射線照相裝置,射線照相系統,及其控制方法

2023-12-03 20:35:21 1

專利名稱：射線照相裝置,射線照相系統,及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種射線照相裝置。
背景技術：
常規地，存在一種醫療X射線靜止圖像捕獲系統，其中X射線照射病人，並且傳送的X射線圖像在膠片上曝光。膠片在世界範圍內可用，輕且容易搬運，用來顯示和存儲信息，可以製造以便具有較大的面積，並且可以具有高灰度級範圍。但是，膠片需要顯影步驟，長時間的存儲位置，以及檢索的時間和工作。
常規活動圖像捕獲系統包括圖像增強器(在下文，縮寫為I.I.)是主流。I.I.通常高度敏感(例如由於使用光電倍增器)因此從較低的所需曝光劑量的觀點是有利的。但是，I.I.扭曲來自典型連接的光學系統的外圍圖像，具有低對比度，並且尺寸大。使用I.I.，不僅病人的螢光圖像由醫生監控，而且電荷耦合器件(CCD)的模擬輸出被數位化以便記錄、顯示和存儲。但是，因為高灰度級用於醫療診斷，即使當I.I.用於捕獲螢光圖像時，膠片經常用於捕獲靜止圖像。
醫院中數位化X射線圖像的需求近來日益增長。為了滿足該需求，代替膠片，使用具有如下結構的射線照相裝置(也就是平板檢測器(FPD))，即X射線檢測元件具有以二維圖案排列的圖像捕獲元件，並且X射線劑量轉換成電信號。因為這允許X射線圖像由數字信息取代，圖像信息可以立即遠程地傳送。因此，即使位於本地區域的病人可以享受相當於位於城市中心的大學醫院的高級別診斷，同時無膠片操作節省醫院中的膠片存儲空間。如果極好的圖像處理技術可以引入，計算機輔助且沒有醫生診斷的自動診斷是可能的。
近年來，包括圖像捕獲元件的射線照相裝置(平板檢測器)，其中每個圖像捕獲元件由非單晶薄膜半導體例如非晶矽組成並且能夠捕獲靜止圖像，已經商業化。使用製備非單晶薄膜半導體的技術，面積大於40平方釐米、覆蓋人類胸部大小的檢測器已經實現。而且，因為它的製備過程相對容易，以低價格提供檢測器是期望的。此外，因為非單晶薄膜半導體例如非晶矽可以具有不大於1mm厚度的薄片玻璃的形式製備，檢測器具有非常薄的輪廓。
這種X射線照相裝置包括具有以矩陣圖案排列在那裡的多個轉換元件的轉換電路，其中每個轉換元件被配置以將X射線轉換成電信號，以及配置以從轉換電路中讀出電信號的讀出電路。
圖10說明已知轉換裝置的二維電路結構。轉換裝置包括光電轉換電路單元701和讀出電路702。光電轉換電路單元701包括用作轉換元件的光電轉換元件S1-1～S3-3，開關元件(薄膜電晶體(TFT))T1-1～T3-3，配置以導通關閉TFT的門布線G1～G3，信號布線M1～M3，以及由電源Vs偏壓並且配置以將累積偏壓施加到光電轉換元件的每個上的布線Vs。而且，轉換裝置包括配置以將驅動脈衝電壓施加到門布線G1～G3的每個上的移位寄存器SR1。導通關閉TFT的電壓Vg從外部提供。
讀出電路702放大轉換電路單元中信號布線M1～M3的並行信號的輸出，將它們轉換成串行信號，並且輸出串行信號。讀出電路702包括配置以復位信號布線M1～M3的開關RES1～RES3，配置以放大信號布線M1～M3的信號的放大器A1～A3，配置以臨時存儲由放大器A1～A3放大的信號的抽樣保持電容器CL1～CL3，配置以執行抽樣保持的開關Sn1～Sn3，緩衝放大器B1～B3，配置以將並行信號轉換成串行信號的開關Sr1～Sr3，配置以施加脈衝到開關Sr1～Sr3上以便實現串行轉換的移位寄存器SR2，以及配置以輸出串行信號的緩衝放大器104。
現在將描述圖10中所示轉換裝置的操作。圖11是說明常規轉換裝置的操作的時序圖。
將描述轉換時期(例如X射線照射時期)。在所有TFT的關閉狀態中，當光源(例如X射線源)以脈動方式導通時，使用波長轉換器(沒有顯示)，輻射轉換成具有允許光電轉換元件對光敏感的波長範圍內波長的光。光照射光電轉換元件的每個，並且與光通量相對應的信號電荷在各自的元件電容器中累積。如果轉換元件對特定輻射源(例如X射線)敏感，波長轉換器可以去除，並且與輻射源的劑量相對應的信號電荷可以由轉換元件累積。甚至在關閉光源之後，經歷光電轉換的信號電荷保持在元件電容器中。
將描述讀出時期。讀出操作以從第一行中的光電轉換元件S1-1～S1-3，第二行中的S2-1～S2-3，以及第三行中的S3-1～S3-3的次序順序地執行。首先，為了讀出第一行中的光電轉換元件S1-1～S1-3，移位寄存器SR1將門脈衝施加在開關元件(TFT)T1-1～T1-3的門布線G1上。使用該操作，開關元件T1-1～T1-3導通，並且在光電轉換元件S1-1～S1-3中累積的信號電荷傳送到信號布線M1～M3。因為信號布線M1～M3具有增加到那裡的讀出電容器CM1～CM3，信號電荷經由相應TFT傳送到讀出電容器CM1～CM3。例如，增加到信號布線M1的讀出電容器CM1具有等於連接到信號布線M1的TFT T1-1～T3-1的柵和源電極之間電容(Cgs)總和(對應於三個電容)的電容。傳送到信號布線M1～M3的信號電荷分別由放大器A1～A3放大。當關閉SMPL信號時，放大的信號傳送到並保持在電容器CL1～CL3中。
