CN110268706B - 放射线成像装置和放射线成像方法 - Google Patents

放射线成像装置和放射线成像方法 Download PDF

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Abstract

一种放射线成像装置，设置有：包括像素阵列的成像单元，其中像素阵列具有多个像素；以及用于处理来自成像单元的信号的信号处理单元。该多个像素中的每个像素包括用于将放射线转换成电信号的转换元件以及用于将转换元件复位的复位单元。信号处理单元基于与在第一时段中通过该多个像素中的每个转换单元的转换而获得的电信号对应的第一图像以及与在第二时段中通过该多个像素中的每个转换元件的转换而获得的电信号对应的第二图像来生成放射线图像，其中第二时段在第一时段的开始之后开始并在第一时段的结束之前结束。在该多个像素中的每个像素中，转换元件在第一时段中不由复位单元复位。

Description

放射线成像装置和放射线成像方法
技术领域
本发明涉及放射线成像装置和放射线成像方法。
背景技术
存在一种能量减影(energy subtraction)方法作为应用放射线成像装置的成像方法。能量减影方法是通过处理通过在改变用于照射对象的放射线的能量的同时多次捕获对象而获得的多个图像来获得新图像(例如，骨骼图像和软组织图像)的方法。捕获多个放射线图像的时间间隔例如在用于捕获静止图像的放射线成像装置中为几秒或更多，在用于移动图像的一般放射线成像装置中为约100毫秒，并且甚至在用于高速移动图像的放射线成像装置中为大约10毫秒。如果对象在该时间间隔内移动，那么由该移动造成伪影。因此，通过能量减影方法难以获得快速移动的对象(诸如心脏)的放射线图像。
PTL 1描述了执行双能量成像的系统。在这个系统中，X射线源的管电压被设定为第一kV值，并且然后在成像中被改变为第二kV值。然后，当管电压是第一kV值时，对与第一子图像对应的第一信号进行积分，并且在将积分信号传送到采样和保持节点之后重置积分。随后，当管电压是第二kV值时，对与第二子图像对应的第二信号进行积分。因此，并行地执行经积分的第一信号的读出和第二信号的积分。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本专利公开No.2009-504221
发明内容
技术问题
PTL 1中描述的方法并行地执行经积分的第一信号的读出和第二信号的积分，使得可以将捕获用于能量减影方法的两个图像的时间间隔缩短。但是，在PTL 1中描述的方法中，在与第一子图像对应的第一信号的积分和传送之后存在复位操作，以便获得两个放射线图像(第一子图像和第二子图像)。当放射线照射时间缩短到大约1毫秒以抑制对象移动的影响时，即使可以在0.1毫秒内完成复位操作，对象也会被放射线浪费地照射放射线照射时间的10％的时间。
本发明是响应于上述问题认识而作出的，并且目的在于提供一种有利于减少对于成像无贡献的放射线照射并在更短的时间内获得放射线图像的技术。
技术方案
本发明的一个方面涉及一种放射线成像装置，包括：包括像素阵列的成像单元，其中像素阵列包括多个像素；以及被配置为处理来自成像单元的信号的信号处理单元，其中，该多个像素中的每个像素包括被配置为将放射线转换成电信号的转换元件以及被配置为将转换元件复位的复位单元；信号处理单元基于与在第一时段中由该多个像素中的每个像素的转换单元转换的电信号对应的第一图像以及与在第二时段中由该多个像素中的每个像素的转换元件转换的电信号对应的第二图像来生成放射线图像，其中第二时段在第一时段的开始之后开始并在第一时段的结束之前结束；并且在该多个像素中的每个像素中，转换元件在第一时段中不被复位单元复位。
有益效果
本发明提供了一种有利于在减少对成像无贡献的放射线照射的同时在较短时间内获得能量减影方法的放射线图像的技术。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的放射线成像装置的布置的图；
图2是示出成像单元的布置的示例的视图；
图3是示出一个像素的布置的示例的电路图；
图4是示出扩展模式1下放射线成像装置的操作的示例的时序图；
图5A是用于解释放射线图像的帧之间的变化的曲线图；
图5B是用于解释放射线图像的帧之间的变化的曲线图；
图6A是用于解释减小放射线图像的帧之间的变化的效果的曲线图；
图6B是用于解释减小放射线图像的帧之间的变化的效果的曲线图；
图7是示出扩展模式2下放射线成像装置的操作的示例的时序图；
图8是示出扩展模式3下放射线成像装置的操作的示例的时序图；
图9A是用于解释减小放射线图像的帧之间的变化的效果的曲线图；以及
图9B是用于解释减小放射线图像的帧之间的变化的效果的曲线图。
具体实施方式
下面将参考附图解释本发明的优选实施例。
