CN1763513A - 放射线成像设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种放射线成像设备，根据从放射线产生设备放射的放射线脉冲，对放射线图像进行图像摄取的图像摄取装置；检测上述放射线脉冲的成像装置；根据上述放射线脉冲成像装置的检测结果，控制上述图像摄取装置的控制装置；其中，上述控制装置具有根据上述放射线脉冲成像装置的检测结果，运算上述放射线脉冲的脉冲宽度以及周期，根据用上述运算装置运算的上述放射线脉冲的上述脉冲宽度以及上述周期，控制上述图像摄取装置。

Description

放射线成像设备及其方法
技术领域
本发明涉及使用了放射线等进行放射线拍摄的放射线成像设备及其方法。
背景技术
图4是表示包含以往的放射线成像设备的放射线成像系统的概略结构的图。另外，图5是用于以往的放射线成像设备的图像摄取装置的模式电路图。进而，图6是表示以往的放射线成像设备的驱动定时的例子的图。
如图4所示那样，以往的放射线成像系统400由放射线产生设备401、图像摄取装置402、放射线I/F403、控制装置404构成(例如参考特开平08-130682号公报，美国专利第5,677,940号以及6,515,286号)。图像摄取装置402用电缆405c和控制装置404连接，并从控制装置404向图像摄取装置402供给驱动脉冲等的控制信号。另外，放射线产生设备401和控制装置404经由放射线I/F403连接着。此时，放射线产生设备401和放射线I/F403之间用电缆405b连接着。另外，放射线I/F403和控制装置404之间分别用电缆405a连接着。
如图5所示那样，用于以往的放射线成像设备的图像摄取装置402具有将由使用非晶硅所分别形成的PIN型光电二极管等光电转换元件以及薄膜三极管(TFT)等的开关元件构成的像素二维排列，并进行矩阵驱动的面传感器(area sensor)501(例如，参考美国专利第5,079,426号)。从电源向各像素的PIN型光电二极管的公共电极一侧施加偏置电压Vs。另外，各像素的TFT的栅极电极被连接到公共栅极线Vg1～3，公共栅极线被连接到由未图示的移位寄存器等构成的栅极驱动装置502上。另一方面，各TFT的源电极被连接到公共数据线Sig1～3上，在由输入放大器504、采样保持器505、模拟多路转换器(analog  multiplexer)506、输出放大器507等构成的读出装置503上，作为图像信号被输出。
然后，使用图6的定时图，说明以往的放射线成像系统400的动作。在图6上，RES、Vg1、Vg2、Vg3、SMPL各信号是从图4的控制装置404提供给图像摄取装置402的控制信号，在图5中也有表示。这里，RES是公共数据线和输入放大器504的复位信号，Vg1～Vg3是施加给各公共数据线的TFT的栅极的信号，SMPL是用于向采样保持器505的电容转送电荷的信号。模拟输出是包含从读出装置503输出的被拍摄物的信息的输出信号。
以往的放射线成像系统400为了使放射线产生设备401和图像摄取装置402同步动作，使用公共控制装置404，分别将控制信号提供给放射线产生设备401以及图像摄取装置402。因此，可使从控制装置404提供给放射线I/F403的放射线控制信号A和从控制装置404提供给图像摄取装置402的放射线控制信号C同步。
但是，由于在放射线I/F403中使用中继器(relay)等元件，所以可产生定时延迟。因此，有放射线控制信号A作为延迟了规定期间(例如图6的期间D)的放射线控制信号B，提供给放射线产生设备401的情况。这种情况下，放射线产生设备401按照由放射线控制信号A延迟了规定期间得到的放射线信号B，对图像摄取装置402产生脉冲状的放射线。
