JP4325788B2 - デジタル検出器においてデータ収集速度を増加させる方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般にＸ線撮影システムなどの撮影システムに関し、特に、そのようなシステムで使用されるデジタル検出器に関する。特に、本発明は、固体Ｘ線検出器を読み取ることに関連する時間を短縮する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有用なＸ線写真画像に再構成できるデジタルデータを生成することを目的として、デジタル撮影システムはますますその利用範囲を広げてきている。デジタル撮影システムの用途の１つである医療診断の分野においては、放射線源からの放射線を被写体、通常は患者に向けて射出し、その放射線の一部が被写体を通過して、検出器に衝突する。検出器の表面は放射線を光光子に変換し、それらの光子が感知される。
【０００３】
検出器は個別のピクチャエレメント、すなわち、画素のアレイに分割されており、各画素領域に衝突する放射線の量又は強さに基づいて出力信号を符号化する。放射線が被写体を通過するときに放射線の強さは変化するため、出力信号に基づいて再構成される画像は従来の写真フィルム技法によって利用可能である画像と同様に、組織やその他の特徴を投射した画像になる。
【０００４】
利用可能であるデジタル検出器においては、検出器の表面はピクチャエレメント、すなわち、画素のアレイとして分割されており、画素の行と列は互いに隣接して編成されて、全体として１つの画像領域を形成している。検出器が放射線にさらされると、画像領域と同じ広さのシンチレータに光子が衝突する。一連の検出器素子は行と列の交差箇所に形成され、各交差箇所は画像行列を構成する１つの画素に対応する。ある種の検出器では、各素子はフォトダイオード及び薄膜トランジスタから構成されている。トランジスタとフォトダイオードは、通常、アモルファスシリコンから製造されており、その上面にヨウ化セシウムが蒸着されている。ヨウ化セシウムはＸ線を吸収し、それらを光に変換する。光はフォトダイオードにより検出される。当業者には理解できるであろうが、フォトダイオードはコンデンサとして作用し、フォトダイオードは一般に何らかの既知の電圧まで充電される。Ｘ線束に比例して放出される光はフォトダイオードを部分的に放電させる。露光が完了すると、フォトダイオードの電荷は初期電荷まで回復される。そこで、フォトダイオードの初期電圧を回復するために必要とされる電荷の量が測定され、それが露光の持続時間中に画素に衝突したＸ線放射を表す尺度となる。
【０００５】
以上説明した種類の検出器においては、各フォトダイオードの陰極はトランジスタのソースに接続され、全てのフォトダイオードの陽極は負バイアス電圧に接続されている。更に、１つの行にあるトランジスタのゲートは一体に接続され、行電極は走査電子回路に接続されている。各列にあるトランジスタのドレインは一体に接続され、各列電極は追加の読み出し電子回路に接続されている。行を順次走査すると同時に、列電極に現れる信号を読み出すことにより、システムは信号のアレイ、すなわち、行列全体を収集し、その後、信号を処理し、表示することができる。このため、検出器は各フォトダイオードと関連するトランジスタによる制御により行ごとに読み取られる、すなわち、「スクラビング」されることになる。尚、検出器により生成される画像が有用なデータ、主に露光データ又はオフセットデータを含む画像を含んでいる場合、検出器の読み取りとはフォトダイオードの再充電とデータの収集を表すが、データが重要ではなく、データを廃棄すること又は全く収集しないことが可能であっても、「スクラビング」が同様の再充電を表すことに注意すべきである。スクラビングはフォトダイオードの電荷を回復するために実行される。更に重要であるのは、スクラビングがアイドル期間中にフォトダイオードにおいて適正なバイアスを維持するため、又はフォトダイオードの不完全な電荷回復である遅延の影響を軽減するために実行されるという点である。従って、スクラビングは、通常、アモルファスシリコントランジスタにおける連続ＤＣ電圧バイアスを防止することに加えて、フォトダイオードの電荷を回復し且つ維持するために実行される。
【０００６】
検出器は、通常、そのアレイ構造に従って、すなわち、行ごとに読み取られるか、又はスクラビングされる。先に述べた通り、検出器の読み取り又はスクラビングは各フォトダイオードと関連する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）により制御される。ＦＥＴは、検出器に対してなされなければならないと考えられる電気的接点の数を最小限に抑える。ＦＥＴは必要とされる接点の数をアレイの周囲に沿った画素の数以下まで減少させる。更に、アレイの特定の１つの行にある画素の全てのＦＥＴのゲートに装着された走査線が起動されるときに、その行全体が同時に制御される。特定の行にある各々の画素はＦＥＴを介して、フォトダイオードに対して電荷を回復するために読み出し電子回路により使用される別個のデータ線に接続されていることに注意すべきである。従って、各行が起動又は読み取りイネーブルされるたびに、読み取り電子回路により列ごとに個別のデータ線を介してその行にある各画素について同時に電荷が回復される。そのため、各データ線は関連する専用の読み出しチャネルを有する。
【０００７】
使用中、検出器の画素場所で発生された信号はサンプリングされ、デジタル化される。デジタル値は処理回路へ送信され、そこでフィルタリングされ、スケーリングされ、画像データセットを生成するために更に処理される。その後、データセットは結果画像を再構成するため、コンピュータモニタなどに画像を表示するため、画像を従来の写真フィルムに転写するためなどに使用される。医療を目的とした撮影の分野においては、画像は主治医やＸ線技師が患者の物理的症状を評価し、疾患及び外傷を診断する際に使用される。
【０００８】
