通过数字x射线检测器的自主曝光检测的系统和方法

通过数字x射线检测器的自主曝光检测的系统和方法
【专利摘要】一种数字X射线检测器包括像素阵列，其包括采用行和列布置的多个像素，其中每个像素包括光电二极管和晶体管。数字X射线检测器还包括：扫描线，其耦合于第一维中的每个像素；数据线，其耦合于第二维中的每个像素；使能电路，其耦合于每个像素的晶体管用于使能光电二极管的读出；和读出电路，其通过每个像素的晶体管而耦合于光电二极管用于从光电二极管读出数据。数字X射线检测器配置成在使能电路使每个晶体管维持在关断状态时自主确定X射线曝光的开始。
【专利说明】通过数字X射线检测器的自主曝光检测的系统和方法

【技术领域】
[0001]本文公开的主题大体上涉及X射线成像系统，并且更特定地涉及使用数字检测器的X射线成像系统。

【背景技术】
[0002]数字X射线检测器的出现为医学成像带来增强的工作流程和高的图像质量。然而，较早的模拟放射成像系统中的许多采用使用胶片暗盒和/或计算机放射(CR)暗盒的常规X射线成像。存在通过用数字X射线检测器取代胶片暗盒或CR暗盒来提高工作流程和图像质量而使这些模拟放射成像系统升级为数字放射成像系统的期望。为了从这些常规模拟X射线成像系统获得图像，在每个暴露后必须运送和处理胶片暗盒或CR暗盒，从而在获得期望图像中导致时间延迟。数字放射提供备选方案，其允许采集图像数据并且当场重建图像用于更快的查看和诊断，并且仍允许图像容易存储并且传送到像CR的咨询医师、放射科医生和专家。然而，用数字放射成像系统取代较早的常规放射成像系统的成本可施加给医院或其他医学设施。因此，用数字检测器升级模拟系统将提供不太昂贵、更有吸引力的备选方案。
[0003]使模拟X射线成像系统升级为数字X射线成像系统的最高效方式是不改变模拟X射线成像系统中的任何事物，但添加数字X射线检测器，其独立于模拟X射线成像系统(正如胶片暗盒或CR暗盒)而工作。为了使数字X射线检测器独立于模拟X射线成像系统而工作，数字X射线检测器必须总是准备接收X射线并且具有检测X射线曝光何时开始以及X射线曝光何时结束的能力。
[0004]该公开的主题消除为了在X射线曝光之前和之后控制检测器的行为(例如，功率管理)、使检测器为接收X射线做准备、读取检测器和洗涤检测器的目的而使数字X射线检测器耦合于X射线成像系统的需要。
[0005]因此，需要有在X射线成像系统中提供自主X射线曝光检测和图像采集管理的数字X射线检测器。


【发明内容】

[0006]根据本公开的方面，数字X射线检测器包括像素阵列，其包括采用二维布置的多个像素，其中每个像素包括光电二极管和晶体管。该数字X射线检测器还包括耦合于第一维中的每个像素的扫描线、耦合于第二维中的每个像素的数据线、耦合于每个像素的晶体管用于使能光电二极管的读出的使能电路和通过每个像素的晶体管耦合于光电二极管用于从光电二极管读出数据的读出电路。数字X射线检测器配置成在使能电路使每个晶体管维持在关断状态时自主确定X射线曝光的开始。
[0007]根据本公开的方面，X射线成像系统包括X射线辐射源、耦合于该X射线辐射源并且配置成命令X射线辐射发出X射线用于X射线曝光的源控制器，和数字X射线检测器。该数字X射线检测器包括像素阵列，其包括多个像素，其中每个像素包括光电二极管和晶体管。数字X射线检测器还包括:使能电路，其耦合于每个像素的晶体管用于使能光电二极管的读出；和读出电路，其通过每个像素的晶体管而耦合于光电二极管用于从光电二极管读出数据。数字X射线检测器配置成在使能电路使每个晶体管维持在关断状态时确定X射线曝光的开始，而没有来自源控制器的曝光定时信号信息。
[0008]根据本公开的方面，X射线成像方法包括:数字X射线检测器，其包括像素阵列，该像素阵列包括采用二维布置的多个像素，其中每个像素包括光电二极管和晶体管；扫描线，其耦合于第一维中的每个像素；使能电路，其耦合于每个像素的晶体管用于使能光电二极管的读出；读出电路，其通过每个像素的晶体管而耦合于光电二极管用于从光电二极管读出数据；和数字X射线检测器，其配置成自主执行下面的步骤。这些步骤包括在完成洗涤时起动定时器、经由读出电路采集幻象数据样本以及基于来自这些第一样本集的幻象数据生成非曝光基线，在这之后检测器用信号指示运营商它准备曝光。步骤还包括在生成非曝光基线时经由读出电路采集数据样本并且通过将来自对于每个后续样本采集的数据的信号水平与非曝光基线比较而确定X射线曝光的开始和结束。步骤进一步包括如果后续样本的信号水平等于或大于对于至少第一时间阈值或相反连续数量的样本的非曝光基线以上的幅度阈值，则存储第一定时器值，其指示X射线曝光的开始。步骤再进一步包括如果后续样本的信号的水平回到小于对于至少第二时间阈值或连续数量的样本的非曝光基线以上的幅度阈值，则存储第二定时器值，其指示X射线曝光的结束。步骤再进一步包括从检测器采集图像数据。该图像数据在X射线曝光期间由检测器集成来生成曝光图像。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]当下列详细说明参考附图(其中所有图中类似的符号代表类似的部件)阅读时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中:
