DE69110925T2

DE69110925T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bilderfassung.

Info

Publication number: DE69110925T2
Application number: DE69110925T
Authority: DE
Inventors: David Leo Mcdaniel; Scott William Petrick
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1990-02-27
Filing date: 1991-02-26
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-02-27
Also published as: EP0444869B1; CA2034471A1; US4996413A; CA2034471C; EP0444869A3; JP2951020B2; JPH04220239A; IL97199A0; DE69110925D1; EP0444869A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung und ein Verfahren zum Detektieren von Bildern und beispielsweise auf Röntgensysteme, die einen Festkörper-Vielelement-Röntgendetektor zum Erzeugen eines Bildes verwenden, und auf Verfahren zum Lesen von Signalen aus den Detektorelementen und zum Verarbeiten der Signale (siehe beispielsweise DE-A-3531448).
Ein konventionelles Fluoroscopie-bzw. Durchleuchtungsgerät enthalt eine Quelle zum Projizieren eines Röntgenbündels durch ein zu untersuchendes Objekt, beispielsweise einen Patienten. Nachdem das Bündel durch den Patienten hindurchgetreten ist, wandelte typisch ein Bildintensivierer die Röntgenstrahlung in ein Bild aus sichtbarem Licht um, und eine Videokamera erzeugte ein analoges Videosignal aus dem sichtbaren Licht zur Darstellung auf einem Monitor. Da ein analoges Videosignal erzeugt wurde, wurde ein Großteil der Bildverarbeitung für die automatische Helligkeitssteuerung und die Bildverbesserung auf der analogen Ebene ausgeführt.
Kürzlich sind hochauflösende Festkörper-Röntgendetektoren vorgeschlagen worden, die eine zweidimensionale Anordnung bzw. Array von 3000 bis 4000 Photodioden-Detektorelemente in jeder Abmessung aufweisen. Jedes Element erzeugt ein elektrisches Signal, das der Helligkeit von einem Bildelement in dem Röntgenbild entspricht, das auf den Detektor projiziert wird. Das Signal von jedem Detektorelement wird einzeln ausgelesen und digitalisiert für eine weitere Bildverarbeitung, Speicherung und Darstellung.
Die hohe Auflösung, die durch eine derartige große Anordnung von Detektorelementen geliefert wird, kann bei vielen Umständen vorteilhaft für die Analyse des Patienten sein. In Situationen jedoch, wo eine hochgradige Auflösung nicht erforderlich ist, verlängert die Verarbeitung der auftretenden großen Datenmenge aus der Array die Bildverarbeitungszeit in signifikanter Weise über diejenige hinaus, die vernünftigerweise erforderlich ist. Weiterhin kann es sein, daß gewisse Röntgensysteme einen Detektor mit einem derartig hohen Auflösungsgrad nicht erfordern, und in diesem Fall würde ein kleinerer Matrixdetektor zufriedenstellend sein. In diesem Fall kann es jedoch kosteneffektiv sein, trotzdem den größeren Matrixdetektor zu verwenden, anstatt einen Detektor mit unterschiedlicher Größe für jedes Stück des Röntgengerätes zu entwickeln, das ein unterschiedliches Auflösungserfordernis hat. Wenn in diesen beiden Fällen der Detektor ein Bild mit höherer Auflösung erzeugt als es erforderlich ist, ist eine Technik zum Verkleinern der Datenmenge wünschenswert.
Einproblem, das auf natürliche Weise konventionellen Photodioden-Detektorarray innewohnt, ist das, daß die Vorspannladung, die auf der Photodiode angeordnet wird, teilweise durch eine Transistor-Stromleckage und durch einen Mechanismus entladen werden kann, der üblicherweise als "Dunkelstrom" bekannt ist. Der Ladungsabfluß aufgrund der Effekte von Dunkelstrom und Stromleckage erzeugt eine Versetzung (Offset) des Bildsignals. Da die Ladungsmenge, die durch diese Ströme abgeleitet werden, nicht konstant ist, variiert das Signal-Offset, wodurch ein Unsicherheitselement zu der Detektorausgangsgröße hinzugefügt wird.
Die Ladungsmenge, die durch diese Ströme von der Photodiode abgeleitet werden, ist teilweise eine Funktion der Zeitlänge von der Photodioden-Vorspannung bis zur Abtastung der Detektorelementladung. Infolgedessen ist es wünschenswert, die Zeit zu minimieren, die zum Auslesen der Elemente der Detektorarray erforderlich ist, um den Effekt dieser Ströme zu minimieren Dies stellt einen Ausgleich dar, da es auch wünschenswert ist, die Auslesezeit zu vergrößern, um die Bandbreite der Bildsignal-Verarbeitungsschaltung zu verkleinern und das elektrische Rauschen zu vermindern, das dem Detektorsignal durch die Schaltungsanordnung hinzugefügt wird.
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt ein Verfahren zum Lesen von Bilddaten aus einer Array von Photodetektoren, die in n Reihen und in Spalten angeordnet sind, wobei wenigstens ein Teil der Photodetektoren in jeder Spalte durch eine Wähleinrichtung mit einer getrennten Ausgangsleitung für diese Spalte verbunden wird, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch:
(a) Aktivieren der gegebenen Wähleinrichtung, um Signale von den Photodetektoren in einer Gruppe von p Reihen gleichzeitig an die Ausgangsleitungen anzulegen;
(b) Erzeugen von mehreren verknüpften Ausgangssignalen, die jeweils durch additives Verknüpfen der Signale aus einer Gruppe von q Ausgangsleitungen erzeugt werden; und
(c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) für eine andere Gruppe von Reihen in der Detektorarray;
wobei m, n, p und q ganze Zahlen sind, wobei sowohl p als auch q größer als Eins sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bilddetektorsystem geschaffen, enthaltend:
eine Array von Detektoren, die in m Spalten und n Reihen angeordnet sind, wobei die Photodetektoren in jeder Spalte durch eine Wählschaltereinrichtung mit einer getrennten Ausgangsleitung für diese Spalte verbunden sind, wobei die n Reihen in Gruppen von p Reihen unterteilt sind und die Spaltenausgangsleitungen in Gruppen von q Ausgangsleitungen unterteilt sind, wobei m, n, p und q ganze Zahlen sind, wobei sowohl p als auch q größer als Eins sind, gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung zum sequentiellen Aktivieren der Schaltereinrichtung, um zu einer Zeit gleichzeitig Signale von den Photodetektoren in der einen Gruppe von Reihen an die Ausgangsleitungen anzulegen;
eine Einrichtung zum Verknüpfen (Kombinieren) der Signale von jeder Gruppe von Ausgangsleitungen zu einem verknüpften (kombinierten) Ausgangssignal.
Ein Ausführungsbeispiel von einem Festkörper-Bildsensor gemäß der Erfindung ist durch eine zweidimensionale Array von Photodetektoren gebildet, die in in Spalten und n Reihen angeordnet sind, wobei m und n ganze Zahlen sind. Für eine Bildabtastung mit hoher Auflösung kann die Array etwa 4000 Photodetektoren in jeder Spalte und Reihe aufweisen. Die Photodetektoren in jeder Spalte sind mit einer gemeinsamen Spaltenausgangsleitung durch eine getrennte Schaltereinrichtung verbunden. Die Schaltereinrichtungen für die Photodetektoren in jeder Reihe werden durch ein Signal auf einer gemeinsamen Reihenwählleitung aktiviert.
Die von jedem Photodetektor abgetasteten Bilddaten werden durch Aktivieren der Reihenwählleitungen in einer gegebenen Sequenz ausgelesen. Zunächst wird eine Gruppe von einer oder mehreren Reihenwählleitungen nahe der Mitte der Array aktiviert, um Signale von den zugeordneten Photodetektoren an die Spaltenausgangsleitungen anzulegen. Dann wird eine ähnliche Gruppe von Reihenwählleitungen auf der einen Seite der Mitte aktiviert, um Signale aus ihren zugeordneten Photodetektoren mit den Spaltenausgangsleitungen zu verbinden. Eine andere ähnliche Gruppe von einer oder mehr Reihenwählleitungen auf der anderen Seite der Arraymitte wird aktiviert, um Signale von ihren entsprechenden Photodetektoren an die Spaltenausgangsleitungen anzulegen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Signale von den übrigen Reihen von Photodetektoren ausgelesen, indem abwechselnd Reihengruppen auf gegenüberliegenden Seite der Mitte der Array aktiviert werden.
Wenn die Gruppe aus mehreren Reihen besteht, werden die Signale von Photodetektoren in mehreren Reihen entlang jeder Spalte zu dem Signal auf der Spaltenausgangsleitung verknüpft. Dies erzeugt eine Datenreduzierung entlang der einen Abmessung der Array und des abgetasteten Bildes. Um Symmetrie in der Datenreduzierung zu erreichen, um eine Bildverzerrung zu vermeiden, verknüpft eine Schaltungsanordnung außerhalb des Bildsensors die Signale von mehreren Spaltenausgangsleitungen. Idealerweise wird die Anzahl von diesen zu verknüpfenden Ausgangsleitungssignalen so gewählt, daß das Bild, das aus der Datenreduzierung folgt, das gleiche Seitenverhältnis wie das Bild vor der Datenreduzierung hat.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung suchen zu schaffen:
eine Technik zu Reduzieren der Menge von Bildelementen in einem Bild;
ein Verfahren zum Lesen von Bilddaten aus dem Mittelabschnitt der Array und zum anschließenden progressiven Lesen der Bilddaten außen von der Arraymitte. Eine derartige Auswärtsabtastung reduziert die Verschlechterung des zentralen Bildabschnittes aufgrund von Effekten, die eine Funktion der vergangengen Zeit zwischen einer Bildbestrahlung und dem Auslesen sind; und/oder
eine Technik und eine Einrichtung zum Variieren des Grades der Bilddatenreduzierung in Abhängigkeit von der Größe der Bildauflösung, die in dem entstandenen Bild erforderlich ist.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun als Beispiel auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, in denen:
Figur 1 ein Blockdiagramm von einem Röntgen-Fluoroscopysystem ist, das die vorliegende Erfindung verwendet;
Figur 2 eine schematische Darstellung von einer Bilddetektorarray in dem System gemäß Figur 1 ist;
Figur 3 eine schematische Darstellung von einer alternativen Bilddetektorarray für das System gemäß Figur 1 ist;
Figur 4 eine digitale Datenreduzierungsschaltung darstellt zum Verarbeiten der Bildelemente von der Detektorarray; und
Figur 5 eine andere analoge Datenreduzierungsschaltung ist.
Es wird zunächst auf Figur 1 eingegangen. Eine Röntgeneinrichtung 14 enthält eine Röntgenröhre 15, die, wenn sie durch eine Leistungsversorgung 16 angeregt wird, ein Röntgenstrahlehbündel 17 emittiert. Wie dargestellt ist, wird das Röntgenbündel auf einen Patienten 18 gerichtet, der auf einem für Röntgenstrahlen durchlässigen Tisch liegt. Derjenige Teil des Bündels, der durch den Tisch und den Patienten hindurchtritt, trifft auf einen Röntgendetektor auf, der mit 22 bezeichnet ist. Der Röntgendetektor 22 weist einen Szintillator 24 auf, der die Röntgenphotonen in Photonen geringerer Energie in dem sichtbaren Spektrum umwandelt. An den Szintillator 24 grenzt eine Photodetektor-Array 26 an, die die Lichtphotonen in ein elektrisches Signal umwandelt. Eine Detektor-Steuerung 27 enthält Elektronik zum Betätigen der Detektor-Array, um ein Bild zu gewinnen und das Signal von jedem Photodetektorelement auszulesen.
Das Ausgangssignal aus der Photodetektor-Array 26 wird einem Bildprozessor 28 zugeführt, der eine Schaltungsanordnung zum Verarbeiten und Verbessern des Röntgenbildsignals enthält. Das verarbeitete Bild wird dann auf einem Videomonitor 32 dargestellt und kann in einer Bildspeichervorrichtung 30 archiviert werden. Der Bildprozessor 28 erzeugt zusätzlich ein Helligkeitssteuersignal, das einer Belichtungssteuerschaltung 34 zugeführt wird, um die Leistungsversorgung 16 und dadurch die Röntgenbestrahlung zu regeln.
