CN114366131A - 实时控制在x射线剂量下的曝光的方法 - Google Patents

实时控制在x射线剂量下的曝光的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114366131A
CN114366131A CN202111203814.1A CN202111203814A CN114366131A CN 114366131 A CN114366131 A CN 114366131A CN 202111203814 A CN202111203814 A CN 202111203814A CN 114366131 A CN114366131 A CN 114366131A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
generator tube
controlling
ray dose
row
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111203814.1A
Other languages
English (en)
Inventor
T·沃斯
B·查尔斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trehill
Original Assignee
Trehill
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trehill filed Critical Trehill
Publication of CN114366131A publication Critical patent/CN114366131A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/54—Control of apparatus or devices for radiation diagnosis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/40—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for generating radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/405—Source units specially adapted to modify characteristics of the beam during the data acquisition process
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/42—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/42—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4208—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/42—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4208—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector
    • A61B6/4233—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment with arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector using matrix detectors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/54—Control of apparatus or devices for radiation diagnosis
    • A61B6/542—Control of apparatus or devices for radiation diagnosis involving control of exposure
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/54—Control of apparatus or devices for radiation diagnosis
    • A61B6/548—Remote control of the apparatus or devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/56—Details of data transmission or power supply, e.g. use of slip rings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/161—Applications in the field of nuclear medicine, e.g. in vivo counting
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/17—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/30—Controlling
    • H05G1/38—Exposure time
    • H05G1/42—Exposure time using arrangements for switching when a predetermined dose of radiation has been applied, e.g. in which the switching instant is determined by measuring the electrical energy supplied to the tube
