CN108172659A - 平板探测器及其残影数据表的生成方法、残影补偿校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种平板探测器图像残影的补偿校正方法，包括步骤：生成残影数据表，并存储于平板探测器或探测器软件中；获取当前亮场图像和暗场图像；将暗场图像中每个像素的残影信号与残影数据表相对应，找出每个像素的残影信号在残影数据表中对应的残影值和残影值对应的时刻；以残影值对应的时刻加上当前亮场图像与暗场图像采集的时间间隔为新的时刻，在残影数据表中找出新的时刻对应的残影值，生成当前图像评估的残影模板矩阵；用当前亮场图像减去残影模板矩阵进行残影补偿校正。本发明的平板探测器图像残影的补偿校正方法可用于解决复杂的残影问题；适用范围广，不仅适用于非晶硅探测器，还适用于非晶硒、CMOS等其它半导体探测器。
Description
技术领域
本发明涉及X射线平板探测器技术领域，特别是涉及一种平板探测器及其残影数据表的生成方法、残影补偿校正方法。
背景技术
探测器是一种用于放射成像的影像设备，其结构组成由闪烁体、薄膜晶体管(TFT)感光面板、信号读取及传输电路和机械结构组成。目前在临床上主要应用于放射诊断成像。平板探测器的成像原理：X射线透过被检物体后入射到探测器表面，闪烁体将X射线转换为可见光，TFT感光阵列吸收可见光并转换为光电荷，通过TFT开关阵列及积分运放电路将光电荷转换为电平信号，由AD模块转换为数字信号并传输至上位机实现数字图像显示。
平板探测器内部像素结构如图1所示。其内部是一个像素矩阵M×N，这里M，N为整数。每个像素单元包含一个光电二极管1、电荷存储电容以及薄膜晶体管2。其中，Vcom为公共电极的电位。当探测器接到来自软件的曝光指令，探测器先做一些准备工作，将光电二极管1和薄膜晶体管2中的残留电荷清掉。然后关闭薄膜晶体管2准备接收曝光。曝光结束后，通过扫描驱动电路3和扫描线4控制逐行打开薄膜晶体管2，光电二极管1产生的光电荷通过数据线5流到外部电路，并由读出电路6完成一行数据读出。
由半导体制程和材料的特性决定，当大剂量曝光后，前一次图像的信号会残留在后续的图像中。这些残留的信号在无曝光下的暗场图像上的表现称之为lag(残/伪影)，在曝光下的亮场图像上的表现称之为ghost(鬼影)。这些残留信号若不经过校正就会导致图像伪影，从而影响临床诊断。
当探测器表面放了物体后，X射线照射后，其会导致TTF面板呈现不一样的lag分布，lag的残余与剂量相关，剂量越大其lag残余的量越大。下面以钨片图像作示例说明,如图2，钨片的尺寸140mm×70mm×1mm(长×宽×高)，其中叠加了3种位置下的状态，其中0度位置为第一次曝光，曝光剂量为饱和剂量；间隔一定时间，将钨片顺时针旋转45度到45度位置进行第2次曝光，曝光剂量为饱和剂量；间隔一定时间，将钨片再顺时针旋转45度到90度位置进行第三次曝光，曝光剂量为非饱和剂量。其中a区域为三个位置下的钨片共同重叠区域，由于钨片对射线的衰减系数很大，a区域可认为是没有受X射线曝光的的纯暗场区域，b区域为叠加第1，2次的曝光信号的lag区域，c区域为第1次曝光信号残留下来的lag区域，d区域为第2次曝光信号残留下来的lag区域。因此对于90度位置钨片内区域的存在复杂的残影，如图3所示。图4为用现有技术处理残影后的效果图，可见，对于这类复杂的残影，通过现有的方法还不能完全校正消除。
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平板探测器及其残影数据表的生成方法、残影补偿校正方法，用于解决现有技术中仅用一个系数补充残影的方法不能有效消除复杂的残影问题。
