CN102906597B - 用于多照相机x射线平板检测器的方法和装置 - Google Patents

Abstract

根据一些方面，提供一种设备，该设备包括：多个照相机，布置于阵列中，多个照相机中的每个照相机产生指示撞击相应照相机的辐射的信号，多个照相机被布置成使得多个照相机中的每个照相机的视场与多个照相机中的至少一个相邻照相机的视场至少部分重叠以形成相应多个重叠区域；能量转换部件，用于将撞击能量转换部件的表面的第一辐射转换成在可由多个照相机检测的更低能量的第二辐射；以及至少一个计算机，用于处理来自多个照相机中的每个照相机的信号以生成至少一个图像，至少一个处理器被配置成组合多个重叠区域中的信号以形成至少一个图像。

Description

用于多照相机X射线平板检测器的方法和装置

背景技术

数字放射学（DR）是一种使用平板检测器直接产生数字X射线图像的技术。DR检测器基本上基于标准面积（该面积在历史上根据x射线胶片和x射线胶片Bucky的生产线大小而开发）的器件，这些器件具有向电荷中传送高能X射线光子的介质，这些光子被分布和分割到形成图像的像素矩阵中。例如，可以数字化在每个像素位置处的电荷并且整个像素矩阵形成转换的电荷的X射线图像。然后可以传输并且在计算机屏幕上显示X射线图像。

有一般在这样的平板检测器中使用的两种主要的重要技术：1）直接数字检测器，其中X射线光子由具体材料（诸如非晶硅或者非晶硒）的平坦表面层直接转换成电荷；以及（2）间接数字检测器，其中能量转换器层用来将高能X射线光子转换成很高数量的更低能量的可见光子（light photon）（例如在可见光谱中的光子）。这些更低能量的可见光子然后可以由大矩阵半导体器件转换成电荷。如上文讨论的那样，在每个像素位置处的电荷可以转换成数字值，该数字值代表数字X射线图像中的像素的强度。然而这样的DR平板检测器制造起来昂贵并且相对复杂。

为了减少成本和复杂性，相对昂贵的大面积半导体层可以替换为一个或者多个半导体照相机。照相机可以是相对便宜的小面积硅像素矩阵照相机，诸如由电荷耦合器件（CCD）阵列形成的像素矩阵照相机。因此，出自能量传送层（例如荧光屏）的更低能量的可见光子穿过大透镜，并且图像聚焦于小硅芯片上以产生向电荷并且然后向数字图像中的传送。

发明内容

一些实施例包括一种设备，该设备包括：多个照相机，布置于阵列中，多个照相机中的每个照相机产生指示撞击相应照相机的辐射的信号，多个照相机被布置成使得多个照相机中的每个照相机的视场与多个照相机中的至少一个相邻照相机的视场至少部分重叠以形成相应多个重叠区域；能量转换部件，用于将撞击能量在转换部件的表面的第一辐射转换成在可由多个照相机检测的更低能量的第二辐射；以及至少一个计算机，用于处理来自多个照相机中的每个照相机的信号以生成至少一个图像，至少一个处理器被配置成组合多个重叠区域中的信号以形成至少一个图像。

一些实施例包括一种方法，该方法包括：将撞击能量转换部件的表面的第一辐射转换成在更低能量的第二辐射，在布置于阵列中的多个照相机处接收更低能量的辐射中的至少一些辐射，多个照相机中的每个照相机产生指示撞击相应照相机的辐射的信号，多个照相机被布置成使得多个照相机中的每个照相机的视场与多个照相机的至少一个相邻照相机的视场至少部分重叠以形成相应多个重叠区域，并且处理来自多个照相机中的每个照相机的信号以生成至少一个图像，至少一个处理器被配置成组合多个重叠区域中的信号以形成至少一个图像。

一些实施例包括一种设备，该设备包括：多个照相机；能量转换部件，能够将在第一能量的第一辐射转换成在比第一能量低的第二能量的第二辐射；以及至少一个折射部件，定位于能量转换部件与多个照相机之间以向多个照相机中的对应照相机上折射能量转换部件发射的第二辐射中的至少一些辐射。

一些实施例包括一种方法，该方法包括：将在第一能量的第一辐射转换成在比第一能量低的第二能量的第二辐射；并且折射能量转换部件发射的第二辐射中的至少一些辐射，并且在多个照相机处接收第二辐射中的至少一些辐射。

一些实施例包括使用上述设备中的任何设备以确定用于高剂量成像的位置。例如，（一个或多个）设备还可以包括被配置成选择性地激活多个照相机中的任何照相机的至少一个远程计算机。该方法包括执行低剂量x射线曝光而激活多个照相机中的第一组照相机以获得第一低剂量图像。执行一个或者多个后续低剂量曝光而激活不同组照相机以获得一个或者多个后续低剂量图像，其中至少部分地基于第一低剂量图像或者后续低剂量图像中的一个或者多个后续低剂量图像来选择不同组照相机。

附图说明

图1图示了常规基于照相机的x射线的成像设备；

图2图示了根据一些实施例的基于照相机的x射线成像设备；

图3A-3E图示了根据一些实施例的使用阻挡部件以阻挡未转换的x射线辐射；

图4图示了根据一些实施例的使用镜子以防止x射线能量进入照相机；

图5A-5D图示了根据一些实施例的与重叠区域有关的概念；

图6图示了根据一些实施例的形成具有多个图像层的图像的分块（tile）；

图7图示了根据一些实施例的与获得多层图像有关的概念；

图8图示了根据一些实施例的用于获得x射线图像的设备；并且

图9图示了根据一些实施例的用于远程激活选择性照相机以对用于执行相对高剂量成像的正确区域定位的方法和装置。

具体实施方式

如上文讨论的那样，可以使用照相机阵列作为用于x射线成像的检测器。申请人已经认识道各种技术单独或者在任何组合中可以导致改进的图像质量、更高效的图像采集、更灵活的成像设备和/或以更低成本提供的基于照相机的成像解决方案。如下文更详细讨论的那样，例如一种或者多种光学技术可以用来收集从能量传送层释放的更多光以增加信噪比（SNR）、增加的检测的量子效率（DQE）和/或可以聚焦或者重定向光以减少在照相机之间的串扰。一种或者多种照相机技术可以用来减少成本、增加SNR、DQE和/或改进所得图像的质量和/或完整性。这里描述的照相机阵列技术可以改进诊断和治疗并且可以用来促进医疗过程。阵列中实施的照相机的数量和布置可以用来获得更高SNR数据和/或允许强调和/或抑制图像数据中的所需主题内容。