在使用脉冲放射线进行照射的放射线成像系统的情况下，存在在图6所示的A-B之间，A′-B′之间的读出期间，禁止放射线照射的情况。因此，控制装置404必须设定考虑了上述放射线脉冲的延迟等的定时余量(margin)，并对图像摄取装置402供给RES、Vg1、Vg2、Vg3、SMPL等的控制信号。另外，用于放射线I/F的中继元件因为延迟大，另外也不稳定，所以进行精密的定时的控制很困难，容易受到定时的制约。存在由于这种制约无法高速读出，作为该结果对噪声带不利的情况。
另外，也存在使放射线产生设备和图像摄取装置不同步，而将连续放射线照射到被拍摄物上拍摄的方法，但是有被拍摄物运动情况下变得模糊，画质降低的问题。
发明内容
本发明是考虑了上述问题被提出的，其目的在于提供一种具有能够更确实地使放射线产生设备和图像摄取装置同步动作的功能的放射线成像设备。
本发明因为是为解决上述问题被提出的，所以在本发明第一个方面涉及的放射线成像设备中，其特征在于：具有根据从放射线产生设备放射的放射线脉冲，对放射线图像进行图像摄取的图像摄取装置；检测上述放射线脉冲的成像装置；根据上述放射线脉冲成像装置的检测结果，控制上述图像摄取装置的控制装置；其中，上述控制装置具有根据上述放射线脉冲成像装置的检测结果，运算上述放射线脉冲的脉冲宽度以及周期，根据用上述运算装置运算的上述放射线脉冲的上述脉冲宽度以及上述周期，控制上述图像摄取装置。这里由控制装置进行的图像摄取装置的控制中包含，例如输出用于从在图像摄取装置中被排列成格子形状的各像素读出与放射线的受光量相对应的像素信号的控制信号。另外，上述放射线脉冲是从放射线产生设备被照射出来的。
在本发明的第二个方面涉及的放射线成像系统中，其特征在于：具有放射线产生设备和上述放射线成像设备。
在本发明第三个方面涉及的放射线拍摄方法中，其特征在于：具有向对放射线图像进行图像摄取的图像摄取装置照射放射线脉冲的照射步骤；检测上述放射线脉冲的检测步骤；根据在上述检测步骤中的检测结果，控制上述图像摄取装置的控制步骤；其中，在上述控制步骤中，根据在上述检测步骤的检测结果，运算上述放射线脉冲的脉冲宽度以及周期，根据上述运算的放射线脉冲的上述脉冲宽度和上述周期，控制上述图像摄取装置。
由此，在本发明中，不设计如以往那样和照射放射线脉冲的放射线产生设备之间的繁杂的连接和接口，而是可具有确实地使放射线产生设备照射的放射线脉冲的定时和图像摄取装置的图像摄取动作的定时同步动作的功能。
通过参考附图，详细描述本发明的其他的特征和优点，相同或者相似部分赋予同一附图标记。
附图说明
合并并组成说明书的一部分的附图，说明并且描述了发明的具体实施例，用来解释本发明的原理。
图1是表示本发明的优选的一实施方式的放射线成像设备的概略结构图。
图2是表示图像摄取装置102的驱动定时例子的图。
图3是表示图1所示的图像摄取装置102的详细结构例子的图。
图4是表示包含以往的放射线成像设备的放射线成像系统的概略结构图。
图5是用于以往的放射线成像设备的图像摄取装置的模式的电路图。
图6是表示以往的放射线成像设备的驱动定时的例子的图。
图7是表示本发明优选的实施方式的控制装置104的具体结构的例子的图。
图8表示使用了本发明的优选的实施方式的放射线成像设备的放射线成像系统的图。
具体实施方式
以下参考附图说明本发明优选的实施方式。并且，在本实施方式中作为放射线以X射线举例来说明，但是并不限于此，可包含α射线、β射线、γ射线等。
图1是表示本发明优选的实施方式的放射线成像设备的概略结构的图。
