CN109833051A - X射线曝光控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种X射线曝光控制系统及其控制方法，X射线曝光控制系统包括：高压发生器，用于输出X射线至平板探测器，高压发生器包括曝光同步接口，曝光同步接口用于实现高压发生器和平板探测器之间的信号传输；平板探测器，用于接收X射线，并输出图像数字信号至电脑，输出控制信号至高压发生器，平板探测器包括AEC模块和AED模块，AED模块在检测到X射线后输出启动信号至AEC模块，AEC模块用于控制高压发生器停止曝光；曝光同步接口与平板探测器通过曝光同步线电性连接。本发明通过AED模块启动AEC模块，优化了系统，实现了数字化控制，利用高压发生器的曝光同步接口实现AEC功能，有利于高压发生器的小型化设计。
Description
技术领域
本发明涉及一种X射线曝光控制系统及其控制方法，属于医疗设备技术领域。
背景技术
AEC(自动曝光控制)技术广泛用于X-ray普放系统，其原理是利用电离室等器件接收X射线或X射线转换的可见光，并转换成电信号，AEC模块对电信号做积分处理，随着曝光时间的增加，积累的电压值增大，当达到某一个阈值电压时，AEC模块控制高压发生器停止曝光。图1为现有技术中AEC技术的原理示意图，如图1所示，高压发生器10控制球管11曝光射线(X射线)的发射，曝光射线穿过被检体后，被探测器20接收以生成曝光图像并输出至电脑40。其中，在被检体与探测器20之间设有AEC模块30，所述AEC模块30通过AEC控制线31与高压发生器10上的AEC接口12连接，从而控制高压发生器停止曝光。
目前，现有的AEC技术存在以下问题。首先，电离室的制作复杂、成本很高。其次，由于AEC模块和高压发生器之间需要连接通讯，AEC模块需要专用AEC线束才能使用，高压发生器必须要带AEC接口，不利于高压发生器的小型化设计，高压发生器输出控制信号控制AEC模块开始工作，AEC模块输出模拟信号控制高压发生器停止曝光，而模拟信号在长距离传输时容易衰减和受到干扰，影响自动控制的准确性和可靠性。最后，AEC模块和平板探测器分离，大大限制了使用场景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种X射线曝光控制系统及其控制方法，可以实现平板探测器内整合AEC模块和AED模块，通过AED模块启动AEC模块，避免了AEC模块和高压发生器之间必须使用AEC线束连接的问题，优化了系统，实现了数字化控制；利用模数转换模块将AEC模块输出的模拟信号转换为数字信号，杜绝了远距离模拟信号传输信号衰减和易受到干扰的问题；利用高压发生器的曝光同步接口实现AEC功能，有利于高压发生器的小型化设计。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
一种X射线曝光控制系统，所述X射线曝光控制系统包括：高压发生器，用于输出X射线至平板探测器，所述高压发生器包括曝光同步接口，所述曝光同步接口用于实现高压发生器和平板探测器之间的信号传输；平板探测器，用于接收X射线，并输出图像数字信号至电脑，输出控制信号至高压发生器，所述平板探测器包括AEC模块和AED模块，所述AED模块在检测到X射线后输出启动信号至AEC模块，所述AEC模块用于控制高压发生器停止曝光；其中，所述曝光同步接口与平板探测器通过曝光同步线电性连接。
为了输出启动信号，所述AED模块包括感光模块和处理模块，所述感光模块包括闪烁体和AED光电二极管，所述闪烁体用于将X射线转换为可见光信号后输出至AED光电二极管，所述AED光电二极管用于将可见光信号转换为电信号后输出至处理模块；所述处理模块包括前级放大器、后级放大器和迟滞比较器。
所述AEC模块包括积分和调理电路、电离室/AEC光电二极管、模数转换模块，所述模数转换模块用于将积分和调理电路发出的模拟信号转换为数字信号。
