CN108110014A - X射线图像传感器、平板探测器及其图像曝光采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种X射线图像传感器、平板探测器及其图像曝光采集方法，其中，所述X射线图像传感器至少包括：传感器面板；位于所述传感器面板上的由m×n个尺寸大小均等的像素元组成的像素阵列；所述像素元至少包括：用于对有用信号进行光电转换的信号像素，以及与所述信号像素相互间隔的用于对高压曝光信号进行检测的检测像素，其中，m、n均为大于等于1的自然数；以及位于所述传感器面板上的m条第一行扫描线、m条第二行扫描线、n条第一列读出线和n条第二列读出线。本发明对X射线传感器与平板探测器做了改进和优化，可以实现X射线曝光自动检测、采集触发的功能，无需设置额外的X射线曝光检测传感器和高增益电路。

Description

X射线图像传感器、平板探测器及其图像曝光采集方法
技术领域
本发明涉及探测器技术领域，特别是涉及一种X射线图像传感器、平板探测器及其图像曝光采集方法。
背景技术
数字化X射线摄影(Digital Radiography，简称DR)，是上世纪90年代发展起来的X射线摄影新技术，以其更快的成像速度、更便捷的操作、更高的成像分辨率等显著优点，成为数字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认可。DR的技术核心是平板探测器，平板探测器是一种精密且贵重的设备，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。在DR系统中，高压发生器和球管控制X射线的输出，X射线穿过物体并发生衰减，衰减后的X射线经过平板探测器后转变为可见光后，并经过光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器(Analog/Digital Converter，ADC)转为数字信号，输入到计算机处理。
非晶硅X射线平板探测器的主要结构包括：X射线入射面(通常选取碳板材质)、闪烁体、X射线图像传感器、外围信号积分读取电路、结构外壳等几部分。X射线平板探测器的成像过程需要经历“X射线”到“可见光”再到“电子”的转化过程。在图像拍摄过程中，X射线首先会入射到X射线图形传感器上表面的光电转化层，即闪烁体层，闪烁体一般选材碘化铯或硫氧化钆，在X射线的照射下，闪烁体层可以将入射的X射线转化为可见光，可见光激发X射线传感器上的PD光电二极管产生光生电子，随后通过外围积分放大电路将光生电子积分读出，转化成电路上比较容易处理的电压信号，再将该电压信号通过模数转换器转换为量化的数字信号通过数据接口发送至上位机，至此整个光电信号转换与读出工作完成。在上位机上得到的就是带有诊断信息的经过数字量化的数字图像，由于是数字图像，可以很容易的进行各种数字图像处理。
常规的X射线图像传感器设计，如图1所示，是由尺寸大小均等的像素阵列组成，成像区域每一像素元由具有光敏特性的非晶硅光电二极管1及TFT开关管2组成。其中行扫描线3控制TFT开关管2的导通与截止，列读出线4配合行扫描线3完成非晶硅光电二极管1存储光电荷的转移。位于同一行所有像素元的行扫描线3共用一条，当该条行扫描线3打开时，位于该行的所有TFT开关管2被打开，此时所有列读出线4将该行所有光电二极管1中存储的光电荷积分读出，完成一次光电信号的转移，通过分时选通功能，依次顺序打开所有行扫描线3，打开每条行扫描线3的同时，外围信号积分读取电路配合读出当前打开行扫描线3所对应的所有列信号，由此构成了一副完整的采集图像。
非晶硅平板探测器的外围电路主要由时序控制器、行驱动电路、读出电路、A/D转换电路，通信及控制电路组成，如图2所示(图中未全部示出)。在时序控制器的统一指挥下行驱动电路将像素元的电荷逐行检出，然后积分转化成电压信号，电压信号经过A/D转换电路转换为相应的数字信号，该数字信号对应着非晶硅面板的图像矩阵中对应的采集像素点的灰阶值，完成一幅数字图像的采集后，将采集到的数字灰阶图像传输到上位机显示。
