射线照相装置,射线照相系统,及其控制方法

专利名称：射线照相装置,射线照相系统,及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种射线照相装置。
背景技术：
常规地，存在一种医疗X射线静止图像捕获系统，其中X射线 照射病人，并且传送的X射线图像在胶片上曝光。胶片在世界范围 内可用，轻且容易搬运，用来显示和存储信息，可以制造以便具有较 大的面积，并且可以具有高灰度级范围。但是，胶片需要显影步骤， 长时间的存储位置，以及检索的时间和工作。
常规活动图像捕获系统包括图像增强器(在下文，缩写为I.I.) 是主流。I.I.通常高度敏感(例如由于使用光电倍增器)因此从较低 的所需曝光剂量的观点是有利的。但是，I丄扭曲来自典型连接的光 学系统的外围图像，具有低对比度，并且尺寸大。使用I.I.，不仅病 人的荧光图像由医生监控，而且电荷耦合器件(CCD)的模拟输出 被数字化以便记录、显示和存储。但是，因为高灰度级用于医疗诊 断，即使当I.I.用于捕获荧光图像时，胶片经常用于捕获静止图像。
医院中数字化X射线图像的需求近来日益增长。为了满足该需 求，代替胶片，使用具有如下结构的射线照相装置(也就是平板检测 器(FPD))，即X射线检测元件具有以二维图案排列的图像捕获 元件，并且X射线剂量转换成电信号。因为这允许X射线图像由数 字信息取代，图像信息可以立即远程地传送。因此，即使位于本地区域的病人可以享受相当于位于城市中心的大学医院的高级别诊断，同 时无胶片操作节省医院中的胶片存储空间。如果极好的图像处理技术 可以引入，计算机辅助且没有医生诊断的自动诊断是可能的。
近年来，包括图像捕获元件的射线照相装置(平板检测器)，其 中每个图像捕获元件由非单晶薄膜半导体例如非晶硅组成并且能够捕 获静止图像，已经商业化。使用制备非单晶薄膜半导体的技术，面积
大于40平方厘米、覆盖人类胸部大小的检测器已经实现。而且，因 为它的制备过程相对容易，以低价格提供检测器是期望的。此外，因 为非单晶薄膜半导体例如非晶硅可以具有不大于imm厚度的薄片玻
璃的形式制备，检测器具有非常薄的轮廓。
这种X射线照相装置包括具有以矩阵图案排列在那里的多个转 换元件的转换电路，其中每个转换元件被配置以将X射线转换成电 信号，以及配置以从转换电路中读出电信号的读出电路。


图10说明已知转换装置的二维电路结构。转换装置包括光电转 换电路单元701和读出电路702。光电转换电路单元701包括用作转 换元件的光电转换元件Sl-l~S3-3 ，开关元件(薄膜晶体管 (TFT) ) Tl-l~T3-3，配置以导通关闭TFT的门布线G1 G3，信 号布线M1 M3，以及由电源Vs偏压并且配置以将累积偏压施加到 光电转换元件的每个上的布线Vs。而且，转换装置包括配置以将驱 动脉冲电压施加到门布线G1 G3的每个上的移位寄存器SR1。导通 关闭TFT的电压Vg从外部提供。
读出电路702放大转换电路单元中信号布线M1 M3的并行信号 的输出，将它们转换成串行信号，并且输出串行信号。读出电路702 包括配置以复位信号布线M1 M3的开关RES1 RES3，配置以放大 信号布线M1 M3的信号的放大器A1 A3，配置以临时存储由放大器 A1 A3放大的信号的抽样保持电容器CL1 CL3，配置以执行抽样保 持的开关Snl Sn3，緩冲放大器B1 B3，配置以将并行信号转换成 串行信号的开关Srl Sr3,配置以施加脉冲到开关Srl Sr3上以便实 现串行转换的移位寄存器SR2，以及配置以输出串行信号的緩冲放大器104。
现在将描述图10中所示转换装置的操作。图ll是说明常规转换 装置的操作的时序图。
将描述转换时期(例如X射线照射时期)。在所有TFT的关闭 状态中，当光源(例如X射线源)以脉动方式导通时，使用波长转 换器(没有显示)，辐射转换成具有允许光电转换元件对光敏感的波 长范围内波长的光。光照射光电转换元件的每个，并且与光通量相对 应的信号电荷在各自的元件电容器中累积。如果转换元件对特定辐射 源(例如X射线)敏感，波长转换器可以去除，并且与辐射源的剂 量相对应的信号电荷可以由转换元件累积。甚至在关闭光源之后，经 历光电转换的信号电荷保持在元件电容器中。
将描述读出时期。读出操作以从第一行中的光电转换元件Sl-l-Sl-3，第二行中的S2-l S2-3，以及第三行中的S3-l S3-3的次序 顺序地执行。首先，为了读出第一行中的光电转换元件Sl-l~Sl-3， 移位寄存器SR1将门脉冲施加在开关元件(TFT) Tl-l Tl-3的门布 线G1上。使用该操作，开关元件Tl-l Tl-3导通，并且在光电转换 元件Sl-l Sl-3中累积的信号电荷传送到信号布线M1 M3。因为信 号布线M1 M3具有增加到那里的读出电容器CM1 CM3，信号电荷 经由相应TFT传送到读出电容器CM1 CM3。例如，增加到信号布 线Ml的读出电容器CM1具有等于连接到信号布线Ml的TFT Tl-1 T3-1的栅和源电极之间电容(Cgs)总和(对应于三个电容)的电 容。传送到信号布线M1 M3的信号电荷分别由放大器A1 A3放 大。当关闭SMPL信号时，放大的信号传送到并保持在电容器 CL1 CL3中。
