CN105962961B - 一种抑制饱和带伪影方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抑制饱和带伪影方法及系统，在曝光结束后，检测平板探测器的薄膜晶体管的栅源电压Vgs，当检测到平板探测器的栅源电压Vgs小于预设的薄膜晶体管的阈值电压VT时，不改变扫描方向，按照默认扫描方向进入读出阶段；当检测到薄膜晶体管的栅源电压Vgs大于等于薄膜晶体管的阈值电压VT时，自动切换扫描方向，切换后的扫描方向为从过饱和区域到非饱和区域，进入读出阶段。本发明解决了现有技术中临床拍摄图像中出现饱和带伪影的问题。
Description
技术领域
本发明属于X射线平板探测器领域和数字X射线系统领域，特别涉及一种抑制饱和带伪影方法及系统。
背景技术
随着医疗技术水平的发展，X射线平板探测器在临床上的普及率提高。临床医生对平板探测器系统得到的图像的要求也越来越严苛。
现有技术中，X射线平板探测器的工作原理如下：
第一步：复位，扫描线施加正向脉冲将薄膜晶体管(TFT)打开，使像素电极Vs与数据线的电位相等，然后薄膜晶体管恢复到关闭状态。
第二步：曝光，当光照后，光电二极管(PD)将入射光转换为光电荷，在光电二极管两端电压的电场作用下，电荷向像素电极移动，并存储到自身的电容当中，像素电极由于负电荷的累积而降低，直到降至与公共电极同等电位。
第三步：读出，扫描线施加正向脉冲将薄膜晶体管打开，光电二极管产生的光电荷通过数据线流到外部电路，完成一行数据读出，薄膜晶体管关闭。
临床上，通常病人的投照方向为纵向沿着球管轴方向，上肢端(头部)靠近球管阴极端，下肢端靠近球管阳极端。当医生在拍摄骨盆或腰椎正位时，在大腿与骨盆之间会形成一个U型饱和区域。如图1所示，当平板探测器在临床使用时，平板探测器面板一部分区域被人体部位遮挡，该遮挡区域的光电二极管感受入射光比较弱，为非饱和区域a。另一部分区域未被体位遮挡，未遮挡区域的光电二极管感受入射光很强，通常会过饱和，为过饱和区域b。
图像采集从上肢端(头部)往下肢端方向扫描时且过饱和区域与非饱和区域共数据线，在非饱和区域(沿着腹部区域的脊柱方向)的低灰度图像上会形成亮条，也就是饱和带伪影0，会影响临床诊断甚至导致误诊。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种抑制饱和带伪影方法及系统，用于解决现有技术中临床拍摄图像中出现饱和带伪影的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种抑制饱和带伪影方法包括以下步骤：
复位阶段：清除像素单元中的残余信号；
曝光阶段：像素单元中的光电二极管将入射的光子转换为光电子，电荷被存储于所述光电二极管的电容中；
扫描检测阶段：曝光结束后，检测平板探测器的薄膜晶体管的栅源电压Vgs，当检测到平板探测器的栅源电压Vgs小于预设的薄膜晶体管的阈值电压VT时，不改变扫描方向，按照默认扫描方向进入读出阶段；当检测到薄膜晶体管的栅源电压Vgs大于等于薄膜晶体管的阈值电压VT时，自动切换扫描方向，切换后的扫描方向为从过饱和区域到非饱和区域，进入读出阶段；
读出阶段：依据扫描方向将存储在所述光电二极管的电容中的电荷进行读出。
优选地，逐行检测平板探测器的薄膜晶体管的栅源电压Vgs，并通过开关元件将存储在所述光电二极管的电容中的电荷进行逐行读出。
优选地，所述复位阶段前，还包括判断阶段：判断拍摄图像是否存在U型饱和带区域。
优选地，所述默认扫描方向为从X射线管阴极端到X射线管阳极端方向，且所述默认扫描方向与平板探测器的数据线方向平行。
优选地，所述过饱和区域与所述非饱和区域共数据线。
优选地，所述阈值电压VT为薄膜晶体管漏电流增大的临界电压。
