JP2007535856A - Ｘ線検査装置及び放射線検出器 - Google Patents

Abstract

本発明は、センサ要素（２１）のアレイ（２）を有するＸ線検出器（１）に係る。センサ要素の各横列（ｉ）は、アドレスユニット（５）に対してアドレス線を介して接続され、センサ要素の各縦列（ｊ）は、読取ユニット（３）に対して読取線を介して接続される。読取ユニット（３）において、センサ信号は、前処理され、例えば増幅器（３１）によって増幅される。検出器は、各縦列（ｊ）及び各横列（ｉ）に対して増幅器（３１）のゲインを設定するよう適合される制御ユニット（６）を更に有する。ゲインの値は、特には、演繹的知識、物体の前の画像、又は既に読み取られた横列の画像信号から派生する。

Description

本発明は、サブグループおいてアドレスされ、また読み取られるセンサ要素のアレイを有する、特にはＸ線検出器である放射線検出器に係る。更には、本発明は、放射線検出器及びかかる放射線検出器を有するＸ線検査装置を有して画像を生成する方法に係る。

欧州特許第０ ７９６ ０００ Ａ２号明細書（特許文献１）から、放射線検出器は、マトリクスアレイの横列及び縦列において配置されるセンサ要素を有して、既知である。センサ要素は、アドレスユニットを介して横列毎にアドレスされ得、アレイに隣接する読取ユニットに対して縦列毎に接続される。アレイの全てのセンサ要素の画像信号を読み取るよう、横列は、アドレスユニットによって次々とアドレスされ、アドレスされた横列の各センサ要素は、縦列に沿って続く一連の線のうちの１つを介して読取ユニットに対して信号を送る。信号は、続いて、例えば増幅及びアナログ・デジタル変換によって、読取ユニットにおいて前処理される。特許文献１において説明される複数の実施例において、１つの横列の信号を増幅するゲインは、同様に１つの横列の全てのセンサ要素に外部から変更され得る。このシステム及び同様のシステムの既知の適用において、読取ユニットにおける増幅器のゲインは、画像から検出器を有して生成される画像に変更され得る。これらの場合、画像の前処理に対して選択されるゲインは常に、前出の画像の異なる領域の前処理の要求の間での妥協（ｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅ）である。
欧州特許第０ ７９６ ０００ Ａ２号明細書

この状況に基づき、本発明は、放射線検出器を有して生成される画像の前処理の更に優れた制御に対する手段を与える、ことを目的とする。

この目的は、請求項１に従った放射線検出器、請求項９に従ったＸ線検査装置、及び請求項１０に従った方法によって達成される。望ましい実施例は、従属請求項において開示される。

本発明に従った放射線検出器は、機能上、次の構成部品、
・ 可視光又はＸ線と同様の放射線に対して感応性のあるセンサ要素のアレイ、
・ アレイのセンサ要素のサブグループを選択的にアドレスするアドレスユニット、
・ アドレスユニットによってアドレスされたセンサ要素の信号を前処理し且つ読み取る読取装置、及び、
・ アドレスユニット及び上述された読取装置に対して接続される制御ユニット、
を有する。センサ要素のアレイに関して、センサ要素は、例えば、非晶質又は単結晶シリコンにおいて実現され得る。画像を生成するよう、センサ要素は、放射線に対して露出され、続いて、受ける放射線量に比例する（電気）信号生成する。各センサ要素の信号は、検出器によって作られる画像のピクセルに対応する。アドレスユニットに関して、典型的な一例では、アレイのセンサ要素は、横列及び縦列のマトリクスにおいて編成され、各横列は、アドレスユニットによって同時にアドレスされ得るセンサ要素のサブグループを有する。読取装置に関して、アドレスユニットがセンサ要素のサブグループ全体を常にアドレスするため、読取装置は、同時にサブグループの全てのセンサ要素の信号を処理するよう適合されなければならない。上述された典型的なマトリクス配置において、センサ要素は、横列の各センサ要素が個別に読み取られ得るよう読取ユニットに対して縦列毎に接続される。制御ユニットに関し、該制御ユニットは、かかるサブグループがアドレスユニットによってアドレスされる度にサブグループの全てのセンサ要素に対して個別に前処理パラメータを設定するよう適合される。前処理パラメータの決定は、前処理されるべきセンサ要素の実際照射に依存しない、特には、これらのセンサ要素又は環境が受けた照射の量に依存しない情報に基づく。

