CN102525506A - 射线图像检测设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

当所有的TFT导通时，将电信号与第一阈值相比较。如果电信号大于或等于第一阈值，第一判断单元判断X射线照射已经开始。第二判断单元将第二阈值和第三阈值与在所有TFT截止的状态下输出的电信号的一阶微分值相比较。如果在整个验证时间段上，一阶微分值在由第二阈值和第三阈值所定义的范围之内或之外，第二判断单元验证第一判断单元的判断是正确的。当验证第一判断单元的判断是正确的时，TFT保持截止，以及FPD连续执行用于捕捉X射线图像的电荷积聚操作。

Description

射线图像检测设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种射线图像检测设备及其控制方法。

背景技术

例如X射线成像系统的射线成像系统由X射线产生设备和X射线成像设备构成。X射线产生设备包括用于将X射线施加到患者的身体的X射线源、用于控制X射线源的操作的源控制单元以及用于输入X射线照射开始命令的照射开关。X射线成像设备包括X射线图像检测设备和成像控制单元，X射线图像检测设备用于响应透过患者要成像的身体部位的X射线来检测X射线图像，成像控制单元用于控制X射线图像检测设备的操作。

在X射线图像检测设备中，将平板检测器(FPD)替代X射线胶片或者成像板(IP)来作为X射线检测器在最近变得普及。FPD具有像素矩阵，每个像素积聚信号电荷，其量取决于入射其上的X射线的量。FPD通过逐像素地积聚信号电荷来检测对患者要成像的身体部位的图像信息进行表示的X射线图像，并将X射线图像作为数字图像数据输出。

存在着实际使用的便携式X射线图像检测设备(此后称为电子盒)，其具有包含在矩形平行六面体壳中的FPD。当使用时，除了将其放在床上或者由患者自己握住之外，可以将电子盒附着到针对胶片盒或者IP盒设计的成像支架(support)。有时，将电子盒从医院取出拿到家庭看护的患者身旁、事故现场或者自然灾害现场，以在不使用成像支架的情况下在这些地方执行射线照相。

通常，将从照射开关产生的操作信号作为用于指示X射线照射开始的同步信号，发送到X射线产生设备的源控制单元和X射线成像设备的成像控制单元。这使得可以在X射线源开始发出X射线与X射线图像检测设备中开始积聚信号电荷之间进行同步。为了发送同步信号，必须将X射线产生设备和X射线成像设备彼此电连接。如果X射线产生设备和X射线成像设备由不同的制造者制造，并具有不兼容的连接接口(线缆或者连接器的规格、同步信号的格式等)，则必须新准备在两者之间兼容的另一接口。

为了解决该问题，提出了在不接收同步信号的情况下，X射线图像检测设备自己检测X射线照射的开始，以与X射线产生设备同步的技术，换言之，在X射线产生设备和X射线成像设备之间没有电连接(参考与日本未审专利申请公开No.2002-543684相对应的美国专利No.6,797,960)。根据该技术，检测FPD的偏置电流，亦即，检测FPD的非检测区域的输出值，未透过患者的身体部位的X射线入射到FPD的非检测区域上。然后，将偏置电流的微分值与阈值相比较，以检测X射线照射的开始。

一般来说，由于电子组件自身的内部因素或者例如周围环境的外部因素，电子组件的输出易受到噪声的影响。当然，装备有很多电子组件的X射线图像检测设备也不例外。在X射线图像检测设备中，例如当患者或者射线技术人员无意间撞到其上时，轻微的碰撞或者振动造成了噪声。这种噪声使得X射线图像检测设备出现故障。如果用于检测X射线照射的开始的信号具有这种噪声，尽管存在X射线图像检测设备未被X射线照射这一事实，X射线图像检测设备也很可能错误地检测X射线照射的开始。错误的检测使得X射线图像检测设备执行不必要的操作，并且浪费了能耗。此外，射线技术人员和患者需要等待操作终止，并可能错过最佳的拍摄机会。

更糟糕的是，连接到X射线图像检测设备的设备(包括成像控制单元和用于设置成像条件的控制台)有时响应于该错误的检测而操作，就像射线照相实际已经发生了一样。在这种情况下，需要繁重的操作，例如重置成像条件，该繁重的操作影响到射线技术人员的工作流程。而且出现了医疗治疗失当的风险，使得由X射线图像检测设备的故障所获得的不适当的图像被传送到发出学家，或者成像条件的设置错误使得患者被混淆。

因为检测FPD的偏置电流，美国专利No.6,797,960中描述的方法对于噪声敏感。当偏置电流由于噪声而波动时，X射线图像检测设备可能对X射线照射的开始做出错误的检测。尽管存在该事实，美国专利No.6,797,960没有描述防止噪声造成的错误的检测的措施。

发明内容

本发明的目标是提供一种可以确定地防止对射线照射开始的错错误检测测的射线图像检测设备。

为了实现本发明的以上目标和其他目标，一种射线图像检测设备包括射线图像检测器、第一判断单元、第二判断单元和控制装置。射线图像检测器具有多个像素。每个像素积聚信号电荷，其量与从射线源入射的射线的量相对应。向每个像素提供用于输出信号电荷的开关元件。所输出的信号电荷被转换为电信号。第一判断单元基于电信号的变化判断射线照射是否已经开始。通过以预定的时间间隔将来自至少一个像素的电信号与第一阈值相比较而检测该变化。第二判断单元在第一判断单元判断已经开始射线照射之后，基于电信号随时间的波动来验证电信号的变化是否实际由射线照射而产生，以验证第一判断单元的判断是否正确。控制装置根据第一判断单元的判断结果和第二判断单元的验证结果控制射线图像检测器的操作。

控制装置优选地在第一判断单元判断已经开始射线照射之后，开始射线图像检测器的电荷积聚操作。如果第二判断单元验证第一判断单元的判断是正确的，控制装置优选地继续射线图像检测器的电荷积聚操作。如果第二判断单元验证第一判断单元的判断是不正确的，控制装置优选地中断射线图像检测器的电荷积聚操作，并重启第一判断单元的判断。

