CN107224293A - X射线图像检测系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种X射线图像检测系统及其控制方法。一电荷累积装置接收至少一个像素所产生的电流并将之转换为一电压信号。一切换装置具有一输入端、一第一输出端及一第二输出端，输入端连接至电荷累积装置，以接收电压信号。一比较装置连接至该第一输出端，依据电压信号的变化以产生一第一指示信号或一第二指示信号。一模拟至数字转换装置连接至第二输出端。当该第一指示信号产生时，该切换装置的该输入端与该第一输出端连接，当该第二指示信号产生时，该切换装置的该输入端与该第二输出端连接。

Description

X射线图像检测系统及其控制方法
技术领域
本发明关于感测的技术领域，尤指一种X射线图像检测系统及其控制方法。
背景技术
图1是一现有X射线成像系统100的示意图，该X射线成像系统100是由一X射线产生设备110和一X射线成像设备120构成。X射线产生设备110包括一X射线光源111、一用于控制X射线光源111的操作的光源控制单元112以及一照射开关113。该X射线成像设备120由一射线图像检测设备121、一支架122所构成。该射线图像检测设备121是由一荧光板与一X射线胶片组合而成。在X射线的医疗图像摄影中，通过使用X射线胶片曝光方式，将X射线图像直接记录于X射线胶片而进行显影，以记录病人的身体状况。
由于上述使用X射线胶片记录病人的身体状况并不符合数字化的需求，因此，才有提出如图2所示的另一现有X射线成像系统200，其使用一新的X射线成像设备210。在此X射线成像设备210中，一X射线平板探测器(X-ray flat panel detector，X-ray FPD)211取代使用X射线胶片的射线图像检测设备121，并由一控制装置212控制该X射线平板探测器211的成像过程。之后该控制装置212将病人的数字影像后传至一显示设备220。
图2的X射线成像系统200虽可符合影像数字化的需求，然而新的X射线成像设备210是后来才增加的，其与老旧的X射线产生设备110之间并无法同步。为了解决新的X射线成像设备210与老旧的X射线产生设备110之间的同步问题，一称为自动曝光探测(Automatic Exposure Detection，AED)被提出来。
图3是现有X射线平板探测器211的示意图，其包含一X射线图像检测器310、至少一积分器320、及一模拟至数字转换器(ADC)330。该X射线图像检测器310具有至少一个像素311，该至少一个像素所产生的电流量与入射的X射线的量相对应。为了要探测X射线产生设备110产生X射线，该X射线图像检测器310、该至少一积分器320、及该模拟至数字转换器330均处于工作状态。
图4是图3的X射线平板探测器的自动曝光探测(AED)的时序图。请一并参阅图2、图3及图4，在时间TA，当X射线产生设备110产生X射线后，该模拟至数字转换器330探测到A点的电压有明显的变化时(例如超过一门坎值)，产生一个信号通知该控制装置212，该控制装置212在极短时间内TB(例如1ms)，将原本该至少一个像素311上的电荷清除。然后，在时间TC的后，收集剩下的X光数据并产生影像。为了达到自动曝光探测(AED)的功能，目前的该模拟至数字转换器330必须随时处于工作状态，也就是高耗电的状态，无法满足节能的趋势，故现有X射线平板探测器仍有很大的改进空间。
发明内容
本发明的目的主要在于提供一X射线图像检测系统及其控制方法，其利用一比较装置持续监控并判断一X射线的照射是否已经开始，当判定X射线的照射已经开始，将一模拟至数字转换装置由睡眠模式唤醒以进入工作模式，从而节省模拟至数字转换装置的电源消耗，本发明技术尤其适用于可携式的X射线平板探测器(FPD)产品。
依据本发明的一特色，本发明提出一种X射线图像检测系统，包括一电荷累积装置、一切换装置、一比较装置、及一第一模拟至数字转换装置。该电荷累积装置用以接收至少一个像素所产生的电流，并将之转换为一电压信号。该切换装置具有一输入端、一第一输出端及一第二输出端，该输入端连接至该电荷累积装置，以接收该电压信号。该比较装置连接至该第一输出端，依据该电压信号的变化以产生一第一指示信号或一第二指示信号。该第一模拟至数字转换装置连接至该第二输出端；其中，当该第一指示信号产生时，该切换装置的该输入端与该第一输出端连接，当该第二指示信号产生时，该切换装置的该输入端与该第二输出端连接。
