JP2010520488A - 歯科応用に適応した小型のｃｍｏｓに基づくｘ線検出器 - Google Patents

Abstract

【解決手段】画素センサー[201]の２次元配列、シンチレーション物質[206]の層および制御装置[202]を備えるイメージセンサが開示される。シンチレーション物質の層は2次元配列に隣接している。シンチレーション物質はその上に衝突するX線に応じて光を放射する。画素センサーはこの光を検知する。制御装置は画素センサーの2次元配列に保存されたデータを読み出し、イメージをそこから形成する。制御装置は、イメージを形成する過程で画素センサー[41]に記憶される電子を生成するX線に起因するエラーについてデータを修正する。発明の一態様では、制御装置は2次元配列に複数のフレームを形成させることによりイメージを形成する。各フレームには、先行する時間間隔の間に各フォトダイオード[46]の上に蓄積された電荷の測定が含まれる。制御装置は、イメージを形成するために選択的にフレームからのデータを組み合わせる。
【選択図】図１

Description

本発明の背景技術

歯科X線は、典型的に患者の口に置かれるフィルムで撮影される。患者の頭の外部に存在するX線源は、歯を通してフィルムを露光する。この方法は長年使用されているが、不都合もある。最初に、患者はかなりのX線の線量にさらされる。この線量は患者の生涯の間蓄積する。第２に、フィルムを処理するために必要とされる時間、費用、並びに設備によって、歯科検診の費用が増加する。第３に、フィルムを処理する際に利用された化学薬品によって、処分問題が発生する。

これらの問題によって、従来のX線検査のフィルム部品を、X線画像を記録するために患者の口に置かれる固体センサーに置き換えるいくつかの試みが行われた。そのようなシステムでは、シンチレーション物質の層がX線を可視光線に変換するために使用される。そして、可視光線が固体撮像アレイ上に画像化される。この形式の固体X線センサーは今日利用されるフィルムと比較してX線に対して著しくより敏感であるので、典型的には、X線線量は１０の倍数で低減できる。さらに、センサーは再使用され、従って、従来のX線システムに関連した費用と処分問題が回避される。最後に、画像がデジタル形式であるので、固体センサーに基づいたシステムは容易にペーパーレス・オフィス・システムに適応する。

あいにく、これらのセンサーは従来のフィルムに基づいたセンサーよりはるかに厚い。また、センサーの解像度もまた従来のフィルムに基づいたセンサー以下である。センサーは、シンチレーション物質と画像記録要素の間にあるチャネル板を含んでいる。画像記録要素は典型的にはシリコンに基づいた撮像アレイである。X線が撮像アレイの画素（pixel）で変換される場合、結果として得られる信号はシンチレーターから光によって生成される信号よりはるかに大きくなりえる。そのような変換事象の蓋然性は小さいから、従って、X線衝突により、画像に好ましくない画像中の散在した明るい画素が得られる。これらの事象を低減するために、シンチレーターから撮像アレイに光を送信するのを遮蔽する物質の層が使用される。遮蔽層は、典型的には、撮像アレイの表面上にシンチレーター表面の画像を作る、光ファイバーの束から構成される。光ファイバーは、シンチレーション物質中で変換されないX線を吸収する重金属でドープされる。遮蔽層は、大部分のX線がイメージセンサに達することを阻止して、従って、明るい画素の数を許容範囲になるように減らす。

遮蔽層が明るい画素の問題を解決するが、それは新しい問題も導入する。シールド板は典型的に厚さ２．５ｍｍ以上で、従って、患者の口に置かれる装置の厚みを著しく増加させる。厚み増加は多くの患者にとって好ましくない。

本発明は、画素センサーの2次元配列、シンチレーション物質の層と制御装置を有しているイメージセンサを備えている。シンチレーション物質の層は、この２次元配列に隣接しており、シンチレーション物質の上に衝突するX線に応じて光を放射する。画素センサーはこの光を検知する。制御装置は画素センサーの2次元配列に保存されたデータを読み出し、そこから画像を形成する。制御装置は、画像を形成する過程で画素センサーに記憶される電子を生成する、X線に起因するエラーによるデータを修正する。発明の1つの態様では、制御装置は2次元配列に複数のフレームを形成させることにより画像を形成するもので、各フレームは、先行する時間内に各フォトダイオード上に記憶された電荷の測定値を含んでいる。制御装置は、画像を形成するためにフレームからのデータを組み合わせる。本発明の別の態様では、各画素センサーは、光検出器によって受光される光に応じて電荷を記憶する光検出器、リセット回路、および制御装置の発するコマンドに応じて制御装置にその画素を接続するインターフェースを備えている。リセット回路は、光検出器に結合して予め定められた電位を生じさせることで光検出器をリセットする。発明の別の態様では、制御装置はリセット回路に各フレームの終りで光検出器をリセットさせる。さらに発明の別の態様では、制御装置は、蓄積電荷がしきい値より大きい画素を識別する。これらの画素からのデータは修正された画像を形成する際に利用されない。