在第一判断单元的判断期间，控制装置优选地导通所有的开关元件。当第一判断单元判断射线照射已经开始时，控制装置优选地断开所有的开关元件，以及第二判断单元基于在断开状态下从像素泄漏的泄漏电荷来执行验证。

在第一判断单元判断射线照射已经开始之后，第二判断单元优选地在预定时间段期间多次将电信号与第二阈值相比较，并基于比较结果进行验证。

第二判断单元可以具有微分电路，并基于电信号的微分值与第二阈值之间比较的结果进行验证。在另一情况下，第二判断单元可以基于将电信号和该电信号的微分值的之间的比率与第二阈值进行比较的结果来进行验证。微分电路可以执行电信号的一阶或二阶微分。

第一判断单元和第二判断单元优选地使用从射线图像检测器的中间的像素输出的电信号用于判断和验证。射线图像检测设备优选地是电子盒，具有包含在壳中的射线图像检测器。

一种射线图像检测设备的控制方法，包括以下步骤：第一判断单元基于电信号的变化判断射线照射是否已经开始，通过以预定的时间间隔将来自至少一个像素的电信号与第一阈值相比较而检测该变化；如果第一判断单元判断射线照射已经开始，开始射线图像检测器的电荷积聚操作；第二判断单元在第一判断单元判断射线照射已经开始之后，基于电信号随时间的波动验证电信号的变化是否实际由射线照射产生，以验证第一判断单元的判断是否正确；如果第二判断单元验证第一判断单元的判断是正确的，继续射线图像检测器的电荷积聚操作；以及如果第二判断单元验证第一判断单元的判断是不正确的，中断射线图像检测器的电荷积聚操作，以及重启第一判断单元的判断。

根据本发明，当检测到射线照射时，基于电信号随时间的波动来验证该检测是否由噪声引起。因此，能够确定地防止由噪声引起的错错误检测测，该错错误检测测容易被错误地识别为射线照射的开始。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合附图参考以下描述，在附图中：

图1是X射线成像系统的示意图；

图2是FPD的示意电路图；

图3是示出在重置操作和读出操作期间的栅极脉冲的开/关状态的时序图；

图4是用于检测X射线照射的开始的照射检测器的示意图；

图5是示出当FPD实际上被X射线所照射时电压信号Di、一阶微分值Di’以及二阶微分值Di”随时间的变化的图；

图6是示出当出现振动噪声时电压信号Di、一阶微分值Di’以及二阶微分值Di”随时间的变化的图；

图7是电子盒的时序图，并示出了检测到X射线照射的开始的状态；

图8是电子盒的时序图，并示出了出现振动噪声的状态；以及

图9是示出电子盒的操作过程的流程图。

具体实施方式

如图1中所示，X射线成像系统10由X射线产生设备11和X射线成像设备12构成。X射线产生设备11包括X射线源13、用于控制X射线源13的操作的源控制单元14以及照射开关15。X射线源13具有用于发出X射线的X射线管13a以及用于限制从X射线管13a发出的X射线的照射区域的准直仪13b。

X射线管13a具有阴极和阳极。阴极由用于发出热电子的丝极(filament)组成。从阴极发出的热电子撞击到阳极(靶子)并生成X射线。靶子(形状为碟形)是旋转的阳极，在该旋转的阳极中，X射线焦点通过其旋转沿着圆周轨道移动，以防止X射线焦点的温度上升。准直仪13b具有多个用于阻挡X射线的铅板。将铅板布置为数字符号“#”的形状，在中间留出照射开口以通过其发射X射线。移动铅板改变照射开口的大小，从而调节照射区域。

源控制单元14包括高电压产生器和控制器。高电压产生器向X射线源13提供高电压。控制器控制用于确定从X射线源13发出的X射线的能量谱的管电压、用于确定每单位时间的X射线照射量的管电流以及X射线照射时间。高电压产生器通过变压器使输入电压成倍增加，以产生高的管电压，并通过高电压线缆16向X射线源13提供驱动功率。根据本实施例的X射线产生设备11不具有与X射线成像设备12通信的功能。射线技术人员在源控制单元14的操作面板上手动设置成像条件，该成像条件包括管电压、管电流和X射线照射时间。

通过信号线缆17将射线技术人员要操作的照射开关15连接到源控制单元14。照射开关15是两级(two-step)按压开关。在照射开关15的第一级按压时，产生用于开始X射线源13的加热操作的加热开始信号。在照射开关15的第二级按压时，产生照射开始信号以使得X射线源13开始施加X射线。通过信号线缆17将这些信号输入源控制单元14。

源控制单元14基于来自照射开关15的控制信号控制X射线源13的操作。在接收加热开始信号中，源控制单元14启动加热器以对丝极进行预热，并以希望的旋转速度开始旋转靶子。加热操作所需的时间是200至1500毫秒的等级。射线技术人员通过照射开关15的第一级按压来输入加热开始命令，并且然后，在经过加热所需的时间后，通过照射开关15的第二级按压来输入照射开始命令。

在接收照射开始信号中，源控制单元14开始向X射线源13提供电功率，并使用定时器开始测量X射线照射时间。当测量的X射线照射时间达到被设置为成像条件的值时，源控制单元14停止X射线照射。虽然X射线照射时间取决于成像条件，在捕捉静态射线照相图像的多数情况下，最大的X射线照射时间是500毫秒到2秒的等级。将X射线照射时间确定为在该最大值的界限内。

X射线成像设备12由电子盒(射线图像检测设备)21、成像支架22、成像控制单元23和控制台24构成。电子盒21包括FPD(射线图像检测器，参见图2)36和用于包含FPD 36的便携式壳。电子盒21接收从X射线源13施加并透过患者H要成像的身体部位的X射线，并输出X射线图像。电子盒21具有矩形的平坦外形。电子盒21的表面具有与胶片盒和IP盒的表面大致相同的尺寸。

