一种平板探测器及其自动曝光检测方法、射线成像系统与流程

本发明涉及一种平板探测器及其自动曝光检测方法、射线成像系统。

背景技术：

对于数字化x射线摄影(digitalradiography，简称dr)，是上世纪90年代发展起来的x射线摄影新技术，其以更快的成像速度、更便捷的操作和更高的成像分辨率等优点，迅速成为x射线摄影技术的主导方向，并得到世界各国的临床机构和影像学专家的认可。

请参照图1，为一种数字化x射线摄影系统的结构示意图，平板探测器是dr系统的核心部件，对成像质量起着决定性的作用；平板探测器是dr系统中x射线的接收装置，高压发生器和球管则控制x射线的产生和输出：x射线穿过物体并发生衰减，衰减后的x射线被平板探测器接收到后，平板探测器将x射线转换为可见光，再将该可见光转换为电信号。

当高压发生器和球管控制产生并输出x射线时，平板探测器需要被打开来采集该x射线，这称之为平板探测器进行开窗或曝光。目前平板探测器主要是通过外同步方式进行曝光，即平板探测器与高压发器之间通过真实的物理媒介例如线缆或无线通信接讯模块进行连接，通过控制和协调高压发生器、球管和平板探测器的状态和时序，来实现曝光控制。

技术实现要素：

考虑到上述问题，本申请提供一种平板探测器及其自动曝光检测方法、射线成像系统。

根据第一方面，一种实施例中提供一种平板探测器，包括：

射线转换层，用于将射线转换为可见光；

tft矩阵层，用于感应所述可见光并转化为电信号，以进行图像信息采集；所述tft矩阵层包括n行m列像素单元、n行扫描线和m列数据线，n和m均为正整数；所述像素单元与各自的扫描线、数据线分别连接，所述像素单元用于感应可见光并当被扫描线选通后通过数据线输出相应的电信号；所述tft矩阵层在静态下会被选通一行或多行像素单元；

开窗信号产生单元，用于根据所述tft矩阵层在静态下被选通的一行或多行像素单元的输出来确定是否产生开窗信号，其中所述开窗信号用于使tft矩阵层开窗以进行图像信息采集的开窗信号。

一实施例中，所述开窗信号产生单元包括：

积分器，所述积分器的一输入端用于与数据线连接以接收像素单元的输出；

判断单元，用于将积分器的输出与一阈值进行比较，当积分器的输出超过所述阈值时产生所述开窗信号。

一实施例中，所述判断单元包括比较器，所述比较器的一输入端与所述积分器的输出端连接，另一输入端连接有表示所述阈值的预置电压，所述比较器的输出端用于输出所述开窗信号。

一实施例中，所述判断单元还包括一寄存器，用于当所述比较器输出所述开窗信号时被置位，以供轮询。

一实施例中，所述判断单元包括：

模数转换器，用于将所述积分器的输出转换为数字信号；

处理器，所述处理器用于将所述模数转换器输出的数字信号与一表示所述阈值的预置数字信号进行比较，当所述数字信号大于所述预置数字信号，则处理器输出所述开窗信号。

一实施例中，所述处理器为fpga、dsp、asic、mcu或cpu。

一实施例中，所述平板探测器还包括模拟前端，所述模拟前端包括积分器和模数转换器；所述积分器的一输入端用于与数据线连接以接收像素单元的输出；所述模数转换器用于将所述积分器的输出转换为数字信号；

所述开窗信号产生单元的积分器和所述模拟前端的积分器为同一积分器。

一实施例中，所述开窗信号产生单元的模数转换器和所述模拟前端的模数转换器为同一模数转换器。

根据第二方面，一种实施例中提供一种射线成像系统，包括：

如本文中任一实施例所述的平板探测器；

射线源，与所述平板探测器相对设置，用于产生射线；

显示设备，用于对所述平板探测器开窗进行图像信息采集所得到的信号进行处理以进行图像显示。

根据第二方面，一种实施例中提供一种平板探测器的自动曝光检测方法，包括：

固定或依次选通静态下的平板探测器的一行或多行像素单元；

根据所述被选通的一行或多行像素单元的输出来确定是否产生开窗信号；其中所述开窗信号用于使平板探测器开窗以进行图像信息采集。

一实施例中，所述根据所述被选通的一行或多行像素单元的输出来确定是否产生开窗信号，包括：

分别对所述被选通的一行或多行像素单元的输出进行积分运算；

将所述被选通的一行或多行像素单元的积分运算所得的值与一阈值进行比较，当积分运算所得的值大于所述阈值时产生所述开窗信号。

依据上述实施例的平板探测器及其自动曝光检测方法、射线成像系统，平板探测器在静态下当感应到外部射线时可以自动开窗进行曝光，从而实现了图像信息的采集，这可以简化dr系统和曝光控制流程。

