射線照相成像系統的制作方法

專利名稱：射線照相成像系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種例如用于胸部和附肢骨骼的X射線乳房造影和照相的射線照相成像系統，諸如X射線成像系統。
背景技術：
對于用于醫學診斷的X射線成像的常規X射線成像系統，通常使用了這樣的成像系統照相膠片緊密粘附于熒光感光紙，使X射線圖像曝光，并且通過自動顯影裝置使X射線圖像顯影、定影、清洗并晾干。然而，近年來，鑒于具有簡單操作(諸如不需要顯影處理) 并且由于數字化數據而容易整理歸檔，替代膠片使用成像板(IP)的計算射線照相(CR)取代了常規成像系統。然而，在利用成像板(IP)方法的X射線成像設備中，必須使用掃描儀等來掃描并加載圖像以便在X射線照相之后獲得數字圖像。這在簡單性方面成為問題，因為需要幾分鐘來獲得圖像并且需要僅用于數據擦除的擦除器。因此，存在即將發生的向數字射線照相(DR)的最近轉變。在數字射線照相中，直接或間接把X射線圖像輸入到圖像輸入設備中以獲得圖形信號。數字射線照相的示例之一包括這樣的系統利用閃爍體把通過使用X射線而獲得的圖像轉換成可見光圖像，并且利用具有薄膜晶體管(TFT)的平板探測器(FPD)進行觀測。 這種系統具有這樣的特點與計算射線照相(CR)相比，使用更小的設備并且具有更好的影像質量。然而，這種系統具有一些缺點，諸如由于使用大型TFT面板而引起成本增加，以及由于TFT的大像素尺寸而引起分辨率降低下至3 lp/mm到4 lp/mm。另外，數字射線照相(DR)的另一示例包括組合使用閃爍體和多個CXD的公知方法，如參考文獻1中所示。這種組合使用閃爍體和多個CCD的方法通過使用便宜的CCD而在成本方面具有優點并且具有通過在光學系統中選擇放大率來設置任何分辨率的能力。然而，在動態范圍中存在問題，所述動態范圍是數字射線照相(DR)中的DR系統的主要性能因
ο將關于以下情況參照圖6描述有效圖像區域比四個區域傳感器用于在具有組合使用的閃爍體和多個CCD的常規射線照相成像設備中的射線照相成像探測器。圖6是描述構成參考文獻1中公開的常規射線照相成像設備中的射線照相成像探測器的區域傳感器的有效圖像區域比的示意圖。如圖6中所示，常規射線照相成像探測器200包括X射線閃爍體202，用于根據區域傳感器201上透射的X射線的劑量發射光以獲得成像信號。當成像區域大時，把成像區域分成多個區域。在本文中，當射線照相成像探測器200使用四個區域傳感器201時，X射線閃爍體202同樣分成四個。X射線閃爍體202上的四個單獨分割區域中的每一個稱為分割圖像區域202a。單獨分割圖像區域20 的圖像通過透鏡203會聚，并且該圖像形成在對應的區域傳感器201上。排列多個透鏡203以構成透鏡陣列203a。在對應的區域傳感器201上對一個分割圖像區域20 進行成像的這個區域稱為
4有效圖像區域201a。另外，區域傳感器201中的具有靈敏度的區域稱為可感覺圖像區域 201b。在本文中，有效圖像區域201a被成像得小于可感覺圖像區域201b以在外圍具有空間(在外圍提供未使用的像素)。有效圖像區域201a與可感覺圖像區域201b之比(有效圖像區域201a/可感覺圖像區域201b)稱為有效圖像區域比。另外，從四個分割圖像區域20加(S卩，總體X射線閃爍體20 創建的總體區域的圖像數據稱為總體圖像數據。通常，在用于數字射線照相(DR)的DR系統中使用的熒光體(閃爍體)根據IO6的 X射線劑量的寬變化而表現出具有基本上良好線性的響應(發射)，所述IO6的X射線劑量的寬變化的范圍為從在高靈敏度照相期間穿透人體的極弱X射線劑量(10—3 mR)到在低靈敏度照相期間的大X射線劑量(IO3 mR)。因此，隨后的光電轉換過程的響應方式是獲得這種寬動態范圍的關鍵。由于前述具有薄膜晶體管(TFT)的平板探測器(FPD)具有大像素尺寸，所以它具有相對寬的動態范圍。另一方面，CCD的光電二極管(PD)的動態范圍為IO3或更小，其不足以覆蓋熒光體(閃爍體)的發光特性。另外，由于參考文獻1中公開的常規射線照相成像設備使用普通CCD驅動方法，所以不能獲得具有寬動態范圍的圖像。關于用于解決該問題的裝置，如參考文獻2中所公開的，提出了一種熒光設備，在該設備中合成通過經過改變輻射到對象上的強度和劑量來對對象進行成像而獲得的多個成像信號以形成一個圖像。在參考文獻2中，多個X射線能級(其中改變X射線的強度或照射劑量)照射到對象上，并且能夠獲得具有寬動態范圍和更清楚明暗的圖像而沒有飽和的不可見部分或平整的陰影部分。參考文獻1 日本特開公布No. 2000-235709 參考文獻2 日本特開公布No. 03-38979。

發明內容