本发明还提供一种抑制饱和带伪影系统包括：复位模块，用于清除像素单元中的残余信号；曝光模块，用于将入射的光子转换为光电子，将电荷存储于光电二极管的电容中；检测模块，用于实时检测平板探测器面板上的薄膜晶体管的栅源电压Vgs；扫描模块，根据所述薄膜晶体管的栅源电压Vgs与预设的阈值电压VT之间的关系来触发扫描模块，自动切换平板探测器的扫描方向，切换后的扫描方向为从过饱和区域往非饱和区域扫描；读出模块，用于将存储在所述光电二极管的电容中的电荷依据扫描方向逐行读出。
优选地，还包括X射线球管轴及位于所述X射线球管轴下方的平板探测器，所述平板探测器的数据线方向与X射线球管长轴方向平行。
优选地，所述过饱和区域与所述非饱和区域共数据线。
优选地，所述阈值电压VT为薄膜晶体管漏电流增大的临界电压。
如上所述，本发明的抑制饱和带伪影方法及系统，具有以下有益效果：
1.本发明可减小和避免图像中出现饱和带伪影，从而使图像满足临床要求。
2.本发明可实现薄膜晶体管栅源电压Vgs的实时监控。
3.本发明可获得薄膜晶体管栅源电压Vgs与薄膜晶体管漏电流增大的临界电压之间的关系。
4.本发明可定位过饱和区域薄膜晶体管的坐标位置。
5.本发明可自动调整扫描时序，并改变平板探测器的扫描方向读出面板图像。
附图说明
图1显示为(现有技术中)的饱和带伪影现象。
图2显示为本发明的单个通道上电路原理示意图。
图3显示为本发明的薄膜晶体管的漏电流特性曲线示意图。
图4显示为(现有技术中)的探测器扫描方向示意图。
图5显示为本发明的X射线成像系统示意图。
图6显示为本发明的探测器内部结构示意图。
图7显示为本发明的探测器与球管的对应关系示意图。
图8显示为本发明的一种抑制饱和带伪影方法流程示意图。
图9显示为本发明的探测器扫描方向示意图。
元件标号说明
0 饱和带伪影 a 非饱和区域
1 X射线球管 b 过饱和区域
2 X射线束光器 Vg 薄膜晶体管的栅极电位
3 X射线 Vs 像素电极的电位
4 摄影床 Vd 薄膜晶体管的源极电位
5 滤线栅 Vcom 公共电极的电位
6 平板探测器 VT 阈值电压
601 像素单元 TFT 薄膜晶体管
602 数据线 PD 光电二极管
603 扫描线 S1～S5, 步骤
604 公共电极 S401～S403
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2～图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图2所示，由于过饱和区域b(未遮挡区域)的光电二极管在过饱和状态下，使得像素电极的电位VS低于Vcom电压，像素电极的电位VS达到-10V甚至更低，这时栅源电压Vgs电压为0V甚至为正电压(通常在薄膜晶体管关闭状态下，薄膜晶体管截止时的栅极电压VGE为-10V)。过饱和区域b(未遮挡区域)的薄膜晶体管的栅源电压Vgs比非饱和区域a(遮挡区域)的薄膜晶体管的栅源电压Vgs大很多。由于薄膜晶体管漏电流IDS随着栅源电压Vgs的增大而增大。如图3所示，从薄膜晶体管漏电流特性曲线上可以看出，当栅源电压Vgs(VGS)增大到某个阈值电压VT时，薄膜晶体管漏电流IDS增加很大，所以过饱和区域b(未遮挡区域)容易出现很大的薄膜晶体管漏电流IDS。如图4所示，当非饱和区域a和过饱和区是共数据线时，平板探测器6从非饱和区域a往过饱和区域b依次扫描读出，数据线602(dataline)方向上一部分处于过饱和状态，另一部分处于非饱和低灰度状态，来自过饱和区域b的薄膜晶体管的漏电流IDS比较大，会漏到数据线602上，并沿着数据线602向相邻像素单元601流出，干扰同数据线602上的非饱和区域a信号，使其呈现亮带伪影，也就是饱和带伪影0。饱和带状伪影0是由于薄膜晶体管漏电流造成的，通常是一条亮带，宽度与其共数据线602的饱和区域的宽度相等。
本发明通过实时监控平板探测器6面板上薄膜晶体管的栅源电压Vgs与薄膜晶体管漏电流IDS增大的临界电压之间的关系，定位过饱和薄膜晶体管的坐标位置，探测扫描时序，并自动改变平板探测器6的扫描方向读出面板图像，来减小和避免图像中出现饱和带伪影0，从而使图像满足临床要求。
实施例一
