CN105556949B - 数字放射摄影探测器图像读出过程 - Google Patents
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Abstract
放射摄影探测器在光电传感器行中的每一者的图像读出期间一次一行地采集第一部分曝光图像信号。对每行的第一扫描包含：测量传递到所述行中的每个单元的电荷，所述行包含具有部分电荷的一些行以及具有全电荷的其它行；以及在所述扫描期间获得第一空图像信号。第二扫描包含测量传递到具有部分电荷的那些行的剩余电荷。从所述前两个扫描的总和中减去空图像信号数据。
Description
本发明的领域
本发明大体上涉及医学成像的领域，且具体而言涉及数字放射摄影成像，且更确切地说，涉及用于增强数字放射摄影探测器的图像读出操作的信号完整性的设备和方法。
本发明的背景技术
固定和移动的放射摄影成像设备用于医疗设施中以捕获x射线探测器上的x射线图像。此类医学x射线图像可使用例如放射摄影探测器中的计算放射摄影(CR)和数字放射摄影(DR)等的各种技术来捕获。
相关技术DR成像面板使用布置成行乘列矩阵的个别传感器的阵列从闪烁体中采集图像数据，所述矩阵中的每个传感器提供单个像素的图像数据。每个像素通常包含如本领域中通常已知的可通过共面或垂直集成的方式制造的光电传感器和开关元件。在这些成像装置中，氢化非晶硅(a-Si:H)通常用于形成每个像素所需的光电二极管和薄膜晶体管开关。在一个已知的成像布置中，前平面包含光敏元件的阵列并且后平面包含薄膜晶体管(TFT)开关的阵列。
然而，尤其在通过设计用于与a-Si DR探测器合作的x射线设备获得医学x射线图像时，需要改进所述医学x射线图像的一致性和质量。还需要在无需延迟x射线曝光直到准备好DR探测器的情况下探测x射线曝光事件，例如，具有链接到x射线源控制电子装置并且离开x射线源控制电子装置的外部硬件连接。此外，需要在起始x射线曝光和成像读出操作之前探测由附近的低频磁场源产生的外来信号。
本发明的简要描述
有利的是，提供一种用于在执行x射线曝光和成像读出操作之前探测图像读出电路附近的外来低频磁场的方法和设备。这种能力提供以下益处：使DR系统的操作员警惕这种噪声状况并且最小化对患者的辐射曝光，所述辐射曝光会产生不符合临床诊断标准的DR图像。还将有利的是，提供一种用于清除在图像读出过程与x射线束曝光同时运行或重叠时产生的图像伪影的方法。
在一个实施方案中，公开一种区域x射线探测器，其包括布置成行和列的多个可充电光敏单元。电路或电荷积分器通过可控行选择开关附接到每列中的单元以提供传递到每列中的单元的电荷读数。采集控制电子电路被编程以在读出单元行中的每一者期间一次一行地采集第一部分曝光的图像信号，对当前行的第一扫描包含使用电路测量传递到行中的每个单元的总电荷，重设电路；借助于电路恢复当前行中的每个单元的电荷；在读出单元行中的每一者期间一次一行地采集第一空图像信号；以及采集对当前行的第二扫描，所述第二扫描包含借助于电路测量传递到行中的每个单元的总电荷以及重设电路。
在另一实施方案中，公开一种操作区域x射线探测器的方法，所述区域x射线探测器包含布置成行和列的多个可充电光敏像素，其中电荷积分器电路附接到每列中的像素以提供传递到每列中的像素的电荷读数。所述方法包括在对一部分像素的行中的每一者的双重扫描期间一次一行地采集一对信号。所述双重扫描包括对每行的第一扫描，所述第一扫描包含在第一预定时间段内启用当前行的像素；借助于电荷积分器电路测量传递到行中的每个像素的总电荷；输出总电荷以形成一行第一部分图像信号；以及重设电荷积分器电路和当前行的像素。对每行的第二扫描包含停用当前行的像素；借助于电荷积分器电路测量传递到当前行中的所述每个像素的每个列的电荷；输出传递到所述每个单元的每个列的电荷以形成空图像信号；以及重设电荷积分器电路。
在另一实施方案中，计算机实施的方法包括在二维像素阵列中扫描电荷电平；以及将所扫描像素的电荷电平记录在电子存储器的第一部分中。在扫描步骤期间将二维像素阵列曝光于放射摄影辐射中，这将在像素阵列中产生电荷，使得扫描引起所扫描像素的第一子集中的至少一者具有部分图像电荷。所扫描像素的第二子集具有全图像电荷。重新扫描像素并且将像素记录在电子存储器的第二部分中，并且随后计算记录在电子存储器的第一部分中的电荷以及记录在电子存储器的第二部分中的电荷的总和。在实践DR成像系统和方法的一些所公开实施方案时可实现的优点是通过校正由外来磁场引起的伪影改进DR图像的读出。
本发明的此简要描述仅意图根据一个或多个说明性实施方案提供本文所公开的主题的简单概述，并且不用作解释权利要求书或界定或限制本发明的范围的指导，本发明的范围仅由所附权利要求书界定。进一步提供此简要描述以引入下文在具体实施方式中描述的简化形式的概念的说明性选择，并且未意图识别所主张的主题的关键特征或基本特征，也未意图用作对确定所主张的主题的范围的协助。所主张的主题不限于解决背景技术中所提及的任何或所有缺点的实施。
附图简述
