CN103313660B - 用于产生x射线图像数据的x射线系统和方法 - Google Patents

用于产生x射线图像数据的x射线系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种X射线成像方法包括响应于源控制器而经由X射线辐射源来执行X射线暴露。该方法还包括在没有来自源控制器的定时信号的信息的情况下经由数字检测器对X射线图像数据采样。该方法进一步包括使至少一个成像帧或两个或以上成像帧的采样X射线图像数据与跨越暴露发生的持续时间的帧中的至少一个组合，来产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据。

Description

用于产生X射线图像数据的X射线系统和方法
技术领域
本文公开的主题涉及X射线成像系统并且更具体地涉及使用数字检测器的X射线成像系统。
背景技术
数字X射线检测器的出现为医学成像带来增强的工作流和高的图像质量。然而，较早的放射成像系统中的许多采用使用膜和/或计算机放射的常规X射线成像。为了从这些系统获得图像，在每个暴露后必须运送和处理成像介质，从而在获得期望图像中导致时间延迟。数字放射提供备选，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。然而，用数字放射成像系统替换较早的常规放射成像系统的成本可施加给医院和三级保健医学中心。因此，采用成本有效的方式改装较早的放射成像系统用于数字放射的需要牵涉尽可能少的系统组件。
发明内容
根据一个实施例，X射线成像方法包括响应于源控制器而经由X射线辐射源来执行X射线暴露。该方法还包括在没有来自源控制器的定时信号的信息的情况下经由数字检测器对X射线图像数据采样。该方法进一步包括使至少一个成像帧或两个或以上成像帧的采样X射线图像数据与跨越暴露发生的持续时间的帧中的至少一个组合，来产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据。
根据另一个实施例，X射线成像方法包括经由X射线辐射源执行X射线暴露。该方法还包括在没有X射线暴露的开始和结束时间的先验知识的情况下经由数字检测器对X射线图像数据采样。该方法进一步包括确定X射线图像数据的开始和结束帧。该方法再进一步包括将至少一个成像帧或两个或以上成像帧的采样X射线图像数据与跨越暴露发生的持续时间的帧中的至少一个组合，来产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据。
根据另外的实施例，X射线成像系统包括X射线辐射源、耦合于该源并且配置成命令X射线的X射线发射用于图像暴露的源控制器以及数字X射线检测器，其配置成在没有来自源控制器的信息的情况下对X射线图像数据采样。该系统还包括便携式检测器控制装置，其配置成将指令传送到检测器用于采集X射线图像数据并且接收来自检测器的X射线图像数据用于处理和预览。检测器、便携式检测器控制装置和与检测器和/或便携式检测器控制装置通信的处理系统中的至少一个配置成将至少一个成像帧或两个或以上成像帧的采样X射线图像数据与跨越暴露发生的持续时间的帧中的至少一个组合，来产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据。
附图说明
当下列详细描述参照附图（其中所有图中相似的符号代表相似的部件）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是根据本技术的方面配备的示范性固定X射线系统的透视图；
图2是根据本技术的方面配备的示范性移动X射线系统的透视图；
图3是图1和2中的X射线系统的图解综览；
图4是图1-3的系统的检测器中的功能组件的图解表示；
图5是根据本技术的方面在检测器与便携式检测器控制装置之间的双向交互的透视图；
图6是根据本技术的方面在检测器与便携式检测器控制装置之间的工作流的方法的流程图；
图7是根据本技术的方面从两个成像帧对X射线图像数据采样的图解表示；
图8是根据本技术的方面从三个成像帧对X射线图像数据采样并且将其组合的图解表示；
图9是根据本技术的方面从一个成像帧对X射线图像数据采样并且将其组合的图解表示；
图10是根据本技术的方面用于对X射线图像数据采样并且将其组合来产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据的方法的流程图；
图11是根据本技术的方面在采集序列（在其中采集图像数据和偏移数据两者用于产生用户可视图像）期间的工作流的图解表示；
图12是根据本技术的方面在其中施加不同电压来减少晶体管泄漏同时对图像数据采样的采集序列的图解表示；以及
图13是根据本技术的方面用于在X射线暴露之前和之后从检测器采样数据同时施加不同的电压来减少晶体管泄漏的方法的流程图。
具体实施方式
一般地参考图1，表示X射线系统，一般由标号10所引用。在图示的实施例中，X射线系统10（如适应的话）是数字X射线系统。根据本技术，X射线系统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检测器，其包括在不同的设置（例如，投影X射线、计算机断层摄影成像、断层合成成像，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X射线检测器。
在图1中图示的实施例中，X射线系统10包括成像系统12。该成像系统12可以是常规的模拟成像系统，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，成像系统12可以是设置在固定X射线成像室中的静止系统，例如一般在图1中描绘并且在下文关于图1描述的。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成像系统一起使用，其包括移动X射线单元和系统。成像系统12包括架空管支撑臂14，用于将辐射源16（例如X射线管）和准直器18相对于患者20和检测器22而定位。该检测器22包括数字X射线检测器。在一些实施例中，检测器22可从来自底座26（充电底座）的多个检测器22（由检测器24代表）中选择。多个检测器22中的每个检测器22可被标记并且设计用于特定类型的成像（例如，荧光透视和放射成像）。检测器22配置成在没有来自X射线辐射源16的控制器的信息的情况下采集X射线图像数据。也就是说，检测器22没有来自源16的控制器的关于X射线暴露的定时信号的信息。因此，为采集X射线图像数据做准备，检测器22配置成在X射线暴露之前和X射线暴露期间连续采样数据。而且，检测器22配置成将包括成像数据的多个帧组合来生成X射线图像。另外，检测器22配置成至少部分处理X射线图像数据。
