CN1014182B - X射线图象摄象装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用数字X射线检测单元阵列的X射线影像摄像装置。本发明的特征是，把对应于各放射线检测单元的电路分为受温度变化的影响不可忽视部分和受温度变化影响可以忽视的部分，对后者的电路部分，只在摄像工作时供电，而对前者部分，在非摄橡期间内供给发热用电。按照本发明，可提高X射线检测电路的温度特性的稳定性。

Description

本发明涉及使用数字χ射线检测单元阵列的χ射线图象摄象装置。

近代，医学诊断用的X射线图象已经转向利用电子摄象技术进行的数字图象摄像。

利用数字方式进行χ射图像摄像的虽然有：用图像增辉器和图像贮板的方法，也有人建议采用数字χ射线检测单元阵列对χ射线光子计数的方法。在这种情况下，数字χ射线检测单元阵列中的每个像素都是由模拟工作部分和数字工作部分构成的。其中，模拟工作部分由下列各成分组成：由闪烁器和光检测单元或半导体χ射线检测器组成的放射线检测单元，用来放大χ射线检测信号的放大器，以及辨别放大器输出中的噪声和χ射线检出的真脉冲用的电平选择器;其中数字工作部分则是由下列各成分构成：对由电平选择器取出的χ射线检测脉冲进行计数的计数器，以及根据外部控制电路的指令控制计数器开始和停止的动作，以及控制计数器计数数据的输出和计数器的置零等的控制部分。将这样的每一个像素单元装配成阵列，构成一个摄像单元。关于这样的数字χ射线影像摄像技术，已在特开昭59-94046号、特开昭60-80746号等专利中提出。

上述的χ射线图像的数字摄像方式有以下的问题。每一个像素的数字χ射线检测单元具有前述的结构，这样一个单元消耗的电力，在放大器部分约为140mw，电平选择部分约为100mw，计数器部分约为10mw，共计约250mw，即1000个像素的单程阵 列的消耗电力为250w。所消耗的电力要完全转变为热能。在对人体进行χ射线透视图像摄像时，一个图像的摄像时间在1秒以下。由于时间很短，所以仅只进行一次摄像时，上述的发热现象不会造成麻烦。但在通常医疗检查时，由于对一个被检查的人要拍摄几张以至十几张透视图像，因而在每次摄一个图像后总是需要安排一段冷却休止时间，这就使检查的效率显著降低，对于被检查者说来也感到麻烦。

本发明就是要解决这个发热问题。把摄像单元的通电时间尽量缩短并且在不摄像时断电，虽然就可以基本上解决上述的问题。但是，仅仅用这种办法，由于摄像开始时温度的上升速度高，电路单元的工作点因为温升漂移，因而在摄像期间工作点有超出正常工作范围的危险;在连续反复摄像时，由于摄像单元的温度上升，模拟工作部分的半导体单元的特性发生变化，从而使χ射线检测特性发生变动。本发明一方面抑制摄像单元的发热现象，同时还解决由于温度变化使半导体电路单元的工作状态发生变化的问题。另外，在发热的处理上，虽然通过缩短通电时间，采用积极的冷却手段是有效的。但由于摄像装置必须动作，从而使冷却方法要受到设备结构方面的许多约制。本发明对于这样的冷却措施，也提出了解决问题的方向。

第1，首先在使用χ射线检测单元的摄像装像装置、与各单元相对应的电路中，凡是温度变化所造成的影响不可忽视、且在通电时会与摄像动作连动的部分（例如，除了对χ射线检测单元的输出信号进行放大的放大器等以外的部分）仅在摄像期间通电;并对于由于温度变化所造成的影响不可忽视的部分，采用连续通电的预热设施。

还有，即使已对电路受热以及对温度的急剧变化采取了抑制措施，如果连续反复进行摄像动作，则温度仍会逐步上升，以致模拟电路的输出电平会发生变化，因此，设置了模拟电路信号放大部分的负 反馈电路，同时设置了能够把负反馈信号固定并保持在某个时间点上的存贮设施，另外还设置了把信号放大部分的输入接点的电平降到0的开关装置。

此外，在χ射线检测单元阵列以及电路部分的移动范围的终端位置上，安装了冷却装置（例如风扇），从而作到在对一幅图像摄像的行程终端的位置上使χ射线检测电路部分受到强制冷却。