因此通过可以理解本发明的特征的方式，参考某些实施方案公开本发明的详细描述，附图中图解一些实施方案。然而，应注意，附图仅图解本发明的某些实施方案并且因此不视为限制本发明的范围，因为本发明的范围涵盖其它等效的实施方案。例如，上述概括描述并非意图描述其元件不可互换的个别单独的实施方案。事实上，关于特定实施方案描述的许多元件可与其它所描述的实施方案的元件一起使用并且可能与所述元件互换。可在不脱离本发明的精神的情况下在本发明的范围内作出多种改变和修改，并且本发明包含所有此类修改。以下附图并未意图关于相对大小、角度关系、相对位置或时序关系按任何精确比例绘制，也未意图关于所需实施的可互换性、替换或表示按任何组合关系绘制。在附图中，相同编号用于指示各个视图中的相同部分。因此，为了进一步理解本发明，通过结合附图的阅读，可参考以下详细描述，在附图中：
图1是示范性放射摄影成像系统的透视图。
图2是用于图1的示范性放射摄影成像系统中的DR探测器的示范性成像阵列的一部分的示意图。
图3示出示范性便携式无线DR探测器的透视图。
图4是沿图3的便携式无线DR探测器的截面线A-A的示范性截面图。
图5是示出示范性像素单元和选定构成组件的图。
图6A-B图解示出外来信号的产生的示范性像素单元。
图7是示出用于DR探测器中的图像读出操作的示范性读出过程的图。
图8是示出使用DR探测器的交错空行读取过程的示范性图像读出过程的图。
图9是示出由示范性图像读出程序产生的示范性波形和图像集的图。
图10至11图解使用两个图像数据集的示范性重构。
具体实施方式
在由DR探测器执行的成像读出操作期间，可存在不需要的外来信号，所述外来信号通过在最终处理图像数据时引入产生降级图像质量的数据误差而影响DR探测器的读出操作。外来信号可源自探测器外部的噪声源或探测器外壳内的源。如果图像读出与x射线源的激活同时发生，则还可在读出操作期间产生外来信号。外来磁场可由DR 系统和成像室中的相关设备产生，所述外来磁场可在读出电路中或光电传感器阵列中的像素上引起寄生效应。
通常发现干扰DR探测器图像读出操作的一种类型的外部外来信号由在约1千赫直到数百千赫的范围内的低频磁场产生。这些磁场可由非常接近DR探测器的电气设备产生。通常，诱发磁场的这些噪声由例如发出磁通量的电感器或AC电动机等组件产生。另一外来噪声源包含产生高电压的电源。与DR探测器一起使用的自动曝光控制硬件通常需要这些电源。
影响DR探测器的操作的外来噪声发现经由DR探测器的像素阵列内在的寄生电容进入DR探测器中的入口点。可在x射线源在由操作者预定和配置的固定曝光周期内将患者和探测器曝光于x射线辐射中之后执行DR探测器的读出操作。与x射线源“接通时间”同时的对应DR探测器积分周期可被配置成在关闭x射线源之后终止，因为图像读出过程通常在DR探测器积分周期之后发生。在x射线源曝光周期期间发生的一部分图像读出过程易受由x射线源引起的噪声信号的影响。
在某些情况下可能需要与x射线曝光同时地执行图像读出。在这种情况下，可在x射线源曝光过程开始之前起始从DR探测器的图像读出。图像读出过程可持续进行，直到采集和存储所有图像帧为止。
可通过与读出过程同时运行的图像处理软件探测x射线曝光的开始，其中图像处理软件测试每个读出图像行的增强的信号强度。在探测到x射线束曝光开始之后，继续逐行图像读出直到信号电平返回到约零的预曝光电平为止。在x射线束曝光周期结束之后，图像读出过程继续至少又一个图像读出循环以获得称为暗像或滞后图像的最终“无图像”数据帧(未曝光)，所述无图像数据帧用于调整和校正先前的图像数据帧。当所有校正后的图像帧已存储在图像缓冲器中之后，在所缓冲的图像帧上执行后图像处理功能以产生最终图像，所述图像缓冲器可包含DR探测器内部的图像缓冲器，其包括用于存储若干图像数据帧的电子存储器位置。DR探测器的此图像读出方法具有以下益处：在不需要链接到x射线源控制电子装置且离开x射线源控制电子装置的侵害外部硬件连接的情况下提供x射线曝光事件的异步图像读出，直到DR探测器系统已准备好x射线曝光为止。然而，此图像读出方法导致图像伪影，所述图像伪影部分由在读出方法期间产生泄漏电流的寄生电容和x射线束曝光诱发。
图1是根据一个实施方案的数字放射摄影(DR)成像系统10的透视图，所述数字放射摄影成像系统包含通常平面的DR探测器40 (为清楚描述起见示为不含外壳)；x射线源14，其被配置成产生放射摄影能量(x射线辐射)；以及数字监视器26，其被配置成显示由 DR探测器40捕获的图像。DR探测器40可包含布置成可以电子方式寻址的行和列的探测器单元22(光电传感器)的二维阵列12。DR 探测器40可被定位成接收在由x射线源14发出的放射摄影能量曝光或放射摄影能量脉冲期间穿过对象20的x射线16。如图1所示，放射摄影成像系统10可使用发出准直x射线16(例如，x射线束)的 x射线源14，所述x射线选择性地瞄准且穿过对象20的预选定区域 18。x射线16可通过根据对象20的内部结构沿其多条射线改变等级而衰减，所述衰减的射线由光敏探测器单元22的阵列12探测到。平面DR探测器40尽可能与由x射线源14发出的多条射线16中的基本上中心的射线17垂直地定位。个别光敏单元(像素)22的阵列12 可通过其根据列和行的位置以电子方式读出(扫描)。本文所使用的术语“列”和“行”是指光电传感器单元22的垂直和水平布置，并且为了清楚描述起见，假设行水平延伸而列垂直延伸。然而，列和行的定向是任意的且不限制本文所公开的任何实施方案的范围。此外，术语“对象”可图解为图1的描述中的病人，然而，如本文所使用的术语 DR成像系统的对象可为人、动物、非生命物或其一部分。