一种抑制饱和带伪影系统包括复位模块，曝光模块，检测模块，扫描模块，读出模块以及抑制饱和带伪影控制装置。
复位模块，用于清除像素单元601中的残余信号。
曝光模块，用于将入射的将入射的光子转换为光电子，将电荷存储于所述光电二极管的电容中。
检测模块，用于实时检测平板探测器6面板上的薄膜晶体的管栅源电压Vgs。
扫描模块，根据薄膜晶体管的栅源电压Vgs与预设的阈值电压VT之间的关系来触发扫描模块，自动切换平板探测器6的扫描方向，切换后的扫描方向为从过饱和区域b往非饱和区域a扫描。其中，所述过饱和区域与所述非饱和区域共数据线。所述阈值电压VT为薄膜晶体管漏电流增大的临界电压。
读出模块，用于将存储在所述光电二极管的电容中的电荷逐行读出。
如图5所示，所述抑制饱和带伪影控制装置包括X射线球管1，位于X射线球管1下方且与X射线球管1连接的X射线束光器2，位于X射线束光器2正下方的摄影床4(table)，位于摄影床4下方的滤线栅5(grid)，位于滤线栅5下方的平板探测器6(Flat panel detector)。
如图6所示，所述平板探测器6包括以二维阵列形式排布的像素单元601。具体的，其内部是一个像素矩阵M×N，这里M，N为整数。在本实施例中，所述像素单元601构成4行4列的阵列。所述像素单元601包括开关元件和电荷存储电容以及光电二极管PD(PhotoDiode)。在本实施例中，所述开关元件为薄膜晶体管TFT(Thin Film Transistor)。所述光电二极管的阴极连接于所述薄膜晶体管的源极，作为像素电极；位于同一行的所述薄膜晶体管的栅极连接同一扫描线603，位于同一列的所述薄膜晶体管的漏极连接同一数据线602(dataline)；各光电二极管的阳极连接公共电极604，所述公共电极604用于提供所述光电二极管电压。
具体的，X射线球管1在高压激发后发射出X射线3光子束透过被拍摄物体后到达平板探测器6表面，平板探测器6通过里面的闪烁体层将衰减后X射线3光子转换为特征波长的可见荧光。然后通过薄膜晶体管玻璃面板上的光电二极管矩阵将荧光转换光电子信号，再经电路进行信号采集并AD转换为数字信号，数字信号再经传输到工作站，通过显示屏显示医生需要的图像。
所述平板图像传感器采用的是逐行读出。即处于同一行的所有所述薄膜晶体管TFT的栅极全部电性相连，处于同一列的所有所述薄膜晶体管的漏极电性相连。当曝光结束后，将第1行的所有像素同时打开，经各自的数据线602读出，关闭本行，再进行下第2行的读出，以此类推，完成所有像素的读出。
如图7所示，所述平板探测器6正面向上与水平面平行设置，平板探测器6的数据线602方向与X射线球管1长轴方向平行，可以避免X射线球管1的足跟效应(Heeleffect)带来的通道差异加剧。其中，所述X射线球管1长轴方向就是阳极端与阴极端连线的方向。足跟效应又称X射线阳极端效应，是指在平行于X射线球管1长轴方向上，靠近X射线管阳极端之光子，会较近阴极端之光子强度较低，越靠近阳极x射线辐射强度下降越多的现象。本实施例中，临床上投照方向为头部靠球管阴极一端，下肢端靠近球管阳极一端。
为了形成大面积的二维的图像传器，通常所述薄膜晶体管及所述光电二极管的有源半导体层都采用非晶硅材料。非晶硅材料可以大面积成膜，可以达到数十厘米或更大，同时，非晶硅材料对可见光非常灵敏。当然，本发明不仅限于非晶硅平板探测器。
实施例二
如图8所示，本发明提供一种抑制饱和带伪影方法，所述抑制饱和带伪影方法包括以下步骤：
步骤S1：判断拍摄图像是否存在U型饱和带区域。
具体的，医院进行放射摄影检查时，医院放射科信息系统需要通过worklist软件将病人要拍摄部位进行图像拍摄并登记，登记信息通过网络传输到数字摄影系统软件上并通过临床软件APR程序(自动解剖摄影程序)判断拍摄图像是否存在U型饱和带区域，是，进入步骤S2；否，采用现有技术中的X射线平板探测器以及驱动方法。
其中，APR程序可以根据摄影部位、投照方式的不同，自动完成检查参数设定，并自动选择后处理方式优化和个性化影像显示质量。
