X射线检测器面板中的图像滞后的减少的制作方法

x射线检测器面板中的图像滞后的减少


背景技术：

1.除非本文另外指出，否则本节中描述的方法不是本技术中权利要求的现有技术，且不因为包含在本节中而被视为现有技术。
2.放射疗法是针对特定目标组织(计划靶区)(诸如癌性肿瘤)的局部治疗。理想地，放射疗法在计划靶区上执行，使得周围的正常组织免于接收高于指定容限的剂量，从而最小化对健康组织的损伤风险。在实施放射疗法之前，通常采用成像系统来提供目标组织和周围区域的三维图像。根据这种成像，可以估计目标组织的大小和质量(mass)，并且生成适当的治疗计划以及确定计划靶区。
3.为了在放射疗法期间向计划靶区(即，目标组织)正确地供应规定的剂量，患者应当相对于提供放射疗法的线性加速器被正确定位。通常，在治疗之前和治疗期间检查剂量测定和几何数据，以确保正确的患者放置，并且所实施的放射疗法治疗与先前计划的治疗相匹配。该过程被称为图像引导放射疗法(igrt)，并且涉及在向计划靶区实施放射治疗期间或之前使用成像系统来查看目标组织。igrt结合了来自治疗计划的成像坐标，以确保患者针对放射疗法设备中的治疗被正确地对准。
4.公开内容
5.根据本公开的至少一些实施例，放射疗法系统被配置有x射线图像的快速读出，而不会显著增加图像滞后(image lag)。在实施例中，复位阶段被包括在采集x射线图像的过程中，以减少随后采集的x射线图像中的图像滞后。具体地，在复位阶段期间，残余电荷被并发地从x射线检测器面板中的多个像素检测器元件阵列转移。结果，存在于随后的x射线图像中的图像滞后被最小化或以其他方式减少。
6.前述概述仅是说明性的，并非旨在以任何方式进行限制。除了上述描述的说明性的方面、实施例和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，进一步的方面、实施例和特征将变得显而易见。
附图说明
7.结合附图，根据以下说明和所附权利要求，本公开的前述特征和其他特征将变得更加明显。这些附图仅描绘了根据本公开的几个实施例，且因此不应被认为是对其范围的限制。将通过使用附图以额外的特定性和细节来描述本公开。
8.图1是可以有益地实现本公开的各种方面的放射疗法系统的透视图。
9.图2示意性地示出根据当前公开的各种实施例的图1的放射系统的驱动支架(drive stand)和机架(gantry)。
10.图3示意性地示出根据本公开的一个实施例的x射线成像器的横截面视图。
11.图4示意性地示出根据当前公开的各种实施例的基于由图1的rt系统中包括的一个或多个x射线成像器所生成的投影图像来构建的数字体积。
12.图5是根据本公开的一个实施例的图3的x射线成像器中包括的光敏元件和检测器电路层的部分电路图。
13.图6是根据本公开的另一实施例的图3的x射线成像器中包括的光敏元件和检测器电路层的部分电路图。
14.图7是根据本公开的另一实施例的图3的x射线成像器中包括的光敏元件和检测器电路层的部分电路图。
15.图8是示意性地示出根据本公开的实施例的在单个x射线图像采集的照射阶段、读出阶段和复位阶段期间像素检测器元件中的电荷累积和损失的时序图。
16.图9是示出根据本公开的实施例的在图8的读出阶段期间相邻两行像素检测器元件的电荷损失的示意时序图。
17.图10是示出根据本公开的实施例的在图8的复位阶段期间相邻两行像素检测器元件的电荷损失的示意时序图。
18.图11阐述了根据本公开的一个或多个实施例的用于在x射线检测器面板中采集x射线图像数据的方法的流程图。
19.图12a是示意性地示出根据本公开的实施例的在复位阶段期间像素检测器元件的不同行的电荷损失的时序图。
20.图12b示出了根据本公开的实施例的针对第一像素检测器元件阵列和相邻的第二像素检测器元件阵列的图12a的复位阶段的一部分。
21.图13是示意性地示出根据本公开的实施例的照射阶段、读出阶段和复位阶段相对于治疗束脉冲1350的递送的相对时序的时序图。
具体实施方式
22.在以下详细描述中，参考了形成该描述的一部分的附图。在附图中，相似的符号通常标识相似的组件，除非上下文另有指示。在详细描述、附图和权利要求中描述的说明性实施例不意味着是限制性的。在不脱离本文给出的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变。将容易理解的是，如本文总体上描述的和在附图中示出的本公开的各方面可以以各种各样不同的配置来布置、替换、组合和设计，所有这些都是明确预期的并且构成本公开的一部分。
23.引言
24.图像引导放射疗法(igrt)用于治疗受制于随意运动(voluntary movement)的身体区域(诸如肺部)的肿瘤，或受制于非随意运动的身体区域(诸如受蠕动影响的器官)的肿瘤。igrt涉及使用成像系统来查看目标组织(也称为“靶区”)，同时对其实施放射疗法。在igrt中，将来自先前确定的治疗计划的靶区的基于图像的坐标与在施加治疗束期间确定的靶区的基于图像的坐标进行比较。以这种方式，可以检测处于危险的周围器官的变化和/或靶区相对于放射疗法系统的运动或变形。因此，基于每天的位置和形状来准确地实施对处于危险的器官的剂量限制，并且可以调整患者的位置和/或治疗束，以更精确地将放射剂量瞄准肿瘤。例如，在胰腺肿瘤治疗中，处于危险的器官包括十二指肠和胃。这些处于危险的器官相对于靶区的形状和相对位置可能每天都有显著变化。因此，对这种处于危险的器官的形状和相对位置的准确适应使得能够对那些处于危险的器官节省剂量，并将剂量增加到靶区以及实现更好的疗法结果。
25.在某些常规的igrt放射系统中，经由基准标记(诸如金种子)在治疗束的施加期间
检测软组织的运动。然而，基准标记的使用有许多缺点，特别是放置标记所需的侵入性外科手术。具体地，基准标记的腹腔镜插入需要额外的时间和临床资源，诸如手术室、麻醉、抗生素和许多额外的医学专家的参与。