随后，当移位寄存器SR2以该次序施加脉冲在开关Srl， Sr2和 Sr3上时，保持在电容器CL1 CL3中的信号以从电容器CL1 ， CL2， CL3的次序从緩沖放大器104输出。因为緩冲放大器Bl， B2，和B3的模拟信号输出从緩冲放大器104输出，移位寄存器SR2 以及开关Srl Sr3共同地称作模拟多路复用器。结果，与一行对应的光电转换元件Sl-l, Sl-2和Sl-3的光电转换信号顺序地从多路复用 器输出。第二行中的光电转换元件S2-l S2-3以及第三行中的S3-l~S3-3的读出操作类似地执行。当读出电容器CM1 CM3的信号使用第一行的SMPL信号抽样 保持在电容器CL1 CL3中时，读出电容器CM1 CM3使用CRES 以GND电势复位，然后门布线G2的门脉沖,皮施加。换句话说，在 第一行中的信号使用移位寄存器SR2串行转换期间，第二行中的光 电转换元件S2-l S2-3的信号电荷由移位寄存器SR1同时传送。使用上述操作，第一至第三行中所有光电转换元件的信号电荷可 以输出。在光电转换电路的前述操作中，X射线图像可以读出，但 是，实际读出的图像包括在光电转换电路和读出电路中产生的偏移。偏移主要因下面两个因素而产生(A)转换元件的每个的暗电 流，以及(B)读出电路的放大器(例如A1 A3)的每个的补偿电 压。因为X射线照射的图像包括偏移分量，偏移分量可以去除。该 去除操作称作偏移校正。在捕获静止图像的情况下，偏移校正被执行使得单张X射线照 射的图像首先捕获，然后，没有X射线照射在其上的单张偏移图像 被捕获，并且偏移图像从X射线图像中去除。偏移成像以与X射线 照相(即X射线成像)相同的方法进行，除了代替多个X射线图 像，图像中一个因没有X射线的照射。换句话说，所有像素的偏移 分量必须读出以获得单张的偏移。前述技术在美国专利6333963号中 公开。在捕获活动图像的情况下，提出下面两种方法。根据一种方法 (连续成像法)， 一张没有X射线照射的偏移图像首先捕获，然后 X射线捕获连续地执行，并且X射线图像用先前捕获的偏移图像校正。根据另一种方法(间歇成像法)，x射线图像和偏移图像交替地捕获，并且X射线图像通过基于其捕获操作从其中去除偏移图像来校正。前者给出高帧率，因为仅单张偏移图像被捕获，此后，允许x射线图像连续地捕获。但是，后者方法具有低帧率(高帧率的一半)，因为x射线图像和偏移图像交替地捕获。不幸地，捕获活动图像的情况当前具有偏移随时间波动的另外特征。该波动在日本专利^^开2002-301053号中讨论。这里，将描述该 特征。根据前述专利文献的描述，当捕获活动图像时，特别是当捕获 荧光图像时，偏移对每个图像捕获操作而变化，引起图像质量的退 化。前述专利文献讨论了间歇成像法作为相对于偏移波动的对策的使 用，其中X射线成像和偏移成像操作交替地执行以便更新偏移图 像。图12A 12D说明在前述专利文献中讨论的控制方法的时序图， 其中时间轴水平延伸。下面将简要地描述控制方法的内容。首先，对 于"FPD收集"(也就是X射线图像数据的收集)，X射线照射对象 并且在X射线图像中捕获。对于"校准数据的收集"(也就是偏移成 像)，偏移数据被捕获，增加到先前收集的偏移数据(没有显示)， 总和的偏移数据取平均，并且平均的偏移数据更新为新的偏移数据。 然后，使用重复的"FPD收集"，X射线照射对象的图像被捕获并且 经历由更新的偏移数据的偏移校正。如上所述，通过交替地执行 "FPD收集"和"校准数据的收集"，偏移数据根据需要更新以便抑制 偏移的波动。虽然如上所述抑制偏移的波动，间歇成像法具有低帧率。 作为增加帧率的一种方法，提出像素添加法。图13A和13B是 说明像素添加法的内容的时序图，其中图13A说明图10中所示的三 个门布线G1 G3增加到六个布线G1 G6的普通成〗象方法，而13B 说明像素添加的实例操作。像素添加指同时读出多行中信号的方法。 在图13B中，两个门布线同时导通，并且与两行对应的信号同时输 出。使用该方法，读出时间减少一半且帧率加倍。但是，同时输出与 两行对应的信号使得单个像素的面积加倍，导致减小的分辨率。虽然 在图13A和13B所示的实例中像素添加通过同时导通两个门线来执 ;f亍，帧率可以通过增加导通的门线数目到三个或四个而变成三倍或四倍。如上所述，连续成像法具有图像质量的退化，虽然具有高帧率， 而间歇成像法具有低帧率，虽然抑制偏移的波动。特别地，当非单晶 半导体，例如非晶硅，在开关元件中使用时，帧率显著减小，因为开 关元件的转接时间长。另外，像素添加法具有低分辨率，虽然具有高 帧率。发明内容至少 一种实例实施方案针对适合用于诊断使用(例如医疗诊断、 工业无损检查)中的射线照相装置，及其控制方法。另外，至少一种实例实施方案可以在使用辐射的射线照相中使用，包括电磁波例如X 射线和Y射线，除a射线和p射线之外。至少一种实例实施方案针对具有高帧率，抑制偏移的波动，并且 防止分辨率减小的射线照相装置，及其控制方法。