JP4652074B2 - 固体デジタルｘ線検出器を使用する改良されたデータ収集のための方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、一般に、Ｘ線イメージングに関する。特に、本発明は、デジタルＸ線検出器を使用する改良されたＸ線画像データ収集に関する。

Ｘ線画像は、多くの目的に使用することができる。例えば、対象物の内部の欠陥を検出することができる。加えて、内部構造又はアラインメントの変化を求めることができる。更に、画像は、対象物内の内部構造の存在の有無を示すことができる。Ｘ線イメージングから得られた情報は、医学及び製造を含む多くの分野で用途がある。

Ｘ線イメージングシステムは、通常、例えば、医師が正確な診断をするのに必要な情報を含む場合が多い、胸部、子宮頚管、脊骨、頭蓋、及び腹部の画像を取り込むのに使用される。Ｘ線イメージングシステムは、一般に、Ｘ線源及びＸ線検出器を含む。胸部Ｘ線画像が撮られる場合には、例えば、Ｘ線技師がＸ線検出器及びＸ線源を適切な高さに位置付けるときに、患者は自分の胸をＸ線検出器に接触して立つ。Ｘ線源によって発生したＸ線が、患者の胸を透過して進み、次にＸ線検出器が、線源によって生成され且つ身体の種々の部分によって様々な程度に減衰されたＸ線エネルギーを検出する。関連する制御システムがＸ線検出器から検出されたＸ線エネルギーを取得して、ディスプレイ上に対応する診断画像を作製する。

Ｘ線検出器は、例えばアモルファスシリコンフラットパネル検出器とすることができる。アモルファスシリコンは、構造的に非結晶タイプのシリコンである。画像画素は、フラットパネル上のスイッチに接続されたアモルファスシリコンフォトダイオードから形成される。シンチレータがフラットパネル検出器の正面に設置される。シンチレータは、Ｘ線源からＸ線を受信し、吸収されたＸ線に応答して発光する。光は、アモルファスシリコンフラットパネル検出器のフォトダイオードを作動させる。読み出し電子回路が、データ線（列）と走査線（行）によってフォトダイオードから画素データを取得する。画像は画素データから形成することができる。画像はリアルタイムで表示することができる。フラットパネル検出器は、画像倍増管よりも詳細な画像を提供することができる。フラットパネル検出器は、画像倍増管よりも高速の画像収集を可能にする場合がある。

固体フラットパネルＸ線検出器は、一般に、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）とフォトダイオードから構成される画素（ピクセル）のアレイを含む。ＦＥＴはスイッチとして機能し、フォトダイオードは光検出器である。ＦＥＴとフォトダイオードのアレイは、アモルファスシリコンから構成することができる。ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）のような化合物がアモルファスシリコン上に付着される。ＣｓＩはＸ線を吸収し、且つＸ線を光に変換する。次いで、光がフォトダイオードによって検出される。フォトダイオードはコンデンサとして機能し、電荷を貯蔵する。

検出器の初期設定はＸ線照射の前に行なわれる。検出器の初期設定の間に、該検出器はＸ線照射の前に「スクラブ」される。スクラブの間、各フォトダイオードには逆バイアスがかけられ、既知の電圧まで充電される。次に、検出器は、該検出器上に付着されたＣｓＩによって吸収されたＸ線に照射される。Ｘ線束に比例してＣｓＩによって放出された光は、影響を受けたフォトダイオードを導通させて、部分的にフォトダイオードを放電させる。Ｘ線照射の終了後は、各フォトダイオードの電圧は初期電圧まで回復される。影響を受けた各フォトダイオードに対して初期電圧に回復する電荷量が測定される。電荷の測定された量が、照射期間中に画素によって集積されたＸ線線量の測定値になる。

検出器は、アレイの構造に従って読み出され、又はスクラブされる。すなわち、検出器は走査線毎に読み出される。各フォトダイオードに関連するＦＥＴスイッチは、所与の走査線上のフォトダイオードの読み出しを制御するのに使用される。読み出しは、検出器によって生成された画像が、照射データ及び／又はオフセットデータなどのデータを含む時は常に行なわれる。スクラブは、データが画像を生成するために記憶又は使用されるのではなく、検出器からデータが破棄される時に行なわれる。スクラブはまた、アイドル期間中にフォトダイオードの適切なバイアスを維持するために行なわれる。またスクラブを用いて、例えばフォトダイオードの電荷の回復の遅れ又は不完全さの影響を低減することができる。スクラブは、フォトダイオードに対する電荷を回復させるが、電荷を測定することはできない。データがスクラブ中に測定される場合には、データは単に破棄される可能性がある。

固体Ｘ線検出器のスイッチング素子は、検出器に対して作製された幾つかの電気接点を最小にする。スイッチング素子が存在しない場合は、各画素について少なくとも１つの接点が検出器上に存在する。スイッチング素子の欠如は、複雑な検出器の生産を極めて高価にする。スイッチング素子は、検出器アレイの全周に沿う画素数よりも少ない数にまで接点数を低減する。アレイの内側の画素は、検出器アレイの各軸に沿って「連結」される。アレイの全ての行は、その行の画素のＦＥＴのゲートに取り付けられた走査線が作動するときに同時に制御される。行の画素の各々は、スイッチによって別々のデータ線に接続される。スイッチは、フォトダイオードに電荷を回復させるために読み出し電子回路によって使用される。各行が作動されると、行の画素の全ては個々のデータ線にわたる読み出し電子回路によって同時にそれぞれのフォトダイオードに電荷を回復させる。各データ線は、通常、そのデータ線に関連する専用の読み出しチャネルを有する。

