CN103792564A - 驱动器电路和读出电路 - Google Patents

Abstract

提供了一种驱动器电路，用于向列线输出根据能量电平来分类和计数光子的结果，所述驱动器电路包括：复用器，用于从计数器接收所述结果；驱动逆变器，用于从所述复用器和电源接收信号；以及，在所述电源和所述驱动逆变器的输入端之间连接的第一开关。

Description

驱动器电路和读出电路

对于相关申请的交叉引用

本申请要求在2012年10月30日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2012-0121544的权益，其公开通过引用被整体包含在此。

技术领域

本公开涉及驱动器电路和读出电路，该驱动器电路和读出电路被配置来向列线输出根据光子的能量电平来分类光子并且计数每一个能量电平的光子的数量的结果。

背景技术

正在广泛使用和开发辐射医疗装置。作为辐射医疗装置的示例，X射线成像系统经历了从模拟向数字系统的快速改变。这些改变也导致与作为X射线成像系统的核心部件的X射线检测器相关的技术的迅速进步。数字X射线检测技术主要被分类为：间接检测方法，其中，将X射线首先转换为可见光，并且然后转换为电信号以产生图像；以及，直接检测方法，其中，X射线信号被直接地转换为电信号以产生图像。

该直接检测方法然后被分类为：集成模式，其中，将电信号累积预定时间以产生图像信号；以及，光子计数模式，其中，进入的X射线光子的数量被计数以由此产生图像信号。近来，已经对于光子计数模式很积极地进行了研究，这是因为它允许使用一个拍摄成像来产生用于每一个X射线能量电平的图像，并且提供具有低X射线曝光的高质量图像。

发明内容

提供了驱动器电路和读出电路，它们被配置来向列线输出根据光子的能量电平来分类光子并且计数每一个能量电平的光子的数量的结果。在随后的说明中部分地给出了另外的方面，并且该另外的方面从该说明部分地显然，或者可以通过所提供的实施例的实践来了解该另外的方面。

根据本发明的一个方面，一种用于向列线输出根据光子的能量电平来分类和计数光子的结果的驱动器电路包括：复用器，用于从计数器接收所述结果；驱动逆变器，用于从所述复用器和电源接收信号；以及，在所述电源和所述驱动逆变器的输入端之间连接的第一开关。

根据本发明的另一个方面，一种读出电路包括：模拟电路，用于根据入射在传感器上的光子的能量电平来分类所述光子；数字电路，用于基于从所述模拟电路接收的信号来计数所述光子；以及，驱动器电路，用于向列线输出在所述数字电路中存储的所述计数的结果。所述驱动器电路在与所述模拟电路或数字电路不同的时间运行。

可以控制所述复用器和所述驱动逆变器的运行以防止在所述驱动逆变器中的不必要的功耗。

所述驱动逆变器的输入节点被保持为低或高，由此防止所述驱动逆变器浮置（float）。

而且，根据本发明的一个或多个实施例的一种读出电路被配置使得所述模拟电路或数字电路可以在与所述驱动器电路不同的时间运行，由此防止在所述驱动器电路中的不必要的功耗。

附图说明

从下面结合附图对实施例的描述中，本发明的这些和/或其他方面将变得清楚和更加容易理解，在附图中：

图1图示根据本发明的一个实施例的医疗成像系统的构造；

图2图示在图1的医疗成像系统中的光子计数检测器；

图3图示根据本发明的另一个实施例的在图1的医疗成像系统中的光子计数检测器；

图4图示根据本发明的另一个实施例的在图1的医疗成像系统中的光子计数检测器；

图5是在图2的光子计数检测器中的读出电路的电路图；

图6是根据本发明的另一个实施例的在图2的光子计数检测器中的读出电路的电路图；以及

图7是用于说明在图6中所示的开关的操作的图。

具体实施方式

现在详细参考实施例，在附图中图示了实施例的示例，在附图中，相似的附图标记贯穿各处指示相似的元件。在这一点上，本实施例可以具有不同的形式，并且不应当被解释为限于在此给出的描述。因此，下面通过参考附图来仅说明实施例以解释本发明的各方面。