在一个实施例中，成像系统12可与患者台28和壁式支架30中的一个或两个共同使用来便于图像采集。特别地，台28和壁式支架30可配置成收容检测器22。例如，检测器22可放置在台28的上、下或中间表面上，并且患者20（更具体地，患者20的感兴趣解剖结构）可在检测器22与辐射源16之间定位在台28上。而且，壁式支架30可包括收容结构32，其也适应于收容检测器22，并且患者20可邻近壁式支架30而定位以能够经由检测器22采集图像数据。收容结构32可沿壁式支架30垂直移动。
同样在图1中描绘的，成像系统12包括工作站34、显示器36和打印机37。在一个实施例中，工作站34可包括或提供成像系统12的功能性使得用户38通过与工作站34交互可控制源16和检测器22的操作。在其他实施例中，成像系统12的功能可分散，使得成像系统12的一些功能在工作站34处执行（例如，控制源16的操作），而其他功能（例如，控制检测器22的操作）由X射线系统10的另一个组件（例如便携式检测器控制装置40）执行。该便携式检测器控制装置40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iPadTM的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40配置成由用户38持有并且与检测器22无线通信。注意检测器22和便携式检测器控制装置40可利用任何适合的无线通信协议，例如IEEE802.15.4协议、超宽带（UWB）通信标准、蓝牙通信标准或任何IEEE802.11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检测器22以经由有线连接而通信。
便携式检测器控制装置40还配置成将指令（例如，检测器操作模式）传送到检测器22用于采集X射线图像数据。进而，检测器22配置成响应于来自便携式检测器控制装置40的指令而为X射线暴露做准备，并且将指示检测器22准备接收X射线暴露的检测器就绪信号传输到装置40。装置40还可配置成将患者信息或X射线技术信息传送到检测器22。与检测器22相似，装置40可以没有来自X射线源16的控制器的信息。此外，便携式检测器控制装置40配置成从检测器22接收X射线图像数据用于处理和图像重建。实际上，检测器22和便携式检测器控制装置40两者都配置成至少部分处理X射线图像数据。然而，在某些实施例中，检测器22和/或便携式检测器控制装置40配置成完全处理X射线图像数据。而且，检测器22和/或装置40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。此外，检测器22和/或装置40配置成将处理的X射线图像数据（例如，部分或完全处理的X射线图像数据）通过网络42无线（或经由有线连接）传输到机构图像回顾和存储系统。该机构图像回顾和存储系统可包括医院信息系统（HIS）、放射信息系统（RIS）和/或图片存档通信系统（PACS）。在一些实施例中，机构图像回顾和存储系统可处理X射线图像数据。在一个实施例中，工作站34可配置成充当具有医疗设施的网络42上的指令和/或内容的服务器。检测器22和/或装置40还配置成经由有线或无线连接将处理的X射线图像传输到打印机37来生成图像的副本。
便携式检测器控制装置40包括用户可视屏幕44并且配置成基于屏幕44上的X射线图像数据显示患者数据和重建的X射线图像。屏幕44可包括触摸屏和/或配置成输入数据（例如，患者数据）和/或命令（例如，到检测器）的输入装置（例如，键盘）。例如，装置40可用于输入患者信息和其他成像有关的信息（例如，源16的类型、成像参数，等）来形成DICOM图像报头。在一个实施例中，患者信息可经由来自网络或工作站34的无线或有线连接从患者数据库输送到装置40。检测器22和/或装置可使图像报头的信息与X射线图像合并来生成DICOM兼容数据文件。而且，装置40可用于浏览显示在屏幕44上的X射线图像。此外，装置40用于修改X射线图像，例如通过将位置标记（例如，“L”/“R”分别对于左和右）添加到图像上。在一个实施例中，金属标记可放置在检测器22上来生成位置标记。
在一个实施例中，成像系统12可以是设置在固定X射线成像室中的静止系统，例如一般在图1中描绘并且在下文关于图1描述的。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成像系统一起使用，其包括移动X射线单元和系统。
例如，如在图2的X射线系统中图示的，成像系统12可移到患者康复室、急诊室、外科室或能够对患者20成像而不需要将患者20运送到专用（即，固定）X射线成像室的任何其他空间。成像系统12包括移动X射线基站39和检测器22。与上文的相似，成像系统12可以是常规的模拟成像系统，其被改装用于数字图像数据采集和处理。在一个实施例中，支撑臂41可沿支撑柱43垂直移动以便于关于患者20定位辐射源16和准直器18。此外，支撑臂41和支撑柱43中的一个或两个还可配置成允许辐射源16绕轴旋转。此外，X射线基站39具有用于站39的移动的轮式基座45。具有基本单元47的系统电子电路46既提供电力给成像系统12中的X射线源16和轮式基座45又控制到它们的电力。基本单元47还具有操作者工作站34和显示器36，其使用户38能够操作X射线系统10。操作者工作站34可包括按钮、开关或诸如此类以便于操作X射线源16。与图1中的X射线系统10相似，系统10包括便携式控制装置40。检测器22和便携式控制装置40是如上文描述的。在X射线系统中，患者20可位于X射线源16与检测器22之间的床49（或轮床、台或任何其他支撑）上并且经受X射线，其传递通过患者20并且由检测器22接收。