上述された種類の放射線検出器は、センサ要素によって作られる画像信号の非常に多用途且つ弾力的な運用を可能にする。１つの段階において読み取られる各サブグループにおける各センサ要素は、個別の前処理パラメータを有して前処理され得るため、前処理パラメータを決定する望ましい方途は、本発明の特別な実施例の説明と関連して以下に与えられる。したがって、画像の異なる領域は前処理され得、且つ局所的に最適化されたパラメータを有して読み取り得る。

望ましい一実施例によれば、読取装置は、センサ要素の信号を増幅するよう増幅器を有し、該増幅器のゲインは、制御ユニットによって設定され得る。センサ要素の原信号通常は、非常に弱く、更なる処理に対して外部回路に伝搬され得る前に増幅されなければならないため、センサ要素によって作られる信号の増幅は、重要な前処理段階である。一方で増幅器は、典型的に、増幅器のゲインが処理されるべき信号の強度に適切である場合にのみ最適に利用され得る一定の作動範囲を有する。本発明に従った放射線検出器を有して、増幅器のゲインは、実際の信号に対して非常によく適合するよう選択され、故に増幅器の作動範囲は最適に使用され得る。

本発明の他の実施例によれば、アレイのセンサ要素は、例えば規則的な（矩形又は六角形の）グリッドにおいて配置されることによって、横列及び縦列に編成される。更には、かかる配置の横列は、アドレスユニットによってアドレスされ得るサブグループを有し、各縦列のセンサ要素は、典型的にはセンサ要素のアレイに対して近接して置かれる読取機器に対して同一の線を介して接続される。上述の通り、読取機器は、センサ信号を増幅するよう増幅器を特に有し得る。該増幅器は、アレイの各縦列に対する読取機器において与えられ得るか、あるいは、アレイの各センサ要素は、アレイにおいてセンサ要素に隣接して置かれるそれ自身の増幅器を有し得る。

放射線検出器は、例えば揮発性又は不揮発性の電子データ記憶装置であるメモリを任意で有し得る。メモリは、放射線検出器によって目下生成されている画像に関連する情報を有し、制御ユニットは、読取機器の前処理パラメータを決定するために前出の情報を活用するよう適合される。個別のセンサ信号の前処理は、したがって、全体の検出器アレイの画像の態様を考慮に入れて実行され得る。

前処理パラメータの決定が基づく情報は、検出器によって目下撮像される物体についての演繹的知識を有し得る。例えば脚部のＸ線画像が生成される場合、演繹的知識は、物体物が左側及び右側上に直接放射線のストライプを有する画像にわたって長手方向に延在するという情報を有し得る。読取機器は、続いて、前出の左及び右のストライブが抑えられるよう、また、画像の中央長手方向領域が非常に正確性を有して示されるよう制御され得る。

放射線検出器の更なる一実施例によれば、前出の情報は、検出器によって目下撮像される物体の前の画像を有する。前の画像が生成されたのは、画像が検討されるよりかなり前、例えば数日又は数週間前であり得る。しかしながら、物体が全く又は最低限しか動いていないよう、前の画像が生成されてから現在の画像までは、ごく短い時間がたっていることが望ましい。続いて、前の画像及び現在の画像における物体の位置は、略同一であり、前の画像のピクセル値が現在の画像におけるセンサ信号の予測として取られ得るようにする。続いて読取機器の前処理パラメータは、これらの予測された値に従って適合され得、故に局所的に最適化されたパラメータを有して作られる画像をもたらす。

他の実施例によれば、前処理パラメータの決定が基づく情報は、目下生成される画像に属する、また、既に読み取られたセンサ要素からの信号に関連する。センサ要素のマトリクス配置において、前に読み取られた横列のセンサ信号は、例えば、前出の情報を示し得る。このアプローチは、画像における隣接する横列のセンサ信号は非常に相関性があるという事実を利用し、先行の横列の信号が次の横列の信号に対する優れた予測として取られ得るようにする。

