CN103181158A - 用于脉冲x射线成像的自适应帧扫描方案 - Google Patents

Abstract

一种用于脉冲X射线成像的自适应帧扫描方法包括：在图像探测器上持续扫描行；接收辐射即将开始的指示；在接收指示之后等待固定的延迟；在固定的延迟已经消逝之后暂停扫描；和在接收辐射已经停止的指示时恢复在探测器上的行扫描。通过对帧完成的监视，能够在开始下一行扫描之前增加预定帧延迟以容纳在辐射脉冲时间中的抖动。

Description

用于脉冲X射线成像的自适应帧扫描方案

技术领域

本发明一般地涉及X射线成像探测器领域，更具体地，涉及一种控制帧扫描以避免在图像处理期间由X射线脉冲所创建的伪影的系统和方法。

现有技术

用于将入射辐射能量转换为电信号的光敏元件阵列普遍被用于成像应用中，例如，在X射线成像器和传真装置阵列中。在许多应用中需要脉冲X射线成像系统的实时和连续图像采集。这些应用包括高能量X射线(治疗)，中能量(产业)，或低X射线能量(诊断)。对于兆伏级(MV)成像，脉冲周期与探测器帧扫描时间相比较通常较小，线性加速器的脉冲伪影经常出现在现有的成像系统中。对于脉冲KV X射线，照射时间通常长于帧扫描时间，然而，如果在辐射传递之后使用了帧同步方案，在使得偏移校准非常困难和不精确的KV光束脉冲中经常存在显著的抖动。如果在帧延迟时间期间传递该辐射，这使得帧开销时间更长。

锥面光束(CB)或甚至扇形光束计算机断层扫描(CT)图像采集也经常使用脉冲X射线生成。主要用于具有脉冲X射线的CBCT的现有技术基于帧同步，即为每一个特定角度所传递的辐射，帧读出发生在辐射传递之后。在这种模式中，外部控制探测器，帧扫描与X射线源的辐射打开或关闭信号同步。这种技术存在一些问题。当光束脉冲频率大于帧扫描率时(或者换句话说，在两个脉冲之间的计时周期小于帧扫描时间)以及当辐射期间脉冲频率改变时，帧同步不工作。帧整合时间等于光束时间，帧扫描时间，和直到下一个辐射脉冲发生的等待时间的总和。因此，帧整合时间将更长，对于较长帧整合时间的暗电流散粒噪声将更大。由于有时无法避免的传递辐射脉冲的抖动(例如，如果机架角度控制X射线照射的拍摄)，暗偏移校正将不是最适宜的，这将引起在重构CT图像中的伪影并限制低剂量应用。

因此，期望的是，提供一种用于扇形面板成像器的帧扫描控制的系统和方法，所述扇形面板成像器通过有效利用帧扫描的自适应本质为脉冲X射线成像优化的。同样期望的是，所述系统提供一种依赖于X射线控制信号的探测器行扫描的控制方案。

发明概述

本系统和方法包括一种用于脉冲X射线成像的自适应帧扫描的方法，其中在图像探测器上的行被连续扫描，并基于辐射即将开始用于在扫描控制生成器中的X射线源的指示的接收，计算了延迟并暂停扫描直到计算的延迟的结束。在接收辐射已经停止的指示时，在探测器上的行扫描恢复。

在某些实施方案中，通过在接收辐射已经开始的指示之前提供暂停扫描达到基本等于至少一个扫描行的持续时间，实现计算延迟的步骤。所述方法的其他实施方案提供对帧完成的监视并在开始下一行扫描之前，在帧的完成时增加预定帧延迟。计算所述预定帧延迟以容纳在实际辐射开始时间中的抖动来获得固定的帧率。

为了增益校准，所述方法提供了感应增益校准和使用从辐射开始到辐射结束的帧扫描加上分析系统的辐射增益纠正消逝之后的后续帧。

类似地用于电影成像，所述方法提供了感应电影成像和使用从辐射开始到辐射结束的帧扫描加上用于图像生成的辐射增益消逝之后的后续帧。

一个示例性实施方案也提供了以替换模式操作探测器，监视X射线源从备用到“打开”模式的切换和重置控制扫描生成器以在辐射即将开始的指示处的延迟之前停止行扫描至少一个帧。控制扫描生成器响应于来自X射线生成器的辐射即将来临的标识确定打开模式。