图3是图1和2中的X射线系统10的图解综览，其更详细地图示系统10的组件。成像系统10包括邻近准直器18定位的X射线辐射源16。准直器18允许辐射流48传递进入受检者20（例如人类患者20）所定位的区域内。辐射50的一部分传递通过受检者20或在受检者20周围传递并且撞击数字X射线检测器22。如在下文更充分描述的，检测器22将在它的表面上接收的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20内的特征的图像。
源16耦合于电力供应52，其供应电力用于检查序列。源16和电力供应52耦合于源控制器54，其配置成命令X射线的X射线发射用于图像暴露。如上文提到的，检测器22配置成在没有来自源控制器54的信息的情况下采集X射线图像数据。相反，检测器22响应于便携式检测器控制装置40，其配置成传送指令给检测器22用于采集X射线图像数据。另外，便携式检测器控制装置40配置成从检测器22接收X射线图像数据用于处理和成像重建。
检测器22包括用于与装置40无线通信的无线通信接口56，以及有线通信接口58，用于在它系连到检测器22时与装置40通信。检测器22和装置还可通过网络42经由有线或无线连接与机构图像回顾和存储系统通信。如上文提到的，机构图像回顾和存储系统可包括PACS60、RIS62和HIS64。注意无线通信接口56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802.11通信标准。此外，检测器22耦合于检测器控制器66，其协调各种检测器功能的控制。例如，检测器控制器66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等。检测器控制器66响应于来自装置40的信号。检测器控制器66链接到处理器68。处理器68、检测器控制器66和电路中的全部接收来自电力供应70的电力。该电力供应70可包括一个或多个电池。
而且，处理器68链接到检测器接口电路72。检测器22将在它的表面上接收的X射线光子转换成更低能量的光子。检测器22包括检测器阵列74，其包括用于将可见光子转换成电信号的光电检测器阵列。备选地，检测器22可直接将X射线光子转换成电信号。这些电信号由检测器接口电路72转换成数字值，该检测器接口电路72向处理器68提供要转换成成像数据并且发送到装置40来重建受检者20内的特征的图像的值。在一个实施例中，检测器22可至少部分处理或完全处理成像数据。备选地，成像数据可从检测器22发送到服务器来处理成像数据。
处理器68还链接到照明电路76。响应于从装置40接收的信号，检测器控制器66可发送信号给处理器68来用信号通知照明电路76使灯78照亮来指示检测器22准备响应于该信号而接收X射线暴露。实际上，响应于来自装置40的信号，检测器22可接通或从闲置状态唤醒。备选地，检测器22可直接接通或通过用户从闲置状态唤醒（例如，按压位于检测器22上的打开/关闭按钮）。
此外，处理器链接到存储器80。该存储器80可存储各种配置参数、校准文件和检测器标识数据。另外，存储器80可存储从装置40接收、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80可存储在成像模式期间聚集的采样数据以及X射线图像。如上文提到的，在一些实施例中，装置40可实施图像处理并且包含DICOM报头来生成DICOM兼容数据文件。
图4是数字检测器22的功能组件的图解表示。如图示的，检测器控制电路84从电源接收DC电力，一般在标号86处表示。检测器控制电路84配置成产生用于在系统操作的数据采集阶段期间采集图像数据的行和列电子器件的定时和控制命令。电路84因此将功率和控制信号传输到参考/调节器电路88，并且从电路88接收数字图像像素数据。
在本实施例中，检测器22包含闪烁器，该闪烁器将在检查期间在检测器表面上接收的X射线光子转换成更低能量的（可见）光子。光电检测器阵列然后将可见光子转换成电信号，其代表光子数量或撞击单独像素区域的辐射的强度或检测器表面的像元。在某些目前预想的实施例中，X射线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数字值，其可以例如在装置40上被处理、存储和显示，接着重建图像。采用目前的形式，光电检测器阵列由非晶硅构成。光电检测器阵列或离散像元在行和列中组织，其中每个离散像元包含光电二极管和薄膜晶体管。每个二极管的阴极连接到晶体管的源极，并且所有二极管的阳极连接到负偏压。每个行中的晶体管的栅极连接在一起并且行电极连接到扫描电子器件，如在下文描述的。列中的晶体管的漏极连接在一起并且每个列的电极连接到读出电子器件的单独沟道。
如在下文更详细描述的，检测器控制电路84配置成在接收X射线辐射之前和在接收X射线辐射期间从离散像元采样数据。而且，检测器控制电路84配置成在接收X射线辐射之前（例如，当检测器22维持闲置模式时）对离散像元的晶体管施加第一电压。另外，检测器控制电路84配置成在接收X射线辐射之前从离散像元采样数据以为采集X射线图像数据做准备，同时向当时未被采样的离散像元的晶体管施加第二电压（高于第一电压）。在接收X射线辐射之前收集的采样数据可由检测器控制电路84存储以用于在从X射线图像数据重建用户可视图像中使用。此外，检测器控制电路84配置成在接收X射线辐射期间从离散像元对数据（其包括X射线图像数据）采样，同时向当时未被采样的离散像元的晶体管施加第二电压。在终止接收X射线辐射后，检测器控制电路配置成重新向离散像元的晶体管施加第一电压。
转回在图4中图示的实施例，作为示例，行总线90包括多个导体，用于启用从检测器22的各个行的读出以及用于停用行并且在期望的地方向选择的行施加电荷补偿电压。列总线92包括另外的导体，用于命令从列的读出同时相继启用行。行总线90耦合于一系列行驱动器94，其中的每个命令启用检测器22中的一系列行。相似地，读出电子器件96耦合于列总线92，用于命令检测器的所有列的读出。
