Уровень техники
Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству формирования изображения, системе формирования изображения, ее способу управления и ее программе и, в частности, к способу компенсирующей коррекции сфотографированного изображения.
Описание предшествующего уровня техники
До настоящего времени большинство фотографий представляли собой пленочные фотографии (фотографии на основе соли серебра), полученные посредством оптической камеры и пленки на основе соли серебра. С прогрессом полупроводниковых технологий было разработано устройство формирования изображения, такое как видеокамера, которая могла фотографировать движущееся изображение путем использования твердотельного устройства формирования изображения, используя монокристаллический кремниевый (Si) сенсор типа сенсора на Приборе с Зарядовой Связью (ПЗС-сенсор) или сенсора на приборе с переходом Металл - Оксид - Полупроводник (МОП-сенсор). Однако изображение, полученное с помощью такого устройства формирования изображения, в котором используется твердотельный прибор формирования изображения, уступает пленочной фотографии в показателях количества пикселей и отношения сигнал/шум. Пленочная фотография обычно используется для фотографирования неподвижного изображения.
С другой стороны, в последние годы увеличивается потребность в обработке изображения посредством компьютера, сохранении изображения в форме электронного файла, передаче изображения посредством электронной почты и т.п. Требуется электронное устройство формирования изображения для вывода фотоизображения в виде цифрового сигнала, которое не хуже пленочной фотографии. Эта необходимо не только для обычных фотографий и для области медицины и исследований.
Например, в области медицины используется рентгенограмма как фотография, полученная с использованием способа фотографирования. Рентгеновское излучение, генерируемое из рентгеновского источника, излучается на пораженную часть тела человека как объекта, и рентгенограмма используется для определения присутствия или отсутствия перелома кости или опухоли и т.п. на основании информации передачи рентгеновского излучения. В течение длительного времени рентгенограмма широко используется для медицинского диагностирования. Обычно, рентгеновское излучение, пропущенное через пораженную часть, входит в фосфор, преобразуется в видимый свет и, далее, облучает пленку на основе соли серебра.
Тем не менее, несмотря на то, что пленка на основе соли серебра имеет такие преимущества как высокая чувствительность и разрешающая способность, она имеет также ряд недостатков, таких как сложность проявления, большое время, необходимое для сохранения и управления, невозможность оперативной передачи пленки в удаленную поверхность и т.п. Как упомянуто выше, требуется электронное рентгеновское устройство формирования изображения для вывода фотографического изображения в форме цифрового сигнала, которое не уступает пленочной фотографии. Это утверждение верно не только для медицинской области, но также для области неразрушающего исследования пробы, такой как структура и т.п.
Для этой цели было разработано устройство формирования изображения (Плоско Панельный Детектор, ППД), в котором используется большой сенсор, получаемый посредством двумерного расположения формирователей изображения, имеющих фотоэлектрические преобразовательные элементы, которые изготовлены из аморфного гидрида кремния. ППД реализован на основе принципа, что когда к фотоэлектрическому преобразовательному элементу прилагается электрическое поле обратного направления, в полупроводниковом слое протекает фотоэлектрический ток, зависящий от количества падающего света.
Согласно технологии ППД, например, посредством напылительной установки, установки химического осаждения из газовой фазы или т.п. на изолирующую подложку со стороной примерно 30~50 см наносится металлический слой, слой аморфного кремния или т.п., и формируются фотоэлектрические преобразовательные элементы (фотодиоды) и тонкопленочные транзисторы (ТПТ). Таким образом, например, формируется примерно 2000×2000 фотоэлектрических преобразовательных элементов, к ним прилагается электрическое поле обратного смещения, и в тоже время заряды, протекающие в обратном направлении каждого фотоэлектрического преобразовательного элемента, могут быть по отдельности детектированы посредством сформированных ТПТ.
Тем не менее, согласно технологии ППД, ток, называемый темновым током, протекает даже в состоянии, когда на фотоэлектрические преобразовательные элементы свет не излучается, что приводит к возникновению искажений в изображении. Сверх того, темновой ток влияет на изображение как дробовой шум, и он становится одним из факторов, вследствие которых деградирует детектирующая способность, то есть чувствительность (отношение сигнал/шум) всего устройства. Подобная деградация имеет отрицательное воздействие на медицинское диагностирование и оценку исследования. Само собой разумеется, что возникает проблема, когда, например, упускают фокус и дефектную деталь из-за дробового шума. Соответственно, важно уменьшить темновой ток, насколько это возможно.
Сущность изобретения
Темновой ток в ППД имеет временную характеристику, которая проиллюстрирована на Фиг.11. Как проиллюстрировано на Фиг.11, темновой ток имеет наибольшее значение непосредственно после приложения смещающего напряжения, и позже он постепенно уменьшается (стабилизируется). Рассматриваются две причины этого явления.
Одна из них заключается в том, что обычно при формировании фотоэлектрического преобразовательного элемента с применением аморфного кремниевого полупроводника в качестве основного компонента образуются дефектные слои из ненасыщенных связей в аморфной полупроводниковой пленке и из примесей, смешиваемых в процессе формирования. Эти дефектные уровни действуют как уровни захвата. Даже непосредственно после или до приложения напряжения смещения некоторые электроны и дырки захватываются, и по истечении периода от нескольких миллисекунд до нескольких десятых секунды они переходят в зону проводимости или валентную зону, и протекает ток проводимости (темновой ток).
В случае использования фотоэлектрического преобразовательного элемента типа Металл-Диэлектрик-Полупроводник (МДП) известно, что присутствует множество уровней захвата, в частности, на граничной части между полупроводниковым слоем (I-слоем) и обедненным слоем (например, N-слоем). В случае использования фотоэлектрического преобразовательного элемента МДП кристаллического типа без применения пленки аморфного полупроводника известно, что количество уровней захвата меньше, чем в случае использования пленки аморфного полупроводника, хотя это зависит от условий и устройства обработки, используемых при формировании элемента. Тем не менее, в граничной части между полупроводниковым слоем (I-слоем) и обедненным слоем (например, N-слоем) присутствует множество несовмещенных кристаллических решеток, уровень захвата не равен нулю, и есть тенденция вывода фотоэлектрического преобразовательного элемента, проиллюстрированная на Фиг.11.
Еще одной из рассматриваемых причин является характеристика обедненного слоя. Например, если обедненный слой изготовлен из аморфного кремния типа N, то в идеальном случае в полупроводниковый слой не проникает ни одной дырки. Тем не менее, в действительности в случае аморфного кремния N-слой полностью не блокирует дырки. Дырки, которые проходят через N-слой и проникают в полупроводниковый слой (I-слой), представляют темновой ток. Дырки накапливаются на границе между полупроводниковым слоем (I-слоем) и изолирующим слоем. Вместе с накоплением дырок внутреннее электрическое поле в I-слое ослабляется. Поскольку количество дырок, проникающих в I-слой из N-слоя, уменьшается вместе с ослаблением электрического поля, то темновой ток уменьшается.
Аналогично случаю использования фотоэлектрического преобразователя типа МДП, в случае использования фотоэлектрического преобразовательного элемента типа PIN (положительный-собственный-отрицательный), в котором в качестве компонента используется аморфный кремний, требуется определенное время для стабилизации темнового тока после приложения напряжения смещения. Предполагается, что это происходит из-за дефектных уровней в пленке. Аналогично, в случае использования аморфного селена, арсенида галлия, йодида ртути, йодида свинца или теллурида кадмия, которые поглощают излучение и напрямую преобразует его в электрический сигнал, также требуется предварительно определенное время для стабилизации темнового тока.
В качестве способа устранения характеристики темнового тока, которая, как упомянуто выше, зависит от времени, используется способ, согласно которому к фотоэлектрическому преобразовательному элементу непрерывно прилагается смещающее напряжение. Однако, если напряжение смещения непрерывно прилагается к фотоэлектрическому преобразовательному элементу, то количество дефектов в полупроводнике увеличивается из-за протекающего тока, характеристика постепенно деградирует, и возникают такие явления как увеличение темнового тока, уменьшение фотоэлектрического тока и т.п. Если в силу применения напряжения смещения непрерывно прилагается электрическое поле, то увеличивается не только количество дефектов, но из-за движения ионов и электролиза это также становится причиной сдвига порогового значения ТПТ и коррозии металла, который используется для электрических цепей, что приводит к ухудшению надежности всего устройства. Ухудшение надежности нежелательно при изготовлении таких продуктов как медицинское и исследовательское устройства. Например, крайне нежелательны отказы устройства при диагностировании, лечении или обследовании, которые требуются во время экстренной ситуации. Следовательно, необходимо так спроектировать ППД, чтобы фотоэлектрический преобразовательный элемент переходил в неработоспособное состояние, когда ППД не используется.