26.替代地，在某些常规igrt放射系统中，经由磁共振成像(mri)在治疗束的施加期间检测软组织的运动。然而，基于mri的igrt也有缺点。首先，基于mri的igrt系统通常比采用x射线成像的放射疗法系统更大、更复杂且更昂贵。第二，经由mri检测靶区的运动或变形通常涉及监测与穿过靶区的2d切片相关的图像。结果，难以检测在被监测的2d切片之外(或垂直于该2d切片)的任何地方发生的靶区运动或变形，这会显著影响所施加的放射剂量的准确性。
27.替代地，在某些常规的igrt放射系统中，经由也直接穿过靶区的成像x射线在治疗x射线的施加期间检测软组织的运动。例如，可以基于用计算机断层摄影(ct)或锥束ct(cbct)过程生成的靶区的x射线投影图像，来重建靶区的体图像数据。在ct或cbct过程中，通过成像x射线穿过靶区并到达x射线检测器面板或其他x射线成像设备上，生成多个x射线投影图像。通常，在igrt应用中，更快的ct或cbct采集是有益的，因为对靶区图像的更快采集使得能够实现对靶区的运动或变形和/或处于危险的周围器官的变化的更快检测。
28.ct或cbct采集的速度强烈取决于生成靶区和处于危险的周围器官的x射线投影图像的x射线检测器面板的面板读出时间。因为x射线检测器面板的一行中的所有像素通常被同时读出，所以最小面板读出时间大约等于像素读出时间乘以x射线检测器面板中的行数。因此，在x射线检测器面板中应用较短的像素读出时间可以显著减少面板读出时间。然而，在某些x射线检测器面板(诸如基于非晶硅的面板)中的较短的像素读出时间必然会在由这种x射线检测器面板生成的x射线图像中造成较大的图像滞后。图像滞后是指与一个x射线图像到后一x射线图像的像素相关联的电荷的残留(carryover)，并且可能造成显著的图像伪影。因此，在实现更快的x射线图像采集时，在成像帧率与图像滞后之间存在众所周知的折衷。
29.鉴于上述情况，在本领域中需要改进系统和技术，以提高放射疗法系统中的成像帧率，而不增加所得x射线图像中的图像滞后。在图1中示出了一个这样的实施例。
30.系统概述
31.图1是可以有益地实现本公开的各种方面的放射疗法系统100的透视图。放射疗法(rt)系统100是被配置为使用x射线成像技术近似实时地检测次内(intra-fraction)运动的放射系统。因此，rt系统100被配置为对指示进行放射治疗的身体中的任何地方的病变、肿瘤和病症提供立体定向放射外科和精确放射疗法。这样，rt系统100可以包括一个或多个线性加速器(linac)、千伏(kv)x射线源、x射线成像器、以及在某些实施例中的兆伏(mv)电子入口成像设备(epid)，一个或多个线性加速器(linac)生成高能x射线的兆伏(mv)治疗束。举例来说，放射疗法系统100在本文中被描述为配置有圆形机架。在其他实施例中，放射疗法系统100可以被配置有能够经由滑环连接进行无限旋转的c形机架、具有滑环的环形机架、具有卷绕配置的c形机架等。
32.通常，rt系统100能够在mv治疗束的施加期间对靶区进行kv成像，使得可以使用x射线成像而非mri来执行igrt过程。rt系统100可以包括一个或多个触摸屏101、诊疗床(couch)运动控件102、孔道(bore)103、基部定位组件105、布置在基部定位组件105上的诊
疗床107以及图像采集和治疗控制计算机106，所有这些都被布置在治疗室内。rt系统100还包括远程控制台110，远程控制台110被布置在治疗室之外并且从远程位置使能治疗实施和患者监测。基部定位组件105被配置为相对于孔道103精确地定位诊疗床107，并且运动控件102包括输入设备(诸如按钮和/或开关)，输入设备使得用户能够操作基部定位组件105以相对于孔道103自动且精确地将诊疗床107定位到预定位置。运动控件102还使得用户能够手动将诊疗床107定位到预定位置。在某些实施例中，rt系统100还包括治疗室中用于患者监测的一个或多个相机(未示出)。
33.图2示意性地示出了根据当前公开的各种实施例的rt系统100的驱动支架200和机架210。为了清楚起见，图2中省略了外罩、基部定位组件105、诊疗床107和rt系统100的其他部件。驱动支架200是用于rt治疗系统110的部件的固定支撑结构，包括机架210和用于可旋转地移动机架210的驱动系统201。驱动支架200搁置在和/或固定到rt治疗系统110外部的支撑表面上，诸如rt治疗设施的地板。机架210旋转地耦合到驱动支架200，并且是其上安装了rt系统100的各种部件的支撑结构，包括线性加速器(linac)204、mv电子入口成像设备(epid)205、成像x射线源206和x射线成像器207。在rt治疗系统110的操作期间，当由驱动系统201致动时，机架210围绕孔道103旋转。
34.驱动系统201旋转地致动台架210。在某些实施例中，驱动系统201包括可以被固定到驱动支架200并与安装在机架210上的磁轨(未示出)相互作用的线性电机。在其他实施例中，驱动系统201包括用于围绕孔道201精确地旋转机架210的另一合适的驱动机构。linac204生成高能x射线(或者在某些实施例中是电子)的mv治疗束230，并且epid 205被配置为利用治疗束230采集x射线图像。成像x射线源206被配置为将x射线的锥形束(本文称为成像x射线231)引导通过rt系统100的等角点203到达x射线成像器207，并且等角点203通常对应于待治疗的靶区209的位置。在图2所示的实施例中，x射线成像器207被描绘为平面设备，而在其他实施例中，x射线成像器207可以具有弯曲的配置。
35.x射线成像器207接收成像x射线231，并且从中生成合适的投影图像。根据某些实施例，这样的投影图像然后可以被用于构建或更新与包括靶区209的三维(3d)区域相对应的数字体积的成像数据的部分成像数据。也就是说，根据投影图像重建这种3d区域的3d图像。在实施例中，锥形束计算机断层摄影(cbct)和/或数字断层合成(dts)可以被用于处理由x射线成像器207生成的投影图像。cbct通常被用于在相对长的采集弧上方(例如，在机架210的180