先に説明したような面積の広い固体検出器アレイは、医療分野での撮影、デジタル再生及び非破壊試験などのデジタル撮影への適用に関して解決策を提供する。この種の検出器はすぐれた画像データを提供するが、より一層の改善が必要である。例えば、空間分解能の高い、画素サイズの小さな検出器では、収集フレーム速度が遅くなる。更に、画素サイズが一定であれば、大型の検出器は必要とされる支援電子回路の費用の関係で一般に高価になり、また、同じ帯域幅を有する小型の検出器ほど速いフレーム速度を支援しない。特定の用途を目標とする場合、その用途に関して検出器の性能を最適にするために、検出器の設計で何らかの妥協を行うことが多い。その結果の１つは、通常は高いフレーム速度を支援する帯域幅を持たない小さな画素を含む大型の検出器である。
【特許文献１】
欧州特許出願公開第ＥＰ０８３３５０５Ａ号
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、画質を低下させる他の変数に影響を及ぼすことなく収集フレーム速度を増加させるように設計された技法が必要とされている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような必要性に対応したデジタル検出器の構成を特徴としている。本発明の技法の１つの面は、検出器の複数の個別の画素から信号を収集する方法を提供する。検出器は画素の行及び列から成る行列を含み、各々の画素は放射線源から受け取られる放射線に基づいて、改善されたフレーム速度で信号を発生するように構成されている。
【００１１】
本発明の技法の別の面は、放射線源と、放射線源を調整するための制御回路と、放射線源から放射線を受け取り、その放射線から信号を発生する検出器とを含む撮影システムに関する。検出器は、複数の走査線に結合された複数の行及び複数の列を形成する画素のアレイを有し、各走査線は複数の画素の行に結合されている。検出器は縮小された視野の中で露光を処理するように構成されている。
【００１２】
本発明の技法の更に別の面は、複数の行及び複数の列を成す画素のアレイを具備し、衝突する放射線に基づいて信号を発生するように構成された検出器に関する。検出器は複数の走査線を更に有し、各走査線は複数の画素の行に結合されている。更に、アレイの画素は、画素が走査されるときに、その走査により生成されるデータがデータ線を介してデータ収集サブシステムへ送信されるように、一連のデータ線に結合されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、個別画素画像データを収集し且つ処理する撮影システム１０を概略的に示す。図示されている実施例において、撮影システム１０は原画像データを収集し且つ本発明の技法に従って表示のために画像データを処理するように設計されているデジタルＸ線システムである。図１に示す実施例では、撮影システム１０は、コリメータ１４に隣接して配置されたＸ線放射源１２を含む。コリメータ１４は放射線の流れ１６を患者１８などの被写体が位置決めされている領域へ導く。放射線の一部２０は被写体又はその周囲を通過して、図中符号２２により指示されるデジタルＸ線検出器に当たる。以下に更に詳細に説明するが、検出器２２はその表面で受け取ったＸ線光子をより低いエネルギーの光子に変換し、その後、電気信号に変換する。それらの電気信号は収集され、被写体内部の特徴の画像を再構成するために処理される。
【００１４】
Ｘ線放射源１２は、検査シーケンスの給電信号と制御信号の双方を供給する電源／制御回路２４により制御される。更に、検出器２２は、検出器２２で発生される信号の収集を指令する検出器コントローラ２６に結合されている。検出器コントローラ２６は、ダイナミックレンジの初期調整、デジタル画像データのインタリービングなどの様々な信号処理機能及び信号フィルタリング機能を更に実行できる。電源／制御回路２４と検出器コントローラ２６は、共に、システムコントローラ２８からの信号に応答する。一般に、システムコントローラ２８は検査プロトコルを実行し且つ収集された画像データを処理することを撮影システムの動作に指令する。本発明に関しては、システムコントローラ２８は、通常は汎用デジタルコンピュータ又は特定アプリケーション向けデジタルコンピュータに基づく信号処理回路と、コンピュータにより実行されるプログラム及びルーチン、並びに構成パラメータ及び画像データを格納する関連メモリ回路、インタフェース回路などを更に含む。
【００１５】
図１に示す実施例では、システムコントローラ２８は図中符号３０により指示される表示装置又はプリンタのような少なくとも１つの出力装置にリンクされている。出力装置は標準コンピュータモニタ又は専用コンピュータモニタと、関連処理回路とを更に含む。システムパラメータの出力、検査の要求、画像の閲覧などのために、１つ以上のオペレータワークステーション３２をシステムに更にリンクしても良い。一般に、システム内に提供される表示装置、プリンタ、ワークステーション及びそれらに類似する装置はデータ収集用構成要素に対してローカルであっても良いし、あるいはインターネット、仮想専用ネットワークなどの１つ以上の構成可能なネットワークを介して画像収集システムにリンクされている研究機関又は病院内の他の場所、又は全く別の場所などの、データ収集用構成要素から遠く離れた場所に配置されていても良い。
【００１６】
図２は、デジタル検出器２２の機能要素の概略図である。図２は、通常は検出器コントローラ２６の内部に構成される撮影検出器コントローラ、略してＩＤＣ３４を更に示す。ＩＤＣ３４はＣＰＵ又はデジタルシグナルプロセッサと、検出器からの感知信号の収集を指令するメモリ回路とを含む。ＩＤＣ３４は２方向光ファイバー導線を介して検出器２２内の検出器制御回路３６に結合されている。これにより、ＩＤＣ３４は、動作中、検出器内部で指令信号を画像データと交換する。
【００１７】
検出器制御回路３６は図中符号３８により指示される電源からＤＣ電力を受け取る。検出器制御回路３６は、システムの動作のデータ収集段階の間に画像データを収集するために使用される行電子回路及び列電子回路に対してタイミング指令及び制御指令を発生するように構成されている。従って、検出器制御回路３６は基準／調整器回路４０へ電力信号及び制御信号を送信し、基準／調整器回路４０からデジタル画像画素データを受信する。
【００１８】