В отличие от фотографирования с использованием пленки, согласно технологии ППД, поскольку фотоизображение может быть отображено на монитор и диагноз может быть определен непосредственно после фотографирования, предполагается, что ППД будут использоваться в области, где фотографирование и диагностирование выполняется в течение короткого времени, как в случае оказания срочной медицинской помощи. Однако, поскольку темновой ток фотоэлектрического преобразовательного элемента, как упомянуто выше, имеет характеристику, которая зависит от времени, непосредственно после приложения напряжения смещения к фотоэлектрическому преобразовательному элементу темновой ток имеет большое значение, и возникают искажения и шум, и, соответственно, качество картинки деградирует.
Следовательно, согласно официальному бюллетеню в патенте США №6127684 рентгенография осуществляется после стабилизации характеристики темнового тока. Компенсирующее изображение, на которое не излучается рентгеновское излучение, снимается до или после рентгенографии, и вычисляется разница между компенсирующим изображением и рентгеновским изображением, полученным в результате рентгенографии, посредством чего удаляется компонент темнового тока рентгеновского изображения (ниже на этот процесс ссылаются как на компенсирующую коррекцию). Согласно первому способу, поскольку оператор должен выждать предварительно определенное время после приложения напряжения смещения к фотоэлектрическому преобразовательному элементу, существует проблема, заключающаяся в том, что устройство не может использоваться в случае необходимости экстренной помощи и оперативность применения низкая. Согласно второму способу, поскольку темновой ток имеет большое значение непосредственно после приложения напряжения смещения к фотоэлектрическому преобразовательному элементу, существует проблема, заключающая в том, что даже если вычисляется разница, компонент темнового тока не может быть полностью удален.
Согласно официальному бюллетеню в патенте США №5818898 темновой ток (данные количества шума) на единицу времени сохраняется в памяти. Данные количества накопленного шума вычисляются на основании периода накопления при рентгенографии, который измеряется схемой измерения периода накопления, и данных количества шума на единицу времени, и данные количества накопленного шума вычитаются из рентгеновского изображения, таким образом, проводя компенсирующую коррекцию. Тем не менее, поскольку темновой ток имеет характеристику, которая зависит от времени, прошедшего после приложения напряжения смещения к фотоэлектрическому преобразовательному элементу, существует проблема, заключающаяся в том, что компонент темнового тока не может быть полностью вычтен из рентгеновского изображения.
Согласно официальному бюллетеню в патенте США №6965111 темновой ток стабилизируется путем излучения света на фотоэлектрический преобразовательный элемент с помощью источника света, такого как светоизлучающий диод, электролюминесцентное устройство или т.п. Тем не менее, в этом случае должен быть предусмотрен источник света, что приводит к увеличению стоимости и размеров ППД.
Целью настоящего изобретения является предоставление устройства формирования изображения, в котором даже непосредственно после приложения напряжения смещения к фотоэлектрическому преобразовательному устройству может быть выполнена качественная рентгенография без увеличения стоимости и размера устройства.
Согласно настоящему изобретению предоставлено устройство формирования изображения, содержащее:
блок детектирования, включающий в себя множество преобразовательных элементов, которые расположены в виде матрицы на подложке, для преобразования падающего излучения или падающего света в электрический сигнал, для получения изображения на основе электрического сигнала;
блок памяти для хранения характеристики темнового тока блока детектирования после приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу;
первый блок измерения периода времени для измерения первого периода времени от приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу до начала накопления преобразовательного элемента для получения изображения;
второй блок измерения периода времени для измерения второго периода времени от начала накопления до завершения накопления;
арифметический блок количества заряда накопления для вычисления количества заряда накопления темнового тока, входящего в накопление, на основе характеристики темнового тока и первого, и второго периодов времени; и
блок обработки изображения для выполнения компенсирующей коррекции изображения, полученного на основании количества заряда накопления темнового тока.
Согласно настоящему изобретению предоставлена система формирования изображения, содержащая устройство формирования изображения и устройство генерации излучения для генерации излучения.
Согласно настоящему изобретению предоставлен способ управления устройством формирования изображения, содержащим:
блок детектирования, включающий в себя множество преобразовательных элементов, которые расположены в виде матрицы на подложке, для преобразования падающего излучения или падающего света в электрический сигнал, для получения изображения на основе электрического сигнала, и
блок памяти для хранения характеристики темнового тока блока детектирования после приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу, причем способ содержит этапы, на которых:
измеряют первый период времени от приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу до начала накопления преобразовательного элемента для получения изображения;
измеряют второй период времени от начала накопления до завершения накопления;
вычисляют количество заряда накопления темнового тока, входящего в накопление, на основании характеристики темнового тока и первого, и второго периодов времени; и
выполняют компенсирующую коррекцию изображения, полученного на основе вычисленного количества заряда накопления темнового тока.
Согласно настоящему изобретению предоставлен носитель информации для хранения программы для управления способом устройства формирования изображения, содержащего:
блок детектирования, включающий в себя множество преобразовательных элементов, которые расположены в виде матрицы на подложке, для преобразования падающего излучения или падающего света в электрический сигнал, для получения изображения на основе электрического сигнала, и
блок памяти для хранения характеристики темнового тока блока детектирования после приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу, причем программа управляет компьютером, чтобы выполнять этапы:
измерения первого периода времени от приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу до начала накопления преобразовательного элемента для получения изображения;
измерения второго периода времени от начала накопления до завершения накопления;
вычисления количества заряда накопления темнового тока, входящего в накопление, на основании характеристики темнового тока и первого, и второго периодов времени; и
выполнения компенсирующей коррекции изображения, полученного на основе вычисленного количества заряда накопления темнового тока.
Согласно настоящему изобретению количество заряда накопления темнового тока вычисляется на основе периода холостого хода от приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу до начала выполнения рентгенографии для получения изображения, периода накопления при выполнении рентгенографии и характеристики темнового тока. Поскольку компенсирующая коррекция изображения выполняется путем использования вычисленного количества заряда накопления темнового тока, даже непосредственно после приложения напряжения смещения компенсирующая коррекция выполняется должным образом, без увеличения стоимости и размера устройства, и может быть выполнена качественная рентгенография.
Дополнительные отличительные признаки настоящего изобретения будут очевидны из следующего описания примеров осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематическая конструкция системы формирования изображения в первом варианте осуществления;
Фиг.2 - схема последовательности операций, иллюстрирующая работу системы формирования изображения в первом варианте осуществления;
Фиг.3 - временная диаграмма, иллюстрирующая временное распределение возбуждения системы формирования изображения в первом варианте осуществления;
Фиг.4 - схема, иллюстрирующая пример, в котором наборы, каждый из которых образуется из фотоэлектрического преобразовательного элемента и переключающего элемента, размещены в виде двумерной матрицы;
Фиг.5 - временная диаграмма, иллюстрирующая временное распределение возбуждения в конструкции, проиллюстрированной на Фиг.4;
Фиг.6 - схематическая конструкция системы формирования изображения во втором варианте осуществления;
Фиг.7 - временная диаграмма, иллюстрирующая временное распределение возбуждения системы формирования изображения во втором варианте осуществления;
Фиг.8 - схема последовательности операций, иллюстрирующая работу системы формирования изображения во втором варианте осуществления;
Фиг.9 - временная диаграмма, иллюстрирующая временное распределение возбуждения системы формирования изображения в третьем варианте осуществления;
Фиг.10 - схема последовательности операций, иллюстрирующая работу системы формирования изображения в третьем варианте осуществления;
Фиг.11 - схема, иллюстрирующая характеристику темнового тока фотоэлектрического преобразовательного элемента.
Описание вариантов осуществления изобретения
Ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи подробно описаны примеры осуществления настоящего изобретения.
(Первый вариант осуществления)
Фиг.1 представляет собой структурную схему, иллюстрирующую систему формирования изображения в первом варианте осуществления настоящего изобретения. На Фиг.1 конструкция за исключением рентгеновского источника 101, служащего как устройство генерации излучения, и его системы управления соответствует устройству формирования изображения. Система формирования изображения в первом варианте осуществления формируется из рентгеновского источника 101, его системы управления и устройства формирования изображения. В устройстве формирования изображения в первом варианте осуществления можно с легкостью селективно устанавливать режим фотографирования движущегося изображения для выполнения флуороскопии или т.п. или режим фотографирования неподвижного изображения для выполнения рентгенографии.
Работа системы формирования изображения в этом варианте осуществления управляется посредством блока 114А управления. Консольный блок 112 содержит расположенную на дисплее 121 сенсорную панель, мышь, клавиатуру, джойстик, ножной переключатель и т.п. В системе формирования изображения в этом варианте осуществления оператор 113 может выполнять различные настройки с консольного блока 112, такие как условия рентгенографии (неподвижное изображение, движущееся изображение, напряжение трубки, ток трубки, временной период излучения и т.п.), время рентгенографии, условия обработки изображения, идентификатор объекта, способ обработки полученного изображения и т.п.
