CN109884089B - 一种x射线探测器及自动曝光监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种X射线探测器及自动曝光监测方法，所述X射线探测器包括：光电探测单元，用于感应X射线，并在X射线曝光时通过光电转换产生曝光电荷并存储；自动曝光监测单元，连接于所述光电探测单元，用于采样流经所述光电探测单元的电流，以实现根据采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测。通过本发明解决了现有采用硅光电倍增管进行自动曝光监测时增加了X射线探测器的成本和易损坏性的问题。

Description

一种X射线探测器及自动曝光监测方法

技术领域

本发明属于探测器领域，特别是涉及一种X射线探测器及自动曝光监测方法。

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，其以更快的成像速度、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，并得到了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，并经过光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器(Analog/Digital Converter，简称ADC)变为数字信号，输入到计算机处理。

X射线平板探测器曝光有两种方式，一种是用高压发生器上的X射线开关信号控制平板探测器曝光；另一种是使用传感器和相关电路组成的自动曝光检测(AED)模块实时检测X射线，一旦检测到有X射线到来，便向平板探测器发送开始曝光信号，并在检测到没有X射线时，向平板探测器发送停止曝光信号。前者要求平板探测器必须和高压发生器连接，使用不方便，灵活性较差；后者和高压发生器之间没有电气连接，减少了安装、调试和维护的难度，同时，由于平板探测器与高压发生器相互独立，大大提高了其灵活性，扩展了其应用范围。

对于后者，AED模块的传感器一般为单个或者多个硅光电倍增管的并联，虽然通过硅光电倍增管能够检测X射线以实现自动曝光监测，但也因此增加了昂贵且易损的器件(硅光电倍增管)，从而提高了X射线探测器的成本和易损坏性。鉴于此，有必要设计一种新的X射线探测器及自动曝光监测方法用以解决上述技术问题。

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射线探测器及自动曝光监测方法，用于解决现有采用硅光电倍增管进行自动曝光监测时增加了X射线探测器的成本和易损坏性的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种X射线探测器，所述X射线探测器包括：

光电探测单元，用于感应X射线，并在X射线曝光时通过光电转换产生曝光电荷并存储；

自动曝光监测单元，连接于所述光电探测单元，用于采样流经所述光电探测单元的电流，以实现根据采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测。

可选地，所述光电探测单元包括若干呈阵列排布的光电探测器，所述光电探测器包括光电二极管及与所述光电二极管并联的电容；其中，各所述光电二极管的阳极端并联以接入一偏置电压，同时连接于所述自动曝光监测单元。

可选地，所述X射线探测器还包括与所述光电探测器一一对应的TFT开关管，其中，所述TFT开关管的源极端连接于所述光电二极管的阴极端，所述TFT开关管的漏极端通过数据线连接于列采集电路，所述TFT开关管的栅极端通过扫描线连接于行驱动电路。

可选地，所述自动曝光监测单元包括：

采样模块，连接于所述光电探测单元，用于采样流经所述光电探测单元的电流以输出；

放大模块，连接于所述采样模块，用于将所述采样电流转换为电压信号并放大，产生采样电压以输出；

比较处理模块，连接于所述放大模块，用于根据所述采样电压及基准电压对所述X射线探测器进行自动曝光监测。

可选地，所述采样模块包括采样电阻，其中所述采样电阻串联于所述光电探测单元。

可选地，所述放大模块包括：

仪表放大器，连接于所述采样模块，用于将所述采样电流转换为电压信号并放大；

运算放大器，连接于所述仪表放大器，用于对放大后的所述电压信号进行二次放大以产生所述采样电压。

可选地，所述比较处理模块包括比较器，用于比较所述采样电压和所述基准电压，并在所述采样电压大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光。

可选地，所述比较处理模块包括处理器，用于比较相邻两采样电压，并在后一采样电压与前一采样电压之差大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光。

可选地，所述比较处理模块包括处理器，用于对前N个所述采样电压求平均以获取所述基准电压，之后将第N+1个采样电压与所述基准电压进行比较，并在第N+1个采样电压大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光；其中，N为大于1的整数。

可选地，所述处理器还用于重复上述步骤M次以获取M个采样电压及M个基准电压，并在M个采样电压均大于其对应的基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光；其中，M为大于1的整数。