根据至少一种实例实施方案，射线照相装置包括转换电路单元， 包括以行列图案排列并且配置以将辐射转换成电信号的多个转换元 件；驱动电路，配置以控制和/或驱动转换电路单元；读出电路，配 置以读出从转换电路单元输出的电信号；以及信号处理单元，配置以 处理从读出电路输出的电信号。在射线照相装置中，在对象图像读出 操作中，转换电路单元可以基于照射的辐射检测对象图像，并且驱动 电路可以驱动转换电路单元以便允许读出电路基于对象图像读出信 号。在偏移数据读出操作中，转换电路单元可以在辐射没有照射的时 期中检测偏移数据，并且读出电路可以基于偏移数据读出信号。而 且，当对象图像和偏移数据读出操作中同时由驱动电路驱动的行数分 别由n (不小于1或更大)和m表示时，驱动电路可以控制转换电 路单元以便满足表达式n<m。根据至少另一种实例实施方案，射线照相系统包括配置以发射照 射辐射的辐射源；转换电路单元，具有以行列图案排列并且配置以将 辐射转换成电信号的多个转换元件；驱动电路，配置以控制和/或驱 动转换电路单元；读出电路，配置以读出从转换电路单元输出的电信9号；信号处理单元，配置以处理从读出电路输出的电信号；控制单 元，配置以控制驱动电路，转换电路单元，读出电路，以及信号处理 单元。在射线照相系统中，在对象图像读出操作中，转换电路单元可 以基于照射的辐射检测对象图像，并且驱动电路可以驱动转换电路单 元以便允许读出电路基于对象图像读出信号。在偏移数据读出操作 中，转换电路单元可以在辐射没有照射的时期中检测偏移数据，并且 读出电路可以基于偏移数据读出信号。而且，当对象图像和偏移数据 读出操作中同时由驱动电路驱动的行数分别由n (等于1或更大)和 m表示时，驱动电路控制驱动电路单元、转换电路单元和读出电路 以便满足表达式n<m。根据至少另 一 种实例实施方案，射线照相系统的控制方法包括对 象图像读出操作，其中转换电路单元可以基于照射的辐射检测对象图 像，并且驱动电路驱动转换电路单元以便允许读出电路基于对象图像 读出信号，以及偏移数据读出操作，其中转换电路单元在辐射没有照 射的时期中检测偏移数据。读出电路可以基于偏移数据读出信号。当(等于l或更大)和m表示时，表达式iKm满足。根据至少 一种实例实施方案，提供指示计算机执行射线照相系统 的控制的程序。根据该程序的指令，计算机指示射线照相装置以执行 对象图像读出操作，其中转换电路单元基于照射的辐射检测对象图 像，并且驱动电路驱动转换电路单元以便允许读出电路基于对象图像 读出信号，以及偏移数据读出操作，其中转换电路单元在辐射没有照 射的时期中检测偏移数据，并且读出电路基于偏移数据读出信号。当 对象图像和偏移数据读出操作中同时由驱动电路驱动的行数分别由n (等于1或更大)和m表示时，计算机指示射线照相装置执行读出 操作以便满足表达式n<m。根据至少一种实例实施方案，在已知连续成像法中发生的偏移的 波动可以使用增加的帧率来抑制，同时减少分辨率减小的可能性。 本发明的另外特征将参考附加附图从下面实例实施方案的描述中变得显然。附图j兌明图l是根据第一实例实施方案的射线照相装置的框图。图2A说明根据第一实例实施方案的射线照相装置的二维电路结构。图2B是射线照相装置的读出电路内部结构的电路图。图3是说明用于驱动光电转换电路和读出电路的方法的时序图。图4说明累积时间的变化。图5说明累积时间方法的校正。图6是说明根据第一实例实施方案的射线照相装置的控制方法的 流程图。图7是说明根据第二实例实施方案的射线照相装置的操作的时序图。图8是说明根据第三实例实施方案的射线照相装置的操作的时序图。图9是根据另一种实例实施方案的X射线照相系统的结构的图示。图IO说明常规转换装置的二维电路结构。图ll是说明常规转换装置的操作的时序图。图12A-12D是说明常规转换装置的控制方法的时序图。图13A和13B展示说明像素添加法的时序图。
具体实施方式
实例实施方案的下面描述实际上仅是说明性的，决不打算限制本 发明、其应用或使用。本领域技术人员已知的处理、技术、装置和材料可能不详细地讨 论，而是打算在适当的时候作为开始描述的一部分。例如，信号处 理、读出、显示和其它的某种电路系统可能不详细地讨论。但是，相在适当
的时候作为这里开始公开的一部分。
注意，类似的参考数字和字母在下面的图中指类似的物品，因此一旦物品在一个图中定义，它可能不对下面的图而讨论。
将参考附加附图具体地描述实例实施方案。
第一实例实施方案
将描述第一实例实施方案。图l是根据第一实例实施方案的射线
照相装置的框图。图2A说明根据第一实例实施方案的射线照相装置的二维电路结构，其中36 (=6x6)像素为了简单解释而说明，但是实际的实例实施方案并不局限于特定的像素数目。
在第一实例实施方案中，光电转换元件用作转换元件(例如由非晶硅薄膜半导体组成)使得可见光被捕获并转换成电信号。而且，关于控制模式，活动图像和静止图像模式可以选择性地设置。实例实施方案也可以包括将辐射转换成可见光的方法(例如将X射线转换成可见光的磷)。虽然X射线照相装置将在本实例实施方案中描述，本发明并不局限于X射线，a射线，p射线，Y射线以及其它类型的辐射(电磁和颗粒)包括在辐射种类中。