下文是与根据本发明的方法和装置有关的各种概念以及实施例的更详细描述。应当理解可以在诸多方式中的任何方式中实施这里描述的各种方面。仅出于示例目的而在这里提供具体实施方式的示例。此外，可以单独或者在任何组合中使用以下实施例中描述的各种方面而不限于这里明确描述的组合。

如上文讨论的那样，使用照相机以取代相对高成本的半导体层的平板检测器可以减少DR成像设备的成本。然而使用基于照相机的方式的常规设计已经遭受不良图像质量。常规解决方案的图像质量的困扰至少部分地因为光收集可能相对低效，从而导致成像设备的不良DQE。一些低效光收集可以归结于在能量转换部件与收集从能量转换部件发射的光的照相机之间的距离。这一距离可以由在照相机阵列中用作传感器的照相机的焦距规定。

因而，能量转换部件发射的光的仅一些部分到达透镜并且被配准以形成图像的对应部分，从而负面影响设备的DQE。此外，由于在所有方向上发射从能量转换部件释放的更低能量的光子，所以不仅由于在能量转换部件与透镜之间的距离而损失的光子而且发射的光子的一些部分实际上在邻近或者远程照相机中配准，从而导致在图像中表现为赝像（artifact）的串扰。

图1示意地图示了常规照相机实施的缺点中的一些缺点。图像传感器100包括能量转换部件110和照相机120的阵列，诸如CCD照相机阵列。诸如x射线辐射的高能辐射105（例如已经穿过成像的对象的x射线辐射）撞击能量转换部件110。能量转换部件110由于在高能辐射105与能量转换部件110的材料之间的互作用而将高能辐射转换成低能辐射115（例如在可见光光谱中的光子）。能量转换部件可以由能够适当转换辐射的任何材料（诸如荧光体层或者响应于吸收x射线辐射而发射更低能量的辐射的其他材料）制成。

如上文讨论的那样，在所有方向从能量转换部件发射低能辐射。由于这一全向发射，与在能量转换部件110与照相机之间的距离（例如如由透镜的焦距规定）相耦合，大量辐射损失或由不正确照相机检测到。所得图像可能有相对低的质量，具有低SNR、DQE和/或可能包括如图1中示意地图示的相对大量串扰赝像。

申请人已经认识到通过改进在能量转换部件（例如将高能X射线转换成可见光谱中的更低能量的可见光子的荧光体层或者屏幕）与照相机之间的光传送可以改进图像质量。图2图示了根据一些实施例的图像传感器。图像传感器200包括可以独自或者在任何组合中用来促进改进的光传送的多个改进。一个改进包括添加折射层230以至少部分地解决低能辐射的全向（或者至少2π）发射（也称为“闪烁”的现象）。折射部件230可以是放置于能量转换部件210与照相机220之间的高折射层或者高散射（dispersion）层（例如高折射涂覆玻璃）。

折射部件操作用于抑制（例如反射）在比临界角度更大的角度（即与能量转换部件的表面法线（surface normal）充分远离的角度）的光子以防止平坦角度的光子在邻近或者远程照相机处配准并且“向内”弯曲在比临界角度小的角度（即与能量转换部件的表面法线充分接近的角度）发射的光子以增加进入对应和适当照相机的透镜的光量。

折射部件230可以由玻璃层、涂覆玻璃层、多个玻璃层和/或其他材料层、个别折射透镜或者促进将发射的光引向正确照相机的透镜的任何其他适当配置或者折射材料形成。可以包括折射部件230以通过增加到达适当照相机的光量（信号）并且减少串扰（噪声）来改进SNR。此外，由于来自能量转换部件210的发射辐射中的更多辐射到达照相机220并且由照相机220收集，所以图像传感器的DQE也可以增加。

如上文讨论的那样，在能量转换部件与常规图像传感器中的照相机之间的距离允许有价值的信号未被检测到或者由不正确的照相机检测到。常规设计中的距离至少部分地由使用的特定照相机规定。在常规图像传感器中，基于CCD的照相机需要相对大的距离以容纳照相机的焦距，因此部分地由于照相机本身的物理限制而一般导致不良的图像质量。

申请人已经认识到互补硅氧化物半导体（CMOS）照相机（例如在蜂窝电话中常用的扁平透镜CMOS照相机）的益处可以用来促进更便宜的图像传感器而无图像质量减少，并且在一些情况下有改进的图像质量。传统上，意识到CMOS照相机产生出于DR的目的而质量不足的图像，并且因此选择CCD照相机作为仅有可用传感器解决方案。然而申请人已经认识到CMOS照相机的优点中的至少一些优点可以不仅用来解决用于DR的常规图像传感器的一些突出问题，而且用来递送与使用CCD照相机阵列获得的图像相同或者更大质量的图像。

CMOS的一个优点是焦距减少。申请人已经认识到这一减少的焦距可以如图2中示意地图示的那样用来将CMOS照相机和能量转换部件更近地定位在一起。因而，从能量转换部件发射的更多光将撞击正确照相机而不是完全漏掉或者由相邻或者附近照相机检测到。CMOS照相机的另一优点是它们制造起来比CCD照相机便宜。因此，在传感器阵列中可以包括多得多的CMOS照相机而不增加DR图像传感器的成本。如图2中示意地图示的那样，可以向阵列添加附加CMOS照相机，使得更多发射的光由阵列中的照相机之一检测。

CMOS照相机的又一优点是它们尺寸更小。因而在给定面积中可以比用CCD照相机解决方案定位更多照相机并且图像传感器可以由照相机更密集地填充，因此更优地检测从能量转换部件210发射的光。此外，更小大小（和更低成本）允许照相机被定位成使得多个照相机检测用于任何给定像素的至少一些光。这一重叠具有如下文更详细讨论的许多显著益处。应当理解任何CMOS照相机可以使用于运用CMOS照相机的实施例中，因为多个方面在这一点上不受限制。