画像の品質は、固体Ｘ線検出器の設計にとって重要な評価基準である。画像の品質を最大にするために、読み出し電子回路によって発生される雑音を最小にしなければならない。更に、画像に影響を与える電子雑音は、検出器アレイからデータを読み出すデータ線の抵抗及び静電容量によって影響を受ける可能性がある。画像雑音上のデータ線抵抗及び静電容量の影響を低減するために、検出器アレイのデータ線を半分に分割して、データ線の長さを短縮することができる。より短いデータ線は、各データ線の抵抗及び静電容量を低減する。読み出し電子回路は、分割データ線を読み出すために、検出器の１つの側ではなく２つの側に付加することができる。しかしながら、分割データ線を備えた読み出し電子回路は、同じ検出器読み出し速度を達成するために非分割データ線を備える読み出し電子回路の速度の１／２で動作できる。

更に、検出器電子回路は、モジュール性と再設定の容易さを提供するように基本的なビルディングブロックで構成することができる。例えば、スキャンドライバは、例えば２５６走査線用のドライバを組み込む小さなアセンブリにモジュール化することができる。読み出しチャネルは、例えば２５６データ線から信号を読み出し且つ該信号を変換する小さなアセンブリにモジュール化することができる。種々のイメージングシステムに適用される種々の固体検出器の大きさ、形状、アーキテクチャ、及び画素サイズは、使用されるスキャンモジュールとデータモジュールの配置及び数を決定する。

制御基板は、検出器を読み出すために使用される。プログラム可能なファームウェアを用いて、特定の検出器用の制御基板のプログラム可能な制御機能を適応させることができる。更に、基準及び調整基板（ＲＲＢ）を検出器と共に使用して、データを読み出すためにスキャン及びデータモジュールによって使用される、雑音の影響を受けやすい供給電圧及び基準電圧（動的変換基準を含む）を生成することができる。またＲＲＢは、制御基板によって生成された制御信号をモジュールに分配し、データモジュールによって戻されるデータを収集する。一般に、ＲＲＢは特定の検出器専用に設計される。制御基板とＲＲＢとの間のインターフェースは、異なる検出器への信号が同様のフォーマットであるような標準インターフェースとして実装することができる。

検出器の読み出しは、データモジュールから発生するパイプラインプロセスとして達成することができる。各走査線が作動されると（例えば、走査線Ｎ）、データモジュール読み出しチャネルが、走査線Ｎによって作動される該データ線の画素から信号（例えば電荷）を収集する。データモジュールが走査線Ｎから収集された電荷を変換する間、データモジュールは走査線Ｎ＋１からの信号を収集することができる。次いで、データモジュールが走査線Ｎからの変換された（デジタル）データを転送又は出力し、走査線Ｎ＋１から収集された電荷を変換している間、電荷は走査線Ｎ＋２から収集することができる。データモジュールの各々からのデータは、空間的又は時間的な順序などの、一定の判断基準に基づいてバスに出力される。データは、データモジュールからＲＲＢを通り、次いで制御基板を通って流れる。制御基板では、データは、制御基板上のルックアップテーブル（ＬＵＴ）を通過し、次にフォーマッティングのための制御基板上の書替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラム可能なファームウェアを通過する。次いで、フォーマットされたデータは、光チャネル符号化デバイスなどの符号化デバイス、及びデータ直列化デバイスを経由して送信される。最後に、直列化電子データは、データが光ファイバー接続を介して制御基板から出る前に直列の光パルスに変換される。データがデータモジュールから出る時間とデータが制御基板から現れる時間の間に、有限の待ち時間が維持される。データは、データ経路に沿う複数のポイント位置で再登録することができ（例えば各レジスタで１つのクロック遅延を加える）、更に有限の待ち時間を維持することができる。

現在、スキャン及びデータモジュールと制御基板ハードウェアなどのプラットフォーム要素は、最も要求の厳しい用途のために設計される。従って、あまり要求の厳しくない、或いは異なる用途では、非効率的な性能を受ける。例えば、血管イメージングは、高いフレームレートで信号のごく低いレベルの収集を必要とするデータモジュールの要求の厳しい用途である。血管イメージングでは、データモジュールは、胸部Ｘ線撮影などの他の用途よりも多くのパワーを消費する可能性がある。更に、検出器の多くは、一般にパイプライン方式で動作されるので、検出器の収集フレームレートを増大させることは、同程度の速度で同時に動作する複数のプロセスを最適化が必要となる。従って、検出器の読み出し及び収集フレームレートを最適化するための簡単なシステム及び方法が強く望まれる。

加えて、データモジュールは、現在、カスタム集積回路を使用して設計される。カスタム集積回路は、開発及び改良に多大な時間を必要とする。
米国特許第６４１５０４９号

従って、カスタム集積回路の開発に頼ることなく、より速いフレームレートを達成するためのシステム及び方法に対する必要性が存在する。

従って、デジタルＸ線検出器を使用する改良されたＸ線画像データ収集に対する必要性が存在する。

本発明の幾つかの実施形態は、デジタルＸ線検出器を使用する改良されたＸ線画像データ収集のための方法及びシステムを提供する。１つの実施形態において、この方法は、検出器において走査線のグループを定義する段階と、検出器のデータ線を走査線のグループと関連付ける段階と、関連するデータ線を使用して走査線のグループから画像データを読み出す段階とを含む。走査線は、複数の画素に接続される。