°
或更多的旋转上方)采集投影图像。结果，可以生成成像体积的高质量3d重建。通常在放射疗法会话的开始采用cbct以生成设置的3d重建。例如，可以在施加治疗束230之前立即采用cbct以生成3d重建，从而确认靶区209没有移动或没有改变形状。
36.在某些实施例中，可以由rt系统100在部分图像数据被用来生成靶区209的3d重建的igrt过程的部分期间执行部分数据重建。例如，当治疗束230被引导至等角点203，同时机架210旋转通过治疗弧时，可以执行dts图像采集以生成靶区209的图像数据。因为dts图像采集是在相对短的采集弧(例如，在大约10
°
和60
°
之间)上执行的，所以在igrt过程期间，可以通过dts成像提供针对靶区209的形状和位置的近似实时反馈。替代地，可以在部分igrt过程期间采用cbct以生成靶区209的3d重建。根据下面描述的各种实施例，对于任一种情况，可以生成几乎没有图像滞后增加或没有图像滞后增加的较高帧率的x射线图像。这种较高帧率的x射线图像对于针对靶区209生成准确的图像数据高度有益，无论是对于cbct还是
dts图像采集来说。
37.在某些实施例中，x射线成像器207包括其上形成有像素检测器元件或像素的矩阵或阵列的玻璃板，每个像素检测器元件或像素将入射的x射线光子转换成电荷。在x射线成像器207被配置为间接平板检测器的实施例中，x射线成像器207中的闪烁体材料被入射的x射线激发并发射光，该光被多个光电二极管检测到。每个光电二极管为最终将成为数字图像的不同的像素生成信号(例如，与入射光强度成比例的累积电压)。然后，x射线成像器207中包括的编码器解释这些电压中的每一个电压，并且给每个电压分配与该电压成比例的值。在图3中示出了x射线成像器207的一个这样的实施例。
38.图3示意性地示出了根据本公开的一个实施例的x射线成像器207的横截面视图。如图所示，x射线成像器207包括形成在衬底302上的光敏元件和检测器电路层301。此外，x射线成像器207包括形成在光敏元件和检测器电路层301上的闪烁体材料层303。还示出了入射的x射线309，入射的x射线309在由成像x射线源206(如图2所示)生成之后穿过患者、样本或其他感兴趣对象。光敏元件和检测器电路层301、衬底302和闪烁体材料303一起形成x射线成像阵列305。注意，光敏元件和检测器电路层301通常由多个处理层形成，并且x射线成像阵列305可以包括图3中未示出的额外的材料层。
39.光敏元件和检测器电路层301通常包括多个像素检测器元件310。每个像素检测器元件310包括光敏元件(诸如光电二极管、光电门或光电晶体管)以及适于作为x射线成像器207中的像素检测器元件操作的任何其他电路。在某些实施例中，像素检测器元件310的光敏元件是基于非晶硅的半导体器件。光敏元件和检测器电路层301还可以包括用于从像素检测器元件310读出数字信号的薄膜晶体管(tft)。闪烁体材料303可以包括一个或多个材料层，包括但不限于硫氧化钆(gd2o2s:tb)、钨酸镉(cdwo4)、锗酸铋(bi4ge3o12或bgo)、碘化铯(csl)或碘化铯铊(csl:ti))等。
40.在图3所示的实施例中，x射线成像器207被描绘为间接平板检测器，其中，x射线光子被转换成其他光子，这些其他光子进而被检测到并被转换成电荷。在其他实施例中，x射线成像器207可以是直接平板检测器(fpd)。在直接fpd中，入射的x射线光子被直接转换成非晶硒层中的电荷，并且其中产生的电荷图案被合适的硬件(诸如薄膜晶体管(tft)阵列、有源矩阵阵列、微等离子体线寻址等)读出。
41.在图2所示的实施例中，rt系统100包括单个x射线成像器和单个对应的成像x射线源。在其他实施例中，rt系统100可以包括两个或更多个x射线成像器，每个x射线成像器具有对应的成像x射线源。因此，在这样的实施例中，rt系统100包括安装在机架210上的第一成像x射线源和对应的x射线成像器，以及安装在机架210上的第二成像x射线源和对应的x射线成像器。在这样的实施例中，在rt系统100中包括多个x射线成像器便于在较短的图像采集弧上方生成投影图像(用于重建靶区)。例如，当rt系统100包括两个x射线成像器和对应的x射线源时，用于采集特定图像质量的投影图像的图像采集弧可以是用于以单个x射线成像器和x射线源采集类似图像质量的投影图像的图像采集弧的大约一半。此外，在这样的实施例中，在rt系统100中包括多个x射线成像器便于使用多个x射线源能量，因为第一成像x射线源和第二成像x射线源可以各自以不同的能量进行操作。替代地，在rt系统100包括单个成像x射线源的实施例中，单个成像x射线源可以被配置为多能量源。
42.由x射线成像器207生成的投影图像被用来为包括靶区的3d区域内的患者解剖构
造的数字体积构建成像数据。替代地或附加地，这样的投影图像可以被用来更新与3d区域相对应的数字体积的现有成像数据的部分现有数据。下面结合图4描述这种数字体积的一个实施例。
43.图4示意性地示出根据当前公开的各种实施例的基于由rt系统100中包括的一个或多个x射线成像器生成的投影图像来构建的数字体积400。例如，在某些实施例中，投影图像可以由单个x射线成像器(诸如x射线成像器207)生成，而在其他实施例中，投影图像可以由多个x射线成像器生成。
44.数字体积400包括解剖图像数据的多个体素401(虚线)，其中每个体素401对应于数字体积400内的不同位置。为了清楚起见，在图4中仅示出了单个体素401。数字体积400对应于包括靶区410的3d区域。在图4中，数字体积400被描绘为8
×8×
8体素立方体，但是实际上，数字体积400通常包括许多的更多体素，例如比图4中所示的多几个数量级。