图1是X射线成像系统的示范性实施例的框图；
图2是数字X射线检测器的功能部件的示范性实施例的示意图；
图3是数字X射线检测器的读出电子器件和单像素采集过程的示范性实施例的示意图；
图4A-4C是X射线成像方法的示范性实施例的流程图；
图5是数字X射线检测器的像素加和和比较逻辑的示范性实施例的示意图；
图6是来自数字X射线检测器(在其期间捕获两个短曝光)的幻象数据的表示；以及图7是来自图6的幻象数据的曲线图，其中该曲线图中的每个数据点代表沿图6中的每个水平线的所有值的加和。

【具体实施方式】
[0010]大体上参考图1，表示X射线成像系统，并且大体上由标号10所引用。在图示的实施例中，X射线成像系统10 (如适应的话)是数字X射线成像系统。根据本技术，X射线成像系统10设计成既采集图像数据又处理该图像数据用于显示。然而，在整个下列论述中，尽管提供关于医学诊断应用中使用的数字X射线成像系统的基础和背景信息，应该记住本技术的方面可应用于数字X射线检测器，其包括在不同的设置(例如，投影X射线成像、计算机断层摄影成像、断层合成成像、荧光成像、放射成像，等)中并且为了不同目的(例如，包裹、行李、车辆和部件检查，等)而使用的数字X射线检测器。
[0011]在图1中图示的实施例中，X射线成像系统10可以是常规的模拟X射线成像系统，其如下文描述的那样被改装用于数字图像数据采集和处理。在一个实施例中，X射线成像系统10可以是设置在固定X射线成像室中的静止X射线成像系统。然而，将意识到在其他实施例中，目前公开的技术还可与其他X射线成像系统一起使用，其包括移动X射线成像系统。
[0012]X射线成像系统10包括邻近准直器22安置的X射线源20。准直器22允许X射线辐射14的束穿过安置受检者12 (例如人类患者、动物或物体)所在的区域。X射线辐射16的一部分穿过或传递给受检者12并且撞击数字X射线检测器30。如在下文更充分描述的，数字X射线检测器30将在检测器面板阵列31的表面上接收的X射线光子转换成更低能量的光子，并且随后转换成电信号，其被采集和处理来重建受检者12内的特征的图像。
[0013]X射线源20耦合于电力供应26，其提供电力用于对检查序列成像。X射线源20和电力供应26耦合于源控制器24，其配置成命令X射线发出X射线用于图像曝光。如上文提到的，数字X射线检测器30配置成在没有来自X射线源20或源控制器24的信息的情况下采集X射线图像数据。也就是说，数字X射线检测器30没有来自X射线源20、源控制器24或其他系统控制器的关于X射线曝光的开始和结束的定时信号信息。因此，数字X射线检测器30配置成自主确定X射线曝光的开始和结束以及自主调节与检测X射线曝光关联的检测器30的其他操作。例如，如在下文更详细描述的，数字X射线检测器30可在曝光之前、期间和之后比较通过检测器30的像素阵列采集的数据来确定曝光的发生。在某些实施例中，数字X射线检测器30可确定X射线曝光的开始和结束，同时使能电路使每个晶体管维持在关断状态。
[0014]数字X射线检测器30包括检测器面板阵列31，其包括光感测光电二极管和开关薄膜场效应晶体管(FET)的像素阵列,其将光子转换成电信号。沉积在光电二极管和FET的像素阵列上的闪烁体材料将在闪烁体材料表面上接收的入射X射线辐射光子转换成较低能量的光子。如上文提到的，光电二极管和FET的像素阵列将光子转换成电信号。备选地，检测器面板阵列31可直接将X射线光子转换成电信号。这些电信号由检测器面板阵列接口 32(其提供数字信号给处理器35以转换成图像数据并且重建成受检者12内的特征的图像)从模拟信号转换成数字信号。
[0015]数字X射线检测器30进一步包括检测器控制器33，其协调各种检测器功能的控制。例如，检测器控制器33可执行各种信号处理和过滤功能，例如用于动态范围的初始调整、数字图像数据的交错等。检测器控制器33耦合于处理器35。该处理器35、检测器控制器33和数字X射线检测器30内的电子器件和电路中的全部从电力供应34接收电力。该电力供应34可包括一个或多个电池。
[0016]处理器35也链接到照明电路48。检测器控制器33可向处理器35发送信号来用信号指示照明电路48以照亮灯50 (例如，发光二极管)来指示检测器30准备在上电、初始化和洗涤时接收X射线曝光。确实，检测器30可由用户(例如，按压定位在检测器30上的打开/关闭按钮)打开或从空闲状态唤醒。此外，处理器35可用信号指示照明电路48来照亮灯50以提醒操作者在检测器30没有检测到曝光的情况下经过最大时间或对于检测的曝光经过最大曝光时间。再进一步地，处理器35链接到显示器51 (例如，LED显示器)来提供检测器30的状态和/或曝光的视觉指示。再进一步地，处理器35链接到定时器49以为了多个目的监视时间，如在下文更详细描述的。
[0017]处理器35和检测器面板阵列接口 32耦合于存储器36。该存储器36可存储各种配置参数、校准文件和检测器识别数据。另外，存储器36可存储要与图像数据组合来生成DICOM兼容数据文件的患者信息。此外，存储器36可存储在X射线曝光之前和期间收集的采样数据以及X射线图像数据。再进一步地，存储器36可存储定时器值和阈值，如在下文更详细描述的。
