CN106550527A - 用于x射线成像的自动曝光控制 - Google Patents

用于x射线成像的自动曝光控制 Download PDF

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Abstract

在X射线成像方法中，获取信号图像被分成获取两个或更多个子图像或帧。第一子图像可以用低剂量曝光随后的读出周期获取。可以选择用于获取第一子图像的曝光剂量，使得其低于用于特定解剖结构的默认剂量。第一子图像可以用来计算或估计用于获取第二个或后续图像的子图像的曝光参数。该估计可以使得由成像器接收的总剂量在获取第一子图像和第二子图像中达到预期目标值以提供质量良好的图像。可以组合第一子图像和第二子图像以形成最终图像。支持自动曝光控制(AEC)的检测器阵列包括提供AEC信号的AEC像素。AEC像素是独立或单独可寻址的和/或可读取的。

Description

用于X射线成像的自动曝光控制
技术领域
本公开的实施例一般涉及X射线成像系统和方法。特别地，描述了自动曝光控制方法和支持自动曝光控制的成像装置和系统的各种实施例。
背景技术
自动曝光控制(AEC)在X射线成像中用于曝光管理。AEC的目标是要通过向图像检测器递送适当剂量同时最小化对患者的曝光来维持图像质量。在常规AEC方法中，离子腔室或半导体二极管阵列用来实时提供输出信号，同时递送辐射剂量。一旦达到给定阈值，曝光就被终止，通常经由到X射线源发生器的单独布线。X射线源发生器通常内置有特殊剂量整合(integration)电子装置。
常规AEC方法需要附加硬件，诸如AEC离子腔室或半导体二极管阵列和读出电子装置等。非常普遍地，多个AEC腔室被内置，并且根据成像设定来选择一个或多个腔室用于曝光控制。在使用时，需要把AEC离子腔室放置在正确位置处。进一步地，在AEC离子腔室被放置在图像检测器后方的情况下，因为图像检测器通常吸收高达70％的辐射信号，所以AEC离子腔室可获得低剩余辐射，因此获得低输出信号。如果在使用时AEC离子腔室被放置在图像检测器前方，则对图像检测器中的图像信号会有利的一些辐射可能被衰减。
希望的是使用图像检测器本身来感测曝光并且实时提供AEC信号，而不使用附加AEC离子腔室。平板图像检测器是剂量响应和电荷整合设备。由图像检测器所捕获的信号仅在曝光和检测器的读出之后是已知的。常规平板检测器通常被设计成在逐列或逐帧的基础上读出信号，而非实时地读出信号。
因此，通常需要一种AEC方法，其不使用外部AEC离子腔室或其它测量设备。需要一种包含曝光剂量整合或测量设备或功能用于自动曝光控制的成像装置或系统。
发明内容
下文阐述了一种自动曝光控制方法和一种支持自动曝光控制的成像装置和系统的一些实施例。应当理解，提出这些实施例仅仅是为了向读者提供本发明可能采用的某些形式的简要概括，并且这些实施例并不旨在限制本发明的范围。实际上，本发明可以涵盖多种未在下面阐述的实施例或方面。
本公开提供了一种X射线成像方法，其中获取单个图像被分成获取两个或更多个的子图像或帧。第一子图像可以用低剂量曝光随后读出周期获取。可以选择用于获取第一子图像的曝光剂量使得其低于默认剂量或针对特定解剖结构预先确定的剂量。默认剂量有时也被称为模板剂量，其根据正在被成像的解剖结构通常是预先确定的或事先已知的。通过示例，用于获取第一子图像的曝光剂量可以是默认剂量的三分之一，以便在正在被成像的解剖结构的衰减远小于预期衰减的情况下，避免过度曝光。可替代地，可以选择用于获取第一子图像的曝光剂量，使得由图像检测器接收的剂量低于预先确定的预期目标值。预期目标值是针对图像检测器生成良好质量的图像的值。预期目标值可以由制造商或由用户(例如，通过密集测试)预先确定。
第一子图像可以用来计算或估计用于产生用于获取第二子图像的曝光的X射线源参数。该估计可以使得由图像检测器接收的总剂量在获取第一子图像和第二子图像中达到预期目标值，并且因此提供良好质量的图像。可以组合第一子图像和第二子图像以形成最终图像。
对于用于获取第二子图像的剂量估计，X射线源在产生用于获取第一子图像的曝光中的参数(kV、mA、ms)、在图像检测器上接收的信号、连同查找表可以用作估计算法的输入。作为备选或附加源，标准腔室(norm chamber)值可以用于剂量估计。标准腔室是用于获得锥束CT图像投影的剂量参考的内置于X射线源的剂量测量设备。
本公开还提供了一种集成或嵌有自动曝光控制功能性的平板检测器阵列。该平板检测器阵列可以与剂量整合或测量设备集成在一起，其一旦达到检测器上的最佳剂量，就可以足够快地关闭X射线束。例如，剂量整合/测量像素或AEC像素可以分布在图像检测器阵列上。AEC像素可以连接到图像检测器内部的快速读出电子装置。读出电荷可以被集成在检测器电子装置中或图像获取系统中。通过示例，每10mm×20mm有源检测器区域可以含有AEC像素。因为只有少量的AEC像素(在上述示例中，针对40cm×40cm的检测器阵列是1600个像素)要被读取，所以一旦达到良好质量的图像的最佳剂量，读出可以足够快以在足够短的时间内终止曝光光束。
