CN110996797B - 放射线成像装置 - Google Patents

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Abstract

一种放射线成像装置包括：像素阵列，包括多个像素；读出电路，被配置为从像素阵列读出信号；检测单元，被配置为基于从放射线源发射的放射线或从放射线源提供的信息来检测由放射线源进行的放射线照射的开始；以及控制单元，被配置为每当由检测单元检测到放射线照射的开始时，确定多个像素中的每一个像素中的多个采样和保持操作中的每一个采样和保持操作的定时。多个采样和保持操作中的至少一个采样和保持操作的定时是放射线照射时段中的定时，并且多个像素中的每一个像素包括：转换元件，被配置为将放射线转换成电信号；以及采样和保持电路，被配置为根据由控制单元确定的多个采样和保持操作中的每一个采样和保持操作的定时多次采样并保持来自转换元件的信号。

Description

放射线成像装置
技术领域
本发明涉及放射线成像装置。
背景技术
存在作为应用放射线成像装置的成像方法的能量相减方法。能量相减方法是通过处理由在改变照射被检体的放射线的能量的同时多次捕获被检体而获得的多个图像来获得新图像(例如，骨图像和软组织图像)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长，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约10毫秒。如果被检体在该时间间隔中移动，那么由那个移动造成伪影。因此，通过能量相减方法难以获得诸如心脏之类的快速移动的被检体的放射线图像。
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置为第一kV值，然后在成像时变为第二kV值。然后，当管电压是第一kV值时，对与第一副图像对应的第一信号进行积分，并且在积分信号被传送到采样和保持节点之后积分被复位。随后，当管电压是第二kV值时，对与第二副图像对应的第二信号进行积分。因此，并行执行积分的第一信号的读出和第二信号的积分。
当通过使用在PTL 1中描述的方法多次执行X射线曝光来捕获移动图像的多个帧时，从X射线曝光到信号传送至采样和保持节点的时间对于每个帧可以是不同的。因此，第一副图像的能量和剂量在帧之间是不同的，并且第二副图像的能量和剂量在帧之间也是不同的。这会造成能量相减的准确度降低。
引用列表
专利文献
PTL 1：日本PCT国家公开No.2009-504221
发明内容
本发明提供了一种有利于减少从放射线照射的开始到信号的采样和保持的时间的变化的技术。
本发明的一个方面涉及一种放射线成像装置，该放射线成像装置包括：像素阵列，包括多个像素；读出电路，被配置为从像素阵列读出信号；检测器，被配置为基于从放射线源发射的放射线或从放射线源提供的信息来检测由放射线源进行的放射线照射的开始；以及控制器，被配置为每当由检测器检测到放射线照射的开始时，确定多个像素中的每一个像素中的多个采样和保持操作中的每一个采样和保持操作的定时，其中多个采样和保持操作中的至少一个采样和保持操作的定时是放射线照射时段中的定时，并且多个像素中的每一个像素包括转换器以及采样和保持电路，该转换器被配置为将放射线转换成电信号，该采样和保持电路被配置为根据由控制器确定的多个采样和保持操作中的每一个采样和保持操作的定时多次采样并保持来自转换器的信号。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一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(比较示例)中的放射线成像装置的操作的时间图；
图5是用于解释扩展模式1(比较示例)中的问题的视图；
图6是示出扩展模式2中的放射线成像装置的操作的时间图；
图7是示出由检测单元检测来自放射线源的放射线的照射的开始的方法的视图；
图8是用于解释扩展模式2中的帧速率的时间图；
图9是示出扩展模式3中的放射线成像装置的操作的时间图；
图10是示出扩展模式4中的放射线成像装置的操作的时间图；
图11是示出根据本发明的第二实施例的放射线成像装置的布置的图；以及
图12是示出根据本发明的第三实施例的放射线成像装置的布置的图。
具体实施方式
以下将参考附图解释本发明的示例性实施例。
图1示出了根据本发明的第一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：成像单元100，包括像素阵列110，像素阵列110包括多个像素；以及信号处理单元352，处理来自成像单元100的信号。成像单元100可以具有例如面板形状。如图1中例示的，信号处理单元352可以被布置作为控制装置350的一部分，被包含在与成像单元100相同的壳体中，或者被包含在与成像单元100和控制装置350不同的壳体中。放射线成像装置1是用于通过能量相减方法获得放射线图像的装置。能量相减方法是通过处理由在改变照射被检体的放射线的能量的同时多次捕获被检体而获得的多个图像来获得新的放射线图像(例如，骨图像和软组织图像)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。如上所述，控制装置350可以包括处理从成像单元100供应的信号的信号处理单元352。控制装置350的全部或一些功能可以被包含在成像单元100中。可替代地，成像单元100的一些功能可以被包含在控制装置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可以由这些程序中的一些构成。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构成。控制装置350可以完全地或部分地由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可以基于描述它们的操作的文件通过逻辑合成工具来设计和制造。