在图示的实施例中，行驱动器94和读出电子器件96耦合于检测器面板98，其可细分为多个段100。每个段100耦合于行驱动器94中的一个，并且包括多个行。相似地，每个列驱动器96耦合于一系列列。上文提到的光电二极管和薄膜晶体管布置由此限定一系列像素或离散像元102，其布置在行104和列106中。这些行和列限定图像矩阵108，其具有高度110和宽度112。
同样如在图4中图示的，一般在行和列交叉处限定每个像元102，在该行和列交叉处列电极114与行电极116相交。如上文提到的，在每个交叉位点处对每个像元提供薄膜晶体管118，如是光电二极管120。当由行驱动器94启用每个行时，来自每个光电二极管120的信号可经由读出电子器件96被访问，并且转换成数字信号用于后续处理和图像重建。从而，在附连到该行上的像元102的所有晶体管118的栅极的扫描线被激活时，同时控制阵列中的像元102的整个行。因此，该特定行中的像元102中的每个通过开关连接到数据线，该开关由读出电子器件使用来恢复到光电二极管120的电荷。
应该注意在某些系统中，当通过关联的专用读出通道中的每个同时恢复到行中的所有像元102的电荷时，读出电子器件将来自先前行的测量从模拟电压转换成数字值。此外，读出电子器件可将来自先前行的数字值输送到采集子系统，其将在监测仪上显示诊断图像或将它写到膜之前执行一些处理。
用于启用行的电路可在本上下文中称为行启用电路或基于对这样的启用（行驱动）使用场效应晶体管的场效应晶体管（FET）电路。与上文描述的行启用电路关联的FET被置于“接通”或导通状态用于启用行，并且在未启用行用于读出时被关“断”或置于非导通状态。尽管有这样的语言，应该注意用于行驱动器和列读出电子器件的特定电路组件可不同，并且本发明不限于使用FET或任何特定的电路组件。
如上文提到的，检测器22没有来自源控制器54的信息，并且从而没有暴露的开始和结束时间的先验知识。在一个实施例中，检测器22配置成自动保持检测X射线暴露的开始和结束并且形成X射线图像而没有与检测器控制装置40通信。在另一个实施例中，检测器22配置成停留在闲置功率模式并且在接收来自检测器控制装置40的命令后转换到成像功率模式。检测器22在它转换到全功率模式后开始检测X射线暴露的开始和结束。这导致X射线系统12、检测器22与便携式检测器控制器装置40之间的独特工作流动态，如在图5和6中图示的。图5是检测器22与便携式检测器控制装置40之间的双向交互的透视图。图5图示成像系统12，其中患者20位于X射线源16与检测器22之间的台28上。在这里，成像系统12可以再次是固定或移动系统。图6是用于检测器22与便携式检测器控制装置40之间的工作流的方法124的流程图。首先，用户接通检测器22（框126）。检测器22在接通条件下维持闲置模式。如在图5中图示的，检测器22位于受检者20的下方。在接通检测器22之前或继接通检测器22之后，用户将与成像（例如，图像的参数）有关的患者信息或其他信息（例如，X射线技术）输入装置40内（框128）。在一些实施例中，检测器控制装置40可将信息传输到检测器22，例如来形成DICOM兼容数据文件。在一些其他实施例中，在检测器控制装置40中形成DICOM兼容数据文件使得不需要将患者信息输送到检测器22。
用户命令从装置40到检测器22的检测器准备信号（框130）。一旦检测器22从装置40接收命令来准备，检测器22准备采集X射线图像数据。具体地，检测器22从闲置模式转换到成像功率模式并且开始擦洗（即，准备并且刷新检测器电路）检测器22的面板来使面板平衡。在擦洗后，检测器22读取或采集暴露之前的一个或多个偏移帧。特别地，检测器22通过发起从检测器元件矩阵的数据采样而准备暴露。在准备后，检测器22将检测器就绪信号发送到装置40（框132）。在一个实施例中，检测器22还可提供可见指示（例如，闪光灯）或音频指示来指示检测器就绪。在另一个实施例中，检测器控制装置40可提供可见指示和/或音频指示。用户然后命令X射线辐射源16经由耦合于源16的源控制器54执行X射线暴露（框134）。
在暴露期间和暴露后，检测器22从检测器元件矩阵采样数据。在某些实施例中，检测器22至少部分处理X射线图像数据（框136）。备选地，检测器22可完全处理X射线图像数据。处理包括基于由检测器22生成的采样图像数据的比较确定暴露何时开始和结束。如在下文更详细描述的，可从一个或多个帧收集采样图样数据并且将其组合来生成重建图像。检测器22在确定暴露结束后并且在对来自帧的X射线图像数据中的全部采样后停止采样。在暴露后和暴露期间，检测器控制装置40从检测器22采集X射线图像数据（框138），这时检测器22从成像功率模式转到闲置模式。在某些实施例中，装置40至少部分处理X射线图像数据（框140）。在一些实施例中，装置40完全处理X射线图像数据。备选地，装置40从检测器采集完全处理的X射线图像数据。在其他实施例中，检测器22和装置24都不完全处理X射线图像数据，但将X射线图像数据发送到机构图像回顾和存储系统用于后续处理。
如在图5中看到的，在装置40的屏幕44上显示（框142）基于X射线图像数据的重建图像122。实际上，该重建图像122可在成像受检者20存在于其中采集X射线图像数据的位点中时在装置40上显示。在装置40上显示图像122后，用户确定图像是否可接受（框144）。如果图像由于定位问题而不可接受，可重新定位（框146）成像受检者20用于进一步的暴露。如果图像可接受，用户可选择图像的感兴趣部分、添加“L”和/或“R”位置标记并且将处理的X射线图像数据经由检测器22和/或装置40传输到机构图像回顾和存储系统（框148）。
因为检测器22没有经由源16的来自源控制器54的关于暴露的性能的定时信号的信息，检测器在暴露之前、期间和之后从一个或多个帧（例如，偏移和成像帧）采样数据。X射线暴露的长度取决于例如X射线检查的类型和成像受检者的大小的许多因素。在某些情形中，暴露可与帧重叠并且可需要组合来自至少两个成像帧的采样X射线数据。然而，为了进行此，需要确定至少跨越暴露的持续时间的开始和结束帧。