图1示出了根据本发明的实施例的放射线成像装置1的布置。放射线成像装置1可以包括：包括像素阵列110的成像单元100，像素阵列110包括多个像素；以及处理来自成像单元100的信号的信号处理单元352。成像单元100可以具有例如面板形状。如图1所例示的，信号处理单元352可以布置为控制装置350的一部分，结合在与成像单元100相同的壳体中，或者结合在与成像单元100和控制装置350的壳体不同的壳体中。放射线成像装置1是用于通过能量减影方法获得放射线图像的装置。能量减影方法是通过处理通过在改变用于照射对象的放射线的能量的同时多次捕获对象而获得的多个图像来获得新的放射线图像(例如，骨骼图像和软组织图像)的方法。除了X射线之外，术语“放射线”还可以包括例如α射线、β射线、γ射线、粒子射线和宇宙射线。
放射线成像装置1可以包括生成放射线的放射线源400、控制放射线源400的曝光控制装置300以及控制曝光控制装置300(放射线源400)和成像单元100的控制装置350。控制装置350可以包括信号处理单元352，该信号处理单元352处理从上述成像单元100供应的信号。控制装置350的全部或一些功能可以结合在成像单元100中。可替代地，成像单元100的一些功能可以结合在控制装置350中。控制装置350可以由计算机(处理器)和存储为计算机提供的程序的存储器形成。信号处理单元352可以由一些程序制成。可替代地，信号处理单元352可以由计算机(处理器)和存储为计算机提供的程序的存储器制成。控制装置350可以完全或部分地由DSP(数字信号处理器)或PLA(可编程逻辑阵列)形成。控制装置350和信号处理单元352可以由逻辑综合工具基于描述其操作的文件来设计和制造。
曝光控制装置300可以包括例如曝光开关，并且响应于曝光开关接通的事实，使放射线源400发射放射线并且向控制装置350通知指示放射线发射的定时的信息。可替代地，曝光控制装置300根据来自控制装置350的命令使放射线源400发射放射线。
可以从放射线源400发射在放射线的连续放射时段中能量(波长)改变的放射线。通过使用这样的放射线，以两种不同的能量获得放射线图像，并且通过能量减影方法处理这些放射线图像，从而获得新的放射线图像。
可替代地，放射线源400可以具有改变放射线能量(波长)的功能。放射线源400可以具有通过改变例如管电压(施加在放射线源400的阴极和阳极之间的电压)来改变放射线能量的功能。
形成成像单元100的像素阵列110的多个像素中的每一个包括将放射线转换成电信号(例如，电荷)的转换单元和使转换单元复位的复位单元。每个像素可以被配置为将放射线直接转换成电信号，或者可以被配置为将放射线转换成诸如可见光之类的光，然后将光转换成电信号。在后一种情况下，可以使用用于将放射线转换成光的闪烁体(scintillator)。形成像素阵列110的多个像素可以共享闪烁体。
图2示出了成像单元100的布置的示例。如上所述，成像单元100包括：包括多个像素112的像素阵列110以及从像素阵列110的多个像素112读出信号的读出电路RC。可以布置多个像素112以形成多个行和多个列。读出电路RC可以包括行选择电路120、定时发生器(这也可以被称为控制单元或状态机)130、缓冲电路140、列选择电路150、放大器电路160和AD转换器170。
行选择电路120选择像素阵列110的行。行选择电路120可以被布置为通过驱动行控制信号122来选择行。缓冲电路140缓冲来自像素阵列110的多个行中的由行选择电路120选择的一行的像素112的信号。缓冲电路140缓冲像素阵列110的向多个列信号传输路径114输出的多个列的信号。每个列信号传输路径114包括形成列信号线对的第一信号线和第二列信号线。可以将像素112的噪声水平(在稍后描述的正常模式时)或者与在像素112中检测到的放射线对应的放射线信号(在稍后描述的扩展模式时)输出到第一列信号线。可以将与在像素112中检测到的放射线对应的放射线信号输出到第二列信号线322。缓冲电路140可以包括放大器电路。
列选择电路150以预定次序选择由缓冲电路140缓冲的一行的信号对。放大器电路160放大由列选择电路150选择的信号对。在这种情况下，放大器电路160可以被布置为放大信号对(两个信号)的差异的差分放大器。AD转换器170可以包括AD转换器170，该AD转换器170对从放大器电路160输出的信号OUT进行A/D转换，并输出数字信号DOUT(放射线图像信号)。
图3示出了一个像素112的布置的示例。像素112包括例如转换元件210、复位开关220(复位单元)、放大器电路230、灵敏度改变单元240、钳位电路260、采样和保持电路(保持部)270和280以及输出电路310。每个像素112具有正常模式和扩展模式作为关于成像方法的模式。扩展模式是用于根据能量减影方法获得放射线图像的模式。
转换元件210将放射线转换成电信号。转换元件210可以由例如可以由多个像素共享的闪烁体以及光电转换元件形成。转换元件210包括电荷累积部，其累积经转换的电信号(电荷)，即，与放射线对应的电信号。电荷累积部连接到放大器电路230的输入端子。