雖然參考文獻2中公開的常規熒光設備有可能獲得具有寬動態范圍和更清楚明暗的圖像，但是必須在強輻射劑量和弱輻射劑量之間改變照射到對象上的輻射劑量。因此， 該常規熒光設備具有這樣的缺點需要把強輻射照射到對象(人體)上。例如，關于X射線醫學診斷設備，鑒于對人體的有害影響，把強輻射照射到人體上不是優選的。即使在觀測物質的情況下，也存在由強輻射的照射改變樣本自身的狀態的可能性。在如參考文獻2中的由線傳感器包圍的線性區域中，不可能利用具有強輻射劑量或弱輻射劑量的過程來應付需要寬動態范圍的情況。本發明旨在解決上述傳統問題。本發明的目的在于提供一種能夠獲得具有更寬動態范圍的響應而不需要把強輻射照射到對象(人體)上的射線照相成像系統。根據本發明的射線照相成像系統包括輻射生成部分，用于生成輻射并把輻射照射到對象上；閃爍體部分，用于把來自對象的輻射轉換成光；成像部分，用于對來自閃爍體部分的光執行光電轉換并把所述光成像為對象的圖像；控制部分，用于針對由輻射生成部分的輻射的恒定劑量的照射而利用不同長度的曝光時間段多次從成像部分讀取成像信號， 并且控制以把來自多次讀出的成像信號的圖像數據合成為圖像，由此實現上述目的。
優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，在成像部分中，在控制部分的控制下執行至少一次長時間曝光和至少一次短時間曝光的至少兩次曝光，并且對應于至少一次利用所述長時間曝光和至少一次利用所述短時間曝光至少兩次執行由成像部分的讀取。仍然優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，所述長時間曝光為從50毫秒到500毫秒，而所述短時間曝光為從10毫秒到50毫秒。仍然優選地，根據本發明的射線照相成像系統還包括:A/D轉換部分，用于對從成像部分讀取的成像信號執行A/D轉換；和存儲部分，用于臨時存儲來自A/D轉換部分的圖形信號。仍然優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，所述存儲部分至少合成來自成像部分的所述長時間曝光的圖形信號和來自成像部分的所述短時間曝光的圖形信號。仍然優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，所述輻射生成部分利用足夠弱而不會對對象造成有害影響的輻射劑量來照射輻射。仍然優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，所述輻射劑量的范圍為 170 μ Gy (微格雷(microgray)) 士 20 μ Gy (微格雷)。仍然優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，所述成像部分包括多個光電二極管D，以二維排列以用于執行光電轉換；電荷轉移部分，用于讀取由光電二極管光電轉換的信號電荷并在預定方向上轉移該信號電荷；和輸出部分，用于把由電荷轉移部分所轉移的信號電荷轉換成電壓，并放大所轉換的電壓以允許輸出成像信號。仍然優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，所述成像部分被分成多個分割區域，所述多個分割區域中的每個分割區域包括多個光電二極管，以二維排列以用于執行光電轉換；電荷轉移部分，用于讀取由光電二極管光電轉換的信號電荷并在預定方向上轉移該信號電荷；和輸出部分，用于把由電荷轉移部分所轉移的信號電荷轉換成電壓，并放大所轉換的電壓以允許輸出成像信號。仍然優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，所述控制部分至少控制來自成像部分的所述長時間曝光的成像信號和來自成像部分的所述短時間曝光的成像信號的
信號輸出。仍然優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，在由輻射生成部分照射輻射的狀態期間，利用電子快門的定時來重置成像部分的電勢，在所述定時處溢漏信號上升；以及在溢漏信號上升所在的定時之前的時段定義為長曝光時間段或短曝光時間段之一，而在溢漏信號上升所在的定時之后的時間段定義為長曝光時間段或短曝光時間段中的另一個。仍然優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，在所述長曝光時間段和所述短曝光時間段期間溢漏電壓相同或者改變。仍然優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，所述成像部分由朝著所述閃爍體部分二維排列的固態成像陣列構成。仍然優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，所述閃爍體部分包括作為放大器提供在其中的圖像增強器。仍然優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，所述輻射是X射線、電子束、 紫外射線和紅外射線中的任何一種。仍然優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，所述射線照相成像系統使用