隨後，當移位寄存器SR2以該次序施加脈衝在開關Sr1，Sr2和Sr3上時，保持在電容器CL1～CL3中的信號以從電容器CL1，CL2，CL3的次序從緩衝放大器104輸出。因為緩衝放大器B1，B2，和B3的模擬信號輸出從緩衝放大器104輸出，移位寄存器SR2以及開關Sr1～Sr3共同地稱作模擬多路復用器。結果，與一行對應的光電轉換元件S1-1，S1-2和S1-3的光電轉換信號順序地從多路復用器輸出。第二行中的光電轉換元件S2-1～S2-3以及第三行中的S3-1～S3-3的讀出操作類似地執行。
當讀出電容器CM1～CM3的信號使用第一行的SMPL信號抽樣保持在電容器CL1～CL3中時，讀出電容器CM1～CM3使用CRES以GND電勢復位，然後門布線G2的門脈衝被施加。換句話說，在第一行中的信號使用移位寄存器SR2串行轉換期間，第二行中的光電轉換元件S2-1～S2-3的信號電荷由移位寄存器SR1同時傳送。
使用上述操作，第一至第三行中所有光電轉換元件的信號電荷可以輸出。在光電轉換電路的前述操作中，X射線圖像可以讀出，但是，實際讀出的圖像包括在光電轉換電路和讀出電路中產生的偏移。
偏移主要因下面兩個因素而產生(A)轉換元件的每個的暗電流，以及(B)讀出電路的放大器(例如A1～A3)的每個的補償電壓。因為X射線照射的圖像包括偏移分量，偏移分量可以去除。該去除操作稱作偏移校正。
在捕獲靜止圖像的情況下，偏移校正被執行使得單張X射線照射的圖像首先捕獲，然後，沒有X射線照射在其上的單張偏移圖像被捕獲，並且偏移圖像從X射線圖像中去除。偏移成像以與X射線照相(即X射線成像)相同的方法進行，除了代替多個X射線圖像，圖像中一個因沒有X射線的照射。換句話說，所有像素的偏移分量必須讀出以獲得單張的偏移。前述技術在美國專利6333963號中公開。
在捕獲活動圖像的情況下，提出下面兩種方法。根據一種方法(連續成像法)，一張沒有X射線照射的偏移圖像首先捕獲，然後X射線捕獲連續地執行，並且X射線圖像用先前捕獲的偏移圖像校正。根據另一種方法(間歇成像法)，X射線圖像和偏移圖像交替地捕獲，並且X射線圖像通過基於其捕獲操作從其中去除偏移圖像來校正。前者給出高幀率，因為僅單張偏移圖像被捕獲，此後，允許X射線圖像連續地捕獲。但是，後者方法具有低幀率(高幀率的一半)，因為X射線圖像和偏移圖像交替地捕獲。
不幸地，捕獲活動圖像的情況當前具有偏移隨時間波動的另外特徵。該波動在日本專利公開2002-301053號中討論。這裡，將描述該特徵。根據前述專利文獻的描述，當捕獲活動圖像時，特別是當捕獲螢光圖像時，偏移對每個圖像捕獲操作而變化，引起圖像質量的退化。前述專利文獻討論了間歇成像法作為相對於偏移波動的對策的使用，其中X射線成像和偏移成像操作交替地執行以便更新偏移圖像。
圖12A～12D說明在前述專利文獻中討論的控制方法的時序圖，其中時間軸水平延伸。下面將簡要地描述控制方法的內容。首先，對於「FPD收集」(也就是X射線圖像數據的收集)，X射線照射對象並且在X射線圖像中捕獲。對於「校準數據的收集」(也就是偏移成像)，偏移數據被捕獲，增加到先前收集的偏移數據(沒有顯示)，總和的偏移數據取平均，並且平均的偏移數據更新為新的偏移數據。然後，使用重複的「FPD收集」，X射線照射對象的圖像被捕獲並且經歷由更新的偏移數據的偏移校正。如上所述，通過交替地執行「FPD收集」和「校準數據的收集」，偏移數據根據需要更新以便抑制偏移的波動。
雖然如上所述抑制偏移的波動，間歇成像法具有低幀率。
作為增加幀率的一種方法，提出像素添加法。圖13A和13B是說明像素添加法的內容的時序圖，其中圖13A說明圖10中所示的三個門布線G1～G3增加到六個布線G1～G6的普通成像方法，而13B說明像素添加的實例操作。像素添加指同時讀出多行中信號的方法。在圖13B中，兩個門布線同時導通，並且與兩行對應的信號同時輸出。使用該方法，讀出時間減少一半且幀率加倍。但是，同時輸出與兩行對應的信號使得單個像素的面積加倍，導致減小的解析度。雖然在圖13A和13B所示的實例中像素添加通過同時導通兩個門線來執行，幀率可以通過增加導通的門線數目到三個或四個而變成三倍或四倍。
如上所述，連續成像法具有圖像質量的退化，雖然具有高幀率，而間歇成像法具有低幀率，雖然抑制偏移的波動。特別地，當非單晶半導體，例如非晶矽，在開關元件中使用時，幀率顯著減小，因為開關元件的轉接時間長。另外，像素添加法具有低解析度，雖然具有高幀率。

發明內容
至少一種實例實施方案針對適合用於診斷使用(例如醫療診斷、工業無損檢查)中的射線照相裝置，及其控制方法。另外，至少一種實例實施方案可以在使用輻射的射線照相中使用，包括電磁波例如X射線和γ射線，除α射線和β射線之外。
至少一種實例實施方案針對具有高幀率，抑制偏移的波動，並且防止解析度減小的射線照相裝置，及其控制方法。
根據至少一種實例實施方案，射線照相裝置包括轉換電路單元，包括以行列圖案排列並且配置以將輻射轉換成電信號的多個轉換元件；驅動電路，配置以控制和/或驅動轉換電路單元；讀出電路，配置以讀出從轉換電路單元輸出的電信號；以及信號處理單元，配置以處理從讀出電路輸出的電信號。在射線照相裝置中，在對象圖像讀出操作中，轉換電路單元可以基於照射的輻射檢測對象圖像，並且驅動電路可以驅動轉換電路單元以便允許讀出電路基於對象圖像讀出信號。在偏移數據讀出操作中，轉換電路單元可以在輻射沒有照射的時期中檢測偏移數據，並且讀出電路可以基於偏移數據讀出信號。而且，當對象圖像和偏移數據讀出操作中同時由驅動電路驅動的行數分別由n(不小於1或更大)和m表示時，驅動電路可以控制轉換電路單元以便滿足表達式n＜m。