    • H05G1/44—Exposure time using arrangements for switching when a predetermined dose of radiation has been applied, e.g. in which the switching instant is determined by measuring the electrical energy supplied to the tube in which the switching instant is determined by measuring the amount of radiation directly
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/32—Transforming X-rays

Abstract

本发明涉及一种实时控制在X射线剂量下的曝光的方法，所述X射线剂量由用于生成X射线束的生成器管发射并由包括平板检测器的检测器接收，该平板检测器包括：一组像素，该组像素被组织成沿着行和列的矩阵，并被配置成基于照射在检测器上的X射线剂量来生成信号，生成器管包括用于控制生成器管的控制单元，该控制单元被配置成控制所发射的X射线剂量；该方法的特征在于，该方法包括以下步骤：使平板检测器在由用于生成X射线束的生成器管发射的X射线剂量下曝光；在平板检测器在X射线剂量下曝光的同时，重复读出像素中的至少一行；基于来自至少一行的读出的信号来确定有效载荷信号和杂散信号；将有效载荷信号传输至用于控制生成器管的控制单元。

Description

实时控制在X射线剂量下的曝光的方法
技术领域
本发明涉及具有数字平板检测器的射线照相技术领域，并且更具体地涉及实时控制曝光水平的设备。
背景技术
必须调整曝光参数(电压、电流、源/患者/检测器距离)，以使患者所接受的剂量最小化，同时仍保证对于放射科医师而言的最佳图像质量。最佳曝光参数取决于患者的体型、所需的检查类型以及X射线成像仪的灵敏度特性(银膜、PSP板、数字平板检测器等)。这些参数通常是使用系统软件基于无线电操作员提供的有关检查背景(患者的体型、所需的图像类型)的指示来确定的。如果这些参数定义不正确(无论是由于指示不正确或不准确，还是由于系统校准不正确)，就会存在图像曝光过度或曝光不足的重大风险。这些风险涉及使患者直接在X射线下过度曝光或因为必须再次拍摄图像而使患者在X射线下过度曝光的风险。
图1示意性地示出了传统的放射学组件50。放射学组件50由两个元件组成：用于生成X射线束22的生成器管20和用于射线照相图像的平板检测器11。该组件主要用于在医院环境中拍摄患者的射线照相图像。期望拍摄关注区域40的射线照片的患者被置于用于生成X射线束22的生成器管20与平板检测器11之间。因此，这两个元件必须相对于彼此正确定位，以使得用于生成X射线束的生成器管20发射的所有X射线都被平板检测器11捕获。然后涉及对两个元件之间的对准进行校正。对准应在用于生成X射线束的生成器管20发射X射线之前进行。目的是避免到达检测器外的X射线过度照射患者。有若干已知的对准两个元件的方法。
除了将X射线束正确对准平板检测器外，重要的是控制曝光参数来确保已传输足够的X射线剂量，以便保证良好的图像而患者没有受到过度照射。
到目前为止，已经在实践中使用以下一种或另一种解决方案解决了量化曝光剂量的问题：
-外部AEC(自动曝光控制的缩写)设备，例如，“电离室”或“固态检测器”。这是用于自动剂量控制的功能单元(例如，电离室)，该功能单元基于“X射线检测器+电流放大器”硬件单元，该硬件单元与成像器分离并连接到用于控制X射线生成器的控制单元。检测器被放置在成像器上游并吸收极少部分的X射线，以免干扰图像。检测器被划分成多个关注区域(通常为3或5个区域)，并且能够针对每个区域提供到放大器的电流。放大器的一侧连接到检测器，而另一侧连接到用于控制X射线生成器的控制单元。放大器的功能是向生成器提供没有延迟、对应于更新后的总曝光水平的信号。该信号允许用于控制生成器的控制单元中断X射线的发射(停止水平是在系统安装时校准的)。
-内部AEC(自动曝光控制)设备，其通常涉及使用在图像的一部分上接收到的信号。有两种主要的解决方案类型。在第一种类型的解决方案中，像素矩阵被以物理方式修改，使得具体专用于测量信号的电信号首先被路由到电荷到电压转换器，并且然后被路由到模数转换器。在第二种类型的解决方案中(例如，在文档JP5481053中所公开的)，矩阵没有被先验修改，但也并未提及来自未在被定义用于调节曝光的关注区域中的所有照明像素的杂散信号问题。
-“预照(Preshot)”设备，所谓的“预照”设备以非常低的剂量进行初步曝光。就在“实际图像”之前，先以非常低的剂量拍摄患者的“前像(pre-image)”。不向系统提供实时信号，而是由系统使用前像分析算法自动确定并实施最终参数。
外部AEC解决方案具有三个主要缺点。它通常在成像器上游包含一个吸收X射线的检测器，这会导致对患者的剂量增加几个百分点的数量级。在某些情况下，外部检测器可能位于成像器下游，从而使成像器看到的射束质量信息失真，并因此需要复杂的校准。此外，该AEC解决方案因其体积庞大而仅适用于固定系统：检测器需要被固定在成像器上，并且需要电缆将信号路由到放大器。因此，它不适用于移动射线照相系统或在其专用壳体外的便携式检测器上捕获图像。最后，集成系统在经济上是昂贵的：对于一个带有工作台和支承臂的典型房间，需要有两个AEC单元，每个单元至少要花费500欧元。
内部AEC解决方案具有以下缺点。需要修改像素矩阵，从而无法在现存产品上实施该解决方案。虽然已在文献中提出，但由于照明像素与AEC信号读出列之间电容耦合的技术问题，其难以实现。
所谓的预照解决方案也具有两个主要缺点。它要求系统被完美地校准，也即，要在小剂量(前像)的参数与正常剂量(图像)的参数之间建立相关性。这种相关性还必须考虑检查的背景(患者的体型、所需的图像类型)。它还假设在前像与图像之间有延迟时间，这可能会使应用流(等待时间、患者移动的影响等)恶化。
发明内容
