МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
MULTIFUNCTIONAL IMAGING DEVICE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение, в целом, относится к области сенсоров для получения изображения и управления такими сенсорами.
В частности, изобретение относится к устройству для получения изображения, дающему возможность получить рентгеновский стоматологический снимок, при этом устройство включает матричный сенсор и блок управления этим сенсором. Изобретение относится к устройствам, в которых матричный сенсор включает массив чувствительных к излучению фотодиодов для получения изображения, вместе с, по меньшей мере, одним детекторным фотодиодом, который также чувствителен к излучению.
Уровень техники
Такие сенсоры существуют и, в частности, изготавливаются с использованием технологии комплементарных структур металл-оксид-полупроводник (КМОП), позволяющей легко интегрировать фотодиоды, имеющие разные геометрические характеристики, на общей подложке. Полезно, чтобы детекторный фотодиод (фотодиоды) отличался, например размером, от фотодиодов для получения изображения, чтобы получить более высокую чувствительность, что позволит быстрее обнаружить излучение.
Устройство согласно изобретению включает блок управления матричным сенсором для периодического считывания детекторного фотодиода и для того, чтобы вызывать переключение сенсора в один из, по меньшей мере, двух режимов: режим ожидания, в котором фотодиоды получения изображения заблокированы, и режим получения изображения, в котором энергия, полученная фотодиодами получения изображения, используется для получения снимка.
Термин "заблокированы" используется для обозначения того, что никакие полученные фотоны не дают сигнала, либо вследствие периодического сброса фотодиодов получения изображения, либо вследствие блокировки приема фотонов фотодиодами получения изображения.
В известных устройствах режимы переключаются, как только детекторный фотодиод обнаруживает излучение генератора. В общем случае, получение заранее заданного количества света означает, что излучение обнаружено.
Существующие устройства, таким образом, позволяют переключаться на получение изображения, как только фотодиод получит заданное количество энергии за время между двумя считываниями детекторного фотодиода.
В известных устройствах получение изображения в общем случае осуществляется в пределах длительности излучения или в пределах заранее заданной длительности независимо от количества энергии, реально переданной сенсору.
Раскрытие изобретения
Основная задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы расширить функциональность устройств получения изображения, дающих рентгеновский стоматологический снимок, описанных во введении, предложив, чтобы детекторный фотодиод такого устройства был выполнен для выдачи периодического выходного сигнала на блок управления, в частности, во время излучения и получения изображения фотодиодами получения изображения, причем величина этого периодического выходного сигнала была репрезентативна для мгновенного значения полученной энергии, и блок управления использовал этот периодический выходной сигнал для анализа энергии, полученной в процессе получения изображения.
Интегральный матричный сенсор позволяет отслеживать энергию, полученную сенсором в процессе получения изображения, поскольку такой диод способен, в частности, в процессе получения изображения, выдавать сигнал, репрезентативный для полученной энергии и являющийся, таким образом, количественным. Этот сигнал обозначается ниже термином "количественный сигнал".
В таком устройстве получения изображения блок управления отслеживает количество энергии, полученной сенсором, в частности, в процессе излучения. Эта особенность, благодаря которой детекторный фотодиод способен вырабатывать периодический сигнал, период которого определяется периодом считывания детекторного фотодиода, позволяет реализовывать все виды управления излучением, применение которых ранее, при использовании известных устройств, было невозможно.
В частности, изобретение позволяет на постоянной основе проводить количественный анализ мгновенного значения полученной энергии. Посредством отслеживания этой мгновенной полученной энергии можно обнаружить нарушения в работе генератора. Изобретение, таким образом, позволяет оценивать качество генератора без необходимости использовать специализированные приборы, приспособленные для измерения реально излученного количества энергии.
Таким образом, согласно одной предпочтительной особенности изобретения, блок управления приспособлен для ввода графика изменения количества полученной энергии в выделенной зоне полученного изображения.
При анализе любого изображения, полученного с помощью сенсора согласно изобретению, облучаемого конкретным генератором, эта особенность позволяет извлечь из упомянутого изображения график, отслеживающий полученную энергию. Это позволяет оценить качество излучения соответствующего генератора, поскольку становится доступен график его излучения.
Выделенная зона, в которой вводится осциллограмма полученной энергии, - это, предпочтительно, маскируемая зона изображения. Она либо берется на самом изображении, например, представляя собой первую или последнюю строку изображения, или же она представляет собой дополнительную "нулевую" строку, добавленную к изображению.
Благодаря этой предпочтительной особенности изобретение отсекает очень малую часть изображения, чтобы ввести в нее и сохранить данные, относящиеся к характеристикам генератора, поскольку они относятся к полученной энергии и, следовательно, к излученной. Таким образом, когда получается изображение плохого качества, всегда можно с помощью настоящего изобретения определить, связано ли плохое качество изображения с плохим излучением генератора - или должна быть найдена какая-то другая причина, например движение сенсора в процессе получения изображения.
Вспомним: режим ожидания, в котором фотодиоды получения изображения заблокированы, означает, что фотоны не дают сигнала вследствие их периодического сброса или блокировки приема фотонов. Таким образом, в режиме ожидания сброс или блокировка продолжается до тех пор, пока детекторный фотодиод не обнаружит излучение. Это позволяет получить хорошее отношение сигнал/шум в окончательном изображении. В противном случае паразитный свет, воспринятый в течение периода ожидания, вызывает явление фоновых шумов на изображении, снижая тем самым его качество.