在一个示范性实施方案中，可由电子扫描电路28同时一次或多次地扫描光敏单元22的阵列，使得来自阵列12的曝光数据可被传输到电子读出电路30。每个光敏单元22可独立地存储与衰减的放射摄影辐射的强度或能级成比例的电荷或在单元中接收和吸收到的x射线。因此，每个光敏单元在读出时提供界定放射摄影图像24的像素的信息，例如，亮度级或由像素吸收的能量总量，所述信息可通过图像处理系统34进行数字解码并且进行传输以由数字监视器26显示以供用户查看。电子偏置电路32电连接到二维探测器阵列12以向光敏单元22中的每一个提供偏置电压。
偏置电路32、扫描电路28和读出电路30中的每一者可通过连接电缆(有线)与图像处理系统34通信，或DR探测器可配备有无线传输器以将放射摄影图像数据无线地传输到图像处理系统34。图像处理系统34可包含处理器和电子存储器(未示出)以例如通过使用程序指令控制本文所描述的DR探测器40的操作，包含电路28、 30和32的控制。图像处理系统34还可用于在放射摄影曝光期间控制x射线源14的激活，从而控制x射线管电流量值以及因此控制x 射线16中的x射线的积分通量和x射线管电压，以及因此控制x射线16中的x射线的能级。
图像处理系统34可基于从DR探测器40中的光敏单元22的阵列12接收到的放射摄影曝光数据而存储从DR探测器接收到的多个数据帧并且将图像(像素)数据传输到监视器26。或者，图像处理系统34可处理图像数据并且存储图像数据，或所述采集控制和图像处理单元可将原始未经处理的图像数据存储在本地或远程访问的存储器中。
关于DR探测器40的直接探测实施方案，光敏单元22可各自包含对x射线敏感的感测元件，即，所述光敏单元吸收x射线并且与所吸收x射线能量的量值成比例地产生电荷载流子量。开关元件可被配置成选择性地激活以读出对应x射线感测元件的电荷电平。关于DR探测器40的间接探测实施方案，光敏单元22可各自包含对可见光谱中的光射线敏感的感测元件，即，所述光敏单元吸收光射线并且与所吸收光能量的量值成比例地产生电荷载流子量，以及开关元件，所述开关元件被选择性地激活以读取对应感测元件的电荷电平。闪烁器或波长转换器安置在光敏感测元件上以将入射的x射线放射摄影能量转换成可见光能量。因此，在本文所公开的实施方案中，应注意DR 探测器40可包含间接或直接类型的DR探测器。
用于感测阵列12中的感测元件的实例包含各种类型的光电转换装置(例如，光电传感器)，例如，光电二极管(P-N或PIN二极管)、光电电容器(MIS)、光电晶体管或光电导体。用于信号读出的开关元件的实例包含MOS晶体管、双极型晶体管和其它p-n结组件。
图2是DR探测器40的二维阵列12的一部分的示意图240。光电传感器单元的阵列212(其操作可与上述光电传感器阵列12一致) 可包含多个氢化非晶硅(a-Si:H)n-i-p光电二极管270以及薄膜晶体管(TFT)271，所述薄膜晶体管形成为各自具有栅极(G)端、源极(S)端和漏极(D)端的场效应晶体管(FET)。在本文所公开的DR 探测器40(例如，多层DR探测器)的实施方案中，光电传感器单元的二维阵列可形成于邻接DR探测器结构的相邻层的装置层中。多个栅极驱动器电路228可电连接到控制施加到TFT 271的栅极的电压的多个栅极线283，多个读出电路230可电连接到数据线284，并且多个偏置线285可电连接到控制施加到光电二极管270的电压的偏置线总线或可变偏置参考电压线232。电荷放大器286可电连接到数据线 284以从其中接收信号。来自电荷放大器286的输出可电连接到多路复用器287(例如，模拟多路复用器)，随后电连接到模数转换器 (ADC)288，或所述输出可直接连接到ADC以按所需速率流出数字放射摄影图像数据。在一个实施方案中，图2的示意图可表示DR探测器40的一部分，例如，基于a-Si:H的间接平板成像器。