常规X射线平板探测器，探测高压发生器的是否有曝光，一种方式是通过外置的离子室传感器检测高压发生器是否有曝光，该方式是将离子室传感器放置在平板探测器与拍摄物体前面，当高压发生器曝光时，该离子室传感器首先检测到高压发生器发出的X射线，感应出的信号会在离子室传感器的内部电路输出一个触发脉冲信号，该触发脉冲信号被连接到X射线平板探测器，从而直接触发一次采集操作。
另外一种实现自动触发采集操作的方式，是将一个光电传感器内置于X射线平板探测器的内部，当高压发生器对X射线平板探测器进行一次曝光的时候，内置的光电传感器会自动检测到高压曝光信号，通过内部电路产生一个触发脉冲，该脉冲被连接到X射线平板探测器的内部电路上，从而可以实现一次自动触发采集操作。
采用上述两种传统设计方式的X射线平板探测器都存在自身的设计缺点，第一种方式需要增加一个额外的离子室传感器，由于该传感器是外置于X射线平板探测器，并且放置的位置是在拍摄物体之前，所以在拍摄物体的成像过程中，会将离子室传感器自身的影子一同拍摄到拍摄物体的图像中，只能通过软件校正算法加以消除，因此会降低图像的质量。另外一种内置光电传感器的方式，为了不在图像上产生内置传感器自身的影子，必须将内置传感器放置在X射线图像传感器与电路的后面，这样的堆叠设计方式，X射线转化为可见光后，可见光必须经过平板探测器自身的X射线图像传感器后，才能到达内置的光电传感器，这样一来容易降低高压曝光信号(X射线剂量)检测的灵敏度，且检测到的X射线剂量是经过一定衰减后的入射剂量，为了达到高灵敏度的检测效果，只能通过在后续信号处理电路上设计高增益电路的方式进行调节，但当高增益电路的增益系数达到一定程度的时候，又很容易产生误触发，一个轻微的环境振动就会导致一次误触发，从而影响图像质量。
因此，如何对现有技术中的X射线图像传感器和平板探测器进行改进，以实现较高的X射线剂量检测灵敏度、减少误触发操作，是亟待解决的问题。
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X射线图像传感器、平板探测器及其图像曝光采集方法，用于解决现有技术中X射线平板探测器的两种曝光检测传感器的设计方式带来的图像质量较差的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种X射线图像传感器，其中，所述X射线图像传感器至少包括：
传感器面板；
位于所述传感器面板上的由m×n个尺寸大小均等的像素元组成的像素阵列；所述像素元至少包括：用于对有用信号进行光电转换的信号像素，以及与所述信号像素相互间隔的用于对高压曝光信号进行检测的检测像素，其中，m、n均为大于等于1的自然数；
以及位于所述传感器面板上的m条第一行扫描线、m条第二行扫描线、n条第一列读出线和n条第二列读出线；所述像素阵列中位于第j行的所有像素元中的信号像素共同连接第j条所述第一行扫描线，所述像素阵列中位于第j行的所有像素元中的检测像素共同连接第j条所述第二行扫描线，所述像素阵列中位于第k列的所有像素元中的信号像素共同连接第k条所述第一列读出线，所述像素阵列中位于第k列的所有像素元中的检测像素共同连接第k条所述第二列读出线，其中，j为大于等于1且小于等于m的自然数，k为大于等于1且小于等于n的自然数。
优选地，所述信号像素和所述检测像素的形状为矩形、扇形、三角形或者不规则形状，且所述信号像素的面积远大于所述检测像素的面积。
优选地，第j条所述第一行扫描线和第j条所述第二行扫描线相对设置在所述像素阵列中位于第j行的所有像素元的两侧，第k条所述第一列读出线和第k条所述第二列读出线相对设置在所述像素阵列中位于第k列的所有像素元的两侧。
优选地，所述信号像素和所述检测像素均至少包括：非晶硅光电二极管，以及与所述非晶硅光电二极管连接的TFT开关管；
所述信号像素所包含的TFT开关管的栅极与所述第一行扫描线连接，源极与所述第一列读出线连接，所述信号像素适于通过所述第一行扫描线控制其所包含的TFT开关管的导通或截止，并通过所述第一列读出线完成其所包含的非晶硅光电二极管中存储的光电荷的转移；
