CN105306840A - 放射线成像装置和放射线成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及放射线成像装置和放射线成像系统。提供了一种放射线成像装置，该放射线成像装置包括：第一转换元件，被布置为将放射线转换为电荷以便获得放射照相图像；第一放大器，被布置为输出与第一转换元件的电荷对应的电压；第二转换元件，被布置为将所述放射线转换为电荷以便检测放射线照射；第二放大器，被布置为输出与第二转换元件的电荷对应的电压；以及控制电路，被配置为控制第一放大器和第二放大器，其中，控制电路能够与对第一放大器施加的控制相独立地控制第二放大器。

Description

放射线成像装置和放射线成像系统
技术领域
本发明涉及放射线成像装置和放射线成像系统。
背景技术
在医学领域和其它领域中，放射线成像装置已经投入实际使用，这些放射线成像装置被配置为在放射线等透射通过被检体之后接收该放射线等的照射、保持被检体的图像的图像信号、并且输出反映所保持的放射照相图像(radiographicimage)的电荷信号。作为放射线成像装置的示例，存在这样的放射线成像装置：该放射线成像装置被配置为将光传感器与按照由照射该装置的放射线的量确定的量产生电荷的半导体材料或荧光物质组合。该放射线成像装置具有区域传感器单元，该区域传感器单元包括薄膜晶体管(TFT)开关和光电转换元件。TFT开关主要由玻璃基板上的具有二维图案的非晶硅形成。光电转换元件将放射线转换为电荷。放射线成像装置与控制信号同步地切换区域传感器单元的操作，所述控制信号经由连接到放射线成像装置的I/O设备输入。
与作为较陈旧的技术的胶片放射线成像装置不同，引入这种类型的放射线成像装置要求经由I/O设备将放射线成像装置连接到位于医院中的放射线产生装置和控制系统。I/O设备根据制造商而有所不同，这意味着，有必要改变将连接到I/O设备的器械，在某些情况下甚至有必要更换整个放射线产生装置。因此，引入成本是个很大的问题。
在放射线成像装置中，基于预测的成像剂量范围、像素灵敏度和读出电路的噪声来设置列放大器的增益。然而，取决于放射线成像装置的性能以及被检体和放射线成像装置之间的位置关系，预先设置的放大比率可能不起作用。具体地说，存在被检体与放射线成像装置的位置关系使得入射放射线的剂量意外地大的情况，以及透射通过厚被检体的放射线距离放射线成像装置比所预期的差得更远的情况。在这样的情况下，过大剂量或过小剂量可能降低最需要诊断的区域(感兴趣区域)的图像质量。
因此，使用放射线成像装置涉及诸如以下的工作：通过考虑放射线条件和与被检体的位置关系来凭经验修改放射线照射时间的长度，并且列出放射线条件的几百种组合以事先登记这些条件，这些对于放射线成像装置的用户而言是沉重的负担。
日本专利申请公开No.2004-85383中所描述的放射线检测装置除了用于形成图像的像素之外，还设有用于检测X射线照射量的像素。通过使用这些检测像素来监视照射传感器的X射线的剂量，可以对X射线照射进行检测。当放射线检测装置被引入到医院时，该技术消除了对于将I/O设备连接到X射线产生装置的工作的需要，由此降低了引入成本。能够持续监视X射线剂量的放射线检测装置也可以应用于X射线照射量的自动曝光控制(AEC)，在X射线照射量的自动曝光控制中，对X射线照射的时长进行监视以便在达到适当的X射线剂量时停止X射线照射。
然而，日本专利申请公开No.2004-85383的其中共享的读出电路不仅读出X射线照射量检测像素的信号还读出图像形成像素的信号的放射线检测装置具有以下问题：
第一个问题是功耗。当执行读出操作时，读出电路消耗非常大量的电流以降低读出电路自身的噪声。对X射线照射的检测涉及X射线照射量检测像素的持续读出，这意味着为了获得一个X射线图像要消耗巨大量的功率。功耗的增大引起了诸如以下的问题：因器械发热而对驱动时间的长度施予限制、以及电池驱动的放射线成像装置的驱动时间缩短。
第二个问题是输出数据所需的时间。被设计为能够读出多个像素列的读出电路中具有复用器以顺序地选择从像素列发送的信号并且将所选的信号传送到读出电路外部。日本专利申请公开No.2004-85383的放射线检测装置要花费时间来估计X射线剂量，因为出于X射线剂量检测的目的的X射线照射量检测像素的读出伴随着其它像素(即，图像形成像素)的读出。在强X射线的短照射的情况下，检测像素的漫长读出意味着，到控制电路确定已存在X射线照射的时候，已经超过了适当的X射线剂量，因此妨碍了AEC的适当控制。
发明内容
本发明提供了能够降低功耗或缩短检测放射线所需的时间的放射线成像装置和放射线成像系统。
根据本发明的一个实施例，提供了一种放射线成像装置，该放射线成像装置包括：第一转换元件，被布置为将放射线转换为电荷以便获得放射照相图像；第一放大器，被布置为输出与第一转换元件的电荷对应的电压；第二转换元件，被布置为将放射线转换为电荷以便检测放射线照射；第二放大器，被布置为输出与第二转换元件的电荷对应的电压；以及控制电路，其被配置为控制第一放大器和第二放大器，其中，控制电路能够与对第一放大器施加的控制相独立地控制第二放大器。
参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1是用于例示放射线成像装置的配置示例的示图。