Условия рентгенографии, основанные на одной из инструкции оператора 113, которая вводится через консольный блок 112, и инструкции информационной системы излучения передаются блоком 114А управления в блок 115А управления рентгенографии для управления последовательностью рентгенографии, и получают данные. На основании этих инструкций блок 115А управления рентгенографии приводит в действие рентгеновский источник 101, как источник излучения, стенд для рентгенографии (не показан) и блок 103 детектирования излучения, получает данные изображения и передает их в блок 110А обработки изображения. Блок 110А обработки изображения выполняет назначенную оператором 113 обработку переданных данных изображения, отображает на дисплее 121 и одновременно сохраняет в памяти 111 необработанные данные, полученные путем выполнения базовой обработки изображения, такой как компенсирующая коррекция, коррекция белого цвета, коррекция дефектов и т.п.
Далее, на основании инструкции оператора 113 блок 114А управления выполняет повторную обработку изображения и отображение воспроизведения данных изображения, сохраненных в памяти 111, передачу и сохранение данных изображения в устройстве в сети, отображение на дисплее, печать на пленке и т.п.
Ниже работа проиллюстрированной на Фиг.1 системы формирования изображения поэтапно описана согласно потоку сигнала. Рентгеновский источник 101 включает в себя рентгеновскую трубку и рентгеновскую диафрагму. Рентгеновская трубка приводится в действие посредством источника питания высокого напряжения, управляемого блоком 115А управления рентгенографии, и она излучает рентгеновский луч 122. Рентгеновская диафрагма приводится в действие блоком 115А управления рентгенографии, и она придает форму рентгеновскому лучу 122 в зависимости от изменения в области рентгенографии, так чтобы предотвратить излишнее рентгеновское излучение.
Рентгеновский луч 122, излученный из рентгеновского источника 101, направляется на объект 102, лежащий на стенде, который прозрачен для рентгеновского излучения. Рентгенографический стенд приводится в действие на основании инструкции блока 115А управления рентгенографии. Рентгеновский луч 122, излученный на объект 102, проникает в объект 102 и рентгенографический стенд и, далее, входит в блок 103 детектирования излучения.
Блок 103 детектирования излучения содержит решетку (не показана), фосфор 106, фотоэлектрический преобразовательный элемент 104, переключающий элемент 105, схему 107 считывания, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 108, схему 109 возбуждения и измеритель количества рентгеновского облучения (не показан). Упомянутая решетка снижает воздействие рассеяния рентгеновского излучения, которое возникает после проникновения рентгеновского луча 122 в объект 102. Эта решетка сформирована из материала с высоким поглощением рентгеновского излучения и материала с малым поглощением рентгеновского излучения, и она имеет полосатую структуру из, например, алюминия (Al) и свинца (Pb). Во время рентгеновского излучения решетка вибрирует на основании инструкции блока 115А управления рентгенографии, так чтобы не вызвать искажения из-за отношения между коэффициентами решетки блока 103 детектирования радиации (в частности, фотоэлектрического преобразовательного элемента 104, расположенного на подложке) и упомянутой решетки.
Фосфор 106, как преобразователь длины волны, поглощает рентгеновский луч, который проникает в объект 102, возбуждает центр излучения света в фосфоре 106 и излучает видимый свет. То есть фосфор 106 преобразует длину волны падающего рентгеновского излучения. Видимый свет, излученный из фосфора 106, направляется на фоточувствительную поверхность фотоэлектрического преобразовательного элемента 104, расположенного на изолирующей подложке, и преобразуется фотоэлектрическим образом. Далее, заряды преобразованного фотоэлектрическим образом сигнала предоставляются в схему 107 считывания через переключающий элемент 105, также расположенный на изолирующей подложке, и преобразуются в сигнал напряжения посредством интегрирующего усилителя схемы 107 считывания. Сигнал напряжения, преобразованный посредством интегрирующего усилителя схемы 107 считывания, преобразуется из аналогового сигнала в цифровой сигнал посредством АЦП 108 и передается наружу из блока 103 детектирования излучения. Схема 109 возбуждения приводит в действие фотоэлектрический преобразовательный элемент 104, переключающий элемент 105 и схему 107 считывания на основании инструкций от блока 115А управления рентгенографии, и таким образом выполняется операция считывания сигнала.
В качестве фотоэлектрического преобразовательного элемента 104 может использоваться, например, тонкопленочный фотоэлектрический преобразовательный элемент типа МДП или PIN, в котором в качестве основного материала используется аморфный гидрат кремния, PN-фотодиод на основе монокремния (монокристаллического кремния) или т.п. В качестве переключающего элемента 105 может использоваться тонкопленочный транзистор, в котором используется аморфный кремний, поликремний (поликристаллический кремний), монокремний и т.п. или широко известный МОП-транзистор.
В качестве материала изолирующей подложки в основном используется прозрачное стекло с малым содержанием щелочи. В качестве материала фосфора 106 используются Gd2O2S:Tb, CsI:T1 и т.п. Фосфор 106 не ограничен этими материалами, и он может быть изготовлен, например, из материала, в котором основным компонентом является вещество из следующей группы: Gd2O2S, Gd2O3, CaWO4, CdWO4, CsI и ZnS.
Фотоэлектрический преобразовательный элемент 104 также может быть сконструирован так, чтобы иметь функцию для поглощения рентгеновского излучения без необходимости прохождения через фосфор 106 и для его непосредственного преобразования в электрический сигнал. Например, фотоэлектрический преобразовательный элемент 104 может быть изготовлен из материала, в котором главным компонентом является вещество, выбранное из следующей группы: аморфный селен, арсенид галлия, йодид ртути, йодид свинца или теллурид кадмия.
Измеритель количества рентгеновского излучения измеряет количество переданного рентгеновского излучения. Измеритель количества рентгеновского излучения может напрямую детектировать рентгеновское излучение, используя фоточувствительный элемент, который изготовлен из кристаллического кремния или т.п., или он может детектировать видимый свет, который проник в фотоэлектрический преобразовательный элемент 104 и переключающий элемент 105. Информация, детектированная измерителем количества рентгеновского излучения, передается в блок 115А управления рентгенографии. Блок 115А управления рентгенографии отключает или регулирует рентгеновский источник 101 на основании информации, детектированной измерителем количества рентгеновского излучения. Несмотря на то, что в этом варианте осуществления блок 115А управления рентгенографии предоставлен вне блока 103 детектирования излучения, настоящее изобретение не ограничено такой конструкцией, и блок 115А управления рентгенографии может быть предоставлен в блоке 103 детектирования излучения.
Рентгеновский кабинет, где выполняется рентгенография, и комната управления, где оператор 113 выполняет различные операции, представляют собой отдельные помещения. Сигнал изображения от блока 103 детектирования излучения передается из рентгеновского кабинета в блок 110А обработки изображения, предоставленный в комнате управления, где оператор 113 выполняет операции. При передаче шумы, вызванные генерацией рентгеновского излучения, имеют большую величину в рентгеновском кабинете, и бывают случаи, когда данные изображения передаются с искажениями, возникающими из-за шумов. Следовательно, необходимо повысить шумовое сопротивление канала передачи. Например, желательно использовать систему передачи с функцией коррекции ошибок, систему передачи дифференциальных сигналов, представленную Дифференциальной Сигнализацией на Низком Напряжении (Low Voltage Differential Signaling, LVDS), или канал передачи через оптическое волокно.
Блок 110А обработки изображения переключает данные изображения на основании инструкции блока 115А управления рентгенографии. В качестве других функций блок 110А обработки изображения выполняет коррекцию данных изображения (компенсирующую коррекцию, коррекцию белого цвета, коррекцию дефектов), пространственную фильтрацию, рекурсивный процесс и т.п. в реальном масштабе времени и, позже, он может выполнить процесс градации, коррекцию линии рассеяния, различные типы процессов пространственной частоты и т.п. Изображение, обработанное в блоке 110А обработки изображения, отображается на дисплее 121. Одновременно с обработкой изображения в масштабе реального времени основное изображение, в котором была выполнена только коррекция данных, сохраняется в памяти 111. В качестве памяти 111 желательно использовать устройство хранения данных, которое удовлетворяет требованиям большой емкости, высокой скорости и высокой надежности, например, дисковый массив типа RAID или т.п.
Данные изображения, сохраненные в памяти 111, реконструируются так, чтобы соответствовать предварительно определенному стандарту (например, IS & C), и впоследствии эти данные сохраняются на внешнем устройстве хранения (не показано). Внешнее устройство хранения может представлять собой, например, магнитооптический диск, жесткий диск в файловом сервере в локальной сети и т.п.
Система формирования изображения в этом варианте осуществления изобретения может быть соединена с локальной сетью через сетевую карту, и она имеет структуру, которая имеет совместимость по данным со стандартом HIS (Human Interface Standard). Само собой разумеется, что множество систем формирования изображений могут быть соединены с локальной сетью, и к локальной сети могут быть присоединены монитор для отображения движущегося изображения/неподвижного изображения, файловый сервер для хранения данных и т.п. Также присоединены принтер для вывода изображения на пленку, терминал обработки изображения для выполнения сложной обработки изображения, который поддерживает диагностирование, и т.п. Система формирования изображения в этом варианте осуществления изобретения выводит данные изображения в соответствии с предварительно определенным протоколом (например, DICOM - Digital Imaging and Communications in Medicine). В добавление, посредством соединенного с локальной сетью монитора врачом может быть выполнено дистанционное диагностирование на основе рентгенографии.
