Способ определения передаточных характеристик пикселей плоскопанельного детектора

Авторы патента:

Полихов Степан Александрович (RU)

Лобжанидзе Тенгиз Константинович (RU)

Авакян Артём Каренович (RU)

H01L31/115 - приборы, чувствительные к волнам очень короткой длины, например рентгеновскому излучению, гамма-излучению или корпускулярному излучению

A61B6/00 - Приборы для радиодиагностики, например комбинированные с оборудованием для радиотерапии (рентгеноконтрастные препараты A61K 49/04; препараты, содержащие радиоактивные вещества A61K 51/00; радиотерапия как таковая A61N 5/00; приборы для измерения интенсивности излучения, применяемые в ядерной медицине, например измерение радиоактивности живого организма G01T 1/161; аппараты для получения рентгеновских снимков G03B 42/02; способы фотографирования в рентгеновских лучах G03C 5/16; облучающие приборы G21K; рентгеновские приборы и их схемы H05G 1/00)

Владельцы патента RU 2690105:

Акционерное общество "Научно-исследовательский институт технической физики и автоматизации" (АО "НИИТФА") (RU)

Изобретение относится к медицинской радиационной технике, а именно к радиологическим системам визуализации. Способ определения передаточных характеристик пикселей плоскопанельного детектора рентгеновского излучения включает сбор исходных данных для нескольких значений поглощенной дозы в каждом пикселе матрицы детектора, апроксимацию полученных данных линейной зависимостью, сбор данных для учета темнового тока для каждого пикселя матрицы детектора, считывание полученных данных с матрицы детектора и отображение их в виде цифрового сигнала, при этом считывание данных с матрицы детектора проводят между импульсами рентгеновского излучения, а отображение считанных данных в виде цифрового сигнала проводят в зависимости от поглощенной дозы. Использование изобретения позволяет исключить процедуру учета остаточного сигнала и уменьшить статистическую погрешность. 8 ил.

Изобретение относится к радиационной технике, а именно к радиологическим системам визуализации, и используется для получения передаточных характеристик пикселей плоскопанельного детектора.

Современные системы визуализации активно используют цифровые системы детектирования, основанные на плоскопанельных детекторах рентгеновского излучения. Применение такого рода детекторов позволяет упростить процедуру получения рентгеновских изображений при сохранении качества получаемых данных.

В цифровой рентгенографии необходимо учитывать особенности детектора, так как заложенная в основу плоскопанельного детектора аморфная кремниевая фотодиодная матрица имеет разброс параметров от пикселя к пикселю, что приводит к несоответствию истинного и зарегистрированного распределения интенсивности рентгеновского излучения по детектору. Процесс калибровки имеет особое значение для корректного учета параметров детектора [1], [2].

Одним из параметров детектора, влияющих на конечный результат, является различие передаточной характеристики между пикселями детектора. Передаточная характеристика выражает связь между входным и выходным сигналами системы. Для плоскопанельного детектора под передаточной характеристикой подразумевается зависимость величины цифрового сигнала от поглощенной дозы рентгеновского излучения.

В процессе считывания с матрицы детектора сигнал проходит этапы сборки, усиления и оцифровки. От пикселя к пикселю эти процессы могут отличаться, и тем самым каждый пиксель детектора имеет свою собственную передаточную характеристику [3]. В процессе считывания накопленный заряд переходит из конденсатора через усилитель на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Результатом является цифровой сигнал, пропорциональный поглощенной энергии в сцинтилляторе. Величина цифрового сигнала отображается в ADU (Analog-Digital Unit).

В пределах динамического диапазона плоскопанельный детектор работает в линейном режиме, т.е. отклик детектора прямо пропорционален поглощенной дозе в детекторе. Для каждого пикселя линейная зависимость имеет свои коэффициенты, и процесс определения этих коэффициентов осуществляется при калибровке детектора. Пример с передаточными характеристиками для двух разных пикселей представлен на Фиг. 1. Как видно из графика, при одинаковой поглощенной дозе в пикселях отклик может быть разным, что приводит к искажению истинного распределения дозы. Пример влияния различия передаточных характеристик пикселей при равномерной засветке представлен на Фиг. 2а. На Фиг. 2б представлено корректированное изображение [4].