この実施例においては、検出器２２は、検査中に検出器表面で受け取ったＸ線光子をより低いエネルギーの（光）光子に変換するシンチレータから構成されている。その後、光検出器のアレイが光光子を光子の数、すなわち、検出器表面の個々の画素領域に当たった放射線の強さを表す電気信号に変換する。読み取り電子回路は得られたアナログ信号をデジタル値に変換し、それらのデジタル値を処理し、格納し、画像の際構成に続いて表示装置３０又はワークステーション３２などで表示することができる。この実施形態では、光検出器のアレイはアモルファスシリコンから形成されている。アレイ要素は行と列を成して編成されており、各要素は１つのフォトダイオードと、１つの薄膜トランジスタから構成されている。各フォトダイオードの陰極はトランジスタのソースに接続され、全てのダイオードの陽極は負バイアス電圧に接続されている。各行のトランジスタのゲートは一体に接続され、行電極は以下に説明するように走査電子回路に接続されている。１つの列のトランジスタのドレインは一体に接続され、各列の電極は読み出し電子回路の個別のチャネルに接続されている。
【００１９】
図２に示す特定の実施例においては、一例として、行バス４２は、検出器の様々な行からの読み出しをイネーブルすると共に、必要に応じて行をディスエーブルし且つ選択された行に電荷補正電圧を印加する複数の導線を含む。列バス４４は、行が順次イネーブルされる間に列からの読み出しを指令する追加の導線を含む。行バス４２は、各々が検出器の一連の行のイネーブルを指令する一連の行ドライバ４６に結合されている。同様に、読み出し電子回路４８は検出器の全ての列の読み出しを指令するために列バス４４に結合されている。本発明の技法においては、検出器２２の部分読み出しを採用することにより画像収集速度を増加させている。
【００２０】
図示されている実施例においては、行ドライバ４６及び読み出し電子回路４８は検出器パネル５０に結合されている。検出器パネル５０は複数のセクション５２に分割されている。各セクション５２は行ドライバ４６のうちの１つに結合され、いくつかの行を含む。同様に、各列ドライバ４８は一連の列に結合されている。これにより、先に述べたフォトダイオードと薄膜トランジスタの構造は行５６及び列５８を成して配列された一連の画素、すなわち、個別ピクチャエレメント５４を規定する。行と列は高さ６２及び幅６４を有する画像行列６０を規定している。以下に説明するが、本発明の技法においては、行ドライバ及び列読み出し電子回路を介して読み出される画素の数も増加させることができる。
【００２１】
また、図２に示すように、各画素５４は、通常、列電極６８が行電極７０と交差する行と列の交差箇所に規定されている。先に述べた通り、薄膜トランジスタ７２は画素ごとに各交差箇所に設けられており、フォトダイオード７４も同様である。各行が行ドライバ４６によりイネーブルされるにつれて、各々のフォトダイオード７４からの信号は読み出し電子回路４８を介してアクセスされ、デジタル信号に変換され、その後、処理され、画像再構成に利用される。従って、アレイ中の１つの行にある画素の全てのトランジスタのゲートに接続された走査線が起動されるとき、その行の画素は同時に制御される。そのため、その特定の行にある各々の画素は、読み出し電子回路によりフォトダイオード７４に対する電荷を回復するために使用される１つのデータ線にスイッチを介して接続される。
【００２２】
尚、関連する専用読み出しチャネルの各々により１つの行にある全ての画素に対して同時に電荷が回復される間、読み出し電子回路は先の行からの測定値をアナログ電圧からデジタル値に変換していることに注意すべきである。更に、読み出し電子回路は２つ前の行からのデジタル値を収集サブシステムへ転送しており、収集サブシステムは診断画像をモニタに表示する前又は診断画像をフィルムに書き込む前に何らかの処理を実行する。従って、読み出し電子回路は、ある特定の１つの行の画素に関して電荷を測定又は回復する機能、先行する行の画素に関してデータを変換する機能、及び２つ前の行の画素に関して変換済みデータを転送する機能という３つの機能を同時に実行している。
【００２３】
図３は、一般に図２に概略的に示した構成要素の物理的配列の一例を示す。図３に示すように、検出器はガラス基板７６を含み、その上に以下に説明する構成要素が配置されている。基板上には列電極６８と行電極７０が設けられており、先に説明した薄膜トランジスタ及びフォトダイオードを含むアモルファスシリコンフラットパネルアレイ７８が規定されている。アモルファスシリコンアレイの上面に、先に説明したように検査シーケンスの間に放射線を受け取るシンチレータ８０が設けられている。列電極及び行電極との間で信号を通信するための接点フィンガ８２が形成され、接点フィンガと外部回路との間で信号を通信するための接点リード８４が設けられている。
【００２４】
検出器パネル２２の特定の構成、並びに行ドライバ及び列読み出しチャネルにより制御される行及び列へのパネルの分割に関しては、これに代わる様々な構成が可能であることに注意すべきである。具体的には、使用される行ドライバ及び列読み出しチャネルの数は図示されている数より多くても、あるいは少なくても良く、それにより、様々な行列寸法を有する検出器パネルを規定できるであろう。検出器パネル２２は垂直又は水平の中心に沿って分割するなどの方法により複数のセクションから成る領域に更に細分されても良い。
【００２５】
更に、検出器の読み出し電子回路は一般にパイプライン型構造を採用していることにも注意すべきである。例えば、１つの特定の行にある全ての画素に対して関連する専用読み出しチャネルの各々により同時に電荷が回復されている間に、読み出し電子回路は先行する行からの測定値をアナログ信号からデジタル信号に変換する。それと同時に、読み出し電子回路は２つ前の行からの測定デジタル値をデータ収集サブシステムへ転送する。データ収集サブシステムは、通常、診断画像を表示装置に表示するのに先立って何らかの処理を実行する。従って、本発明の技法における読み出し電子回路は３つの機能を同時に実行する。
【００２６】
図４は、複数の列線及び複数の行線を有する検出器の一例に配置された画素のアレイ８６を示す。画素のアレイ８６により示すように、各画素はトランジスタ７２と、フォトダイオード７４とを具備する。尚、アレイは複数の走査線８８、９０、９２と、複数のデータ線９４、９６及び９８とから構成されていることに注意すべきである。走査線８８、９０、９２は撮影プロセスの間に走査される画素の行を表す。同様に、データ線９４、９６及び９８は、画像データを表す信号情報が読み出し電子回路へ送信されるときに通過する画素の列を表す。当業者には理解できるであろうが、走査線は、通常、読み出し電子回路が移動される電荷の量を測定する間にフォトダイオードの再充電を制御する。次に、読み出し電子回路は、通常、各々の画素の行からのデータをデータ収集システムへ送信する。