[0018]数字X射线检测器30包括用于与网络40无线通信的无线通信接口 37，以及有线通信接口 38，用于在网络40系连到它时与网络40通信。数字X射线检测器30可配置成无线传送或通过有线连接传送部分处理或完全处理的X射线图像数据到网络40。数字X射线检测器30还可经由有线或无线连接通过网络40与图像查看和存储系统通信。图像查看和存储系统可包括图片归档和通信系统(PACS)42、放射信息系统(RIS)44和/或医院信息系统(HIS) 46。在示范性实施例中，图像查看和存储系统可处理X射线图像数据。无线通信接口 37可利用任何适合的无线通信协议，例如超宽带(UWB)通信标准、蓝牙通信标准或任何IEEE 802.11通信标准。数字X射线检测器30还可配置成经由有线或无线连接将未被处理或被部分处理的图像数据传送到工作站或便携式检测器控制装置或将经处理的X射线图像传送到打印机来生成图像的副本。
[0019]便携式检测器控制装置可包括个人数字助理(PDA)、掌上型计算机、膝上型计算机、智能电话、例如iPad?等平板计算机或任何适合的通用或专用便携式接口装置。便携式检测器控制装置配置成由用户持有并且与数字X射线检测器30无线通信。注意检测器和便携式检测器控制装置可利用任何适合的无线通信协议，例如IEEE 802.15.4协议、UWB通信标准、蓝牙通信标准或任何IEEE 802.11通信标准。备选地，便携式检测器控制装置可配置成系连或可拆分地系连到数字X射线检测器30以经由有线连接而通信。
[0020]在示范性实施例中，数字X射线检测器30可配置成至少部分处理X射线图像数据。备选地，原始图像数据可从数字X射线检测器30发送到远程处理器来处理X射线图像数据。然而，在某些实施例中，数字X射线检测器30可配置成自己完全处理X射线图像数据。数字X射线检测器30还可配置成基于X射线图像数据、患者信息和其他信息生成DICOM兼容数据文件。在示范性实施例中，患者信息可从患者数据库经由无线或有线连接从网络或工作站传输到数字X射线检测器30。
[0021]图2图示数字X射线检测器30的功能部件的示范性实施例的详细框图。如图示的，检测器控制电路52从电力供应54接收DC电力。检测器控制电路52配置成对于用于在X射线成像系统的操作的数据采集阶段期间采集图像数据的扫描和读出电子器件产生定时和控制命令。检测器控制电路52因此将功率和控制信号传送到参考/调节器电路56，并且从参考/调节器电路56接收图像数据。
[0022]在本实施例中，数字X射线检测器30包括闪烁体材料，其将在X射线检查期间在检测器面板阵列表面上接收的X射线辐射光子转换成更低能量的光子。光电检测器的阵列然后将光子转换成电信号，其代表光子的数量并且因此代表在检测器面板阵列表面上撞击单独像素区域或图片元素的辐射的强度。在示范性实施例中，X射线辐射光子可直接转换成电信号。读出电子器件将所得的模拟信号转换成可以在图像重建之后被处理、存储和显示的数字信号。如上文提到的，光电检测器或离散图片元素的阵列采用行(例如，第一维)和列(例如，第二维)组织，其中每个离散图片元素由光电二极管和薄膜场效应晶体管(FET)组成。每个光电二极管的阴极连接到FET的源极，并且所有光电二极管的阳极连接到负偏压(例如，经由共同电极)。每行中FET的栅极在单个扫描线或一个和多个扫描电极上连接在一起并且一个和多个扫描电极连接到扫描电子器件，如下文描述的。列中FET的漏极连接在一起并且每列的数据线或数据电极连接到读出电子器件的单独通道。
[0023]如在下文更详细描述的，检测器控制电路52配置成监视并且确定X射线曝光的开始和结束。另外，检测器控制电路52配置成管理检测器30的功率并且调节检测器30的洗涤与确定X射线曝光的开始和结束之间的交互。此外，检测器控制电路52配置成在接收X射线辐射期间或之后从检测器30采样数据。
[0024]返回在图2中图示的实施例，通过示例，扫描总线60包括多个导体，用于使能从数字X射线检测器30的多种行的读出，以及用于禁用行并且在期望的地方对选择的行施加电荷补偿电压。数据控制总线62包括额外的导体，用于在行中的每个的FET相继被使能(SP，“扫描”)(其构成实际图像采集)时或在所有FET持续保持在“关断”状态(在其期间采集幻象数据)时命令从列的读出。扫描总线60耦合于使能电路和一系列扫描驱动器64，其用于使能数字X射线检测器30中的一系列行中的FET。相似地，读出电子器件66耦合于数据控制总线62，用于命令数字X射线检测器30的一些或所有列的读出。
[0025]在图示的实施例中，扫描驱动器64和读出电子器件66耦合于检测器面板31，其可细分成多个行68、列70和像素72。每行68的FET耦合于扫描驱动器64中的一个。相似地，沿每列70的每个FET的漏电极耦合于读出电子器件66。上文提到的光电二极管74和薄膜FET 76布置由此限定布置在行68和列70中的像素或离散图片元素72的阵列。
