DE10313858A1

DE10313858A1 - Verfahren und ein Gerät zur Bereitstellung von Signal-abhängigen Versatz- und Verstärkungseinstellungen für eine Festkörperröntgenstrahlerfassungseinrichtung

Info

Publication number: DE10313858A1
Application number: DE10313858A
Authority: DE
Inventors: Scott William Sussex Petrick; Rowland Frederick Hartland Saunders; Richard Gordon New Berlin Cronce; Jeffrey Alan Pewaukee Kautzer
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-01-08
Also published as: US6798864B2; US20030185342A1; JP2003303991A; FR2838905B1; FR2838905A1

Abstract

Verfahren und ein Gerät bei einem diagnostischen Röntgenstrahlsystem (5) zur Reduktion der Signalumwandlungszeit (150) für ein Festkörpererfassungseinrichtungsfeld des Röntgenstrahlsystems (5) zur Erhöhung der Bildfrequenz werden bereitgestellt. Eine Messung eines Satzes induzierter Signalversatze, die durch einen mit dem Erfassungsfeld (24) verbundenen zeitvariierenden Ladungsrest verursacht werden, wird während eines Phantomzeitsegments (120) vor einem normalen Signalauslesevorgang (115) des Erfassungseinrichtungsfeldes (24) für ein momentanes Vollbild durchgeführt. Ein Satz Einstellungswerte wird in Reaktion auf den Satz induzierter Signalversatze erzeugt. Untersätze von Signalwerten des Erfassungseinrichtungsfeldes (24) werden auf einen vorbestimmten Signaldynamikbereich als Teil eines normalen Signalauslesevorgangs (115) des Erfassungseinrichtungsfeldes (24) in Reaktion auf den Satz Einstellungswerte ausgelesen, womit ein Satz normalisierter Erfassungseinrichtungssignale erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein diagnostisches Röntgenstrahlsystem, das anatomische Strukturen misst und darstellt. Die Erfindung betrifft insbesondere Verfahren und ein Gerät zur Reduktion der Signalumwandlungszeit für ein Festkörperfeld des Röntgenstrahlsystems zur Erhöhung der Bildfrequenz.

Innerhalb des Gebietes diagnostischer Röntgenstrahlbildgebung wurden großflächige Festkörperröntgenstrahlerfassungseinrichtungen in der Röntgenstrahltechnik entwickelt. Eine derartige Erfassungseinrichtung umfasst typischerweise eine Scintillatorschicht in Kontakt mit einer Anordnung oder einem Feld von Fotodioden, die jeweils mit einem als elektronischer Schalter arbeitenden Feldeffekttransistor (FET) verbunden sind. Die Fotodioden werden anfänglich geladen, indem sie durch Aktivierung der FETs mit einer bekannten stabilen Spannung verbunden werden. Nachfolgend werden die Fotodioden isoliert, indem die FETs abgeschaltet werden. Auf die Beleuchtung mit Röntgenstrahlen hin erzeugt die Scintillatoreinrichtung Licht, das jede Fotodiode proportional zu der Röntgenstrahlbelichtung an der Stelle der Diode entlädt. Die Dioden werden sodann wieder aufgeladen, indem sie erneut mit der bekannten stabilen Spannung verbunden werden. Die zum Wiederherstellen der anfänglichen Spannung der Diode verwendete Ladung wird durch eine Abtastschaltung gemessen, und der Wert wird digitalisiert und gespeichert.

Bei einer derartigen Erfassungseinrichtung sind die Fotodioden und die mit ihnen verbundenen FETs typischerweise in Reihen und Spalten angeordnet. Die Gateelektroden der FETs entlang einer Reihe sind miteinander verbunden und die Reihenelektroden sind mit Abtastelektronikeinrichtungen verbunden. Während des Auslesevorgangs der Erfassungseinrichtung werden FET-Reihen sequentiell angeschaltet und eine gesamte Reihe von Erfassungselementen wird gleichzeitig ausgelesen. Aufgrund von Unvollkommenheiten bei den FETs wird ein zeitabhängiger Hinterugrundstrom erzeugt, wenn die FETs an- und ausgeschaltet werden. Das Ergebnis ist ein Versatzsignal, das nicht mit der Röntgenstrahlbelichtung in Verbindung steht. Das Versatzsignal wird typischerweise als Schaltladungsrest bezeichnet. Da die Reihen sequentiell gelesen werden, ist ein Anteil des Schaltladungsrestes reihenkorreliert, d. h. der Schaltladungsrest ist in einer gegebenen Reihe für alle Elemente ungefähr derselbe, aber variiert von Reihe zu Reihe. Um die Dinge zu verkomplizieren, verändert sich der Schaltladungsrest für eine gegebene Reihe mit der Bildfrequenz des Bildgebungssystems.

Zudem gibt es weitere Versatzsignale, die aufgrund von sowohl der Lichtempfindlichkeit der FETs als auch der Kapazität zwischen den Fotodioden und den Datenleitungen erzeugt werden. Wenn Licht auf die Anordnung trifft, neigen die FETs dazu, zu leiten, und zeigen einen Ladungsrest infolge der Röntgenstrahlbelichtung. Außerdem erfährt die Kapazität zwischen der Fotodiode und der Datenleitung ebenfalls eine Ladungsveränderung, wenn sich die Fotodioden entladen. Aufgrund des Widerstands der Datenleitung kann es einige Zeit dauern, bis sich der Effekt ausgleicht, so dass es nach einer anderen Signalquelle aussieht, während der Effekt abklingt. Das auf die Belichtung zurückzuführende gemischte Versatzsignal kann als fotoleitender Ladungsrest bezeichnet werden.

Der Schaltladungsrest und der gemischte Fotoleitungsladungsrest setzen sich zu einem Versatzsignal in den Elementen der Anordnung zusammen, das während des Auslesevorgangs beachtet werden sollte. Ohne die Versatzanteile würde die Umwandlungsschaltung lediglich den dynamischen Bereich und die durch normale Röntgenstrahlbelichtung erzeugte Signalauflösung erfordern. In der Praxis kann jedoch der dynamische Bereich der Versatzsignale größer als der dynamische Bereich der Nutzsignale zur Bildgebung sein. Aus praktischen Gründen weisen Umwandlungsschaltungen Begrenzungen beim dynamischen Bereich der Eingangssignale, der Umwandlungsauflösung und der Umwandlungsgeschwindigkeit auf. Ohne eine Kompensation der Versatzanteile muss die Umwandlungsschaltung mit einem erhöhten dynamischen Eingangsbereich fertig werden, ohne Auflösung und Geschwindigkeit zu opfern.

Bekannte Bemühungen zur Lösung des Problems eines Ladungsrestes zogen lediglich den Schaltladungsrest in Betracht und verließen sich auf eine vorherige Kalibrierung des Schaltladungsrestes für eine konstante Bildfrequenz; siehe US-Patentschrift 5 604 347 (Petrick et al). Anfänglich wird eine Kalibrierung zur Messung des durchschnittlichen Versatzanteils jeder Reihe durchgeführt. Nachfolgend wird ein Versatzkompensationswert für jede Reihe im Speicher einer Umwandlungsschaltung gespeichert. Die gespeicherten Kompensationswerte werden den eingehenden Signalen während des Betriebs der Erfassungseinrichtung hinzuaddiert. Das Verfahren kompensiert jedoch weder den Beitrag des fotoleitenden Ladungsrestes noch eines Bildgebungssystems, bei dem sich die Bildfrequenz verändert.

Daher existiert ein Bedarf für einen Ansatz zur Reduktion der Signalumwandlungszeiten durch Einstellung von sowohl durch einen Schaltladungsrest als Funktion der Bildfrequenz als auch einen Fotoleitungsladungsrest als Funktion des Röntgenstrahlphotonenflusses verursachten Reihe-zu-Reihe-Variationen zur Erhöhung der Bildgebungs-Bildfrequenz.

Erfindungsgemäß wird ein Röntgenstrahlsystem zur Erzeugung und zur Anzeige einer Vielzahl von Bildgebungsvollbildern entsprechend der internen Struktur innerhalb einer Testperson derart angegeben, dass die Signalumwandlungszeit reduziert wird, womit die Bildfrequenz erhöht wird. Das diagnostische Röntgenstrahlsystem umfasst eine Röntgenstrahlröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlsignalen, ein auf die Röntgenstrahlsignale reagierendes Festkörpererfassungsmodul und ein eine Vielzahl von normalisierten Erfassungssignalen für ein momentanes Bildgebungsvollbild erzeugendes Bildgebungsverarbeitungsmodul. Die normalisierten Erfassungseinrichtungsversatzsignale für das momentane Vollbild werden im Hinlick auf Reihe-zu-Reihe-Variationen beim Ladungsrest einer Erfassungseinrichtungsfeldanordnung des Festkörpererfassungseinrichtungsmoduls dynamisch eingestellt, wenn die Vollbildrate wechselt, und wenn der Röntgenstrahlphotonenfluss von Vollbild zu Vollbild wechselt.