为实现上述目的，本发明采用以下方案：一种残影数据表的生成方法，生成残影数据表的步骤至少包括：在无X射线曝光的情况下采集n张暗场图像，其中，n为不小于4的正整数；将所述暗场图像进行相加并求均值后得到暗场校正模板，用于校正图像的本底暗电流噪声；在设定剂量下对平板探测器进行曝光，并采集当前信号，其中，所述设定剂量满足条件：使平板探测器的读出电路和光电二极管均达到饱和状态；选取多个时间点t1，t2，…tn，在各时间点分别进行暗场图像采集，其中，暗场图像对应表示为：Dt1，Dt2，…Dtn；计算残影值，满足条件：lagtn＝Dtn-offset，其中，lagtn为tn时间对应的残影值，offset为暗场校正模板；将(lagt1，lagt2，…lagtn)与(t1，t2，…tn)进行拟合得到拟合函数f(t)；根据拟合函数f(t)按照设定时间间隔Δt进行插值，以生成残影数据表。
于本发明一实施方式中，所述拟合函数f(t)的横坐标为时间，所述拟合函数f(t)的纵坐标为暗场图像残影值。
本发明还提供一种平板探测器图像残影的补偿校正方法，所述残影补偿校正方法至少包括以下步骤：生成残影数据表，并存储于平板探测器或探测器软件中；获取当前亮场图像和暗场图像；将暗场图像中每个像素的残影信号与残影数据表相对应，找出每个像素的残影信号在残影数据表中对应的残影值和所述残影值对应的时刻；以所述残影值对应的时刻加上当前亮场图像与暗场图像采集的时间间隔为新的时刻，在残影数据表中找出所述新的时刻对应的残影值，生成当前图像评估的残影模板矩阵；用当前亮场图像减去残影模板矩阵进行残影补偿校正。
于本发明一实施方式中，获取当前亮场图像和暗场图像的步骤至少包括：平板探测器曝光；采集亮场图像；采集暗场图像；所述亮场图像含有当前曝光信号和之前曝光残留的信号，所述暗场图像包括当前曝光与之前曝光残留的信息。
于本发明一实施方式中，所述亮场图像在所述暗场图像之前采集，则查询暗场图像中每个像素的残影信号与残影数据表相对应的位置时，查表方式为从残影数据表后端向前端查找。
于本发明一实施方式中，获取当前亮场图像和暗场图像的步骤至少包括：采集暗场图像，其中，所述暗场图像包含之前曝光残留的信号，采集暗场图像的时间为当前曝光与紧邻的上一次曝光之间的任意时刻；平板探测器曝光；采集亮场图像，其中，所述亮场图像包含当前曝光信号和之前曝光残留的信号。
于本发明一实施方式中，所述亮场图像在所述暗场图像之后采集，则查询暗场图像中每个像素的残影信号与残影数据表相对应的位置时，查表方式为从残影数据表前端向后端查找。
本发明还提供一种平板探测器，所述平板探测器包括：图像采集模块，适于采集亮场图像及暗场图像；图像处理模块，与所述图像采集模块相连接，适于对采集的暗场图像进行本底校正、计算残影值，并根据所述残影值进行曲线拟合，生成残影数据表；图像存储模块，适于存储采集的亮场图像和暗场图像、残影数据表以及图像残影模板矩阵；图像显示模块，与所述图像处理模块相连接，适于显示所述图像处理模块处理后的最终的图像。
于本发明一实施方式中，所述图像采集模块包括：闪烁体及TFT面板以及PCB电路，所述闪烁体、所述TFT面板以及所述PCB电路依次相连接。
于本发明一实施方式中，所述图像处理模块包括：基本校正单元，与所述图像采集模块相连接，适于对采集的原始亮场图像及原始暗场图像进行本底校正、增益校正及坏点/坏线校正；图像残影补偿校正单元，与所述基本校正单元相连接，适于将基本校正后的原始暗场图像与残影数据表中数值相对应，以获得图像评估的残影模板矩阵，并用基本校正后的当前亮场图像减去残影模板矩阵进行图像残影补偿校正。
于本发明一实施方式中，所述平板探测器还包括系统控制模块，所述系统控制模块与所述图像采集模块、所述图像处理模块及所述图像显示模块相连接，适于实现对所述图像采集模块、所述图像处理模块及所述图像显示模块的控制。
如上所述，本发明的平板探测器图像残影的补偿校正方法及平板探测器，具有以下有益效果：