放大器电路230可以包括MOS晶体管235和236，以及电流源237。MOS晶体管235经由MOS晶体管236连接到电流源237。MOS晶体管235和电流源237形成源极跟随器电路。MOS晶体管236是通过激活使能信号EN而接通的使能开关，并且将由MOS晶体管235和电流源237形成的源极跟随器电路设定在操作状态。
转换元件210的电荷累积部和MOS晶体管235的栅极用作电荷/电压转换单元CVC，该电荷/电压转换单元CVC将电荷累积部中累积的电荷转换成电压。即，由电荷累积部中累积的电荷Q和电荷/电压转换单元的电容值C确定的电压V(＝Q/C)出现在电荷/电压转换单元CVC中。电荷/电压转换单元CVC经由复位开关220连接到复位电位Vres。当复位信号PRES被激活时，复位开关220被接通，并且电荷/电压转换单元的电位被复位到复位电位Vres。复位开关220可以包括晶体管，该晶体管具有连接到转换元件210的电荷累积部的第一主电极(漏极)、被施加复位电位Vres的第二主电极(源极)以及控制电极(栅极)。晶体管通过在控制电极处接收到ON电压而电连接第一主电极和第二主电极，并且使转换元件210的电荷累积部复位。
钳位电路260通过钳位电容器261来钳位根据复位电荷/电压转换单元CVC的电位从放大器电路230输出的复位噪声电平。钳位电路260是被配置为从根据由转换元件210转换的电荷(电信号)从放大器电路230输出的信号(放射线信号)中消除复位噪声电平的电路。复位噪声电平包括在电荷/电压转换单元CVC进行复位时的kTC噪声。通过以下操作来执行钳位操作：通过激活钳位信号PCL来接通MOS晶体管262，然后通过停用钳位信号PCL来关断MOS晶体管262。
钳位电容器261的输出侧连接到MOS晶体管263的栅极。MOS晶体管263的源极经由MOS晶体管264连接到电流源265。MOS晶体管263和电流源265形成源极跟随器电路。MOS晶体管264是使能开关，其通过激活供应给其栅极的使能信号EN0而接通，并且将由MOS晶体管263和电流源265形成的源极跟随器电路设定在操作状态。
输出电路310包括MOS晶体管311、313和315以及行选择开关312和314。MOS晶体管311、313和315分别与连接到列信号线321和322的电流源(未示出)形成源极跟随器电路。
采样和保持电路280可以对作为根据在转换元件210中生成的电荷从钳位电路260输出的信号的放射线信号进行采样和保持(保持)。采样和保持电路280可以包括开关281和电容器282。通过激活采样和保持信号TS，开关281被接通。通过激活采样和保持信号TS，从钳位电路260输出的放射线信号经由开关281被写入电容器282。
在复位开关220复位电荷/电压转换单元CVC的电位并且MOS晶体管262导通的正常状态下，钳位电路260输出钳位电路260的噪声电平(偏移分量)。采样和保持电路270可以采样并保持(保持)钳位电路260的噪声电平。采样和保持电路270可以包括开关271和电容器272。通过激活采样和保持信号TN，开关271被接通。通过激活采样和保持信号TN，从钳位电路260输出的噪声电平经由开关271被写入电容器272。在扩展模式下，采样和保持电路270还可以用于保持作为根据在转换元件210中生成的电荷从钳位电路260输出的信号的放射线信号。
当行选择信号VST被激活时，与由采样和保持电路270和280保持的信号对应的信号被输出到形成列信号传输路径114的第一列信号线321和第二列信号线322。更具体而言，与由采样和保持电路270保持的信号(噪声电平或放射线信号)对应的信号N经由MOS晶体管311和行选择开关312输出到列信号线321。与由采样和保持电路280保持的信号对应的信号S经由MOS晶体管313和行选择开关314输出到列信号线322。
像素112可以包括被配置为将多个像素112的信号加起来的加法开关301和302。在加法模式下，激活加法模式信号ADDN和ADDS。多个像素112的电容器272通过激活加法模式信号ADDN而彼此连接，从而对信号(噪声电平或放射线信号)求平均。多个像素112的电容器282通过激活加法模式信号ADDS而彼此连接，从而对放射线信号求平均。
像素112可以包括灵敏度改变单元240。灵敏度改变单元240可以包括开关241和242、电容器243和244以及MOS晶体管245和246。当第一改变信号WIDE被激活时，开关241接通，并且第一附加电容器243的电容值被加到电荷/电压转换单元CVC的电容值上。因此，像素112的灵敏度降低。另外，当第二改变信号WIDE2也被激活时，开关242也接通，并且第二附加电容器244的电容值被加到电荷/电压转换单元CVC的电容值上。因此，像素112的灵敏度进一步降低。通过添加降低像素112的灵敏度的功能，可以扩大动态范围。当第一改变信号WIDE被激活时，可以激活使能信号ENW。在这种情况下，MOS晶体管246执行源极跟随器操作。要注意的是，当灵敏度改变单元240的开关241接通时，转换元件210的电荷累积部的电位可以通过电荷再分配而改变。因此，一些信号可能被破坏。