図１は、先行技術である歯科センサー３０の平面図である。 図2は、図1に示される直線２−２による断面図である。 図３は、歯科センサー３０と共に通常使用される形式の先行技術であるＣＭＯＳ撮像アレイの構成図である。 図４は、時間の関数として画素によって生成された電荷を示す。 図５は、本発明の一実施例による分散型ＡＤＣを利用する画素センサーの構成図である。 図６は、本発明の一実施例による歯科画像システムを示す。 図７は、新フレームが受け取られる時、制御装置によって実行されるアルゴリズムのフローチャートである。 図８は、本発明の別の実施例による撮像アレイの画素を示す。 図９は、本発明の別の実施例による撮像アレイの画素を示す。

本発明がもたらす利点については、図１と図２を参照することでより容易に了解される。ここで、図１と図２は先行技術の歯科センサーを図示している。図１は歯科センサー３０の平面図であり、図2は、図1に示される直線２−２による断面図である。歯科センサー３０は、X線をスペクトルの可視領域内の光に変換するシンチレーション物質の層３２を含んでいる。層３２に発生した光は、イメージセンサ３１上にシンチレーション物質の表面の地図を描く一束の光ファイバーから成るチャネル板３３を通り抜けて、イメージセンサ３１によって見られる。センサー３０は患者の口の内部で置かれ、患者がタブ３４上を噛むことにより適所に保持される。口の外側の発生源からのX線が患者の歯を通過した後にセンサー３０にぶつかる場合、X線は層３２にぶつかる。X線と層３２の材料の間の相互作用により、光子が生成される。光子は四方八方に放射される。チャンネル板３３は、３５で示される光ファイバーの開口によって画定された以外の方向に、光子が移動することを阻止する。チャンネル板３３は主としてガラス繊維で作られている。金属をドープしたガラスは、変換されずに、シンチレーション層から漏れるX線を吸収する。ガラスの厚みは、センサー３１に達するX線の数を、センサー３１中のX線と画素の間の相互作用がまれになる点にまで減少させるように選ばれる。

ここでは図３を参照する。図３は歯科センサー３０と共に通常使用される形の先行技術のＣＭＯＳ撮像アレイの構成図である。撮像アレイ４０は画素センサー４１の長方形のアレイから構成される。各画素センサーはフォトダイオード４６とインターフェース回路４７を有している。インターフェース回路の詳細は特定の画素設計に依存する。しかしながら、画素センサーはすべて、その画素センサーをビット線４３に接続するために使用される行線４２に接続されるゲートを有している。随時エネーブルにされ特定の行（row）は、行デコーダ４５に入力されるビットアドレスによって決定される。行セレクト線は、フォトダイオードとインターフェース回路が構成される基板上の金属層中で水平に走る導体の並列の配列である。

様々なビット線は、典型的にはセンス増幅器と列（column）デコーダを有している列処理回路４４で終端処理する。ビット線は、フォトダイオードとインターフェース回路が構成される基板上に金属層の中で垂直に走る導体の並列の配列である。各センス増幅器は、そのセンス増幅器によって処理されたビット線に現在接続される画素によって生成された信号を読む。センス増幅器はアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）の利用によりデジタル出力信号を生成する。どんな時でも、撮像アレイから単一の画素センサーが読み出される。読み出される特定の列は、その列から撮像アレイの外側にある回路類にセンス増幅器／ＡＤＣ出力を接続するために列デコーダによって利用される列アドレスによって決定される。

シンチレーター３２からの光子が画素中の１個のフォトダイオードをたたく場合、多くとも1個の電子がダイオード接合を横断して移動する。電子電荷は画素に記憶される。そして、画素が読み出される場合に、累積的な蓄積電荷が読み出される。対照的に、X線がフォトダイオード中の１個の電子から散らばった場合、電子はダイオード接合を横断して移動する多くの電子を生じさせるフォトダイオード中のイオン化軌跡を生成する。一般に、単一のX線打撃によって記憶された電荷はX線露光の間にシンチレーター中で生成された光子によって記憶された電荷よりはるかに大きい。従って、単一のX線打撃は、そのような打撃を受けなかった画素よりはるかに明るい外見上の輝度を有する画素を生成できる。その結果、画像は、正常なX線画像に重ねられた非常に明るい画素をまき散らしたように見える。上に示されるように、チャネル板３３はそのような明るい画素の数を減らすために使用される。しかしながら、この点に関して効果的であるために、チャネル板３３の厚みはシンチレーター３２を通過するX線のかなりの部分を吸収するのに十分でなければならない。その結果、チャネル板は、センサー３０の厚みのかなりの部分を占める。厚みが追加されることは、多くの患者にとって好ましくない。さらに、チャネル板は、シンチレーター３２からセンサー３１を離すことに起因する画像解像度の減少に対してただ部分的に修正するに過ぎない。画像の空間分解能はさらに、シンチレーター３２とチャネル板３３の間のインターフェース、およびチャネル板３３と検出器３１の間のインターフェースにおける光散乱に起因して低下する。