所述检测像素所包含的TFT开关管的栅极与所述第二行扫描线连接，源极与所述第二列读出线连接，所述检测像素适于通过所述第二行扫描线控制其所包含的TFT开关管的导通或截止，并通过所述第二列读出线完成其所包含的非晶硅光电二极管中存储的光电荷的转移。
优选地，所述信号像素和所述检测像素之间的间隔距离为5μm～15μm。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种平板探测器，其中，所述平板探测器至少包括：
如权利要求1～5任一项所述的X射线图像传感器；
与m条所述第一行扫描线同时连接的用于分时逐条驱动每条所述第一行扫描线的第一行驱动电路；
与m条所述第二行扫描线同时连接的用于分时逐条驱动每条所述第二行扫描线的第二行驱动电路；
与n条所述第一列读出线同时连接的用于读取被驱动的每条所述第一行扫描线对应的所有信号像素中的光电信号的第一列读出电路；
与n条所述第二列读出线同时连接的用于读取被驱动的每条所述第二行扫描线对应的所有检测像素中的检测信号的第二列读出电路；
与所述第一行驱动电路连接的用于控制所述第一行驱动电路驱动时序的第一时序控制器；
以及与所述第二行驱动电路连接的用于控制所述第二行驱动电路驱动时序的第二时序控制器。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种平板探测器的图像曝光采集方法，其中，采用如上所述的平板探测器，所述平板探测器的图像曝光采集方法至少包括：
在常态情况下，所述平板探测器以预设的第一固定时间间隔对所述检测像素进行图像采集，并通过对采集到的检测像素图像的灰阶值进行判断，来检测所述高压曝光信号；
在所述检测像素图像的灰阶值突然增大时，所述平板探测器判定检测到所述高压曝光信号，停止对所述检测像素的图像采集；
在经过预设的第二固定时间的延迟后，所述平板探测器开始对所述信号像素和所述检测像素进行图像采集；其中，所述第一时序控制器控制所述第一行驱动电路以第一驱动时序分时逐条驱动每条所述第一行扫描线，所述第一列读出电路读取被驱动的每条所述第一行扫描线对应的所有信号像素中的光电信号，以得到所述信号像素的亮场图像；同时，所述第二时序控制器控制所述第二行驱动电路以第二驱动时序分时逐条驱动每条所述第二行扫描线，所述第二列读出电路读取被驱动的每条所述第二行扫描线对应的所有检测像素中的检测信号，以得到所述检测像素的亮场图像；其中，所述第一驱动时序和所述第二驱动时序完全一致；
在所述平板探测器完成图像采集后，将所述检测像素的亮场图像和所述信号像素的亮场图像进行合并，以得到完整的X射线亮场图像。
优选地，所述第一固定时间小于所述高压曝光信号的曝光时间，所述第二固定时间大于所述高压曝光信号的曝光时间。
优选地，所述平板探测器的图像曝光采集方法还包括：
在所述平板探测器判定检测到所述高压曝光信号前，所述信号像素一直处于就绪等待状态。
如上所述，本发明的X射线图像传感器、平板探测器及其图像曝光采集方法，具有以下有益效果：本发明对X射线传感器与平板探测器做了改进和优化，可以实现X射线曝光自动检测、采集触发的功能，无需设置额外的X射线曝光检测传感器和高增益电路；由于入射X射线没有经过额外的衰减，可以实现较高的剂量检测灵敏度，且由于电路不需要设置很高的增益值，所以也不容易产生误触发操作。本发明的X射线图像传感器通过将像素元分裂为一大一小的两个子像素，面积较大的子像素用作有用信号的转换，面积较小的子像素用作检测高压曝光信号，可实现X射线曝光自动检测与图像采集触发。本发明的平板探测器，采用本发明上述X射线图像传感器，通过双行扫描线、双列读出线的设计，配合双行驱动电路、双列读出电路，可以实现两个子像素的独立驱动、独立读出操作，极大地提高了面板操作的灵活性；在曝光剂量的感知过程中，不需要额外配置X射线曝光检测传感器，同时不需要设置高增益电路，不易产生误触发。本发明的平板探测器的图像曝光采集方法，X射线曝光检测采集的图像，可以与采集到的信号图像进行合并，不损失曝光剂量，保证了X射线入射剂量全部被利用。