图7是在单个读出或采样期中发生暴露时对X射线图像数据采样并且将其组合的图解表示。图7图示从对检测器元件矩阵采样而获得的多个帧150。帧150包括偏移帧152和154以及成像帧156和158。偏移校正的X射线图像通过使来自成像帧156和158的采样数据与在获得成像帧156之前聚集的采样数据（例如，来自偏移帧152的偏移数据）组合而生成。在发起暴露之前采集偏移帧152。在暴露结束后采集偏移帧154并且帧150不再包括图像数据。偏移帧152和154都不包括图像数据。
为了确定暴露的开始和结束以及成像数据，获得每个帧150的行平均。该行平均反映检测器阵列的检测器元件的行内的每个检测器元件所恢复以充分对检测器元件充电的电荷的平均量。标绘图159从顶部到底部指示沿帧150的每个行的行平均。因为没有发生暴露并且检测器元件保持充满电，偏移帧152和成像帧156的顶部部分160中的行平均是可忽略的，如由标绘图159的部分162所指示的。暴露的开始和结束分别由线164和166标记。在线164处，发生0%暴露（即，总暴露长度的百分比），而在线166处发生100%暴露。因此，在暴露期间，当相继在区域170内读取行时，行平均线性地增加，由标绘图159的部分168所指示的。更具体地，因为每个后续行暴露于更大百分比的暴露并且那些行内的检测器元件需要恢复更多的电荷，行平均在部分168中增加。例如，在暴露开始后的第一行读取在被读取之前可经受10%的暴露，而最后一行读取在被读取之前可经受100%的暴露。
因为暴露在单个采样或读取期内结束，成像帧156和158两者都包括图像数据，分别由交叉影线区域172和174指示。标绘图159的平坦部分176指示成像帧156和158的区域178和180中的行在被读取之前已经分别暴露于100%的暴露。线182和184指示读取帧158的区域186（其对应于帧156的区域170）中的行的开始和结束。如由标绘图159的部分188所指示的，在相继读取区域186内的行时，行平均线性减小。更具体地，因为每个后续行在初始读取读取帧156的区域170中的行后暴露于较小百分比的暴露，行平均在区域186中减小。也就是说，区域186中的行平均反映继最后的行读取之后来自残余暴露的图像数据。例如，帧158的区域180中的第一行读取可在初始读取帧156的区域170中的第一行后经受90%的暴露，而区域180中的最后一行读取可在初始读取帧156的区域170中的最后一行后经受0%的暴露。标绘图159的部分190指示成像帧158的底部部分192和偏移帧154中的行平均156因为已经对检测器元件再充电（因为最后被读取）而可忽略。因此，通过确定行平均，可确定暴露的开始和结束以及成像数据的开始和结束。
为了获得X射线图像，包括图像数据（例如，帧156和158）的帧150中的全部被组合（即添加）。为了获得偏移校正的X射线图像，用于制作X射线图像的帧150的总数量（例如，两个，帧156和158）乘以计算的偏移图像（例如，偏移帧152）的倍数并且从X射线图像中扣除来形成偏移校正的X射线图像。
行平均还可在暴露跨越超过一个读取或采样期时使用。图8是当在两个读出或采样期内发生暴露时对X射线图像数据采样并且将其组合的图解表示。与图7相似，图8图示从对检测器元件矩阵采样而获得的多个帧150。这些帧150包括偏移帧194和196以及成像帧198、200和202。在发起暴露之前采集偏移帧194。在暴露结束后采集偏移帧196并且帧150不再包括图像数据。如上，偏移帧194和196都不包括图像数据。
如在图7中的，在图8中对每个帧150获得行平均。标绘图204从顶部至底部指示沿帧150的每个行的行平均。因为未发生暴露并且检测器元件保持充满电，偏移帧194和成像帧198的顶部部分206中的行平均是可忽略的，如由标绘图204的部分208所指示的。暴露的开始和结束分别由线210和212标记。在线210处，发生0%暴露，而在线212处发生100%暴露。如图示的，暴露跨越两个采样期，并且从而跨越两个成像帧198和200。与图7相似，图8包括线性增加的行平均，如由标绘图204的部分214（其对应于成像帧198和200的区域216和218）所指示的。而且，标绘图204的平坦部分220对应于成像帧200的区域222并且指示那些行在被读取之前暴露于100%的暴露。部分220比图7的部分176更短，因为图8中的暴露更长并且跨越超过一个成像帧，这意指更少的检测器元件行在被读取之前暴露于100%的暴露。此外，标绘图204的部分224（其对应于相应的成像帧200和202的区域226和228）包括线性减小的行平均。由于图8中更长的暴露，其中的部分214和224包括比图7中的标绘图159的部分168和188更小的斜率。
由于延伸两个采样期的更长暴露，成像帧198、200和202包括分别由交叉影线区域230、232和234指示的图像数据。如上，通过确定行平均，可确定暴露的开始和结束以及成像数据的开始和结束。
为了获得X射线图像，包括图像数据（例如，帧198、200和202）的帧150中的全部被组合（即添加）。为了获得偏移校正的X射线图像，用于制作X射线图像的帧150的总数量（例如，三个，帧198、200和202）乘以计算的偏移图像（例如，偏移帧194）的倍数并且从X射线图像中扣除。
备选地，X射线暴露可在读出期之间发生。图9是当在一个读出期结束之后但在下一个读出开始之前发生暴露时对X射线图像数据采样的图解表示。如上，图9图示从对检测器元件矩阵采样而获得的多个帧150。这些帧150包括偏移帧221和223以及成像帧225。在发起暴露之前采集偏移帧221。在暴露结束后采集偏移帧223并且帧150不再包括图像数据。如上，偏移帧221和223都不包括图像数据。如在图7和8中的，在图9中对每个帧150获得行平均。标绘图227从顶部至底部指示沿帧150的每个行的行平均。因为未发生暴露并且检测器元件保持充满电，偏移帧221中的行平均是可忽略的。暴露的开始和结束分别由线229和231标记。如图示的，暴露发生在帧221和225的读出之间。从而，标绘图227的部分233指示行中的全部在被读取之前暴露于100%的暴露。因此，由交叉影线区域235所指示的图像数据位于单个帧225内并且不需要将成像帧225与任何其他帧组合。为了获得偏移校正的X射线图像，计算的偏移图像（例如，偏移帧221）从X射线图像（例如，帧225）中扣除。