依据本发明的另一特色，本发明提出一种X射线图像检测方法，其运用于一X射线图像检测系统，该X射线图像检测系统包含一X射线图像检测器、一电荷累积装置、一比较装置、及一模拟至数字转换装置，该X射线图像检测器具有至少一个像素，该至少一个像素产生与入射的X射线的量相对应的电流量，该方法包含：该电荷累积装置接收该至少一个像素所产电流，并将之转换为一电压信号；该比较装置依据该电压信号的变化判断该X射线的照射是否已经开始，当X射线的照射尚未开始，该比较装置产生一第一指示信号，当X射线的照射已经开始，则该比较装置产生一第二指示信号。当该第一指示信号时产生，一第一电流流经该模拟至数字转换装置，当该第二指示信号产生，该模拟至数字转换装置将该电压信号转换成一数字信号，且一第二电流流经该模拟至数字转换装置，其中，该第一电流系大于等于零且小于该第二电流的一半。
附图说明
图1是一现有X射线成像系统的示意图；
图2是另一现有X射线成像系统的示意图；
图3是现有X射线平板探测器的示意图；
图4是图3的X射线平板探测器的自动曝光探测的时序图；
图5是本发明的一种X射线图像检测系统的示意图；
图6A是本发明比较装置的电路图；
图6B是本发明运算放大器的输入/输出特性的示意图；
图6C是本发明电压信号与开始指示信号的示意图；
图7A是本发明比较装置的另一电路图；
图7B是本发明比较装置的输入/输出特性的示意图；
图8是本发明比较装置的再一电路图；
图9是本发明的一种X射线图像检测方法的流程图。
【符号说明】
X射线成像系统100
X射线产生设备110 X射线成像设备120
X射线光源111 光源控制单元112
照射开关113 射线图像检测设备121
成像支架122
X射线成像系统200 X射线成像设备210
X射线平板探测器211 控制装置212
显示设备220
射线图像检测器310 积分器320
模拟至数字转换器330 像素311
X射线图像检测系统500
X射线图像检测器510 电荷累积装置520
切换装置530 比较装置540
模拟至数字转换装置550 控制装置560
像素511 开关组件513
运算放大器521 电容523
输入端531 第一输出端533
第二输出端535
运算放大器610
运算放大器710 第一电阻R1
第二电阻R2 滞点VTU、VTL
运算放大器810 第一取样器820
第二取样器830 第一电容840
第二电容850
具体实施方式
图5是本发明的一种X射线图像检测系统500的示意图，如图所示，该X射线图像检测系统500包括有一X射线图像检测器510、一电荷累积装置520、一切换装置530、一比较装置540、一模拟至数字转换装置550、及一控制装置560。
该X射线图像检测器510具有该至少一个像素511，像素511包含一对应的开关组件513。该至少一个像素511所产生的电流量与入射的X射线的量相对应。该开关组件513连接至该电荷累积装置520，以将该至少一个像素511所产生的电流传送至该电荷累积装置520。
该电荷累积装置520用以接收至少一个像素511所产生的电流，并将之转换为一电压信号VC。该电荷累积装置520包含一运算放大器521及一电容523。该运算放大器521的反相输入端(-)连接至该开关组件513、及该电容523的一端，该电容523的另一端连接至该运算放大器521的输出端，该运算放大器521的非反相输入端(+)连接至一低电位(gnd)。
该切换装置530具有一输入端531、一第一输出端533、及一第二输出端535，该输入端531连接至该电荷累积装置520，以接收该电压信号VC。
该比较装置540连接至该第一输出端533，依据该电压信号的变化以产生一第一指示信号Vind1或一第二指示信号Vind2。亦即，该比较装置540依据该电压信号VC的变化以判断该X射线的照射是否已经开始，在默认模式中，该切换装置530的该输入端531是与该第一输出端533连接，当X射线的照射尚未开始时，比较装置541会产生一第一指示信号Vind1(例如为低电位)，当X射线的照射开始时，比较装置540则产生一第二指示信号Vind2(例如为高电位)。