また、この方法は、検出器のける関心領域を定義する段階を含むことができる。画素は関心領域に関する画像データを取得する。更に、この方法は、関連するデータ線を使用して走査線のグループの各々の少なくとも１つの走査線から画像データを読み出す段階を含むことができる。或いは、この方法は、関連するデータ線を使用して走査線の交互するグループから画像データを読み出す段階を含むことができる。この方法は、複数のデータ線を使用して読み出された隣接する画素から画像データをビンする段階を含むことができる。１つの実施形態において、読み出し時間を最小にする（フレームレートを最大にする）ように、検出器を読み出す間の任意の所与の時間に１つの読み出しが１つのグループにつき取得される。

１つの実施形態において、この方法は、Ｘ線検出器における関心領域を定義する段階と、画像データを生成するために対象物をＸ線に照射する段階と、Ｘ線検出器の位置に基づいて走査線のグループを関連付ける段階と、走査線のグループに基づいてＸ線検出器から画像データを読み出す段階とを含む。走査線は複数の画素を含む。この方法は、データモジュールを走査線の交互するグループと関連付ける段階を含むことができる。データモジュールは、データ線を使用して走査線のグループから画像データを読み出す。また、この方法は、走査線のグループの各々の走査線から画像データを同時に読み出す段階を含むことができる。この方法は、一度に読み出される隣接する画素から画像データを合計する段階を含むことができる。１つの実施形態において、画像データはパイプライン方式でＸ線検出器から読み出される。画像データは、検出器アレイの中心で分割された複数のデータ線を使用してＸ線検出器から読み出すことができる。

１つの実施形態において、改良されたＸ線検出器システムが、画像データを表す画素のアレイと、画素のアレイに接続する複数の走査線と、画素のアレイから画像データを読み出すための複数のデータ線と、画素のアレイから画像データを取得するための複数のデータモジュールとを含む。走査線は複数のグループに関連付けられる。複数のデータモジュールは、走査線のグループに基づいて複数のデータ線に沿って画像データを取得する。

データモジュールは、走査線のグループの各々における走査線から画像データを同時に読み出すことができる。またデータモジュールは、パイプラインプロセスで画像データを処理することもできる。複数のデータモジュールは、複数の走査線の交互のペアと関連付けることができる。またこのシステムは、データモジュールを使用して画像データを取得するための読み出し電子回路を含むことができる。１つの実施形態において、読み出し電子回路は、隣接する画素からの画像データ信号を合計する。

ある実施形態において、このシステムは、画素のアレイからの画像データ収集を制御するためのデータ収集システムを含む。このデータ収集システムは、画素のアレイのどこにでも関心領域を定義することができる。このシステムは、データモジュールを使用して画像データを読み出すためのデータ収集システムを含むことができる。データ収集システムは、データモジュールを使用して画像データを読み出すために分割データ線（例えば、画素のアレイの中心で分割された）を含むパネルと通信する。或いは、データ収集システムは、パネルの長さに延びるが、データ線が通過した全ての画素に接続されないデータ線を含むパネルと通信することができる。１つの実施形態において、システムは、データモジュールと出力との間で画像データを転送するための基準及び調整基板を含む。

１つの実施形態において、システムは検出器と共に使用するためのデータ収集ユニットを含む。データ収集ユニットは、複数の検出器走査線からデータを受け取るための複数のデータモジュールを含む。複数のデータモジュールは、少なくとも１つのバンクに編成される。またデータ収集ユニットは、データモジュール出力速度より速いデータインターフェース速度で複数のデータモジュールから画像データバスにデータを多重送信するためのマルチプレクサを含む。データインターフェース速度は、データモジュール出力速度の少なくとも２倍速い速度とすることができる。複数のデータモジュールからのデータは、複数のデータモジュールに外付けの少なくとも１つの保持レジスタ内に記憶することができる。またデータ収集ユニットは、パイプライン方式で複数のデータモジュールからデータを読み出すための複数のレジスタを含むことができる。

前述の要約並びに本発明の幾つかの実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面と共に読めばより理解されるであろう。本発明の説明の目的で、幾つかの実施形態が図面に示されている。しかしながら、本発明は添付図面に示された構成及び手段に限定されるものではないことを理解されたい。

図１は、本発明の実施形態に従って使用されるイメージングシステム１００を示す。イメージングシステム１００は、複数のサブシステムを含む。説明の目的で、イメージングシステム１００はＸ線システムとして説明されている。イメージングシステム１００は、検出器セルのアレイ１１５を含むＸ線検出器１１０、Ｘ線源１２０、シンチレータ１２５、及び対象物１３０などのサブシステムを含む。また、イメージングシステム１００は、読み出し電子回路１４５と共にデータ収集システム１４０を含む。１つの実施形態において、シンチレータ１２５は、検出器１１０の正面に位置付けられたスクリーンを含む。１つの実施形態において、検出器１１０は、アモルファスシリコンフラットパネル検出器である。対象物１３０は、撮像されることになる患者又は別の対象物とすることができる。

対象物１３０は、撮像用のイメージングシステム１００内に位置付けられる。１つの例示的なシステムにおいて、Ｘ線源１２０は、対象物１３０上に位置付けられる。Ｘ線検出器１１０は、対象物１３０の下に位置付けられる。シンチレータ１２５は、対象物１３０とＸ線検出器１１０との間に位置付けられる。Ｘ線がＸ線源１２０から対象物１３０を通過してシンチレータ１２５に送られる。シンチレータ１２５は、Ｘ線源１２０から対象物１３０を通過して送られたＸ線に応答して発光する。放出された光は、Ｘ線検出器１１０及びＸ線検出器アレイ１１５に送られる。例えば、シンチレータ１２５によって放出された光は、種々の程度まで検出器アレイ１１５のフォトダイオードをアクティブにし、又は放電させる。読み出し電子回路１４５は、基準及び調整基板（ＲＲＢ）又は他のデータ収集ユニットを含むことができる。ＲＲＢは、検出器１１０からデータ収集システム１４０にデータを転送するためのデータモジュールを収容し且つ接続することができる。読み出し電子回路１４５は、検出器１１０からデータ収集システム１４０にデータを送信する。データ収集システム１４０は、データから画像を形成し、該画像を記憶、表示、及び／又は送信することができる。

