CN105662443A - 内触发电路及适用于脉冲透视下的x射线同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种内触发电路及适用于脉冲透视下的X射线同步方法，包括：光信号采集模块；电流转电压模块；采样模块；以及内触发信号产生模块。获取内触发信号；设定采集触发信号，使X射线的曝光窗口落在采集触发窗口内；未检测到采集触发信号时，以设定频率自采集；在采集的过程中检测到采集触发起始信号则停止当前采集,检测到采集触发结束信号则延时采集。本发明解决了动态平板与高压发生器连接时需要硬件物理连接的问题，减少了安装，适用于不同类型的高压发生器；同时，改善了单次触发，依靠X射线的触发计算帧率，设置前延迟和后延迟，保证曝光窗口落在采集触发窗口内，避免了超前和拖尾，适用于动态平板升级市场。
Description
技术领域
本发明涉及平板探测领域，特别是涉及一种内触发电路及适用于脉冲透视下的X射线同步方法。
背景技术
高压发生器球管和X射线平板探测器分别作为发射源和接收面，是X射线影像系统的核心部件。X射线发射前平板需要做好清除暗电流等准备，出线过程中平板需等待光生电荷积累避免边曝光边采集出现的伪影，曝光结束后平板需要及时采集透射图像避免漏电流等影响，因此高压发生器球管和X射线平板探测器的同步是X射线影像系统集成的首要问题。
按照X射线出线和平板探测器采集的频率，可分为突发式单次点片，连续透视和周期脉冲透视。
突发式单次点片被广泛应用于静态平板探测器拍片，例如普通放射DR，乳腺摄影mammography，如图1所示，其特点是两次曝光之间的时间间隔不固定，且通常时间间隔大于2s。
连续透视在传统的C型臂X射线影像系统被应用，如图2所示，其特点是X射线持续出线(可长达几十秒)，平板探测器按照固定帧率采集，两者无同步关系。
周期型脉冲透视，提供了高压发生器的瞬时功率，可以提高单帧图像质量并减少累计剂量，在新型X射线影像系统大量推广，如图3所示，其特点是曝光是周期型的，并且时间间隔较短通常在20ms到1s之间，曝光结束后平板探测器进行采集读出。
周期型脉冲透视－X射线影像系统基本都采用光耦或继电器的syncin(同步输入)和syncout(同步输出)物理方式连接实现曝光外触发。如图4所示为syncin物理连接方式，高压发生器1中，第一采样请求信号FrameReq_In作用于MOS管M1，并通过限流电阻R1输入到平板探测器2中与电阻R2、二极管D1、电源形成光耦OC1通断回路，检测到光耦OC1输出端上升沿后平板使能信号FPD_enable起效。如图5所示为syncin物理连接方式的工作原理，第一采样请求信号FrameReq_In起效，检测到光耦OC1输出端上升沿后平板使能信号FPD_enable起效，在FPD_enable窗口结束后，采集动作Accquire起效,X射线曝光信号落在FPD_enable窗口内,FPD_enable窗口保持时间由软件设置。如图6所示为syncout物理连接方式，平板探测器2中第二采样请求信号FrameReq_Out作用于MOS管M2，MOS管M2的一端通过电阻R4连接至电源，另一端通过电阻R3连接至高压发生器1，高压发生器1中的光耦OC2将通断信号转化为高压发生器1的电平信号，以使高压发生器1产生X射线进行曝光，同时平板探测器2开始工作，在曝光结束后采集图像。如图7所示为syncout物理连接方式的工作原理，第二采样请求信号FrameReq_Out起效，同时FPD_enable窗口起效，在FPD_enable窗口结束后，采集动作Accquire起效,X射线曝光信号落在FPD_enable窗口内,FPD_enable窗口保持时间由软件设置。对于高压发生器外部接口定义和电路不清的情况，系统集成无法进行，也就无法实现外触发。
因此，如何解决动态平板与高压发生器需要硬件物理连接这一局限性问题已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种内触发电路及适用于脉冲透视下的X射线同步方法，用于解决现有技术中动态平板与高压发生器连接时需要硬件物理连接的局限性问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种内触发电路，所述内触发电路包括：
