DE69429142T2

DE69429142T2 - Roentgenbildaufnehmer

Info

Publication number: DE69429142T2
Application number: DE69429142T
Authority: DE
Inventors: Hendrik Jan Meulenbrugge; Ulrich Schiebel; Herfried Karl Wieczorek
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2014-09-01
Also published as: JP3540021B2; US5530238A; DE69429142D1; JPH07174859A

Description

Die Erfindung betrifft eine Bilddetektionseinrichtung mit einem Bilddetektionsarray, das strahlungsempfindliche Elemente enthält, um einfallende Strahlung in Ladungen umzuwandeln, und Ausleseleitungen zum Übertragen der genannten Ladungen auf eine Ausleseschaltung, die ausgebildet ist, um übertragene Ladungen in ein primäres elektronisches Bildsignal umzuwandeln. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Röntgenuntersuchungsgerät, das mit einem Bilddetektionsarray versehen ist.
Ein Bilddetektionsarray der genannten Art ist in der Europäischen Patentanmeldung EP 0 440 282 beschrieben.
In der genannten Bezugsschrift wird ein Bilddetektionsarray beschrieben, das insbesondere zur Verwendung in einem Röntgengerät bestimmt ist. Röntgenuntersuchung wird durch Bestrahlung eines Patienten mit einem Röntgenstrahlenbündel ausgeführt, sodass auf einem Röntgendetektor ein Röntgenbild gebildet wird. Der Röntgendetektor des Röntgenuntersuchungsgerätes der genannten Bezugsschrift hat die Form eines Bilddetektionsarrays. Das Röntgenbild kann von den strahlungsempfindlichen Halbleiterelementen entweder in Ladungen umgewandelt werden oder die auf den Röntgendetektor einfallende Strahlung kann zuerst von einer Szintillatorschicht, zum Beispiel einer CsI:Tl- Schicht in elektromagnetische Strahlung einer längeren Wellenlänge umgewandelt werden, insbesondere im Bereich zwischen ultravioletter und infraroter Strahlung. Danach wird die von der Szintillatorschicht erzeugte Strahlung von den Halbleiterelementen in Ladungen umgewandelt. Die Halbleiterelemente können beispielsweise aus α-Si:H, α-Se oder α- Se:As bestehen, die empfindlich für Röntgenstrahlung sind, oder es können α-Si:H- Halbleiterelemente verwendet werden die mit einer CsI:Tl-Schicht bedeckt sind. Die strahlungsempfindlichen Elemente des Arrays können in Zeilen und Spalten angeordnet sein, sodass das Bilddetektionsarray als Bilddetektionsmatrix geformt ist. Die Ladungen werden mit Hilfe von Auslesezeilen unter Steuerung einer Zeilentreiberschaltung ausgelesen, die Schaltelemente z. B. in Form von Dünnfilmfeldeffekttransistoren steuert, die für jedes der strahlungsempfindlichen Elemente vorgesehen sind. Die Auslesezeilen übertragen die Ladungen auf eine Ausleseschaltung, die aus den übertragenen Ladungen ein primäres elektronisches Bildsignal bildet. Das primäre elektronische Bildsignal wird verwendet, um das Bild darzustellen, das von dem Röntgendetektor auf einem Monitor detektiert wird, um die Bildinformation in einem Bildspeicher zu speichern oder um eine Papierkopie des Bildes zu erstellen.
In dem von einem Bilddetektionsarray der genannten Druckschrift gebildeten primären elektronischen Bildsignal können infolge von Speichereffekten Artefakte auftreten, die die Diagnosequalität der gespeicherten und/oder wiedergegebenen Bilder nachteilig beeinflussen. Solche Artefakte haben insbesondere die Form von Phantombildern und sind besonders im Fluoreszenzbetrieb störend, in dem eine Sequenz von Bildern bei einem niedrigen Niveau an Röntgenbestrahlung erstellt wird. Die Speichereffekte werden dadurch verursacht, dass Ladungen, die durch die einfallende Strahlung in dem Halbleitermaterial gebildet werden, vorübergehend in örtlichen Energieniveaus mit einer Energie in der Bandlücke des Halbleitermaterials eingefangen werden. Das Einfangen von Ladungen bewirkt auch eine Verringerung der Amplitude des primären elektronischen Bildsignals. Wenn eingefangene Ladungen mit einiger Zeitverzögerung thermisch ausgelöst werden, führen sie zu einem Phantombild, das in einer Sequenz von Röntgenbildern Störungen verursacht, weil Phantombilder von einem früheren Bild einem folgenden Bild in der Sequenz überlagert werden. Phantombilder treten insbesondere auf, kurz nachdem eine oder eine Serie von Röntgenaufnahmen hoher Dosierung erstellt worden ist. Eine weitere Ursache von Phantombildern ist die Verzögerung infolge von elektrischen Kapazitäten der strahlungsempfindlichen Elemente. Daher wird die Übertragung von Ladungen zur Ausleseschaltung verzögert und Phantombilder treten insbesondere auf, wenn die zeitliche Trennung von Bildern einer Sequenz von Bildern kleiner wird als die Verzögerungszeit der Übertragung von Ladungen.
Der Erfindung liegt unter anderem als Aufgabe zugrunde, ein Bilddetektionsarray zu verschaffen, das ausgebildet ist, ein elektronisches Bildsignal zu erzeugen, indem Artefakte infolge von Speichereffekten auf Grund der verzögerten Übertragung von Ladungen wesentlich verringert worden sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine erfindungsgemäße Bilddetektionseinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddetektionseinrichtung eine Korrekturschaltung umfasst, die ausgebildet ist, um ein die verzögerten übertragenen Ladungen repräsentierendes Bildkorrektursignal zu bilden und aus dem primären elektronischen Bildsignal und dem Bildkorrektursignal durch Entfernen von infolge der verzögerten übertragenen Ladungen entstandenen Artefakten aus dem primären elektronischen Bildsignal ein korrigiertes Bildsignal abzuleiten.
Ein Bilddetektionsarray kann die Form einer zweidimensionalen Bilddetektionsmatrix haben, um beispielsweise Lichtbilder oder Bilder, die durch Bestrahlen eines Objekts mit Röntgenstrahlen erzeugt worden sind, zu detektieren. Ein Bilddetektor kann auch die Form eines eindimensionalen Zeilendetektors haben, beispielsweise zur Verwendung in einem Computertomographiegerät oder zum Abtasten eines Bildes. Das primäre elektronische Bildsignal kann weiterhin verarbeitet werden, beispielsweise als Umwandlung in ein digitales Bildsignal, und es können Verarbeitungsschritte ausgeführt werden, die nicht mit verzögerter Ladungsübertragung zusammenhängen, beispielsweise die Korrektur von Unterschieden in Empfindlichkeiten strahlungsempfindlicher Elemente oder die Korrektur hinsichtlich einem Rauschen von fester Struktur. Somit wird aus dem primären elektronischen Bildsignal ein Bildsignal abgeleitet, das auch Artefakte infolge verzögerter Ladungsübertragung enthält. Wenn eine Bildsequenz von einem Bilddetektionsarray detektiert wird und Ladungen ausgelesen und in ein primäres elektronisches Bildsignal umgewandelt worden sind, umfasst dieses primäre elektronische Bildsignal Bildinformationen eines Bildes der Sequenz, aber es ist auch durch Ladungen kontaminiert, die zu vorhergehenden Bildern der Sequenz gehören, weil Ladungen der genannten vorhergehenden Bilder einige Zeit eingefangen waren, nachdem das betreffende vorhergehende Bild detektiert worden war. In einer erfindungsgemäßen Bilddetektionseinrichtung wird eine Korrekturschaltung verschafft, um das genannte Bildkorrektursignal zu bilden, das für die verzögerten Ladungen repräsentativ ist, die zu Kontamination und Verringerung der Amplitude des elektronischen Bildsignals führen. Das Bildkorrektursignal ist für die genannten Artefakte repräsentativ, sodass die genannten Artefakte durch Zusammensetzen eines korrigierten Bildsignals aus dem Bildsignal und dem Bildkorrektursignal entfernt werden. Das korrigierte Bildsignal wird verwendet, um ein korrigiertes Bild wiederzugeben oder zu archivieren. Die korrigierten Bilder, die anschließend untersucht werden sollen, sind nahezu frei von durch verzögerte Ladungsübertragung entstandenen Artefakten.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bilddetektionseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturschaltung zumindest einen Framespeicher umfasst, um das zumindest eine, aus dem genannten primären elektronischen Bildsignal abgeleitete Bildsignal zu verzögern und (ein) verzögerte(s) Bildsignal(e) zu speichern, zumindest einen Multiplizierer, um das (die) genannte(n) verzögerte(n) Bildsignal(e) mit (einem) jeweiligen Gewichtungsfaktor(en) zu multiplizieren, eine Anordnung, um das genannte Korrektursignal als gewichtete Summe des (der) genannten verzögerten gewichteten Bildsignals (Bildsignale) zu bilden, und einen Subtrahieren, um das genannte korrigierte Bildsignal durch Subtrahieren des genannten Bildkorrektursignals von dem genannten Bildsignal zu bilden. Um das genannte Bildkorrektursignal zu bilden, das repräsentativ für verzögerte übertragene Ladungen ist, wird ein Bildsignal, das mit Artefakten infolge von verzögerten übertragenen Ladungen kontaminiert ist, einem oder mehreren Frameverzögerungsspeichern zugeführt. Folglich wird eine Anzahl von Bildern, die einem aktuell ausgelesenen Bild vorangehen, in den Framespeichern gespeichert. Die Bilder in den Framespeichern werden mit Gewichtungsfaktoren multipliziert, um gewichtete Bildsignale zu bilden. Die Gewichtungsfaktoren nehmen für Bilder, die weiter am Anfang der Sequenz der Bilder liegen, ab. Somit werden ältere Bilder mit kleineren Gewichtungsfaktoren multipliziert und neuere Bilder mit größeren Gewichtungsfaktoren. Die Gewichtungsfaktoren für jeweilige Framespeicher werden gemäß der Zeitabhängigkeit der verzögerten Ladungsübertragung bestimmt, unter anderem infolge thermischen Auslösens von Ladungen, die in Energieniveaus innerhalb der Bandlücke des Halbleitermaterials eingefangen waren. Somit bildet Aufsummieren der gewichteten Bildsignale das genannte Bildkorrektursignal, das im Wesentlichen die Bildartefakte infolge verzögerter Ladungsübertragung enthält. Das Ausmaß, in dem die genannten Bildkorrektursignale die genannten Artefakte adäquat umfassen, nimmt zu, je mehr Framespeicher in der Korrekturschaltung vorgesehen sind. Daher wird von einer erfindungsgemäßen Bilddetektionseinrichtung selbst ein ziemlich kompliziertes Zeitverhalten von verzögerter Ladungsübertragung, die zu Artefakten von abklingenden Phantombildern in dem aktuell ausgelesenen Bild führen, adäquat korrigiert.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bilddetektionseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekkturschaltung ausgebildet ist, um eine aus einer Sequenz von primären elektronischen Bildsignalen einer Sequenz von durch das Bilddetektionsarray detektierten Bildern abgeleitete Folge von Bildsignalen zu empfangen, und dass die Korrekturschaltung (einen) Framespeicher umfasst, denen jeweils die genannten Bildsignale der genannten Folge hintereinander zugefügt werden, und dass der (die) Framespeicher mit (einem) Rechenelement(en) gekoppelt ist (sind), ausgebildet zum Multiplizieren des Inhalts (eines jeweiligen) jeweiliger Framespeicher(s) mit einem jeweiligen Abklingfaktor, jedes Mal, wenn ein Bildsignal der genannten Folge dem (den) Framespeicher(n) hinzugefügt worden ist, und dass (ein) Multiplizierer in Reihe zu dem (den) Framespeicher(n) geschaltet sind (ist), um (eine) gewichtete kumulative Summe(n) abgeklungener Bildsignale zu bilden, und dass die Korrekturschaltung eine Anordnung zum Bilden des genannten Bildkorrektursignals als Total der genannten gewichteten kumulativen Summe(n) umfasst, und die Korrekturschaltung einen Subtrahierer umfasst, um das genannte korrigierte Bildsignal durch Subtrahieren des genannten Bildkorrektursignals von dem genannten Bildsignal zu bilden.
Artefakte in Form von Phantombildern werden von verzögerter Ladungsübertragung verursacht, und wenn verzögertes Auslösen von Ladung sehr langsam verläuft, ist dies besonders nachteilig für die Bildqualität eines Bildes, das aus einem elektronischen Bildsignal geformt wird, das selbst aus Ladungen gebildet wird, die in den strahlungsempfindlichen Elementen durch Absorption von Strahlung induziert werden. Um das genannte Bildkorrektursignal zu verschaffen, wird eine Überlagerung von verzögerten Bildsignalen gebildet, die ein langsames zeitliches Abklingen aufweist. Hierzu wird eine Annäherung an eine Funktion genutzt, die als gewichtete Summe von abnehmenden Exponentialfunktionen zeitlich langsam abnimmt. Insbesondere die Phantomartefakte werden von Ladungen bewirkt, die mit einem Zeitverhalten, das im Wesentlichen wie 1/t verläuft, verzögert ausgelöst werden.
Die Zeitabhängigkeit des verzögerten Auslösens von Ladungen wird ausgedrückt durch
1/t Σgiexp(-t/τi).
Eine geeignete Wahl der Werte der Gewichtungsfaktoren gi liefert eine gute Annäherung an eine langsam abklingende Funktion als Reihe von Exponentialfunktionen. Die gezeigte Erweiterung der Funktion 1/t ist ein spezielles Beispiel, das zum Beschreiben der verzögerten Ladungsübertragung in dem Halbleiterbilddetektionsarray von Bedeutung ist.
Um das genannte Bildkorrektursignal zusammenzustellen, wird jedes Bildsignal einer Folge von Bildsignalen, die zu einer von dem Bilddetektionsarray detektierten Sequenz aus Bildern gehört, zumindest einem Framespeicher zugefügt. Auf den Inhalt jedes Framespeichers wird exponentielles Abklingen angewendet, indem der Inhalt mit einem Abklingfaktor bei einer zuvor bestimmten Rate multipliziert wird, d. h. bei konstanten Zeitintervallen. Jeder Framespeicher wird mit einem Multiplizierer zur Ausführung von Multiplikation mit dem (den) Gewichtungsfaktor(en) gi in Reihe geschaltet, um eine gewichtete kumulative Summe abklingender Bildsignale zu bilden, und ein Additionsmittel ist vorgesehen als Anordnung zur Bildung des genannten Bildkorrektursignals, um die genannten Summen zusammenzuzählen. Das Total repräsentiert ziemlich genau eine Summe von langsam (zum Beispiel mit 1/t) abgeklungenen Bildsignalen, die dem digitalen Bildsignal vorangehen, das zu einem aktuellen Bild gehört, und daher ist das genannte Total für verzögerte übertragene Ladungen repräsentativ.
Um ein korrigiertes Bildsignal zu erstellen, wird das genannte Bildkorrektursignal von dem Bildsignal subtrahiert, das aus dem primären elektronischen Bildsignal abgeleitet worden ist, um die Artefakte infolge von verzögerter Ladungsübertragung zu entfernen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bilddetektionseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturschaltung ausgebildet ist, um eine aus einer Sequenz von primären elektronischen Bildsignalen einer Sequenz von durch das Bilddetektionsarray detektierten Bildern abgeleitete Folge von Bildsignalen zu empfangen, und dass die Korrekturschaltung Rechenmittel umfasst, um jeweilige dynamische Parameter aus einem aktuellen Bildsignal der genannten Folge zu berechnen, und Aktualisierungsmittel, um aktuelle Besetzungsfunktionswerte für jeweilige Halbleiterelemente und für das aktuelle Bildsignal aus den genannten dynamischen Parametern und aus gespeicherten vorherigen Besetzungsfunktionswerten für jeweilige Halbleiterelemente und für ein vorheriges Bildsignal zu berechnen, und Umwandlungsmittel zum Berechnen von Werten verzögerter übertragener Ladungen aus den genannten aktuellen Besetzungsfunktionswerten, und eine Anordnung, um aus den berechneten Werten verzögerter übertragener Ladungen das genannte Bildkorrektursignal zu bilden, und dass die Korrekturschaltung einen Subtrahierer umfasst, um das genannte korrigierte Bildsignal durch Subtrahieren des genannten Bildkorrektursignals von dem genannten Bildsignal zu bilden.
Die Besetzungsfunktionen von Einfangniveaus entwickeln sich zeitlich so, wie von Differentialgleichungen beschrieben, die thermisches Auslösen von Ladungen berücksichtigen und Einfang von Ladungen, die aus dem Valenzband des Halbleitermaterials infolge der Absorption von Strahlung ausgelöst worden sind. Verhältnismäßig einfache Darstellungen der Halbleiterbandstruktur mit Energieniveaus innerhalb der Bandlücke führen zu Differentialgleichungen mit einer verhältnismäßig einfachen Form, die aber auch eine gute Annäherung an die Dynamik der Besetzung von Energieniveaus innerhalb der Bandlücke darstellen. Ein aktueller Besetzungsfunktionswert wird berechnet, indem diskrete Zeitschritte aus einem vorherigen Besetzungsfunktionswert und dynamische Parameter verwendet werden, die als Koeffizienten in den Differentialgleichungen auftreten. Diese Parameter werden aus dem aktuellen Bildsignal der genannten Folge von Bildsignalen berechnet. Die aktuellen Besetzungsfunktionswerte werden verwendet zum Berechnen von verzögerten übertragenen Ladungen in den strahlungsempfindlichen Elementen. Anschließend wird das genannten Bildkorrektursignal gebildet, das für die genannten verzögerten übertragenen Ladungen repräsentativ ist und ein korrigiertes Bildsignal wird durch Subtrahieren des genannten Bildkorrektursignals von dem aktuellen Bildsignal erstellt.
Ein Röntgenuntersuchungsgerät mit einer Bilddetektionseinrichtung, die ein Bilddetektionsarray enthält, umfasst vorzugsweise eine Korrekturschaltung zum Bilden eines Bildkorrektursignals für das Umwandeln des genannten primären elektronischen Bildsignals in ein korrigiertes Bildsignal durch Entfernen von Artefakten infolge verzögerter Ladungsübertragung aus dem primären elektronischen Bildsignal.
Wenn ein Röntgenuntersuchungsgerät im Fluoreskopiebetrieb betrieben wird, wird durch kontinuierliche oder gepulste Bestrahlung eines Patienten und wiederholtes Auslesen des Bilddetektionsarrays eine Bildsequenz bei verhältnismäßig niedriger Dosis erstellt. Bei dieser Verwendung eines Bilddetektionsarrays ist es besonders vorteilhaft, ein korrigiertes Bildsignal zu bilden, das keine Artefakte in Form von Phantombildern enthält, weil die Diagnosequalität der Sequenz von Bildern, die aus dem korrigierten Bildsignal gebildet werden, wesentlich verbessert worden ist. Insbesondere wird die Bildqualität von Fluoroskopiebildern verbessert, wenn Fluoroskopie mit Röntgenbestrahlung bei hohen Dosen abgewechselt wird, um Röntgenbilder mit einem hohen Kontrast zu erstellen.
Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bilddetektionseinrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Korrekturschaltung einer Bilddetektionseinrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Bilddetektionseinrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Darstellung noch einer anderen Ausführungsform einer Korrekturschaltung einer Bilddetektionseinrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bilddetektionsarrays. Eine Vielzahl von strahlungsempfindlichen Elementen ist in einer Matrix angeordnet, um eine Bilddetektionsmatrix 12 zu bilden. Die einzelnen Sensorelemente 1 haben alle gleichen Aufbau. Jedes Sensorelement 1 umfasst eine Photodiode 2 und eine Speicherkapazität 3, für die die Eigenkapazität der Photodiode verwendet wird. Jedes Sensorelement umfasst eine erste Elektrode 4, die nur auf dem Gebiet des betreffenden Sensorelementes vorgesehen ist und die mechanisch und elektrisch von den ersten Elektroden 4 der benachbarten Sensorelemente getrennt ist. Jede der ersten Elektroden 4 ist mit der Speicherkapazität des betreffenden Sensorelementes verbunden. Die Verbindung zwischen der ersten Elektrode 4 und der Speicherkapazität 3 ist mit einem Source-Anschluss eines Feldeffekttransistors 5 verbunden.
In einer Bilddetektionsmatrix können beispielsweise 2000 · 2000 solcher Elemente vorhanden sein. Der Deutlichkeit halber wird jedoch nur eine Matrix mit drei Zeilen und drei Spalten dargestellt. Die Sensorelemente 1 werden in einer Halbleiterschicht gebildet, beispielsweise α-Si:H, die zumindest alle ersten Elektroden 4 aller Sensorelemente 1 der Matrix überdeckt. Die Halbleiterschicht selbst wird von einer elektrisch leitenden Schicht bedeckt, die als gemeinsame zweite Elektrode dient und als solche für alle Sensorelemente 1 der Matrix arbeitet. Die gemeinsame zweite Elektrode ist mit einer Gleichspannungsquelle 6 verbunden, sodass die gemeinsame zweite Elektrode mit Hilfe der Gleichspannungsquelle vorgespannt werden kann. Wenn Strahlung, insbesondere aus Röntgenstrahlen bestehend, auf die Halbleiterschicht einfällt, ändert die Strahlung die Leitfähigkeit der Halbleiterschicht, weil die Strahlung in dem Halbleitermaterial absorbiert wird, und regt Valenzbandelektronen bis in das Leitungsband an, sodass freie Ladungsträger nahezu am Ort der Einfallsstelle der Strahlung erzeugt werden. Weil von der Gleichspannungsquelle 6 eine Vorspannung geliefert wird, erfolgt eine Ladungsverschiebung, die bewirkt, dass die Speicherkapazitäten 3 der Sensorelemente elektrisch geladen werden. Das Ausmaß des Ladens jedes der Sensorelemente hängt von der Menge der auf die Halbleiterschicht einfallenden Strahlung am Ort zwischen der ersten Elektrode des betreffenden Sensorelementes und der gemeinsamen zweiten Elektrode während einer zuvor bestimmten Zeitdauer ab.
Die in den Speicherkapazitäten 3 gespeicherten Ladungen können ausgelesen werden, um ein elektronisches Bildsignal zu bilden. Hierzu gibt es für jede Zeile aus Sensorelementen eine jeweilige Schaltleitung 7, wobei die Leitungen mit Gate-Anschlüssen der Feldeffekttransistoren 5 der Sensorelemente der betreffenden Zeile verbunden sind und von einer Zeilensteuerungsschaltung 8 gesteuert werden. Die Zeilensteuerungsschaltung 8 kann beispielsweise die Schaltleitung 7 der ersten Zeile aktivieren, sodass die Feldeffekttransistoren 5 der Sensorelemente dieser Zeile leitend gemacht werden. Die in den Speicherkapazitäten gespeicherten Ladungen dieser Zeile werden dann über jeweilige Ausleseleitungen 9 übertragen, die für jede Spalte der Matrix vorhanden sind und die mit den Drain-Anschlüssen der Feldeffekttransistoren der Sensorelemente der betreffenden Spalte verbunden sind. Somit wird gleichzeitig für alle Sensorelemente einer betreffenden Zeile eine Leseoperation ausgeführt. Nach Verstärkung der resultierenden Signale in Verstärkern 10 werden die verstärkten Signale einer Ausleseschaltung zugeführt, die eine Multiplexschaltung 11 ist, welche ein primäres elektronisches Bildsignal in Form eines seriellen Ausgangssignals der parallel ankommenden Signale der Sensorspalten bildet. Mit der Zeilensteuerungsschaltung 8 und der Multiplexschaltung 11 ist eine Zeitschaltung 20 verbunden, um die Zeitkoordination der Ausleseoperation der Sensorelemente auszuführen. Die Bilddetektionsmatrix 12 bildet zusammen mit den Verstärkern 10, der Multiplexschaltung 11, der Zeilensteuerungsschaltung 8 und weiteren Steuerungsmitteln, wie z. B. der Zeitschaltung 20, dem Analog/Digital-Umsetzer 21, der Korrekturschaltung 22 und dem Videosignalprozessor 23, eine Bilddetektionseinrichtung 13, die ein ein Bild mit sich führendes, einfallendes Strahlungsbündel über ein primäres elektronisches Bildsignal in ein korrigiertes digitales Bildsignal umwandelt. Das primäre elektronische Bildsignal der Multiplexschaltung 11 wird einem Analog/Digital-Umsetzer 21 zugeführt, um ein digitales Bildsignal S zu bilden. Das digitale Bildsignal kann infolge verzögerter Ladungsübertragung in der Bilddetektionsmatrix Phantomartefakte enthalten. Weiterhin kann das digitale Bildsignal S andere Artefakte enthalten, wie Rauschen mit fester Struktur und Artefakte infolge von Unterschieden in der Empfindlichkeit verschiedener Sensorelemente. Eine Korrekturschaltung 22 ist vorhanden, um eine Korrektur von Phantomartefakten auszuführen, indem dieses Bildkorrektursignal die Form eines nacheilenden Korrektursignals hat, das repräsentativ für verzögerte übertragene Ladungen ist, die von der Korrekturschaltung geliefert werden. Ein Videosignalprozessor 23 ist vorgesehen, um Korrekturen anderer Artefakte auszuführen, d. h. Korrektur von Rauschen fester Struktur, und Verstärkungskorrekturen, um Unterschiede in Empfindlichkeiten jeweiliger Sensorelemente zu kompensieren. Der Videosignalprozessor 23 ist auch ausgebildet, um Dunkelstromkorrekturen für jedes der Sensorelemente auszuführen; hierzu ist für jedes der Sensorelemente ein Dunkelstromwert in einer Nachschlagetabelle 26 gespeichert, die in dem Videosignalprozessor enthalten ist. In Fig. 1 sind der Videosignalprozessor 23 und die Korrekturschaltung 22 in Reihe geschaltet dargestellt, sodass ein korrigiertes Bildsignal dem Ausgang für die Korrekturschaltung 22 zugeführt wird. Alternativ können der Videosignalprozessor 23 und die Korrekturschaltung 22 parallel geschaltet sein, und das Ausgangssignal sowohl des Videosignalprozessors als auch der Korrekturschaltung werden dann zu dem korrigierten Bildsignal zusammengesetzt. Das korrigierte digitale Bildsignal wird schließlich einer Monitor zugeführt, um ein Bild wiederzugeben, aus dem Artefakte entfernt sind, oder das korrigierte digitale Bildsignal wird einer Zwischenspeicherschaltung 25 zur weiteren Verarbeitung oder Archivierung zugeführt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Korrekturschaltung einer Bilddetektionseinrichtung gemäß der Erfindung. Verzögerungs- und Speichereffekte in dem von der strahlungsempfindlichen Multiplexschaltung 11 gelieferten primären elektronischen Bildsignal werden durch langsames Abklingen von Ladungen verursacht, die in dem Halbleitermaterial der strahlungsempfindlichen Elemente erzeugt und anschließend eingefangen worden sind. Dieses Abklingen kann algebraisch als langsame Abnahme mit der Zeit t beschrieben werden, zum Beispiel. 1/t. Eine gute Annäherung an ein solches algebraisches Abklingen wird durch eine Überlagerung einer Vielzahl von exponentiell abklingenden Funktionen mit unterschiedlichen Abklingzeiten verschafft. Aus primären elektronischen Bildsignalen, die eine Sequenz von von der Bilddetektionsmatrix detektierten Bildern enthalten, wird eine Sequenz von Bildsignalen abgeleitet. Die Sequenz von Bildsignalen wird der Bildkorrekturschaltung 22 zugeführt, in der eine Vielzahl von Multiplizierern 32&sub1;&submin;&sub7; vorgesehen ist, um das Bildsignal mit jeweiligen Gewichtungsfaktoren g&sub1;&submin;&sub7; zu multiplizieren. Jedes der gewichteten Bildsignale wird mittels jeweiliger Additionseinrichtungen 33&sub1;&submin;&sub7; einem jeweiligen Framespeicher 31&sub1;&submin;&sub7; zugefügt. Rechenelemente 30&sub1;&submin;&sub7; sind mit den Framespeichern gekoppelt, um wiederholt mit einer zuvor bestimmten Rate den Inhalt der Framespeicher mit jeweiligen Faktoren α&sub1;&submin;&sub7; zu multiplizieren, und somit dafür zu sorgen, dass der Inhalt der Framespeicher 31&sub1;&submin;&sub7; exponentiell mit der seit Beginn der Bildsequenz verstrichenen Zeit abklingt. Hierzu ist die Zeitschaltung 22 ausgebildet, um den jeweiligen Rechenelementen 30&sub1;&submin;&sub7; ein Steuersignal zuzuführen. Wenn das Steuersignal von einem Rechenelement empfangen worden ist, wird eine Multiplikation des Inhalts des zugehörigen Framespeichers mit einem festen Bruchteil α&sub1;&submin;&sub7; ausgeführt, der durch die charakteristische Abklingzeit des von dem Rechenelement generierten exponentiellen Abklingens bestimmt wird. Jedes der Rechenelemente führt somit wiederholte Multiplikation des Inhalts der jeweiligen Framespeicher 31&sub1;&submin;&sub7; mit jeweiligen unterschiedlichen festen Bruchteilen aus. Jedes Mal, wenn ein Bildsignal eines nächsten Bildes der Sequenz der Korrekturschaltung 22 zugeführt worden ist, wird der Inhalt der Framespeicher 31&sub1;&submin;&sub7; mit geeigneten gewichteten Signalbruchteilen aktualisiert, die zu verzögerten übertragenen Ladungen zum Zeitpunkt der Lieferung des genannten nächsten Bildsignals gehören. Die jeweiligen Framespeicher 31&sub1;&submin;&sub7; enthalten jedes Mal eine kumulative Summe von exponentiell abklingenden Bildsignalen von im Prinzip allen vorherigen Bildern der Bildsequenz multipliziert mit einem jeweiligen Gewichtungsfaktor g&sub1;&submin;&sub7; Die Werte der Gewichtungsfaktoren g&sub1;&submin;&sub7; sind von Bildern abhängig gemacht worden, die zuvor durch die Bilddetektionsmatrix detektiert worden sind, sowie von dem Bildsignal, das aktuell der Korrekturschaltung 22 zugeführt wird. Die verzögerte Übertragung von Ladungen hängt von der Menge vorheriger Bestrahlung ab, durch die Energieniveaus in der Bandlücke des Halbleitermaterials besetzt worden sind. Eine Vielzahl von Nachschlagetabellen 37&sub1;&submin;&sub7; ist vorgesehen. Jede dieser Nachschlagetabellen ist mit einem der Framespeicher 31&sub1;&submin;&sub7; gekoppelt und mit einem Subtrahierer 36, der ein erstes Korrektursignal S' bildet, das die Differenz zwischen dem Bildsignal S und einem für die verzögerten übertragenen Ladungen repräsentativen Signal ist. Auf Basis des Inhalts des Framespeichers 31&sub1; und des ersten Korrektursignals S' wird ein Wert für den Gewichtungsfaktor g&sub1; aus der Nachschlagetabelle 37&sub1; an den Multiplizierer 32&sub1; geliefert. Gleichermaßen werden relevante Werte für die anderen Gewichtungsfaktoren q&sub2;&submin;&sub7; verschafft. Die Ausgangsanschlüsse der jeweiligen Multiplizierer 30&sub1;&submin;&sub7; sind mit einer Additionseinrichtung 34 verbunden, die ein aufsummiertes Total des Inhalts der Framespeicher 31&sub1;&submin;&sub7; an den Subtrahierer 36 liefert. Bei der Ausführungsform einer in Fig. 2 gezeigten Korrekturschaltung wird als Beispiel eine Summe von sieben Gliedern verwendet; die aktuelle Anzahl Glieder, die benötigt wird, hängt von der gewünschten Genauigkeit des korrigierten digitalen Bildsignals ab. Das genannte Total repräsentiert ziemlich genau eine Summe von langsam (d. h. mit 1/t) abgeklungenen Bildsignalen, die dem digitalen Bildsignal, das ein aktuelles Bild enthält, vorangehen, und daher ist das genannte Total für verzögerte übertragene Ladungen repräsentativ. Das genannte Total wird als erstes Korrektursignal einem Subtrahierer 36 zugeführt, der das genannte Bildkorrektursignal von dem digitalen Bildsignal S subtrahiert, um das erste korrigierte Bildsignal S-S' zu bilden. Eine Korrektur in dem Ausmaß, dass Artefakte infolge von verzögerten übertragenen Ladungen verringert werden, wird ausgeführt, wenn das erste korrigierte Bildsignal gebildet wird. Bei einer anderen Additionseinrichtung 35 werden die Ausgaben der Multiplizierer 3217 addiert, um ein Hilfssignal St zu bilden, das für die Signalamplitudenreduktion infolge des Einfangens von Ladungen, die beim Detektieren des letzten Bildes der genannten Sequenz generiert worden sind, repräsentativ ist. Das Hilfssignal St wird von einer weiteren Additionseinrichtung 39 zu dem ersten korrigierten Signal S-S' addiert, was zu einem weiteren korrigierten Bildsignal Sc gleich S-S'+St führt. Als Folge wird eine weitere Korrektur, bei der Signalamplitudenreduktion kompensiert wird, ausgeführt, wenn das genannte weitere korrigierte Signal gebildet worden ist. Weil die Framespeicher 31&sub1; wiederholt aktualisiert werden, um die kumulativen Summen von abklingenden vorherigen Bildern zu behalten, ist die Ausführungsform einer Korrekturschaltung, wie sie in Fig. 2 gezeigt wird, besonders vorteilhaft für eine Verwendung, bei der ein. Strom primärer elektronischer Bildsignale, die eine Sequenz von Bildern enthalten, von der Bilddetektionsmatrix erzeugt wird. Insbesondere ist das der Fall, wenn die Bilddetektionsmatrix Teil eines Röntgenuntersuchungsgerätes ist, das in Fluoroskopiebetrieb arbeitet.