Erfindungsgemäß wird ein Gerät zur Reduktion der Signalumwandlungszeit eines Röntgenstrahlsystems zur Erhöhung der Bildfrequenz bereit gestellt. Das Röntgenstrahlsystem beinhaltet eine Röntgenstrahlenphotonen in Lichtphotonen umwandelnde Scintillatoreinrichtung, eine gegen die Scintillatoreinrichtung anstoßende Anordnung aus Fotodioden-/Feldeffekttransistorpaaren, die auf die Lichtphotonen anspricht, um die Entladung der Anordnung zu beeinflussen, sowie eine Ausleseelektronik zum Lesen einer aktuellen Reihe der Anordnungen. Die Ausleselektronik ist mit Spalten der Anordnung verbunden und spricht auf Ladung an. Die Ausleseelektronik wird zur Erzeugung eines Satzes normalisierter Erfassungssignale derart verwendet, dass der Satz normalisierter Erfassungssignale für die Variationen bei der Signalstärke eingestellt wird, die durch temporäre Reihe-zu-Reihe- und Vollbild-zu-Vollbild-Variationen beim Ladungsrest der Anordnung verursacht wird.

Ebenso wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Minimierung der Signalumwandlungszeit für ein Festkörpererfassungseinrichtungsfeld eines Röntgenstrahlsystems zur Erhöhung der Bildfrequenz bereitgestellt. Eine Messung eines Satzes induzierter Signalversatze, die durch einen mit dem Erfassungseinrichtungsfeld verbundenen zeitveränderlichen Ladungsrest verursacht werden, wird während eines Phantomzeitsegments vor dem normalen Signalauslesevorgang des Erfassungsfeldes für ein aktuelles Bildgebungs-Vollbild durchgeführt. Ein Satz Einstellungswerte wird in Reaktion auf den Satz induzierter Signalversatze erzeugt. Untersätze von Signalwerten des Erfassungseinrichtungsfeldes werden zu einem vorbestimmten dynamischen Signalbereich als Teil eines normalen Signalauslesevorgangs des Erfassungseinrichtungsfeldes in Reaktion auf den Satz von Einstellungswertuen erfasst und normalisiert, womit ein Satz normalisierter Erfassungssignale erzeugt wird.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung bieten einen Ansatz zur Erzeugung und zur Anzeige einer Vielzahl von Röntgenstrahlbildgebungs-Vollbildern bei einer erhöhten Bildfrequenz durch Reduktion der Signalumwandlungszeit für eine Festkörpererfassungseinrichtung eines Röntgenstrahlsystems.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines diagnostischen Röntgenstrahlsystems zur Darstellung der verschiedenen Elemente des Röntgenstrahlsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 Elemente von Reihen und Spalten einer Erfassungseinrichtungsanordnung des Röntgenstrahlsystems gemäß 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 den mit der Aufnahme von Phantommessungen der Erfassungseinrichtungsanordnung gemäß 2 und dem Auslesen der Erfassungseinrichtungsanordnung verbundenen Zeitablauf gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine Darstellung der Indexvergabe in einer Nachschlagetabelle zur Extraktion von Einstellungswerten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 den Zeitablauf, der mit dem Zuführen von Einstellungssignalen an die Gateelektroden von Transistoren entsprechend K Zeilen eines Erfassungseinrichtungsanordnungsfeldes eines Röntgenstrahlsystems gemäß 1 verbunden ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 ein Blockschaltbild der Ausleseelektronik des Röntgenstrahlsystems gemäß 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
7 eine durch die Ausleseelektronik gemäß 6 erzeugte Signalumwandlungsrampe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt ein Blockschaltbild des diagnostischen Röntgenstrahlsystems 5 mit den Hauptelementen des Röntgenstrahlsystems 5 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Röntgenstrahlsystem 5 umfasst eine Röntgenstrahlröhre 12, ein Röntgenstrahlerfassungsmodul 14 und eine Kollimatoreinrichtung 16. Röntgenstrahlen werden von der Röntgenstrahlröhre 12 über die Kollimatoreinrichtung 16 zu dem Röntgenstrahlerfassungsmodul 14 übertragen. Eine Röntgenaufnahme eines Patienten 18 wird aufgenommen, indem der Patient 18 zwischen die Kollimatoreinrichtung 16 und dem Röntgenstrahlerfassungsmodul 14 platziert wird, ein Röntgenstrahlen-durchlässiges Material 20 auf der Seite des Patienten 18 zu der Kollimatoreinrichtung 16 hin angeordnet wird, und der Patient 188 den Röntgenstrahlen für eine Zeitdauer ausgesetzt wird. Das Röntgenstrahlsystem 5 beinhaltet ferner eine Energieversorgung 22 zum Anregen der Röntgenstrahlröhre 12.
Gemäß 2 beinhaltet das Röntgenstrahlerfassungsmodul 14 eine Erfassungseinrichtungsanordnung 24 aus Zeilen 26 und Spalten 28 von Fotoerfassungselementen 30. Das Erfassungsmodul 14 beinhaltet zudem eine Scintillatoreinrichtung 32 zwischen der Erfassungseinrichtungsanordnung 24 und dem Patient 18 derart, dass die Scintillatoreinrichtung 32 an die Erfassungseinrichtungsanordnung 24 anstößt, um Röntgenstrahlen in Licht umzuwandeln.
Das Röntgenstrahlsystem 5 beinhaltet weiterhin eine Bildverarbeitungseinrichtung 34, welche die Ausgabe von der Anordnung 24 empfängt und das durch die Anordnung 24 empfangene Bild verarbeitet. Das Röntgenstrahlsystem 5 beinhaltet zudem eine mit der Bildverarbeitungseinrichtung 34 verbundene Überwachungseinrichtung 36 zum Anzeigen des verarbeitenden Bildes, und es beinhaltet eine Bildspeichervorrichtung 38 zur Archivierung des verarbeiteten Bildes, falls gewünscht. Außerdem beinhaltet das Röntgenstrahlsystem 5 eine Belichtungssteuerschaltung 40, die ein Helligkeitssignal von der Bildverarbeitungseinrichtung 34 empfängt, und die Energieversorgung 22 zur Regulierung der Röntgenstrahlbelichtung reguliert.
Des weiteren beinhaltet das Röntgenstrahlsystem 5 eine Bedienerschnittstelle 42 und eine Systemsteuerungseinrichtung 44, welche den Betrieb des Restes des Röntgenstrahlsystems 5 steuert und Befehle von einer menschlichen Bedienperson über die Bedienerschnittstelle 42 empfängt.
Die Erfassungseinrichtungsanordnung 24 ist aus Schichten eines Dünnschichtmaterials mit einer oder mehreren Schichten aus amorphem Silizium ausgebildet. Gemäß 2 umfasst jedes Fotoerfassungselement 30 der Erfassungseinrichtungsanordnung 24 eine Fotodiode 46, die Photonen in ein elektrisches Signal umwandelt. Jede Fotodiode 46 weist eine Anode A und eine Kathode K auf, und ist eine Großflächenfotodiode, die das meiste der Fläche in jedem Element 30 einnimmt, so dass ein großer Bruchteil des Lichts, das auf das Element 30 trifft, abfängt. Jedes Element 30 beinhaltet ferner einen Dünnschichttransistor 8. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder Transistor 48 ein Feldeffekttransistor (FET) mit einer Gateelektrode G, einer Drainelektrode D und einer Sourceelektrode S.
Die Kathode K der Fotodiode 46 in jedem Element 30 ist mit der Sourceelektrode des Transistors in dem Element verbunden. Die Anoden A aller Fotodioden 46 in der Erfassungseinrichtungsanordnung 24 sind miteinander und mit einer negativen Biasspannung –V_b verbunden. Die Drainelektroden D der Transistoren in jeweiligen Spalten sind mit jeweiligen Spaltenelektroden SPALTE(n), SPALTE(n+1), SPALTE(n+2). . . verbunden und die Gateelektroden der Transistoren in jeweiligen Zeilen sind mit jeweiligen Zeilenelektroden ZEILE(n), ZEILE(n+1). . . verbunden.
Das Röntgenstrahlsystem 5 beinhaltet weiterhin eine Erfassungssteuerungseinrichtung 50, die mit der Systemsteuerungseinrichtung 44 und den Zeilenelektroden verbunden ist. Die Spaltenelektroden sind mit der Bildverarbeitungseinrichtung 34 verbunden.