根據至少另一種實例實施方案，射線照相系統包括配置以發射照射輻射的輻射源；轉換電路單元，具有以行列圖案排列並且配置以將輻射轉換成電信號的多個轉換元件；驅動電路，配置以控制和/或驅動轉換電路單元；讀出電路，配置以讀出從轉換電路單元輸出的電信號；信號處理單元，配置以處理從讀出電路輸出的電信號；控制單元，配置以控制驅動電路，轉換電路單元，讀出電路，以及信號處理單元。在射線照相系統中，在對象圖像讀出操作中，轉換電路單元可以基於照射的輻射檢測對象圖像，並且驅動電路可以驅動轉換電路單元以便允許讀出電路基於對象圖像讀出信號。在偏移數據讀出操作中，轉換電路單元可以在輻射沒有照射的時期中檢測偏移數據，並且讀出電路可以基於偏移數據讀出信號。而且，當對象圖像和偏移數據讀出操作中同時由驅動電路驅動的行數分別由n(等於1或更大)和m表示時，驅動電路控制驅動電路單元、轉換電路單元和讀出電路以便滿足表達式n＜m。
根據至少另一種實例實施方案，射線照相系統的控制方法包括對象圖像讀出操作，其中轉換電路單元可以基於照射的輻射檢測對象圖像，並且驅動電路驅動轉換電路單元以便允許讀出電路基於對象圖像讀出信號，以及偏移數據讀出操作，其中轉換電路單元在輻射沒有照射的時期中檢測偏移數據。讀出電路可以基於偏移數據讀出信號。當對象圖像和偏移數據讀出操作中同時由驅動電路驅動的行數分別由n(等於1或更大)和m表示時，表達式n＜m滿足。
根據至少一種實例實施方案，提供指示計算機執行射線照相系統的控制的程序。根據該程序的指令，計算機指示射線照相裝置以執行對象圖像讀出操作，其中轉換電路單元基於照射的輻射檢測對象圖像，並且驅動電路驅動轉換電路單元以便允許讀出電路基於對象圖像讀出信號，以及偏移數據讀出操作，其中轉換電路單元在輻射沒有照射的時期中檢測偏移數據，並且讀出電路基於偏移數據讀出信號。當對象圖像和偏移數據讀出操作中同時由驅動電路驅動的行數分別由n(等於1或更大)和m表示時，計算機指示射線照相裝置執行讀出操作以便滿足表達式n＜m。
根據至少一種實例實施方案，在已知連續成像法中發生的偏移的波動可以使用增加的幀率來抑制，同時減少解析度減小的可能性。
本發明的另外特徵將參考附加附圖從下面實例實施方案的描述中變得顯然。


圖1是根據第一實例實施方案的射線照相裝置的框圖。
圖2A說明根據第一實例實施方案的射線照相裝置的二維電路結構。
圖2B是射線照相裝置的讀出電路內部結構的電路圖。
圖3是說明用於驅動光電轉換電路和讀出電路的方法的時序圖。
圖4說明累積時間的變化。
圖5說明累積時間方法的校正。
圖6是說明根據第一實例實施方案的射線照相裝置的控制方法的流程圖。
圖7是說明根據第二實例實施方案的射線照相裝置的操作的時序圖。
圖8是說明根據第三實例實施方案的射線照相裝置的操作的時序圖。
圖9是根據另一種實例實施方案的X射線照相系統的結構的圖示。
圖10說明常規轉換裝置的二維電路結構。
圖11是說明常規轉換裝置的操作的時序圖。
圖12A-12D是說明常規轉換裝置的控制方法的時序圖。
圖13A和13B展示說明像素添加法的時序圖。
具體實施例方式
實例實施方案的下面描述實際上僅是說明性的，決不打算限制本發明、其應用或使用。
本領域技術人員已知的處理、技術、裝置和材料可能不詳細地討論，而是打算在適當的時候作為開始描述的一部分。例如，信號處理、讀出、顯示和其它的某種電路系統可能不詳細地討論。但是，相關領域技術人員已知的這些系統以及製造這些系統的方法打算在適當的時候作為這裡開始公開的一部分。
注意，類似的參考數字和字母在下面的圖中指類似的物品，因此一旦物品在一個圖中定義，它可能不對下面的圖而討論。
將參考附加附圖具體地描述實例實施方案。
第一實例實施方案將描述第一實例實施方案。圖1是根據第一實例實施方案的射線照相裝置的框圖。圖2A說明根據第一實例實施方案的射線照相裝置的二維電路結構，其中36(＝6×6)像素為了簡單解釋而說明，但是實際的實例實施方案並不局限於特定的像素數目。
在第一實例實施方案中，光電轉換元件用作轉換元件(例如由非晶矽薄膜半導體組成)使得可見光被捕獲並轉換成電信號。而且，關於控制模式，活動圖像和靜止圖像模式可以選擇性地設置。實例實施方案也可以包括將輻射轉換成可見光的方法(例如將X射線轉換成可見光的磷)。雖然X射線照相裝置將在本實例實施方案中描述，本發明並不局限於X射線，α射線，β射線，γ射線以及其它類型的輻射(電磁和顆粒)包括在輻射種類中。
如圖1中所示，射線照相裝置100包括轉換電路101，驅動電路102(例如移位寄存器)，讀出電路107，和信號處理電路108。轉換電路101將參考圖2A隨後詳細描述。信號處理電路108包括配置以存儲圖像數據的圖像數據存儲器109，配置以存儲偏移數據的偏移數據存儲器110，適合於基於來自偏移數據存儲器110的數據產生與單個像素相對應的偏移數據的偏移數據產生單元111，以及適合於從圖像數據存儲器109的輸出中減去偏移數據產生單元111的輸出的計算單元112。X射線產生器120包括X射線管121和X射線孔徑123。X射線管121由受成像控制單元214(圖9)控制的高壓產生器124驅動並且發射X射線束(沒有顯示)。X射線孔徑123由成像控制單元114驅動，並且根據成像區域的變化，定形X射線束以便減少X射線的不必要照射。