Во всяком случае, известно, что детекторный фотодиод обязательно должен быть больше, чем фотодиоды получения изображения, так как он должен быть достаточно чувствителен, чтобы, находясь в режиме ожидания, очень быстро обнаружить излучение. В таких условиях он очень легко насыщается. Однако, в соответствии с функциональной характеристикой согласно изобретению, фотодиод должен продолжать выдавать сигнал, являющийся количественным, в частности, в процессе получения изображения.
Таким образом, предпочтительно, чтобы блок управления был выполнен для изменения разрешения детекторного фотодиода в зависимости от выходного сигнала этого детекторного фотодиода, с целью обеспечить отсутствие насыщения детекторного фотодиода в процессе облучения.
Такое изменение его разрешения целесообразно, когда чувствительность, требуемая для обнаружения излучения, не позволяет обеспечить отсутствие насыщения в процессе облучения.
Эта особенность позволяет сделать детекторный диод достаточно большим, чтобы он был достаточно чувствителен в режиме ожидания и, тем не менее, был способен выдавать количественный сигнал, репрезентативный для количества энергии, полученной за весь период облучения, так как это составляет оригинальную и новую функцию согласно изобретению.
В соответствии с изобретением эта особенность может быть реализована двумя конкретными способами с воздействием на два различных механизма насыщения.
Первый механизм - это механизм насыщения, при котором сам фотодиод физически насыщается между двумя считываниями вследствие получения большего количества энергии, чем количество энергии его "насыщения". Если количество энергии, полученной между двумя считываниями, больше, чем количество энергии насыщения, то сигнал, считанный с фотодиода, уже не может быть количественным.
Как правило, сигнал, считанный с фотодиода, затем усиливается электронным каскадом обработки данных, в общем случае, до дискретизации, имеющей целью сформировать выходной сигнал фотодиода.
Термин "сигнал, считанный с фотодиода", используется в настоящем описании для обозначения сигнала, считанного непосредственно с фотодиода, тогда как термин "выходной сигнал фотодиода" используется для обозначения сигнала, полученного после усиления.
Второй механизм - это механизм насыщения, происходящий от усиления сигнала, считанного с детекторного диода. Усиление не может дать выходной сигнал фотодиода, превышающий величину его напряжения питания. Если усиление ненасыщенного сигнала, считанного с фотодиода, т.е. сигнала, являющегося количественным, дает выходной сигнал, превышающий напряжение питания, то это выходной сигнал, который не может быть количественным.
В соответствии со специальной особенностью настоящего изобретения, для изменения разрешения блок управления выполнен так, что увеличивает частоту считывания детекторного фотодиода, после того как излучение обнаружено.
В таких условиях способность обработки энергии, полученной от фотодиода, увеличивается. Благодаря увеличению частоты считывания детекторный фотодиод может поглотить больше энергии в заданный промежуток времени, и при этом явление насыщения может не наступить.
В известных устройствах детекторный элемент не определяет количественно поток энергии, который он получает, поэтому не имеет значения, что детекторный элемент насыщается в процессе облучения. Это и в самом деле практически наблюдается в известных устройствах. Однако это противоречит предмету настоящего изобретения, которое позволяет на постоянной основе выдавать на блок управления количественные данные о количестве полученной энергии.
Таким образом, увеличение частоты равносильно снижению разрешения фотодиода, поскольку для данной величины энергии, полученной детекторным фотодиодом, будет считана малая часть заряда на этом детекторном фотодиоде. Тем не менее, это не уменьшит точность считывания в процессе облучения, поскольку будут получены большие количества энергии, и увеличение частоты позволит именно произведенному отсчету быть репрезентативным для действительно полученного количества энергии.
Увеличение частоты считывания может представлять собой умножение ее, например, в десять раз. Такое увеличение частоты считывания позволяет отодвинуть наступление насыщения фотодиода, которое произойдет, только когда энергия, полученная в заданный промежуток времени, будет в десять раз больше, чем при использовании исходной частоты.
В соответствии с другой специальной особенностью настоящего изобретения каждый сигнал, считанный с детекторного фотодиода, усиливается в блоке обработки данных с некоторым электронным усилением для формирования выходного сигнала сенсора, и блок управления приспособлен для регулировки этого электронного усиления.
Эта особенность позволяет обеспечить сохранение количественного характера выходного сигнала, при условии что сам фотодиод не насыщается.
Как правило, коэффициент усиления, используемый в режиме ожидания, очень велик, для того чтобы можно было обнаружить излучение так быстро, как только возможно. Если коэффициент усиления поддерживается на этом уровне в процессе облучения, то выходной сигнал фотодиода, т.е. усиленный считанный сигнал, с высокой степенью вероятности превысит напряжение питания усилительного каскада и, следовательно, перестанет быть количественным, даже при увеличении частоты считывания детекторного фотодиода.
Эта особенность позволяет согласовать противоречия между чувствительностью детектирования в режиме ожидания и требованием, чтобы сигнал оставался количественным в режиме получения изображения.