成像支架22具有槽，电子盒21可分离地附着于该槽中。成像支架22将电子盒21保持在这样的位置：X射线所入射到的电子盒21的入射表面与X射线源13相对。由于电子盒21的壳与胶片盒和IP盒的壳尺寸大致相同，电子盒21可以附着到针对胶片盒和IP盒而设计的另一成像支架。注意到，图1通过示例的方式示出了竖直的成像支架22，以对站立位置的患者H成像。然而，成像支架可以是水平的成像支架，以对躺下位置的患者成像。

如图2中所示，向FPD 36提供在TFT有源矩阵基板上形成的成像区域38、栅极驱动器39、信号处理器部40和控制部(控制装置)41。成像区域38具有多个像素37，每个像素积聚信号电荷，其量与入射其上的X射线的量相对应。栅极驱动器39驱动像素37，并控制信号电荷的读出。信号处理部40将读取的信号电荷转换为数字数据。控制部41经由栅极驱动器39和信号处理部40控制FPD 36的操作。以预定的间距将该多个像素37布置为n行(在x方向)m列(在y方向)的二维矩阵。

FPD 36具有间接转换类型，在FPD 36中，闪烁物(荧光体)将X射线转换为可见光，并且像素37将可见光光电转换为电荷。将闪烁物布置为面向具有像素37的成像区域38的整个表面。注意到，可代之以使用直接转换类型的FPD。在直接转换类型的FPD中，使用转换层(无定形硒等)将X射线直接转换为电荷。

向每个像素37提供光电二极管42、电容器(未示出)和薄膜晶体管(TFT)43。光电二极管42作为光电转换元件，响应于入射其上的可见光而产生电荷(负电子和正空穴的对)。电容器用于积聚光电二极管42产生的电荷。薄膜晶体管(TFT)43是开关元件。

光电二极管42具有用于产生电荷的半导体层(例如，PIN类型)，并且在半导体层之上和之下分别部署了上电极和下电极。光电二极管42的下电极连接到TFT 43，其上电极连接到未示出的偏置线路，偏置电压是通过该偏置线路施加的。偏置电压的施加在半导体层中产生电场。从而，负电子被吸引到上电极和下电极中具有正极性的一个，而正空穴被吸引到具有负极性的另一个。由此，电荷在电容器中积聚。

TFT 43的栅电极连接到扫描线44。TFT 43的源电极连接到信号线46，并且其漏电极连接到光电二极管42。扫描线44和信号线46被布局为格状。扫描线44的数目对应于成像区域38中像素37的行的数目(n)，以及信号线46的数目对应于像素37的列的数目(m)。扫描线44连接到栅极驱动器39，信号线46连接到信号处理部40。

通过驱动TFT 43，栅极驱动器39使得FPD 36执行电荷积聚操作、用于从像素37读出信号电荷的读出操作、重置操作以及照射检测操作，在电荷积聚操作中，像素37积聚其量与入射的X射线的量相对应的信号电荷。控制部41基于通过通信部52从成像控制单元23发送的控制信号，控制每个操作的开始定时。

在电荷积聚操作中，当TFT 43截止时，信号电荷在像素37中积聚。在读出操作中，如图3中所示，栅极驱动器39接连发出栅极脉冲G1至Gn，用于逐行地驱动TFT 43。响应于栅极脉冲G1至Gn，逐一激活扫描线44，以逐行地导通连接到扫描线44的TFT 43。当TFT 43导通时，将像素37的电容器中积聚的电荷读出至信号线46，并输入至信号处理部40。

不管是否存在入射的X射线，在光电二极管42的半导体层中都会出现暗电流(暗电荷)。暗电荷因为偏置电压的施加而在电容器中积聚。出现在像素37中的暗电荷变为图像数据的噪声。从而，执行重置操作以移除该噪声。换言之，重置操作旨在通过信号线46释放像素37中出现的暗电荷。

例如，在连续重置方法中执行像素37的重置操作，在连续重置方法中，逐行重置像素37。如图3中所示，在连续重置方法中，从栅极驱动器39向扫描线44接连发出栅极脉冲G1至Gn，以逐行地导通像素37的TFT 43，就如同在信号电荷的读出操作中的情况一样。当导通单行的TFT 43时，暗电荷从像素37通过信号线46流到积分放大器47。在重置操作中，与读出操作中相反，复用器(MUX)48不读取积分放大器47中积聚的电荷(电压)。通过响应于与每个栅极脉冲G1至Gn同步发出的重置脉冲RST来导通重置开关47a，释放每个积分放大器47中积聚的电荷。由此，积分放大器47被重置。

向信号处理部40提供积分放大器47、MUX 48和A/D转换器49。积分放大器47逐一地连接到信号线46。积分放大器47包括运算放大器和连接在运算放大器的输入端子之一与输出端子之间的电容器。运算放大器的一个输入端子连接到信号线46。运算放大器的另一个输入端子连接到地(GND)。积分放大器47对从信号线46输入的电荷进行积分，并将电荷转换为电压信号(像素信号)D1至Dm。每行的积分放大器47的输出端子通过另一放大器和采样保持器(都没有示出)连接到MUX48。A/D转换器49连接到MUX 48的输出侧。

MUX 48接连地选择并行连接的积分放大器47之一，并将从所选择的积分放大器47输出的电压信号D1至Dm连续地输入到A/D转换器49。A/D转换器49将所输入的电压信号D1至Dm转换为数字数据，并将该数字数据输出到电子盒21的壳中所包含的存储器51。

当MUX 48从积分放大器47读出一行的电压信号D1至Dm时，控制部41向积分放大器47输出重置脉冲RST，以导通重置开关47a。从而，释放了积分放大器47中积聚的一行的信号电荷。在积分放大器47的重置之后，栅极驱动器39输出针对下一行的栅极脉冲，开始从下一行的像素37读出信号电荷。通过接连重复该操作，从每行的像素37读出信号电荷。注意，该积分放大器47的重置操作不同于上文描述的像素37的重置操作。