本发明旨在通过提出一种实时控制在X射线剂量下的曝光的方法来克服上述所有问题或一些问题，该方法使得能够实时地向系统指示在成像器(数字平板检测器，以下称为检测器)当前正在形成的图像中，针对预定图像关注区域的灰度水平，以保证患者的正确曝光水平。该方法是基于在无需任何修改的情况下直接使用检测器的板来实时分析图像关注区域中的信号电平。此外，根据本发明的方法提出了一种基于算法的方法，所述方法用于解决在关注信号(也称为有效载荷信号)与主要源自无准直照明区域的杂散信号之间的耦合的重要问题。最后，根据本发明的方法可以在没有有线连接的情况下实施，从而允许它在移动射线照相系统上或在射线照相室中的便携式暗盒模式中实施。
为此，本发明的一个主题是一种实时控制在X射线剂量下的曝光的方法，所述X射线剂量下由用于生成X射线束的生成器管发射并由包括平板检测器的检测器接收，该生成器管包括用于控制生成器管的控制单元，该控制单元被配置成控制生成器管发射的X射线剂量，所述平板检测器包括：
a.一组像素，该组像素被组织成沿着行和列的矩阵，并被配置成基于照射到检测器上的X射线剂量来生成信号；
b.电路，该电路被配置成基于来自至少一行的信号来确定有效载荷信号；
c.传输模块，该传输模块用于将有效载荷信号传输至用于控制生成器管的控制单元；
所述控制方法的特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
-使所述平板检测器在由用于生成X射线束的生成器管发射的X射线剂量下曝光；
-在所述平板检测器在X射线剂量下的曝光的同时，重复读出像素中的至少一行；
-基于来自所述至少一行的读出的信号来确定有效载荷信号和杂散信号；
-将有效载荷信号传输至用于控制生成器管的控制单元。
有利地，根据本发明的曝光控制方法还包括基于传输至用于控制生成器管的控制单元的有效载荷信号来调整由生成器管发射的X射线剂量的步骤。
有利地，重复读出像素中的至少一行的步骤包括以下步骤：对于所述至少一行中的每一行，
-在不激活行Li的情况下读出列，以获得第一信号An；
-在激活行Li的情况下读出列，以获得第二信号Bn。
有利地，确定有效载荷信号和杂散信号的步骤包括以下步骤：
-估计有效载荷信号与杂散信号之间的倍增因子(FM')；
-使用以下关系基于倍增因子来估计有效载荷信号：
DS'n＝(An+Bn)/(FM'+1)，并且S'n＝Cumul(A+B)n/(FM'+1)。
有利地，估计有效载荷信号与杂散信号之间的倍增因子(FM')的步骤包括以下步骤：
-基于第一信号的3个连续样本(An-1，An，An+1)＝(VA)n来估计在第二信号Bn时刻杂散信号的测量值A'n；(例如，通过使用以下样条滤波器进行插值：A'n＝1/16.(-110 7).t(VA)n)
-对3个连续点{(xi，yi)；i＝1至3}进行线性回归，以获得比例系数FP，其中：
ο{xi}＝[Cumul(A+B)n-2，Cumul(A+B)n-1，Cumul(A+B)n]
ο{yi}＝[Cumul(B-A')n-2，Cumul(B-A')n-1，Cumul(B-A')n]
οCumul(A)n等于A0+A1+…+An
-使用关系式FM'＝(FP)-1-1来计算倍增因子。
在一个实施方式中，将有效载荷信号传输至用于控制生成器管的控制单元的步骤是通过有线传输进行的。
在另一个实施方式中，将有效载荷信号传输至用于控制生成器管的控制单元的步骤是通过无线传输进行的，优选地是通过RF传输进行的。
本发明还涉及一种放射学组件，该放射学组件包括：
a.用于生成X射线束的生成器管，所述生成器管包括用于控制生成器管的控制单元，所述控制单元被配置成控制由生成器管发射的X射线剂量；
b.检测器，所述检测器包括平板检测器，所述平板检测器包括：
i.一组像素(P(i，j))，该组像素(P(i，j))被组织成沿着行(Li)和列(Cj)的矩阵，并被配置成基于照射到检测器上的X射线剂量来生成信号；
ii.电路，该电路被配置成基于来自一些行(Li)的信号来确定有效载荷信号；
iii.传输模块，该传输模块用于将有效载荷信号传输至用于控制生成器管的控制单元。
在一个实施方式中，用于将有效载荷信号传输至用于控制生成器管的控制单元的传输模块是有线传输模块。
在另一个实施方式中，用于将有效载荷信号传输至用于控制生成器管的控制单元的传输模块是无线传输模块，优选地是RF传输模块。
附图说明
通过阅读以示例方式提供的实施方式的详细描述，将更好地理解本发明，并且其他优点将变得显而易见，所述描述由附图例示出，其中：
图1示意性地示出了传统的放射学组件；
图2示出了传统的图像检测器；
图3示出了根据本发明的实时控制在X射线剂量下的曝光的方法的步骤的示意图；
图4示意性地示出了根据本发明的放射学组件；
图5示出了根据本发明的检测器矩阵中专用于读出和重复读出的行的定位原理；
图6示出了在根据本发明的方法的实施中具有快速上升的曝光模拟结果；
图7示出了在根据本发明的方法的实施中具有缓慢上升的曝光模拟结果。
为清楚起见，这些图并非全部按照同一比例。此外，在不同附图中，相同的元件将具有相同的附图标记。
具体实施方式
一般而言，本发明提及一种传统的图像检测器，该图像检测器通常包括平板检测器，该平板检测器包括被组织成沿着行和列的矩阵的一组像素、行寻址单元、列读出单元、将一行像素连接到行寻址单元的行导体以及将一列像素连接到列读出单元的列导体。需要说明的是，在本专利申请的上下文中，列和行的概念仅具有相对意义，一行像素和一列像素仅是被布置成例如(而非限制)彼此垂直的多行像素。行导体或列导体被定义为平行于一行像素或一行像素定向。
图1示意性地示出了已在背景技术中呈现的传统的放射学组件50。