本発明の一実施例は、画素の電荷が時間の関数として測定される場合、イメージセンサ中のX線衝突を識別し修正できるという見解に基づく。ここでは図４を参照されたい。図４には時間の関数として画素によって生成された電荷を示している。カーブ５１は、シンチレーターから受け取られた光子による通常の電荷が累積する状態（build up）を表わす。カーブ５２は、X線が時間Ｔにおいて画素内で変換される時の時間の関数としての電荷の増加（buildup）を表す。電荷が「x」をマークした点で示されるような時間の関数で測定される場合、X線衝突の存在が認識される。また、Hで表わされる信号値が最終値から控除される。

イメージセンサの読出し速度やリセット速度が十分に速い場合には、X線露光の間に多くの個別画像を生成できる。このとき、X線打撃に対応するステップとして各画素の充電曲線を測定し、分析することができる。しかしながら、この実施例は非常に早いイメージセンサの読出しを必要とする。この点に関しては、図３に示される実施例中のイメージセンサの読出しが、画素の各列の下の方でセンス増幅器に画素からの信号を伝播させて、かつ信号をデジタル化するための所要時間により決定されるN個の読出しサイクルを行なうことに注意すべきである。ここで、Nは画像中の画素の行の数である。

読出し速度を改善する1つの方法は各画像画素にアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を設けることである。ここでは図５を参照されたい。図５は本発明の一実施例に従って分散配置されたＡＤＣを利用する画素センサーの構成図である。画素センサー１００は、上述されたものと類似のやり方で作動する転送ゲート１９１およびリセットトランジスタ１９２に接続されるフォトダイオード１９７を含んでいる。画素センサー１００を有するアレイ中の画素が感光した後、個々のフォトダイオードの電荷がデジタル化される。デジタル化プロセスの開始時には、ゲート１９１に信号を適用することにより、フォトダイオード１９７に蓄積される電荷がノード１０２と結合している。次に、カウンタはリセットされ、コンパレーター１０３の別の入力の電位が増加する間に、クロック・パルスの計数が開始される。ランプ線上の電位は、カウンタ１０４に蓄積した計数値と直線的に関係がある。ランプ電位がノード１０２の電位と等しい場合、コンパレーター１０３はカウンタ１０４に適用される停止信号を生成する。従って、カウンタ１０４は、ノード１０２で電位と関係のある計数値を残す。全ての画素がこのようにデジタル化された後で、画素はビットバス１０６にカウンタ出力を接続する1組の行セレクトスイッチ１０５を動かす行デコーダを使用して、一回に一行が読み出される。上述されたように、ビット線上の信号は、アナログ形式の代わりにデジタル形式であるが、それは上述されたビット線と類似の機能を提供する。この実施例では、ビットバスは、カウンタ１０４の1ビット当たり1本の線を有する。従って、カウンタはビットバス１０６から並列に読み出される。この実施例ではカウンタのビットを並列に読み取るビットバスを利用しているが、カウンタ中のビットが単一の導体ビット線を通って移される方式の実施例も構築することができる。

画素にアナログ電荷として保存されたデータがすべて、同時にデジタル化されることに注意するべきである；従って、データのアナログデジタル変換は、先行技術の実施例における1列の読出し所要時間に減少する。さらに、各読出し動作の後に画素をリセットする必要はない。また、従って、電荷は各フォトダイオードに蓄積し続ける。従って、1個のリセット時間だけが各X線画像に必要とされる。

ここでは図６を参照されたい。図６は本発明の一実施例による歯科画像システムを示す。画像システム２００は、X線の変換によってシンチレーター206に発生した光から画像を形成する撮像アレイ２０１を有する。シンチレーターでは、撮像アレイ２０１が敏感な波長域の光にX線を変換する材料の層を有する。材料の層は、撮像アレイ２０１に隣接しており、介在材料ができる限り少量であることが好適である。