在完成从每行的信号电荷读出之后，把表示单帧的X射线图像的图像数据记录在存储器51中。通过通信部52和通信线缆25将该图像数据从存储器51读出并输出到成像控制单元23(参见图1)。从而，检测到患者的身体部位的X射线图像。

可以将照射检测操作大体上划分为第一判断步骤和第二判断步骤。在第一判断步骤中，栅极驱动器39在某个时间向每根扫描线44发出栅极脉冲G1至Gn以导通每个TFT 43。将在该时间期间获得的电压信号与阈值相比较，根据比较结果判断X射线照射的开始。在第二判断步骤中，正如同电荷积聚操作一样，使每个TFT 43截止。将该时间期间的电压信号的微分值与另一阈值相比较，根据比较结果验证第一判断步骤的判断是否正确。

参考图4，在照射检测操作中，照射检测器61检测到FPD 36被来自X射线源13的X射线照射。例如，在布置在成像区域38的中间的像素37的列中提供照射检测器61。将布置在成像区域38的中间的像素37用于检测X射线照射的原因是：即使依照要成像的身体部位的尺寸将照射区域设置为小于成像区域38，成像区域38的中间的像素37也几乎不会超出X射线的照射区域。从而，能够确定地检测X射线照射的开始，其与X射线的照射区域的尺寸无关。

照射检测器61包括用于执行第一判断步骤的第一判断单元62和用于执行第二判断步骤的第二判断单元63。第一判断单元62具有第一比较器64和第一判断电路66。第二判断单元63具有第二比较器65和第二判断电路67。除此之外，第二判断单元63具有微分电路68。

在照射检测操作中，MUX 48选择连接到照射检测器61的列。将与该列的积分放大器47中积聚的信号电荷相对应的电压信号(像素信号)Di输入第一判断单元62和第二判断单元63中的每一个中。

第一比较器64和第二比较器65中的每一个都具有两个输入端子和一个输出端子。将积分放大器47的输出(换言之，电压信号Di)输入第一比较器64的一个输入端子，将第一阈值TH1(参见图5(A)和6(A))输入第一比较器64的另一输入端子。第一比较器64的输出端子连接到第一判断电路66。第一比较器64将电压信号Di与第一阈值TH1相比较。第一比较器在电压信号Di小于第一阈值TH1时输出电压值V1a，以及在电压信号Di大于或等于第一阈值TH1时输出电压值V1b。

第一判断电路66监视来自第一比较器64的输出端子的电压值。当电压值从V1a改变到V1b时，换言之，当电压信号Di变得大于或等于第一阈值TH1时，第一判断电路66判断X射线照射已经开始。相应地，第一判断电路66向控制部41输出照射检测信号。

如图5(A)和6(A)的前半部分所示出的，当没有使用X射线照射FPD 36时，在像素37中仅出现暗电荷。在该状态下，向第一比较器64输入的电压信号Di应该小于第一阈值TH1。另一方面，当使用X射线照射FPD 36时，如图5(A)的后半部分所示出的，在像素37中出现信号电荷，其量对应于入射的X射线的量。由于信号电荷的量比暗电荷的量大得多，在X射线照射开始之后，电压信号Di立即超过了阈值TH1。将随时间变化的电压信号Di表示为时间的函数f(t)。第一判断单元62监视在X射线照射开始前和照射开始后之间的电压信号Di的变化，并检测X射线照射的开始。

第二判断单元63的微分电路68执行电压信号Di的一阶微分，并向第二比较器65的一个输入端子输入一阶微分值Di’(f’(t))。向第二比较器65的另一输入端子输入第二和第三阈值TH2和TH3(参见图5(B)和图6(B))。第二比较器65将一阶微分值Di’与第二阈值TH2和第三阈值TH3相比较。当一阶微分值Di’在由第二阈值TH2和第三阈值TH3限定的范围之内(-TH3＜Di’＜TH2)时，第二比较器65输出电压值V2a。当一阶微分值Di’在该范围之外(Di’≤-TH3或Di’≥TH2)时，第二比较器65输出电压值V2b。

第二判断电路67对来自第二比较器65的输出端子的电压值监视预定时间(此后称为“验证时间段”)。当电压值在验证时间段上保持在V2a或V2b处，换言之，当在整个验证时间段期间，一阶微分值Di’保持在由第二阈值TH2和第三阈值TH3所限定的范围之内或者之外而不穿过该范围时，第二判断电路67验证第一判断单元62的判断结果是正确的，换言之，X射线源13的X射线照射实际上已经开始。然后，第二判断单元63向控制部41输出检测证明信号。

另一方面，当来自第二比较器65的输出端子的电压值在V2a和V2b之间波动时，换言之，当一阶微分值Di’在由第二阈值TH2和第三阈值TH3所限定的范围上震荡时，第二判断电路67验证第一判断单元62的判断结果不正确。然后，第二判断单元63向控制部41输出错误检测通知信号。

在照射检测操作期间，电子盒21有时由于射线技术人员或者患者H无意间撞到成像支架22所造成的碰撞而振动。除此之外，还有很多可以想到的在照射检测操作期间发生电子盒21的振动的情况，例如，患者H自己握着电子盒21进行射线照相的情况，将电子盒21放在患者H上的情况，在人上下车时发生摇摆的车上执行射线照相的情况，使用发电机(power generator)作为医院外的电源的情况，等等。

如总所周知的，当电子盒21振动时，振动所导致的振动噪声影响到信号处理部40，并且噪声被增加到电压信号中。不用说，增加到电压信号中的噪声导致在照射检测操作期间输出的电压信号Di增加了相应的量。结果，如图6(A)中所示，电压信号Di超过第一阈值TH1。由此，即使FPD 36实际上没有受到X射线的照射，第一判断单元62也会做出X射线照射的错误检测。

在图6(A)中，振动噪声导致的电压信号Di随时间变化，就如同存在X射线照射的情况一样，即，就如同图5的电压信号Di一样。因此，将该电压信号Di表示为时间的函数g(t)。函数g(t)具有恒定周期和幅度衰减的正弦波形，即，阻尼振荡波形。微分电路68执行函数g(t)的一阶微分，并如图6(B)所示，获得与函数g(t)有90°相差的波形g’(t)。