入射的x射线或x射线光子16通过闪烁器转换成光子或光射线，所述光射线随后在撞击a-Si:H n-i-p光电二极管270后转换成电子空穴对或电荷。在一个实施方案中，可在本文中等效地称为像素的示范性探测器单元222可包含光电二极管270，所述光电二极管具有电连接到偏置线285的阳极以及电连接到TFT 271的漏极的阴极(D)。偏置参考电压线232可控制在探测器单元222中的每一者处的光电二极管270的偏置电压。光电二极管270中的每一者的电荷容量是其偏置电压和其电容的函数。通常，反向偏置电压(例如，负电压)可施加到偏置线285以在光电二极管270中的每一者的p-n结上形成电场(以及因此形成耗尽区)，从而提高由入射光射线产生的电荷的收集效率。通过光电传感器单元的阵列212表示的图像信号可由光电二极管积分，同时光电传感器单元的相关联TFT 271例如通过经由栅极驱动器电路228将栅极线283维持在负电压而保持在非导电(断开)状态。光电传感器单元的阵列212可通过借助于栅极驱动器电路228按顺序将TFT 271的行切换到导电(接通)状态来读出。当像素22的行例如通过将正电压施加到对应栅极线283而切换到导电状态时，来自那些像素中的光电二极管的所收集电荷可沿数据线284传递并且通过外部电荷放大器电路286积分。所述行随后可切换回非导电状态，并且针对每个行重复所述过程直到已读出光电传感器单元的整个阵列为止。积分信号输出使用并串转换器(例如，多路复用器287)从外部电荷放大器286传递到模数转换器(ADC)288，其一起包括读出电路230。
此数字图像信息随后可由图像处理系统34处理以产生随后可进行数字存储且立即显示在监视器26上的数字图像，或所述数字图像以后可通过访问含有所存储图像的数字电子存储器来显示。具有如参考图2所描述的成像阵列的平板DR探测器40能够进行单步(例如，静态、放射摄影)和持续(例如，透视)图像采集。
图3示出根据本文所公开的DR探测器40的实施方案的示范性现有技术的通常矩形的平面便携式无线DR探测器300的透视图。DR 探测器300可包含包围多层结构的外壳314，所述多层结构包括DR 探测器300的光电传感器阵列部分。DR探测器300的外壳314可包含围绕DR探测器300的内部空间的连续刚性不透射线壳体。外壳314 可包括四个正交边缘318以及与DR探测器300的顶侧322相对安置的底侧321。顶盖312包围顶侧322，所述顶侧与外壳314一起基本上包围DR探测器300的内部空间中的多层结构，并且可附接到外壳 314以在其间形成密封。顶盖312可由使x射线16穿过而不显著衰减x射线的材料制成，即，射线可透的材料，例如，碳纤维或塑料材料。
参考图4，以示意图形式图解沿DR探测器300(图3)的示范性实施方案的截面A-A截取的示范性截面图。出于空间参考目的，如本文所使用，DR探测器400的一个主要表面可称为顶侧451并且第二主要表面可称为底侧452。多层成像结构安置在由外壳314和顶盖 312包围的内部空间450内并且可包含示意性地示为装置层402的二维成像传感器阵列12上的闪烁器层404。闪烁器层404可直接位于 (例如，直接连接到)射线可透顶盖312的下方并且成像阵列402可直接位于闪烁器层 404的下方。或者，柔性层406可位于闪烁器层404 与顶盖312之间，作为多层结构的一部分以提供减震作用。柔性层 406可被选择以为顶盖312和闪烁器层 404两者提供大量柔性支撑，并且可包括泡沫橡胶类型的材料。
衬底层420可安置于成像阵列402下方，例如，其上形成成像阵列402的阵列的刚性玻璃层，并且可包括另一层多层结构。在衬底层 420下方，不透射线的屏蔽层418可用作x射线阻挡层以有助于防止穿过衬底层420的x射线散射以及阻挡从内部空间450中的其它表面反射的x射线。包含扫描电路28、读出电路30和偏置电路32(图1) 的读出电子装置可与成像阵列402共面形成，或如图所示，可以电连接到印刷电路板424、425的集成电路的形式安置在框架支撑构件416 下方。框架支撑构件416使用框架支撑梁422固定到外壳314以为刚描述的多层结构提供支撑。成像阵列402经由柔性连接器428电连接到读出电子装置28、30、32，所述柔性连接器可包括多个柔性密封的导体。X射线通量可在由示范性x射线16表示的方向上穿过射线可透的顶盖312并且冲击闪烁器层404，其中通过高能x射线16或光子的刺激导致闪烁器层404发出低能光子作为可见光射线，所述低能光子随后接收于成像阵列402的光电传感器中。框架支撑构件416 可将多层结构固定地安装到外壳314，并且可通过将弹性垫(未示出) 安置于框架支撑梁422与外壳314之间进一步作为减震器操作。例如螺钉的紧固件410可用于将顶盖312固定地附接到外壳314，并且在所述顶盖和所述外壳接触的区域430中在其间形成密封。在一个实施方案中，外部缓冲器412可沿DR探测器400的边缘318附接以提供额外的减震。
图5图解连接到偏置总线232、栅极线283和数据线284的像素单元222，包含TFT271的源极与漏极之间的寄生电容276的表示。寄生电容276将光电二极管270的阴极耦合到数据线284。寄生电容通过甚至在TFT 271处于高阻抗“断开”状态下时在TFT 271周围形成低阻抗路径而在图像读出操作期间将噪声信号引入数据线284中。光电二极管270的电荷存储能力通过电容275表示。