Ниже описана компенсирующая коррекция в системе формирования изображения в первом варианте осуществления изобретения. Операция обработки с начала операции до отображения описана ниже по этапам схемы последовательности операций, проиллюстрированной на Фиг.2, со ссылкой на структурную схему, проиллюстрированную на Фиг.1, схему последовательности операций, проиллюстрированную на Фиг.2, и временную диаграмму, проиллюстрированную на Фиг.3. В следующем описании световой выход, который получается путем излучения и выполнения рентгенографии (изображение излучения, полученное путем ввода излучения), называется рентгеновским кадром, а темновой выход, который получается путем выполнения рентгенографии без излучения, называется компенсирующим кадром.
Во-первых, устанавливается положение объекта 102 и условия рентгенографии, такие как напряжение трубки, ток трубки, временной период излучения и т.п. (S101). После этого начинается рентгенография (S102). Когда начинается рентгенография, блок 115А управления рентгенографии подает команду в схему 109 возбуждения в блоке 103 детектирования излучения. Схема 109 возбуждения, которая приняла команду, прилагает напряжения к цепи Vs смещения, вентильной цепи Vg и цепи Vref эталонной мощности схемы 107 считывания, соответственно. Вследствие приложения напряжения к вентильной цепи Vg переключающий элемент 105 включается, напряжение (Vs-Vref) прилагается к фотоэлектрическому преобразовательному элементу 104, и достигается состояние, когда может быть выполнено фотоэлектрическое преобразование.
Холостой ход, проиллюстрированный на Фиг.2 и 3, обозначает состояние, где напряжение смещения было приложено к фотоэлектрическому преобразовательному элементу 104, как упомянуто выше. В этом варианте осуществления изобретения, когда оператор 113 нажимает переключатель рентгеновского излучения, режим работы может быть сразу же переведен в режим считывания. При холостом ходе для сброса накапливаемых зарядов из-за темнового тока, генерируемого вследствие приложения напряжения смещения к фотоэлектрическому преобразовательному элементу 104, к вентильной цепи Vg периодически применяются импульсы, посредством чего включается переключающий элемент 105.
Блок 115А управления рентгенографии предоставляет время tis, указывающее, когда напряжение смещения прилагается к фотоэлектрическому преобразовательному элементу 104 блока 103 детектирования излучения, в блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра и блок 124 измерения периода холостого хода компенсирующего кадра в качестве времени начала холостого хода. Блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра и блок 124 измерения периода холостого хода компенсирующего кадра сохраняют предоставленное время tis начала работы холостого хода (S103).
Далее, оператор 113 нажимает переключатель рентгеновского излучения в произвольное время. Так, блок 115А управления рентгенографии предоставляет время (время сброса темнового тока) txs, указывающее, когда переключающий элемент 105 переводится из положения ВКЛ в положение ВЫКЛ непосредственно перед включением переключателя рентгеновского излучения, в блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра в качестве времени завершения холостого хода. Сверх того, блок 115А управления рентгенографии предоставляет время txs в блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра в качестве времени начала накопления рентгеновского кадра. Блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра сохраняет предоставленное время txs завершения холостого хода, а блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра сохраняет предоставленное время txs начала накопления рентгеновского кадра (S104).
Блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра вычисляет период Txi (= txs-tis) холостого хода рентгеновского кадра на основании времени tis начала и времени txs завершения холостого хода и выводит этот период. Блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра соответствует первому блоку измерения периода времени. Поскольку процесс арифметической операции осуществляется блоком 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра параллельно процессу рентгенографии, даже в течение процесса арифметической операции, рентгеновское излучение испускается, и после завершения излучения блок 103 детектирования излучения переключает режим работы в режим считывания рентгеновского кадра.
При считывании рентгеновского кадра, путем включения переключающего элемента 105 посредством приложения напряжения к вентильной цепи Vg заряда в фотоэлектрическом преобразовательном элементе 104 выводятся посредством схемы 107 считывания, преобразуются в цифровой сигнал посредством АЦП 108 и передаются в блок 110А обработки изображения. Таким образом, рентгеновское изображение (изображение излучения), полученное в рентгеновском кадре, передается в блок 110А обработки изображения (S105).
При считывании рентгеновского кадра количество зарядов, выводимых из фотоэлектрического преобразовательного элемента 104, равно сумме количества Qwx заряда накопления темнового тока и количеству Qx заряда рентгеновского излучения, как показано током фотоэлектрического преобразовательного элемента в временной диаграмме с Фиг.3. Количество Qwx заряда накопления темнового тока обозначает количество зарядов, которые накапливаются вследствие темнового тока согласно характеристике темнового тока фотоэлектрического преобразовательного элемента 104. Количество Qx заряда рентгеновского излучения обозначает количество зарядов, полученных путем фотоэлектрического преобразования рентгеновского излучения.
Далее, поскольку переключающий элемент 105 переводится из положения ВКЛ в положение ВЫКЛ, передача зарядов, накопленных в фотоэлектрическом преобразовательном элементе 104, завершается и считывание рентгеновского кадра завершается. На этом этапе блок 115А управления рентгенографии предоставляет время txe, указывающее, когда переключающий элемент 105 переводится из положения ВКЛ в положение ВЫКЛ, в блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра в качестве времени завершения считывания рентгеновского кадра. Блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра сохраняет предоставленное время txe завершения считывания рентгеновского кадра. Блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра вычисляет период Tx (= txe-txs) накопления рентгеновского кадра на основании времени txs начала накопления и времени txe завершения считывания рентгеновского кадра и выводит этот период (S106). Блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра соответствует второму блоку измерения периода времени.
После завершения считывания рентгеновского кадра арифметический блок 118 количества заряда накопления рентгеновского кадра вычисляет и прогнозирует количество Qwx заряда накопления темнового тока рентгеновского кадра путем использования периода Txi холостого хода, периода Tx накопления рентгеновского кадра и характеристики темнового тока, сохраненной в памяти 119 характеристики темнового тока. Память 119 характеристики темнового тока соответствует блоку памяти. Количество Qwx заряда накопления темнового тока рентгеновского кадра получается путем интегрирования величины, полученной путем вычисления характеристики f(t) темнового тока по диапазону от Txi до (Txi+Tx), как показано в следующем уравнении (1).
В этом примере, чем меньше разница между фактическим количеством заряда накопления темнового тока рентгеновского кадра и вычисленным количеством заряда накопления темнового тока рентгеновского кадра, тем меньшее искажение может быть откорректировано посредством компенсирующей коррекции.
Что касается характеристики f(t) темнового тока, то, например, коэффициенты А и В, аппроксимированные посредством экспоненциальной функции, предварительно сохраняются в памяти, и выполняется вычисление относительно количества Qwx заряда накопления темнового тока рентгеновского кадра, как показано в следующем уравнении (2).
Несмотря на то, что в этом варианте осуществления характеристика темнового тока аппроксимируется посредством экспоненциальной функции, может быть использована другая функция при условии, что она обеспечивает аппроксимацию характеристики. Для получения характеристики темнового тока существует способ их получения при отгрузке с завода, способ их периодического обновления в лаборатории и т.п. Тем не менее, если используется характеристика, полученная непосредственно до рентгенографии, то поскольку в фотоэлектрическом преобразовательном элементе отсутствует эффект старения, компенсирующая коррекция может быть выполнена с большей точностью.
Далее, осуществляется рентгенография компенсирующего кадра. В случае непрерывной рентгенографии компенсирующего кадра после завершения считывания рентгеновского кадра временем tws начала накопления компенсирующего кадра становится время завершения считывания рентгеновского кадра. В случае, когда предоставляется период выдержки для уменьшения влияния задержки рентгеновского изображения относительно рентгеновского кадра и далее выполняется рентгенография компенсирующего кадра, временем tws начала накопления компенсирующего кадра становится время, когда переключающий элемент 105 переводится из положения ВКЛ в положение ВЫКЛ непосредственно до компенсирующего кадра. В этом варианте осуществления предполагается, что рентгенография компенсирующего кадра выполняется после завершения считывания рентгеновского кадра.
Блок 115А управления рентгенографии предоставляет время tws завершения считывания рентгеновского кадра в блок 124 измерения периода холостого хода компенсирующего кадра в качестве времени начала накопления компенсирующего кадра. Блок 124 измерения периода холостого хода компенсирующего кадра сохраняет предоставленное время начала накопления компенсирующего кадра (S107).
Блок 124 измерения периода холостого хода компенсирующего кадра вычисляет период Twi холостого хода компенсирующего кадра на основании времени (времени начала холостого хода) tis, которое указывает, когда напряжение смещения прилагается к фотоэлектрическому преобразовательному элементу 104, и времени tws начала накопления компенсирующего кадра.