图2示出了传统的图像检测器10。图像检测器10包括在第一单片基板12上形成的检测器11。第一单片基板12包括一组像素P(i，j)，该组像素P(i，j)被组织成沿着行Li和列Cj的矩阵13。矩阵13可以包含任意数量的行和列，从而形成像素P(i，j)。矩阵13在第一基板12上形成地理区域。像素以通用形式P(i，j)表示，其中i和j是自然整数，其分别表示矩阵13中行的秩和列的秩。一组像素P(i，j)被配置成基于照射在检测器10上的辐射来生成信号。检测器11包括列导体Yj，每个列导体连接到给定列Cj的像素。列导体Yj用于传输由像素P(i，j)生成的信号。同样，检测器11包括行导体Xi，每个行导体连接到给定行Li的像素。像素P(i，j)的矩阵13包含偶数秩的列Cj和奇数秩的列Cj。同样，像素P(i，j)的矩阵13包含偶数秩的行Li和奇数秩的行Li。检测器10包括位于第一基板12的边缘以及像素P(i，j)的矩阵13外部的接触垫14。接触垫14连接到列导体Yj。图像检测器10包括位于靠近第一基板12并连接到行导体Xi的行寻址单元15。行寻址单元15是针对包含至少一个行寻址单元的任何组件给出的名称。单元15可以被集成到第一基板12中，如图1所示，或者被集成到不同的基板中。行寻址单元15可以对每一行Li像素进行单独寻址。图像检测器10包括在不同于第一基板12的第二基板17上形成的列读出单元16。列读出单元16包括将列读出单元16连接到接触垫14的连接点18。列读出单元16可以读出由行寻址单元选择的行中的像素所生成的信号。
像素P(i，j)包括与电子开关T(i，j)相关联的光电二极管DP(i，j)。当然，光电二极管DP(i，j)可以用能够在受到光子辐射时生成电信号的任何光敏元件代替。图2所示的像素结构是有意简化的，并且在本发明的范围内可以实现更复杂的结构。
由晶体管形成的开关T(i，j)通过其栅极Gi连接到行i的行导体Xi，通过其漏极Dj连接到列导体Yj，并通过其源极Sij连接到光电二极管DP(i，j)的阴极。所有光电二极管DP(i，j)的阳极都连接到公共电位(例如，地)。行寻址单元15包括用于生成要被注入到行导体Xi上的信号的元件，以便驱动晶体管T(i，j)的打开和关闭。列读出单元16可以包括用于处理在列导体Yj上接收到的信号的元件。特别地，这些可以是放大器和/或模数转换器。
传统上，图像检测器11如下工作。在图像捕获阶段，光电二极管DP(i，j)在辐射下的曝光会在源Sij处生成电荷。每个源Sij处的电荷量取决于所考虑的像素P(i，j)接收到的辐射强度。图像捕获阶段之后是逐行执行的读出阶段。注入到各个行导体Xi上的信号依次移动到激活状态，使得每个列导体Yj的电位依次表示在列j的各个像素P(i，j)中累积的电荷量。
如上所述，在现有技术中量化曝光剂量需要修改像素矩阵。并且即使不修改矩阵，现有技术也没有提出消除不可避免的杂散信号的任何解决方案。
图3示出了根据本发明的实时控制在X射线剂量下的曝光的方法的步骤的示意图。为了更好地理解这些元素，可以参考图2，只是所提出的解决方案不需要修改像素矩阵。
本发明涉及一种实时控制在X射线剂量22下曝光的方法，所述X射线剂量22是由用于生成X射线束的生成器管20发射并由检测器10接收的。检测器10包括平板检测器11，并且生成器管20包括用于控制生成器管20的控制单元21，所述控制单元21被配置成控制生成器管20发射的X射线剂量。平板检测器11包括：
-一组像素P(i，j)，所述一组像素P(i，j)被组织成沿着行Li和列Cj的矩阵13，并被配置成基于照射在检测器10上的X射线剂量22来生成信号；
-电路30，所述电路30被配置成基于来自至少一行Li的信号来确定有效载荷信号；
-传输模块31，所述传输模块31用于将有效载荷信号传输至用于控制生成器管20的控制单元。
电路30优选地是集成电路。然而，可以使用其他等效变体。换言之，用于基于来自一个行Li的信号来确定有效载荷信号的任何设备都是合适的。
根据本发明，该控制方法包括以下步骤：
-使平板检测器11在由用于生成X射线束的生成器管20发射的X射线剂量22下曝光(步骤100)；
-在所述平板检测器11在X射线剂量22下曝光的同时，重复读出(步骤101)像素P(i，j)中的至少一行Li；
-基于来自至少一行Li的所述读出的信号来确定(步骤102)有效载荷信号和杂散信号；
-将有效载荷信号传输(步骤103)到用于控制生成器管20的控制单元21。
在曝光步骤100期间发生重复读出矩阵13的像素P(i，j)中的至少一行Li的步骤101。换言之，该读出步骤是在现有技术传统上不能读出行Li时发生的。具体地，在常规模式中，检测器10在曝光阶段期间是不工作的。
还可以注意到，读出步骤101是在像素矩阵的一个或更多个行Li上执行的。这些行存在并且有助于检测器的正常工作。换言之，不需要修改像素矩阵来实现在X射线下曝光期间读出行的特定步骤。
为了获得尽可能最快的读出步骤101，可以同时开启该步骤101中提供的所有行，这将具有将所有关注区域组合成单个信息项的负面影响。也可以仅激活与预定义关注区域相对应的一个或更多个行。
在曝光步骤100中将像素曝光导致在列Cj中在像素P(i，j)外创建电荷，因为电容耦合连接矩阵的各个列，并且所有像素(晶体管和光电二极管)附接到此列中。因此，当前被曝光(步骤100)的像素的读数无法按照与曝光步骤100完成后将具有的读数一样的方式表示图像中的电平：存在来自列中通过耦合创建的电荷的附加杂散信号。该杂散信号可能很重要，因为对于每一列，耦合是源于该列中的所有照明像素的。由于关注像素通常位于患者下方，如果在不衰减直接通量(低准直)的情况下对大量其他像素进行照明，则杂散信号的值可能高达有效载荷信号的100倍。因此，必须在确定(有效载荷和杂散)信号的步骤102中考虑该杂散信号。
为了确定有效载荷信号和杂散信号，重复读出像素中的至少一行Li的步骤101包括以下步骤：对于至少一行Li中的每一行Li，
-在不激活行Li的情况下读出(步骤110)列Cj，以获得第一信号An；
-在激活行Li的情况下读出(步骤111)列Cj，以获得第二信号Bn。
因此，对专用于步骤101中的所述读出的每一行执行双读数：首先在不激活该行的情况下读出(步骤110)列，以获得第n个双读数的样本An，并且然后在激活行的情况下再次读出(步骤111)列，以获得第n个双读数的样本Bn。这种双读数可以减去杂散效应。重复这种双读数，直到窗口XRW结束(XRW是术语X射线窗口的缩写，即，在读出阶段之前，检测器能够接收到X光子并将其转换为电荷的持续时间)。基于通过双读数An和Bn获得的信息，可以推断出图像中的真实信号电平。