在χ射线检测电路中，凡是在特性上可以不考虑温度变化影响的部分，仅在摄像时间内通电，因此，对装置的供电减低，而能基本上回避了温度上升的问题。这里，本发明的特征是，针对那些受温度变化的影响不可忽视的部分，由于进行了预热，使温度已经上升到接近饱和的程度，并且按照符合该温度的条件进行电路的设计，从而能够消除温度变化的影响。对于受温度变化的影响不可忽视的电路部分中用于将微弱信号放大到预定电平的前置放大器等一类的器件，由于在设计中都提高了放大信数，所以只要由于温度的升高使单元的特性稍微有点变动，就会使电路的工作点产生很大的变动，在输出中产生明显的失真，因此，对于要使电路在温度变化的条件下稳定工作是一个很重要的问题。在本发明中，由于对这一部分连续通电进行预热，使温度上升到接近于饱和的程度，因而使温度稳定，从而达到工作稳定。并且因为对整个电路只在摄像期间方才作全功率的供电，从而抑制了整体的发热。

此外，即使利用上述方式，在反复连续摄像时，整个装置的温度缓缓上升，趋向于某个饱和温度附近，因此在模拟电路部分的输出电平会产生漂移，但在某次摄像工作之前的瞬间，把放大电路部分的输入电平降为0，把那时的放大电路部分的输出信号作为负反馈信号保存在存贮装置中，再把这个信号作为该次摄像工作的负反馈信号反馈 到放大电路部分，因此在反复摄像期间不致使漂移累积，从而能够进行每次图像质量相同的摄影。

最后，虽然可以把摄像装置的χ射线检测单元阵列与对应于各单元的电路部分分别形成两个分列的独立体，再把两者用电缆连接起来，这样就可以对电路部分任意进行强制冷却;但是，如果这样作，由于阵列的单程阵列也有1000个左右的像素，因此，在电缆中也要包含同样根数的导线，从而会妨碍χ射线检测单元阵列的移动。特别是，采用单程阵列进行画面扫描的方式摄取一幅图像的图面时，阵列单元需要作高速扫描移动，因此用电缆连接是有困难的。本发明，把χ射线检测单元阵列和电路部分做成一个整体，由于在进行摄像的移动范围的终端位置上装有强制冷却装置，所以在摄像工作的前后，该装置会受到强制冷却，即使在反复连续摄像时，也抑制了温度上升的程度，也就不像上述的那样在摄像与摄像之间需要一段足够的休息恢复时间，从而提高了摄像效率。由于χ射线检测单元阵列以及后续电路部分和冷却装置做成一个整体，所以，阵列部分的结构轻巧，移动机构也能够轻量化，从而容易实现高速移动。

第1图所示是X射线检测器1以及与它相连接的模拟及数字两个电路的一个像素结构的示例。1是X射线检测单元，它用的是半导体检测器，A1是偏压接点，在其上加有数十乃至数百V的负压。21是模拟电路中受温度变化影响较大的电路部分，22是电路中受温度变化影响较小的部分，3是数字电路部分。7是全像素的共用电源，S是全像素共用的主开关。在电路中，受温度变化影响较小的模拟电路部分22和数字电路部分，通过开关S和串联的开关8供电;受温度变化影响较大的模拟电路部分21则通过主开关S直接供电。因此，当合上主开关S时，电路部分21就直接通电，但是，如果不合 上主开关以外的另一个开关8，不能向1电路部分22和3供电。因此，开关8与摄影装置的操作连动，只在摄像期间闭合。虽然在图中为了方便对每个像素都画上了开关8，但开关8是为所有的像素所共用。

第2图所示，是一个像素的电路构成的另一个实施范例。与第1图的不同点是，在受温度变化影响较大的电路部分21偏流控制电路9，借以改变偏流的大小。偏流控制电路9与开关8的开、闭连动，在摄像期间使通常的偏流流向电路21，而在摄像以外的时间内则把偏流转换为小电流值。B1是把偏流转换指令信号加到偏流控制电路9上的接点。借助于这样的结构，使受温度变化影响较大的电路部分平时通电，在得到使温度稳定化的效果的同时，减少了在非摄像时的通电量，从而减少了电力消耗，还能将电路部分21的温升的平均值抑制在较低的水平。