[0026]如也在图2中图示的，每个图片元素72大体上在行68和列70交叉处限定，数据电极78在该行68和列70处与扫描电极80交叉。如上文提到的，如与光电二极管74 —样，在对于每个图片元素72的每个交叉位置处提供FET 76。因为沿每行68的FET由扫描驱动器64使能，来自每个光电二极管74的信号可经由读出电子器件66而访问，并且转换成数字信号用于后续处理和图像重建。从而，阵列面板31中的整行68的像素72在激活附连到该行68上的像素72的所有FET 76的栅极的扫描电极80时同时被控制。因此，该特定行68中的像素72中的每个通过开关(即，FET，其由读出电子器件66使用来恢复对光电二极管74的电荷)连接到数据电极78。
[0027]应注意在某些系统中，在通过关联的专用读出通道中的每个同时对行中的所有图片元素72恢复电荷时，读出电子器件将来自之前的行的测量从模拟电压转换成数字值。此夕卜，读出电子器件可将来自之前行的数字值传输到采集子系统，其将在监视器上显示诊断图像或将它写入膜之前执行一些处理。
[0028]用于使能沿每行的FET的电路在本上下文中可称为扫描使能电路。与上文描述的扫描使能电路关联的FET置于“导通”或传导态，用于使能给定行中的FET，并且在未使能FET用于读出时“关断”或置于非传导态。尽管有这样的语言，应注意用于扫描驱动器和列读出电子器件的特定电路部件可改变，并且本发明不限于FET或任何特定电路部件的使用。
[0029]图3是数字X射线检测器30的单像素、读出电子器件66 (例如，专用集成电路(ASIC))的前端、扫描驱动器中的一个的输出和单像素采集过程的示意图。典型地，固态X射线检测器中的扫描和读出电路可以独立操作。然而，为了产生诊断图像，它们彼此同步地操作。例如，读出电路66将在激活扫描线之前复位(Int Reset是“高的”，如由标号82指示的)并且将开始使在数据线上看到的信号集成。之后不久，激活扫描线(FET “导通”，如由标号84指示的)并且它持续某一小的时段地保持活跃，这允许跨光电二极管的偏置恢复到它在曝光之前完全相同的电位。在使扫描线失效后不久，停止集成过程并且集成信号准备转换成例如数字量，其中的全部在图3中描绘。
[0030]然而，扫描和读出电路有时候可独立操作。如上文提到的，数字X射线检测器30没有来自X射线源20和源控制器24的信息，并且从而没有X射线曝光的开始和结束时间的先验知识。彼此独立地(即，异步地)操作扫描和读出电路连同根据它相对于在检测器30未经受X射线曝光时采集的相似数据的幅度来智能地对所得的数据归类使检测器能够确定X射线曝光的开始和结束。在本公开中并且如将在下文更详细描述的，数字X射线检测器30配置成自主地自动检测X射线曝光的开始和结束。
[0031]例如，扫描电路可以保持关闭并且读出电路可以循环来收集“实时”数据以便检测器30自己决定它已暴露于X射线、已完成曝光以及因此要读取检测器30使得诊断图像可以形成、存储用于诊断并且检测器30然后可以为后续曝光做准备的时间。再次参考图3，在扫描线保持为“低的”(关断)并且在84处未转变示出的方式时生成幻象数据。因为检测器30不是完美的，信号将漏过晶体管，其是光敏的，即使它们电保持在关断状态也如此。少量的信号将从被曝光的每个像素泄漏，并且沿给定数据线的该信号中的全部将有效地添加在一起。该累积信号可以由耦合于每个数据线的读出电子器件采样和转换来产生幻象数据，其将沿数据线没有位置信息并且因此本质上仅是暂时的。即使晶体管泄漏，信号中的大部分在曝光期间由光电二极管保留。在曝光结束时，晶体管不再经受光并且返回到它们的正常“基线”泄漏，并且光电二极管将保留它们单独信号中的大多数，其在晶体管保持在“关断状态”的整个时间集成。
[0032]图4A-4C图示检测器30自主确定X射线曝光的开始和结束的方法86。该方法86包括操作者通过激活唤醒或通电按钮而从关断状态或空闲状态激活检测器30 (框88)。在检测器30上电并且执行初始化时，检测器30自己洗涤(即，来准备并且刷新检测器电路)有限数量的次数(例如，4个巾贞)(框90)。在完成最后的洗涤后，检测器30起动定时器49以用于多个目的，如在下文描述的(框92)。检测器30 (即，使能电路)使扫描电路(即，晶体管)维持在“关断”或非传导态并且开始使读出电路循环以使检测器30能够采集数据以稍后在确定检测器是否暴露于X射线方面用作基线(框94)。特别地，读出电路(66)在通电状态被连续读取，来确定“非曝光”、“非读取”(即，扫描未被使能)偏移。