Um ein Bild von der Erfassungseinrichtungsanordnung 24 zu erhalten, verbindet die Erfassungssteuerungseinrichtung 50 die Spaltenelektroden mit einer bekannten stabilen Spannung V_c, die durch die Ausleseelektronik bereitgestellt wird, und die bspw. innerhalb 2 V Massespannung liegt. Während die Spaltenelektroden mit der Spannung V_c verbunden sind, verbindet die Erfassungssteuereinrichtung 50 die Zeilenelektroden mit einer Spannung Von, die bezüglich V_c positiv ist. Folglich sind die Fotodioden in Sperrrichtung vorgespannt. Die Transistoren leiten und eine Ladung wird auf jede der mit den Fotodioden verbundenen Kapazitäten aufgebracht. Sobald die Fotodioden geladen worden sind, verbindet die Erfassungssteuereinrichtung 50 die Zeilenelektroden mit einer Spannung –V_off, die bezüglich sowohl V_c als auch –V_b negativ ist, um die Transistoren auszuschalten und sie am Leiten zu hindern. Die Anordnung ist dann der Lichtenergie ausgesetzt, wie sie etwa durch die den Röntgenstrahlen ausgesetzten Scintillatoreinrichtungen 32 erzeugt wird. Die Fotodioden leiten und die mit jeder Fotodiode verbundene Kapazität wird teilweise entladen. Die von der mit jeder Fotodiode verbundene Kapazität entfernte Ladungsmenge hängt von der Intensität und der Dauer der diese besondere Fotodiode treffenden Lichtenergie ab. Weil die Belichtungsdauer gegenüber der Lichtenergie dieselbe für jede der Fotodioden ist, repräsentiert die von der mit den Fotodioden verbundenen Kapazität entfernte Ladungsmenge die Intensität der die verschiedenen Fotodioden treffenden Lichtenergie und wird durch Messen der zum Wiederaufladen von jeder Fotodiodenkapazität erforderlichen Ladungsmenge gelesen. Die Variation bei der von verschiedenen Fotodioden entfernten Ladungen bildet ein Bild des die Erfassungseinrichtung treffenden Lichtes aus.
Die von der mit jeder Fotodiode verbundenen Kapazität entfernte Ladungsmenge wird gemessen, indem die Erfassungssteuereinrichtung 50 angewiesen wird, die Zeilen eine nach der anderen mit der Spannung V_on zu verbinden, und an der Spaltenelektrode für jede Diode in der Zeile jeweils die erforderliche Ladung zum Wiederaufladen der Diodenkapazität auf dieselbe Spannung wie vor der Belichtung durch die Lichtenergie zu messen. Das Bildverarbeitungsmodul 34 beinhaltet eine Abtastschaltung mit einer Integratoreinrichtung 52 bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, die mit jeder Spalte der Anordnung 24 verbunden ist. Die Integratoreinrichtung 52 ist vorzugsweise eine Niederrauschintegratoreinrichtung ohne Versatzanteile oder Eingangsbiasströme. Die Erfassungssteuereinrichtung 50 setzt jede Zeile auf –V_off zurück, und die Abtastschaltungen werden alle gelöscht (d. h. die Integratoreinrichtungen werden zurückgesetzt), nachdem eine Zeile gelesen wird, so dass die Abtastschaltungen zum Lesen der nächsten Zeile vorbereitet werden.
Weil das Ausgangssignal von der Erfassungseinrichtungsanordnung 24 sehr klein ist, ist die Schaltung zum Messen der von den Fotodioden entfernten Ladung sehr empfindlich. Die Transistoren 48 in der Anordnung 24 zeigen einen "Schaltladungsrest", wobei nicht alle Signale die amorphem Siliziumtransistorenanordnung verlassen, wenn ein Signal auf –V_off zurückgeführt wird, sondern blutet eher langsam mit der Zeit aus. Die durch die Transistoren in einer gelesenen Zeile zurückbehaltene Ladung wirkt als Versatz für in der Zeile gelesene Elemente. Der Versatz kann im Vergleich zu dem dynamischen Bereich der Ausgangssignale, welche man zu Messen wünscht, recht groß sein. Der Schaltladungsrest verändert sich außerdem mit der Bildgebungs-Bildfrequenz.
Ferner kann durch den FET Ladung zurückbehalten werden, wenn der FET aktiviert wird, indem er der Lichtenergie ausgesetzt wird. Die zurückbehaltene Ladung wird "lichtleitender Ladungsrest" genannt und wirkt auch wie ein Versatz. Der Gesamtladungsrest setzt sich zusammen aus dem Schaltladungsrest und dem lichtleitenden Ladungsrest und ergibt einen zusammengesetzten Versatz. Der zusammengesetzte Versatz würde erfordern, dass der dynamische Bereich der Abtastschaltung sehr groß sein müsste, falls er nicht auf irgendeine Weise kompensiert wird. Ein großer dynamischer Bereich bedeutet, dass viele Erfassungspegel umfasst werden, um Signalgraustufen mit einem gewünschten Auflösungsausmaß zu erkennen. Jeder Erfassungspegel nimmt ein bestimmtes Zeitausmaß T_detect in Anspruch. Falls viele Erfassungspegel für eine gegebene Zeile während des Erfassungsvorgangs überprüft werden müssen, dann kann das Ergebnis eine Verringerung bei der Bildwiederholfrequenz sein. Da T_detect typischerweise für ein gegebenes Erfassungsanordnungsmodul konstant ist, ist es wünschenswert, die Anzahl von Erfassungspegeln, die überprüft werden, zu reduzieren, um die Bildfrequenz ohne den Verlust an Signalauflösung zu erhöhen. Die Anzahl von zu überprüfenden Erfassungspegeln kann durch Einstellen des Versatzes aufgrund des Gesamtladungsrestes auf einer Reihe-für-Reihe-Basis reduziert werden.
In der US-Patentschrift 5 604 347 von Petrick et al. verwendet eine Festkörperröntgenstrahlerfassungseinrichtung zeilenvariable Versatze, um den linearen Bereich der Signalumwandlung zu reduzieren, wodurch die zur Signalumwandlung erforderliche Zeit reduziert und die effektive Bildfrequenz erhöht wird. Wenn die Zeit zwischen Vollbildern fixiert ist, kann der durch Schaltungsladungsrest induzierte Versatz als Teil des Entwicklungsvorgangs charakterisiert und während des Betriebs des Röntgenstrahlsystems durch Bereitstellung eines zeilenvariablen Versatzprofils entfernt werden, das auf der Charakterisierung basiert. Das Ergebnis ist eine Signalumwandlungsrampe, die einen linearen Abschnitt aufweist, der reduziert wurde. Der lineare Abschnitt der Signalumwandlungsrampe wird zum Messen des Versatzes eines "Dunkelbildes" (keine Röntgenstrahlbelichtung) verwendet, der sodann von einem Bild mit Röntgenstrahlsignalinformationen subtrahiert wird, womit der Versatz entfernt wird. Die Lösung gemäß der US-Patentschrift 5 604 347 funktioniert für fixierte Bildfrequenzen gut, wo die Zeit zwischen den Vollbildern konstant ist, was bedeutet, dass das Abklingen des Ladungsrest-induzierten Versatzes ebenfalls von Vollbild zu Vollbild konstant ist.
Eine zusätzliche Herausforderung ergibt sich jedoch, wenn erwünscht ist, dass die Zeit zwischen den Vollbildern variabel sein soll. Bei einem Extrem gibt es keinen Bedarf für eine zeilenvariable Versatzkompensation, wenn die Zeit zwischen Vollbildern Null ist, da der Ladungsrestbeitrag konstant ist (das Abklingen von frühen Zeilen kann mit der zuletzt ausgelesenen Zeile exakt ersetzt werden). Der lineare Abschnitt der Umwandlungsrampe kann einfach den Bereich von Versatzen bedecken, die von einem individuellen Bildelement oder Element der Erfassungseinrichtungsanordnung 24 erwartet werden (bspw. Fotodiodenleckstrom), als den aufgrund des Ladungsrestes zusätzlichen erforderlichen Bereich. Beim anderen Extrem baut sich der Ladungsrest von seinem negativsten Wert (unendliche Zeit zwischen Vollbildern, was bedeutet, dass es keinen Beitrag von vorherigen Zeilen für die erste Zeile gibt) bis zu einem stationären Zustandswert auf (wo der Ladungsrestversatzbeitrag konstant wird), und der Bereich von erforderlichen Versatzen wird maximal. Am zweiten Extrem stellt die zeilenvariable Versatzkompensation den größten Nutzen bereit. Selbst mit einer relativ kleinen Zeit zwischen den Vollbildern kann die Versatzverteilung nachteilig beeinflusst werden, wenn die Signalverstärkung erhöht wird. Mit steigender Signalverstärkung steigt auch der lineare Bereich, welcher der Umwandlung des Versatzes gewidmet ist, was die von der Signalumwandlung verwendete Zeit nachteilig beeinflusst.
Bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird der Versatz aufgrund des gesamten Ladungsrestes kompensiert, indem zunächst Phantommessungen für die Erfassungseinrichtungsanordnung 24 für ein momentan auszulesendes Vollbild vor dem normalen Signalauslesevorgang der Erfassungseinrichtungsanordnung 24 durchgeführt wird. Dann können die Phantommessungen zum Erzeugen von Einstellungswerten verwendet werden, die während des darauffolgenden normalen Signalauslesevorgangs zum Korrigieren des durch den Gesamtladungsrest verursachten Versatzes angelegt werden können. Folglich werden die Einstellungswerte für jedes Bildvollbild dynamisch aufgefrischt, wobei Veränderungen bei dem Ladungsrest aufgrund von Veränderungen bei sowohl der Bildgebungsbildfrequenz als auch dem fotoleitenden Ladungsrest kompensiert werden, und der Effekt einer erhöhten Gesamtbildgebungsbildfrequenz erhalten wird. Die Phantommessungen werden einmal vor dem Auslesen jedes Vollbildes ausgeführt, nicht für jede auszulesende Zeile.