上述复位信号Pres、使能信号EN、钳位信号PCL、使能信号EN0、采样和保持信号TN和TS以及行选择信号VST是由行选择电路120控制的控制信号，并且与图2的行控制信号122对应。
在具有如图3所示的布置的像素112中，在采样和保持操作中，信号在例如转换元件210的电荷累积部中不被破坏。即，在具有如图3所示的布置的像素112中，可以非破坏性地读出放射线信号。这种布置对于下面将描述的应用能量减影方法的放射线成像是有利的。
下面将描述用于根据能量减影方法获得放射线图像的扩展模式。扩展模式可以包括以下三种子模式(扩展模式1、2和3)。
图4示出了扩展模式1中的放射线成像装置1的操作。在图4中，横坐标指示时间。“放射线能量”是从放射线源400发射并照射成像单元100的放射线的能量。“PRES”是复位信号RPES。“TS”是采样和保持信号TS。“DOUT”是A/D转换器170的输出。控制装置350可以控制来自放射线源400的放射线发射与成像单元100的操作的同步。定时发生器130控制成像单元100中的操作。在复位信号PRES被激活的时段中，钳位信号PCL也被激活预定时段，并且钳位电路260钳位噪声电平。
如图4的示例中所示，从放射线源400发射的放射线800的能量(波长)在放射线的放射时段中改变。这是由放射线源400的管电压的钝的前沿和后沿造成的。为此，假设放射线800由前导时段中的放射线801、稳定时段中的放射线802和拖尾时段中的放射线803构成。放射线801的能量E1、放射线802的能量E2和放射线803的能量E3可以彼此不同。通过使用它，可以获得根据能量减影方法的放射线图像。
在放射线800的照射时段(第一时段TT)中，每个像素112的转换元件210没有被复位(复位信号Pres)。在放射线800的照射时段(第一时段TT)中，入射放射线后获得的电信号(电荷)可以保持累积在转换元件210中。在放射线800的照射时段(第一时段TT)中，由于每个像素112的转换元件210没有被复位，因此有利于减少对成像无贡献的放射线照射并且在较短时间内获得用于能量减影方法的放射线图像。
在放射线800的发射(用于成像单元100的照射)之前，复位信号PRES被激活预定时段，并且相应地复位转换元件210。此时，钳位信号PCL也被激活预定时段，并且钳位电路260被钳位到复位电平(噪声电平)。
在激活复位信号PRES预定时段之后，根据从曝光控制装置300到放射线源400的曝光命令，从放射线源400发射放射线。作为示例，如下执行这个操作。首先，接通曝光控制装置300的曝光开关，并且曝光控制装置300通知控制装置350该接通操作。响应于此，从控制装置350向成像单元100输出命令以开始用于成像的一系列操作(将被称为成像序列)。成像单元100激活复位信号PRES预定时段作为成像序列的开始操作。接下来，响应于成像单元100的成像序列的开始，控制装置350经由曝光控制装置300向放射线源400输出用于开始放射线发射的命令。响应于此，放射线源400开始放射线发射。
当在激活复位信号PRES预定时段后经过了预定时段时，激活采样和保持信号TN预定时段。因而，在接收到具有能量E1的放射线801的照射后，与由像素阵列110的像素112的转换元件210生成的电信号对应的信号(E1)被采样和保持电路270采样并保持。
当在激活采样和保持信号TN预定时段后经过了预定时段时，激活采样和保持信号TS预定时段。因而，在接收到具有能量E1的放射线801和具有能量E2的放射线802的照射后，与由像素阵列110的像素112的转换元件210生成的电信号对应的信号(E1+E2)由采样和保持电路280采样并保持。
接下来，从读出电路RC输出与由采样和保持电路270采样并保持的信号(E1)与由采样和保持电路280采样并保持的信号(E1+E2)之间的差对应的信号，作为第一信号805。参考图4，“N”指示由采样和保持电路270采样并保持并被输出到第一列信号线321的信号，并且“S”指示由采样和保持电路280采样并保持并被输出到第二列信号线322的信号。
当在激活采样和保持信号TS预定时段后(在完成具有能量E3的放射线803的照射(放射线800的照射)后)经过了预定时段时，再次激活采样和保持信号TS预定时段。因而，在接收到具有能量E1的放射线801、具有能量E2的放射线802和具有能量E3的放射线803的照射后，与由像素阵列110的像素112的转换元件210生成的电信号对应的信号(E1+E2+E3)由采样和保持电路280采样并保持。
接下来，从读出电路RC输出与由采样和保持电路270采样并保持的信号(E1)与由采样和保持电路280采样并保持的信号(E1+E2+E3)之间的差对应的信号，作为第二信号806。