図２は、Ｘ線検出器１１０における固体Ｘ線検出器アレイ１１５の実施形態を示す。Ｘ線検出器アレイ１１５は、Ｘ線画像の画素に対応するセル２１０から構成される。セル２１０は、列２２０と行２３０で配列することができる。セル２１０は、行２３０に沿った走査線によって制御され、列２２０に沿ったデータ線によって読み出される。１つ又はそれ以上のセル２１０は、Ｘ線画像の１つ又はそれ以上の画素にマッピングされる。患者１３０の所望のデジタルＸ線画像を生成するために、画素がアクティブにされる。

図３は、Ｘ線検出器１１０内にある固体Ｘ線検出器アレイ１１５の実施形態の下位レベルの図を示す。各セル２１０は、フォトダイオード３２０と電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）３３０とを備える。データ線３４０及び走査線３５０は、検出器アレイ１１５のセル２１０の行列を相互接続する。データ線３４０は、セル２１０をデータ収集システム１４０の読み出し電子回路１４５に接続する。シンチレータ１２５は、セル２１０のアレイ１１５の上に位置付けられる。シンチレータ１２５は、衝突するＸ線に応答して発光する。フォトダイオード３２０から排出された電荷は、シンチレータのエリアによって放出された光（従ってＸ線強度）に対応する。読み出し電子回路１４５によって、データ収集システム１４０は、Ｘ線検出器アレイ１１５からＸ線画像データを収集する。

データ収集システム１４０は、データ線３４０及びデータモジュールを介してＸ線検出器アレイ１１５内のセル２１０に由来するデータ線３４０からの信号を受け取ることによってＸ線検出器アレイ１１５からのＸ線画像データを収集することができる。データ線３４０からの信号は、フォトダイオード３２０に回復された電荷によって生成することができる。フォトダイオード３２０で排出される電荷は、フォトダイオード３２０による光の吸収によって生じることができる。光は、シンチレータ１２５によるＸ線エネルギーの吸収に応答してフォトダイオード３２０のすぐ上のシンチレータ１２５によって放出される。ＦＥＴ３３０によって、フォトダイオード３２０に回復された電荷はデータ線３４０を通る信号として移動することができる。ＦＥＴ３３０は、データ収集システム１４０又は読み出し電子回路１４５のＦＥＴコントローラ（図示せず）によって作動させることができる。データ収集システム１４０によって受け取られる信号は、ＦＥＴ３３０とフォトダイオード３２０の電荷保持特性及び漏れ作用によって発生するオフセットを含むことができる。

検出器１１０のデータモジュールは、読み出し電子回路１４５と共に検出器アレイ１１０のセルからの画像データ信号を収集するために使用される。データモジュールの数と検出器１１０のデータ線とを２倍にすることで、検出器１１０からデータ収集システム１４０へのデータのスループットの速度が２倍になる。しかしながら、読み出し電子回路１４５の基準及び調整基板（ＲＲＢ）上のデータバスを占める単一のデータモジュールの出力速度は同じままである。更に、付加的なデータモジュールは、既存のデータ線とは別に他の線源からの信号を収集することができ、これは既存のデータモジュールによって読み込まれる。

１つの実施形態において、改良された検出器パネル１１０により付加的なデータモジュール用の接続が形成される。更に、走査線の幾何学的に別個の２つのセットに事前にグループ分けされた（例えば図３に示されるように上半分と下半分）検出器アレイ１１５の走査線は、付加的な領域に細分割される。例えば、アレイ１１５の走査線は、４つの走査線領域に分割される。４つの走査線領域は、交互の奇数と偶数の「ペア」を形成する。

図４は、本発明の実施形態による走査線の交互のペアを含む改良された検出器アレイ１１５を示す。検出器アレイ１１５の下半分は、例えば、第１グループ又は領域（グループＡ）に関連付けられた２つの走査線（Ｎ，Ｎ＋１）、続いて第２グループ（グループＢ）に関連付けられた２つの走査線（Ｎ＋２，Ｎ＋３）、続いてグループＡからの２つの走査線、グループＢからの２つの走査線などを、アレイ１１５の１つの端部に含む。検出器アレイ１１５の上半分は、グループＡ及びＢ間で同様に細分割することができる。１つの実施形態において、走査線の各グループは、データ線とデータモジュールのセットに関連付けられる。

図５は、本発明の実施形態に従って使用される関連の分割データ線と共に走査線のペアにグループ分けされた画素のクラスタを示す。１つの実施形態において、交互のグループが別個の読み出し電子回路１４５によって処理される。従って、パネル１１０の全体であるようには定義されないが、データ線の分割部を中心とする撮影領域は、読み出し電子回路１４５のデータモジュールの全てのセットからほぼ同じ数の動作サイクルを利用することができる。或いは、走査線が４つの別々の領域にグループ分けされる場合には、パネル１１０の中心の「半分」に定義された撮影領域は、読み出し電子回路１４５の半分をアイドル状態のままにし、読み出し電子回路１４５の全てを用いたパネル１１０全体を読み出すのと同程度の時間を利用する。パネル１１０の中央までデータ線を延ばし、別々のデータ線及び読み出し電子回路１４５に関連付けられた走査線のペアを交互にすることによって、より小さな撮影領域における読み出し時間が改善される。