Der Gesamtbetrieb der Röntgeneinrichtung 14 wird durch eine Systemsteuerung 16 gesteuert, die Befehle von einem Röntgentechniker über eine Operator-Interfacetafel 38 empfängt.
Figur 2 stellt die Schaltungsanordnung der Photodetektor-Array 26 dar, die durch eine Matrix von Detektorelementen 40 gebildet ist. Die Detektorelemente 40 sind auf 30 einem Plättchen (Wafer) aus amorphem Silicium in einer konventionellen zweidimensionalen Anordnung von m Spalten und n Reihen angeordnet, wobei m und n ganze Zahlen sind. Beispielsweise ist ein typischer Röntgendetektor mit hoher Auflösung eine quadratische Anordnung bzw. Array von 3000 bis 4000 Reihen und Spalten von Elementen.
Jedes Detektorelement 40 enthält eine Photodiode 42 und einen Dünnfilm-Transistor 44. Die Photodioden 42 sind aus einer großen Waferfläche gefertigt, die sicherstellt, daß die Photodiode einen meßbaren Teil des Lichtes einfängt, das durch den Szintillator 24 erzeugt ist. Jede Photodiode 42 hat auch eine relativ große Kapazität, die gestattet, daß die elektrische Ladung gespeichert wird, die aus der Photonen-Anregung resultiert.
Die Kathode der Photodioden 42 in jeder Spalte der Array ist durch den Source-Drain-Leitungspfad des zugeordneten Transistors 44 mit einer gemeinsamen Spaltensignalleitung (48&supmin;¹ bis 48-m) für die Spalte verbunden. Beispielsweise sind die Photodioden 42 in Spalte 1 mit der ersten Signalleitung 48&supmin;¹ verbunden. Die Anoden der Dioden in jeder Reihe sind gemeinsam mit einer Quelle einer negativen Vorspannung (-V) verbunden. Die Gate-Elektroden von den Transistoren 44 in jeder Reihe sind mit einer gemeinsamen Reihenwählleitung (46&supmin;¹ bis 46-n) verbunden, wie beispielsweise der Leitung 46&supmin;¹ für Reihe 1. Die Reihenwählleitungen und die Spaltenwählleitungen sind mit der Detektor-Steuerung 27 verbunden, und die Spaltensignalleitungen sind auch mit dem Bildprozessor 28 verbunden.
Um ein Röntgenbild unter Verwendung des in Figur 2 dargestellten Detektors zu gweinnen, führt die Einrichtung 14 die folgende Sequenz von Operationen aus. Zunächst verbindet die Detektor-Steuerung 27 alle Spaltensignalleitungen 48&supmin;¹ bis 48-n mit Masse bzw. Ground und legt eine positive Spannung (Vein) an alle Reihenwählleitungen 46&supmin;¹ bis 46-n an. Die positive Spannung, die an die Reihenwählleitungen angelegt ist, schaltet den Transistor 44 in jedem Detektorelement 40 durch und führt den rückwärts vorgespannten Photodioden 42 eine positive Ladung zu. Sobald die Photodioden vollständig aufgeladen sind, legt die Detektor- Steuerung 27 eine negative Spannung (Vaus), die negativer als die negative Versorgungsspannung (-V) ist, an die Reihenwählleitungen 46&supmin;¹ bis 46-n Diese negative Vorspannung der Reihenwählleitungen sperrt den Transistor 44 in jedem Detektorelement 40.
Dann wird der Detektor 22 einem Puls von Röntgenphotonen ausgesetzt, der in einer konventionellen Weise durch das System erzeugt wird, wodurch die Röhre 15 angeregt wird, ein Bündel 17 von Röntgenphotonen zu erzeugen. Die Röntgenphotonen werden durch den Szintillator 24 in Photonen geringerer Energie umgewandelt. Wenn diese eine geringere Energie aufweisenden Photonen auf die Photodioden 42 in dem Detektor 26 treffen, leiten die Dioden Elektrizität und leiten einen Teil ihrer positiven Ladung ab. Die Menge der positiven Ladung, die von einer gegebenen Photodiode 42 abgeleitet wird, hängt von der Menge an Photonen geringerer Energie ab, die auf sie auftrifft, was seinerseits von der Intensität der Röntgenenergie abhängt, die auf einen Bereich des Szintillators 24 neben der Photodiode auftrifft. Deshalb ist die Ladungsmenge, die von der Photodiode 42 in jedem Detektorelement 40 abgeleitet wird, eine Funktion der Röntgenintensität, die auf den entsprechenden Bereich des Röntgendetektors 22 auftrifft.
Nach Beendigung der Röntgenstrahlung wird die Restladung in jeder Photodiode 42 abgetastet. Um dies zu tun, wird die Spaltensignalleitung 48&supmin;¹ bis 48-n für jede Spalte der Detektorarray gleichzeitig mit getrennten Abtastschaltungen in dem Bildprozessor 28 verbunden. Irgendeine von mehreren Typen von Abtastschaltungen kann in dem Bildprozessor 28 verwendet werden. Beispielsweise kann die Abtastschaltung die Spannung über der Photodiode und deshalb die Ladungsmenge messen, die auf der Photodiode verbleibt. Alternativ kann die Abtastschaltung die zugeordnete Spaltensignalleitung 48&supmin;¹ bis 48-n mit Massepotential verbinden und die erforderliche Ladungsmenge messen, um die Ladung zu ersetzen, die durch die Röntgenbestrahlung abgeleitet ist.
Für eine maximale Bildauflösung werden die Photodiodenladungen von einer Reihe zur Zeit durch die Detektor- Steuerung 27 abgetastet, indem sequentiell die positive Spannung Vein an jede der Reihenwählleitungen 46&supmin;¹ bis 46-n angelegt wird. Wenn eine Reihenwählleitung positiv vorgespannt ist, werden die Transistoren 44 der Detektor-Array, die mit dieser Reihenwählleitung verbunden sind, durchgeschaltet, um dadurch die zugeordneten Photodioden 42 in der gewählten Reihe mit ihren Spaltensignalleitungen 48&supmin;¹ bis 48-n zu verbinden.