图6A图解由外来信号的影响导致的在像素单元222中发生的示范性有害过程。图6A包含来自光电二极管270的两个代表性信号路径。信号路径210从光电二极管270的阴极穿过TFT 271并向外连接到数据线284朝向下游读出电路，并且被设计成携载DR探测器图像信号。信号路径205是经由寄生电容276绕开TFT 271的寄生信号路径，所述寄生电容有效地耦合TFT 271的漏极和源极。当TFT 271使用栅极线283上的信号切换到低阻抗“接通”状态时形成此信号路径 210，所述信号由连接到栅极线283的栅极驱动器传送。此信号路径 210是所设计的信号传导路径并且在图像读出操作期间用于读出经由光电二极管的电容特性存储于光电二极管270中的电荷电平，所述电容特性通过电容275表示。寄生电容276可称为泄漏电容，其形成时变(非DC)信号的低阻抗传导路径。x射线曝光周期归因于积分时间而产生此种时变信号，其中电荷经由光子产生的光电二极管电流积累在光电二极管中，并且因此x射线曝光周期引起跨越寄生电容276 进入数据线284中的泄漏。示范性x射线束(光子)215可接收于 DR像素22处，从而初始地撞击闪烁器层225，这响应于x射线光子而发出可见光子220。可见光子220进而撞击光电二极管270，作为响应，这产生由于光电二极管的固有电容275而积累在光电二极管中的电荷载流子。
图6B的图表图解其纵轴上的各种波形与其横轴上的时间的曲线图。波形A表示由像素222接收到的有限持续时间的x射线脉冲。当x射线脉冲撞击像素222时，电荷载流子积累在光电二极管270中，这在波形B中表示为电压上升。电压上升B可表示为时变电压(dv/dt) 并且因此引起通过上述信号路径205的跨越寄生电容276的泄漏(由泄漏电流波形C表示)。因此，在x射线脉冲期间由总信号波形D表示的数据线284上测量到的总信号包含像素电压(波形B)加上波形 C的错误和外来泄漏电流的总和。如在时间tsamp处在总信号波形D中示出，误差ε由泄漏电流引起。甚至当TFT 271处于高阻抗“断开”状态下时，时变电压在信号路径205上产生泄露电流。此泄漏电流是由与图像读出操作同时执行的x射线曝光引起的外来数据线信号的来源。
在任何像素的图像读出期间，外来泄漏电流信号将存在于数据线上并且将等于通过像素的寄生电容276连接到相同数据线上的像素 (即，像素列)中的所有其它泄漏电流的总数。这会导致图像读出误差，所述图像读出误差仅在像素光电传感器阵列在x射线曝光期间接收x射线通量时存在。图像读出和x射线曝光持续时间将极少相等，因此以确保图像读出操作采集所有图像数据(光电传感器电荷)，图像读出操作可被配置成与x射线曝光相比延长更多时间。此配置将导致部分(而不是所有)图像读出持续时间受外来泄漏电流的影响。
图7图解图像读出过程700的一个实施方案，其中像素行n 701 、n+1、 n+2等被各自按顺序一次一个地读出并且被存储于图像行缓冲器707 中。图8图解修改的图像读出过程800的实施方案，其在读出过程中使用空行样本802、804、806来采集互补数据集，所述互补数据集包含来自图像读出701、703、705的存储于图像缓冲器707中的图像数据信息以及来自空行读出802、804、806的存储于空行缓冲器808中的外来信号数据信息。缓冲器707、808可包含用于将多个图像数据帧存储在存储器的不同可寻址部分中的电子存储器。参考图7和图8，一个修改的图像读出过程实施方案可包含与空行802、804、806读出交错的连续图像行701、703、705读出。从读出特定图像行n 701开始，图像数据由A/D转换器288(图2)数字化并且在对应于图像行 n 701的存储器位置处存储于图像行缓冲器707中。此图像行读出之后紧跟着空行802读出，其中用于TFT的该特定行的栅极线283(图 2)被断开，并且诱发到其对应数据线上的任何外来信号由A/D转换器288数字化且随后在对应于图像数据的图像行n 701的存储器位置处存储于空行缓冲器808中。分别各自后接空行802、804、806读出的交替图像行701、702、705读出的此交错过程可称为空行读取操作并且可用于探测和捕获存在于数据线284上的外来信号。
空行读取操作类似于标准的图像行读出过程，不同之处在于，在空行读取操作期间，数据线284中的TFT 271都未被设定为“接通”状态。例如，可通过保持所有行栅极驱动器228断开同时重复标准的图像行读出过程来实现空行读取状态。当执行空行读取过程时，所采集的信号信息不包含来自像素的光电二极管270的图像信息，但相反可包含存在于个别数据线284上的外来泄漏信号信息。