45.出于讨论目的，靶区410可以指用于特定治疗的大体肿瘤体积(gtv)、临床靶区(ctv)或计划靶区(ptv)。gtv描绘了大体肿瘤的位置和范围，例如可以看到或成像的内容；ctv包括gtv和用于亚临床疾病传播的额外余量，这通常是不可成像的；并且ptv是一个几何概念，其被设计成确保合适的放射疗法剂量实际上被实施于ctv，而不会不利地影响附近处于危险的器官。因此，ptv通常比ctv大，但是在某些情况下也可以在某些部分中减小，以在处于危险的器官周围提供安全余量。通常，基于在治疗时间之前执行的成像来确定ptv，并且通过本公开的实施例来便于ptv与患者解剖构造的当前位置在治疗时间处进行对准。
46.根据下述各种实施例，与数字体积400的每个体素401相关的图像信息根据由单个或多个x射线成像器(例如，经由cbct或dts过程)生成的投影图像构成。在某些实施例中，与数字体积400的某些体素或所有体素401相关联的图像信息通过由单个或多个x射线成像器经由dts过程生成的投影图像来更新。例如，可以在计划治疗的一部分已经开始之后和计划治疗已经完成之前采用这种dts过程。以这种方式，在治疗正在进行的同时，可以确认靶区410的位置和形状。因此，如果检测到靶区410的足够部分延伸到阈值区域之外，则可以中止或修改治疗。在这种情况下，可以通过调整患者位置和/或治疗束来实现治疗的修改。
47.图5是根据本公开的一个实施例的光敏元件和检测器电路层301的部分电路图500。光敏元件和检测器电路层301可以被包括在合适的x射线检测器面板(诸如图2中的x射线成像器207)中。如图所示，光敏元件和检测器电路层301包括多个像素检测器元件310，每个像素检测器元件310经由公共数据线510通信地耦合到读出级520。通常，光敏元件和检测器电路层301包括m
×
n矩阵的像素检测器元件310，其中m等于像素检测器元件310的行数，n等于像素检测器元件310的列数。通常，在x射线检测器面板中，m和n具有数量级大约为1000到4000的值。为了清楚起见，在图5中仅示出了形成一列m个像素检测器元件310的单个像素检测器元件310阵列。实际上，光敏元件和检测器电路层301包括总共n个这种像素检测器元件310阵列，其中每个阵列形成x射线检测器面板的m行像素中的一行。
48.在图5所示的实施例中，每个像素检测器元件310包括光电二极管501和读出开关502，读出开关502将光电二极管501通信地耦合到读出级520。如图所示，每个光电二极管501通信地耦合到偏置电压v
bias
，并且还经由相应的读出开关502通信地耦合到数据线510。每个读出开关502通常被形成为相关联的像素检测器元件310的一部分。替代地，在某些实施例中，每个读出开关502被形成在相关联的像素检测器元件310附近。在任一情况下，读出
开关502通常被形成为光敏元件和检测器电路层301的一部分。例如，在某些实施例中，读出开关502被实现为形成在与像素检测器元件310相同的衬底上的薄膜晶体管(tft)。
49.读出级520是读出设备，其被配置为从像素检测器元件310的特定列550中的像素检测器元件310中读出累积电荷。当特定的像素检测器元件310的读出开关502(例如，与像素m-2相关联的读出开关502)闭合并将该像素检测器元件310通信地耦合到数据线510时，读出级520读出该特定的像素检测器元件310(例如，与像素m-2相关联的像素检测器元件310)。在操作中，对于光敏元件和检测器电路层301的每个其他列(未示出)，单个像素检测器元件310可以由与该列相关联的读出级520同时读出。因此，光敏元件和检测器电路层301的一整行像素检测器元件310可以通过适时地闭合每列像素检测器元件310中的一个读出开关502而同时被读出。
50.读出级520被配置为将模拟信号(诸如在像素检测器元件310中累积的电荷)转换成数字x射线图像信号。在某些实施例中，读出级520包括用于将这种信号转换成数字x射线图像信号的转换电路521。转换电路521可以包括适于执行这种转换的任何技术上可行的电路。例如，在某些实施例中，转换电路521包括模数转换器、模拟前端等。此外，在图5所示的实施例中，读出级520包括复位开关522，复位开关522被配置为将数据线510通信地耦合到参考电压v
ref
，诸如接地或任何其他合适的参考电压。因此，当特定的像素检测器元件310的读出开关502闭合、同时复位开关522闭合时，当前在该特定的像素检测器元件310中累积的电荷放电至参考电压v
ref
。相比之下，当特定的像素检测器元件310的读出开关502闭合、同时复位开关522断开时，当前在该特定的像素检测器元件310中累积的电荷放电至读出级520，并且被转换电路521读取。
51.在图5所示的实施例中，复位开关522被包括在读出级520中。在其他实施例中，复位开关仍然通信地耦合到数据线510，但是被实现在读出级520的外部。一个这样的实施例在图6中示出。图6是根据本公开的另一实施例的光敏元件和检测器电路层301的部分电路图600。如图所示，在图6所示的实施例中，复位开关622被配置为选择性地将数据线510耦合到参考电压v
ref
，但是位于沿着数据线510的除读出级520之外的某个其他位置。在其他实施例中，复位开关通信地耦合到数据线510，但是经由转换电路521中包括的现有电路来实现。一个这样的实施例在图7中示出。图7是根据本公开的又一实施例的光敏元件和检测器电路层301的部分电路图700。如图所示，在图7所示的实施例中，复位开关722被配置为选择性地将数据线510耦合到参考电压v
ref
，并且被包括在转换电路521内。替代地，复位开关722的功能由转换电路521的一个或多个部件实现，并且复位开关722不是用于将数据线510耦合到参考电压v
ref
的专用开关或晶体管。
52.经由像素电荷复位来减少图像滞后