3 zeigt den Ablauf für die Durchführung von Phantommessungen auf der Erfassungseinrichtungsanordnung 24 und dem anschließenden Auslesen der Zeilen der Erfassungseinrichtungsanordnung 24. Bei 3 werden zwei Phantommessungen 101 und 102 vor dem normalen Auslesevorgang 115 der Erfassungseinrichtungsanordnung 24 während dem Phantomauslesevorgang 120 ausgeführt. Wenn eine Erfassungseinrichtungszeile normalerweise ausgelesen wird, wird ein Zeilenabtastvorgang 105 an die Gateelektroden der Transistoren in dieser Zeile für eine bestimmte Zeitdauer angelegt. Die Amplitude des Zeilenabtastvorgangs ist Von, wie es vorstehend beschrieben ist. Jedes Element der Zeile wird gleichzeitig durch die Ausleseelektronik in dem Bildprozessor 34 entlang der Spalten der Erfassungseinrichtungsanordnung 24 gemäß vorstehender Beschreibung ausgelesen. Wenn jedoch die Phantommessungen (101 und 102) ausgeführt werden, werden die Zeilenabtastvorgangssignale abgeschaltet. Folglich repräsentieren die Messungen den mit dem momentanen Bildgebungsvollbild verbundenen Anfangsladungsrest. Falls zwei Phantommessungen erfolgen, wie es in 3 gezeigt ist, kann ein Durchschnittswert der Messungen genommen werden, um eine zusammengesetzte Phantommessung zu erhalten. Mehr als zwei Phantommessungen können ausgeführt werden, falls gewünscht, um eine noch genauere Darstellung des Ladungsrestes zu erhalten.
Einstellungswerte werden sodann während eines Messungs-/Berechnungszeitsegments 110 in Reaktion auf die Phantommessungen erzeugt. Sobald die Einstellungswerte erzeugt werden, können sie während des normalen Auslesevorgangs 115 angelegt werden, um die durch den Gesamtladungsrest für jede Zeile verursachten Versatze zu kompensieren, womit die Anzahl von Erfassungspegeln reduziert wird, die für eine Normalsignalerfassung erforderlich ist. Jede Zeile oder Abtastleitung wird bezüglich den anderen Zeilen in dem momentanen Vollbild für sowohl das Röntgenstrahlbild als auch das Dunkelvollbild effektiv normalisiert, die für individuelle Bildelementversatzmessungen verwendet werden, bevor nachfolgend eine Dunkelbildsubtraktion nach Umwandlung ausgeführt wird. Folglich muss der Eingangsdynamikbereich der Ausleseelektronik nicht sehr groß sein, und die Signalerfassung und -umwandlung kann in einer kürzeren Zeitdauer stattfinden, womit die Gesamtbildgebungsbildfrequenz erhöht wird.
Die Phantommessungen können zur Berechnung der Einstellungswerte verwendet werden, oder sie können zur Indizierung in einer Nachschlagetabelle gemäß 4 verwendet werden, wo die Einstellungswerte im Speicher der Ausleseelektronik gespeichert werden. Im Hinblick darauf, dass der Ladungsrest sich üblicherweise bis zu einem statischen Zustand aufbaut, kann die Erzeugung der Einstellungswerte so einfach wie das Indizieren in die Nachschlagetabelle sein, wo der Ladungsrest in der Nachschlagetabelle mit einer unendlichen Zeit zwischen den Vollbildern gekennzeichnet ist. Der Index bestimmt den Ort in der Nachschlagetabelle für den Einstellwert der ersten Zeile der Erfassungseinrichtungsanordnung. Nachfolgende Einstellwerte für nachfolgende Zeilen kommen von nachfolgenden Nachschlagetabelleeinträgen.
Anspruchsvollere Indizierungstechniken können unter Verwendung der Nachschlagetabelle ausgebildet werden, um die Lichtleitungsladungsrestkomponente des Gesamtladungsrests zu kompensieren. Die Einstellwerte sind, ob sie unterwegs für jedes Vollbild berechnet werden oder von einer Nachschlagetabelle extrahiert werden, eine Funktion des gemessenen Ladungsrestes, des erwarteten Signaldynamikbereichs und anderen Elektronikversatzen. Im Röntgenstrahlsystem wird die Dicke des Cäsiumiodids gesteuert und der erwartete Signaldynamikbereich wird auf der Grundlage der Steuerung der übertragenen Röntgenstrahlintensität gesteuert. Daher kann die erwartete Größenordnung des Lichtleitungsladungsrestes charakterisiert und daher vorhergesehen werden.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Nachschlagetabelle, wenn die Nachschlagetabelle auf vier verschiedene Zeiten zwischen Vollbildern angewendet würde (unendliche Zeit, Zeit X, Zeit Y und Nullzeit in absteigender Reihenfolge). Die Nachschlagetabelle in der unteren Hälfte von 4 zeigt, wie eine durch unendliche Zeit zwischen Vollbildern charakterisierte Nachschlagetabelle zur Bereitstellung derselben Einstellungsprofile verwendet werden kann. Das Einstellungsprofil wird einfach an verschiedenen Orten in der Nachschlagetabelle in Abhängigkeit von den Phantommessungen gestartet, die stark durch die Zeit zwischen Bildgebungsvollbildern beeinflusst werden. Es sind lediglich L-Werte gezeigt, wobei L<N und N eine Gesamtzahl von Zeilen ist, weil ein stationärer Zustandswert erreicht wird, wenn der Ladungsrestbeitrag mit derselben Rate abklingt, mit dem zusätzliche Zeilen ausgelesen werden. Wenn der letzte Wert in der Nachschlagetabelle erreicht wird, wird dieser Wert einfach für alle verbleibenden auszulesenden Zeilen wiederholt.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Einstellwerte während einer Erfassungszeitdauer 125 des normalen Auslesevorgangs 15 angelegt. Falls ein präziser Versatz aufgrund eines Ladungsrestes auf ein Signal induziert wird, das außerhalb des durch die Ausleseelektronik bereitgestellten Dynamikbereiches erwartet wird, kann der Gesamtwert (Signal plus Versatz) innerhalb des durch die Ausleseelektronik bereitgestellten Dynamikbereichs fallen, ohne einen Anstieg in der Umwandlungszeit zu erleiden. Die Umwandlungszeit ist die zum Umwandeln eines integrierten Signals von einer Analogspannung in eine Digitalwerte erforderliche Zeit. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein einzelner Umwandlungspegel ein Zeitsegment T_detect von 64 Nanosekunden.
Um einen kompensierenden negativen oder positiven Versatz zu erzielen, kann in Abhängigkeit davon, was für eine gegebene Zeile der Erfassungseinrichtungsanordnung 24 erforderlich ist, eine Anzahl von Zeilen zur Bereitstellung des Versatzes mit dem in 5 gezeigten Zeitablauf verwendet werden. In einem ersten Fall 130 wird eine eher negative Spannung –V_offh2 an die Gateelektroden G von Versatz bereitstellenden j-Zeilen (wobei j größer oder gleich 1 ist) während der Signalerfassung 125 einer gegebenen auszulesenden Zeile (bspw. Zeile(n)) angelegt, und während des Rücksetzens 127 der Ausleselektronik gemäß dem Zeitablaufdiagramm entfernt. Der Fall 130 stellt einen positiven Versatz bereit, um die Effekte eines durch einen negativen Ladungsrest induzierten Versatzes zu kontern. Der Gegenfall ist in dem Zeitablaufdiagramm für den Fall 140 gezeigt, wo eine eher negative Spannung –V_offh2 an die Gateelektroden von Versatz bereitstellenden j-Zeilen während des Rücksetzens 127 der Ausleseelektronik für eine auszulesende gegebene Zeile (bspw. Zeile(n)) angelegt wird, und während der Signalerfassung 125 entfernt wird, womit ein negativer Versatz bereitgestellt wird, um die Effekte eines durch einen positiven Ladungsrest induzierten Versatzes zu kontern.
Die Ausleseelektronik ist bipolar, wodurch eine geeignete Kompensation von sowohl positiv als auch negativ induzierten Versatzen ermöglicht wird. Die Anzahl der Zeilen kann verändert werden, und/oder der Unterschied zwischen –V_off und –V_offh2 kann verändert werden, um dasselbe Ausmaß an Kompensation aufgrund des Ladungsrestes effektiv zu erzielen. Außerdem kann ein ähnlicher Effekt induziert werden, falls die zum Induzieren des Versatzes angelegte Spannung positiver ist als –V_off. Folglich wird –V_offh2 zu –V_off, und –V_off wird zu –V_offi2, wobei –V_offh2 < –V_off < –V_offi2 ist .