本发明还提供了一种利用如上所述的X射线探测器实现的自动曝光监测方法，所述自动曝光监测方法包括：采样流经所述光电探测单元的电流，并根据采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测。

可选地，根据所述采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测的方法包括：

将所述采样电流转换为电压信号并放大以产生采样电压；

比较所述采样电压和基准电压，并在所述采样电压大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光。

可选地，根据所述采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测的方法包括：

将所述采样电流转换为电压信号并放大以产生采样电压；

比较相邻两采样电压，并在后一采样电压与前一采样电压之差大于基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光。

可选地，根据所述采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测的方法包括：

将所述采样电流转换为电压信号并放大以产生采样电压；

对前N个所述采样电压求平均以获取基准电压，之后将第N+1个采样电压与所述基准电压进行比较，并在第N+1个采样电压大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光；其中，N为大于1的整数。

可选地，重复上述步骤M次以获取M个采样电压及M个基准电压，并在M个采样电压均大于其对应的基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光；其中，M为大于1的整数。

如上所述，本发明的一种X射线探测器及自动曝光监测方法，具有以下有益效果：本发明利用光电探测单元在X射线曝光时因光电转换产生曝光电荷从而导致流经所述光电探测单元的电流发生微弱变化，实现直接通过微弱变化的电流进行X射线曝光检测，进而实现快速、准确的自动曝光监测；而且本发明所述X射线探测器结构简单，利用既有探测器结构而无需增加额外的光电探测器件即可实现自动曝光监测，降低了探测器成本的同时，还因无易损器件而提高了探测器的安全性和使用寿命。

附图说明

图1显示为本发明实施例一所述X射线探测器的结构示意图。

图2显示为本发明实施例二所述自动曝光监测方法的流程图。

图3至图6显示为利用本发明所述X射线探测器进行自动曝光监测时所述比较处理模块产生的输出信号波形图。

元件标号说明

100 光电探测单元

200 自动曝光监测单元

201 采样模块

202 放大模块

203 比较处理模块

300 TFT开关管

400 列采集电路

500 行驱动电路

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1至图6。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，遂图示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形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种X射线探测器，所述X射线探测器包括：

光电探测单元100，用于感应X射线，并在X射线曝光时通过光电转换产生曝光电荷并存储；

自动曝光监测单元200，连接于所述光电探测单元100，用于采样流经所述光电探测单元100的电流，以实现根据采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测。

作为示例，如图1所示，所述光电探测单元100包括若干呈阵列排布的光电探测器101，所述光电探测器101包括光电二极管及与所述光电二极管并联的电容；其中，各所述光电二极管的阳极端并联以接入一偏置电压Vbias，同时连接于所述自动曝光监测单元200。

如图1所示，各所述光电二极管在偏置电压Vbias的控制下使所述光电探测器101的输出处于线性增益区间，从而实现高效的光电转换；在有X射线照射时(即所述X射线探测器存在X射线曝光时)，所述光电二极管通过光电转换产生曝光电荷并存储在电容中，从而使得光电二极管和电容所在回路中的电流发生微弱变化。需要注意的是，曝光电荷的数量与X射线的曝光强度呈线性正比，即X射线的曝光强度越大，所述光电探测器101产生的曝光电荷数量越多，反之X射线的曝光强度越小，所述光电探测器101产生的曝光电荷数量越少。

作为示例，如图1所示，所述X射线探测器还包括与所述光电探测器101一一对应的TFT开关管300，其中，所述TFT开关管300的源极端连接于所述光电二极管的阴极端，所述TFT开关管300的漏极端通过数据线连接于列采集电路400，所述TFT开关管300的栅极端通过扫描线连接于行驱动电路500。