制御装置２０２はX線露光の間に多くの画像を集める。各画像は以下フレームと呼ばれる。制御装置２０２は、フレームが制御装置２０２によって受け取られるごとに更新される累積的な画像をメモリ２０３に保存する。一実施例では、制御装置２０２は、また累積的な画像に各画素用のカウントを保存する。そのカウントは、その画素に寄与したフレームの数を追跡記録する。そのカウントはX線打撃によって変更された画素を修正するために使用される。

制御装置２０２が個々のフレームを処理する方法は、撮像アレイがフレーム間でリセットされるかどうかに依存する。一実施例では、撮像アレイ２０１は各フレームの後にリセットされる。従って、フレーム中の画素はそれぞれ、撮像アレイフレームの露光の間にその画素から蓄積された電荷を表わす。この場合、X線打撃を受けた画素は、シンチレーターからほぼ同数の光子を受け取ったが、そのような打撃を受けなかったフレーム中の別の画素より著しく多くの電荷を持つ。また、フレーム露光の間にX線打撃を受けた画素は、その後のX線打撃がないフレームや、その前のX線打撃のないフレームの期間に、同じ画素によって集められた電荷より著しく多くの電荷を持つ。フレーム間でシンチレーターに作成される光の光子からの最大の電荷変動（ノイズによる）が既知の場合、特定のフレーム中でX線打撃を受けた画素は、ある極大値Ｄｍａｘより大きな前後のフレーム間の電荷差がある画素を捜すことにより容易に識別できる。

ここで、新フレームの画素をＣ_ｉｊとし、メモリ２０３に記憶された画像の画素をＳ_ｉｊとする。イメージセンサの行と列の数を、ＮｘとＮｙによってそれぞれ表示する。Ｓ_ｉｊに加えて、メモリ２０３にはその機能が以下により詳細に議論されるアレイＮ_ｉｊが記憶される。X線撮像プロセスの開始時において、メモリ２０３の全画素に対して、Ｓ_ｉｊ＝Ｎ_ｉｊ＝０に初期化される。ここでは図７を参照されたい。図７は新フレームが受け取られる時、制御装置２０２によって実行されるアルゴリズムのフローチャートである。初めに（ｉ、ｊ）は２１０で示されるようなアレイの第１画素へセットされる；しかしながら、画素が処理される順番は重要ではない。２１１で示されるように、現在の画素の強度Ｃ_ｉｊがテストされ、X線打撃によって画素が変更されていないことを確かめる。２１２で示されるように、測定強度がＤｍａｘ以下である場合、その画素に対応する記憶された画像画素Ｓ_ｉｊは、今回の測定値を含むように更新される。カウンタＮ_ｉｊも1だけ増される。測定強度値が現在の画素についてＤｍａｘより大きい場合、その画素は無視される。２１３で示されるように、制御装置２０２は次の画素に移る。また、画素がすべての現行フレームに対して処理されるまで、プロセスが繰り返される。

X線露光でのフレーム全てが処理された後で、制御装置２０２が最終のX線画像を生成する。X_ｉｊによって最終画像の画素を表示する。1個以上のフレームで画素がX線打撃を受けた場合、記憶された画素のあるものではフレームの下位セットのみがデータを有する。データ脱落を修正するために、制御装置２０２はカウンタ値を使用して、記憶画像を正常化する必要がある。すなわちX_ｉｊ＝Ｎ_ｉｊ＊Ｓ_ｉｊ／Ｎｆ、ここで、Ｎｆは得られたフレームの数である。

図６と図７に関して上述された実施例では、各フレームが受け取られる場合、累積的な画像を記憶すると共に、画像を更新するために別々の制御装置を利用する。従って、各フレームが一度に1行だけ制御装置に対して読み出されるので、かなりの量の処理時間がフレーム間で必要とされる。この処理時間は、上で議論した影像パラメーターＳ_ｉｊとＮ_ｉｊが、各フレームの露光期間の終わりに画素内に記憶されると共に、各画素内で更新されるような画素設計を用いることで、実質的に低減できる。

ここでは図８を参照されたい。図８は本発明の別の実施例による撮像アレイの画素を示す。画素２５０は、その画素に対する累積的な画像値を記憶し、画像が一行ずつ読み出されることを必要とせずに画像値を更新する。画素２５０は、図５に関して既に論じたものと類似するアナログデジタル変換器を含んでいる。画素がすべて同時に更新されるので、全フレームは、図６と図７に関して述べた実施例中の1つの行を処理する所要時間と等しい時間で処理される。

画素２５０は、X線露光の開始時リセットされる２個のコンパレーター２５３と２５４、２個のカウンタ２５１と２５２を有する。フォトダイオード１９７が２個の信号に対して最後にリセットされたので、フォトダイオード１９７によって生成された信号の振幅をテストするためにコンパレーターが使用される。線１０２の信号は、フォトダイオード１９７が最後にリセットされてから、フォトダイオード１９７によって蓄積された電荷であることに注意されたい。一般に、コンパレーターは電流ではなく電圧信号上で作動する。従って、一実施例では、線１０２の電荷を電圧に変換するアンプ２５７が使用される。この電圧は、次に、コンパレーターによってＲＡＭＰ信号とＤｍａｘと比較される。