AEC像素的读出模式可以被改变成与例如用于最佳剂量设定、增益等的平板检测器的不同成像读出模式相匹配。AEC像素的读出系统可以被配置成使得可以经由图像获取系统基于感兴趣区域(ROI)选择不同图像区域。
在一些备选实施例中，标准图像检测器阵列上的预先定义的行的像素可以用来在X射线工作时间期间快速并且实时测量所递送的剂量。可以在X射线曝光期间反复读出和处理这些预先定义的行。可以对每行的剂量进行求和。一旦递送或接收所需剂量，系统就可能停止X射线曝光并且读出检测器。为了实现快速读出时间，仅可以读出少数例如20行或更少。因为精度要求对于标准成像使用的情况要低得多，所以这些行的读出定时可以比典型行读出时间更快。行的位置可以根据正在X射线检查的对象的解剖结构而有所不同。在一些实施例中，仅可以读出并且处理感兴趣区域(ROI)内部的行。这个ROI可能在解剖结构模板中被预先定义，或者可以是用户可选择的。还有，可以定义多个ROI和/或仅处理像素行的感兴趣部分。
标准检测器电子装置可以用来读出预先定义的行，并且定时和行排序可以适于该模式。能够大幅度缩短行读出定时，使得仅读出存储在像素中的信号的一小部分(例如，1时间常数)。这可以足够估计曝光水平。
可以逐行地对监测的行的剂量进行求和，并且稍后加到X射线图像。这样，没有剂量(或图像信息)会丢失。可替代地，监测的行可以被视为缺陷行、并且在图像处理期间由像素缺陷修正算法进行校正。
在一些实施例中，具有专用读出和/或栅极驱动器电子装置的各个像素可以用于剂量监测，而不是整行。
所公开的特征可以用于多种成像系统，包括具有带有X射线发生器的紧束触发接口的X射线成像系统。通过示例，所公开的方法可以在用于支持多个成像模态(诸如实时成像、电影成像、单个图像、和锥束CT成像等)的辐射治疗成像系统或诊断成像系统中使用的多用途成像系统中实现。
本文中对本公开的其它实施例或方面进行进一步描述。
附图说明
根据结合附图和下文所提供的所附权利要求的以下具体实施例的阅读，这些和各种其它特征和优点变得更好理解，其中：
图1描绘了根据本公开的实施例的示例性成像系统；
图2是图示了根据本公开的实施例的图像获取方法的示例性步骤的流程图；
图3描绘了根据本公开的实施例的示例性X射线图像检测器；
图4描绘了根据本公开的实施例的支持自动曝光控制的示例性检测器阵列；和
图5描绘了根据本公开的实施例的支持自动曝光控制的另一示例性检测器阵列。
具体实施方式
描述了一种自动曝光控制方法、一种支持自动曝光控制的成像装置和系统的各种实施例。应当理解，本公开并不限于所描述的具体实施例，因为这些实施例理所当然地可以有所不同。结合具体实施例所描述的方面不必限于该实施例，并且可以在任何其它实施例中实践。比如，各种实施例均使用示例性成像模态来呈现。应当理解，所公开的方法可以以各种成像模态来实施，包括实时成像、电影成像、单个图像、和锥束CT成像等。所公开的方法的特征还特别用于支持多种成像模态的放射治疗成像系统。
本文中所使用的所有技术和科学术语具有本领域普通技术人员通常所理解的含义，除非另外特别定义。如在说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数引用，除非上下文另有明确说明。术语“或”是指非排他性的“或”，除非上下文另有明确说明。在以下描述中，可以不对公知的部件或步骤进行详细描述，以便避免不必要地模糊本公开的实施例。
现在，参照附图对自动曝光控制方法、支持自动曝光控制的图像检测阵列和成像系统的实施例进行描述。应当指出，一些附图不一定按比例绘制。附图仅旨在便于特定实施例的描述，并不旨在作为详尽的描述或作为对本公开的范围的限制。
图1描绘了根据本公开的实施例的提供具有自动曝光控制功能性的示例性成像系统100。如图所示，X射线成像系统100可以包括如图所示基本上互连的X射线源102、X射线发生器104、图像检测器106、图像获取系统110、和用户界面和显示器108。X射线源102在由X射线发生器104激发时可以发射X射线束103。X射线束103可以被引导到受试者105，诸如支撑在患者支架107上的患者。X射线束103的一部分可以穿过患者105和患者支架107，并且撞击在图像检测器106上。图像检测器106可以包括X射线转换材料，诸如将X射线光子转换成电信号的光电导体、或将X射线光子转换成可见光的闪烁体。图像检测器106可以进一步包括检测电信号或将可见光转换成电信号并且检测电信号的检测器阵列。
图像获取系统110可以包括如图所示基本上互连的获取控制112、图像处理器114、AEC控制116和系统控制118。系统控制118通过用户界面108可以接收来自用户的指令并且管控X射线成像系统100的整体操作。获取控制112可以包括用于生成用于图像检测器106的控制信号的电子装置。图像处理器114可以使用合适算法处理由图像检测器106生成的信号数据。如将在下文更详细地描述的，AEC控制116可以部分基于由图像检测器106生成的信号来生成用于X射线发生器104的曝光控制信号。
美国专利号5,970,115、7,291,842、7,816,651和8,552,386公开了X射线成像装置、系统及其部件的各种实施例，所有这些文献的公开内容通过引用整体并入本文。