图2是用于例示列放大器的配置示例的示图。
图3是用于示出放射线成像装置的驱动方法的时序图。
图4是用于示出X射线照射检测的示例的示图。
图5是用于例示放射线成像系统的配置示例的示图。
图6是用于例示另一放射线成像装置的配置示例的示图。
图7是用于例示又一放射线成像装置的配置示例的示图。
具体实施方式
现在将根据附图来详细描述本发明的优选实施例。
(第一实施例)
图1是用于例示根据本发明的第一实施例的放射线成像装置的配置示例的示图。区域传感器101包括第一转换元件S11至S33、第二转换元件X1至X3以及TFT开关T11至T33。第一转换元件S11至S33和TFT开关T11至T33被包括在用于获得放射照相图像的多个图像像素中。第二转换元件X1至X3被包括在用于检测放射线照射以便监视放射线照射量等的多个放射线检测像素中。转换元件S11至S33和X1至X3被布置为一起形成矩阵图案。转换元件S11至S33和X1至X3将放射线(例如，X射线)转换为电荷。例如，转换元件S11至S33和X1至X3中的每个均包括波长转换构件和光电二极管，波长转换构件由GOS或CsI制成并且将放射线(X射线)转换为光，光电二极管将光转换为电荷。可替代地，转换元件S11至S33和X1至X3中的每个均可以是将放射线直接转换为电荷的元件。栅极线Vg1至Vg3将栅极脉冲供应给TFT开关T11至T33的栅极。TFT开关T11至T33各自连接在转换元件S11至S33之一和列放大器111至113之一之间。信号线Sig1至Sig3将累积在转换元件S11至S33中的电荷传送到列放大器111至113。信号线Sig4将累积在转换元件X1至X3中的电荷传送到列放大器114。用于传感器偏压Vs的线将光电转换所必需的电压供应给转换元件S11至S33和X1至X3。栅极驱动器102将栅极脉冲输出到栅极线Vg1至Vg3，以在任意定时逐行地接通/断开TFT开关T11至T33。
读出电路104连接到信号线Sig1至Sig4。读出电路104将信号线Sig1至Sig4的电荷转换为电压，保持该电压，将所保持的电压转换为数字信号，并且输出数字信号。读出电路104包括列放大器111至114、复用器115、采样和保持放大器116以及模数转换器117。列放大器111至114分别连接到信号线Sig1至Sig4。作为第一列放大器的列放大器111至113在行方向上并排布置为与第一转换元件S11至S33连接，第一转换元件S11至S33在列方向上对齐。第一列放大器111至113输出与第一转换元件S11至S33的电荷对应的电压。作为第二列放大器的列放大器114直接连接到第二转换元件X1至X3，并且输出与第二转换元件X1至X3的电荷对应的电压。复用器115按时间序列把来自列放大器111至114的信号输出到下游电路。采样和保持放大器116把来自复用器115的信号之间的差分输出到模数转换器117。模数转换器117将从采样和保持放大器116输出的模拟信号转换为数字信号。
控制电路105使用控制信号来驱动栅极驱动器102和读出电路104。电源电路103向读出电路104、栅极驱动器102和区域传感器101供应所必需的电源电压。
连接到转换元件X1至X3的列放大器114可以与其它列放大器111至113相独立地被控制。控制电路105输出用于列放大器111至113的控制信号RST1、CDS1_1、CDS2_1、LPF1、Power1和CF1以及用于列放大器114的控制信号RST2、CDS1_2、CDS2_2、LPF2、Power2和CF2。控制电路105控制列放大器111至114。
图2是用于例示图1中的列放大器111至114中的每个均具有的配置示例的示图。列放大器111至114中的每个均包括积分放大器201、电阻器RLPF、开关SW_CDS1和SW_CDS2以及电容器CSH1和CSH2，电阻器RLPF连接到积分放大器201的输出端子。开关SW_CDS1和电容器CSH1形成采样和保持电路。开关SW_CDS2和电容器CSH2形成另一个采样和保持电路。
积分放大器201具有负输入端子和正输入端子，负输入端子连接到信号线Sig，正输入端子连接到参考电压Vref的节点。信号线Sig是图1中的信号线Sig1至Sig4之一。与反馈电容器Cf1和开关SW_cf1串联连接的串联电路、与反馈电容器Cf2和开关SW_cf2串联连接的串联电路以及开关SW_RST连接在积分放大器201的输出端子和信号线Sig之间。开关SW_RST能够使反馈电容器Cf1的端部和反馈电容器Cf2的端部短路。
积分放大器201使用反馈电容器Cf1和Cf2来累积信号线Sig的电荷，将该电荷转换为电压，并且输出该电压。积分放大器201的增益由与反馈电容器Cf1和Cf2的连接确定。因此，可以使用开关SW_cf1和SW_cf2来切换增益。
开关SW_RST是对累积在积分放大器201的反馈电容器Cf1和Cf2中的电荷进行重置的开关。接通开关SW_RST使反馈电容器Cf1的端部和反馈电容器Cf2的端部的电压等于参考电压Vref，由此对电荷进行重置。
连接到积分放大器201的输出端子的电阻器RLPF与连接在电阻器RLPF下游的采样和保持电路SW_CDS1-CSH1及采样和保持电路SW_CDS2-CSH2相结合地用作用于降低积分放大器201的输出噪声的低通滤波器。电阻器RLPF是具有由控制信号从准备的电阻值中选择的电阻值的可变电阻器。