Bevor –V_offh2 angelegt wird, kann alternativ eine Signalverstärkung der Ausleselektronik (bspw. die Verstärkung der Integratoren 52) zunächst eingestellt werden, um dabei zu helfen, das resultierende integrierte Signal in einen geeigneteren Dynamikbereich zu verlegen. Wenn sodann gemäß vorstehender Beschreibung –V_offh2 angelegt wird, liegt der resultierende integrierte Signalwert in dem vorbestimmten Signaldynamikbereich des Umwandlungsvorgangs, wobei die Anzahl von zur Signalumwandlung erforderlichen Umwandlungspegeln reduziert wird, und somit die Gesamtumwandlungszeit reduziert wird. Das Ergebnis hat den erwünschten Effekt der Beibehaltung eines komprimierten Dynamikbereichs für die Ausleseelektronik (kürzere Zeit, höhere Bildfrequenz), während ein größerer Dynamikbereich effektiv abgedeckt wird, der jenseits des durch den verwendeten Umwandlungsvorgang bereitgestellten liegt.
Der Verstärkungseinstellungswert und der Versatzwert –V_offh2 sind die berechneten Einstellungswerte und/oder von einer Nachschlagetabelle gemäß vorstehender Beschreibung extrahierten Einstellungswerte. Falls es gewünscht wird, kann mehr als eine Nachschlagetabelle implementiert werden (bspw. eine erste Nachschlagetabelle für den Verstärkungseinstellungswert und eine zweite Nachschlagetabelle für –V_offh2. Die berechneten und/oder Nachschlagetabellen-Einstellungswerte komprimieren effektiv den Eingangssignaldynamikbereich durch ein vorbestimmtes Ausmaß.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Einstellungswerte während einer Umwandlungszeitdauer 150 (vgl. 7) während des normalen Auslesevorgangs angelegt. Dabei werden anstelle des Anlegens von Einstellungswerten an bestimmte Zeilen während der Erfassung Einstellungswerte während der Signalumwandlung 150 angelegt, um eine Signalumwandlungsrampe 160 auf den geeigneten Signaldynamikbereich effektiv zu versetzen.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel in der Ausleseelektronik der Erfindung, die sowohl die Integration als auch die Signalumwandlung durchführt. Die Ausleseeletronik umfasst eine Integrieren/Abtasten- und -Halten-Schaltung 200, eine analoge Summationsschaltung 204, eine Vergleichseinrichtung 210, ein Datenregister 230, einen digitalen Zähler 220, eine Nachschlagetabelle LUT 240, eine zweite Nachschlagetabelle LUT 301, eine digitale Summationsschaltung 314, einen ersten Digital/Analog-Umwandler (D/A) 250 und einen zweiten D/A 260. Während der Signalintegrationszeit 125 für eine gegebene ausgelesene Zeile integriert die Integrieren/Abtasten- und Halten-Schaltung das Signal am Eingang 206 (für jedes Element einer Zeile), das dem Ausmaß eines Entladesignals während der Röntgenstrahlbelichtung für das momentane Vollbild für das am Eingang 201 ausgelesene Bildelement zusätzlich zu einer durch D/A 205 erzeugten Analogspannung und in analoger Weise durch die Additionseinrichtung 204 addiert entspricht. Die D/A-Ausgabe 255 wird durch die Ausgabe 245 der Nachschlagetabelle 240 gesteuert. Der Ausgang der Integrieren-/Abtasten- und Halten-Schaltung wird einem ersten Eingang der Vergleichseinrichtung 210 zugeführt. Ein Ausgang von D/A 260 wird einem zweiten Eingang der Vergleichseinrichtung 210 zugeführt.
Wenn der Wert des zweiten Eingangs einer Vergleichseinrichtung 210 größer oder gleich dem ersten Eingang der Vergleichseinrichtung 210 ist, wird ein Registersignal von der Vergleichseinrichtung 210 ausgegeben. Das Registersignal wird einem Datenregister 230 eingegeben und registriert einen von einem digitalen Zähler 220 ausgegebenen Datenwert. Während der Signalumwandlung beginnt der digitale Zähler 220 den Zählvorgang und den Ausgabevorgang einer Signalumwandlungsrampe in Reaktion auf ein Taktsignal 270, wobei die Signalumwandlungsrampe eine vorbestimmte feste Anzahl von diskreten Pegeln n 175 aufweist, die einen fixierten Dynamikbereich gemäß 7 definieren. Die Signalumwandlungsrampe umfasst einen linearen Bereich 170, einen quadratischen Bereich 180 und einen zeilenvariablen Versatzpegel 190, deren digitale Werte in der Nachschlagetabelle 310 enthalten sind.
Im Stand der Technik würde die Nachschlagetabelle 240 lediglich die Digitalwerte für den erwarteten Bereich der Schaltladungsrestversatze für eine feste Bildfrequenz und Zeit zwischen den Vollbildern enthalten. Der Eingang 280 im Stand der Technik wäre schlicht eine Zeilenadresse. Die Nachschlagetabelle 240 addiert effektiv den (von einer vorherigen Charakterisierung bei festen Bildfrequenzen) erwarteten Ladungrestversatz. Gemäß der Figur kann der Versatz durch eine Summationsschaltung 204 während der Signalerfassung (erstes Ausführungsbeispiel) in analoger Weise oder durch eine Summationsschaltung 314 während der Umwandlung (zweites Ausführungsbeispiel) in digitaler Weise oder durch eine Kombination aus beidem addiert werden, möglicherweise mit mehr als einer Nachschlagetabelle 240, um jede der Summationsschaltungen unabhängig zu versorgen.
Im Stand der Technik wäre der Eingang 280 der Nachschlagetabelle 240 schlicht eine digitale Darstellung der gerade ausgelesenen Zeile (d. h. eine Zeilen-"Adresse"), und es wäre ein fixierter Wert für eine gegebene Zeile von Vollbild zu Vollbild. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Nachschlagetabelle 240 sehr viel mehr Werte, was die Charakterisierung der Ladungsrestversatze mit einer zwischen den Vollbildern variierenden Zeit von der Zeit Null bis zu der Zeit ausmacht, bei der der Ladungsrest auf einen Wert abklingt, der nahe genug bei Null ist, um unbedeutend zu sein. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wäre der Eingang 280 der Nachschlagetabelle 240 für eine gegebene Zeile von Vollbild zu Vollbild in Abhängigkeit von der Signalmessung während der "Phantomzeilen" variabel.
Das erste Ausführungsbeispiel fügt die Versatze in analoger Weise während der Signalerfassung unter Verwendung der Summationsschaltung 204 hinzu. Das zweite Ausführungsbeispiel fügt die Versatze während der Umwandlung unter Verwendung der Summationsschaltung 314 hinzu. Es wird angemerkt, dass eine dritte D/A-Einrichtung und eine nach der D/A-Einrichtung 260 durchgeführte analoge Summation für die digitale Summationsschaltung 314 substituiert werden könnte, um denselben Effekt zu erzielen.
Der lineare Bereich 170 der Signalumwandlungsrampe 160 definiert den Dynamikbereich der erwarteten "Dunkelvollbild"-Werte, wenn keine Signale aufgrund einer Röntgenstrahlbelichtung in der Erfassungsanordnung vorhanden sind. Falls daher eine Einstellung für Ladungsrest korrekt ausgeführt wird, sollten alle umgewandelten integrierten Signale 300 von der Ausleseelektronik in dem linearen Bereich 170 der Signalumwandlungsrampe 160 enden, wenn keine Röntgenstrahlbelichtung ausgeführt wurde. Der lineare Bereich 170 ist ebenfalls bedeutend kleiner als er sein müsste, falls eine Einstellung für den Ladungsrest nicht durchgeführt wäre.
Der quadratische Bereich 180 ist, wo die erwarteten Werte der Röntgenstrahlsignale abnehmen können. Der Bereich ist quadratisch, da Röntgenstrahlquantenrauschen proportional zu der Quadratwurzel der Röntgenstrahlintensität ist.
Daher macht es Sinn, mit steigender Röntgenstrahlintensität die Rampenwerte quadratisch zu erhöhen, wobei größere Sprünge bei den Rampenpegeln gemacht werden, so dass keine Zeit bei dem Versuch verschwendet wird, Röntgenstrahlsignale mit einer größeren Anzahl von kleineren linearen Schritten zu erfassen. Die Signalumwandlungsrampe 160 ist für alle in der Erfassungseinrichtungsanordnung zu erfassenden Signale fixiert, außer dass der zeilenvariable Versatzpegel 190 auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Phantommessungen auf der Grundlage der Charakterisierung des Erfassungseinrichtungsanordnungsfeldes bezüglich des Ladungsrestes eingestellt wird. Erneut ist der lineare Bereich 170 bedeutend kleiner als er wäre, falls die Einstellung für den Ladungsrest nicht durchgeführt werden würde.
Bei einem "Hellbild" (Röntgenstrahlbelichtung trat auf) sollten Röntgenstrahldurchdringungen in dem höheren Bereich des quadratischen Abschnitts der Signalumwandlungsrampe enden, niedrigere Röntgenstrahldurchdringungen sollten in dem unteren Bereich des quadratischen Abschnitts der Signalumwandlungsrampe enden, und keine Röntgenstrahldurchdringungen sollten im linearen Bereich der Signalumwandlungsrampe enden.