一种控制X射线成像探测器的系统的一个示例性实施方案合并了X射线源和连接到X射线源的信号生成器，并能够提供指示辐射即将开始的第一信号和辐射已经停止的第二信号。提供了一种能够从信号生成器接收第一和第二信号、响应于第一信号计算延迟、响应于延迟提供第一控制信号以暂停行扫描、和响应于来自信号生成器的第二信号提供第二控制信号以激活行扫描的探测器帧扫描信号生成器。在某些实施方案中，探测器帧扫描信号生成器提供了控制信号以在接收到辐射将开始的指示之前暂停基本等于至少一个扫描行时间的行扫描。在另一其他实施方案中，探测器帧扫描信号生成器能够监视帧的完成并提供第三控制信号以激活用于增加在开始下一行扫描之前帧完成时的预定帧延迟的行扫描。计算预定帧延迟以容纳在实际辐射开始时间中的抖动来获得固定的帧率。

对于其中X射线成像探测器能够以替换模式操作的实施方案，探测器帧扫描信号生成器进一步能够监视X射线源从备用到“打开”模式的切换；和重置以在来自脉冲上的预辐射处的延迟之前停止行扫描至少一个帧。探测器扫描信号生成器响应于与X射线源相关的信号生成器所生成的激活信号确定打开模式。

附图简要说明

当结合附图考虑时，通过参考下列具体说明，将最佳理解本发明的这些和其他特征和优点，其中：

图1是其中并入本发明的X射线系统的元件的方框图；

图2是探测器帧扫描信号生成器的输入和输出控制轨迹的信号图；

图3是用于增益校准的控制信号的信号图；和

图4是使用本发明的探测器扫描控制方法的流程图；和

图5是包括增益校准和电影成像的探测器扫描控制方法的流程图。

发明详述

图1示出了示例性X射线成像系统。X射线源102将控制信号104提供给由帧扫描控制生成器106所表示的探测器外部接口电路以控制X射线探测器108的帧扫描和读出。探测器输出连接到分析系统，其在一些实施方案中包括一个或多个计算机或微处理器110。探测器帧扫描基于帧扫描控制生成器处的行触发，所述帧扫描控制生成器允许来自与X射线源相关的信号生成器111处的外部触发去控制行读出并使用后续将更具体说明的各种控制信号112将其打开或关闭。对于示例性实施方案，外部触发器的“高”状态使得探测器能够连续地读出扫描行，外部触发器的“低”状态禁止扫描读出并将探测器放置在保持或空闲状态。从信号生成器可获得的到探测器帧扫描控制生成器的输入信号为预辐射打开脉冲，辐射打开脉冲，和当X射线脉冲从打开切换到关闭时被激活的辐射关闭脉冲。探测器帧扫描控制生成器的输出是提供探测器的高低外部触发器的探测器行扫描触发器(DLST)。

可将使用具有合并了本发明的系统的类型的X射线成像器形成在基本平坦的基底上，典型地为玻璃。成像器包括具有光敏成像元件的像素阵列，典型地为光敏二极管，其每一个具有相关的切换元件，如薄膜晶体管(TFT)或一个或多个另外的寻址二极管。结合闪烁体，将X射线转换为成像于这些光敏元件的可视光。这些光敏元件，典型地为光敏二极管，在一个表面上连接到切换装置，典型地为TFT，并在另一表面上连接到接触所有并行光敏二极管的公用电极。通过多个行和列地址线寻址阵列。在接触帧扫描的操作中，在行线上的电压，并因此在TFT上的电压，被轮流切换，允许在被扫描线的光敏二极管上的电荷通过连接外部放大器的列地址线被读出。通常将行地址线称作为“扫描行”，将列地址线称作为“数据行”，其连接到外部扫描行驱动和数据行读出电路的。