Процедура построения передаточных характеристик пикселей основана на получении проекционных данных для нескольких значений поглощенной дозы в пикселе и аппроксимации полученных данных линейной зависимостью (Фиг. 3). Схема получения данных представлена на Фиг. 4.

В процессе сбора данных в конечный результат вносят вклад такие параметры детектора как темновой ток и остаточный сигнал. Темновой ток аддитивно складывается с полезным и вносит свой вклад в изображение. Он обусловлен несколькими параметрами, основным из которых является тепловой шум. Значение темнового тока зависит от температуры окружающей среды, материала и размера активной области и может быть разным для каждого пикселя в матрице детектора [5]. Эффект остаточного сигнала заключается в том, что полученный в текущем кадре сигнал вносит вклад в сигнал на последующих кадрах. Причины возникновения эффекта объясняются свойствами полупроводниковой считывающей электроники детектора [6], [7], [8].

Современные методики определения передаточных характеристик основаны на реализации базового алгоритма с различными дополнениями, представленного на Фиг. 5. Первоначально проводится набор исходных данных согласно схеме, представленной на Фиг. 4, затем проводятся процедуры сбора данных для определения темнового тока и остаточного сигнала. Далее происходит учет темнового тока и остаточного сигнала для исходных данных. На основе корректированных данных строятся передаточные характеристики для каждого пикселя [9], [10], [11], [12].

За прототип взята система, в которой производится сбор последовательных изображений для каждого значения поглощенной дозы с дальнейшим учетом остаточного сигнала [13].

Недостатками данного прототипа является необходимость проводить сбор данных для учета остаточного сигнала, так как оценка влияния эффекта выполняется по анализу серии изображений, следующих непосредственно после засветки детектора единичным рентгеновским импульсом. График остаточного сигнала от номера изображения после окончания облучения представлен на Фиг. 6. Применение дополнительной корректировки исходных данных приводит к увеличению статистической погрешности получаемой величины.

Техническим результатом изобретения является применение алгоритма сбора исходных данных, позволяющего исключить процедуру учета остаточного сигнала, и уменьшение статистической погрешности.

Указанный технический результат достигается за счет возможности минимизации вклада остаточного сигнала в исходные данные путем считывания информации с детектора между импульсами излучения.

Для реализации способа представлена схема получения исходных данных, представленная на Фиг. 7. Между импульсами излучения происходит процесс считывания данных с детектора, что позволяет существенно уменьшить вклад остаточного сигнала в данные при следующем импульсе. По результатам изменения способа сбора исходных данных упрощается алгоритм определения передаточных характеристик (Фиг. 8).

Список литературы

[1] Rowlands JA, Yorkston J. Physics and Psychophysics. In: Kundel HL, Beutel J, Van Metter RL, eds. Handbook of Medical Imaging. Vol. 1. Bellingham, WA: SPIE Press; 2000.

[2] Floyd CE Jr, Warp RJ, Dobbins JT III, et al. Imaging characteristics of an amorphous silicon flat-panel detector for digital chest radiography. Radiology. 2001; 218 (3): 683-688.

[3] Jean-Pierre Moy, B. Bosset. "How does real offset and gain correction affect the DQE in images from x-ray flat detectors?". Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering 3659 May 1999 DOI: 10.1117/12.349555.

[4] Dong Sik Kim, Eun Kim, Sanggyim Lee «Performance analysis of the gain correction in radiography imaging)) 2014 IEEE International Conference on Image Processing (ICIP) January 2015 DOI: 10.1109/ICIP. 2014.7025739.

[5] Richard T. Scott, Karin Topfer, John W. DeHority «Dark correction for digital X-ray detector». US7832928.

[6] Jongduk Baek, Norbert J. Pelc. «Effect of detector lag on CT noise power spectra». Med Phys. 2011 Jun; 38 (6): 2995-3005. DOI: 10.1118/1.3589135.

[7] Starman, J. «Lag Correction in Amorphous Silicon Flat-Panel X-Ray computed Tomography». Dissertation.