成像控制單元114驅動用作輻射源的X射線產生器120和射線照相裝置100，基於其指示，獲取對象的射線照相圖像數據。獲取的對象的射線照相圖像數據存儲在圖像數據存儲器109中。另外，在不驅動X射線產生器120的狀態中，射線照相裝置100由成像控制單元114驅動並獲取偏移數據。獲取的偏移數據存儲在偏移數據存儲器110中，並且與單個像素相對應的偏移數據由配置以基於來自偏移數據存儲器110的數據而產生數據的偏移數據產生單元111產生。在射線照相圖像數據和與單個像素相對應的產生數據上施加減法處理實現偏移校正，使得偏移校正後的射線照相圖像數據可以獲得。在本實例實施方案中，偏移數據在偏移數據存儲器110中獲取，然後與單個像素相對應的偏移數據在偏移數據產生單元111中產生。但是，實例實施方案並不局限於該配置。例如，對於另一種可能的配置，與單個像素相對應的偏移數據首先基於偏移數據產生單元111中獲取的偏移數據而產生，並且產生的與單個像素相對應的偏移數據存儲在偏移數據存儲器110中。而且，配置以存儲根據本實例實施方案由偏移數據產生單元111產生的與單個像素相對應的偏移數據的存儲器(沒有顯示)可以另外提供。
圖2A說明根據第一實例實施方案的射線照相裝置的二維電路結構。如圖中所示，光電轉換元件S1-1～S6-6以矩陣圖案排列，每個用作轉換元件，開關元件(TFT)T1-1～T6-6，配置以導通關閉TFT的門布線G1～G6，以及信號布線M1～M6構成電路。每個光電轉換元件(例如S6-1)由彼此並聯的光電二極體(例如101a)和電容器(例如101b)表示，並且具有施加在其中的反偏壓。換句話說，光電二極體的陰極側施加正向偏壓。雖然偏壓布線典型地是公共布線，為了簡單性，這些顯示為各自的布線。
作為光電轉換的結果由光電轉換元件產生的電荷在各自的電容器中累積。在本實例實施方案中，光電轉換元件S1-1～S6-6，開關元件T1-1～T6-6，門布線G1～G6，信號布線M1～M6，以及線路Vs共同地稱作轉換電路(也稱作輻射檢測電路)101。移位寄存器102在門布線G1～G6上施加脈衝以便控制光電轉換元件S1-1～S6-6的驅動。讀出電路107放大轉換電路101中信號布線M1～M6的並行信號的輸出，將它們轉換成串行信號並且輸出串行信號。信號處理電路108處理從讀出電路107輸出的電信號。
光電轉換元件的每個在其輻射入射側上包括波長轉換器，其配置以將輻射轉換成具有允許光電轉換元件對光敏感的波長範圍內波長的光。波長轉換器由母質(例如選自Gd2O3，Gd2O2S和CsI)組成。光電轉換元件可以由各種材料組成(例如由非晶矽組成)。而且，光電轉換元件可以包括配置以吸收沒有通過波長轉換器的輻射並且直接將它們轉換成電信號的元件。該元件可以由各種材料組成(例如，由選自非晶硒，砷化鎵，碘化汞，以及碘化鉛的材料組成)。雖然與36(＝6×6)相對應的光電轉換元件如上所述作為實例在這裡說明，為了容易說明，更大或更小數目的光電轉換元件可以在任何實例實施方案中使用。另外，任何結構可以使用(例如非平面，非矩陣)。
圖2B是說明圖2A中所示讀出電路107的內部結構的電路圖。如圖2B中所示，讀出電路107包括配置以復位信號布線M1～M6的開關RES1～RES6，配置以放大信號布線M1～M6的信號的放大器A1～A6，配置以臨時存儲由放大器A1～A6放大的信號的抽樣保持電容器CL1～CL6，配置以抽樣保持信號的開關Sn1～Sn6，緩衝放大器B1～B6，配置以將並行信號轉換成串行信號的開關Sr1～Sr6，配置以在開關Sr1～Sr6上施加脈衝用於實現串行轉換的移位寄存器103，以及配置以輸出串行轉換後的信號的緩衝放大器104。
將描述具有上述結構的X射線照相裝置的操作。圖3是說明驅動轉換電路101和讀出電路107的方法的時序圖。
將描述轉換時期X1(例如X射線照射時期)。在所有TFT的關閉狀態中，當光源(例如X射線源)以脈動方式導通時，使用波長轉換器(沒有顯示)，輻射轉換成具有允許光電轉換元件對光敏感的波長範圍內波長的光。光照射在光電轉換元件的每個上，並且與光通量相對應的信號電荷在各自的元件電容器(例如101b)中累積。如果轉換元件對X射線敏感，波長轉換器可以去除，並且與X射線的劑量相對應的信號電荷由轉換元件累積。甚至在關閉光源之後，經歷光電轉換的信號電荷保持在元件電容器中。
將描述讀出時期X2。讀出操作以從第一行中的光電轉換元件S1-1～S1-6，第二行中的光電轉換元件S2-1～S2-6，第三行中的光電轉換元件S3-1～S3-6，依此類推直到第六行中的那些的次序順序地執行。首先，為了讀出第一行中的光電轉換元件S1-1～S1-6，門脈衝從移位寄存器SR1施加在開關元件(TFT)T1-1～T1-6的門布線G1上。使用該操作，開關元件T1-1～T1-6導通，並且在光電轉換元件S1-1～S1-6中累積的信號電荷分別傳送到信號布線M1～M6。因為信號布線M1～M6具有增加到那裡的讀出電容器CM1～CM6，信號電荷經由相應TFT傳送到讀出電容器CM1～CM6。例如，增加到信號布線M1的讀出電容器CM1具有等於連接到信號布線M1的TFT T1-1～T6-1的柵和源電極之間電容(Cgs)總和(對應於六個電容)的電容。傳送到信號布線M1～M6的信號電荷由放大器A1～A6(圖2B)放大。當關閉SMPL信號時，放大的信號傳送到並保持在電容器CL1～CL6(圖2B)中。