光信号采集模块，用于采集X射线曝光后产生的光信号，并转化为电流；
电流转电压模块，连接于所述光信号采集模块的输出端，用于将所述光信号采集模块输出的电流转化为电压信号；
采样模块，连接于所述电流转电压模块的输出端，用于对所述电流转电压模块输出的电压信号进行采样；
内触发信号产生模块，连接于所述采样模块的输出端，将所述采样模块输出的采样信号与阈值进行比较，当所述采样信号的幅值大于所述阈值时，所述内触发信号起效，当所述采样信号的幅值小于所述阈值时，所述内触发信号失效。
优选地，所述光信号采集模块包括多个并联的光电二极管。
优选地，所述电流转电压模块包括跨阻放大器以及单端转差分放大器。
优选地，所述采样模块为模数转换器。
优选地，所述阈值为设定值或预先采集的暗场平均值。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种适用于脉冲透视下的X射线同步方法，所述适用于脉冲透视下的X射线同步方法至少包括：
对X射线曝光后产生的光信号检测，将所述光信号转化为电压信号，对所述电压信号采样，并将采样值与阈值比较以得到内触发信号，当所述采样值大于所述阈值时，所述内触发信号起效，当所述采样值小于所述阈值时，所述内触发信号失效；
根据所述内触发信号的帧率设定采集触发信号，使X射线的曝光窗口落在所述采集触发信号的窗口内；
在未检测到所述采集触发信号时，平板探测器以设定频率自采集；
若在采集的过程中检测到所述采集触发信号起效，则立即停止采集，等待所述采集触发信号失效后，再从下一帧的第一行开始采集；
若在两次采集之间检测到所述采集触发信号起效，则在所述采集触发信号失效后开始采集。
优选地，设定所述采集触发信号的具体方法如下：
计算所述内触发信号的帧率，根据所述内触发信号的帧率设定所述采集触发信号的周期，初始阶段所述采集触发信号的相位与所述内触发信号一致，最早从第三帧开始在原采集触发信号的窗口前加上前延迟，在原采集触发信号的窗口后加上后延迟，所述采集触发信号的下降沿触发采集信号。
优选地，所述前延迟及所述后延迟设定为1ms～5ms。
优选地，所述采集触发信号的容差不超出周期的±25％，当超出所述采集触发信号的容差时，当前采集触发信号被取消，下一采集触发信号的相位与所述内触发信号重新对齐。
优选地，所述阈值为设定值或预先采集的暗场平均值。
如上所述，本发明的内触发电路及适用于脉冲透视下的X射线同步方法，具有以下有益效果：
本发明解决了动态平板与高压发生器连接时需要硬件物理连接的问题，避免了法规上硬件改动所带来的风险，以及部分型号高压发生器外部接口定义和电路不清而无法连接实现外触发的问题，减少了安装，适用于不同类型的高压发生器；同时，改善了单次触发，依靠X射线的触发计算帧率，设置前延迟和后延迟，保证曝光窗口落在采集触发窗口内，避免了超前和拖尾，适用于动态平板升级市场。
附图说明
图1显示为现有技术中的突发式单次点片曝光采集的原理示意图。
图2显示为现有技术中的连续透视曝光采集的原理示意图。
图3显示为现有技术中的周期型脉冲透视曝光采集的原理示意图。
图4显示为现有技术中的syncin物理连接的示意图。
图5显示为现有技术中的syncin物理连接的工作原理示意图。
图6显示为现有技术中的syncout物理连接的示意图。
图7显示为现有技术中的syncout物理连接的工作原理示意图。
图8显示为本发明的内触发电路示意图。
图9显示为本发明的适用于脉冲透视下的X射线同步方法的流程示意图。
图10显示为本发明的内触发信号产生原理示意图。
图11显示为本发明的适用于脉冲透视下的X射线同步方法的原理示意图。
元件标号说明
1高压发生器
2平板探测器
3内触发电路
31光信号采集模块
32电流转电压模块
33采样模块
34内触发信号产生模块
S1～S5步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图8～图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图8所示，本发明提供一种内触发电路3，所述内触发电路3包括：光信号采集模块31，电流转电压模块32，采样模块33，以及内触发信号产生模块34。