来自双读数的简单减法(Bn-An)并不能明确获得有效载荷信号DSn的增加，因为剂量通量在整个曝光(步骤100)期间不是恒定的。在剂量通量增加的初始阶段，列的第一个非零读数An0具有比在读数Bn0日期读出列时更低的水平。换言之，读数Bn0包含比An0更多的杂散信号。因此，减法Bn0-An0包含一些杂散信号，并高估了附加的有效载荷信号DSn0。相比之下，在通量减少的情况下，例如，在曝光达到最大值(“过冲”)之后，信号An1大于Bn1中包含的杂散信号，并且因此减法Bn1-An1低估了有效载荷信号DSn1中的变化，甚至给出否定的结果。
为了解决这个问题，本发明提出的解决方案采取以下假设：最小曝光时间略低于短暂的持续时间，例如1ms的数量级(例如，0.8ms)；并采取以下约束：根据该约束，电停止信号必须在一小段时间之后(例如，在小于0.1ms之后)才到达用于控制生成器的控制单元，在该时间以下可以移除成像器中特定信号电平的有效实现(CP约束)。这意味着在曝光开始时为分析提供了0.8ms的缓冲延迟时间，并且经过此延迟时间，将再次遵守约束(CP)。在危害分析方面，这意味着不让患者过度曝光的责任仍然落在射线照相系统上，主要是基于在此0.8ms的第一延迟时间期间选择非异常参数。
在下文中，假定主假设(HP)是有效的，根据该主假设(HP)，算法从曝光开始到必须明确地遵守约束(CP)之前具有0.8ms的延迟时间。
然后，该延迟时间(HP)将用于稳健地估计当前曝光的有效载荷信号与杂散信号之间的倍增因子FM'。具体地，无论剂量通量的时间分布如何，该因子在整个曝光过程中都保持恒定，因为(对于每个列)它完全由列的关注像素和该列的其余像素之间的相对曝光配置来决定。如果接合多个列以提高每次读出的信号质量，则应用于这组列的倍增因子也将保持恒定。
为此，确定有效载荷信号和杂散信号的步骤102包括以下步骤：
-估计(步骤120)有效载荷信号与杂散信号之间的倍增因子(FM')；
-使用以下关系基于倍增因子估计(步骤121)有效载荷信号：
DS'n＝(An+Bn)/(FM'+1)，并且S'n＝Cumul(A+B)n/(FM'+1)。
更准确地说，估计有效载荷信号与杂散信号之间的倍增因子FM'的步骤120包括以下步骤：
-基于第一信号的3个连续样本(An-1，An，An+1)＝(VA)n来估计(步骤122)第二信号Bn时刻杂散信号的测量值A'n；
-对3个连续点{(xi，yi)；i＝1至3}进行线性回归(步骤123)，以获得比例系数FP，其中：
ο{xi}＝[Cumul(A+B)n-2，Cumul(A+B)n-1，Cumul(A+B)n]
ο{yi}＝[Cumul(B-A')n-2，Cumul(B-A')n-1，Cumul(B-A')n]
οCumul(A)n等于A0+A1+…+An
-使用关系式FM'＝(FP)-1–1来计算(步骤124)倍增因子。
例如，步骤122可以通过使用以下样条滤波器的内插来执行：A'n＝1/16.(-1107).t(VA)n)。
如所常见的，如果脉冲的形状能通过3个测量点之间的多项式很好地近似，则该估计良好。测试了其他滤波器，例如，算术平均值(0 0.5 0.5).t(A)。
估计值A'n对应于在Bn时刻杂散信号的测量值。
通过以下事实证明线性回归步骤123是合理的：量Cumul(A+B)n原则上与Bn随时间累积的信号电平成正比，倍增因子等于FM'+1，其对应于杂散信号(FM'*DSn)和有效载荷信号(1*DSn)的累积。添加到Bn时刻的杂散信号仅由A'n来估计，在脉冲急剧变化的情况下，这可能导致再现信号相对于真实信号的偏移。
对3个点进行回归的构思使得可以弥补这种偏移，前提是脉冲的“颠簸(bumpy)”时段较少，该时段持续几个双读数的时间(没有通量，否则必须保持恒定)。
因此，由上述线性回归给出的比例系数FP可以使用以下关系给出倍增因子的估计值FM'：FM'+1＝(FP)-1，即FM'＝(FP)-1–1。
如果回归的相关系数CC被视为足够接近于1(例如，|1-CC|<10-5)，则可以认为FM是通过FM'稳健估计的。
如果相关系数CC不足够接近于1，则通过将n变为n+1来重复步骤122和步骤123，同时验证未超过主假设(HP)给出的延迟时间。
一旦已经以足够的置信度估计了倍增因子，就可以使用以下公式给出在每个Bn时刻添加的有效载荷信号DSn的电平的估计值DS'n：DS'n＝(An+Bn)/(FM'+1)。
因此这也给出：S'n＝Cumul(A+B)n/(FM'+1)。
该有效载荷信号被传输至用于控制生成器管的控制单元。
最后，根据本发明的曝光控制方法有利地包括步骤104：根据传输至用于控制生成器管20的控制单元21的有效载荷信号来调整由生成器管20发射的X射线剂量22。因此，这保证了患者接受正确的X射线剂量，以便获得高质量的图像而且没有不必要的过度曝光。
本发明给出了一种用于校正像素与列之间的电容耦合的基于算法的解决方案。
这些步骤在模拟时表现出良好的结果(图2和图3)。这种情况对短脉冲更有利，因为剂量通量高，并且每个样本都具有良好的信噪比。这是个好消息，因为从客户的角度来看，危急情况往往都是那些短脉冲的情况。
另一方面，对于长脉冲(数十毫秒)，剂量通量可能低，并且每次读出的信噪比恶化。为了克服这个问题，除了对多个列求和(平均效应)之外，还建议将在帧请求中传递给检测器的X射线窗口(XRW)持续时间信息用于定义更长的读出时间增量，而同时保持估计信号误差小于10％的目标。
将有效载荷信号传输至用于控制生成器管的控制单元的步骤103可以通过有线传输来执行，也可以通过无线传输来执行，优选通过射频传输来执行。一般而言，需要具有最小且控制良好的时延时间的快速传输。因此，Wi-Fi和蓝牙链路不太合适，虽然它们在本发明的背景下适用。
有利地，该信息被实时传输。应将步骤102中获得的关于Bn时刻信号电平的信息以相对于Bn时刻具有小于0.1ms的延迟来传输至用于控制生成器管20的控制单元21。由于执行步骤102的算法是在FPGA集成电路中实现的，其原理不需要大量的计算，所以这个关于延迟的约束大部分与步骤103中将信息从集成电路传输至控制单元有关。有线链路的情况不会造成任何特殊问题。RF无线链路的情况要困难得多。
如果链接到RF链路的延迟大于0.1ms，则可以考虑推断(extrapolating)步骤102中提供的信息的步骤，前提是该信息带有时间戳，并且发送器(传输模块)和接收器(控制单元)元件被预先同步。