附图说明
图1显示为本发明现有技术中的X射线图像传感器的版图。
图2显示为本发明现有技术中的平板探测器的电路示意图。
图3显示为本发明第一实施方式的X射线图像传感器的版图。
图4显示为本发明第一实施方式的X射线图像传感器中单个像素元的结构示意图。
图5显示为图4中A-A方向的剖视图。
图6显示为本发明第二实施方式的平板探测器的电路结构示意图。
图7显示为本发明第三实施方式的平板探测器的图像曝光采集方法中的双行扫描线的驱动时序图。
元件标号说明
1 非晶硅光电二极管
2 TFT开关管
3 行扫描线
4 列读出线
100 X射线图像传感器
110 传感器面板
120 像素元
121 信号像素
1211 信号像素所包含的非晶硅光电二极管
1212 信号像素所包含的TFT开关管
122 检测像素
1221 检测像素所包含的非晶硅光电二极管
1222 检测像素所包含的TFT开关管
1223 SiN栅层
130 第一行扫描线
140 第二行扫描线
150 第一列读出线
160 第二列读出线
200 第一列读出电路
300 第二列读出电路
400 第一行驱动电路
500 第二行驱动电路
600 第一时序控制器
700 第二时序控制器
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3-图5。本发明的第一实施方式涉及一种X射线图像传感器100。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3所示，本实施方式的X射线图像传感器100至少包括：
1、传感器面板110。在本实施方式中，传感器面板110可以采用玻璃面板或者蓝宝石面板等。当然，在其他的实施方式中，也可以根据需要选择其他材质的面板。
2、位于传感器面板110上的由m×n个尺寸大小均等的像素元120组成的像素阵列。像素阵列由m行n列像素元120组成，m、n均为大于等于1的自然数，如图3所示，虽然图3中仅仅绘制了4行4列的像素元120组成的像素阵列，但本领域技术人员都了解，实际传感器面板110上的像素元120远远不止这些，本实施方式的图示不构成对像素阵列中像素元120数量的限制。其中，本实施方式中的像素元120至少包括：用于对有用信号进行光电转换的信号像素121，以及与信号像素121相互间隔的用于对高压曝光信号进行检测的检测像素122。需要说明的是，上述有用信号是指X射线图像传感器100中的信号像素121实际接收到的X射线高压曝光信号。
3、位于传感器面板110上的m条第一行扫描线130、m条第二行扫描线140、n条第一列读出线150和n条第二列读出线160。像素阵列中位于第j行的所有像素元120中的信号像素121共同连接第j条第一行扫描线130，像素阵列中位于第j行的所有像素元120中的检测像素122共同连接第j条第二行扫描线140，像素阵列中位于第k列的所有像素元120中的信号像素121共同连接第k条第一列读出线150，像素阵列中位于第k列的所有像素元120中的检测像素122共同连接第k条第二列读出线160，其中，j为大于等于1且小于等于m的自然数，k为大于等于1且小于等于n的自然数。
其中，信号像素121和检测像素122的形状为矩形、扇形、三角形或者不规则形状，且信号像素121的面积远大于检测像素122的面积。在传感器面板110上制备像素阵列时，需要预先设定好像素元120中信号像素121和检测像素122所处的位置及各自的面积大小，以及双行扫描线和双列读出线所处的位置。
在本实施方式中，将信号像素121与检测像素122分别设计为矩形，如图4所示，信号像素121的面积和检测像素122的面积分别为：
Ssignal-pixel＝x*y-a*b-c*(b+d)-a*d；
Scalib-pixel＝a*b；