图9图解实施图像数据帧950和空行数据帧960的互补集合的过程900，所述图像数据帧的集合可包含图像数据帧951、953、955和 957，所述空行数据帧的集合可包含空行数据帧961、963、965和967。数据帧的每个集合可包含黑暗(或滞后)图像帧955、957和黑暗(或滞后)空行帧965、967，通过执行本文参考图8所描述的交错读出过程来采集所有数据帧。所有图解的数据帧950、960可存储于存储缓冲器923中，所述存储缓冲器包括图像行缓冲器707和空行缓冲器 808两者。关于表示持续时间924的横轴，存储缓冲器923可包含在分别捕获图像和空行数据帧951、961之前和在分别捕获图像和空行数据帧957、967之后的时间间隔期间捕获的额外数据帧。因此，在前述时间间隔中捕获的空行数据帧可包含外来信号带，例如，如空行数据帧961中所图解，这可用于推断外来磁通量正影响DR探测器的操作。此探测可用于向DR设备的操作员触发通知信号以调查DR探测器附近的潜在磁通量源并且进一步远离DR设备移动此类源。本文所使用的术语“帧”或“数据帧”表示由DR探测器40中的光电传感器单元的阵列212捕获到的数据。像素数据行在图9的透视图中垂直定向，其中在图9的透视图中，第一行像素数据被定位到每个数据帧 951至957和961至967的左侧，标记为“顶部”，并且最后一行像素数据(即，底部)位于每个数据帧951至957和961至967的最右端。从顶部到底部重复地读出DR探测器中的像素行以产生如图所示的数据帧951至957和961至967。
x射线源激活被图解为示范性50毫秒曝光903，其在第一时间点 901处开始并且持续直到在第二时间点909处x射线源被去激活或断开为止。可从光电传感器单元的阵列212中读出的图像数据的量通过图表914表示。图表914上的点对应于从DR探测器读出的提供图像数据帧950至960的像素行。图表914指示出在50毫秒曝光903期间，x射线曝光像素中可获得的图像数据量从激活时间点901处的约零百分比水平增加到去激活时间点909处的约整100％水平916，如通过图表914的上升部分915指示。因为在上升时间915期间读出多个图像数据行，所以每个此种行将在不具有完整图像数据的情况下读出。与更接近x射线源去激活时间点909读出的行相比，更接近x射线源激活时间点901读出的那些行将包含完整图像数据的更小百分比。在x射线源去激活点909之后的持续时间905期间读出的那些行将包含完整100％的图像数据，如图表914的水平部分916所指示。应注意，在此完全读出周期905期间，在约时间910处将读出最后一行DR探测器的像素阵列以使数据帧951、961完整，并且DR探测器读出将在约时间910后重复开始于DR探测器的第一行(顶部)以产生下一数据帧953、963(并且针对如所图解的连续暗帧955至957 以及965至967重复所述读出)。
图表914的下降部分917表示尚未读出的对应像素行中的数据量。这可以通过以下方式理解：注意从DR探测器读出的对应于约901 处的时间点的像素行与在约911处的时间点从DR探测器读出的像素行相同，并且从DR探测器读出的对应于约909处的时间点的像素行与在约913处的时间点从DR探测器读出的像素行相同。因此，在时间段903期间读出的像素行包含部分图像帧数据(即，归因于有效x 射线曝光尚未完成而小于100％)，其中在时间段907期间读出来自那些像素行的图像帧数据的剩余未读取部分。应注意，将分别来自上升和下降数据部分915、917的读出数据相加在一起可引起可获得图像数据相对于所述部分(行)的图像数据帧完全100％读出。
在时间段903期间x射线源的激活引起成像阵列212的每个曝光像素222中的电荷载流子增加，这在每个曝光像素222中产生诱发的时变电压。如本文所描述，甚至当读出TFT271未被接通时，时变电压(dv/dt)在成像阵列的像素中产生寄生信号919(在图表918中)。此寄生效应在空行数据缓冲器图像961中示出，其中在与x射线源激活时间903对应的图表914的上升部分915期间产生外来信号。
完整的DR图像可从DR探测器数据帧中获得，所述DR探测器数据帧目前为止通过首先将引起与x射线曝光903对应的图像帧数据的100％完全读取的图像数据帧951和953相加在一起，并接着从所述总数中减去空行数据帧961中表示的空行图像数据而获得。此组合的图像帧数据可与表示参考图6B的图表D所描述的x射线曝光的总数据表示相比较，并且空行数据帧可与图6B中所示的误差数据ε相比较。减去误差数据(空行数据帧961)会产生更精确的DR图像。
现参考图10至11，图解刚描述的将两个图像帧相加在一起的示范性过程。将图像数据帧951添加到图像数据帧953以获得x射线曝光903的总图像数据帧1101，所述总图像数据帧重构收集和存储于图像缓冲器中的所有图像数据。各种图像帧951、953、961可存储于图像缓冲器923的单独部分中，并且可通过添加或减去组合以在缓冲器存储器中替换所组合图像中的一者，或替代地，所组合图像可存储于图像缓冲器的另一部分中。外来噪声伪影在1101的所组合图像中不可见，但可在放大的图像中更好地观察到，其中可在放大的所组合图像的片段1103中看到寄生信号。这是总图像数据中通过减去空行读取数据进行校正的部分。