如图1所示，在所述X射线探测器检测到有曝光发生时，先通过行驱动电路500控制对应行的TFT开关管300打开，之后再由列采集电路400读取对应电容中的电荷数，由此获取对应光电探测器处的X射线曝光强度，实现通过扫描光电探测区域上各光电探测器处的X射线曝光强度以获取完整的曝光图像。其中，现有技术中任一种能够驱动TFT开关管的电路及任一种能够读取对应电容中电荷的电路均适用于本实施例，本实施例并不对所述行驱动电路及列采集电路的具体实现形式进行限制。需要注意的是，在实际应用中，所述TFT开关管300的常态是关闭状态，即本实施例所述自动曝光监测单元200进行自动曝光监测时，所述TFT开关管300是处于关闭状态的；但由于TFT开关管300存在漏电流，故在实际应用中，需要对所述TFT开关管300进行定期打开以进行漏电流清空。

作为示例，如图1所示，所述自动曝光监测单元200包括：

采样模块201，连接于所述光电探测单元100，用于采样流经所述光电探测单元100的电流以输出；

放大模块202，连接于所述采样模块201，用于将所述采样电流转换为电压信号并放大，产生采样电压以输出；

比较处理模块203，连接于所述放大模块202，用于根据所述采样电压及基准电压对所述X射线探测器进行自动曝光监测。

具体的，如图1所示，所述采样模块201包括采样电阻Rc，其中所述采样电阻Rc串联于所述光电探测单元100；即本实施例通过在偏置电压Vbias处增加所述采样电阻Rc以直接获取所述光电探测单元100的电流。

具体的，如图1所示，所述放大模块202包括：

仪表放大器，连接于所述采样模块201，用于将所述采样电流转换为电压信号并放大；

运算放大器，连接于所述仪表放大器，用于对放大后的所述电压信号进行二次放大以产生所述采样电压。

其中，如图1所示，所述运算放大器的反相输入端和输出端还连接有反馈电阻Rf，此种设置为本领域技术人员所公知的，故在此不再赘述。需要注意的是，由于所述采样电流为微弱电信号，而为了通过该微弱电信号的变化进行自动曝光监测，本实施例通过仪表放大器先将该微弱电信号转换为电压信号，之后再进行高精度、高稳定地放大，最后再通过运算放大器进行二次放大，从而实现高精度的曝光监测。

具体的，在一示例中，所述比较处理模块203包括比较器，用于比较所述采样电压和所述基准电压，并在所述采样电压大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光；即在所述采样电压大于所述基准电压时，所述比较器输出一曝光开始信号，从而判定所述X射线探测器存在X射线曝光；当然，在曝光开始之后，若所述采样电压小于所述基准电压，所述比较器输出一曝光结束信号，从而判定所述X射线探测器曝光结束；也就是说，根据所述比较器输出信号的变化情况及强度等参数可获得相应的X射线曝光参数，如根据输出信号的上升沿获得X射线曝光开始时间，根据输出信号的下降沿获得X射线曝光结束时间，根据输出信号的强度获得X射线曝光强度等。需要注意的是，所述基准电压为预先设定为某一数值的电压值，其数值大小可根据实际需要进行设定，本示例所述基准电压可通过基准电压提供电路提供，而且本实施例并不对基准电压提供电路的具体电路结构进行限制，即任何一种能提供基准电压的电路均适用于本实施例。

具体的，在另一示例中，所述比较处理模块203包括处理器，用于比较相邻两采样电压，并在后一采样电压与前一采样电压之差大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光；即在后一采样电压与前一采样电压之差大于所述基准电压时，所述处理器输出一曝光开始信号，从而判定所述X射线探测器存在X射线曝光；当然，在曝光开始之后，若后一采样电压与前一采样电压之差小于所述基准电压，所述处理器输出一曝光结束信号，从而判定所述X射线探测器曝光结束；也就是说，根据所述处理器输出信号的变化情况及强度等参数可获得相应的X射线曝光参数，如根据输出信号的上升沿获得X射线曝光开始时间，根据输出信号的下降沿获得X射线曝光结束时间，根据输出信号的强度获得X射线曝光强度等。需要注意的是，所述基准电压为预先设定为某一数值的电压值，其数值大小可根据实际需要进行设定，而且本示例所述基准电压可通过软件直接设定。特别需要注意的是，在采用本示例所述处理器进行自动曝光监测时，为了提高监测精度，可适当延长采样间隔。