接下来，激活复位信号PRES预定时段，并且然后激活采样和保持信号TN预定时段。因而，复位电平(0)被采样和保持电路270采样并保持。接下来，从读出电路RC输出与由采样和保持电路270采样并保持的信号(0)与由采样和保持电路280采样并保持的信号(E1+E2+E3)之间的差对应的信号，作为第三信号807。
通过多次重复上述操作，获得多个帧的放射线图像(即，移动图像)。
如上所述，信号处理单元352可以获得第一信号805(E2)、第二信号806(E2+E3)和第三信号807(E1+E2+E3)。信号处理单元352可以基于第一信号805、第二信号806和第三信号807获得具有能量E1的放射线801的照射量e1、具有能量E2的放射线802的照射量e2以及具有能量E3的放射线803的照射量e3。更具体而言，信号处理单元352计算第一信号805(E2)与第二信号(E2+E3)之间的差((E2+E3)-E2)，以获得具有能量E3的放射线803的照射量e3。信号处理单元352计算第二信号806(E2+E3)与第三信号(E1+E2+E3)之间的差((E1+E2+E3)-(E2+E3))，以获得具有能量E1的放射线801的照射量e1。第一信号805(E2)指示具有能量E2的放射线802的照射量e2。
因此，信号处理单元352基于具有能量E1的放射线801的照射量e1、具有能量E2的放射线802的照射量e2以及具有能量E3的放射线803的量e3，通过能量减影方法获得放射线图像。
下面将描述通过能量减影方法的放射线图像的生成，其中能量减影方法可以由信号处理单元352执行。图5A示出了执行多次的图4的操作(在执行多个帧的操作后，基于在放射线成像装置1中获得的能量E1、E2和E3而估计的放射线源400的管电压的估计值(“估计的管电压”))的时间变化。与能量E1、E2和E3对应的估计值由E1、E2和E3指示。图5B示出了执行多次的图4的操作(在执行多个帧的操作后，基于在放射线成像装置1中获得的能量E1、E2和E3而估计的放射线源400的剂量的估计值(“估计的剂量”))的时间变化。与能量E1、E2和E3对应的估计值由E1、E2和E3指示。在图5A与图5B的帧之间，管电压和放射线剂量的大变化是明显的。
可以基于从曝光控制装置300向放射线源400发射剂量命令到从放射线源400开始发射放射线的时间变化来考虑其原因。通过这种变化，从放射线800开始照射到采样和保持电路270完成采样和保持的时段T1(参见图4)变化。此外，从放射线800开始照射到采样和保持电路280完成采样和保持的时段(T1+T2)(参见图4)也可以变化。因此，第一信号805(E2)和第二信号806(E2+E3)的值在帧之间变化。
即使时段T1变化，时段T2的开始时间相应地移位，但是时段T2本身的长度不会移位。即使时段T1变化，由放射线成像装置1检测到的具有能量E2的放射线802的照射量e2的误差也很小。如果时段T1变长，那么时段T3变短。如果时段T1变短，那么时段T3变长。因而，即使时段T1变化，由放射线成像装置1检测到的具有能量E1和E3的放射线802的照射量e1和e3的总和的误差也很小。
这可以得到图6A和图6B的支持。图6A示出了与能量E2和能量E1+E3对应的管电压的估计值。图6B示出了与能量E2和能量E1+E3对应的放射线剂量的估计值。对于能量E2和能量E1+E3，根据图6A和图6B，放射线图像的帧之间的变化明显小。
从以上描述判断，可以说照射量e2的图像(第二图像)和照射量e1+e3的图像(第三图像)是具有小变化的图像。通过基于照射量e2的图像(第二图像)与照射量e1+e3的图像(第三图像)的能量减影方法生成新的放射线图像是优选的。通过计算照射量e1+e2+e3的图像(第一图像＝第三信号807)与照射量e2的图像(第二图像＝第一信号805)之间的差异，可以获得照射量e1+e3的图像(第三图像)。照射量e1+e2+e3的图像(第一图像＝第三信号807)是与在用作放射线800的照射时段的第一时段TT(整体)中由多个像素112中的每个像素的转换元件210生成的电信号对应的图像。照射量e2的图像(第二图像＝第一信号805)是与在第二时段T2中由多个像素112中的每个像素的转换元件210生成的电信号对应的图像，该第二时段T2在第一时段TT开始之后开始并在第一时段TT结束之前结束。
能量减影方法可以从各种方法中选择。例如，可以通过计算第一能量的放射线图像与第二能量的放射线图像之间的差异来获得骨骼图像和软组织图像。可以通过基于第一能量的放射线图像和第二能量的放射线图像求解非线性联立方程来生成骨骼图像和软组织图像。还可以基于第一能量的放射线图像和第二能量的放射线图像来获得造影剂(contrast medium)图像和软组织图像。还可以基于第一能量的放射线图像和第二能量的放射线图像获得电子密度图像和有效原子序数图像。
在以上示例中，通过使用放射线源400的管电压的钝的前沿和后沿来获得具有不同能量的多个图像，并且基于多个图像形成新的放射线图像。通过有意地调整放射线源400的管电压的波形，可以获得多个图像。可替代地，可以通过从放射线源400发射具有宽能带(波段)的放射线并通过改变多个滤波器以改变放射线能量来获得多个图像。