连接在电阻器RLPF下游的采样和保持电路SW_CDS1-CSH1及采样和保持电路SW_CDS2-CSH2是用于相关双采样(correlateddoublesampling，CDS)的采样和保持电路。开关SW_CDS1和电容器CSH1对积分放大器201被重置之后的噪声信号进行采样。开关SW_CDS2和电容器CSH2对在来自像素的信号被传送之后的积分放大器201的信号(即，像素信号)进行采样。噪声信号和像素信号在图1中的采样和保持放大器116中接收差分处理以输出到模数转换器117。在采样和保持放大器116中对噪声信号和像素信号执行差分处理去除了低频噪声。
图1中的控制信号RST1和RST2是用于控制图2中的开关SW_RST的信号。当控制信号RST1和RST2达到高电平时，开关SW_RST接通。当控制信号RST1和RST2达到低电平时，开关SW_RST断开。图1中的控制信号CDS1_1和CDS1_2是用于控制图2中的开关SW_CDS1的信号。当控制信号CDS1_1和CDS1_2达到高电平时，开关SW_CDS1接通。当控制信号CDS1_1和CDS1_2达到低电平时，开关SW_CDS1断开。图1中的控制信号CDS2_1和CDS2_2是用于控制图2中的开关SW_CDS2的信号。当控制信号CDS2_1和CDS2_2达到高电平时，开关SW_CDS2接通。当控制信号CDS2_1和CDS2_2达到低电平时，开关SW_CDS2断开。图1中的控制信号LPF1和LPF2是用于切换图2中的电阻器RLPF的电阻值的控制信号，并且各自包括多个比特。图1中的控制信号CF1和CF2分别是用于控制图2中的开关SW_cf1和SW_cf2的接通/断开的信号，并且各自包括多个比特。当控制信号CF1达到高电平时，开关SW_cf1接通。当控制信号CF1达到低电平时，开关SW_cf1断开。当控制信号CF2达到高电平时，开关SW_cf2接通。当控制信号CF2达到低电平时，开关SW_cf2断开。
图1中的控制信号Power1和Power2是用于在空闲模式和读出模式之间进行切换的信号。当控制信号Power1和Power2达到低电平时，切换到空闲模式。当控制信号Power1和Power2达到高电平时，切换到读出模式。在空闲模式下，对列放大器111至114的电流消耗进行控制以降低在不执行读出操作的积分放大器201和模数转换器117上所耗费的功率。在读出模式下，增大功耗，以使得列放大器111至114以期望的噪声性能水平和期望的速度驱动。空闲模式下的列放大器111至114仅具有足以维持信号线Sig1至Sig4的电位的驱动能力，并且所消耗的功率为读出模式下的功耗的1/4或更少。
控制信号RST1、CDS1_1、CDS2_1、LPF1、Power1和CF1被供应给列放大器111至113。控制信号RST2、CDS1_2、CDS2_2、LPF2、Power2和CF2被供应给列放大器114。因此，读出第二转换元件X1至X3的操作和读出第一转换元件S11至S33的操作可以彼此相独立地执行。另外，对于第一转换元件S11至S33的操作而言最佳的值和对于第二转换元件X1至X3的操作而言最佳的值可以彼此分开地设置为反馈电容器Cf1和Cf2以及电阻器RLPF的电阻值。
图3是用于示出放射线成像装置的驱动方法(AEC控制方法，“AEC控制”意指AEC的控制)的时序图。为了获得放射照相图像，放射线成像装置需要执行三种操作。第一操作是空闲操作。该操作用于在区域传感器101上电之后使像素特性稳定。该操作所需的时间长度尽管取决于像素特性而变化，但是大约为10秒。在空闲操作的持续时间内，TFT开关T11至T33由栅极线Vg1至Vg3的高电平脉冲接通，以去除累积在第一转换元件S11至S33中的暗电流并且使暗电流对放射照相图像的影响最小化。还通过把读出电路104置于空闲模式从而减少发热来使读出电路104的功耗最小化，因为在该持续时间内不需要图像读出。此时，为了防止积分放大器201的输入偏移电流使积分放大器201的输出漂移，可以通过切换开关SW_RST来重置积分放大器201。
第二操作是累积操作(AEC控制操作)，在该累积操作中，栅极线Vg1至Vg3被设置为低电平以断开所有的TFT开关T11至T33并且将通过X射线照射产生的电荷累积在转换元件S11至S33和X1至X3中。从第一操作到第二操作的转变与X射线曝光按钮的按下同步。当操作者按下曝光按钮时，TFT开关T11至T13在空闲操作下的开/关操作结束，并且到累积操作的转变执行。在栅极线Vg1至Vg3为低电平并且TFT开关T11至T33断开的累积操作期间，第一转换元件S11至S33不能确定X射线是否已到达放射线成像装置。因此通过用列放大器114从第二转换元件X1至X3读出信号来监视X射线照射的剂量。
在读出第二转换元件X1至X3的信号的操作中，列放大器114首先使用控制信号RST2来接通开关SW_RST，并且重置积分放大器201以去除先前的信号。之后，使用控制信号CDS1_2来接通开关SW_CDS1，并且对噪声信号进行采样并将其写入电容器CSH1中。然后使用控制信号CDS2_2来接通开关SW_CDS2，并且对从第二转换元件X1至X3输出的信号的积分值进行采样并将其保持在电容器CSH2中。