Далее, арифметический блок 116 периода накопления компенсирующего кадра вычисляет период Tw накопления компенсирующего кадра согласно формуле (3), используя количество Qwx заряда накопления темнового тока рентгеновского кадра, вычисленное как описано выше, период Twi холостого хода и характеристику f(t) темнового тока (S108).
Арифметический блок 116 периода накопления компенсирующего кадра выводит вычисленный период Tw накопления компенсирующего кадра в блок 115А управления рентгенографии. По истечении периода Tw накопления компенсирующего кадра блок 115А управления рентгенографии направляет команду начала считывания компенсирующего кадра в блок 103 детектирования излучения. Блок 103 детектирования излучения, который принял эту команду, считывает компенсирующий кадр (S109, S110). Поскольку считывание компенсирующего кадра выполняется аналогично считыванию рентгеновского кадра, его описание опущено.
После завершения считывания компенсирующего кадра считанные данные компенсирующей коррекции передаются в блок 110А обработки изображения. Блок 110А обработки изображения выполняет процесс вычитания (компенсирующую коррекцию) в виде (рентгеновское изображение) - (данные компенсирующей коррекции), выполняет необходимую обработку изображения, такую как коррекцию усиления и т.п. (S111), и предоставляет возможность отображения откорректированного изображения на дисплее 121 (S112).
Таким образом, количество Qws заряда накопления темнового тока рентгеновского кадра вычисляется и прогнозируется, используя период Txi холостого хода рентгеновского кадра, период Tx накопления рентгеновского кадра и характеристику f(t) темнового тока. Определяется период накопления компенсирующего кадра для получения (в качестве данных компенсирующей коррекции) зарядов в количестве, равном вычисленному количеству Qwx заряда накопления темнового тока рентгеновского кадра. Компенсирующая коррекция рентгеновского изображения выполняется посредством полученных данных компенсирующей коррекции. Таким образом, устраняется необходимость в увеличении размера устройства из-за добавления нового источника света или т.п., и даже в случае характеристики темнового тока, в которой темновой ток имеет большое значение непосредственно после приложения напряжения смещения к фотоэлектрическому преобразовательному элементу 104, компенсирующая коррекция может быть выполнена должным образом, и можно обеспечить качественную рентгенографию. Путем поочередного повторения рентгенографии (фотографирования излучения) рентгеновского кадра и рентгенографии компенсирующего кадра может быть выполнена непрерывная рентгенография движущихся изображений.
Несмотря на то, что вышеизложенное описание основано на предположении, что предоставлен один фотоэлектрический преобразовательный элемент 104 и один переключающий элемент 105, в действительности множество фотоэлектрических преобразовательных элементов 104 и множество переключающих элементов 105 расположены на изолирующей подложке в форме одномерной или двумерной матрицы.
Фиг.4 иллюстрирует пример, в котором наборы (пиксели), каждый из которых образуется из фотоэлектрического преобразовательного элемента и переключающего элемента, размещены в виде двумерной матрицы 3×3. Несмотря на то, что для простоты описания проиллюстрирована матрица из (3×3) пикселей, количество пикселей может быть установлено произвольным образом. Настоящее изобретение также может быть применено к поверхности сенсора из, например, (2000×2000) или более пикселей.
На Фиг.4 использованы следующие обозначения: Sm-n - фотоэлектрический преобразовательный элемент, Tm-n - переключающий элемент (тонкопленочный транзистор), 123 - сдвигающий регистр для последовательного включения переключающих элементов, Vgm - вентильная цепь для передачи импульсов для приведения в действие переключающих элементов. Кроме того, An - усилитель (арифметический усилитель) для считывания зарядов, накопленных в фотоэлектрическом преобразовательном элементе Sm-n; Cfn - интегрирующий конденсатор для интегрирования зарядов сигнала при их считывании из фотоэлектрического преобразовательного элемента Sm-n; Mn - сигнальная цепь для передачи зарядов сигнала; Vs - цепь смещения для приложения напряжения смещения к фотоэлектрическому преобразовательному элементу Sm-n; Vref - источник эталонной мощности схемы считывания, состоящей из усилителя An и интегрирующего конденсатора Cfn, m и n обозначают индексы (для настоящего описания m = натуральное число от 1 до 3, n = натуральное число от 1 до 3).
Один конец фотоэлектрического преобразовательного элемента Sm-n ряда m и столбца n соединен с цепью Vs смещения, а другой его конец соединен с сигнальной цепью Mn столбца n через переключающий элемент Tm-n ряда m и столбца n. Управляющие выводы (вентили транзисторов) переключающих элементов Tm-1~Tm-3 ряда m соединены с вентильной цепью Vgm ряда m. Один вход усилителя An столбца n соединен с источником Vref эталонной мощности, а его второй вход соединен с сигнальной цепью Mn столбца n. Интегрирующий конденсатор Cfn соединен параллельно между вторым входом и выходом усилителя An.
Фиг.5 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую временное распределение активации в случае, когда наборы фотоэлектрических преобразовательных элементов и переключающих элементов в блоке 103 детектирования излучения сконструированы так, как проиллюстрировано на Фиг.4. Для конструкции, проиллюстрированной на Фиг.4, поскольку используется структура матрицы из (3×3) пикселей, период холостого хода рентгеновского кадра и период накопления рентгеновского кадра измеряются по каждой вентильной цепи, и период накопления компенсирующего кадра измеряется по каждой вентильной цепи.
Во-первых, когда начинается рентгенография, блок 115А управления рентгенографии подает команду в схему 109 возбуждения в блоке 103 детектирования излучения. Схема 109 возбуждения, которая приняла команду, прилагает напряжение к цепи Vs смещения и цепи Vref эталонной мощности схемы считывания, соответственно. Блок 115А управления рентгенографии последовательно возбуждает вентильные цепи Vg1, Vg2 и Vg3 посредством сдвигового регистра 123, тем самым, последовательно включая/выключая переключающие элементы T1-n, T2-n и T3-n. В силу приложения напряжения смещения и включения переключающего элемента Tm-n напряжение (Vs-Vref) прилагается к фотоэлектрическому преобразовательному элементу Sm-n, и возникает темновой ток. Путем применения напряжения к вентильной цепи Vgm заряды, накопленные фотоэлектрическим преобразовательным элементом Sm-n в силу темнового тока, могут быть сброшены.
Блок 115A управления рентгенографии предоставляет время tism, указывающее, когда напряжение смещения было приложено к фотоэлектрическому преобразовательному элементу Sm-n, в блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра и блок 124 измерения холостого хода компенсирующего кадра в качестве времени начала холостого хода. Блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра и блок 124 измерения периода холостого хода компенсирующего кадра сохраняют предоставленное время tism начала холостого хода во внутренней памяти, соответственно.
Далее, оператор нажимает переключатель рентгеновского излучения. Блок 115А управления рентгенографии предоставляет время txsm, указывающее, когда переключающий элемент Tm-n переводится из положения ВКЛ в положение ВЫКЛ непосредственно перед включением переключателя рентгеновского излучения, в блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра в качестве времени завершения холостого хода. Блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра сохраняет предоставленное время txsm холостого хода и вычисляет период Txim (= txsm-tism) холостого хода рентгеновского кадра по каждой вентильной цепи Vgm.
Блок 115А управления рентгенографии предоставляет время txsm, указывающее, когда переключающий элемент Tm-n переводится из положения ВКЛ в положение ВЫКЛ непосредственно перед включением переключателя рентгеновского излучения, в блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра в качестве времени начала накопления. Блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра сохраняет предоставленное время txsm начала накопления рентгеновского кадра во внутренней памяти.
Далее, испускается рентгеновское излучение, в фотоэлектрическом преобразовательном элементе Sm-n выполняется фотоэлектрическое преобразование, и генерируются заряды. Таким образом, блок 115А управления рентгенографии последовательно возбуждает вентильные цепи Vgm, и заряды, накопленные в фотоэлектрическом преобразовательном элементе Sm-n, считываются как сигналы напряжения посредством усилителя An. Считанный сигнал напряжения преобразуется из аналоговой формы в цифровую и передается как рентгеновское изображение в блок 110А обработки изображения. Блок 115А управления рентгенографии предоставляет время txem, указывающее, когда переключающий элемент Tm-n переводится из положения ВКЛ в положение ВЫКЛ, в блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра в качестве времени завершения считывания рентгеновского кадра. Блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра сохраняет предоставленное время txem завершения считывания рентгеновского кадра и вычисляет период Txm (= txem-txsm) накопления рентгеновского кадра по каждой вентильной цепи Vgm.
Далее, арифметический блок 118 количества заряда накопления рентгеновского кадра считывает период Txim холостого хода рентгеновского кадра из памяти 119 характеристики темнового тока, период Txm накопления и характеристику темнового тока каждой вентильной цепи и вычисляет и прогнозирует количество заряда накопления темнового тока рентгеновского кадра.
Далее, блок 115А управления рентгенографии предоставляет время twsm в блок 124 измерения периода холостого хода компенсирующего кадра в качестве времени начала накопления компенсирующего кадра. Блок 124 измерения периода холостого хода компенсирующего кадра сохраняет предоставленное время twsm начала накопления компенсирующего кадра и вычисляет период Twim (= twsm-tism) холостого хода компенсирующего кадра по каждой вентильной цепи Vgm.