图7示出了扩展模式2中的放射线成像装置1的操作。在扩展模式1中，从读出电路RC输出第二信号806(E2+E3)。但是，如果信号处理单元352不需要第二信号806(E2+E3)，那么如果读出电路RC不输出第二信号806(E2+E3)，有利于提高帧速率。在扩展模式2中，读出电路RC输出第一信号805(E2)和信号807(E1+E2+E3)，但不输出第三信号第二信号806(E2+E3)。
下面将描述在扩展模式2中的放射线成像装置1的操作。当在激活复位信号PRES预定时段后经过了预定时段时，激活采样和保持信号TN预定时段。因而，在接收到具有能量E1的放射线801的照射后，与由像素阵列110的每个像素112的转换元件210生成的电信号对应的信号(E1)被采样和保持电路270采样并保持。
当在激活采样和保持信号TN预定时段之后经过了预定时段时，激活采样和保持信号TS预定时段。因而，在接收到具有能量E1的放射线801和具有能量E2的放射线802的照射后，与由像素阵列110的每个像素112的转换元件210生成的电信号对应的信号(E1+E2)由采样和保持电路280采样并保持。
接下来，从读出电路RC输出与由采样和保持电路270采样并保持的信号(E1)与由采样和保持电路280采样并保持的信号(E1+E2)之间的差对应的信号，作为第一信号805。
当在激活采样和保持信号TS预定时段之后(在具有能量E3的放射线803的照射(放射线800的照射)结束之后)经过了预定时段时，再次激活采样和保持信号TS预定时段。因而，在接收到具有能量E1、E2和E3的放射线801、802和803后，与由像素阵列110的每个像素112的转换元件210生成的电信号对应的信号(E1+E2+E3)由采样和保持电路280采样并保持。
接下来，激活复位信号PRES预定时段，并且然后激活采样和保持信号TN预定时段。因而，复位电平(0)被采样和保持电路270采样并保持。接下来，从读出电路RC输出与由采样和保持电路270采样并保持的信号(复位电平＝0)与由采样和保持电路280采样并保持的信号(E1+E2+E3)之间的差对应的信号，作为第三信号807。
通过多次重复上述操作，获得多个帧的放射线图像(即，移动图像)。
图8示出了在扩展模式3中的放射线成像装置1的操作。在扩展模式3中，第二时段T2基于表示放射线成像装置1的放射线照射的开始的同步信号DET来确定。更具体而言，在扩展模式3中，响应于同步信号DET，定时发生器130控制使行选择电路120激活采样和保持信号TN和TS的定时，从而确定第二时段T2。
图9A示出了与能量E2和E1+E3对应的管电压的估计值。图9B示出了与能量E2和E1+E3对应的放射线剂量的估计值。通过基于同步信号DET控制采样和保持，根据图9A和图9B，对于能量E2和E1+E3的放射线图像的帧之间的变化明显小。
可以通过各种方法生成同步信号DET。例如，可以在放射线源400中布置用于测量管电流的测量单元。如果测得的管电流超过阈值，那么可以激活指示放射线照射的开始的同步信号DET。在这种情况下，成像单元100接收同步信号DET。可替代地，成像单元100使读出电路RC周期性地读出来自一个或多个转换元件210的信号，并且基于读出信号生成同步信号DET。可替代地，用于检测放射线照射的传感器可以布置在成像单元100中，并且可以基于来自传感器的输出生成同步信号DET。
在扩展模式3中，操作对于从曝光控制装置300向放射线源400传输剂量命令到从放射线源400开始放射线发射的时间变化变得不敏感，并且可以获得更准确的放射线图像。
本发明可以通过用于以下操作的处理来实现：经由网络或存储介质将用于实现上述实施例的一个或多个功能的程序供应给系统或装置，并且通过系统或装置的计算机中的一个或多个处理器读出并执行该程序。本发明还通过用于实现一个或多个功能的电路(例如，ASIC)来实现。
本发明不限于上述实施例，并且可以在本发明的精神和范围内进行各种改变和修改。因此，为了向公众告知本发明的范围，提出所附权利要求。
本申请要求于2017年2月10日提交的日本专利申请No.2017-023474的权益，其通过引用整体并入本文。
附图标记列表
1：放射线成像装置，100：成像单元，110：像素阵列，350：控制装置，352：信号处理单元，300：曝光控制装置，400：放射线源，RC：读出电路，112：像素

Claims (15)

1.一种放射线成像装置，所述放射线成像装置通过能量减影方法获得放射线图像，所述能量减影方法是通过处理通过在改变用于照射对象的放射线的能量的同时多次捕获对象而获得的多个图像来获得新图像，所述装置包括：