Um die Zeitdauer zu verkürzen, die zum Auslesen des Signals von jedem Detektorelement in der Array erforderlich ist, können die Reihen der Detektorelemente in zwei Gruppen unterteilt werden, wie es in Figur 3 dargestellt ist. In diesem Beispiel für eine Detektor-Array 26 mit n Reihen sind die Detektorelemente 40' in Reihe 1 bis Reihe n/2 mit einer ersten Gruppe von Spaltensignalleitungen 47 verbunden. In ähnlicher Weise sind die Detektorelemente 40" in Reihe (n/2)+1 bis Reihe n mit einer zweiten Gruppe von Spaltensignalleitungen 49 verbunden. In diesem Beispiel können die Detektorelemente 40' in der oberen Hälfte der Array gleichzeitig mit den Detektorelementen 40" in der unteren Hälfte der Array ausgelesen werden. Es sei darauf hingewiesen, daß dieses alternative Ausführungsbeispiel der Detektor-Array 26 die doppelte Anzahl von Signalabtastschaltungen erfordert. Jedoch ist die Zeit, die zum Abtasten der Ladung in den Detektorelementen erforderlich ist, um einen Faktor 2 verkürzt; oder alternativ, die Abtastzeit kann die gleiche sein wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, wodurch die Bandbreite der Abtastschaltungen verkleinert werden kann. Zusätzlich verkleinert die Unterteilung der Detektor-Array das elektrische Rauschen und die Kapazität, die von den Abtastschaltungen gesehen wird.
Wie vorstehend ausgeführt wurde, ist es bei Anwendungen, wo die volle Auflösung der Detektor-Array 26 nicht erforderlich ist, vorteilhaft, die Menge der Bilddaten zu verkleinern. Bei dem Röntgendetektor 22 können die Detektorelemente entlang den Reihen und den Spalten kombiniert bzw. verknüpft werden, um die Anzahl von Bildelementen zu verkleinern. Bei einem zweidimensionalen Bild muß die Datenreduzierung in gleicher Weise in beiden Abmessungen erfolgen, um eine Verzerrung des entstehenden Bildes zu vermeiden. Um eine Vielfalt von Sichtfeldern, Bildmatrixgrößen und Bildgewinnungsgeschwindigkeiten zu erzeugen, ist das vorliegende System in der Lage, das Bild in zweidimensionale Gruppen von q mal p Detektorelementen zu unterteilen, wobei p und q ganze Zahlen sind. Die q mal p Gruppen haben das gleiche Seitenverhältnis wie die gesamte Array. Für die als Beispiel gezeigte quadratische Array sind p und q gleich und haben einen gemeinsamen Wert in dem Bereich von beispielsweise 1 bis 4. Dies hat Unterteilungsgruppen mit 1, 4, 9 oder 16 Detektorelementen zur Folge.
In einer Abwandlung des vorliegende Konzepts hat die Detektor-Array keine quadratische Matrix von Detektorelementen. Beispielsweise können mehr Spalten von Detektorelementen vorhanden sein als Reihen in der Array, wie beispielsweise in Bildgebern für eine Video-Kamera nach dem NTSC Standard. Obwohl eine nicht-quadratische Detektor-Array verwendet wird, kann die Bildverarbeitung eine quadratische Array von Bilddaten erfordern. In einem derartigen Fall werden die Signale von den Detektorelementen in den Extraspalten entweder nicht benutzt oder kombiniert bzw. verküpft zu einer quadratischen Matrix von Bildelementen. Wenn dies geschieht, wird die nicht-quadratische Detektor- Array äquivalent zu einer quadratischen, insofern das vorliegende Konzept betroffen ist. Mit dieser Abwandlung brauchen die Variablen m und n nicht die Anzahl von Spalten und Reihen der Detektorelemente in der tatsächlichen Detektor- Array darzustellen, sondern stattdessen entsprechen m und n der Anzahl von Spalten und Reihen in der äquivalenten quadratischen Array.
Es wird noch einmal auf Figur 2 eingegangen. Die Ladungssignale von benachbarten Detektorelementen 40 können auf einfache Weise entlang einer Spalte kombiniert bzw. verknüpft werden, indem gleichzeitig die positive Spannung Vein an eine Gruppe von Reihenwählleitungen 46&supmin;¹ bis 46-n angelegt wird. Wenn in diesem Fall die Abtastschaltungen die Spannung von den Photodioden 42 auf den Spaltensignalleitungen 48&supmin;¹ bis 48-m messen, entspricht die Ausgangsgröße von jeder Abtastschaltung dem Mittelwert der Signale von der gewählten Gruppe von Detektorelementen in der entsprechenden Spalte der Array. Wenn andererseits die Abtastschaltungen den erforderlichen Strom messen, um die von den Photodioden 42 abgeleitete Ladung zu ersetzen, entspricht die Ausgangsgröße von jeder Abtastschaltung der Summe der Signale von der gewählten Gruppe der Detektorelemente in der Spalte.
Während Signale von den Detektorelementen 40 in mehreren Reihen verknüpft werden können, indem gleichzeitig mehrere Reihen in der Array gewählt werden, muß die Verküpfung der Signale von Detektorelementen in benachbarten Spalten (d.h. entlang der anderen Abmessung der Array) von einer externen Schaltungsanordnung ausgeführt werden. Gemäß Figur 4 ist eine Abtastschaltung 50 in den Bildprozessor 28 eingefügt, um die Signale von zahlreichen Spalten zu kombinieren bzw. verknüpfen. Diese Schaltungsanordnung 50 gestattet, daß Detektorelemente individuell oder kombiniert in zwei, drei oder vier Spalten abgetastet werden. Der Teil der Abtastschaltung 50 für die ersten 12 Spalten der Detektorelemente 40 ist in Figur 4 dargestellt. Nachbildungen dieses Schaltungsteils sind für jede Gruppe von 12 benachbarten Array-Spalten vorgesehen.
Die Abtastschaltung weist eine Reihe von Modulen 51, 52, 53 und 54 auf, wobei jedes Modul die Ausgangssignale von drei Spalten der Array bearbeitet. Das erste Modul 51 ist mit den Spaltensignalleitungen 48&supmin;¹, 48&supmin;&sup5; und 48&supmin;&sup9; für die Spalten 1, 5 und 9 der Detektor-Array 26 verbunden, und das Modul 52 ist mit den Spaltensignalleitungen 48&supmin;², 48&supmin;&sup6; und 48&supmin;¹&sup0; für die Spalten 2, 6 und 10 verbunden. In ähnlicher Weise ist das dritte Modul 53 mit den Spaltensignalleitungen 48&supmin;³, 48&supmin;&sup7; und 48&supmin;¹¹ der Detektor-Array für die Spalten 3, 7 und 11 verbunden, und das vierte dargestellte Modul 54 ist mit den Spaltensignalleitungen 48&supmin;&sup4;, 48&supmin;&sup8; und 48&supmin;¹² für die Spalten 4, 8 und 12 der Detektor-Array verbunden.