1、通过当前的残影图像和预测定好的残影数据表进行计算得到所需的任何时刻下的残影模板矩阵，通过所述残影模板矩阵可以对上一次曝光、上上一次曝光以及所有之前曝光留下的残影进行补偿，弥补了现有技术中仅简单的用一个系数来补充残影方法的缺陷；
2、本发明的平板探测器图像残影的补偿校正方法可用于解决复杂的残影问题；
3、本方法不仅适用于非晶硅探测器，还适用于非晶硒、CMOS等其它半导体探测器，适用范围广。
附图说明
图1为探测器内部结构原理示意图。
图2为钨片在三种倾斜角(0°、45°和90°)状态下曝光后钨片区域内残影的分布示意图。
图3为图2中三种倾斜角状态下钨片上的形成的残影叠加效果图。
图4为用现有技术处理残影后的效果图。
图5为本发明于实施例一中生成残影数据表的流程图。
图6为本发明于实施例二中图像残影补偿校正方法的流程图。
图7为本发明于实施例二中获取当前亮场图像和暗场图像的流程图。
图8为本发明于实施例三中获取当前亮场图像和暗场图像的流程图。
元件标号说明
1 光电二极管
2 薄膜晶体管
3 扫描驱动电路
4 扫描线
5 数据线
6 读出电路
Vcom 公共电极电位
S1～S7 步骤
S1’～S5’ 步骤
S21’～S23’ 步骤
S21”～S23” 步骤
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。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下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，虽图示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。
本发明主要研究一种平板探测器图像残影的补偿校正方法，可有效地消除残影，从而使图像满足临床要求。本方法不仅适用于非晶硅探测器，还适用于非晶硒、CMOS等其它半导体探测器。
实施例一
请参阅图5，本发明提供一种残影数据表的生成方法，步骤至少包括以下：
S1、在无X射线曝光的情况下采集n张暗场图像，其中，n≥4，且n为正整数；
S2、将所述暗场图像进行相加并求均值后得到暗场校正模板，用于校正图像的本底暗电流噪声；
S3、在设定剂量下对平板探测器进行曝光，并采集当前信号，其中，所述设定剂量满足条件：使平板探测器的读出电路和光电二极管均达到饱和状态；
S4、选取多个时间点t1，t2，…tn分别进行暗场图像采集，其中，暗场图像对应表示为：Dt1，Dt2，…Dtn；
S5、计算残影值，满足条件：lagtn＝Dtn-offset，其中，lagtn为tn时间对应的残影值，offset为暗场校正模板；
S6、将(lagt1，lagt2，…lagtn)与(t1，t2，…tn)进行拟合得到函数f(t)，所述拟合函数f(t)的横坐标为时间，所述拟合函数f(t)的纵坐标为暗场图像残影值。
S7、根据拟合函数f(t)按照时间间隔Δt进行插值，以生成残影数据表。
残影数据表是一种记录残影的离散数据表，离散间隔为Δt。需要选取合适的离散时间间隔Δt，不易过大也不宜过小，Δt越小，残影数据表越接近残影函数f(t)，其校正效果越好，当然带来的计算量也会越大，运算时间增长。
实施例二
请参阅图6，本发明还提供一种平板探测器图像残影的补偿校正方法，所述残影补偿校正方法至少包括以下步骤：
S1’、生成残影数据表，并存储于平板探测器或探测器软件中；
S2’、获取当前亮场图像和暗场图像；
S3’、将暗场图像中每个像素的残影信号与残影数据表相对应，找出每个像素的残影信号在残影数据表中对应的残影值和所述残影值对应的时刻；
S4’、以所述残影值对应的时刻加上当前亮场图像与暗场图像采集的时间间隔为新的时刻，在残影数据表中找出所述新的时刻对应的残影值，生成当前图像评估的残影模板矩阵；
S5’、用当前亮场图像减去得到的残影模板矩阵，完成残影补偿校正。