【００２７】
図示されるように、走査線８８（図４にＮと指示されている）はその特定の行にある画素の各々に接続されている。更に、走査線８８は走査線／データ線の交差と、画素ＦＥＴのゲートとドレインとの間のキャパシタンスの双方によってデータ線の各々に容量結合されている。例えば、走査線８８はデータ線９４（図４にＫと指示されている）及びデータ線９８（Ｋ＋１）に容量結合されている。同様に、データ線の各々は走査線の各々に容量結合されている。従って、画素のアレイ８６について示されているように、走査線８８（Ｎ）、走査線９０（Ｎ−１）及び走査線９２（Ｎ＋１）はデータ線９４（Ｋ）、データ線９６（Ｋ−１）及びデータ線９８（Ｋ＋１）にそれぞれ容量結合され、その他の走査線とデータ線の結合も同様である。各データ線は通常は特定の１つの画素の列に接続され、各走査線は特定の１つの画素の行に接続されていることを理解すべきである。更に、図４の実施例には３０個の画素が示されているが、言うまでもなく画素アレイにこの他にも画素が含まれていても良いことに注意すべきである。
【００２８】
図５を参照すると、先に説明した種類の撮影システムを動作させる方法１００を示すフローチャートが示されている。まず、ステップ１０２により表されるように、オペレータによりＸ線露光が開始される。Ｘ線露光が完了すると、ステップ１０４により指示されるように、検出器２２内の読み出し電子回路が起動される。先に述べた通り、患者に対して露光を実行することにより、Ｘ線が患者を透過し、検出器により受け取られる。画素のアレイ８６は、通常、個々の画素の中に設けられているフォトダイオードを介して、検出器２２により受け取られたＸ線の強さを測定する。読み出し電子回路は、通常、ステップ１０６により指示されるように、各々のデータ線と関連する回路を利用して画素からデータを収集する。特定の１つの画素の行についてデータが収集されると、ステップ１０８により指示されるようにデータはデータ収集サブシステムへ送信される。特定の１つの画素の行からのデータがデータ収集サブシステムへ送信されている間に、次の画素の行からの信号がアナログからデジタルに変換される。更に、送信中の行の２つ先の行からの画素が走査され、読み取られている。このプロセスは検出器２２が、更に特定すれば全ての画素が読み出されるまで継続することを理解すべきである。その後、収集されたデータは処理され、最終的には露光領域の画像を再構成するために使用される。
【００２９】
図６は、撮影システムの一例で利用される検出器の機能回路及び対応する読み出し電子回路を示すブロック線図である。具体的には、図６は、各々がトランジスタ７２と、フォトダイオード７４とを具備する複数の画素５４を示す。各々の画素５４の対応するＦＥＴ７２に接続された走査線７０及びデータ線６８も示されている。更に、走査線７０は駆動電子回路１１２に接続されていることに注意すべきである。連続する各々の画素の行も同様に走査線により駆動電子回路１１２に接続されている。これに対し、各々のデータ線６８は対応する再充電測定部分回路１１４に接続されている。尚、各部分回路１１４は各々の画素５４に対して電荷を回復することに注意すべきである。更に、各部分回路１１４は放射線への露光の結果としてフォトダイオードが受ける放電を測定する。また、各部分回路１１４は変換部分回路１１６に接続されている。変換部分回路１１６は画素５４から受信されるアナログ信号をデジタル信号に変換するように構成されている。各々の回復／測定部分回路１１４は特定の変換部分回路１１６に接続されていることを理解すべきである。各変換部分回路１１６からの信号は、全体が図示されていない出力部分回路の一部を構成するラインバッファ１１８へ送信される。その後、ラインバッファはデータ収集サブシステム１２０へデジタルデータを出力する。
【００３０】
従って、要するに、駆動電子回路１１２が各々の画素の行を走査している間に、列線、すなわち、データ線は画素を再充電すると共に、関連するフォトダイオードの放電を測定する。その後、測定データは変換部分回路へ送信されて、アナログ信号からデジタル信号、すなわち、デジタルデータに変換される。次に、変換部分回路は画素ごとのデジタル信号をラインバッファへ送信し、ラインバッファはデータを収集し、画素のアレイを表す収集データをデータ収集サブシステム１２０へ出力する。
【００３１】
図７を参照すると、「Ｘ」行×「Ｙ」列から構成される検出器の正規の読み出しのタイミング図が示されている。具体的には、軸１２２及び１２４は撮影システム１０の機能を示す。軸１２２は患者の関心領域の撮影露光のパルスパターンを表し、これに従って検出器により画像信号が発生される。画像露光の時間に、軸１２２により示すように信号が供給され、検出器は軸１２４により指示するように信号を読み出す。従って、検出器が軸１２６から１３６により指示するように特定の１つの検出器行を読み出すとき、それらの行は順次イネーブル、すなわち、起動される。詳細には、軸１２６は、検出器の読み出しが開始されるときに起動される行１を示す。尚、軸１３８は検出器読み出し電子回路により実行される回復機能のパルスを示すことに注意すべきである。すなわち、軸１３８は図６に示すような回復部分回路１１４の動作を表す。更に、軸１３８は、画素が放電されるときに消耗された電荷の行ごとの回復を示す。例えば、行１は行１の画素が再充電されるときに軸１３８に沿ってハイレベルにあるように示されている。その後、行１に続いて行２が再充電され、それ以降も同様にして再充電が実行される。
【００３２】
軸１４０は検出器読み出し電子回路により実行されるリセット機能を示す。具体的には、リセット信号は画素の行の測定の準備をする。このように、軸１４０は、まさに起動されようとしている行の各画素の電荷の回復に先立つ回復部分回路１１４のリセットを示す。軸１４２は、読み出し電子回路の変換機能のパルスを表す。具体的には、図示されるように、変換プロセスは常に回復プロセスより１行分遅延する。更に、この実施例で表現するところの第１の行からの、この時点では変換が完了してデジタル形態であるデータを収集サブシステムへ転送できるのは、第３の行になってからである。いくつかの行に関する転送機能は軸１４４により示されている。軸１４６は１つの行からのデータの転送を表す。