１つの実施形態において、例えば、単一のデータ線ではなく２つのデータ線を、図５に示されるように検出器１１０上の画素間に通すことができる。例えば、２つの走査線ではなく４つの走査線が、データ線上のデータを読み出すために同時に作動することができる。４つの走査線は、検出器アレイ１１５の各グループからの１つの走査線を含む。例えば、１つの走査線は、検出器アレイ１１５の上半分のグループＡに関連付けられ、１つの走査線はアレイ１１５の上半分のグループＢに関連付けられ、１つの走査線は下半分のグループＡに関連付けられ、及び１つの走査線は下半分のグループＢに関連付けられる。検出器アレイ１１５の各半分の各グループからの１つの走査線は、読み出し電子回路１４５によってデータ線に沿って作動及び読み出すことができる。

検出器アレイ１１５のセル又は画素の交互のグループに走査線を割り当てることで、各ペアの両方の走査線を同時に作動させることによってより高速のデータ収集速度を達成することができる。「合計」機能は、例えば同時に読み出される４つの隣接する画素からの信号を組み合わせるためのデータモジュール内に実装することができる。従って、検出器１１０の読み出し時間が更に低減され、収集フレームレートが高くなる。４つの信号を組み合わせることによって、「撮像される」画素は検出器固有の画素の４倍の大きさになる。

読み出し時間の利点は、ビン又は非ビン読み出しモードのいずれかで実現できる。ビンモードでは、２つの隣接する走査線は同時に作動される。１つの実施形態において、走査線はペアで交互にされ、ペアの２つの隣接する走査線は、ビンモードのように同時に作動することができる。同様に、読み出し電子回路１４５は、ビンモードの隣接するデータ線からの信号を合計することができる。ビンにより、より一層多くの検出器アレイ１１５をより短時間で読み出すことが可能となる。しかしながら、分解能はビンモードにおいて制限することができる。ビンされた４つの画素（例えば２つの隣接する走査線の各々からの２つの隣接する画素）を読み出すには、１つの非ビン画素を読み出すときと同じ時間を必要とする。しかしながら、４つの画素からの信号が、より大きな組み合わせ画素を効率良く形成するために組み合わされるので、空間分解能は、個々の画素信号ほど高くはない。１つの実施形態において、ビンはペアにグループ分けされた走査線によりサポートされる。

検出器アレイ１１５において画素のグループを交互配置することにより、全アレイ１１５より小さな関心領域を読み出す際の速度が改善される。他の実施形態において、付加的なデータモジュールを追加して、検出器アレイ１１５のデータ線の少なくとも幾つかを短くすることができる。より短いデータ線は、抵抗及び静電容量が小さくなり、結果としてより低雑音となる。次いで、データ線接点が検出器１１０の端部に形成される。走査線の４つの非交互配置のセット、例えばアレイ１１５の中心の両側の２つとアレイ１１５の両端部上の２つを定義することで、外側領域に対してより短いデータ線と、中心の両側の領域に対してより長いデータ線とを結果として得ることができる。より長いデータ線は、端部に比べると、得られる画像の中心において付加的な雑音を生成する可能性がある。しかしながら、交互のグループからの２つの走査線を交互配置することにより、同じ長さのデータ線が得られる。

アレイ１１５の中心において全アレイ１１５より小さな関心領域が定義される場合、読み出し電子回路１４５のデータモジュールの全てを用いて画像を読み出すことができる。従って、速度の増大は、関心領域の大きさに関係なく維持される。しかしながら、より短いデータ線設計は、より小さな関心領域では速度の利点を享受することができない。現在のシステムでは、コリメーターとＸ線管の焦点は検出器１１０の中心に配向される。従って、より小さな関心領域は中心を含むことができるが、端部を含むことはできない。端部は、データモジュールを検出器１１０に接続するデータ線接点に隣接する。検出器素子の構造の改善と共に、より抵抗の小さいデータ線金属の使用などの検出器１１０の製造における進歩は、データ線の抵抗及び静電容量を低下させた。従って、より長いデータ線によって引き起こされる雑音が低減される。

検出器１１０は、関心領域を検出器アレイ１１５内のどこにでも定義できるようにする。１つの実施形態において、データ線の分割部に沿って関心領域を中心に配置するのではなく、データ線の分割部を移動させることができる。アレイ１１５の下半分の走査線の２つのグループとアレイ１１５の上半分の走査線の２つのグループではなく、例えば、２つの走査線の４つの回転するグループが定義される。例えば、グループＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤが定義される。

図６は、本発明の実施形態に従って使用される、関連する（非分割）データ線と共に走査線の４つの交互のペアにグループ分けされた画素のクラスタを示す。検出器アレイ１１５の端部から始まり、グループＡからの２つの走査線の後にグループＢからの２つの走査線が続く。グループＢからの２つの走査線の後に、グループＣからの２つの走査線が続く。グループＣからの２つの走査線の後に、グループＤからの２つの走査線が続く。グループＤからの２つの走査線の後に、グループＡからの２つの走査線が続く。グループは、アレイ１１５の反対側の端部に達するまで交互にされる。

１つの実施形態において、走査線の各グループは、データモジュールの別々のセットによって処理される。図６に示されるように、図６に表された各データ線は、互いの上部に位置付けられた２つのデータ線を含む。或いは、４つのデータ線が積み重ねられ、画像データを読み出すことができる。４つのデータ線を積み重ねることで、フォトダイオードはアレイ１１５内でより大きなスペースを占め、これによってより多くの光を収集することができる。しかしながら、データ線を積み重ねることで検出器アレイ１１５により多くの層を付加することになる。