本発明は、Ｘ線を生成するＸ線管及びＸ線検出器を有するＸ線検査装置を更に有する。該Ｘ線検出器は、上述された種類の放射線検出器の特性に従って設計される。これは、Ｘ線検出器がＸ線高感度センサ要素のアレイ、アドレスユニット、読取機器、及び読取機器においてセンサ信号に対する前処理パラメータを個別に設定する制御ユニットを有する、ことを意味する。

更には、本発明は、センサ要素のアレイの支援を有して画像を生成する方法を有する。該方法は、以下の段階を有する。

ａ） センサ要素のマトリクスアレイにおいてセンサ要素の横列等のセンサ要素のサブグループをアドレスする段階。

ｂ） 前出のサブグループの全てのセンサ要素の信号に対して個別に前処理パラメータを設定する段階。該設定は、前出の信号に（直接又は間接的に）依存しない情報に基づく。サブグループのセンサ要素が曝される放射線量は、前処理されるべき信号に依存しない、また、方法に従った前処理パラメータの設定に対する有効な情報ではない情報の一例である。前処理パラメータの設定後、前出のサブグループからの全てのセンサ要素の信号は、該パラメータに従って前処理され、更なる処理に対して読み取られる。

ｃ） 段階ａ）及びｂ）は、アレイの全てのセンサ要素が読み取られるまで反復される。

ｄ） 画像は、段階ａ），ｂ）及びｃ）に従って前処理され且つ読み取られた全ての信号を有する。

当該方法は、一般形態において、上述された種類の放射線検出器を有して実行され得る段階を有する。したがって、本方法の詳細、利点、及び改良点に関する更なる情報に対しては、前述の説明が参照される。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施例を参照して明らかに且つ説明される。

以下において、本発明は、本発明に従ったＸ線検出器を示す添付の図面の支援を有して例証として説明される。

図１は、横列ｉ及び縦列ｊにおいて編成されるセンサ要素２１（ピクセル）のアレイを有するＸ線検出器１を概略的に示す。アレイ２は、例えば、非晶質シリコン光ダイオード又は光伝導体、非晶質シリコンＴＦＴ（薄膜トランジスタ）スイッチ、あるいは、光又はＸ線を電気信号（電荷等）へと変換するダイオードスイッチを使用する大面積ソリッドステート検出器であり得る。１つの横列ｉの全てのセンサ要素は、前出の横列のセンサ要素２１がアドレスされるべき場合、アドレスユニット５（又は「横列ドライバ」）によって一定の電圧に選択的に設定され得る同一のアドレス線に対して接続される。更には、各縦列ｊのセンサ要素２１は、アレイ２の下方の境界上で読取ユニット３に繋がる同一の読取線に対して接続される。１つの縦列ｊに対して図示される通り、読取ユニット３は、各読取線に対して増幅器３１及びアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３２を有し、前出の読取線上のセンサ信号を増幅及びデジタル化する。前処理及び読み取りされたセンサ信号は続いて、更なる処理に対してデータ処理機器７（例えば関連付けられたメモリを有するマイクロプロセッサ）へと伝搬される。信号から生成される画像は、例えばモニタ４上に表示され得る。

Ｘ線画像が検出器１を有して生成されるべき際、物体（例えば患者）は、Ｘ線管（図示せず）からのＸ線に曝され、該物体を介して送られる放射線は、Ｘ線検出器１によって記録される（ｒｅｇｉｓｔｅｒｄ）。かかる曝露後、センサ要素２１から画像信号を読み取るよう、アドレスユニット５は、連続してアレイ２の横列をアドレスし、各段階において各横列のセンサ信号は、読取線を介して読取ユニット３に対して伝搬される。故に画像は、横列毎に読み取られる。この読取工程の更なる詳細は、参照として本出願に組み込まれる国際公開第０３／０９３８６９ Ａ１号パンフレット中に見られ得る。該文献によるＸ線検出器は、例えば２×２のブロックであるピクセルのサブグループに到達するＸ線量を測定するよう少なくとも１つの線量計を有する。かかるサブグループにおけるセンサ信号に対する増幅ゲインは、続いて、読取工程中に個別に設定され得る。これとは対照的に、本発明に従った放射線検出器１は、センサアレイ２のサブ領域における線量を測定する線量計又は同様の機器を有さない。しかしながら検出器１は、制御ユニット６を有する。制御ユニット６は、アドレスユニット５及び読取ユニット３の両方に対して接続され、また、各読取線及び読み取られるセンサ要素２１の各横列に対して増幅器３１のゲインを個別に設定するよう適合される。したがって、アレイ２の各センサ要素２１は、画像の読取工程中に異なるゲインを有して増幅され得る。制御ユニット６は、望ましくは、アドレスユニット５に対して適切な信号を送ることによって読取タイミングも与える。アドレスユニット５は、例えばシフトレジスタを有し得、信号は、該シフトレジスタを介して、制御ユニット６からのクロック信号に従ってアレイ２の横列に沿ってシフトされる。