其中，Ssignal-pixel为信号像素121的面积，x为信号像素121的长度，y为信号像素121的宽度，Scalib-pixel为检测像素122的面积，a为检测像素122的宽度，b为检测像素122的长度，c为信号像素121和检测像素122之间的间隔宽度，d为信号像素121和检测像素122之间的间隔长度。优选地，信号像素121和检测像素122之间的间隔距离为5μm～15μm，即5μm≤c≤15μm，5μm≤d≤15μm，更优地，信号像素121和检测像素122之间的间隔距离为5μm，10μm或者15μm。在制备像素阵列的叠层结构时，所有像素元120的信号像素121和检测像素122同时制备，只需在制备时将每个像素元120进行分割，从而形成每个像素元120中相互间隔的信号像素121和检测像素122。
请继续参阅图3和图4，在本实施方式中，第j条第一行扫描线130和第j条第二行扫描线140相对设置在像素阵列中位于第j行的所有像素元120的两侧，第k条第一列读出线150和第k条第二列读出线160相对设置在像素阵列中位于第k列的所有像素元120的两侧。该种行扫描线和列读出线的布局方法，可以减少制备器件叠层结构时的结构层数，从而减小器件厚度。
另外，信号像素121和检测像素122均至少包括：非晶硅光电二极管，以及与非晶硅光电二极管连接的TFT开关管。如图5所示。在本实施方式中，非晶硅光电二极管和TFT开关管的结构均采用现有结构，例如TFT开关管可以采用底栅型TFT或者顶栅型TFT；如图5所示TFT开关管为底栅型TFT，其结构由下至上至少包括底栅、SiN栅层1223、栅绝缘层、底电极层以及保护膜层，而非晶硅光电二极管的结构由下至上至少包括与TFT开关管共用的SiN栅层1223、底电极层、非晶硅PN结层、顶电极层以及保护膜层。当然，非晶硅光电二极管和TFT开关管也可以采用其他结构，本实施方式并不对此进行限制。此外，值得一提的是，在本实施方式中，如图5所示，信号像素121所包含的非晶硅光电二极管1211和检测像素122所包含的非晶硅光电二极管1221，各自的顶电极与底电极相互独立，共用SiN栅层224，且两者相互间隔的相邻侧壁上均覆盖有保护膜层。
其中，信号像素121所包含的TFT开关管1212的栅极与第一行扫描线130连接，源极与第一列读出线150连接，信号像素121适于通过第一行扫描线130控制其所包含的TFT开关管1212的导通或截止，并通过第一列读出线150完成其所包含的非晶硅光电二极管1211中存储的光电荷的转移。信号像素121在接收到X射线传感器入射面进入的可见光之后，会在信号像素121内部发生光电转换，曝光完成之后，可以采集到亮场图像。
检测像素122所包含的TFT开关管1222的栅极与第二行扫描线140连接，源极与第二列读出线160连接，检测像素122适于通过第二行扫描线140控制其所包含的TFT开关管1222的导通或截止，并通过第二列读出线160完成其所包含的非晶硅光电二极管1221中存储的光电荷的转移。
在本实施方式中，将每个像素元120分割成一大一小两个子像素。大面积像素部分称作信号像素121，主要用作有用信号的光电转换作用。信号像素121在接收到可见光照射之后，会在信号像素121内部发生光电转换，从而产生光生电子，读取之前，X射线产生的光电信号被存储在信号像素121所包含的非晶硅光电二极管1211中。在常态情况下，信号像素121处于静止和等待状态。小面积像素部分称作检测像素122，主要是用作对高压曝光信号进行检测。在常态情况下，检测像素122一直处于驱动采集状态，以便通过采集到的检测图像的灰阶值来判断和感知高压曝光信号何时到来；在检测到高压曝光信号后，通过平板探测器内部MCU电路控制产生一次图像触发采集，对检测像素122和信号像素121同时进行图像采集。在完成一次曝光采集后，可以将检测像素122采集到的图像与信号像素121采集到的图像进行合并，从而避免曝光剂量的损失。在采集图像之前，先将信号像素121和检测像素122中的信号清空，以使采集到的图像质量更好。另外，在触发采集过程中，信号像素121与检测像素122的信号采集应同时进行，从而保证两组信号的在曝光程度上的一致性，由于信号像素121与检测像素122的物理位置是相邻的，在检测高压曝光信号时可以实现较高的剂量检测灵敏度。需要说明的是，在本实施方式中，常态情况是指无曝光的情况，即平板探测器接收到高压曝光信号之前的情况。