电子噪声中的增加可在将来自多个帧（例如，至少两个成像帧）的采样X射线图像数据组合来产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据中发生。例如，对于给定像素pi,j，假设X射线图像通过将三个成像帧与相同的偏移组合而获得，其中Oi,j代表偏移值，像素的最终值由下式给出：
（1）
电子噪声的均值和方差在下式中分别由和表示，其中：
（2）
以及
（3）
因为，如上文示出的，电子噪声具有零均值，并且4个值、、和Oi,j独立于彼此，x射线图像的电子噪声通过将N个偏移校正的图像与相同的偏移组合而变为：
，（4）
其中σ代表标准偏差。
降低电子噪声的另一个方法是对成像帧中的每个使用不同的偏移。在该情况下，最终图像的电子噪声变为：
（5）
降低电子噪声的另外的方法是对读取帧使用平均偏移。假设该偏移通过对M个暗帧（即，偏移帧）求平均而获得。偏移的噪声是
（6）
并且组合图像的噪声是
（7）
当M>N时，等式（7）小于等式（5）。从而，当组合的成像帧的数量较小（例如，N=2）时，优选平均偏移。然而，当组合的成像帧较大时，则可优选使用相同的偏移或独立偏移。
图10是用于对X射线图像数据采样并且将其组合来产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据的方法236（其包含上文描述的技术）的流程图。该方法236包括准备检测器22（框238）。检测器22的准备可包括在暴露的发起之前并且独立于暴露的发起开始对数据（例如，偏移数据）采样。在检测器22的准备之后，方法236包括经由X射线辐射源16执行X射线暴露（框240），其中X射线源响应于源控制器54。在暴露的发起后，X射线图像数据的采样在没有X射线暴露的开始和结束时间的先验知识的情况下（即，在没有来自源控制器54的定时信号的信息的情况下）经由检测器22而发生（框242）。实际上，对X射线图像数据采样可在X射线暴露期间发生。方法236进一步包括确定X射线图像数据的开始和结束帧（例如，成像帧）（框244）。这些开始和结束帧至少跨越暴露发生的持续时间。如上文提到的，暴露可在单个成像帧期间发生，但X射线图像数据可以在多个成像帧上。从而，开始和结束帧可包含在暴露发生的持续时间期间采样的数据和在暴露发生的持续时间外采样的数据。特别地，开始和结束帧通过比较至少相应的开始与结束帧的采样数据而确定。如上文指示的，通过识别指示对X射线辐射的暴露的采样数据值（例如，行平均）中的变化来确定开始和结束帧。
再进一步地，方法236包括将至少两个成像帧的采样X射线图像数据组合（其中这些帧中的至少一个跨越暴露发生的持续时间），来产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据（框246）。如上文提到的，能够重建为用户可视图像的X射线图像数据可通过基于从至少两个成像帧采样的数据来生成偏移校正的图像数据而产生。例如，偏移校正的图像数据通过将在开始成像帧之前的采样数据与从如上文描述的至少两个成像帧采样的数据组合而生成。此外，将该至少两个成像帧的采样X射线图像数据组合包括基于噪声参数选择组合方法。也就是说，如上文描述的，噪声的计算将取决于在发生暴露之前和期间采样的成像帧和偏移帧（即，偏移帧）的数量以从上文指出的那些选择正确的等式以在将来自超过一个帧的采样数据组合时减少电子噪声。
上文的技术在图11中图示：采集图像数据和偏移数据两者用于产生用户可视图像所在的采集序列期间的工作流的图解表示。图11包括检测器22的采集序列248，其对应于检测器22、便携式检测器控制装置40、操作者或用户38与X射线源16之间的交互。检测器22、装置40和源16的操作是如上文描述的那样。在检测器22处于闲置模式（由序列248的区域250所表示的）时，操作者38如由箭头252指示的那样配置源16。配置源16可包括设置暴露参数和暴露的类型。而且，在检测器22仍处于闲置模式时，操作者可定位成像受检者和源16。此外，操作者38将指令输入装置40内，如由箭头254指示的，并且将指令256发送到检测器22来准备暴露。
当接收指令来准备采集X射线图像数据时，检测器22进入成像功率模式258。检测器22通过擦洗面板而开始，如由采集序列248的区域260指示的，来使面板上的电路平衡。然后，检测器22从面板（例如，区域262）读取一个或多个偏移帧，这时检测器22将检测器就绪信号264发送到装置40。在一个实施例中，装置40提供视觉指示来指示检测器22的就绪状态。在另一个实施例中，装置40提供音频指示。在另外的实施例中，装置40提供视频和音频指示两者。在再另外的实施例中，检测器22提供视觉指示（例如，闪光LED）来指示检测器22的就绪状态。在另一个实施例中，检测器22提供音频指示。在再另一个实施例中，检测器22提供视频和音频指示两者。操作者38接收装置40上的就绪信号，如由箭头266指示的。一旦检测器22就绪，检测器22开始连续对帧采样或读取帧（如由采集序列248的区域268指示的）来检测暴露。在任何时间，操作者可从源16发起暴露，如由箭头270指示的。当发起暴露时，检测器22接收来自源16的X射线辐射272。检测器22对帧采样来确定跨越暴露的开始和结束帧（例如，帧274和276）。在终止暴露后，检测器22可处理采集的图像数据并且将重建图像的预览（由箭头278指示的）发送到装置40以用于操作者38观看。备选地，数据可发送到装置40用于进一步处理和生成重建图像。在暴露结束后，检测器22回复闲置模式，如由采集序列248的区域280指示的。
如上文提到的，检测器22从闲置模式转到成像功率模式。在成像功率模式中，因为检测器22缺乏可何时发生暴露的先验知识（或数据），检测器22连续读取面板。从而，从面板读取或采样数据在暴露期间发生。然后被采样的离散像元的晶体管（例如，FET）在启用行用于读出时处于导通状态。然而，可从当时未被采样的离散像元的那些晶体管发生泄漏（例如，LET泄漏）（即，当未启用行用于读出时，晶体管处于非导通状态）。增加电压（Voff）来使当时未被采样的晶体管处于非导通状态可使FET泄漏减少。然而，如果晶体管由于偏置时期而被偏置一段时间，泄漏的减少可不会持续。