图2示出了本发明的示例性计时图和DLST对来自X射线源的三个触发器输入(预辐射脉冲，X射线辐射脉冲，和辐射关闭脉冲(“Rad-off”))的依赖性。在X射线脉冲之前，轨迹210变为打开光束的高，DLST，轨迹212，为高，探测器持续读出扫描行。预辐射打开脉冲，轨迹214，在提供X射线辐射初始化之前固定时间的信号生成器的辐射开始之前被激活。在帧控制扫描生成器内生成的预辐射脉冲处的计时延迟216在X射线辐射脉冲继续下去之前将DLST关闭至少一个行扫描时间(当激活了实际的X射线辐射时)。当DLST关闭时，探测器将不读出下一个扫描行并将等待直到DLST再次变高。在辐射光束的传递之后，Rad-off信号，轨迹218，被信号生成器激活并基于Rad-off脉冲的上升沿220的接收，控制扫描生成器将DLST切换为“打开”状态，探测器持续再次读出扫描行直到下一个辐射脉冲的传递。

作为使用所示实施方案的实施例，X射线脉冲频率是每秒250个脉冲，探测器的最快帧率是每秒30帧(一帧时间为33.3ms)。探测器在一帧期间读出512个扫描行，这对应于66μs的行读出时间(忽略帧延迟时间)。DLST在辐射开始之前关闭66μs。在辐射脉冲传递之后，DLST打开，探测器在下一辐射脉冲开始之前读出接近60行。因为在辐射时间期间的等待时间，帧开销是大约8到9个扫描行读出时间或0.528ms到0.594ms。因此，本实施例的最快帧率将是29.5fps(仅仅在一帧33.9ms之下)。

为了使得帧扫描时间自适应于X射线脉冲周期并也自适应于脉冲周期的抖动/变化，能够将可编程延迟加在探测器行扫描的末端(在扫描最新行之后)。这个可编程延迟确保了帧时间将是固定的以及这减少了对校准或所需帧偏移的需求。在一些实施方案中，在分析系统中的探测器固件计算了从帧开始到最新扫描行结束的时间并从已经编程或选择的帧时间处减去这个时间。所述减法的结果是帧延迟时间。例如，在以上实施例中，如果将帧时间编程为35ms，根据如先前所讨论的实施例，将从帧开始到最新扫描行结束的时间假定为33.9ms，可编程延迟设置为35-33.9＝1.1ms。

通过控制扫描生成也容纳了X射线系统的各种操作模式的附加控制信号生成。如果探测器处于不同获取模式中，如自由运行模式，在辐射开始之前的至少一个帧(未按比例示出)，应将探测器切换为触发行扫描模式。也能够通过用户，分析系统这样做，或者能够将来自X射线源的内部控制信号用于标识这个事件并做出这种模式切换。当用户或成像系统请求辐射照射时，类似用于KV x射线系统的“prep”(准备)或用于MV X射线系统的“HV-on”(高电压打开)的预辐射控制信号被激活并指示了x射线照射即将来临。能够将这些信号用于如上所述的帧扫描模式切换。

本发明另外集成有持续辐射模式，如增益校准和电源成像。参照图3，所有帧扫描304，从在上升沿306的辐射开始到在下降沿308的辐射结束，加上在指示分析系统将辐射消逝用于增益纠正的X射线关闭脉冲208的接收之后的后续帧305。类似地用于电源成像，分析系统使用了从辐射开始到辐射结束的所有帧加上辐射消逝之后的后续帧305。

图4提供了根据本发明的系统操作的一个示例性流程图。如果探测器以获取模式而不是DLST模式操作时402，则X射线照射的请求将激活X射线“prep”或“HV-on”信号404并导致在辐射开始之前至少一个帧处的获取模式到DLST模式的切换406。在脉冲辐射成像模式中，扫描控制生成器将DLST信号设置为“on”408。基于来自信号生成器的宣称的预辐射脉冲信号的接收420，将计时器设置为等待固定时间延迟周期416。固定时间延迟周期等于在X射线辐射脉冲上升沿和减去至少一个行扫描时间的预辐射脉冲之间的时间。在时间延迟周期之后，在基本等于在X射线辐射脉冲打开之前一个行扫描时间的时间点，将DLST信号转为“off”418。当DLST信号是“off”时，探测器不将读出下一个扫描行，相反将等待直到DLST信号在恢复读出之前再次变为“on”。在辐射光束的传递之后，信号生成器激活辐射关闭信号。基于辐射关闭脉冲的上升沿的接收419，控制扫描生成器将DLST切换到“on”状态428，探测器继续再次读出扫描行438直到下一个辐射脉冲的传递。在帧的完成430时，可暂停扫描达到被编程或选择为容纳抖动的帧延迟时间432。之后，扫描控制生成器返回到在步骤420的扫描操作。