因此如上文讨论的那样，申请人已经认识到使用CMOS和/或扁平透镜技术（例如与在蜂窝电话中使用的照相机技术相似的照相机技术）可以允许照相机与发光表面更近地放置，因此增加光收集并且改进图像质量。此外，这些技术的相对便宜允许使用更多照相机，因此进一步减少在照相机透镜与发光层之间的距离。使用CMOS/扁平透镜照相机允许以相对便宜方式利用更多照相机并且允许将照相机提前为与能量转换部件更近邻。CMOS/扁平透镜技术的使用可以独自或者与前文的光学技术组合使用以增加SNR、DQE、减少串扰和/或否则改进图像质量。

常规图像传感器的可能影响图像质量和/或图像传感器中的照相机的操作的又一疑难问题是穿透能量转换部件的未转换的高能辐射。具体而言，撞击能量转换部件的一些高辐射能量可能穿过而未转换成低能辐射。因而这一未转换的高能辐射可能撞击照相机并且损坏电子部件、在照相机中生成不定噪声（errant noise）或者两者。申请人已经认识到提供阻挡这一高辐射中的至少一部分辐射的材料的阻挡部件可以防止未转换的高能辐射中的一些或者所有到达图像传感器的照相机和/或关联电子部件。

图3A-3E图示了适合用于减少潜在有毒和/或有害高能辐射到达成像设备的电子器件的阻挡部件。图3A和3B图示了两个实施例，其中分别在折射部件330之前和之后提供单独阻挡部件340以阻挡未转换的高能辐射中的至少一些。阻挡部件340可以由加铅玻璃或者能够吸收相对高能量的辐射（诸如x射线）的其他材料制成。

图3C-E图示了实施例，其中分别在顶表面、底表面和两个表面上在折射部件330上提供阻挡部件340’作为涂层。涂层可以由加铅材料或者能够吸收未转换的高能辐射中的至少一些辐射的其他材料涂层制成。替代地或者除了上述阻挡部件之外，可以向照相机的透镜添加的阻挡部件（例如阻挡层或者阻挡涂层）以防止高能辐射到达照相机的光敏区域和/或电子器件。阻挡部件可以由对于从能量转换部件发射的更低能量的辐射而言完全或者部分透明的材料制成。

根据一些实施例，镜子用来防止未转换的高能辐射撞击照相机和/或照相机电子器件。例如在图4中，布置照相机420使得透镜的表面法线与折射部件410的表面法线基本上垂直引向。由反射更低能量的辐射415并且传递更高能量的辐射405的材料制成的镜子440被定位成使得更低能量的辐射向照相机透镜中反射，而更高能量的辐射405穿过镜子并且未进入照相机中并且撞击照相机的敏感区域和/或电子器件。图4中示意地图示的实施例可以单独或者在与这里描述的其他技术组合中用于防止未转换的高能辐射进入照相机和/或损坏传感器电子器件。

如上文讨论的那样，为了防止光的闪烁和闪耀传出能量转换部件（例如荧光屏或者光子转换器），能量转换部件将高能X射线光子转换成更低能量的可见的可见光子，在2pi方向上发射来自荧光屏上的每点的光子，这引起称为闪烁的噪声。此外，从透镜反射的光通过从荧光屏的白反射面弹回来反射回，从而引起称为闪耀的另一光学噪声分量。

在常规基于照相机的解决方案中，分布和布置照相机使得它们组合的观看区域覆盖发光表面的完全图像区域而在每个邻近照相机之间有一些重叠（以允许缝合算法将所有图像缝合在一起以产生一个连续大数字图像）。常规基于照相机的解决方案中的成本考虑限制所用照相机数量。此外，常规CCD照相机的大小和用于从CCD元件传送电荷的关联电子器件物理上限制可以将相邻照相机多么近地定位在一起。因而照相机必须放置于与发光层的更远距离，从而导致不必要的信号损失和来自交叉照相机配准的噪声增加。

在使用照相机阵列捕获图像的基于照相机的系统中，必须将个别照相机捕获的整个图像的每个个别部分组合在一起以形成整个图像。这一过程由于它与将棉被的片缝合以形成整个棉毯的概念相似性而称为“缝合”。常规基于照相机的系统布置照相机阵列使得相邻照相机的视场略微重叠。通常，重叠区域用来配准数据以确定应当如何对准相邻子图像用于缝合。已知诸多缝合算法用于将来自相邻照相机的子图像缝合在一起以形成完全图像。申请人已经认识到重叠区域可以如下文更详细讨论的那样用于除了缝合之外的多个目的，包括但不限于增加SNR、改进图像质量和/或执行图像增强。

图5A和5B图示了分别用于两个照相机和四个照相机的视场，这些照相机被定位成使得它们的视场具有一个或者多个重叠区域。例如图4A图示了代表第一照相机感测的图像部分的视场510a和代表第二照相机感测的图像部分的视场510b。由于照相机的定位，存在小重叠区域520，其中两个照相机“看见”基本上相同的信息（即两个照相机都感测图像的相同部分）。由于两个照相机将捕获重叠区域中的高度相关的图像信息，所以这一区域可以用来配准或者匹配数据，是的可以对准两个单独图像用于缝合。图4B图示了用于四个相邻照相机的四个视场510a、510b、510c和510d的重叠区域以及用于任何两个相邻照相机的对应重叠区域520以及其中所有四个照相机的视场重叠的重叠区域530。

应当理解图5中的图示是示意性的并且提供视场和重叠区域以图示重叠视场的概念。然而视场和重叠区域根据在基于照相机的图像传感器中使用的照相机的性质、定位和/或类型可以是任何大小或者形状（例如视场可以是圆形或者多边形，并且因此生成不同形状的重叠区域）。这里描述的原理适合用于任何形状和/或大小的视场和重叠区域并且多个方面就这一点而言不受限制。