图4示意性地示出了根据本发明的放射学组件51。放射学组件51包括：
-用于生成X射线束的生成器管20，生成器管20包括用于控制生成器管20的控制单元21，所述控制单元21被配置成控制生成器管20发射的X射线剂量22；
-检测器10，该检测器10包括平板检测器11，所述平板检测器11包括：
ο一组像素P(i，j)，所述一组像素P(i，j)被组织成沿着行Li和列Cj的矩阵13(类似于图2中呈现的检测器)，并被配置为基于照射在检测器10上的X射线剂量22来生成信号；
ο电路30，所述电路30被配置为基于来自一些行Li的信号来确定有效载荷信号；
ο传输模块31，所述传输模块31用于将有效载荷信号传输至用于控制生成器管20的控制单元21。
电路30可以是集成电路。集成电路可以是适合于执行计算的任何电路。作为示例而非限制，它可以是FPGA(“现场可编程门阵列”的缩写，表示可编程逻辑阵列)。集成电路执行对专用行的数据进行分析的步骤，以便在给定时间提取信号电平信息。直接经由有线链路或通过无线电链路(RF选项)将该信息路由到用于控制生成器的控制单元。
用于将有效载荷信号传输至用于控制生成器管20的控制单元21的传输模块31可以是有线传输模块，或无线传输模块，优选是RF传输模块。它将给定时间的信号信息传输至生成器管的接收器模块。接收器模块在给定时间接收信号电平信息，将接收到的信号电平信息转换为电信号并将该电信号提供给用于控制X射线生成器的控制单元。
图5例示了根据本发明对专用于读出和重复读出的检测器矩阵的行进行定位的原理。仅示出了重复读出步骤101中涉及的行(图的上部)。这些是已经存在于检测器矩阵中的现有行。以指示的方式给出测量值以便示出可能的示例性实施方式。在该图中，有三行用于步骤101。可能只有一行，或者两行，甚至更多行。在X射线窗口60期间尽可能快地连续读出这些行(附图标记61表示X射线发射窗口)。为了确定代表值，至少在不激活行的情况下读出列(步骤110)并且在激活行的情况下读出列是强制性的。这意味着，在X射线窗口期间，交替执行步骤110然后是步骤111(即，读出具有激活行的列)。
图6示出了在根据本发明的方法的实施中具有快速上升的曝光模拟结果。
图7示出了在根据本发明的方法的实施中具有缓慢上升的曝光模拟结果。
对于这两个图，可以在右上方看到模拟脉冲的形状。根据Cumul(A+B)n的Cumul(B-A')n的图示出在左下方。可以在右下方看到对于根据运行时间的估计操作的验证：实际有效载荷信号(以实线表示)；使用Cumul(A+B)n/(FM'+1)估计的有效载荷信号(以三角形表示)，只要CC足够接近1，该有效载荷信号就是非零值；并且估计Cumul(B-A')n将是什么(以虚线表示)。
在图6中，样本An和Bn是用倍增因子FM＝100来模拟的。可以看出，线性回归可能早在第二个点的三角形中起作用。
在图7中，样本An和Bn是用倍增因子FM＝10来模拟的。
这两个图证明了针对电容耦合问题所提出的解决方案的有效性。
本发明提出了一种实时曝光控制的方法，其优点在于，无需对光电二极管矩阵进行任何物理修改或特定调整(在曝光期间快速读出板的现有专用行)即能够实现该方法。实时分析图像关注区域中的信号电平。步骤102使得可以解决在关注信号与主要源自无准直照明区域的杂散信号之间的耦合的重要问题。
最后，该方法与没有有线连接的传输相兼容，将使用的可能性扩展到移动射线照相或射线照相室中的便携式暗盒模式。
所提出的解决方案实时给出信号电平。它包括直接使用检测器的板而无需任何修改来实时分析图像关注区域中的信号电平。此外，所提出的解决方案描述了一种基于算法的方法，该方法用于解决在关注信号与主要源自无准直照明的区域的杂散信号之间的耦合的重大问题。最后，所提出的解决方案可以在没有有线连接的情况下实施，从而允许在移动射线照相系统上或在射线照相室中的便携式暗盒模式中实施。

Claims (4)

1.一种实时控制在X射线剂量下的曝光的方法，所述X射线剂量由用于生成X射线束的生成器管(20)发射并由包括平板检测器(11)的检测器(10)接收，所述生成器管(20)包括用于控制所述生成器管(20)的控制单元(21)，所述控制单元(21)被配置成控制由所述生成器管(20)发射的X射线剂量，所述平板检测器(11)包括：
a.一组像素(P(i，j))，所述一组像素(P(i，j))被组织成沿着行(Li)和列(Cj)的矩阵(13)，并被配置成基于照射到所述检测器(10)上的所述X射线剂量(22)来生成信号；
b.电路(30)，所述电路(30)被配置成基于来自至少一行(Li)的所述信号来确定有效载荷信号；
c.传输模块(31)，所述传输模块(31)用于将所述有效载荷信号传输至用于控制所述生成器管(20)的所述控制单元；
所述方法包括以下步骤：
-使所述平板检测器(11)在由用于生成X射线束的生成器管(20)发射的X射线剂量下曝光(100)；
-在所述平板检测器(11)在所述X射线剂量下曝光的同时，重复读出(101)像素(P(i，j))中的至少一行(Li)；
-基于来自所述至少一行(Li)的读出的信号来确定(102)有效载荷信号和杂散信号；
-将所述有效载荷信号传输(103)到用于控制所述生成器管(20)的所述控制单元(21)；
所述方法的特征在于，重复读出所述像素中的至少一行(Li)的步骤(101)包括以下步骤：对于所述至少一行(Li)中的每一行(Li)，
-在不激活所述行(Li)的情况下读出(110)所述列(Cj)，以获得第一信号An；
-在激活所述行(Li)的情况下读出(111)所述列(Cj)，以获得第二信号Bn；
确定所述有效载荷信号和所述杂散信号的步骤(102)包括以下步骤：
-估计(120)所述有效载荷信号与所述杂散信号之间的倍增因子(FM')；
-使用以下关系基于所述倍增因子来估计(121)所述有效载荷信号：
DS'n＝(An+Bn)/(FM'+1)，并且S'n＝Cumul(A+B)n/(FM'+1)，其中，DS'n是所述有效载荷信号的电平，S'n是所述有效载荷信号，并且Cumul(A+B)n是Bn随时间累积的信号电平，
并且，估计所述有效载荷信号与所述杂散信号之间的倍增因子(FM')的步骤(120)包括以下步骤：