之后，采样和保持放大器116将电容器CSH1中的信号和电容器CSH2中的信号的差分信号输出到模数转换器117。模数转换器117将采样和保持放大器116的输出信号从模拟值转换为数字值。信号处理单元106对从模数转换器117输出的数字值进行积分，由此确定区域传感器101上的X射线照射的量。
所需要的AEC控制的响应速度为100μs，如果转换元件S11至S33的信号全都由列放大器111至113读出，则这绝不能满足。本实施例可以通过使用列放大器114仅读出第二转换元件X1至X3的信号来缩短从采样和保持到输出数字值的时间长度。在比特值大且清晰度高的模数转换器117被使用的情况下，模数转换器117的处理时间和数据传送时间长，因此减少要接受模拟/数字转换的数据的条数对于提高AEC控制的速度是有效的。
第二转换元件X1至X3在没有介于中间的TFT开关的情况下直接连接到信号线Sig4。因此，电流以对应于X射线剂量的量持续地输出到列放大器114，其结果是控制信号RST2的高电平时段和控制信号CDS1_2的高电平时段的信号丢失。因此可以缩短控制信号RST2和控制信号CDS1_2的高电平时段。
当确定由列放大器114读出的信号的积分量对应于期望的X射线剂量时，控制电路105和信号处理单元106指示放射线产生装置509(图5)停止X射线照射，并且执行作为第三操作的X射线图像读出操作。该确定可以改由控制系统505(图5)进行。X射线图像读出操作涉及使用列放大器111至113来读出累积在第一转换元件S11至S33中的电荷。
在读出第一转换元件S11至S33的信号的操作中，列放大器111至113首先使用控制信号RST1来接通开关SW_RST，并且重置积分放大器201以去除先前的信号。之后，使用控制信号CDS1_1来接通开关SW_CDS1，并且对噪声信号进行采样并将其写入电容器CSH1中。栅极线Vg1随后达到高电平，由此接通TFT开关T11、T12和T13，并且第一转换元件S11、S12和S13的信号分别输出到信号线Sig1、Sig2和Sig3。然后使用控制信号CDS1_2来接通开关SW_CDS2，并且对从第一转换元件S11、S12和S13输出的信号的积分值进行采样并将其保持在电容器CSH2中。之后，复用器115按时间序列将第一转换元件S11、S12和S13的信号输出到采样和保持放大器116。采样和保持放大器116然后将电容器CSH1中的信号和电容器CSH2中的信号的差分信号输出到模数转换器117。模数转换器117将采样和保持放大器116的输出信号从模拟值转换为数字值。
列放大器111至113再次使用控制信号RST1来接通开关SW_RST，并且重置积分放大器201以去除先前的信号。之后，使用控制信号CDS1_1来接通开关SW_CDS1，并且对噪声信号进行采样并将其写入电容器CSH1中。栅极线Vg2随后达到高电平，由此接通TFT开关T21、T22和T23，并且第一转换元件S21、S22和S23的信号分别输出到信号线Sig1、Sig2和Sig3。然后使用控制信号CDS1_2来接通开关SW_CDS2，并且对从第一转换元件S21、S22和S23输出的信号的积分值进行采样并将其保持在电容器CSH2中。之后，复用器115按时间序列将第一转换元件S21、S22和S23的信号输出到采样和保持放大器116。采样和保持放大器116然后将电容器CSH1中的信号和电容器CSH2中的信号的差分信号输出到模数转换器117。模数转换器117将采样和保持放大器116的输出信号从模拟值转换为数字值。
列放大器111至113再次使用控制信号RST1来接通开关SW_RST，并且重置积分放大器201以去除先前的信号。之后，使用控制信号CDS1_1来接通开关SW_CDS1，并且对噪声信号进行采样并将其写入电容器CSH1中。栅极线Vg3随后达到高电平，由此接通TFT开关T31、T32和T33，并且第一转换元件S31、S32和S33的信号分别输出到信号线Sig1、Sig2和Sig3。然后使用控制信号CDS1_2来接通开关SW_CDS2，并且对从第一转换元件S31、S32和S33输出的信号的积分值进行采样并将其保持在电容器CSH2中。之后，复用器115按时间序列将第一转换元件S31、S32和S33的信号输出到采样和保持放大器116。采样和保持放大器116然后将电容器CSH1中的信号和电容器CSH2中的信号的差分信号输出到模数转换器117。模数转换器117将采样和保持放大器116的输出信号从模拟值转换为数字值。
X射线图像读出操作中的列放大器114执行重置操作，在重置操作中，信号线Sig4的电位被牢固地稳定下来，以防止信号线Sig4的电位在读出第一转换元件S11至S33的操作期间波动而因此影响图像质量。在转变为累积操作之后，可以读出未用X射线照射的图像以用于X射线图像的校正。