[8] L., Di Sopra. «Geometric Misalignment Calibration and Detector Lag Effect Artifact Correction in a Cone-Beam Flat Panel micro-CT System for Small Animal Imaging». Dissertation.

[9] Yang-Kyun Park, Gregory C. Sharp «Gain Correction for an X-ray Imaging System With a Movable Flat Panel Detector and Intrinsic Localization Crosshair)). Technology in Cancer Research & Treatment 2016 Apr; 15 (2): 387-95. DOI: 10.1177/1533034615576829.

[10] Hua Zhanga, Kuidong Huangb, Yikai Shia «A new correction method for flat panel detector in ConeBeam CT» Procedia Engineering 15 (2011) 2655-2659.

[11] B. Rodricks, D.L. Lee, M. Hoffberg, and C. Williams, "Filtered gain calibration and its effect on DQE and image quality in digital imaging" in Proc. SPIE, Medical Imaging: Physics of Medical Imaging, 2000, vol. 3977, 477-486.

[12] С Schmidgunst; D Ritter; E Lang. «Calibration model of a dual gain flat panel detector for 2D and 3D x-ray imaging». Medical Physics 2007 11; 34: 0094-2405.

[13] Martin Spahn «Method of calibrating a digital x-ray detector and corresponding x-ray device» US7075061B2, 2006.

Способ определения передаточных характеристик пикселей плоскопанельного детектора рентгеновского излучения, включающий сбор исходных данных для нескольких значений поглощенной дозы в каждом пикселе матрицы детектора, апроксимацию полученных данных линейной зависимостью, сбор данных для учета темнового тока для каждого пикселя матрицы детектора, считывание полученных данных с матрицы детектора и отображение их в виде цифрового сигнала, отличающийся тем, что считывание данных с матрицы детектора проводят между импульсами рентгеновского излучения, а отображение считанных данных в виде цифрового сигнала проводят в зависимости от поглощенной дозы.

Планарный полупроводниковый детектор предназначен для регистрации излучений в ядерной физике, физике высоких энергий, а также в цифровых аппаратах, регистрирующих заряженные частицы, гамма-кванты и рентгеновское излучение.

Высоковольтный преобразователь ионизирующих излучений и способ его изготовления // 2608313

Настоящее изобретение относится к области преобразователей энергии радиационных излучений в электрическую энергию и может быть также использовано в взрывоопасных помещениях - шахтах, в беспилотных летательных аппаратах, ночных индикаторах и сенсорах, расположенных в труднодоступных местах и т.д.

Преобразователь оптических и радиационных излучений и способ его изготовления // 2608311

Настоящее изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений в электрическую энергию и может быть использовано во взрывоопасных помещениях - шахтах, в беспилотных летательных аппаратах, ночных индикаторах, сенсорах, расположенных в труднодоступных местах, и т.д.

Алмазный детектор ионизирующих излучений // 2607300

Изобретение относится к полупроводниковым детекторам ионизирующих излучений, в частности к алмазным детекторам, способным работать в условиях повышенных температур, пониженных давлений, в агрессивных средах.

Гибридный пиксельный фотоприемник - детектор излучений, конструкция и способ изготовления // 2603333

Изобретение может быть использовано в медицине, кристаллографии, ядерной физике и т.д. Гибридный пиксельный фотоприемник согласно изобретению содержит первую - кремниевую подложку, на верхней (нижней) поверхности которой расположена интегральная СБИС - микросхема, включающая матрицу пикселей с КМОП электронными схемами считывания и обработки электрических сигналов, при этом на поверхности пикселей расположены контактные электроды и она содержит вторую полупроводниковую подложку n-(p-) типа проводимости, содержащую на своей верхней (нижней) поверхности сильно легированный n+(p+) слой с расположенным на нем металлическим общим катодным (анодным) электродом, а на ее нижней (верхней) поверхности расположена матрица пикселей p-i-n-диодов, которые через контактные электроды соединены с соответствующими пикселями матрицы первой кремниевой подложки, расположенной на нижней (верхней) поверхности второй подложки, при этом вторая подложка одного n-(p-) типа проводимости является общей - анодной (катодной) областью и она образует с полупроводниковыми контактными электродами p+(n+) типа проводимости, являющимися одновременно катодными (анодными) электродами, матрицу p-i-n-диодов.

