專利名稱：解決固態(tài)檢測器中信號滯延的方案的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及一種成像系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種能夠減少檢測器信號滯延而形成贗像的成像系統(tǒng)。
在至少一種現(xiàn)有的成像系統(tǒng)中，由X射線源投射扇形的輻射束，該輻射束被調整成在一個笛卡爾坐標系的XY平面內透射，其中所述XY平面通常被稱作成像平面。由X射線束透射過需要成像的物體，該物體例如是一個患者。被物體衰減后的射線照射到一個輻射檢測器陣列。檢測器陣列所能接收到的衰減射線強度取決于X射線被物體衰減的程度。檢測器陣列中的每一個檢測器單元都產生一個單獨的電信號，該信號即為該檢測器位置上射線衰減程度的測量結果。
在至少一種現(xiàn)有的成像系統(tǒng)、也就是通常被稱為計算機斷層造影(CT)系統(tǒng)中，一組由檢測器陣列獲得的X射線衰減測量數據、即投影數據被稱做一個“投視”。在X射線源和檢測器中至少一個發(fā)生旋轉的過程中，對物體在不同的投射角或視角所做的一系列透視就組成了一個“掃描”。在一個軸向掃描中，對投影數據進行處理以構成一個對應于物體上某一兩維截面的圖象。通常的情況，每個截面對應了患者或Z軸上大約不到2cm厚的患者成像區(qū)間，并在機架的一個轉動周期內用984個透視獲得的數據產生一個截面圖象。在本領域中根據一組投影數據來重建圖象的方法叫作濾過回波投影技術。該處理過程將一個從掃描所獲得的衰減測量值轉化為被稱作“CT數”或“housefield unit(霍斯菲爾德單位)”的整數，該數值被用于控制陰極射線管顯示器上相應像素的亮度。
至少有一種現(xiàn)有的CT系統(tǒng)是利用一個大的平板數字式X射線設備或檢測器來采集數據的，這樣的檢測器具有以行列分布的多個像素。然而，這樣的平板式采集板受到檢測器滯延問題的困擾。由于前一次的采樣使隨后的采樣產生了一定的偏擾，檢測器的滯延信號占總信號中很大一部分。信號滯延的主要原因是和電子反捕陷(de-traping)現(xiàn)象有關，該現(xiàn)象是由某一個能隙中高強度的電荷虧損造成的。反捕陷持續(xù)的時間從幾毫秒到100秒不等。由于滯延造成的不一致，在重建的圖象上就出現(xiàn)了例如為環(huán)狀或帶狀的贗像。
因而希望提供一種成像系統(tǒng)，它采用固態(tài)探測元件來產生基本“沒有贗像”的立體圖象。還希望提供一種不顯著增加圖象生成時間、并能減少檢測器滯延贗像的系統(tǒng)。
上述這些目的和別的目的可通過一種數字式X射線成像系統(tǒng)來實現(xiàn)。在一個實施方式中，這樣的系統(tǒng)從多個視角采集投影數據，并在相鄰視角采集之間降低檢測器中駐留信號的電平。更具體地說，在一個實施例中，成像系統(tǒng)包括一個X射線源和至少一個固態(tài)X射線檢測器。為了生成立體圖象，X射線源和X射線檢測器的至少二者之一圍繞有關的物體轉動。在每一個確定的投視中，都從X射線源向X射線檢測器發(fā)射X射線，并采集該視角條件下的投影數據。在相鄰兩個投視的投影數據進行采集之間的停頓期間，停止發(fā)射X射線，同時將檢測器中的各像素至少激勵確定一次。
更具體地說，在停頓期間，檢測器的每條掃描線都被同時激勵。對所有掃描線的同時激勵將降低每個像素的駐留信號。因此，當采集隨后視角的投影數據時，每個像素的信號電平更準確地反映了當前視角條件下射線穿過有關物體后的衰減。利用從多個投視所采集的投影數據就可以獲得物體的一個斷面視圖。
使用上述成像系統(tǒng)可減少檢測器的滯延贗像，從而生成基本上“沒有贗像”的圖象。此外，系統(tǒng)并沒有顯著延長生成圖象所需的時間。


圖1表示了一種數字式成像系統(tǒng)的軸測視圖；圖2中方框圖示意說明圖1所示的系統(tǒng)；圖3示意性地表示圖1所示系統(tǒng)中的X射線檢測器。