如图5中所示，如果如增益校准或电影成像的参照图3所述的持续成像模式被激活510，每一个帧的探测器扫描如图4具体所述地被执行。在辐射的完成时，激活X射线关闭信号。这导致DLST信号保持“on”516以完成其中辐射在扫描期间消逝的帧518，加上在辐射消逝之后的又一个帧520。也将帧延迟时间应用于这些帧。

现在已经按专利状态的需求具体说明了本发明，本领域技术人员应当认识到对此处公开的特定实施方案的修改和替换。这样的修改在如附属权利要求所定义的本发明的范围和目的内。

Claims (16)

1.一种用于脉冲X射线成像的自适应帧扫描方法，包括下列步骤：

在图像探测器上持续扫描行；

接收辐射即将开始的指示；

在接收所述指示之后，等待固定的延迟；

在所述固定的延迟已经消逝之后暂停扫描；

在接收辐射已经停止的指示时，恢复在所述探测器上的行扫描。

2.如权利要求1所述的方法，其中等待固定的延迟的步骤包括：等待直到在接收辐射已经开始的指示之前的至少一个扫描行时间。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

监视帧的完成；和，

在开始下一行扫描之前帧的完成时，增加预定帧延迟。

4.如权利要求3所述的方法，其中将预定帧延迟计算为容纳在实际辐射打开时间中的抖动以获得固定的帧率。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

感应增益校准；

使用从辐射开始到辐射结束的帧扫描加上在分析系统的辐射增益纠正消逝之后的后续帧。

6.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

感应电影成像；

使用从辐射开始到辐射结束的帧扫描加上在用于图像生成的辐射增益消逝之后的后续帧。

7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

以替换模式操作所述探测器；

监视X射线源从备用到“打开”模式的切换；和

重设控制扫描生成器以在来自辐射即将开始的指示的延迟之前停止行扫描至少一个帧。

8.如权利要求7所述的方法，其中控制扫描生成器响应于来自X射线生成器的辐射即将来临的标识确定打开模式。

9.一种X射线图像探测器的控制系统，包括：

X射线源；

信号生成器，连接到所述X射线源并能够提供指示辐射即将开始的第一信号和辐射已经停止的第二信号；

探测器帧扫描信号生成器，能够从信号生成器处接收第一和第二信号，等待响应于第一信号的延迟，响应于延迟提供第一控制信号以暂停行扫描，和响应于来自信号生成器的第二信号提供第二控制信号以激活行扫描。

10.如权利要求9所述的系统，其中所述探测器帧扫描信号生成器提供控制信号，以暂停基本上等于在接收辐射已经开始的指示之前的至少一个扫描行时间的行扫描。

11.如权利要求9所述的系统，其中所述探测器帧扫描信号生成器能够监视帧的完成，并在开始下一行扫描之前的帧的完成时提供第三控制信号以激活用于增加预定帧延迟的行扫描。

12.如权利要求11所定义的系统，其中计算预定帧延迟以容纳在实际辐射打开时间中的抖动以获得固定的帧率。

13.如权利要求9所定义的系统，其中所述X射线图像探测器能够以替换模式操作，探测器帧扫描信号生成器进一步地能够监视X射线源从备用到“打开”模式的切换；和重设以在来自预辐射打开脉冲的延迟之前停止行扫描至少一个帧。

14.如权利要求13所定义的系统，其中所述探测器扫描信号生成器响应于由与X射线源相关的信号生成器所生成的激活信号来确定打开模式。

15.一种用于将入射X射线转换为电信号的成像阵列扫描方法，其中将X射线以脉冲序列传递，其中在每一个X射线脉冲传递之前在第一时间间隔处生成警报信号，所述方法包括：

(a)在X射线脉冲结束处启动阵列的扫描；

(b)基于警报信号的检测，继续阵列扫描达到短于所述第一间隔的第二时间间隔，随后中断阵列的扫描；和

(c)重复步骤(a)和(b)。

16.如权利要求15所述的方法，其中选择第二时间间隔使得在第二时间间隔结束和第一时间间隔结束之间的时间大约等于其扫描一行成像阵列所占用的时间。

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