作为示例，所述探测器软件为SDK(Software Development Kit，软件开发工具包)。
请参阅图7，在该实施例中，获取当前亮场图像和暗场图像的步骤至少包括：
S21’、平板探测器曝光；
S22’、采集亮场图像；
S23’、采集暗场图像；
所述亮场图像含有当前曝光信号和之前曝光残留的信号，所述暗场图像包括当前曝光与之前曝光残留的信息。
由于所述亮场图像在所述暗场图像之前采集，所以，在查询暗场图像中每个像素的残影信号与残影数据表相对应的位置时，查表方式为从残影数据表后端向前端查找。
实施例三
请参阅图8，该实施例与实施例二的区别在于，获取当前亮场图像和暗场图像的步骤至少包括以下：
S21”、采集暗场图像，其中，所述暗场图像包含之前曝光残留的信号，采集暗场图像的时间为当前曝光与紧邻的上一次曝光之间的任意时刻；
S22”、平板探测器曝光；
S23”、采集亮场图像，其中，所述亮场图像包含当前曝光信号和之前曝光残留的信号。
需要注意的是，在该实施例中，由于所述亮场图像在所述暗场图像之后采集，所以查询暗场图像中每个像素的残影信号与残影数据表相对应的位置时，查表方式为从残影数据表前端向后端查找。
在该实施例中，生成残影数据表的步骤与实施例相同，在此不再赘述。
实施例四
本发明还提供一种平板探测器，所述平板探测器包括：图像采集模块，适于采集亮场图像及暗场图像；图像处理模块，与所述图像采集模块相连接，适于对采集的暗场图像进行本底校正、计算残影值，并根据所述残影值进行曲线拟合，生成残影离散数据表；图像存储模块，适于存储采集的亮场图像和暗场图像、残影数据以及图像残影模板矩阵；图像显示模块，与所述图像处理模块相连接，适于显示所述图像处理模块处理后的最终的图像。
在该实施例中，所述图像采集模块包括：闪烁体及TFT面板以及PCB电路，所述闪烁体、所述TFT面板以及所述PCB电路依次相连接。
在该实施例中，所述图像处理模块包括：基本校正单元，与所述图像采集模块相连接，适于对采集的原始亮场图像及暗场图像进行本底校正、增益校正及坏点/坏线校正；图像残影补偿校正单元，与所述基本校正单元相连接，适于将经本底校正后的原始暗场图像与残影数据表中数值相对应，以获得图像评估的残影模板矩阵，并用经本底校正后的当前亮场图像减去残影模板矩阵进行图像残影补偿校正。
作为示例，所述平板探测器还包括系统控制模块，所述系统控制模块与所述图像采集模块、所述图像处理模块及所述图像显示模块相连接，适于实现对所述图像采集模块、所述图像处理模块及所述图像显示模块的控制。
综上所述，本发明的平板探测器图像残影的补偿校正方法及平板探测器，通过当前的残影图像和预测定好的残影数据表进行计算得到所需的任何时刻下的残影模板矩阵，通过所述残影模板矩阵可以对上一次曝光、上上一次曝光以及所有之前曝光留下的残影进行补偿，弥补了现有技术中仅简单地用一个系数来补充残影的方法的缺陷；本发明的平板探测器图像残影的补偿校正方法可用于解决复杂的伪影问题；本方法不仅适用于非晶硅探测器，还适用于非晶硒、CMOS等其它半导体探测器，适用范围广。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 (11)
1.一种残影数据表的生成方法，其特征在于，生成残影数据表的步骤至少包括：
在无X射线曝光的情况下采集n张暗场图像，其中，n为不小于4的正整数；
将所述暗场图像进行相加并求均值后得到暗场校正模板，用于校正图像的本底暗电流噪声；
在设定剂量下对平板探测器进行曝光，并采集当前信号，其中，所述设定剂量满足条件：使平板探测器的读出电路和光电二极管均达到饱和状态；
选取多个时间点t1，t2，…tn，在各时间点分别进行暗场图像采集，其中，暗场图像对应表示为：Dt1，Dt2，…Dtn；
