CN1951107A - X射线检查装置和辐射探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有传感器元件(21)的阵列(2)的X射线探测器(1)，其中传感器元件的每行(i)通过寻址线被连接至寻址单元(5)，以及其中传感器元件的每列(j)通过读出线被连接至读出单元(3)。在读出单元(3)中，对传感器信号进行预处理，例如通过放大器(31)进行放大。该探测器还包括控制单元(6)，该控制单元适于单独地设置用于每列(j)和每行(i)的所述放大器(3)的增益。所述增益的值尤其可以从先验知识、从对象的前一图像、或者从已经读出的行的图像信号中导出。
Description
本发明涉及一种辐射探测器，尤其是X射线探测器，该探测器具有以子组(subgroup)进行寻址和读出的传感器元件的阵列。而且，本发明涉及一种利用这种辐射探测器生成图像的方法、以及一种包括这种辐射探测器的X射线检查装置。
从EP 0796000 A2中可知具有以矩阵阵列的行和列来排列的传感器元件的辐射探测器。这些传感器元件可以通过寻址单元逐行地进行寻址，并且它们被逐列地连接至邻近该阵列的读出单元。为了读出该阵列所有传感器元件的图像信号，寻址单元一行接一行地进行寻址，并且所寻址行的每个传感器元件通过沿着列铺设的一组线中的一条线将其信号发送给读出单元。然后在读出单元中对这些信号进行预处理，例如进行放大和模数转换。在EP 0796000 A2描述的一些实施例中，对于一行中的所有传感器元件，可以以同样的方式从外部改变用来放大这一行信号的增益。在这种和类似***的已知应用中，对于利用探测器生成的图像，可以一幅图像一幅图像地改变读出单元中放大器的增益。在这些情况下，为图像预处理而选择的增益始终是在所述图像的不同区域的预处理要求之间的折衷。
基于这种情形，本发明的目的是提供对利用辐射探测器生成图像的预处理进行更佳控制的装置。
该目的通过根据权利要求1所述的辐射探测器、根据权利要求9所述的X射线检查装置、以及根据权利要求10所述的方法来实现。在从属权利要求中公开了优选实施例。
根据本发明的辐射探测器在功能上包括以下部件：
-传感器元件的阵列，所述传感器元件对诸如可见光或X射线之类的辐射是敏感的。所述传感器元件例如可以以非晶硅或单晶硅来实现。为了生成图像，将传感器元件暴露于辐射中，从而生成与它们所接收辐射的量成比例的(电)信号。每个传感器元件的信号均对应于由探测器产生的图像的一个像素。
-寻址单元，用于有选择地对该阵列的传感器元件的子组进行寻址。在典型例子中，该阵列的传感器元件以行和列的矩阵来进行组织，其中每行构成可以同时由寻址单元进行寻址的传感器元件的子组。
-读出装置，用于预处理和读出已经由寻址单元寻址的传感器元件的信号。由于寻址单元总是寻址传感器元件的整个子组，因此读出装置必须相应地适于同时处理一个子组中所有传感器元件的信号。在上述的典型矩阵布置中，传感器元件被逐列地连接至读出单元，以使可以单独地读出一行中的每个传感器元件。
-控制单元，其被连接至上述的寻址单元和读出装置，其中控制单元适于每当由寻址单元对子组进行寻址时，对该子组的所有传感器元件单独地设置预处理参数。预处理参数的确定基于这样的信息，该信息不取决于应当预处理的传感器元件的实际照射量，尤其不取决于这些传感器元件或其环境已经接收到的辐射的剂量。在下面将结合本发明的特别实施例的描述来给出确定预处理参数的优选方式的例子。
上述类型的辐射探测器允许对由传感器元件产生的图像信号进行非常通用且灵活的管理，因为在一个步骤中读出的每个子组中的每个传感器元件可以用单独的预处理参数进行预处理。因此，可以用局部优化的参数来预处理和读出图像的不同区域。