如图5(B)中所示，函数f(t)的一阶微分f’(t)响应于X射线照射而急剧上升，并在短时间内变得恒定。另一方面，如图6(B)中所示，虽然与函数g(t)有相位差，根据振动噪声的函数g(t)的一阶微分g’(t)具有与函数g(t)相同的阻尼振荡波形。

当FPD 36实际受到X射线的照射时，一阶微分f’(t)在第二阈值TH2和第三阈值TH3所限定的范围内或之外保持恒定(在图5(A)和(B)中，f’(t)在该范围内)。另一方面，在根据振动噪声的波形的情况下，如果阈值TH2和TH3取适当的值，在验证时间段中，一阶微分g’(t)穿过第二阈值TH2和第三阈值TH3所限定的范围。该差异在第二比较器65的输出电压中自己显现出来。在前者的情况下，在整个验证时间段中输出单个电压V2a或V2b。在后者的情况下，在验证时间段中交替输出电压V2a和V2b。如上所述，通过在第一判断单元62检测到电压信号Di中的变化后监视电压信号Di中随时间的波动，第二判断单元63能够验证第一判断单元62的判断结果，换言之，验证第一判断单元62是检测到实际的X射线照射还是错误地检测到振动噪声。

由此，即使电压信号Di通过振动噪声的增加超过了第一阈值TH1，并且第一判断电路66输出照射检测信号，第二判断单元63也会判断出这是错误检测。从而，第二判断电路67向控制部41输出错误检测通知信号，并取消之前输入的照射检测信号。相应地，电子盒21在错误检测到X射线照射的开始后曾经转换到电荷积聚操作，然而立即中断电荷积聚操作并继续执行照射检测操作。仅当X射线照射实际开始时，检测证明信号才输入到控制部41，并继续电荷积聚操作。

注意，将第二阈值TH2和第三阈值TH3设置在由振动噪声造成的电压信号的一阶微分的幅度刚好超过的值处。该振动噪声产生超过第一阈值TH1的电压信号。

在本实施例中，当电压信号Di大于或等于第一阈值TH1时，每个TFT 43截止，并且第一判断单元62输出照射检测信号。直到第一判断单元62输出照射检测信号，使每个TFT 43导通。在输出照射检测信号之前，电压信号Di与像素37中产生的电荷相对应。在输出照射检测信号之后，即，当每个TFT 43截止时，输入到第二判断单元63的电压信号Di与从像素37向信号线46泄漏的泄漏电流相对应。

当每个TFT 43截止时，像素37与信号线46之间的通道关闭。从而，理想地，在像素37中积聚的电荷不会流入信号线46。然而，在实际情况下，即使TFT 43截止，像素37中积聚的少量电荷也会泄漏到信号线46中。泄漏电荷的量随着像素39中积聚的电荷的量的增加而增加，然而比通过X射线照射在像素37中产生的信号电荷的量小得多。然而，振动噪声不在像素37中积聚，而是会影响信号处理电路40。由于该原因，振动噪声在电压信号Di中自己显现为与泄漏电荷相对应的相对大的值。因此，如果TFT 43截止并且基于泄漏电荷执行第二判断，则第二判断的有效性得以保证。

在电子盒21上电后，控制部41使FPD 36执行重置操作，直到从成像控制单元23发送成像条件。当从成像控制单元23发送成像条件时，FPD 36从重置操作转移到照射检测操作，在照射检测操作中每个TFT 43导通。当在照射检测操作期间从照射检测器61接收到照射检测信号时，控制部41使FPD 36从照射检测操作转移到电荷积聚操作。

在从照射检测器61接收到检测证明信号的情况下，控制部41继续电荷积聚操作。另一方面，在接收到错误检测通知信号的情况下，控制部41通过向每行输入栅极脉冲使每个像素37同时释放暗电荷以重置每个像素37，并在然后重启照射检测操作。

控制部41通过定时器来测量从电荷积聚操作的开始起所经过的时间。当经过的时间达到成像条件中设置的时间时，控制部41使FPD 36从电荷积聚操作转移到读出操作。

使用或者不使用通信线缆25把成像控制单元23连接到电子盒21，以控制电子盒21的操作。更具体地，成像控制单元23向电子盒21发送成像条件，以设置FPD 36的信号处理条件(放大器的增益等)并间歇性地控制FPD 36的操作。同样地，成像控制单元23从电子盒21向控制台24发送图像数据。

在图1中，成像控制单元23包括CPU 23a、通信器23b以及存储器23c，CPU 23a用于执行单元23的集中式控制，通信器23b用于建立与电子盒21的有线或者无线通信并经由线缆26建立与控制台24的通信。通信器23b和存储器23c连接到CPU 23a。存储器23c存储要由CPU 23a执行的控制程序以及包括第一阈值TH1至第三阈值TH3在内的各种类型的信息。在开启电子盒21之后，通过通信线缆25向电子盒21发送存储在存储器23c中的第一阈值TH1至第三阈值TH3。然后，将第一阈值TH1设置为第一比较器64的输入，将第二阈值TH2和第三阈值TH3设置为第二比较器65的输入。

控制台24向成像控制单元23发送成像条件，并向从成像控制单元23发送的X射线图像数据应用各种类型的图像处理，例如偏移校正和增益校正。在控制台24的监视器上显示处理后的X射线图像。该X射线图像数据也被存储到控制台24的硬盘或者存储器，或者存储到通过网络连接到控制台24的数据存储设备，例如图像服务器。

控制台24接收检查命令(包括患者H的性别和年龄、要成像的身体部位以及检查目的)的输入，并在监视器上显示检查命令。检查命令是从管理与射线照相有关的患者信息和检查信息的外部系统传送的，或者由射线技术人员手动输入，该外部系统例如是HIS(医院信息系统)或RIS(射线信息系统)。射线技术人员确认监视器上的检查命令的内容，并根据该内容在控制台24的操作屏幕上输入成像条件。