该控制装置560的输出端连接至该切换装置530，该控制装置560的输入端连接至该比较装置540及该模拟至数字转换装置550，其中，当该第一指示信号Vind1产生时，该切换装置530的该输入端531与该第一输出端533连接，当该第二指示信号Vind2产生时，该切换装置530的该输入端531与该第二输出端535连接。当该控制装置560接收到该第一指示信号Vind1时，该切换装置530的该输入端531与该第一输出端533连接，当该控制装置560接收到该第二指示信号Vind2产生时，其将该切换装置530的该输入端531与该第二输出端535连接，由于该模拟至数字转换装置550连接至该第二输出端535，可将该电压信号VC转换成一数字信号。
当该切换装置530的该输入端531与该第一输出端533连接时，一第一电流流经该模拟至数字转换装置550。而当该切换装置530的该输入端531与该第二输出端535连接时，一第二电流流经该模拟至数字转换装置550。其中，该第一电流大于等于零且小于该第二电流的一半。
本发明新增一个低功耗的比较装置540。在等待现有X射线产生设备110产生X射线时，该模拟至数字转换装置550处在睡眠模式。当X射线产生设备110产生X射线时，该至少一个像素511会因为X射线的照光而产生的电流，该电流量对应于入射的X射线的量。该至少一个像素511所产生的电流会对电容523充电，因此该运算放大器521的输出端会产生该电压信号VC。该比较装置540依据该电压信号VC的变化可判断该X射线的照射是否已经开始。当该比较装置540判定该X射线的照射已经开始时，则产生一第二指示信号Vind2。当该控制装置560接收到该第二指示信号Vind2产生时，表示X射线产生设备110产生X射线，该控制装置560将该切换装置530的该输入端531与该第二输出端535连接，同时将该模拟至数字转换装置550由睡眠模式中唤醒，以进入工作模式。此时，该模拟至数字转换装置550所消耗第二电流会远大于该模拟至数字转换装置550所消耗第一电流，相较于现有技术中，模拟至数字转换装置550需常态性的消耗第二电流以探测随时可能入射的X光，本发明的设计可达到省电的目的。
在一实施例中，该比较装置系540可以是一低阶模拟至数字转换器，且该低阶模拟至数字转换器的分辨率低于该模拟至数字转换装置550的分辨率。该模拟至数字转换装置550主要是将该至少一个像素511所产生的电流转换成数字信号，以构成病人的X射线影像数据，因此该模拟至数字转换装置550的分辨率优选为16位，或是16位以上。而该低阶模拟至数字转换器只是要产生该第一指示信号Vind1或该第二指示信号Vind2，因此可使用较低分辨率的模拟至数字转换器，其分辨率可为6位或是8位即可。从而亦可达到省电的目的。
图6A是本发明比较装置540的电路图。如图6A所示，该比较装置540例如为一运算放大器610，且该运算放大器610的非反相输入端(+)连接至该切换装置530的该第一输出端533，其反相输入端(-)连接至一门坎电压Vthd。图6B是本发明运算放大器610的输入/输出特性的示意图。如图6B所示，当该电压信号VC大于该门坎电压Vthd，该运算放大器610产生该第二指示信号Vind2。图6C是本发明电压信号VC与第一指示信号Vind1及第二指示信号Vind2的示意图。如图6C所示，当该电压信号VC大于该门坎电压Vthd时，该运算放大器610产生该第二指示信号Vind2。如图6C所示，当电压信号VC尚未大于该门坎电压Vthd时，该运算放大器610产生该第一指示信号Vind1(或是另一电压位准VL)。于其他实施例中，该第二指示信号Vind2可为一上升边缘(rising edge)、该第一指示信号Vind1可为一下降边缘(falling edge)，该控制装置560的相对电路修改为边缘触发(edge trigger)即可达成本发明的功效，例如将该控制装置560中的一中断控制器(interrupt controller)由位准触发(level trigger)改为边缘触发(edge trigger)即可。此种修改是本领域技术人员基于本发明的内容所能完成，故不予赘述。
图7A是本发明比较装置540的另一电路图。如图7A所示，该比较装置540包含一运算放大器710、一第一电阻(R1)及一第二电阻(R2)。且该运算放大器710的一反相输入端(-)连接至该切换装置530的该第一输出端533，该第一电阻(R1)的一端连接至一参考电压Vref，其另一端连接至该运算放大器710的一非反相输入端(+)及该第二电阻(R2)的一端，该第二电阻(R2)的另一端连接至该运算放大器710的一输出端。
图7B是本发明比较装置540的输入/输出特性的示意图。如图7B所示，该比较装置540的输入输出关系中具有两迟滞点VTU、VTL。从而可避免图6C中的该运算放大器610的输出在第一指示信号Vindl与第二指示信号Vind2之间频繁切换的情形。图7B中的输入/输出特性与图6B稍有所不同，当Vin大于迟滞点VTU的后，输出电压为VL以作为第二指示信号Vind2，当Vin小于迟滞点VTL之后，输出电压为VH以作为第一指示信号Vindl。此时，第一指示信号Vindl与第二指示信号Vind2的电压大小刚好与图6中第一指示信号Vindl与第二指示信号Vind2的电压大小相反，然而只需修改该控制装置560中的相对电路也可达成本发明的功效，此种修改是本领域技术人员基于本发明的内容所能完成，故不予赘述。
图8是本发明比较装置540的再一电路图。如图8所示，该比较装置540包含一运算放大器810、一第一取样器820、一第二取样器830、一第一电容840、及一第二电容850。该第一取样器820的一端连接至该切换装置530的该第一输出端533，其另一端连接至该第一电容840的一端及该运算放大器810的反相输入端(-)。该第一取样器820的一控制端连接至该控制装置560。该第一电容840的另一端连接至一低电位(gnd)。该第二取样器830的一端连接至该切换装置530的该第一输出端533，其另一端连接至该第二电容850的一端及该运算放大器810的非反相输入端(+)，该第二取样器830的一控制端连接至该控制装置560，该第二电容850的另一端连接至该低电位(gnd)。
该控制装置560控制该第一取样器820及该第二取样器830，使该第一取样器820及该第二取样器830的取样时间非重迭(non-overlap)，且前后连续。当开始有X射线照光时，由于该第一取样器820及该第二取样器830的取样时间非重迭，该第一取样器820与该第二取样器830的取样时间不同，有一定时间差距，因此该第一取样器820所取样的电压VX与该第二取样器820所取样的电压Vy会有所不同，该运算放大器810即可据此产生该第一指示信号Vind1或该第二指示信号Vind2。
图9是本发明一种X射线图像检测方法的流程图，其运用于一X射线图像检测系统500，该X射线图像检测系统500包含一X射线图像检测器510、一电荷累积装置520、一比较装置540、及一模拟至数字转换装置550。该X射线图像检测器510具有至少一个像素511，该至少一个像素511产生与入射的X射线的量相对应的电流量。首先于步骤910中，该电荷累积装置520接收该至少一个像素511所产生的电流，并将之转换为一电压信号VC。于步骤920中，该比较装置540依据该电压信号VC的变化来判断该X射线的照射是否已经开始。当X射线的照射尚未开始，该比较装置540并产生一第一指示信号Vind1，当X射线的照射已经开始，则该比较装置540产生一第二指示信号Vind2。于步骤930中，当该第一指示信号Vind1时产生，一第一电流流经该模拟至数字转换装置550，当该第二指示信号Vind2产生，该模拟至数字转换装置550将该电压信号转换成一数字信号，且一第二电流流经该模拟至数字转换装置550；，该第一电流大于等于零且小于于该第二电流的一半。
由上述说明可知，当在该输入端531与该第一输出端533连接的第一时段中，该比较装置540持续监控该电压信号VC的变化，以判断该X射线的照射是否已经开始，而该模拟至数字转换装置550则处于睡眠模式，以节省电源消耗。当没有X射线的照射时，该第一时段将会持续下去。当有X射线的照射时，在该输入端531与该第二输出端535连接的第二时段中，该模拟至数字转换装置550处于工作模式，以将该至少一个像素511所产的电流转换成数字信号，以形成病人的X射线影像数据。当获取病人的X射线影像数据后，该控制装置560则将该输入端531与该第一输出端533连接、并让该模拟至数字转换装置550进入睡眠模式。相较于第一时段，该第二时段相对很短暂，而第一时段则是相当的长，因此本发明可非常有效地节省电源。
于便携式的X射线平板探测器(FPD)应用中，耗电量是非常重要的考虑。一般便携式的X射线平板探测器(FPD)产品为了与X射线产生设备的间进行同步，因此自动曝光探测(AED)是必备的功能，故而现有便携式的X射线平板探测器(FPD)的电池在使用几小时候就会没电，造成了医生使用的不便。相较之下，本发明技术可节省大量电源消耗，尤其适合在便携式的X射线平板探测器(FPD)。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (10)