[0033]对于每个读取(例如，幻象线)，检测器30采集数据(例如,幻象数据)并且处理对于一个幻象数据样本集的幻象数据(框96)。已知在该特定时间，幻象数据因为它是在检测器30向操作者指示允许曝光的时间之前而缺乏与X射线曝光有关的任何信息或数据。作为处理的部分，检测器30检查数据(例如，幻象数据)来看看是否已经实现稳定性(框98)。如果幻象数据不稳定，检测器30继续采集并且处理幻象数据(框96)并且确定幻象数据是否是稳定的(框98)。一旦已经实现稳定性，检测器30从幻象数据生成非曝光基线(框100)。在某些实施例中，检测器30对来自N个幻象线的数据(例如，幻象数据)求平均来生成非曝光基线。例如，对于非曝光基线的当前偏移值对应于零曝光。在检测器30使扫描电路维持在关闭状态并且如上文描述的那样操作读出电路(即，使其循环)时，最佳且最自主的结果将在检测器30使用来自每个数据线的信号时获得。这因为检测器是独立于X射线系统而操作并且缺乏关于在哪里(跨检测器30的进入面)预期X射线曝光的先验信息的便携式检测器。X射线曝光可以在检测器30的任何部分处发生，因此将需要检查整个检测器30。备选地，可以限定必须总是曝光的检测器30的一段，并且然后仅来自该段的那些数据线需要在确定曝光的发生和定时方面使用。处理整个或部分幻象线的一个手段将是通过从每个期望的通道取转换的(数字)数据并且对“跨”幻象扫描线的输出求平均。实际上，每个单独通道在“线”甚至幻象线期间在完全相同的时刻对每个单独数据线采样。备选地，检测器30使跨(幻象)扫描线的期望数据加和，从而避免必须除以加和的数据线的数量的复杂性。如果数据线的数量恰巧是二的幂，则除以该数据线的数量则简单得多。该除法可以通过使(二进制)和右移代表数据线数量所需要的位数量而完成。例如，如果检测器30包括2048个数据线，因为2n=2048，和可以划分以通过使它右移11个位而形成平均数。对于使用该和的唯一不利后果是它在比较中使用时或在将阈值添加到它时将需要更多的位。
[0034]在生成非曝光基线(框100)时，检测器30用信号指示操作者传递检测器30准备曝光(框102)。信号可经由上文描述的灯50或显示器51而提供。另外，检测器30持续使扫描电路(即，晶体管)维持在“关断”或非传导态并且持续使读出电路循环以使检测器30能够确定X射线曝光的开始和结束，其的持续由框104指示。
[0035]在接收准备信号时，操作者激活X射线系统上的预备和曝光信号来开始曝光，这未示出，但在框102后的任何时间发生。在连续基础上，检测器30监视定时器49来确保在X射线曝光之前还未达到“最大时间导通”。从而，检测器30必须确定是否达到“最大时间导通”(框108)。如果检测器30确定已经达到“最大时间导通”，检测器30提供超时错误已经经由灯50或显示器51而对操作者生成的指示(从框138开始)并且检测器30继续读取它自己好像曝光已经作为预防被检测使得在任何情况下没有丢失图像信息并且操作者以后可以选择在以后的某个时间丢弃图像数据。
[0036]如果检测器30确定还未达到“最大时间导通”，检测器30继续将从采集的数据得到的信号水平与非曝光基线比较来确定X射线曝光的开始。具体地，检测器30确定信号是否等于或大于在非曝光基线以上的幅度阈值(框112)。在某些实施例中，幅度阈值(其通过实验表征)代表在非曝光基线以上的需要解释为曝光证据的最小信号水平。因为非曝光基线在当前操作期间获得，它将反映温度以及将潜在不仅因检测器各异而且对于给定检测器也因操作而各异的其他时间条件的效应。如此，与如果代表最小曝光信号水平和非曝光基线两者的单个数字在所有条件下对于所有检测器限定相比，检测器操作将对这些条件的波动不太敏感。如果信号不等于或大于非曝光基线以上的幅度阈值，检测器30继续将从采集的数据得到的信号的水平与非曝光基线比较(框104和112)。如果信号等于或大于非曝光基线以上的幅度阈值，检测器30确定X射线曝光可已经开始并且在X射线曝光可已经在临时位置处开始时存储第一定时器值(框116)。
[0037]在存储第一定时器值时，检测器30继续通过幻象读取监视数据读数并且做出信号水平是否等于或等于对于至少第一时间阈值的非曝光基线以上的幅度阈值的确定(框118)。第一时间阈值在下文更详细地描述。如果未满足第一时间阈值，检测器30采集并且处理数据(框168)、继续将从采集的数据得到的信号的水平与非曝光基线比较(框154)。另夕卜，在连续基础上，检测器30监视定时器49来确保在确定X射线曝光开始之前还未达到“最大时间导通”。从而，检测器30必须确定是否达到“最大时间导通”(框106)。如果检测器30确定已经达到“最大时间导通”或未满足第一时间阈值，检测器30提供超时错误已经经由灯50或显示器51而向操作者显示的指示(从框138开始)并且检测器30继续读取它自己好像曝光已经作为预防被检测使得在任何情况下没有丢失图像信息并且操作者以后可以选择在以后的某个时间丢弃图像数据。如果满足第一时间阈值，检测器30推断X射线曝光已经开始并且将第一定时器值识别为曝光值的开始(框120)。
[0038]在识别曝光的开始后，检测器30继续采集幻象数据(如由框110指示的)并且将来自采集数据的信号的水平与非曝光基线比较(框114)来确定X射线曝光的结束。严格地为了简洁和清楚起见，图4A-4C已经构造成使代表检测器在做出曝光确定时执行的单独步骤的单独框的数量最小化。因此，在幅度比较之前已经示出两个独立测试(框114)。在框122中，与框108相似，测试定时器最大量。在框136中，测试最大曝光时间。在正常情形下，检测器将“未能通过”那两个测试并且到达框114，在特定情况下，检测器30确定信号是否小于在非曝光基线以上的幅度阈值。如果信号不小于非曝光基线以上的幅度阈值，检测器30继续将从采集数据得到的信号的水平与非曝光基线比较(框110和114)。如果信号小于非曝光基线以上的幅度阈值，检测器30确定X射线曝光可已结束或完成并且将X射线可结束时的第二定时器值存储在在临时位置中(框126)。如果对于“最大时间导通”或“最大曝光时间”通过测试，指示一般超时错误并且检测器如之前指示的那样从框138行进。