包括像素阵列的成像单元，所述像素阵列具有多个像素，其中多个像素被排列以形成多个行和多个列，所述多个像素中的每个像素包括具有电荷累积部的转换元件、具有栅极的源极跟随器电路、采样和保持电路、复位开关(220)、以及至少一个开关(241)，所述电荷累积部被配置为累积根据放射线生成的电荷，所述栅极与电荷累积部一起形成电荷-电压转换器，所述电荷-电压转换器将累积在电荷累积部中的电荷转换成电压，所述采样和保持电路被配置为在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下采样和保持与经转换的电压相关联的信号，所述复位开关连接到电荷-电压转换器以便复位包括栅极和电荷累积部的电荷-电压转换器的电位，所述至少一个开关连接到电荷-电压转换器并且与所述复位开关不同；以及
被配置为处理来自成像单元的信号的信号处理单元，
其中信号处理单元基于第一图像和第二图像来生成放射线图像，所述第一图像与经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在第一时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号对应，所述第二图像与经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在第二时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号对应，所述第一时段在由复位开关复位电荷-电压转换器的电位之后开始，所述第二时段在第一时段的开始之后开始并在第一时段的结束之前结束，并且
其中在所述多个像素中的每个像素中，在第一时段中电荷-电压转换器不被复位开关复位并且所述至少一个开关不被接通。
2.如权利要求1所述的放射线成像装置，其中信号处理单元通过计算第一图像与第二图像之间的差异来生成第三图像，并且基于第二图像和第三图像来生成放射线图像。
3.如权利要求2所述的放射线成像装置，其中信号处理单元基于第二图像与第三图像之间的差异来生成放射线图像。
4.如权利要求2所述的放射线成像装置，其中与由转换元件生成的电荷对应的信号被经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下从所述多个像素中的每个像素中非破坏性地读出。
5.如权利要求2所述的放射线成像装置，其中与由采样和保持电路采样并保持的电信号对应的信号被非破坏性地读出。
6.如权利要求4所述的放射线成像装置，其中
成像单元输出：
根据经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在第二时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号从所述多个像素中的每个像素中非破坏性地读出的第一信号；
根据经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在从第二时段的开始到第一时段的结束的时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号从所述多个像素中的每个像素中非破坏性地读出的第二信号；以及
根据经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在整个第一时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号从所述多个像素中的每个像素中非破坏性地读出的第三信号，并且
信号处理单元基于第一信号、第二信号和第三信号获得第二图像和第三图像。
7.如权利要求6所述的放射线成像装置，其中
成像单元包括读出电路，所述读出电路被配置为从像素阵列读出信号，并且
所述读出电路
基于以下信号来生成第一信号：根据经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在从第一时段的开始到第二时段的开始的时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号从像素阵列输出的信号，以及根据经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在从第一时段的开始到第二时段的结束的时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号从像素阵列输出的信号；
基于以下信号来生成第二信号：根据经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的、对应于在从第一时段的开始到第二时段的开始的时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号从像素阵列输出的信号，以及根据经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在整个第一时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号从像素阵列输出的信号；以及