如上文讨论的那样，申请人已经认识到这一重叠区域可以进一步用来增加SNR、DQE和/或执行图像增强。结合图5A，第一和第二照相机都已经捕获重叠区域520中的基本上相同的信息。这样，在重叠区域中存在约两倍信息（即约两倍信号）。参照图5B，重叠区域520具有信号的两倍，并且重叠区域530具有信号的基本上四倍。重叠区域中的附加信息可以用来通过以任何数量的方式（包括求和、平均、加权平均或者利用重叠区域中可用的附加数据的任何其他适当运算）组合数据来增加SNR。替代地或除任何数量的线性组合之外，还可以使用重叠区域中的数据的非线性组合，因为多个方面就这一点而言不受限制。

如上文讨论的那样，使用CMOS/扁平透镜技术照相机允许更高密度的照相机布置于给定面积中。因此，照相机可以更近地定位在一起。申请人已经认识到这不仅增加DQE（例如通过收集从能量转换部件发射的更多光）而且增加的密度可以使得相邻照相机的视场可以重叠到任何希望的程度。例如在图5C中，四个照相机已经被定位成使得视场的大量部分形成重叠区域530。在图5D中，四个照相机被定位成使得重叠区域530是照相机的视场的基本上全部。例如重叠区域530可以对应于完全图像的一个部分或者“分块”，并且每个照相机可以单独捕获与分块对应的整个子图像。申请人已经认识到通过完全由这样的分块形成图像，图像中的每个像素可以由多个照相机（例如2、4、6、8个照相机等）捕获的信息形成。

图6图示了由分块形成的图像的一部分，分块基本上由两个或者更多相邻照相机的重叠区域产生。例如分块630可以与由四个相邻照相机的重叠区域形成的图5D中的图像分块530相似。然而图像分块可以由更多或者更少相邻照相机的重叠区域形成，因为多个方面就这一点而言不受限制。如下文更详细描述的那样，除了由于信号增加和噪声减少而实现的图像质量改进之外，重叠视场也可以用来执行图像增强，诸如强调和/或抑制来自图像的所选主题内容和/或执行双重能量成像。

在一些实施例中，在数量和邻近度上设置照相机使得所得完全图像（即完全缝合的图像）中的每个像素将源自来自至少两个照相机的数据。所得图像将具有改进的DQE，从而实现在剂量减少或者改进的图像质量（针对相同剂量）之间的选择。由于每个像素位置由至少两个照相机覆盖，所以所得数据将具有代表整个图像的至少两个数据数组。如下文更详细讨论的那样，这些“层”可以以多种方式用来改进图像质量、减少剂量和/或促进各种成像过程。可以使用照相机阵列布局来实现更多益处，其中多于两个照相机覆盖图像中的每个像素位置，因此改进光收集，图像质量，增加DQE和/或实现各种图像增强技术。

如上文讨论的那样，通过在数量和邻近度上布置照相机，多个照相机可以获得用于图像中的每个像素位置的数据。因而照相机将捕获相同对象（例如经历医学成像的患者）的多个独立图像。从使用这样的重叠照相机的照相机阵列获得的每个独立图像在这里称为层。例如在图7A-7C中所示示例性网格布局中，偶数和奇数照相机可以用来获得多层图像。在图7A中，奇数行照相机710（由白圆圈表示）和偶数行照相机720（由黑圆圈表示）可以每个都捕获相应图像层以通过重叠相邻行的视场来提供两层图像。应当理解如果视场在某一程度上重叠，则每层将代表整个图像的版本（即将获得多个图像）。

类似地，如图7B中所示，奇数列照相机730（由黑圆圈表示）和偶数列照相机740（由白圆圈表示）可以捕获相应层以通过重叠相邻列的视场来提供两层图像。在图7C中，奇数/偶数列和奇数偶数行用来捕获多层图像。具体而言，奇数列和奇数行照相机750（由白圆圈表示）可以捕获第一层，奇数列和偶数行照相机760（由对角影线圆圈表示）可以捕获第二层，偶数列奇数行照相机770（由交叉影线圆圈表示）可以捕获第三层，并且奇数列奇数行照相机680（由黑圆圈表示）可以捕获第四层。通过适当定位照相机，可以捕获任何数量的层直至照相机尺度和视场的物理限制。应当理解网格布置仅为举例并且可以使用任何其他图案，诸如圆形或者蜂巢图案，因为多个方面不限于层数或者重叠照相机图案。

如上文讨论的那样，多层图像中的层中的每层可以包括成像的对象的完整图像。这一“冗余”信息可以用来增加SNR（例如，通过对层求和以增加最终图像中的信号量）并且增加DQE（例如，增加的照相机密度可以优化能量转换部件发射的光中由照相机中的至少一个照相机检测的百分比，从而使图像传感器越来越高效）。在使用CMOS照相机的实施例中，这样的技术可以能够产生比利用更昂贵CCD照相机的解决方案更高质量的图像，然而改进的图像质量并非限制或者要求。

如上文讨论的那样，多层可以用来执行图像增强，诸如强调和/或抑制感兴趣的特定主题内容（例如强调/抑制体内硬或者软组织）。用于图像增强的技术包括可以独自或者在任何组合中用来辅助如希望的那样增强图像的空间和时间技术两者。申请人已经认识到可以如下文更详细讨论的那样至少部分地通过在空间上（例如将不同增益用于不同层中的照相机）或者在时间上（在采集周期内变化增益）或者两者控制照相机上的增益来实现经由增强/抑制所选组织的图像增强。

通常通过检测暴露于x射线辐射的对象的各种区域引起的x射线衰减的程度来执行X射线放射线照相。更高密度的材料将比更低密度的材料在更大程度上衰减x射线辐射。因此在体内，硬组织（诸如骨骼和软骨）将比更软组织（诸如器官）在更大程度上衰减x射线。在检测器（即照相机）处，硬组织因此对应于更少辐射撞击检测器（导致来自照相机的更小量值的信号）并且软组织对应于更多辐射撞击检测器（导致来自照相机的更大量值的信号）。使用这一理解，申请人已经认识到可以控制照相机上的增益以选择性地强调/抑制所需密度的主题内容。具体而言，增益越高，将强调硬组织（例如骨骼、软骨等）就越多，并且增益越低，将抑制硬组织并且强调软组织就越多。