參見圖1和圖2，所示的一種計算機斷層X射線透視(CT)成像系統(tǒng)10包括一個“第三代”CT掃描器典型類型的機架12，在機架12上設置有一個X射線源14，它位于機架對面的檢測器陣列18發(fā)出X射線16，X射線被一個準直儀(圖中未示出)調準到笛卡爾坐標系的XY平面內，所述XY平面通常被稱作成像平面。檢測器陣列18由多個像素單元(圖1中未示)組成，這些單元共同來檢測穿過患者22發(fā)射的X射線。每個檢測器單元產生一個電信號，該信號代表所照射的一束X射線的強度，以及相應的X射線穿過患者22身體的X射線衰減程度。在獲得X射線投影數據的一個掃描周期內，機架和安裝在機架上的部件要圍繞一個轉動中心24轉動。
機架12的轉動和X射線源14的工作是由CT系統(tǒng)10的控制機構26進行控制的。控制機構26包括一個X射線控制器28和機架電機控制器30，X射線控制器28向X射線源14供電以及定時信號，電機控制器30來控制機架12的轉動速度和姿態(tài)?？刂茩C構26中的數據采集系統(tǒng)(DAS)32從檢測器單元20中采集模擬數據，并將所采集的數據轉化為后續(xù)處理所需的數字信號。一個圖象重建器34從DAS32接收其所采集并進行了數字轉換的X射線數據，并進行高速圖象重建。重建的圖象作為輸入信號被輸送到計算機36，由它將圖象存儲在海量存儲器38內。
計算機36還通過一個設置了鍵盤的操作臺40來接收操作者的指令和掃描參數。操作者可以通過一個與計算機相連的陰極射線顯示器來觀看計算機中的重建圖象和其它數據。計算機36用操作者提供的指令和參數向DAS32、X射線控制器28和機架電機控制器30發(fā)出控制信號和信息。此外，計算機36還控制一個工作臺電機控制器44，該控制器44控制監(jiān)視臺46以實現(xiàn)患者22在機架12中的定位，具體地說，監(jiān)視臺46將患者的部分身體伸入到機架的開口48中。
在圖3所示的一個實施例中，檢測器18是一個固態(tài)檢測器或輻射成像器，它是一個大的、平板狀結構，該檢測器在其基板114上設置了一個光電傳感器陣列110，而在光電傳感器陣列110上又設置了一個閃爍器118。設置閃爍器118的目的是為了接收和吸收例如為X射線16的入射輻射線。閃爍器118與光電傳感器陣列110保持光學耦合，從而閃爍器118產生的光子可傳入傳感器陣列110中。光電傳感器陣列110包括多個例如為光電二極管的光電傳感器120、和一個與各光電傳感器120相連接的可尋址的薄膜晶體管(TFT)陣列130。在一個實施例中，每個光電傳感器120包括一個非晶態(tài)硅(α態(tài)Si)光電二極管(圖中未示)。
可尋址的TFT陣列130包括地址線131、132和多個電荷保持TFT(場效應管)134，其中的地址線131、132通常被稱為掃描線131和數據線132。按行、列布置的掃描線131和數據線132將光電傳感器陣列110分成多個像素140，在每個像素140中配置了一個和相應的電荷保持TFT134電耦接的光電傳感器120，而TFT134又和一條掃描線131和一條數據線132電耦接?？蓪ぶ返腡FT陣列130的結構可使得每個光電傳感器120都是可選通和分別尋址的，這就是說，每個光電傳感器的輸出端(圖中未示)可被選通來和其對應的數據線132電耦接。通過二極管中電荷量的改變，就可測量X射線作用于閃爍器118而產生的光量，從而反映射入到閃爍器118和像素光電傳感器120的輻射強度，結果是，每個像素140都輸出一個表征照射的X射線束16穿過患者22衰減后輻射強度的電數字輸出信號。這樣每個光電傳感器120都產生投影數據。更具體地說，各相應光電傳感器120的輸出信號都被分別耦合到DAS32，從而將每光電二極管中積累的電荷輸送到DAS32的輸入通道(圖中未示出)中。在一個實施例中，檢測器18的規(guī)格是40cm×40cm，并設計成可產生整個所研究物體的投影數據。更具體地說，每個像素140大約為200微米×200微米，檢測器18包括2000×2000個像素陣列。
在工作中，通過從多個投影或視角上采集投影數據就可生成患者22的至少一個圖象。在一個實施例中，每個圖象都是通過圍繞患者22的身體轉動X射線源14和X射線檢測器18的至少其一、并從檢測器18采集投影數據而形成的。更具體地說，在一個實施例中，通過從多個投視角采集投影數據，至少患者22的某一部位的立體圖象被生成。對檢測器陣列18采取速度限制并以5秒的一次的速度掃描，在一個實施例中，系統(tǒng)10從300個彼此間隔1.2度(360度/300個投視角)的視角采集投影數據。
