被设计得能够确定每一个投视角；启动X射线源，并用所述的各检测器采集每个投视角的投影数据。
14一种根据权利要求13所述系统，为启动X射线源并用所说的各个检测器采集每个视角的投影数据，所述系统被设计得能够确定所述X射线源是否要发出X射线；如果要发出X射线束，向X射线源提供一个电压和电流信号。
15一种根据权利要求12所述系统，为在相邻投视角之间减少每一个检测器的驻留信号电平，所述系统被设计得能够在相邻投视角采集投影数据之间，不启动X射线源；向每个所述检测器施加至少一个激活信号。
16一种根据权利要求15所述系统，其特征在于每个所述检测器包括多个以M行N列阵列设置的像素，并向每个所述检测器施加至少一个激活信号，所述系统设计成能够向每个检测器中的每个像素施加激活信号。
17一种根据权利要求16所述的系统，其特征在于每个所述数字检测器包括M个输出信号和N个激活信号，所述系统能够同时启动每个所述检测器的所有N个所述激活信号，以向每个所述检测器中的每个所述像素施加选通激活信号。
18一种根据权利要求17所述的系统，其特征在于所述系统设计成能够至少一次同时启动每个所述检测器的所有N个所述激活信号。
19一种根据权利要求17所述的系统，其特征在于所述系统设计成能够多次同时启动每个所述检测器的所有N个所述激活信号。
20一种根据权利要求17所述的系统，其特征在于M等于2000，N等于2000。
21一种根据权利要求12所述的系统，其特征在于所述系统设计成能够用每个所述检测器的一个滞延校正值来校正投影数据。
22一种根据权利要求21所述的系统，其特征在于所述系统设计成能够使用校正后的投影数据产生一个有关物体的断面图象。
23一种在检测器阵列中减少滞延信号的方法，所述检测器阵列包括多个按行和列配置的像素，每一列像素与像素输出信号相连，每一行像素与一个像素激活信号相连，所述方法包括如下步骤a)启动检测器阵列中一行的像素激活信号；b)测量对应于被启动行中每一个像素的像素输出信号；c)对检测器阵列中的每一行重复步骤a)和b)；d)至少一次同时启动检测器阵列中每一个像素激活信号。
24一种根据权利要求23所述的方法，其特征在于检测器阵列包括M列N行，至少一次同时启动检测器阵列中每一个像素激活信号的过程包括至少一次同时启动N个像素激活信号的步骤。
25一种根据权利要求24所述的方法，其特征在于至少一次同时启动检测器阵列中每一个像素激活信号的过程包括多次同时启动N个像素激活信号的步骤。
全文摘要
本发明的一种形式是一个数字式X射线成像系统,在一个实施例中,该系统由多个投视角采集投影数据,并较少了由检测器驻留信号所引起的赝像。更具体地说,在一个实施例中,通过采集多个投视角的投影数据来生成一个立体图象。在采集相邻投视角的采集投影数据的停顿间隔期内,停止发射X射线,而所有的检测器像素都被同时选通激励,来减少每一个像素中的驻留信号。因而,随后投视角的投影数据就不会被前一个投视角的驻留信号偏置。
文档编号G01N23/02GK1287824SQ00118829
公开日2001年3月21日 申请日期2000年4月30日 优先权日1999年4月30日
发明者J·赫斯 申请人:通用电气公司