CN109907770A - 一种x射线探测器及电荷清空方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种X射线探测器及电荷清空方法，所述X射线探测器包括：偏置电压动态调整单元，用于在所述X射线探测器处于曝光状态时，提供负向偏压；在所述X射线探测器处于空闲状态时，提供正向偏压；光电探测单元，包括若干呈阵列排布的光电探测器，且各所述光电探测器并联于所述偏置电压动态调整单元，其中所述光电探测器包括光电二极管及并联于所述光电二极管两端的电容；用于在所述负向偏压的控制下，使所述光电二极管处于反向放大区以实现光电转换；在所述正向偏压的控制下，使所述光电二极管处于正向截止区以降低其暗电流。通过本发明解决了现有X射线探测器在进行清空操作时，清空过程不仅复杂、耗时长，而且还与曝光冲突的问题。

Description

一种X射线探测器及电荷清空方法

技术领域

本发明涉及探测器领域，特别是涉及一种X射线探测器及电荷清空方法。

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。

现有X射线探测器通常利用光电二极管对X射线进行光电转换，从而实现对待测物进行探测成像；但由于光电二极管中暗电流的存在，使得对应电容在非曝光期间累积了大量的干扰电荷，而这些干扰电荷在曝光期间会对成像精度产生较大影响。为了保证成像精度，在每次图像采集前，需要逐行清空因光电二极管的暗电流而产生的干扰电荷，此种方法虽然解决了暗电流对成像精度的影响，但在清空操作时，探测器无法响应曝光，同时清空过程不仅复杂，而且耗时较长。鉴于此，有必要设计一种新的X射线探测器及电荷清空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射线探测器及电荷清空方法，用于解决现有X射线探测器在进行清空操作时，清空过程不仅复杂、耗时长，而且还与曝光冲突的问题。

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：

偏置电压动态调整单元，用于在所述X射线探测器处于曝光状态时，提供负向偏压；在所述X射线探测器处于空闲状态时，提供正向偏压；

光电探测单元，包括若干呈阵列排布的光电探测器，且各所述光电探测器并联于所述偏置电压动态调整单元，其中所述光电探测器包括光电二极管及并联于所述光电二极管两端的电容；用于在所述负向偏压的控制下，使所述光电二极管处于反向放大区以实现光电转换；在所述正向偏压的控制下，使所述光电二极管处于正向截止区以降低其暗电流。

可选地，所述偏置电压动态调整单元包括：

控制器，用于在所述X射线探测器处于曝光状态时，产生一曝光数字信号以输出；在所述X射线探测器处于空闲状态时，产生一空闲数字信号以输出；

数模转换器，连接于所述控制器，用于根据所述曝光数字信号产生一曝光模拟电压信号以输出；或根据所述空闲数字信号产生一空闲模拟电压信号以输出；

运算放大器，连接于所述数模转换器，用于根据所述曝光模拟电压信号产生所述负向偏压，或根据所述空闲模拟电压信号产生所述正向偏压。

可选地，所述偏置电压动态调整单元还包括：连接于所述运算放大器和所述光电探测单元之间的保护电阻。

可选地，所述X射线探测器还包括状态检测单元，连接于所述控制器，用于对所述X射线探测器的状态进行检测，以判定所述X射线探测器的状态为曝光状态或空闲状态。

可选地，所述状态检测单元包括自动曝光检测单元，用于对所述X射线探测器进行自动曝光检测，并在有X射线曝光时，所述自动曝光检测单元产生一曝光状态信号以输出，反之所述自动曝光检测单元产生一空闲状态信号以输出。

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。

本发明还提供了一种利用如上所述X射线探测器实现的电荷清空方法，所述电荷清空方法包括：

在所述X射线探测器处于曝光状态时，所述偏置电压动态调整单元提供一负向偏压至所述光电二极管，使所述光电二极管处于反向放大区以实现光电转换；

在所述X射线探测器处于空闲状态时，所述偏置电压动态调整单元提供一正向偏压至所述光电二极管，使所述光电二极管处于正向截止区以降低其暗电流，抑制了空闲状态下干扰电荷的产生，从而实现电荷清空。

可选地，实现偏置电压动态调整的方法包括：

检测所述X射线探测器的状态，若所述X射线探测器处于曝光状态，所述偏置电压动态调整单元通过曝光数字信号产生一曝光模拟电压信号，以实现根据所述曝光模拟电压信号产生所述负向偏压；若所述X射线探测器处于空闲状态，所述偏置电压动态调整单元通过空闲数字信号产生一空闲模拟电压信号，以实现根据所述空闲模拟电压信号产生所述正向偏压。

可选地，检测所述X射线探测器状态的方法包括：通过自动曝光检测单元对X射线进行曝光检测，若有X射线曝光时，所述自动曝光检测单元产生一曝光状态信号，此时判定所述X射线探测器处于曝光状态；反之所述自动曝光检测单元产生一空闲状态信号，此时判定所述X射线探测器处于空闲状态。