然後，通過以該次序將脈衝從移位寄存器103施加在開關Sr1，Sr2，Sr3，Sr4，Sr5和Sr6上，保持在電容器CL1，CL2，CL3，CL4，CL5和CL6中的信號以該次序從緩衝放大器104輸出。因為模擬信號從放大器104順序地輸出，移位寄存器103以及開關Sr1～Sr6共同地稱作模擬多路復用器。結果，第一行中的光電轉換元件S1-1～S1-6的光電轉換信號由模擬多路復用器順序地輸出。讀出第二行中的光電轉換元件S2-1～S2-6和第三行中的S3-1～S3-6，以及第四至第六行中那些的光電轉換信號的操作類似地執行。
當信號布線M1～M6的信號由第一行的SMPL信號抽樣保持在抽樣保持電容器CL1～CL6中時，信號布線M1～M6由CRES信號以GND電勢復位，此後，可以接受其上門布線G2的門脈衝的施加。換句話說，在串行轉換第一行的信號的模擬多路復用器的操作期間，第二行中光電轉換元件S2-1～S2-6的信號電荷可以同時傳送。
雖然X射線圖像可以通過上述讀出操作而讀出，不經歷處理的X射線圖像實際上包括如上所述在轉換電路和讀出電路中產生的偏移。因此，為了去除偏移分量，需要偏移成像。
將描述偏移讀出時期X3。在偏移讀出時期期間，偏移讀出操作執行而不照射X射線。偏移讀出時期X3僅在施加門脈衝的時序方面不同於讀出時期X2(例如X射線讀出時期)。尤其，在X射線讀出時期期間，開關元件(TFT)以從門布線G1到門布線G6的次序順序地導通關閉。然而，在偏移讀出時期期間，執行像素添加，使得與兩行對應的開關元件，例如門布線G1和G2，G3和G4，或G5和G6的組合，同時導通關閉。
雖然，在已知的間歇成像法中，偏移讀出操作與X射線照射之後執行的讀出操作相同，以便縮短偏移讀出時期X3，與兩行對應的開關元件(TFT)同時導通。通過同時導通兩行，偏移讀出時期X3變成讀出時期X2(例如X射線讀出時期)的一半。結果，根據本實例實施方案，「X射線讀出時期+偏移讀出時期」的組合所需的時間縮短，降至通過將因子0.75乘以先前所需時間而獲得的時間，因此，幀率增加大約1.3倍。換句話說，假設根據已知間歇成像法讀出操作的每個所需的時間為1，一方面各個讀出操作所需的總時間由「X射線讀出時間+偏移讀出時間」(＝1+1＝2)給出，另一方面根據第一實例實施方案各個讀出操作所需的總時間由「X射線讀出時間+偏移讀出時間」(1+0.5＝1.5)給出，導致縮短0.75(1.5/2)倍的較短時間並且提高幀率大約1.3(2/1.5)倍。
如果同時讀出的行數增加到例如三或四，偏移讀出時期可以變得更短。因此，偏移讀出操作的像素添加的數目越大，由間歇成像法實現的幀率可以變得越接近連續成像法實現的幀率。
在第一實例實施方案中，使用交替執行X射線成像和偏移成像操作的間歇成像法，偏移的波動被抑制或減小。
因為執行像素添加，在至少一種實例實施方案中，在偏移成像操作期間，X射線信息不經歷像素添加，從而防止解析度的減小。
同時，當與兩行對應的偏移圖像的信息同時讀出時，與兩個像素相對應的信息輸出，因此需要校正成與單個像素相對應的信息。當像素添加僅對偏移讀出執行時，傳感器的累積時間變化。圖4說明累積時間的變化。累積時間指從TFT的導通到關閉的時間。因為傳感器的暗電流在傳感器中累積，TFT的導通到關閉的較長時間導致因累積的暗電流的偏移的較高輸出。因此，為了僅對偏移讀出執行像素添加，需要兩種校正將與兩個像素相對應的輸出校正成與單個像素相對應的輸出的一種，以及校正累積時間的另一種。
現在參考圖1，4和5，將描述前述校正/減小方法。在圖4中，門脈衝由G1～G6表示，並且從每個門脈衝的導通到關閉的時間表示累積時間。當像素添加不存在的情況下累積時間由A表示時，在X射線讀出時期期間，隨著行前進，相應行的累積時間變長，例如第一行(G1)和第二行(G2)的累積時間分別為3/6×A和4/6×A。在偏移讀出時期期間，隨著行前進，相應行的累積時間變短，與在X射線讀出時期期間相反，例如，第一行(G1)和第二行(G2)在讀出時期(例如X射線讀出時期)期間的累積時間分別為6/6×A和5/6×A。
圖5是說明圖4中所示累積時間的圖像，其中信號布線M1～M6在水平方向上顯示，而門布線G1～G6在垂直方向上顯示。在普通偏移校正中，為了去除偏移分量，「從X射線圖像中減去偏移圖像」的計算被執行。然而，在第一實例實施方案中，因為X射線圖像和偏移圖像的累積時間彼此不同，需要預先校正偏移圖像。
如圖5中所示，第一和第二行G1和G2中X射線圖像5a的累積時間分別為3/6×A和4/6×A，並且第一和第二行G1和G2中偏移圖像5c的累積時間分別為6/6×A和5/6×A。另外，因為偏移圖像經歷像素添加，第一和第二行G1和G2中的信號同時輸出，導致總的累積時間11/6×A(參考圖5d)。因此，在校正第一行G1的情況下，偏移圖像的累積時間可以校正以便與X射線圖像的一致。在第一實例實施方案中，因為X射線圖像和偏移圖像的累積時間分別為3/6×A和11/6×A，通過將偏移圖像的累積時間乘以3/11的因子，偏移圖像的累積時間被校正以便與X射線圖像的一致(3/6A＝11/6A×3/11)。如上所述用於校正累積時間的累積時間校正表(參看5b)在偏移數據產生單元111中準備。每當捕獲偏移圖像時，累積時間被校正，此後，偏移校正在計算單元112中執行。