【００３３】
従って、この例においては、Ｘ線露光はフォトダイオードを先に説明したように部分的に放電させる。露光が完了すると、１つの行の画素ごとに、行１から始めるなどして、ＦＥＴを起動することにより、検出器を読み出すプロセスが実行される。図示するように軸１２６に関して、各行が読み取られるにつれて、読み出し電子回路は各フォトダイオードの電荷を所望の電圧に達するまで回復する。放電は、各フォトダイオードを元の電荷まで回復するのに必要とされる電荷に基づいて読み出し電子回路により測定される。例えば、軸１３８により表される行２で電荷が回復される間、行１について測定されたアナログ信号は軸１４２に沿って表されるように変換される。次に、行Ｎ−１（軸１３０を参照）が軸１３８により表すように元の電荷まで回復されている間、行Ｎ−２の信号はデジタル信号に変換され（軸１４２を参照）、デジタル形態になっている行Ｎ−３の信号はデータ収集システムへ転送される（軸１４４を参照）。具体的には、図７に示す通り、行Ｎ−２はチャネル１から軸１４６により示されるチャネル「Ｘ」を介してデータ信号を送信している。
【００３４】
図８は、読み取られていない行をスクラビングすることなく行Ｎから始めて、「Ｘ」列のデータ全てを転送する検出器の省略読み出しのタイミング図を示す。具体的には、図８は、軸１３２、１３４及び１３６にそれぞれ対応する特定の行ＮからＹの検出器２２による読み出しを示す。尚、行１、行２及び行Ｎ−１は図８に示すスキーマでは活動していないことに注意すべきである。従って、先に行１について説明したように、回復軸１３８及び軸１３２により示す通り、行Ｎはその電荷が回復されている間に読み取られる。短時間の遅延の後、行Ｎ＋１が元の電荷まで回復される。その後、軸１３６及び回復軸１３８により指示するように、行Ｙの電荷が元の電荷まで再充電される。更に、軸１４０により示すように、各行のフォトダイオードの実際の充電の前に回復／測定部分回路１１４にはリセット信号が印加されることに注意すべきである。この実施例では、アナログ信号からデジタル信号への変換は変換軸１４２により示すように行ごとに実行される。詳細には、行Ｎの信号は行Ｎ＋１が再充電されている間にデジタル信号に変換される。同様に、行Ｙ−１の信号は行Ｙのフォトダイオードが再充電されている間にデジタル信号に変換される。更に、行Ｙの信号も同様に軸１４２により示すようにデジタル信号に変換される。
【００３５】
次に、軸１４６により１つの行について表されるように、デジタル信号はデータ収集システムへ転送される。図示されている実施例においては、行Ｙ−１からの信号がアナログ形態からデジタル形態に変換されるのと同時に、行Ｙ−２の信号がデータチャネルへ転送される。また、同時に行Ｙの画素が再充電されていることも理解すべきである。同様に、行Ｙ−１からの信号がデータチャネルへ転送されている間に、行Ｙからの信号はアナログ形態からデジタル形態に変換されている。従って、図８のタイミングからわかるように、露光により発生された信号を回復する機能、変換する機能及び転送する機能は、それぞれ、個別の行について順次、一連の行について時間の上で部分的に重複しながら実行される。
【００３６】
図９は、読み取られていない行をスクラビングすることなく行Ｎから始めて、「Ｘ／２」列のデータを転送する検出器の省略読み出しを示すタイミング図である。図９は一連の軸１２２〜１４６を示す。尚、この実現形態では検出器の読み出しは軸１３２により示すように行Ｎで始まることに注意すべきである。また、図示されているように、行Ｎが読み出された後、軸１３４及び１３６によりそれぞれ示すように、行Ｎ＋１と行Ｙが読み出される。行Ｎが読み出されている間、行Ｎを構成する画素のフォトダイオードは軸１３８により示すように再充電される。その後、短時間の遅延の後、行Ｎ＋１が再充電される。個別の行の起動に先立つ回復／測定部分回路１１４のリセットは軸１４０により示されている。その後、短い時間の後、行Ｙの画素は元の電荷まで回復される。更に、行Ｎ＋１の画素が再充電されている間、行Ｎから受信された信号は軸１４２により示すようにアナログ信号からデジタル信号に変換される。次に、行Ｙ−１からのデータ信号がアナログ信号からデジタル信号に変換されている間に、行Ｙの画素は再充電される。同様に、行Ｙからの信号は短時間の遅延の後にアナログ信号からデジタル信号に変換される。行Ｙ−１からの信号がアナログ形態からデジタル形態に変換され、且つ行Ｙの画素が再充電されている間に、行Ｙ−２からの信号は検出器からデータ収集システムへ転送される。具体的には、信号は軸１４６に示すように送信される。その後、行Ｙからの信号がデジタル信号に変換されている間に、行Ｙ−１からの信号はデータチャネルへ転送される。この図は、軸１４４により示すように行Ｙ−１からの信号の転送の後に、行Ｙから同様にして信号が転送されることを表している。
【００３７】
図１０は、Ｙ行×「Ｘ／２」列から構成される縮小視野を示すタイミング図である。この図では、行１から行Ｙは軸１２６〜１３６により示すように起動される。軸１３８〜１４６は検出器の回復機能、変換機能及び転送機能を示す。従って、軸１２４により示すような検出器の読み出しは軸１２６〜１４４により示されていることに注意すべきである。この図には、行１からＹの読み出しが示されている。先に説明した手続きと同様に、軸１２２及び１２４は撮影システム１０の露光機能と、読み出し機能とを示す。軸１２２は、撮影システムが患者の関心領域を露光することを表し、その画像信号は検出器により発生される。患者が放射線にさらされると、先に説明したように信号が供給され、検出器はそれらの信号を軸１２４により指示するように読み出す。従って、検出器の行が読み取られるにつれて、行は軸１２６から１３６により指示するように順次起動される。詳細には、軸１２６は、検出器の読み出しが開始されたときに起動される行１を示す。尚、先に説明したように、軸１３８は検出器読み出し電子回路により実行される回復機能を表すことに注意すべきである。軸１３８は図６に表されるような回復部分回路１１４の動作を表す。更に、軸１３８は、検出器の画素が露光により放電されるときに消耗される電荷の行ごとの回復を示す。例えば、行１は、行１の画素が再充電されるときに軸１３８に沿ってハイレベルにあるように示されている。ある長さの時間が経過した後、行２は再充電され、これ以降も同様である。次に、軸１４０は検出器読み出し電子回路により実行されるリセット機能を表すリセット軸を示す。リセット信号は画素の行の測定を準備する。従って、軸１４０は、各画素における電荷の回復機能に先立つ行ごとの回復／測定部分回路１１４のリセットを示す。軸１４２は読み出し電子回路の変換機能を表す。図示されるように、変換プロセスは常に回復プロセスより１行分遅延する。更に、この実施例で表現するところの第１の行からの、この時点では第２の行の回復の間に変換された後でデジタル形態になっているデータを収集サブシステムへ転送できるのは、第３の行になってからである。転送機能は軸１４４により示されている。