第3图所示是另一个实施范例。在X射线集成检测电路中一个像素电路部分的集成块配置图。与前例相同，21是模拟电路中受温度变化影响较大的部分，22是模拟电路中受温度变化影响较小的部分，3是数字电路部分。在电路部分21和22之间设置了围在21周围的字形发热单元10，发热单元可利用半导体发热。在这个实施范例中，整个电路部分都是仅只在摄像期间供电，在此期间发热单元10停止通电，而在非摄像期间发热单元10通电。这样作，受温度变化影响较大的电路部分21，由于在摄像中通电受到其自身和其它电路部分发热热量的影响大致等于在非摄像期间由发热单元10产生的热量的影响，这样就能将温度变化的幅度抑制在较小的范围。

第4图的实施范例，对于放大器由于受温度变化的影响所产生 的漂移具有补偿的功能。在采用前述的各种实施范例时，如果把安装电路的底板做成热传导好、热容量大器件，利用这样的方法就可以避免电路的急骤的温度变化和受热升温，但是，在需要反复几次连续摄像的场合，由于整个电路的温度逐渐上升，不能忽视由于从而使模拟电路的工作点发生变化，使输出产生漂移，对于这样的情况，则是不能忽视的。采用本实施范例，在遇到有上述情况时，团能适应。第4图中的A1是放大信号用的放大器，“1n”是信号输入接点，“out”是输出接点。输入接点1n上的电平，通过开关SW会被降为0。输出接点out通过缓冲放大器BA和开关Ss给放大器A1的反相接点加上反馈。在这个接点上，接有信号保持用的电容器C_o开关Sw和Ss在不摄像时接通，在摄像开始前的瞬间断开。开关Sw接通时，A1的输入信号即为0，此时，只要反相接点的输入为0，则A1的输出应该为0，但由于温度的关系而使工作点漂移时，则不为0，并随同温度的上升而增大。令这个输出的偏移为e。在开关Ss导通期间，A1的输出由于缓冲放大器BA放大并负反馈到A1的输入端，使反相接点的输入比0高，A1的输出比e低。如果把BA的增益设在足够大的程度，则不论信号输入如何，A1的输出总是大致等于0，而A1的反相接点的电平则大致等于偏移e。结果，使放大器A1的反相接点的电平，在没有X射线检测信号的状态下，与A1的输出电平大致相同，这就是漂移的补偿信号，在摄像开始之前的瞬间开关Sw、Ss断开时，在存贮用的电容器C中保持这个补偿信号。在摄像期间，对摄像开始前瞬间的漂移进行补偿。由于在每次摄像时都这样对漂移进行补偿，从而防止了漂移的累积。

第5图是第4图的实施范例的改进例，把第4图的A1用A1、A1′替代，A1′的输出通过缓冲放大器BA1，BA2，负反馈 到放大器A1、A1′。摄像开始前，首先断开开关3，接通SwSs′，把A1′的漂移补偿信号存贮在电容器C中，然后把Sw′、Ss′断开，把Sp、Sw、Ss接通，把A1的漂移补偿信号存贮在电容器C中，再把Sw、Ss断开。

第6图是本发明进行强制冷却的一个实施范例。1是用X射线检测单元组成的单程阵列，X射线，如箭头所示，由左方射入。2是放大器，电平选择器等进行模拟工作的电路部分，3是计数器，计算机和接口等进行数字工作的电路部分，X射线检测单元1的单程阵列1、2、3等的电路部分被安装在一块底板4上，底板4可在导柱5上、下滑动，由图中未绘出的上下扫描机构驱动，X射线的检测器1的单程阵列是沿一个方向对X射线影像进行扫描。在导柱5的下部有一个液槽6，导柱5竖立在液槽的底上。因而，底板4的上、下方向动程的下端是浸在液槽6中，液槽6中充满硅油一类的不发挥、高电绝缘性的液体，这就能将底板4上的电路浸在液体中冷却。在进行摄像时，底板4被驱动向上离开液槽6对X射线图像从下向上扫描进行摄像。

第7图是强制冷却的另一个实施范例。在这种情况下，在底板4为了摄像进行扫描的上、下行程的终端分别安装风扇11，当底板向上方移动边移动边扫描时，在摄像后由上方的风扇进行冷却;当其向下方运动进行扫描时，在摄像后由下方的风扇进行冷却，和第6图的其它各部分相对应的部分都标有相同的符号，此处不再一一加以说明。