カウンタ２５１と２５２は、前述のＳ_ｉｊとＮ_ｉｊと類似しており、計数値を記憶する。フォトダイオードによって生成された信号がX線打撃のない画素に対して期待される範囲の外にない場合、カウンタが更新される。画素がＤｍａｘより大きい信号を生成する場合、カウンタは更新されない。また、問題のフレームのデータが無視される。X線露光の後に、カウンタ２５１と２５２からのデータはビットバス２６６上で制御装置に読み出される。ここで、制御装置はカウンタ２５２の内容でカウンタ２５１の内容を割ることにより、データを正規化する。

アンプ２５７の出力がランプ信号によって明示された値より大きく、且つＤｍａｘによって明示された値未満である場合、第１のコンパレーター２５３は論理１を生成する。従って、フォトダイオード１９７によって蓄積された電荷が期待範囲内にある場合、電荷はデジタル化され、カウンタ２５１の既にあるカウント値に加えられる。出力２５７がＤｍａｘより大きい場合、コンパレーター２５４の出力は高であり、出力２５７がＤｍａｘより小さい場合、コンパレーター２５４の出力は低である。ＲＡＭＰ信号がアンプ２５７の出力を超過するとすぐに、ゲート２５５はクロック信号を遮断する；従って、カウンタ２５１中のカウントは、アンプ２５７の出力の電圧に比例する量によって増される。アンプ２５７の出力がシンチレーターから光子を受け取る正常な画素に対しての期待値より大きければ、カウンタ２５１へのクロック入力がゲート２５５によって遮断されるので、カウント値がカウンタ２５１に蓄積されない。

上に示されるように、カウンタ２５２は上述された実施例中のＮ_ｉｊと類似の作用を行なう。各フレーム読出しの終りに、フレーム信号はＦＲＡＭＥ線に送られる。アンプ２５７の出力がＤｍａｘによって明示された値より大きい場合、コンパレーター２５４はゲート２５６の制御によりカウンタ２５２のカウントしたフレーム信号を遮断する。他の場合には、カウンタ２５２は1だけ増される。

フレームがそれぞれデジタル化され、そして結果が有効なデータを有する画素のカウンタに加えられた後で、フォトダイオード１９７がトランジスタ１９２に適切な信号を適用することでリセットされる。もしフォトダイオードがX線打撃を受けていれば、蓄積された電荷はリセット動作によって除去される。従って、X線打撃はフォトダイオードによって蓄積できる電荷の最高値に影響を及ぼさない。

上記実施例は、フォトダイオードが各フレームの終りにリセットされるスキームを利用する。あるいは、フレームからフレームまでフォトダイオードをリセットせずに電荷を蓄積させると共に、カウンタは各フレームの後に強制的にリセットされてもよい。その場合、フレームの終りでの読出し値は、もしX線源が問題のフレームの終りに止められていれば、測定されていた単一画像と等価である。この場合、フレーム数の関数としての各画素中の計数値は、図４に示されるものと同様のカーブに従う。X線打撃を修正するために、まずフレーム連鎖（sequence）でX線打撃の位置を検知することが必須である。次に、画素へのX線の貢献振幅を決定し、最後のフレームの終りで測定される画素値から控除する。

特定の画素用のデータでのX線打撃の場所は、上に記述されたものと類似のやり方で確認できる。Ｓ_ｉｊ（ｆ）によってフレーム番号の関数として画素の出力を表示する。ここで、ｆはフレーム番号である。画素がフレームｋで打撃を受けたとき、Ｓ_ｉｊ（ｋ）−Ｓ_ｉｊ（ｋ−１）＞Ｄｍａｘの場合（ここでｋ＞１）である。Ｓ_ｉｊ（１）＞Ｄｍａｘの場合には,画素は第１フレームで打撃を受けた。打撃の生じたフレームの場所が決定されて与えられた場合、打撃の両側のデータは、線の傾斜を決定する直線に適合する。次に、修正された画素値は傾斜にX線露光時間を掛けて得られる測定された傾斜から計算できる。

上記の手順は、X線によって打たれる画素が飽和しないと想定する。一般に、各画素中のフォトダイオードで蓄積できる最大電荷がある。X線打撃が画素を飽和させるのに十分な電荷を生成する場合、X線打撃の後に到着するデータは保存できない。従って、修正された画素信号の決定は、X線打撃の前にその画素のために記録されたデータだけを使用してなされる。X線打撃がX線露光に遅れて生じる場合、初期のデータは修正された画素値の許容できる推定値を提供するのに十分である。正確な画素値を評価するための十分なデータが得られる前に、画素が飽和する場合、画素は近隣の画素値を内挿することにより得られた画素値と取り替えることができる。