具体的，在另一示例中，所述比较处理模块203包括处理器，用于对前N个所述采样电压求平均以获取所述基准电压，之后将第N+1个采样电压与所述基准电压进行比较，并在第N+1个采样电压大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光，其中，N为大于1的整数；即在第N+1个采样电压大于所述基准电压时，所述处理器输出一曝光开始信号，从而判定所述X射线探测器存在X射线曝光；当然，在曝光开始之后，若第N+1个采样电压小于所述基准电压，所述处理器输出一曝光结束信号，从而判定所述X射线探测器曝光结束；也就是说，根据所述处理器输出信号的变化情况及强度等参数可获得相应的X射线曝光参数，如根据输出信号的上升沿获得X射线曝光开始时间，根据输出信号的下降沿获得X射线曝光结束时间，根据输出信号的强度获得X射线曝光强度等。需要注意的是，本示例所述基准电压为一动态调整值，其一直为前N个采样电压的平均值。

其中，为了提高监测精度，本示例所述处理器还可重复上述步骤M次以获取M个采样电压及M个基准电压，并在M个采样电压均大于其对应的基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光；其中，M为大于1的整数。

实施例二

如图2所示，本实施例提供一种利用实施例一所述的X射线探测器实现的自动曝光监测方法，所述自动曝光监测方法包括：采样流经所述光电探测单元的电流，并根据采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测。

作为示例，通过采样电阻采样流经所述光电探测单元的电流，以获取本实施例所述采样电流。

作为一示例，根据所述采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测的方法包括：将所述采样电流转换为电压信号并放大以产生采样电压；比较所述采样电压和基准电压，并在所述采样电压大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光。即在所述采样电压大于所述基准电压时，产生曝光开始信号以判定所述X射线探测器存在X射线曝光；当然，在曝光开始之后，若所述采样电压小于所述基准电压，产生曝光结束信号以判定所述X射线探测器曝光结束。

作为另一示例，根据所述采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测的方法包括：将所述采样电流转换为电压信号并放大以产生采样电压；比较相邻两采样电压，并在后一采样电压与前一采样电压之差大于基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光。即在后一采样电压与前一采样电压之差大于所述基准电压时，产生曝光开始信号以判定所述X射线探测器存在X射线曝光；当然，在曝光开始之后，若后一采样电压与前一采样电压之差小于所述基准电压，产生曝光结束信号以判定所述X射线探测器曝光结束。需要注意的是，在采用本示例所述方法进行自动曝光监测时，为了提高监测精度，可适当延长采样间隔。

作为另一示例，根据所述采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测的方法包括：将所述采样电流转换为电压信号并放大以产生采样电压；对前N个所述采样电压求平均以获取基准电压，之后将第N+1个采样电压与所述基准电压进行比较，并在第N+1个采样电压大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光；其中，N为大于1的整数。即在第N+1个采样电压大于所述基准电压时，产生曝光开始信号以判定所述X射线探测器存在X射线曝光；当然，在曝光开始之后，若第N+1个采样电压小于所述基准电压，产生曝光结束信号以判定所述X射线探测器曝光结束。需要注意的是，本示例所述基准电压为一动态调整值，其一直为前N个采样电压的平均值。

具体的，为了提高监测精度，本示例所述方法还包括：重复上述步骤M次以获取M个采样电压及M个基准电压，并在M个采样电压均大于其对应的基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光；其中，M为大于1的整数。

图3至图6为基于本发明所述X射线探测器进行自动曝光监测时所述比较处理模块产生的输出信号波形图，由图3至图6可知，波形图中虚线标识的上升沿处即为X射线曝光开始时间，波形图中虚线标识的下降沿处即为X射线曝光结束时间，波形图中虚线标识的脉冲宽度即为总曝光时长，波形图中虚线标识的脉冲幅度与曝光强度呈正比。

综上所述，本发明的一种X射线探测器及自动曝光监测方法，具有以下有益效果：本发明利用光电探测单元在X射线曝光时因光电转换产生曝光电荷从而导致流经所述光电探测单元的电流发生微弱变化，实现直接通过微弱变化的电流进行X射线曝光检测，进而实现快速、准确的自动曝光监测；而且本发明所述X射线探测器结构简单，利用既有探测器结构而无需增加额外的光电探测器件即可实现自动曝光监测，降低了探测器成本的同时，还因无易损器件而提高了探测器的安全性和使用寿命。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 (13)