图1图示了根据本发明的一个实施例的医疗成像系统的构造。参见图1，根据本实施例的医疗成像系统包括辐射产生器10、光子计数检测器11和图像产生器12。使用辐射的医疗成像系统检测多能辐射，该多能辐射通过传感器透过诸如人体的物体，并且基于根据在多能辐射中包含的光子的能量电平来分类该光子并且计数每一个能量电平的光子的数量的结果来产生每一个能量电平的图像。更具体地，医疗成像系统根据透过诸如人体的物体的多能辐射中的光子的能量电平来分类光子以计数，并且使用用于每一个能量电平的被计数光子的数量来产生该能量电平的医疗图像。由物体吸收的辐射的数量可以根据被使用多能辐射照射的物体的类型和密度或辐射的能量电平而改变。例如，骨头可以很好地吸收X射线，但是诸如肌肉的组织可以允许更多的X射线穿过。在该情况下，在由辐射产生器10产生的辐射中包含光子。因此，当光子穿过骨头时检测到的光子的数量与当光子穿过在人体中的另一个组织时检测到的光子的数量不同。而且，当光子穿过骨头和另一个组织时检测到的每一个能量电平的光子的数量可以根据在由辐射产生器10产生的辐射中的光子的能量电平来改变。图像产生器12通过使用根据光子的能量电平分类光子并且计数光子的数量的结果来产生在身体组织之间清楚地区分的X射线图像，其中，从光子计数检测器11接收该结果。

辐射产生器10产生对病人进行照射的辐射。由辐射产生器10产生的辐射的示例可以包括超声波、阿尔法射线、伽马射线、X射线和中子。通常，辐射指的是可以引起离子化并且因此对于人体引起损伤的X射线。虽然为了说明的方便假定辐射是X射线，但是本领域普通技术人员可以明白，可以使用其他类型的辐射来实现本发明的实施例。

光子计数检测器11的像素区域对应于其中要使用辐射来将物体成像的成像区域。光子计数检测器11包括读出电路，每一个读出电路对应于在像素区域中的相应的像素。因为光子计数检测器11向图像产生器12输出由每一个读出电路执行的计数的结果，所以当在同一成像区域中的像素的数量增加时，在与相应的像素对应的读出芯片中的读出电路的数量增加。因此，图像产生器12可以产生高分辨率图像。换句话说，图像的分辨率随着减小的像素大小而增大。

在读出芯片中以阵列布置读出电路。每一个读出电路根据光子的能量电平分类从与读出电路对应的传感器分段(segment)接收的电信号，将该电信号转换为数字信号，并且向图像产生器12输出该数字信号。该传感器分段对应于传感器的预定区域，并且通过与该传感器分段相关联的分段输出端向对应的读出电路输出从检测到的光子产生的电信号。在读出电路中读出从传感器分段接收的电信号的方法被分类为电荷集成模式和光子计数模式。电荷集成模式使用电荷累积电容器，在电荷累积电容器中，在预定时间产生的电信号累积在电容器上，并且通过模数（A/D）转换器被读出。因为该模式允许从所有能量电平的光子产生的电信号与光子的能量电平无关地累积，所以不可能根据光子的能量电平来分类电信号，并且将它们转换为数字信号。然而，使用光子计数模式的读出电路将从用于检测光子的传感器分段接收的电信号与阈值作比较，以输出数字信号“1”或“0”。读出电路也通过计数器计数1的数量，并且以数字形式输出数据。在光子计数模式中，每次从单个光子产生电信号时，使用比较器来将电信号与预定阈值作比较以用于计数。光子计数检测器11包括通过使用光子计数模式实现的读出电路，其中，与相应的传感器分段对应的每一个读出电路根据能量电平来分类由传感器分段检测的光子，并且计数每一个能量电平的光子的数量。