Планарный преобразователь ионизирующих излучений и способ его изготовления // 2599274

Изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений в электрическую энергию. Предложена конструкция планарного преобразователя ионизирующих излучений, содержащая слаболегированную полупроводниковую пластину n (p) типа проводимости, в которой расположена сильнолегированная n+ (p+) область, на поверхности которой расположен электропроводящий электрод катода (анода), на верхней поверхности пластины расположена сильнолегированная p+ (n+) область, образующая с полупроводниковой пластиной p-n-переход, на поверхности p+ (n+) области расположен слой изолирующего диэлектрика и электропроводящий электрод анода (катода), являющийся радиоактивным изотопом, при этом на верхней и нижней поверхностях слаболегированной полупроводниковой пластины n- (p-) типа проводимости расположены сильнолегированные соответственно верхняя и нижняя горизонтальные p+ (n+) области, образующие с пластиной p-n-переходы p-i-n-диода, при этом они соединены между собой вертикальной р+ (n+) кольцевой областью, при этом верхняя горизонтальная p+ (n+) область образует со слоем изолирующего диэлектрика и электропроводящим электродом катода (анода) МОП структуру накопительного конденсатора, на верхней поверхности пластины также расположена n+ (p+) контактная область к пластине n- (p-) типа проводимости, на верхней и нижней поверхности горизонтальных p+ (n+) областей расположены соответственно слои верхнего и нижнего диэлектрика, содержащие контактные окна соответственно к n+ (p+) контактной области и нижней горизонтальной p+ (n+) области, на поверхности верхнего и нижнего диэлектриков расположены соответственно верхний и нижний слои радиоактивного изотопа - металла, образующие омические контакты соответственно с n+ (p+) контактной областью и нижней горизонтальной p+ (n+) областью, являющиеся электродами катода (анода) и анода (катода) соответственно p-i-n-диода.

Емкостная моп диодная ячейка фотоприемника-детектора излучений // 2583955

Изобретение относится к полупроводниковым координатным детекторам ионизирующих частиц. В емкостной МОП диодной ячейке фотоприемника-детектора излучений применена новая электрическая схема, в которой используются усилительный обогащенный p-МОП транзистор, конденсатор, p-i-n-диод, поликремниевые резисторы, дополнительные p-МОП и n-МОП транзисторы и оригинальной конструкции ячейки координатного фотоприемника-детектора.

Биполярная ячейка координатного фотоприемника - детектора излучений // 2583857

Изобретение относится к полупроводниковым координатным детекторам радиационных частиц. Изобретение обеспечивает повышение эффективности регистрации оптических и глубоко проникающих излучений и повышение быстродействия детектора излучений.

Многопереходный кремниевый монокристаллический преобразователь оптических и радиационных излучений // 2539109

Изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений в электрическую энергию (э.д.с). Согласно изобретению предложен кремниевый монокристаллический многопереходный фотоэлектрический преобразователь оптических и радиационных излучений, содержащий диодные ячейки с расположенными в них перпендикулярно горизонтальной светопринимающей поверхности вертикальными одиночными n+-p--p+(p+-n--n+) переходами и расположенными в диодных ячейках параллельно к светопринимающей поверхности горизонтальными n+-p-(p+-n-) переходами, причем все переходы соединены в единую конструкцию металлическими катодными и анодными электродами, расположенными соответственно на поверхности областей n+(p+) типа вертикальных одиночных n+-p--p+(p+-n--n+) переходов, при этом он содержит в диодных ячейках дополнительные вертикальные n+-p-(p+-n-) переходы, причем их области n+(p+) типа подсоединены соответственно областями n+(p+) типа n+-p-(p+-n-) горизонтальных переходов к областям - n+(p+) типа вертикальных одиночных n+-p--p+(p+-n--n+) переходов, при этом на его нижней и боковых поверхностях расположен слой диэлектрика толщиной менее длины пробега радиационных частиц в диэлектрике, на поверхности которого размещен слой радиоактивного металла толщиной, равной длине пробега электронов в металле, при этом расстояние между электродами диодных ячеек не превышает 2-х длин пробега радиационных частиц.