基于根据经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在整个第一时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号从像素阵列输出的信号来生成第三信号。
8.如权利要求4所述的放射线成像装置，其中
成像单元输出根据经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在第二时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号从所述多个像素中的每个像素中非破坏性地读出的第一信号，以及根据经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在整个第一时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号从所述多个像素中的每个像素中非破坏性地读出的第三信号，以及
信号处理单元基于第一信号和第三信号获得第二图像和第三图像。
9.如权利要求8所述的放射线成像装置，其中
成像单元包括读出电路，所述读出电路被配置为从像素阵列读出信号，以及
所述读出电路
基于以下信号来生成第一信号：根据经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在从第一时段的开始到第二时段的开始的时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号从像素阵列输出的信号，以及根据经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在从第一时段的开始到第二时段的结束的时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号从像素阵列输出的信号；以及
基于根据经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在整个第一时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号从像素阵列输出的信号来生成第三信号。
10.如权利要求1所述的放射线成像装置，其中基于指示放射线成像装置的放射线照射的开始的同步信号来确定第二时段。
11.如权利要求1所述的放射线成像装置，其中基于指示放射线成像装置的放射线照射的开始的同步信号来控制采样和保持电路。
12.如权利要求10所述的放射线成像装置，其中成像单元检测放射线照射并生成同步信号。
13.如权利要求10所述的放射线成像装置，其中成像单元接收同步信号。
14.如权利要求1至13中任一项所述的放射线成像装置，还包括放射线源。
15.一种放射线成像方法，所述放射线成像方法用于使用放射线成像装置获得放射线图像，所述放射线成像装置通过能量减影方法获得放射线图像，所述能量减影方法是通过处理通过在改变用于照射对象的放射线的能量的同时多次捕获对象而获得的多个图像来获得新图像，所述装置包括多个像素，其中多个像素被排列以形成多个行和多个列，其中
所述多个像素中的每个像素包括具有电荷累积部的转换元件、具有栅极的源极跟随器电路、采样和保持电路、复位开关、以及至少一个开关，所述电荷累积部被配置为累积根据放射线生成的电荷，所述栅极与电荷累积部一起形成电荷-电压转换器，所述电荷-电压转换器将累积在电荷累积部中的电荷转换成电压，所述采样和保持电路被配置为在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下采样和保持与经转换的电压相关联的信号，所述复位开关连接到电荷-电压转换器以便复位包括栅极和电荷累积部的电荷-电压转换器的电位，所述至少一个开关连接到电荷-电压转换器并且与所述复位开关不同，
信号处理方法包括基于第一图像和第二图像来生成放射线图像，所述第一图像与经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在第一时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号对应，所述第二图像与经由采样和保持电路在不改变电荷-电压转换器的电位的情况下提供的并且对应于在第二时段中由所述多个像素中的每个像素的转换元件生成的电荷的电信号对应，所述第一时段在由复位开关复位电荷-电压转换器的电位之后开始，所述第二时段在第一时段的开始之后开始并且在第一时段的结束之前结束，以及
在所述多个像素中的每个像素中，在第一时段中电荷-电压转换器不被复位开关复位并且所述至少一个开关不被接通。
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