Предпочтительно, чтобы изменение коэффициента усиления происходило сразу же, как только излучение обнаружено. Если приняты меры к тому, чтобы изменение частоты считывания было независимо от уровня энергии, полученной в начале облучения, то предпочтительно, чтобы изменение коэффициента усиления происходило до изменения частоты считывания. Таким образом, изменение коэффициента усиления предпочтительно используется наряду и в сочетании с изменением частоты, с которой фотодиод считывается.
Применение детекторного фотодиода, интегрированного на той же физической структуре, что и фотодиоды получения изображения, позволяет с большей легкостью управлять частотой считывания или изменять коэффициент усиления.
Предпочтительно предусмотреть в изобретении четыре уровня электронного усиления. Эта особенность дает четыре уровня разрешения количества энергии, считанной фотодиодом, и позволяет получить количественный выходной сигнал в очень широком диапазоне считанных уровней энергии. Предельные уровни коэффициента усиления могут быть отведены для верхнего края диапазона, чтобы разрешать считанные количества энергии, лежащие в диапазоне от 0 до 10 милливольт (мВ), а другие предельные уровни, на нижнем краю, - чтобы разрешать считанные количества энергии, лежащие в диапазоне от 0 до 1000 мВ.
В соответствии с еще одной особенностью настоящего изобретения выходной сигнал детекторного фотодиода квантуется непрерывным образом между двумя аналоговыми величинами.
Эта особенность соответствует такой дискретизации выходного сигнала, при которой полученная энергия может быть представлена в цифровом виде с высоким разрешением. Такая дискретизация предпочтительно реализуется на 8-битовой базе.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения детекторный фотодиод интегрирован по периферии матричного сенсора.
Эта особенность позволяет интегрировать прямоугольный фотодиод большого размера по периферии фотодиодов для получения изображения, которые сами интегрированы в виде матрицы. КМОП-технология позволяет создавать такие интегральные схемы.
В одном из специальных применений блок управления приспособлен для остановки режима получения изображения при отслеживания спада выходного сигнала детекторного фотодиода.
Эта особенность позволяет управлять получением изображения в зависимости от полученной энергии. Это позволяет получать изображения хорошего качества, обеспечив прием достаточной и оптимальной энергии при одновременном обеспечении отсутствия эффекта насыщения, то есть выпадения фотодиодов получения изображения. При использовании генератора переменного тока (АС) термин "спад" выходного сигнала используется для обозначения отсутствия выходного сигнала в течение времени, превышающего один период генератора. В частности, согласно одной из предпочтительных особенностей, анализ количества полученной энергии позволяет в процессе получения изображения рассчитать количество полученной сенсором энергии, чтобы сравнить его с оптимальным количеством энергии, которое должно быть получено сенсором.
Эта особенность позволяет определить момент, когда энергия, полученная сенсором, соответствует оптимальному количеству энергии для получения изображения хорошего качества. Это может позволить остановить режим получения изображения, когда упомянутое оптимальное количество энергии получено, и/или может быть послана команда генератору, чтобы вызывать его остановку.
Таким образом, согласно одной из предпочтительных особенностей изобретения блок управления выполнен так, чтобы посылать команду генератору излучения, заставляя его остановить облучение, как только анализ полученной энергии покажет, что оптимальное количество энергии уже получено.
Эта предпочтительная особенность позволяет оптимизировать дозу облучения, полученную пациентом, поскольку генератор сам останавливается, как только количество полученной сенсором энергии достаточно для получения изображения хорошего качества.
Также предпочтительно, чтобы блок управления был выполнен для остановки режима получения изображения, как только анализ полученной энергии покажет, что оптимальное количество энергии уже получено.
В изобретении также предлагается способ управления устройством получения изображения согласно изобретению. Способ включает периодические шаги посылки команд на считывание детекторного фотодиода до и в процессе облучения, получения изображения фотодиодами получения изображения и выдачи периодического выходного сигнала, величина которого репрезентативна для мгновенного значения полученной энергии, шаг получения упомянутого выходного сигнала, шаг выдачи команды на переключение сенсора из режима ожидания в режим получения изображения, причем это переключение инициируется, когда детекторный фотодиод обнаруживает излучение генератора, и шаг анализа энергии, полученной в процессе получения изображения, с использованием периодического выходного сигнала.
Этот способ служит для отслеживания энергии, полученной матричным сенсором до облучения и за весь период облучения.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления различные шаги способа определяются командами компьютерной программы.
Таким образом, в изобретении также предлагается компьютерная программа на носителе данных, причем эта программа пригодна для реализации в блоке управления, включая команды, приспособленные для реализации шагов способа согласно изобретению. Эта программа может использовать любой язык программирования и может иметь вид исходного кода, объектного кода или кода, промежуточного между исходным и объектным, например, частично-скомпилированного текста, или любой другой требуемый вид.
Изобретение также предлагает читаемый блоком управления носитель данных, включающий команды компьютерной программы, как указано выше. Этот носитель данных может быть любым модулем или устройством, способным хранить программу. Носитель может быть аппаратным элементом или передаваемым носителем и, в частности, он может загружаться из сети типа Интернета. В альтернативном варианте, носитель данных может быть интегральной схемой со встроенной в нее программой.