圖6是說明根據第一實例實施方案的射線照相裝置的控制方法的流程圖。當設置圖像捕獲條件時，當捕獲偏移圖像時添加像素的數目與輸入照射條件同時輸入(步驟S101)。然後，基於添加像素的輸入數目，累積時間校正表(例如5b)基於如圖5中所示前述計算而準備(步驟S102)。隨後，實際活動圖像被捕獲(步驟S103)，使得X射線圖像被捕獲(步驟S104)，此後，偏移圖像被捕獲(步驟S105)。然後，累積時間校正在偏移圖像上施加(步驟S106)。隨後，通過「從X射線圖像中減去偏移圖像」的計算，偏移校正被執行(步驟S107)。該循環重複直到捕獲活動圖像完成(步驟S108)。
第二實例實施方案將描述第二實例實施方案。第二實例實施方案可以具有與第一實例實施方案相同的電路結構。圖7是說明根據第二實例實施方案的射線照相裝置的操作時序的時序圖。
雖然，在第一實例實施方案，偏移讀出的像素添加的像素數目設置為二(也就是兩像素添加被設置)，三像素添加在第二實例實施方案中設置。對於三像素添加，相對於在像素添加不存在的情況下實現的相應值，偏移成像時間減少1/3倍，並且幀率增加1.5倍。通過增加添加像素的數目，例如通過設置四像素添加或五像素添加，幀率增加。因此，添加像素的數目可以響應必需的幀率而確定。
第三實例實施方案將描述第三實例實施方案。第三實例實施方案的電路結構可以與第一實例實施方案，以及第二實例實施方案的相同。圖8是說明根據第三實例實施方案的射線照相裝置的操作的時序圖。
如圖8中所示，在第三實例實施方案中，兩像素添加在X射線成像時執行而三像素添加在偏移成像時執行。因此，幀率相對於在像素添加不存在的情況下實現的值增加2.4倍。但是，在第三實例實施方案中，解析度稍微減小，因為像素添加在X射線成像時執行。
第四實例實施方案將描述第四實例實施方案。第四實例實施方案的電路結構可以與第一實例實施方案，以及第一實例實施方案的相同。在第四實例實施方案中，在第一實例實施方案中執行的累積時間校正被省略。
在低幀率的情況下，因為累積時間的差異大，例如，在從幾十毫秒(ms)到幾百ms的近似範圍內，累積時間校正/減小可以執行。在高幀率的情況下，因為累積時間的差異小，例如大約幾ms，累積時間校正的甚至省略不會不利地影響圖像。
實例應用將描述實現第一至第四實例實施方案的每個中的X射線照相方法的X射線照相系統。圖9是根據另一種實例實施方案的X射線照相系統的結構的示意圖。如圖9中所示，X射線照相系統可以包括X射線室或系統201，X射線控制室或系統202，以及診斷室或系統203。注意在至少一種實例實施方案中，所有系統(201-203)在同一個室中並且可以由同一個計算機操作。因此，雖然下面的實例實施方案可能討論在單獨室中發生的操作，這種討論僅是說明性的，因此操作可以在一個室中，遠程地，和/或使用同一個計算機系統而發生。整個X射線照相系統的操作可以在系統控制單元210(例如裝配在X射線控制室202中)的控制下。
實例操作員接口211(例如在X射線控制室202中)可以包括許多接口(例如顯示器上的觸摸板，滑鼠，鍵盤，鐵筆和腳踏開關)。使用操作員接口211，成像條件(靜止圖像，活動圖像，管電壓，管電流，和輻射時間等)，成像時序，圖像處理條件，測試對象ID，處理捕獲圖像的方法等可以被設置。但是，因為這些信息中大部分從輻射信息系統(沒有顯示)傳送，不需要單獨地輸入它們。操作員可以檢查捕獲的圖像。也就是，操作員可以確定成像角度是否是適當的，病人是否不需要移動，以及圖像處理是否是適當的。
系統控制單元210依賴於來自操作員205或輻射信息系統(沒有顯示)的指示而給出成像條件的指示到負責X射線照相序列的成像控制單元214，並且開始數據獲取操作。基於該指示，成像控制單元214通過驅動用作輻射源的X射線產生器120，圖像捕獲床130，以及X射線照相裝置(例如平板檢測器)140來獲取圖像數據，並且將圖像數據傳送到圖像處理單元10。此後，系統控制單元210在圖像數據上應用由操作員205指定的圖像處理，將圖像數據顯示在顯示器160上，並且將經歷基本圖像處理，包括偏移校正/減小和白噪聲校正/減小的原始數據存儲在外存儲器161中。另外，基於操作員205的指示，系統控制單元210執行重複的圖像處理操作，回放顯示操作，圖像數據到網絡上的裝置中的傳送和存儲操作，顯示器顯示操作，膠片上的列印操作等。
當沿著信號流時，X射線照相系統的描述將順序地增強。X射線產生器120包括X射線管121和X射線孔徑123。X射線管121由受成像控制單元214控制的高壓產生器124驅動並且發射X射線束125。X射線孔徑123由成像控制單元214驅動，並且根據成像區域的變化，定形X射線束125以防止X射線的不必要照射。X射線束125指向躺在透明X射線圖像捕獲床130上的測試對象126。圖像捕獲床130根據成像控制單元214的指示驅動。X射線束125穿過測試對象126以及圖像捕獲床130並且照射X射線照相裝置140。
X射線照相裝置140包括柵格141，波長轉換器142，轉換電路單元8，X射線劑量監控器144，以及驅動電路145。柵格141減小因穿過測試對象126而產生的X射線散射的影響。柵格141由輻射吸收材料(例如X射線低吸收和高吸收元件)組成並且可以具有條形結構(例如由Al和Pb組成的條形結構)。當(例如由X射線)照射時，根據成像控制單元214的指示，柵格141振動以防止因轉換電路單元8與柵格141之間柵格比值的關係而引起的莫爾條紋的產生。