如图1中所示，射线照相装置100包括转换电路101，驱动电路102 (例如移位寄存器)，读出电路107，和信号处理电路108。转换电路101将参考图2A随后详细描述。信号处理电路108包括配置以存储图像数据的图像数据存储器109，配置以存储偏移数据的偏移数据存储器110，适合于基于来自偏移数据存储器110的数据产生与单个像素相对应的偏移数据的偏移数据产生单元111，以及适合于从图像数据存储器109的输出中减去偏移数据产生单元111的输出的计算单元112。 X射线产生器120包括X射线管121和X射线孔径123。X射线管121由受成像控制单元214 (图9)控制的高压产生器124驱动并且发射X射线束(没有显示)。X射线孔径123由成像控制单元114驱动，并且根据成像区域的变化，定形X射线束以便减少X射线的不必要照射。成像控制单元114驱动用作辐射源的X射线产生器120和射线照相装置100，基于其指示，获取对象的射线照相图像数据。获取的对象的射线照相图像数据存储在图像数据存储器109中。另外，在不驱动X射线产生器120的状态中，射线照相装置100由成像控制单元114驱动并获取偏移数据。获取的偏移数据存储在偏移数据存储器110中，并且与单个像素相对应的偏移数据由配置以基于来自偏移数据存储器110的数据而产生数据的偏移数据产生单元111产生。在射线照相图像数据和与单个像素相对应的产生数据上施加减法处理实现偏移校正，使得偏移校正后的射线照相图像数据可以获得。在本实例实施方案中，偏移数据在偏移数据存储器110中获取，然后与单个像素相对应的偏移数据在偏移数据产生单元111中产生。但是，实例实施方案并不局限于该配置。例如，对于另一种可能的配置，与单个像素相对应的偏移数据首先基于偏移数据产生单元111中获取的偏移数据而产生，并且产生的与单个像素相对应的偏移数据存储在偏移数据存储器110中。而且，配置以存储根据本实例实施方案由偏移数据产生单元111产生的与单个像素相对应的偏移数据的存储器(没有显示)可以另外提供。
图2A说明根据第一实例实施方案的射线照相装置的二维电路结构。如图中所示，光电转换元件Sl-l S6-6以矩阵图案排列，每个用作转换元件，开关元件(TFT) Tl-l T6-6，配置以导通关闭TFT的门布线G1 G6，以及信号布线M1 M6构成电路。每个光电转换元件(例如S6-l)由彼此并联的光电二极管(例如101a)和电容器(例如101b)表示，并且具有施加在其中的反偏压。换句话说，光电二极管的阴极侧施加正向偏压。虽然偏压布线典型地是公共布线，为了简单性，这些显示为各自的布线。
作为光电转换的结果由光电转换元件产生的电荷在各自的电容器中累积。在本实例实施方案中，光电转换元件Sl-l~S6-6，开关元件Tl-l T6-6，门布线G1 G6，信号布线M1 M6，以及线路Vs共同地称作转换电路(也称作辐射检测电路)101。移位寄存器102在门布线G1 G6上施加脉冲以便控制光电转换元件Sl-l~S6-6的驱动。读出电路107放大转换电路101中信号布线M1 M6的并行信号的输出，将它们转换成串行信号并且输出串行信号。信号处理电路108处理从读出电路107输出的电信号。
光电转换元件的每个在其辐射入射侧上包括波长转换器，其配置以将辐射转换成具有允许光电转换元件对光敏感的波长范围内波长的光。波长转换器由母质(例如选自Gd203， Gd202S和Csl)组成。光电转换元件可以由各种材料组成(例如由非晶硅组成)。而且，光电转换元件可以包括配置以吸收没有通过波长转换器的辐射并且直接将它们转换成电信号的元件。该元件可以由各种材料组成(例如，由选自非晶硒，砷化镓，碘化汞，以及碘化铅的材料组成)。虽然与36 (=6x6)相对应的光电转换元件如上所述作为实例在这里说明，为了容易说明，更大或更小数目的光电转换元件可以在任何实例实施方案中使用。另外，任何结构可以使用(例如非平面，非矩阵)。
图2B是说明图2A中所示读出电路107的内部结构的电路图。如图2B中所示，读出电路107包括配置以复位信号布线M1 M6的开关RES1 RES6，配置以;改大信号布线M1 M6的信号的放大器A1 A6，配置以临时存储由放大器A1 A6放大的信号的抽样保持电容器CL1 CL6，配置以抽样保持信号的开关Snl Sn6,緩冲放大器B1 B6，配置以将并行信号转换成串行信号的开关Srl Sr6，配置以在开关Srl Sr6上施加脉沖用于实现串行转换的移位寄存器103，以及配置以输出串行转换后的信号的緩冲放大器104。
将描述具有上述结构的X射线照相装置的操作。图3是说明驱动转换电路101和读出电路107的方法的时序图。
将描述转换时期XI (例如X射线照射时期)。在所有TFT的关闭状态中，当光源(例如X射线源)以脉动方式导通时，使用波长转换器(没有显示)，辐射转换成具有允许光电转换元件对光敏感的波长范围内波长的光。光照射在光电转换元件的每个上，并且与光通量相对应的信号电荷在各自的元件电容器(例如101b)中累积。
14如果转换元件对X射线敏感，波长转换器可以去除，并且与x射线
的剂量相对应的信号电荷由转换元件累积。甚至在关闭光源之后，经历光电转换的信号电荷保持在元件电容器中。