接下来，此后将参考图7和图8的时序图以及图9的流程图描述具有以上结构的X射线成像系统10的操作。在图7至图9中，参考标记S10至S21中的每一个表示公共的操作步骤。

当使用X射线成像系统10执行射线照相时，根据患者要成像的身体部位的位置来调节在成像支架22上设置的电子盒21的高度。此外，根据电子盒21的高度和要成像的身体部位的尺寸来调节X射线源13的高度和照射区域的尺寸。

接下来，如图9中的步骤S10所示，电子盒21上电。此时，将偏置电压从电源施加到FPD 36的像素37。启动栅极驱动器39和信号处理部40，并且控制部41使FPD 36执行重置操作(S11)。然后，从控制台24输入成像条件，并且经由成像控制单元23在电子盒21中设置成像条件。还在源控制单元14中设置成像条件。在从成像控制单元23接收到成像条件(S12中为“是”)后，控制部41使FPD 36从重置操作转移到照射检测操作(S13)。

当完成如上所述的射线照相的准备时，射线技术人员对照射开关15进行一级按压。从而，向源控制单元14发送加热开始信号，以开始加热X射线源13。在经过预定时间之后，射线技术人员对照射开关15进行二级按压。从而，向源控制单元14发送照射开始信号，以开始X射线照射。

在照射检测操作中，所有的TFT 43导通。从积分放大器47以有规律的间隔读出电压信号Di，并且重置积分放大器47，如同读出操作中的情况那样。电压信号Di被输入第一判断单元62的第一比较器64，并与第一阈值TH1相比较以检测X射线照射的开始。注意，在没有检测到X射线照射的开始的情况下，如果照射检测操作继续预定的时间，则控制部41将FPD 36返回到重置操作的步骤S11(图9中未示出)。

当电压信号Di大于或等于第一阈值TH1，并且第一判断电路66检测到第一比较器64的输出已变化为V1b(检测到X射线照射的开始；S14中为“是”)时，从第一判断单元62向控制部41输出照射检测信号。在接收到照射检测信号后，控制部41使所有的TFT 43截止，并开始用于捕捉X射线图像的电荷积聚操作(步骤S15、S18)。

在第二判断单元63中，微分电路68执行与从像素37向信号线46泄漏的泄漏电荷相对应的电压信号Di的一阶微分。然后，第二比较器65将电压信号Di的一阶微分值Di’与第二阈值TH2和第三阈值TH3相比较，以验证第一判断单元62的判断是否正确。

当在整个验证时间段上，一阶微分值Di’在由第二阈值TH2和第三阈值TH3所限定的范围内或者之外，以及第二判断电路67检测到第二比较器65的输出是V2a或者V2b(第一判断单元62的判断是正确的，S16中为“是”)时，第二判断电路67向控制部41输出检测证明信号(S17)。在这种情况下，继续S15的状态，其中所有的TFT 43截止，换言之，继续用于捕捉X射线图像的电荷积聚操作。在电荷积聚操作期间，透过患者要成像的身体部位的X射线入射到FPD 36的成像区域38上，并且信号电荷在像素37中积聚，其量对应于入射的X射线的量。

在经过成像条件中设置的照射时间之后，源控制单元14停止X射线照射。在经过与成像条件中设置的照射时间相对应的预定时间之后(S19中为“是”)，FPD 36完成电荷积聚操作，并转移到X射线图像的读出操作(S20)。在读出操作中，从第一行开始，逐行地接连读出像素37中积聚的信号电荷，并将单帧X射线图像数据记录到存储器51。通过成像控制单元23向控制台24发送图像数据。在读出操作之后，当还没有设置接下来的成像条件之前，FPD 36返回到上电之后的状态(重置操作)。当已经设置接下来的成像条件时，FPD 36返回步骤S13并重启照射检测操作。

另一方面，当第二判断电路67检测到在验证时间段期间一阶微分值Di’在由第二阈值TH2和第三阈值TH3所限定的范围上震荡，并且第二比较器65的输出在V2a和V2b之间波动时(第一判断单元62的判断不正确，在S16中是“否”)，从第二判断电路67向控制部41输出错误检测通知信号(S21)。在这种情况，控制部41中断FPD 36的电荷积聚操作(S21)。控制部41使FPD 36重置所有的像素(图8和图9中未示出)，然后重启S13的照射检测操作。注意，在本实施例中，一阶微分值Di’仅穿过由第二阈值TH2和第三阈值TH3所限定的范围一次，然而在照射检测操作期间这可以多次发生。在这种情况下，每当一阶微分值Di’穿过该范围，就输出错误检测通知信号以取消照射检测信号。

如上所述，根据本发明，基于电压信号Di随时间的波动来验证对X射线照射的开始的检测是否是由电子盒21的振动造成的。如果该检测是由振动造成的，取消对X射线照射的开始的判断。从而，能够确定地防止X射线照射的开始的错误检测。相应地，电子盒21不需要执行由错误检测造成的无用的操作，并且不会错过理想的拍摄时机。这提高了射线照相的效率，并节省了所浪费的电能。

由于通过包括第一判断步骤和第二判断步骤的两个步骤来检测X射线照射的开始，第一判断步骤的标准可以相对宽松(将第一判断步骤的第一阈值TH1设置为低的值)。在这种情况下，在X射线照射开始之后，电压信号Di立即超过第一阈值TH1，并且FPD 36开始电荷积聚操作。从而，能够降低对X射线照射的开始的检测做出贡献但是没有对X射线图像的形成做出贡献的X射线量，并减少了患者H对照射的无谓暴露。

由于在导通所有TFT 43的状态下执行第一判断步骤，第一判断步骤中获得的电压信号Di大于TFT 43截止的情况下监视泄漏电荷中获得的电压信号。较大的电压信号Di容易与第一阈值TH1相比较，导致正确的判断。振动噪声在从泄漏电荷转换而成的电压信号Di中自身展示为相对大的值。从而，如果所有的TFT 43截止并且在第二判断步骤中监视泄漏电荷，则容易在实际的X射线照射和振动噪声之间进行区分。注意，在第一判断步骤中，所有的TFT 43可以截止并且可以监视泄漏电荷。