请参阅图6，本发明第二实施方式涉及一种平板探测器，其至少包括：如本发明第一实施方式所涉及的X射线图像传感器100；与m条第一行扫描线130同时连接的用于分时逐条驱动每条第一行扫描线130的第一行驱动电路400；与m条第二行扫描线140同时连接的用于分时逐条驱动每条第二行扫描线140的第二行驱动电路500；与n条第一列读出线150同时连接的用于读取被驱动的每条第一行扫描线130对应的所有信号像素121中的光电信号的第一列读出电路200；与n条第二列读出线160同时连接的用于读取被驱动的每条第二行扫描线140对应的所有检测像素122中的检测信号的第二列读出电路300；与第一行驱动电路400连接的用于控制第一行驱动电路400驱动时序的第一时序控制器600；以及与第二行驱动电路500连接的用于控制第二行驱动电路500驱动时序的第二时序控制器700。
本实施方式的平板探测器采用本发明第一实施方式所涉及的X射线图像传感器100，通过双行扫描线、双列读出线的设计，配合双行驱动电路、双列读出电路，可以实现两个子像素的独立驱动、独立读出操作，极大地提高了面板操作的灵活性；在曝光剂量的感知过程中，不需要额外配置X射线曝光检测传感器，同时不需要设置高增益电路，不易产生误触发。
由于本实施方式的平板探测器采用本发明第一实施方式所涉及的X射线图像传感器100，因而本实施方式需要在第一实施方式的基础上实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本发明第三实施方式涉及一种平板探测器的图像曝光采集方法，其中，采用本发明第二实施方式所涉及的平板探测器。平板探测器的图像曝光采集方法至少包括：
在常态情况下，所述平板探测器以预设的第一固定时间间隔对检测像素122进行图像采集，并通过对采集到的检测像素图像的灰阶值进行判断，来检测高压曝光信号。如图7所示。其中，为了避免在对检测像素122进行图像采集时的间隙内错过高压曝光信号，第一固定时间应小于高压曝光信号的曝光时间，通常情况下，高压曝光信号的曝光时间大于50ms小于100ms，因此，第一固定时间应大于等于0小于等于50ms，当然，对于不同的设备，高压曝光信号的曝光时间均不相同，应根据具体情况设置第一固定时间，不应以本实施方式为限制。
在检测像素图像的灰阶值突然增大时，平板探测器判定检测到高压曝光信号，停止对检测像素122的图像采集。也就是说，常态情况下，检测像素122一直处于采集状态。当有X射线高压曝光信号的时候，检测像素122采集到的图像的灰阶值会突然增大，可以通过此现象进行曝光判断。当判定当前处于曝光条件后，平板探测器内部MCU电路控制两个驱动电路自动产生一次采集触发，启动一次采集操作。即：
在经过预设的第二固定时间的延迟后，第一时序控制器600控制第一行驱动电路400以第一驱动时序分时逐条驱动每条第一行扫描线130，第一列读出电路200读取被驱动的每条第一行扫描线130对应的所有信号像素121中的光电信号，以得到信号像素121的亮场图像，如图7所示；同时，第二时序控制器700控制第二行驱动电路500以第二驱动时序分时逐条驱动每条第二行扫描线140，第二列读出电路300读取被驱动的每条第二行扫描线140对应的所有检测像素122中的检测信号，以得到检测像素122的亮场图像；其中，第一驱动时序和第二驱动时序完全一致。需要说明的是，为了使信号像素121和检测像素122能够得到充分曝光，需要经过一段时间(第二固定时间)的延迟后再进行图像采集，因此应使第二固定时间大于高压曝光信号的曝光时间，通常情况下，高压曝光信号的曝光时间大于50ms小于100ms，因此，第二固定时间应大于等于100ms小于等于200ms，当然，对于不同的设备，高压曝光信号的曝光时间均不相同，应根据具体情况设置第二固定时间，不应以本实施方式为限制。
以及在平板探测器完成图像采集后，将检测像素122的亮场图像和信号像素121的亮场图像进行合并，以得到完整的X射线亮场图像。