附图说明

图1为一种实施例的数字化x射线摄影系统的结构示意图；

图2为一种实施例的射线成像系统的结构示意图；

图3为一种实施例的射线源的结构示意图；

图4为一种实施例的平板探测器的原理图；

图5为一种实施例的平板探测器的结构示意图；

图6为另一种实施例的平板探测器的结构示意图；

图7为一种实施例的tft矩阵层的结构示意图；

图8为一种实施例的开窗信号产生单元的结构示意图；

图9为另一种实施例的开窗信号产生单元的结构示意图；

图10为又一种实施例的开窗信号产生单元的结构示意图；

图11为一种实例的自动曝光过程中各物理量变化的一个示意图；

图12为再一种实施例的开窗信号产生单元的结构示意图；

图13为另一种实例的自动曝光过程中各物理量变化的一个示意图；

图14为另一种实施例的平板探测器的结构示意图；

图15为一实施例的自动曝光检测方法的流程图；

图16为另一实施例的自动曝光检测方法的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

平板探测器一般具有静态和图像采集状态这两种状态。静态下的平板探测器是非选通的，即使接收到x射线也不会输出电信号，一些实施例中，静态下的平板探测器还需要进行动态刷新，即将上一次检测所残留的电荷给刷新掉，恢复到初始情况。当静态下的平板探测器接收到开窗信号或者说曝光信号时，会由静态变为图像采集状态，此时平板探测器被选通，接收x射线以及将x射线最终转换并输出电信号，完成图像采集。

当有x射线射向平板探测器时，说明此时平板探测器需要开窗来进行图像信息采集，基于这种考虑，发明人进行构思：将静态下的平板探测器选通若干行，用于检测当前是否有x射线，若检测到有x射线——例如通过这些被选通的行输出的电信号的变化来判断——则平板探测器自动进行开窗或者说曝光，以进行图像信息采集。下面具体说明。

请参考图2，为一实施例射线成像系统的结构示意图，射线例如可以为x射线。该射线成像系统可以包括射线源100、平板探测器300和显示设备500。

射线源100用于产生射线。在使用状态下，射线源100是与平板探测器300相对设置。请参照图3，一实施例中射线源100可以包括高压发生器10和球管30，高压发生器10用于向球管30提供电压，球管30用于在高压发生器10提供的电压下将电子轰击在靶面以产生射线。平板探测器300用于接收射线并最终转换成电信号，以完成图像信息采集。显示设备500用于对平板探测器300开窗进行图像信息采集所得到的信号进行处理以进行图像显示。

下面对平板探测器300进行详细的说明。

请参照图4、图5和图6，一实施例的平板探测器300包括射线转换层310、tft矩阵层330和开窗信号产生单元350，一实施例中还可以包括扫描控制器320。下面具体说明。

射线转换层310用于将射线转换为可见光。射线转换310中一般包含有闪烁层或荧光层，用于将射线转换为可见光。以闪烁层为例，其一般可以由闪烁材料所制成，典型地例如为碘化铯(csi)或硫氧化钆(gos)等。

tft矩阵层330用于感应射线转换层310所转换的可见光，并将该可见光转化为电信号，以进行图像信息采集。

请参照图7，一实施例中tft矩阵层330包括n行m列的像素单元331、n行扫描线和m列数据线，n和m均为正整数。需要说有的是，图7中只出画了3行4列的像素单元331，但是本领域技术人员可以理解，这只是用于示意，并不用于限定n和m只能为3和4。像素单元331与各自的扫描线、数据线分别连接，像素单元331用于感应可见光并当被扫描线选通后通过数据线输出相应的电信号。一实施例中像素单元331可以包括光电二极管和薄膜晶体管(thinfilmtransisitor，简称tft)，光电二极管用于将可见光转换为电信号，tft的控制极与扫描线连接，tft的第一极与光电二极管相连，tft的第二极与数据线相连，tft用于在扫描线的控制下被选通，以将光电二极管转换后的电信号传递到数据线进行输出，其中tft的控制极指栅极，tft的第一极指源极，相应地，第二极指漏极，或者tft的第一极指漏极，相应地，第二极指源极。本申请一实施例中tft矩阵层330在静态下会被选通一行或多行像素单元331。