在从第一判断单元62输出照射检测信号时，所有的TFT 43截止(转移到电荷积聚操作)，并监视泄漏电荷以执行第二判断步骤。从而，与针对读出操作接连输入栅极脉冲并基于读出操作的输出执行第二判断的情况相比，在短时间内执行第二判断步骤是可能的。振动噪声有时在几毫秒内衰减。如果第二判断持续长时间，可能在振动减弱之后执行第二判断。这可能导致与正确检测相混淆。然而，减少第二判断所需的时间避免了该问题。注意，从第一判断完成到第二判断完成的验证时间段的时间小于3毫秒是优选的，以例如检测几毫秒内衰减的振动。

在输出照射检测信号和输出检测证明信号之间施加的X射线被有效地用于形成X射线图像。此外，由于在转移到电荷积聚操作之前所有的TFT都是导通的，不管存在不存在X射线照射都出现的暗电荷被自然地释放，而且消除了暗电荷所导致的噪声。因此，提高了X射线图像的质量。

由于在错误检测的判断之后立即重启照射检测操作，必定能够检测实际的X射线照射。

为了增加第二判断单元63所进行的验证的精确度，除了一阶微分值Di’与第二阈值TH2和第三阈值TH3之间的比较之外，可以将电压信号Di和一阶微分值Di’之间的比率Di’/Di与第四阈值TH4相比较。当比率Di’/Di与第四阈值TH4之间的量值关系随时间变化时，可以将该检测判断为由振动噪声导致的错误检测。在这种情况下，提供了用于根据积分放大器47的输出和微分电路68的输出来计算比率Di’/Di的除法电路，用于将除法电路的输出与第四阈值TH4相比较的比较器，以及用于监视比较器的输出电压的判断电路。当X射线的量极少时，难以仅从一阶微分值Di’与第二阈值TH2和第三阈值TH3之间的比较来验证第一判断结果。在一阶微分值Di’与第二阈值TH2和第三阈值TH3之间的比较之外执行比率Di’/Di与第四阈值TH4之间的比较，提高了第二判断的可靠性。

在以上实施例中，使用电压信号Di的一阶微分值Di’来执行第二判断，然而作为一阶微分值Di’的替代或者除了一阶微分值Di’之外，可以使用二阶微分值Di”。在图5(C)中，实际X射线照射情况下的电压信号Di的二阶微分值Di”(f”(t))与高斯函数相类似。另一方面，如图6(C)中所示，振动噪声的二阶微分值Di”(g”(t))正好与电压信号Di异相，也与一阶微分值Di’(g’(t))异相。

在使用二阶微分值Di”代替一阶微分值Di’时，微分电路68执行电压信号Di的二阶微分，以输出二阶微分值Di”。当二阶微分值Di”在由第五阈值TH5和第六阈值TH6所限定的范围之内(-TH6＜Di”＜TH5)时，第二比较器65输出电压值V3a。当二阶微分值Di”在该范围之外(Di”≤-TH6或Di”≥TH5)时，第二比较器65输出电压值V3b。当在整个验证时间段期间从第二比较器65输出V3a时，第二判断电路67向控制部41输出检测证明信号。当交替输出V3a和V3b时，第二判断电路67向控制部41输出错误检测通知信号。之后的步骤与以上实施例中的那些步骤相同。注意，如同第二阈值TH2和第三阈值TH3那样，第五阈值TH5和第六阈值TH6取适当的值。例如，将TH6设置为TH5/2。

在使用一阶微分值Di’和二阶微分值Di”两者的情况下，提供针对一阶微分值Di’和二阶微分值Di”的两个判断单元。仅当这两个判断单元都输出检测证明信号时，才将第一判断单元62的判断验证为正确的。当这两个判断单元中任一个输出错误检测通知信号时，将第一判断单元62的判断验证为不正确的。在另一情况下，仅当这两个判断单元都输出错误检测通知信号时，可以将第一判断单元62的判断验证为不正确的。

单调增加函数f(t)随着微分阶数的增加而逼近零。另一方面，随着微分的重复，正弦波函数g(t)仅出现异相，其幅度不改变。由于该原因，通过将第二微分值Di”用于验证，能够清楚地区分实际的X射线照射和振动噪声，并且可以确定地防止错误检测。注意，如果微分的阶数过高，验证定时会变得过晚，并且第二判断在振动噪声减弱后才执行。因此，二阶微分是适当的。

可以在不使用微分电路68的情况下执行第二判断。在验证时间段中，以恒定的采样间隔将电压信号Di与第七阈值TH7相比较。当电压信号Di在每个时间点都大于或等于第七阈值TH7时，实际的X射线照射得以验证。在实际的X射线照射的情况下，电压信号Di单调增加。然而，在振动噪声的情况下，电压信号Di关于振动中心震荡，并因此不会变得在每个点处大于或等于第七阈值TH7。利用该特性，能够将振动噪声与实际的X射线照射区分开。不使用微分电路能够缩短判断时间，并降低成本。

在以上实施例中，用于检测X射线照射的像素信号是从成像区域38的中间的单列像素37取得的。然而，可以使用多列或者所有列的像素信号来检测X射线照射。在这种情况下，通过组成信号处理部40的ASIC单元将邻接的四到八列进行分组，并且可以将每组的电压信号Di的简单平均值或者电压信号Di除去最大值和最小值后的平均值用于判断。使用多列而不是单列能够提高检测精确度。

在以上实施例中，将从积分放大器47输出的模拟电压信号与阈值相比较，以检测X射线照射，但是取而代之，可以将A/D转换后的数字化电压信号与阈值相比较。

X射线成像系统10不限于安装在射线照相室中的类型，而可以是安装在车辆中的类型或者便携式类型，在便携式类型中，将X射线源13、源控制单元14、电子盒21、成像控制单元23等携带到需要紧急医疗处理的事故或者自然灾害现场中，或者携带到家庭看护患者旁边以用于射线照相。与安装在射线照相室中的类型的X射线成像系统相比，安装在车辆中的类型或者便携式类型的X射线成像系统易于并且频繁地受到冲撞，因此，将本发明应用于这种类型的X射线成像系统实现了相当好的效果。