-基于第一信号的3个连续样本(An-1，An，An+1)＝(VA)n来估计(122)在所述第二信号Bn时刻所述杂散信号的测量值A'n；
-对3个连续点{(xi，yi)；i＝1至3}进行线性回归(123)，以获得比例系数FP，其中：
o{xi}＝[Cumul(A+B)n-2，Cumul(A+B)n-1，Cumul(A+B)n]
o{yi}＝[Cumul(B-A')n-2，Cumul(B-A')n-1，Cumul(B-A')n]
o Cumul(A)n等于A0+A1+…+An
-使用关系式FM'＝(FP)-1-1来计算(124)所述倍增因子。
2.根据权利要求1所述的实时控制在X射线剂量下的曝光的方法，所述方法还包括以下步骤：基于传输至用于控制所述生成器管(20)的所述控制单元(21)的所述有效载荷信号来调整由所述生成器管(20)发射的所述X射线剂量的步骤(104)。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的实时控制在X射线剂量下的曝光的方法，其中，将所述有效载荷信号传输至用于控制所述生成器管的所述控制单元的步骤(103)是通过有线传输进行的。
4.根据权利要求1和2中任一项所述的实时控制在X射线剂量下的曝光的方法，其中，将所述有效载荷信号传输至用于控制所述生成器管的所述控制单元的步骤(103)是通过无线传输进行的，优选地是通过RF传输进行的。
CN202111203814.1A 2020-10-15 2021-10-15 实时控制在x射线剂量下的曝光的方法 Pending CN114366131A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2010567A FR3115192A1 (fr) 2020-10-15 2020-10-15 Procédé de contrôle d’exposition en temps réel d’une dose de rayons X
FR2010567 2020-10-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114366131A true CN114366131A (zh) 2022-04-19

Family

ID=74205973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111203814.1A Pending CN114366131A (zh) 2020-10-15 2021-10-15 实时控制在x射线剂量下的曝光的方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11666300B2 (zh)
EP (1) EP3984461A1 (zh)
JP (1) JP2022065632A (zh)
KR (1) KR20220050074A (zh)
CN (1) CN114366131A (zh)
FR (1) FR3115192A1 (zh)

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4036163A1 (de) * 1990-11-14 1992-05-21 Philips Patentverwaltung Roentgenuntersuchungsgeraet
US5381458A (en) * 1993-02-23 1995-01-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Method and apparatus for precisely measuring accelerating voltages applied to x-ray sources
EP0639818B1 (en) * 1993-08-16 1997-01-22 Agfa-Gevaert N.V. Method and apparatus for monitoring the sensitivity of a system for reading a radiation image stored in a photostimulable phosphor screen
JP2000139890A (ja) * 1998-11-09 2000-05-23 General Electric Co <Ge> イメ―ジング・システム及びその動作方法
US7120282B2 (en) * 2003-01-29 2006-10-10 General Electric Company Method and apparatus for correcting digital X-ray images
EP2050395A1 (en) * 2007-10-18 2009-04-22 Paracelsus Medizinische Privatuniversität Methods for improving image quality of image detectors, and systems therefor
JP5481053B2 (ja) 2008-09-26 2014-04-23 株式会社東芝 Ｘ線露光量制御装置及びその方法並びにｘ線画像撮像装置
JP5283718B2 (ja) * 2011-02-09 2013-09-04 富士フイルム株式会社 放射線画像検出装置及び放射線画像検出装置に用いられるゲイン設定方法
JP5897020B2 (ja) * 2011-09-27 2016-03-30 富士フイルム株式会社 放射線撮影システムおよびその作動方法、並びに放射線画像検出装置
JP5460674B2 (ja) * 2011-11-15 2014-04-02 富士フイルム株式会社 放射線撮影装置およびその制御方法、並びに放射線撮影システム
JP5602198B2 (ja) * 2011-12-08 2014-10-08 富士フイルム株式会社 放射線撮影装置、およびこれに用いられる放射線画像検出装置並びにその作動方法
JP5592962B2 (ja) * 2012-02-03 2014-09-17 富士フイルム株式会社 放射線撮影装置とその制御方法、及び放射線撮影システム