如上所述，控制电路105可以与对列放大器111至113施加的控制相独立地控制列放大器114。其中列放大器111至113输出与第一转换元件S11至S33的电荷对应的电压的X射线图像读出时段不同于其中列放大器114输出与第二转换元件X1至X3的电荷对应的电压的AEC控制时段。复用器115在AEC控制时段(第一时段)中选择并输出列放大器114的输出电压，而在X射线图像读出时段(第二时段)中，选择并输出多个列放大器111至113的输出电压。在放射线成像装置接收放射线(X射线)的照射的AEC控制时段内，列放大器114输出与第二转换元件X1至X3的电荷对应的电压，并且列放大器111至113不输出与第一转换元件S11至S33的电荷对应的电压。列放大器111至113和列放大器114在功耗、增益、采样和保持操作、重置操作以及低通滤波器中的至少一个方面上受到彼此不同的控制。
图4是用于示出根据本发明的第一实施例的放射线成像装置的另一驱动方法(X射线检测操作)的时序图。放射线成像装置需要执行与图3中的操作一样的三种操作以便获得X射线图像。第一操作是空闲操作。该操作用于在放射线成像装置上电之后使像素特性稳定。该操作所需的时间长度尽管取决于像素特性而变化，但是大约为10秒。在空闲操作的持续时间内，TFT开关T11至T33由栅极线Vg1至Vg3的脉冲接通/断开，以去除累积在第一转换元件S11至S33中的暗电流并且使暗电流对X射线图像的影响最小化。
使用控制信号Power2将列放大器114在此时的功率模式设置为读出模式以保持检测第二转换元件X1至X3的信号。通过用栅极线Vg1至Vg3的脉冲来协调对积分放大器201的经由控制信号RST2的重置与经由控制信号CDS1_2和CDS2_2的采样和保持，执行读出第二转换元件X1至X3的信号的操作。下面描述其原因。栅极线Vg1至vg3和信号线Sig1至Sig3由现有的电容器耦接，信号线Sig1至Sig3和偏压Vs的线由现有的电容器耦接。因此，为了防止栅极线Vg1至Vg3的操作使信号线Sig4的电位波动而因此在读出第二转换元件X1至X3时引起误差，用栅极线Vg1至Vg3的脉冲来对重置以及采样和保持进行协调。
此时，不需要图像读出，因此通过使用控制信号Power1将列放大器111至113置于低功耗模式并从而减少发热，来使列放大器111至113的功耗最小化。为了防止积分放大器201的输入偏移电流使积分放大器201的输出漂移，可以重置积分放大器201。
第二操作是累积操作(检测操作)。监视第二转换元件X1至X3的信号，并且当信号处理单元106确定已超过预先设置的阈值时，将栅极线Vg1至Vg3固定为低电平以断开所有的TFT开关T11至T33。放射线成像装置因此从第一操作转移到第二操作，第二操作是累积在第一转换元件S11至S33中产生的电荷的操作。
在累积操作期间，断开TFT开关T11至T33，并且使用控制信号Power1来将除了连接到第二转换元件X1至X3的列放大器114之外的其它列放大器(具体而言，列放大器111至113)置于空闲模式，以便降低功耗。
连接到第二转换元件X1至X3的列放大器114与图3中的操作一样在X射线照射期间一直读出信号，并且在检测到X射线照射结束之前继续读出操作。根据通过该操作获得的信号，控制电路105和信号处理单元106确定X射线照射已经完成，然后执行作为第三操作的X射线图像读出操作。所述确定可以改由控制系统505(图5)进行。
X射线图像读出操作涉及使用列放大器111至113读出累积在第一转换元件S11至S33中的电荷。在X射线图像读出操作中，列放大器111至113首先使用控制信号RST1的高电平脉冲来重置积分放大器201。紧接着重置之后，将控制信号CDS1_1设置为高电平以开始对积分放大器201的信号之中的噪声信号的采样。该采样在积分放大器201的重置完成之后过去期望的时间时完成。栅极驱动器102随后将栅极脉冲输出到栅极线Vg1以接通第一行中的TFT开关T11、T12和T13，并且累积在第一转换元件S11、S12和S13中的电荷被传送到列放大器111至113。在TFT开关T11、T12和T13保持接通期望的时间长度之后，断开TFT开关T11、T12和T13。接下来，将控制信号CDS2_1设置为高电平以开始对积分放大器201的信号之中的像素信号(图像信号)的采样。在过去期望的时间长度之后，将控制信号CDS2_1设置为低电平以结束采样。之后，复用器115按时间序列将第一转换元件S11、S12和S13的信号输出到采样和保持放大器116。采样和保持放大器116然后将电容器CSH1中的信号和电容器CSH2中的信号的差分信号输出到模数转换器117。模数转换器117将采样和保持放大器116的输出信号从模拟值转换为数字值。
再次使用控制信号RST1的高电平脉冲来重置积分放大器201。紧接着重置之后，将控制信号CDS1_1设置为高电平以开始对积分放大器201的信号之中的噪声信号的采样。该采样在积分放大器201的重置完成之后过去期望的时间时完成。栅极驱动器102随后将栅极脉冲输出到栅极线Vg2以接通第二行中的TFT开关T21、T22和T23，并且累积在第一转换元件S21、S22和S23中的电荷被传送到列放大器111至113。在TFT开关T21、T22和T23一直接通期望的时间长度之后，断开TFT开关T21、T22和T23。接下来，将控制信号CDS2_1设置为高电平以开始对积分放大器201的信号之中的像素信号的采样。在期望的时间长度过去之后，将控制信号CDS2_1设置为低电平以结束采样。之后，复用器115按时间序列将第一转换元件S21、S22和S23的信号输出到采样和保持放大器116。采样和保持放大器116然后将电容器CSH1中的信号和电容器CSH2中的信号的差分信号输出到模数转换器117。模数转换器117将采样和保持放大器116的输出信号从模拟值转换为数字值。