[0039]在存储第二定时器值时，检测器30通过幻象读取而继续监视数据读数，如由框162指示的那样开始。另外，在框134中，与框108和122相似地测试定时器最大量。此外，检测器30做出信号水平是否小于对于至少第二时间阈值(框128)的非曝光基线以上的幅度阈值的确定(框124)。第二时间阈值在下文更详细地描述。如果未满足第二时间阈值，如上文指示的，检测器30继续将从采集数据得到的信号的水平与非曝光基线比较(如由框164指示的那样开始)。如果满足第二时间阈值，检测器130推断X射线曝光已经结束或完成并且将第二定时器值识别为曝光值的末端(框130)。在识别曝光的完成时，检测器30通过读取由检测器30的单独像素集成的X射线曝光数据而生成曝光图像(即，单个成像帧)(框132)。特别地，检测器30再次操作扫描(例如，使能电路)并且使读出电路同步。另外，如与使来自多个成像帧的图像数据组合相对，在单个读取或在单个成像帧中采集曝光图像的能力使重建图像中的噪声量减少。
[0040]一旦识别曝光的开始(框120)，正如检测器30继续定期将信号水平与非曝光基线比较(框114) 一样，检测器30还定期监视定时器49来确定曝光的长度未超过预定最大量或“最大曝光时间”(框136)。如果检测器30确定还未满足“最大曝光时间”，检测器30继续将信号水平与非曝光基线比较(框114)。如果检测器30确定已满足“最大曝光时间”，检测器30向操作者提供一般超时错误已经经由检测器30的灯50或显示器51而发生的指示(框138)。另外，在满足“最大曝光时间”时，检测器生成曝光图像(框132)，好像X射线曝光已经完成一样。
[0041]在生成曝光图像(框132)时，检测器30与之前(B卩，框90)相同数量的有限次数地洗涤它自己(框152)。另外，检测器30采用与用于采集曝光图像的相似的方式生成偏移(即，暗)图像(框158)。也就是说，检测器30使扫描电路(S卩，晶体管)维持在关断状态，使读出电路循环并且重启定时器49。一旦定时器49达到曝光值的末端(例如，从框130得到)，检测器30读取它自己来采集偏移图像(框158)。作为产生诊断质量图像所需要的处理的部分，偏移图像用于校正(例如，在缺乏X射线的情况下对于非零数据，例如由光电二极管泄漏产生的那个)曝光图像。在检测器30睡眠或自己关闭之前，检测器30将图像传输到外部归档(例如，PACS、RIS、HIS)或在非易失性存储器36中将它们本地存储在检测器内部(框160)。如上文提到的，图像数据可在图像数据传输到工作站、便携式检测器控制装置或外部归档之前或在存储在检测器30上之前未被处理、部分被处理或完全被处理。
[0042]图5是在上文描述的方法86中使用的数字X射线检测器30的像素加和和比较逻辑的示范性实施例的示意图。对于每个读数(即，扫描线或幻象数据)的像素逐个在“像素值数据流”总线上出现，每个是14位宽并且对于确切一个“像素时钟”而存在。寄存器A(“Reg A”)然后使所有像素的值累积直到在线末端，该值凭借“线路时钟”而传输到寄存器B(“Reg B”)。在那时，“Reg A”复位以为下一个读数(S卩，扫描线或幻象数据)做准备。“RegA”是25位宽以便使构成扫描线或读出电子通道中的全部的单个幻象读数样本的2048个十四位值累积。在每个读数(即，扫描线或幻象数据)的末端，“Reg B”将包含对于最新的线(直到下一个线的末端)的像素加和。在检测器30生成非曝光基线(方法86中的框100)的时间之前，寄存器C (“Reg C”)将复位。在基线累积期间，“累积样本”将对于多个线被驱动为高的，其为了该说明目的将仅是16。在那时间之后，“累积样本”变低并且对于曝光的剩余部分保持为低的。凭借来自“Reg C”的25 MSB (最高有效位)用于添加到“幅度阈值”值这一事实，“Reg C”所持有的值有效地除以16并且对于基线累积的平均值(其是16个样本)在最后的加法中使用。最后的加法器的输出馈送示出的比较器的一侧。比较器的另一侧由线路加和值驱动。在检测器30试图检测X射线曝光的时间期间，“曝光线”将每“线”检查一次(或每当来自每个通道的所有数据已经采用幻象模式累积时一次)并且如果它是高的，由检测器30读取的上一个(幻象)线将已经大于基线平均值(B卩，非曝光基线)和幅度阈值的加和，从而潜在地指示在该线期间检测X射线曝光。注意图被简化以使得它较少令人混淆。此外，公开的像素加和和比较逻辑不是该特定概念的实现的唯一潜在手段，而仅是示例。