1.一种X射线图像检测系统，其特征在于，包括：
一电荷累积装置，用以接收至少一个像素所产生的电流，并将之转换为一电压信号；
一切换装置，具有一输入端及、一第一输出端及一第二输出端，该输入端连接至该电荷累积装置，以接收该电压信号；
一比较装置，连接至该第一输出端，依据该电压信号的变化以产生一第一指示信号或一第二指示信号；以及
一第一模拟至数字转换装置，连接至该第二输出端；
其中，当该第一指示信号产生时，该切换装置的该输入端与该第一输出端连接，当该第二指示信号产生时，该切换装置的该输入端与该第二输出端连接。
2.如权利要求1所述的X射线图像检测系统，其特征在于，其中，当该切换装置的该输入端与该第一输出端连接时，一第一电流流经该模拟至数字转换装置，当该切换装置的该输入端与该第二输出端连接时，一第二电流流经该模拟至数字转换装置，该第一电流大于等于零且小于该第二电流的一半。
3.如权利要求1所述的X射线图像检测系统，其特征在于，其还包含：
一X射线图像检测器，具有至少一个像素，该像素包含一开关组件，该至少一个像素所产生的电流量与入射的X射线的量相对应，该开关组件连接至该电荷累积装置，以将该像素所产生的电流传送至该电荷累积装置；以及
一控制装置，连接至该切换装置、该比较装置、及该模拟至数字转换装置，其中，当该控制装置接收到该第一指示信号时，其将该切换装置的该输入端与该第一输出端连接，当该控制装置接收到该第二指示信号产生时，其将该切换装置的该输入端与该第二输出端连接。
4.如权利要求1所述的X射线图像检测系统，其特征在于，其中，该比较装置为一第二模拟至数字转换器，且该第二模拟至数字转换器的分辨率低于该第一模拟至数字转换装置的分辨率。
5.如权利要求1所述的X射线图像检测系统，其特征在于，其中，该比较装置为一运算放大器，且该运算放大器的一非反相输入端连接至该切换装置的该第一输出端，其一反相输入端连接至一门坎电压，当该电压信号大于该门坎电压，该运算放大器产生该第二指示信号。
6.如权利要求1所述的X射线图像检测系统，其特征在于，其中，该比较装置包含一运算放大器、一第一电阻(R1)及一第二电阻(R2)，且该运算放大器的一反相输入端连接至该切换装置的该第一输出端，该第一电阻的一端连接至一参考电压，其另一端连接至该运算放大器的一非反相输入端及该第二电阻的一端，该第二电阻的另一端连接至该运算放大器的一输出端。
7.如权利要求6所述的X射线图像检测系统，其特征在于，其中，该比较装置的输入输出关系中具有两迟滞点。
8.如权利要求3所述的X射线图像检测系统，其特征在于，其中，该比较装置包含一运算放大器、一第一取样器、一第二取样器、一第一电容、一第二电容，该第一取样器的一端连接至该切换装置的该第一输出端，其另一端连接至该第一电容的一端及该运算放大器的反相输入端，该第一取样器的一控制端连接至该控制装置，该第一电容的另一端连接至一低电位，该第二取样器的一端连接至该切换装置的该第一输出端，其另一端连接至该第二电容的一端及该运算放大器的非反相输入端，该第二取样器的一控制端连接至该控制装置，该第二电容的另一端连接至该低电位。
9.如权利要求8所述的X射线图像检测系统，其特征在于，其中，该控制装置控制该第一取样器及该第二取样器，使该第一取样器及该第二取样器的取样时间非重迭。
10.一种X射线图像检测方法，其特征在于，其系运用于一X射线图像检测系统，该X射线图像检测系统包含一X射线图像检测器、一电荷累积装置、一比较装置、及一模拟至数字转换装置，该X射线图像检测器具有至少一个像素，该至少一个像素产生与入射的X射线的量相对应的电流量，该方法包含：
该电荷累积装置接收该至少一个像素所产生的电流，并将之转换为一电压信号；
该比较装置依据该电压信号的变化判断该X射线的照射是否已经开始，当X射线的照射尚未开始，该比较装置产生一第一指示信号，当X射线的照射已经开始，则该比较装置产生一第二指示信号；
当该第一指示信号时产生，一第一电流流经该模拟至数字转换装置，当该第二指示信号产生，该模拟至数字转换装置将该电压信号转换成一数字信号，且一第二电流流经该模拟至数字转换装置，
其中，该第一电流系大于等于零且小于该第二电流的一半。
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