值得一提的是，在图像采集完成之后，再重新启动检测像素的采集检测动作。另外，在本实施方式中，在平板探测器检测到曝光信号之前，对信号像素121进行清空放电操作，该清空放电操作可以在一定时间间隔内进行一次，或者在每次图像采集完成之后进行。
另外，本实施方式的平板探测器的图像曝光采集方法还包括：在平板探测器判定检测到高压曝光信号前，检测像素122一直处于就绪等待状态，不进行图像采集操作。
需要说明的是，在采集状态下，信号像素121通过分时逐条驱动每条第一行扫描线130，从而分时逐行打开每行信号像素121所包含的TFT开关管1212，然后通过第一列读出线150积分读取每行信号像素121所包含的非晶硅光电二极管1211中的光电信号。检测像素122也同样重复信号像素121的采集动作，这二者之间的采集时序要求完全一致。这样做的目的是为了保证两组信号的在曝光程度上的一致性，并且在检测高压曝光信号时可以实现较高的剂量检测灵敏度。
在本实施方式中，在平板探测器完成图像采集后，将检测像素122的亮场图像和信号像素121的亮场图像进行合并，即将信号像素121的灰阶值与检测像素122的灰阶值相加，以保证X射线入射剂量全部被利用，从而得到完整的X射线亮场图像.。
由此可见，采用本实施方式的平板探测器的图像曝光采集方法，X射线曝光检测采集的图像，可以与采集到的信号图像进行合并，不损失曝光剂量，保证了X射线入射剂量全部被利用。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
由于本实施方式的平板探测器的图像曝光采集方法，采用本发明第二实施方式所涉及的平板探测器以及本发明第一实施方式所涉及的X射线图像传感器，因而本实施方式需要在第一实施方式和第二实施方式的基础上实施。第一实施方式和第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。
综上所述，本发明的X射线图像传感器、平板探测器及其图像曝光采集方法，具有以下有益效果：本发明对X射线传感器与平板探测器做了改进和优化，可以实现X射线曝光自动检测、采集触发的功能，无需设置额外的X射线曝光检测传感器和高增益电路；由于入射X射线没有经过额外的衰减，可以实现较高的剂量检测灵敏度，且由于电路不需要设置很高的增益值，所以也不容易产生误触发操作。本发明的X射线图像传感器通过将像素元分裂为一大一小的两个子像素，面积较大的子像素用作有用信号的转换，面积较小的子像素用作检测高压曝光信号，可实现X射线曝光自动检测与图像采集触发。本发明的平板探测器，采用本发明上述X射线图像传感器，通过双行扫描线、双列读出线的设计，配合双行驱动电路、双列读出电路，可以实现两个子像素的独立驱动、独立读出操作，极大地提高了面板操作的灵活性；在曝光剂量的感知过程中，不需要额外配置X射线曝光检测传感器，同时不需要设置高增益电路，不易产生误触发。本发明的平板探测器的图像曝光采集方法，X射线曝光检测采集的图像，可以与采集到的信号图像进行合并，不损失曝光剂量，保证了X射线入射剂量全部被利用。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 (9)

1.一种X射线图像传感器，其特征在于，所述X射线图像传感器至少包括：
传感器面板；
位于所述传感器面板上的由m×n个尺寸大小均等的像素元组成的像素阵列；所述像素元至少包括：用于对有用信号进行光电转换的信号像素，以及与所述信号像素相互间隔的用于对高压曝光信号进行检测的检测像素，其中，m、n均为大于等于1的自然数；
以及位于所述传感器面板上的m条第一行扫描线、m条第二行扫描线、n条第一列读出线和n条第二列读出线；所述像素阵列中位于第j行的所有像素元中的信号像素共同连接第j条所述第一行扫描线，所述像素阵列中位于第j行的所有像素元中的检测像素共同连接第j条所述第二行扫描线，所述像素阵列中位于第k列的所有像素元中的信号像素共同连接第k条所述第一列读出线，所述像素阵列中位于第k列的所有像素元中的检测像素共同连接第k条所述第二列读出线，其中，j为大于等于1且小于等于m的自然数，k为大于等于1且小于等于n的自然数。