確定了投視的數量、位置和間隔后，就可利用檢測器18在每個視角采集投影數據。具體地說，在一個實施例中，X射線源14和X射線檢測器18的至少其一圍繞患者22的身體轉動，并在每個確定的確定的視角采集投影數據。更具體地說，對于每個確定的投視方位，控制機構向X射線源14發(fā)送激勵信號，從而由X射線源14向檢測器18發(fā)出X射線16。檢測器18、確切地說是每個像素140的輻射在每個確定的確定的視角上產生投影數據。確定視角的投影數據則被傳遞給DAS32。更具體地說，每個電荷保持TFT134的電荷量被傳遞給DAS32。具體在一個實施例中，通過將激活信號傳輸到檢測器18中的相應掃描線131，可順序地選通各行像素140，完成投影數據的測荷和采樣。一旦接受到激發(fā)信號，陣列中相應行的每個電荷保持TFT134的輸出電荷信號經過相應的數據線132，經過相應的數據線132，被傳遞給DAS32的輸入通道，并被隨后送到圖象重建器34。更具體地說，激活信號觸發(fā)與激勵的掃描線131電相連的每個像素140，結果是，與激勵的掃描線131電連接的每個像素140的各輸出信號都通過數據線132傳遞給了DAS32。然后通過順序激勵各條掃描線131，測量或采集陣列110對應行中每個像素140的輸出信號，在每個特定的視角下都對陣列110的各行重復上述的程序。
例如，如果檢測器18包括一個M×N像素的陣列。在此，M是列數，N是行數。通過在第一投視角向檢測器18發(fā)射X射線16來采集第一投視角的投影數據。然后使用DAS32來測量像素140的輸出。具體地說，在通過行1的掃描線131輸入觸發(fā)行1的激活信號之后，M個數據線132各條數據線的輸出信號被傳遞給DAS32，然后再傳遞給圖象重建器34。然后將行1的激活信號去激勵，而激勵行2的激活信號，于是將各行數據線132的輸出信號傳遞到DAS32，然后再傳遞給圖象重建器34。重復上述工序，直到第N行的激活信號被激勵且數據線132的輸出信號被傳遞給DAS32為止。在一個實施例中，檢測器18包括2000行，采集速率為每秒60幀，讀取速率每行用0.0083毫秒。
當在確定視角完成了投影數據采集之后，X射線源14和X射線檢測器18至少之一圍繞患者22繼續(xù)轉動?？刂茩C構26改變傳遞給X射線源14的信號從而使X射線源14不再發(fā)出X射線16。更具體地說，為了減少由于投視之間大角度跨度而引起的視像模糊，X射線16只在一個限定的時間周期內進行發(fā)射。例如，如果分辨率的要求是在一個投視內“模糊”度小于0.6度，則X射線源14只在兩個投影之間50％的時間內發(fā)射X射線16。
例如，如果為了達到系統(tǒng)10的分辨率要求，規(guī)定X射線源14必須在每個投視內發(fā)射大約0.5度，則X射線源14應被激勵0.5度。在射線源14被激勵期間，由檢測器18來采集投影數據。之后，關閉輻射源14。更具體來講，切斷或改變電壓和電流信號，從而使輻射源不再發(fā)射X射線束16。
在一個實施例中，如本領域技術人員所公知的那樣，X射線控制器28包括電源150和一個開關單元152以改變提供給X射線源14的信號。電源150與X射線管14和開關單元152耦接以便向它們發(fā)出信號。更具體地說，來自電源150的電壓和電流信號被提供給X射線源14的陽極和陰極(圖中未示)。還從電源150向開關單元152發(fā)送一個高電壓信號。如果要發(fā)出X射線束16，則向X射線源14傳輸適當的電壓和電流信號。更具體地說，利用傳輸給開關單元152的控制信號(圖中未示)，該信號例如來自計算機36，開關單元152改變提供給X射線源14的信號。更具體地說，通過改變控制信號，X射線源14的控制柵極上的信號被改變，所以從陽極飛向陰極的電子的運動速度被改變了，從而改變了X射線源14所發(fā)出的X射線16的強度和持續(xù)時間。結果是X射線束16可以在具體或確定的時間周期內開始發(fā)射或停止。
在X射線源14不發(fā)射X射線16的相鄰投視之間的期問、即被稱做停頓期間內，每個像素140都保持上一個采集的投視產生的輸出信號的一部分。這個信號被稱做檢測器18的駐留信號。該駐留信號是由“反捕陷”制造各像素140的開關元件(例如FET等(未示出))的半導體材料的帶問狀態(tài)造成的，這種情況例如為當一個場效應管FET被關斷后，不希望從像素140發(fā)出信號的時間。