【００３８】
従って、この例においては、Ｘ線露光はフォトダイオードを先に説明したように部分的に放電させる。露光が完了すると、関心画素の各々についてＦＥＴを起動することにより、検出器を読み出すプロセスが実行される。図１０により表されるように、軸１２６は図示される通りに起動される。同時に、読み出し電子回路は各フォトダイオードの電荷を所望の電圧まで回復し、読み出し電子回路により放電が測定される。例えば、軸１３８により表される行２の画素の電荷が回復されている間に、行１について測定されたアナログ信号は軸１４２により表されるようにデジタル形態に変換される。次に、行Ｎ−１の画素の電荷が軸１３８により表されるように回復される間に、行Ｎ−２の信号はデジタル信号に変換され、且つ行Ｎ−３の信号はデータ収集システムへ転送される。具体的には、行Ｎ−２の信号は、図１０においては、軸１４６により示すようにチャネルＸ／４＋１からチャネル３Ｘ／４を介して送信されるとして示されている。
【００３９】
図１１は、読み取られていない行の並列スクラビングを伴って行Ｎから始まり、「Ｘ」列のデータの全てを転送する検出器の省略読み出しを表すタイミング図を示す。図１１は、軸１３０、１３２、１３４及び１３６に関して特定の行Ｎ−１、Ｎ、Ｎ＋１及びＹによる検出器２２の読み出しを示す。尚、行１及び行２はこの実現形態においては活動していることに注意すべきである。具体的には、検出器が露光されている時間中に、行１及び２の画素はスクラビングされる。従って、これらの行の画素の電荷は回復されるが、データの測定および収集は実行されない。軸１４０により示すように、各々の回復機能の前に短時間の遅延が規定されていることに注意すべきである。従って、短時間の遅延の後、軸１３４により表される行Ｎ＋１の画素の電荷は元の電荷まで回復される。その後、軸１３６及び回復軸１３８により指示するように、行Ｙの画素が再充電される。更に、軸１４０により示すように各行のフォトダイオードの実際の再充電が起こる前に、回復部分回路にリセット信号が印加されることに注意すべきである。この実施例では、アナログ信号からデジタル信号への変換は変換軸１４２により示すように行ごとに実行される。具体的には、行Ｎ＋１が再充電されている間に、行Ｎからの信号はデジタル信号に変換される。同様に、行Ｙのフォトダイオードが再充電されている間に、行Ｙ−１の信号はデジタル信号に変換される。更に、行Ｙの信号は軸１４２により示すようにデジタル信号に変換される。
【００４０】
先に述べた通り、変換されたデジタル信号は軸１４６により表されるようにデータ収集システムへ転送される。この実現形態においては、行Ｙ−１の信号がアナログ形態からデジタル形態に変換されるのと同時に、行Ｙ−２のデータは検出器コントローラ２６へ転送される。また、それと同時に、行Ｙの画素が元の電荷まで再充電されていることを理解すべきである。同様に、行Ｙ−１のデータが検出器コントローラ２６へ転送されている間に、行Ｙの信号はアナログ形態からデジタル形態に変換される。従って、図１１のタイミング図からわかるように、Ｘ線ビームの露光により発生される信号を回復する機能、変換する機能及び転送する機能は、それぞれ、行ごとに順次、検出器から読み取られる一連の行について時間の上で重複して起こる。
【００４１】
図１２は、本発明の技法のプロセスを表すフローチャートである。ステップ１５０により指示するように、関心被写体に対して初期Ｘ線露光が実行される。露光が実行される間、検出器２２は放射線の一部を受け取り、その後、ステップ１５２により指示するように検出器の読み出しが開始される。尚、検出器の読み出しは制御システムにより開始されることに注意すべきである。検出器の読み出しはステップ１５４により示すような各行の読み出しに先立つ回復部分回路のリセットと、ステップ１５６により指示するような画素の各フォトダイオードにおける電荷の回復とから成る。更に、ステップ１５８により示すように、測定されたアナログ信号はデジタル信号に変換される。検出器の読み出しは、ステップ１６０により指示するように、検出器電子回路からデータ収集サブシステムへのデジタル信号の転送を実行する。その特定の行の回復が実行されたならば、ステップ１６４により示すようにその行の読み出しは停止される。
【００４２】
次に、ステップ１６６により示すように後続の行の読み出しが始動される。先の行の場合と同様に、次の行の画素の読み出しはステップ１６８〜１７６により指示するようにリセット、回復、変換及び転送の各機能を開始することにより実行され、出力を発生する。同様に、その特定の行が読み出されたならば、ステップ１７８により示すように、この後、その行は活動停止される。次に、システムは、一般に、ステップ１８０により示すように次の行が読み取られるべき最後の行であるか否かを検査する。読み出したばかりの行が最後の行であった場合、ステップ１８２により指示するように検出器の読み出しは終了する。そうでない場合には、ステップ１６６により示すように次の行の読み出しが開始される。
【００４３】
図１３は、この実現形態において、先に説明したプロセスに類似するプロセスを実行するときの様々な段階を示す。図１３では全体を図中符号１８４により指示される実現プロセスにおいては、走査機能、変換機能及び転送機能を制御するためのコードは、この例では「次の行」と呼ばれる行変数を「第１の行」と呼ばれる初期値に設定するステップ１８６で始まる。ステップ１８８では、先に説明したように露光を実行する。尚、パルス露光及び連続露光を含めて、様々な型の露光を実行できることに注意すべきである。