Краткое описание графических материалов
Другие особенности и преимущества настоящего изобретения вытекают из нижеследующего описания, данного со ссылкой на сопроводительные фигуры, на которых представлен вариант осуществления, не имеющий ограничительного смысла; на фигурах изображены:
ФИГ.1 - схема сенсора, применяемого в устройстве получения изображения согласно изобретению;
ФИГ.2 - схема взаимосвязи между блоком управления, реализованным в устройстве согласно изобретению, и сенсором получения изображения;
ФИГ.3 - блок-схема способа согласно изобретению;
ФИГ.4А-4F - временные графики синхронных зависимостей, соответственно: переменного тока генератора излучения; частоты считывания детекторного фотодиода в устройстве согласно изобретению, пригодном для изменения разрешения детекторного фотодиода посредством увеличения частоты считывания детекторного фотодиода и для обнаружения прекращения излучения; коэффициента усиления фотодиода; электронного усиления, используемого в блоке управления устройства; выходного сигнала детекторного фотодиода и кумулятивной величины выходного сигнала;
ФИГ.5А-5F - временные графики синхронных зависимостей, соответственно: переменного тока генератора излучения; частоты считывания детекторного фотодиода в устройстве согласно изобретению, пригодном для изменения разрешения детекторного фотодиода посредством увеличения частоты считывания детекторного фотодиода с целью обнаружения того, что заранее заданное пороговое значение полученной энергии достигнуто, и для блокировки получения изображения на матричном сенсоре; коэффициента усиления фотодиода; электронного усиления, используемого в блоке управления устройства; выходного сигнала детекторного фотодиода и кумулятивной величины выходного сигнала;
ФИГ.6А-6F - временные графики синхронных зависимостей, соответственно: переменного тока генератора излучения; частоты считывания детекторного фотодиода в устройстве согласно изобретению, пригодном для изменения разрешения детекторного фотодиода посредством регулировки электронного усиления при обработке выходного сигнала детекторного фотодиода с целью обнаружения того, что заранее заданное пороговое значение полученной энергии достигнуто, и пригодном для блокировки получения изображения на матричном сенсоре; коэффициента усиления фотодиода; электронного усиления, используемого в блоке управления устройства; выходного сигнала детекторного фотодиода и кумулятивной величины выходного сигнала;
ФИГ.7А-7F - временные графики синхронных зависимостей, соответственно: постоянного тока генератора излучения; частоты считывания детекторного фотодиода в устройстве согласно изобретению, пригодном для изменения разрешения детекторного фотодиода посредством регулировки электронного усиления при обработке выходного сигнала детекторного фотодиода с целью обнаружения того, что заранее заданное пороговое значение полученной энергии достигнуто, и пригодном для блокировки получения изображения на матричном сенсоре; коэффициента усиления фотодиода; электронного усиления, используемого в блоке управления устройства; выходного сигнала детекторного фотодиода и кумулятивной величины выходного сигнала; и
ФИГ.8А-8F - временные графики синхронных зависимостей, соответственно: переменного тока генератора излучения; частоты считывания детекторного фотодиода в устройстве согласно изобретению, пригодном для изменения разрешения детекторного фотодиода посредством увеличения частоты считывания детекторного фотодиода в любой момент в процессе облучения с целью обнаружения того, что заранее заданное пороговое значение полученной энергии достигнуто, и пригодном для блокировки получения изображения на матричном сенсоре; коэффициента усиления фотодиода; электронного усиления, используемого в блоке управления устройства; выходного сигнала детекторного фотодиода и кумулятивной величины выходного сигнала.
Осуществление изобретения
На ФИГ.1 схематически изображен сенсор С согласно изобретению. Этот матричный сенсор С имеет вид центральной прямоугольной матрицы, интегрирующей так называемые фотодиоды DA «получения изображения».
По периферии фотодиодов DA для получения изображения располагается предпочтительно интегрированный одиночный детекторный фотодиод, обозначенный DD.
В другом варианте осуществления, являющемся менее предпочтительным, можно предусмотреть интегральный массив детекторных фотодиодов, реализованный таким образом, чтобы он считывался периодически способом согласно изобретению. Тем не менее, желательно, чтобы размер детекторного фотодиода DD был намного больше, чем размер фотодиодов DA для получения изображения, составляющих центр матричного сенсора. Этим обеспечивается более быстрое насыщение детекторного фотодиода и, следовательно, его чувствительность, пригодная для обнаружения излучения. Таким образом, в заданную рабочую зону предпочтительно интегрировать одиночный детекторный диод. Предпочтительно, чтобы такой одиночный детекторный фотодиод DD был интегрирован по периферии фотодиодов DA для получения изображения.
Разумеется, в качестве варианта детекторный фотодиод и/или фотодиоды получения изображения можно заменить любым типом светочувствительных элементов, например, фототранзисторами.
Матричный сенсор С, таким образом, интегрирован так, чтобы он был способна включать оба типа диодов, например, с использованием КМОП-технологии. Он чувствителен к рентгеновскому излучению благодаря сцинтиллятору, который трансформирует энергию, полученную в виде рентгеновских лучей, в энергию света.
Итак, энергия, полученная детекторным фотодиодом DD, периодически считывается с частотой считывания. Аналоговые данные, считанные с фотодиода, представляют собой сигнал SL, считанный с фотодиода. Таким образом, в процессе последовательных считываний детекторного фотодиода получаются периодические, сигналы считывания SL. Они репрезентативны для полученной энергии.