优选地，所述AEC模块与高压发生器之间设有隔离器。
优选地，所述曝光同步接口为两路输入接口或一路输入一路输出接口。
本发明还提供一种X射线曝光控制系统的控制方法，所述X射线曝光控制系统包括：高压发生器和平板探测器，所述平板探测器包括AEC模块和AED模块，所述高压发生器包括曝光同步接口，所述控制方法包括：
S1：启动高压发生器开始曝光；
S2：AED模块检测到X射线后输出启动信号至AEC模块，AEC模块开始工作；
S3：在积累的电压值达到一阈值电压时，平板探测器输出一控制信号至高压发生器，高压发生器停止曝光。
优选地，所述AEC模块输出一控制信号至高压发生器具体为：所述AEC模块内的积分和调理电路发出模拟信号，所述AEC模块内的模数转换模块将模拟信号转换为数字信号，当所述数字信号超出所述阈值电压时，所述AEC模块输出一电平信号至平板探测器，所述电平信号和平板探测器发出的曝光信号相与后的控制信号经曝光同步接口传输至高压发生器。
优选地，在S3后，还包括S4：平板探测器将图像数字信号输出至电脑。
综上所述，本发明可以实现平板探测器内整合AEC模块和AED模块，通过AED模块启动AEC模块，避免了AEC模块和高压发生器之间必须使用AEC线束连接的问题，优化了系统，实现了数字化控制；利用模数转换模块将AEC模块输出的模拟信号转换为数字信号，杜绝了远距离模拟信号传输信号衰减和易受到干扰的问题；利用高压发生器的曝光同步接口实现AEC功能，有利于高压发生器的小型化设计。
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行详细地说明。
附图说明
图1为现有技术中AEC技术的原理示意图；
图2为本发明X射线曝光控制系统的原理示意图；
图3为本发明AED模块中处理模块的框图；
图4为本发明AED模块处理模块中AED前级放大电路原理图；
图5为本发明AEC模块的框图；
图6为本发明AEC模块的积分电路图；
图7为本发明AEC模块的积分时序图；
图8为本发明X射线曝光控制系统的工作时序图一；
图9为本发明X射线曝光控制系统的工作时序图二；
图10为本发明X射线曝光控制系统的工作流程图。
具体实施方式
图2为本发明X射线曝光控制系统的原理示意图。如图2所示，本发明提供一种X射线曝光控制系统，所述X射线曝光控制系统包括高压发生器100、平板探测器200。
所述高压发生器100(High Voltage Generator，简称HVG)包括球管110，用于输出X射线至平板探测器200。所述高压发生器100还包括曝光同步接口120，所述曝光同步接口120与平板探测器200电性连接，用于实现高压发生器100和平板探测器200之间的信号传输，从而控制高压发生器曝光截止。具体地，所述曝光同步接口120与平板探测器200通过曝光同步线电性连接。
所述平板探测器200(Flat Panel Detector，简称FPD)用于接收X射线，并输出图像数字信号至电脑(通过网线传输)，输出控制信号至高压发生器100(通过曝光同步线传输)。所述平板探测器200包括X射线影像探测模块，所述X射线影像探测模块包括闪烁体层，非晶硅光电二极管阵列(或非晶硅薄膜晶体管阵列)，行驱动电路以及图像信号读取电路。位于平板探测器200的闪烁体层(碘化铯闪烁晶体、X射线荧光体等)能够将入射的X射线图像转换为可见光图像，位于闪烁体层下的非晶硅光电二极管阵列能够将可见光图像转换为电荷图像，行驱动电路以及图像信号读取电路能够将电荷图像转换为数字信号后输出至电脑。需要说明的是，上述平板探测器200的结构并非用来限制本发明的保护范围，实际应用中还可采用其它类型的探测器。
所述平板探测器200内还设有AEC模块210和AED模块220。所述AED模块220在检测到X射线后输出启动信号至AEC模块210，所述AEC模块210在收到AED模块220输出的启动信号后，开始工作。
所述AED模块220包括感光模块和处理模块。所述感光模块包括闪烁体和AED光电二极管，所述闪烁体将X射线转换为可见光信号后输出至AED光电二极管，之后AED光电二极管将可见光信号转换为电信号后输出至处理模块。具体来说，闪烁体和AED光电二极管可以一体设置也可以独立设置，当闪烁体和AED光电二极管独立设置时，平板探测器200上需要对应闪烁体开设开孔，以使闪烁体发出的可见光信号被AED光电二极管接收；当闪烁体和AED光电二极管一体设置时，即采用表面带有闪烁体的AED光电二极管，平板探测器200上无需开设开孔。图3为本发明AED模块中处理模块的框图；图4为本发明AED模块处理模块中AED前级放大电路原理图。如图3和图4所示，所述处理模块包括前级放大器、后级放大器和迟滞比较器，X射线被闪烁体(图中未示出)转换为可见光信号，光电二极管D2接收可见光信号后将其转换成电信号，再经过前级放大器和后级放大器放大该信号，然后再进入迟滞比较器，和预设在迟滞比较器中的阈值比较，信号当大于阈值，迟滞比较器输出高电平启动信号至AEC模块210，AED模块判断检测到X射线，表示X射线曝光。
图5为本发明AEC模块210的框图。如图5所示，所述AEC模块210包括电离室/AEC光电二极管、积分和调理电路以及模数转换模块。
其中，所述模数转换模块包括模数转换器ADC以及微处理单元，所述微处理单元可以为FPGA(Field-Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)、ARM(Advanced RISCMachines，ARM处理器)或者MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)等。所述模数转换模块能够将积分和调理电路发出的模拟信号转换为数字信号。
由于X射线曝光控制系统常被用于医疗产品，一般情况下高压发生器100和平板探测器200之间需要隔离保护，因此，所述AEC模块210和高压发生器100之间设有隔离器。所述隔离器包括光耦和固态继电器。
所述电离室/AEC光电二极管用于接收X射线，将其转换成电信号后输出至积分和调理电路。当采用电离室时，由于电离室使用特殊材料设计，X射线穿过它的衰减很小，因此，所述电离室可以设置在平板探测器200靠近球管110的一侧；当采用AEC光电二极管D1时，由于AEC光电二极管的体积小，其可以设置在平板探测器200内部。需要说明的是，AEC光电二极管D1的表面带有闪烁体，本发明并不以此为限，还可以在平板探测器200单独设置闪烁体。在本发明中，优选采用AEC光电二极管，由于电离室的制作复杂且成本很高，采用AEC光电二极管可以有效的降低生产成本，且体积较小的AEC光电二极管设置在平板探测器200中能够减少平板探测器200的体积，增加平板探测器200的便携性，方便用户使用。
图6为本发明AEC模块的积分电路图；图7为本发明AEC模块的积分时序图。如图6和图7所示，所述积分和调理电路在收到AED模块220输出的启动信号后开始工作，对电离室/AEC光电二极管发出的电信号进行积分和比较，随着曝光时间的增加，积累的电压值增大，当达到某一个阈值时，AEC模块210发出一电平信号至平板探测器200。
具体来说，AEC模块210开始工作后，微处理单元通过模数转换器ADC把模拟信号转换成数字信号，平板探测器200将所述数字信号与用户设定的AEC阈值进行比较，当所述数字信号超出所述AEC阈值时，AEC模块210输出一电平信号至平板探测器200。所述电平信号优选为TTL电平信号或CMOS电平信号。
需要补充的是，本发明并不限制电离室/AEC光电二极管的数量，本领域技术人员可以根据实际需要在不同的位置设置多个电离室/AEC光电二极管，从而使得AEC模块210可以对多个区域进行检测积分。在本实施例中，电离室/AEC光电二极管的数量为3个。
下面对本发明中高压发生器100的曝光同步接口120进行介绍。
所述曝光同步接口120可以为两路输入接口(Prepare+Ready接口)或者一路输入一路输出接口(Requset+OK接口)。