参照图2，现在对具有自动曝光控制的X射线成像方法进行描述。根据一些实施例，获取受试者的单个图像(诸如患者、动物、行李或制品的本体部分)被分成获取两个或更多个的子图像或帧。在步骤202中，本体部分的第一子图像可以用由X射线源产生的X射线的第一曝光来获得。X射线源的操作参数(诸如mA、ms或kV)可以由X射线发生器设定，使得由X射线源产生的第一曝光具有的剂量水平比针对本体部分预先确定的默认剂量水平低。例如，正在被成像的本体部分可以是在不同方向(诸如前-后(AP)、后-前(PA)、横向(L)等)上拍摄的患者的胸部、腹部、头部、脊柱或胸腔等。默认剂量有时也被称为模板剂量，对于各种本体部分或解剖结构通常是预先确定的或可以从本领域中已知的“曝光表”获得。通过示例，如果胸部AP要被成像，则用户可以查找“曝光表”以找出用于产生具有默认剂量的曝光的X射线源的参数(诸如mA、ms或kV)。根据本公开的实施例，第一子图像可以用剂量水平比默认剂量低的曝光来获取。
在一些实施例中，用于第一子图像的曝光剂量可以是用于解剖结构的默认剂量的三分之二或更低。在一些实施例中，用于第一子图像的曝光剂量可以是默认剂量的二分之一或更低。在一些实施例中，用于第一子图像的曝光剂量可以是默认剂量的三分之一或更低。实际上，根据待被成像的解剖结构，用于第一子图像的曝光剂量可以是默认剂量的四分之一、五分之一或甚至十分之一，以便如果解剖结构的衰减远小于预期衰减，则避免过度曝光。如果所获取的第一子图像没有提供足够信息或信号值用于分析，则可以使用剂量水平是第一子图像的2倍、3倍、4倍或5倍或更高的第二子图像。然后，可以分析该第二子图像并且计算第三子图像的曝光参数。可以组合所有三个子图像以形成最终图像。
可替代地，如将在下面更详细地描述的，可以选择用于第一子图像的曝光剂量，使得由图像检测器接收的剂量低于预期目标值。例如，可以选择用于第一子图像的曝光剂量，使得由图像检测器接收的剂量可以是预期目标值的约三分之二或更低、或预期目标值的一半或更低、或预期目标值的三分之一或更低、或预期目标值的四分之一、五分之一或甚至十分之一，以便如果解剖结构具有的衰减远小于预期衰减，则避免过度曝光。
在一些实施例中，可以计算本体部分的衰减参数并且用于估计第一和/或后续曝光剂量。可以在治疗计划时段期间从例如通过CT扫描获取的3D数据集来计算本体部分的衰减参数。在最简单的形式中，例如，X射线束中仅一种类型材料，本体部分中的X射线衰减可以被表示为剂量(输出)＝剂量(输入)×e^((-1)×衰减参数×本体部分的厚度)。
在剂量水平低于默认剂量的本体部分上的第一曝光之后，可以读出并且处理由图像检测器捕获的信号，从而形成本体部分的第一子图像。如将在下面更详细地描述的，第一子图像可以用来估计用于获取第二子图像的曝光参数，其目的是由图像检测器接收的总剂量在获取第一子图像和第二子图像或后续子图像中达到预期目标值，并且因此提供良好质量的最终图像。
返回到图2，为了估计或计算用于产生用于获取第二子图像的曝光的X射线源的参数，确定第一子图像上的感兴趣区域(ROI)(步骤204)，并且计算第一子图像上的ROI的信号值(步骤206)。还可以设想，使用多个ROI来计算参数。如本文中所使用的，术语“感兴趣区域”或“ROI”是指在子图像上具有信号值的本体部分中的内容，包括但不限于肿瘤、恶性组织、健康组织、骨骼、器官或任何其它内容。
第一子图像上的感兴趣区域可以是具体解剖结构、器官、组织、肿瘤或其它恶性病变等。然而，第一子图像还可以含有没有或较少兴趣的其它区域，诸如空气、骨骼、植入物(金属)等。为了优化感兴趣区域上的图像质量，应当计算第一子图像上的ROI的信号值并且在估计用于第二子图像或后续子图像的曝光剂量中予以考虑，而诸如空气或植入物之类的其它区域的信号值在计算中应当排除在外。在计算中包括其它区域的信号值可能导致在估计用于后续子图像的曝光水平中的ROI值过高或过低。可替代地，可以实施算法以说明上文所提及的结构。
用于剂量估计的第一子图像上的感兴趣区域可以使用解剖学模板由用户进行定义。可替代地，可以基于第一子图像的内容使用算法来自动选择ROI。例如，算法可以通过例如排除空气或植入物搜索所期望的图像内容，并且基于第一子图像的内容来确定ROI。示例性算法可以使用直方图来找出相关像素值，但不包括非常低的像素值(例如，接近0的值)或非常高的像素值(通常对于空气)，并且取相关像素的平均值或中间值。美国专利号7,599,539为本受让人描述了用于检测、标识或者突出显示数字图像中的感兴趣区域的各种方法，所有这些文献的公开内容通过引用整体并入本文。
更复杂的算法(例如，可从Varian Medical Systems,Inc.in Palo Alto,CA获得的Varian Smart软件)可以用来自动分割图像中的某些区域或器官。如将在下文更详细地描述的，基于知识的自动轮廓界定或分割提供来自分割后的区域的信息，其可以在自动曝光控制算法中被进一步处理以提供用于获取待与第一子图像组合以形成图像质量最佳的最终图像的后续子图像的曝光参数。例如，可以使用Smart软件自动确定ROI和第一子图像上的ROI的信号值，并且信息可以导入到AEC算法用于计算用于获取后续子图像的曝光参数。