Die interne Schaltungsanordnung für jedes Modul 51- 54 ist identisch, und es soll die Schaltungsanordnung für das erste Modul 51 im Detail beschrieben werden. Die Spaltensignalleitungen 48&supmin;¹, 45&supmin;&sup9; und 45&supmin;&sup5; für die Spalten 1, 5 und 9 sind jeweils mit dem Eingang von einem getrennten Integrator 56 verbunden. Der Ausgang von jedem Integrator 56 ist mit einer Abtast- und Halteschaltung in einem Analog/Digital-Umsetzer (ADC) 58 verbunden, der die Ausgangsgröße des Integrators abtastet und die Ausgangsgröße in eine digitale Form umsetzt. Die getrennten digitalen Ausgangssignale werden in drei Sätzen von Datenpuffern 60 gespeichert. Die digitale Ausgangsgröße von jedem Satz von Datenpuffern 60 in dem Modul 51 werden getrennten Eingängen von einem vier-zu-eins Multiplexer (MUX A) zugeführt. Die Datenleitungen für den vierten Eingang zu dem Multiplexer sind alle mit Masse- bzw. Ground-Potential verbunden, um einen Eingang zu liefern, der die Zahl Null darstellt.
Die Multiplexer 62 für jeden der vier dargestellten Modulen 51, 52, 53 und 54 sind als MUX A, MUX B, MUX C bzw. MUX D bezeichnet. Die Ausgänge aus den vier Multiplexern 62 in den Modulen 51 - 54 sind mit Eingängen von einer Addierschaltung 64 verbunden, um die Summe der Multiplexer-Ausgangssignale zu erzeugen, wie es durch den arithmetischen Ausdruck A+B+C+D in dem Addier-Block angegeben ist. Deshalb stellt die Ausgangsgröße aus der Addier-Schaltung 64 die Sumination der Signale aus jedem der Modul-Multiplexer 62 und die Kombination der Bildsignale aus einer Gruppe von Detektor-Arrayspalten dar.
Obwohl es in Figur 4 nicht dargestellt ist, empf angen die Multiplexer 62 in der Abtastschaltung 50 Steuersignale von der Detektor-Steuerung 27, die jeden Multiplexer anweist, eine der Eingangsleitungen mit seiner Ausgangsleitung zu verbinden. In Abhängigkeit von dem Steuersignal, das den vier Multiplexern A, B, C und D in jeder Gruppe von vier Modulen 51 - 54 zugeführt wird, können die Ausgangssignale aus 1, 2, 3 oder 4 Spalten von Detektorelementen 40 in der Ausgangsgröße von dem Addierer 64 für diese Modulgruppe verknüpft werden.
Um eine einzelne Spalte zu wählen, wird der zugeordnete Multiplexer 62 angewiesen, die entsprechende Eingangsleitung mit seiner Ausgangsleitung zu verbinden, und jeder der anderen Multiplexer für die Gruppe von vier Modulen 51 - 54 wird angewiesen, den mit Masse bzw. Ground verbundenen vierten Eingang mit ihren entsprechenden Ausgangsleitungen zu verbinden. Dieser Vorgang erzeugt eine Summation in dem Addierer 64 des gewählten Spaltensignals mit Nullsignalen von den anderen Multiplexern 62. Um beispielsweise nur die zweite Spalte zu wählen, wird der Multiplexer B angewiese, seinen ersten Eingang mit seinem Ausgang zu verbinden, und die Multiplexer A, C und D werden angewiesen, ihre vierten Eingänge mit ihren Ausgängen zu verbinden. Anschließend kann ein anderer Satz von Anweisungen an den Multiplexer 62 gesendet werden, um der Reihe nach die Signale von jeder der anderen Spaltensignalleitungen von der Detektor-Array anzunehmen. Da jede Spalte durch diese Technik individuell adressiert ist, tritt keine Reduktion der Bilddaten auf.
Um die maximale Größe an Datenreduktion zu erzielen, die von dieser Schaltungsanordnung erzielbar ist, werden die Bilddaten auf vier Signalleitungen der Detektor-Array 26 durch die Abtastschaltung 50 kombiniert bzw. verknüpft. Wenn beispielsweise die Signale für Spalten 1 bis 4 verknüpft werden sollen, werden die vier Multiplexer 62 alle angewiesen, ihren ersten Eingang mit ihren Ausgängen zu verbinden. Dieser Vorgang legt die Signale von den Spaltensignalleitungen 1, 2, 3 und 4 an die Eingänge des Addierers 64 an, wo sie summiert und zum Ausgang des Addierers gesendet werden. Dann kann der Reihe nach jede benachbarte Gruppe von vier Spalten der Detektor-Array 26 verarbeitet werden, indem die an die Multiplexer gesendeten Anweisungen verändert werden, so daß die Signale von anderen Modulpuffern 60 durch den Addierer 64 sequentiell verknüpft werden.
Aus der vorstehenden Beschreibung versteht der Fachmann auf einfache Weise, wie die Abtastschaltung 50 zu verwenden und die Multiplexer 62 anzuweisen sind, um eine Datenreduktion zu erzeugen, indem Detektorelemente in Zweier- oder Dreiergruppen von benachbarten Arrayspalten kombiniert werden.
Die in Figur 4 gezeigte Schaltungsanordnung verwendet einen getrennten Analog/Digital-Umsetzer 58 für jede Spaltensignalleitung 48&supmin;¹ bis 48-m von der Detektor-Array 26. Dies hat den Vorteil, daß die Verwendung von Wandlern bzw. Umsetzern mit relativ langsamen Digitalisierungsgeschwindigkeiten ermöglicht wird, aber es ist eine relativ große Anzahl an Umsetzern erforderlich. Als eine Alternative können die Daten vor einer Digitalisierung verknüpft bzw. kombiniert werden, um auf diese Weise die Anzahl an Analog/Digital-Umsetzern zu verkleinern. Jedoch müssen in dieser Alternative schnellere Umsetzer verwendet werden, und die Gefahr für die Einführung von elektronischem Rauschen in die analoge Verknüpfungsschaltung wird erhöht.