图12和13图示用于克服这些问题的技术的实施例。图12是在对图像数据采样时（特别在暴露期间）施加不同的电压来使晶体管泄漏减少所在的采集序列282的图解表示。图12的采集信号282与在图11中描述的采集信号248相同。采集信号282包括其中检测器22维持闲置模式的区域250和280。另外，采集信号282包括其中检测器22擦洗面板的区域（例如，区域260）以及对面板采样或读取面板的时期（例如，区域262和268）。在检测器22维持闲置模式（例如，区域250和280）时，检测器22向离散像元的晶体管施加第一电压284（例如，负得较少的Voff）。从而，检测器22在接收X射线辐射（例如，区域250）之前向离散像元的晶体管施加第一电压284。当检测器22转到成像功率模式258（例如，区域260、262和268）并且开始从离散像素采样数据时，检测器22向当时未被采样的离散像元的晶体管施加第二电压286（例如，负得较多的Voff）。在一个实施例中，在擦洗面板（即，区域260）时，可施加第一电压284，而不是第二电压286。第二电压286施加到当时未被采样的离散像元的晶体管还可在检测器22接收X射线辐射期间发生。当终止从离散像元对X射线数据采样（例如，区域280）时，检测器22在终止检测器22接收X射线辐射后向离散像元的晶体管重新施加第一电压284。
第二电压286比第一电压284负得更多。第二电压286可至少是第一电压284的近似1.3倍。例如，第一电压284可等于近似-11伏或比近似-11伏负得更少。第二电压286可等于近似-15伏或比近似-15伏负得更多。第一和第二电压284和286使晶体管维持在非导通状态。通过在成像功率模式258期间仅维持第二电压286并且在闲置模式中移到第一电压284（例如，区域250和280），晶体管泄漏可减少同时还避免偏置时期。
图13是用于在施加不同的电压来使晶体管泄漏减少时在X射线暴露之前和之后从检测器采样数据的方法288的流程图。该方法288包括向离散像元的晶体管施加第一电压284（例如，当检测器22维持闲置模式时）（框290）。当准备采集X射线图像数据时，方法288包括在向当时未被采样的离散像元的晶体管施加第二电压286时从离散像元采样数据，其中第二电压286比第一电压284负得更多（框292）。当在施加第二电压286时对数据采样时，检测器22可在接收X射线辐射之前存储采样的数据以用于在从X射线图像数据重建用户可视图像中使用（框294）。而且，方法288包括接收检测器22上的来自X射线源16的X射线辐射（框296）。在暴露后，从离散像元的X射线图像数据采样在向当时未被采样的离散像元的晶体管施加第二电压286时发生（框298）。在向当时未被采样的离散像元的晶体管施加第二电压286时，从离散像元的数据采样还在接收X射线辐射期间发生。在终止接收X射线辐射后，检测器22终止从离散像元的X射线图像数据采样（框300）并且例如在转变到闲置模式期间向离散像元的晶体管重新施加第一电压284（框302）。如上文提到的，通过在成像功率模式期间仅维持第二电压286并且在闲置模式中移到第一电压284，晶体管泄漏可减少同时避免偏置时期。
实施例的技术效果包括提供方法和系统来允许通过用数字X射线检测器替换盒而改装常规的X射线系统。在改装X射线系统中，数字X射线检测器不与X射线成像系统通信。相反，检测器与便携式检测器控制装置通信来接收指令。因为检测器不与X射线系统通信，检测器缺乏指示X射线暴露的定时信号的数据。从而，为暴露做准备和在暴露期间的检测器可连续读取检测器的面板。检测器可包括用于确定暴露和成像数据的开始和结束、使来自多个帧的X射线图像数据聚集和组合同时使可不利地影响图像质量的因素（例如，电噪声和晶体管泄漏）减少的技术。
该书面描述使用示来公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域内任何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。

Claims (39)

1.一种X射线成像方法，包括：
响应于源控制器而经由X射线辐射源来执行X射线暴露；
在没有来自所述源控制器的定时信号的信息的情况下经由数字检测器对X射线图像数据采样；其特征在于，还包括：
使至少一个成像帧的采样X射线图像数据与跨越所述暴露发生的持续时间的帧中的至少一个组合，来产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据。
2.如权利要求1所述的方法，包括生成图像帧，其中所述X射线暴露在两个连续帧的图像读取之间发生。
3.如权利要求1所述的方法，包括确定至少跨越所述暴露发生的持续时间的开始和结束帧。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述开始和结束帧中的每个包含在所述暴露发生的持续时间期间采样的数据和在所述暴露发生的持续时间外采样的数据。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述开始和结束帧通过比较至少相应的开始与结束帧的采样数据而确定。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述开始和结束帧通过识别指示对X射线辐射的暴露的采样数据值中的变化而确定。
7.如权利要求1所述的方法，包括通过在所述暴露之前对数据采样而准备所述检测器。
8.如权利要求7所述的方法，其中，准备所述检测器包括在所述暴露的发起之前并且独立于所述暴露的发起而开始对检测器数据采样。
9.如权利要求1所述的方法，包括通过基于从所述至少一个成像帧采样的数据来生成偏移校正的图像数据而产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述偏移校正的图像数据通过将在开始图像帧之前的采样数据与从所述至少一个成像帧采样的数据组合而生成。