在图1中，100是放射线成像设备，包含图像摄取装置102、放射线脉冲成像装置103以及控制装置104。放射线产生设备101对放射线成像设备100的图像摄取装置102照射脉冲状的放射线(以下称为放射线脉冲)。这样，构成包含放射线成像设备100以及放射线产程装置101的放射线成像系统。图像摄取装置102以与来自控制装置104的控制信号相对应的定时感知从放射线产生设备101照射的放射线的强弱，对放射线图像进行图像摄取。放射线脉冲成像装置103检测从放射线产生设备101照射的放射线脉冲的变化，将检测信号输出到控制装置104。
和以往的图4的放射线拍摄相比较，本实施方式的放射线成像系统具有和以往的放射线成像系统不同的以下特征。
首先在本实施方式放射线的拍摄系统中不用电缆连接放射线产生设备101和放射线成像设备100的控制装置104，这些设备间不需要进行通信。另外，本实施方式的放射线成像系统设计了放射线脉冲成像装置103。向控制装置104输入放射线脉冲成像装置103输出的放射线脉冲的变化的检测信号。控制装置104根据由放射线脉冲成像装置103所检测的结果可控制图像摄取装置102。放射线脉冲成像装置103可由例如包含使用结晶硅形成的PIN型光电二极管的曝光计等构成，可高精度地检测放射线产生设备101照射的放射线脉冲的上升沿和下降沿。并且，在本实施方式中使用电缆105，进行放射线脉冲成像装置103和控制装置104之间的连接，以及控制装置104和图像摄取装置102之间的连接。但是，在本发明优选的实施方式中，这些连接不仅限于电缆，也可以使用无线LAN，红外通信等无线通信。
然后表示并说明图1所示的图像摄取装置102的详细的结构例子。
图3是表示图1所示的图像摄取装置102的详细结构的例子的图。在图3中，面传感器201将使用非晶硅形成的PIN型光电二极管PD等的变换元件以及薄膜三级管(TFT)T1等的开关元件构成的像素二维地排列，进行矩阵驱动。从电源向面传感器201所具有的各像素的PIN型光电二极管PD的公共电极施加偏置电压Vs。另外，各像素的TFT·T1的栅极电极被连接到公共栅极线Vg1～3上，公共栅极线Vg1～3被连接到栅极驱动装置202上。栅极驱动装置202由例如移位寄存器等构成。
另一方面，各TFT·T1的源电极被连接到公共数据线Sig1～3，向读出装置203输出像素信号。读出装置203具有输入放大器204、采样保持器205、模拟多路转换器(analog multiplexer)206、输出放大器207、LPF电路208以及阻抗值控制部分209，根据由公共数据线Sig1～3输入的像素信号，生成图像信号并用模拟输出。
下面说明在图3所示的图像摄取装置102上和图5所示的以往的图像摄取装置不同的特征。首先，具有连接到读出装置203的输出放大器207上的低通滤波器(以下省略记为LPF)电路208，LPF电路208具有可变阻抗这一点和LPF电路208的可变阻抗电路的阻抗值可由阻抗值控制部分209控制进行变更这一点是不同的。因此连接到读出装置203的输出放大器207上的LPF电路208的截止频率可根据阻抗值控制装置209的控制进行控制。具体的，根据来自图1的控制装置104的控制信号，阻抗控制装置209进行动作，换而言之，控制装置104能够控制对于图像摄取装置102的输出信号的频带宽的限制处理。例如，控制装置104根据面传感器201的驱动速度，可使LPF电路208的频带宽变化。因此可实现图像摄取装置102的输出信号的噪声降低。并且，在本实施方式中说明了以作为变换元件使用非晶硅形成的PIN型光电二极管和作为开关元件的TFT构成面传感器。但是，本发明的优选实施方式并不限于此，作为光电转换元件也可以代替PIN型光电二极管，使用由非晶硅形成的MIS型传感器。另外，形成放射线成像设备的情况最好是在面传感器上配置作为将碘化铯等的放射线变换为光电变换元件可检测的波长带的光的波长变换体的闪烁器(scintillator)。这种情况，变换元件由光电变换元件和闪烁器构成。另外，作为变换元件可以使用碘化铅、碘化汞、非结晶硒、镓砒霜等将放射线变换成直接电荷的材料构成。进而，使用了光电变换元件的面传感器的材料不仅仅限于非晶硅，也可以使用结晶硅。使用了结晶硅构成面传感器的情况，可使用例如CCD、CMOS传感器等的变换元件。