系統(tǒng)10通過在相鄰投視之間的X射線源14關斷期間(也就是說停頓期間)減少相鄰視角之間的時間由駐留信號的電平而減少了駐留信號所導致的贗像。在一個具體的實施例中，在停頓期間，通過對各檢測器18中的多行像素至少激勵或啟動一次，使每個像素140駐留信號被降弱。更具體地說，在一個實施例中，通過每一個掃描線131至少同時向每個像素140傳遞一次選通觸發(fā)信號。通過每一個掃描線131同時傳遞選通信號的重復多次取決于停頓期的時間長短。每次由掃描線131同時向檢測器18傳遞信號時，每個像素140中的駐留電量就被減少。在一個實施例中，電荷保持TFT134中的電荷以1/S的函數關系減小，其中的S是采樣次數。由于同時傳遞選通激活信號，檢測器18每個像素140的駐留信號可迅速地減弱。
例如，如果檢測器18包括一個2000列×2000行像素的陣列140，則在停頓期問將激活信號同時加到所有的2000條掃描線131上共20次，每次0.0083毫秒，就將各電荷保持TFT134中的駐留信號減少到原始值的大約5％。
在一個實施例中，采用一個滯延校正值來對所采集到的每個投視的投影數據進行精確校正。更具體地說，根據每個掃描線131被同時接通的次數就可以確定出滯延校正值，并和采集的投影數據結合來進一步地減少駐留信號引起的圖象贗像。在各種實施例中，滯延校正值取決于每個檢測器18的實際歷史數據、預測值或數學推算值。
當停頓期結束時，為每個視角重復上述的處理過程，直到采集了各確定投視角的投影數據為止。然后利用本領域所周知的方式用采集到的投影數據生成所研究物體的至少一個圖象，例如為患者22的某個部位圖象。更具體地說，在一個實施例中，所研究物體的斷面圖象是從所采集到的投影數據獲得的。在另一個實施例中，利用校正后的投影數據生成物體的圖象。
上述系統(tǒng)減少了由固態(tài)檢測器陣列保持電荷所導致的贗像。具體地說，通過同時激勵選通檢測器陣列的每個掃描線，檢測器的駐留信號被減少了。
上文描述了本發(fā)明不同的實施例，本領域的技術人員可意識到在本發(fā)明權利要求書的范圍內，能夠對本發(fā)明進行各種改進，例如，雖然本發(fā)明是針對CT系統(tǒng)，但本發(fā)明也可以適用于其它類型的成像系統(tǒng)。
權利要求
1一種在成像系統(tǒng)中減少圖象贗像的方法，成像系統(tǒng)包括一個用于發(fā)射X射線束的X射線源和至少一個固態(tài)X射線檢測器，所述方法包括如下步驟由多個投視采集投影數據；在相鄰投視之間，減少每個檢測器的駐留信號電平。
2一種根據權利要求1所述的方法，其特征在于由多個投視采集投影數據的過程包括步驟確定每一個投視角；并對于每一個確定的投視啟動X射線源并用每一個檢測器采集數據。
3一種根據權利要求2所述的方法，其特征在于對于每一個確定的投視啟動X射線源并用每一個檢測器采集數據的過程包括步驟確定是否要從X射線源發(fā)射X射線；如果要發(fā)射X射線，向X射線源提供一個電壓和電流信號。
4一種根據權利要求1所述的方法，其特征在于在相鄰投視之間減少每個檢測器的駐留信號電平包括如下步驟在相鄰投視采集投影數據之間，不啟動X射線源；向每個檢測器施加至少一個激活信號。
5一種根據權利要求4所述的方法，其特征在于每個檢測器包括多個以M行N列陣列設置的像素，且其中向每個檢測器施加至少一個激活信號包括向每個檢測器中的每個像素施加激活信號的步驟。
6一種根據權利要求5所述的方法，其特征在于每個數字檢測器包括M個輸出信號和N個激活信號，且其中向每個檢測器中的每個像素施加激活信號包括(a)同時選通每個檢測器的所有N個激活信號的步驟。
7一種根據權利要求6所述的方法，其特征在于還包括至少重復一次(a)步驟的重復步驟。
8一種根據權利要求6所述的方法，其特征在于還包括重復多次(a)步驟的重復步驟。
9一種根據權利要求6所述的方法，其特征在于M等于2000，N等于2000。
10一種根據權利要求1所述的方法，其特征在于還包括用一個滯延校正值對每個檢測器進行投影數據校正的步驟。
11一種根據權利要求10所述的方法，其特征在于還包括用校正后的投影數據產生一個有關物體的斷面圖象的步驟。