Ein Beispiel einer derartigen alternativen Abtastschaltung 70 ist in Figur 5 gezeigt. Wie das ursprüngliche Ausführungsbeispiel von einer Abtastschaltung 50 in Figur 4 ist die alternative Schaltungsanordnung 70 für 12 Spalten der Detektor-Array mit dem Verständnis dargestellt, daß Nachbildungen dieses Schaltungsteils für jede Gruppe von 12 benachbarten Arrayspalten vorgesehen sind. Dieser Teil der Signalabtastschaltung 70 ist durch vier Modulen 71, 72, 73 und 74 gebildet, wie es durch die gestrichelten Linien in der Zeichnung angegeben ist. Jedes Modul 72 - 74 nimmt drei der Spaltensignalleitungen auf, die mit getrennten Integratoren 76 verbunden sind. Die Ausgänge aus den drei Integratoren 76 in einem Modul sind mit getrennten Eingängen von einem analogen vier-zu-eins Multiplexer 77 verbunden, Der vierte Eingang des analogen Multiplexers 77 ist mit Massebzw. Ground-Potential verbunden, um einen Nullpotential- Eingang zu bilden. Jeder Multiplexer 77 kann seinen Ausgang auf irgendeinen der drei Eingangssignale von der Detektor- Array oder mit dem mit Ground verbundenen Eingang setzen. Die Ausgangsgrößen aus den vier Modul-Multiplexern MUX A, MUX B, MUX C und MUX D werden dann in einem summierenden Verstärker 78 verknüpft bzw. kombiniert. Die Summe der Signale aus den vier Modulen 71 - 74 werden dann durch einen Analog/Digital-Umsetzer (ADC) 80 digitalisiert, und das Ergebnis wird in einem digitalen Puffer 82 gespeichert. Figur 5 zeigt auch die Detektor-Steuerung 27, die Steuersignale an die Abtastschaltung 70 liefert, wie es dargestellt ist.
Die Multiplexer 77 in jedem Modul 71 - 74 sind in einer ähnlichen Weise zu der angewiesen, wie es in bezug auf die Arbeitsweise der Abtastschaltung 50 in Figur 4 beschrieben ist, um einzeln Zugang zu jeder Spaltensignalleitung zu haben oder Zweier-, Dreier- oder Vierergruppen von Spaltensignalleitungen zu kombinieren, um den gewünschten Grad an Datenreduktion zu erzielen.
Wenn das Röntgensystem mit dem Patienten ausgerichtet ist, ist der Bereich des Patientenkörpers, der von primärer Interesse ist, typisch an der Mitte des Sichtfeldes des Röntgensystems angeordnet. Deshalb sind die mittleren Bildelemente des Röntgenbildes von primärer Wichtigkeit für das medizinische Personal, das das System verwendet. Um die beste Bildqualität der Bildmitte sicherzustellen, minimiert die vorliegende Erfindung die Zeit, die vom Vorladen der Photodioden verstreicht bis die Reihen der Bildelemente an der Mitte der Detektor-Array 26 für ein Auslesen der Ladung abgetastet sind. Dies wird dadurch erreicht, daß die mittleren Reihen zuerst abgetastet und sequentiell Reihen auf abwechselnden Seiten von der Mitte gewählt werden, die zunehmend weiter und weiter von der Mitte der Array entfernt sind. Dies minimiert die verbrauchte Zeit für die mittleren Bildelemente.
Die Tabellen im Anhang enthalten die Sequenz, in der die Detektorelementreihen für jedes der zwei Ausführungsbeispiele der Detektor-Array, wie sie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, und für unterschiedliche Grade der Datenreduktion gewählt werden.
In bezug auf die Photodetektor-Array, die beispielsweise in Figur 2 dargestellt ist, stellt Tabelle I die Sequenz dar, in der die Detektor-Steuerung 27 jede der Reihenwählleitungen 46&supmin;¹ bis 46-n aktiviert, um die Ladung auf den einzelnen Photodioden 42 auszulesen. Wie in der Tabelle dargestellt ist, legt während der ersten Ausleseperiode die Detektor-Steuerung 27 die positive Spannung (Vein) an die Reihenwählleitung, die mit n/2 bezeichnet ist, an der Mitte der Detektor-Array an. Dadurch kann die Ladung in jeder der Photodioden dieser mittleren Reihe an ihren entsprechenden Spaltensignalleitungen 48&supmin;¹ bis 48-m ausgelesen werden. Da in diesem Beispiel keine Datenreduktion auftritt, wird nur eine Reihe zur Zeit durch die Detektor-Steuerung 27 gewählt. Nachdem eine ausreichende Zeit für die Abtastschaltungen in dem Bildprozessor 28 verstrichen ist, um die verbleibende Ladung auf jeder der Dioden zu messen, legt die Detektor-Steuerung 27 die negative Spannung minus Vaus an die mittlere Reihenwählleitung n/2.
Dann wählt die Detektor-Steuerung eine der Reihenwählleitungen, die unmittelbar benachbart zu der mittleren ist, die als Reihe (n/2)+1 bezeichnet ist, indem eine positive Spannung Vein an die nächste Reihenwählleitung angelegt wird. Sobald die Ladungen in den Photodioden für diese Reihe abgetastet worden sind, legt die Detektor-Steuerung die -Vaus Spannung an die Reihenwählleitung (n/2)+1. Dann wählt die Detektor-Steuerung 27 die Reihenwählleitung auf der anderen Seite der mittleren Reihe, wobei diese Leitung mit (n/2)-1 bezeichnet ist, und speist in einer ähnlichen Weise diese Leitung, um die Ladungen auf den Photodioden der Reihe abzutasten.
Wie aus Tabelle I ersichtlich ist, sind die nächsten zwei gewählten Reihen, die mit (n/2)+2 und (n/2)-2 bezeichnet sind, zwei Reihen, die von der Mitte der Array entfernt sind. Diese Abfolge der Reihenwahl setzt sich fort, bis schließlich die ersten und letzten Reihen für eine Ladungsabtastung gewählt sind.
Wenn eine Datenreduktionstechnik während der Auslesung der Photodetektorladungen ausgeübt werden soll, werden mehrere Reihenwählleitungen gleichzeitig eingeschaltet in Abhängigkeit von dem gewünschtne Grad der Datenreduktion.
Wie in Tabelle II gezeigt ist, werden die Daten reduziert, indem zwei Reihen der Detektor-Array 26 während jeder Ausleseperiode gewählt werden. Während der ersten Ausleseperiode wählt die Detektor-Steuerung 27 die mittlere Reihe (n/2) und eine der benachbarten Reihen (n/2)-1 der Detektor-Array 26. Wenn zwei Reihen gewählt sind, legen zwei Photodioden in jeder Spalte der Array ihre Ladungen an die entsprechenden Signalleitungen 48 an, so daß das Signal auf jeder dieser Leitungen 48 die Ladung in zwei Photodetektorplätzen 42 darstellt. Da jedes Paar von Reihen ausgelesen wird, wird die Abtastschaltung in Figur 4 betätigt, um die Signale von Paaren benachbarter Spalten der Detektor-Array 26 zu kombinieren bzw. zu verknüpfen, wie es zuvor beschrieben wurde. Die kombinierten Signale werden weiterverarbeitet für eine Darstellung auf dem Monitor 32 und zur Speicherung in der Vorrichtung 30 (siehe Figur 1).