返回到图2，可以基于第一子图像(步骤210)上的ROI的信号值来计算用于产生用于获取本体部分的第二子图像的第二曝光的X射线源的参数。计算的目的是，所计算出的参数提供具有剂量水平的第二曝光，使得达到第二子图像上的ROI的信号值、并且第二子图像上的ROI的信号值和第一子图像上的ROI的信号值的总和不小于预期或预先确定的目标信号值。
预期目标值可以是用于图像检测器生成良好质量的图像的值。预期目标值可以由图像检测器的制造商预先确定。例如，可以通过图像检测器上的密集测试来确定或获得预期目标值。预期目标值还可以由用户通过修改由制造商提供的默认值来确定。
可以使用剂量估计算法进行计算用于产生用于获取第二子图像或后续子图像的曝光的参数。用于剂量估计算法的输入可以包括在产生用于获取第一子图像的第一曝光(kV、mA、ms)中的参数、在用于第一子图像的图像检测器上接收的信号值、和/或查找曝光表等。作为备选的或附加的源，标准腔室值可以用于剂量估计。
任何合适剂量估计算法可以用来计算用于第二子图像或随后子图像的曝光参数。原则上，图像检测器或信号值的响应与所接收到的辐射剂量成线性关系。因此，例如，如果第一子图像上的ROI的信号值被确定为例如预期目标值的20％，则第二子图像上的ROI的信号值可以是更高的4倍(+80％)。由X射线源产生的曝光的剂量通常与X射线源的参数mA和ms成线性关系。因此，通过确定第二子图像上的ROI的所期望的信号值，可以很容易地计算并且选择用于获取第二子图像的曝光参数mA和ms。
由X射线源产生的曝光的剂量通常与X射线源的参数kV成非线性关系。在期望调整kV参数以便达到预期目标剂量的情况下，可以在估计中使用查找表。例如，在多能量X射线成像中，可以使用低kV和一半的默认剂量来获取第一子图像。用于第二子图像的剂量然后可以基于第一子图像进行估计，但条件是第二子图像使用较高或较低kV值。然后可以使用本领域中已知的算法来处理这两个子图像。
返回到图2，所计算出的曝光参数(mA、ms和/或kV)可以被发送到X射线发生器用于准备获取第二子图像或后续子图像(步骤212)。可以根据新参数由X射线源发射X射线的曝光，并且获取第二子图像(步骤214)。本体部分的单个图像可以例如在逐像素的基础上通过组合第一子图像和第二子图像来形成。通过组合这两个子图像，来自第一曝光和第二曝光的所有剂量用于形成本体部分的图像并且没有浪费剂量。
为了加快所组合的曝光，图像检测器的读出参数可以在子图像的获取之间进行改变。例如，分辨率较低和/或放大较高的更快读出模式可以用于获取第一子图像。分辨率较高和/或增益较低的读出模式可以用于(多个)后续子图像。
在一些实施例中，确定所获取的第二子图像上的ROI的信号值，并且组合所获取的第二子图像和所获取的第一子图像上的ROI的信号值(步骤216)。然后，如步骤208所示，所组合的信号值与预期目标信号值相比较。如果所获取的第二子图像和第一子图像上的ROI的所组合的信号值不小于预期目标信号值，则所获取的第一子图像和第二子图像被逐像素地组合，以形成本体部分的图像。图像被发送到应用程序(步骤210)，并且完成该过程(步骤220)。如果所获取的第二子图像和第一子图像上的ROI的所组合的信号值小于预期目标信号值，则计算用于产生用于获取第三子图像的曝光的参数。用于计算用于获取第三子图像的参数的输入和过程与用于计算用于获取第二子图像的参数的那些类似，而不同的是所获取的第二子图像和第一子图像上的ROI的所组合的信号值用于计算第三子图像。用于计算的目的是，用于第三曝光的所计算的参数提供剂量水平，使得第三子图像上的ROI的信号值、以及所获取的第二子图像和第一子图像上的ROI的所组合的信号值的总和不小于预定目标信号值。第三子图像然后可以使用所计算出的曝光参数来获取，并且可以在逐像素的基础上通过组合所有子图像来形成本体部分的图像。可以重复这些步骤，直到所有的子图像上的ROI的所组合的信号值不小于预期目标值。
现在参照图3至图5，将对支持自动曝光控制的成像装置进行描述。图3是根据本公开的一些实施例的平板图像检测器300的示意表示。如图所示，图像检测器300可以包括辐射转换层302、检测器阵列304、驱动器控制组件306、和读出控制组件308。辐射转换层302可以被配置成将X射线光子转换成可见光。检测器阵列304可以将可见光转换成电信号、并且检测该电信号。驱动器控制组件306提供用于寻址由检测器阵列304生成的信号数据的控制信号。读出控制组件308提供用于读出信号数据的控制信号。在图3所示的示例性实施例中，检测器阵列304和读出控制组件308可以被安装在基板310的相对两侧上。例如，读出控制组件308的电子装置可以被放置在检测器阵列304下方，以使图像检测器300的横向尺寸最小化。驱动器控制组件306的电子装置还可以被放置在检测器阵列304下方、或者在检测器阵列304的一侧或两侧。外壳301可以把辐射转换层302、检测器阵列304、驱动器控制组件306和读出控制组件308围合在内部。