11.如权利要求1所述的方法，其中，将两个以上的成像帧的采样X射线图像数据组合包括基于噪声参数选择组合方法。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述噪声参数基于至少跨越所述暴露发生的持续时间的成像帧的数量，和在发起所述暴露之前采样的成像帧的数量。
13.一种X射线成像方法，包括：
经由X射线辐射源执行X射线暴露；
在没有所述X射线暴露的开始和结束时间的先验知识的情况下经由数字检测器对X射线图像数据采样；其特征在于，还包括：
确定所述X射线图像数据的开始和结束帧；以及
将至少一个成像帧的采样X射线图像数据与跨越所述暴露发生的持续时间的帧中的至少一个组合，来产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据。
14.如权利要求13所述的方法，包括在所述X射线暴露期间对X射线图像数据采样。
15.如权利要求13所述的方法，其中，所述开始和结束帧包含在所述暴露发生的持续时间期间采样的数据和在所述暴露发生的持续时间外采样的数据。
16.如权利要求13所述的方法，其中，所述开始和结束帧通过比较至少相应的开始与结束帧的采样数据而确定。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述开始和结束帧通过识别指示对X射线辐射的暴露的采样数据值中的变化而确定。
18.如权利要求13所述的方法，包括通过在所述暴露之前对数据采样而准备所述检测器。
19.如权利要求18所述的方法，其中，准备所述检测器包括在所述暴露的发起之前并且独立于所述暴露的发起而开始对检测器数据采样。
20.如权利要求13所述的方法，包括通过基于从所述至少一个成像帧采样的数据来生成偏移校正的图像数据而产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述偏移校正的图像数据通过将在开始图像帧之前的采样数据与从所述至少一个成像帧采样的数据组合而生成。
22.如权利要求13所述的方法，其中，将两个以上的成像帧的采样X射线图像数据组合包括基于噪声参数选择组合方法。
23.如权利要求22所述的方法，其中，所述噪声参数基于至少跨越所述暴露发生的持续时间的成像帧的数量，和在发起所述暴露之前采样的成像帧的数量。
24.一种X射线成像系统，包括：
X射线辐射源；
源控制器，其耦合于所述源并且配置成命令X射线的X射线发射用于图像暴露；
数字X射线检测器，其配置成在没有来自源控制器的信息的情况下对X射线图像数据采样；其特征在于，还包括：
便携式检测器控制装置，其配置成将指令传送到所述检测器用于采集X射线图像数据并且接收来自所述检测器的所述X射线图像数据用于处理、图像重建和图像预览；
其中所述检测器、所述便携式检测器控制装置和与所述检测器和/或所述便携式检测器控制装置通信的处理系统中的至少一个配置成将至少一个成像帧的采样X射线图像数据与跨越所述暴露发生的持续时间的帧中的至少一个组合，来产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据。
25.如权利要求24所述的系统，其中，通过基于从所述至少一个成像帧采样的数据来生成偏移校正的图像数据而产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据。
26.如权利要求25所述的系统，其中，所述偏移校正的图像数据通过将在开始帧之前的采样数据与从所述至少一个成像帧采样的数据组合而生成。
27.一种数字X射线检测器，包括：
电路，其配置成在没有来自源控制器的定时信号的信息的情况下对X射线图像数据采样，其中所述源控制器配置成命令从X射线辐射源的X射线的X射线发射用于图像暴露，其特征在于：并且将至少一个成像帧的采样数据与跨越X射线暴露发生的持续时间的帧中的至少一个组合来产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据。
28.如权利要求27所述的数字X射线检测器，其中，所述电路配置成将两个或两个以上的成像帧的采样数据与跨越所述暴露发生的持续时间的帧中的至少一个组合来产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据。
29.如权利要求27所述的数字X射线检测器，其中，所述电路配置成生成图像帧，其中所述X射线暴露在两个连续帧的图像读取之间发生。
30.如权利要求27所述的数字X射线检测器，其中，所述电路配置成确定至少跨越所述暴露发生的持续时间的开始和结束帧。
31.如权利要求30所述的数字X射线检测器，其中，所述开始和结束帧中的每个包含在所述暴露发生的持续时间期间采样的数据和在所述暴露发生的持续时间外采样的数据。
32.如权利要求30所述的数字X射线检测器，其中，所述电路配置成通过比较至少相应的开始与结束帧的采样数据而确定所述开始和结束帧。
33.如权利要求32所述的数字X射线检测器，其中，所述电路配置成通过识别指示对X射线辐射的暴露的采样数据值中的变化而确定所述开始和结束帧。
34.如权利要求27所述的数字X射线检测器，其中，所述电路配置成通过在所述暴露之前对数据采样而准备所述检测器。
35.如权利要求35所述的数字X射线检测器，其中，所述电路配置成在所述暴露的发起之前并且独立于所述暴露的发起而开始对检测器数据采样。
36.如权利要求27所述的数字X射线检测器，其中，所述电路配置成通过基于从所述至少一个成像帧采样的数据来生成偏移校正的图像数据而产生能够重建为用户可视图像的X射线图像数据。
37.如权利要求36所述的数字X射线检测器，其中，所述偏移校正的图像数据通过将在开始图像帧之前的采样数据与从所述至少一个成像帧采样的数据组合而生成。
38.如权利要求28所述的数字X射线检测器，其中，将所述两个或两个以上的成像帧的采样X射线图像数据组合包括基于噪声参数选择组合方法。
39.如权利要求38所述的数字X射线检测器，其中，所述噪声参数基于至少跨越所述暴露发生的持续时间的成像帧的数量，和在发起所述暴露之前采样的成像帧的数量。
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