然后，说明在图3中说明的图像摄取装置102的动作。
图2是表示在图3说明的图像摄取装置102的驱动定时的例子的图。如图2所示，本实施方式的放射线产生设备101周期地产生放射线脉冲。本实施方式的放射线成像设备100可连续地读出该放射线脉冲。放射线脉冲成像装置103检测如图2所示的最初的放射线脉冲(实际的放射线照射)的上升沿T1、最初的放射线脉冲的下降沿T2，然后的放射线脉冲的上升沿T′。接收了该检测信号的控制装置104具有计算来自放射线产生设备101的放射线脉冲的脉冲宽度、脉冲周期的功能(运算装置)。然后，控制装置104根据所计算的放射线脉冲的脉冲宽度以及脉冲的周期，如图2所示控制图像摄取装置102的驱动。具体地，控制装置104通过对图像摄取装置102提供RES、Vg1、Vg2、Vg3、SMPL等的控制信号，驱动图像摄取装置102。例如，控制装置104根据所求得的放射线脉冲的脉冲宽度和脉冲周期，控制图像摄取装置102的帧速率。
首先，在T1′～T2′期间的放射线脉冲上升期间，控制装置104将图像摄取装置102当作存储状态。然后，控制装置104控制驱动速度，以使得在放射线脉冲下降沿定时T2′和下一放射线脉冲的上升沿定时T1″之间，完成像素信号的读出处理。即，使得在T2′和T1″之间RES的复位动作、Vg1～3的电荷转送动作、SMPL的采样保持完成。另外，还可根据驱动速度使连接到读出装置203的输出放大器207上的LPF电路208的频带宽变化。由此，可根据驱动速度使由LPF电路208决定的输出放大器207的频带宽变化，可实现输出信号的噪声降低。
这里，图7表示本实施方式的控制装置104的具体结构例子。放射线脉冲上升沿时间存储器106以及放射线脉冲下降沿时间存储器107分别依次存储及更新图2中表示的时刻T1、T1′、T1″、T1...以及T2、T2′、T2″、T2...，并输入到运算装置108。根据这些来自存储器的信息，运算装置108算出脉冲周期以及脉冲宽度，使驱动定时生成装置109生成用于面传感器驱动的信号。这里，在图7中，驱动定时生成装置109生成RES、Vg1～3、SMPL、LPF带宽控制信号，但是不仅限于这些信号。例如在用移位寄存器构成栅极驱动装置202的情况，代替Vg1～3，也可生成起动脉冲、移位时钟(shift clock)、使能信号等。进而，在本实施方式中，分别设计了控制装置104和图像摄取装置102，但是可将控制装置的一部分或者全部功能内置到图像摄取装置中。在以前的医疗现场中有使用称之为磁带的可搬运形式的图像摄取装置的情况。因而，更希望将本发明的控制装置104的一部分或者全部的功能内置到图像摄取装置104中。这里，图8是表示使用了本发明的优选实施方式的放射线成像设备的放射线成像系统的图。6040是可搬运型的图像摄取装置。另外6050是可移动的移动型的放射线产生设备。6060是从可移动型反射线产生装置6050产生的放射线、6061是患者或者被检验者，6062是患者或者被检验者的胸部。另外，进而6070是图像处理来自图像摄取装置6040的电信号的图像处理器，6080是显示被图像处理的图像信息的显示器，6090是用于传送图像信息的电话线等的传送装置。另外，6100是用于将图像信息输出给胶片6110的胶片处理器等的显影装置。放射线脉冲成像装置最好是内置在6040的可搬运型图像摄取装置中。另外，控制装置104的功能的一部分或者全部可以设计在图像处理器6070的内部，也可以内置在可搬运形式图像摄取装置6040内。在可搬运性的观点上最好将控制装置104的功能内置在可搬运型图像摄取装置6040中。