Далее, арифметической блок 116 периода накопления компенсирующего кадра вычисляет период Twm накопления компенсирующего кадра, используя количество заряда накопления темнового тока рентгеновского кадра, период Twim холостого хода и характеристику темнового тока по каждой вентильной цепи Vgm. Арифметический блок 116 периода накопления компенсирующего кадра выводит вычисленный период Twm накопления компенсирующего кадра в блок 115А управления рентгенографии.
Аналогично проиллюстрированному на Фиг.1-3 примеру считывание компенсирующего кадра выполняется на основании инструкции блока 115А управления рентгенографии, и в блоке 110А обработки изображения выполняется компенсирующая коррекция и т.п.
В случае сенсора с множеством пикселей в качестве способа определения периода накопления компенсирующего кадра применяется способ с использованием средней величины всех пикселей, способ определения по каждой вентильной цепи, как в настоящем варианте осуществления, или способ определения периода по принципу на единицу пикселей. Поскольку характеристика темнового тока фотоэлектрического преобразовательного элемента различается для каждого пикселя из-за отклонений при изготовлении, желательно определять период накопления компенсирующего кадра по каждому отдельному пикселю. Используя этот способ, количество заряда накопления рентгеновского кадра в силу темнового тока и количество заряда накопления компенсирующего кадра могут быть получены совершенно идентичными. Тем не менее, поскольку в таком случае также увеличивается необходимый объем памяти, время обработки и время считывания, достаточно управлять периодом накопления компенсирующего кадра по принципу подходящих единиц.
(Второй вариант осуществления)
Ниже описан второй вариант осуществления настоящего изобретения. В вышеизложенном первом варианте осуществления рентгенография компенсирующего кадра осуществляется после рентгенографии рентгеновского кадра. Рассматривается следующий случай: если рентгенография компенсирующего кадра выполняется после рентгенографии рентгеновского кадра, под влиянием света, излучаемого на фотоэлектрический преобразовательный элемент, возникает задержка изображения, компонент задержки изображения смешивается с компенсирующим кадром и в полученном после компенсирующей коррекции изображении возникает искажение.
Следовательно, во втором варианте осуществления рентгенография компенсирующего кадра осуществляется до рентгенографии рентгеновского кадра. Таким образом, предоставляется возможность эффективно предотвратить воздействие задержки изображения, возникающей из-за рентгенографии рентгеновского кадра, на компенсирующий кадр, предоставляется возможность эффективно предотвратить появление искажения в изображении, полученном после выполнения компенсирующей коррекции, и может быть достигнуто хорошее качество изображения без продления периода выполнения рентгенографии.
Фиг.6 представляет собой структурную схему системы формирования изображения согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. На Фиг.6 составные элементы, имеющие, по существу, те же функции, что и составные элементы с Фиг.1, обозначены теми же ссылочными позициями, и их совпадающее описание опущено. На Фиг.6 конструкция за исключением рентгеновского источника 101, служащего как устройство генерации излучения, и его системы управления соответствует устройству формирования изображения. Система формирования изображения образуется из рентгеновского источника 101, его системы управления и устройства формирования изображения.
Работа системы формирования изображения в этом варианте осуществления управляется посредством блока 114В управления. Блок 114В управления соответствует блоку 114А управления в первом варианте осуществления, хотя во внутренней конструкции есть различие. Блок 115В управления рентгенографии соответствует блоку 115А управления рентгенографии в первом варианте осуществления. Блок 110В обработки изображения соответствует блоку 110А обработки изображения в первом варианте осуществления, но операция обработки относительно компенсирующей коррекции отличается от операции обработки, выполняемой блоком 110А обработки изображения.
Несмотря на то, что второй вариант осуществления описан с предположением, что предоставлен один фотоэлектрический преобразовательный элемент 104 и один переключающий элемент 105, множество фотоэлектрических преобразовательных элементов 104 и множество переключающих элементов 105 могут быть расположены на изолирующей подложке в форме одномерной или двумерной матрицы.
Ниже описана компенсирующая коррекция в системе формирования изображения во втором варианте осуществления. Операция обработки с начала операции до отображения изображения описана по этапам схемы последовательности операций, проиллюстрированной на Фиг.8, со ссылкой на структурную схему, проиллюстрированную на Фиг.6, временную диаграмму, проиллюстрированную на Фиг.7, и схему последовательности операций, проиллюстрированную на Фиг.8.
Во-первых, устанавливают положение объекта 102 и условия рентгенографии (S201). Поле этого начинается выполнение рентгенографии (S202). При начале выполнения рентгенографии, аналогично первому варианту осуществления, посредством схемы 109 возбуждения напряжения прилагаются к цепи Vs смещения, вентильной цепи Vg и источнику Vref эталонной мощности схемы 107 считывания на основании инструкции от блока 115В управления рентгенографии, соответственно. Время tis начала холостого хода, указывающее, когда напряжение смещения было приложено к фотоэлектрическому преобразовательному элементу 104, предоставляется из блока 115В управления рентгенографии в блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра и блок 124 измерения холостого хода компенсирующего кадра и сохраняется (S203).
Когда напряжение смещения прилагается к фотоэлектрическому преобразовательному элементу 104, в фотоэлектрическом преобразовательном элементе начинает протекать темновой ток. Следовательно, напряжение периодически прилагается к вентильной цепи Vg до того как оператор 113 нажимает переключатель рентгеновского излучения. Таким образом, накопленные в силу темнового тока заряды периодически сбрасываются, и темновой ток (дробовой шум), накапливаемый в компенсирующем кадре, можно уменьшить.
Далее, оператор 113 нажимает переключатель рентгеновского излучения (S204). Так, блок 115В управления рентгенографии передает время tws, указывающее, когда переключающий элемент 105 был выключен непосредственно до нажатия переключателя рентгеновского излучения, в блок 124 измерения периода холостого хода компенсирующего кадра в качестве времени завершения холостого хода. Далее, блок 115В управления рентгенографии предоставляет время tws в блок 126 измерения периода накопления компенсирующего кадра в качестве времени начала накопления компенсирующего кадра. Блок 124 измерения периода холостого хода компенсирующего кадра сохраняет предоставленное время tws завершения холостого хода, и блок 126 измерения периода накопления компенсирующего кадра сохраняет предоставленное время tws начала накопления компенсирующего кадра (S205).
Блок 124 измерения периода холостого хода компенсирующего кадра вычисляет период Twi (= tws-tis) холостого хода компенсирующего кадра на основании времени tis начала холостого хода и времени tws начала накопления компенсирующего кадра и выводит этот период.
После этого, по истечении произвольного периода накопления, напряжение прилагается в вентильной цепи Vg, переключающий элемент 105 включается, и начинается считывание компенсирующего кадра (S206). Когда переключающий элемент 105 выключается и считывание компенсирующего кадра завершается, блок 115В управления рентгенографии предоставляет время twe, указывающее, когда считывание было завершено, в блок 126 измерения периода накопления компенсирующего кадра в качестве времени завершения считывания компенсирующего кадра (S207).
Блок 126 измерения периода накопления компенсирующего кадра сохраняет предоставленное время twe завершения считывания компенсирующего кадра. Блок 126 измерения периода накопления компенсирующего кадра вычисляет период Tw (= twe-tws) накопления компенсирующего кадра на основании времени tws начала накопления компенсирующего кадра и времени twe, указывающем, когда было завершено считывание, и выводит этот период. Данные, считанные операцией считывания компенсирующего кадра, сохраняются как компенсирующие данные.
Арифметический блок 127 количества заряда накопления компенсирующего кадра вычисляет количество Qw заряда накопления темнового тока компенсирующего кадра на основании периода Twi холостого хода и периода Tw накопления компенсирующего кадра и характеристики темнового тока, хранящейся в памяти 119 характеристики темнового тока.
Блок 115В управления рентгенографии предоставляет время txs, указывающее, когда переключающий элемент 105 был выключен и считывание компенсирующего кадра было завершено, в блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра и блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра в качестве времени начала накопления рентгеновского кадра. Блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра сохраняет предоставленное время txs начала накопления рентгеновского кадра и вычисляет период Txi (= txs-tis) холостого хода рентгеновского кадра на основании времени tis начала холостого хода и времени txs начала накопления рентгеновского кадра и выводит этот период. Блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра сохраняет предоставленное время txe начала накопления рентгеновского кадра. Блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра соответствует первому блоку измерения периода времени. Блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра соответствует второму блоку измерения периода времени.
После завершения считывания компенсирующего кадра генерируется рентгеновское излучение, и начинается считывание рентгеновского кадра (S208, S209). При считывании рентгеновского кадра количество зарядов, которые выводятся из фотоэлектрического преобразовательного элемента 104, равно сумме количества Qwx заряда накопления темнового тока, накопленного в силу темнового тока согласно характеристике темнового тока, и количества Qx заряда рентгеновского излучения, полученного в результате фотоэлектрического преобразования рентгеновского излучения.