图2图示了在图1的医疗成像系统中的光子计数检测器11。参见图2，光子计数检测器11包括传感器21和读出芯片22。传感器21检测在透过诸如人体的物体的多能辐射中包含的光子，并且将所检测到的光子转换为电信号，并且通过传感器21的分段输出端向与其中检测到光子的区域对应的、在读出芯片22中的读出电路23输出电信号。与成像区域对应的传感器21包括多个传感器分段，每一个传感器分段对应于在成像区域中的相应像素。该传感器分段将入射的光子转换为电信号，并且通过与该传感器分段相关联的分段输出端来输出该电信号。

与成像区域和传感器21对应的读出芯片22包括读出电路23，每一个读出电路23对应于在成像区域中的相应像素。

图3图示了根据本发明的另一个实施例的光子计数检测器11的另一个示例。参见图3，根据本实施例的光子计数检测器包括传感器31和读出芯片32。传感器31检测光子，将光子转换为电信号，并且通过对应的焊接34向与在传感器31中的每一个区域（传感器分段）对应的、在读出芯片32中的读出电路33输出电信号，当光子进入传感器31的耗尽区域312时，传感器31产生电子空穴对。然后该电子空穴对在电场的影响下被吸引到准神经n区域311和准神经p区域313，由此允许电流向外流。例如，当多能X射线入射在传感器31上时，传感器31可以产生电信号，该电信号具有根据在多能X射线中包含的光子的能量电平改变的幅度，并且传感器31通过与在传感器31中的每一个区域（传感器分段）对应的准神经p区域313向读出电路33输出电信号。准神经p区域313是与传感器31的每一个传感器分段相关联的分段输出端。当与在成像区域中的每一个像素对应的传感器分段检测到光子时，传感器31通过分段输出端向在读出芯片32中的每一个读出电路33输出电信号。

传感器31产生电信号，该电信号具有根据在入射的多能X射线中包含的光子的能量电平改变的幅度，其中，电信号的数量对应于在多能X射线中的光子的数量。当光子进入传感器31时，传感器31产生与入射光子对应的电信号。可以在所产生的电信号之间存在时间间隔。在电信号之间的时间间隔可以长得足以通过使用从光子计数检测器接收的电信号来分类光子的能量电平。由传感器31产生的电信号可以具有短得不能分类和检测光子的能量电平的时间间隔。然而，因为这样的情况几乎不出现，所以这可能仅略微地影响整个图像的产生。

虽然传感器31包括准神经n区域311、耗尽区域312和准神经p区域313，但是本发明不限于此，并且可以使用其他各种类型的传感器检测光子。而且，虽然图3示出传感器31经由焊接34连接到读出芯片32，但是它们可以经由蒸发而彼此连接。

读出芯片32包括读出电路33的阵列，每一个读出电路33对应于在传感器31中的相应区域。读出电路33分类入射在传感器31上的光子的能量电平，并且通过使用从自传感器31接收的光子产生的电信号来计数每一个能量电平的光子的数量。读出电路33也向图像产生器12输出计数的结果。图像产生器12基于计数在与在成像区域中的像素对应的读出电路33中的光子的数量的结果来建立用于每个像素的图像。该读出电路33分类在入射的多能辐射中包含的光子的能量电平，根据分类结果输出用于表示光子的能量电平的数字信号，并且输出每一个能量电平的光子的数量。当从对应于读出电路33的传感器分段接收到电信号时，读出电路33依序将电信号与预定阈值作比较，以便根据光子的能量电平来分类和计数光子。

焊接34将传感器31与在读出芯片32中的读出电路33的每一个连接，使得在传感器31的区域中产生的电信号移动到在读出芯片32中的读出电路33。虽然图3示出传感器31经由焊接34连接到在读出芯片32中的读出电路33，但是它们可以通过将传感器31沉积在读出芯片32上来彼此连接。本领域普通技术人员也可以明白，可以通过使用除了焊接和蒸发之外的其他方法连接传感器31和读出电路33。

图4图示了根据本发明的另一个实施例的光子计数检测器的配置。根据本实施例的光子计数检测器包括行驱动器41、行选择线42、驱动线43、列线44和多个读出电路23。

行驱动器41连接到行选择线和驱动线43，驱动线43继而连接到相应的读出电路23。

行驱动器41通过行选择线42控制读出电路23的操作。行驱动器41通过行选择线42选择读出电路23的计数器。在由行驱动器41选择的计数器中存储的信息通过对应的列线44被输出。所存储的信息是计数光子的数量的结果。