放射线成像设备100在T1″～T2″期间的放射线脉冲或者T1～T2期间的放射线脉冲中适时地进行上述处理。由此，本实施方式的放射线成像设备100在控制装置104和放射线产生设备101之间不用电缆等连接，使和放射线产生设备101照射的放射线脉冲同步地驱动图像摄取装置102，并可读出放射线图像。即，不需要作为以往必须的用于连接放射线产生设备101和控制装置104的电缆以及放射线I/F，可更简单构成放射线图像摄取系统。另外，在以往的放射线I/F中有不能对应的情况，但是本实施方式的放射线成像设备100可对应即使由于制造商不同等样式不同的放射线产生设备。
类似于本实施方式的放射线成像设备100的结构，由于不需要和放射线产生设备101之间的复杂的电缆连接，所以即使适用于可搬运型的放射线成像设备也是优选的。另外，在本实施方式中，在图像摄取装置102附近设计放射线脉冲成像装置103，但是也可以设计在放射线产生设备101的附近或者被拍摄物附近。另外，既可以将放射线脉冲成像装置103设计在图像摄取装置102的内部，又可以使用图像摄取装置102自身的至少一部分的输出进行放射线脉冲的检测。
另外，在本实施方式的放射线成像设备100中，因为对于放射线产生设备101输出的周期性放射线脉冲的定时不产生类似以往的图6所示的期间D的那样的延迟，所以减少了定时的制约，在图像摄取装置102中不需要象以往那样高速读出。由此，由于对存储、像素信号的读出可确保充分的时间，所以比起以往，可提供能拍摄S/N比良好的(降低噪声)放射线图像的放射线成像设备。另外，在本实施方式的放射线成像系统中，因为没有使用放射线I/F，所以不产生象以往那样由于放射线I/F(中继(relay)元件)的延迟大而引起的定时误差。进而，根据本实施方式的控制装置104的结构，通过以实时运算脉冲周期和脉冲宽度，可实时控制图像摄取装置的驱动。在产生装置的特性或者诊断的假设下，存在用于诊断的放射线产生设备的脉冲周期、脉冲宽度发生变化的情况。根据本发明优选的实施方式，由于可实时地变更图像摄取装置的驱动，所以可对应如上述的放射线产生设备的脉冲周期、脉冲幅度的变化，所以使用灵活。
另外，在上述实施方式中，控制装置104的计算功能等通过硬件来实现，但是不仅限于此，也可通过从存储器中读出用于实现各处理功能的程序并由CPU(中央运算装置)执行来实现该功能。即，作为控制装置104的硬件结构，可采用至少包含CPU以及存储器的结构。
另外，本发明的优选的实施方式不仅仅限于上述结构，也可以用专用的硬件实现控制装置104的各处理的至少一部分的功能。另外，上述存储器是典型的计算机可读取的存储介质，例如包含闪速存储器等非易失性存储器或者ROM等。但是，存储器可由光磁盘装置、HDD(硬盘驱动)、CD-ROM等的只读存储介质、RAM以外的易失性存储器、或者由这些组合的计算机可读写的存储介质的构成。
另外，将用于实现控制装置104的各功能的程序存储在计算机可读取存储介质中，可通过将记录在这些存储介质中的程序读入计算机系统并执行，来进行各处理。并且，在计算机系统中，不仅仅是OS等的软件，也能包含周围设备等的软件。具体地，包含从存储介质读出的程序写入到在被插入到计算机中的功能扩展板或者被连接到计算机中的功能扩展装置所具有的存储器中后，根据该程序的指示，该功能扩展板或者功能扩展装置所具有的CPU等执行实际处理的一部分或者全部，根据该处理实现上述的实施方式的功能的情况。