所述光信号采集模块31用于采集X射线曝光后产生的光信号，并转化为电流。
具体地，如图8所示，所述光信号采集模块31包括多个并联的光电二极管，在本实施例中，所述光信号采集模块31包括两路并行的光电二极管组，以此提高检测的准确性，单路光电二极管组同样可实现光信号的采集，不以本实施例为限。
所述电流转电压模块32连接于所述光信号采集模块31的输出端，用于将所述光信号采集模块31输出的电流转化为电压信号。
具体地，如图8所示，所述电流转电压模块32包括跨阻放大器321以及单端转差分放大器322，所述跨阻放大器321用于将所述光信号采集模块31输出的电流转化为电压，所述单端转差分放大器322用于对所述跨阻放大器321输出的信号进行匹配。在本实施例中，包括两组并行的跨阻放大器321和单端转差分放大器322，用于实现两路光电二极管组输出信号的转换及放大。
所述采样模块33连接于所述电流转电压模块32的输出端，用于对所述电流转电压模块32输出的电压信号进行采样。
如图8所示，在本实施例中，所述采样模块33为双通道模数转换器，其输入端分别接收一路模拟信号，并将该模拟信号采样量化。
所述内触发信号产生模块34连接于所述采样模块33的输出端，将所述采样模块33输出的采样信号与阈值进行比较，当所述采样信号的幅值大于所述阈值时，所述内触发信号起效，当所述采样信号的幅值小于所述阈值时，所述内触发信号失效。
如图8所示，所述内触发信号产生模块34为微处理器，所述阈值为设定值或预先采集的暗场平均值，在本实施例中，所述阈值为设定值，本领域的技术人员可基于自身考量，自由设定所述阈值的数值。
如图9～图11所示，本发明还提供一种适用于脉冲透视下的X射线同步方法，所述适用于脉冲透视下的X射线同步方法至少包括：
步骤S1：对X射线曝光后产生的光信号RealXRAY检测，将所述光信号RealXRAY转化为电压信号，对所述电压信号采样，并将采样值与阈值比较以得到内触发信号Innertrigger，当所述采样值大于所述阈值时，所述内触发信号Innertrigger起效，当所述采样值小于所述阈值时，所述内触发信号Innertrigger失效。
具体地，可基于所述内触发电路3获取内触发信号Innertrigger。
步骤S11：基于所述光信号采集模块31采集X射线曝光后产生的光信号RealXRAY，并转化为电流。
步骤S12：基于所述电流转电压模块32将电流转化为电压信号并进行放大处理，如图8所示，所述电压信号为以模拟信号，随着检测到的光信号的亮度升高，所述电压信号的幅值逐渐增大，随着曝光的结束，所述电压信号的幅值减小。
步骤S13：基于所述采样模块33对所述电压信号进行采样，如图10所示，以设定频率对所述电压信号采样以在不同时间点获取不同的采样值。
步骤S14：基于所述内触发信号产生模块34将所述采样值与所述阈值进行比较以获得内触发信号Innertrigger，所述阈值为设定值或预先采集的暗场平均值，如图10所示，当所述采样值小于所述阈值时，所述内触发信号Innertrigger失效，当所述采样值大于所述阈值时，所述内触发信号Innertrigger起效，以此确定所述内触发信号Innertrigger的脉冲的起始时刻t0和结束时间t1，即上升沿和下降沿到来的时刻。所述内触发信号Innertrigger起效则认为曝光开始，所述内触发信号Innertrigger失效则认为曝光结束。
步骤S2：根据所述内触发信号Innertrigger的帧率设定采集触发信号Expoure_enable，使X射线的曝光窗口落在所述采集触发信号Expoure_enable的窗口内。