计算残影值，满足条件：lagtn＝Dtn-offset，其中，lagtn为tn时间对应的残影值，offset为暗场校正模板；
将(lagt1，lagt2，…lagtn)与(t1，t2，…tn)进行拟合得到拟合函数f(t)；
根据拟合函数f(t)按照设定时间间隔Δt进行插值，以生成残影数据表。
2.根据权利要求1所述的残影数据表的生成方法，其特征在于，所述拟合函数f(t)的横坐标为时间，所述拟合函数f(t)的纵坐标为暗场图像残影值。
3.一种平板探测器图像残影的补偿校正方法，其特征在于，所述残影补偿校正方法至少包括以下步骤：
生成残影数据表，并存储于平板探测器或探测器软件中；
获取当前亮场图像和暗场图像；
将暗场图像中每个像素的残影信号与残影数据表相对应，找出每个像素的残影信号在残影数据表中对应的残影值和所述残影值对应的时刻；
以所述残影值对应的时刻加上当前亮场图像与暗场图像采集的时间间隔为新的时刻，在残影数据表中找出所述新的时刻对应的残影值，生成当前图像评估的残影模板矩阵；
用当前亮场图像减去残影模板矩阵进行残影补偿校正。
4.根据权利要求3所述的平板探测器图像残影的补偿校正方法，其特征在于，获取当前亮场图像和暗场图像的步骤至少包括：
平板探测器曝光；
采集亮场图像；
采集暗场图像；
所述亮场图像含有当前曝光信号和之前曝光残留的信号，所述暗场图像包括当前曝光与之前曝光残留的信息。
5.根据权利要求4所述的平板探测器图像残影的补偿校正方法，其特征在于，所述亮场图像在所述暗场图像之前采集，则查询暗场图像中每个像素的残影信号与残影数据表相对应的位置时，查表方式为从残影数据表后端向前端查找。
6.根据权利要求3所述的平板探测器图像残影的补偿校正方法，其特征在于，获取当前亮场图像和暗场图像的步骤至少包括：
采集暗场图像，其中，所述暗场图像包含之前曝光残留的信号，采集暗场图像的时间为当前曝光与紧邻的上一次曝光之间的任意时刻；
平板探测器曝光；
采集亮场图像，其中，所述亮场图像包含当前曝光信号和之前曝光残留的信号。
7.根据权利要求6所述的平板探测器图像残影的补偿校正方法，其特征在于，所述亮场图像在所述暗场图像之后采集，则查询暗场图像中每个像素的残影信号与残影数据表相对应的位置时，查表方式为从残影数据表前端向后端查找。
8.一种平板探测器，其特征在于，所述平板探测器包括：
图像采集模块，适于采集亮场图像及暗场图像；
图像处理模块，与所述图像采集模块相连接，适于对采集的暗场图像进行本底校正、计算残影值，并根据所述残影值进行曲线拟合，生成残影数据表；
图像存储模块，适于存储采集的亮场图像和暗场图像、残影数据表以及图像残影模板矩阵；
图像显示模块，与所述图像处理模块相连接，适于显示所述图像处理模块处理后的最终的图像。
9.根据权利要求8所述的平板探测器，其特征在于，所述图像采集模块包括：闪烁体及TFT面板以及PCB电路，所述闪烁体、所述TFT面板以及所述PCB电路依次相连接。
10.根据权利要求8所述的平板探测器，其特征在于，所述图像处理模块包括：
基本校正单元，与所述图像采集模块相连接，适于对采集的原始亮场图像及原始暗场图像进行本底校正、增益校正及坏点/坏线校正；
图像残影补偿校正单元，与所述基本校正单元相连接，适于将经本底校正后的原始暗场图像与残影数据表中数值相对应，以获得图像评估的残影模板矩阵，并用经本底校正后的当前亮场图像减去残影模板矩阵进行图像残影补偿校正。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的平板探测器，其特征在于，所述平板探测器还包括系统控制模块，所述系统控制模块与所述图像采集模块、所述图像处理模块及所述图像显示模块相连接，适于实现对所述图像采集模块、所述图像处理模块及所述图像显示模块的控制。
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