Bei jedem Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Einstellwerte von den Phantommessungen erzeugt werden, indem sie in die Nachschlagetabelle 240 am Nachschlagetabellenadressierungseingang 280 indiziert werden. Für eine gegebene Zeile j gibt die Nachschlagetabelle einen Signalversatzwert am Eingang 245 an die D/A-Einrichtung 250 und/oder einen Versatzpegelwert an die digitale Summationsschaltung 314 aus. Der Versatzpegelwert am Eingang 245 entspricht dem in 7 gezeigten zeilenvariablen Versatz 190. Die Einstellwerte passen den Dynamikbereich der in der Nachschlagetabelle 310 enthaltenen Signalumwandlungsrampe effektiv an den erwarteten Signalbereich von der Integrieren-/Abtasten- und -Halten-Schaltung 200 an.
Die D/A-Einrichtung 260 wandelt den Pegel der Nachschlagetabelle 310 für einen gegebenen Taktzyklus, der dem der Nachschlagetabelle 240 für eine gegebene Zeile zuaddiert ist, in einen analogen Rampenwert um. Der analoge Rampenwert wird einer Vergleichseinrichtung 210 zusammen mit dem Signal der Integrieren-/Abtasten- und -Halten-Schaltung 200 entsprechend einem Element der momentan gelesenen Zeile j eingegeben. Die Vergleichseinrichtung 210 gibt ein Registersignal aus, wenn der analoge Rampenwert gleich dem integrierten Signalpegel ist oder diesen überschreitet.
Da der Ausgang des digitalen Zählers 220 auch zu den Datenregistern 230 führt, wird der dem analogen Rampenwert entsprechende digitale Rampenwert in einem Datenregister 230 registriert, wenn das Registersignal von der Vergleichseinrichtung 20 ausgegeben wird. Der registrierte Wert in dem Datenregister repräsentiert den eingestellten oder zeilennormalisierten Wert des integrierten Signals für ein Element der ausgelesenen Zeile j, wobei der durch den Gesamtladungsrest induzierte Versatz für die Zeile j eingestellt wird. Nicht gezeigt ist eine durch das Datenregister 230 versorgte Nachschlagetabelle, die die komprimierten Digitalwerte (der Zähler zählt lediglich bei "1" für jeden Taktzyklus) auf die durch die D/A-Einrichtung 260 bedeckten ausweitet.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt eine analoge Summationsschaltung 204, eine Integrieren/Abtasten- und Halten-Schaltung 200, eine Vergleichseinrichtung 210 und ein Datenregister 300 für jede Spalte der Erfassungseinrichtung vor, da jedes Element einer Zeile zur selben Zeit ausgelesen wird und da lediglich eine Zeile gleichzeitig ausgelesen wird. Es gibt lediglich eine D/A-Einrichtung 250, eine D/A-Einrichtung 260, einen digitalen Zähler 220 und eine Nachschlagetabelle 240 bei diesem Ausführungsbeispiel, da dieselbe Signalumwandlungsrampe 160 zum Auslesen jeder Zeile verwendet wird. Es gibt keine digitale Summationsschaltung 314. Das Ausführungsbeispiel kann verwendet werden, um den Dynamikbereich des erwarteten Eingangssignals 201 in dem zu enthalten, was durch die Integrieren/-Abtasten- und Halten-Schaltung 200 erfasst wird, ohne dass die Schaltung durch die analoge Summation vor der Signalerfassung eine Sättigung erreicht, was ein Vorteil ist, den das erste Ausführungsbeispiel gegenüber dem zweiten aufweist. Das zweite Ausführungsbeispiel verwendet keine analoge Summationsschaltung 204 oder D/A-Einrichtung 250, aber beinhaltet eine digitale Summationsschaltung 314.
Die Nachschlagetabelle 204 ist auf einer vorherigen Charakterisierung des Ladungsrestes gegenüber der Bildfrequenz gemäß vorstehender Beschreibung basierend konfiguriert, um eine Anpassung des Dynamikbereichs der Signalumwandlungsrampe 160 an den erwarteten Dynamikbereich der integrierten Signale zu ermöglichen. Folglich wird der Gesamtladungsrest eingestellt, was zu einer festen Anzahl von Umwandlungspegeln n 175 führt, die zur Erfassung von allen Signalen von dem Erfassungsmodul verwendet werden können, und zu reduzierten Signalumwandlungszeiten und erhöhten Bildfrequenzen führt.
Erneut können als Alternative für das zweite Ausführungsbeispiel die Einstellwerte berechnet werden, anstatt aus einer Nachschlagetabelle herausgezogen zu werden. Außerdem kann eine erste Nachschlagetabelle für die analogen Einstellwerte und eine zweite Nachschlagetabelle für die digitalen Einstellwerte vorhanden sein.
Zusammenfassend werden bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung Einstellwerte an die Gate-Elektroden von momentan nicht ausgelesenen Zeilen-FETs angelegt, was einen analogen Summationseingang der Signalintegratoren durch die parasitäre Kapazität zwischen jeder Zeile und jeder Spalte der Erfassungseinrichtung während einer Erfassungszeit der ausgelesenen Zeile zur Einstellung bezüglich des Ladungsrestes für ein gegebenes Vollbild repräsentiert. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Einstellwerte auf eine Signalumwandlungsrampe angewendet, um den Dynamikbereich der Signalumwandlungsrampe an den erwarteten Dynamikbereich der integrierten Signale für eine ausgelesene Zeile anzupassen, wobei ein vorbestimmter Signaldynamikbereich effektiv definiert wird.
Als Alternative können die beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, wobei Einstellungsversatzwerte an bestimmte Zeilen während der Erfassung zum Kompensieren eines Teils der durch Ladungsreste induzierten Versatze angelegt werden, und andere Einstellwerte auf die Signalumwandlungsrampe während der Umwandlung zur Kompensierung eines anderen Teils der durch Ladungsreste induzierten Versatze angewendet werden.
Ein Vorteil der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist, dass die Einstellwerte dynamisch in Echtzeit auf eine gesteuerte und gemessene Weise (unter Verwendung der Phantommessungen als Rückkopplung an die Ausleseelektronik) angewendet werden, wobei der erforderliche Dynamikbereich eher reduziert wird, als dass schlicht ein unerwünschter Effekt eines durch einen Ladungsrest induzierten Versatzes negiert wird.
Ein weiterer Vorteil der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele ist, dass sie nicht unter der Verzögerung bei der Einstellung um ein Vollbild leiden, das typische automatische Helligkeits- und/oder Verstärkungsalgorithmen typischerweise induzieren. Falls der Ladungsrestversatz unter Verwendung der Bilddaten von dem vorhergehenden Vollbild gemessen würden, würden die Einstellungen bis frühestens zu dem der Messung folgenden Vollbild keine Wirkung entfalten.
Während die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, und Äquivalente substituiert werden können, ohne vom Erfindungsbereich abzuweichen. Zusätzlich können viele Abwandlungen ausgeführt werden, um eine besondere Situation oder ein Material an die Erfindungslehre anzupassen, ohne von deren Bereich abzuweichen. Daher ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern die Erfindung soll vielmehr alle innerhalb des Bereichs der beigefügten Patentansprüche fallenden Ausführungsbeispiele beinhalten.
So ist vorstehend ein Verfahren und ein Gerät bei einem diagnostischen Röntgenstrahlsystem 5 zur Reduktion der Signalumwandlungszeit 150 für ein Festkörpererfassungseinrichtungsfeld des Röntgenstrahlsystems 5 zur Erhöhung der Bildfrequenz beschrieben. Eine Messung eines Satzes induzierter Signalversatze, die durch einen mit dem Erfassungsfeld 24 verbundenen zeitvariierenden Ladungsrest verursacht werden, wird während eines Phantomzeitsegments 120 vor einem normalen Signalauslesevorgang 115 des Erfassungseinrichtungsfeldes 24 für ein momentanes Vollbild durchgeführt. Ein Satz Einstellungswerte wird in Reaktion auf den Satz induzierter Signalversatze erzeugt. Untersätze von Signalwerten des Erfassungseinrichtungsfeldes 24 werden auf einen vorbestimmten Signaldynamikbereich als Teil eines normalen Signalauslesevorgangs 115 des Erfassungseinrichtungsfeldes 24 in Reaktion auf den Satz Einstellungswerte ausgelesen, womit ein Satz normalisierter Erfassungseinrichtungssignale erzeugt wird.