各フレームの後に画素をリセットする修正スキームはこの飽和問題で影響を受けない。X線打撃を受けた画素からのデータは最終画素値を決定するのに使用されない；従って、X線打撃が画素を飽和させても、修正スキームは損なわれない。更に、画素が各フレームの後にリセットされるので、飽和状態は除去される。従って、後のフレームでその画素からのデータは損なわれない。しかし、各フレームの後にフォトダイオードをリセットすることは犠牲なしという訳ではない。リセット動作は測定にノイズを取り込む。シンチレーターの自然光からの電荷がリセットノイズよりはるかに大きい場合、リセットノイズは有意な問題ではない。

X線露光時間は、各画素内のフォトダイオードの寸法とシンチレーターからの光量によって決定される。フォトダイオードに割り当てられる画素の部分は、フォトダイオードに加えて各画素に含まれる電気回路の量に依存する。上述された画素１００及び２５０のような画素設計を利用するスキームは、各列ビット線の終りにアナログデジタル変換器を利用するスキームと比較して、処理電気回路のために、より多くの領域が確保されることを必要とする。従って、そのようなシステムはより大量のX線照射線量を必要とする。しかし、X線露光時間は画素の寸法を増加させることで低減できる。

各画素の寸法はX線画像中の解像度によって決定される。シンチレーターによって生成された光学画像中の解像度によって決定されるある最小値より下の各画素の寸法の低減は、歯の画像の解像度における著しい改善を提供しない。解像度は、シンチレーター並びに歯とイメージセンサの間の距離によって決定される。ＣＭＯＳX線センサーの場合には、最適の画素サイズは、一辺が約２５μｍ程度である。すなわち、各画素がこの寸法より小さく、画像域を満たすために画素数を増加させるような画素アレイの提供では、大してよい画像が得られない。この画素領域について、フォトダイオード領域を小さな割合で減少させても（つまり１０パーセント未満）、画素信号の保全性に顕著な影響を与えない。これは、満足なX線露光レベルを維持すると共に、上述する画素１００、２５０で示されるより複雑な画素を実施するのに必要な付加的な電気回路を収容できるシリコンの十分な領域を残す。

本発明の上記実施例は、画素センサーが特定のフレーム中にX線打撃を受けた画素を識別するために単一のしきい値（Ｄｍａｘ）を利用する。画素センサー上のX線打撃が、対応する画素センサーが、フレーム中でX線打撃を受けない場合の、最も明るい画素によって生成される信号より常に著しく大きい信号を生成する場合には、この戦略で十分である。

更に、Ｄｍａｘの切下げによって特定の画素用のデータが捨てられても、得られるX線画像は歯科の目的には充分に役立つ。X線打撃がない状態で特定の明るい画素に対して、フレーム画素値（frame pixel value）の平均でＤｍａｘがセットされている場合を考察しよう。フレーム画素値が平均の付近に分布するので、上述された単一のＤｍａｘフィルタリングアルゴリズムは、平均より上にあるフレーム画素値のすべてを切り捨てて、平均未満であるフレーム画素値のすべてが保持されるものに帰着する。保持された値の平均は、その輝度が正確な値よりある程度下にある、明るい画素に相当する。すなわち、画像画素値には誤りが含まれるが、しかし画素はまだ明るい。歯科のX線の興味ある領域が歯に関連する画像の領域であり、歯はX線を吸収することに注意すべきである。従って、関心領域は画像の明るい部分にない。したがって、画像の明るい部分の小さなエラーは重要でない。

特定の画素用の個々のフレーム画素値のすべてがＤｍａｘによって捨てられる場合、問題が生じる。この場合、最終画像中の画素が白であるべきものを黒画素に変換していることになる。画素のフレームカウンタが、データがすべて捨てられたことを示す０の値を有するので、そのような画素は容易に識別できる。そのような画素の数が少なく、画素の場所が散らばっている場合、値は近隣の画素を内挿することで近似できる。しかしながら、X線の広領域が未定義状態で残される場合、より複雑なアルゴリズムが必要である。