2.根据权利要求1所述的X射线图像传感器，其特征在于，所述信号像素和所述检测像素的形状为矩形、扇形、三角形或者不规则形状，且所述信号像素的面积远大于所述检测像素的面积。
3.根据权利要求1所述的X射线图像传感器，其特征在于，第j条所述第一行扫描线和第j条所述第二行扫描线相对设置在所述像素阵列中位于第j行的所有像素元的两侧，第k条所述第一列读出线和第k条所述第二列读出线相对设置在所述像素阵列中位于第k列的所有像素元的两侧。
4.根据权利要求1所述的X射线图像传感器，其特征在于，所述信号像素和所述检测像素均至少包括：非晶硅光电二极管，以及与所述非晶硅光电二极管连接的TFT开关管；
所述信号像素所包含的TFT开关管的栅极与所述第一行扫描线连接，源极与所述第一列读出线连接，所述信号像素适于通过所述第一行扫描线控制其所包含的TFT开关管的导通或截止，并通过所述第一列读出线完成其所包含的非晶硅光电二极管中存储的光电荷的转移；
所述检测像素所包含的TFT开关管的栅极与所述第二行扫描线连接，源极与所述第二列读出线连接，所述检测像素适于通过所述第二行扫描线控制其所包含的TFT开关管的导通或截止，并通过所述第二列读出线完成其所包含的非晶硅光电二极管中存储的光电荷的转移。
5.根据权利要求1所述的X射线图像传感器，其特征在于，所述信号像素和所述检测像素之间的间隔距离为5μm～15μm。
6.一种平板探测器，其特征在于，所述平板探测器至少包括：
如权利要求1～5任一项所述的X射线图像传感器；
与m条所述第一行扫描线同时连接的用于分时逐条驱动每条所述第一行扫描线的第一行驱动电路；
与m条所述第二行扫描线同时连接的用于分时逐条驱动每条所述第二行扫描线的第二行驱动电路；
与n条所述第一列读出线同时连接的用于读取被驱动的每条所述第一行扫描线对应的所有信号像素中的光电信号的第一列读出电路；
与n条所述第二列读出线同时连接的用于读取被驱动的每条所述第二行扫描线对应的所有检测像素中的检测信号的第二列读出电路；
与所述第一行驱动电路连接的用于控制所述第一行驱动电路驱动时序的第一时序控制器；
以及与所述第二行驱动电路连接的用于控制所述第二行驱动电路驱动时序的第二时序控制器。
7.一种平板探测器的图像曝光采集方法，其特征在于，采用如权利要求6所述的平板探测器，所述平板探测器的图像曝光采集方法至少包括：
在常态情况下，所述平板探测器以预设的第一固定时间间隔对所述检测像素进行图像采集，并通过对采集到的检测像素图像的灰阶值进行判断，来检测所述高压曝光信号；
在所述检测像素图像的灰阶值突然增大时，所述平板探测器判定检测到所述高压曝光信号，停止对所述检测像素的图像采集；
在经过预设的第二固定时间的延迟后，所述平板探测器开始对所述信号像素和所述检测像素进行图像采集；其中，所述第一时序控制器控制所述第一行驱动电路以第一驱动时序分时逐条驱动每条所述第一行扫描线，所述第一列读出电路读取被驱动的每条所述第一行扫描线对应的所有信号像素中的光电信号，以得到所述信号像素的亮场图像；同时，所述第二时序控制器控制所述第二行驱动电路以第二驱动时序分时逐条驱动每条所述第二行扫描线，所述第二列读出电路读取被驱动的每条所述第二行扫描线对应的所有检测像素中的检测信号，以得到所述检测像素的亮场图像；其中，所述第一驱动时序和所述第二驱动时序完全一致；
在所述平板探测器完成图像采集后，将所述检测像素的亮场图像和所述信号像素的亮场图像进行合并，以得到完整的X射线亮场图像。
8.根据权利要求7所述的平板探测器的图像曝光采集方法，其特征在于，所述第一固定时间小于所述高压曝光信号的曝光时间，所述第二固定时间大于所述高压曝光信号的曝光时间。
9.根据权利要求7所述的平板探测器的图像曝光采集方法，其特征在于，所述平板探测器的图像曝光采集方法还包括：
在所述平板探测器判定检测到所述高压曝光信号前，所述信号像素一直处于就绪等待状态。
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