具体地，根据已获取的内触发信号Innertrigger，计算所述内触发信号Innertrigger的帧率，其中，帧率为周期的倒数。根据所述内触发信号Innertrigger的帧率设定所述采集触发信号Expoure_enable的周期，如图11所示，初始阶段所述采集触发信号Expoure_enable的相位与所述内触发信号Innertrigger一致，最早从第三帧开始在原采集触发信号的窗口前加上前延迟，在原采集触发信号的窗口后加上后延迟，在本实施例中，所述采集触发信号Expoure_enable的第三帧的窗口上加上前延迟d1和后延迟d2，即所述采集触发信号Expoure_enable的第三帧比与之对应的内触发信号Innertrigger提前且延后，第四帧以后的采集触发信号Expoure_enable均跟随第三帧。在本实施例中，所述前延迟d1及所述后延迟d2设定为1ms～5ms。所述采集触发信号Expoure_enable的容差不超出周期的±25％，当超出所述采集触发信号Expoure_enable的容差时，当前采集触发信号Expoure_enable被取消，下一采集触发信号Expoure_enable的相位与所述内触发信号Innertrigger重新对齐，如图11所示，当所述内触发信号Innertrigger的第四帧在延时25％个周期后仍未到来，则所述采集触发信号Expoure_enable的第四帧不跟随第三帧，而是重新与所述内触发信号Innertrigger的第四帧对齐，在至少跟随所述内触发信号Innertrigger两帧后，再加上前延迟d1和后延迟d2，即第四帧和第五帧跟随所述内触发信号Innertrigger，第六帧比与之对应的内触发信号Innertrigger提前且延后。
如图11所示，至此，X射线曝光后，经过延时所述内触发信号Innertrigger输出内触发窗口，所述采集触发信号Expoure_enable的前两帧信号的相位与所述内触发信号Innertrigger对齐，第三帧开始采集触发窗口变宽，将X射线曝光窗口覆盖，由于超出容差范围，第四帧重新与所述内触发信号Innertrigger的相位对齐。在所述采集触发信号Expoure_enable的下降沿触发采集信号Accquire。
步骤S3：在未检测到所述采集触发信号Expoure_enable时，平板探测器以设定频率自采集。
具体地，如图11所示，在所述采集触发信号Expoure_enable未起效时，平板探测器以内部的设定频率自采集。在本实施例中，第一次采集及第二次采集以设定频率自采集。
步骤S4：若在采集的过程中检测到所述采集触发信号Expoure_enable起效，则立即停止采集，等待所述采集触发信号Expoure_enable失效后，再从下一帧的第一行开始采集。
具体地，如图11所示，在第三次采集的过程中，所述采集触发信号Expoure_enable起效，第三次采集未完成，立即停止，在所述采集触发窗口结束后，即所述采集触发信号Expoure_enable的下降沿触发第四次采集，且第四次采集从第一行开始完整采集。
步骤S5：若在两次采集之间检测到所述采集触发信号Expoure_enable起效，则在所述采集触发信号Expoure_enable失效后开始采集。
具体地，如图11所示，若下一次采集触发信号Expoure_enable迟迟未到，下一次采集也不执行，直到下一采集触发信号Expoure_enable的下降沿才开始采集，相当于延迟采集读出。
至此，平板探测器内部的采集读出操作由采集触发信号Expoure_enable控制，而X射线检测到的内触发窗口完全落入采集触发窗口内，在实现内触发的同时，完全避免曝光相对于采集的超前和拖尾。
如上所述，本发明的内触发电路及适用于脉冲透视下的X射线同步方法，具有以下有益效果：
本发明解决了动态平板与高压发生器连接时需要硬件物理连接的问题，避免了法规上硬件改动所带来的风险，以及部分型号高压发生器外部接口定义和电路不清而无法连接实现外触发的问题，减少了安装，适用于不同类型的高压发生器；同时，改善了单次触发，依靠X射线的触发计算帧率，设置前延迟和后延迟，保证曝光窗口落在采集触发窗口内，避免了超前和拖尾，适用于动态平板升级市场。
综上所述，本发明提供一种内触发电路，包括：用于采集X射线曝光后产生的光信号并转化为电流的光信号采集模块；用于将所述光信号采集模块输出的电流转化为电压信号的电流转电压模块；用于对所述电流转电压模块输出的电压信号进行采样的采样模块；将所述采样模块输出的采样信号与阈值进行比较并产生内触发信号的内触发信号产生模块。还提供一种适用于脉冲透视下的X射线同步方法，包括：对X射线曝光后产生的光信号检测，将所述光信号转化为电压信号，对所述电压信号采样，并将采样值与阈值比较以得到内触发信号，当所述采样值大于所述阈值时，所述内触发信号起效，当所述采样值小于所述阈值时，所述内触发信号失效；根据所述内触发信号的帧率设定采集触发信号，使X射线的曝光窗口落在所述采集触发信号的窗口内；在未检测到所述采集触发信号时，平板探测器以设定频率自采集；若在采集的过程中检测到所述采集触发信号起效，则立即停止采集，等待所述采集触发信号失效后，再从下一帧的第一行开始采集；若在两次采集之间检测到所述采集触发信号起效，则在所述采集触发信号失效后开始采集。本发明解决了动态平板与高压发生器连接时需要硬件物理连接的问题，避免了法规上硬件改动所带来的风险，以及部分型号高压发生器外部接口定义和电路不清而无法连接实现外触发的问题，减少了安装，适用于不同类型的高压发生器；同时，改善了单次触发，依靠X射线的触发计算帧率，设置前延迟和后延迟，保证曝光窗口落在采集触发窗口内，避免了超前和拖尾，适用于动态平板升级市场。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种内触发电路，适用于平板探测器，其特征在于，所述内触发电路包括：
光信号采集模块，用于采集X射线曝光后产生的光信号，并转化为电流；
电流转电压模块，连接于所述光信号采集模块的输出端，用于将所述光信号采集模块输出的电流转化为电压信号；
采样模块，连接于所述电流转电压模块的输出端，用于对所述电流转电压模块输出的电压信号进行采样；
内触发信号产生模块，连接于所述采样模块的输出端，将所述采样模块输出的采样信号与阈值进行比较，当所述采样信号的幅值大于所述阈值时，所述内触发信号起效，当所述采样信号的幅值小于所述阈值时，所述内触发信号失效。
2.根据权利要求1所述的内触发电路，其特征在于：所述光信号采集模块包括多个并联的光电二极管。
3.根据权利要求1所述的内触发电路，其特征在于：所述电流转电压模块包括跨阻放大器以及单端转差分放大器。
4.根据权利要求1所述的内触发电路，其特征在于：所述采样模块为模数转换器。
5.根据权利要求1所述的内触发电路，其特征在于：所述阈值为设定值或预先采集的暗场平均值。
6.一种适用于脉冲透视下的X射线同步方法，其特征在于，所述适用于脉冲透视下的X射线同步方法至少包括：
对X射线曝光后产生的光信号检测，将所述光信号转化为电压信号，对所述电压信号采样，并将采样值与阈值比较以得到内触发信号，当所述采样值大于所述阈值时，所述内触发信号起效，当所述采样值小于所述阈值时，所述内触发信号失效；
根据所述内触发信号的帧率设定采集触发信号，使X射线的曝光窗口落在所述采集触发信号的窗口内；
在未检测到所述采集触发信号时，平板探测器以设定频率自采集；
若在采集的过程中检测到所述采集触发信号起效，则立即停止采集，等待所述采集触发信号失效后，再从下一帧的第一行开始采集；
若在两次采集之间检测到所述采集触发信号起效，则在所述采集触发信号失效后开始采集。
7.根据权利要求6所述的适用于脉冲透视下的X射线同步方法，其特征在于：设定所述采集触发信号的具体方法如下：
计算所述内触发信号的帧率，根据所述内触发信号的帧率设定所述采集触发信号的周期，初始阶段所述采集触发信号的相位与所述内触发信号一致，最早从第三帧开始在原采集触发信号的窗口前加上前延迟，在原采集触发信号的窗口后加上后延迟，所述采集触发信号的下降沿触发采集信号。
8.根据权利要求7所述的适用于脉冲透视下的X射线同步方法，其特征在于：所述前延迟及所述后延迟设定为1ms～5ms。
9.根据权利要求7所述的适用于脉冲透视下的X射线同步方法，其特征在于：所述采集触发信号的容差不超出周期的±25％，当超出所述采集触发信号的容差时，当前采集触发信号被取消，下一采集触发信号的相位与所述内触发信号重新对齐。
10.根据权利要求6所述的适用于脉冲透视下的X射线同步方法，其特征在于：所述阈值为设定值或预先采集的暗场平均值。
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