另外，在计算机可读取存储介质中，典型地包含软磁盘、光磁盘、ROM、CD-ROM等可搬运介质、内置在计算机系统内的硬盘等存储装置。但是，在计算机可读取的存储介质中也可包含类似于经由因特网等的网络或者电话线等的通信线路发送程序的情况下的服务器或者成为客户的计算机系统内部的易失性存储器(RAM)这样，在一定时间保持着程序的介质。
另外，上述程序可从将该程序存储在存储装置等中的计算机系统中，经由传送介质或者根据传送介质中的传送波传送到其他计算机系统中。这里，传送程序的传送介质中包含类似于因特网等的网络(通信网)或者电话线路等的通信线路(通信线)这样，具有传送信息的功能的介质。
另外，上述程序可以是用于实现上述功能的一部分的程序。进而，可以是可通过和已经存储在计算机系统的程序的组合来实现上述功能的所有的差分文件(差分程序)。
另外，作为本发明的实施方式也可适用存储了上述程序的计算机可读取的存储介质等的程序产品。本发明的范畴包含上述程序、存储介质、传送介质以及程序产品。
以上，关于本发明的实施方式，参考附图详细说明，但是具体的结构并不限于该实施方式，也包含不脱离本发明主旨的范围的变形。
本发明在不偏离其主旨和范围的情况下，能够明显地表现为广泛的不同的实施例，同时也容易理解本发明在权利要求中限定而并不限于具体实施方式。

Claims (10)

1、一种放射线成像设备，其特征在于：具有
根据从放射线产生设备放射的放射线脉冲，对放射线图像进行图像摄取的图像摄取装置；
检测上述放射线脉冲的成像装置；和
根据上述放射线脉冲成像装置的检测结果，控制上述图像摄取装置的控制装置；
其中，上述控制装置具有根据上述放射线脉冲成像装置的检测结果，运算上述放射线脉冲的脉冲宽度以及周期，根据用上述运算装置运算的上述放射线脉冲的上述脉冲宽度以及上述周期，控制上述图像摄取装置。
2、如权利要求1所述的放射线成像设备，其特征在于：上述控制装置根据上述运算装置运算的上述脉冲宽度以及上述周期，控制上述图像摄取装置的帧速率。
3、如权利要求2所述的放射线成像设备，其特征在于：上述图像摄取装置具有限制该图像摄取装置的输出信号的特定的频带宽的滤波器装置，
上述控制装置根据用上述运算装置运算的上述脉冲宽度和上述周期，向上述滤波器装置输出限制上述特定的频带宽的控制信号。
4、如权利要求1所述的放射线成像设备，其特征在于：上述放射线脉冲成像装置设计在上述图像摄取装置的附近。
5、如权利要求1所述的放射线成像设备，其特征在于：上述放射线脉冲成像装置设计在上述放射线产生设备的附近。
6、如权利要求1所述的放射线成像设备，其特征在于：上述放射线脉冲成像装置作为上述图像摄取装置的一部分被设计。
7、如权利要求1所述的放射线成像设备，其特征在于：上述放射线脉冲成像装置使用上述图像摄取装置的输出信号，检测上述放射线脉冲的变化定时。
8、一种放射线图像摄取系统，其特征在于：具有
放射线产生设备；和
如权利要求1所述的放射线成像设备。
9、如权利要求8所述的放射线图像摄取系统，其特征在于：上述图像摄取装置是可搬运型的图像摄取装置，上述放射线产生设备是可移动型的放射线产生设备。
10、一种放射线拍摄方法，其特征在于：具有
向对放射线图像进行图像摄取的图像摄取装置照射放射线脉冲的照射步骤；
检测上述放射线脉冲的检测步骤；
根据在上述检测步骤中的检测结果，控制上述图像摄取装置的控制步骤；
其中，在上述控制步骤中，根据上述检测步骤的检测结果，运算上述放射线脉冲的脉冲宽度以及周期，根据上述运算的放射线脉冲的上述脉冲宽度和上述周期，控制上述图像摄取装置。
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