再次使用控制信号RST1的高电平脉冲来重置积分放大器201。紧接着重置之后，将控制信号CDS1_1设置为高电平以开始对积分放大器201的信号之中的噪声信号的采样。该采样在积分放大器201的重置完成之后过去期望的时间时完成。栅极驱动器102随后将栅极脉冲输出到栅极线Vg3以接通第三行中的TFT开关T31、T32和T33，并且累积在第一转换元件S31、S32和S33中的电荷被传送到列放大器111至113。在TFT开关T31、T32和T33一直接通期望的时间长度之后，断开TFT开关T31、T32和T33。接下来，将控制信号CDS2_1设置为高电平以开始对积分放大器201的信号之中的像素信号的采样。在期望的时间长度过去之后，将控制信号CDS2_1设置为低电平以结束采样。之后，复用器115按时间序列将第一转换元件S31、S32和S33的信号输出到采样和保持放大器116。采样和保持放大器116然后将电容器CSH1中的信号和电容器CSH2中的信号的差分信号输出到模数转换器117。模数转换器117将采样和保持放大器116的输出信号从模拟值转换为数字值。
如上所述，其中列放大器111至113输出与第一转换元件S11至S33的电荷对应的电压的X射线图像读出时段不同于其中列放大器114输出与第二转换元件X1至X3的电荷对应的电压的空闲时段和检测时段。复用器115在空闲时段和检测时段(第一时段)中选择并且输出列放大器114的输出电压，并且在X射线图像读出时段(第二时段)中选择并且输出列放大器111至113的输出电压。在放射线成像装置接收到放射线(X射线)的照射之前的空闲时段内，列放大器114输出与第二转换元件X1至X3的电荷对应的电压，而列放大器111至113不输出与第一转换元件S11至S33的电荷对应的电压。
在本实施例中可以通过在空闲操作中使用控制信号Power2仅将列放大器114的功率模式设置为读出模式来降低功耗，而列放大器111至113则通过使用控制信号Power1被置于空闲模式。即使要花费长时间进行拍摄时，也可以这样来防止由于发热或电池电量低导致的驱动时间的缩短。另外，因为列放大器114只读出第二转换元件X1至X3的信号，所以在短时间内检测到X射线照射，并且可以减少不必要的X射线曝光量。
如上述配置中那样，第二转换元件X1至X3在没有介于中间的TFT开关的情况下直接连接到信号线Sig4。因此，电流以与X射线剂量对应的量持续地输出到列放大器114，其结果是控制信号RST2的高电平时段和控制信号CDS1_2的高电平时段的信号丢失。因此可以缩短控制信号RST2和控制信号CDS1_2的高电平时段。
X射线图像读出操作中的列放大器114执行重置操作，在该重置操作中，信号线Sig4的电位被牢固地稳定下来，以防止信号线Sig4的电位在读出第一转换元件S11至S33的操作期间波动而因此影响图像质量。在转变为累积操作之后，可以读出未用X射线照射的图像以用于X射线图像的校正。
虽然在本实施例中描述的放射线成像装置具有用于4×3个像素的转换元件S11至S33和X1至X3，但是本发明不限于该像素总数。每一百行或每五百行有一行放射线检测像素的第二转换元件X是足够的，因此连接到放射线检测像素的第二转换元件X的列放大器114的数量为总线计数的1％至0.2％。因此可以降低在空闲期间消耗的功率。
(第二实施例)
图5是用于例示根据本发明的第二实施例的放射线成像系统的配置示例的示图。除了第一实施例的放射线成像装置501之外，本实施例的放射线成像系统还包括无线通信单元504、控制系统505和放射线产生装置509。放射线成像装置501包括如图1中的区域传感器101、栅极驱动器102、电源电路103、读出电路104、控制电路105和信号处理电路106，并且还包括电池502和无线通信单元503。电池502将电源电压供应给电源电路103。控制电路105和信号处理单元106经由无线通信单元503保持与无线通信单元504的往返通信。
控制系统505包括计算机506、无线通信设备507和显示器508，以控制放射线成像装置501和放射线产生装置509。计算机506经由无线通信单元504保持与放射线成像装置501的往返无线通信。放射线产生装置509包括放射线源(放射线管)510、放射线控制单元511和曝光开关512，以用通过被检体的放射线照射放射线成像装置501。
无线通信单元503是用于放射线成像装置501的无线通信单元。无线通信单元504是用于控制系统505的无线通信单元。无线通信单元503和504能够通过无线电发送放射线照射的信号、用于使一个事件与另一个事件同步的信号、放射线成像装置501的图像信号、用于AEC控制的信号、用于X射线照射检测的信号以及用于控制区域传感器101的驱动的控制信号。
放射线成像装置501使用第一实施例的读出电路104，并因此能够在不减少放射线成像装置501靠电池502驱动的驱动时间的长度的情况下进行AEC控制和X射线照射检测。
(第三实施例)
图6是用于例示根据本发明的第三实施例的放射线成像装置的配置示例的示图。本实施例(图6)是通过将开关单元601和定时发生器602添加到第一实施例(图1)而获得的。下面描述本实施例与第一实施例的不同之处。