当许可放射线源400进行放射线照射(曝光)时，控制装置350将曝光许可信号发送到曝光控制装置300。当从控制装置350接收到曝光许可信号时，曝光控制装置300响应于曝光许可信号的接收而使放射线源400执行放射线照射(曝光)。当捕获移动图像时，控制装置350多次将曝光许可信号发送到曝光控制装置300。在这种情况下，控制装置350可以以预定周期多次将曝光许可信号发送到曝光控制装置300，或者可以在每当成像单元100可以捕获下一帧时将曝光许可信号发送到曝光控制装置300。
放射线源400可以发射其能量(波长)在放射线的连续放射时段(照射时段)中改变的放射线。通过使用这样的放射线，以彼此不同的多个能量获得放射线图像，并且通过能量相减方法对这些放射线图像进行处理，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像素包括将放射线转换成电信号(例如，电荷)的转换元件和复位转换元件的复位单元。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。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。成像单元100包括：像素阵列110，包括多个像素112；以及读出电路RC，读出来自像素阵列110的多个像素112的信号。多个像素112可以被排列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、控制单元130、缓冲电路140、列选择电路150、放大单元160、AD转换器170和检测单元190。
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的多个行中由行选择电路120选择的一个行的像素112的信号。缓冲电路140缓冲输出到像素阵列110的多个列信号传输路径114的多个列的信号。每个列中的列信号传输路径114包括形成列信号线对的第一列信号线和第二列信号线。像素112的噪声电平(在稍后要描述的正常模式时)或者与在像素112中检测到的放射线对应的放射线信号(在稍后要描述的扩展模式时)可以被输出到第一列信号线。与在像素112中检测到的放射线对应的放射线信号可以被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缓冲的一个行的信号对。放大单元160放大由列选择电路150选择的信号对。在这种情况下，放大单元160可以被布置作为放大信号对(两个信号)的差的差分放大器。AD转换器170可以包括对从放大单元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)的AD转换器170。
检测单元190基于从放射线源400发射的放射线来检测由放射线源400进行的放射线照射的开始。检测单元190可以通过例如基于由读出电路RC从像素阵列110读出的信号检测从放射线源400朝着像素阵列110发射的放射线来检测由放射线源400进行的放射线照射的开始。可替代地，检测单元190可以基于流经向每个像素供应偏置电压的偏置线的电流来检测由放射线源400进行的放射线照射的开始。当检测到由放射线源400进行的放射线照射的开始时，检测单元190生成指示开始的同步信号并将该同步信号供应给控制单元130。
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可以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相减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和光电转换元件形成。转换元件210包括电荷累积部，该电荷累积部累积转换的电信号(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是使能开关，其通过激活使能信号EN而被接通，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置在操作状态中。
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)、施加有复位电位Vres的第二主电极(源极)以及控制电极(栅极)。该晶体管通过在控制电极处接收导通(ON)电压而电连接第一主电极和第二主电极，并且复位转换元件210的电荷累积部。
钳位电路260根据复位的电荷/电压转换单元CVC的电位通过钳位电容器261来钳位从放大器电路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)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复位时的kTC噪声。通过激活钳位信号PCL接通MOS晶体管262、然后通过停用钳位信号PCL关断MOS晶体管262来执行钳位操作。