Когда считывание рентгеновского кадра завершается, блок 115В управления рентгенографии предоставляет время txe, указывающее, когда считывание было завершено, в блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра в качестве времени завершения считывания рентгеновского кадра (S210). Блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра сохраняет предоставленное время txe завершения считывания рентгеновского кадра. Блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра вычисляет период Tx накопления рентгеновского кадра на основании времени txs начала накопления и времени txe завершения накопления рентгеновского кадра и выводит этот период.
Далее, арифметический блок 118 количества заряда накопления рентгеновского кадра вычисляет количество Qwx заряда накопления темнового тока рентгеновского кадра посредством уравнения (1), используя период Txi холостого хода, период Tx накопления рентгеновского кадра и характеристику темнового тока, хранимую в памяти 119 характеристики темнового тока.
Далее, блок 110В обработки изображения умножает компенсирующее изображение, как компенсирующие данные, на (Qwx/Qw), используя количество Qw заряда накопления темнового тока компенсирующего кадра и количество Qwx заряда накопления темнового тока рентгеновского кадра, таким образом, выполняя коррекцию относительно компонента темнового тока. Блок 110В обработки изображения осуществляет компенсирующую коррекцию рентгеновского изображения, используя компенсирующие данные, откорректированные относительно темнового тока, и последовательно выполняет необходимые различные типы обработки изображения, такие как коррекция усиления и т.п. (S211), тем самым предоставляя возможность отображения откорректированного изображения на дисплее 121 (S212).
Как описано выше, заряды накопления темнового тока также могут быть выровнены посредством обработки изображения. Даже непосредственно после приложения напряжения смещения к фотоэлектрическому преобразовательному элементу 104 подходящая компенсирующая коррекция согласно характеристике темнового тока может быть выполнена без увеличения размера устройства, и может быть выполнена качественная рентгенография.
Несмотря на то, что во втором варианте осуществления компенсирующая коррекция выполняется на основании количества заряда накопления темнового тока, полученного путем выполнения арифметических операций с компенсирующими данными, полученными посредством рентгенографии, настоящее изобретение не ограничено таким способом. Например, компенсирующая коррекция также может быть выполнена путем формирования данных компенсирующей коррекции посредством вычисления, основанного на периоде холостого хода, периода накопления и характеристики темнового тока, измеренной при отгрузке с завода, или т.п.
Как описано выше, путем попеременного повторения рентгенографии компенсирующего кадра и рентгенографии рентгеновского кадра также может быть выполнена непрерывная рентгенография движущегося изображения.
Сверх того, дробовой шум может быть уменьшен путем выполнения рентгенографии в порядке - рентгенография компенсирующего кадра → рентгенография рентгеновского кадра → рентгенография компенсирующего кадра, после чего компенсирующая коррекция выполняется с помощью компенсирующего кадра, полученного путем усреднения компенсирующих кадров, полученных до и после рентгеновского кадра. В этом случае, в добавление к способу второго варианта осуществления, применяется способ первого варианта осуществления, регулируется период накопления при рентгенографии компенсирующего кадра, которая выполняется после выполнения рентгенографии рентгеновского кадра, и количества зарядов накопления темнового тока компенсирующих кадров, снятых до и после рентгеновского кадра, выравниваются, благодаря чему предоставляется возможность уменьшения искажения.
(Третий вариант осуществления)
Ниже описан третий вариант осуществления настоящего изобретения. Первый и второй варианты осуществления были описаны относительно случая, когда выполняется рентгенография одного рентгеновского кадра и рентгенография одного компенсирующего кадра. В третьем варианте осуществления, который описан ниже, путем непрерывной рентгенографии рентгеновских кадров предоставляется возможность рентгенографии движущегося изображения.
Поскольку конструкция системы формирования изображения в третьем варианте осуществления аналогична конструкции системы формирования изображения второго варианта осуществления, ее описание опущено.
Ниже описана компенсирующая коррекция в системе формирования изображения согласно третьему варианту осуществления изобретения. Операция последовательно описана ниже по этапам схемы операций, проиллюстрированной на Фиг.10, со ссылкой на временную диаграмму, проиллюстрированную на Фиг.9, и схему последовательности операций, проиллюстрированную на Фиг.10.
Операции, выполняемые на этапах S301-S307 с начала процесса до завершения считывания компенсирующего кадра, аналогичны операциям, выполняемым на этапах S201-S207 во втором варианте осуществления изобретения.
На этапе S307 в качестве времени начала накопления первого рентгеновского кадра, как первого кадра, время tsx1, указывающее, когда считывание компенсирующего кадра было завершено, предоставляется в блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра и блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра. Блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра сохраняет предоставленное время txs1 начала накопления первого рентгеновского кадра. Блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра осуществляет вычисление периода Txi1 (= txs1-tis) холостого хода первого рентгеновского кадра на основании времени tis начала холостого хода и времени txs1 начала накопления первого рентгеновского кадра и выводит этот период. Блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра сохраняет предоставленное время txs1 начала накопления первого рентгеновского кадра.
После завершения считывания компенсирующего кадра в первый раз генерируется рентгеновское излучение, и начинается считывание первого рентгеновского кадра (S308, S309). При считывании первого рентгеновского кадра количество зарядов, которые выводятся из фотоэлектрического преобразовательного элемента 104, равно сумме количества Qwx1 заряда накопления темнового тока, накопленного в силу темнового тока согласно характеристике темнового тока, и количества Qx1 заряда рентгеновского излучения, полученного в результате фотоэлектрического преобразования рентгеновского излучения.
Когда считывание первого рентгеновского кадра завершается, блок 115В управления рентгенографии предоставляет время txe1, указывающее, когда считывание было завершено, в блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра в качестве времени завершения считывания первого рентгеновского кадра (S310). Блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра сохраняет предоставленное время txe1 завершения считывания первого рентгеновского кадра. Блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра вычисляет период Tx1 накопления первого рентгеновского кадра на основании времени txs1 начала накопления и времени txe1 завершения накопления первого рентгеновского кадра и выводит этот период.
Далее, арифметический блок 118 количества заряда накопления рентгеновского кадра вычисляет количество Qwx1 заряда накопления темнового тока первого рентгеновского кадра посредством уравнения (1), используя период Txi1 холостого хода рентгеновского кадра, период Tx1 накопления рентгеновского кадра и характеристику темнового тока, хранимую в памяти 119 характеристики темнового тока.
Далее, блок 110В обработки изображения умножает компенсирующее изображение на (Qwx1/Qw), используя количество Qw заряда накопления темнового тока компенсирующего кадра и количество Qwx1 заряда накопления темнового тока первого рентгеновского кадра, таким образом, выполняя коррекцию относительно компонента темнового тока. Блок 110В обработки изображения выполняет компенсирующую коррекцию рентгеновского изображения первого кадра, используя компенсирующие данные, откорректированные относительно темнового тока, и последовательно выполняет необходимые различные типы обработки изображения, такие как коррекция усиления и т.п. (S311), тем самым предоставляя возможность отображения откорректированного изображения на дисплее 121 (S312).
На этапе S310 блок 115B управления рентгенографии предоставляет время txs2 начала накопления второго рентгеновского кадра, как второго кадра, в блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра и блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра. Блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра сохраняет предоставленное время txs2 начала накопления второго рентгеновского кадра. Блок 117 измерения периода холостого хода рентгеновского кадра вычисляет период Txi2 (= txs2-tis) холостого хода второго рентгеновского кадра и выводит этот период. Блок 120 измерения периода накопления рентгеновского кадра сохраняет предоставленное время txs2 начала накопления второго рентгеновского кадра.
В этом варианте осуществления изобретения после завершения считывания очередного рентгеновского кадра непрерывно выполняется рентгенография следующего рентгеновского кадра. Следовательно, время txen завершения считывания рентгеновского кадра, как n-го кадра, становится временем txs(n+1) начала накопления следующего (n+1)-го рентгеновского кадра.
После отображения откорректированного изображения на дисплее 121 блок 114В управления увеличивает значение номера n снимаемого кадра на "1" (S313) и определяет, было ли завершено выполнение рентгенографии (S314).
Операции на этапах S308~S314 повторяются до тех пор, пока не будет определено завершение рентгенографии. Рентгенография рентгеновских кадров выполняется в следующем порядке: второй кадр, третий кадр,... Арифметический блок 118 количества заряда накопления рентгеновского кадра вычисляет количество Qwxn заряда накопления темнового тока рентгеновского кадра на каждом n-ом кадре. Блок 110В обработки изображения умножает компенсирующее изображение на (Qwxn/Qw), тем самым выполняя коррекцию относительно компонента темнового тока компенсирующего кадра, рентгенография которого была выполнена в первую очередь, и выполняя компенсирующую коррекцию рентгеновского изображения, используя откорректированные данные компенсирующей коррекции. Таким образом, блок 110В обработки изображения непрерывно выполняет рентгенографию рентгеновских кадров и осуществляет рентгенографию движущихся изображений.