传统的AEC线束结构比较复杂，一般包括电源线、接地线、A Sensor选择线、BSensor选择线、C Sensor选择线以及AEC模拟信号线等，而本发明中由于用曝光同步接口120来代替传统的AEC接口，无需采用AEC线束，仅用曝光同步线便可实现高压发生器100和平板探测器200之间的信号传输。所述曝光同步线为现有的同步接口线，在此不再赘述。
图8为本发明X射线曝光控制系统的工作时序图一，如图8所示，当高压发生器100的曝光同步接口120为Prepare+Ready接口时，X射线曝光控制系统的工作过程如下：
根据受检者的拍片位置设定将平板探测器200设置在合适的位置，用户按下手闸或者脚闸后，高压发生器100的球管110进入准备状态(Prepare)，待球管准备完成后，平板探测器200输出一Ready信号控制高压发生器100，高压发生器100开始曝光。
当AED模块220检测到X射线后输出启动信号至AEC模块210，AEC模块210开始工作。AEC模块210将接收的X射线转换为电信号后积分处理，当积累的电压值达到一阈值电压时，AEC模块210输出一电平信号至平板探测器200，所述电平信号和所述Ready信号相与后的控制信号经曝光同步接口120传输至高压发生器100，从而控制高压发生器100曝光截止。另一方面将X射线影像探测模块输出的图像数字信号发送至电脑，以获得所需要的图像，确保优秀的影像效果。
图9为本发明X射线曝光控制系统的工作时序图二，如图9所示，当高压发生器100的曝光同步接口120为Requset+ok接口时，X射线曝光控制系统的工作过程如下：
根据受检者的拍片位置设定将平板探测器200设置在合适的位置，用户按下手闸或者脚闸后，高压发生器100的球管110进入准备状态，待球管准备完成后，高压发生器100向平板探测器200输出一曝光请求(Requset)，平板探测器200准备完成后，输出一OK信号至高压发生器100，高压发生器100开始曝光。需要补充的是，平板探测器200准备是指平板探测器200在高压发生器100曝光前会清空一次(采集但不上传图像)，然后等待曝光，如非晶硅平板探测器需定期清空，这样能够保证图像质量。
当AED模块220检测到X射线后输出启动信号至AEC模块210，AEC模块210开始工作。AEC模块210将接收的X射线转换为电信号后积分处理，当积累的电压值达到一阈值电压时，AEC模块210输出一电平信号至平板探测器200，所述电平信号和所述OK信号相与后控制信号经曝光同步接口120传输至高压发生器100，从而控制高压发生器100曝光截止。另一方面将X射线影像探测模块输出的图像数字信号发送至电脑，以获得所需要的图像，确保优秀的影像效果。
本发明还提供一种应用在上述X射线曝光控制系统上的控制方法，包括：
S1：启动高压发生器开始曝光；
S2：AED模块检测到X射线后输出启动信号至AEC模块，AEC模块开始工作；
S3：在积累的电压值达到一阈值电压时，平板探测器输出一控制信号至高压发生器，高压发生器停止曝光。
所述平板探测器输出一控制信号至高压发生器具体为：所述AEC模块内的积分和调理电路发出模拟信号，所述AEC模块内的模数转换模块将模拟信号转换为数字信号，平板探测器将所述数字信号与阈值电压进行比较，当所述数字信号超出所述阈值电压时，AEC模块输出一电平信号至平板探测器，平板探测器将所述电平信号和Ready信号或OK信号相与后的控制信号接入高压发生器的曝光同步接口。
在S3后，还包括S4：平板探测器将图像数字信号输出至电脑。
需要补充的是，本发明并不限制平板探测器将所述电平信号和Ready信号或OK信号(统称为曝光信号)相与的具体实现方式，例如，其可以通过在平板探测器内设置专门的处理模块来实现，也可以通过设置一门电路来实现。
图10为本发明X射线曝光控制系统的工作流程图。如图10所示，本发明中X射线曝光控制系统的工作过程如下：