Как схематически показано на ФИГ.1, сенсор С соединен с электронным блоком AD обработки данных, пригодным для перевода аналоговых данных SL, считанных с сенсора, в цифровые данные, образующие на выходе блока AD обработки данных выходной сигнал детекторного фотодиода, обозначенный NDD. Этот выходной сигнал NDD также периодический.
При преобразовании аналоговых данных, считанных с детекторного фотодиода DD, в цифровую форму в блоке аналого-цифрового преобразователя AD используется электронное усиление, обозначенное GAD. Таким образом, блок AD усиливает считанный сигнал с использованием усиления GAD и затем дискретизирует полученную усиленную аналоговую величину.
Предпочтительно, дискретизация проводится так, чтобы получить величину выходного сигнала NDD, являющуюся практически аналоговой между двумя предельными значениями, при этом упомянутый выходной сигнал репрезентативен для энергии, полученной сенсором.
Блок AD предпочтительно представляет собой интегрированную часть матричного сенсора С, как схематически показано на ФИГ.1. Он может также быть размещен отдельно от нее на каком-то компоненте контроллера, в этом случае предпочтительно включая также блок управления М. Далее, следует еще отметить, что блок управления М может также быть интегрирован в той же интегральной схеме, что и сенсор С, или может быть интегрирован в отдельном элементе, например, в каком-то компоненте контроллера сенсора С, как указано выше.
Как показано на ФИГ.2, сенсор С ФИГ.1, включающий блок AD, реализован вместе с блоком управления М, причем оба они вместе образуют устройство получения изображения согласно изобретению. В контексте работы устройства получения изображения блок управления М и сенсор С обмениваются сигналами друг с другом. Характер этих сигналов объясняется ниже со ссылкой на ФИГ.3.
На ФИГ.3 приведена блок-схема способа согласно изобретению. Этот способ, реализованный в блоке управления М устройства получения изображения согласно изобретению, включает периодические шаги посылки команды считывания детекторному фотодиоду DD. Таким образом, команды считывания детекторному фотодиоду DD посылаются регулярно и на постоянной основе.
Чтобы было легче прочесть схему ФИГ.3, она разделена на три части, содержащие шаги, относящиеся, соответственно, к работе детекторного фотодиода DD, к работе блока управления М и к работе диодов DA для получения изображения. Фактически, все эти шаги управляются блоком управления М, но осуществляются они либо детекторным диодом DD, либо блоком М, либо диодами DA получения изображения, так что представляется более удобным визуально разделить эти шаги.
Таким образом, периодическое считывание детекторного фотодиода DD под управлением блока М представлено шагом Е1, на котором выходной сигнал NDD получается в момент Ti. Периодичность этого считывания представлена схематически на ФИГ.3 шагом приращения Е'1 для приращения Ti до Ti+1.
Когда матричный сенсор С находится в режиме ожидания, сигнал NDD посылается на блок управления М для использования на шаге ЕО с целью обнаружения момента появления излучения.
Если излучения не обнаружено (случай N: нет насыщения диода DD, или нет перехода порога обнаружения, или не наблюдается скорости роста или динамики роста полученной энергии), диоды DA получения изображения получают блокирующую команду, обозначенную IDA на ФИГ.3. Затем либо диоды DA получения изображения периодически сбрасываются, либо блокируется передача полученной энергии, и энергия фотонов не передается.
Если излучение обнаружено на шаге ЕО (случай Y: диод DD насыщается, или превышен порог обнаружения, или наблюдается скорость роста или динамика роста полученной энергии), происходит переход к шагу переключения Е2. Этот шаг Е2 вызывает посылку переключающей команды SBA на диоды DA получения изображения, переводя их из режима ожидания в режим ACQ получения изображения.
Этот шаг переключения Е2 может также генерировать команду детекторному диоду DD с целью изменения его разрешения. В частности, затем может быть послана команда FDD для изменения частоты считывания детекторного фотодиода DD. Предпочтительно в этот момент, и даже до выдачи команды FDD изменения частоты считывания, генерируется также команда изменения усиления GAD, с которым происходит электронная обработка сигнала считывания SL детекторного фотодиода DD.
Кроме того, чтобы определить, уместна ли посылка команды на изменение разрешения детекторного фотодиода DD, полезно также на постоянной основе посылать величину выходного сигнала NDD в блок анализатора ANA блока управления М; в этом блоке внутри блока управления М анализируются количество полученной энергии и скорость (или динамика) получения энергии.
Таким образом, предпочтительно, чтобы блок ANA работал постоянно. Тем не менее, он может также активизироваться только в процессе шага Е2. В зависимости от скорости (или динамики) получения и количества полученной энергии, этот блок ANA приспособлен для определения момента - и, возможно, для расчета - изменения частоты FDD, с которой считывается детекторный диод DD, и/или изменения электронного усиления GAD обработки данных. Этот блок анализатора ANA пригоден также для определения, получено ли уже оптимальное количество энергии, или, на самом деле, для опционного определения оптимальной длительности процедуры получения изображения в зависимости от полученной энергии и от скорости (или динамики) получения упомянутой энергии.