(Другие варианты осуществления настоящего изобретения)
Настоящее изобретение также включает в себя пример, в котором для обеспечения различных типов устройств возможностью реализации функций вышеупомянутых вариантов осуществления программа, предназначенная для реализации вышеизложенных функций упомянутых вариантов осуществления, загружается в компьютер (ЦПУ или Микропроцессорный Блок) в устройстве или системе, соединенной с различными устройствами, и эти различные устройства получают возможность функционировать согласно программе, хранимой в компьютере системы или устройства, таким образом реализуя эти функции. В таком случае сама программа реализует вышеупомянутые функции вариантов осуществления, и сама программа является частью изобретения. Блок для предоставления программы в компьютер, например носитель информации, в котором была сохранена подобная программа, также является частью настоящего изобретения. В качестве носителя информации для хранения программы может использоваться, например, дискета, жесткий диск, оптический диск, магнитооптический диск, диск CD-ROM, магнитная лента, карта энергонезависимой памяти, ПЗУ и т.п. Само собой разумеется, что в случае, когда предоставленная программа реализует вышеупомянутые функции вариантов осуществления, взаимодействуя с операционной системой, другим прикладным программным обеспечением и т.п., которые работают в компьютере, такая программа входит в вариант осуществления настоящего изобретения. Кроме того, настоящее изобретение также включает в себя случай, когда предоставленная программа хранится в памяти, предоставленной в карте расширения функций или блоке расширения функций относительно компьютера, и ЦПУ или т.п., предоставленной в карте расширения функций, блоке расширения функций или т.п., выполняет часть или все процессы на основании инструкций программы. Само собой разумеется, что случай, в котором вышеупомянутые функции вариантов осуществления реализуются этими процессами, также является частью настоящего изобретения. Например, настоящее изобретение включает в себя случай, когда блок 114А (114В) управления рентгенографии и блок 110А (110В) обработки изображения реализуются посредством функций компьютера с ЦПУ, ПЗУ и ОЗУ, обрабатывающая программа для выполнения вышеупомянутых операций обработки предварительно сохраняется в ПЗУ, ЦПУ считывает обрабатывающую программу из ПЗУ и выполняет ее, таким образом обеспечивая управления для реализации вышеупомянутых операций обработки.
Вышеописанные варианты осуществления являются лишь конкретными примерами осуществления настоящего изобретения. Интерпретация технического объема настоящего изобретения не должна ограничиваться этими примерами. То есть настоящее изобретение может быть реализовано в различных формах в рамках технической идеи настоящего изобретения или его основного отличительного признака.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано относительно конкретных примеров осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми примерами осуществления. Объем следующей формулы изобретения должен интерпретироваться в широком смысле, чтобы охватывать все такие модификации и эквивалентные структуры и функции.
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к системам формирования изображения в рентгенографии. Устройство формирования изображения содержит блок детектирования, блок памяти для хранения характеристики темнового тока блока детектирования, первый блок измерения периода времени для измерения первого периода времени от приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу до начала накопления преобразовательного элемента для получения изображения, второй блок измерения периода времени для измерения второго периода времени от начала накопления до завершения накопления, арифметический блок количества заряда накопления и блок обработки изображения для выполнения компенсирующей коррекции изображения, полученного на основании количества заряда накопления темнового тока. Система формирования изображения содержит устройство формирования изображения и устройство генерации излучения для генерации излучения. Способ управления устройством формирования изображения заключается в том, что измеряют первый период времени от приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу до начала накопления преобразовательного элемента для получения изображения, измеряют второй период времени от начала накопления до завершения накопления, вычисляют количество заряда накопления темнового тока, входящего в накопление, на основании характеристики темнового тока и первого, и второго периодов времени и выполняют компенсирующую коррекцию изображения, полученного на основе вычисленного количества заряда накопления темнового тока. Изобретение включает также носитель информации, хранящий программу для управления способом устройства формирования изображения. Использование изобретения позволяет получать качественную рентгенографию без увеличения стоимости и размера устройства. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 11 ил.
1. Устройство формирования изображения, содержащее:
блок детектирования, включающий в себя множество преобразовательных элементов, которые расположены в виде матрицы на подложке, для преобразования падающего излучения или падающего света в электрический сигнал, для получения изображения на основе электрического сигнала;
блок памяти для хранения характеристики темнового тока блока детектирования, основанной на времени, прошедшем после приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу;
первый блок измерения периода времени для измерения первого периода времени от приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу до начала накопления преобразовательного элемента для получения изображения;
второй блок измерения периода времени для измерения второго периода времени от начала накопления до завершения накопления;
арифметический блок количества заряда накопления для вычисления количества заряда накопления темнового тока, включенного в состав накопления, на основании характеристики темнового тока и первого и второго периодов времени; и
блок обработки изображения для выполнения компенсирующей коррекции изображения, полученного на основании количества заряда накопления темнового тока.
2. Устройство формирования изображения по п.1, сверх того, содержащее:
арифметический блок периода времени накопления для вычисления третьего периода времени для получения количества заряда накопления темнового тока от блока детектирования на основании характеристики темнового тока, первого и второго периодов времени и количества заряда накопления темнового тока; и
блок управления для управления блоком детектирования согласно третьему периоду времени, причем
блок обработки изображения выполняет компенсирующую коррекцию изображения на основании данных компенсирующей коррекции,
полученных из блока детектирования, управляемого блоком управления согласно третьему периоду времени.
3. Устройство формирования изображения по п.1, в котором:
блок обработки изображения выполняет компенсирующую коррекцию изображения на основе данных компенсирующей коррекции, полученных путем арифметической обработки компенсирующих данных, предварительно полученных согласно количеству заряда накопления темнового тока при рентгенографии, который вычисляется из характеристики темнового тока, и первого и второго периодов времени.
4. Устройство формирования изображения по п.1, в котором:
характеристика темнового тока вычисляется путем аппроксимации по экспоненциальной функции.
5. Устройство формирования изображения по п.1, в котором:
преобразовательный элемент формируется из аморфного кремния как основного составного материала.
6. Устройство формирования изображения по п.1, в котором:
преобразовательный элемент содержит преобразователь длины волны для преобразования падающего излучения в свет и фотоэлектрический преобразовательный элемент для преобразования света в электрический сигнал.
7. Система формирования изображения, содержащая:
устройство формирования изображения по п.1; и
устройство генерации излучения для генерации излучения.
8. Способ управления устройством формирования изображения, содержащий:
блок детектирования, включающий в себя множество преобразовательных элементов, которые расположены в виде матрицы на подложке, для преобразования падающего излучения или падающего света в электрический сигнал, для получения изображения на основе электрического сигнала, и
блок памяти для хранения характеристики темнового тока блока детектирования, основанной на времени, прошедшем после приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу, содержащий этапы, на которых:
измеряют первый период времени от приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу до начала накопления преобразовательного элемента для получения изображения;
измеряют второй период времени от начала накопления до завершения накопления;
вычисляют количество заряда накопления темнового тока, входящего в накопление, на основании характеристики темнового тока и первого и второго периодов времени; и
выполняют компенсирующую коррекцию изображения, полученного на основе вычисленного количества заряда накопления темнового тока.
9. Носитель информации, хранящий программу для управления способом устройства формирования изображения, при этом устройство формирования изображения содержит:
блок детектирования, включающий в себя множество преобразовательных элементов, которые расположены в виде матрицы на подложке, для преобразования падающего излучения или падающего света в электрический сигнал, для получения изображения на основе электрического сигнала; и
блок памяти для хранения характеристики темнового тока блока детектирования, основанной на времени, прошедшем после приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу;
первый блок измерения периода времени;
второй блок измерения периода времени;
арифметический блок количества заряда накопления; и
блок обработки изображения,
причем посредством компьютера программа выполняет этапы:
измерения первого периода времени от приложения напряжения смещения к преобразовательному элементу до начала накопления преобразовательного элемента для получения изображения посредством первого блока измерения периода времени;
измерения второго периода времени от начала накопления до завершения накопления посредством второго блока измерения периода времени;
вычисления количества заряда накопления темнового тока, входящего в накопление, на основании характеристики темнового тока и первого и второго периодов времени посредством арифметического блока количества заряда накопления; и
выполнения компенсирующей коррекции изображения, полученного на основе вычисленного количества заряда накопления темнового тока посредством блока обработки изображения.
| WO 2006098374 A1, 21.09.2006 | |||
| JP 2007194911 A, 02.08.2007 | |||
| СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ | 2008 |
|
RU2397959C2 |
| US 6614562 B1, 02.09.2003 | |||
| JP 2006066954 A, 09.03.2006 | |||
| ДЕТЕКТОР ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ | 1983 |
|
SU1187577A3 |
| RU 2007110488 A, 10.11.2008 | |||
| Электрическая печь для процессов запекания в химических производствах | 1949 |
|
SU78955A1 |
| УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ | 1996 |
|
RU2153233C2 |