関心領域が定義される場所に関係なく、関心領域がアレイ１１５の中心を含まない場合でも、データモジュールの全てが検出器アレイ１１５の読み出しを行なう。データ線が分割される場合は、検出器１１０の読み出しを行なうデータモジュールの半分を備えるアレイ１１５の１／２に対して関心領域を定義することができる。１つの実施形態において、パネル１１０のいずれかを定義した撮影領域又は関心領域は、読み出し電子回路の残りの１つ又は複数のセットに比べて読み出し電子回路１４５の１つ、２つ、或いは３つのセットからせいぜい２つの付加的な動作サイクルを使用する。定義された撮影領域が、例えば８つに均等に分割可能な幾つかの走査線を含む場合は、読み出し電子回路１４５の４つのセットは、ビン又は非ビンの読み出しモードのいずれかで定義された撮影領域を読み出すために同じ数のサイクルで動作する。

１つの実施形態において、読み出し電子回路１４５のデータモジュールは、２つの行で検出器パネル１１０に取り付けられる。分割データ線設計では、１つの行がアレイ１１５の半分に対してグループＡデータモジュールを収容する。第２の行が、アレイ１１５の半分に対してグループＢデータモジュールを収容する。非分割データ線設計では、検出器１１０の端部上の接点の内側の行がグループＡデータモジュールを収容し、接点の外側の行がグループＢデータモジュールを収容する。検出器１１０の別の他端部は、グループＣ及びＤを収容するための接点の内側及び外側の行を含む。

図７は、本発明の実施形態に従って使用される読み出し電子回路１４５の検出器基準及び調整基板（ＲＲＢ）７００を示す。検出器１１０のためのＲＲＢ７００又は他のデータ収集ユニットは、データモジュールを収容し、該データモジュールを修正された出力パイプラインと接続して、増大した転送又は出力速度を提供する。増大したデータ出力速度のために、ＲＲＢ７００のデータは、データモジュールに外付けの保持レジスタ内に登録又は格納される。データは、該データが検出器１１０のデータモジュールから出力される同じ速度で登録される。次に、データはデータモジュール出力速度の２倍の速度で多重送信される。データは、ＲＲＢ７００と読み出し電子回路１４５の制御基板との間のインターフェースの画像データバス上で多重送信される。他の実施形態において、制御基板は、データ転送速度を向上させるために、例えば光学構成要素を使用して実装することができる。ＲＲＢ７００は、従来のインターフェース速度の２倍などといった、向上されたデータインターフェース速度でデータを転送する。制御基板は、単一速度検出器及び／又は二倍速度検出器で機能するようにプログラムすることができる。

図７に示されるように、データモジュールは、２つのバンク７１０、７１５（例えばバンクＪ及びバンクＫ）に分割することができる。各バンク７１０、７１５のデータモジュールからのデータは、保持レジスタ７２０、７２５内に記憶される。保持レジスタ７２０、７２５内に記憶されたデータは、マルチプレクサ７３０において多重送信される。マルチプレクサ７３０によって、保持レジスタ７２０、７２５からのデータは読み出し論理ユニット７４０からの入力に基づいて画像データレジスタ７５０に送信することができる。論理ユニット７４０は、データモジュール及びデータ線が検出器１１０から読み出され、データが転送用にレジスタ７２０、７２５、７５０内に記憶される制御を助ける。

また図７は、本発明の実施形態に従って読み出される検出器１１０のタイミングダイアグラムを示す。出力７７０は、単一のクロック７６０に基づいた標準出力を示す。出力７９０は、クロック７６０の２倍の速度で動作するクロック信号による２倍データモジュール読み出し出力を示す。増加したクロック７８０と出力速度７９０は、検出器１１０からのより高速な画像データ収集を可能にする。

幾つかの実施形態において、イメージングシステム検出器は、従来のシステムにおける２倍の数の検出器読み出しチャネルを含む。従って、検出器パネルの読み出しは、例えば出力７９０によって示されるように、従来の検出器パネル読み出しの１／２の時間で行なうことができる。画素のグループ間で交互にすることによって、画素のアレイを２つの部分に分割するよりもより速い速度を達成することができる。均等に分配される検出器アレイにおいて分割数がより多いことによって、オペレータ又は読み出しプログラムは関心領域をより良好に分離することが可能となる。

１つの実施形態において、検出器パネル１１０にデータモジュールを付加することで、一般的な検出器パネルの接続数の２倍となることができる。各データモジュールについて接点の２つの行を検出器パネル１１０の上部及び下部に配置することができる。データモジュールのセットは、パネル１１０の上部及び下部の接点の各行に結合することができる。

１つの実施形態において、データモジュールは、検出器アレイ１１５からの画像データ信号のパイプライン処理を実施することができる。例えば、データモジュールは走査線Ｎからの信号を受け取ることができる。同時に、データモジュールは、走査線Ｎ?１からのアナログ信号をデジタルデータに変換することができる。更にモジュールは、データ収集システム１４０による処理のための走査線Ｎ?２からの変換されたデジタルデータを出力することができる。データモジュールは、統合されたデータ信号入力を収容することができ、且つ処理のためにデータモジュール内に信号入力を組み込むよう機能することができる。

走査線ドライバは、例えば高電圧出力を備える直列シフトレジスタのように実施することができる。検出器パネル１１０は、該検出器パネル１１０の上部に対するスキャンドライバの１つのセットと、検出器パネル１１０の下部に対するスキャンドライバの１つのセットの２つのスキャンドライバのセットとを有することができる。検出器１１０の上部のスキャンドライバは、検出器１１０を下向きに読み出し、検出器１１０の下部のドライバは検出器１１０を上向きに読み出す。１つの実施形態において、単一のビットではなく、４ビットをシフトすることができ（例えば、１０１０）、同時に２つの走査線を作動する。ビットは、検出器アレイ１１５の走査線の別のペアを作動させるために、１つずつ移動することができる。従って、システム１００は、どのビットが走査線ドライバに切り換えられるかに基づいて、どの検出器素子を作動するかを確定することができる。

このようにして、より高速の収集速度を必要とする用途で大面積の微細ピッチ固体Ｘ線検出器の読み出し時間が最小にされる。従って、画像収集の公称フレームレートの効率が２倍になる。また、フレームレートの増大は、検出器アレイ１１５より小さく且つデータ線長を中心としない関心領域の撮像及びそれから読み出されるデータのために維持される。更に、フレームレートの別の増大（例えば、４の係数による）は、検出器パネル１１０の固有空間分解能が重要でない用途において隣接する画素をビンすることによって達成することができる。

図８は、本発明の実施形態に従って使用されるデジタルＸ線検出器１１０の関心領域における改良されたデータ収集のための方法８００のフロー図を示す。最初に、ステップ８１０で、検出器アレイ１１５の走査線が検出器パネル１１０上の位置に基づいてグループ分けされる。例えば、検出器アレイ１１５の半分にある走査線の隣接するペアは、読み出されたデータについてグループ分けされる。

次に、ステップ８２０で、走査線のグループが１つ又はそれ以上のデータモジュールに関連付けられる。データモジュールはデータ線を利用して、関連するグループの作動された走査線の画素からデータを読み出す。走査線をグループ分けすることにより、複数のデータモジュールを同時に作動して検出器１１０からデータを読み出すことが可能となる。追加のデータ線にわたって一度に複数の走査線を読み出すことにより、収集フレームレートが向上する。また、複数の走査線読み出しは、検出器アレイ１１５にスクラブする時間を低減することができる。検出器アレイ１１６は、より完全に電荷を回復し、或いは有効な画像データにアーチファクトをもたらす可能性のある漏れの影響を排除するためにスクラブすることができる。スクラブの間に読み出されたデータは、画像生成のために使用されるのではなく廃棄される。

次に、ステップ８３０で、関心領域が定義される。関心領域は、検出器パネル１１０全体又はパネル１１０の一部分とすることができる。関心領域は、パネル１１０内の任意の場所に定義することができる。次いで、ステップ８４０で、イメージングシステム１００を使用して対象物が撮像される。Ｘ線は対象物を照射し、シンチレータに衝突してパネル１１０内のフォトダイオード３２０を放電させる。Ｘ線は対象物全体又は対象物の一部、或いは関心領域を照射して、シンチレータ上への入射Ｘ線の強度に比例してフォトダイオード３２０を放電させることができる。

次に、ステップ８５０で、データが検出器パネル１１０から読み出される。種々のグループからのデータは、複数のデータモジュール及びデータ線を使用して同時に読み出すことができる。例えば、走査線の４つのグループを定義することができる。４つのグループの各々からの１つの走査線を検出器アレイ１１５から同時に読み出すことができる。関連するデータ線の全てを使用して各々読み出された複数の走査線は、イメージングシステム１００の収集フレームレートを増大させる。

次に、ステップ８６０で、画像データを処理する。画像データは、例えば表示及び／又は記憶のための画像を形成するよう処理することができる。アーチファクト及び他のエラーを画像データ内で除去することができる。画像データにおいて関心領域を識別することができる。画像データは、例えば、組み合わせ、拡大、或いは他の処理を行なうことができる。読み出された複数の走査線は、画像におけるより大きな複合画素をもたらすことができる。画像は、画像データから生成することができ、表示、印刷、送信、及び／又は記憶することができる。

従って、本発明の幾つかの実施形態は、大面積の微細ピッチ固体Ｘ線検出器を、二方向又は小児科用途などの従来の検出器よりもより高速の収集フレームレートを必要とする用途に適用することを可能とする。幾つかの実施形態は、増加したフレームレートで検出器上の任意の場所の関心領域の識別及び撮像をサポートするシステム及び方法を提供する。従って、幾つかの実施形態は、撮像される対象物の関心領域にわたってより速い検出器読み出し及びより優れた制御を提供する。

幾つかの実施形態は、読み出される複数の走査線全体のフレームレートを増大させることによって、Ｘ線検出器アレイの読み出し時間を最小にする。また、検出器アレイ１１５全体よりも小さな関心領域を読み出す時間も最小にされる。データ線長を中心としない関心領域も、最小にされたデータ読み出し時間の恩恵を受ける。１つの実施形態において、フレームレートの付加的な増大は、検出器アレイ１１５の撮像されるエリアの大きさ又は位置に関係なく、検出器パネル１１０の固有の空間分解能を使用しない用途において隣接する画素をビンすることによって達成することができる。

本発明を幾つかの実施形態に関して説明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく本発明に種々の変更を行なうことができ、更に均等物で置き換えることができることは、当業者には理解されるであろう。更に、本発明の範囲から逸脱することなく本発明の教示に特定の状況又は材料を適合させるために、多くの修正を行なうことができる。従って、本発明は、添付の請求項の範囲内にある全ての実施形態を包含するが、開示された特定の実施形態に限定されるものではないことが意図される。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。

本発明の実施形態に従って使用されるイメージングシステムの図。 Ｘ線検出器の固体Ｘ線検出器アレイの実施形態を示す図。 Ｘ線検出器内の固体Ｘ線検出器アレイの実施形態の低レベル図。 本発明の実施形態に従って走査線の交互するペアを含む、改良された検出器アレイを示す図。 本発明の実施形態に従って使用される、関連する分割データ線と共に走査線のペアにグループ分けされた画素のクラスタを示す図。 本発明の実施形態に従って使用される、関連する（非分割）データ線と共に走査線の４つの回転するペアにグループ分けされた画素のクラスタを示す図。 本発明の実施形態に従って使用される読み出し電子回路のための検出器基準及び調整基板（ＲＲＢ）を示す図。 本発明の実施形態に従って使用されるデジタルＸ線検出器の関心領域に対して改良されたデータ収集のための方法のフロー図。

符号の説明

１００ イメージングシステム
１１０ Ｘ線検出器
１１５ Ｘ線検出器アレイ
１２０ Ｘ線源
１２５ シンチレータ
１３０ 患者
１４０ データ収集システム
１４５ 読み出し電子回路

Claims (9)

1. イメージングシステム（１００）のデータ収集のための方法（８００）であって、
   検出器（１１０）において、複数の画素と接続された走査線（３５０）のグループを定義する段階（８１０）と、
   前記検出器（１１０）の複数のデータ線（３４０）を前記走査線（３５０）のグループと関連付ける段階（８２０）と、
   前記関連する複数のデータ線（３４０）を使用して前記走査線（３５０）のグループから画像データを読み出す段階（８５０）と、
   前記関連する複数のデータ線（３４０）を使用して読み出された前記画像データのパイプライン処理を実施する段階と、
   を含み、
   前記走査線（３５０）の交互するグループの１つのグループからの前記画像データの読み出しと、前記走査線（３５０）の交互するグループの他方のグループからの前記画像データのデジタルデータへの変換が同時に実行される、方法。
2. Ｘ線検出器（１１０）における関心領域の画像データを取得するための方法（８００）であって、
   Ｘ線検出器（１１０）における関心領域を定義する段階（８３０）と、
   対象物（１３０）をＸ線に照射して、画像データを生成する段階（８４０）と、
   複数の画素を含む走査線（３５０）のグループを前記Ｘ線検出器（１１０）の位置に基づいて関連付ける段階（８１０、８２０）と、
   前記走査線（３５０）のグループに基づいて前記Ｘ線検出器（１１０）から前記画像データを読み出す段階（８５０）と、
   複数のデータモジュール（７１０、７１５）を複数の前記走査線（３５０）の交互するグループに関連付ける段階（８２０）と、
   前記関連する複数のデータ線（３４０）を使用して読み出された前記画像データのパイプライン処理を実施する段階と、
   を含み、
   前記走査線（３５０）の交互するグループの１つのグループからの前記画像データの読み出しと、前記走査線（３５０）の交互するグループの他方のグループからの前記画像データのデジタルデータへの変換が同時に実行され、
   前記複数のデータモジュール（７１０、７１５）の各々は、データ線（３４０）の１つ以上を使用して前記走査線（３５０）のグループの少なくとも１つから前記画像データを読み出すこと（８５０）を特徴とする方法。
3. 前記走査線（３５０）の交互するグループの１つのグループからの前記画像データのデジタルデータへの変換と、前記走査線（３５０）の交互するグループの他方のグループのデジタルデータへ変換された画像データの出力が同時に実行される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 同時に作動された複数のデータモジュールを使用して、前記走査線（３５０）のグループの各々における走査線（３５０）から前記画像データを同時に読み出される、請求項３に記載の方法。
5. 前記関連する複数のデータ線（３４０）を使用して読み出された隣接する画素からの画像データをビンする段階を更に含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 画像データを取得するためのＸ線検出器（１１０）であって、
   画像データを表す画素のアレイ（１１５）と、
   画素の前記アレイ（１１５）に接続する、複数のグループに関連付けられた複数の走査線（３５０）と、
   前記画素のアレイ（１１５）から前記画像データを読み出すための複数のデータ線（３４０）と、
   を備える前記Ｘ線検出器（１１０）と、
   前記走査線（３５０）のグループに基づいて前記複数のデータ線（３４０）に沿って前記画像データを取得する、前記画素のアレイ（１１５）から前記画像データを取得するための複数のデータモジュール（７１０、７１５）と、
   前記関連する複数のデータ線（３４０）を使用して読み出された前記画像データのパイプライン処理を実施する手段と、
   を備えるデータ収集ユニット（７００）と、
   を含み、
   前記走査線（３５０）の交互するグループの１つのグループからの前記画像データの読み出しと、前記走査線（３５０）の交互するグループの他方のグループからの前記画像データのデジタルデータへの変換が同時に実行される、イメージングシステム（１００）。
7. 前記複数のデータモジュール（７１０、７１５）は、前記画素のアレイ（１１５）の中心で分割されたデータ線（３４０）を使用して前記走査線（３５０）のグループの各々における走査線（３５０）から画像データを同時に読み出すことを特徴とする請求項６に記載のイメージングシステム（１００）。
8. 前記画素のアレイ（１１５）からの画像データ収集を制御するためのデータ収集システム（１４０）を更に備え、前記データ収集システム（１４０）が、前記画素のアレイ（１１５）のどこかに関心領域を定義することができることを特徴とする請求項６又は７に記載のイメージングシステム（１００）。
9. 前記複数のデータモジュール（７１０、７１５）が複数のバンクに編成され、
   データ収集ユニット（７００）が、データモジュール出力速度より速いデータインターフェース速度で前記複数のデータモジュール（７１０、７１５）から画像データバスにデータを多重送信するためのマルチプレクサ（７３０）と、
   を備える、請求項６乃至８のいずれかに記載のイメージングシステム（１００）。
   
   

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