[0043]可以实现方法86的步骤118中的时间阈值(例如，第一时间阈值)以便使将产生错误(例如，由于噪声)从而导致一个或几个幻象线路平均值是高的这一可能性减少。例如,如果最小曝光时间预期是I msec，并且数据通道中的全部每隔100 μ sec采样和累积，通常将预期至少九个连续累积样本(即，“线路加和值”)将在由非曝光基线和曝光幅度阈值的加和(其是到比较器的侧的输入)提供的阈值以上。因此，只要三个连续有噪样本在阈值以上，因为那将指示比最小值短得多的曝光，检测器逻辑将拒绝那作为曝光的证据。其他时间阈值是可能的。为了在低曝光期间忍受有噪样本，例如，或许时间阈值可以布置成在阈值以上任意十个连续样本中的7个样本来满足最小曝光的标准。而且，在循环数据读取期期间，线路时间可以缩短以便对于相同的最小曝光获得更多的样本，从而进一步使有噪样本将导致做出错误决定的可能性减少。然而必须认识到，改变线路时间意指集成时间也将改变，从而导致信号幅度中的改变。相似的概念在方法86的步骤128中采用，然而，它的值将最可能通过经验优化。
[0044]尽管该概念还未充分发展，一些工作已经发生以便证明上文描述的实施例的可行性。认为最大风险是在扫描电路保持关闭时检测由于曝光引起的信号水平中的改变的能力。利用现有的硬件、软件和测试系统执行实验，其中检测器30中的扫描功能性被关闭(当前测试能力的部分)并且控制发生器(即，X射线辐射源)以粗略地每隔100msec给出10msec、30uR曝光。从与发生器异步操作的检测器30捕获图像序列。捕获序列中的图像中的一个的表示在图6中图示。图像140包括两个更亮的带(由标号142、144表示),其代表两个独立曝光的时间(和持续时间)。
[0045]在使用一些天然的离线工具时，与上文描述的实施例相似地处理数据并且其在图7中图示的曲线图146中表示。对于每个幻象扫描线(B卩，在读出电路循环并且收集数据时，FET持续维持在“关断状态”)，添加数据通道中的全部来形成单个数字(即，和)，其代表在该时刻数据线中的全部的样本。这些数字(它们中的2048个，每个幻象扫描线一个)然后在下面的曲线图146上从左到右地逐点标绘，这实际上代表在图6中在图像140中从上到下的扫描线值。曲线图146包括两个峰148、150，其对应于图6中的亮带142、144。
[0046]公开的实施例的技术效果包括提供通过用数字X射线检测器30替代胶片和CR暗盒而允许改装常规的X射线成像系统的方法和系统。在改装X射线成像系统10中，数字X射线检测器30不与X射线成像系统10通信。因为检测器30不与X射线系统10通信，数字X射线检测器30缺乏指示X射线暴露的定时信号的数据。从而，数字X射线检测器30可包括例如在异步操作使能电路和读出电路时自主确定X射线曝光和成像数据的开始和结束的技术。
[0047]该书面描述使用示来公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域内技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统和执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想到的其他示例。这样的其他示例如果其具有不与权利要求的文字语言不同的结构元件，或者如果其包括与权利要求的文字语言无实质区别的等同结构元件则意在权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种数字X射线检测器，包括: 像素阵列，其包括采用二维布置的多个像素， 其中每个像素包括光电二极管和晶体管； 扫描线，其耦合于第一维中的每个像素； 数据线，其耦合于第二维中的每个像素； 使能电路，其耦合于每个像素的晶体管用于使能所述光电二极管的读出；和 读出电路，其通过每个像素的晶体管而耦合于所述光电二极管用于从所述光电二极管读出数据； 其中所述数字X射线检测器配置成在所述使能电路使每个晶体管维持在关断状态时自主确定X射线曝光的开始。
2.如权利要求1所述的数字X射线检测器，其中所述数字X射线检测器配置成在没有所述X射线曝光的开始和结束的先验知识的情况下自主确定所述X射线曝光的开始和结束。
3.如权利要求1所述的数字X射线检测器，其中数字X射线检测器配置成对所述使能电路和所述读出电路彼此异步地操作以自主检测所述X射线曝光的开始和结束。
4.如权利要求1所述的数字X射线检测器，其中所述数字X射线检测器配置成通过使所述读出电路在通电状态中循环而自主确定所述X射线曝光的开始，并且所述读出电路配置成读出数据。
5.如权利要求4所述的数字X射线检测器，其中在X射线曝光之前，所述数字X射线检测器配置成经由所述读出电路从至少一个数据线采集幻象数据来生成非曝光基线。
6.如权利要求5所述的数字X射线检测器，其中所述数字X射线检测器配置成在采用超过一个数据线时通过使来自采用的数据线的幻象数据加和而生成所述非曝光基线。
7.如权利要求5所述的数字X射线检测器，其中数字X射线检测器配置成通过将新近采集的信号的水平与所述非曝光基线比较而自主确定所述X射线曝光的开始和结束。
8.如权利要求7所述的数字X射线检测器，其中所述数字X射线检测器配置成在新近采集的信号的水平等于或大于对于至少第一时间阈值的非曝光基线以上的幅度阈值时自主确定所述X射线曝光的开始。
9.如权利要求8所述的数字X射线检测器，其中所述数字X射线检测器配置成在所述新近采集的信号的水平回到小于对于至少第二时间阈值的非曝光基线以上的幅度阈值时自主确定所述X射线曝光的结束。