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而被接通，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置在操作状态中。
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。当采样和保持信号TS被行选择电路120激活时，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。
在正常模式中，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可以对钳位电路260的噪声电平进行采样和保持(保持)。采样和保持电路270可以包括开关271和电容器272。当采样和保持信号TN被行选择电路120激活时，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。在扩展模式中，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的信号相加的相加开关301和302。在相加模式中，相加模式信号ADDN和ADDS被激活。通过激活相加模式信号ADDN，多个像素112的电容器272彼此连接，对信号(噪声电平或放射线信号)进行平均。通过激活相加模式信号ADDS，多个像素112的电容器282彼此连接，对放射线信号进行平均。
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被接通，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。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也被接通，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。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，动态范围可以变宽。当第一改变信号WIDE被激活时，使能信号ENW可以被激活。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能被电荷重新分布改变。因此，一些信号可能被破坏。
以上描述的复位信号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(驱动)的控制信号，并且与图2的行控制信号122对应。行选择电路120根据从控制单元130供应的定时信号来生成复位信号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。
在具有如图3所示的布置的像素112中，例如，在采样和保持操作中在转换元件210的电荷累积部中信号未被破坏。即，在具有如图3所示的布置的像素112中，放射线信号可以被非破坏性地读出。这种布置有利于下面将描述的应用了能量相减方法的放射线成像。
下面将描述用于根据能量相减方法获得放射线图像的扩展模式。扩展模式可以包括以下四个子模式(扩展模式1、2、3和4)。这里，扩展模式1是比较示例，扩展模式2、3和4是比较示例1的改进示例。
图4示出了扩展模式1(比较示例)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PRES。“TS”是采样和保持信号TS。“DOUT”是AD转换器170的输出。生成曝光许可信号的控制装置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。控制单元130控制成像单元100中的操作。钳位信号PCL也在复位信号PRES被激活的时段中的预定时段内被激活，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的管电压的钝性上升沿(leading edge)和下降沿(trailing edge)造成的。出于这个原因，假设放射线800由上升时段中的放射线801、稳定时段中的放射线802和下降时段中的放射线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，可以获得根据能量相减方法的放射线图像。
控制单元130定义第一时段T1、第二时段T2和第三时段T3，使得第一时段T1、第二时段T2和第三时段T3分别与上升时段、稳定时段和下降时段对应。每个像素112执行输出与在第一时段T1中由转换元件210生成的电信号对应的第一信号的操作。另外，每个像素112执行输出与在第一时段T1和第二时段T2中由转换元件210生成的电信号对应的第二信号的操作。此外，每个像素112执行输出与在第一时段T1、第二时段T2和第三时段T3中由转换元件210生成的电信号对应的第三信号的操作。第一时段T1、第二时段T2和第三时段T3是彼此不同的时段。计划在第一时段T1中发射具有第一能量E1的放射线，在第二时段T2中发射具有第二能量E2的放射线，并且在第三时段T3中发射具有第三能量E3的放射线。
在扩展模式1中，每个像素112的转换元件210在放射线800的照射时段TT中不被复位(复位信号Pres未激活)。因而，在放射线800的照射时段TT中，与入射的放射线对应的电信号(电荷)被保持累积在转换元件210中。在放射线800的照射时段TT中，由于每个像素112的转换元件210不被复位，因此有利于减少对成像没有贡献的放射线的照射并在较短时间内获得能量相减方法的放射线图像。