原則として、この状況は画像中で各画素に対して異なるＤｍａｘ値をセットすることにより回避できる。そのようなスキームでは、明るい画素には、より暗い画素と比較してより高いＤｍａｘ値を割り当てられる。以下の議論を単純化するために、1つのフレーム期間に蓄積される特定の画素センサーからのデータは、その画素に対する画素フレーム値（pixel frame value）と呼ぼう。図６を再び参照する。本発明の一実施例では、全フレームに対するデータが蓄積されるまで、制御装置２０２は各フレームのためにメモリ２０３に画素フレーム値を蓄積する。次に、制御装置２０２は、各画素が最終画像中のその画素に見合う値を有するように、選択的にフレーム画素値を平均することにより、最終画像を生成する。最終画像中で必要とされる正確度に依存して、多くの異なる平均化アルゴリズムを利用できる。以下の議論を単純化するために、データのN個のフレームが集められ、最終画像を得るために平均されたとする。

一実施例では、制御装置２０２は、各フレームで対応する画素に対する最小値を有するN−ｋ個のフレーム画素値の平均により、最終画像中の画素値を生成する。ここで、kは予想されたX線打撃の最大数にセットされる。従って、X線打撃に対応するデータは、対応する画素がX線打撃を有するフレーム中で選択的に除外される。しかしながら、そのような打撃がなかった画素では、最終画素値はいくぶんより小さな値に歪む。Nと比較してkが小さい場合、帰着するエラーは小さいと予想される。

別の実施例では、制御装置２０２は、さらに各画素のＮ−ｋ個の最小のフレーム画素値を平均し、この平均に関するフレーム画素値の標準偏差をまた計算する。次に、Ｄｍａｘ値が平均値と標準偏差に基づいて各画素に対してセットする。例えば、［平均値］＋３ｘ［標準偏差］にＤｍａｘをセットする。次に、このＤｍａｘ値が与えられると、制御装置２０２は、該当画素についてＤｍａｘ未満である全フレーム画素値の平均を計算し、最終画像中のその画素の画素値を得る。

さらに別の実施例では、制御装置２０２は、各画素に対する個々のＤｍａｘ値の計算ではなく単に２個のプリセットされたＤｍａｘ値を使用する。制御装置は第１のＤｍａｘ値を使用してスタートする。第１のＤｍａｘ値は２個のＤｍａｘ値のうち小さい方である。画素に関するフレーム画素データ値がすべて、このＤｍａｘ値の上にある場合、制御装置は第２のより高いＤｍａｘ値に切り替える。適切なＤｍａｘ値を選択すると、制御装置は、当該画素についてのＤｍａｘ未満であるフレーム画素値のすべてを平均する。

上記の可変Ｄｍａｘアルゴリズムは、容易に撮像アレイの外側にあるメモリと制御装置を利用する実施例中で実施できる。しかし、プリセットされたＤｍａｘ値を使用する実施例を例外として、対応するアルゴリズムは、図８を参照して上で述べられた形式の画素値プロセッサ中では容易に実施されない。

ここでは図９を参照されたい。図９は本発明の別の実施例による撮像アレイの画素を示す。画素３００は、次の点で上述された画素２５０と似ている。即ち、カウンタ２５１は、あるカットオフしきい値Ｄｍａｘ未満の個々のフレーム値の輝度の総和を蓄積し、カウンタ２５２は、Ｄｍａｘより下の輝度が得られて、カウンタ２５１の総和に加えられるフレームの数を蓄積する。画素３００は、アナログ保持回路３０４に蓄積されるＤｍａｘ値を利用する。Ｄｍａｘリセット信号が線３０２に現れ、カウンタ２５２の内容は０に等しいとき、この値はＤｍａｘ線３０５からロードされる。カウンタ２５２が０を有する場合、論理回路３０１はＨ信号を生成する。

画素３００のような画素を利用するイメージセンサでは、カウンタリセット線は撮像プロセスの初めにアクティブ状態にされる。これはカウンタ２５２とカウンタ２５１の両方をリセットする。次に、プリセットされたＤｍａｘ値の中で最も小さなものが線３０５に置かれる。そして、Ｄｍａｘリセット信号は線３０２でアクティブ状態にされるが、これにより保持回路３０４にＤｍａｘ値が蓄積される。次に、上述されたと類似のやり方でフレームの第１の数のデータが得られる。各フレームの終りに、アンプ２５７からのデータ値がＤｍａｘに対してテストされる。そして、データ値がＤｍａｘ以下であった場合に、データはデジタル化され、保存され、カウンタ２５１に蓄積された値に加算される。データ値がＤｍａｘ未満である場合、カウンタ２５２中の値が増加される。

フレームの第１の数の終りで、より大きなＤｍａｘ値が線３０５に置かれ、Ｄｍａｘリセット線がアクティブ状態にされる。データがフレームの第１の数に蓄積されなかった各画素では、新しいＤｍａｘ値が保持回路３０４に蓄積される。次に、データの蓄積は、フレームの第２の数に対して行われる。次に、データ集積プロセスは終了して、データが読み出される。あるいは、Ｄｍａｘ線にさらに小さなＤｍａｘ値を置き、フレームの第３の数のために処理が繰り返される。