将描述读出时期X2。读出操作以从第一行中的光电转换元件Sl-l Sl-6，第二行中的光电转换元件S2-l S2-6，第三行中的光电转换元件S3-l~S3-6，依此类推直到第六行中的那些的次序顺序地执行。首先，为了读出第一行中的光电转换元件Sl-l Sl-6，门脉冲从移位寄存器SR1施加在开关元件(TFT) Tl-l Tl-6的门布线Gl上。使用该操作，开关元件Tl-l Tl-6导通，并且在光电转换元件Sl-l Sl-6中累积的信号电荷分别传送到信号布线M1 M6。因为信号布线M1 M6具有增加到那里的读出电容器CM1 CM6，信号电荷经由相应TFT传送到读出电容器CM1 CM6。例如，增加到信号布线Ml的读出电容器CM1具有等于连接到信号布线Ml的TFT Tl-1 T6-1的栅和源电极之间电容(Cgs)总和(对应于六个电容)的电容。传送到信号布线M1 M6的信号电荷由放大器A1 A6 (图2B)放大。当关闭SMPL信号时，放大的信号传送到并保持在电容器CL1 CL6 (图2B )中。
然后，通过以该次序将脉冲从移位寄存器103施加在开关Srl，Sr2， Sr3， Sr4， Sr5和Sr6上，保持在电容器CL1， CL2, CL3,CL4， CL5和CL6中的信号以该次序从緩冲放大器104输出。因为模拟信号从放大器104顺序地输出，移位寄存器103以及开关Srl Sr6共同地称作模拟多路复用器。结果，第一行中的光电转换元件Sl-l Sl-6的光电转换信号由模拟多路复用器顺序地输出。读出第二行中的光电转换元件S2-l S2-6和第三行中的S3-l S3-6，以及第四至第六行中那些的光电转换信号的操作类似地执行。
当信号布线M1 M6的信号由第一行的SMPL信号抽样保持在抽样保持电容器CL1 CL6中时，信号布线M1 M6由CRES信号以GND电势复位，此后，可以接受其上门布线G2的门脉冲的施加。换句话说，在串行转换第 一行的信号的模拟多路复用器的操作期间，第二行中光电转换元件S2-l S2-6的信号电荷可以同时传送。
虽然X射线图像可以通过上述读出操作而读出，不经历处理的X射线图像实际上包括如上所述在转换电路和读出电路中产生的偏移。因此，为了去除偏移分量，需要偏移成像。
将描述偏移读出时期X3。在偏移读出时期期间，偏移读出操作执行而不照射X射线。偏移读出时期X3仅在施加门脉冲的时序方面不同于读出时期X2 (例如X射线读出时期)。尤其，在X射线读出时期期间，开关元件(TFT)以从门布线Gl到门布线G6的次序顺序地导通关闭。然而，在偏移读出时期期间，执行像素添加，使得与两4亍对应的开关元件，例如门布线Gl和G2， G3和G4，或G5和G6的组合，同时导通关闭。
虽然，在已知的间歇成像法中，偏移读出操作与X射线照射之后执行的读出操作相同，以便缩短偏移读出时期X3，与两行对应的开关元件(TFT)同时导通。通过同时导通两行，偏移读出时期X3变成读出时期X2 (例如X射线读出时期)的一半。结果，根据本实例实施方案，"X射线读出时期+偏移读出时期"的组合所需的时间缩短，降至通过将因子0.75乘以先前所需时间而获得的时间，因此，帧率增加大约1.3倍。换句话说，假设根据已知间歇成像法读出操作的每个所需的时间为1， 一方面各个读出操作所需的总时间由"X射线读出时间+偏移读出时间"(=1+1=2)给出，另一方面根据第一实例实施方案各个读出操作所需的总时间由"X射线读出时间+偏移读出时间"(1+0.5=1.5)给出，导致缩短0.75(1.5/2)倍的较短时间并且提高帧率大约1.3(2/1.5)倍。
如果同时读出的行数增加到例如三或四，偏移读出时期可以变得更短。因此，偏移读出操作的像素添加的数目越大，由间歇成像法实现的帧率可以变得越接近连续成像法实现的帧率。
在第一实例实施方案中，使用交替执行X射线成像和偏移成像操作的间歇成像法，偏移的波动被抑制或减小。
因为执行像素添加，在至少一种实例实施方案中，在偏移成像操
16作期间，x射线信息不经历像素添加，从而防止分辨率的减小。
同时，当与两行对应的偏移图像的信息同时读出时，与两个像素 相对应的信息输出，因此需要校正成与单个像素相对应的信息。当像
素添加仅对偏移读出执行时，传感器的累积时间变化。图4说明累积 时间的变化。累积时间指从TFT的导通到关闭的时间。因为传感器 的暗电流在传感器中累积，TFT的导通到关闭的较长时间导致因累 积的暗电流的偏移的较高输出。因此，为了仅对偏移读出执行像素添 加，需要两种校正将与两个像素相对应的输出校正成与单个像素相 对应的输出的一种，以及校正累积时间的另一种。
现在参考图1， 4和5，将描述前述校正/减小方法。在图4中， 门脉沖由G1 G6表示，并且从每个门脉冲的导通到关闭的时间表示 累积时间。当像素添加不存在的情况下累积时间由A表示时，在X 射线读出时期期间，随着行前进，相应行的累积时间变长，例如笫一 行(Gl)和第二行(G2)的累积时间分别为3/6xA和4/6xA。在偏 移读出时期期间，随着行前进，相应行的累积时间变短，与在X射 线读出时期期间相反，例如，第一行(Gl)和第二行(G2)在读出 时期(例如X射线读出时期)期间的累积时间分别为6/6xA和 5/6xA。