JP5975733B2 (ja) * 2012-05-25 2016-08-23 富士フイルム株式会社 放射線画像検出装置およびその駆動制御方法、並びに放射線撮影システム
US10039516B2 (en) * 2013-11-08 2018-08-07 Carestream Health, Inc. Digital radiography detector image readout system and process
US10285661B2 (en) * 2015-09-18 2019-05-14 Varian Medical Systems International Ag Automatice exposure control for x-ray imaging
EP3159715A1 (en) * 2015-10-21 2017-04-26 Agfa Healthcare A method for reshaping the characteristic exposure response and dosimetry of a direct radiography system
JP6890943B2 (ja) * 2016-10-06 2021-06-18 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 放射線診断装置及び方法
FR3064075B1 (fr) * 2017-03-16 2019-05-03 D.R.E.A.M Developpement Et Recherches En Applications Medicales Methode d'estimation de la dose delivree par un systeme

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220050074A (ko) 2022-04-22
FR3115192A1 (fr) 2022-04-22
JP2022065632A (ja) 2022-04-27
US11666300B2 (en) 2023-06-06
EP3984461A1 (fr) 2022-04-20
US20220117573A1 (en) 2022-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5283718B2 (ja) 放射線画像検出装置及び放射線画像検出装置に用いられるゲイン設定方法
EP1420618B1 (en) X-Ray imaging apparatus
EP1978730B1 (en) Imaging apparatus, imaging system, its controlling method, and storage medium storing its program
JP5405093B2 (ja) 画像処理装置及び画像処理方法
EP1642528B1 (en) Radiographic imaging apparatus and system, method therefor, and program
US20130148782A1 (en) Radiation imaging apparatus and operation method thereof
US20070040099A1 (en) Radiation image pickup apparatus, radiation image pickup system, their control method and their control program
EP1617372B1 (en) Imaging apparatus, control method thereof, and program
WO2003057039A1 (fr) Appareil de radiodiagnostic
CN104427937A (zh) 放射线图像检测装置及其动作方法以及放射线摄影系统
JP2010042150A (ja) 放射線画像撮影装置
JP2000195696A (ja) 学習ベ―スの性能予測を伴う放射線透過検査システム
US6393097B1 (en) Digital detector method for dual energy imaging
CN111214250A (zh) 放射线成像装置和放射线成像系统
JP4150906B2 (ja) Ｘ線検出器の量子検出効率の変化を監視する方法
JP2001243454A (ja) アモルファス・シリコン撮像用検出器における画像残存を補償する方法及び装置
JP2013085632A (ja) 放射線画像撮影システム、画像処理装置および放射線画像撮影装置
US7792251B2 (en) Method for the correction of lag charge in a flat-panel X-ray detector
JP4366177B2 (ja) 保持画像アーティファクトを補正する方法及び装置
CN108968992B (zh) 放射线摄像装置、放射线摄像方法及计算机可读存储介质
JP2006304213A (ja) 撮像装置
CN114366131A (zh) 实时控制在x射线剂量下的曝光的方法
US10359520B2 (en) Radiation imaging system, signal processing apparatus, and signal processing method for radiographic image
JP6888416B2 (ja) 放射線画像撮影装置及び放射線画像撮影システム
Yadava et al. A practical exposure-equivalent metric for instrumentation noise in x-ray imaging systems

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination