FI97665C - Menetelmät ja laitteet kohteen kuvantamisessa - Google Patents

Description

97665

Menetelmät ja laitteet kohteen kuvantamisessa Förfaranden och anordning vid fotografering av ett objekt 5 Keksinnön kohteena on menetelmät kohteen kuvantamisessa sähkömagneettista säteilyä hyväksikäyttäen, jossa menetelmässä kohteesta heijastuvaa ja/tai kohteen läpäissyttä säteilyä havaitaan anturijäijestelmällä, josta saadaan sähkösignaali, joka sisältää kohteen kuvan informaation, ja joka anturijäijestelmä käsittää puolijohdeanturin, joka koostuu useista peräkkäisistä ja rinnakkaisista kuva-alkioista eli pikseleistä.

10

Lisäksi keksinnön kohteena on laitteet kohteen kuvantamisessa, joka laite käsittää sähkömagneettista säteilyä kuvattavaan kohteeseen kohdistavan laitteen, joka laite edelleen käsittää anturijäijestelmän, joka käsittää puolijohdeanturin, joka on koostettu useista peräkkäisistä ja rinnakkaisista kuva-alkioista eli pikseleistä ja joka laite edelleen 15 käsittää laitteet, joilla anturijäijestelmästä saatu sähkösignaali ilmaistaan ja/tai tallennetaan.

Esillä oleva keksintö liittyy yleisesti sähkömagneettisella säteilyllä aikaansaatavaan kohteen kuvantamiseen. Erityisesti keksintö liittyy CCD-anturijäijestelmää soveltavaan 20 digitaaliseen kuvantamiseen.

Keksinnön mukaisia menetelmiä ja laitteita on tarkoitus soveltaa etenkin lääketieteellisessä röntgenkuvauksessa, etenkin hammaspanoraamakuvauksessa, mammografiaku-vauksessa tai läpivalaisukuvauksessa yleensä.

25

On sinänsä ennestään tunnettua käyttää digitaalista kuvantamista myös lääketieteellisessä röntgentekniikassa, jossa sillä on tiettyjä selviä etuja säteilylle herkän kehitettävän filmin käyttöön nähden. Näitä etuja ovat digitaalisesti otettujen ja tallennettujen kuvien katseluun, käsittelyyn, säilytykseen ja kaukosiirtoon liittyvät edut, jotka 30 tulevaisuudessa tulevat entisestään korostumaan kun terveydenhuolto- ja sairaalajäijes-telmä yhä enenevässä määrin siirtyy digitaalitekniikkaan yleensä ja myös röntgenkuvien ja vastaavien käsittelyssä. Digitaalisen kuvantamisen lisäetuja ovat myös uusintaku- - 97665 2 vauksien tarpeen väheneminen sekä potilaan saaman säteilyannoksen pieneneminen, koska digitaalisessa kuvantamisessa käytetyt puolijohdeanturit ovat herkempiä kuin analogiafilmit. Esillä olevan keksinnön eräänä päätarkoituksena onkin viedä mainittua kehitystä olennainen askel eteenpäin.

5

Digitaaliseen kuvantamiseen tarkoitetut puolijohdeanturit ovat perusrakenteeltaan pienistä kuva-alkioista eli pikseleistä muodostettuja suurempia säteilylle herkkiä pintoja ja ääritapauksena on yksirivinen jana-anturi. Kuva-alkioiden alueelle absorboituva sähkömagneettinen säteily, kuten valo, infrapuna tai röntgensäteily, muodostaa kuva-10 alkioihin absorboituneeseen säteilyyn (kvanttien määrä ja energia) verrannollisen sähkövarauksen. Tällöin sähkövarauksen syntyminen tapahtuu ajan funktiona, eli kuva-alkio integroi sen alueelle "valotusaikana" syntyneen sähkövarauksen, joten integrointiaikaa muuttamalla voidaan syntyvän kuva-alkiosignaalin voimakkuutta periaatteessa säätää. Mainittakoon kuitenkin, ettei integroimisajan vaihtelu muuta 15 anturin herkkyyttä.

Ennestään tunnettuja digitaalisessa kuvantamisessa yleisimmin käytettyjä anturityyppejä ovat diodimatriisi ja CCD-anturi. Seuraavassa selostetaan ensin CCD-antureita yksityiskohtaisemmin, sillä esillä oleva keksintö ei edullisesti sellaisenaan sovellu tunnettujen 20 diodimatriisien yhteydessä käytettäväksi.

Tunnetuissa CCD-antureissa sähkövarausta pidetään integroinnin aikana paikoillaan kuva-alkion alueella sähkökentän avulla, joka voidaan muodostaa joko alkion keskelle asetetun, sopivassa potentiaalissa pidettävän ’johtimen’ avulla, joka aikaansaa elektro-25 neille potentiaalikuopan tai viimeisimmän käytännön mukaan anturin reunoille kopattujen’ pysyvien varauskenttien avulla, jotka muodostavat potentiaalivallin kuva-alkioiden välille. Dopattujen varauskenttien käyttö pienentää kuva-alkion kapasiteettia, eli ne eivät pysty säilyttämään yhtä suurta varausta kuin potentiaalikuopat, vaan ne ’ylivuota-vat’ nopeammin oman varauksensa naapurialkoihin. Em. varauskentiliä on kuitenkin 30 omat etunsa, sillä potentiaalikuopan muodostamiseen tarvittava jännite aiheuttaa ns. pimeävirtaa, eli pikseliin vuotaa varausta, joka ei ole peräisin varsinaisesta kuvasignaa- . 97665 3 lista. Käytännön lukuarvoina mainittakoon, että tunnetun ’tavallisen’ pikselikaivon kapasiteetti on noin 700 000 elektronia kun ’dopattuun’ pikseliin mahtuu vain noin 400 000 elektronia. Pimeävirta huoneenlämmössä ’tavalliseen’ pikseliin on noin 30 000 elektronia sekunnissa, kun ’dopattuun’ se on vain noin 100 elektronia sekunnissa. Ennen S dopauksen kehittämistä pimeävirtaa pyrittiin pitämään kurissa jäähdyttämällä anturia noin -40 °C:een mikä on hankalaa ja kallista toteuttaa sekä aiheuttaa jäätymis- ym. ongelmia.

Ennestään tunnetuissa CCD-antureissa kuvan luku tapahtuu siirtämällä integrointiajan 10 kuluttua anturin pikselin alueelle kertynyt sähkövaraus pois pikselikaivosta ns. kellosignaalien ohjaamana, jolloin pikseli alkaa välittömästi kerätä seuraavaa ’kuvaa’ edustavaa varausta. Tunnetussa TDI-menetelmässä (Time Delay Integration) siirretty varaus jätetään naapuripikseliin. Tunnetussa FT-menetelmässä (Frame Transfer) varaus viedään edelleen nopeasti säteilyltä suojatulle alueelle varsinaista uloslukua varten. 15 CCD-anturin havaitseman kuvainformaation ulosluvussa TDI-anturin kuva-alueen ja FT-anturin suojatun alueen reunimmaisen pikselirivin varaukset siirretään ensin säteilyltä suojattuun ns. sarjarekisteriin, joka on koko anturin pituinen rivi varauskaivo-ja, joissa kustakin pikselisarakkeesta siirrettyjä varauksia pidetään erillään ja siirretään saijakellosignaalien avulla ja ohjaamana yksi kerrallaan anturin lähtökaivoon. Lähtö-20 kaivo tyhjennetään aina ensin ja sitten siihen siirretään yhden pikselin varaus, jonka suuruus näkyy anturin lähdössä jännitesignaalina, joka sisältää ko. anturipikselin kuvainformaation. Käytännön lukuarvona CCD-anturin lähtösignaalin jännitetaso on luokkaa -3 μν / elektroni, eli 500.000 elektronin varaus synnyttää anturin lähtöjännit-teeksi -1,5 V.

25

Ennestään tunnetusti TDI-kuvaustekniikkaa sovelletaan CCD-antureilla maksimaalisella herkkyydellä tapahtuvaan liikkuvan kohteen kuvantamiseen. Sen sijaan, että kuvaus suoritettaisiin valokuvaustekniikasta tutulla menetelmällä riittävän lyhyellä valotusajalla liike-epäterävyyden eliminoimiseksi, TDI-kuvaustekniikassa kuvattavan kohteen 30 annetaan liikkua anturin ohi samalla kun kohteen anturille muodostamaa varausmuodossa olevaa kuvaa siirretään samalla nopeudella, eli kohdetta tavallaan seurataan. Näin - 97665 4 kohteen muodostamaa kuvainformaatiota voidaan kerätä pitempään, eli anturin herkkyyttä saadaan kasvatettua helposti moninkertaiseksi. Jotta anturilla, jossa on esimerkiksi 100 kappaletta pikseleitä kohteen liikesuunnassa, kuva saataisiin taltioitua maksimaalisella resoluutiolla normaalia kuvaustapaa käyttäen, olisi kuvausajan oltava 5 niin lyhyt, ettei kuvattavan kohteen anturille muodostama kuva ennätä liikkua yli yhden pikselin mittaista matkaa. Tunnetussa TDI-menetelmässä kohdetta seurataan koko anturin mitalta, eli se muodostaa tässä tapauksessa kuvaa 100 pikselin mittaisella matkalla, jolloin mitattu signaali on 100-kertainen, olettaen, että kohteen liikenopeus pysyy vakiona tämän ajan. Eräs TDI-kuvantamisen mahdollistavista perusperiaatteista 10 onkin juuri se, että kohteen hetkellinen liikenopeus pitää olla tiedossa, jotta sen seuraaminen onnistuu.

CCD-kuva-anturit ja niiden ohjauselektroniikka on aiemmin suunniteltu aina optimaalisesti jotakin tiettyä sovelluskohdetta ja käyttötarkoitusta varten, eivätkä nykyiset 15 anturijäijestelmät sellaisenaan sovellu muuhun, ei aina edes samansukuiseenkaan käyttöön. Uusien CCD-anturien kehitys on erittäin kallista ja aikaavievää. Tyypillisesti yhden uuden CCD-anturityypin kehittämiseen kuluu aikaa vähintäänkin toista vuotta ja kustannukset ovat 5 milj. FIM:n suuruusluokkaa. Uuden CCD-anturityypin ohjauselekt-roniikan kehittäminen vie aikaa saman verran ja lisää kustannuksia vähintäänkin 1 20 milj. FIM:lla. Tätä taustaa vasten on ymmärrettävää, että koska uuden CCD-anturityypin kehitys edellyttää sovellutusta, joka maksaa kehityskustannukset takaisin järkevässä ajassa, ei pienehköjä CCD-anturimääriä tarvitsevia sovellutuksia voida lainkaan toteuttaa käytännössä realistisin kustannuksin. Toisaalta uusia CCD-antureita suunnitellaan sellaisiin sovelluksiin, joissa voluumit ovat riittävät, mutta niissäkin 25 CCD-anturien kustannusosuus nousee suhteellisen korkeaksi ennestään tunnettua tekniikkaa käytettäessä.

Koska nykytekniikalla CCD-anturien ja niiden ohjauselektroniikan modifioiminen aina kulloisellekin kuvauskohteelle optimaaliseksi ei ole ollut mahdollista, kuvaukset on 30 jouduttu suorittamaan käytettävissä olevan laitteiden ja niiden CCD-anturien ehdoilla. Tunnetuissa kuvantamisjäijestelmissä CCD-anturi ja sen ohjauselektroniikka on 5 97665 mitoitettu joko suurinta tarvittavaa resoluutiota tai herkkyyttä varten tai on tehty kompromissiratkaisuja, joissa on tyydytty keskimäärin tyydyttävään tulokseen tinkimällä sekä resoluutiosta että herkkyydestä. CCD-anturin resoluution ja herkkyyden muuttamisella kullekin kuvantamiskohteelle optimaaliseksi on erityisen suuri merkitys S lääketieteellisessä röntgenkuvauksessa, jossa on pyrittävä aikaansaamaan kulloiseenkin tarkoitukseen riittävä kuvantamisresoluutio pitämällä samalla potilaan saama sädeannos minimissään.

Sinänsä ennestään tunnettua on CCD-antureissa kuvantamisresoluution muuttaminen 10 pikseleitä yhdistelemällä eli ’binnaamalla’, mutta tätä menettelyä on käytetty vain vakiollisesti kussakin sovellutuksessa, eikä CCD-antureiden vapaasti ohjattavaa konfigu-roimista ’binnaus’-suhteen muuttamiseksi kuvantamisresoluution ja herkkyyden asettamiseksi kunkin kuvauskohteen kuvantamisen optimoimistarkoituksessa ole sovellettu.

15 Ennestään tunnetaan sellaisia kuvantamismenetelmiä, joissa anturin tuottamaa datamäärää käsitellään digitaalisessa muodossa tietokoneen muistissa, esimerkiksi summaamal-la viereisiä muistipaikkoja yhteen, jolloin lopputulos muistuttaa periaatteessa em. ’binnaamista’.

20 Ennestään tunnettua on yhdistää hammaspanoraamaröntgenkuvauslaite kallokuvausteli-neeseen ja tällaisen laiteyhdistelmän digitaalinen toteutus on esitetty mm. EP-patenttiha-kemuksessa 0 634 671 AI.

Esillä olevaa keksintöä sivuavan tekniikan tason osalta viitataan eräinä esimerkkeinä 25 seuraaviin patentti- ja hakemusjulkaisuihin: US 5 426 685, US 5 289 520, US 4 188 537, US 5 365 562 ja US 5 216 250.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kehittää edelleen kuvantamistekniikkaa ja etenkin lääketieteellistä röntgenkuvantamistekniikkaa, jossa sovelletaan CCD-antureita 30 ja digitaalista kuvantamista niin, että edellä käsitellyt ongelmat pääasiallisesti ratkaistaan ja epäkohdat eliminoidaan.

6 97665

Keksinnön erityistarkoituksena on kehittää edelleen CCD-anturien avulla tapahtuvaa kuvantamista niin, että saadaan aikaan entistä laajempi CCD-anturien dynamiikka-alue. Tämä on tärkeää sellaisissa sovelluksissa, joissa CCD-anturin herkkyyden kasvattamisella kuvantamisresoluution kustannuksella saavutetaan hyötyä. Tällaisia sovelluskohtei-5 ta ovat etenkin lääketieteelliset röntgenkuvaustekniikat, joissa sädeannos on pyrittävä pitämään minimissään ja samalla valotusajat mahdollisimman lyhyinä potilaan liikkumisesta syntyvän epäterävyyden minimoimiseksi.

Näihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön ensimmäiselle 10 menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että anturijäijestelmä konfiguroidaan ohjauksella, jolla anturin säteilylle herkkiä rinnakkaisia ja/tai peräkkäisiä anturialkioita yhdistetään eli ’binnataan’ useita kuva-alkioita käsittäviksi anturialkioyhdelmiksi, että mainittujen anturialkioyhdelmien eri kuva-alkioista saatavat kuvainformaation sisältävät varaukset välittömästi varausmuodossa yhdistetään ja täten saatava sähkösignaali 15 johdetaan edelleen ja että mainittu kuva-alkioiden yhdistäminen suoritetaan ulkopuolisella ohjauksella kulloisenkin kuvauksen edellyttämän resoluution ja anturin herkkyyden keskinäisen optimoinnin aikaansaamiseksi.

Keksinnön toiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että menetelmässä 20 sovelletaan TDI-kuvaustekniikkaa ja kuvattavan kohteen ja anturin välille jäljestetään keskinäisliike, että kuvattavan kohteen CCD-anturille muodostamaa varausmuodossa olevaa kuvaa siirretään samalla nopeudella kuin mainittu keskinäisliike ja kohteen muodostamaa kuvainformaatiota kerätään pitemmän ajan ja samalla anturin herkkyyttä kasvatetaan, että anturin fyysinen pikselikoko valitaan pienemmäksi kuin tarvittava 25 maksimaalinen anturiresoluutio ja että kuvattavan kohteen ja anturin keskinäisliikkeen aiheuttamaa epäterävyyttä pienennetään siirtämällä varausalkioita CCD-anturin fyysisen pikselikoon mukaisesti niin, että kuvattavan kohteen ja CCD-anturin keskinäisliikkeen seuranta tapahtuu optimaalisen tarkasti.

7 97665

Keksinnön toista menetelmää voidaan soveltaa itsenäisesti, mutta edullisimmin keksinnön ensimmäisen menetelmän yhteydessä, joka on tässä hakemuksessa pääkek-sintönä.

5 Keksinnön mukaiselle ensimmäiselle laitteelle on puolestaan pääasiallisesti tunnusomaista se, että laite käsittää anturijäijestelmän konfigurointijäijestelmän, jolla anturijäijestelmän anturin säteilylle herkkiä rinnakkaisia ja/tai peräkkäisiä kuva-alkioita on yhdistettävissä eli ’binnattavissa’ useita kuva-alkioita käsittäviksi anturial-kioyhdelmiksi ja että anturijäijestelmä on siten kytketty ja ohjattu, että mainittujen 10 yhdelmien eri alkioista saatavat kuvainformaation sisältävät varaukset ovat välittömästi varausmuodossa yhdistettävissä.

Keksinnön mukaiselle toiselle laitteelle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että laite käsittää CCD-anturi- ja sen ohjausjäijestelmän ja laitteet, joilla kuvattavan kohteen ja 15 mainitun anturijäijestelmän välille on jäljestetty keskinäisliike, että mainittu ohjausjärjestelmä on sovitettu siirtämään CCD-anturille kuvattavasta kohteesta muodostuvaa varauskuvaa vastaavalla nopeudella kuin mainittu keskinäisliike, että anturin fyysinen pikselikoko on valittu pienemmäksi kuin tarvittava maksimaalinen anturiresoluutio ja että kuvattavan kohteen ja anturin keskinäisliikkeen aiheuttamaa epäterävyyttä on 20 pienennetty siirtämällä varausalkioita CCD-anturin fyysisen pikselikoon mukaisesti, jolloin kuvattavan kohteen ja CCD-anturin keskinäisliikkeen seuranta on tapahtuva optimaalisen tarkasti.

Keksinnön toista menetelmää ja laitetta voidaan soveltaa itsenäisesti, mutta edullisim-25 min sitä sovelletaan keksinnön ensimmäisen menetelmän ja laitteen kanssa synergisenä kombinaationa.

Keksinnön ensimmäistä menetelmää ja laitetta sovellettaessa CCD-anturin pikseliva-raukset summataan itse anturilla vielä varausmuodossa ennenkuin niitä on muutettu 30 anturin ulostulosignaaliksi, vahvistettu ja muunnettu digitaaliseen muotoon. Täten 8 97665 keksinnön ansiosta kuvasignaaliin ei synny summauksesta johtuvaa kohinaa tms. virhettä, kuten tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa on asianlaita.

Kun keksinnön ensimmäisen menetelmän ja laitteen avulla CCD-anturin ja sen oh-5 jauselektroniikan ominaisuuksia voidaan helposti konfiguroida eli muuttaa ennalta asetettavissa rajoissa vapaasti ohjelmallisella ohjauksella kunkin sovellutuksen edellyttämään optimikonfiguraatioon, voidaan samaa CCD-anturia ja ohjauselektroniikkaa käyttää useammassa keskenään olennaisesti erilaisessakin sovellutuksessa. Täten kyseisen CCD-anturin käyttömäärät saadaan nousemaan ja kehityskustannukset 10 sovellutusta kohti pysyvät kohtuullisempina. Toisaalta kun samaa CCD-anturia ja sen ohjauselektroniikkaa voidaan käyttää yhdessä sovellutuksessa eri tarkoituksiin ja sen eri toimintamoodeissa eliminoidaan useamman erilaisen CCD-anturin tarve, minkä ansiosta kunkin sovellutuksen kokonaiskustannukset muodostuvat olennaisesti kohtuullisemmiksi kuin tunnettua tekniikkaa sovellettaessa.

15

Anturikustannusten säästön lisäksi keksinnöllä saavutetaan se olennainen etu, että herkkyys-/resoluutiosäädöllä voidaan vaikuttaa kuvantamisen resoluution lisäksi potilaan saamaan sädeannokseen, missä suhteessa on aiemmin jouduttu tekemään kompromisseja.

20

Keksinnön ensimmäisen menetelmän ja laitteen edullisessa sovellusmuodossa pikseleitä voidaan yhdistää eli ’binnata’ suuremmiksi kokonaisuuksiksi sekä vaaka-, että pystysuunnassa. Edellä ja seuraavassa on selvyyden ja yksinkertaisuuden vuoksi puhuttu anturialkiokentän vaaka- ja pystysuunnasta, millä ei suinkaan tarkoiteta sananmukaisesti 25 suuntia maan vetovoimaan nähden, vaan vaakasuunnalla tarkoitetaan kuvantamistasossa sitä anturialkioiden rivien suuntaa, jossa varauksia siirretään ja pystysuunnalla tarkoitetaan anturialkiokentän sarakkeiden suuntaa kuvantamistasossa eli em. vaakasuuntaan nähden kohtisuoraa suuntaa, joka on esimerkiksi jana-antureissa niiden pituussuunta. Varausten yhdistäminen tapahtuu vaakasuunnassa siten, että saijarekisteriin siirretään 30 useamman kuva-alkiorivin varaus ennen kuin saijarekisterin varauksia luetaan anturista ulos. Tällöin useamman kuva-alkiorivin varaukset ’kaadetaan samaan kuppiin’ eli ne 9 97665 summataan. Anturin pystysuunnassa ’binnaaminen’ eli varausten summaaminen suoritetaan tyhjentämällä lähtökaivo ja siirtämällä sinne sitten useamman saijarekisterin varauskaivon sisältö ennen anturin lähtösignaalin mittaamista.

5 Keksintöä voidaan soveltaa kaikenlaisessa sellaisessa CCD-anturin avulla tapahtuvassa kuvantamisessa, missä vaadittava dynamiikka-alue on laaja ja missä herkkyyden kasvattamisella kuvantamisresoluution kustannuksella tai päinvastoin saavutetaan hyötyä. Tyypillisimpiä tämänkaltaisista sovellutuksista on röntgenkuvaus, missä valotusajat on pidettävä mahdollisimman lyhyinä potilaan liikkumisesta johtuvan 10 epäterävyyden minimoimiseksi ja samalla sädeannos on pyrittävä pitämään minimissään. Röntgenkuvauksessa resoluutiovaatimukset vaihtelevat suuresti sen mukaan mitä havainnoidaan ja alalla on yleensä totuttu kasvattamaan sädeannosta vaadittavan resoluution kasvaessa. Keksinnön mukaisella toteutuksella voidaankin kattaa suurin osa röntgenkuvauksen eri osa-alueista anturijärjestelmän konstruktiota olennaisesti muutta-15 matta keksinnön mukaista CCD-anturijäijestelmän vapaata ohjelmallista konfiguraatiota hyväksikäyttäen. Keksinnön erityisen edullisia sovelluskohteita ovat mammogra-fiakuvaus niin suurennus- kuin kontaktikuvauksessa samoin kuin yhdistetyt hammas-panoraama- ja kallokuvauslaitteet. Keksinnön sovellusaluetta voidaan laajentaa erilaisiin osastoröntgenlaitteisiin ja keuhkokuvauslaitteisiin asti.

20

Keksinnön ensimmäisessä menetelmässä ja laitteessa CCD-anturin ohjauselektroniikka on siten konstruoitu, että se toimii sille jäljestettyjen tulosignaalien mukaisesti määrittäen niiden avulla anturin pikselien ’binnaus’-suhteen pysty- ja vaakasuunnassa milloin tahansa kuvauksen aikana, sopivimmin kuitenkin aina kuvauksen alussa.

25

Keksintöä edullisesti sovelletaan hammaspanoraama-kallokuvauslaiteyhdistelmässä siten, että kuvaresoluutio on käyttäjän valittavissa, jolloin yleiskuvat voidaan ottaa pienemmällä resoluutiolla ja sädeannoksella ja tarvittaessa ottaa kriittisistä kohdista kuvia suuremmalla resoluutiolla. Kallokuvauksiin 2 lp / mm resoluutio on täysin 30 riittävä ja kuva saadaan 15 % sädeannoksella panoraamakuvauksessa vaadittavaan resoluutioon verrattuna, kun resoluutio on keksinnön mukaisesti käyttäjän säädettä- - 97665 10 vissä. Käytännössä kallokuvauksissa käytettävä fokusetäisyys on hammaspanoraama-kuvaukseen verrattuna yli kolminkertainen (1700 / 480 mm), jolloin anturin vastaanottama sädeannos, pienentyessään etäisyyden neliössä, on vain noin 8 %. Tämän vuoksi hammaspanoraamakuvaukseen tarkoitetulla anturiresoluutiolla kallokuvien ottaminen on 5 lähes mahdotonta, koska se edellyttäisi kymmenien sekuntien mittaista valotusaikaa, jonka kuluessa kuvattavan potilaan pitää olla täysin liikkumatta. Käytännössä panoraa-makuvat otetaan TDI-pyyhkäisyllä, nopeudella n. 20 mm / s. Kun kallokuvauspyyhkäi-sy tehdään 240 mm pituisena, samalla anturiresoluutiolla ja samoilla kuvausparametreil-la kuin hammaspanoraamakuvauskin, se kestäisi tällä nopeudella 12 s * 12.S = 150 s 10 eli kaksi ja puoli minuuttia.

Keksinnön edullisen sovellusmuodon mukaisesti mammografian " suurennuskuvaus" suoritetaan kontaktikuvauksena pienemmällä pikselikoolla kuin normaali mammogra-fiakuvaus. Tällöin saavutetaan huomattavasti parempi erottelukyky kuin ennestään 15 tunnetussa suurennuskuvauksessa kiinteän anturin pikselikokoa käytettäessä, kuten myöhemmästä selostuksesta tarkemmin selviää. Lisäksi keksinnön tässä sovellusmuo-dossa tullaan toimeen yksinkertaisemmalla ja edullisemmalla röntgenlähteellä, jossa tarvitaan vain yksi fokuskoko. Etuna ovat myös lyhyemmät valotusajat ja potilaan liikkeistä aiheutuvan kuvan epäterävyysriskin pieneneminen samoin kuin potilaan 20 saaman sädeannoksen pieneneminen. Kun tässä keksinnön sovellusmuodossa otetaan "suurennuskuvia" pienemmällä pikselikoolla ja kontaktikuvausta käyttäen, voidaan tarvittaessa ottaa "suurennuskuvia” koko kuva-alueen kokoisena. Ennestään tunnetussa vastaavassa tekniikassa, jossa kohde viedään lähemmäs röntgenputkea, se esimerkiksi suurennuskertoimella 2 muodostaa kuvantamisvälineelle niin suuren kuvan, että vain 25 neljäsosa siitä saadaan kuvatuksi. Näitä keksinnön vaikutuksia ja etuja selostetaan myöhemmin yksityiskohtaisemmin.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin sovellusesimerkkeihin, joiden yksityiskohtiin 30 keksintöä ei ole mitenkään ahtaasti rajoitettu.

11 97665

Kuviossa 1 on kaavallisesti esitetty keksinnön mukainen CCD-anturijäijestelmä ja sen ohjauselektroniikka TDI-tyyppiseen kuvantamiseen sovellettuna.

Kuviossa 2 on esitetty kuviota 1 vastaavasti keksinnön mukainen CCD-anturijäijestelmä S ja sen ohjauselektroniikka FT-tyyppisessä kuvantamisessa.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen CCD-anturijäijestelmän tyypillistä lähtösignaalia.

Kuvio 4 esittää kytkentää, jolla CCD-anturin pikselikohtainen nollatasoa mitataan.

10

Kuvio 5 esittää esimerkkiä keksinnön mukaisen CCD-anturijäijestelmän lähtösignaa-lista alkiovarausten pystysuuntaisessa yhdistämisessä.

Kuvio 6 esittää sellaista keksinnön edullista sovellusmuotoa, jossa TDI-kuvauksessa 15 sovelletaan täyden resoluution kuvaseurantaa.

Kuviossa 7 on esitetty kuvion 6 mukaisen TDI-kuvausmoodin signaalikaaviota.

Kuvio 8 esittää signaalikaaviota keksinnön siinä edullisessa sovellusmuodossa, jossa 20 käytetään saijarekisterin ’ditherointi’-menetelmää pimeävirran eliminoimiseksi.

Kuvio 9 esittää eräiden kolmivaiheiselle anturille tyypillisten ’ditherointi’-kellosignaali-en ohjausta varaussiirtotilaan.

25 Kuvio 10 esittää kaaviollisesti aksonometrisena kuvantona keksinnön sovellusta hammaspanoraamakuvauksessa.

Kuvio 11 esittää kaaviollisesti aksonometrisena kuvantona keksinnön sovellusta mammografiakuvauslaitteeseen.

30 - 97665 12

Kuvio 12 esittää kaavallisesti aksonometrisena kuvantona keksinnön sovellusta keuhkoläpivalaisulaitteen yhteydessä.

Kuvio 13 esittää pääasiallisesti lohkokaaviona keksinnön mukaisen anturijäijestelmän 5 ohjausjärjestelmää.

Kuvio 14 esittää kaaviollisena aksonometrisena kuvantona keksinnön sovellusympäristöksi kallokuvaustelineellä varustettua hammaspanoraamalaitetta kallokuvausmoodissa.

10 Kuvio ISA havainnollistaa kaaviollisesti mammografiakuvausta ns. kontaktikuvauksena.

Kuvio 1SB esittää kuviota 15A vastaavalla tavalla mammografiakuvausta ns. suurennus-kuvauksena.

15 Kuvio 16 esittää mammografiakuvauksessa fokuspisteen äärellisen koon aiheuttamaa modulaation siirtofunktion (MTF) käyrästöjä eri sovelluksissa.

Kuvio 17 esittää kuviota 16 vastaavalla tavalla eri kuvantamisvälineiden erottelukykyä.

20 Kuvio 18 esittää kuvioita 16 ja 17 vastaavalla tavalla koko kuvantamisjäijestelmän erottelukykykäyriä eri sovelluksissa.

Kuviossa 1 on kaaviomaisesti esitetty TDI-tyyppisen CCD-anturijäijestelmän ja sen ohjauselektroniikan rakenne ja toiminta. Anturijäijestelmässä ohjauselektroniikka 17 25 liittyy CCD-anturin kuva-alkiokenttään 10 kellosignaaleilla IOx, joita on tyypillisesti kahdesta neljään (2-4) kappaletta ja saijarekisteriin 12 kellosignaaleilla ROx, joita on myös yleensä kahdesta neljään (2-4) kappaletta. Ohjauselektroniikalla 17 on signaali OR, jolla se tyhjentää CCD-anturin lähtökaivon 13. Lähtökaivon 13 varaus muutetaan anturin lähtösignaaliksi lähtövahvistimella 14 ja johdetaan sen jälkeen nollatason 30 koijausasteelle 15, joka ohjauselektroniikan 17 ohjaussignaalin CDS avulla asettaa kunkin kuva-alkiokentän 10 pikselin nollareferenssitason, kuten jäljempänä on tarkem- 13 97665 min selostettu. Nollatasokoijauksen jälkeen signaali johdetaan analogia/digitaalimuunti-melle 16, joka muuntaa kuvasignaalin digitaaliseen muotoon ohjauselektroniikan 17 antaman SH signaalin tahdistamana. Digitaalinen data DI siirretään edelleen tallennusta ja käsittelyä varten ohjauselektroniikan 17 tuottaman ohjaussignaalin LD avulla.

5

Kuviossa 2 on kaaviomaisesti esitetty keksinnön mukaisen FT-tyyppisen CCD-anturi-jäijestelmän ja sen ohjauselektroniikan rakenne ja toiminta, joka on kuvion 1 mukaisen TDI-tyyppisen ratkaisun kaltainen muilta osin paitsi, että sen kuva-alkiokentän 10, johon ohjauselektroniikka 17 liittyy kellosignaaleilla AOx, ja saijarekisterin 12 välille 10 on jäljestetty kuva-alkiokentän kokoinen varastoalue 11, johon ohjauselektroniikka 17 liittyy kellosignaaleilla I(Dx.

Seuraavassa selostettu anturijäijestelmän toiminta liittyy lähinnä TDI-tyyppisen anturin toimintaan ja FT-tyyppinen anturi poikkeaa siitä periaatteessa vain siltä osin, että 15 kuva-alkiokentän 10 varastoalueen 11 varausten siirtoa saijarekisteriin 12 edeltää aina kuva-alkiokentän 10 varausten siirto varastoalueelle 11 ohjauselektroniikan 17 kellosignaalien AOx ja IOx avulla. Lisäksi FT-tyyppisen anturin koko kuva-alue luetaan integ-rointiajan päätyttyä aina kokonaan, eikä rivi kerrallaan, kuten TDI-tyyppisessä anturissa yleensä tapahtuu.

20

Sinänsä ennestään tunnettu CCD-anturi ja sen ohjaus toimii seuraavan selostuksen mukaisesti, lukuunottamatta pikselien yhdistämisen yhteydessä selostettuja, esillä olevalle keksinnölle olennaisia uusia toiminta- ja rakennepiirteitä.

25 Kuvioiden 1 tai 2 mukaisella CCD-anturilla kuvaukseen ryhdyttäessä on anturin alkiokentälle 10; 10,11 ennestään mahdollisesti kertyneet varaukset poistettava ja sen pikselikaivot on tyhjennettävä. Tämä tapahtuu ohjauselektroniikan 17 aloitussignaalin START aikaansaamana siirtämällä kuva-alkiokentän 10; 11 varaukset kellosignaalien IOx avulla sarake kerrallaan saijarekisteriin 12. Saijarekisteriin 12 siirretyt varaukset 30 vuorostaan siirretään kellosignaalien ROx ohjaamana yksi kerrallaan lähtökaivoon 13, joka tyhjennetään signaalin OR avulla aina ennen kunkin varauksen siirtoa. Toiminta on 14 97665 syytä toistaa muutaman kerran, jos on syytä epäillä, ettei anturi tyhjene täysin yhdellä kerralla, mikä riippuu siitä, kuinka paljon varauksia pikselikaivoihin on ennättänyt kertyä. Kuvaus alkaa, kun tyhjennetyn anturin pikselikaivoihin rupeaa kertymään kuvainformaatiota, eli anturille osuvan säteilyn tuottamaa varausta. Kun ohjauselekt-S roniikan 17 säätämä integrointiaika on kulunut tai vaihtoehtoisesti ulkoisen SYNC-sig-naalin tahdistamana siirretään kuva-alkiokentän 10; 11 yhden sarakkeen varaukset saijarekisteriin 12 ja sieltä edelleen lähtökaivoon 13 kuten edellä on kuvattu. Nyt edellisestä poiketen kukin pikselikaivon 13 varaus mitataan, eli ohjauselektroniikan 17 antaman CDS-signaalin avulla ensin kunkin pikselivarauksen nollataso korjataan ja sitten 10 SH-signaalin ohjaamana analogiasignaali muunnetaan digitaaliseksi muuntimella 16 ja joka muunnoksen valmistuttua tallennetaan edelleen signaalin LD avulla.

Kuviossa 3 on esitetty tyypillinen CCD-anturin lähtösignaali. Kun lähtökaivo 13 tyhjennetään ©R-signaalin avulla, näkyy anturin lähdössä suuri pulssi ORO, jonka 15 jälkeen anturin lähtösignaali asettuu tietylle tasolle hetkellä Z0, joka nyt edustaa tyhjää lähtökaivoa. Tämä pikselikohtainen nollataso mitataan CDS-signaalin avulla, esimerkiksi kuvion 4 mukaisen kytkennän avulla. Tässä CDS-signaali sulkee kytkimen 15k hieman ennen hetkeä Z0, jolloin kondensaattorin 15c lähtöpää maadoittuu ja anturin lähtövahvistimen 14 lähdössä esiintyvä nollatasoa edustava pohjasignaali varautuu 20 kondensaattoriin 15c. Hetkellä Z0 kytkin 15k avataan ja anturin lähtökaivoon 13 nyt siirrettävä pikselivaraus näkyy signaalitasona, joka mitataan hetkellä SO signaalin SH tahdistamana. Vaikka nollataso hetkellä Z0 ja Z1 vaihtelee, kuviossa 4 esitetty kytkentä mittaa aina signaalitasojen erotusta hetkinä S0-Z0, Sl-Zl,... eli varsinaista anturisig-naalia. Toiminta on näiltä osin ennestään tunnettua ja siitä käytetään nimitystä 25 Correlated Double Sampling.

Kun kuva-alkiokentän 10; 10,11 pikseleitä yhdistetään keksinnön mukaisesti vaakasuunnassa, se tapahtuu yksinkertaisimmillaan siten, että kuva-alkiokentän 10; 10,11 sarakeva-rauksia siirretään saijarekisteriin 12 enemmän kuin yhden sarakkeen verran ennen 30 sarjarekisterin 12 varaussiirron käynnistämistä. Tällöin useamman sarakkeen varaukset yhdistyvät, edustaen niin monen pikselin alueelle kertynyttä varausten määrää kuin 15 97665 niitä Maarekisteriin 12 on summattu. Koska CCD-anturin siirtohyötysuhde on tyypillisesti 99.9999 %, saadaan varausten kyseinen summaus suoritettua lähes elektronin tarkkuudella, mikä olisi mahdotonta CCD-anturin ulkopuolella suoritettuna ottaen huomioon pikselikohtaisesti tarvittavat nollataso-koijaukset, vahvistusasteiden kohinat ja S mahdolliset muut häiriötekijät.

Keksinnön mukaiselle ohjauselektroniikalle 17 on jäljestetty tulosignaalit HBx, joiden määräämänä se siirtää niiden osoittaman määrän sarakevarauksia saijarekisteriin 12 ennen sen varaussiirron käynnistämistä. Keksinnölle on tunnusomaista se, että sen oh-10 jauselektroniikka 17 suorittaa jokaisen kuva-alkiosarakesiirron tulosignaalien HBx kulloinkin osoittaman sarakemäärän mukaisesti eli anturin konfiguraation mukaisesti.

Kuva-alkiokentän 10; 11 pikseleiden varauksia yhdistetään pystysuunnasM keksinnön mukaisesti yksinkertaisimmillaan siten, että saijarekisterin 12 varauksia siirretään 15 tyhjennettyyn lähtökaivoon 13 enemmän kuin kentän 10; 11 yhden alkion verran ennen lähtösignaalin mittaamista. Tällöin useamman alkion varaukset yhdistyvät eli summautuvat, edustaen niin monen pikselin alueelle kertynyttä varausmäärää kuin lähtö-kaivoon 13 on summattu. Koska CCD-anturin siirtohyötysuhde on tyypillisesti 99.9999 %, saadaan summaus tässäkin tapauksessa suoritettua lähes elektronin tarkkuudella, 20 mikä olisi mahdotonta anturin ulkopuolella suoritettuna, ottaen huomioon pikselikohtaisesti tarvittavat nollataso-koijaukset, vahvistuMsteiden kohinat ja mahdolliset muut häiriötekijät.

KuviosM 5 on esitetty esimerkki keksinnön mukaisen CCD-anturijäijestelmän lähtösig-25 naalista ja ohjaussignaaleista alkiovarausten pystysuuntaisessa yhdistämisessä. Lähtö-kaivon 13 tyhjennyspulssin ©RO jälkeen mitataan CDS-signaalin avulla lähtösignaalin nollataso hetkellä Z0. Sen jälkeen lähtökaivoon 13 summataan alkiovarauksia hetkillä Sn-2, Sn-1 ja Sn, jolloin kuvasignaalin mittaus suoritetaan vasta SH-signaalin avulla ja lähtökaivo 13 tyhjennetään seuraavaa mittausta varten.

30 16 97665

Keksinnön mukaiselle ohjauselektroniikalle 17 on jäljestetty tulosignaalit VBx, joiden määräämänä se siirtää anturin konfiguraation mukaisesti tulosignaalien VBx osoittaman määrän alkiovarauksia lähtökaivoon 13 ennen kuvasignaalin havaitsemista. Keksinnölle on tunnusomaista se, että sen ohjauselektroniikka 17 suorittaa kunkin 5 yksittäisen saijarekisterin varaussiirron ja sen signaalimittaukset VBx-signaalien kulloinkin mainitun saijarekisterin varaussiirron alkaessa osoittaman ’binnauksen’ alkiomäärän mukaisesti ja anturin konfiguraation mukaisesti. Jos saijarekisterin pituus ei ole annetulla ’binnauksen’ alkiomäärällä tasan jaollinen, ohjauselektroniikka 17 ohjaa viimeiseksi kuvasignaaliksi summautumaan jakojäännöksen osoittaman määrän 10 tyhjiä alkiovarauksia, jotta rivisynkronointia ei menetetä.

Esillä olevan keksinnön mukainen toteutus sallii CCD-anturin pikselien yhdistämisen vapaasti ohjelmallisella ohjauksella erikseen vaaka-ja pystysuuntaan asetetun suuruisiksi kokonaisuuksiksi anturin konfiguraation mukaisesti. Kun CCD-anturiksi valitaan 15 riittävän pienellä pikselikoolla toteutettu anturi ja sekä ohjaus-, että mittauselektroniik-ka toteutetaan siten, että ne kykenevät tarvittaessa hyödyntämään koko resoluution lyhyimmässä tarvittavassa ajassa, voidaan tällöin yhdellä ja samalla anturijäijestelmäl-lä toteuttaa kaikki valittua anturin pikselikokoa ja sitä karkeampaa resoluutiota vaativat eri sovellutukset luonnollisesti pikselikoon monikertoina anturin konfiguraation mukai-20 sesti.

Seuraavassa taulukossa on esitetty eräitä käytännön esimerkkejä 30 Mm x 30 Mm pikselikokoisella CCD-anturilla toteutettujen röntgenlaitteiden tärkeimpiä kuvanta-misominaisuuksia: Seuraavassa taulukossa BIN tarkoittaa anturin ’binnaussuhdetta’, Pix 25 eff ’binnatun’ neliönmuotoisen pikselin ulottuvuutta Mm:inä, ja lp/mm resoluutiota viivoina millimetriä kohti.

17 97665

Bin Pix eff lp / mm Suht. sädeannos Laite lxl 30 17 100 Suurennusmammografia 2x2 60 8,5 25 Mammografia 5 3x3 90 5,6 11 Hammaspanoraama 4x4 120 4,2 6,3 Hammaspanoraama 5x5 150 3,3 4,0 Hammaspanoraama 6x6 180 2,7 2,8 7x7 210 2,4 2,0 Kallokuvaus 10 8x8 240 2,0 1,6 Kallokuvaus

Edellä olevasta selviää, että yhdellä ja samalla CCD-anturijäijestelmällä voidaan edullisesti toteuttaa vähintäänkin kolmenlaisia kuvausjäijestelmiä, käyttäen yhtä ja samaa CCD-anturijäijestelmää ja sen ohjauselektroniikkaa 17. Keksintöä soveltavalla 15 mammografialaitteella voidaan keksinnön mukaisella anturin ohjelmallisella konfiguroin-nilla ottaa sekä tavallisia että suurennuskuvia tarvitsematta turvautua erilliseen mekaanisia laitteita vaativaan suurentamiseen, mikä on omiaan olennaisesti vähentämään laitteen valmistuskustannuksia ja helpottamaan sen käyttöä.

20 Sovellettaessa keksinnön yhteydessä hakemuksen johdanto-osassa selostettua TDI-ku-vaustekniikkaa kuvattava kohde liikkuu kuvaa muodostavan CCD-anturin ohi kullakin hetkellä ohjauselektroniikan 17 tiedossa olevalla nopeudella, jota edustaa kuviossa 1 signaali SYNC ja kohteen liikesuunta on sama kuin kuva-alkiokentän varausten siirtosuunta A anturin saijarekisteriin 12. Kun kuva-alkiokentän 10 varauksia siirretään 25 olennaisesti samalla nopeudella liikkuvan kohteen anturille muodostaman kuvan kanssa, syntyy liikkuvasta kohteesta terävä kuva.

Nyt on huomattava, että eräiden fysikaalisten seikkojen, kuten pikselin välisten dopausten vuoksi anturin pikselivarauksia voidaan siirtää vain pikselinmitta kerrallaan, 30 eli pikselin tai sen monikerran mittaisina matkoina. Varauksien siirto pikselistä toiseen anturilla on suoritettava kohteen liikenopeutta olennaisesti suuremmalla nopeudella, jotta 18 97665 saijarekisteriin siirretty varausalkiojoukko ennätetään siirtää anturilta ulos, muuntaa ja tallentaa ennen seuraavaa siirtoa. Kun kuvattava kohde liikkuu kuitenkin yleensä tasaisella nopeudella eikä nykimällä kuten varaukset liikkuvat anturissa, syntyy tästä liikenopeuksien epäsynkronisuudesta liikkeen suuntaista epäterävyyttä, joka on 5 suuruudeltaan pahimmillaan puolet pikselin liikesuuntaisesta mitasta. Kuviossa 7 on esitetty anturin integrointiaika tl, minkä jälkeen signaalin SYNC tahdistamana pikseliva-rauksia siirretään kellosignaalien IOx avulla yhdellä anturin sarakkeella, minkä jälkeen saijarekisteri 12 luetaan kohdassa Ro kellosignaalien ROx avulla.

10 Kuviossa 6 esitetyssä tapauksessa kohde liikkuu anturin suhteen tasaisesti, anturin ollessa ’binnattuna’ viiden (5) pikselin yli. Kuvioissa AI - A6 anturin varauksia siirretään aina kokonaisen ’binnatun’ pikselin mittainen matka kerrallaan, kun taas kuvioissa B1 - B6 siirto tapahtuu anturin yksittäisen fyysisen pikselin mittaisina osina. Kuvioista 6 nähdään, että menetelmässä A kuvattava kohde O kuvautuu anturin 18 15 viidellä ’binnatun’ pikselin pl lisäksi myös sen naapuripikselin p2 alueelle, kun taas menetelmässä B kuvautuminen tapahtuu anturin 18’ kokonaan ’binnatun’ pikselin pl alueelle eikä liikesuuntaista epäterävyyttä synny.

Toimittaessa keksinnön toisen menetelmän ja laitteen perusidean mukaisella sellaisella 20 toteutuksella, jossa anturin fyysinen pikselikoko on pienempi kuin tarvittava maksimaalinen resoluutio, voidaan tätä edellä mainittua liikesuuntaista epäterävyyttä pienentää keksinnön toisen sovellusmuodon menetelmän ja laitteen avulla siten, ettei varausalki-oita siirretäkään anturilla valitun ’binnatun’ pikselikoon mukaisina matkoina, jos keksinnön ensimmäistä menetelmää ja/tai laitetta sovelletaan, vaan anturin fyysisen 25 pikselikoon mukaisesti. Tällöin kohteen liikkeen seuranta tapahtuu mahdollisimman tarkasti. Käytettäessä esimerkiksi 30 βτα pikselikoolla varustettua anturia 18’, mutta 150 Mm kuvausresoluutiota, jos pikselit ’binnataan’, se tehdään pystysuuntaisesti kuten aikaisemmin on esitetty, mutta vaakasuuntainen ’binnaus’ toteutetaan nyt hieman aikaisemmasta poikkeavasti. Kuva-alkiokentän 10; 11 varausalkioita ei siirretäkään 30 HBx-tulosignaalien osoittamaa määrää saijarekisteriin 12 kerralla, minkä jälkeen saijarekisteri 12 luettaisiin ulos, vaan kuva-alkiokentän 10; 11 varaukset siirretään

I lö i Diili |;i ; M

19 97665 saijarekisteriin 12 aina yksi sarake kerrallaan, kunnes sinne on siirretty tulosignaalien HBx osoittama määrä sarakkeita ja vasta sitten saijarekisteri luetaan normaalisti ulos. Tämä toimintamuoto on valittavissa ohjauselektroniikan 17 tulosignaalilla BM.

5 Edellä esitetyssä esimerkissä liikesuuntainen epäterävyys on vain 30 Mm muutoin esiintyvän ISO Mm asemesta eli huomattavasti parempi. Käyttämällä keksinnön mukaista vapaata ’binnausta’ ja suurinta tarvittavaa resoluutiota tarkempaa anturia edellä esitetyn sovellusmuodon mukaisella menettelyllä, saavutetaan TDI-kuvauksessa tarkkuus, joka ei muuten olisi lainkaan saavutettavissa. Käytännön kokeissa on todettu tällä 10 saavutettavan huomattavaa parannusta kuvanlaatuun.

Edellä esitetyissä keksinnön sovellusmuodoissa varauksia säilytetään saijarekisterissä 12 niin kauan, kunnes kaikki ’binnattavat’ sarakkeet on saatu summatuiksi sinne ja saijarekisteri 12 voidaan lukea ulos. Tästä aiheutuu valitettavasti pimeävirtaa, sillä 15 saijarekisterin 12 alkioita ei voida erottaa toisistaan potentiaalivallein, kuten kuva-alkiot voidaan, vaan saijarekisterin 12 alkioissa varauksia on pidettävä paikallaan saattamalla yksi kellovaiheista jännitteelliseksi, minkä avulla muodostetaan tarvittava potentiaali-kuoppa ko. vaiheen alle.

20 Ennen potentiaalivallien kehittämistä CCD-anturin kuva-alkiokentän varauksia pidettiin paikoillaan samalla tekniikalla ja tällöin kehitettiin erilaisia menetelmiä pimeävirran minimoimiseksi ilman jäähdytystä. Yksi näistä tunnetuista tekniikoista on nimeltään ’ditherointi’, jossa yhden kuva-alkion potentiaalikuoppaa ei muodostetakaan pysyvästi yhden kellovaiheen alle, vaan sitä liikutetaan jatkuvasti vuorotellen yhden kuva-alkion 25 eri kellovaiheiden alle, pitäen sitä kuitenkin yhden alkion alueella. Tekniikka perustuu siihen, että pimeävirtaa ei ala kulkea heti kun kellovaihe on saatettu jännitteelliseksi, vaan se alkaa kasvaa vasta pienen hetken kuluttua. Kun viereinen vaihe saatetaan jännitteelliseksi ja äskeisestä poistetaan jännite, ei pimeävirta ehdi kasvaa merkittävän suuruiseksi, kunhan toimenpide suoritetaan riittävän usein ja kullekin kellovaiheelle 30 annetaan riittävä toipumisaika.

20 97665

Kun kellovaihe on jännitteellinen, se aiheuttaa elektronien lämpöliikkeen vuoksi pikseliin vuotovirtaa, jota kutsutaan pimeävirraksi (signaalia ilman ko. pikseliin kohdistuvaa säteilyä). Pimeävirta on voimakkaasti lämpötilasta riippuva ja sitä voidaan vähentää jäähdyttämällä anturi. Kun kellovaiheen polariteetti muutetaan vastasuuntai-5 seksi eli negatiiviseksi anturiin nähden, se estää yllä kuvatun pimeävirran muodostumisen. Tätä tekniikkaa käytetäänkin nykyään, kuten on jo aikaisemmin selostettu, pitämällä pikselivaraukset paikoillaan anturille dopattujen kenttien avulla ja kytkemällä kaikki kellovaiheet negatiivisiksi. Saijarekisterissä 12 tätä mahdollisuutta ei ole, vaan varauksia on pidettävä paikoillaan jännitteellisen kellovaiheen muodostaman potentiaali-10 kuopan avulla, josta valitettavasti seuraa pimeävirtaa. Tätä pyritään vähentämään keksinnön edullisen sovellusmuodon mukaisella ’ditheroinnilla’.

Kun kellovaihe kytketään negatiiviseksi, pimeävirta lakkaa heti kulkemasta, koska potentiaali muodostuu sille vastakkaiseksi, eli rajapintaan muodostuu ikäänkuin IS estosuuntainen diodi. Kun kellovaihe kytketään taas positiiviseksi, vaikkapa vain muutama ns sen jälkeen kun se kytkettiin negatiiviseksi, pimeävirtaa ei heti ala kulkea alkuperäisellä tasolla, vaan se alkaa kasvaa eksponentiaalisesti ajan funktiona aikavakiolla, joka on kääntäen verrannollinen luontaisten varauksenkuljettajien lukumäärään. ’Ditheroinnin’ eli värinäkellotuksen periaate onkin pitää ne kellovaiheet, joiden alle ei 20 tarvitse muodostaa potentiaalikuoppaa, riittävän negatiivisina, jotta pimeävirtaa ei niiden alla kulje ja vuorotella positiivisena pidettävää kellovaihetta yhden pikselin eri kellovaiheiden välillä kuvion 8 esittämällä tavalla. Kun yhtä vaihetta pidetään positiivisena vain hyvin lyhyen aikaa edellä mainittuun aikavakioon verrattuna, saavutetaan erittäin merkittävä vähennys pimeävirran muodostuksessa. Käytännössä tämä 25 aikavakio CCD-antureilla on voimakkaasti lämpötilasta riippuva ja on tyypillisesti 10 s lämpötilassa -40 °C, 15 ms lämpötilassa 20 °C ja 180 ms lämpötilassa 80 °C. Kun kuvion 8 mukaisesti yhtä kellovaihetta pidetään alle 10 ms positiivisena, saavutetaan huoneenlämmössä pimeävirran vähennys alle tuhannesosaan.

30 Kuva-alkiokentällä sinänsä tunnettu ’ditherointi’- eli värinäkellotusmenetelmä on sovellettavissa keksinnön edullisessa toteutusmuodossa saijarekisteriin 12 edellä 21 97665 kuvatuissa käyttöolosuhteissa. Tällöin voidaan pimeä virta käytännöllisesti katsoen eliminoida. Kuviossa 7 kohdassa Ro suoritetaankin keksinnön tämän sovellusmuodon mukaisesti joko sarjarekisterin 12 luku silloin kun sen vuoro on ja muulloin rekisterille suoritetaan ’ditherointia’ seuraavan integrointijakson aikana. Kuviossa 8 on esitetty 5 esimerkki erään kolmivaiheisen sarjarekisterin 12 kellosignaaleista ’ditherointia’ suoritettaessa, jossa ajoitukset ovat tyypillisesti niin lyhyitä, ettei pimeävirtaa ennätä muodostua.

Eräänä hankaluutena on, että tätä omaa tahtiaan toimivaa ’ditherointia’ ei voi miten-10 kään synkronoida kuva-alueen siirtoväleihin, jotka ovat ohjauselektroniikan 17 kannalta satunnaisia, ja sarjarekisterin 12 siirtokellojen on oltava tietyssä tilassa aina silloin, kun kuva-alkiokentän 10 tai varastokentän 11 varauksia siirretään sarjarekisteriin 12, jotta varausten siirtotehokkuus saadaan maksimoitua. Tämä ongelma voidaan ratkaista ajamalla sarjarekisterin 12 kellosignaalit hallitusti oikeaan tilaansa sinä aikana kun 15 kuva-alkiokentän 10 tai varastokentän 11 varaukset alkavat siirtyä kohti saijarekisteriä 12. Kuviosta 7 nähdään, että SYNC-signaalin tullessa kuva-alueen kellosignaalit IOx suorittavat varaussiirtoon tarvittavan sekvenssin, minkä aikana sarjarekisterin 12 kellot on saatettava oikeaan tilaansa ennen varausten siirtymistä sarjarekisteriin 12, mikä itse asiassa tapahtuu vasta vaiheen V 14 kohdalla. Kuviossa 9 on esitetty eräiden kolmivai-20 heiselle anturille tyypillisten ’ditherointi’-kellosignaalien ohjaus mistä tahansa tilasta varaussiirtotilaan riittävän lyhyessä ajassa. Varaussiirtotilassa sarjakellovaiheet 1 ja 2 pidetään jännitteellisinä, jotta niiden alle syntyvä potentiaalikuoppa olisi mahdollisimman suuri, samalla kun kellovaihe 3 pidetään jännitteettömänä, jotta eri sarakkeiden varaukset eivät sekoittuisi toisiinsa.

25

Keksinnön yhteydessä edullisesti sovellettavan ’ditherointi’- eli värinäkellotusmenetel-män osalta viitataan seuraaviin julkaisuihin: - "DEVELOPMENT OF X-RAY CCDs", DJ.Burt, GEC-Marconi Limited, 30 Hirst Research Centre, and EEV Ltd, Chelmsford; Proceedings of an ESA Symposium on Photon Detectors for Space Instrumentation, held at ESA/ES- 22 97665 TEC Noordwyk, The Netherlands, 10-12 November 1992. (ESA SP-356 December 1992).

Burke B and Gqjar S A 1991, Dynamic suppression of interface state dark current in buried channel CCDs, IEEE Trans. Electron Devices, Voi. ED38-2.

5

Kuviossa 10 on esitetty pääasiallisesti hammaskuvauksiin tarkoitettu röntgenpanoraama-laite, joka koostuu pystypilarista 20, johon on ripustettu moottorin 25 avulla pystysuunnassa liikuteltava ja moottorin 24 avulla pyörivä orsi 21, jonka toisessa päässä on säteilylähde 22, josta lähtevä kapea röntgensädekeila 26 läpäisee potilaan P ja osuu 10 anturiin 23, joka on edellä selostettu tämän keksinnön mukainen asetetuissa rajoissa vapaasti ohjelmallisella ohjauksella konfiguroitava CCD-anturi.

Kuviossa 11 on esitetty keksinnön sovellusympäristöksi mammografialaite, joka seisoo jalustan 30 päällä. Jalustaan 30 on tuettu kiinteä pystyrunko 32, jonka sisällä oleva 15 moottori 31 liikuttaa pystysuunnassa liikkuvaa pystyrunkoa 38. Tässä osassa on moottori 33, joka pyörittää C-vartta 44 vaaka-akselin H-H ympäri. C-varren 44 toisessa päässä on säteilylähde 42 ja toisessa päässä hylly 36, jota vasten kuvattava rinta 37 puristetaan moottorin 34 liikuttamalla painimella 43. Rinnan M kuvauksen aikana röntgenputkesta 39 lähtevä kapea säteilykeila 41 kulkee moottorilla 40 sivusuun-20 nassa liikutettavan primäärikaihtimen läpi, läpäisee kuvattavan rinnan M ja osuu moottorilla 35 samanaikaisesti primäärikaihtimen kanssa liikutettavalle anturille 45, joka on edellä selostettu tämän keksinnön mukainen asetetuissa rajoissa vapaasti ohjelmallisella ohjauksella konfiguroitava CCD-anturi.

25 Kuviossa 12 on esitetty keuhkokuvauslaite, jossa säteilylähteestä 74 lähtee kapea röntgensädekimppu 73, joka läpäisee potilaan P rintakehän ja osuu anturiin 72. Kuvauksen aikana säteilylähdettä 74 ja anturia 72 liikutetaan pystysuunnassa moottorilla 70. Anturina 72 on edellä selostettu tämän keksinnön mukainen asetetuissa rajoissa vapaasti ohjelmallisella ohjauksella konfiguroitava CCD-anturi.

30 23 97665

Kaikki edellä selostetut laitteet toimivat rakokuvausperiaatteella, mihin kuitenkaan keksintöä ei ole rajoitettu. Esim. kuviossa 11 esitetty laite voi toimia normaalilla läpivalaisuperiaatteella eli siten, että siinä säteilytetään koko rinta M kerralla, keksinnön mukaisen CCD-anturin ollessa koko alahyllyn kokoinen tai ainakin suorakai-5 teen muotoinen keksinnön mukainen asetetuissa rajoissa vapaasti ohjelmallisella ohjauksella konfiguroitava CCD-alueanturi.

Kuviossa 13 on kaaviollisesti esitetty ensimmäisen toteutusmuodon mukaisen kuvauslaitteen keksinnön mukainen ohjausjärjestelmä 80, johon käyttäjä syöttää ohjauspaneelin 10 81 näppäimistön avulla kulloinkin tarvittavat kuvantamiskonfiguraation määrittävät parametrit. Ohjausjäijestelmä 80 asettaa näiden syötettyjen parametrien ja parametri-muistiin 82 ennalta ohjelmoitujen esiasetusten perusteella kulloiseenkin kuvaustapahtu-maan sopivimmat anturiasetukset anturin ohjauselektroniikalle 17 (kuviot 1 ja 2) signaalien VBx, HBx ja BM avulla. Kuvaustapahtuman aikana ohjausjärjestelmä 80 15 synkronoi anturijärjestelmän toiminnan signaalien START ja SYNC avulla sovellusympäristön laitteen muuhun toimintaan, joiden osalta kuviossa 13 on kaaviollisesti esitetty moottorit 83 ja 84, jotka ovat esimerkiksi panoraamakuvauslaitteen C-varren pyöritys-moottori (moottori 24 kuviossa 10) tai mammografialaitteen primäarikaihtimen ja anturin siirtomoottorit (moottorit 35 ja 40 kuviossa 11).

20

Kuviossa 14 on esitetty panoraama- ja kallokuvauslaitteen yhdistelmä, joka on rakenteeltaan muutoin kuviossa 10 esitetyn laitteen kaltainen paitsi että siihen on liitetty vaakasuora varsi 27, jonka toiseen päähän on liitetty kallokuvauksia varten tarkoitettu rakokuvauskamera 28, jossa sovelletaan tämän keksinnön mukaista edellä selostetulla 25 tavalla ohjelmallisella ohjauksella konfiguroitavaa CCD-anturijärjestelmää.

Ennestään tunnetusti mammografiakuvat on otettu kuvioiden 15A ja 15B mukaisilla järjestelyillä. Kuviossa 15A on esitetty ns. kontaktikuvaus, jossa kuvattava rinta M on painettuna olennaisesti kuvantamisvälinettä 100 vasten ja jossa oleva eräs kohde C 30 kuvautuu röntgensädekimpun X avulla kuvantamisvälineelle 100 suurennuksella, joka on laskettavissa kuvioiden 15A ja 15B merkinnöin kaavasta: 24 97665 M--^- (1) (SID - OID) Käytännössä keskimääräinen puristetun rinnan M paksuus on 45 mm, joten kuvion 15A mukaisessa kontaktikuvauksessa rinnan puolivälissä oleva kohde C kuvautuu suurennuksella, joka on hieman yli yhden. Jäijestelyssä, jossa röntgenputken fokuksen 5 F etäisyys SID kuvantamisvälineestä 100 on 65 cm, muodostuu suurennussuhteeksi tällöin 1,036.

Tarkempaa analyysiä varten mammografiassa otetaan ns. suurennuskuvia, joissa kohteen yksityiskohdat saadaan tarkemmin esille. Jäijestely on esitetty kuviossa 15B. Nyt 10 tutkittava rinta M ei ole puristettuna kuvantamisvälinettä 100 vasten, vaan sen yläpuolella olevaa suurennuskuvaustelinettä 101 vasten. Edellisen esimerkin mukaan, kun etäisyydeksi OIDm asetetaan 32,5 cm, saadaan suurennussuhteeksi nyt 2,0 , jolloin kohteen C kuva kuvantamisvälineellä 100 on kaksi kertaa suurempi.