根据一个优选实施例，读出装置包括用于对传感器元件的信号进行放大的放大器，其中所述放大器的增益可以由控制单元进行设置。由传感器元件产生的信号的放大是一个重要的预处理步骤，因为传感器元件的原始信号常常是非常微弱的，因此在它们能够被传送给外部电路以用于进一步处理之前必须进行放大。另一方面，放大器通常具有一定的工作范围，只有当放大器的增益适合于要进行处理的信号的强度时，该工作范围才可以被最佳地使用。对于根据本发明的辐射探测器，可以选择放大器的增益，以使它们可以很好地适合于实际信号，并且因此可以最佳地使用放大器的工作范围。
根据本发明的另一实施例，该阵列的传感器元件以行和列进行组织，例如排列为规则(矩形或六边形)网格。而且，这种排列的行构成可以由寻址单元进行寻址的子组，并且每列的传感器元件通过相同的线被连接至通常邻近传感器元件的阵列布置的读出装置。如上所述，该读出装置尤其可以包括用于放大传感器信号的放大器。这些放大器可以配备在用于该阵列的每列的读出装置中，或者可选择地，该阵列的每个传感器元件可以包括邻近阵列中该传感器元件布置的它自己的一个放大器。
辐射探测器可选地可以包括存储器，例如易失性或非易失性电子数据存储器。该存储器包含与当前由辐射探测器生成的图像相关的信息，并且该控制单元适于利用所述信息来确定读出装置的预处理参数。因此，考虑到整个探测器阵列的图像的方面，可以执行各个传感器信号的预处理。
确定预处理参数所基于的信息可以包括有关由探测器当前所成像的对象的先验知识。例如，如果生成一条腿的X射线图像，那么该先验知识可以包括下述信息，即该对象横跨图像纵向延伸，从而在左侧和右侧出现直接辐射的条。接着可以以这样的方式对读出装置进行控制，即对所述左条和右条进行抑制，以及用最高的精确度来表示该图像的中央纵向区域。
根据辐射探测器的另一实施例，所述信息包括由探测器当前所成像的对象的前一图像。该前一图像可能在所考虑的图像之前已经生成了相当长的时间，例如数天或数周。然而优选的是，该前一图像仅仅在当前图像之前不久才生成，以使该对象还没有移动或者仅进行了最低限度的移动。于是在前一图像和当前图像中该对象的位置近似相同，以使可以将前一图像的像素值取作当前图像中传感器信号的预测。于是可以根据这些预测值来调整读出装置的预处理参数，从而得到以局部优化的参数而产生的图像。
根据另一实施例，确定预处理参数所基于的信息与来自属于当前所生成图像和已经被读出的传感器元件的信号相关。在传感器元件的矩阵排列中，前一读出行的传感器信号例如可以表示所述信息。该方法利用这样的事实，即图像中相邻行的传感器信号高度相关，以使可以将前一行的信号取作下一行信号的良好预测。
本发明还包括具有用于生成X射线的X射线管和X射线探测器的X射线检查装置，其中X射线探测器根据上述类型的辐射探测器的特征进行设计。这意味着该X射线探测器包括对X射线敏感的传感器元件的阵列、寻址单元、读出装置、以及控制单元，该控制单元用于单独地设置读出装置中传感器信号的预处理参数。
而且，本发明包括一种借助于传感器元件的阵列来生成图像的方法，该方法包括下述步骤：
a)对传感器元件的子组进行寻址，例如对传感器元件的矩阵阵列中的一行传感器元件进行寻址。
b)为来自所述子组的所有传感器元件的信号单独地设置预处理参数，其中该设置基于并不(直接或间接)取决于所述信号的信息。该子组的传感器元件受到的辐射剂量是将取决于要预处理的信号的信息的一个例子，因此将不是根据本方法用于对预处理参数进行设置的有效信息。
在对预处理参数进行设置之后，根据该参数对来自所述子组的所有传感器元件的信号进行预处理并读出，以用于进一步的处理。
c)重复步骤a)和b)，直到已经读出了所述阵列的所有传感器元件。
d)由根据步骤a)、b)和c)已经进行了预处理并读出的所有信号组成一幅图像。
该方法在通常的形式上包括可以利用上述类型的辐射探测器执行的步骤。因此，对于有关该方法的细节、优点和改进的更多信息，参考前面的描述。
根据下文中所述的实施例，本发明的这些和其它方面将是显而易见的，并将参考所述实施例对其进行阐明。
在下文中将借助于附图通过举例来描述本发明，该附图示出了根据本发明的X射线探测器。