53.根据本文所述的各种实施例，利用x射线成像器(诸如x射线成像器207)采集x射线图像在三个阶段被执行：照射阶段、读出阶段和复位阶段。在照射阶段，每个像素检测器元件310经由像素电容对通过用成像x射线照射面板而生成的电荷进行积分。在读出阶段，每个像素检测器元件310的累积电荷被转移到读出级520并被处理。在复位阶段，从每个像素检测器元件310转移残余电荷，从而最小化或以其他方式减少存在于要采集的下一x射线图像中的图像滞后。下面结合图8描述一个这样的实施例。
54.图8是示意性地示出了根据本公开的实施例的在单个x射线图像采集的照射阶段
810、读出阶段820和复位阶段830期间像素检测器元件310中的电荷累积和损失的时序图800。更具体地，针对x射线检测器面板的m行像素检测器元件310示出了电荷累积和损失，该x射线检测器面板包括m
×
n矩阵的像素检测器元件310。上面结合图5描述了一个这样的行。
55.如图所示，在整个照射阶段810中，m行中的每一行被同时照射，并且电荷在每一行的像素检测器元件310中累积。在读出阶段820中，在每一行的像素检测器元件310中累积的电荷被顺序地读出。也就是说，由读出级520读出行1的像素检测器元件310，然后由读出级520读出行2的像素检测器元件310，依此类推，直到所有m行的像素检测器元件310都被读出并且可以生成x射线图像。在复位阶段830，保留在每一行的像素检测器元件310中的残余电荷从x射线检测器面板的所有行被并发地转移。下面结合图9更详细地描述读出阶段820，并且下面结合图10更详细地描述复位阶段830。
56.图9是示出根据本公开的实施例的在读出阶段820期间相邻两行像素检测器元件310的电荷损失的示意时序图900。在图9中，针对像素检测器元件310的第一阵列(行m-4)和相邻的像素检测器元件310的第二阵列(行m-3)，示出了读出阶段820的一部分。在读出阶段820期间，在第一读出时间间隔t
read1
期间读取行m-4中的像素检测器元件310中的每个像素检测器元件310中的累积电荷，并且在第一读出时间间隔t
read1
之后的第二读出时间间隔t
read2
期间读取行m-3中的像素检测器元件310中的每个像素检测器元件310中的累积电荷。
57.第一读出时间间隔t
read1
开始于前一行(例如行m-5，未示出)中的像素检测器元件310中的每个像素检测器元件310中的累积电荷已被读出之后，因为光敏元件和检测器电路层301通常连接到被配置为一次读出一行像素检测器元件310的读出级520。类似地，第二读出时间间隔t
read2
开始于行m-4中的像素检测器元件310中的每个像素检测器元件310中的累积电荷已被读出并且第一读出时间间隔t
read1
已经结束之后。
58.在第一读出时间间隔t
read1
期间，用于行m-4中的每个像素检测器元件310的读出开关502闭合(在图9中由on状态指示)，并且累积电荷q
m-4
在第一读出时间间隔t
read1
内的量值(magnitude)从初始电荷值q
0m-4
减小到剩余电荷值q
remm-4
。然后，用于行m-4中的每个像素检测器元件310的读出开关502断开(在图9中由off状态指示)，并且不再从行m-4中的像素检测器元件310读出电荷。通常，剩余电荷值q
remm-4
的值是第一读出时间间隔t
read1
的持续时间、俘获电荷的时间相关释放和像素时间常数τ
pix
的函数，常数τ
pix
对于x射线成像器的每个光电二极管501基本相同。例如，在某些实施例中，可以基于等式1来确定剩余电荷值q
remm-4
的值：
59.q
remm-4
＝q
0m-4
×
exp(-t
read1
/τ
pix
) q
trapm-4
(t)
ꢀꢀ
(1)
60.类似地，在第二读出时间间隔t
read2
期间，用于行m-3中的每个像素检测器元件310的读出开关502闭合(在图9中由on状态指示)，并且累积电荷q
m-3
在第二读出时间间隔t
read2
内的量值从初始电荷值q
0m-3
减少到剩余电荷值q
remm-3
。然后，用于行m-3中的每个像素检测器元件310的读出开关502断开(在图9中由off状态指示)，并且不再从行m-3中的像素检测器元件310读出电荷。这个过程通过x射线成像器的剩余行顺序地继续。
61.一旦相关联的读出开关502断开，电荷就不会从光电二极管501中逃逸。因此，在常规的x射线成像器中，一行的剩余电荷值q
rem
的值对应于该行中的像素检测器元件310中的每个像素检测器元件310的图像滞后，因为这种剩余电荷在随后的照射阶段810开始时存在。结果，图像质量受到影响。替代地，可以增加每个读出时间间隔的持续时间，使得剩余电
荷值q
rem
的量值无关紧要。在后一情况下，x射线成像器的面板读出时间大大减慢，因为面板读出时间基于以下关系而增加：(读出时间间隔增加)
×
(像素检测器元件的行数)。此外，因为剩余电荷值q
rem
在读出期间以指数函数的速率衰减，所以需要读出时间间隔的相对大的增加来产生剩余电荷值q
rem
的更加小的减少。相比之下，根据本文描述的各种实施例，复位阶段830使得x射线检测器面板的每个像素的剩余电荷值q
rem
能够在下一照射阶段810之前的相对短的时间间隔内大大减少。因此，可以在不使面板读出时间减慢超过复位阶段830的持续时间的情况下防止图像滞后。
62.图10是示出根据本公开的实施例的在复位阶段830期间针对相邻两行像素检测器元件310的电荷损失的示意性时序图1000。在图10中，针对像素检测器元件310的第一阵列(行m-4)和相邻的像素检测器元件310的第二阵列(行m-3)，示出了复位阶段830的一部分。复位阶段830始于针对x射线检测器面板的所有m行的读出阶段820已经完成之后。
63.在复位阶段830期间，像素检测器元件310中的每个像素检测器元件310中的残余电荷(例如，在单个复位时间间隔t
reset
期间)从x射线检测器面板的m行中的每一行并发地转移。因此，在复位时间间隔t
reset
期间，行m-4中的像素检测器元件310中的每个像素检测器元件310中的残余电荷从像素检测器元件被转移，例如，到接地或某些其他合适的参考电压v