转换层302可以包括能够响应于X射线辐射生成可见光光子的闪烁体材料。这样，检测器阵列304可以包括能够响应于由闪烁体材料生成的可见光光子生成电信号的光敏元件。合适的闪烁体材料包括硫氧化钆(Gd2O2S:Tb)、钨酸镉(CdWO4)、锗酸铋(Bi4Ge3O12或BGO)、碘化铯(CsI)、碘化铯铊(CsI:Tl)、铊掺杂的碘化钠NaI(Tl)、或它们的任意组合。合适的光敏元件可以包括光电二极管、光栅、或光电晶体管等。在备选实施例中，转换层302可以包括可以将X射线光子直接转换成电荷(电子-空穴对)的光电导体材料。这样，检测器阵列304可以包括光电导体材料的任一侧上的电极，其用来收集由光电导体材料生成的电荷。合适的光电导体材料包括但不限于碘化汞(HgI2)、碘化铅(PbI2)、碘化铋(BiI3)、碲化镉锌(CdZnTe)、无定形硒(a-Se)等。
图4描绘了根据本公开的一些实施例的示例性平板检测器阵列304。图4所示的检测器阵列304提供具有自动曝光控制功能性。如图所示，示例性检测器阵列304可以包括大量(例如，数十万或百万)检测器像素312。大量检测器像素312可以布置在形成有源检测器区域的多个行和多个列中。在一些特定实施例中，每个检测器像素312可以包括诸如光电二极管之类的可寻址光敏元件、和诸如TFT或CMOS晶体管之类的开关晶体管。
检测器阵列304可以进一步包括多个地址线314和多个数据线316。多个地址线314的每个地址线可以将一行中的多个检测器像素312连接到驱动器控制组件306。多个数据线316的每个数据线可以将一列中的多个检测器像素312连接到读出控制组件308。驱动器控制组件306提供控制信号用于访问所选择的行的像素304。读出控制组件308提供控制信号用于读出来自像素312的信号。通过示例，当需要从检测器阵列304捕获图像信号时，来自驱动器控制组件306的控制信号驱动所选择的行的像素312中的开关元件(例如，TFT)的栅极，并且存储在所选择的行的像素312中的信号通过读出控制组件308读出。可以使用电子装置和本领域中的已知的技术通过模拟-数字转换器(ADC)缓存、放大并且转换来自所选择的像素312的信号。然后，所得的数字化数据信号可以被多路复用、缓存并且传送到图像处理器用于进一步处理。
仍参照图4，检测器阵列304可以包括若干个AEC像素320，其提供用于自动曝光控制的信号。在图4中，为了说明清楚起见，AEC像素320变灰并且非AEC像素被指示为具有白色背景。在图4所示的两个AEC像素用于说明。应该理解，本公开并不受此限制并且AEC像素的数目可以基于检测器阵列的应用和尺寸而有所不同。通过示例，平板检测器阵列304可以包括约0.001％至约0.2％的AEC像素、或约0.1％至约1％的AEC像素。在特定实施例中，平板检测器阵列304可以包括总共300万个检测器像素中的30至30000个AEC像素。应当指出，本文中所提供的特定值仅用于说明目的，而不旨在限制本公开的权利要求的范围。
AEC像素320可以以任何合适布置分布在检测器阵列304上方。例如，约1mm×1mm至约50mm×50mm的每个有源检测器区域可以含有AEC像素，或约2mm×2mm至约20mm×20mm的每个有源检测器区域可以含有AEC像素，或约5mm×5mm至约20mm×20mm的每个有源检测器区域可以含有AEC像素，或约10mm×10mm至约20mm×20mm的每个有源检测器区域可以含有AEC像素，或约15mm×15mm至约20mm×20mm的每个有源检测器区域可以含有AEC像素。在另一特定示例中，10000至20000个AEC像素、或者5000至10000个AEC像素、或2500至5000个AEC像素、或250至2500个AEC像素、或10至750个AEC像素可以分布在40cm×40cm的有源检测器区域上，其可以包括总共300万个检测器像素。应当指出，本文中所提供的特定值仅用于说明目的，而不旨在限制本公开的权利要求的范围。
AEC像素320具有的结构或尺寸可以与非AEC像素312基本上相同。可替代地，AEC像素320具有的结构或尺寸可以与非AEC像素312结构或尺寸不同。
仍然参照图4，每个AEC像素320可以是独立或单独可寻址的和/或可读取的。如图所示，AEC像素320的每个AEC像素可以通过专用地址线322连接到驱动器控制组件306、并且通过专用数据线路324连接到读出控制组件308。因此，AEC像素320的每个AEC像素可以通过驱动器控制组件306和读出控制组件308独立寻址或读出。可替代地，AEC像素320的每个AEC像素可以通过驱动器控制组件306和/或读出控制组件308单独寻址和/或读出，其独立于与寻址后的AEC像素320在相同行中的剩余非AEC像素312的寻址和读出。在一些实施例中，一行中的非AEC像素312可以通过单个地址线314连接到驱动器控制组件306。一列中的非AEC像素312可以通过单个数据线316连接到读出控制组件308。在一些其它实施例中，AEC像素可以连接到专用驱动器和读出电子电路。