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，并且相应地转换元件210被复位。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)。
在复位信号PRES被激活预定时段之后，曝光许可信号从曝光控制装置300被发送到放射线源400，并且响应于曝光许可信号，放射线从放射线源400发射。当在激活复位信号PRES预定时段后已经过预定时段时，采样和保持信号TN被激活预定时段。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预定时段后已经过预定时段时，采样和保持信号TS被激活预定时段。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)被采样和保持电路280采样并保持。
接下来，对应于由采样和保持电路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)之间的差的信号从读出电路RC被输出作为第一信号805。参考图4，“N”指示由采样和保持电路270采样并保持并且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采样并保持并且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预定时段后已经过预定时段时(在完成具有能量E3的放射线803的照射(放射线800的照射)后)，采样和保持信号TS被再次激活预定时段。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)被采样和保持电路280采样并保持。
接下来，对应于由采样和保持电路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)之间的差的信号从读出电路RC被输出作为第二信号806。
接下来，复位信号PRES被激活预定时段，然后采样和保持信号TN被激活预定时段。因而，复位电平(0)由被采样和保持电路270采样并保持。接下来，对应于由采样和保持电路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)之间的差的信号从读出电路RC被输出作为第三信号807。
通过多次重复上述操作，可以获得多个帧(即，移动图像)的放射线图像。
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和具有能量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可以基于具有能量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和具有能量E3的放射线803的照射量e3通过能量相减方法获得放射线图像。能量相减方法可以选自各种方法。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来获得骨图像和软组织图像。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。
将参考图5描述扩展模式1(比较示例)中的问题。如图5的示例中所示，从曝光许可信号被控制装置350发送到曝光控制装置300到放射线源400开始放射线照射(曝光)的时间(将被称为“曝光延迟”)对于每一帧可以是不同的。在图5所示的示例中，第(n+1)帧中的曝光延迟大于第n帧中的曝光延迟。
当参考图4进行解释时，曝光延迟对于每一帧不同的事实意味着从放射线800的照射开始到采样和保持电路270和280的采样和保持完成的时段T1和T2分别变化。因此，被检测为第一信号805、第二信号806和第三信号807中的每一个的放射线的能量和照射量(剂量)可以在帧之间变化。这意味着被检测为照射量e1、照射量e2和照射量e3中的每一个的放射线的能量和照射量(剂量)在帧之间改变，使得基于照射量e1、照射量e2和照射量e3的能量相减的准确度会降低。这会造成移动图像中的伪影和/或闪烁。
图6示出了扩展模式2中的放射线成像装置1的操作。未作为扩展模式2提及的事项可以遵循扩展模式1。为了解决扩展模式1(比较示例)中的问题，需要使像素112的采样和保持电路270和280与从放射线源400实际发射的放射线而不是曝光许可信号同步地执行采样和保持。每当从检测单元190供应同步信号501时，控制单元130确定像素阵列110的多个像素112中的每个像素中的多个采样和保持操作SH1、SH2和SH3中的每一个的定时。换句话说，每当检测单元190检测到放射线照射的开始时，控制单元130确定像素阵列110的多个像素112中的每个像素中的多个采样和保持操作SH1、SH2和SH3中的每一个的定时。在多个采样和保持操作SH1、SH2和SH3中的最初采样和保持操作SH1与多个采样和保持操作SH1、SH2和SH3中的最后采样和保持操作之间的时段期间，复位开关220不复位转换元件210。