图5是说明图4中所示累积时间的图像，其中信号布线M1 M6 在水平方向上显示，而门布线G1 G6在垂直方向上显示。在普通偏 移校正中，为了去除偏移分量，"从X射线图像中减去偏移图像"的 计算被执行。然而，在第一实例实施方案中，因为X射线图像和偏 移图像的累积时间彼此不同，需要预先校正偏移图像。
如图5中所示，第一和第二行Gl和G2中X射线图像5a的累 积时间分别为3/6xA和4/6xA，并且第一和第二行Gl和G2中偏移 图像5c的累积时间分别为6/6xA和5/6xA。另外，因为偏移图像经 历像素添加，第一和第二行Gl和G2中的信号同时输出，导致总的 累积时间11/6xA(参考图5d)。因此，在校正第一行Gl的情况 下，偏移图像的累积时间可以校正以便与X射线图像的一致。在第一实例实施方案中，因为X射线图像和偏移图像的累积时间分别为 3/6xA和11/6xA，通过将偏移图像的累积时间乘以3/11的因子，偏 移图像的累积时间被校正以便与X射线图像的 一 致
(3/6A=ll/6Ax3/ll)。如上所述用于校正累积时间的累积时间校正 表(参看5b)在偏移数据产生单元111中准备。每当捕获偏移图像 时，累积时间被校正，此后，偏移校正在计算单元112中执行。
图6是说明根据第一实例实施方案的射线照相装置的控制方法的 流程图。当设置图像捕获条件时，当捕获偏移图像时添加像素的数目 与输入照射条件同时输入(步骤S101)。然后，基于添加像素的输 入数目，累积时间校正表(例如5b)基于如图5中所示前述计算而 准备(步骤S102)。随后，实际活动图像被捕获(步骤S103)，使 得X射线图像被捕获(步骤S104)，此后，偏移图像被捕获(步骤 S105)。然后，累积时间校正在偏移图像上施加(步骤S106)。随 后，通过"从X射线图像中减去偏移图像"的计算，偏移校正被执行
(步骤S107)。该循环重复直到捕获活动图像完成(步骤S108)。 第二实例实施方案
将描述第二实例实施方案。第二实例实施方案可以具有与第一实 例实施方案相同的电路结构。图7是说明根据第二实例实施方案的射 线照相装置的操作时序的时序图。
虽然，在第一实例实施方案，偏移读出的像素添加的像素数目设 置为二 (也就是两像素添加被设置)，三像素添加在第二实例实施方 案中设置。对于三像素添加，相对于在像素添加不存在的情况下实现 的相应值，偏移成像时间减少1/3倍，并且帧率增加1.5倍。通过增 加添加〗象素的数目，例如通过i殳置四〗象素添加或五^f象素添加，帧率增 加。因此，添加像素的数目可以响应必需的帧率而确定。
第三实例实施方案
将描述第三实例实施方案。第三实例实施方案的电路结构可以与 第一实例实施方案，以及第二实例实施方案的相同。图8是说明根据 笫三实例实施方案的射线照相装置的操作的时序图。如图8中所示，在第三实例实施方案中，两像素添加在X射线 成像时执行而三像素添加在偏移成像时执行。因此，帧率相对于在像 素添加不存在的情况下实现的值增加2.4倍。但是，在第三实例实施 方案中，分辨率稍微减小，因为像素添加在X射线成像时执行。
第四实例实施方案
将描述第四实例实施方案。第四实例实施方案的电路结构可以与 第一实例实施方案，以及第一实例实施方案的相同。在第四实例实施 方案中，在第一实例实施方案中执行的累积时间校正被省略。
在低帧率的情况下，因为累积时间的差异大，例如，在从几十毫 秒(ms)到几百ms的近似范围内，累积时间校正/减小可以执行。 在高帧率的情况下，因为累积时间的差异小，例如大约几ms，累积 时间校正的甚至省略不会不利地影响图像。
实例应用
将描述实现第一至第四实例实施方案的每个中的X射线照相方 法的X射线照相系统。图9是根据另一种实例实施方案的X射线照 相系统的结构的示意图。如图9中所示，X射线照相系统可以包括X 射线室或系统201， X射线控制室或系统202，以及诊断室或系统 203。注意在至少一种实例实施方案中，所有系统(201-203)在同一 个室中并且可以由同一个计算机操作。因此，虽然下面的实例实施方 案可能讨论在单独室中发生的操作，这种讨论仅是说明性的，因此操 作可以在一个室中，远程地，和/或使用同一个计算机系统而发生。 整个X射线照相系统的操作可以在系统控制单元210 (例如装配在X 射线控制室202中)的控制下。
实例操作员接口 211 (例如在X射线控制室202中)可以包括许 多接口 (例如显示器上的触摸板，鼠标，键盘，铁笔和脚踏开关)。 使用操作员接口 211，成像条件(静止图像，活动图像，管电压，管 电流，和辐射时间等)，成像时序，图像处理条件，测试对象ID， 处理捕获图像的方法等可以被设置。但是，因为这些信息中大部分从 辐射信息系统(没有显示)传送，不需要单独地输入它们。操作员可以检查捕获的图像。也就是，操作员可以确定成像角度是否是适当 的，病人是否不需要移动，以及图像处理是否是适当的。