放射线检测像素的第二转换元件X1经由信号线Sig1连接到列放大器111。图像像素的第一转换元件S21和S31经由信号线Sig2连接到列放大器112。图像像素的第一转换元件S12、S22和S32经由信号线Sig3连接到列放大器113。图像像素的第一转换元件S13、S23和S33经由信号线Sig4连接到列放大器114。
取决于信号SEL的值，开关单元601向列放大器111至114供应控制信号RST1、CDS1_1、CDS2_1、LPF1、Power1和CF1或者控制信号RST2、CDS1_2、CDS2_2、LPF2、Power2和CF2。开关单元601能够在相同的控制信号和不同的控制信号之间切换要供应给列放大器111至114的信号。
定时发生器602以由信号SEL确定的方式控制复用器115。取决于信号SEL的值，复用器115仅选择被供应控制信号RST2、CDS1_2、CDS2_2、LPF2、Power2和CF2的列放大器111，或者仅选择被供应控制信号RST1、CDS1_1、CDS2_1、LPF1、Power1和CF1的列放大器112至114。在列放大器111被固定作为读出第二转换元件X1的列放大器的情况下，由于信号线Sig1的布局，将第二转换元件X1连接到列放大器111的信号线Sig1可能与其它信号线Sig2至Sig4相交，从而对第二转换元件X1的布置施予限制。
根据本实施例，第二转换元件X1的布置的自由度提高，并且第二转换元件X1可以被放在更有效的地方。例如，图6中的第二转换元件X1可以被设置在图1中的第一转换元件S11所在的地方。多个放射线检测像素的第二转换元件可以分散在整个区域传感器101上。同样在这种情况下，不需要使放射线检测像素和放射线检测像素所连接的列放大器的位置对齐，并且放射线检测像素可以被置于任意地方。
(第四实施例)
图7是用于例示根据本发明的第四实施例的放射线成像装置的配置示例的示图。本实施例(图7)是通过将计算单元701、列放大器702和703、转换元件X2至X9、转换元件S11和TFT开关T11添加到第三实施例(图6)而获得的。转换元件X2至X9和S11将放射线转换为电荷。转换元件X1至X9被包括在用于检测放射线照射的多个放射线检测像素中。第一转换元件S11至S33和TFT开关T11至T33被包括在用于获得放射照相图像的多个图像像素中。转换元件X1至X9将放射线转换为电荷以便检测放射线照射。第一转换元件S11至S33将放射线转换为电荷以便获得放射照相图像。下面描述本实施例与第三实施例的不同之处。
转换元件X1至X3经由信号线Sig1连接到列放大器111。转换元件S11、S21和S31经由TFT开关T11、T21和T31以及信号线Sig2连接到列放大器112。转换元件S12、S22和S32经由TFT开关T12、T22和T32以及信号线Sig3连接到列放大器113。转换元件X7至X9经由信号线Sig4连接到列放大器114。转换元件S13、S23和S33经由TFT开关T13、T23和T33以及信号线Sig5连接到列放大器702。转换元件X4至X6经由信号线Sig6连接到列放大器703。
作为第一列放大器的列放大器112、113和702经由TFT开关T11至T33连接到第一转换元件S11至S33，以输出与第一转换元件S11至S33的电荷对应的电压。作为第二列放大器的列放大器111直接连接到第二转换元件X1至X3，以输出与第二转换元件X1至X3的电荷对应的电压。作为第三列放大器的列放大器114直接连接到作为第三转换元件的转换元件X7至X9，以输出与第三转换元件X7至X9的电荷对应的电压。作为第四列放大器的列放大器703直接连接到作为第四转换元件的转换元件X4至X6，以输出与第四转换元件X4至X6的电荷对应的电压。
开关单元601将控制信号RST1、CDS1_1、CDS2_1、LPF1、Power1和CF1供应给列放大器112、113和702。开关单元601还将控制信号RST2、CDS1_2、CDS2_2、LPF2、Power2和CF2供应给列放大器111、114和703。
计算单元701具有用于多个像素的存储器，能够保持从模数转换器117输出的数字值，并且能够使用所保持的值进行计算。计算单元701还具有处理器，并且能够取决于信号SEL的值来执行诸如加法、减法、乘法和除法之类的各种计算。
例如，计算单元701可以输出仅使基于列放大器111、114和703的输出电压的信号相加的加法的结果，其中列放大器111、114和703连接到转换元件X1至X9。该处理可以提高X射线剂量检测的灵敏度。
计算单元701(通过减法)获得连接到转换元件X1至X9的列放大器111、114和703的信号与连接到第一转换元件S11至S33的列放大器112、113和702的信号之间的差分。因此可以去除列放大器所共有的共模噪声。该处理可以提高X射线剂量检测中的信噪比(SN比)，从而提高检测的精确度。
计算单元701还能够通过加法和除法进行平均化处理。转换元件X1至X9被设置在区域传感器101的平面内以便精确地测量区域传感器101上的放射线照射量。不总是一定要彼此独立地读出转换元件X1至X9的所有信号。例如，在只有检测到放射线成像装置已接收X射线照射的事实的情况下，计算单元701才可以通过对连接到转换元件X1至X9的列放大器111、114和703的信号求平均值来检测X射线照射。