这里，为了通过能量相减方法获得放射线图像，多个采样和保持操作SH1、SH2和SH3中的至少一个采样和保持操作的定时是放射线照射时段TT中的定时。在第一实施例中，三个采样和保持操作SH1、SH2和SH3中的两个采样和保持操作SH1和SH2的定时是放射线照射时段TT中的定时。多个采样和保持操作SH1、SH2和SH3的定时可以分别根据从同步信号的经过时间t1、t2和t3来确定。因此，使得从放射线照射的开始到采样和保持操作SH1的结束的时段在帧之间是恒定的。另外，使得从放射线照射的开始到采样和保持操作SH2的结束的时段在帧之间是恒定的。此外，使得从放射线照射的开始到采样和保持操作SH3的结束的时段在帧之间是恒定的。这可以抑制能量相减的准确度降低，并且减少移动图像中的伪影和/或闪烁。
图7示例性地示出了由检测单元190检测来自放射线源400的放射线的照射的开始的方法。通过激活复位信号PRES，复位开关220被接通。在转换元件210的电荷累积部的“复位”之后，曝光检测驱动操作被执行。如果在曝光检测驱动操作中检测到放射线照射的开始，那么处理过渡到能量相减驱动操作。曝光检测驱动操作包括重复由像素112的采样和保持电路270和280进行的“采样和保持”以及由读出电路RC进行的来自像素112的信号的“读出”。曝光检测驱动操作和能量相减驱动操作由控制单元130控制。当由读出电路RC从像素112读出的信号超过阈值时，检测单元190确定由放射线源400进行的放射线照射已经开始，并且生成同步信号501。响应于此，控制单元130开始能量相减驱动操作。能量相减驱动操作包括响应于图6中所示的同步信号501的驱动，即，由多个像素112中的每个像素的采样和保持电路270和280进行的多个采样和保持操作SH1、SH2和SH3以及由读出电路RC进行的读出操作。这里，由读出电路RC进行的读出操作包括输出第一信号805、第二信号806和第三信号807的操作。
曝光检测驱动操作中的“采样和保持”和“读出”的重复优选地以高速(例如，μs量级)执行。这是因为检测到放射线照射的开始的被延迟“采样和保持”和“读出”所需的时间。为了提高速度，可以在曝光检测驱动操作期间改变读出期间的像素组合(binning)(相加的像素的数量)。当相加的像素的数量随着2×2、4×4、8×8……的像素组合增加时，可以缩短读出时间。由于通过在曝光检测驱动操作中读出而获得的图像被用来确定X射线曝光的存在/不存在以确定放射线照射的开始，因此不必考虑分辨率。因此，分辨率可以大大降低，诸如32×32像素组合，以缩短读出所需的时间。另外，可以限制要读出的像素112的数量。例如，为了从一些行中的像素读出信号，可以跳过其它行。
当检测单元190输出同步信号501时，处理从曝光检测操作过渡到能量相减驱动操作，使得用于像素组合等的设置被改变为用于能量相减驱动操作的设置。此时，采样和保持电路270可以被复位或可以不被复位。
在不同于以上的示例中，响应于由读出电路RC从像素阵列110读出的信号超过第一阈值而生成同步信号501，并且可以相应地确定采样和保持操作SH1的定时。之后，可以响应于由读出电路RC从像素阵列110读出的信号超过第二阈值而确定采样和保持操作SH2的定时。另外，可以响应于由读出电路RC从像素阵列110读出的信号超过第三阈值而确定采样和保持操作SH3的定时。
如图8中所示，在扩展模式2中，由于帧时段是根据曝光延迟来确定的，因此帧时段在帧之间可以不同。此外，在扩展模式2中，从复位信号PRES的激活到放射线照射的开始的时段取决于曝光延迟。这意味着从复位信号PRES的激活到放射线照射的开始在转换元件210中累积的噪声电平取决于曝光延迟。因此，在扩展模式2中，噪声电平在帧之间可以不同。
图9示出了扩展模式3中的放射线成像装置1的操作。未作为扩展模式3提及的事项可以遵循扩展模式1。扩展模式3是已解决扩展模式2中的问题(即帧时段在帧之间可以不同的问题)的模式。在扩展模式3中，帧速率是恒定的，而不取决于曝光延迟。在扩展模式3中，控制单元130控制读出电路RC，使得第三信号807的输出完成的定时在帧之间是共同的。例如，控制单元130控制读出电路RC开始读出第二信号806的定时，或者控制读出电路RC的驱动定时，以便使得读出电路RC开始读出第二信号806的定时在帧之间是恒定的。因而，可以使得第三信号807的输出完成的定时在帧之间是恒定的。
代替上述方法，控制单元130可以通过调整从完成第三信号807的读出到下一帧开始的定时(例如，复位信号PRES被激活的定时)的时间来使得帧速率恒定。
而且在扩展模式3中，在多个采样和保持操作SH1、SH2和SH3中的最初采样和保持操作SH1与最后采样和保持操作SH3之间的时段期间，复位开关220不复位转换元件210。
图10示出了扩展模式4中的放射线成像装置1的操作。未作为扩展模式4提及的事项可以遵循扩展模式1。在扩展模式4中，从复位信号PRES的激活到采样和保持操作SH1的结束的累积时间在帧之间是恒定的。另外，在扩展模式4中，从复位信号PRES的激活到采样和保持操作SH2的结束的累积时间在帧之间是恒定的。此外，在扩展模式4中，从复位信号PRES的激活到采样和保持操作SH3的结束的累积时间在帧之间是恒定的。因此，在转换元件210中累积的噪声电平在帧之间是恒定的，而不取决于曝光延迟。要注意的是，在上述扩展模式4中帧速率不是恒定的，但是可以如在扩展模式3中一样在扩展模式4中使得帧速率恒定。
而且在扩展模式4中，在多个采样和保持操作SH1、SH2和SH3中的最初采样和保持操作SH1与最后采样和保持操作SH3之间的时段期间，复位开关220不复位转换元件210。