CMOS照相机具有有用性质在于可以个别控制每个照相机上的增益。也就是说，每个个别照相机上的增益可以设置成所需水平。申请人已经认识到设置多层图像的每个相应层中的照相机的增益可以提供如下层，这些层具有不同密度范围的被强调或者抑制的材料。然后可以以任何数量的方式组合多层以通过抑制某个材料以更好地观测感兴趣的主题内容和/或强调某个材料是的它更显著地出现于图像中来增强图像。这样，个别照相机增益可以用来执行选择性图像增强。这样的技术可以向内科医师、诊断师或者其他医学专业人士提供如下图像，这些图像更好地适合用于观测用于特定医学成像应用或者过程的感兴趣的主题内容。

回顾图7A-7C，相应层中的照相机可以设置成所需增益以执行图像增强。例如在图6A和6B中，可以用相对低增益设置偶数行/列并且可以将奇数行列设置成相对高增益以捕获如下层，这些层具有强调/抑制的不同密度材料。在图7C中，可以用不同增益设置四层中的每层以捕获具有甚至更丰富的图像增强能力的层。替代地，出于图像增强的目的，可以将图7C中的四层分组成两个不同增益（例如可以向与对角照相机关联的层给予相同增益）以捕获具有双重增益信息的四层图像。应当理解，可以使用任何希望的照相机组合或者图案将针对多层图像中的多层而设置的增益设置成任何所需水平，因为多个方面就这一点而言不受限制。

如上文讨论的那样，也可以通过在时间上变化照相机增益来执行图像增强。作为一般事项，使用基于照相机的解决方案的直接放射线照相经常涉及到在一些时间间隔（例如与x射线曝光的持续时间基本上相同的间隔）内对照相机信号积分以获得与针对对应像素而检测的光量对应的“值”（即在给定间隔内合计照相机信号以给出与对应照相机关联的像素值）。然而在CMOS照相机中，可以如希望的那样选择间隔，在该间隔内积分信号。因而，可以将曝光的持续时间划分成多个间隔（在这些间隔内积分信号）以给出来自每个照相机的多个输出值。可以向每个间隔或者多个指定间隔分配不同增益。这样，每个照相机可以具有用于单次曝光的多个信号，在不同增益水平设置每个信号。因而每个照相机可以在不同增益产生用于单次x射线曝光的多个输出。

作为简单示例，在单次x射线曝光期间，可以通过在两个单独间隔（每个间隔是x射线曝光的近似一半）积分成来从每个照相机获取两个信号。在第一间隔期间，增益可以设置成相对低增益，并且在第二间隔期间，增益可以设置成相对高增益（或者反之亦然）。因而，每个照相机将捕获图像信息，其中强调或者抑制不同密度的主题内容。因此，在每个照相机处的信息可以用来执行图像增强。因而可以通过在不同增益在时间上获得图像信息来用或者未用多层成像执行经由增益变化的图像增强。

应当理解曝光持续时间可以划分成任何数量的不同间隔以在单次曝光期间获得来自每个照相机的一样多或者一样少的信号。可以如希望的那样选择向间隔分配的增益以根据特定成像过程强调/抑制主题内容。其他技术可以包括将不同增益与多层的非线性组合一起用来增强或者消除与具体密度有关的信息。例如这样的技术可以实现聚焦于特定生物结构，诸如模糊或者消除胸部图像中的胸腔而增强肺部的软组织或者反之亦然（即增强胸腔（硬组织）并且消除或者减少软组织）。还应当理解可以单独或者在任何组合中使用上文描述的空间和时间增益变化，因为多个方面就这一点而言不受限制。

申请人已经理解CMOS照相机的时间方面还可以用来执行双重能量或者多重能量成像。双重能量成像利用如下物理现象：不同能量的x射线辐射将由不同密度的材料不同地吸收。因而如果从不同能力的x射线获得衰减信息，则可以比较衰减信息以强调/抑制所选密度的主题内容。申请人已经认识到在许多x射线源中，x射线能量通常在上电期间变化。也就是说，在曝光开始时（即当首次向x射线源赋能时），x射线源电子器件需要一些有限上斜时间（ramp-up time）以达到完全功率。在上斜间隔期间，x射线中的能量相对低并且然后在上电间隔内增加直至x射线源已经达到稳态并且以与x射线源关联的标称电压、电流和/或功率电平操作。

申请人已经认识到通过分割间隔（在该间隔内对照相机信号积分）使得至少一个间隔一般对应于x射线源的上斜时段，至少一个照相机输出将代表更低能量的x射线的衰减信息。一个或者多个后续间隔可以一般地对应于x射线源的稳态时段，使得至少一个照相机输出将代表更高能量的x射线的衰减。已经从至少两个不同能级或者能量范围获得衰减信息，各种双重能量x射线技术中的任何技术可以应用于执行图像增强。应当理解可以在上斜期间建立多个间隔以在x射线源上电的持续时间内的任何数量的间隔期间获得照相机输出。在这样的间隔中的不同能量可以用来从多个x射线能量或者x射线能量范围获得甚至更丰富的衰减信息。

此外，多层成像也可以用来执行双重能量（或者多重能量）成像。也就是说，可以在曝光时段期间向多层中的照相机分配不同间隔以从分别不同能量的x射线收集衰减信息。例如，通过在时间上相继操作多个照相机，第一组照相机（例如与第一层关联）将从与上斜间隔关联的相对低能辐射捕获数据，而第二组照相机（例如与第二层关联）将从与稳态间隔关联的相对高能辐射捕获数据，因此获得在不同辐射能量的单独图像。

应当理解任何数量的照相机组（例如任何数量的层）可以用来在相应不同辐射能级捕获数据，因为多个方面就这一点而言不受限制。可以以与其他双重能量（或者多重能量）图像相同的方式处理和操纵所得图像以实现相同优点和/或益处。还应当理解可以单独或者在任何组合中使用上述技术中的任何技术，因为多个方面就这一点而言不受限制或者不限于这里明确描述的任何组合。