如果要由信号处理单元106(图1)执行平均化，则需要传送数据，而数据传送所需的附加时间是一种浪费。因此，用计算单元701执行平均化可以更多地缩短输出数据所需的时间，并且提高X射线剂量检测的响应速度。
如上所述，在第一实施例至第四实施例中，连接到转换元件X1和其它转换元件X的列放大器以及连接到第一转换元件S11至S33的列放大器执行不同的操作。在X射线剂量检测中，只有连接到作为放射线检测像素的转换元件X1和其它转换元件X的列放大器被允许进行读出，由此缩短从像素信号的采样到数据输出的时间长度。
放射线成像装置还能够检测X射线照射的开始和照射量，同时通过仅增大连接到作为放射线检测像素的转换元件X1和其它转换元件X的列放大器的功耗来降低放射线成像装置的总功耗，并且提高X射线剂量检测中的SN比。
其它实施例
本发明的实施例还可以通过如下方式实现，即，通过读出并执行记录在存储介质(也可全称为“非暂时性计算机可读存储介质”)上的计算机可执行指令(例如，一个或更多个程序)以执行上述实施例中的一个或更多个的功能并且/或者包含用于执行上述实施例中的一个或更多个的功能的一个或更多个电路(例如，专用集成电路(ASIC))的系统或装置的计算机，或者通过由系统或装置的计算机通过例如读出并执行来自存储介质的计算机可执行指令以执行上述实施例中的一个或更多个的功能并且/或者控制一个或更多个电路以执行上述实施例中的一个或更多个的功能而执行的方法。计算机可包括一个或更多个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU))，并且可包含单独的计算机或单独的处理器的网络，以读出并执行计算机可执行指令。计算机可执行指令例如可以从网络或存储介质提供给计算机。存储介质可包含例如硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、分布式计算系统的存储器、光学盘(诸如紧凑盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘(BD)TM)、闪存设备和存储卡等中的一个或更多个。
其它实施例
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
虽然已经参考示例性实施例描述了本公开，但是应当理解，这些示例性实施例不应当被看作是限制性的。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以涵盖所有这种修改以及等同的结构和功能。

Claims (9)

1.一种放射线成像装置，其特征在于，包括：
第一转换元件，被布置为将放射线转换为电荷以便获得放射照相图像；
第一放大器，被布置为输出与第一转换元件的电荷对应的电压；
第二转换元件，被布置为将所述放射线转换为电荷以便检测放射线照射；
第二放大器，被布置为输出与第二转换元件的电荷对应的电压；以及
控制电路，被配置为控制第一放大器和第二放大器，
其中，控制电路能够与对第一放大器施加的控制相独立地控制第二放大器。
2.根据权利要求1所述的放射线成像装置，
其中，第一放大器输出与第一转换元件的电荷对应的电压的时段不同于第二放大器输出与第二转换元件的电荷对应的电压的时段。
3.根据权利要求1所述的放射线成像装置，
其中，所述第一转换元件包括多个第一转换元件，并且所述多个第一转换元件以矩阵图案布置，
其中，所述第一放大器包括多个第一放大器，并且所述多个第一放大器在行方向上被并排布置以便连接到在列方向上对齐的所述多个第一转换元件，并且
其中，放射线成像装置还包括复用器，所述复用器被配置为在第一时段内选择并输出第二放大器的输出电压，并且在第二时段内选择并输出所述多个第一放大器的输出电压。
4.根据权利要求1所述的放射线成像装置，
其中，在放射线成像装置接收放射线照射的时段期间，第二放大器输出与第二转换元件的电荷对应的电压，并且第一放大器被禁止输出与第一转换元件的电荷对应的电压。
5.根据权利要求1所述的放射线成像装置，
其中，在放射线成像装置接收到放射线照射之前的时段期间，第二放大器输出与第二转换元件的电荷对应的电压，并且第一放大器被禁止输出与第一转换元件的电荷对应的电压。
6.根据权利要求1所述的放射线成像装置，还包括开关单元，所述开关单元能够在相同的控制信号和不同的控制信号之间切换要供应给第一放大器和第二放大器的信号。
7.根据权利要求1所述的放射线成像装置，还包括：
第三转换元件，被布置为将所述放射线转换为电荷以便检测放射线照射；
第三放大器，被布置为输出与第三转换元件的电荷对应的电压；以及
计算单元，被配置为通过使用基于第二放大器的输出电压的信号和基于第三放大器的输出电压的信号来执行计算。
8.根据权利要求1所述的放射线成像装置，
其中，第一放大器和第二放大器在功耗、增益、采样和保持操作、重置操作以及低通滤波器中的至少一个方面上被彼此不同地控制。
9.一种放射线成像系统，其特征在于，包括：
如权利要求1所述的放射线成像装置；和
放射线产生装置，被布置为用放射线进行照射。
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