1.一种X射线探测器，其特征在于，所述X射线探测器包括：

光电探测单元，用于感应X射线，并在X射线曝光时通过光电转换产生曝光电荷并存储；所述光电探测单元包括若干呈阵列排布的光电探测器，所述光电探测器包括光电二极管及与所述光电二极管并联的电容，其中，各所述光电二极管的阳极端并联以接入一偏置电压，同时连接于自动曝光监测单元，在有X射线曝光时，所述光电二极管通过光电转换产生曝光电荷并存储在电容中，从而使得光电二极管和电容所在回路中的电流发生微弱变化；

TFT开关管，与所述光电探测器一一对应，所述TFT开关管的源极端连接于所述光电二极管的阴极端，所述TFT开关管的漏极端通过数据线连接于列采集电路，所述TFT开关管的栅极端通过扫描线连接于行驱动电路；

自动曝光监测单元，用于采样流经所述光电探测单元的电流，以实现根据采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测。

2.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于，所述自动曝光监测单元包括：

采样模块，连接于所述光电探测单元，用于采样流经所述光电探测单元的电流以输出；

放大模块，连接于所述采样模块，用于将采样电流转换为电压信号并放大，产生采样电压以输出；

比较处理模块，连接于所述放大模块，用于根据所述采样电压及基准电压对所述X射线探测器进行自动曝光监测。

3.根据权利要求2所述的X射线探测器，其特征在于，所述采样模块包括采样电阻，其中所述采样电阻串联于所述光电探测单元。

4.根据权利要求2所述的X射线探测器，其特征在于，所述放大模块包括：

仪表放大器，连接于所述采样模块，用于将所述采样电流转换为电压信号并放大；

运算放大器，连接于所述仪表放大器，用于对放大后的所述电压信号进行二次放大以产生所述采样电压。

5.根据权利要求2所述的X射线探测器，其特征在于，所述比较处理模块包括比较器，用于比较所述采样电压和所述基准电压，并在所述采样电压大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光。

6.根据权利要求2所述的X射线探测器，其特征在于，所述比较处理模块包括处理器，用于比较相邻两采样电压，并在后一采样电压与前一采样电压之差大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光。

7.根据权利要求2所述的X射线探测器，其特征在于，所述比较处理模块包括处理器，用于对前N个所述采样电压求平均以获取所述基准电压，之后将第N+1个采样电压与所述基准电压进行比较，并在第N+1个采样电压大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光；其中，N为大于1的整数。

8.根据权利要求7所述的X射线探测器，其特征在于，所述处理器还用于按照权利要求7的测定步骤重复M次以获取M个采样电压及M个基准电压，并在M个采样电压均大于其对应的基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光；其中，M为大于1的整数。

9.一种利用如权利要求1至8任一项所述的X射线探测器实现的自动曝光监测方法，其特征在于，所述自动曝光监测方法包括：采样流经所述光电探测单元的电流，并根据采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测。

10.根据权利要求9所述的自动曝光监测方法，其特征在于，根据所述采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测的方法包括：

将所述采样电流转换为电压信号并放大以产生采样电压；

比较所述采样电压和基准电压，并在所述采样电压大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光。

11.根据权利要求9所述的自动曝光监测方法，其特征在于，根据所述采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测的方法包括：

将所述采样电流转换为电压信号并放大以产生采样电压；

比较相邻两采样电压，并在后一采样电压与前一采样电压之差大于基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光。

12.根据权利要求9所述的自动曝光监测方法，其特征在于，根据所述采样电流的变化对所述X射线探测器进行自动曝光监测的方法包括：

将所述采样电流转换为电压信号并放大以产生采样电压；

对前N个所述采样电压求平均以获取基准电压，之后将第N+1个采样电压与所述基准电压进行比较，并在第N+1个采样电压大于所述基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光；其中，N为大于1的整数。

13.根据权利要求12所述的自动曝光监测方法，其特征在于，按照权利要求12的测定步骤重复M次以获取M个采样电压及M个基准电压，并在M个采样电压均大于其对应的基准电压时，判定所述X射线探测器存在X射线曝光；其中，M为大于1的整数。

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