图8图示了根据一些实施例的直接放射线照相设备。DR设备800包括用于从x射线源捕获图像信息的基于照相机的图像传感器810。基于照相机的图像传感器810可以是这里描述的能够通过检测从x射线源转换的辐射来捕获图像信息的图像传感器中的任何图像传感器，并且至少包括多个照相机805（例如CMOS照相机阵列），这些照相机被布置成捕获从x射线（从x射线源发射这些x射线）下变频（例如使用能量转换部件）的辐射。多个照相机810向连接820提供指示检测到的辐射的相应输出以提供图像数据。

DR设备800也可以包括适于从图像传感器接收信号输出的计算机850。计算机850可以包括存储器855和能够访问存储器855的一个或者多个处理器856。计算机850被配置成从图像传感器接收数据并且使用（一个或多个）处理器856来基于数据生成一个或者多个图像，该（一个或多个）处理器856执行存储于存储器855中的一个或者多个算法。因此，计算机850可以被配置成以这里讨论的方式中的任何方式处理数据（例如处理重叠或者多层数据、处理在空间上和/或时间上划分的数据或者这里描述的用于产生暴露于x射线辐射的对象的一个或者多个图像的任何其他图像处理方法）。计算机850可以执行这里未具体讨论的其他操作以根据照相机输出生成图像。

存储器855可以包括能够存储数据、指令等的任何类型的有形非瞬态计算机可读存储介质或者存储设备并且可以包括ROM、RAM、盘存储、高速缓存和/或任何其他存储介质（下文提供这些介质的示例）并且可以以任何数量的方式实施。可以用指令对存储器855编码，这些指令例如作为一个或者多个程序的部分，该程序由于由处理器856执行而指示计算机执行这里描述的方法或者功能中的一种或者多种方法或者功能和/或各种实施例、变化和/或其组合。存储器855也可以存储由输入820接收或者以别的方式存储于计算机850中的图像数据。

计算机850也可以被配置成操作图像传感器。例如计算机850可以控制哪些照相机操作、可以设置/应用将用于阵列中的每个照相机的增益、可以建立一个或者多个间隔，照相机在该间隔内收集图像数据（例如用于积分以产生输出）或者否则可以控制图像传感器810的操作。计算机850可以包括所有用于与照相机阵列对接的必需电子器件和用于处理捕获的图像数据的算法。然而计算机850无需包括上文描述的所有功能，但是可以包括DR设备800的描述的控制和处理能力中的一些或者所有能力。

在一些实施例中，DR设备800也包括提供能够DR设备外部的信息和/或能够从一个或者多个外部设备接收信息的一个或者多个输入/输出设备822。例如，I/O设备822可以包括输出，该输出能够向外部计算机和/或者显示器提供DR设备产生的图像。另外，I/O设备822可以包括输入，该输入允许外部计算机控制图像传感器。例如在一些实施例中，可以未实施内部计算机850和/或上文描述为由内部计算机850执行的功能中的一些或者所有功能可以由一个或者多个外部计算机（诸如个人计算机（PC）、工作站、通用计算机或者任何其他计算设备）执行。

这样的计算机850可以集成到DR设备800中或者可以是与DR设备800邻近或者远离的单独独立系统（或者两者）。例如当在外部时，计算机850可以通过网络连接到DR设备800和/或连接到多个DR设备。例如I/O设备822可以被配置成通过物理连接和/或无线地与本地计算机或者远程计算机通信。应当理解，可以使用任何计算环境，因为这里描述的方面不限于与任何特定类型或者实施的计算机系统一起使用。

一些医疗过程使用x射线成像技术对感兴趣的区域定位。具体而言，由于更感兴趣的组织或者器官的区域可能在内部并且在定位期间不能被看见，所以使用x射线成像。常规地使用称为“Bucky”的机械设备来执行这样的过程。Bucky构造为暗盒（magazine），x射线胶片盒可以插入其中用于拍摄一次或者多次x射线曝光。可以在与桌面平行的XY平面中在患者台之下人工移动Bucky暗盒。通常，Bucky暗盒由制动（breaking）系统紧密保持就位，并且在需要移动时，技术人员握持特殊柄以释放制动并且如希望的那样移动它以将盒定位于待曝光的区域之下。使用包括必需轨道和链的XY系统来实现暗盒的运动。在暗盒之下有称为图像增强器的设备，该设备的辐射输入侧恰在Bucky的暗盒之下。图像增强器是大图像管，在前部有特殊晶体闪烁物，该管将X射线光子传送到向小荧光屏（在它的后端有摄像机）中加速的电子中。

在常规过程中，患者置于台上，并且在低剂量模式中激活x射线系统，而基于观看图像增强器提供的低剂量图像的视频对Bucky机构定位。技术人员继续操作Bucky机构直至感兴趣的区域或者希望的身体器官进入视场并且如希望的那样被定位。在很低辐射之下执行这一过程（荧光透视或者荧光模式）并且仅在图像质量可能不关键时用于定位。虽然在很低辐射水平之下执行该过程，但是它要求技术人员对Bucky人工定位和移动，从而站立得与辐射源很接近。在实现希望的位置时，技术人员向Bucky中插入胶片或者CR盒、移入控制室并且提供高能量放射线照相剂量。技术人员然后可以返回到Bucky以取回盒从而将盒传送到适当胶片处理器或者CR读取器。这一过程相对不便并且可能不必要地使技术人员暴露于辐射。当使用DR技术时，相对复杂的机械工程改变通常必须在保持盒的暗盒需要改变以接受厚得多的DR检测器时出现。

申请人已经认识到使用照相机阵列技术作为检测器可以促进更高效、有效和更安全的医学过程。在一些实施例中，提供大到足以对患者的相对大量部分（或者如图9中示意地图示的那样对整个患者）成像的如这里描述的基于照相机的图像传感器检测器。这一大面积扁平检测器是RF系统桌面的部分并且可以附着到它的下侧。这一检测器中的照相机可以具有在电影模式中工作的能力，这意味着它们可以例如以每秒30帧产生同步帧。因而可以产生曝光区域的实时视频序列。然而，代替必须人工操控Bucky系统，可以操作照相机的子集以对特定区域成像。然后可以变化这一子集（即可以通过如希望的那样添加或者去除照相机来改变操作的照相机子集）直至对恰当照相机子集定位，该子集将对身体的所需区域成像。如黑圆圈在图9A-9C中所示，可以选择性地操作活跃照相机直至对所需照相机子集定位。