如上所述，本发明的一种X射线探测器及电荷清空方法，具有以下有益效果：本发明通过为所述光电探测器提供一可动态调整的偏置电压，使所述光电探测器在曝光状态时处于反向放大区以进行光电转换，在空闲状态时处于正向截止区以降低其暗电流，实现在不影响图像曝光采集的情况下，通过抑制干扰电荷的产生，从根源上实现了电荷的清空，而无需额外的电荷清空操作，不仅简化了X射线探测器的曝光流程(取消了清空操作)，而且还加快了其曝光响应能力。

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显示为本发明光电二极管的偏置电压与暗电流之间的关系曲线。

图3显示为本发明实施例二所述电荷清空方法的流程图。

元件标号说明

100 偏置电压动态调整单元

101 控制器

102 数模转换器

103 运算放大器

104 保护电阻

200 光电探测单元

201 光电探测器

2011 光电二极管

2012 电容

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3。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：

偏置电压动态调整单元100，用于在所述X射线探测器处于曝光状态时，提供负向偏压；在所述X射线探测器处于空闲状态时，提供正向偏压；

光电探测单元200，包括若干呈阵列排布的光电探测器201，且各所述光电探测器201并联于所述偏置电压动态调整单元100，其中所述光电探测器201包括光电二极管2011及并联于所述光电二极管2011两端的电容2012；用于在所述负向偏压的控制下，使所述光电二极管2011处于反向放大区以实现光电转换；在所述正向偏压的控制下，使所述光电二极管2011处于正向截止区以降低其暗电流。

本实施例利用所述光电二极管2011的基础特性，即所述光电二极管在负向偏压下工作在反向放大区，在正向偏压下工作在正向截止区，实现在所述X射线探测器处于空闲状态时，通过设置光电二极管工作在正向截止区以抑制空闲状态下干扰电荷的产生，以从根源上实现对干扰电荷的清空；如图2所示，随着施加在光电二极管阳极端的偏置电压从负压变到正压，所述光电二极管产生的暗电流下降了几个量级，此时所述光电二极管产生的暗电流可忽略不计。

作为示例，如图1所示，所述偏置电压动态调整单元100包括：

控制器101，用于在所述X射线探测器处于曝光状态时，产生一曝光数字信号以输出；在所述X射线探测器处于空闲状态时，产生一空闲数字信号以输出；

数模转换器102，连接于所述控制器101，用于根据所述曝光数字信号产生一曝光模拟电压信号以输出；或根据所述空闲数字信号产生一空闲模拟电压信号以输出；

运算放大器103，连接于所述数模转换器102，用于根据所述曝光模拟电压信号产生所述负向偏压，或根据所述空闲模拟电压信号产生所述正向偏压。

需要注意的是，本实施例所述负向偏压及所述正向偏压的数值大小与所述光电二极管2011相关，所述负向偏压及所述正向偏压的数值大小可根据实际需要进行调节(如通过调节所述曝光数字信号、所述空闲数字信号的数字量大小或所述数模转换器102中基准电压的大小等)，本实施例并不对所述负向偏压及所述正向偏压的数值大小进行限制；而通过调节数模转换器输入数字量的大小来调节输出模拟量的大小及通过调节数模转换器中基准电压的大小来调节输出模拟量的大小均是本领域技术人员所公知的，故在此不再赘述。

作为示例，如图1所示，所述偏置电压动态调整单元100还包括：连接于所述运算放大器103和所述光电探测单元200之间的保护电阻104。

作为示例，所述X射线探测器还包括状态检测单元(图中未示出)，连接于所述控制器101，用于对所述X射线探测器的状态进行检测，以判定所述X射线探测器的状态为曝光状态或空闲状态。

具体的，所述状态检测单元包括自动曝光检测单元，用于对所述X射线探测器进行自动曝光检测，并在有X射线曝光时，所述自动曝光检测单元产生一曝光状态信号以输出，反之所述自动曝光检测单元产生一空闲状态信号以输出。需要注意的是，现有技术中任一种能够实现自动曝光检测的方式均适用于本实施例，故本实施例并不对所述自动曝光监测单元的具体实现方式进行限制。

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2011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。在有X射线照射时，所述光电二极管2011通过光电转换将X射线转换为曝光电荷并存储在电容2012中；当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，由此获取对应光电探测器201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201处的X射线曝光强度以获取完整的曝光图像。需要注意的是，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。

实施例二

如图3所示，本实施例提供了一种利用实施例一所述X射线探测器实现的电荷清空方法，所述电荷清空方法包括：

在所述X射线探测器处于曝光状态时，所述偏置电压动态调整单元提供一负向偏压至所述光电二极管，使所述光电二极管处于反向放大区以实现光电转换；

在所述X射线探测器处于空闲状态时，所述偏置电压动态调整单元提供一正向偏压至所述光电二极管，使所述光电二极管处于正向截止区以降低其暗电流，抑制了空闲状态下干扰电荷的产生，从而实现电荷清空。