系统控制单元210依赖于来自操作员205或辐射信息系统(没有 显示)的指示而给出成像条件的指示到负责X射线照相序列的成像 控制单元214，并且开始数据获取操作。基于该指示，成像控制单元 214通过驱动用作辐射源的X射线产生器120，图像捕获床130，以 及X射线照相装置(例如平板检测器)140来获取图像数据，并且将 图像数据传送到图像处理单元10。此后，系统控制单元210在图像 数据上应用由操作员205指定的图像处理，将图像数据显示在显示器 160上，并且将经历基本图像处理，包括偏移校正/减小和白噪声校正 /减小的原始数据存储在外存储器161中。另外，基于操作员205的 指示，系统控制单元210执行重复的图像处理操作，回放显示操作， 图像数据到网络上的装置中的传送和存储操作，显示器显示操作，胶 片上的打印操作等。
当沿着信号流时，X射线照相系统的描述将顺序地增强。X射线 产生器120包括X射线管121和X射线孔径123。 X射线管121由 受成像控制单元214控制的高压产生器124驱动并且发射X射线束 125。 X射线孔径123由成像控制单元214驱动，并且根据成像区域 的变化，定形X射线束125以防止X射线的不必要照射。X射线束 125指向躺在透明X射线图像捕获床130上的测试对象126。图像捕 获床130根据成像控制单元214的指示驱动。X射线束125穿过测试 对象126以及图像捕获床130并且照射X射线照相装置140。
X射线照相装置140包括栅格141,波长转换器142，转换电路 单元8， X射线剂量监控器144，以及驱动电路145。栅格141减小 因穿过测试对象126而产生的X射线散射的影响。栅格141由辐射 吸收材料(例如X射线低吸收和高吸收元件)组成并且可以具有条 形结构(例如由Al和Pb组成的条形结构)。当(例如由X射线) 照射时，根据成像控制单元214的指示，栅格141振动以防止因转换 电路单元8与栅格141之间栅格比值的关系而引起的莫尔条紋的产生。
波长转换器142，光电转换元件阵列(转换电路单元8)，以及 驱动电路145被提供以便用作数字X射线照相装置的组件。波长转 换器142可以具有退出物质(例如磷)，其可以与X射线相互作用 (例如经由重新组合)以发射荧光，提供可见范围内的成像。退出物 质可以是可以发射荧光的任何类型(例如CaW04， Cd\V04， CsI:Tl 或Zns:Ag的化合物，或相关领域技术人员已知在物质中激活以发射 荧光的发光材料)。波长转换器142可以具有与其相邻的转换电路单 元8。转换电路单元8将光子转换成电信号。X射线剂量监控器144 监控发射X射线的量。X射线剂量监控器144可以是在感光器的帮 助下直接检测X射线的类型，或者是检测从波长转换器142发出的 光的另一种类型。
在本实例实施方案中，传送通过转换电路单元8的可见光(其量 与X射线剂量成比例)由沉积在光电转换电路单元8背面上的非晶 硅感光器检测，并且检测的光的信息传送到成l象控制单元214。基于 该信息，成像控制单元214驱动高压产生器124以便关闭或调节X 射线的照射。驱动电路145包括读出电路单元和A/D转换器。驱动 电路145在成像控制单元214的控制下驱动转换电路单元8，从每个 像素读出模拟信号，并且将读出的模拟信号转换成数字信号。
来自X射线照相装置140的图像信号从X射线室/系统201传送 到位于X射线控制室/系统202中的图像处理单元10。在该传送的时 候，X射线室201中的噪声级别有时因X射线的产生而高。因此， 噪声有时可能防止图像数据的精确传送。作为针对该问题的对策，传 送路径可以被安排以便具有增加的隔音性质。例如，包括误差校正功 能的传送系统或者由差动驱动器制成的双绞屏蔽线对组成的传送路径 或者由光纤制成的传送路径可以提供。图像处理单元10根据成像控 制单元214的指示在显示数据上变化。另外，图〗象处理单元10可以 被配置以校正或减小图像数据中的误差(偏移校正/减小和白噪声校 正/减小)，执行空间滤波，实时地执行递归处理，执行灰度级处理，执行散射(辐射)校正，和各种空间频率处理。
由图像处理单元10处理的图像经由显示适配器151显示在显示 器160上。而且，与实时图像处理一起，仅其数据被校正或误差减少 的基本图像存储在外存储器161中。外存储器161可以是具有大容 量、高速度和高可靠性特征的数据存储器(例如独立磁盘冗余阵列 (RAID)的硬盘阵列)。存储在外存储器161中的图像数据可以根 据操作员205的指示存储在外存储器162中。在那个时候，图像数据 被重构以满足预先确定的标准(例如IS&C)，然后存储在外存储器 162 (例如磁光盘)中。作为选择，代替外存储器162，图像数据可 以存储在位于诊断室/系统203中的文件服务器170中提供并连接到 存储器162 (例如经由LAN板163)的存储器(例如硬盘)中。使 用该方案，在诊断室/系统203中，图像处理终端173便于使得图像 数据经历各种处理并显示在监控器174上。
根据前述实例实施方案的射线照相系统(X射线照相系统)可以 包括X射线照相装置140，成^^控制单元214和图像处理单元10。
在实例实施方案中，用作转换元件的光电转换元件并不特别局限 于具有特定的结构。例如，配置以主要由非晶硅组成，吸收来自将辐 射转换成可见光的波长转换器的可见光，并且将吸收的可见光转换成 电信号的光电转换元件可以使用。作为这种元件，例如，包括掺杂有 受主杂质的P层，用作本征半导体层的I层，以及掺杂有施主杂质的 N层的正-本征-负(PIN)型光电转换元件可用。