步骤S2，复位阶段：开关元件打开，清除像素单元601中的残余信号，开关元件关闭。其中，所述开关元件为薄膜晶体管TFT。
具体地，通过各扫描线603设置所述薄膜晶体管的栅极电位Vg，使各行各列的所有薄膜晶体管均处于关闭状态。当接到准备曝光指令后，所述薄膜晶体管打开，所述像素电极中的残余电荷被释放掉。待复位结束后，所述薄膜晶体管的栅极电位Vg恢复至关断时候的电位，关闭TFT准备接收曝光。在本实施例中，所述薄膜晶体管可以为N型薄膜晶体管TFT，也可以为P型薄膜晶体管。
在所述复位阶段，逐行打开所述开关元件，对所述像素单元601进行复位，不进行复位的像素单元601中的各开关元件的漏电流处于最低状态。
步骤S3，曝光阶段：X射线3照射到像素单元601上，像素单元601中的光电二极管将入射的光子转换为光电子，电荷被存储于所述光电二极管的电容中，各开关元件关闭。
具体的，首先将所述开关元件薄膜晶体管的栅极电位Vg升高至设定栅极电位，所述设定栅极电位高于所述公共电极的电位Vcom，此时所述开关元件仍处于关闭状态。其中，所述设定栅极电位根据需要预先设置，并高于所述公共电极的电位Vcom。然后，将X射线3照射到所述像素单元601上，所述光电二极管将入射的光子转换为光电子，所述光电子在电场作用下向所述像素电极移动，所述像素电极的电位Vs逐渐降低；若所述像素电极的电位Vs高于所述设定栅极电位，所述开关元件处于关闭状态，电荷被存储于所述光电二极管的电容中；若所述像素电极的电位Vs小于所述设定栅极电位，所述开关元件打开，所述光电子从所述开关元件漏出，直至所述像素电极的电位Vs高于所述设定栅极电位，所述开关元件关闭。
步骤S4，扫描检测阶段：曝光结束后，检测平板探测器6的薄膜晶体管的栅源电压Vgs，当检测到平板探测器6的栅源电压Vgs小于预设的薄膜晶体管的阈值电压VT时，不改变扫描方向，按照默认扫描方向进入读出阶段；当检测到薄膜晶体管的栅源电压Vgs大于等于薄膜晶体管的阈值电压VT时，自动切换扫描方向，所述扫描方向为从过饱和区域b到非饱和区域a，进入读出阶段。
具体的，平板探测器6扫描读出电荷时，从靠X射线球管1阴极端一侧开始直接扫描，且过饱和区域b与非饱和区域a共数据线602。本发明在曝光结束后，读出阶段前，进入步骤S401，逐行检测平板探测器6的薄膜晶体管的栅源电压Vgs，判断平板探测器6的栅源电压Vgs是否大于等于预设的薄膜晶体管的阈值电压VT。当检测到平板探测器6的每行栅源电压Vgs均小于预设的薄膜晶体管的阈值电压VT时，进入步骤S402，不改变默认扫描方向，按照默认程序从靠X射线球管1阴极端一侧开始直接扫描，进入读出阶段。当检测到有第n行的薄膜晶体管的栅源电压Vgs大于等于薄膜晶体管的阈值电压VT时，进入步骤S403，自动切换扫描方向，从第n行开始所述扫描方向为从过饱和区域b到非饱和区域a，进入读出阶段。其中，第n行前采取默认的扫描方向。如图9所示，平板探测器6内部自动切换扫描方向，使探测器从过饱和区域b往非饱和区域a依次扫描读出，从而抑制饱和带伪影0出现。本发明从存在栅源电压Vgs大于等于薄膜晶体管的阈值电压VT的区域开始扫描直到整个探测器面板都扫描读出为止，这样就避免了过饱和区域b上薄膜晶体管的漏电流带来的饱和带伪影0。
其中，本实施例根据薄膜晶体管的漏电流特性曲线，精准的设定不同的阈值电压VT，保证薄膜晶体管的漏电流在图像读出时达到最低的状态，将图像饱和带伪影0降到最低。
步骤S5，读出阶段：关闭各开关元件，逐行打开所述开关元件，依据扫描方向将存储在所述光电二极管的电容中的电荷进行读出。
具体地，所述开关元件为薄膜晶体管，待曝光结束后，通过扫描线603将所述薄膜晶体管的栅极电位Vg降低，此时，各薄膜晶体管处于关闭状态。然后逐行升高所述薄膜晶体管的栅极电位Vg使各薄膜晶体管处于打开状态。存储于所述光电二极管电容中的电荷通过数据线602被输出并读取，所述像素电极的电位Vs逐渐升高，直至与参考电压一致，本实施例中，参考电压为0V时，读取结束。进行读出的所述像素单元601中的薄膜晶体管处于开启状态；不进行读出的所述像素单元601中的薄膜晶体管处于关闭状态，且各薄膜晶体管的漏电流处于最低状态，因此，读出一行像素信号的时候，通过调节栅极电压使其他行的薄膜晶体管的漏电流处于最低状态，对当前读出的像素信号的串扰大大减小。在所述读出阶段，不进行读出的像素单元601中的各开关元件的漏电流处于最低状态。