10.如权利要求9所述的数字X射线检测器，其中所述数字X射线检测器配置成在确定所述X射线曝光的结束时同步操作所述使能电路和所述读出电路以采集由所述检测器在所述X射线曝光期间捕获的图像数据来生成曝光图像。
11.如权利要求9所述的数字X射线检测器，其中所述数字X射线检测器配置成基于在所述X射线曝光结束时最后的洗涤与图像读取之间的时间长度来采集继所述X射线曝光之后的偏移图像，并且所述偏移图像用于对于偏移校正所述曝光图像。
12.—种X射线成像系统，包括: X射线辐射源； 源控制器，其耦合于所述X射线辐射源并且配置成命令X射线辐射发出X射线用于X射线曝光；和 数字X射线检测器，其包括: 像素阵列，其包括多个像素，其中每个像素包括光电二极管和晶体管； 使能电路，其耦合于每个像素的晶体管用于使能所述光电二极管的读出；和 读出电路，其通过每个像素的晶体管而耦合于所述光电二极管用于从所述光电二极管读出数据； 其中所述数字X射线检测器配置成在所述使能电路使每个晶体管维持在关断状态中时确定X射线曝光的开始，而没有来自所述源控制器的曝光定时信号信息。
13.如权利要求12所述的X射线成像系统，其中所述数字X射线检测器配置成在没有所述X射线曝光的开始和结束的先验知识的情况下自主确定所述X射线曝光的开始和结束。
14.如权利要求12所述的X射线成像系统，其中数字X射线检测器配置成对所述使能电路和所述读出电路彼此异步地操作以自主检测所述X射线曝光的开始和结束。
15.如权利要求12所述的X射线成像系统，其中所述数字X射线检测器配置成通过使所述读出电路在通电状态中循环而确定所述X射线曝光的开始，并且所述读出电路配置成读出数据。
16.如权利要求15所述的X射线成像系统，其中在X射线曝光之前，所述数字X射线检测器配置成经由所述读出电路从至少一个数据线采集幻象数据来生成非曝光基线。
17.如权利要求16所述的X射线成像系统，其中所述数字X射线检测器配置成通过将来自至少一个数据线的新近采集的信号的水平与所述非曝光基线比较而确定所述X射线曝光的开始和结束。
18.如权利要求17所述的X射线成像系统，其中所述数字X射线检测器配置成在新近采集的信号的水平等于或大于对于至少第一时间阈值的非曝光基线以上的幅度阈值时确定所述X射线曝光的开始。
19.如权利要求18所述的X射线成像系统，其中所述数字X射线检测器配置成在所述新近采集的信号的水平回到小于对于至少第二时间阈值的非曝光基线以上的幅度阈值时确定所述X射线曝光的结束。
20.如权利要求19所述的X射线成像系统，其中所述数字X射线检测器配置成在确定所述X射线曝光的结束时同步操作所述使能电路和所述读出电路以采集在所述X射线曝光期间由所述检测器捕获的图像数据来生成曝光图像。
21.—种X射线成像方法，包括: 数字X射线检测器，其包括像素阵列，所述像素阵列包括采用二维布置的多个像素，其中每个像素包括光电二极管和晶体管；扫描线，其耦合于第一维中的每个像素；使能电路，其耦合于每个像素的晶体管用于使能光电二极管的读出；读出电路，其通过每个像素的晶体管而耦合于光电二极管用于从所述光电二极管读出数据；和数字X射线检测器，其配置成自主执行下面的步骤: 在完成洗涤时起动定时器； 经由所述读出电路采集幻象数据以及基于所述幻象数据生成非曝光基线； 在生成所述非曝光基线时，继续经由所述读出电路从至少一个数据线采集幻象数据并且通过将新近采集的信号的水平与所述非曝光基线比较而确定X射线曝光的开始和结束； 如果新近采集的信号的水平等于或大于对于至少第一时间阈值的非曝光基线以上的幅度阈值，则存储第一定时器值，其指示所述X射线曝光的开始； 如果新近采集的信号的水平回到小于对于至少第二时间阈值的非曝光基线以上的幅度阈值，则存储第二定时器值，其指示所述X射线曝光的结束；以及 采集由所述检测器在所述X射线曝光期间捕获的图像数据来生成曝光图像。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述数字X射线检测器配置成在所述使能电路使每个晶体管维持在关断状态时确定所述X射线曝光的开始。
23.如权利要求21所述的方法，包括监视所述定时器来确定从所述第一定时器值开始的X射线曝光的长度是否超出最大时间阈值。
24.如权利要求23所述的方法，包括如果所述X射线曝光的长度超出所述最大时间阈值，则对于以所述第一定时器值开始的最大时间阈值来采集由所述检测器在所述X射线曝光期间捕获的图像数据。
25.如权利要求21所述的方法，包括: 基于在所述X射线曝光结束时最后的洗涤与图像读取之间的时间长度来采集继所述X射线曝光之后的偏移图像；以及 通过扣除所述偏移图像而对于偏移校正所述曝光图像。
【文档编号】H04N5/32GK104081758SQ201380007837
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年1月11日 优先权日:2012年2月3日
【发明者】S.W.佩崔克, A.D.布罗迈尔, J.Z.刘, M.J.亚历山大 申请人:通用电气公司