另一种实例元件是金属-绝缘体-半导体(MIS)型光电转换元 件，其包括衬底，沉积在衬底上的薄膜金属层，沉积在薄膜金属层上 由防止电子和空穴穿过的非晶氮化硅组成的绝缘层，沉积在绝缘层上 并且由非晶氢化硅组成的光电转换层，沉积在光电转换层上并且防止 空穴注入的N型注入防止层，以及沉积在注入防止层上的导电层。 在MIS型光电转换元件中，导电层可以是透明的或可以沉积在注入 防止层的一部分上。这些光电转换元件的任何一种可以与波长转换器 (例如由Gd202S， Gd203，或Csl制成) 一起4吏用。而且，配置以
22包含非晶硒、砷化镓、碘化铅，或碘化汞，并且吸收照射的辐射并直 接将辐射转换成电信号的转换元件可以使用，或者如相关领域技术人 员已知的可以将辐射转换成电信号的任何类似材料。
读出电路也不特别局限于具有特定的结构。例如，读出电路可以 包括配置以放大从转换电路元件读出的信号的放大器件，配置以累积 由放大器件放大的信号的累积器件，以及配置以串行转换由累积器件 累积的信号的串行转换器件可以使用。
实例实施方案的每个可以通过使计算机执行其程序来实现。而 且，具有记录于其中的这种程序、提供程序到计算机的设备(例如计
算机可读记录介质例如CD-ROM)或者配置以传送这种程序的传送 介质例如因特网看作另一种实例实施方案。另外，上述程序可以看作 另一种实例实施方案。上述程序、记录介质、传送介质和程序产品落 入至少一种实例实施方案的范围内。
虽然本发明已经参考实例实施方案而描述，应当理解本发明并不 局限于公开的实例实施方案。下面权利要求的范围将与最广泛的解释 一致，以包括所有修改、等价结构和功能。
权利要求
1.一种射线照相装置，包括转换电路单元，包括以行列图案排列并且被配置为将辐射转换成电信号的多个转换元件；驱动电路，被配置为控制转换电路单元的驱动，其中，在对象图像读出操作中，转换电路单元基于照射的辐射来检测对象图像，并且驱动电路驱动转换电路单元以便允许转换电路单元输出基于对象图像的信号，以及在偏移数据读出操作中，转换电路单元在没有照射辐射的时期中检测偏移数据，并且驱动电路驱动转换电路单元以便允许转换电路单元输出基于偏移数据的信号，以及其中，当在对象图像读出操作中同时由驱动电路驱动的行数由n表示且在偏移数据读出操作中同时由驱动电路驱动的行数由m表示时，驱动电路控制转换电路单元使得满足表达式n＜m，其中n等于1或更大；以及信号处理单元，被配置为处理从转换电路单元输出的电信号，其中，信号处理电路包括被配置为从所述信号中产生偏移数据的偏移数据产生单元，以及该偏移数据产生单元校正偏移数据，以使得偏移数据的累积时间与对象图像的累积时间一致。
2.根据权利要求1的射线照相装置，其中驱动电路控制转换电 路单元使得，在对象图像读出操作中，来自转换元件的基于对象图像 的信号针对每行而输出，而在偏移数据读出操作中，来自转换元件并出
3.根据权利要求1的射线照相装置，其中驱动电路控制转换电 路元件使得，在对象图像读出操作和偏移数据读出操作时期的期间， 来自转换单元、与多行对应的电信号被同时彼此相加并且被读出，并且在偏移数据读出操作时期的期间电信号被彼此相加的行数大于对象 图像读出操作时期的期间的行数。
4.根据权利要求1的射线照相装置，还包括读出电路，被配 置为读出从转换电路单元输出的电信号。
5.根据权利要求1的射线照相装置，还包括 辐射源，被配置为发射辐射； 控制单元，被配置为控制射线照相装置，其中控制单元控制驱动电路、转换电路单元使得偏移数据读出操 作的时期比对象图像读出操作的时期短。
6. —种射线照相装置的图像处理方法，包括用于执行对象图像读出操作的步骤，其中转换电路单元基于照射 的辐射来检测对象图像，并且驱动电路驱动转换电路单元以便允许转 换电路单元输出基于对象图像的信号，以及用于执行偏移数据读出操作的步骤，其中转换电路单元在不存在 照射辐射的时期中检测偏移数据，并且驱动电路驱动转换电路单元以 便允许转换电路单元输出基于偏移数据的信号，以及其中，当在执行数据读出操作中同时由驱动电路驱动的行数分别由n和m表示时， 满足表达式n<m,其中n等于l或更大；以及用于执行偏移数据校正操作的步骤，其中，被配置为处理从所述 转换电路单元输出的电信号的信号处理单元校正偏移数据，以使得偏 移图像数据的累积时间与对象图像的累积时间一致。
全文摘要
本发明公开了一种射线照相装置，射线照相系统，及其控制方法。本发明的至少一种实例实施方案针对一种被配置为具有偏移读出时期的射线照相装置，其中在偏移读出时期期间，偏移读出操作执行而没有辐射(例如X射线)的照射。偏移读出时期可以在施加门电压的时序方面不同于辐射(例如X射线)读出时期。在偏移读出时期期间，像素添加可以执行，使得与两行或多行对应的开关元件同时导通关闭，从而减少偏移读出时期。
文档编号G01T1/00GK101669826SQ200910170720
公开日2010年3月17日 申请日期2006年2月24日 优先权日2005年2月24日
发明者八木朋之, 竹中克郎, 远藤忠夫, 龟岛登志男 申请人:佳能株式会社