12一種用于減少圖象贗像的成像系統(tǒng)，它包括一個用于發(fā)射X射線的X射線源和至少一個固態(tài)X射線檢測器，所述系統(tǒng)設計成能夠采集多個投視角的投影數據；在相鄰投視角之間，減少每一個所述檢測器的駐留信號電平。
13一種根據權利要求12所述系統(tǒng)，為采集多個投視角的投影數據，所述系統(tǒng)被設計得能夠確定每一個投視角；啟動X射線源，并用所述的各檢測器采集每個投視角的投影數據。
14一種根據權利要求13所述系統(tǒng)，為啟動X射線源并用所說的各個檢測器采集每個視角的投影數據，所述系統(tǒng)被設計得能夠確定所述X射線源是否要發(fā)出X射線；如果要發(fā)出X射線束，向X射線源提供一個電壓和電流信號。
15一種根據權利要求12所述系統(tǒng)，為在相鄰投視角之間減少每一個檢測器的駐留信號電平，所述系統(tǒng)被設計得能夠在相鄰投視角采集投影數據之間，不啟動X射線源；向每個所述檢測器施加至少一個激活信號。
16一種根據權利要求15所述系統(tǒng)，其特征在于每個所述檢測器包括多個以M行N列陣列設置的像素，并向每個所述檢測器施加至少一個激活信號，所述系統(tǒng)設計成能夠向每個檢測器中的每個像素施加激活信號。
17一種根據權利要求16所述的系統(tǒng)，其特征在于每個所述數字檢測器包括M個輸出信號和N個激活信號，所述系統(tǒng)能夠同時啟動每個所述檢測器的所有N個所述激活信號，以向每個所述檢測器中的每個所述像素施加選通激活信號。
18一種根據權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)設計成能夠至少一次同時啟動每個所述檢測器的所有N個所述激活信號。
19一種根據權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)設計成能夠多次同時啟動每個所述檢測器的所有N個所述激活信號。
20一種根據權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于M等于2000，N等于2000。
21一種根據權利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)設計成能夠用每個所述檢測器的一個滯延校正值來校正投影數據。
22一種根據權利要求21所述的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)設計成能夠使用校正后的投影數據產生一個有關物體的斷面圖象。
23一種在檢測器陣列中減少滯延信號的方法，所述檢測器陣列包括多個按行和列配置的像素，每一列像素與像素輸出信號相連，每一行像素與一個像素激活信號相連，所述方法包括如下步驟a)啟動檢測器陣列中一行的像素激活信號；b)測量對應于被啟動行中每一個像素的像素輸出信號；c)對檢測器陣列中的每一行重復步驟a)和b)；d)至少一次同時啟動檢測器陣列中每一個像素激活信號。
24一種根據權利要求23所述的方法，其特征在于檢測器陣列包括M列N行，至少一次同時啟動檢測器陣列中每一個像素激活信號的過程包括至少一次同時啟動N個像素激活信號的步驟。
25一種根據權利要求24所述的方法，其特征在于至少一次同時啟動檢測器陣列中每一個像素激活信號的過程包括多次同時啟動N個像素激活信號的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的一種形式是一個數字式X射線成像系統(tǒng),在一個實施例中,該系統(tǒng)由多個投視角采集投影數據,并較少了由檢測器駐留信號所引起的贗像。更具體地說,在一個實施例中,通過采集多個投視角的投影數據來生成一個立體圖象。在采集相鄰投視角的采集投影數據的停頓間隔期內,停止發(fā)射X射線,而所有的檢測器像素都被同時選通激勵,來減少每一個像素中的駐留信號。因而,隨后投視角的投影數據就不會被前一個投視角的駐留信號偏置。
文檔編號G01N23/02GK1287824SQ00118829
公開日2001年3月21日 申請日期2000年4月30日 優(yōu)先權日1999年4月30日
發(fā)明者J·赫斯 申請人:通用電氣公司