15 Kuviossa 15B esitetyllä menettelyllä on valitettavasti myös haittapuolensa. Kun kohde M tuodaan lähemmäs röntgenputken fokusta F, sen saama sädeannos kasvaa etäisyyden neliössä eli esimerkin mukaisessa tapauksessa nelinkertaiseksi. Lisäksi röntgenputken fokuksen F koolla alkaa olla kasvava kuvaustarkkuutta huonontava vaikutus. Kuvautumista voidaan tarkastella modulaation siirtofunktion (MTF) avulla, laskemalla se 20 neliönmuotoiseksi oletetulle fokuspisteelle kaavalla: MTF (Ug, V) = |sin(lr 'v Ug) (2), missä Vg = & ~J) ' F (3)

Termi M on käytetty suurennussuhde ja F on fokuspisteen koko, mikä on mammogra-fialaitteissa tyypillisesti 0,3 mm kontaktikuvausta varten ja 0,1 mm suurennuskuvaukses-25 sa.

25 97665

Kuviossa 16 on esitetty fokuspisteen äärellisen koon aiheuttama MTF-käyrästö eri tapauksissa. Käyrä C31 esittää erottelutarkkuutta kontaktikuvauksessa 0,3 mm fokus-pisteellä ja käyrä C32 suurennuskuvauksessa kertoimella 2, käyttäen samaa fokusko-koa. Kuviosta 16 nähdään, että suurennuskuvan erottelukyky loppuu n. 6 lp/mm 5 kohdalla, mikä ei ole läheskään riittävä. Edellä olevan vuoksi on yleisesti käytössä pienempi fokuskoko suurennuskuvauksia varten, tyypillisesti kooltaan 0,1 mm. Tällaisella fokuksella ja suurennuskertoimella 2 otetun suurennuskuvan erottelukyky on kuviossa 16 esitetty käyrällä C12, mistä nähdään erotuskyvyn huomattava kasvu käyrään C32 verrattuna. Kuvion 16 mukaisesti se ei ole kuitenkaan niin hyvä kuin 10 kontaktikuvauksen erottelutarkkuutta 0,3 mm fokuksella esittävä käyrä C31 ja suuren-nuskuvauksen käyttökelpoisuus selittyykin sillä, että kuvantamisketjun huonoin lenkki on filmi/vahvistuslevy-yhdistelmä, jonka MTF on esitetty kuviossa 17 käyränä FS. Suurentamalla kuvaa saadaan filmi/vahvistuslevy-yhdistelmän erottelukykyä parannettua niin paljon, että vaikka fokuspisteestä aiheutuva kuvan epäterävyys kasvaakin, on 15 lopullinen erottelukyky suurennuskuvissa kontaktikuvia parempi.

Kuviossa 17 on esitetty eri kuvantamisvälineiden erottelukykyjä. Käyrä D30 esittää 30 μτη pikselikoolla varustetun digitaalisen CCD-kuva-anturin erottelukykyä ja käyrä D60 vastaavaa 60 μτη pikselikoolla. Käyrä FS esittää nykyaikaisen filmi/vahvistuslevy-20 yhdistelmän erottelukykyä. Digitaalianturin MTF on laskettu kaavasta:

AfTFc(i) = Is? (π-' l—p) (4) π · i · p missä p on pikselin koko mikrometreinä. Kuviosta 17 on välittömästi havaittavissa digitaalisen anturin ylivoimainen suorituskyky.

Koko kuvantamisjäijestelmän erottelukyky saadaan kertomalla eri osajärjestelmien modulaation siirtofunktiot keskenään, eli tässä tapauksessa fokuspisteen siirtofunktio kerrotaan kuvantamisvälineiden siirtofunktiolla: 25 26 97665 MTFtot (ο = |^π; ‘ ' p) · 1™(π; '(« π · i ·p π * I · Ug

Kuviossa 18 on esitetty edellisen kaavan mukaan lasketut käyrät seuraavissa tapauksissa ja vertailun vuoksi myös filmin erottelukyky on lisätty kuvioon.

5 Käyrä Fokus Suurennus Pikseli D60c 0,3 1,04 60 Mm D60m 0,1 2,00 60 μπι D30c 0,3 1,04 30 μπι 10 FSm 0,1 2,00 Filmi/vahvistuslevy

Kuvion 18 tarkastelun perusteella voidaan välittömästi havaita, että käyttämällä keksinnön mukaista anturia, jonka pikselikokoa voidaan muunnella tarvittaessa ja suorittamalla ’suurennuskuvaus’ kontaktikuvauksena pienemmällä pikselikoolla saavute-1S taan huomattavasti parempi erottelukyky kuin tavanomaisella suurennuskuvauksella ja tunnetulla kiinteällä pikselikoolla olisi mahdollista. Ero käyrien D30c ja D60m välillä johtuu ainoastaan kontaktikuvauksessa käytettävän 0,3 mm fokuspisteen ja suurennusku-vauksessa käytettävän 0,1 mm fokuspisteen siirtofunktioiden erosta anturin siirtofunkti-' on pysyessä olennaisesti samana molemmissa tapauksissa. Anturin kuvantamis-resoluu- 20 tiohan on sama 30 Mm pikselikoolla kontaktikuvauksessa kuin 60 Mm pikselikoolla silloin, kun kohde on suurennettu kaksinkertaiseksi.

Sen lisäksi, että esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan anturi-_ resoluutiota muuttamalla parempi erottelukyky kuin nykyisillä kiinteää pikselikokoa 25 käyttävillä suurennuskuvausmenetelmillä, tullaan lisäksi toimeen yksinkertaisemmalla ja edullisemmalla röntgenlähteellä, jossa tarvitaan vain yksi fokuskoko.

On vielä otettava huomioon, että röntgenputken anodilautasen 0,1 mm fokuspiste on 0,3 mm fokukseen verrattuna fyysiseltä pinta-alaltaan huomattavasti pienempi ja kestää vain 27 97665 noin 20 % siitä tehosta, millä isompaa 0,3 mm fokusta voidaan kuormittaa. Tämä johtaa väistämättä pitempiin, noin viisinkertaisiin kuvausaikoihin vastaavaa kohdetta kuvattaessa ja aiheuttaa todennäköisemmin liike-epäterävyyttä potilaan liikkuessa kuvauksen aikana.

5

Koska 30 μτη pikselin pinta-ala on vain neljäsosa 60 μτη pikselin pinta-alasta, on saman anturisignaalin saavuttamiseksi kuvantamisvälineelle tarvittava säteilymäärä 30 Mm pikseleillä kuvattaessa periaatteessa nelinkertainen, joka on täsmälleen sama kuin suurennuskuvauksessa tavanomaisella menetelmällä. Koska kohteen läpi kulkenut ja 10 siinä vaimennut säteily joutuu kuitenkin esillä olevaa keksinnön menetelmää käytettäessä kulkemaan ennen kuvantamisvälineeseen osumistaan vain hyvin lyhyen matkan verrattuna tavanomaiseen suurennuskuvaukseen, se ei vaimene mainittavasti ilmassa ja käytännössä tullaan toimeen tavanomaista menetelmää pienemmällä kohteen sädeannoksella.

15

Edellä esitettyyn keksinnön mammografiasovellukseen liittyy myös se etu, että ottamalla "suurennuskuvia" pienemällä pikselikoolla ja kontaktikuvausta käyttäen voidaan tarvittaessa ottaa "suurennuskuvia" koko kuva-alueen kokoisena. Tällöin eliminoidaan se epäkohta tunnetussa tekniikassa, jossa kohde viedään lähemmäs 20 röntgenputkea, että esim. suurennuskertoimella 2 kuvantamisvälineelle muodostuu niin suuri kuva, että vain neljäsosa siitä saadaan kuvatuksi.

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella ja poiketa edellä vain 25 esimerkinomaisesti esitetyistä edullisista sovelluksista.

Claims (25)