扫描控制器320用于控制tft矩阵层330中各行的选通。例如扫描控制器320通过所述扫描线与各行像素单元331连接，从而实现控制各行像素单元的选通。

窗信号产生单元350用于根据tft矩阵层330在静态下被选通的一行或多行像素单元331的输出来确定是否产生开窗信号。开窗信号用于使tft矩阵层330开窗以进行图像信息采集的开窗信号

在一实施例中可以固定选通静态下的tft矩阵层330的一行或多行，当固定选通多行时，数量可以10行以下，也可以是整个行数的1/10以下，1/5以下，1/4以下或1/2以下等。固定选通的含义是，这些被选通的行是一直处于选通状态。在一实施例中也可以通过顺序地选通某些行，不妨以tft矩阵层330具有100行为例，可以从第1行开始顺序地选通，直到第100行结束，然后又从第1行开始顺序地选通；也可以只选通这100行中的某些行，例如从第30行开始顺序地选通，直到第50行结束，然后又从第30行开始顺序地选通。顺序地选通的含义是，当一行被选通中，其他行是处于非选通的状态，同一时刻只有一行是处于选通的状态，例如第1行被选通时，其他行是处于非选通的状态，当顺序地选通到第2行时，第1行由选通状变为非选通状态，其他行仍是处于非选通的状态。顺序地选通的方案，相比于固定选通，可以避免tft矩阵层330存在坏线等造成的误判，同时有利于tft矩阵层330的动态刷新，并保护tft矩阵层330的性能。tft矩阵层330中各行的选通可以通过上述的扫描控制器320来实现，在此不再赘述。

请参照图8，一实施例的开窗信号产生单元350包括积分器351和判断单元353，下面具体说明。

积分器351的一输入端用于与数据线连接以接收像素单元331的输出；积分器351的另一输入端连接有一参考电压vref。积分器351的实现方式有多种，图8中给出了其中一种，一实施例中积分器351包括运算放大器a、电阻r和电容c，其中运算放大器a的反相输入端与电阻r的一端相连，电阻r的另一端用于与所述数据线相连，运算放大器a的同相输入端用于连接所述参考电压vref，运算放大器a的反相输入端与输出端之间连接有所述电容c，运算放大器a的输出端作为积分器的输出端。

判断单元353用于将积分器351的输出与一阈值t进行比较，当积分器351的输出超过所述阈值t时产生所述开窗信号。

需要说明的是，判断单元353将积分器351的输出与一阈值t进行比较，可以指的是判断单元353将一个积分器351的输出与一阈值t进行比较；或者，也可以指判断单元353将多个积分器351的输出的和与一阈值t进行比较；在这两种情况下一个积分器351的输出代表了对一个像素单元的输出所进行的积分结果，并且可以理解地，这两种情况下阈值t的取值应该是不同的。

判断单元353的实现方式有多种，下面试举几种。

请参照图9，一实施例的判断单元353包括比较器361，比较器361的一输入端与积分器351的输出端连接，比较器361的另一输入端连接有表示所述阈值t的预置电压，比较器361的输出端用于输出所述开窗信号，例如当积分器351的输出大于表示所述阈值t的预置电压时，比较器361输出开窗信号。预置电压的阈值t可以这样来设置，先获取静态下未感应到有射线的情况下，平板探测器300通过积分器351输出的电压的值t0，然后可以根据经验设置一个变化量值△t0，则阈值t＝t0+△t0。请参照图10，一实施例中判断单元535还可以包括寄存器363，寄存器363用于当比较器361输出所述开窗信号时被置位，以供轮询，例如供扫描控制器320轮询。图11是整个自动曝光过程中各物理量变化的一个示意图，可以看到，随着射线转换层310感应到射线，积分器351的输出不断变大，当比较器361判断积分器351的输出大于阈值t时，则输出开窗信号，将寄存器363置位，例如由低电平变为高电平。需要说明的是，比较器361将积分器351的输出与预置电压进行比较，可以指的是比较器361将一个积分器351的输出与预置电压进行比较；或者，也可以指比较器361将多个积分器351的输出的和与预置电压进行比较；在这两种情况下一个积分器351的输出代表了对一个像素单元的输出所进行的积分结果，并且可以理解地，这两种情况下预置电压的取值应该是不同的。