ref
。此外，在复位时间间隔t
reset
期间，行m-3中的像素检测器元件310中的每个像素检测器元件310中的残余电荷从像素检测器元件被转移到参考电压v
ref
。此外，在复位时间间隔t
reset
期间，x射线检测器面板的剩余行(未示出)中的像素检测器元件310中的每个像素检测器元件310中的残余电荷从像素检测器元件被转移到参考电压v
ref
。因此，在复位时间间隔t
reset
期间，来自m行中的某些行或所有行的残余电荷从像素检测器元件310被并发地转移到参考电压v
ref
。结果，与通过增加用于像素检测器元件310中的每行像素检测器元件310的读出时间间隔t
read
的持续时间相比，可以更快地减少与每个像素检测器元件310相关联的图像滞后的量值。
64.如图10所示，在复位时间间隔t
reset
开始时，行m-4中的每个特定的像素检测器元件310中的残余电荷等于剩余电荷值q
remm-4，并且在复位时间间隔t
reset
结束时，行m-4中的每个特定的像素检测器元件310中的残余电荷等于该特定的像素检测器元件310的最终电荷值q
finm-4
。类似地，在复位时间间隔t
reset
开始时，行m-3中的每个特定的像素检测器元件310中的残余电荷等于该特定的像素检测器元件310的剩余电荷值q
remm-3
，并且在复位时间间隔t
reset
结束时，行m-3中的每个特定的像素检测器元件310中的残余电荷等于该特定的像素检测器元件310的最终电荷值q
finm-3
。类似于剩余电荷值q
rem
，在某些实施例中，特定行(例如，行m-3)中的每个像素检测器元件310的最终电荷值q
fin
可以基于等式2来确定：
65.q
finm-3
＝q
0m-3
×
exp(-t
reset
/τ
pix
) q
trapm-4
(t)(2)
66.因此，在复位阶段830的复位时间间隔t
reset
期间，像素检测器元件310的q
fin
的量值以与q
rem
的量值在读出阶段820的一个读出时间间隔(诸如读出时间间隔t
read1
)期间衰减基本相同的速率衰减。然而，在复位阶段830，电荷被从x射线检测器面板的m行像素检测器元件310的某些行、大部分行或所有行同时转移。因此，增加复位时间间隔t
reset
的持续时间可以大大减少x射线检测器面板的像素检测器元件310中的每个像素检测器元件310中的累积电荷的量值(从q
rem
到q
fin
)，而不会显著增加x射线检测器面板的面板读出时间。相比之下，通过增加读出阶段820中的读出时间间隔中的每个读出时间间隔的持续时间来实现累积电
荷的相同减少(低至q
fin
)，x射线检测器面板的面板读出时间大大增加。例如，在一个实施例中，复位阶段830的复位时间间隔t
reset
被设置为读出阶段820的读出时间间隔的三倍长。因此，面板读出时间增加了3倍(读出时间间隔t
reset
)。为了在不使用复位阶段830的情况下实现x射线检测器面板的像素检测器元件310中的累积电荷的相同减少，面板读出时间是四倍，这显著减慢了x射线检测器的成像帧率。
67.图11阐述了根据本公开的一个或多个实施例的用于在x射线检测器面板中采集x射线图像数据的方法的流程图。该方法可以包括如框1111-1135中的一个或多个所示的一个或多个操作、功能或动作。尽管这些框是按顺序的次序示出的，但是这些框可以并行执行，和/或以不同于本文描述的次序执行。此外，基于期望的实现方式，各种框可以被组合成更少的框、被划分成额外的框和/或被消除。尽管结合图1-图10的系统描述了该方法，但是本领域技术人员将理解，任何合适地配置的放射疗法系统都在本公开的范围内。用于方法步骤的控制算法可以全部或部分实现为软件或固件实现的逻辑，和/或硬件实现的逻辑电路。此外，用于方法步骤的控制算法可以全部或部分地由rt系统100的治疗控制计算机106(如图1所示)、包括x射线成像器207中的控制器(如图2所示)、与rt系统100相关联的任何其他合适的控制器、或其任何组合来执行。
68.方法1100始于步骤1111，其中，治疗控制计算机106、x射线成像器207中包括的控制器或与rt系统100相关联的任何其他合适的控制器使x射线成像器207为照射阶段810和x射线图像的采集做好准备。在某些实施例中，控制器使当前累积在x射线成像器207的像素检测器元件310中的电荷被转移到接地或其他参考电压v
ref
。例如，控制器使每个像素检测器元件310的读出开关502和复位开关522在一定时间间隔内闭合，以减少像素检测器元件310中的累积电荷。控制器然后使每个像素检测器元件310的读出开关502和复位开关522断开。
69.在步骤1112中，控制器开始照射阶段810。例如，在某些实施例中，控制器使成像x射线源206引导成像x射线231通过rt系统100的等角点203到达x射线成像器207。
70.在步骤1113中，x射线成像器207接收成像x射线231，并且电荷在像素检测器元件310中的某些或所有像素检测器元件310中被累积。
71.在步骤1114中，控制器结束照射阶段810。例如，在某些实施例中，控制器使成像x射线源206停止将成像x射线231引导至x射线成像器207。
72.在步骤1121中，控制器从x射线成像器207的m个像素阵列中选择像素阵列进行读出。在某些实施例中，m个像素阵列中的每个像素阵列被配置为一行像素检测器元件310。在其他实施例中，m个像素阵列中的每个像素阵列被配置为一列像素检测器元件310。在其他实施例中，m个像素阵列中的每个像素阵列被配置为由读出级520同时读出的任何其他组的像素检测器元件310，诸如位于x射线成像器207的特定区域中的一组像素检测器元件310。为了清楚起见，方法1100在本文中根据x射线成像器207中包括的成行的像素检测器元件310来描述，但是方法1100同样适用于像素检测器元件310的任何其他合适的像素阵列配置，诸如成列的或其他成组的像素检测器元件310。