上述された設計において、縦列の増幅器３１のゲイン設定は、１つの画像フレームの読取り中に局所的に、更には一時的に変化され得る。センサ信号の前処理の局所的制御に従って、読取チップ（例えば１２０チャンネル）毎のゲイン、縦列のグループ毎のゲイン、又は各個別の縦列ｊのゲインは、制御ユニット６によって変えられ得る。一時的制御によれば、ゲインは、横列のグループ毎あるいは個別の横列ｉ毎に変化され得る。

個別の縦列ｊ及び個別の横列ｉ毎の制御が組み合わされる場合、画像フレームの各ピクセルは、専用の個別ゲイン設定を有して読み取られ得る。

画像の個別のピクセル又はピクセルのサブグループに対するゲインを選択する可能性は、画質の向上に対して利用され得る。適切なパラメータ設定を見つけるよう、制御ユニット６は、データ処理機器７に対して接続され、それと情報を交換する。処理機器７は、測定される物体に関する演繹的知識が格納されるメモリを特に有し得る。撮像される物体の現在の特性を全般的に常に説明するこの演繹的知識は、続いて、増幅器３１に対する適切なゲイン設定を見つけるよう利用され得る。データ処理機器７は、読取工程中に設定された全てのゲインが最終画像処理中に画像信号の絶対値を再構成することができるよう格納されるメモリを、更に有する。

他の一実施例によれば、処理機器７のメモリは、例えば患者の前のＸ線画像である、物体の１つ又は複数の前のＸ線画像を有し得る。望ましくは、該画像は、前出の画像の間で物体の動きを最小限にのみ抑えるよう、現在の画像の生成の直前に撮られたものである。前のＸ線画像は、例えば、低減された線量を有して撮られる予備曝露であり得る。この場合は、前の画像は、増幅器３１のゲインが高い値に設定され得る少量の放射を有する画像領域、及び、増幅器３１のゲインが信号の飽和を避けるよう低減されるより高い照射を有する画像領域を示す。前の画像と現在の画像との間に正確なピクセル毎の一致がある場合、現在の画像のゲインは、各ピクセルに対して個別に制御され得る。しかしながら通常は、前と現在の画像との間には一定の不一致があり、したがって現在の画像におけるセンサ要素に対するゲインは、望ましくは、前の画像において検討されている前出のセンサ要素を取り囲む領域から算出される。

更なる一実施例によれば、制御ユニット６は、既に読み出されたフレームの画像信号から増幅器３１のゲインを算出する。望ましくは、制御ユニット６は、同一の画像フレームの前の横列のセンサ信号からゲインを推測し得る。隣接するセンサ要素の画像信号は非常に相関性があるため、１つの横列におけるセンサ要素の読込みは、続く横列（また、同一又は隣接する縦列）におけるセンサ信号の値に対する優れた予測である。故に、現在のセンサ信号に対する各増幅器３１のゲインは、増幅器３１によって処理された前のセンサ信号によって決定される。

上述された設計は、単結晶シリコン及び非晶質シリコンに基づくソリッドステートのＸ線又は光検出器を有して適用され得る。更には、増幅器が各縦列ｊに対する図示される共通の増幅器３１の代わりに各センサ要素２１において存在する場合にも、適用され得る。