在以上描述中，已经描述了获得具有不同能量的三种类型的图像的实施例。但是，本发明不限于这样的实施例。例如，可以通过增加采样和保持操作的数量来获得具有不同能量的四种类型的图像。可替代地，可以通过减少采样和保持操作的数量来获得具有不同能量的两种类型的图像。可替代地，可以从具有不同能量的三种类型的图像获得具有不同能量的两种类型的图像。
在以上示例中，通过使用放射线源400的管电压的钝性上升沿和下降沿来获得具有不同能量的多个图像，并且基于这多个图像形成新的放射线图像。可以通过有意地调整放射线源400的管电压的波形来获得具有不同能量的多个图像。可替代地，可以通过从放射线源400发射具有宽能带(波长带)的放射线并通过改变多个滤波器以改变放射线的能量来获得多个图像。
在第一实施例中，检测单元190基于从放射线源400发射的放射线来检测由放射线源400进行的放射线照射的开始。在下面将描述的第二实施例和第三实施例中，检测单元190基于从放射线源400提供的信息来检测由放射线源400进行的放射线照射的开始。即，检测单元190可以被配置为基于从放射线源400发射的放射线或从放射线源400提供的信息来检测由放射线源400进行的放射线照射的开始。
图11示出了根据本发明的第二实施例的放射线成像装置1的布置。未作为第二实施例提及的事项可以遵循第一实施例。在第二实施例中，放射线源400例如经由监视线410将指示用于生成放射线的驱动电流的驱动电流信息提供给控制装置350。放射线源400可以被配置为经由曝光控制装置300将驱动电流信息提供给控制装置350。驱动电流是在放射线源400的阴极和阳极之间流动的电流，并且可以由被包含在放射线源400中的电流计检测。例如，检测单元190可以在控制装置350中提供、在成像单元100中提供或者与控制装置350和成像单元100分开提供。当检测单元190在成像单元100中提供时，驱动电流信息可以经由控制装置350或直接从放射线源400提供给检测单元190。当由从放射线源400提供的诸如驱动电流信息之类的信息所指示的值超过阈值时，检测单元190可以检测到由放射线源400进行的放射线照射的开始并生成同步信号501。
图12示出了根据本发明的第三实施例的放射线成像装置1的布置。未作为第三实施例提及的事项可以遵循第一实施例。根据第三实施例的放射线成像装置1包括与像素阵列110分开提供的放射线检测传感器500。放射线检测传感器500可以被布置在成像单元100中，或者可以被布置在放射线源400与成像单元100之间的路径中。检测单元190基于来自放射线检测传感器500的输出来检测由放射线源400进行的放射线照射的开始，并生成同步信号501。
放射线检测传感器500可以具有能量分辨率。在这种情况下，检测单元190可以被配置为基于由放射线检测传感器500检测到的放射线的能量来检测由放射线源400进行的放射线照射的开始。根据这种布置，即使当由放射线源400发射的放射线的能量的上升沿变化时，或者当能量的脉冲宽度变化时，也可以稳定地获得放射线图像。
附图标记列表
1：放射线成像装置，110：像素阵列，RC：读出电路，190：检测单元，130：控制单元，210：转换元件，270、280：采样和保持电路。

Claims (5)

1.一种放射线成像装置，包括：
像素阵列，包括多个像素，所述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一个像素包括转换器以及采样和保持电路，所述转换器被配置为将放射线转换成电信号；
读出电路，被配置为从所述多个像素中的每一个像素中的采样和保持电路读出信号；
检测器，被配置为基于从放射线源发射的放射线或从所述放射线源提供的信息来检测由所述放射线源进行的放射线照射的开始，以及生成同步信号并且将所述同步信号供应给控制器，所述同步信号指示放射线照射的开始；以及
所述控制器，被配置为每当由所述检测器检测到放射线照射的开始时，确定由所述多个像素中的每一个像素中的采样和保持电路进行的多个采样和保持操作中的每一个采样和保持操作的定时，其中，所述多个采样和保持操作的定时分别根据从所述同步信号的经过时间来确定，
其中所述多个采样和保持操作中的至少一个采样和保持操作的定时是放射线照射时段中的定时，
所述采样和保持电路被配置为根据由所述控制器确定的所述多个采样和保持操作中的每一个采样和保持操作的定时多次采样和保持来自所述转换器的电信号，
所述控制器被配置为确定所述多个采样和保持操作中的每一个采样和保持操作的定时，使得具有不同能量的放射线图像被获得，
所述多个像素中的每一个像素还包括复位器，所述复位器被配置为复位所述转换器，以及
在所述多个像素中的每一个像素中，在所述多个采样和保持操作中的最初采样和保持操作与所述多个采样和保持操作中的最后采样和保持操作之间的时段中，所述复位器不复位所述转换器。
2.如权利要求1所述的放射线成像装置，其中，从所述放射线源提供的所述信息是基于用于在所述放射线源中生成放射线的驱动电流。
3.如权利要求1或2所述的放射线成像装置，其中，所述控制器被配置为控制所述读出电路以便使得帧速率恒定。
4.如权利要求1所述的放射线成像装置，其中，所述控制器被配置为控制所述多个像素的采样和保持电路以及复位器，使得所述多个像素中的累积时间在多个帧之间恒定。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的放射线成像装置，还包括控制装置，所述控制装置被配置为向被配置为控制所述放射线源的曝光控制装置发送曝光许可信号，
其中所述放射线源根据所述曝光许可信号发射放射线。
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