本发明把χ射线检测电路分为受温度变化的影响大的部分和影响小的部分，前者借助预热方法使其对温度稳定，后者采用仅在摄像时通电的办法来抑制整个装置的发热，并且缩小了，随着通电的断续而 产生的温度变化幅度，除此以外，还更进一步的针对随着温度变化产生的漂移现象采取补偿措施，并在摄像用的χ射线检测器扫描运动的行程终端进行强制冷却，以防止受热升温等。在上述的各实施范例中，这些针对发热采取的对策都是分别单独进行的，然而，不用说，也可以把这些对策中的两个或三个结合起来一併实施。

此外，在上述的对策中，虽然使用了随同摄像动作连动的开关，这些开关也可以由来自控制摄像装置的计算机的时序信号操作;因为从摄像开始前的瞬间，X射线即开始照射，所以，也可以由摄像用的χ射线检测单元或另外设置的χ射线检测单元通过检测χ射线来控制这些开关。

本发明的χ射线影像摄像装置是将χ射检测电路分为受温度变化的影响大和影响小的部分，对于后者，利用仅在摄像反馈中通电来抑制发热，而对于前者的部分，则利用平时通电或装设发热单元，在不摄像期间进行预热，借以缩小温度变化的幅度，由此来提高χ射线检测电路的温度特性的稳定性，另外，还针对随温度变化带来的电路特性漂移现象，采取补偿方法，进一步地提高对温度的稳定性，由于在χ射线检测单元阵列摄像时的扫描运动行程终端装设了强制冷却装置，在不妨碍扫描运动高速性的条件下，对χ射线检测电路进行强制冷却，从而防止了装置的过热。

附图的简单说明

第1图是χ射线检测电路中的本发明的一个实施范例的一个像素的电路图，第2图是同样的另一个实施范例的一个像素的电路图，第3图是同样的集成电路中的电路各部分的配置示例平面图，第4图是本发明对漂移采取补偿措施的一个实施范例中的主要部分电路图，第5图是同样的另一个实施范例中的主要部分电路图，第6图是本发明 的有关强制冷却的一个实施范例的主要部分斜视图，第7图是同样的另一个实施范例的主要部分斜视图。

1…χ射线检测单元，2…模拟电路部分，3…数字电路部分，21…模拟电路中受温度变化影响大的部分，22…模拟电路中受温度变化影响小的部分，4…底板，5…导柱，6…液槽，10…发热单元，11…风扇。

Claims (5)

1、一种X射线图像摄像装置，带有包括X射线检测单元阵列的X射线接收部分，将X射线检测单元阵列的输出信号转变为图像信号的信号处理电路，其特征在于信号处理电路包括受温度变化的影响不可忽视的电路部分和受温度变化的影响可以忽视的电路部分，所述摄像装置还包括：

第一开关装置，用于对所述受温度变化的影响不可忽视的电路部分提供电路加热电源，以便在没有进行X射线图像摄像时保持该电路部分总是被加热的，

第二开关装置，用于只是在进行X射线图像摄像时提供电源，至少给所述受温度变化的影响可以忽视的电路部分供电。

2、根据权利要求1的装置，其特征在于所述加热电源是给所述受温度变化的影响不可忽视的电路部分本身直接供电的电源。

3、根据权利要求1的装置，其特征在于所述加热电源还向另外提供的围绕所述受温度变化的影响不可忽视的电路部分装设的发热元件供电。

4、根据权利要求1的装置，其特征在于所述装置还包括：

放大所述X射线检测单元的输出信号的放大电路，在该放大电路中设有将信号输入接点的电平降至零的开关装置和负反馈电路，

在所述负反馈电路中保持负反馈信号的装置，

固定负反馈信号的开关装置。

5、根据权利要求1的装置，其特征在于所述信号处理电路与所述一维X射线检测单元阵列一起装在一块共同的基板上，所述摄像装置还包括：

在预定的移动行程内移动所述共同基板的装置，以使所述一维X射线检测单元阵列对X射线图像的成像平面进行扫描，

在所述预定的移动行程的至少一端装设的，冷却所述信号处理电路的冷却装置。

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