应当理解，可以使用触板或者操纵杆或者任何其他适当接口设备来执行所选区域（例如，将在任何给定时间操作的照相机子集）。可以将所选区域放大或者最小化至希望的大小，并且然后通过添加和放下分块、因此将查看区域虚拟地“移动”到感兴趣的所选区域上来使用指示设备（触屏、操纵杆或者轨迹球）在完全区域上“移动”所选区域。

如上文描述的那样，可以在低剂量模式中执行并且可以经由视频馈送来监视移动所选区域。应当理解可以远程放大、最小化并且移动所选区域，使得技术人员无需在辐射源附近。也就是说，可以在技术人员在控制室中使用计算机指示设备（触屏）而未暴露于辐射之时远程执行整个过程。当实现希望的定位时，向高放射线照相剂量模式切换所选活跃检测器区域并且采集所需区域的图像。所得图像可以立即出现于控制室中的计算机屏幕上，从而实现立即的质量控制并且如果需要则实现附加采集不未移动系统或者患者。

申请人已经进一步认识到在前文中描述的系统可以与高架摄像机耦合以辅助外科医生正确标识待手术的位置。X射线图像已经常规用来在手术或者疗程期间指导外科医生。然而，对仅使用x射线图像的有用性存在限制。具体而言，可能难以正确标识用于进行切割的部位、插入关节镜设备（诸如内窥镜）或者否则仅基于患者的内部结构的x射线图像进入身体。这一困难在超重和肥胖患者中加剧。

通过将高架摄像机置于已知位置，可以将视频图像映射到从基于照相机的传感器获得的x射线图像。可以叠加两个图像，使得外科医生可以同时查看患者的内部结构并且与患者的外部视频对准。因而外科医生可以在手术或者疗程期间容易得多地标识插入点并且导航。

申请人已经认识到基于照相机的技术可以用来构造大成像区域。由于不能弯曲x射线并且无X射线透镜，所以X射线胶片以及如今的CD盒和DR检测器一般具有待曝光的器官的大小并且使用的更大标准面积是17’’x14’’（35cm ×43cm）。这些常规检测器的相对小尺寸要求在若干曝光内使用大量标准大小的胶片、盒，以便对大面积成像（例如全身体图像）。然后可以将图像缝合在一起以使医生能够将多个图像作为一个大图像来查看。

申请人已经认识到在基于照相机的检测器中使用的相对低成本元件/照相机使检测器的大小实际上是无限的。因而，可以构造照相机区域以在单次曝光中操纵大面积成像。许多成像应用需要比使用标准医学大小而可用的区域更大的区域。可以以任何大小构造基于照相机的检测器，从而允许相对简单、高效和安全的大面积成像。用于大面积成像的应用是无限的，下文更详细描述其中的若干应用。

医学“长骨骼”成像包括在直立位置的全腿部成像。这一成像过程由整形外科用来在正常身体负荷之下直立之时查看腿部。常规地，使用三个或者更多标准大小的盒的组合来执行这一成像过程，其中“缝合”结果以使医生能够查看整个器官（例如整个长骨骼）。单个基于照相机的检测器可以用单次曝光执行任务并且可以在屏幕上立即查看结果。脊椎成像在整形外科中常用来诸如在脊柱侧凸的情况下对脊椎的全长度图像成像。使用单个基于照相机的检测器，可以改进角度测量，因为未如在常规成像中那样需要缝合。

当将受害者/患者带入应急设施（例如野外设施）中时可能在紧急的情况下需要紧急/ 军用“整个身体”成像。在这样的境况中，可能需要对整个身体成像以针对骨折或者弹片快速诊断全身体。常规地，使用12至14次标准14’’x17’’曝光来执行这一过程，这花费过量时间并且在紧急的压力之下和/或在需要对多个受害者成像时颇为麻烦。如这里描述的基于照相机的检测器可以用来使用单次曝光来产生整个身体的图像并且无需保持对已经对身体的哪个部分成像和尚未对哪个部分成像以及哪些盒和关联子图像属于哪个受害者的跟踪。

例如用于马科的兽医图像可能需要大成像区域。例如，对马的腿部成像是用于马科兽医的例行程序。然而，这是人力密集的任务。这一任务通常是在野外执行的并且需要多次曝光，因为腿部长并且检测器的尺寸小。DR系统不是针对野外使用设计的，并且它们的成本可能使它们对于这一任务而言不切实际。这里描述的基于照相机的检测器可以在单次曝光中提供马腿的全长度。大宠物（诸如大型犬或者任何其他大型动物）成问题，因为它们移动并且它们的大小使全身体曝光成为复杂任务。这样的成像任务可以由大型专用基于照相机的检测器实现。

在工业和/或保安中，可能需要执行大型对象的无破坏测试。当需要曝光大型对象时，可以设计很大的基于照相机的检测器。例如，船运集装箱可以在一次曝光中由集装箱大小的基于照相机的检测器曝光。在飞机场中，可以使用基于照相机的检测器技术在单次曝光中曝光甚至很大的行李。需要大成像区域的其他应用同样可以从这里描述的基于照相机的成像技术中受益，并且多个方面不限于与任何特定应用一起使用。

可以单独、在组合中或者在前文中描述的实施例中未具体讨论的多种布置中使用本发明的各种方面，并且因此该各个方面在它的应用上不限于在前文描述中阐述的部件细节和布置。可以以多种方式中的任何方式实施上文描述的实施例。例如可以使用硬件、软件或者其组合来实施实施例。当在软件中实施时，可以在任何适当处理器或者处理器（无论是在单个计算机中提供还是分布于多个计算机之中）的集合上执行软件代码。