请参照图12，一实施例的判断单元353包括模数转换器371和处理器373，模数转换器371用于将积分器351的输出转换为数字信号，处理器373用于将模数转换器371输出的数字信号与一表示所述阈值t的预置数字信号进行比较，当数转换器371输出的数字信号大于所述预置数字信号，则处理器373输出所述开窗信号。在一实施例中处理器373为fpga、dsp、asic、mcu或cpu。预置数字信号的阈值t可以这样来设置，先获取静态下未感应到有射线的情况下，平板探测器300通过模数转换器371输出的数字信号的值，或者先获取上一次扫描时模数转换器371输出的数字信号的值，不妨记作t1，然后可以根据经验设置一个变化量值△t1，则阈值t＝t1+△t1。图13是整个自动曝光过程中各物理量变化的一个示意图，可以看到，随着射线转换层310感应到射线，模数转换器371的输出不断变大，当处理器373判断数转换器371输出的数字信号大于所述预置数字信号，则输出开窗信号。需要说明的是，处理器373将积分器351经模数转换器371转换出的数字信号与预置数字信号进行比较，可以指的是处理器373将一个积分器351经模数转换器371转换出的数字信号的输出与预置数字信号进行比较；或者，也可以指处理器373将多个积分器351分别经模数转换器371转换出的数字信号的和与预置数字信号进行比较；在这两种情况下积分器351经模数转换器371转换出的数字信号代表了对一个像素单元的输出的积分结果进行数模转换后的数字信号，并且可以理解地，这两种情况下预置数字信号的取值应该是不同的。

以上就是平板探测器300的一些结构说明。一般地，平板探测器300感应到射线后会转换后可见光，再将可见光转换为电信号，该电信号为模拟信号，因此平板探测器300会引入模拟前端afe，来处理该模拟信号，例如将该模拟信号转换为数字信号等。因此请参照图14，一实施例中的平板探测器300还可以包括模拟前端afe，模拟前端afe可以包括积分器381和模数转换器383，积分器381的一输入端用于与数据线连接以接收像素单元的输出；一实施例中积分器381也可以通过运算放大器a、电阻r和电容c来实现，例如运算放大器a的反相输入端与电阻r的一端相连，电阻r的另一端用于与所述数据线相连，运算放大器a的同相输入端用于连接所述参考电压vref，运算放大器a的反相输入端与输出端之间连接有所述电容c，运算放大器a的输出端作为积分器的输出端；一实施例中该电容c还并联有一可控开关intrst，用于清空电容c上的电荷，模数转换器383用于将积分器381的输出转换为数字信号。在一实施例中积分器381的输出端与模数转换器383的输入端之间还可以包括并联的两个电容c1和c2，可以用于对积分器381的输出进行滤波处理等。在引入了模拟前端afe后，可以看到模拟前端afe也包括积分器和模数转换器，因此对于开窗信号产生单元350，可以与模拟前端afe复用一些器件，例如开窗信号产生单元350的积分器351和模拟前端afe的积分器381可以为同一个积分器。进一步地，在如图12所示的一些实施例中，由于判断单元353包括模数转换器371，因此开窗信号产生单元350的模数转换器371和模拟前端afe的模数转换器383可以为同一个模数转换器。

以上就是本申请若干实施例的射线成像系统和平板探测器的说明。本申请一实施例中还公开了一种平板探测器的自动曝光检测方法，该平板探测器可以为上述任一实施例中所公开的平板探测器。请参照图15，一实施例的自动曝光检测方法包括步骤1000到步骤2000，下面具体说明。

步骤1000：固定或依次选通静态下的平板探测器的一行或多行像素单元。

步骤2000：根据所述被选通的一行或多行像素单元的输出来确定是否产生开窗信号；其中所述开窗信号用于使平板探测器开窗以进行图像信息采集。在一实施例中请参照图16，步骤2000根据所述被选通的一行或多行像素单元的输出来确定是否产生开窗信号，包括步骤2100到步骤2500，下面具体说明。

步骤2100：分别对所述被选通的一行或多行像素单元的输出进行积分运算。

步骤2300：将所述被选通的一行或多行像素单元的积分运算所得的值与一阈值进行比较。

步骤2500：当积分运算所得的值大于所述阈值时产生所述开窗信号。

需要说明的是，步骤2100中是对每个被选通的像素单元的输出分别进行积分运算，而步骤2300中将所述被选通的一行或多行像素单元的积分运算所得的值与一阈值进行比较，可以是指将一个像素单元的输出的积分运算所得的值与一阈值进行比较，也可以是指多个像素单元的输出的积分运算所得的值的和与一阈值进行比较，可以理解地，这两种情况下阈值的取值是不同的。

本申请的平板探测器在静态下当感应到外部射线时可以自动开窗进行曝光，以实现图像信息的采集，这可以简化dr系统和曝光控制流程。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。