6幀累積驅動或場累積驅動中的至少一種，在所述幀累積驅動中通過把行分成奇數行和偶數行來執行從光電二極管的信號讀取，而在所述場累積驅動中通過把來自奇數行和偶數行的數據相加來執行從光電二極管的信號讀取。仍然優選地，在根據本發明的射線照相成像系統中，在多次讀取期間，通過幀累積驅動來執行包含有用信息的曝光以及通過場累積驅動來執行其它曝光。在下文中將描述具有上述結構的本發明的功能。在本發明中，針對由輻射生成部分的輻射的恒定劑量的照射而利用不同長度的曝光時間段來多次執行從成像部分讀取成像信號，并且從多次讀出的成像信號中獲得的圖像數據被合成為圖像。結果，把強輻射照射到對象(諸如人體和其它物質)上變得不必要，并且能夠獲得具有更寬動態范圍的響應。根據具有上述結構的本發明，針對由輻射生成部分的輻射的恒定劑量的照射以不同的曝光時間段多次執行從成像部分讀取成像信號，并且從多次讀出的成像信號中獲得的圖像數據被合成為圖像。因此，能夠利用足夠弱而不會對對象(諸如人體和其它物質)造成有害影響的輻射劑量來獲得具有更寬動態范圍的響應，而不需要如常規進行的那樣把強輻射照射到這種對象(諸如人體和其它物質)上。


圖1是示出根據本發明的實施例的X射線成像系統的基本部件的示例性結構的框圖。圖2是描述圖1中的CXD圖像傳感器1的示例性平面結構的示意圖。圖3(a)是圖2中的包括光電二極管PD的平面部分P的放大圖。圖3 (b)是圖3(a) 中的線A-B的橫截面圖。圖4是用于描述在圖1的射線照相成像系統20中通過X射線源的兩次發射的幀累積方法的寬動態范圍模式的各信號的時序圖。圖5是用于描述其中在圖1的射線照相成像系統20中在通過X射線源的一次發射的幀累積方法的寬動態范圍模式中使用電子快門的情況的各信號的時序圖。圖6是描述構成參考文獻1中公開的常規射線照相成像設備中的射線照相成像探測器的區域傳感器的有效圖像區域比的示意圖。20 X射線成像設備 1-12 CXD圖像傳感器
21閃爍體
22CCD控制器
23A/D轉換器
24存儲器
25X射線生成器
26主控制器
27算術單元
28個人計算機Φν1_Φν4 垂直轉移時鐘
T 電荷轉移脈沖
VCCD 垂直電荷轉移部分
PD 光電二極管
101 奇數行上的光電二極管
IOla 偶數行上的光電二極管
Tl 奇數行的PD長曝光時間段
Τ2 偶數行的PD長曝光時間段
Tll 奇數行的PD短曝光時間段
Τ12 偶數行的PD短曝光時間段
Τ21 處于黑電平的奇數行的PD短曝光時間段
Τ22 處于黑電平的偶數行的PD短曝光時間段
L 低強度X射線的照射時段
Ll 低強度X射線的長照射時段
L2 低強度X射線的短照射時段
OS 輸出信號
0UT1, OUTl 1, OUT 21 奇數行側信號輸出 0UT2, OUT 12, OUT 22 偶數行側信號輸出。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖詳細描述應用于X射線成像系統的根據本發明的射線照相成像系統的實施例。圖1是示出本發明的實施例中的X射線成像系統的示例性基本部件結構的框圖。在圖1中，根據本實施例的X射線成像系統20包括(XD圖像傳感器1至12，作為成像部分以用于對待成像為對象的圖像的來自將在稍后描述的閃爍體21的可見光(諸如熒光)執行光電轉換；閃爍體21，作為閃爍體部分以用于把來自對象的輻射轉換成光(在本文中為熒光)；CXD控制器22，用于控制來自CXD圖像傳感器1至12的成像信號的讀取； A/D轉換器23，作為A/D轉換部分；存儲器24，作為存儲部分以用于圖像合成處理；X射線生成器25，作為輻射生成部分以用于生成輻射(X射線、電子束、紫外射線和紅外射線；在本文中它為X射線)并把該輻射照射到對象上；主控制器沈，用于控制CCD控制器22和存儲器對的工作定時；算術單元27，用于執行預定圖像處理；和個人計算機觀，用于屏幕顯示， 其中這十二個CXD圖像傳感器1至12被劃分為一個塊，并且為這十二個CXD圖像傳感器1 至12中的每一個CXD圖像傳感器提供用于CXD驅動的CXD控制器22和A/D轉換器23。CCD控制器22和主控制器沈構成控制部分，該控制部分針對由輻射生成部分的恒定劑量的輻射的照射而利用不同長度的曝光時間段多次從CCD圖像傳感器1至12讀取成像信號，并且利用存儲器M將從多次讀出的成像信號中獲得的圖像信號合成為圖像。CXD圖像傳感器1至12中的每個CXD圖像傳感器是CXD固態成像元件，并且由用作用于對來自閃爍體21的熒光的成像光執行光電轉換以從該成像光捕捉圖像的多個光接收部分的多個光電二極管構成。在這種情況下，成像部分被分成多個分割區域，每個分割區域由CXD圖像傳感器1至12構成并且CXD圖像傳感器1至12中的每個CXD圖像傳感器包括多個光電二極管PD，以二維排列以用于執行光電轉換；電荷轉移部分，用于讀取由光電二極管PD光電轉換的信號電荷并在預定方向上轉移該信號電荷；和輸出部分，用于把由電荷轉移部分所轉移的信號電荷轉換成電壓，并放大所轉換的電壓以允許輸出成像信號。由用作CXD固態成像元件的CXD圖像傳感器1至12照相的X射線劑量的范圍為從0 μ Gy到 50 μ Gy,并且針對長時間曝光的曝光時間段為從50毫秒到500毫秒，而針對短時間曝光的曝光時間為所述長時間曝光的十分之一或更少。閃爍體21是針對輻射(諸如X射線)的光接收傳感器，它由當利用電離輻射被照射時發射熒光的物質制成。閃爍體21定位為朝向CCD圖像傳感器1至12，CCD圖像傳感器 1至12中的每個CCD圖像傳感器由二維排列的固態成像陣列構成。可以把圖像增強器(放大器)添加到閃爍體21。CXD控制器22執行信號讀取控制以連續控制把信號電荷讀取脈沖輸出到CXD圖像傳感器1至12并且允許來自CXD圖像傳感器1至12的數據(多個成像信號)輸出到A/D 轉換器23。A/D轉換器23對從CXD圖像傳感器1至12連續讀出的成像信號執行轉換成圖像數據的A/D轉換。存儲器M臨時存儲由A/D轉換器23對其執行了 A/D轉換的圖像數據(多個成像信號)。存儲器M用于把來自長時間曝光的成像信號和來自短時間曝光的成像信號合成為圖像。首先到達的來自長時間曝光的成像信號被存儲在存儲器M(幀存儲器)中，并且隨后到達的來自短時間曝光的成像信號和存儲在存儲器M (幀存儲器)中的成像信號被處理以彼此相加從而合成為圖像，因此示出明暗的差異。如此，具有清楚明暗的圖像與平整的圖像重疊，從而能夠獲得清晰的圖像。X射線生成器25生成作為輻射的X射線并把X射線照射到待測量的對象或物體上。在下文中，將詳細描述在這種情況下的X射線的照射能量(單位mR或劑量)。X射線劑量根據照相地點或照相距離而變化。對于胸部照相，利用“大約120 kV, 3 mAs到5 mAs, SID (管形燈焦點到待照相的物體之間的距離)180 cm，利用格柵”進行胸部照相。這是不會對人體或者對樣本自身的狀態造成有害影響的弱X射線劑量，因為不優選把強輻射劑量照射到人體上，并且即使對于物質的觀測也不優選允許樣本自身的狀態由于這種輻射的強照射而改變。在穿過病人或格柵之后，劑量顯著降低并撞擊熒光板，并且因此轉換的熒光由CCD 固態成像元件照相。在這個階段，例如，120 kV和5mAs (管電流和照相時間)的指示導致 120 kV 125 mA 40毫秒(5 mAs=125 mAXO. 04秒)等。在這個階段，X射線劑量范圍為 170 μ Gy (微格雷)士 20 μ Gy (微格雷)。這意味著大約170 μ Gy (微格雷)的X射線劑量照射到病人上。根據測試結果，在CCD固態成像元件的情況下，在穿透病人或格柵之后的劑量的最大值為大約50 μ Gy (微格雷)。因此，C⑶固態成像元件檢測范圍從O到50 μ Gy (微格雷)的X射線劑量以進行成像。然而，這種X射線劑量取決于熒光板的性能。對于暗熒光板，需要較大的劑量，而對于亮熒光板能夠利用較小的劑量來執行照相。
固態成像元件以在熒光板處被轉換的熒光的形式接收X射線。由于固態成像元件的動態范圍比熒光板的動態范圍窄，所以具有窄響應范圍的固態成像元件利用不同長度的累積時間段來讀取多次的熒光累積，使得能夠最大限度地利用熒光板的性能。結果，即使在具有常規固態成像元件的系統中對于超過響應范圍的劑量而言像素飽和或者對于低于響應范圍的劑量而言不存在像素響應的情況下，獲得圖像也變成可能。主控制器沈是定時控制部分，用于通過控制CXD控制器22來控制從CXD圖像傳感器1至12向A/D轉換器23輸出數據的定時和從A/D轉換器23向存儲器M輸出數據的定時。主控制器沈以這樣的控制方式控制CXD控制器22，即在CXD圖像傳感器1至12中的各光電二極管PD處在一個照相機會期間至少兩次執行利用不同長度的累積時間段的信號累積及其信號電荷的讀取，并且讀出的信號電荷由外部信號處理電路(在本文中為存儲器24)合成。算術單元27視情況而定對來自存儲器24 (幀存儲器)的圖像數據執行算術運算和圖像處理，使得圖像將是清楚的。如果圖像合成未由存儲器M執行，則算術單元27有可能執行圖像合成處理作為它的算術處理。個人計算機觀接收存儲器M中累積的數據的輸入，使得對象的X射線圖像能夠顯示在個人計算機觀的顯示屏幕上。如上所述，由CXD圖像傳感器1至12中的各光電二極管PD在一個照相機會期間多次執行把信號電荷讀取到電荷轉移部分，多次讀出的信號電荷被讀出到外部部件而不相加，并且圖像合成通過圖像處理來執行。結果，即使對具有作為明暗同時存在的高亮度和低亮度的區域的對象進行成像，這些區域也被合成并且能夠獲得具有更寬動態范圍的響應而不會如常規進行的那樣造成平整的圖像。在下文中，將詳細地進一步描述CXD圖像傳感器1。圖2是描述圖1中的CXD圖像傳感器1的示例性平面結構的示意圖。如圖2中所示，根據本實施例的CCD圖像傳感器1包括以矩陣在行方向和列方向上二維排列的多個光電二極管PD。CCD圖像傳感器1從所述多個光電二極管PD把信號電荷讀取到預定垂直電荷轉移路徑102 (VCXD)，并且通過所述預定垂直電荷轉移路徑102在垂直方向上轉移信號電荷。接下來，來自多個垂直電荷轉移路徑102的信號電荷被轉移到水平電荷轉移路徑 103，并且從各垂直電荷轉移路徑102接收的信號電荷由水平電荷轉移路徑103在水平方向上轉移。在水平電荷轉移路徑103的電荷轉移末端部分中提供信號檢測部分104。信號檢測部分104連續接收從水平電荷轉移路徑103轉移的信號電荷，并且根據信號電荷的電荷量來放大電壓并輸出電壓作為成像信號。圖3(a)是圖2中的包括光電二極管PD的平面部分P的放大圖。圖3 (b)是圖3(a) 中的線A-B的橫截面圖。如圖3(a)中所示，根據本實施例的電荷轉移部分讀取在光電二極管PD處生成的信號電荷并通過垂直電荷轉移路徑(VCCD)在垂直方向上轉移信號電荷。例如，在奇數行上的光電二極管101處生成的信號電荷被轉移到轉移電極V1下方的電荷轉移區域。在平面圖中位于奇數行上的光電二極管101下方的偶數行上的光電二極管IOla處生成的信號電荷被轉移到轉移電極V3下方的電荷轉移區域。例如，構成垂直電荷轉移路徑102 (VCCD)的四個轉移電極V1至V4被配置為一組，并且從用作電荷轉移驅動部分的CXD控制器22向各轉移電極V1至V4提供垂直轉移時鐘Φν1至Φ ν4的四個相位以進行電荷轉移驅動。轉移電極V1還用作用于把光電二極管101中累積的信號電荷讀出到垂直電荷轉移路徑102的轉移柵TG。類似地，轉移電極V3還用作用于把光電二極管IOla中累積的信號電荷讀出到垂直電荷轉移路徑102的轉移柵TG。如圖3(b)中所示，根據本實施例的垂直電荷轉移路徑102 (VCXD)包括Ρ型阱 106，提供在N型硅襯底105的前表面側。N型區域107提供在P型阱106的前表面側，該N 型區域107構成光電二極管101。另外，在該前表面側，提供表面P +型擴散層108以減小暗電流。轉移柵電極111形成在構成垂直電荷轉移路徑102的N型擴散層109上方以及在 N型擴散層109和N型區域107之間的P型阱106的P型區域上方，其中在它們之間插入絕緣膜110。把正電勢施加于轉移柵電極111 (轉移電極V1)造成在轉移柵電極111下方的P 型阱106的P型區域中形成溝道，導致把光電二極管101中累積的信號電荷讀出到垂直電荷轉移路徑102的N型擴散層109。由鋁材料等制成的光屏蔽膜112提供在轉移柵電極111以及垂直轉移電極和水平轉移電極上方。垂直溢漏(VOD)結構應用于N型硅襯底105。垂直溢漏(VOD)結構用作用于把過量信號電荷清除到更接近N型硅襯底105的一側的溢漏部分，當把能夠對P型阱106反向偏置的電壓施加于N型硅襯底105并且超過光電二極管101的勢阱的過量光進入時生成所述過量信號電荷。圖4是用于描述在圖1的射線照相成像系統20中通過X射線源的兩次發射的幀累積方法的寬動態范圍模式的各信號的時序圖。在圖4中，在代表來自CXD控制器22的垂直轉移控制信號的垂直轉移時鐘Φν1至 Φν4之中，在低電平側上升的脈沖(朝著下側上升的脈沖)用于由VCCD控制電荷轉移，而在垂直轉移時鐘Φν1和Φν3的高電平側上升的具有觸發形狀的各電荷轉移脈沖T用于從光電二極管PD向VCCD轉移電荷。總的來說，奇數行上的PD連接到轉移電極V1以用于電荷轉移，而偶數行上的PD連接到轉移電極V3以用于電荷轉移。對于光電二極管PD的電荷累積狀態，由上組箭頭指示的長時段代表奇數行的PD長曝光時間段Tl，而由下組箭頭指示的長時段代表偶數行的PD長曝光時間段Τ2。隨后，電荷轉移脈沖T應該上升的位置由虛線包圍，但電荷轉移脈沖T未上升持續兩個周期(兩次)，因此處于長時間曝光狀態并且沒有電荷從光電二極管PD向VCCD轉移。后面的由上組箭頭指示的短時段代表奇數行的PD短曝光時間段Τ11，而由下組箭頭指示的短時段代表偶數行的PD短曝光時間段Τ12。另外，由上組箭頭指示的奇數行的PD短曝光時間段Τ21和由下組箭頭指示的偶數行的PD短曝光時間段Τ22代表其中未從X射線源(即X射線生成器25)照射X射線的處于黑電平的時段。 X射線由X射線生成器25以低密度(不會對活體造成有害影響的X射線劑量)發射兩次， 一次在長照射時段Ll期間而一次在短照射時段L2期間。OS代表一個輸出信號(多個輸出信號)。在長照射時段Ll期間發射低密度X射線并且隨后從光電二極管PD轉移電荷，并且以奇數行側信號輸出OUTl和偶數行側信號輸出0UT2的次序輸出成像信號。另外，在短照射時段L2期間發射低密度X射線并且隨后從光電二極管PD轉移電荷，并且以奇數行側信