Кремниевый фотоэлектронный умножитель // 2524917

Изобретение относится к области полупроводниковых оптоэлектронных устройств, в частности к фотодетекторам с высокой эффективностью регистрации света. Ячейка для фотоэлектронного умножителя на основе кремния согласно изобретению содержит первый слой (2) первого типа проводимости, второй слой (3) второго типа проводимости, сформированный на первом слое (2), причем первый слой (2) и второй слой (3) формируют первый p-n-переход.

Система и способ автоматического построения контуров в адаптивной радиотерапии // 2689029

Изобретение относится к медицине, а именно к медицинской визуализации и лечению, и может быть использовано для автоматического построения контуров на медицинском изображении.

Ионизационная камера // 2688216

Изобретение относится к электронной технике, точнее к детекторам излучения рентгеновских экспонометров и приборам дозиметрического контроля, которые используются как в промышленной, так и медицинской рентгенологии.

Устройство слежения за объектом // 2687883

Группа изобретений относится к медицине, а именно к слежению за объектом для медицинской системы и получению изображений для слежения за заданным подвижным объектом.

Способ топографического определения границ полости зуба // 2687829

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, и предназначено для использования при эндодонтическом лечении. После обработки данных компьютерного исследования снимают слепок с челюсти.

Способ и система компьютерной стратификации пациентов на основе сложности случаев заболеваний // 2687760

Группа изобретений относятся к медицинской технике, а именно к средствам медицинской диагностики, реализуемым с помощью компьютеров. Способ ранжирования случаев заболеваний пациентов в соответствии с уровнями сложности диагностирования содержит: извлечение из базы данных визуализирующего исследования пациента, установление патологии на изображении, анализ демографических и клинических данных, расчет показателя компьютерной стратификации для каждого случая заболевания в зависимости от установленной патологии и демографических и клинических данных и выдачу ранжированного списка случаев заболеваний пациентов согласно соответствующим оценкам стратификации, присвоенным каждому случаю заболевания, хранение ранее диагностированных случаев заболеваний в базе данных, оценку точности ранее установленного диагноза, выполнение классификатора, который генерирует показатель точности, указывающий на точность диагноза, прием информации о типе каждого случая заболевания и генерацию показателя стратификации.

Способ прогнозирования риска перфорации крыши носа при эндоскопических эндоназальных хирургических вмешательствах // 2687018

Изобретение относится к медицине, а именно к отоларингологии, и может быть использовано для прогнозирования риска перфорации крыши полости носа при эндоскопических эндоназальных хирургических вмешательствах.

Способ и устройство для отображения медицинских изображений // 2686953

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам отображения медицинских изображений, полученных от мишени с использованием рентгеновского излучения.

Способ определения выраженности фиброзного поражения миокарда с помощью мрт для отбора кандидатов на проведение сердечной ресинхронизирующей терапии // 2685643

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, и может быть использовано для определения пациентов, которым показано проведение сердечной ресинхронизирующей терапии.

Магнитно-резонасная проекционная визуализация // 2684531

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам контроля доставки лучевой терапии к субъекту с использованием проекционной визуализации. Осуществляемый компьютером способ контроля адаптивной системы доставки лучевой терапии содержит прием информации об опорной визуализации, создание двумерного (2D) проекционного изображения с использованием информации о визуализации, полученной с помощью ядерной магнитно-резонансной (MR) проекционной визуализации, причем 2D проекционное изображение соответствует заданному проекционному направлению, включающему в себя траекторию, пересекающую по меньшей мере участок визуализируемого субъекта, определение изменения между созданным 2D проекционным изображением и информацией об опорной визуализации для прогнозирования местоположения мишени для лучевой терапии на основании прогнозирующей модели, и создание обновленного протокола для терапии для доставки лучевой терапии по меньшей мере с частичным использованием определенного изменения между полученным 2D проекционным изображением и информацией об опорной визуализации.

Способ автоматизированного анализа цифровых флюорографических снимков // 2684181

Изобретение относится к области обработки цифровых изображений в медицине и предназначено для автоматизированного выполнения флюорографических снимков грудной клетки пациента на предмет наличия изменений или патологий в области легких.