如本文所例示，可在已发生x射线曝光-积分周期之后执行DR 探测器系统的图像读出过程。图像读出操作的目的是从DR探测器的像素阵列中采集由曝光-积分过程产生的x射线曝光的患者图像数据。如本文所描述，图像信息可按顺序从探测器阵列的每个像素行中读出进入内部图像缓冲器中。在第一曝光图像读出之后可紧跟着第二非曝光积分周期，这可在不存在冲击DR探测器的传感器阵列的入射x射线辐射的间隔期间执行。由于在非曝光积分周期期间不存在x射线辐射，因此在第二读出图像(例如，滞后图像955)中不存在新的图像信息。然而，因为第一图像读出操作使小百分比的信号数据保留在探测器像素阵列中，所以第二读出操作重新获得信号数据中的此保留数据。第二读出图像通常称为图像滞后或简称为暗像。可重复这些步骤以在不具有x射线辐射的情况下获得第三非曝光积分操作图像用于获得第二暗像帧。可在所采集图像帧的集合(例如，具有一个或两个帧的曝光图像)上执行后处理操作，第一非曝光暗像帧和第二非曝光暗像帧可相加在一起或另外被处理以产生最终无伪影的DR探测器图像。
图像数据和空行数据的互补集合随后可被处理以确定在本文所描述的图像读出操作期间存在于数据线上的任何外来信号的量值。在一个实施方案中，当外来信号量值超过某个阈值时，这可通过从图像读出数据中组合(例如，减去、加权)空行数据的过程而从图像数据中得到补偿或清除。从图像读出数据中减去空行数据可减少或清除来自图像读出数据的外来信号噪声，因为空行数据不含来自像素传感器阵列的图像数据信息。
此类方法的一个警告是：因为图像读出操作并不与空行读取操作完全同步，如果外来信号的频率分量是大于(例如，两倍)空行读取操作的读出采样频率的规定量，则在任何测量到的外来信号中可存在一些误差。这种情况违反奈奎斯特采样标准并且可在空行读取数据中产生错误的别名信号。如果存在这些别名信号，则可能难以通过使两个图像集合相减而从图像数据中清除外来信号。
当外来信号频率可能高于读出采样频率时，可使用替代方法。此方法实施一系列空行读取操作，所述空行读取操作在已起始x射线曝光过程之前执行并且可用于探测在已开始x射线曝光和图像读出操作之前是否数据线上存在来自外部低频磁场的外来信号噪声。在这种情况下，执行连续空行读取并且将数字化数据线信号存储于与图8所示的缓冲器类似的临时行缓冲器中。随后将实时数字处理算法应用于来自空行读取操作的数据以通过比较所获得数据的量值或强度来确定是否存在任何外来信号。当外部磁场的频率很可能大于空行读取采样频率时，空行读取数据中的别名信号不是关注的问题，因为此方法仅需要探测是否存在外来信号。
根据示范性实施方案，空行读取数据可用于若干方法中以探测、补偿、减少和防止外来信号干扰标准图像读出操作。一个空行读取过程实施方案可用于在发生x射线曝光之前探测是否存在外来信号(例如，空行读取数据)。如先前所论述，当与x射线辐射曝光操作同时地执行图像读出操作时，外来信号外加到像素阵列传感器中的所有数据线上。个别数据线上的外来信号的量值取决于在沿整个数据线的每个光电二极管位置处的光子数目，并且这取决于在沿数据线长度的光电二极管位置处撞击闪烁器的x射线通量的强度。
用于探测数据线上的外来噪声的示范性数字处理算法可使用放置于DR探测器系统内部的高速数字处理电子装置实施于固件和软件中，所述高速数字处理电子装置例如，现场可编程门阵列(FPGA) 和CPU。如果探测到任何外来信号，则可通过系统控制台处的可见/ 声音警报由DR探测器系统硬件和软件将此情况传送给操作员。操作员随后可采取预防步骤以清除磁场源，从而避免干扰DR探测器系统图像读出操作。这对于便携式无线DR探测器系统尤其有用，所述 DR探测器系统在由移动x射线单元使用时可在医院或诊所内的多个不同位置中操作。
当根据本文所述的实施方案图像读出操作与交错的空行读取操作互补时，可提供在x射线曝光周期期间执行图像读出操作并且解决或清除由像素阵列传感器中的寄生电容产生的固有泄漏电流图像伪影的方式。
在一个示范性实施方案中，可通过使对应空行读取过程接着图像行读出过程而确定由数据线上的外来泄漏电流产生误差是独立的且与图像数据分离。由于甚至当TFT都被断开时泄漏电流也存在于数据线上，因此这提供在每个图像行读取后即刻测量外来泄漏电流的方式。由于单独地且独立地测量泄漏电流，因此在后处理操作中可从图像数据中减去所述泄漏电流。此外，因为进入到数据线上的外来泄漏电流在x射线曝光期间有效地保持在恒定水平，因此别名误差存在于空行读取数据中不会有危险。
使用本文所述的方法可探测由低频磁场产生的干扰，低频磁场将使最终图像质量以及因此探测降级，并且所述方法通过向DR探测器系统的操作员发出警报而防止此类事件的发生。另外，本文所述的示范性方法和系统实施方案可提供在x射线曝光操作期间执行图像读出操作且能够测量/监视所诱发的外来信号并且从图像数据集合补偿或清除所诱发外来信号以获得具有临床诊断质量的最终输出图像的能力。
如所属领域的技术人员将了解，本发明可实施为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的实施方案可采用全部硬件实施方案、全部软件实施方案(包含固件、驻留软件、微码以及其它合适的编码) 或本文中通常可全部称为“电路”或“系统”的组合软件和硬件方面的实施方案的形式。此外，本发明可采用实施于计算机可读存储介质中的计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品具有由一个或多个计算机或主机处理器执行的指令。此介质可包括例如：磁性存储介质，例如，磁盘(例如，硬盘或软盘)或磁带；光学存储介质，例如，光盘、光学磁带或机器可读条形码；固态电子存储装置，例如，固态硬盘驱动、随机存取存储器(RAM)或只读存储器(ROM)；或用于存储计算机程序的任何其它物理装置或介质。用于执行本发明的方法的计算机程序还可存储于计算机可读存储介质上，所述计算机可读存储介质借助于因特网或其它通信介质连接到主机处理器。