В варианте осуществления, показанном на ФИГ.3, блок управления М способен, на шаге Е3, послать сигнал блокировки IDA диодам DA получения изображения, чтобы остановить получение изображения упомянутыми диодами. Этот сигнал может быть послан в конце периода оптимальной длительности, рассчитанной блоком ANA, в конце периода заранее заданной фиксированной длительности или, в действительности, - когда оптимальное количество энергии уже получено сенсором. После этого величина, считанная с диодов получения изображения, обозначенная VDA, посылается в запоминающее устройство MEM, как показано на ФИГ.3.
Согласно одной из предпочтительных особенностей шаг анализа ANA может также вести к шагу Е3', выполняемому одновременно с шагом ЕЗ и показанному пунктирными линиями; этот шаг вызывает остановку облучающего сенсор С генератора, здесь обозначенного GEN, как только получено оптимальное количество энергии. Этот шаг Е3' вызывает посылку генератору GEN команды остановки STG.
На ФИГ.4 - 8 даны временные графики различных характеристических параметров, показывающих, как функционируют различные варианты устройства согласно изобретению.
ФИГ.4 относится к работе устройства согласно изобретению в том случае, когда используется АС-генератор GEN излучения. Энергия, излученная АС-генератором (обозначенным GEN на ФИГ.4), показана в зависимости от времени на ФИГ.4А. В качестве примера, генератор такого АС-типа испускает рентгеновские лучи один раз в каждые 20 миллисекунд (мс), т.е. с частотой 50 Герц (Гц). Ширина импульсов, в общем случае, около 10 мс. На ФИГ.4 показана работа устройства, приспособленного для обнаружения окончания излучения до достижения заранее заданного порогового значения SPD полученной энергии. Это заранее заданное пороговое значение SPD зависит от размера сенсора и соответствует оптимальному количеству полученной сенсором энергии для получения изображения хорошего качества.
В соответствии с настоящим изобретением детекторный фотодиод DD считывается периодически с частотой, намного больше частоты импульсов излучения; в данном примере частота FDD равна 100 килогерц (кГц), как показано на ФИГ.4В. Можно видеть, что тактовая частота 100 кГц соответствует дискретизации сигнала детекторного фотодиода с частотой дискретизации, дающей одно измерение каждые 10 микросекунд (мкс). В описываемом варианте осуществления, при постоянном времени воздействия рентгеновских лучей, это соответствует детекторному фотодиоду, имеющему коэффициент усиления GDD в четыре раза больший, чем при 400 кГц, как показано на ФИГ.4С. Выходной сигнал NDD детекторного фотодиода DD показан на ФИГ.4Е. Можно видеть, что величина NDD постоянна и не равна нулю, пока АС-генератор не излучает. Шаг Е0 затем осуществляет цикловое возвращение к самому себе, как показано на ФИГ.3.
Когда АС-генератор начинает излучать, выходной сигнал детекторного фотодиода NDD увеличивается сильно и быстро, что изображено жирной вертикальной линией на ФИГ.4Е. Так как рентгеновское излучение длится около 10 мс, частота считывания детекторного фотодиода позволяет получить в процессе одного периода излучения генератора GEN 80 дискретных замеров. Используя теорему Найквиста-Шеннона, с такой дискретизацией можно получить приемлемое измерение.
Таким образом, начало излучения обнаруживается по малому числу считанных дискретных замеров детекторного фотодиода DD и, следовательно, может быть показано на временном графике ФИГ.4Е не иначе как схематически, жирной линией. Можно видеть, что рентгеновское излучение, таким образом, обнаруживается почти мгновенно, в сравнении со скоростью (или с динамикой) работы генератора и интенсивностью снятия замеров.
Есть различные способы обнаружения наличия излучения. Можно считать, что излучение обнаружено с того момента, когда выходной сигнал NDD, по меньшей мере, в одном единичном замере превысит пороговую величину интенсивности полученной энергии. Поскольку цель состоит в том, чтобы переключить режимы так быстро, как только возможно, целесообразно, чтобы усиление было как можно больше, а частота дискретизации - как можно меньше, соответствуя теоремам дискретизации. Здесь следует заметить, что частота дискретизации, даже при ее низшем значении, всегда остается намного больше, чем частота импульсов излучения, и, таким образом, в любом случае позволяет обнаружить излучение очень быстро сравнительно со скоростью (или динамикой) генерации излучения.
Возможно также обнаружить наличие излучения после отслеживания лишь малого числа дискретных замеров сигнала NDD, в которых анализировалась скорость (или динамика) увеличения полученной энергии. Излучение затем обнаруживается посредством отслеживания скорости (или динамики) получения энергии.
Это позволяет использовать знак приращения излучения генератора для запуска переключения в режим получения изображения. Это дает возможность избежать переключения в режим получения изображения, когда сенсор облучается паразитной энергией из постороннего источника, а не энергией, идущей от сцинтиллятора и соответствующей рентгеновскому излучению генератора.