73.在步骤1122中，控制器使来自所选择的像素阵列中的像素检测器元件310的累积电荷在读出间隔期间被读出。例如，在某些实施例中，控制器使所选择的像素阵列中的每个像素检测器元件310的读出开关502在读出时间间隔t
read
内闭合，同时将到参考电压v
ref
的
522复位开关保持断开。结果，在所选择的像素阵列中的每个像素检测器元件310中当前累积的电荷放电到读出级520，由转换电路521读取，并且作为被获取的当前x射线图像的一部分被处理。在步骤1122的实现期间，存在于所选择的像素阵列中的每个像素检测器元件310中的累积电荷以先前给出的等式1所描述的速率从初始电荷值q0减少到剩余电荷值q
rem
。注意，对于每个像素检测器元件310，初始电荷值q0通常是不同的。类似地，剩余电荷值q
rem
是初始电荷值q0的函数，并且因此对于每个像素检测器元件310通常也是不同的。
74.在步骤1123中，控制器确定是否有剩余的像素阵列要被读出。如果是，则方法1100返回到步骤1121；如果否，则方法1100进行到步骤1131。
75.在步骤1131中，控制器开始复位阶段830。例如，在某些实施例中，控制器使得复位开关522闭合，并且数据线510通信地耦合到v
ref
。
76.在步骤1132中，控制器选择要被复位的x射线检测器207中的一个或多个像素阵列。例如，在图10所示的复位阶段830的实施例中，控制器选择x射线检测器207的多个像素阵列，即所有m行像素检测器元件310。在这样的实施例中，所有m行像素检测器元件310的剩余电荷值q
rem
同时减小。替代地，在某些实施例中，在复位阶段执行像素阵列的分段(staged)复位。在这样的实施例中，在复位阶段830期间暴露于读出级522的峰值电流可以通过防止x射线检测器207的所有像素阵列同时耦合到数据线510而被减少。因此，在某些实施例中，在步骤1132中，控制器选择像素阵列的总共m行中的一部分(例如，m行的十分之一)以在步骤1133中开始复位。在这样的实施例中，选择随后的部分以开始被复位，而先前选择的部分继续被复位。一个这样的实施例在图12a和图12b中示出。
77.图12a是示意性地示出根据本公开的实施例的在复位阶段1230期间针对像素检测器元件310的不同行的电荷损失的时序图1200。图12b示出了根据本公开的实施例的像素检测器元件310的第一阵列(行m-4)和相邻的像素检测器元件310的第二阵列(行m-3)的复位阶段1230的一部分。
78.复位阶段1230类似于图8的复位阶段830，因为在复位阶段1230期间，x射线检测器面板的多行中的每个像素检测器元件310中的残余电荷被从像素检测器元件并发地转移。也就是说，在复位阶段1230的至少一部分期间，x射线检测器面板的多行同时经历复位，并且累积电荷正在被从与多行相关联的所有像素检测器元件310同时转移。然而，在复位阶段1230，对于像素检测器元件310的不同行，复位时间间隔t
reset
开始于不同的时间。因此，m行像素检测器元件310的复位在整个复位阶段1230中分段进行。因此，当一行像素检测器元件310被初始化地耦合到数据线510时，数据线510中所产生的较大初始电流不会同时出现在像素检测器元件310的所有行中。相反，多行像素检测器元件310在复位阶段1230的不同时间被初始化地耦合到数据线510和读出级522。
79.在图12a和图12b所示的实施例中，m行像素检测器元件310中的每一行在复位阶段1230的不同时间初始地耦合到读出级522。因此，在这样的实施例中，像素检测器元件310中的每一行与不同的复位启动时间相关联。例如，如图12b所示，在复位启动时间t
reset,m-4
，启动行m-4的像素检测器元件310的复位，而在复位启动时间t
reset,m-3
，启动行m-3的像素检测器元件310的复位。在某些实施例中，t
reset,m-3
在时间上与复位启动时间t
reset,m-4
分隔开分段时间间隔t
stage
。在某些实施例中，分段时间间隔t
stage
在像素检测器元件310的连续行之间通常是一致的，而在其他实施例中，分段时间间隔t
stage
可以在像素检测器元件310的不同的
连续行之间变化。通常，分段时间间隔t
stage
的持续时间与复位阶段1230的持续时间相比相对较小。因此，在m行像素检测器元件310的复位在整个复位阶段1230中被分段进行的实施例中，复位阶段1230的总持续时间没有显著增加。
80.在图12a和图12b所示的实施例中，m行像素检测器元件310中的每一行在复位阶段1230中的唯一时间初始地耦合到读出级522。替代地，在某些实施例中，第一组多行像素检测器元件310在复位阶段1230中同时初始地耦合到读出级522，第二组多行像素检测器元件310在复位阶段1230中的稍后时间初始地耦合到读出级522，第三组多行像素检测器元件310在复位阶段1230中的另一稍后时间初始地耦合到读出级522，以此类推。例如，在一个这样的实施例中，每个这样的多行像素检测器元件310组包括m行像素检测器元件310的10％，并且每个这样的组包括与其他行的像素检测器元件310不同的行的像素检测器元件310。因此，在这样的实施例中，复位阶段1230包括10个不同的复位启动时间，而不是每一行像素检测器元件一个复位启动时间。
81.返回图11，在步骤1133中，控制器使在步骤1132中选择的一行或多行像素检测器元件310被复位。例如，在某些实施例中，控制器使得复位开关522闭合，从而将数据线510通信地耦合到参考电压v
ref
。此外，控制器使所选择的一行或多行中的每个像素检测器元件310的读出开关502闭合，从而将这种像素检测器元件310通信地耦合到数据线510。结果，存在于像素检测器元件310中的电荷(例如，剩余电荷值q
rem
)开始被转移到参考电压v
ref
。因此，存在于像素检测器元件310中的电荷以由先前给出的等式2所指示的速率减少。