波長轉換器142，光電轉換元件陣列(轉換電路單元8)，以及驅動電路145被提供以便用作數字X射線照相裝置的組件。波長轉換器142可以具有退出物質(例如磷)，其可以與X射線相互作用(例如經由重新組合)以發射螢光，提供可見範圍內的成像。退出物質可以是可以發射螢光的任何類型(例如CaWO4，CdWO4，CsI∶Tl或Zns∶Ag的化合物，或相關領域技術人員已知在物質中激活以發射螢光的發光材料)。波長轉換器142可以具有與其相鄰的轉換電路單元8。轉換電路單元8將光子轉換成電信號。X射線劑量監控器144監控發射X射線的量。X射線劑量監控器144可以是在感光器的幫助下直接檢測X射線的類型，或者是檢測從波長轉換器142發出的光的另一種類型。
在本實例實施方案中，傳送通過轉換電路單元8的可見光(其量與X射線劑量成比例)由沉積在光電轉換電路單元8背面上的非晶矽感光器檢測，並且檢測的光的信息傳送到成像控制單元214。基於該信息，成像控制單元214驅動高壓產生器124以便關閉或調節X射線的照射。驅動電路145包括讀出電路單元和A/D轉換器。驅動電路145在成像控制單元214的控制下驅動轉換電路單元8，從每個像素讀出模擬信號，並且將讀出的模擬信號轉換成數位訊號。
來自X射線照相裝置140的圖像信號從X射線室/系統201傳送到位於X射線控制室/系統202中的圖像處理單元10。在該傳送的時候，X射線室201中的噪聲級別有時因X射線的產生而高。因此，噪聲有時可能防止圖像數據的精確傳送。作為針對該問題的對策，傳送路徑可以被安排以便具有增加的隔音性質。例如，包括誤差校正功能的傳送系統或者由差動驅動器製成的雙絞屏蔽線對組成的傳送路徑或者由光纖製成的傳送路徑可以提供。圖像處理單元10根據成像控制單元214的指示在顯示數據上變化。另外，圖像處理單元10可以被配置以校正或減小圖像數據中的誤差(偏移校正/減小和白噪聲校正/減小)，執行空間濾波，實時地執行遞歸處理，執行灰度級處理，執行散射(輻射)校正，和各種空間頻率處理。
由圖像處理單元10處理的圖像經由顯示適配器151顯示在顯示器160上。而且，與實時圖像處理一起，僅其數據被校正或誤差減少的基本圖像存儲在外存儲器161中。外存儲器161可以是具有大容量、高速度和高可靠性特徵的數據存儲器(例如獨立磁碟冗餘陣列(RAID)的硬碟陣列)。存儲在外存儲器161中的圖像數據可以根據操作員205的指示存儲在外存儲器162中。在那個時候，圖像數據被重構以滿足預先確定的標準(例如ISC)，然後存儲在外存儲器162(例如磁光碟)中。作為選擇，代替外存儲器162，圖像數據可以存儲在位於診斷室/系統203中的文件伺服器170中提供並連接到存儲器162(例如經由LAN板163)的存儲器(例如硬碟)中。使用該方案，在診斷室/系統203中，圖像處理終端173便於使得圖像數據經歷各種處理並顯示在監控器174上。
根據前述實例實施方案的射線照相系統(X射線照相系統)可以包括X射線照相裝置140，成像控制單元214和圖像處理單元10。
在實例實施方案中，用作轉換元件的光電轉換元件並不特別局限於具有特定的結構。例如，配置以主要由非晶矽組成，吸收來自將輻射轉換成可見光的波長轉換器的可見光，並且將吸收的可見光轉換成電信號的光電轉換元件可以使用。作為這種元件，例如，包括摻雜有受主雜質的P層，用作本徵半導體層的I層，以及摻雜有施主雜質的N層的正-本徵-負(PIN)型光電轉換元件可用。
另一種實例元件是金屬-絕緣體-半導體(MIS)型光電轉換元件，其包括襯底，沉積在襯底上的薄膜金屬層，沉積在薄膜金屬層上由防止電子和空穴穿過的非晶氮化矽組成的絕緣層，沉積在絕緣層上並且由非晶氫化矽組成的光電轉換層，沉積在光電轉換層上並且防止空穴注入的N型注入防止層，以及沉積在注入防止層上的導電層。在MIS型光電轉換元件中，導電層可以是透明的或可以沉積在注入防止層的一部分上。這些光電轉換元件的任何一種可以與波長轉換器(例如由Gd2O2S，Gd2O3，或CsI製成)一起使用。而且，配置以包含非晶硒、砷化鎵、碘化鉛，或碘化汞，並且吸收照射的輻射並直接將輻射轉換成電信號的轉換元件可以使用，或者如相關領域技術人員已知的可以將輻射轉換成電信號的任何類似材料。
讀出電路也不特別局限於具有特定的結構。例如，讀出電路可以包括配置以放大從轉換電路元件讀出的信號的放大器件，配置以累積由放大器件放大的信號的累積器件，以及配置以串行轉換由累積器件累積的信號的串行轉換器件可以使用。
實例實施方案的每個可以通過使計算機執行其程序來實現。而且，具有記錄於其中的這種程序、提供程序到計算機的設備(例如計算機可讀記錄介質例如CD-ROM)或者配置以傳送這種程序的傳送介質例如網際網路看作另一種實例實施方案。另外，上述程序可以看作另一種實例實施方案。上述程序、記錄介質、傳送介質和程序產品落入至少一種實例實施方案的範圍內。
雖然本發明已經參考實例實施方案而描述，應當理解本發明並不局限於公開的實例實施方案。下面權利要求的範圍將與最廣泛的解釋一致，以包括所有修改、等價結構和功能。
權利要求