上述された配置及び方法を使用して、検出器１の全体的な感度範囲は、アナログ・デジタル変換器３２によって定義付けられるダイナミック範囲の制限を越えて増大され得る。このことは、測定される物体によって部分的にのみ陰にされる状況における大面積Ｘ線検出器に対して、特に興味深いものである。直接照射の領域において、先行技術の検出器は、既に低Ｘ線線量において飽和するが、陰になった範囲における制限されたダイナミック範囲及び量子雑音は、低コントラストの物体を十分に解決するものではない。

最後に、本出願において、「有する」という語は他の要素又は段階を除外するものではなく、また、単数形の表記は複数の存在を除外するものではないこと、並びに、単一のプロセッサ又は他のユニットは複数の手段の機能を実行し得ること、が指摘される。更には、請求項中の参照符号は、その範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。

Ｘ線検出器を概略的に図示する。

Claims (10)

1. 放射線検出器であって、
   ・ センサ要素のアレイと；
   ・ 前記センサ要素のサブグループを選択的にアドレスするアドレスユニットと；
   ・ 前記アドレスユニットによってアドレスされたセンサ要素の信号を前処理し且つ読み取る読取機器と；
   ・ 前記アドレスユニット及び前記読取機器に対して接続される制御ユニットと、
   を有し、
   前記制御ユニットは、サブグループが前記アドレスユニットによってアドレスされる度にサブグループの全てのセンサ要素の前記信号に対して個別に処理パラメータを設定するよう適合され、前記前処理パラメータの決定は、前記信号に依存しない情報に基づく、
   放射線検出器。
2. 前記読取機器は、前記センサ要素の前記信号を増幅する増幅器を有する、ことを特徴とし、
   前記増幅器のゲインは、前記制御ユニットによって設定され得る、
   請求項１記載の放射線検出器。
3. 前記アレイは、センサ要素の横列及び縦列を有する、ことを特徴とし、
   前記横列は、前記アドレスユニットによってアドレスされ得る前記サブグループを有し、縦列の全てのセンサ要素は、前記読取機器に対して同一の線を介して接続される、
   請求項１記載の放射線検出器。
4. 前記放射線検出器は、前記放射線検出器によって目下生成される画像に関連付けられる情報を有するメモリを有することと、
   前記制御ユニットは、前記前処理パラメータの前記決定に対する前記情報を活用するよう適合されることと、を特徴とする、
   請求項１記載の放射線検出器。
5. 前記情報は、目下撮像される物体の演繹的知識を有する、ことを特徴とする、
   請求項１記載の放射線検出器。
6. 前記情報は、目下撮像される物体の前の画像を有する、ことを特徴とする、
   請求項１記載の放射線検出器。
7. 前記情報は、既に読み取られたセンサ要素からの前記目下生成される画像の信号に基づく、ことを特徴とする、
   請求項１記載の放射線検出器。
8. 前記センサ要素は、非晶質又は単結晶シリコンにおいて実現される、ことを特徴とする、
   請求項１記載の放射線検出器。
9. Ｘ線管とＸ線検出器とを有するＸ線検査装置であって、
   ・ センサ要素のアレイと；
   ・ 前記センサ要素のサブグループを選択的にアドレスするアドレスユニットと；
   ・ 前記アドレスユニットによってアドレスされたセンサ要素の信号を前処理し且つ読み取る読取機器と；
   ・ 前記アドレスユニット及び前記読取機器に対して接続される制御ユニットと、
   を有し、
   前記制御ユニットは、サブグループが前記アドレスユニットによってアドレスされる度にサブグループの全てのセンサ要素の前記信号に対して個別に処理パラメータを設定するよう適合され、前記前処理パラメータの決定は、前記信号に依存しない情報に基づく、
   Ｘ線検査装置。
10. センサ要素のアレイを有して画像を生成する方法であって、
    ａ） センサ要素のサブグループをアドレスする段階と；
    ｂ） 前記信号に依存しない情報に基づいて前記サブグループの全てのセンサ要素の前記信号に対して個別に前処理パラメータを設定し、続いて、前記信号を前処理し且つ読み取る段階と；
    ｃ） 前記アレイの全てのセンサ要素が読み取られるまで段階ａ）及びｂ）を反復する段階と；
    ｄ） 前処理され且つ読み取られた全ての信号から画像を構成する段階と、
    を有する、方法。

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