82.在步骤1131中选择所有m行像素检测器元件310的实施例中，x射线成像器207的所有像素检测器元件310被同时复位。在这样的实施例中，在复位时间间隔t
reset
过去之后，方法1100进行到步骤1133。
83.在复位阶段中执行像素阵列的分段复位的实施例中，单行像素检测器元件310在步骤1132中开始被复位，或一组多行像素检测器元件310在步骤1132中开始被复位。在这样的实施例中，在分段时间间隔t
stage
已经过去之后，方法1100进行到步骤1133。
84.在步骤1134中，控制器确定是否存在尚未开始被复位的剩余像素阵列。如果是，则方法返回到步骤1132；如果否，则方法1100进行到步骤1135。注意，在复位阶段中执行像素阵列的分段复位的实施例中，在x射线成像器207的某些像素阵列当前正在被复位的同时，方法1100可以返回到步骤1132。也就是说，控制器可以在用于已经被选择进行复位的某些或所有像素阵列的复位时间间隔t
reset
已经过去之前，执行步骤1134。
85.在步骤1135中，控制器确定针对所有的像素阵列，复位是否已经完成。也就是说，控制器确定针对x射线成像器207的所有像素阵列，复位时间间隔t
reset
是否已经过去。如果否，则方法1100返回到步骤1135；如果是，则方法1100进行到步骤1136。
86.在步骤1136中，控制器结束复位阶段。例如，在某些实施例中，控制器使复位开关522断开，并且使x射线成像器207的每个像素检测器元件310的读出开关502断开。当计划进一步采集x射线图像时，方法1100返回到步骤1112。
87.方法1100的实现使得能够在复位时间间隔t
reset
内显著减少像素检测器元件310中剩余的电荷(例如从q
rem
到q
fin
)。如上所述，与读出时间间隔的持续时间相比，复位时间间隔t
reset
可以被选择为相对较短。在常规的x射线成像器中，等效的电荷减少只能在大得多的时间间隔内实现，即，(复位时间间隔t
reset
)
×
(像素检测器元件310的行数)。由于像素检测器
元件310的行数可以在1000到4000的数量级，所以常规的x射线成像器的面板读出时间会显著增加，从而防止快速图像采集。
88.将复位与治疗束的施加同步
89.实际上，rt系统中的治疗束通常在所有的方向上生成大量散射放射，包括从患者、治疗台和机器部件发出的放射。结果，大量mv散射可能入射到x射线成像器(例如，图2中的x射线成像器207)上。在某些情况下，这种x射线散射的量甚至可以超过成像x射线的量值。相应地，在某些实施例中，复位阶段(诸如复位阶段830或复位阶段1230)被定时为与治疗束(诸如治疗束230)的施加相一致。如本文所述，x射线成像器207在复位阶段期间对放射不敏感。也就是说，x射线成像器207的像素检测器元件310在这样的复位阶段期间不累积电荷，即使是当治疗束230产生入射到x射线成像器207上的显著的x射线散射时。结果，实现复位阶段以与治疗束231的突发(burst)或其他施加相一致减少了通常由治疗束230引起的噪声。在图13中示出了一个这样的实施例。
90.图13是示意性地示出根据本公开的实施例的照射阶段1310、读出阶段1320和复位阶段1330相对于治疗束脉冲1350的递送的相对时序的时序图1300。如图所示，kv(成像)束脉冲1360发生在每个照射阶段1310期间，并且治疗束脉冲1350的递送被定时为在每个复位阶段1330期间发生。如上所述，x射线成像器207的像素检测器元件310在复位阶段期间不累积电荷。因此，即使来自治疗束脉冲1350的散射的x射线可能撞击x射线成像器207的闪烁体层，噪声也不会被添加到由x射线成像器207生成的图像数据中。
91.虽然本文关于rt系统中包括的x射线成像器描述了实施例，但使这些实施例同样适用于其他x射线成像系统。例如，这些实施例也可以在手持式或便携式平板x射线检测器(fpd)、静态安装的fpd、被配置用于动态x射线成像(诸如荧光成像)的x射线成像器等中实现。此外，这些实施例可以用于在治疗之前检测次内运动或治疗前成像。
92.各种实施例的描述仅用于说明目的，但并非旨在穷尽或限制所公开的实施例。在不脱离所述实施例的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。
93.本实施例的各方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。相应地，本公开的方面可以采取以下形式：完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)或者结合软件方面和硬件方面(这些方面在本文可以统称为“电路”、“模块”或“系统”)的实施例。此外，本公开的方面可以采取计算机程序产品的形式，该计算机程序产品体现在其上含有计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中。
94.可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或者前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非穷举列表)将包括以下各项：具有一条或多条导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、光存储设备、磁存储设备或前述各项的任何合适组合。在本文的上下文中，计算机可读存储介质可以是能够包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或与其结合使用的程序的任何有形介质。
95.虽然本文公开了各种方面和实施例，但是其他方面和实施例对本领域技术人员而
言是显而易见的。本文公开的各种方面和实施例用于说明目的，而非旨在限制，其中真实范围和精神由以下权利要求书指示。