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Korrekturschaltung einer Bilddetektionseinrichtung gemäß der Erfindung. Das digitale Bildsignal S wird eine Vielzahl von Frameverzögerungsspeichern 40&sub1;&submin;&sub5; zugeführt, von denen als Beispiel fünf gezeigt werden. Die erforderliche Anzahl Frameverzögerungsspeicher hängt von der gewünschten Genauigkeit des korrigierten digitalen Bildsignals ab. Die erforderliche Anzahl von Frameverzögerungsspeichern nimmt zu, wenn eingefangene Ladungen langsamer ausgelöst werden, sodass Übertragung von Ladungen zur Multiplexschaltung 11 einer längeren Verzögerung unterliegt. In der Menge von jeweiligen Frameverzögerungsspeichern 40&sub1;&submin;&sub5; ist eine Zeitsequenz aus fünf verzögerten Bildern gespeichert, die in Bezug auf das aktuell von dem Analog/Digital-Umsetzer 21 gelieferte digitale Bildsignal zeitlich rückwärts verläuft. Jedes der verzögerten Bilder wird in jeweiligen Multiplizierern 41&sub1;&submin;&sub5; mit einem zuvor bestimmten Gewichtungsfaktor g&sub1;&submin;&sub5; multipliziert. Die Werte der genannten Gewichtungsfaktoren können zuvor aus den Verzögerungseigenschaften der strahlungsempfindlichen Elemente der Bilddetektionsmatrix bestimmt werden. Solche Verzögerungseigenschaften folgen unter anderem aus den Energieniveaus, die beim Einfangen von Ladungen in der Bandlücke des Halbleitermaterials der Bilddetektionsmatrix beteiligt sind. Die jeweiligen Multiplizierer 41&sub1;&submin;&sub5; erzeugen Ausgaben in Form von gewichteten verzögerten Bildern, die anschließend einer Additionseinrichtung 42 zugeführt werden, die eine gewichtete Summe aus verzögerten Bildern bildet. Diese gewichtete Summe wird in einem Framekorrekturspeicher 43 gespeichert, der die genannte gewichtete Summe als Bildkorrektursignal einem Subtrahierer 44 zuführt. Das genannte Bildkorrektursignal wird von dem digitalen Bildsignal S mit Hilfe des Subtrahierers 44 subtrahiert, um ein korrigiertes digitales Bild zu bilden.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung noch einer anderen Ausführungsform einer Korrekturschaltung einer Bilddetektionseinrichtung gemäß der Erfindung. Eine Folge von aus einer Sequenz primärer elektronischer Bildsignale einer Sequenz von Bildern, die von dem Bilddetektionsarray detektiert worden sind, abgeleiteten Bildsignalen wird einem Rechenmittel 50 zugeführt, um eine Anzahl dynamischer Parameter für ein aktuelles Bildsignal zu berechnen. Als besonders interessantes Beispiel haben die dynamischen Parameter für jedes der strahlungsempfindlichen Elemente i die Form von Besetzungsänderungsraten ai und Besetzungsrückbildungsraten bi. Diese Parameter hängen von betreffenden Einfangsenergieniveaus in Bezug auf den Boden des Leitungsbandes des Halbleitermaterials und der Zustandsdichte der Einfangsniveaus ab. Das dynamische Verhalten enthält einerseits das Einfangen von Elektronen, die vom Valenzband des Halbleitermaterials durch Absorption von einfallender Strahlung angeregt worden sind, in nicht besetzten Niveaus innerhalb der Bandlücke des Halbleiters und andererseits thermisches Auslösen von Elektronen aus den eingefangenen Elektronen. Daher wird die verzögerte Übertragung von Ladungen aus dem dynamischen Verhalten der Besetzungsfunktionen der betreffenden Einfangniveaus fi berechnet. Das dynamische Verhalten dieser Besetzungsfunktionen wird durch eine Menge von Differentialgleichungen bestimmt:
fi'(t) + aifi(t) - bi = 0.
Eine aktuelle Besetzungsfunktion für ein aktuelles Bildsignal kann aus vorherigen Besetzungsfunktionen für ein vorheriges Bildsignal der genannten Folge durch Diskretisierung des nachfolgenden Zeitverhaltens berechnet werden. Bei kontinuierlicher Bestrahlung ist dann der Diskretisierungszeitschritt die Framezeit der Bilder, d. h. die Dauer der Ladungsumwandlung für jedes Bild. Bei gepulster Bestrahlung während einer Sequenz von Röntgenaufnahmen ist dann zum Auslösen von Ladungen der Diskretisierungszeitschritt wieder die Framezeit, aber Einfangen von Ladungen tritt während der Röntgenbelichtungsdauer auf, d. h. der Dauer der Röntgenimpulse, sodass zum Einfangen die Impulsdauer als Diskretisierungszeitschritt genommen werden muss. Mit einer Speichereinrichtung 52 ist ein Aktualisierungsmittel verbunden, um aktuelle Besetzungsfunktionen zu berechnen. Die Speichereinrichtung ist ausgebildet, um Besetzungsfunktionen für strahlungsempfindlichen Elemente für ein vorheriges Bildsignal zu enthalten. Das Aktualisierungsmittel empfängt vorherige Besetzungsfunktionen, die zum vorherigen Bildsignal gehören, und dynamische Parameter für das aktuelle Bildsignal und erzeugt als Ausgabe aktuelle Besetzungsfunktionen, die zu einem aktuellen Bildsignal gehören. Die aktuellen Besetzungsfunktionen werden zu der Speichereinrichtung 52 und einer Umwandlungseinrichtung 53 gebracht. Dann wird der Inhalt der Speichereinrichtung aktualisiert, um bei der Verarbeitung eines nächsten Bildsignals verwendet zu werden. Die aktuellen Besetzungsfunktionen werden in Werte von verzögerten übertragenen Ladungen durch Berechnung aus den aktuellen Besetzungsfunktionen und Parametern des Bilddetektionsarrays, wie unter anderem die Fläche der Sensorelemente und die Größe des angelegten elektrischen Feldes und die Beweglichkeit der Valenzbandelektronen in dem Halbleitermaterial, umgewandelt. Mit Hilfe einer Anordnung 54 werden die genannten Werte für verzögerte übertragene Ladungen in das genannte Bildkorrektursignal umgeformt. Das genannte Bildkorrektursignal wird einem Subtrahierer 55 zugeführt, um das genannte Bildkorrektursignal vom aktuellen Bildsignal zu subtrahieren, um ein korrigiertes Bildsignal zu bilden.
Es sei bemerkt, dass in einer erfindungsgemäßen Bilddetektionseinrichtung die Funktionen der Korrekturschaltung, des Zeitgenerators und des Videosignalprozessors von einem geeignet programmierten Computer oder von einem Spezialprozessor ausgeführt werden können, der Schaltungsmitteln hat, die ausgebildet sind, um die genannten Funktionen auszuführen.

Claims

1. Bilddetektionseinrichtung (13) zum Ableiten primärer elektronischer Bildsignale aus einer Sequenz von Bildern und mit

- einem Bilddetektionsarray (12), das strahlungsempfindliche Elemente (1) enthält, um einfallende Strahlung in Ladungen umzuwandeln, und

- Ausleseleitungen (9) zum Übertragen der genannten Ladungen auf eine Ausleseschaltung, die ausgebildet ist, um übertragene Ladungen in das primäre elektronische Bildsignal umzuwandeln,

- wobei die übertragenen Ladungen enthalten

Ladungen, die Bildinformationen in einem aktuellen Bild der Sequenz von Bildern repräsentieren und

verzögerte übertragene Ladungen, deren Übertragung in Bezug auf die die Bildinformationen in einem aktuellen Bild repräsentierenden Ladungen verzögert ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Bilddetektionseinrichtung eine Korrekturschaltung (22) umfasst, die ausgebildet ist, um

ein die verzögerten übertragenen Ladungen repräsentierendes Bildkorrektursignal zu bilden und aus dem primären elektronischen Bildsignal und dem Bildkorrektursignal durch Entfernen von infolge der verzögerten übertragenen Ladungen entstandenen Artefakten aus dem primären elektronischen Bildsignal ein korrigiertes Bildsignal abzuleiten.

2. Bilddetektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturschaltung (22) zumindest einen Framespeicher (31&sub1;&submin;&sub7;) umfasst, um das zumindest eine, aus dem genannten primären elektronischen Bildsignal abgeleitete Bildsignal zu verzögern und (ein) verzögerte(s) Bildsignal(e) zu speichern, zumindest einen Multiplizierer (30&sub1;&submin;&sub7;) um das (die) genannte(n) verzögerte(n) Bildsignal(e) mit (einem) jeweiligen Gewichtungsfaktor(en) zu multiplizieren, eine Anordnung (34), uni das genannte Korrektursignal als gewichtete Summe des (der) genannten verzögerten gewichteten Bildsignals (Bildsignale) zu bilden, und einen Subtrahierer (36), um das genannte korrigierte Bildsignal durch Subtrahieren des genannten Bildkorrektursignals von dem genannten Bildsignal zu bilden.

3. Bilddetektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturschaltung ausgebildet ist, um eine aus einer Sequenz von primären elektronischen Bildsignalen einer Sequenz von durch das Bilddetektionsarray detektierten Bildern abgeleitete Folge von Bildsignalen zu empfangen, und dass die Korrekturschaltung (einen) Framespeicher (40&sub1;&submin;&sub5;) umfasst, dem (denen jeweils) die genannten Bildsignale der genannten Folge hintereinander zugefügt werden, und dass der (die) Framespeicher mit (einem) Rechenelement(en) (41&sub1;&submin;&sub5;, 42) gekoppelt ist (sind), ausgebildet zum Multiplizieren des Inhalts (eines jeweiligen) jeweiliger Framespeicher(s) mit einem jeweiligen Abklingfaktor, mit einer zuvor bestimmten Rate wiederholt, und dass (ein) Multiplizierer in Reihe zu dem (den) Framespeicher(n) geschaltet sind (ist), um (eine) gewichtete kumulative Summe(n) abgeklungener Bildsignale zu bilden, und dass die Korrekturschaltung eine Anordnung (43) zum Bilden des genannten Bildkorrektursignals als Total der genannten gewichteten kumulativen Summe(n) umfasst, und die Korrekturschaltung einen Subtrahierer (44) umfasst, um das genannte korrigierte Bildsignal durch Subtrahieren des genannten Bildkorrektursignals von dem genannten Bildsignal zu bilden.

4. Bilddetektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturschaltung ausgebildet ist, um eine aus einer Sequenz von primären elektronischen Bildsignalen einer Sequenz von durch das Bilddetektionsarray detektierten Bildern abgeleitete Folge von Bildsignalen zu empfangen, und dass die Korrekturschaltung Rechenmittel (50) umfasst, um jeweilige dynamische Parameter aus einem aktuellen Bildsignal der genannten Folge zu berechnen, und Aktualisierungsmittel (51), um aktuelle Besetzungsfunktionswerte für jeweilige Halbleiterelemente und für das aktuelle Bildsignal aus den genannten dynamischen Parametern und aus gespeicherten vorherigen Besetzungsfunktionswerten für jeweilige Halbleiterelemente und für ein vorheriges Bildsignal zu berechnen, und Umwandlungsmittel (53) zum Berechnen von Werten verzögerter übertragener Ladungen aus den genannten aktuellen Besetzungsfunktionswerten, und eine Anordnung, um aus den berechneten Werten verzögerter übertragener Ladungen das genannte Bildkorrektursignal zu bilden, und dass die Korrekturschaltung einen Subtrahierer (55) umfasst, um das genannte korrigierte Bildsignal durch Subtrahieren des genannten Bildkorrektursignals von dem genannten Bildsignal zu bilden.

5. Röntgenuntersuchungsgerät dadurch gekennzeichnet, dass es eine Bilddetektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfasst.