專利名稱：放射線成像裝置、其控制方法和放射線成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種放射線成像裝置、其控制方法和放射線成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
安裝在醫(yī)院中的常規(guī)X射線成像系統(tǒng)分為膠片放射線照相和數(shù)字放射線照相。在膠片放射線照相中，使用X射線照射患者，并且使膠片暴露于透射過患者的X射線。在數(shù)字放射線照相中，透射過患者的X射線被轉(zhuǎn)換為電信號，并且通過使用A/D轉(zhuǎn)換器，該電信號作為數(shù)字值被檢測出并被存儲在存儲器中。
日本專利公開第5-224322號中公開了現(xiàn)今數(shù)字放射線照相方案的當(dāng)前主流示例。在該方案中，X射線圖像被形成在使用BaBrEu作為典型材料的被稱作成像板(IP)的光激勵(photostimulable)熒光體上。然后，使用激光光束掃描IP，并且來自IP的可見光被轉(zhuǎn)換為電信號，即通過使用例如光電倍增器被數(shù)字化。
根據(jù)日本專利公開第8-116044號公開的方案，使用X射線照射熒光體。與X射線劑量成比例發(fā)射的可見光被轉(zhuǎn)換為電信號，即通過由非晶硅構(gòu)成的光傳感器被數(shù)字化。熒光體的典型材料為Gd2O2S:Tb和CsI:Tl。該裝置被稱作FPD(平板檢測器)。一些FPD使用直接吸收X射線并將X射線轉(zhuǎn)換為電信號的Se或PbI2作為材料，以代替使用熒光體。
另外還存在用X射線照射主熒光體的裝置。來自熒光體表面的光電子通過電子透鏡被加速并聚焦，并且在次熒光體表面上的熒光體圖像(X射線圖像)通過攝像管或CCD被轉(zhuǎn)換為電信號。該方案是稱作圖像增強(qiáng)器(I.I.)并用于熒光攝影的一般方案。它是能夠?qū)㈦娦盘栕鳛閿?shù)字值檢測出的數(shù)字放射線照相方案。
如上所述，存在多種將X射線圖像數(shù)字化的裝置，近年來，對這些裝置的需要日益增長。當(dāng)圖像數(shù)據(jù)可以被數(shù)字化時，放射線照相數(shù)據(jù)可被容易地記錄、顯示、打印和存儲。因此，在醫(yī)療領(lǐng)域，對數(shù)字化的需要正在增長。
在從膠片放射線照相(即所謂模擬放射線照相)到上述的數(shù)字放射線照相轉(zhuǎn)換的現(xiàn)今醫(yī)療領(lǐng)域中，普通X射線成像作為X射線成像的第一步驟被執(zhí)行。對于例如胸部，成像被稱作胸部普通X射線成像，并進(jìn)行人體胸部的正面(或側(cè)面)的X射線成像。要覆蓋人體的整個胸部(上半身)，需要尺寸14″×17″(35cm×43cm)或更大、最好43cm×43cm或更大的放射線照相區(qū)。在胸部普通X射線成像中，F(xiàn)PD是比存在周邊圖像失真問題的I.I.更有前途的數(shù)字放射線照相方案。
當(dāng)普通放射線照相作為X射線成像的第一步驟被執(zhí)行時，醫(yī)生診斷讀取放射線照相的圖像。如果識別出陰影，則通常CT作為X射線成像的第二步驟被執(zhí)行。執(zhí)行CT以獲得由普通放射線照相識別的部分的斷層圖像。CT的放射劑量通常大于普通放射線照相的放射劑量。因此，除諸如緊急情況的少數(shù)情況之外，僅在普通放射線照相或等效檢查之后才進(jìn)行CT。
在CT中，通常來自X射線管的X射線由準(zhǔn)直器聚焦，并且使用具有扇形形狀的稱作扇形光束的X射線照射患者。通過使用設(shè)置在患者對面以檢測X射線的X射線檢測元件檢測透射光。在使一組X射線管和X射線檢測元件繞著患者的放射線照相部分螺旋旋轉(zhuǎn)的同時，執(zhí)行CT。通過使用計算機(jī)，獲得的圖像數(shù)據(jù)被重構(gòu)為三維圖像數(shù)據(jù)。
在使用扇形光束的CT中，使用沿線性陣列方向或沿幾條線排列的X射線檢測元件，并且從放射線照相的開始到結(jié)束，需要許多時間。由于該原因，長時間被固定以限制其活動并被放置在稱作掃描架(gantry)的封閉空間內(nèi)的患者的負(fù)擔(dān)加重。另外還存在較高電力消耗問題和X射線管壽命問題(置換頻率問題)。為了解決這些問題，日本專利公開第4-343836號使用了包括二維排列的X射線檢測元件的大面積X射線檢測元件。該現(xiàn)有技術(shù)也提出了在使用錐形光束X射線照射患者的同時，通過執(zhí)行螺旋掃描獲得CT圖像的方法。
在胸部普通X射線成像中，包括食道、氣管、肺血管、肺泡、心臟、心臟血管、橫膈膜、肋骨和鎖骨的上半身的肺部區(qū)域附近的體內(nèi)信息，可通過一次X射線成像被放射線拍攝在一個圖像中。因此，胸部普通X射線成像被頻繁地用作實用的放射線照相方法以拍攝病灶(病變部位)。
在常規(guī)胸部普通X射線成像中，因為其原理，可觀察到透視圖像。因此，如果要觀察的病變部位位于例如肋骨、心臟血管或橫膈膜后，透視圖像重疊，難以發(fā)現(xiàn)病變部位的陰影。這降低了病變部位拍攝效率并延誤了發(fā)現(xiàn)病變部位。
如上所述的相同問題也出現(xiàn)在常規(guī)X射線CT中。例如，當(dāng)具有非常低對比度(contrast)的要檢測的病變部位存在于具有非常高對比度的諸如骨頭之類的體內(nèi)組織附近時，即使專家在診斷讀取中也很難發(fā)現(xiàn)病變部位。另外，在使患者通過包括X射線檢測元件和X射線源的稱作掃描架的大型專用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的同時，常規(guī)CT裝置執(zhí)行放射線照相。由于其自身配置不同于普通放射線照相裝置，所以CT裝置有可能位于其它房間。這樣，降低了放射線照相的效率。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，提出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種放射線成像裝置、其控制方法和放射線成像系統(tǒng)，其檢測低對比度的病變部位并且提高診斷效率。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種放射線成像裝置，其包括放射線檢測電路，其中用于將從放射線源發(fā)射并透射過被攝體的放射線轉(zhuǎn)換為電信號的多個轉(zhuǎn)換元件被二維排列；驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其改變被攝體和放射線源以及放射線檢測電路之間的位置關(guān)系；存儲器，其將放射線檢測電路檢測的電信號作為圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；成像控制單元，其在捕獲被攝體的多個連續(xù)放射線圖像時，控制放射線源以在第一幀放射線照相和不同于第一幀的第二幀放射線照相之間改變從放射線源發(fā)射的放射線的能量，并且控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動；和圖像處理單元，其執(zhí)行存儲在存儲器中的第一幀圖像數(shù)據(jù)和第二幀圖像數(shù)據(jù)的減法處理以產(chǎn)生處理圖像，并且通過使用該處理圖像產(chǎn)生被攝體的斷層圖像和三維圖像中的一個。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種放射線成像裝置，其包括放射線檢測電路，其中用于將從放射線源發(fā)射并透射過被攝體的放射線轉(zhuǎn)換為電信號的多個轉(zhuǎn)換元件被二維排列；驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其改變被攝體和放射線源以及所述放射線檢測電路之間的位置關(guān)系；存儲器，其將所述放射線檢測電路檢測的電信號作為圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；成像控制單元，其在捕獲被攝體的多個連續(xù)放射線圖像時，控制要從電源提供的電壓以在第一幀放射線照相和不同于第一幀的第二幀放射線照相之間改變從放射線源發(fā)射的放射線的波長，并且控制所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動；和圖像處理單元，其被配置成產(chǎn)生基于存儲在所述存儲器中的第一幀圖像數(shù)據(jù)的第一圖像、基于存儲在所述存儲器中的第二幀圖像數(shù)據(jù)的第二圖像和基于通過執(zhí)行第一幀圖像數(shù)據(jù)和第二幀圖像數(shù)據(jù)的能量減法處理獲得的圖像數(shù)據(jù)的第三圖像中的至少兩個圖像，并且將產(chǎn)生的圖像顯示在顯示設(shè)備上。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種放射線成像系統(tǒng)，其包括上述的放射線成像裝置；信號處理裝置，用于處理來自放射線成像裝置的信號；顯示裝置，用于顯示來自信號處理裝置的信號；和傳送裝置，用于傳送來自信號處理裝置的信號。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種放射線成像裝置的控制方法，該放射線成像裝置包括放射線檢測電路，其中將從放射線源發(fā)射并透射過被攝體的放射線轉(zhuǎn)換為電信號的多個轉(zhuǎn)換元件被二維排列；驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其改變被攝體和放射線源以及放射線檢測電路之間的位置關(guān)系；和存儲器，其將通過放射線檢測電路檢測的電信號作為圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，所述方法包括以下步驟在捕獲被攝體的多個連續(xù)放射線圖像時，控制要從電源提供的電壓以在第一幀放射線照相和不同于第一幀的第二幀放射線照相之間改變從放射線源發(fā)射的放射線的波長，并且控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動；和執(zhí)行存儲在存儲器中的第一幀圖像數(shù)據(jù)和第二幀圖像數(shù)據(jù)的減法處理以產(chǎn)生處理圖像，并且通過使用該處理圖像產(chǎn)生被攝體的斷層圖像和三維圖像中的一個。
結(jié)合附圖，根據(jù)以下說明，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得顯而易見，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同或相似的部分。


包含在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的

了本發(fā)明的實施例，并連同描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的示意性配置的圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的示意性配置的透視圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的操作的時序圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的X射線檢測電路的電路圖；圖5是示出圖4中所示的X射線檢測電路的操作的時序圖；圖6是在根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的X射線成像裝置中，處理從圖4所示的讀取電路輸出的模擬信號的部件方框圖；圖7是示出圖6中所示的CPU操作的時序圖；圖8是示出圖4中所示的轉(zhuǎn)換電路的示意性配置的平面圖；圖9是沿圖8中的線A-B截取的轉(zhuǎn)換電路的截面圖；圖10A至10C是說明轉(zhuǎn)換元件的器件操作的能帶圖；圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的示意性配置的圖；圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的X射線成像裝置中旋轉(zhuǎn)被攝體的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的示意圖；圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的操作的時序圖；圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的操作的時序圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的X射線檢測電路的電路圖；圖16是示出本發(fā)明的第六優(yōu)選實施例的示意圖，其中X射線成像裝置被應(yīng)用到X射線成像系統(tǒng)；和圖17是示出另一個示例的示意圖，其中X射線成像裝置被應(yīng)用到X射線成像系統(tǒng)。
具體實施例方式
下面參照附圖將描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，X射線被用作放射線。然而，放射線不限于X射線，也可包括諸如α射線、β射線和γ射線之類的電磁波。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的示意性配置的圖。
使用從X射線管501發(fā)射的并具有出射角θ的X射線照射被攝體507。被攝體507主要為人(患者)。透射過被攝體507的X射線由熒光體502轉(zhuǎn)換為可見光。來自熒光體502的可見光通過轉(zhuǎn)換元件508被轉(zhuǎn)換為電信號。因此，被攝體507的X射線圖像作為電信號被獲得。
轉(zhuǎn)換元件508的材料一個示例為非晶硅。轉(zhuǎn)換元件508形成在諸如玻璃基板的絕緣基板506上。將X射線轉(zhuǎn)換為可見光的熒光體502和轉(zhuǎn)換元件508通過例如粘接工藝等實質(zhì)上相互粘著，使得形成包括熒光體502和轉(zhuǎn)換元件508的X射線檢測電路503。熒光體502由包含例如Gd2O2S、Gd2O3、CsI中的至少一種作為主成分的材料構(gòu)成。X射線電源504向X射線管501提供電壓。X射線電源504提供高壓以加速X射線管501中的電子。
本實施例被設(shè)計為通過熒光體502將入射X射線轉(zhuǎn)換為可見光。不使用熒光體502，入射X射線可通過轉(zhuǎn)換元件508被吸收，并且所吸收的X射線可直接被轉(zhuǎn)換為電信號。在這種情況下，轉(zhuǎn)換元件508由包含例如碘化鉛、碘化汞、硒、碲化鎘、砷化鎵、磷化鎵、硫化鋅和硅中的至少一種作為主成分的材料構(gòu)成。
存儲器505將由X射線檢測電路503轉(zhuǎn)換的被攝體507的電信號(圖像信號)作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并具有存儲多幀圖像數(shù)據(jù)的區(qū)域。對存儲在存儲器505中的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行諸如能量減法處理和重構(gòu)處理之類的運算處理，以通過圖像處理單元510獲得斷層圖像，從而產(chǎn)生用于顯示或診斷的圖像。更具體地說，圖像處理單元510對奇數(shù)(2m-1)(m為自然數(shù)；m≥1)幀圖像數(shù)據(jù)和偶數(shù)(2m)幀圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行上述處理，以產(chǎn)生被攝體507的斷層圖像或三維圖像。
在本實施例的X射線成像裝置中，在執(zhí)行多幀(n幀)時間連續(xù)的放射線照相時，成像控制單元511在奇數(shù)幀放射線照相和偶數(shù)幀放射線照相之間轉(zhuǎn)換要從X射線電源504提供到X射線管501的電壓。X射線的波長被改變以改變從X射線管501發(fā)射的X射線的能量，使得X射線檢測電路503檢測其內(nèi)部組織的X射線吸收發(fā)生變化的被攝體507的圖像信號。檢測的圖像信號通過A/D轉(zhuǎn)換器(未示出)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并作為圖像數(shù)據(jù)被存儲在存儲器505中。在圖1所示的示例中，在成像控制單元511的控制下，在奇數(shù)幀放射線照相中，電壓V1從X射線電源504被提供到X射線管501，在偶數(shù)幀放射線照相中，電壓V2被提供。因此，在奇數(shù)幀放射線照相中，較短波長的X射線從X射線管501被發(fā)射到被攝體507，而在偶數(shù)幀放射線照相中，較長波長的X射線被發(fā)射。
如圖1中所示，X射線檢測電路503和X射線管501可圍繞被攝體507成對(整體地)旋轉(zhuǎn)。掃描架509用作旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)并具有環(huán)型孔以在中心可通過被攝體。即，掃描架509起驅(qū)動機(jī)構(gòu)的作用以改變被攝體507和X射線管501以及X射線檢測電路503之間的位置關(guān)系。當(dāng)在成像控制單元511的控制下，成對的X射線管501和X射線檢測電路503在掃描架509上細(xì)微地旋轉(zhuǎn)時，連續(xù)放射線照相被重復(fù)執(zhí)行。來自X射線管501的X射線以點狀發(fā)射。X射線未由例如準(zhǔn)直器特別聚焦。因此，形成具有出射角(錐角)θ的圓錐形光束，其通常被稱作“錐形光束”。以錐形光束照射的被攝體507的透視圖像由X射線檢測電路503檢測。
在掃描架509中，X射線管501和X射線檢測電路503相對于被攝體507的旋轉(zhuǎn)角度為180°或360°。當(dāng)圖像處理單元510處理通過180°旋轉(zhuǎn)獲得的透射X射線圖像數(shù)據(jù)時，可獲得被攝體507的斷層圖像。當(dāng)圖像處理單元510處理通過360°旋轉(zhuǎn)獲得的透射X射線圖像數(shù)據(jù)時，因為被攝體507的信息量大于通過180°旋轉(zhuǎn)獲得的斷層圖像的信息量，所以重構(gòu)需要更多時間。然而，通常可獲得更高質(zhì)量的斷層圖像。另一方面，在獲得例如胸部的斷層圖像時，患者(被攝體507)必須屏住呼吸。在360°旋轉(zhuǎn)中，由于屏住呼吸時間長，所以患者的負(fù)擔(dān)更重。
在本實施例的X射線成像裝置中，當(dāng)在奇數(shù)幀放射線照相和偶數(shù)幀放射線照相之間改變從X射線管501發(fā)射的X射線的波長時，執(zhí)行放射線照相。即，存儲器505中的圖像數(shù)據(jù)包括奇數(shù)幀和偶數(shù)幀的不同透視圖像。例如，通過使用第一和第二圖像，圖像處理單元510執(zhí)行能量減法處理，從而產(chǎn)生用作斷層圖像基礎(chǔ)(base)的一個原始圖像數(shù)據(jù)。通過使用第三和第四圖像，圖像處理單元510也執(zhí)行能量減法處理，從而產(chǎn)生用作斷層圖像基礎(chǔ)的一個原始圖像數(shù)據(jù)。類似地，執(zhí)行能量減法處理直到第n個圖像。如果n為偶數(shù)，則(n/2)個原始圖像數(shù)據(jù)被產(chǎn)生作為斷層圖像基礎(chǔ)。如果n為奇數(shù)，則不使用最后一個圖像，{(n-1)/2}個原始圖像數(shù)據(jù)被產(chǎn)生。
通常，在被攝體的普通放射線照相中，已經(jīng)采用了一種方法，其中改變要提供到X射線管501的電壓執(zhí)行放射線照相，并且對兩個X射線圖像數(shù)據(jù)執(zhí)行減法處理，從而去除例如骨骼部分的陰影。如上所述，該處理被稱作能量減法處理(ES處理)。該放射線照相方法利用這樣的事實，即當(dāng)入射X射線的波長改變時，在骨組織和諸如血管、淋巴管和神經(jīng)之類的軟組織之間的X射線吸收度改變。在本實施例中，上述能量減法處理不限于單純的減法。下面將描述能量減法處理。
令D1(V1)為肋骨部分的圖像密度并且D2(V1)為血管部分的圖像密度，它們通過利用管電壓V1放射線拍攝奇數(shù)幀而獲得。令D1(V2)為肋骨部分的圖像密度并且D2(V2)為血管部分的圖像密度，它們通過利用管電壓V2放射線拍攝偶數(shù)幀而獲得。
如果肋骨部分的圖像密度比為D1(V2)/D1(V1)＝1，則通過單純的減法處理(F(2m)-F(2m-1))可去除肋骨陰影。然而，當(dāng)X射線的能量改變時，骨部分(或甚至任何其它部分)的X射線吸收量改變，使得產(chǎn)生圖像密度差。即，肋骨部分的圖像密度比不為D1(V2)/D1(V1)＝1。假定肋骨部分的圖像密度比為D1(V2)/D1(V1)＝k1。在這種情況下，通過減法處理F(2m)-[k1×F(2m-1)]可去除肋骨陰影。
另一方面，血管組織(部分)不同于肋骨組織。由于該原因，血管部分的圖像密度比為D2(V2)/D2(V1)＝k2≠k1。即使當(dāng)執(zhí)行減法處理F(2m)-[k1×F(2m-1)]時，血管圖像也會被抽取而不會消失。在該減法處理中，F(xiàn)(2m-1)被運算(乘以k1)并從F(2m)被減去。如果例如k1＝1.5，則由3乘以F(2m-1)獲得的圖像可從由2乘以F(2m)獲得的圖像被減去。也就是，即使當(dāng)由運算F(2m-1)獲得的圖像從由運算F(2m)獲得的圖像被減去，結(jié)果也不會改變。在上述示例中，肋骨陰影被去除。相反地，去除血管陰影的減法處理可被執(zhí)行。根據(jù)要觀測的組織病變選擇減法操作。
在本實施例的放射線照相中，從被攝體507的正面入射的X射線的透射厚度不同于從被攝體的側(cè)面入射的X射線的透射厚度。因此，能量減法處理的公式在某些情況下最好有所改變。即，能量減法處理不必總是恒定的，而是也可根據(jù)角度改變。最好根據(jù)圖像質(zhì)量的要求準(zhǔn)備幾種處理方法并根據(jù)目的選擇。
在對應(yīng)于所攝圖像的1/2的減法數(shù)據(jù)(原始圖像數(shù)據(jù))中，例如，骨骼陰影被除去。當(dāng)原始圖像數(shù)據(jù)被重構(gòu)時，可獲得具有高對比度的不包含骨骼陰影的斷層圖像。當(dāng)骨骼陰影被除去時，附近具有很低對比度的病變部位可以以較高概率被檢測出。作為斷層圖像顯示方法，例如，通過重構(gòu)奇數(shù)幀圖像數(shù)據(jù)獲得的正常斷層圖像(或通過重構(gòu)偶數(shù)幀圖像數(shù)據(jù)獲得的正常斷層圖像)和通過重構(gòu)已進(jìn)行能量減法處理的原始圖像數(shù)據(jù)獲得的斷層圖像被同時顯示在單個屏幕上用于對照。在這種情況下，增加了診斷讀取工作效率和診斷效率。代替去除骨骼陰影，通過用能量減法處理去除軟組織也可生成骨骼的斷層圖像。
通常，被攝體507的微小區(qū)域內(nèi)的透射放射線數(shù)據(jù)(體素(voxel))從通過X射線斷層攝影獲得的大量圖像數(shù)據(jù)中獲得。因此，不僅可顯示斷層圖像，而且也可顯示三維圖像。在本實施例中，不用說普通三維圖像，已進(jìn)行能量減法處理以去除例如骨骼陰影的三維圖像通過圖像處理單元510的處理也可被顯示?？梢圆⑴棚@示兩個三維圖像用于對照。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的示意性配置的透視圖。
被攝體507通常為人(患者)。當(dāng)安排在掃描架509內(nèi)的被攝體507保持不動時，執(zhí)行放射線照相。盡管未示出，但被攝體507一般平躺在臺子上。
轉(zhuǎn)換元件508被二維設(shè)置在X射線檢測電路503中。具有約40cm見方尺寸的X射線檢測電路503已被研制用于胸部普通放射線照相。如果將非晶硅用作轉(zhuǎn)換元件508的材料，則可形成具有例如60-80cm見方或更大面積的X射線檢測電路503。隨著近來對液晶電視的需求，已有用于制造大于180cm見方的非晶硅的CVD設(shè)備和光刻設(shè)備。通過利用該制造技術(shù)可形成和被攝體507一樣大的X射線成像裝置。然而，當(dāng)X射線檢測電路的面積增加時，讀取速度(幀速率)通常變低。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的操作的時序圖。
圖3中的時序圖示出4種信號在放射線拍攝奇數(shù)和偶數(shù)幀中的“移動”、“X射線”、“管電壓”和“圖像信號”。“移動”表示繞被攝體507旋轉(zhuǎn)的成對的X射線管501和X射線檢測電路503的移動(位移)時間。在這種情況下，在放射線拍攝每幀時移動X射線管501和X射線檢測電路503的同時，讀取操作被重復(fù)執(zhí)行，而與幀為奇數(shù)幀還是偶數(shù)幀無關(guān)?！肮茈妷骸痹谄鏀?shù)幀放射線照相中被設(shè)置為高，在偶數(shù)幀放射線照相中被設(shè)置為低。在“X射線”以脈沖形狀被發(fā)射之后，“圖像信號”被輸出。
如圖3中所示，在本實施例中，被攝體507和X射線管501以及X射線檢測電路503之間的位置關(guān)系在奇數(shù)幀放射線照相和偶數(shù)幀放射線照相之間發(fā)生變化。放射線照相中的位置關(guān)系在兩個連續(xù)幀之間變化。然而，如果移動量非常小，能量減法處理不會造成什么問題。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的X射線檢測電路503的電路圖。
X射線檢測電路503包括轉(zhuǎn)換電路701和讀取電路707。為了便于描述，在圖4所示的轉(zhuǎn)換電路701中設(shè)置了3×3＝9個像素。然而，本發(fā)明不限于此，也可設(shè)置任意數(shù)目的像素。
在轉(zhuǎn)換電路701中，標(biāo)號S1-1至S3-3表示諸如MIS光電轉(zhuǎn)換元件之類的轉(zhuǎn)換元件；T1-1至T3-3表示諸如TFT之類的開關(guān)元件；G1至G3表示用于導(dǎo)通和斷開開關(guān)元件的柵極線；M1至M3表示信號線。Vs線為將存儲偏壓施加到轉(zhuǎn)換元件S1-1至S3-3的布線。轉(zhuǎn)換元件S1-1至S3-3的每一個的涂黑側(cè)電極為G電極。在相對側(cè)形成D電極。D電極共用部分Vs線。為了使光入射，薄N+層被用作D電極。Vs線由電源Vs加偏壓。第一移位寄存器SR1將驅(qū)動脈沖電壓施加到柵極線G1至G3。導(dǎo)通開關(guān)元件(T1-1至T3-3)的電壓Vg(on)和斷開開關(guān)元件(T1-1至T3-3)的電壓Vg(off)從外部被提供到第一移位寄存器SR1。
讀取電路707讀取來自轉(zhuǎn)換電路701的并行信號輸出并將其轉(zhuǎn)換為串行輸出。信號線M1-M3分別與運算放大器A1-A3的反相端(-)相連。電容元件Cf1-Cf3連接在反相端(-)和輸出端之間。當(dāng)開關(guān)元件(T1-1至T3-3)被導(dǎo)通時，電容元件Cf1-Cf3累積從轉(zhuǎn)換元件S1-1至S3-3流到電容元件側(cè)的電流，從而將電流轉(zhuǎn)換為電壓。開關(guān)RES1-RES3將電容元件Cf1-Cf3復(fù)位到復(fù)位偏壓V(復(fù)位)。開關(guān)RES1-RES3與電容元件Cf1-Cf3并聯(lián)。在圖4中，復(fù)位偏壓V(復(fù)位)表示成0V，即GND(地)。
取樣保持電容CL1-CL3暫時保存存儲在運算放大器A1-A3或電容元件Cf1-Cf3中的信號。標(biāo)號Sn1-Sn3表示用于取樣及保持的開關(guān)；B1-B3表示緩沖放大器；Sr1-Sr3表示將并行信號轉(zhuǎn)換為串行信號的開關(guān)。第二移位寄存器SR2將用于串行轉(zhuǎn)換的脈沖施加到開關(guān)Sr1-Sr3。緩沖放大器Ab輸出轉(zhuǎn)換的串行信號。開關(guān)SW-res將運算放大器A1-A3的同相端復(fù)位到復(fù)位偏壓V(復(fù)位)(圖4中為0V)。開關(guān)SW-ref將運算放大器A1-A3的同相端刷新為刷新偏壓V(刷新)。這些開關(guān)由信號“REFRESH(刷新)”控制。更具體地說，當(dāng)信號“REFRESH”為“高(Hi)”時，開關(guān)SW-ref被接通。另一方面，當(dāng)信號“REFRESH”為“低(Lo)”時，開關(guān)SW-res被接通。這些開關(guān)決不會同時被接通。
圖5是示出圖4所示的X射線檢測電路的操作的時序圖。
圖5示出X射線檢測電路503的兩幀的操作。在圖5中，為了便于說明，第一脈沖的X射線(第一幀放射線照相的X射線)和第二脈沖的X射線(第二幀放射線照相的X射線)被同樣地表達(dá)。然而，在本實施例中，第一脈沖和第二脈沖之間的X射線能量改變。在運動圖像放射線照相中，圖5中所示的時序圖根據(jù)獲取圖像的數(shù)目被連續(xù)重復(fù)。X射線電源504的管電壓被轉(zhuǎn)換以在奇數(shù)幀放射線照相和偶數(shù)幀放射線照相之間改變X射線能量。
下面將描述轉(zhuǎn)換周期。
在轉(zhuǎn)換周期中，所有轉(zhuǎn)換元件S1-1至S3-3的D電極被偏置到讀取電源Vs(正電位)。來自第一移位寄存器SR1的所有信號為“低”，使得所有開關(guān)元件(T1-1至T3-3)為斷開狀態(tài)(OFF)。在這種情況下，從X射線管501發(fā)射X射線脈沖。利用通過熒光體502獲得的可見光照射轉(zhuǎn)換元件的D電極(N+電極)。在每個轉(zhuǎn)換元件的i層產(chǎn)生載流子，即電子和空穴。產(chǎn)生的電子通過電源Vs移動到D電極。另一方面，空穴被蓄積在轉(zhuǎn)換元件S1-1至S3-3的每一個的i層和絕緣層之間的界面上。即使來自X射線管501的X射線停止發(fā)射之后，空穴也被保持。
下面將描述讀取周期。
讀取周期的操作以這樣的次序被執(zhí)行第一行的轉(zhuǎn)換元件S1-1至S1-3、第二行的轉(zhuǎn)換元件S2-1至S2-3、第三行的轉(zhuǎn)換元件S3-1至S3-3。
為了讀出第一行轉(zhuǎn)換元件S1-1至S1-3的電荷(圖像信號)，第一移位寄存器SR1將選通脈沖(gate pulse)施加到第一行的開關(guān)元件(T1-1至T1-3)的柵極線G1。選通脈沖的高電平等于外部提供的電壓Vg(on)。第一行的開關(guān)元件(T1-1至T1-3)被導(dǎo)通。蓄積在第一行的轉(zhuǎn)換元件S1-1至S1-3的電荷作為電流流過第一行的開關(guān)元件(T1-1至T1-3)。電流被輸入到與運算放大器A1-A3連接的電容元件Cf1-Cf3并被累積(integrated)。
讀取電容被添加到信號線M1-M3，盡管圖4中未特別示出。通過第一行的開關(guān)元件(T1-1至T1-3)，第一行的轉(zhuǎn)換元件S1-1至S1-3中的電荷被傳輸?shù)阶x取電容側(cè)。然而，信號線M1-M3通過運算放大器A1-A3的同相端(+)的復(fù)位偏壓(GND)被虛擬接地。由于在傳輸操作期間沒有發(fā)生電位變化，因此信號線M1-M3保持到GND。即，第一行的轉(zhuǎn)換元件S1-1至S1-3中的電荷被傳輸?shù)诫娙菰﨏f1-Cf3。
根據(jù)第一行的轉(zhuǎn)換元件S1-1至S1-3中的電荷量，運算放大器A1-A3的輸出端如圖5中所示改變。由于第一行的開關(guān)元件(T1-1至T1-3)被同時導(dǎo)通，因此運算放大器A1-A3的輸出同時改變。即，發(fā)生并行輸出。當(dāng)在該狀態(tài)下接通信號“SMPL”時，運算放大器A1-A3的輸出信號被傳輸?shù)饺颖３蛛娙軨L1-CL3。當(dāng)斷開信號SMPL時，運算放大器A1-A3的輸出信號被暫時保持。
接下來，當(dāng)?shù)诙莆患拇嫫鱏R2按順序?qū)⒚}沖施加到開關(guān)Sr1、Sr2和Sr3時，保持在取樣保持電容CL1-CL3中的電荷按CL1、CL2和CL3的順序從放大器Ab輸出。因此，第一行的轉(zhuǎn)換元件S1-1至S1-3的電荷(圖像信號)被順序地轉(zhuǎn)換為串行信號并輸出。第二行的轉(zhuǎn)換元件S2-1至S2-3的電荷(圖像信號)讀取操作和第三行的轉(zhuǎn)換元件S3-1至S3-3的電荷(圖像信號)讀取操作也以同樣方式執(zhí)行。
當(dāng)運算放大器A1-A3的輸出信號根據(jù)用于轉(zhuǎn)換元件的信號SMPL被取樣保持電容CL1-CL3取樣并保持時，第一行的轉(zhuǎn)換元件S1-1至S1-3的電荷從轉(zhuǎn)換電路701被輸出。因此，在讀取電路707中由開關(guān)Sr1-Sr3執(zhí)行串行轉(zhuǎn)換和輸出的同時，轉(zhuǎn)換電路701中的第一行的轉(zhuǎn)換元件S1-1至S1-3的刷新操作和電容元件Cf1-Cf3的復(fù)位操作可被執(zhí)行。
通過將信號“REFRESH”變?yōu)椤案?Hi)”以接通開關(guān)SW-ref、通過信號“RC”電連接開關(guān)RES1-RES3、并將電壓Vg(on)施加到第一行的開關(guān)元件(T1-1至T1-3)的柵極線G1，完成第一行的轉(zhuǎn)換元件S1-1至S1-3的刷新操作。即，通過刷新操作，第一行的轉(zhuǎn)換元件S1-1至S1-3的G電極被刷新到刷新偏壓V(刷新)。然后，執(zhí)行復(fù)位操作。
在復(fù)位操作中，在保持電壓Vg(on)施加到第一行的開關(guān)元件(T1-1至T1-3)的柵極線G1和開關(guān)RES1-RES3電連接的同時，信號“REFRESH”變?yōu)椤暗?Lo)”。使用該操作，第一行的轉(zhuǎn)換元件S1-1至S1-3的G電極被復(fù)位到復(fù)位偏壓V(復(fù)位)＝GND。同時，蓄積在電容元件Cf1-Cf3的電荷被復(fù)位。復(fù)位操作結(jié)束之后，選通脈沖可被施加到柵極線G2。即，在對第一行的轉(zhuǎn)換元件S1-1至S1-3的電荷執(zhí)行通過第二移位寄存器SR2進(jìn)行的串行轉(zhuǎn)換操作的同時，第一行的轉(zhuǎn)換元件S1-1至S1-3被刷新，并且電容元件Cf1-Cf3被復(fù)位。然后，通過第一移位寄存器SR1，第二行的轉(zhuǎn)換元件S2-1至S2-3的電荷可被傳輸?shù)叫盘柧€M1-M3。
按照上述操作，第一至第三行的所有轉(zhuǎn)換元件S1-1至S3-3的電荷(圖像信號)可被輸出。當(dāng)一幀的操作被重復(fù)多次時，可獲得連續(xù)圖像。
圖6是在根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例的X射線成像裝置中，處理從圖4所示的讀取電路輸出的模擬信號的部件方框圖。
圖6示出了作為部件的A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)61、CPU 62、移位寄存器63和存儲單元641-64n。例如，在本實施例中，A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)61被包括在X射線檢測電路503中。存儲單元641-64n被包括在存儲器505中。CPU 62和移位寄存器63被包括在圖像處理單元510中。
A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)61將從讀取電路707輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。存儲單元641-64n將第一幀(F1)至第n幀(Fn)的圖像信號作為圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。
從讀取電路707輸出的模擬信號被輸入到A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)61。A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)61的分辨率根據(jù)診斷目的變化。在胸部X射線成像中，分辨率適當(dāng)?shù)貫?2-14位或更高。來自A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)61的數(shù)字信號被存儲在存儲單元641-64n中作為每幀的圖像數(shù)據(jù)。在圖6中，設(shè)置了n個存儲單元，其存儲對應(yīng)于第一幀(F1)至第n幀(Fn)的放射線照相的圖像數(shù)據(jù)。來自存儲單元的信號由CPU(中央處理單元)62處理。該處理包括能量減法處理和重構(gòu)處理以獲得斷層圖像。
圖7是示出圖6中所示的CPU 62的操作的時序圖。該時序圖也包括每幀(F1、…、Fn-1、Fn)的X射線產(chǎn)生時間。
圖8是示出圖4中所示的轉(zhuǎn)換電路701的示意性配置的平面圖。
轉(zhuǎn)換元件101對應(yīng)于圖4中的轉(zhuǎn)換元件S1-1至S3-3。開關(guān)元件102對應(yīng)于圖4中的開關(guān)元件(T1-1至T3-3)。使用非晶硅薄膜形成轉(zhuǎn)換元件101和開關(guān)元件102。圖8也示出了連接它們的互連部分。圖9是沿圖8中的線A-B截取的轉(zhuǎn)換電路的截面圖。為了簡化說明，下文中MIS光電轉(zhuǎn)換元件將被簡稱作轉(zhuǎn)換元件。
轉(zhuǎn)換元件101和開關(guān)元件102(非晶硅開關(guān)元件，下文中將被簡稱作開關(guān)元件)形成于單個絕緣基板103上。由第一金屬薄膜層104形成轉(zhuǎn)換元件101的下部電極，該第一金屬薄膜層104也由開關(guān)元件102的下部電極(柵極)共用。由第二金屬薄膜層105形成轉(zhuǎn)換元件101的上部電極，該第二金屬薄膜層105也由開關(guān)元件102的上部電極(源極和漏極)共用。
第一金屬薄膜層104和第二金屬薄膜層105也由圖8中所示的轉(zhuǎn)換電路701的柵極驅(qū)動線106和矩陣信號線107共用。參照圖8，總共設(shè)置了2×2＝4個像素。然而，本發(fā)明不限于此，可設(shè)置任意數(shù)目的像素。圖8中的陰影區(qū)對應(yīng)于轉(zhuǎn)換元件101的光接收表面。電源線109將偏壓施加到轉(zhuǎn)換元件。接觸孔部分110將轉(zhuǎn)換元件與開關(guān)元件相連。矩陣信號線107被設(shè)置在柵極驅(qū)動線106之上，使得在布線交叉部分114將矩陣信號線107和柵極驅(qū)動線106交叉。
如圖8和圖9中所示，當(dāng)使用主要由非晶硅構(gòu)成的結(jié)構(gòu)時，通過單一處理可在單個絕緣基板103上形成轉(zhuǎn)換元件101、開關(guān)元件102、柵極驅(qū)動線106和矩陣信號線107。因此，可以以較低的成本很容易地設(shè)置較大面積的轉(zhuǎn)換電路701。
下面將描述一個轉(zhuǎn)換元件101的器件操作。
圖10A至10C是說明轉(zhuǎn)換元件101的器件操作的能帶圖。
圖10A和10B分別示出了刷新模式下的操作和轉(zhuǎn)換模式下的操作。圖10C示出了飽和狀態(tài)下的操作。在圖10A-10C的側(cè)端所示的M1和M2表示圖9中的層的厚度方向狀態(tài)。
更具體地說，M1表示由圖9的第一金屬薄膜層104(例如Cr)形成的下部電極(G電極)。非晶氮化硅(a-SiNx)層對應(yīng)于阻止電子和空穴通過的圖9中的a-SiN絕緣薄膜層111。a-SiNx的厚度必須能夠防止隧道效應(yīng)，并且其通常被設(shè)置為500或更大。非晶氫化硅(a-Si:H)層對應(yīng)于圖9中的a-Si半導(dǎo)體薄膜層112。這是從本征半導(dǎo)體層(i層)形成的轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體層。N+層對應(yīng)于圖9中的N+層113。這是由諸如N型a-Si:H之類的非晶半導(dǎo)體形成的用于阻止空穴注入到a-Si:H層的單導(dǎo)電型載流子注入阻止層。M2表示由圖9中的第二金屬薄膜層105(例如A1)形成的上部電極(D電極)。
在圖9中，第二金屬薄膜層105(D電極)不完全覆蓋N+層113。然而，電子可自由地在D電極和N+層113之間移動。因此，D電極和N+層113總是處于等電位。以下描述將在這一前提下進(jìn)行。
對應(yīng)于將電壓施加到D電極或G電極的方式，轉(zhuǎn)換元件101具有兩種操作模式，即刷新模式和轉(zhuǎn)換模式。
在示出刷新模式的圖10A中，相對于G電極的負(fù)電壓被施加到D電極。i層中由實心圓圈表示的空穴通過電場被引導(dǎo)到D電極。與此同時，由空心圓圈表示的電子被注入到i層。此時，一些空穴和電子重新結(jié)合并在N+層和i層中消失。如果這種狀態(tài)持續(xù)充分長的時間，則i層的空穴從那里被去除。
為了將刷新模式轉(zhuǎn)變?yōu)閳D10B中所示的轉(zhuǎn)換模式，相對于G電極的正電位被施加到D電極。i層的電子被瞬時引導(dǎo)到D電極。然而，由于N+層用作注入阻止層，因此空穴不被引導(dǎo)到i層。在這種情況下當(dāng)光變?yōu)槿肷涞絠層上時，光被吸收并且產(chǎn)生電子空穴對。產(chǎn)生的電子通過電場被引導(dǎo)到D電極?？昭ㄔ趇層中移動并到達(dá)i層和a-SiNx層之間的界面?？昭ú荒芤迫隺-SiNx層，因此停留在i層中。此時，由于電子移動到D電極，并且空穴移動到i層和a-SiNx層之間的界面，因此，電流從G電極流動以保持轉(zhuǎn)換元件101的電中性。該電流對應(yīng)于由光產(chǎn)生的電子空穴對。因此，電流與入射光成正比。
在圖10B中所示的轉(zhuǎn)換模式保持一定時間之后，再次設(shè)置刷新模式。如上所述，停留在i層中的空穴被引導(dǎo)到D電極。與此同時，對應(yīng)于空穴的電流流動。在轉(zhuǎn)換模式期間，空穴的量對應(yīng)于入射光的總量。此時，對應(yīng)于注入到i層的電子量的電流也流動。該量幾乎為恒定的并且可用減法檢測。即，轉(zhuǎn)換元件101可實時輸出正入射的光的量，并可同時檢測一定時間內(nèi)已入射的光的總量。
然而，如果由于某種原因使得轉(zhuǎn)換模式延長或入射光的照度過高，則盡管光入射也沒有電流流動。這是因為產(chǎn)生了飽和狀態(tài)，如圖10C中所示。在飽和狀態(tài)下，許多空穴停留在i層中，并且由于空穴的存在，i層中的電場變小。因此，產(chǎn)生的電子不被引導(dǎo)而是與i層中的空穴重新結(jié)合。如果在飽和狀態(tài)下光入射狀態(tài)改變，則電流可能不穩(wěn)定地流動。當(dāng)模式再次變?yōu)閳D10A所示的刷新模式時，i層中的空穴被去除。因此，在下一轉(zhuǎn)換模式中，與光成正比的電流重新流動。
在圖10A中所示的上述刷新模式中，i層中的所有空穴均被理想地去除。然而，即使當(dāng)空穴被部分去除時也可獲得效果。因為可獲得如上所述的相同電流，所以不會出現(xiàn)任何問題。更具體地說，對于下一轉(zhuǎn)換模式下的檢測，僅需要避免圖10C中的飽和狀態(tài)。僅需要確定刷新模式下相對于G電極的D電極的電位、刷新模式的周期和用作注入阻止層的N+層的特性。此外，在圖10A中所示的刷新模式下，將電子注入到i層不是必要條件。相對于G電極的D電極的電位不限于負(fù)電位。這是因為當(dāng)許多空穴停留在i層中時，即使當(dāng)相對于G電極的D電極的電位為正時，i層中的電場也沿將空穴引導(dǎo)到D電極的方向被施加。用作注入阻止層的N+層的特性不必總是使電子注入到i層。
在本實施例中，通過轉(zhuǎn)換從X射線電源504提供到X射線管501的電壓(管電壓)，X射線的能量被改變。然而，本發(fā)明不限于此。作為改變X射線能量的另一種方法，例如，具有不同X射線吸收率的區(qū)域的濾波器被配置在X射線管501和平板檢測器之間。圖17示出了該方法的示例。濾波器1701吸收從X射線管501發(fā)射的X射線1703。例如，旋轉(zhuǎn)濾波器1701，使得通過濾波器1701的開口1702的X射線1703的通過時間與X射線1703的照射脈沖的照射時間同步。以這種方式轉(zhuǎn)換到達(dá)平板檢測器的X射線1703的能量。
在本實施例中，X射線的能量在奇數(shù)幀放射線照相和偶數(shù)幀放射線照相之間轉(zhuǎn)換。然而，本發(fā)明不限于此。例如，三幀中的其中一幀的X射線能量也可被轉(zhuǎn)換?；蛘?，四幀中的其中一幀的X射線能量也可被轉(zhuǎn)換。
圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的示意性配置的圖。
被攝體507被從X射線管501發(fā)射的并具有出射角θ的X射線照射。被攝體507主要為人(患者)。透射過被攝體507的X射線由熒光體502轉(zhuǎn)換為可見光。來自熒光體502的可見光通過轉(zhuǎn)換元件508被轉(zhuǎn)換為電信號。因此，被攝體507的X射線圖像作為電信號被獲得。
轉(zhuǎn)換元件508的材料的一個示例為非晶硅。轉(zhuǎn)換元件508作為像素形成在絕緣基板506上。熒光體502和轉(zhuǎn)換元件508通過例如粘接工藝等實質(zhì)上相互粘著，使得形成包括熒光體502和轉(zhuǎn)換元件508的X射線檢測電路503。熒光體502由包含例如Gd2O2S、Gd2O3、CsI中的至少一種作為主成分的材料構(gòu)成。X射線電源504向X射線管501提供電壓。X射線電源504提供高壓以加速X射線管501中的電子。
在本實施例中，熒光體502將入射X射線轉(zhuǎn)換為可見光。不使用熒光體502，入射X射線可通過轉(zhuǎn)換元件508吸收，并且所吸收的X射線可直接被轉(zhuǎn)換為電信號。在這種情況下，轉(zhuǎn)換元件508由包含例如碘化鉛、碘化汞、硒、碲化鎘、砷化鎵、磷化鎵、硫化鋅和硅中的至少一種作為主成分的材料構(gòu)成。
存儲器505將由X射線檢測電路503轉(zhuǎn)換的被攝體507的電信號(圖像信號)作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并具有存儲多幀圖像數(shù)據(jù)的區(qū)域。對存儲在存儲器505中的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行諸如能量減法處理和重構(gòu)處理之類的運算處理，以通過圖像處理單元510獲得斷層圖像，從而產(chǎn)生用于顯示或診斷的圖像。
甚至在第二實施例中，與第一實施例相同，在執(zhí)行多幀(n幀)時間連續(xù)的放射線照相時，成像控制單元511在奇數(shù)幀放射線照相和偶數(shù)幀放射線照相之間轉(zhuǎn)換要從X射線電源504提供到X射線管501的電壓，以改變從X射線管501發(fā)射的X射線的波長。X射線檢測電路503檢測其內(nèi)部組織的X射線吸收發(fā)生變化的被攝體507的圖像信號。檢測的圖像信號由A/D轉(zhuǎn)換器(未示出)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并且作為圖像數(shù)據(jù)存儲在存儲器505中。在圖11所示的示例中，在成像控制單元511的控制下，在奇數(shù)幀放射線照相中，電壓V1從X射線電源504被提供到X射線管501，而在偶數(shù)幀放射線照相中，電壓V2被提供。因此，在奇數(shù)幀放射線照相中，較短波長的X射線從X射線管501被發(fā)射到被攝體507，而在偶數(shù)幀放射線照相中，較長波長的X射線被發(fā)射。
作為第二實施例的特征，在旋轉(zhuǎn)安排在X射線管501和X射線檢測電路503之間的被攝體507自身的同時放射線照相被執(zhí)行。即，不必設(shè)置第一實施例中描述的掃描架509。假如備有轉(zhuǎn)椅(下文中將要描述)，在醫(yī)院的所謂一般放射線照相室內(nèi)，通過使用普通放射線照相的X射線，可執(zhí)行放射線照相。
即使在第二實施例的X射線成像裝置中，X射線檢測電路503也具有較大的面積，因為轉(zhuǎn)換元件508被二維排列。被攝體507的旋轉(zhuǎn)角可為180°或360°。接著可以認(rèn)為患者(被攝體507)極少會感到暈眩和惡心。在本實施例中，與常規(guī)螺旋式掃描CT相比，可縮短放射線照相的時間。例如，在放射線拍攝患者的胸部時，可縮短他/她需要屏住呼吸的時間。因此，可減輕患者的負(fù)擔(dān)。
圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例的X射線成像裝置中旋轉(zhuǎn)被攝體507的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的示意圖。該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用作驅(qū)動機(jī)構(gòu)以改變被攝體507和X射線管501以及X射線檢測電路503之間的位置關(guān)系。置于轉(zhuǎn)椅上并被固定到支柱的被攝體507被旋轉(zhuǎn)180°或360°。圖12中的被攝體(患者)507舉起雙手以進(jìn)行胸部放射線照相。通過將患者調(diào)整為另一姿勢，可執(zhí)行例如腦部放射線照相。
圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的操作的時序圖。圖13中的時序圖示出四種信號在放射線拍攝奇數(shù)和偶數(shù)幀中的“移動”、“X射線”、“管電壓”和“圖像信號”。“移動”表示安排在X射線管501和X射線檢測電路503之間的被攝體507的旋轉(zhuǎn)(位移)時間。作為第三實施例的特征，根據(jù)在奇數(shù)幀放射線照相中而不在偶數(shù)幀放射線照相中執(zhí)行移動的順序，讀取操作被執(zhí)行。按照每2幀旋轉(zhuǎn)1次，執(zhí)行放射線照相。更具體地說，如果m值相同，則在第(2m-1)幀的奇數(shù)幀放射線照相和第(2m)幀的偶數(shù)幀放射線照相中，圖11中所示的成像控制單元511不改變被攝體507和X射線管501以及X射線檢測電路503之間的位置關(guān)系。每當(dāng)m值遞增1，被攝體507和X射線管501以及X射線檢測電路503之間的位置關(guān)系被改變。
在本實施例中，奇數(shù)幀和偶數(shù)幀以相同的位置關(guān)系被放射線拍攝。因此，提高了下面由圖像處理單元510執(zhí)行的能量減法處理的精度。在圖13所示的時序圖中，移動在奇數(shù)幀放射線照相中進(jìn)行但不在偶數(shù)幀放射線照相中進(jìn)行。然而，即使當(dāng)移動順序相反(reverse)時，也可獲得相同的結(jié)果而不會產(chǎn)生任何問題。
圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的操作的時序圖。圖14中的時序圖示出四種信號在放射線拍攝奇數(shù)和偶數(shù)幀中的“移動”、“X射線”、“管電壓”和“圖像信號”?！耙苿印笨杀豢醋鞒蓪Φ腦射線管501和X射線檢測電路503的運動(位移)，其繞圖1和圖2中的被攝體507旋轉(zhuǎn)?；蛘撸耙苿印笨杀豢醋靼才旁趫D11中的X射線管501和X射線檢測電路503之間的被攝體507的旋轉(zhuǎn)(位移)。作為圖14的特征，均勻的旋轉(zhuǎn)運動被執(zhí)行而與是奇數(shù)幀還是偶數(shù)幀放射線照相無關(guān)。在本實施例中，由于不需要脈沖式旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，因此減輕了諸如馬達(dá)之類的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的負(fù)載。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的第五優(yōu)選實施例的X射線成像裝置的X射線檢測電路的電路圖。圖15與圖4的不同之處在于轉(zhuǎn)換元件S1-1至S3-3不包括MIS傳感器，而包括p-i-n傳感器。由于與MIS傳感器不同，p-i-n傳感器可執(zhí)行連續(xù)放射線照相而無需進(jìn)行刷新操作，因此，p-i-n傳感器的幀速率通?？筛哂贛IS傳感器的幀速率。由于轉(zhuǎn)換元件S1-1至S3-3由p-i-n傳感器形成，因此讀取電路702具有不同于圖4中的讀取電路707的配置。
圖16是示出本發(fā)明的第六優(yōu)選實施例的示意圖，其中X射線成像裝置被應(yīng)用到X射線成像系統(tǒng)。由X射線管6050產(chǎn)生的X射線6060透射過被攝體507的胸部5071并入射在圖像傳感器6040上。入射在圖像傳感器6040上的X射線包含被攝體507體內(nèi)的信息。在圖像傳感器6040中，對應(yīng)于X射線的入射，X射線由熒光體轉(zhuǎn)換為可見光。該可見光被光電轉(zhuǎn)換以獲得電信號。電信號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，由用作信號處理單元的圖像處理器6070進(jìn)行圖像處理，并且在控制室內(nèi)的用作顯示單元的顯示器6080上作為圖像被顯示和觀察。
本實施例的X射線管6050對應(yīng)于例如圖1中的X射線管501。圖像傳感器6040對應(yīng)于例如圖1中的X射線檢測電路503。圖像處理器6070對應(yīng)于例如圖1中的X射線電源504、成像控制單元511、存儲器505和圖像處理單元510。
通過諸如電話線之類的傳輸單元6090，通過圖像處理器6070的圖像處理產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)可被傳輸?shù)竭h(yuǎn)地。在諸如醫(yī)生工作室的另一地點，圖像數(shù)據(jù)也可顯示在用作顯示單元的顯示器6081上，或者存儲在諸如光盤之類的存儲單元中。因此，可以由位于遠(yuǎn)地的醫(yī)生進(jìn)行診斷。通過使用膠片處理器6100，圖像數(shù)據(jù)也可記錄在膠片6110上。
圖16中的被攝體507和圖像傳感器6040被示出為好象彼此附著在一起。然而，在旋轉(zhuǎn)如圖11和圖12中所示的被攝體的同時執(zhí)行斷層攝影的X射線成像裝置也可被應(yīng)用于X射線成像系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在捕獲被攝體507的多個連續(xù)X射線圖像時，成像控制單元511控制X射線電源504的電壓以在第(2m-1)(m為自然數(shù)；m≥1)幀的奇數(shù)幀放射線照相和第(2m)幀的偶數(shù)幀放射線照相之間改變從X射線管501發(fā)射的X射線的波長。此外，用于改變被攝體507和X射線管501以及X射線檢測電路503之間的位置關(guān)系的驅(qū)動機(jī)構(gòu)(例如圖1中所示的掃描架509或圖12中所示的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu))的驅(qū)動被控制。而且，圖像處理單元510處理存儲在存儲器505中的奇數(shù)幀圖像數(shù)據(jù)和偶數(shù)幀圖像數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生被攝體507的斷層圖像或三維圖像。因此，從包括具有不同放射線吸收的部分(諸如骨骼和血管)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的放射線照相圖像，可獲得具有高對比度的沒有例如骨骼陰影的圖像。因此，在具有高對比度的組織附近的具有非常低對比度的病變部位可被檢測出，并且診斷效率可被提高。
通過二維排列轉(zhuǎn)換元件508，形成具有較大面積的X射線檢測電路503。當(dāng)如圖11和圖12中所示旋轉(zhuǎn)被攝體507的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)被使用時，可實現(xiàn)具有較高占空系數(shù)的經(jīng)濟(jì)的X射線成像裝置的X射線成像系統(tǒng)，如圖16中所示。該X射線成像系統(tǒng)便于記錄、顯示、打印和存儲獲得的放射線照相數(shù)據(jù)?？商峁M足近來對數(shù)字化的需要并替代膠片放射線照相方案的常規(guī)系統(tǒng)的全新X射線成像系統(tǒng)。因此，在未來的老齡社會中，可實現(xiàn)具有比現(xiàn)在更高質(zhì)量的先進(jìn)醫(yī)療環(huán)境。
X射線管501以出射角(錐角)θ將圓錐形X射線(所謂的錐形束)發(fā)射到被攝體507。此外，由于通過二維排列轉(zhuǎn)換元件508形成較大面積的X射線檢測電路，因此可縮短放射線照相時間，并且可減輕被攝體(患者)的負(fù)擔(dān)。例如，在放射線拍攝患者的胸部時，可縮短他/她需要屏住呼吸的時間。
由于在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可做出本發(fā)明的許多明顯廣泛不同的實施例，因此應(yīng)當(dāng)理解除了如權(quán)利要求中限定的之外，本發(fā)明并不限于具體的實施例。
權(quán)利要求
1.一種放射線成像裝置，包括放射線檢測電路，其中用于將從放射線源發(fā)射并透射過被攝體的放射線轉(zhuǎn)換為電信號的多個轉(zhuǎn)換元件被二維排列；驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其改變被攝體和放射線源以及所述放射線檢測電路之間的位置關(guān)系；存儲器，其將所述放射線檢測電路檢測的電信號作為圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；成像控制單元，其在捕獲被攝體的多個連續(xù)放射線圖像時，控制放射線源以在第一幀放射線照相和不同于第一幀的第二幀放射線照相之間改變從放射線源發(fā)射的放射線的能量，并且控制所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動；和圖像處理單元，其執(zhí)行存儲在所述存儲器中的第一幀圖像數(shù)據(jù)和第二幀圖像數(shù)據(jù)的減法處理以產(chǎn)生處理圖像，并且通過使用該處理圖像產(chǎn)生被攝體的斷層圖像和三維圖像中的一個。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括顯示設(shè)備，其顯示所述圖像處理單元產(chǎn)生的被攝體的斷層圖像和三維圖像中的一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中通過在第一幀放射線照相和第二幀放射線照相中驅(qū)動所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)，所述成像控制單元改變被攝體和放射線源以及所述放射線檢測電路之間的位置關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中在第2m-1幀的第一幀放射線照相和第2m幀的第2幀放射線照相中，如果m值相同，則所述成像控制單元既不驅(qū)動所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)也不改變被攝體和放射線源以及所述放射線檢測電路之間的位置關(guān)系，并且每當(dāng)m值遞增1，驅(qū)動所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)并改變被攝體和放射線源以及所述放射線檢測電路之間的位置關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中放射線以脈沖形狀從放射線源發(fā)射。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中放射線以錐形從放射線源發(fā)射到被攝體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中被攝體被安排在放射線源和所述放射線檢測電路之間，并且所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過旋轉(zhuǎn)被攝體改變位置關(guān)系。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)按照180°或360°旋轉(zhuǎn)被攝體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中被攝體被安排在放射線源和所述放射線檢測電路之間，并且所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過圍繞被攝體整體地旋轉(zhuǎn)放射線源和所述放射線檢測電路改變位置關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其中所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)按照180°或360°圍繞被攝體整體地旋轉(zhuǎn)放射線源和所述放射線檢測電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述放射線檢測電路具有將從放射線源發(fā)射的放射線轉(zhuǎn)換為可見光的波長轉(zhuǎn)換器，并且轉(zhuǎn)換元件將由所述波長轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的可見光轉(zhuǎn)換為電信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中第一幀和第二幀分別為連續(xù)的奇數(shù)幀和偶數(shù)幀。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所述成像控制單元改變從放射線源發(fā)射的放射線的波長。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中要從電源提供的電壓為可控的。
15.一種放射線成像系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1的放射線成像裝置；信號處理裝置，用于處理來自所述放射線成像裝置的信號；顯示裝置，用于顯示來自所述信號處理裝置的信號；和傳送裝置，用于傳送來自所述信號處理裝置的信號。
16.一種放射線成像裝置，包括放射線檢測電路，其中用于將從放射線源發(fā)射并透射過被攝體的放射線轉(zhuǎn)換為電信號的多個轉(zhuǎn)換元件被二維排列；驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其改變被攝體和放射線源以及所述放射線檢測電路之間的位置關(guān)系；存儲器，其將所述放射線檢測電路檢測的電信號作為圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；成像控制單元，其在捕獲被攝體的多個連續(xù)放射線圖像時，控制要從電源提供的電壓以在第一幀放射線照相和不同于第一幀的第二幀放射線照相之間改變從放射線源發(fā)射的放射線的波長，并且控制所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動；和圖像處理單元，其被配置成產(chǎn)生基于存儲在所述存儲器中的第一幀圖像數(shù)據(jù)的第一圖像、基于存儲在所述存儲器中的第二幀圖像數(shù)據(jù)的第二圖像和基于通過執(zhí)行第一幀圖像數(shù)據(jù)和第二幀圖像數(shù)據(jù)的能量減法處理獲得的圖像數(shù)據(jù)的第三圖像中的至少兩個圖像，并且將產(chǎn)生的圖像顯示在顯示設(shè)備上。
17.一種放射線成像系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求16的放射線成像裝置；信號處理裝置，用于處理來自所述放射線成像裝置的信號；顯示裝置，用于顯示來自所述信號處理裝置的信號；和傳送裝置，用于傳送來自所述信號處理裝置的信號。
18.一種放射線成像裝置的控制方法，所述放射線成像裝置包括放射線檢測電路，其中將從放射線源發(fā)射并透射過被攝體的放射線轉(zhuǎn)換為電信號的多個轉(zhuǎn)換元件被二維排列；驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其改變被攝體和放射線源以及放射線檢測電路之間的位置關(guān)系；和存儲器，其將放射線檢測電路檢測的電信號作為圖像信號進(jìn)行存儲，所述方法包括以下步驟在捕獲被攝體的多個連續(xù)放射線圖像時，控制要從電源提供的電壓以在第一幀放射線照相和不同于第一幀的第二幀放射線照相之間改變從放射線源發(fā)射的放射線的波長，并且控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動；和執(zhí)行存儲在所述存儲器中的第一幀圖像數(shù)據(jù)和第二幀圖像數(shù)據(jù)的減法處理以產(chǎn)生處理圖像，并且通過使用該處理圖像產(chǎn)生被攝體的斷層圖像和三維圖像中的一個。
全文摘要
一種放射線成像裝置包括放射線檢測電路，其中將從放射線源發(fā)射并透射過被攝體的放射線轉(zhuǎn)換為電信號的多個轉(zhuǎn)換元件被二維排列；驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其改變被攝體和放射線源以及放射線檢測電路之間的位置關(guān)系；存儲器，其將放射線檢測電路檢測的電信號作為圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；成像控制單元，其在捕獲被攝體的多個連續(xù)放射線圖像時，控制放射線源以在第一幀放射線照相和不同于第一幀的第二幀放射線照相之間改變從放射線源發(fā)射的放射線的能量，并且控制所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動；和圖像處理單元，其執(zhí)行存儲在存儲器中的第一幀圖像數(shù)據(jù)和第二幀圖像數(shù)據(jù)的減法處理以產(chǎn)生處理圖像，并且通過使用該處理圖像產(chǎn)生被攝體的斷層圖像和三維圖像中的一個。
文檔編號G03B42/02GK1879559SQ20061009276
公開日2006年12月20日 申請日期2006年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月14日
發(fā)明者遠(yuǎn)藤忠夫, 龜島登志男, 八木朋之, 竹中克郎, 橫山啟吾 申請人:佳能株式會社