【００４４】
露光が実行され、且つ露光中に検出器に入射する放射線により検出器が変化されると、ステップ１９０に指示するように再充電部分回路がリセットされる。その後、ステップ１９２に指示するように、現時点で「次の行」として指示されている行が読み出しのためにイネーブルされる。次に、ステップ１９４に指示するように待機期間が開始され、その行の画素の完全な再充電を実行するのに十分な時間が経過する。この待機期間に続いて、ステップ１９６に示すように「次の行」はディスエーブルされ、測定は完了する。
【００４５】
ステップ１９６に続いて、プロセスの残りの部分を通して先に説明した同時動作が実行される。すなわち、ステップ１９８に示すように、ステップ１９６の結果として得られた「次の行」に関する測定データがデジタル値に変換される。尚、この変換は読み出し電子回路の全てのチャネルについて並列して実行されることに注意すべきである。変換に続いて、ステップ２００で先に説明したようにデータは収集システムへ出力される。
【００４６】
変換動作と転送動作が実行されている間、図１３のステップ２０２に指示するように読み出しは継続している。具体的には、制御コードは「次の行」が走査されるべき検出器の「最後の行」であるか否かを判定する。走査される所望の最後の行が「次の行」の現在値ではない場合、プロセスはステップ２０４へ進み、「次の行」の値を増分する。変数「次の行」の値を増分した後、制御コードはステップ１９０に戻り、その行の画素の再充電、測定、変換及び転送を実行する。走査されるべき最後の行が再充電され、ステップ２０２の結果は肯定になったならば、プロセスはステップ２０６へ進み、コントローラは再充電された最後の行の変換及び出力の完了を待つ。ステップ２０８で、読み出しは完了したと指示され、コントローラは次の検査のためにステップ１８６に戻る。
【００４７】
画素サイズの小さい大型検出器でより速いフレーム速度を支援するための技法は検出器の一部のみを露光し、読み取ることに注意すべきである。従って、走査される行の数は少なくなり、転送されるデータも少なくなる。デジタル診断撮影部門では、これにより、検出器のフルサイズを表現する画像をネットワーク転送し、格納する場合と比べて、必要とされる記憶容量は少なくて済み且つネットワーク帯域幅も狭くて良い。許容視野と許容フレーム速度とのバランスをとらなければならない。従って、処理すべき視野が小さくなれば、フレーム収集速度は増加する。より小さな視野を選択した結果として、各行の最も長い処理機能が検出器により供給される信号の測定又は変換ではなくデータを転送する機能であり、行ごとに転送される画素の数が少なくなれば、更に時間を節約できるであろう。しかし、読み出し電子回路が実行する３つの機能のうちでデータ転送が最も長い時間を要する機能ではない場合であっても、測定及び変換について他に妥協点を見出すことは可能であろうということにも注意すべきである。
【００４８】
更に、この実施例においては、検出器の駆動電子回路は別個の入力と関連する高電圧出力を伴うシフトレジスタとして実現されている。一例として、正規の動作中、シフトレジスタへ１つのビットがシフトされる。第１の画素の行を読み取ることが望まれた時点で、入力信号が起動され、第１の行と関連する駆動電子回路の出力は「ＯＮ」状態とされる。その後、各画素の中のトランジスタは導通し、回復部分回路は第１の行にある画素のフォトダイオードを完全に回復するために必要な電荷を供給する。フォトダイオードを充電するのに十分な時間が経過した後、起動された入力信号は不作動状態となって、出力を「ＯＦＦ」状態に戻し、画素のトランジスタは導通を停止する。第２の行を駆動する準備中、シフトレジスタはクロッキングされ、内部ビットは第１の位置から第２の位置へ進む。第１のビットがシフトされるにつれて、連続する行を駆動するシーケンスはイネーブル、ディスエーブル、シフト、イネーブル、ディスエーブル、シフト、イネーブル、ディスエーブル等々となるであろう。
【００４９】
別の技法においては、検出器は個々の画素の特性が時間の経過に伴って劣化するのを防止するためにスクラビングを実行する機能を与えられる。先に説明したようなパルス露光の場合、露光中に縮小視野の一部として走査されていない画素の行をスクラビングすることができ、その時点で視野は読み取られていない。一度に２行以上をスクラビングすることが可能である。連続露光の場合には、先に述べたように画像の読み出しのたびに短い時間がスクラビングのために与えられ、それにより、視野の外の行をスクラビングできる。別の代替実現形態によれば、一度に２行以上をスクラビングし且つ読み出すことができる。更に、視野の一部であるデータのみを転送することにより、行ごとの時間を最短にすることができる。従って、視野を制限することで、第１に、読み出す必要がある行の数を減少させ、第２に、各行において転送される必要があるデータのデータチャネルの数を減少させることにより、２つの方法で読み出し時間が節約される。同様に、測定と変換とについて別の妥協点を見出すことも可能であろうということに注意すべきである。
【００５０】
検出器の（中心ではなく）縁部に沿って限定視野が規定される場合、獲得される本発明のもう１つの利点は、患者を検出器に対して位置決めするときのアンギュレーションが改善されるということである。検出器の縁部に沿って限定視野を規定すると、患者に対して「正規の」角度以外の角度で発生されるＸ線の検出を要求するような検査手続きにおいて、検出器を患者により近接させて位置決めすることが可能になる。
【００５１】
本発明では様々な変形及び代替形態を実施できるであろうが、一例として図面に特定の実施例を示し且つ詳細に説明した。しかし、本発明は開示された特定の形態に限定されるべきでないことを理解しなければならない。本発明は特許請求の範囲により定義される本発明の趣旨の範囲内に入る全ての変形、等価の構成及び代替構成を含む。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の技法を利用できるデジタルＸ線撮影システムの概略的な概要図。
【図２】 再構成時に画像データを作成するための図１のシステムの検出器における機能回路を示す概略図。
【図３】 画像データを作成する検出器構造の一例を示す部分断面図。