1.一種射線照相裝置，包括轉換電路單元，包括以行列圖案排列並且被配置為將輻射轉換成電信號的多個轉換元件；驅動電路，被配置為控制轉換電路單元的驅動；讀出電路，被配置為讀出從轉換電路單元輸出的電信號；以及信號處理單元，被配置為處理從讀出電路輸出的電信號，其中，在對象圖像讀出操作中，轉換電路單元基於照射的輻射來檢測對象圖像，並且驅動電路驅動轉換電路單元以便允許讀出電路基於對象圖像來讀出信號，以及，在偏移數據讀出操作中，轉換電路單元在沒有照射輻射的時期中檢測偏移數據，並且讀出電路基於偏移數據讀出信號，以及其中，當在對象圖像讀出中同時由驅動電路驅動的行數由n(等於1或更大)表示且在偏移數據讀出操作中同時由驅動電路驅動的行數由m表示時，驅動電路控制轉換電路單元使得滿足表達式n＜m。
2.根據權利要求1的射線照相裝置，其中驅動電路控制轉換電路單元使得，在對象圖像讀出操作中，來自轉換元件基於對象圖像的信號針對每行而讀出，而在偏移數據讀出操作中，來自轉換元件並且對應於多個行的基於偏移數據的其它信號被同時彼此相加並且被讀出。
3.根據權利要求1的射線照相裝置，其中驅動電路控制轉換電路元件使得，在對象圖像讀出操作和讀出操作時期的期間，來自轉換元件、與多行對應的電信號被同時彼此相加並且被讀出，並且在偏移數據讀出操作時期的期間電信號被彼此相加的行數大於對象圖像讀出操作時期的期間的行數。
4.根據權利要求1的射線照相裝置，其中信號處理單元包括被配置為由信號產生偏移數據的偏移產生單元。
5.一種射線照相系統，包括輻射源，被配置為發射輻射；根據權利要求1的射線照相裝置，被配置為檢測輻射的一部分並輸出信號；圖像處理單元，被配置為在從射線照相裝置輸出的信號上施加圖像處理並且輸出圖像數據；顯示單元，被配置為顯示由圖像處理單元處理的圖像數據；以及控制單元，被配置為控制射線照相裝置，其中控制單元控制驅動電路、轉換電路單元、以及讀出電路使得偏移數據讀出操作的時期比對象圖像讀出操作的時期短。
6.一種射線照相系統，包括輻射源，被配置為發射輻射；轉換電路單元，具有以行列圖案排列並且被配置為將輻射的一部分轉換成電信號的多個轉換元件；驅動電路，被配置為控制轉換電路單元的驅動；讀出電路，被配置為讀出從轉換電路單元輸出的電信號；信號處理單元，被配置為處理從讀出電路輸出的電信號；以及控制單元，被配置為控制驅動電路、轉換電路單元、讀出電路、以及信號處理單元，其中，在對象圖像讀出操作中，轉換電路單元基於照射的輻射來檢測對象圖像，並且驅動電路驅動轉換電路單元以便允許讀出電路基於對象圖像來讀出信號，以及，在偏移數據讀出操作中，轉換電路單元在沒有照射輻射的時期中檢測偏移數據，並且讀出電路基於偏移數據讀出信號，以及其中，當對象圖像和偏移數據讀出操作中同時由驅動電路驅動的行數分別由n(等於1或更大)和m表示時，其中驅動電路、轉換電路單元和讀出電路被控制使得滿足表達式n＜m。
7.根據權利要求6的射線照相系統，其中驅動電路、轉換電路單元和讀出電路被控制使得，在對象圖像讀出操作中，來自轉換元件基於對象圖像的信號針對每行而讀出，而在偏移數據讀出操作中，來自轉換元件並且對應於多個行的基於偏移數據的其它信號被同時彼此相加並且被讀出。
8.根據權利要求6的射線照相系統，其中控制單元控制轉換電路單元使得，在對象圖像讀出操作和偏移數據讀出操作的時期期間，與多行對應的、轉換元件的電信號被同時彼此相加並且被讀出，除控制驅動電路之外，控制轉換電路單元和讀出電路使得在偏移數據讀出操作的時期期間電信號彼此相加的行數大於對象圖像讀出操作期間的行數。
9.根據權利要求6的射線照相系統，其中信號處理單元包括被配置為由信號產生偏移數據的偏移產生單元。
10.一種射線照相系統的控制方法，包括對象圖像讀出操作，其中轉換電路單元基於照射的輻射檢測對象圖像，並且驅動電路驅動轉換電路單元以便允許讀出電路基於對象圖像讀出信號，以及偏移數據讀出操作，其中轉換電路單元在不存在照射輻射的時期中檢測偏移數據，並且讀出電路基於偏移數據讀出信號，其中，當對象圖像和偏移數據讀出操作中同時由驅動電路驅動的行數分別由n(等於1或更大)和m表示時，滿足表達式n＜m。
11.一種指示計算機執行射線照相系統的控制的程序，其中計算機指示射線照相裝置以執行對象圖像讀出操作以及偏移數據讀出操作，在對象圖像讀出操作中轉換電路單元基於照射的輻射檢測對象圖像，並且驅動電路驅動轉換電路單元以便允許讀出電路基於對象圖像讀出信號，在偏移數據讀出操作中轉換電路單元在輻射沒有照射的時期中檢測偏移數據，並且讀出電路基於偏移數據讀出信號，以及其中，當對象圖像和偏移數據讀出操作中同時由驅動電路驅動的行數分別由n(等於1或更大)和m表示時，計算機指示射線照相裝置執行讀出操作以便滿足表達式n＜m。
全文摘要
本發明的至少一種實例實施方案針對一種被配置為具有偏移讀出時期的射線照相裝置，其中在偏移讀出時期期間，偏移讀出操作執行而沒有輻射(例如X射線)的照射。偏移讀出時期可以在施加門電壓的時序方面不同於輻射(例如X射線)讀出時期。在偏移讀出時期期間，像素添加可以執行，使得與兩行或多行對應的開關元件同時導通關閉，從而減少偏移讀出時期。
文檔編號H05G1/00GK1825205SQ20061000955
公開日2006年8月30日 申請日期2006年2月24日 優先權日2005年2月24日
發明者竹中克郎, 遠藤忠夫, 龜島登志男, 八木朋之 申請人:佳能株式會社