1. 28 97665
2. 1. Menetelmä kohteen kuvantamisessa sähkömagneettista säteilyä hyväksikäyttäen, jossa menetelmässä kohteesta heijastuvaa ja/tai kohteen (0;P;M) läpäissyttä säteilyä 5 havaitaan anturijäijestelmällä, josta saadaan sähkösignaali, joka sisältää kohteen (0;P;M) kuvan informaation, ja joka anturijäijestelmä käsittää puolijohdeanturin, joka koostuu useista peräkkäisistä ja rinnakkaisista kuva-alkioista eli pikseleistä, tunnettu siitä, että anturijäijestelmä konfiguroidaan ohjauksella, jolla anturin säteilylle herkkiä rinnakkaisia ja/tai peräkkäisiä anturialkioita yhdistetään eli ’binna-10 taan’ useita kuva-alkioita käsittäviksi anturialkioyhdelmiksi, että mainittujen anturialkio-yhdelmien eri kuva-alkioista saatavat kuvainformaation sisältävät varaukset välittömästi varausmuodossa yhdistetään ja täten saatava sähkösignaali johdetaan edelleen ja että mainittu kuva-alkioiden yhdistäminen suoritetaan ulkopuolisella ohjauksella kulloisenkin kuvauksen edellyttämän resoluution ja anturin herkkyyden keskinäisen optimoinnin 15 aikaansaamiseksi.
3. 2. Menetelmä kohteen kuvantamisessa sähkömagneettista säteilyä hyväksikäyttäen, jossa menetelmässä kohteesta heijastuvaa ja/tai kohteen (0;P;M) läpäissyttä säteilyä havaitaan anturijäijestelmällä, josta saadaan sähkösignaali, joka sisältää kohteen 20 (0;P;M) kuvan informaation, ja joka anturijäijestelmä käsittää puolijohdeanturin, joka koostuu useista peräkkäisistä ja rinnakkaisista kuva-alkioista eli pikseleistä, tunnettu siitä, että menetelmässä sovelletaan TDI-kuvaustekniikkaa ja kuvattavan kohteen ja anturin välille jäljestetään keskinäisliike, että kuvattavan kohteen CCD-anturille muodostamaa varausmuodossa olevaa kuvaa siirretään samalla nopeudella kuin 25 mainittu keskinäisliike ja kohteen muodostamaa kuvainformaatiota kerätään pitemmän ajan ja samalla anturin herkkyyttä kasvatetaan, että anturin fyysinen pikselikoko valitaan pienemmäksi kuin tarvittava maksimaalinen anturiresoluutio ja että kuvattavan kohteen ja anturin keskinäisliikkeen aiheuttamaa epäterävyyttä pienennetään siirtämällä varausalkioita CCD-anturin fyysisen pikselikoon mukaisesti niin, että kuvattavan 30 kohteen ja CCD-anturin keskinäisliikkeen seuranta tapahtuu optimaalisen tarkasti. 29 97665
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää sovelletaan kombinaationa patenttivaatimuksen 2 mukaisen menetelmän kanssa.
5. 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 menetelmässä sovelletaan CCD-antureita.
6. 3. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä käytetään sähkömagneettisena säteilynä röntgensäteilyä ja havaitaan kohteen läpäissyttä säteilyä (0;P;M) ohjelmallisella ohjauksella asetetuissa rajoissa 10 vapaasti konfiguroitavalla anturijäijestelmällä.
7. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä anturijäijestelmästä saatu analogiasignaali muutetaan digitaalisignaaliksi, joka esitetään sinänsä tunnetuilla esityslaitteilla ja/tai tallennetaan digitaalimuodossa 15 sinänsä tunnetuille tallennusvälineille.
8. 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että CCD-anturin kuva-alkioita eli pikseleitä ’binnataan’ eli yhdistetään suuremmiksi anturin vaaka- ja/tai pystysuunnassa, että mainittu yhdistäminen vaakasuunnassa suoritetaan 20 siirtämällä saijarekisteriin (12) useamman kuva-alkiorivin varaus, minkä jälkeen saijarekisteriin tuotuja summattuja varauksia luetaan anturijäijestelmästä ulos, jolloin useamman kuva-alkion varaukset summataan ja että pystysuunnassa varausten summaaminen suoritetaan tyhjentämällä anturijäijestelmän lähtökaivo (13) ja siirtämällä sinne sen jälkeen useamman saijarekisterin (12) varauskaivon (13) sisältö ennen anturin 25 lähtösignaalin mittaamista.
9. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että anturijäijes-telmän alkiovarausten pystysuuntaisessa yhdistämisessä tyhjennyspulssilla ((DR) tyhjennetyn lähtökaivon (13) lähtösignaalin nollataso mitataan signaalin (CDS) avulla 30 tietyllä sopivalla hetkellä (ZO), minkä jälkeen lähtökaivoon (13) summataan alkiova- 30 97665 rauksia tietyillä hetkillä, jolloin kuvasignaalin mittaus suoritetaan vasta signaalin (SH) ohjaamana ja lähtökaivo (13) tyhjennetään seuraavaa mittausta varten.
10. 9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että oh-5 jauselektroniikkaa (17) ohjataan tulosignaaleilla (VBx), joiden määräämänä siirretään mainittujen tulosignaalien (VBx) osoittama määrä alkiovarauksia lähtökaivoon (13), minkä jälkeen kuvasignaali mitataan.
11. 10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jos 10 saijarekisterin (12) pituus ei ole annetulla ’binnauksen’ alkiomäärällä jaollinen oh- jauselektroniikka (17) ohjaa kuvasignaaliksi summautumaan jakojäännöksen osoittaman määrän tyhjiä alkiovarauksia, jotta rivisynkronointi säilyy.
12. 11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 anturijäijestelmän pystysuuntaiset kuva-alkiot eli pikselit ’binnataan' eli yhdistetään patenttivaatimuksen 1 mukaisesti, että kuva-alkioiden vaakasuuntainen ’binnaus’ suoritetaan siirtämällä kuva-alkiokentän (10) varaukset saijarekisteriin (12) aina yksi sarake kerrallaan, kunnes sinne tulee siirretyksi tulosignaalien (HBx) osoittama määrä sarakkeita, minkä jälkeen saijarekisteri (12) luetaan ja että edellä selostettu toiminta-20 moodi valitaan anturijäijestelmän ohjauselektroniikan tulosignaalilla.
13. 12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sarjarekisteriin (12) sovelletaan ’ditherointi’- eli värinäkellotusmenetelmää, millä mainitun saijarekisterin (12) varauskaivojen pimeävirta olennaisesti eliminoidaan. 25
14. 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että saijarekisterin (12) luku suoritetaan aina vuorollaan ja muuna aikana saijarekisterille (12) suoritetaan ’ditherointia’ seuraavan integrointijakson aikana ja saijarekisterin (12) kellosignaalien avulla toiminnot ajoitetaan niin lyhyiksi, ettei pimeävirtaa olennaisesti 30 ilmene. 31 97665
15. 14. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siirtorekisterin (12) kellosignaalit ajetaan hallitusti oikeaan tilaansa sinä aikana kun kuva-alkiokentän (10; 19) varaukset alkavat siirtyä kohti saijarekisteriä (12) siten, että synkronointisignaalin tullessa kuva-alueen kellosignaalit (IOx) suorittavat varaussiirtoon 5 tarvittavan sekvenssin, minkä aikana saijaiekisterin (12) kellot saatetaan oikeaan tilaansa ennen varausten siirtymistä saijarekisteriin (12).
16. 15. Jonkin patenttivaatimuksen 1-14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että CCD-anturin pikselikoko mitoitetaan suuruusluokaltaan 20 - 50 Mm x 20 - 50 μτη, 10 sopivimmin noin 30 μπι x 30 μτη ja että CCD-anturin ohjauksellinen konfigurointi ja pikselien yhdistäminen eli ’binnaus’ jäljestetään ohjattavaksi siten, että mammogra-fialaitteessa mainittu pikselikoko onlxl-2x2ja suurennusmammografia suoritetaan suurimmalla mahdollisella resoluutiolla ilman ’binnausta’ja varsinainen läpivalaisumam-mografia suoritetaan ’binnauksella’ 2x2, että samaa anturijäijestelmää käytetään 15 hammaspanoraamalaitteissa ja ’binnaus’ ohjataan vapaasti valittavaksi alueella 3 x 3 - 6 x 6, että mainitun hammaspanoraamalaitteen yhteyteen jäljestetään kalloku-vauslaite ja että kallokuvauksessa mainitun CCD-anturin ’binnaus’ jäljestetään alueelle 6 x 6 - 8 x 8.
17. 16. Jonkin patenttivaatimuksen 1-15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä sovelletaan ohjausjäijestelmää (80), johon käyttäjä syöttää kulloinkin tarvittavat kuvantamiskonfiguraation määrittävät parametrit, joiden avulla annetaan sopivat anturiasetukset CCD-anturijäijestelmän ohjauselektroniikalle (17) ohjaussignaalien (VBx, HBx, BM) avulla ja että kuvaustapahtuman aikana mainitulla ohjausjäijestel-25 mällä (80) synkronoidaan anturijäijestelmän toimintaa ohjaussignaalien (START, SYNC) avulla kuvauslaitteen muuhun toimintaan.
18. 17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittua ohjausjäijestelmää (80) ohjataan siihen kuuluvaan parametrimuistiin (82) ennalta 30 ohjelmoitujen esiasetusten perusteella. 32 97665
19. 18. Laite kohteen kuvantamisessa, laite käsittää sähkömagneettista säteilyä kuvattavaan kohteeseen kohdistavan laitteen, joka laite edelleen käsittää anturijäijestelmän, joka käsittää puolijohdeanturin, joka on koostettu useista peräkkäisistä ja rinnakkaisista kuva-alkioista eli pikseleistä ja joka laite edelleen käsittää laitteet, joilla anturijäijestel- S mästä saatu sähkösignaali ilmaistaan ja/tai tallennettaan, tunnettu siitä, että laite käsittää anturijäijestelmän konfigurointijäijestelmän, jolla anturijäijestelmän anturin säteilylle herkkiä rinnakkaisia ja/tai peräkkäisiä kuva-alkioita on yhdistettävissä eli ’binnattavissa’ useita kuva-alkioita käsittäviksi anturialkioyhdelmiksi ja että anturijär-jestelmä on siten kytketty ja ohjattu, että mainittujen yhdelmien eri alkioista saatavat 10 kuvainformaation sisältävät varaukset on välittömästi varausmuodossa yhdistettävissä.
20. 19. Laite kohteen kuvantamisessa, laite käsittää sähkömagneettista säteilyä kuvattavaan kohteeseen kohdistavan laitteen, joka laite edelleen käsittää anturijäijestelmän, joka käsittää puolijohdeanturin, joka on koostettu useista peräkkäisistä ja rinnakkaisista 15 kuva-alkioista eli pikseleistä ja joka laite edelleen käsittää laitteet, joilla anturijäijestel-mästä saatu sähkösignaali ilmaistaan ja/tai tallennettaan, tunnettu siitä, että laite käsittää CCD-anturi- ja sen ohjausjäijestelmän ja laitteet, joilla kuvattavan kohteen ja mainitun anturijäijestelmän välille on jäljestetty keskinäisliike, että mainittu ohjausjärjestelmä on sovitettu siirtämään CCD-anturille kuvattavasta kohteesta muodostuvaa 20 varauskuvaa vastaavalla nopeudella kuin mainittu keskinäisliike, että anturin fyysinen pikselikoko on valittu pienemmäksi kuin tarvittava maksimaalinen anturiresoluutio ja että kuvattavan kohteen ja anturin keskinäisliikkeen aiheuttamaa epäterävyyttä on pienennetty siirtämällä varausalkioita CCD-anturin fyysisen pikselikoon mukaisesti, jolloin kuvattavan kohteen ja CCD-anturin keskinäisliikkeen seuranta on tapahtuva 25 optimaalisen tarkasti. * 20. Patenttivaatimuksen 18 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen on kom binoitu patenttivaatimuksen 19 mukainen laite.
21. 21. Jonkin patenttivaatimuksen 18-20 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu konfigurointijäijestelmä käsittää ohjausjäijestelmän (80), johon kuuluu ohjauspaneeli 33 97665 (81), jonka avulla käyttäjä syöttää kulloinkin sopivat kuvantamiskonfiguraadon määrittävät anturijäijestelmän ohjausparametrit.
22. 22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen laite, tunnettu siitä, että ohjausjäijestelmä 5 (80) käsittää parametrimuistin (82), johon ohjelmoitujen ensiasetusten sekä ohjaus- paneelista (81) syötettyjen parametrien perusteella laitteen ohjauselektroniikalle (17) on annettavissa ohjaussignaalit (VBx, HBx, BM) ja josta ohjausjäijestelmästä (80) on saatavissa anturijäijestelmän toiminnan synkronointisignaalit (START, SYNC).
23. 23. Jonkin patenttivaatimuksen 18-22 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteen anturina on CCD-anturi ja säteilylähteenä röntgensäteilylähde.
24. 24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitetta sovelletaan röntgensäteilyä käyttävässä mammografialaitteessa (kuvio 11), hammaspanoraamalait-15 teessä (kuvio 10), hammaspanoraamalaitteen ja kallokuvauslaitteen yhdistelmälaitteessa (kuvio 14) tai keuhkoläpivalaisulaitteen (kuvio 12) yhteydessä siten, että ennestään tunnetun kalvofilmin ja sen kasetin tilalla sovelletaan keksinnön mukaista anturijäijes-telmää.
25. 25. Jonkin patenttivaatimuksen 18-24 mukainen laite, joka on tarkoitettu patenttivaati muksen 12-14 mukaisen menetelmän soveltamiseen, tunnettu siitä, että laite käsittää sellaisen CCD-anturijäijestelmän ja sen saijarekisterin (12), jossa on sovellettu ’ditherointi’- eli värinäkellotusmenetelmää saijarekisterin (12) varauskaivojen pi-meävirran eliminoimista varten. 25 34 97665