この実施例では、Ｄｍａｘを越える有効な値を有する明るい画素には、それらの画素がデータを蓄積できるように十分に高いＤｍａｘ値を有する。それらの画素に基づいた最終平均に関するデータは、より少数のフレームから得られる。しかしながら、ピクセル値ははるかに高いフレームデータ値を持っている。従って、最終画像中の十分な統計精度でピクセル値を提供するのにより少数のフレーム値で足りる。

上に記述された本発明の実施例は、各画素上の光の入射を電荷に変換するためにフォトダイオードを利用する。しかしながら、フォトトランジスターのような光検出器の別の形式を利用できる。

本発明への様々な修正は、前述の記述および添付の図面から当業者に明白である。従って、本発明はもっぱら以下の請求項の適用範囲によって制限された範囲にある。

Claims (12)

1. 画素センサーの2次元配列と；
   前記2次元配列に隣接しているシンチレーション物質の層であって、前記シンチレーション物質はその上に衝突するX線に応じて光を放射すると共に、前記光が前記画素センサーによって検知され；
   画素センサーの前記2次元配列に保存されたデータを読み取り、そこから画素の2次元配列を有するイメージを形成する制御装置であって、前記制御装置は前記イメージの形成過程で前記画素センサーに蓄積される電子を生成するX線に起因するエラーについてデータを修正する；
   ことを特徴とするイメージセンサ。
2. 請求項1に記載のイメージセンサにおいて、
   前記制御装置は、複数のフレームを形成させるために画素センサーの前記2次元配列により生じる前記イメージを形成し、
   各フレームは先行する時間間隔の間に各フォトダイオード上に蓄積された電荷の測定をするように構成され、
   前記制御装置が前記イメージを形成するために前記フレームからのデータを組み合わせることを特徴とするイメージセンサ。
3. 請求項２に記載のイメージセンサにおいて、
   各々の前記画素センサーは、光検出器の受け取る前記光に応じて電荷を蓄積する前記光検出器と、リセット回路と、前記制御装置によって生成されたコマンドに応じて前記制御装置にその画素センサーを接続するインターフェースとを有し、
   前記リセット回路は前記光検出器に結合して予め定められた電位により前記光検出器をリセットすることを特徴とするイメージセンサ。
4. 請求項３に記載のイメージセンサにおいて、前記制御装置は前記リセット回路によって前記各フレームの終りで前記光検出器をリセットさせることを特徴とするイメージセンサ。
5. 請求項２に記載のイメージセンサにおいて、前記制御装置は前記蓄積電荷がしきい値より大きい画素センサーを識別することを特徴とするイメージセンサ。
6. 請求項５に記載のイメージセンサにおいて、前記制御装置が前記イメージ中の対応する画素を決定するために、各画素センサーに対して複数のフレームからデータを組み合わせると共に、前記制御装置は、前記イメージ中の形成において前記識別された画素センサーからのデータを組み合わせないことを特徴とするイメージセンサ。
7. 請求項５に記載のイメージセンサにおいて、前記しきい値が前記画素センサーの異なるものには異なることを特徴とするイメージセンサ。
8. 請求項１に記載のイメージセンサにおいて、各々の前記画素センサーは、さらに、
   基準電圧を備えた前記画素中の前記光検出器によって生成された信号電圧を比較するコンパレーターであって、前記コンパレーターは前記信号電圧が前記基準電圧と予め定められた関係にある場合に停止信号を生成すると共に；
   前記停止信号が生成されるまでの間、クロック入力からのパルスを数える第１のカウンタであって、前記第１のカウンタはディジタル値を記憶すること；
   を備えることを特徴とするイメージセンサ。
9. 請求項８に記載のイメージセンサにおいて、前記信号電圧がしきい電圧より大きい場合に、前記第１のカウンタがカウントすることを阻止されることを特徴とするイメージセンサ。
10. 請求項９に記載のイメージセンサにおいて、各画素センサーがさらにフレーム信号によって加算される第2のカウンタを有し、前記第2のカウンタは前記信号電圧が前記しきい電圧より大きい場合に、前記フレーム信号による加算が阻止されることを特徴とするイメージセンサ。
11. 請求項１０に記載のイメージセンサにおいて、各画素センサーがさらに前記しきい電圧を記憶するためのメモリを構成することを特徴とするイメージセンサ。
12. 請求項１１に記載のイメージセンサにおいて、前記第2のカウンタを0にセットさせる決定としきい値リセット信号とに応じて、前記メモリに接続した導体の電圧を前記メモリが記憶することを特徴とするイメージセンサ。

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