Claims

Verfahren zur Minimierung der Signalumwandlungszeit (150) für ein Festkörpererfassungseinrichtungsfeld (24) eines diagnostischen Röntgenstrahlsystems (5) zur Erzeugung einer Vielzahl von Vollbildern bei variierenden Bildfrequenzen, das Verfahren ist dabei versehen mit den Schritten: Messen eines Satzes induzierter Signalversatze, ob positiv oder negativ, die durch einen mit dem Erfassungseinrichtungsfeld (24) während eines Phantomzeitsegments (101, 102) vor einem normalen Signalauslesevorgang (115) des Erfassungseinrichtungsfeldes (24) für ein momentanes Vollbild verbundenen zeitvariablen Ladungsrests verursacht werden; Erzeugen eines Satzes von Einstellwerten in Reaktion auf den Satz induzierter Signalversatze; und Auslesen von Untersätzen von Signalwerten des Erfassungseinrichtungsfeldes (24) auf einen vorbestimmten Signaldynamikbereich als Teil des normalen Signalauslesevorgangs (115) des Erfassungseinrichtungsfeldes (24) in Reaktion auf den Satz von Einstellwerten, womit ein Satz normalisierter Erfassungssignale erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erzeugung des Satzes von Einstellwerten das Indizieren in zumindest eine Nachschlagetabelle (LUT, 240) und das Auslesen der Einstellwerte von der zumindest einen Nachschlagetabelle (240) vor dem normalen Signalauslesevorgang (115) des Erfassungseinrichtungsfeldes (24) für das momentane Vollbild umfasst, wobei die zumindest eine Nachschlagetabelle (240) vorher zumindest teilweise auf der Grundlage einer vorherigen Charakterisierung des Feldladungsrestes als Funktion der Untersätze und der Bildfrequenz erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erzeugung des Satzes von Einstellwerten das Berechnen des Satzes von Einstellwerten vor dem normalen Signalauslesevorgang (115) des Erfassungseinrichtungsfeldes (24) für das momentane Vollbild umfasst, wobei die Berechnung zumindest teilweise auf einer vorherigen Charakterisierung des Feldladungsrestes als Funktion der Untersätze und der Bildfrequenz basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auslesen das Einstellen eines Signalverstärkungswertes und/oder des Verschieben eines Startwertes (190) einer Signalumwandlungsrampe (160) für jeden Untersatz der Untersätze von Signalwerten auf der Grundlage der Einstellwerte während eines Signalumwandlungszeitsegments (150) des normalen Signalauslesevorgangs (115) derart umfasst, dass jedes von dem Satz normalisierter Erfassungssignale innerhalb des vorbestimmten Signaldynamikbereichs für das momentane Vollbild fällt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auslesen das Einstellen von zumindest einer Signalverstärkung und/oder eines Versatzwertes entsprechend eines ersten Untersatzes von Fotodioden-/Transistorpaaren (30) des Erfassungseinrichtungsfeldes (24) umfasst, wobei der erste Untersatz momentan während eines Signalerfassungszeitsegments (125) des normalen Signalauslesevorgangs (115) ausgelesen wird, und einem Untersatz der Untersätze von Signalwerten entspricht, und das Anlegen von zumindest einem Einstellungswert an einen zweiten Untersatz von Fotodioden-/Transistorpaaren (30) des Erfassungseinrichtungsfeldes (24) umfasst, wobei der zweite Untersatz momentan nicht ausgelesen wird, so dass jedes von dem Satz normalisierter Erfassungssignale entsprechend dem ersten Untersatz innerhalb des vorbestimmten Signaldynamikbereichs für das momentane Vollbild fällt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein beliebiger Untersatz der Signalwertuntersätze des Erfassungseinrichtungsfeldes (24) auf zumindest einer Zeile (26) von Fotodioden-/Transistorenpaaren (30) des Erfassungseinrichtungsfeldes (24) aufgebauten Ladungen entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ladungsrest einen durch das An- und Ausschalten von Feldeffekttransistoren (48) in dem Erfassungseinrichtungsfeld (24) verursachten Schaltladungsrest umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ladungsrest einen durch auf Fotodioden (46) in dem Erfassungseinrichtungsfeld (24) auftreffende Photonensignale verursachten Lichtleitungsladungsrest umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ladungsrest sowohl durch das An- und Ausschalten von Feldeffekttransistoren (48) in dem Erfassungseinrichtungsfeld (24) verursachten Schaltladungsrest als auch durch auf Fotodioden-/Transistorenpaare (30) in dem Erfassungseinrichtungsfeld (24) auftreffende Photonensignale verursachten Lichtleitungsladungsrest umfasst.
Gerät zur Minimierung der Signalumwandlungszeit (150) eines diagnostischen Röntgenstrahlsystems (5) zur Erzeugung einer Vielzahl von Vollbildern bei variierenden Bildfrequenzen, das Gerät ist dabei versehen mit: einer Scintillatoreinrichtung (32) zum Umwandeln von Röntgensignalen in Photonensignale; einer Anordnung von Fotodioden/Feldeffekttransistoren-Paaren (24), die an die Scintillatoreinrichtung (32) anstoßen, und auf die Photonensignale ansprechen, um einen Ladungsaufbau in der Anordnung (24) zu beeinflussen; und einer Ausleseelektronik (202) zum Auslesen einer momentan zu lesenden Zeile (26) der Anordnung (24), wobei die Ausleselektronik (202) mit Spalten (28) der Anordnung (24) verbunden ist und auf den Ladungsaufbau zur Erzeugung eines Satzes normalisierter Erfassungssignale derart anspricht, dass der Satz normalisierter Erfassungssignale für Versatze bei der Signalstärke eingestellt wird, ob positiv oder negativ, die durch temporäre Zeile-zu-Zeile-Veränderungen bei dem Ladungsrest in der Anordnung (24) verursacht werden.