唯一的附图示意性地表示了X射线探测器1，所述X射线探测器1包括以行i和列j组织的传感器元件21(像素)的阵列2。该阵列2例如可以是使用非晶硅光电二极管或光电导体、非晶硅TFT(薄膜晶体管)开关、或二极管开关以便将光或X射线转换为电信号(例如电荷)的大面积固态探测器。一行i的所有传感器元件被连接至相同的地址线上，如果需要对所述行的传感器元件21进行寻址，那么该地址线可以由寻址单元5(或“行驱动器”)有选择地设置为一定的电压。而且，每列j的传感器元件21被连接至相同的读出线上，该读出线通向阵列2的下边界上的读出单元3。如对一列j所说明的，读出单元3包括用于每条读出线的放大器31和模数(A/D)转换器32，以便放大和数字化所述读出线上的传感器信号。然后将预处理和读出的传感器信号传送给数据处理设备7以用于进一步的处理，所述数据处理设备7例如是具有相联存储器的微处理器。由所述信号生成的图像例如可以在监视器4上进行显示。
当利用探测器1生成X射线图像时，将对象(例如病人)暴露于来自X射线管(未示出)的X辐射中，并且由X射线探测器1记录透射穿过该对象的辐射。为了在这样的曝光之后读出来自传感器元件21的图像信号，寻址单元5连续地对阵列2的各行进行寻址，并且在每个步骤中将每行的传感器信号经由读出线传送给读出单元3。因此可以逐行地读出所述图像。这种读出过程的更多细节可以在文献WO03/093869A1中找到，该文献被结合在本申请中以供参考。根据所述文献的X射线探测器包括至少一个剂量计，用于测量到达像素子组(例如2×2像素块)的X辐射的剂量。于是就可以在读出过程期间单独地设置这一子组中传感器信号的放大增益。与此形成对比，根据本发明的辐射探测器1并不包括用于测量传感器阵列2的子区域中剂量的剂量计或类似设备。然而探测器1包括控制单元6，该控制单元6既被连接至寻址单元5又被连接至读出单元3，并且适于单独地设置用于每一读出线和所读出的传感器元件21的每行的放大器31的增益。因此，在图像的读出过程期间，可以用不同的增益来放大阵列2的每个传感器元件21。控制单元6优选还通过向寻址单元5发送适当的信号来提供读出定时。寻址单元5例如可以包括移位寄存器，通过所述移位寄存器，信号可以根据来自控制单元6的时钟信号沿着阵列2的行进行移位。
在上述设计中，在一个图像帧的读出期间，可以局部地并且甚至临时地改变列放大器31的增益设置。根据对传感器信号预处理的局部控制，可以由控制单元6来改变每一读出芯片(例如120通道)的增益、每一列组的增益、或者每一单独列j的增益。根据临时控制，可以改变每一行组或每一单独行i的增益。
如果对每一单独列j和单独行i的控制进行结合，那么可以利用专用的单独增益设置来读出图像帧的每个像素。
为图像的各个像素或像素的子组选择增益的可能性可以用来改进图像质量。为了找到正确的参数设置，将控制单元6连接至数据处理设备7以便与其交换信息。处理设备7尤其可以包括其中存储了所测量对象的先验知识的存储器。于是就可以使用描述所成像对象的一般特征且总是当前特征的先验知识，以便找到用于放大器31的适当增益设置。而且，数据处理设备7包括其中存储了在读出过程期间所设置的所有增益的存储器，以便能够在最终的图像处理期间重建图像信号的绝对值。
根据可选实施例，处理设备7的存储器可以包括对象的一幅或几幅先前X射线图像，例如病人的先前X射线图像。这些图像优选是紧接在当前图像的生成之前拍摄的，以使在该对象在所述图像之间仅有最小限度的移动。前一X射线图像例如可以是利用减少的剂量拍摄的初步曝光。在这种情况下，前一图像表示具有很少照射的图像区域，其中放大器31的增益可以被设置为高值，以及具有较高照射的图像区域，其中降低放大器31的增益以便避免信号的饱和。如果在前一图像和当前图像之间具有精确的逐像素对应，则可以对每个像素单独地控制当前图像的增益。然而，通常在前一图像和当前图像之间有一定的失配，因此优选将是根据在前一图像中所考虑的所述传感器元件周围的区域来计算当前图像中该传感器元件的增益。