在常规检测器阵列中，一行中的所有像素均经由相同地址线连接到阵列驱动器控制电路，并且一列中的所有像素均经由相同数据线连接到读出控制电路。在常规检测器阵列的操作中，在预先确定的时间周期或“行时间”内在单个地址线上确立用于一行像素的来自驱动器控制电路的控制信号。在确立控制信号期间，来自所选择的行中的每个像素的信号经由列数据线传送到其中每个数据线上的信号由对应的电荷敏感放大器接收并且缓存的读出控制电路。因此，在“行时间”周期中捕获整行的图像数据。随着每个后续行时间周期推移，后续行的图像数据被捕获。在“帧时间”周期结束时，整个图像被捕获。以这种方式，包含在整个有源检测区域中的像素逐行地被读出，每行一个行时间周期。由于信号是在逐行的基础上读出，所以使用常规检测器阵列来使用常规方法实时提供自动曝光控制是有问题的或不可能的。
按照本公开的某些实施例，如图4所示，若干个AEC像素320分布在检测器阵列304上。AEC像素320的每个AEC像素可以经由专用地址线322通过驱动器控制组件306独立或单独寻址，和/或经由专用数据线324通过读出控制组件308独立或单独读出。因此，来自AEC像素320的信号可以被连续读出、整合并且提供给X射线发生器用于曝光控制。一旦由AEC像素320测量的整合信号指示达到所期望的剂量水平，系统就可以生成控制信号以终止曝光光束。因为仅有限或少数AEC像素要被读出，所以AEC信号320的读出可以足够快。因为对高分辨率的要求低，所以可以设计并且构建用于AEC像素320的读出电子装置用于快速读出。可以在图像检测器电子装置或在图像获取电子装置中对读出电荷进行整合。
因为分布在检测器阵列304上方的AEC像素320可以被单独选择和/或读取，所以用于曝光控制的检测器阵列304的区域可以对应于正在被成像的受试者的感兴趣区域的尺寸、形状或数目来定义。用于AEC像素320的读出系统(包括驱动器控制306和读出控制308电子装置)可以被配置成或构造成允许用户单独选择AEC像素320，使得所选择的AEC像素定义形状和尺寸通常与正在被成像的受试者中的感兴趣区域(ROI)相对应的曝光控制区域。
图5描绘了根据本公开的一些实施例的提供具有自动曝光控制功能性的示例性平板检测器阵列304A。图5所示的检测器阵列304A在许多方面与图4所示的检测器阵列304类似。例如，检测器阵列304A可以包括大量(例如，数十万或百万)像素312，320，其布置在形成有源检测器区域的多个行和多个列中。检测器阵列304A可以包括多个地址线314，322和多个数据线316。多个地址线314，322的每个地址线可以将一行中的多个像素312，320连接到驱动器控制组件306。多个数据线316的每个数据线可以将一列中的多个像素312连接到读出控制组件308。检测器阵列304A还可以包括提供用于自动曝光控制的信号的若干个AEC像素320。在图5中，出于清楚说明起见，AEC像素320变灰并且非AEC像素312被指示为具有白色背景。在一些实施例中，AEC像素可以是被选择用于AEC信号计算的标准像素。除了固件改变之外，可能不需要特殊的检测器设计。
与图4相比较，图5所示的检测器阵列304A中的AEC像素320可以被布置在一行中。AEC像素320可以组成多个行的检测器阵列304的整个一行或多行检测器阵列。该行的AEC像素320可以经由专用地址线322连接到驱动器控制组件306。出于清楚说明和描述起见，仅一行的AEC像素在图5中示出。应当理解，本公开并不受此限制并且由AEC像素组成的行的数目可以基于检测器阵列304A的应用和尺寸而有所不同。通过示例，检测器阵列304A可以包括1至200行、或1至30行、或1至20行、或1至10行、或10至20行、或6至20行、或6至10行的AEC像素。
该行或多行AEC像素320可能在检测器阵列304A的制造中被专门设计用于自动曝光控制。可替代地，该行或多行AEC像素320可以在标准检测器阵列中由用户进行预先定义用于自动曝光控制。多行AEC像素320可以用来迅速并且实时测量X射线开启时间期间的检测器阵列304A上的所递送的剂量。可以在X射线曝光期间反复读出并且处理这些专用或预先定义的行，并且可以对剂量进行求和。因为多行AEC像素的分辨率精度要求比标准成像使用情况的分辨率精度要求更低，所以包括驱动器控制组件306和/或读出控制组件308在内的读出电子装置可以被设计并且构造成使得多行AEC像素的读出定时比多行非AEC像素的典型读出时间更快。AEC行的位置可以根据正在X射线检查的对象的解剖结构而有所不同。在一些实施例中，仅可以读出和处理感兴趣区域内部的多行AEC像素。感兴趣区域可以在解剖学模板中预先定义或者可以是用户可选择的。还有，还可以限定多个ROI和/或仅在AEC像素行的感兴趣部分中进行处理。
一旦达到由检测器阵列304A接收的所期望的剂量，如由AEC像素行测量的经整合的信号所指示的，系统就可以生成控制信号以终止X射线曝光。检测器阵列304A中的图像信号然后可以使用标准读出方案被读出。
在处理图像信号中，可以对由监测的行AEC像素接收的剂量进行求和，并且加到图像信号。这样，没有丢失剂量(或图像信息)。可替代地，监测的AEC行可以被视为缺陷线，并且使用像素缺陷修正算法进行校正。