应当理解执行上文描述的功能的任何部件或者部件集合可以广义地视为控制上文讨论的功能的一个或者多个控制器。可以以多种方式实施一个或者多个控制器，诸如用专用硬件或者用通用硬件（例如一个或者多个处理器），使用微代码或者软件对通用硬件编程以执行上文记载的功能。控制器可以是编程为执行关联功能的一个或者多个计算机的部分。

应当理解，可以将这里概括的各种方法编码为可在运用多种操作系统或者平台中的任何一个的一个或者多个处理器上执行的软件。此外，可以使用多种适当编程语言和/或常规编程或者脚本工具中的任何语言和/或工具来编写这样的软件，并且也可以编译该软件作为可执行机器语言代码。就这一点而言，应当理解本发明的一个实施例涉及一种用一个或者多个程序编码的有形非瞬态计算机可读存储介质（或者多个这样的计算机可读存储介质）（例如计算机存储器、一个或者多个软盘、压缩盘、光盘、磁带等），程序在一个或者多个计算机或者其他处理器上执行时执行方法，这些方法实施上文讨论的本发明的各种实施例。该一个或者多个计算机可读存储介质可以是可移植的，使得存储于其上的一个或者多个程序可以加载到一个或者多个不同计算机或者其他处理器上以实施如上文讨论的本发明的各种方面。

应当理解术语“程序”在这里在通用意义上用来指代可以用来对计算机或者其他处理器编程以实施如上文讨论的本发明的各种方面的任何类型的计算机代码或者指令集。此外，应当理解，根据本发明的一个方面，在被执行时执行本发明方法的一个或者多个计算机程序无需驻留于单个计算机或者处理器上，但是可以以模块方式中分布于多个不同计算机或者处理器之中以实施本发明的各种方面。

可以单独、在组合中或者在前文中描述的实施例中未具体讨论的多种布置中使用本发明的各种方面，并且因此该各种方面在它的应用上不限于在前文描述中阐述或者在附图中图示的部件细节和布置。本发明能够有其他实施例并且以各种方式实施或者实现。

在权利要求书中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等序数术语修饰权利要求元素本身未表示一个权利要求元素较另一权利要求元素而言的任何优先级、优先或者顺序或者执行方法动作的时间顺序，而是仅用作标注以区分具有某一名称的一个权利要求元素与具有相同名称的另一元素（但是为了使用序数术语）从而区分权利要求元素。

而且，这里所用措词和术语出于描述的目的而不应视为限制。这里使用“包括”、“包含”或者“具有”、“含有”、“涉及”及其变型意味着涵盖其后列举的项目及其等效项目以及附加项目。

Claims (10)

1.一种成像设备，包括：

多个照相机；

能量转换部件，能够将在第一能量的第一辐射转换成在比所述第一能量低的第二能量的第二辐射；以及

至少一个折射部件，定位于所述能量转换部件与所述多个照相机之间以向所述多个照相机中的对应照相机上折射所述能量转换部件发射的所述第二辐射中的至少一些辐射，

其中折射部件适于反射所述能量转换部件发射的在临界角度之上远离所述多个照相机的所述第二辐射的至少一些辐射，并且适于向所述多个照相机中的对应照相机上折射所述能量转换部件发射的在临界角度之下的所述第二辐射中的至少一些辐射，

其中所述多个照相机被布置于阵列中，并且其中所述多个照相机中的每个照相机产生指示撞击相应照相机的辐射的信号，所述多个照相机被布置成使得所述多个照相机中的每个照相机的视场与所述多个照相机中的至少一个相邻照相机的视场至少部分地重叠以形成相应多个重叠区域，所述设备还包括：

至少一个计算机，用于处理来自所述多个照相机中的每个照相机的信号以生成至少一个图像，至少一个处理器被配置成组合所述多个重叠区域中的信号以形成所述至少一个图像，

其中所述多个照相机包括多组照相机，所述多组照相机至少包括用于提供与第一图像层对应的信号的第一组照相机和用于提供与第二图像层对应的信号的第二组照相机，所述第一组照相机和所述第二组照相机相对于彼此被定位成使得所述第一组照相机的视场与所述第二组照相机的视场重叠，使得所述第一图像层和所述第二图像层包括与基本上相同的视场对应的数据，其中所述至少一个计算机被配置成组合至少所述第一图像层和所述第二图像层以至少部分地形成所述至少一个图像，

其中所述至少一个计算机被配置成针对所述多个照相机中的每个照相机建立增益，

其中所述至少一个计算机被配置成向所述第一组照相机中的每个照相机分配第一增益并且向所述第二组照相机中的每个照相机分配与所述第一增益不同的第二增益。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个计算机对对应重叠区域中的信号求和以增加信噪比。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个计算机被配置成至少部分地基于所述多个照相机中的至少一个照相机是在所述第一组照相机中还是在所述第二组照相机中来变化所述多个照相机中的至少一个照相机的增益中的至少一个增益。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个计算机被配置成组合在所述第一增益获得的第一图像层与在所述第二增益获得的第二图像层以强调所述图像中感兴趣的至少一些主题内容。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个计算机被配置成组合在所述第一增益获得的第一图像层与在所述第二增益获得的第二图像层以抑制所述图像中感兴趣的至少一些主题内容。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个计算机被配置成针对所述多个照相机中的每个照相机建立增益，并且其中所述至少一个计算机在指定间隔内变化至少一个照相机的所述增益。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述至少一个计算机被配置成针对所述指定间隔的第一部分为所述多个照相机中的每个照相机建立增益并且针对所述指定间隔的第二部分为所述多个照相机中的每个照相机建立另一增益。

8.根据权利要求7所述的设备，其中所述至少一个计算机被配置成在指定间隔内从所述多个照相机中的每个照相机获得多个信号，并且其中来自所述多个照相机中的每个照相机的所述多个信号中的至少一个信号与所述指定间隔的第一部分关联，并且来自所述多个照相机中的每个照相机的所述多个信号中的至少一个信号与所述指定间隔的第二部分关联。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个照相机是CMOS照相机。

10.根据权利要求1所述的设备，还包括：至少一个阻挡部件，定位于所述能量转换部件与所述多个照相机之间以阻挡未经转换地穿过所述能量转换部件的所述第一辐射中的至少一些辐射。