Когда рентгеновское излучение генератора обнаружено, как показано на ФИГ. 3, на шаге Е2 генерируется командный сигнал SBA диодам получения изображения, разрешающий запуск начала получения изображения ACQ. Одновременно, если блок анализатора ANA, который также получил значения выходного сигнала NDD детекторного фотодиода, определил, например, по знаку приращения излучения генератора, что интенсивность полученной энергии превышает или в ближайшее время превысит порог насыщения детекторного фотодиода DD, то блок ANA - он так выполнен - посылает командный сигнал сенсору С для увеличения частоты FDD, с которой считывается детекторный диод DD, как можно видеть на ФИГ.4В, где частота возрастает со 100 кГц до 400 кГц. Затем коэффициент усиления GDD фотодиода DD делится на четыре, обеспечивая таким образом отсутствие насыщения детекторного фотодиода DD во все время шага получения изображения. В качестве примера: блок анализатора ANA определяет, что полученная энергия в ближайшее время превысит порог насыщения, если фотодиод получит, по меньшей мере, 70% энергии, соответствующей порогу насыщения VSAT фотодиода. Этим обеспечивается получение количественной величины.
Если бы детекторный фотодиод DD выходил на насыщение в процессе получения изображения, это не дало бы возможности измерению полученной энергии быть количественным и, таким образом, сделало бы невозможным точное определение предельной экспозиции.
Эта предельная экспозиция предпочтительно определяется сигналом, представляющим сумму S мгновенных полученных энергий. Этот сигнал показан на ФИГ.4F и прирастает с каждым импульсом, посланным генератором GEN.
На ФИГ.4 получение изображения не останавливается под управлением сигнала S. Таким образом, полученный сигнал отслеживается, но не используется для оптимизаций экспозиции полученного изображения. В этом варианте осуществления именно обнаружение окончания излучения генератора GEN переключает на окончание получения изображения.
Детекторный фотодиод DD предпочтительно используется для обнаружения окончания излучения генератора. Блок анализатора ANA предпочтительно выполнен так, чтобы в случае, если сигнал NDD падает и остается ниже заданной величины в течение времени, превышающего полупериод излучения генератора, генерировать команду остановки получения изображения диодами DA.
Следует заметить, что электронное усиление GAD не изменяется блоком управления М. Это означает, что усиленные считанные сигналы детекторного фотодиода не превышают 70% напряжения питания VAL усилительного блока AD.
Блок анализатора ANA предпочтительно выполнен так, чтобы после остановки излучения, в случае, если имеющееся напряжение меньше 30% напряжения VSAT насыщения фотодиода, частота считывания FDD уменьшалась, а усиление GAD увеличивалось. Эта особенность позволяет вернуться к условиям, которые предпочтительны для обнаружения детекторным фотодиодом DD нового излучения.
На ФИГ.5 представлены временные графики, аналогичные приведенным на ФИГ.4, для того же генератора; график энергии его излучения GEN еще раз показан на ФИГ.5А. На ФИГ.5 представлена работа устройства, в котором разрешение детекторного фотодиода DD также изменяется посредством увеличения частоты считывания детекторного фотодиода DD по обнаружении излучения, как можно видеть на ФИГ.5В и 5С.
Отличие сравнительно с ФИГ.4 состоит в том, что получение изображения блокируется, как только сумма полученных энергий S достигнет оптимального с точки зрения времени экспозиции порогового значения SPD полученной энергии, заранее заданного для получения надлежащего качества изображения. После включения шага Е3, как показано на ФИГ.3, сенсор С получает командный сигнал IDA, блокирующий фотодиоды DA получения изображения. Передача изображения затем занимает около одной секунды. Следует заметить, что детекторный фотодиод DD также может быть заблокирован. По графику GEN на ФИГ.5А можно видеть, что генератор при этом продолжает работать и излучает еще два импульса, несмотря на то что получение изображения заканчивается.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения (не показанном) блок управления М, управляющий сенсором С, приспособлен для посылки команды генератору, чтобы заставить его остановить излучение, как только достигнуто заранее заданное оптимальное пороговое значение SPD и получение изображения остановлено.
На ФИГ.6 показаны временные графики, полученные с использованием того же генератора, что и на ФИГ.4 и 5, но в этом варианте осуществления изменено электронное усиление GAD, чтобы обеспечить отсутствие насыщения при усилении считанного сигнала вследствие превышения им напряжения питания блока AD.
В этом варианте осуществления в режиме ожидания коэффициент усиления GAD умножается на четыре. Это целесообразно для увеличения чувствительности детектирования. Этот умноженный на 4 коэффициент усиления GAD воздействует также на напряжение VSAT насыщения детекторного фотодиода, которое, следовательно, увеличивается в выходном сигнале NDD. Поэтому, как можно видеть, 70% VSAT не показаны в начале и в конце ФИГ. 6D, поскольку эта величина не вписывается в масштаб изображения. Напротив, уровень насыщения выходного сигнала относительно напряжения питания VAL не изменяется под воздействием усиления GAD. Следует заметить, что в данном случае для включения изменения разрешения фотодиода или изменения усиления используется именно превышение величины 70% VAL выходным сигналом NDD, вместо превышения величины 70% VSAT, как показано на предшествующих ФИГ.
На ФИГ.6D по обнаружении излучения коэффициент усиления GAD делится на четыре. Это изменение коэффициента усиления GAD позволяет дискретизировать уровни энергии, считанные с детекторного фотодиода DD, на базе другого интервала. Это изменение позволяет сохранить количественный характер выходного сигнала NDD для считанных с фотодиода энергий, превышающих энергии, обрабатываемые с использованием четырехкратного коэффициента усиления, при котором может быть очень быстро обнаружено малое количество считанной с фотодиода DD энергии, что целесообразно в режиме ожидания.