在一些实施例中，标准检测器电子装置可以用来读出预先定义的AEC行，并且定时和行顺序可以适于该模式。能够大幅度缩短行读出定时，使得仅读出存储在像素中的信号的一小部分(例如，1时间常数)。这可以足够估计曝光水平。
已经对自动曝光控制方法和支持自动曝光控制的图像检测阵列进行了描述。本领域技术人员应当理解可以在本发明的精神和范围内做出各种其它修改。所有这些或其它变化和修改均得以被本发明人所设想到，并且在本发明的范围之内。

Claims (32)

1.一种获取X射线图像的方法，包括：
用由X射线源产生的X射线的第一曝光获取本体部分的第一子图像，其中，选择所述X射线源的参数使得所述X射线的第一曝光具有的剂量水平低于针对所述本体部分预先确定的默认剂量水平；
定义所述第一子图像上的感兴趣区域(ROI)；
确定所述第一子图像上的所述ROI的信号值；
计算用于产生用于获取所述本体部分的第二子图像的X射线的第二曝光的所述X射线源的参数，其中，所述计算基于所述第一子图像上的所述ROI的至少所述信号值，其目的是所计算的参数提供所述第二曝光具有的剂量水平使得达到所述第二子图像上的所述ROI的信号值、并且所述第二子图像上的所述ROI的所述信号值和所获取的第一子图像上的所述ROI的所述信号值的总和不小于预先确定的目标信号值；和
使用所计算出的参数用由所述X射线源产生的X射线的第二曝光来获取所述本体部分的第二子图像。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：逐像素地组合所获取的第一子图像和第二子图像，以形成所述本体部分的图像。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：确定所获取的第二子图像上的所述ROI的信号值，组合所获取的第二子图像上的所述ROI的所述信号值和所获取的第一子图像上的所述ROI的所述信号值，并且比较所获取的第二子图像与第一子图像上的所述ROI的所组合的信号值与所述预先确定的目标信号值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，如果所获取的第二子图像和第一子图像上的所述ROI的所组合的信号值不小于所述预先确定的目标信号值，则所述方法还包括：逐像素地组合所述获取的第一子图像和第二子图像以形成所述本体部分的图像。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，如果所获取的第二子图像和第一子图像上的所述ROI的所组合的信号值小于所述预先确定的目标信号值，则所述方法还包括：计算用于产生用于获取所述本体部分的第三子图像的X射线的第三曝光的所述X射线源的参数，其中，所述计算用于产生X射线的第三曝光的参数至少基于所获取的第二子图像和第一子图像上的所述ROI的所组合的信号值，其目的是用于产生所述X射线的第三曝光的所计算的参数提供剂量水平，使得达到所述第三子图像上的所述ROI的信号值、并且所述第三子图像上的所述ROI的所述信号值和所获取的第二子图像和第一子图像上的所述ROI的所组合的信号值的总和不小于所述预先确定的目标信号值，并且使用所计算的参数用由所述X射线源产生的X射线的第三曝光获取所述本体部分的第三子图像。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：用于计算用于产生用于获取一个或多个后续子图像的一个或多个后续曝光的所述X射线源的参数的迭代步骤，其目的是所获取的第一子图像、第二子图像、第三子图像和一个或多个后续子图像上的所述ROI的所组合的信号值不小于所述预先确定的目标信号值。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获取所述第一子图像包括：选择所述X射线源的参数以产生剂量水平不大于针对所述本体部分预先确定的所述默认剂量水平的二十分之一至四分之三的所述X射线的第一曝光。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用预先获取的所述本体部分的3D数据集来确定所述本体部分的衰减参数，并且部分基于所述本体部分的所述衰减参数来选择用于产生所述第一曝光的所述X射线源的所述参数，使得所述第一子图像上的所述ROI的所述信号值不大于所述预先确定的目标信号值的约1％至100％。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述第一子图像上的内容被自动定义所述第一子图像上的所述感兴趣区域。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获取所述第一子图像和所述获取所述第二子图像包括：使用读出电路来读出图像信号，其中，所述读出电路用于所述第一子图像的信号的读出模式比所述读出电路用于所述第二子图像的信号的读出模式更快。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述计算所述X射线源的参数包括：计算所述X射线源的mA、mAs和/或kV。