11號輸出OUTll和偶數行側信號輸出0UT12的次序輸出成像信號。其后的奇數行側信號輸出 0UT21和偶數行側信號輸出0UT22是處于黑電平的信號輸出。圖5是用于描述其中在圖1的射線照相成像系統20中在通過X射線源的一次發射的幀累積方法的寬動態范圍模式中使用電子快門的情況的各信號的時序圖。圖4的情況和圖5的情況之間的差別在于在圖5的情況下使用電子快門。在圖 4中，X射線由X射線源(即X射線生成器25)以低密度(不會對活體造成有害影響的X射線劑量)發射兩次，一次在長照射時段Ll期間而一次在短照射時段L2期間；而在圖5中， X射線由X射線源(即X射線生成器25)以低密度(不會對活體造成有害影響的X射線劑量)在照射時段L(長照射時段Ll+短照射時段L2)期間發射一次。在這種情況下，由于因 X射線造成的來自閃爍體21的熒光所引起的光電二極管PD中的信號電荷的累積通過溢漏信號CtOFD中的上升信號(電子快門的定時信號S)的輸出而被重置，并且針對X射線的照射時段L，曝光時間能夠被分成PD長曝光時間段Tl和PD短曝光時間段Tll以及PD長曝光時間段T2和PD短曝光時間段T12。在這種情況下，使用電子快門。當使X射線源維持在高電平時，在OFD (溢漏)的上升信號(電子快門的定時信號S)的上升處重置CCD的電勢。長時間信號繼續直到這個點，并且其后開始短時間信號，由此把X射線源的照射分成兩種類型的時間。在由X射線生成器25照射輻射的狀態期間，電子快門的定時是在通過溢漏信號 CtOFD上升所在的定時(電子快門的定時信號幻重置作為成像部分的CCD圖像傳感器1至 12的電勢時。另外，在溢漏信號ΦOFD上升所在的定時之前的時段定義為長曝光時間段，而在溢漏信號ΦOFD上升所在的定時之后的時段定義為短曝光時間段。溢漏電壓也能夠在長曝光時間段和短曝光時間段之間改變。結果，能夠累積更多信號電荷。注意，溢漏電壓通常是固定的。如上所述，利用不同長度的照射時間段一次或兩次照射低密度X射線，并且對應于每次照射在光電二極管PD處使X射線曝光或者利用快門定時使X射線曝光以輸出成像信號，由此獲得具有寬動態范圍的圖像。對于容易吸收X射線所在的活體的部位，在沒有X 射線的長時間照射的情況下不能獲得具有清楚明暗的圖像。另外，對于不吸收X射線所在的活體的部位，利用X射線的短時間照射能夠獲得具有清楚明暗的圖像。在不吸收X射線所在的活體的部位上長時間照射X射線導致黑色平整的圖像。因此，通過X射線的短時間照射的明部分和通過X射線的長時間照射的暗部分的合成使得能夠獲得其中明部分和暗部分二者都清楚的圖像。在這種情況下的成像能夠使靜止圖像或視頻圖像應用于對象。因此，根據本實施例，針對由X射線生成器25的輻射的恒定劑量的照射，由C⑶控制器22兩次執行從CXD圖像傳感器1至12讀取成像信號，一次在長曝光時間段期間而一次在短曝光時間段期間；并且主控制器沈利用正確的定時允許存儲器M把來自連續兩次讀取的成像信號的圖像數據合成為圖像。結果，能夠利用足夠弱而不會對對象(諸如人體和其它物質)造成有害影響的輻射劑量來獲得更寬動態范圍，如常規進行的那樣把強輻射照射到這種對象上變成不必要，并且獲得具有更寬動態范圍的響應變成可能。根據本實施例，首先執行X射線的長時間照射及其讀取；然而，沒有以上規定的限制，可以在X射線的長時間照射及其讀取之前執行X射線的短時間照射及其讀取。另外，根據本實施例，描述了幀累積驅動，其中通過把行分成奇數行和偶數行來執行從光電二極管PD(像素)的信號讀取；然而，除了此之外或者與此分開，可以通過場累積驅動來實施從光電二極管PD (像素)的信號讀取，其中通過把奇數行和偶數行的像素數據相加在一起來執行從光電二極管PD (像素)的信號讀取。另外，在多次讀取期間，還有可能通過幀累積驅動來執行包含有用信息的曝光以及通過場累積驅動來執行其它曝光。通過這種驅動方法，增加信號讀取速度變成可能，并且因此能夠在75%的時間內執行信號讀取。另外，在CCD固態成像元件的驅動期間長時間曝光和短時間曝光的組合允許獲得高動態范圍；然而，沒有以上規定的限制，也能夠通過三次執行讀取、利用長時間曝光、中間時間曝光和短時間曝光的組合來獲得這種高動態范圍。也能夠通過執行多個曝光時間段和多次信號讀取來獲得這種高動態范圍。在下文中將描述在長時間曝光期間成像的部位和在中間或短時間曝光期間成像的部位的示例。甚至相同部位可以是成像區域，例如肺要在長時間曝光期間成像而骨等要在中間或短時間曝光期間成像。在胸部照相中，在骨部分和肺部分之間存在X射線吸收率的差異。由于X射線吸收率的差異，到CXD固態成像元件的光量變化。另外，X射線穿過活體(諸如人體)，導致暈影。使用當前固態成像元件以高清晰度對具有低吸收率的部分或具有高吸收率的部分進行成像的嘗試將由于窄動態范圍而不會成功獲得優質圖像。然而，通過對具有高吸收率的部分的長時間曝光而獲得的圖像和通過對具有低吸收率的部分的中間或短時間曝光而獲得的圖像能夠彼此重疊并合成為一個圖像，使得能夠獲得具有高動態范圍的更清楚圖像。在這種情況下，在圖像合成中校正方法也是重要的。另外，在下文中將描述關于長時間曝光以及中間和短時間曝光的時間的定義。例如，長時間曝光能夠設置為十秒，而中間和短時間曝光能夠設置為一秒。雖然曝光根據待測量的部位而變化，但是對于長時間曝光而言它定義為從50毫秒到500毫秒，并且對于中間和短時間曝光而言它定義為多達50毫秒。短時間曝光的時間段設置為長時間曝光的時間段的十分之一或更少。一秒或更大的時間設置將導致運動主體的模糊，這是不可行的。根據本實施例，用作成像部分的CCD圖像傳感器分成多個分割區域(在下文中為十二個CCD圖像傳感器1至12)，并且所述多個分割區域中的每個分割區域包括多個光電二極管PD，二維排列以用于執行光電轉換；電荷轉移部分，用于讀取由光電二極管PD光電轉換的信號電荷并在預定方向上轉移該信號電荷；和輸出部分，用于把由電荷轉移部分所轉移的信號電荷轉換成電壓，并放大所轉換的電壓以允許輸出成像信號。沒有以上規定的限制，即使當成像部分是一個區域而非分割成多個分割區域時，也有可能配置本發明，并且該成像部分包括多個光電二極管PD，二維排列以用于執行光電轉換；電荷轉移部分，用于讀取由光電二極管PD光電轉換的信號電荷并在預定方向上轉移信號電荷；和輸出部分，用于把由電荷轉移部分所轉移的信號電荷轉換成電壓，并放大所轉換的電壓以允許輸出成像信號。另外，根據本實施例，CCD圖像傳感器已被描述為成像部分；然而，沒有以上規定的限制，CMOS圖像傳感器(CMOS固態成像元件)可以用作成像部分。
用作成像部分的CMOS圖像傳感器包括光電二極管PD，作為光電轉換部分，形成為CMOS圖像傳感器的半導體襯底的前表面層。與光電二極管PD相鄰，提供電荷轉移晶體管(電荷轉移裝置)的電荷轉移部分以用于把信號電荷轉移到浮動擴散部分FD。在電荷轉移部分上方提供柵電極作為提取電極，其中在它們之間插入柵絕緣膜。另外，CMOS圖像傳感器包括讀取電路，在該讀取電路中針對每個光電二極管PD被轉移到浮動擴散部分FD的信號電荷被轉換成電壓并且根據轉換的電壓被放大，并且該讀取電路讀取放大的信號作為每個像素部分的成像信號。總的來說，類似于上述CCD圖像傳感器，CMOS圖像傳感器可以分成多個分割區域(例如，十二個CMOS圖像傳感器)，并且每個分割區域可以包括多個光電二極管PD，以二維排列以用于執行光電轉換；電荷轉移部分，用于在預定方向上把由光電二極管PD光電轉換的信號電荷轉移到浮動擴散部分FD ；和信號讀取電路，在該信號讀取電路中，轉移到浮動擴散部分FD的信號電荷被轉換成電壓并且根據所轉換的電壓被放大， 并且該信號讀取電路讀取放大的信號作為每個像素部分的成像信號。類似于CCD圖像傳感器的情況，在CMOS圖像傳感器的情況下，成像部分包括多個光電二極管PD，二維排列以用于執行光電轉換；電荷轉移部分，用于讀取由光電二極管PD 光電轉換的信號電荷并在預定方向上轉移該信號電荷(在CMOS圖像傳感器的情況下到浮動擴散部分FD)；和輸出部分(在CMOS圖像傳感器的情況下為信號讀取電路)，用于把由電荷轉移部分所轉移的信號電荷轉換成電壓，并放大所轉換的電壓以允許輸出成像信號。如上所述，通過使用本發明的優選實施例，舉例說明了本發明。然而，本發明不應該解釋為僅基于上述實施例。理解的是，本發明的范圍應該解釋為僅基于權利要求。還理解的是，本領域技術人員能夠根據本發明的詳細優選實施例的描述基于本發明的描述和公知常識來實現技術的等效范圍。另外，理解的是，本說明書中引用的任何專利、任何專利申請和任何參考文獻應該按照與其中具體地描述內容相同的方式被結合在本說明書中以供參考。產業應用性
本發明能夠應用于例如用于胸部和附肢骨骼的X射線乳房造影和照相的射線照相成像系統(諸如X射線成像系統)的領域。根據本發明，針對由輻射生成部分的輻射的恒定劑量的照射利用不同曝光時間段多次執行從成像部分讀取成像信號，并且從多次讀出的成像信號中獲得的圖像數據被合成為圖像。因此，能夠獲得具有更寬動態范圍的響應而不需要如常規進行的那樣把強輻射照射到對象(人體)上。
權利要求
1.一種射線照相成像系統，包括輻射生成部分，用于生成輻射并把輻射照射到對象上； 閃爍體部分，用于把來自對象的輻射轉換成光；成像部分，用于對來自閃爍體部分的光執行光電轉換并把所述光成像為對象的圖像；以及控制部分，用于針對由輻射生成部分的輻射的恒定劑量的照射而利用不同長度的曝光時間段多次從成像部分讀取成像信號，并且控制以把來自多次讀出的成像信號的圖像數據合成為圖像。
2.根據權利要求1所述的射線照相成像系統，其中在成像部分中，在控制部分的控制下執行至少一次長時間曝光和至少一次短時間曝光的至少兩次曝光，并且對應于至少一次利用所述長時間曝光和至少一次利用所述短時間曝光至少兩次執行由成像部分的讀取。
3.根據權利要求2所述的射線照相成像系統，其中所述長時間曝光為從50毫秒到500 毫秒，并且所述短時間曝光是所述長時間曝光的十分之一或更少。
4.根據權利要求1所述的射線照相成像系統，還包括:A/D轉換部分，用于對從成像部分讀取的成像信號執行A/D轉換；和存儲部分，用于臨時存儲來自A/D轉換部分的圖形信號。
5.根據權利要求4所述的射線照相成像系統，其中所述存儲部分至少合成來自所述成像部分的所述長時間曝光的圖形信號和來自所述成像部分的所述短時間曝光的圖形信號。
6.根據權利要求1所述的射線照相成像系統，其中所述輻射生成部分利用足夠弱而不會對所述對象造成有害影響的輻射劑量來照射輻射。
7.根據權利要求6所述的射線照相成像系統，其中所述輻射劑量的范圍為170μ Gy (微格雷)士 20yGy (微格雷)。
8.根據權利要求1所述的射線照相成像系統，其中所述成像部分包括多個光電二極管，以二維排列以用于執行光電轉換；電荷轉移部分，用于讀取由光電二極管光電轉換的信號電荷并在預定方向上轉移所述信號電荷；和輸出部分，用于把由電荷轉移部分所轉移的信號電荷轉換成電壓，并放大所轉換的電壓以允許輸出成像信號。
9.根據權利要求1所述的射線照相成像系統，其中所述成像部分分成多個分割區域， 所述多個分割區域中的每個分割區域包括 多個光電二極管，以二維排列以用于執行光電轉換；電荷轉移部分，用于讀取由光電二極管光電轉換的信號電荷并在預定方向上轉移所述信號電荷；以及輸出部分，用于把由電荷轉移部分所轉移的信號電荷轉換成電壓，并放大所轉換的電壓以允許輸出成像信號。
10.根據權利要求1所述的射線照相成像系統，其中所述控制部分至少控制來自成像部分的所述長時間曝光的成像信號和來自成像部分的所述短時間曝光的成像信號的信號輸出。
11.根據權利要求1所述的射線照相成像系統，其中在由輻射生成部分照射輻射的狀態期間，利用電子快門的定時來重置成像部分的電勢，溢漏信號在所述定時處上升；并且在溢漏信號上升所在的定時之前的時段定義為長曝光時間段或短曝光時間段之一，而在溢漏信號上升所在的定時之后的時段定義為長曝光時間段或短曝光時間段中的另一個。
12.根據權利要求11所述的射線照相成像系統，其中在所述長曝光時間段和所述短曝光時間段期間溢漏電壓相同或者改變。
13.根據權利要求1所述的射線照相成像系統，其中所述成像部分由朝著所述閃爍體部分二維排列的固態成像陣列構成。
14.根據權利要求1所述的射線照相成像系統，其中所述閃爍體部分包括作為放大器提供在其中的圖像增強器。
15.根據權利要求1所述的射線照相成像系統，其中所述輻射是X射線、電子束、紫外射線和紅外射線中的任何一種。
16.根據權利要求9所述的射線照相成像系統，其中所述射線照相成像系統使用幀累積驅動或場累積驅動中的至少一種，在所述幀累積驅動中通過把行分成奇數行和偶數行來執行從光電二極管的信號讀取，而在所述場累積驅動中通過把來自奇數行和偶數行的數據相加來執行從光電二極管的信號讀取。
17.根據權利要求16所述的射線照相成像系統，其中在多次讀取期間，通過幀累積驅動來執行包含有用信息的曝光以及通過場累積驅動來執行其它曝光。
全文摘要
公開了一種能夠獲得具有寬動態范圍的響應而不用強放射性射線照射對象(人體)的射線照相成像系統。針對利用來自X射線生成器(25)的特定放射性射線劑量的照射，CCD控制器(22)對于長曝光時間段和與其不同的短曝光時間段從每個CCD圖像傳感器(1至12)讀出成像信號兩次。主控制器(26)采用定時以使存儲器(24)執行基于兩次順序讀出的成像信號的圖像數據的圖像合成。因此，能夠利用足夠弱而不會對對象(諸如人體或其它物體)產生不良影響的輻射劑量來執行射線照射成像，并且不需要如常規已進行的這種利用強放射性射線照射對象。
文檔編號A61B6/00GK102170828SQ20098013839
公開日2011年8月31日 申請日期2009年9月28日 優先權日2008年9月30日
發明者莊保信, 橋口和夫 申請人:夏普株式會社