【図４】 検出器の一例における画素の行及び列を示す概略回路図。
【図５】 画像データを提供するために撮影システムの一例を動作させる方法を表すフローチャート。
【図６】 検出器の一例の接続を示すブロック線図。
【図７】 検出器の一例の読み出し動作を示すタイミング図。
【図８】 本発明の技法により利用される読み出し動作を示すタイミング図。
【図９】 図８に示すような読み出し動作に代わる読み出し動作を示すタイミング図。
【図１０】 検出器の一例における縮小視野の読み出し動作を示すタイミング図。
【図１１】 読み出し動作とスクラビング動作を同時に開始する本発明の技法を示すタイミング図。
【図１２】 本発明の技法を実行するときに利用されるステップの例を示すフローチャート。
【図１３】 一実現形態に従って本発明の技法を実行するときの特定の段階を幾分詳細に示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…撮影システム、２２…検出器、２４…電源／制御回路、２６…検出器コントローラ、２８…システムコントローラ、３０…出力装置、３２…オペレータワークステーション、４６…行ドライバ、４８…読み出し電子回路、５０…検出器パネル、５４…画素、５６…行、５８…列、６０…画素行列、６８…列電極、７０…行電極、７２…薄膜トランジスタ、７４…フォトダイオード、７８…アモルファスシリコンフラットパネルアレイ、８６…画素のアレイ、８８、９０、９２…走査線、９４、９６、９８…データ線、１１２…駆動電子回路、１１４…回復／測定部分回路、１１６…変換部分回路、１１８…ラインバッファ

Claims (10)

1. 撮影システム用の検出器において、
   複数の行（５６）及び複数の列（５８）を形成し、且つ前記検出器（２２）に衝突する放射線に基づいて信号を発生するように構成された画素のアレイ（６０）と、
   各々がそれぞれ対応する１つの画素の行に結合されている複数の走査線（８８、９０、９２）及び各々がそれぞれ対応する１つの画素の列に結合されている複数のデータ線（９４、９６、９８）と、
   信号の読み出しのために画素の行をそれぞれ対応する走査線に選択的に結合し且つ画素の列をそれぞれ対応するデータ線に結合し、放射線の衝突により放電された画素の行に電荷を再充電し、且つ第１の画素の行で電荷を回復するために必要とされる電荷を測定する読み出し部分回路（１１４）と、
   第２の画素の行が再充電されている間、同時に前記第１の画素の列における測定値を変換するように構成された変換部分回路（１１６）と、
   第３の画素の行が再充電され且つ前記第２の画素の行の測定値が変換されているのと同時に前記第１の画素の行が転送されるように、変換データをデータ収集システムへ転送するように構成された出力部分回路（１１８）とを具備する検出器。
2. 前記測定データはデータ収集システム（３２）に格納され、
   前記測定データは画像を生成するために利用される請求項１記載の検出器。
3. 前記読み出し部分回路（１１４）は特定の１つの画素の行（１２４）からデータを読み出すように構成され且つ別の特定の１つの画素の行（１３８）を別個にスクラビングするように構成されている請求項１記載の検出器。
4. 前記別の特定の１つの画素の行（１３８）は露光開始時間に対応する時間にスクラビングされる請求項３記載の検出器。
5. 前記変換部分回路は、前記読み出し部分回路から受信されるアナログ信号をデジタル信号に変換するように構成されており、
   前記変換部分回路（１１６）は測定及び変換済み信号を一連のデータチャネル（９４、９６、９８）から送信するように構成されている請求項１記載の検出器。
6. 前記検出器（２２）は画素のスクラビングを周期的に実行する請求項５記載の検出器。
7. 前記検出器（２２）は複数の行を別個にスクラビングし且つ読み出す請求項５記載の検出器。
8. 前記検出器はオペレータ制御システム（３２）により動作され、
   各々の画素（５４）は薄膜トランジスタ（７２）と、フォトダイオードとを含む請求項１記載の検出器。
9. デジタル検出器の所望の視野からの画像データを処理する方法において、
   複数の行（５６）及び複数の列（５８）を形成する画素のアレイを有する前記検出器（２２）に衝突する放射線に基づいて信号を発生する過程（１５０）と、
   各々がそれぞれ対応する１つの画素の行に結合されている複数の走査線（８８、９０、９２）及び各々がそれぞれ対応する１つの画素の列に結合されている複数のデータ線を介して前記検出器の読み出しを開始する過程（１５２）と、
   放射線の衝突により放電された各々の画素の行の画素を再充電し、且つ各々の画素に電荷を回復するために必要とされる電荷の量を測定する過程（１５６、１７０）と、
   第１の画素の行における測定値を変換し、且つ同時に第２の画素の行を再充電する過程（１５８、１７２）と、
   第３の画素の行が再充電され且つ前記第２の画素の行における測定値が変換されているのと同時に前記第１の画素の行の測定された再充電データが転送されるように、変換された再充電データをデータ収集システムへ転送する過程（１６０、１７４）とから成る方法。
10. デジタル検出器の所望の視野からの画像データを処理するシステムにおいて、
    複数の行及び複数の列を形成する画素のアレイを有する前記検出器に衝突する放射線に基づいて信号を発生する手段（７２、７４）と、
    各々がそれぞれ対応する１つの画素の行（５６）に結合されている複数の走査線（８８、９０、９２）及び各々がそれぞれ対応する１つの画素の列（５８）に結合されている複数のデータ線（９４、９６、９８）を介して前記検出器の読み出しを開始する手段（１１２）と、
    放射線の衝突により放電された各々の画素の行の画素を再充電し、且つ各々の画素に電荷を回復するために必要とされる電荷の量を測定する手段（１１４）と、
    第１の画素の行における測定値を変換し、且つ同時に第２の画素の行を再充電する手段（１１６、１１４）と、
    第３の画素の行が再充電され且つ前記第２の画素の行における測定値が変換されているのと同時に第１の画素の行の測定され且つ変換されたデータをデータ収集システムへ転送する手段（１１８）とを具備するシステム。

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