根据另一实施例，控制单元6根据已被读出的帧的图像信号来计算用于放大器31的增益。特别地，控制单元6可以从同一图像帧的前一行的传感器信号中推断出该增益。由于相邻传感器元件的图像信号是高度相关的，所以一行中传感器元件的读取是下一行中(以及在同一列或相邻列中)传感器信号的值的良好预测。因此，通过由所述放大器31处理的前一传感器信号来确定用于当前传感器信号的每个放大器31的增益。
可以利用基于单晶硅以及非晶硅的固态X射线或光探测器来应用上述设计。而且，如果放大器存在于每个传感器元件21中，而不是用于每列j的所示公共放大器31，那么也可以应用上述设计。
利用以上提出的装置和方法，探测器1的总的灵敏度范围可以增加到由模数转换器32限定的动态范围极限以外。在只有部分被所测对象遮蔽的情形下，这对于大面积X射线探测器是尤其有意义的。在直接辐射的区域中，现有技术的探测器在低X射线剂量下已经饱和，而在遮蔽区域中量子噪声和有限的动态范围却不足以分辨低对比度的对象。
最后指出在本申请中，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，“一”或“一个”并不排除多个，以及单个处理器或其它单元可以实现若干装置的功能。而且，权利要求中的附图标记不应当理解为限制它们的范围。
Claims (10)
1.一种辐射探测器(1)，包括：
-传感器元件(21)的阵列(2)；
-寻址单元(5)，用于有选择地对传感器元件(21)的子组进行寻址；
-读出装置(3)，用于预处理和读出已经由寻址单元(5)寻址的传感器元件的信号；
-控制单元(6)，其被连接至所述寻址单元(5)和读出装置(3)，所述控制单元(6)适于每当由寻址单元(5)对子组进行寻址时，对子组的所有传感器元件(21)的信号单独地设置预处理参数，其中预处理参数的确定基于不取决于所述信号的信息。
2.根据权利要求1所述的辐射探测器，其特征在于，读出装置(3)包括用于对传感器元件(21)的信号进行放大的放大器(31)，其中所述放大器(31)的增益可由控制单元(6)进行设置。
3.根据权利要求1所述的辐射探测器，其特征在于，所述阵列(2)由传感器元件(21)的行(i)和列(j)组成，其中该行(i)构成可以由寻址单元(5)进行寻址的子组，以及其中一列(j)的所有传感器元件(21)经由相同的线被连接至所述读出装置。
4.根据权利要求1所述的辐射探测器，其特征在于，它包括存储器(7)，所述存储器包含与由辐射探测器(1)当前生成的图像相关的信息，以及所述控制单元(6)适于利用所述信息来确定预处理参数。
5.根据权利要求1所述的辐射探测器，其特征在于，所述信息包括当前所成像的对象的先验知识。
6.根据权利要求1所述的辐射探测器，其特征在于，所述信息包括当前所成像的对象的前一图像。
7.根据权利要求1所述的辐射探测器，其特征在于，所述信息基于来自于已经被读出的传感器元件(21)的当前所生成图像的信号。
8.根据权利要求1所述的辐射探测器，其特征在于，所述传感器元件(21)由非晶硅或单晶硅来实现。
9.一种具有X射线管和X射线探测器(1)的X射线检查装置，包括：
-传感器元件(21)的阵列(2)；
-寻址单元(5)，用于有选择地对传感器元件(21)的子组进行寻址；
-读出装置(3)，用于预处理和读出已经由寻址单元(5)寻址的传感器元件的信号；
-控制单元(6)，其被连接至所述寻址单元(5)和读出装置(3)，所述控制单元(6)适于每当由寻址单元(5)对子组进行寻址时，对子组的所有传感器元件(21)的信号单独地设置预处理参数，其中预处理参数的确定基于不取决于所述信号的信息。
10.一种利用传感器元件(21)的阵列生成图像的方法，所述方法包括下述步骤：
a)对传感器元件(21)的子组(i)进行寻址；
b)基于不取决于所述信号的信息，对所述子组的所有传感器元件(21)的信号单独地设置预处理参数，然后预处理和读出所述信号；
c)重复步骤a)和b)，直到已经读出了该阵列的所有传感器元件(21)；
d)由所有预处理并读出的信号组成图像。
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