Nach Abschluß der ersten Ausleseperiode der Datenreduktionstechnik, die in Tabelle II dargestellt ist, wird ein weiteres Paar von benachbarten Reihen auf der einen Seite von der Mitte der Photodetektorarray 26 gewählt und deren Ladungen werden ähnlich in einer kombinierten Weise ausgelesen. In der dritten Ausleseperiode wird das nächste benachbarte Reihenpaar auf der gegenüberliegenden Seite von der Mitte der Photodetektorarray 26 durch die Detektor- Steuerung 27 gewählt, die deren Reihenwählleitungen aktiviert. Der Ausleseprozeß setzt sich fort, indem die Detektor-Steuerung 27 benachbarte Paare von Reihen der Photodetektorarray wählt, die abwechselnd auf jeder Seite der Mitte der Array angeordnet sind und sich weiter und weiter von der Mitte wegbewegen. Schließlich werden die ersten und zweiten Reihen gewählt und deren Ladungen ausgelesen, wonach die letzten und vorletzten Reihen in der letzten Ausleseperiode folgen. Wie durch den Vergleich der Tabellen I und II dargestellt ist, hat die Datenreduktionstechnik in dem letzten Beispiel, bei dem Reihenpaar gleichzeitig ausgelesen werden, die Hälfte der Anzahl der Ausleseperioden wie in dem Beispiel von Tabelle I, in dem jeder Platz der Photodetektor-Array individuell ausgelesen wird.
Ähnliche Datenreduktionstechniken treten in den Beispielen auf, die in den Tabellen III und IV gezeigt sind. Tabelle III bezieht sich auf ein Ausleseschema, in dem die Daten durch die gleichzeitige Auslesung von Dreierreihengruppen reduziert und die Dreiergruppen von Spalten in der Abtastschaltung 50 in einer ähnlichen Weise kombiniert werden, wie sie in Figur 4 dargestellt ist. Die Daten können sogar noch weiter durch die Technik reduziert werden, die in Figur 4 dargestellt ist, wonach Vierergruppen von Reihen gleichzeitig ausgelesen werden, indem gleichzeitig vier Reihenwählleitungen 46 während jeder Ausleseperiode aktiviert werden.
Tabellen V bis VIII stellen die Auslesetechniken dar, die mit der in Figur 3 dargestellten Photodetektorarray benutzt werden, wobei jede Spalte von Photodetektorelementen 40 in zwei Hälften geteilt sind, wobei die obere Gruppe von Photoelementen mit einer getrennten Spaltensignalleitung verbunden sind gegenüber der unteren Gruppe von Detektorelementen. Mit dieser Struktur der Photodetektor- Array, wenn die Detektorelemente einzeln ausgelesen werden sollen, werden eine Reihe in der oberen Hälfte und eine Reihe in der unteren Hälfte der Array gleichzeitig gelesen. Wie in Tabelle V dargestellt ist, werden während der ersten Ausleseperiode die zwei Reihen (n/2) und (n/2)+1 an der Mitte der Array durch die Detektor-Steuerung 27 gewählt. Während der nächsten Ausleseperiode werden die nächsten zwei benachbarten Reihen (n/2)-1 und (n/2)+2 auf jeder Seite der Arraymitte gewählt. Die Wahl setzt sich fort, bis die ersten und letzten Reihen während der letzten Ausleseperiode gewählt sind.
Wenn die Daten, die aus der Detektor-Array gemäß Figur 3 ausgelesen werden, reduziert werden sollen, können zwei Reihen in sowohl den oberen als auch unteren Abschnitten der Array während jeder Ausleseperiode gelesen werden. Die Reihenauslesung für diese Datenreduktionstechnik ist in Tabelle VI dargestellt. Wenn in ähnlicher Weise die Daten in dieser Detektor-Array weiter reduziert werden sollen, werden drei Reihen in sowohl den oberen als auch unteren Abschnitten der Detektor-Array 26 gleichzeitig gelesen, indem die Detektor-Steuerung 27 sechs Reihenwählleitungen während jeder Ausleseperiode aktiviert, wie es in Tabelle VII dargestellt ist. Tabelle VIII liefert das Ausleseschema, wenn die Daten aus der Detektor-Array in Figur 3 noch weiter reduziert werden sollen. In diesem Fall werden acht Reihen durch die Detektor-Steuerung 27 gleichzeitig aktiviert, wobei vier dieeser Reihen in der oberen Hälfte und die anderen vier in der unteren Hälfte der Detektor-Array 26 sind. ANHANG DER TABELLEN Tabelle I Reihenwählsequenz, um einzelne Röntgendetektorelemente in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 abzutasten. Ausleseperiode gewählte Reihe Tabelle II Reihenwählsequenz, um Röntgendetektorelemente abzutasten, die in Reihenpaaren gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 2 gruppiert sind. Ausleseperiode gewählte Reihe Tabelle III Reihenwählsequenz, um Röntgendetektorelemente abzutasten, die in Dreierreihen gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 2 gruppiert sind. Ausleseperiode gewählte Reihe Tabelle IV Reihenwählsequenz, um Röntgendetektorelemente abzutasten, die in Viererreihen gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 2 gruppiert sind. Ausleseperiode gewählte Reihe Tabelle V Reihenwählsequenz, um Röntgendetektorelemente einzeln in dem Ausführungsbeispiel in Figur 3 abzutasten. Ausleseperiode gewählte Reihe Tabelle VI Reihenwählsequenz, um Röntgendetektorelemente abzutasten, die in Reihenpaaren in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 gruppiert sind. Ausleseperiode gewählte Reihe Tabelle VII Reihenwählsequenz, um Röntgendetektorelemente abzutasten, die in Dreierreihen gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 gruppiert sind. Ausleseperiode gewählte Reihe Tabelle VIII Reihenwählsequenz, um Röntgendetektorelemente abzutasten, die in Viererreihen gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 3 gruppiert sind. Jede Zeile dieser Tabelle stellt eine andere Ausleseperiode dar. Reihenwahl für n/8 Ausleseperioden