12.一种装置，包括支持自动曝光控制(AEC)的检测器阵列，所述检测器阵列包括：
多个检测器像素，响应于X射线光子生成电信号，所述多个检测器像素被布置在定义有源检测器区域的多个行和多个列中；
多个地址线，提供控制信号以寻址所述多个检测器像素；和
多个数据线，用于读出所述多个检测器像素；其中，
所述检测器像素包括AEC像素，所述AEC像素中的每个AEC像素能够通过所述多个地址线中的一个地址线独立寻址和/或能够通过所述多条数据线中的一个数据线独立读取。
13.根据权利要求12所述的装置，还包括：专用于寻址所述AEC像素的寻址电路、以及专用于读出所述AEC像素的读出电路。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，1至30000个AEC像素被分布在约40cm×40cm的所述有源检测器区域中。
15.根据权利要求12所述的装置，其中，约0.001％至约1％的所述检测器像素是AEC像素。
16.根据权利要求12所述的装置，其中，所述AEC像素是独立可寻址的以共同定义与待成像的本体部分中的感兴趣区域的尺寸和/或形状接近的尺寸和/形状。
17.根据权利要求12所述的装置，其中，
通过第一电路来寻址和/或读出所述AEC像素，并且通过与所述第一电路不同的第二电路来寻址和/或读出非AEC像素。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，与寻址和/读出来自所述非AEC像素的信号的所述第二电路相比，所述第一电路更快地寻址和/或读出来自所述AEC像素的信号。
19.根据权利要求12所述的装置，其中，所述AEC像素具有的结构或尺寸与非AEC像素的结构或尺寸基本上相同。
20.根据权利要求12所述的装置，其中，所述AEC像素具有的结构和尺寸与非AEC像素的结构或尺寸基本上不同。
21.一种装置，包括支持自动曝光控制(AEC)的检测器阵列，所述检测器阵列包括：
多个检测器像素，响应于X射线光子生成电信号，所述多个检测器像素被布置在定义有源检测器区域的多个行和多个列中；
多个地址线，提供控制信号以寻址所述多个检测器像素；和
多个数据线，用于读出所述多个检测器像素；其中，
所述检测器像素包括AEC像素，所述AEC像素组成所述多个行的检测器像素的一整行或多个整行的检测器像素。
22.根据权利要求21所述的装置，还包括：专用于寻址所述AEC像素的寻址电路、以及专用于读出所述AEC像素的读出电路。
23.根据权利要求21所述的装置，其中，所述AEC像素组成所述多个行的所述检测器像素的1至200个整行的检测器像素。
24.根据权利要求21所述的装置，其中：
通过第一电路来寻址和/或读出所述一行或多行的AEC像素，和
通过与所述第一电路不同的第二电路来寻址和/或读出剩余行的所述检测器像素。
25.根据权利要求24所述的装置，其中，与寻址和/读出来自剩余行的所述检测器像素的信号的所述第二电路相比，所述第一电路更快地寻址和/或读出来自所述一行或多行的AEC像素的信号。
26.根据权利要求21所述的装置，还包括寻址所述一行或多行的AEC像素和剩余行的所述检测器像素两者的寻址电路、以及读出所述一行或多行AEC像素和剩余行的所述检测器像素两者的读出电路。
27.一种辐射方法，包括：
将受试者定位在X射线源和图像检测器之间，其中，所述图像检测器包括检测器阵列，所述检测器阵列包括：
多个检测器像素，响应于X射线光子生成电信号，所述多个检测器像素被布置在定义有源检测器区域的多个行和多个列中；
多个地址线，提供控制信号以寻址所述多个检测器像素；和
多个数据线，用于读出所述多个检测器像素；
从所述X射线源向所述受试者发射X射线的曝光；
从所选择的检测器像素中读出信号，同时开启所述X射线的曝光；
对来自所选择的检测器像素的所述信号进行整合；
当被整合的信号达到预期目标值时，终止所述X射线的曝光。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所选择的检测器的像素共同近似于感兴趣区域的形状。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所选择的检测器像素能够通过专用的寻址电路独立寻址，并且能够通过专用的读出电路独立读取。
30.根据权利要求27所述的方法，其中，所选择的检测器像素组成所述检测器的一整行或多个整行、或所述检测器的一整行或多个整行的一部分。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所选择的检测器像素能够通过专用的寻址电路独立寻址，并且能够通过专用的读出电路独立读取。
32.根据权利要求27所述的方法，还包括：使用来自所选择的检测器像素的信号和来自剩余检测器像素的信号来形成所述受试者的图像。
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