根据受检者的拍片位置设定将平板探测器200设置在合适的位置，启动高压发生器100开始曝光。当AED模块220检测到X射线后输出启动信号至AEC模块210，AEC模块210开始工作。具体来说，AEC模块210将接收的X射线转换为电信号后积分处理，当积累的电压值达到一阈值电压时，平板探测器200输出一控制信号，通过曝光同步接口120控制高压发生器100曝光截止。另一方面平板探测器200将X射线影像探测模块输出的图像数字信号发送至电脑，以获得所需要的图像，确保优秀的影像效果。
综上所述，本发明可以实现平板探测器内整合AEC模块和AED模块，通过AED模块启动AEC模块，避免了AEC模块和高压发生器之间必须使用AEC线束连接的问题，优化了系统，实现了数字化控制；利用模数转换模块将AEC模块输出的模拟信号转换为数字信号，杜绝了远距离模拟信号传输信号衰减和易受到干扰的问题；利用高压发生器的曝光同步接口实现AEC功能，有利于高压发生器的小型化设计。
Claims (8)
1.一种X射线曝光控制系统，其特征在于，所述X射线曝光控制系统包括：
高压发生器(100)，用于输出X射线至平板探测器(200)，所述高压发生器包括曝光同步接口(120)，所述曝光同步接口(120)用于实现高压发生器(100)和平板探测器(200)之间的信号传输；
平板探测器(200)，用于接收X射线，并输出图像数字信号至电脑，输出控制信号至高压发生器(100)，所述平板探测器(200)包括AEC模块(210)和AED模块(220)，所述AED模块(220)在检测到X射线后输出启动信号至AEC模块(210)，所述AEC模块(210)用于控制高压发生器(100)停止曝光；
其中，所述曝光同步接口(120)与平板探测器(200)通过曝光同步线电性连接。
2.如权利要求1所述的X射线曝光控制系统，其特征在于，所述AED模块(220)包括感光模块和处理模块，所述感光模块包括闪烁体和AED光电二极管，所述闪烁体用于将X射线转换为可见光信号后输出至AED光电二极管，所述AED光电二极管用于将可见光信号转换为电信号后输出至处理模块；所述处理模块包括前级放大器、后级放大器和迟滞比较器。
3.如权利要求1所述的X射线曝光控制系统，其特征在于，所述AEC模块(210)包括积分和调理电路、电离室/AEC光电二极管、模数转换模块，所述模数转换模块用于将积分和调理电路发出的模拟信号转换为数字信号。
4.如权利要求3所述的X射线曝光控制系统，其特征在于，所述AEC模块(210)与高压发生器(100)之间设有隔离器。
5.如权利要求1所述的X射线曝光控制系统，其特征在于，所述曝光同步接口(120)为两路输入接口或一路输入一路输出接口。
6.一种X射线曝光控制系统的控制方法，其特征在于，所述X射线曝光控制系统包括：高压发生器和平板探测器，所述平板探测器包括AEC模块和AED模块，所述高压发生器包括曝光同步接口，所述控制方法包括：
S1：启动高压发生器开始曝光；
S2：AED模块检测到X射线后输出启动信号至AEC模块，AEC模块开始工作；
S3：在积累的电压值达到一阈值电压时，平板探测器输出一控制信号至高压发生器，高压发生器停止曝光。
7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述AEC模块输出一控制信号至高压发生器具体为：所述AEC模块内的积分和调理电路发出模拟信号，所述AEC模块内的模数转换模块将模拟信号转换为数字信号，当所述数字信号超出所述阈值电压时，所述AEC模块输出一电平信号至平板探测器，所述电平信号和平板探测器发出的曝光信号相与后的控制信号经曝光同步接口传输至高压发生器。
8.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，在S3后，还包括S4：平板探测器将图像数字信号输出至电脑。
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