作为示例，实现偏置电压动态调整的方法包括：检测所述X射线探测器的状态，若所述X射线探测器处于曝光状态，所述偏置电压动态调整单元通过曝光数字信号产生一曝光模拟电压信号，以实现根据所述曝光模拟电压信号产生所述负向偏压；若所述X射线探测器处于空闲状态，所述偏置电压动态调整单元通过空闲数字信号产生一空闲模拟电压信号，以实现根据所述空闲模拟电压信号产生所述正向偏压。

作为示例，检测所述X射线探测器状态的方法包括：通过自动曝光检测单元对X射线进行曝光检测，若有X射线曝光时，所述自动曝光检测单元产生一曝光状态信号，此时判定所述X射线探测器处于曝光状态；反之所述自动曝光检测单元产生一空闲状态信号，此时判定所述X射线探测器处于空闲状态。

综上所述，本发明的一种X射线探测器及电荷清空方法，具有以下有益效果：本发明通过为所述光电探测器提供一可动态调整的偏置电压，使所述光电探测器在曝光状态时处于反向放大区以进行光电转换，在空闲状态时处于正向截止区以降低其暗电流，实现在不影响图像曝光采集的情况下，通过抑制干扰电荷的产生，从根源上实现了电荷的清空，而无需额外的电荷清空操作，不仅简化了X射线探测器的曝光流程(取消了清空操作)，而且还加快了其曝光响应能力。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射线探测器，其特征在于，所述X射线探测器包括：

偏置电压动态调整单元，用于在所述X射线探测器处于曝光状态时，提供负向偏压；在所述X射线探测器处于空闲状态时，提供正向偏压；

光电探测单元，包括若干呈阵列排布的光电探测器，且各所述光电探测器并联于所述偏置电压动态调整单元，其中所述光电探测器包括光电二极管及并联于所述光电二极管两端的电容；用于在所述负向偏压的控制下，使所述光电二极管处于反向放大区以实现光电转换；在所述正向偏压的控制下，使所述光电二极管处于正向截止区以降低其暗电流。

2.根据权利要求1所述的X射线探测器，其特征在于，所述偏置电压动态调整单元包括：

控制器，用于在所述X射线探测器处于曝光状态时，产生一曝光数字信号以输出；在所述X射线探测器处于空闲状态时，产生一空闲数字信号以输出；

数模转换器，连接于所述控制器，用于根据所述曝光数字信号产生一曝光模拟电压信号以输出；或根据所述空闲数字信号产生一空闲模拟电压信号以输出；

运算放大器，连接于所述数模转换器，用于根据所述曝光模拟电压信号产生所述负向偏压，或根据所述空闲模拟电压信号产生所述正向偏压。

3.根据权利要求2所述的X射线探测器，其特征在于，所述偏置电压动态调整单元还包括：连接于所述运算放大器和所述光电探测单元之间的保护电阻。

4.根据权利要求2所述的X射线探测器，其特征在于，所述X射线探测器还包括状态检测单元，连接于所述控制器，用于对所述X射线探测器的状态进行检测，以判定所述X射线探测器的状态为曝光状态或空闲状态。

5.根据权利要求4所述的X射线探测器，其特征在于，所述状态检测单元包括自动曝光检测单元，用于对所述X射线探测器进行自动曝光检测，并在有X射线曝光时，所述自动曝光检测单元产生一曝光状态信号以输出，反之所述自动曝光检测单元产生一空闲状态信号以输出。

6.根据权利要求1至5任一项所述的X射线探测器，其特征在于，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。

7.一种利用如权利要求1至6任一项所述X射线探测器实现的电荷清空方法，其特征在于，所述电荷清空方法包括：

在所述X射线探测器处于曝光状态时，所述偏置电压动态调整单元提供一负向偏压至所述光电二极管，使所述光电二极管处于反向放大区以实现光电转换；

在所述X射线探测器处于空闲状态时，所述偏置电压动态调整单元提供一正向偏压至所述光电二极管，使所述光电二极管处于正向截止区以降低其暗电流，抑制了空闲状态下干扰电荷的产生，从而实现电荷清空。

8.根据权利要求7所述的电荷清空方法，其特征在于，实现偏置电压动态调整的方法包括：

检测所述X射线探测器的状态，若所述X射线探测器处于曝光状态，所述偏置电压动态调整单元通过曝光数字信号产生一曝光模拟电压信号，以实现根据所述曝光模拟电压信号产生所述负向偏压；若所述X射线探测器处于空闲状态，所述偏置电压动态调整单元通过空闲数字信号产生一空闲模拟电压信号，以实现根据所述空闲模拟电压信号产生所述正向偏压。

9.根据权利要求8所述的电荷清空方法，其特征在于，检测所述X射线探测器状态的方法包括：通过自动曝光检测单元对X射线进行曝光检测，若有X射线曝光时，所述自动曝光检测单元产生一曝光状态信号，此时判定所述X射线探测器处于曝光状态；反之所述自动曝光检测单元产生一空闲状态信号，此时判定所述X射线探测器处于空闲状态。