Claims

1. Verfahren zum Lesen von Bilddaten aus einer Array (26) von Fotodetektoren (40), die in n Reihen und m Spalten angeordnet sind, wobei wenigstens ein Teil der Fotodetektoren (40) in jeder Spalte durch eine Wähleinrichtung (46) mit einer getrennten Ausgangsleitung (48) für diese Spalte verbunden wird, gekennzeichnet durch:

(a) Aktivieren der gegebenen Wähleinrichtung (46), um Signale von den Fotodetektoren in einer Gruppe von p Reihen gleichzeitig an die Ausgangsleitungen (48) anzulegen;

(b) Erzeugen von mehreren verknüpften Ausgangssignalen, die jeweils durch additives Verknüpfen der Signale aus einer Gruppe von q Ausgangsleitungen erzeugt werden; und

(c) Wiederholen der Schritte (a) und (b) für eine andere Gruppe von Reihen in der Detektorarray;

wobei m, n, p und q ganze Zahlen sind, wobei sowohl p als auch q größer als eins sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei m gleich n ist und p gleich q ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Mal, wenn der Schritt (a) ausgeführt wird, die Gruppe von Reihen nahe der Mitte der Array ist, und jedesmal danach, wenn der Schritt (a) ausgeführt wird, die Gruppe der Reihen sequentiell weiter von der Mitte der Array entfernt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, daß das erste Mal, wenn der Schritt (a) ausgeführt wird, die Gruppe von Reihen nahe der Mitte der Array ist, und jedesmal danach, wenn der Schritt (a) ausgeführt wird, die Reihen in der Gruppe von abwechselnden Seiten der Mitte der Array sind.

5. Bilddetektorsystem (14) enthaltend:

eine Array von Fotodetektoren (26), die in m Spalten und n Reihen angeordnet sind, wobei die Fotodetektoren (40) in jeder Spalte durch eine Wählschaltereinrichtung (46) mit einer getrennten Ausgangsleitung für diese Spalte verbunden sind, wobei die n Reihen in Gruppen von p Reihen unterteilt sind und die Spaltenausgangsleitungen (48) in Gruppen von q-Ausgangsleitungen unterteilt sind, wobei m, n, p und q ganze Zahlen sind, wobei sowohl p als auch q größer als eins sind; gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (27) zum sequentiellen Aktivieren der Schaltereinrichtung, um zu einer Zeit gleichzeitig Signale von den Fotodetektoren in der einen Gruppe von Reihen an die Ausgangsleitungen anzulegen;

eine Einrichtung (62, 64) zum Verknüpfen der Signale von jeder Gruppe von Ausgangsleitungen zu einem verknüpften Ausgangssignal

6. Bilddetektorsystem nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung zum Verknüpfen aufweist:

eine getrennte Einrichtung (56, 76) zum Integrieren des Signals auf jeder Spaltenausgangsleitung;

eine Einrichtung (67, 77) zum selektiven Definieren der Zahl q von Spaltenausgangsleitungen in jeder Gruppe;

eine auf die Einrichtung zum Definieren ansprechende b Einrichtung (64, 78) zum Addieren der Signale von denjenigen Einrichtungen zum Integrieren, die jeder Gruppe von q benachbarten Ausgangsleitungen zugeordnet sind, um die verknüpften Ausgangssignale zu erzeugen.

7. Bilddetektorsystem nach Anspruch 6, wobei die Einrichtung zum Verknüpfen ferner eine Einrichtung (58) aufweist zum Digitalisieren von jedem der verknüpften Ausgangssignale.

8. Bilddetektorsystem nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung zum Verknüpfen aufweist:

eine getrennte Einrichtung (56) zum Integrieren des Signals auf jeder Spaltenausgangsleitung;

eine Einrichtung (58) zum Digitalisieren der integrierten Signale von jeder Integrationseinrichtung;

eine Einrichtung (62) zum selektiven Definieren der Anzahl q von Spaltenausgangsleitungen in jeder Gruppe;

eine auf die Einrichtüng zum Definieren ansprechende Einrichtung (64) zum Addieren der Signale von denjenigen Einrichtungen zum Digitalisieren der Signale, die jeder Gruppe von q benachbarten Ausgangsleitungen zugeordnet ist, um die verknüpften Ausgangssignale zu erzeugen.