В отсутствии изменения коэффициента усиления GAD, усиленное напряжение NDD превысит напряжения питания VAL, что приведет к потере количественного характера выходного сигнала NDD.
Для того чтобы было возможно использовать только регулировку электронного усиления GAD, необходимо, чтобы фотодиод не насыщался на используемой частоте. Вот почему на этой ФИГ. используется частота непосредственно 400 кГц: эта частота дает самое малое разрешение диода, в частности, в режиме ожидания, а также наибольшую способность получения энергии без насыщения.
Если бы частота детекторного диода DD была 100 кГц, то интенсивность, полученная детекторным фотодиодом DD, вызвала бы его насыщение. Импульсы, наблюдаемые на ФИГ.6, выглядели бы тогда ограниченными по амплитуде, независимо от усиления GAD, использованного при обработке сигнала детекторного фотодиода DD.
На практике изменения усиления и частоты считывания используются в сочетании. Как только излучение обнаружено, усиление предпочтительно уменьшается, а затем - или одновременно - увеличивается частота. Если блок управления М выполнен так, что частота считывания в каждом случае изменяется в зависимости от полученной энергии, то очень полезно немедленно уменьшать коэффициент усиления на очень большую величину, например, перейдя от 1000 к 1, чтобы насыщение электронного усиления не маскировало количественный сигнал, считанный с фотодиода.
Может случиться, что большой коэффициент усиления приведет к тому, что количественный сигнал, считанный с ненасыщенного фотодиода, после усиления перестанет быть количественным, поскольку достигнет напряжения питания VAL. Это вредно в особенности в том случае, когда выходной сигнал NDD, т.е. усиленный считанный сигнал, используется для определения частоты FDD, с которой производится считывание детекторного фотодиода DD. В этом случае, чтобы получить количественный сигнал, необходимо намного большее понижение частоты FDD, чем было бы необходимо, если бы коэффициент усиления GAD автоматически уменьшался с началом облучения. Это показано ниже на ФИГ.8.
На ФИГ.7 показаны временные графики синхронных зависимостей характеристических параметров, наблюдаемых при использовании генератора излучения постоянного тока (DC). График излучения GEN DC-генератора показан на ФИГ.7А. Опять можно видеть, что частота FDD, с которой считывается фотодиод, установлена на 400 кГц и что в варианте осуществления, соответствующем ФИГ.7, для изменения разрешения детекторного фотодиода DD изменяется именно электронное усиление GAD.
На ФИГ.7 видно, что сразу по обнаружении излучения генератора коэффициент усиления GAD переключается для того, чтобы снизить разрешение детекторного фотодиода DD и обеспечить количественный характер выходного сигнала NDD, как показано на ФИГ.7Е.
В этом варианте осуществления сигнал суммы S линеен и имеет постоянный наклон, как показано на ФИГ.7F. На ФИГ.7, как и на ФИГ.4, остановка генератора вызывает остановку получения ACQ диодами DA получения изображения. Остановка генератора обнаруживается посредством анализа сигнала NDD, что изображено на ФИГ.7Е. Остановка DC-генератора обнаруживается, когда полученная энергия падает ниже заранее заданного минимального уровня.
Наконец, следует заметить, что разрешение детекторного фотодиода DD может быть изменено не только в момент переключения диодов DA получения изображения в режим получения изображения, но также в процессе получения изображения ACQ диодами DA получения изображения. Это целесообразно, если интенсивность генератора возрастает больше, чем ожидалось.
Это показано на ФИГ.8. На ФИГ.8 можно видеть, что коэффициент усиления GAD равен двум, а частота 100 кГц. В результате, как можно видеть, величина 30% VSAT удвоена сравнительно с использованием единичного коэффициента усиления GAD. Таким образом, для излучения GEN генератора, например применяемого на ФИГ.4, чувствительность обнаружения излучения соответственно увеличивается.
Когда излучение обнаружено, частота FDD увеличивается в соответствии с настоящим изобретением, причем в этом варианте осуществления она умножается на четыре. Однако следует заметить, что, начиная с четвертого импульса генератора, этого уже не достаточно, поскольку сигнал NDD достиг напряжения, соответствующего 70% напряжения питания VAL. Тем не менее, можно видеть, что диод DD физически не насыщается, так что сигнал считывания SL продолжает быть репрезентативным для полученной энергии, то есть количественным, вследствие увеличения частоты считывания.
Далее, устройство пригодно для того, чтобы по результатам анализа мгновенной полученной энергии в блоке анализатора ANA еще более изменить разрешение детекторного фотодиода DD посредством дальнейшего увеличения частоты, с которой производится считывание детекторного фотодиода DD, в данном примере - умножением частоты на 1,5, как только сигнал NDD достигнет уровня 70% VAL.
Благодаря этому новому увеличению частоты считывания FDD сигнал NDD в самом деле остается ниже уровня 70% напряжения питания VAL. Тогда выходной сигнал NDD остается в диапазоне энергий, считанных с фотодиода, и может быть усилен с усилением GAD без достижения напряжения питания VAL. Это позволяет обеспечить сохранение количественного характера сигнала полученной энергии, давая тем самым возможность определить момент, в который полученная энергия соответствует получению изображения надлежащего качества.
Наконец, следует заметить, что на основе принципов согласно изобретению могут быть реализованы различные варианты его осуществления.