Gerät nach Anspruch 10, wobei die Ausleseelektronik (202) versehen ist mit: einem Satz von Signal-Integrieren-/Aubtasten- und Halten-Schaltungen (200), die auf einen Signalwert (255) und Veränderungen bei dem Ladungsaufbau entlang der Spalten (28) der Anordnung (24) zur Erzeugung eines entsprechenden Satzes integrierter Signale proportional zu den Veränderungen bei dem Ladungsaufbau für jedes der Fotodioden/Feldeffektransistoren-Paare (30) in der momentanen ausgelesenen Zeile (26) anspricht; einem digitalen Zähler (220), der auf ein Taktsignal (270) und einen zeilenvariablen Versatzwert zur Erzeugung einer Versatzsignalumwandlungsrampe (160) für die momentane ausgelesene Zeile (26) anspricht, und wobei die Verwsatzsignalumwandlungsrampe (160) von einer einzelnen vorbestimmten Signalumwandlungsrampe abgeleitet wird, die für alle auszulesenden Zeilen (26) gemeinsam ist; einem entsprechenden Satz Vergleichseinrichtungen (210), die auf den entsprechenden Satz integrierter Signale und auf die Versatzsignalumwandlungsrampe (160) zum Erzeugen eines entsprechenden Satzes Registersignale ansprechen, wenn der entsprechende Satz integrierter Signale gleich oder größer als ein momentaner Pegel der Versatzsignalumwandlungsrampe (160) für die momentane ausgelesene Zeile (26) ist; und einem entsprechenden Satz Datenregister (230), die auf die Versatzsignalumwandlungsrampe (160) und den entsprechenden Satz Registersignale zum Einfangen des Satzes normalisierter Erfassungssignale in dem entsprechenden Satz Datenregister (230) für die momentane ausgelesene Zeile (26) ansprechen.
Gerät nach Anspruch 11, zudem mit einer ersten Digital-zu-Analog-Umwandlungseinrichtung (260), die auf eine digitalisierte Version (316) der Versatzsignalumwandlungsrampe (160) zum Erzeugen einer analogen Version der Versatzsignalumwandlungsrampe für die momentan ausgelesene Zeile (26) anspricht.
Gerät nach Anspruch 11, zudem mit einer zweiten Digital-zu-Analog-Umwandlungseinrichtung (250), die auf eine digitale Version (245) des Signalwerts (255) zum Erzeugen einer analogen Version der Signalwerte (255) für die momentan ausgelesene Zeile (26) anspricht.
Gerät nach Anspruch 11, wobei der zeilenvariable Versatzwert (190) die vorbestimmte Signalumwandlungsrampe derart versetzt, dass der entsprechende Satz von integrierten Signalen innerhalb des Dynamikbereichs der Versatzsignalumwandlungsrampe (160) für die momentane ausgelesene Zeile (26) fällt.
Gerät nach Anspruch 11, zudem mit zumindest einer Nachschlagetabelle (LUT, 240), die in einem Speicher einen einzelnen vorbestimmten Satz von zeilenvariablen Versatzwerten speichert, wobei der zeilenvariable Versatzwert für die momentan ausgelesene Zeile (26) erzeugt wird, indem in die zumindest eine Nachschlagetabelle (240) auf der Grundlage der Durchführung zumindest einer Phantommessung (101) der Anordnung (24) vor dem normalen Signalauslesevorgang (115) der Anordnung (24) indiziert wird.
Gerät nach Anspruch 10, wobei zumindest ein zeilenvariabler Versatzwert für die momentan ausgelesene Zeile (26) auf der Grundlage der Durchführung zumindest einer Phantommessung (101) der Anordnung (24) vor dem normalen Signalauslesevorgang (115) der Anordnung (24) berechnet wird.
Gerät nach Anspruch 10, wobei zumindest ein zeilenvariabler Versatzwert an die Feldeffekttransistoren (48) von zumindest einer Zeile der Anordnung (24) während eines Erfassungszeitsegments (125) der momentan ausgelesenen Zeile (26) während eines normalen Signalauslesevorgangs (115) angelegt wird, wobei zumindest eine Zeile von der momentan ausgelesenen Zeile (26) verschieden ist.
Gerät nach Anspruch 10, wobei der Ladungsrest einen Schaltungsladungsrest aufgrund von in der Anordnung (24) an- und ausschaltenden Feldeffekttransistoren (48) umfasst.
Gerät nach Anspruch 10, wobei der Ladungsrest einen durch die Photonensignale verursachten Lichtleitungsladungsrest umfasst.
Gerät nach Anspruch 10, wobei der Ladungsrest sowohl einen Schaltungsladungsrest aufgrund von in der Anordnung (24) an- und ausschaltenden Feldeffekttransistoren (48) als auch einen durch die Photonensignale verursachten Lichtleitungsladungsrest umfasst.
Diagnostisches Röntgenstrahlsystem (5) zum Erzeugen und Anzeigen einer Vielzahl von Vollbildern entsprechend einer internen Struktur eines Subjekts, das diagnostische Röntgenstrahlsystem (5) ist dabei versehen mit: einer Röntgenstrahlröhre (12) zum Erzeugen von Röntgenstrahlsignalen; einem Festkörpererfassungseinrichtungsmodul (14), das auf die Röntgenstrahlsignale anspricht und eine Vielzahl von für einen Ladungsrest und eine Röntgenstrahlintensität repräsentative Ladungen erzeugt; und einem Bildverarbeitungsmodul (34), das auf die Vielzahl von Ladungen anspricht, und eine Vielzahl von normalisierten Erfassungssignalen für ein momentanes Vollbild erzeugt, wobei die normalisierten Erfassungssignale für Variationen bei dem Ladungsrest, ob positiv oder negativ, dynamisch eingestellt werden, wenn sich die Bildfrequenz verändert.
Diagnostisches Röntgenstrahlsystem (5) nach Anspruch 21, ferner mit einem Kollimator (16), um die Röntgenstrahlsignale zu dem Festkörpererfassungseinrichtungsmodul (14) zu richten.
Diagnostisches Röntgenstrahlsystem (5) nach Anspruch 21, ferner mit einem Erfassungseinrichtungssteuerungsmodul (50), das eine Schnittstelle zu dem Bildverarbeitungsmodul (34) und dem Festkörpererfassungseinrichtungsmodul (14) aufweist, um Steuersignale an das Bildverarbeitungsmodul (34) und das Festkörpererfassungseinrichtungsmodul (14) bereitzustellen.
Diagnostisches Röntgenstrahlsystem (5) nach Anspruch 21, ferner mit einer Systemsteuerung (44), die eine Schnittstelle zu dem Bildverarbeitungsmodul (34) und einem Erfassungseinrichtungssteuerungsmodul (50) zur Bereitstellung von Systemsteuersignalen an das Bildverarbeitungsmodul (34) und das Erfassungseinrichtungssteuerungsmodul (50) aufweist.
Diagnostisches Röntgenstrahlsystem (5) nach Anspruch 21, ferner mit einer Überwachungseinrichtung (36), die eine Schnittstelle mit dem Bildverarbeitungsmodul (34) zum Anzeigen der normalisierten Erfassungssignale für einen Benutzer des Systems (5) aufweist.
Diagnostisches Röntgenstrahlsystem (5) nach Anspruch 21, wobei der Ladungsrest einen durch das An- und Ausschalten von Feldeffekttransistoren (48) in dem Erfassungseinrichtungsfeld (24) verursachten Schaltladungsrest umfasst.
Diagnostisches Röntgenstrahlsystem (5) nach Anspruch 21, wobei der Ladungsrest einen durch die auf die Fotodioden (46) in dem Erfassungseinrichtungsfeld (24) auftreffenden Photonensignale verursachten Lichtleitungsladungsrest umfasst.
Diagnostisches Röntgenstrahlsystem (5) nach Anspruch 21, wobei der Ladungsrest sowohl einen durch das An- und Ausschalten von Feldeffekttransistoren (48) in dem Erfassungseinrichtungsfeld (24) verursachten Schaltladungsrest als auch einen durch die auf Fotodioden (46) in dem Erfassungseinrichtungsfeld (24) auftreffende Photonensignale verursachten Lichtleitungsladungsrest umfasst.