本实施例中，平板探测器6可以逐行检测平板探测器6的薄膜晶体管的栅源电压Vgs后，根据每一行的检测结果，实时调整扫描方向并直接扫描读出；也可以逐行检测全部平板探测器6的薄膜晶体管的栅源电压Vgs后，根据全部检测结果，调整扫描方向并从重新扫描读出。
综上所述，本发明的抑制饱和带伪影方法及系统，具有以下有益效果：
1.本发明可减小和避免图像中出现饱和带伪影，从而使图像满足临床要求。
2.本发明可实现薄膜晶体管栅源电压Vgs的实时监控。
3.本发明可获得薄膜晶体管栅源电压Vgs与薄膜晶体管漏电流增大的临界电压之间的关系。
4.本发明可定位过饱和区域薄膜晶体管的坐标位置。
5.本发明可自动调整扫描时序，并改变平板探测器的扫描方向读出面板图像。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种抑制饱和带伪影方法，其特征在于，所述抑制饱和带伪影方法包括以下步骤：
复位阶段：清除像素单元中的残余信号；
曝光阶段：所述像素单元中的光电二极管将入射的光子转换为光电子，电荷被存储于所述光电二极管的电容中；
扫描检测阶段：曝光结束后，检测平板探测器的薄膜晶体管的栅源电压Vgs，当检测到所有所述薄膜晶体管的栅源电压Vgs小于预设的薄膜晶体管的阈值电压VT时，不改变扫描方向，按照默认扫描方向进入读出阶段；当检测到存在所述薄膜晶体管的栅源电压Vgs大于等于薄膜晶体管的阈值电压VT时，自动切换扫描方向，切换后的扫描方向为从过饱和区域到非饱和区域，进入读出阶段；
读出阶段：依据所述扫描方向将存储在所述光电二极管的电容中的电荷进行读出。
2.根据权利要求1所述的抑制饱和带伪影方法，其特征在于：所述扫描检测阶段，逐行检测所述平板探测器的薄膜晶体管的栅源电压Vgs，并通过开关元件将存储在所述光电二极管的电容中的电荷进行逐行读出。
3.根据权利要求1所述的抑制饱和带伪影方法，其特征在于：所述复位阶段前，还包括判断阶段：判断拍摄图像是否存在U型饱和带区域。
4.根据权利要求1所述的抑制饱和带伪影方法，其特征在于：所述默认扫描方向为从X射线管阴极端到X射线管阳极端方向，且所述默认扫描方向与平板探测器的数据线方向平行。
5.根据权利要求1所述的抑制饱和带伪影方法，其特征在于：所述过饱和区域与所述非饱和区域共数据线。
6.根据权利要求1所述的抑制饱和带伪影方法，其特征在于：所述阈值电压VT为薄膜晶体管漏电流增大的临界电压。
7.一种抑制饱和带伪影系统，其特征在于，所述抑制饱和带伪影系统包括：
复位模块，用于清除像素单元中的残余信号；
曝光模块，用于将入射的光子转换为光电子，将电荷存储于光电二极管的电容中；
检测模块，用于实时检测平板探测器面板上的薄膜晶体管的栅源电压Vgs；
扫描模块，根据所述薄膜晶体管的栅源电压Vgs与预设的阈值电压VT之间的关系来触发扫描模块，自动切换平板探测器的扫描方向，切换后的扫描方向为从过饱和区域往非饱和区域扫描；
读出模块，用于将存储在所述光电二极管的电容中的电荷依据扫描方向逐行读出。
8.根据权利要求7所述的抑制饱和带伪影系统，其特征在于：还包括X射线球管轴及位于所述X射线球管轴下方的平板探测器，所述平板探测器的数据线方向与X射线球管长轴方向平行。
9.根据权利要求7所述的抑制饱和带伪影系统，其特征在于：所述过饱和区域与所述非饱和区域共数据线。
10.根据权利要求7所述的抑制饱和带伪影系统，其特征在于：所述阈值电压VT为薄膜晶体管漏电流增大的临界电压。
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