替代以上实施例中所述的用于按顺序重置所有行的像素的顺序重置操作，可以执行并行重置操作。在并行重置操作中，将多个行分成组，并且可以逐组地对所有的像素执行顺序重置操作。在这种情况下，从所有组的行同时释放暗电荷。通过使用并行重置操作，重置操作得以加速。

存在消除对加热的要求的多种类型的X射线源，例如具有非旋转的阳极的固定阳极类型、不需要预热的冷阴极类型。因此，照射开关可以仅具有发出照射开始信号的功能。即使在X射线源需要加热的情况下，照射开关向源控制单元输入照射开始信号，并且源控制开关可以响应于照射开始信号开始加热。在完成加热之后，可以自动开始X射线照射。在这种情况下，照射开关不需要具有发出加热开始信号的功能。

在以上实施例中，电子盒和成像控制单元被分开配置，然而可以例如通过向电子盒的控制部提供成像控制单元的功能来对电子盒和成像控制单元进行集成。成像控制单元可以取代控制台而执行图像处理。

在以上的实施例中，将本发明应用于作为便携式X射线图像检测设备的电子盒，然而可以将本发明应用于固定的X射线图像检测设备。

除了X射线，本发明可应用于使用另一类型的射线(例如，γ射线)的成像系统。

虽然已经参考附图通过其优选实施例的方式对本发明进行了完全的描述，各种改变和修改对本领域技术人员来说将是明显的。因此，除非这些改变和修改背离了本发明的范围，否则应该将其解释为包含在本发明的范围中。

Claims (11)

1.一种射线图像检测设备，包括：

射线图像检测器，具有多个像素，每个所述像素积聚信号电荷，所积聚的信号电荷的量与从射线源入射的射线的量相对应，每个所述像素具有用于输出所述信号电荷的开关元件，所输出的信号电荷被转换为电信号；

第一判断单元，用于基于所述电信号的变化判断射线照射是否已经开始，通过以预定的时间间隔将来自至少一个所述像素的所述电信号与第一阈值相比较而检测所述变化；

第二判断单元，用于在所述第一判断单元判断所述射线照射已经开始之后，基于所述电信号随时间的波动检查所述电信号的所述变化是否实际上由所述射线照射产生，以验证所述第一判断单元的判断是否正确；以及

控制装置，用于根据所述第一判断单元的判断结果和所述第二判断单元的验证结果来控制所述射线图像检测器的操作。

2.根据权利要求1所述的射线图像检测设备，

其中，在所述第一判断单元判断所述射线照射已经开始之后，所述控制装置开始所述射线图像检测器的电荷积聚操作；

其中，如果所述第二判断单元验证所述第一判断单元的所述判断是正确的，所述控制装置继续所述射线图像检测器的所述电荷积聚操作；以及

其中，如果所述第二判断单元验证所述第一判断单元的所述判断是不正确的，所述控制装置中断所述射线图像检测器的所述电荷积聚操作，并重启所述第一判断单元的所述判断。

3.根据权利要求1所述的射线图像检测设备，其中，在所述第一判断单元的所述判断期间，所述控制装置使所有的所述开关元件导通。

4.根据权利要求1所述的射线图像检测设备，

其中，当所述第一判断单元判断所述射线照射已经开始时，所述控制装置使所有的所述开关元件断开；以及

其中，所述第二判断单元基于在断开状态下从所述像素泄漏的泄漏电荷来执行所述验证。

5.根据权利要求1所述的射线图像检测设备，其中，在所述第一判断单元判断所述射线照射已经开始之后，所述第二判断单元在预定时间段期间多次将所述电信号与第二阈值相比较，并基于比较结果进行验证。

6.根据权利要求1所述的射线图像检测设备，其中，所述第二判断单元具有微分电路，并基于所述电信号的微分值与第二阈值之间的比较结果进行验证。

7.根据权利要求6所述的射线图像检测设备，其中，所述第二判断单元基于所述电信号和所述电信号的所述微分值之间的比率与所述第二阈值进行比较的结果进行所述验证。

8.根据权利要求6所述的射线图像检测设备，其中，所述微分电路执行所述电信号的一阶或二阶微分。

9.根据权利要求1所述的射线图像检测设备，其中，所述第一判断单元和所述第二判断单元将从所述射线图像检测器的中间的所述像素输出的所述电信号用于所述判断和所述验证。

10.根据权利要求1所述的射线图像检测设备，所述射线图像检测设备是电子盒，具有包含在壳中的所述射线图像检测器。

11.一种射线图像检测设备的控制方法，所述射线图像检测设备包括具有多个像素的射线图像检测器，每个所述像素积聚信号电荷，所积聚的信号电荷的量与从射线源入射的射线的量相对应，从每个所述像素输出的所述信号电荷被转换为电信号，所述控制方法包括以下步骤：

第一判断单元基于所述电信号的变化判断射线照射是否已经开始，通过以预定的时间间隔将来自至少一个所述像素的所述电信号与第一阈值相比较而检测所述变化；

如果所述第一判断单元判断所述射线照射已经开始，则开始所述射线图像检测器的电荷积聚操作；

在所述第一判断单元判断所述射线照射已经开始之后，第二判断单元基于所述电信号随时间的波动检查所述电信号的所述变化是否实际上由所述射线照射产生，以验证所述第一判断单元的判断是否正确；

如果所述第二判断单元验证所述第一判断单元的所述判断是正确的，则继续所述射线图像检测器的所述电荷积聚操作；以及

如果所述第二判断单元验证所述第一判断单元的所述判断是不正确的，则中断所述射线图像检测器的所述电荷积聚操作，并重启所述第一判断单元的所述判断。

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