行驱动器41通过对应的驱动线43控制在读出电路23中包含的驱动器电路，如下面参考图5至7更详细所述。

行驱动器41控制读出电路23以输出计数光子的数量的结果。更具体地，读出电路23包括用于存储计数入射在传感器21上的光子的数量的结果的计数器，并且被行驱动器41控制来通过对应的列线44输出在相应的计数器中存储的结果。在读出电路23中的计数器计数每一个能量电平的进入的光子。换句话说，读出电路23使用计数器来存储对于每一个能量电平计数的结果，并且被行驱动器41控制来向列线44输出对于每一个能量电平计数的结果。列线44连接到在读出芯片22中的读出电路23。更具体地，在同一列中的读出电路23连接到列线44之一。

图5是在图2的光子计数检测器11中的读出电路23的电路图。参见图5，读出电路23包括模拟电路51、数字电路52和驱动器电路53。

模拟电路51处理从传感器21接收的电信号，并且包括积分器（未示出）和比较器（未示出）。积分器对来自传感器21的电信号进行积分，并且比较器将从积分器接收的电信号与阈值作比较。下面将参考图6来更详细地描述模拟电路51的操作和配置。

数字电路52基于从模拟电路51接收的信号来计数相应能量电平的光子，并且包括信号处理器和计数器。该信号处理器根据从比较器输出的信号来控制积分器的操作。计数器响应于从比较器输出的信号来计数光子。下面将参考图6来更详细地描述数字电路52的操作和配置。

驱动器电路53向列线44输出在数字电路52的计数器中存储的计数的结果。更具体地，驱动器电路53被行驱动器41控制以依序向列线44输出在计数器中存储的计数的结果。

驱动器电路53在模拟电路51或数字电路52在运行的同时不运行。换句话说，驱动器电路53在与模拟电路51或数字电路52不同的时间点运行。驱动器电路53不运行，直到模拟电路51或数字电路52结束计数所有的光子。

驱动器电路53也与模拟电路51或数字电路52电隔离。更具体地，在模拟电路51或数字电路52和驱动器电路53之间连接开关，以便模拟或数字电路选择性地向驱动器电路53输出电信号。因此，在模拟电路51或数字电路52在运行时关断该开关，使得驱动器电路53与模拟电路51或数字电路52电隔离。

输入信号总是存在于在驱动器电路53中的驱动逆变器532的输入节点上。当关断在模拟电路51或数字电路52和驱动器电路53之间的开关时，VDD45（电压源）连接到驱动逆变器532的输入节点。因此，在驱动逆变器532的接入节点处保持恒压。另一方面，当接通开关时，数字电路52的输出被馈送到驱动逆变器532的输入节点。

行驱动器41通过行选择线42和驱动线43控制驱动器电路53，以便防止在驱动器电路53中的不必要的功耗。行驱动器41也控制在驱动器电路53中的驱动逆变器532的输入信号以便防止驱动逆变器532在驱动器电路53不运行时浮置。驱动逆变器532当其输入节点被保持高或低时不浮置。因为当驱动逆变器532在浮置时出现不必要的功耗，所以行驱动器41控制驱动逆变器532的接入节点使得将输入节点保持在高或低电平。

当复用器531不运行时，不向驱动逆变器532输入信号。在该情况下，行驱动器41控制连接到电源电压45的开关534使得电源电压45被馈送到驱动逆变器532。行驱动器41通过行选择线42和驱动线43输出低或高信号。例如，当驱动线43连接到逆变器535的输入并且行驱动器41向行选择线42输出高信号时，也通过驱动线43输出高信号。

行驱动器41通过行选择线42依序输出用于选择计数器和计数器的比特的信号。选择计数器意味着向驱动逆变器532输出在计数器中存储的计数结果。因此，在通过行选择线42在输出用于选择计数器的信号的同时，通过驱动线43输出高信号以便不将电源电压45连接到驱动逆变器532的输入节点。换句话说，当通过驱动线43输出高信号时，在电源电压45和驱动逆变器532之间的开关被关断，使得不将电源电压45连接到驱动逆变器532的输入节点。

图6是根据本发明的另一个实施例的在图2的光子计数检测器11中的读出电路的电路图。参见图6，根据本实施例的读出电路包括积分器61、比较器单元62、计数器单元63、信号处理单元64、多个与非门651至653和驱动逆变器671。

积分器61累积从传感器21接收的电信号，并且向在比较器单元62中的多个比较器621至623输出累积的电信号。

比较器单元62包括多个比较器621至623，该多个比较器621至623将累积的电信号与阈值作比较，并且比较结果。更具体地，比较器T621将累积的电信号与第一阈值作比较，并且向信号处理单元64输出结果。比较器A622将累积的电信号与第二阈值作比较，并且向信号处理单元64和计数器A631输出结果。比较器B623将累积的电信号与第三阈值作比较，并且向信号处理单元64和计数器B632输出结果。虽然图6示出比较器单元62包括三个比较器621至623，但是比较器的数量可以随着光子的能量电平的数量而改变。

信号处理单元64使用比较器T621来确定是否从光子或因为噪声产生累积的电信号。当比较器T621在比较器A622和比较器B623输出低信号的同时输出高信号时，信号处理单元64确定没有从光子产生累积的电信号，并且初始化积分器61。

计数器单元63包括多个计数器631和632。计数器A631和计数器B632计数从比较器622和623输出的信号。例如，计数器631和632可以是N比特计数器。在该情况下，计数器A631和计数器B632的每一个可以计数从0至2N的光子。

计数器631和632的每一个耦合到与非门651至653。虽然图6示出计数器A631连接到与非门651至653和驱动逆变器671，但是计数器B632也连接到单独的与非门和驱动逆变器。

虽然图6示出计数器A631连接到三个与非门651至653，但是可以根据计数器A631的类型来确定与非门的数量。当计数器A631是如上所述的N比特计数器时，与非门的数量可以是N。

计数器A631的比特和经由行选择线42输入的信号被馈送到与非门651至653的输入端。通过行选择线42输入的信号用于控制分别耦合到与非门651至653的输出端的控制开关661至663。因此，当行驱动器41通过行选择线42选择与非门651至653之一时，闭合连接到所选择的与非门651、652或653的输出端的开关。当向所选择的与非门651、652或653输入的计数器A631的比特是0（低）时，与非门651、652或653输出高信号。当向所选择的与非门651、652或653输入的计数器A631的比特是1（高）时，与非门651、652或653输出低信号。所输出的高或低信号被馈送到驱动逆变器671。

当通过行选择线42依序输出用于选择与非门651至653的信号时，行驱动器41通过驱动线43输出高信号。因为行驱动器41通过驱动线43输出高信号时，所以不向驱动逆变器671的输入节点供应电源电压VDD45，并且闭合连接到驱动逆变器671的输出端的开关672。因此，从与非门651至653输出的信号穿过驱动逆变器671，并且被依序输出到列线44。

在完成选择连接到计数器A631的与非门651至653后，行驱动器41输出用于选择耦合到计数器B632的与非门（未示出）的信号。在输出用于选择耦合到计数器B632的与非门的信号的同时，行驱动器41通过驱动线43输出行信号，使得电源电压VDD45被供应到连接到计数器A631的驱动逆变器671。因此，自电源电压VDD45被供应到驱动逆变器671的输入节点起驱动逆变器671不浮置，甚至在不输出在计数器A631中存储的计数的结果时也是如此。

图7是用于说明在图6中的开关661至663、672和674的操作的图。图7是图示开关661至663、672和674的通断操作。开关661至663耦合到与非门651至653，并且开关672和674分别耦合到电源电压VDD45和驱动逆变器671的输出端。

第一间隔71指的是其间驱动逆变器671不运行的时间间隔。换句话说，在第一间隔期间，模拟电路51和数字电路52运行，并且计数光子。此时，闭合开关674，并且电源电压VDD45被馈送到驱动逆变器671内。

第二间隔72指的是当在计数器A631中存储的计数的结果被输出时的时间间隔。在第二间隔期间，依序闭合开关661至663，并且闭合开关672使得计数的结果通过驱动逆变器671被输出到列线44。相反，打开开关674，因此电源电压VDD45不被输出到驱动逆变器671。

第三间隔73指的是在全部输出在计数器A631中存储的计数结果后出现的时间间隔。在第三间隔73期间，输出在除了计数器A631之外的计数器中存储的计数的结果。此时，闭合开关674，并且向驱动逆变器671输入电源电压VDD45。

在第一和第三间隔71和73期间，驱动逆变器671不运行。换句话说，在计数器A631中存储的计数的结果在第一和第三间隔71和73不输出到驱动逆变器671。因此，因为驱动逆变器671的输入节点必须被保持为低或高，所以闭合开关674，使得驱动逆变器671的输入节点被保持在高电平。

虽然已经具体示出和描述了示例实施例，但是本领域内的普通技术人员应当明白，在不偏离由所附的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在本发明中进行在形式和细节上的各种改变。因此，应当仅在说明性意义上而不是为了限制的目的来考虑在此所述的示例性实施例。本发明的范围不由对本发明的详细说明来限定，而是由所附权利要求来限定，并且，在所附权利要求及其等同内容的范围内的所有差别被解释为包括在本发明中。

Claims (15)

1.一种用于向列线输出根据能量电平来分类和计数光子的结果的驱动器电路，所述电路包括：

复用器，用于从计数器接收所述结果；

驱动逆变器，用于从所述复用器和电源接收信号；以及，

在所述电源和所述驱动逆变器的输入端之间连接的第一开关。

2.根据权利要求1所述的电路，还包括：连接到所述驱动逆变器的输出端的第二开关。

3.根据权利要求1所述的电路，还包括：用于输出用于控制所述第一开关的信号的逆变器。

4.根据权利要求3所述的电路，还包括：连接到所述驱动逆变器的所述输出端的第二开关，

其中，所述驱动逆变器的所述输入端连接到驱动线，其中用于控制所述第二开关的信号被输入到所述驱动线。

5.根据权利要求1所述的电路，其中，所述复用器包括：多个与非门，用于接收所述计数器的比特信号。

6.根据权利要求5所述的电路，其中，所述复用器具有分别连接到所述与非门的输出端的第三开关。

7.根据权利要求6所述的电路，其中，所述计数器的每一个比特信号和用于控制所述第三开关的信号被馈送到所述与非门的输入端。

8.根据权利要求6所述的电路，其中，所述第三开关连接在所述与非门和所述驱动逆变器的所述输入端之间。

9.根据权利要求1所述的电路，其中，在所述复用器正在运行时关断所述第一开关。

10.根据权利要求1所述的电路，其中，在所述复用器未运行时接通所述第一开关。

11.一种读出电路，包括：

模拟电路，用于根据入射在传感器上的光子的能量电平来分类所述光子；数字电路，用于基于从所述模拟电路接收的信号来计数所述光子；以及，驱动器电路，用于向列线输出在所述数字电路中存储的所述计数的结果，其中，所述驱动器电路在与所述模拟电路或数字电路不同的时间运行。

12.根据权利要求11所述的电路，其中，所述驱动器电路包括驱动逆变器，并且

其中，所述驱动逆变器与所述模拟电路或数字电路电隔离。

13.根据权利要求12所述的电路，其中，在所述模拟电路或数字电路正在运行时，在所述驱动逆变器的输入节点处保持恒定电压。

14.根据权利要求11所述的电路，其中，所述驱动器电路包括与在所述数字电路中的计数器对应的驱动逆变器，并且

其中，所述驱动逆变器在彼此不同的时间运行。

15.根据权利要求14所述的电路，其中，在所述驱动逆变器之一正在运行时，在剩余的驱动逆变器的输入节点处保持恒定的电压。

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