在已关于一个或多个实施图解本发明时，在不脱离所附权利要求书的精神和范围的情况下可对所图解实例作出变更和修改。另外，尽管已关于若干实施中的仅一个公开本发明的特定特征，但此种特征可与可能需要的其它实施的一个或多个其它特征以及任何给定或特定功能的优点组合。术语“……中的至少一者”用于表示可选择所列项目中的一者或多者。术语“约”指示出所列出的值可稍作改变，只要所述改变不会引起过程或结构与所图解实施方案的不一致。最终，“示范性”指示出描述用作实例，而不是暗示描述是理想的。从本文所公开的本发明的规范和实践来考虑，本发明的其它实施方案对所属领域的技术人员而言将是明显的。在本发明的真实范围和精神由以上权利要求书指示的情况下，意图将规范和实例仅视为示范性的。
Claims (9)
1.一种区域x射线探测器（40），其包括：
多个可充电光敏单元（222），其被布置成行和列；
电路（286、287），其通过可控行选择开关（228）连接到每列中的所述单元以提供传递到每列中的所述单元的电荷读数；和
采集控制电子电路（34），其被编程以：
在所述探测器中的栅极线（283）被接通时从所述光敏单元（222）中采集至少一个图像帧（951），所述至少一个图像帧包括在所述探测器曝光于x射线束时采集的图像数据；
在所述探测器中的栅极线（283）被断开时从所述光敏单元（222）中采集第一空图像帧（961），所述第一空图像帧包括在所述光敏单元积累电荷时经所述探测器的数据线传送的空图像数据，所述电荷是在所述探测器曝光于x射线束时产生的；
如果所采集的图像帧是一者以上，则将所采集的图像帧（951、953、955）相加在一起；以及
从相加的图像帧中减去所采集的第一空图像帧（961）。
2.如权利要求1 所述的区域x 射线探测器，其中所述至少一个图像帧（951）存储于第一存储器（707）中并且所述第一空图像帧（961）存储于第二存储器（808）中。
3.如权利要求1 所述的区域x 射线探测器，其中对象的x 射线束曝光被存储为单独的图像帧（951、953、955）和单独的空图像帧（961、962、963）。
4.如权利要求1 所述的区域x 射线探测器，其中对象的x 射线束曝光通过将所采集的图像帧（951、953、955）相加在一起并且从相加的图像帧中减去所采集的第一空图像帧（961）来校正。
5.如权利要求1 所述的区域x 射线探测器，其中采集所述至少一个图像帧（951）和所述第一空图像帧（961）包括将图像数据行（701、703、705）的所述采集与空图像数据行（802、804、806）的采集交错。
6.如权利要求1 所述的区域x 射线探测器，其中外来信号（ε）由所述第一空图像帧（961）采集。
7.一种计算机实施的方法，其包括：
在二维像素阵列中扫描图像电荷电平以及将所扫描像素的电荷电平记录在电子存储器的第一部分中，所述扫描包括激活所述二维像素阵列中的每个像素行的栅极线；
在扫描图像电荷电平的步骤期间将所述二维像素阵列曝光于放射摄影辐射中，所述曝光步骤在所述二维像素阵列中产生电荷，使得扫描图像电荷电平的步骤引起以下项中的至少一者：
（i）所述所扫描像素的第一子集具有为此记录的部分图像电荷；
（ii）所述所扫描像素的第二子集具有为此记录的全图像电荷；
重新扫描所述二维像素阵列的所述图像电荷电平并且将重新扫描像素的电荷电平记录在所述电子存储器的第二部分中，所述重新扫描包括激活所述二维像素阵列中的每个像素行的栅极线；
针对每个对应像素计算在扫描图像电荷电平的步骤期间记录在所述电子存储器的所述第一部分中的所述图像电荷以及在重新扫描图像电荷电平的步骤期间记录在所述电子存储器的所述第二部分中的所述图像电荷的总和；
在曝光步骤期间扫描所述二维像素阵列中的电荷的空样本并且将所述空样本记录在所述电子存储器的第三部分中，所述扫描包括不激活所述二维像素阵列中的每个像素行的栅极线，电荷的所述空样本通过在曝光步骤期间在所述像素阵列中产生电荷而引起；以及
从总和图像电荷中减去电荷的所述空样本。
8.如权利要求7所述的计算机实施的方法，其中扫描所述二维像素阵列中的所述图像电荷电平的所述步骤包括按顺序个别地扫描所述二维像素阵列中的像素行。
9.如权利要求8所述的计算机实施的方法，其中扫描所述二维像素阵列中的电荷的所述空样本的所述步骤包括按顺序个别地扫描像素行，并且其中在针对所述图像电荷电平扫描每行之后即刻出现针对电荷的所述空样本扫描每行。
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