CN111493904B - 放射线感测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种放射线感测装置，其包括驱动元件，根据来源信号产生输出信号；其中所述来源信号包括上升期间，所述上升期间对应所述输出信号的第一脉冲及第二脉冲，且所述第一脉冲的脉冲宽度大于所述第二脉冲的脉冲宽度。
Description
技术领域
本发明是有关于一种放射线感测装置，特别是指一种能够进行自动曝光侦测的感测装置。
背景技术
自动曝光侦测(Automatic exposure detection)是一种放射线光管和平板侦测器(flat panel detector,FPD)之间无需通过任何通讯方式，平板侦测器即可自动侦测放射线来达到成像需求的技术。目前自动曝光侦测的技术大部份采用外挂式传感器来感测放射线，使用外挂式传感器侦测的缺点在于传感器的数量无法太多，因此放射线光管需要在外挂式传感器的安装位置进行曝光，否则板侦测器将无法顺利感测放射线并进行成像。倘若平板侦测器无法顺利感测放射线并进行成像，患者便必须重新拍摄，增加医疗风险。
另外，平板侦测器内包括薄膜晶体管面板，且薄膜晶体管面板内包括光电二极管(photodiode)。一般外挂式传感器和薄膜晶体管面板之间需通过处理器进行同步处理。由于同步处理会有延迟的问题，假设当放射线光管放射出放射线时，平板侦测器正在对光电二极管进行放电，则会造成放射线剂量的损耗，影响成像质量，在此情况下可能必须对患者重新拍摄，也会增加医疗风险。
因此，需要一种感测装置，结合于平板侦测器之内以加强成像质量，能够进行自动曝光而无须对患者重新拍摄，藉以降低医疗风险。
发明内容
本实施例提供一种放射线感测装置，其特征在于，包括驱动元件，根据来源信号产生输出信号；其中所述来源信号包括上升期间，所述上升期间对应所述输出信号的第一脉冲及第二脉冲，且所述第一脉冲的脉冲宽度大于所述第二脉冲的脉冲宽度。
附图说明
图1是本发明实施例的放射线系统的示意图。
图2是图1中放射线感测装置的方块图。
图3是图2中放射线感测装置的示意图。
图4是图2中放射线感测装置的部分层迭示意图。
图5显示一实施例中，图3中像素阵列的扫描与取样示意图。
图6是图2中放射线感测装置的时序图。
图7显示一实施例中，放射线感测装置的放射线判断方法的流程图。
图8显示一实施例中，来源信号根据转换元件不同的分辨率的示意图。
附图标记说明：1-放射线系统；10-放射源；100-基板；12-放射线感测装置；120-感测元件；1200-像素阵列；1202-闪烁体；1204-光电二极管；1206-电容；1208-晶体管；122-转换元件；1220-模拟数字转换器；124-控制元件；126-驱动元件；1266-扫描驱动电路；14-计算机；80、82-来源信号；A-物体；AA-影像；D1、D2-方向；P1-第一脉冲；P2-第二脉冲；P3-第三脉冲；SL1至SLn-扫描线；RL1至RLm-数据线；Sc1-控制信号；SR11至SRmn-像素；S700至S706-步骤；St1、St3-取样时间间隔；T-待机期间；T1-摄影模式；TT1-上升期间；T2-读取模式；t1至t4-时间；W1至W3-脉冲宽度。
具体实施方式
更进一步的，「耦接」又可细分为“直接”或“间接”耦接。“直接”指的是两者之间彼此连接，而“间接”指的是两者之间另有其他元件，提供连接的作用。
图1是本发明实施例的放射线系统1的示意图。放射线系统1包括放射源10、放射线感测装置12及计算机14。放射线感测装置12耦接于计算机14。当对象A位在10跟12之间，放射源10发射放射线，由放射线感测装置12接收来源光信号，来源光信号可为放射线，放射线可以是X光、α射线、β射线、γ射线，于此不限制。放射线感测装置12具有自动曝光侦测功能，可自动侦测判断为放射线后，获取影像数据并将影像数据传送至计算机14，最后进行进一步处理完成成像的影像AA。影像数据可以是放射线穿过对象A后，由放射线感测装置12侦测到的光转换为电信号的数据。
图2是图1中放射线感测装置12的方块图。放射线感测装置12包括感测元件120、转换元件122、控制元件124及驱动元件126。感测元件120、转换元件122、控制元件124及驱动元件126依序互相耦接。感测元件120可接收来源光信号，并将来源光信号转换为电荷储存在感测元件120中，控制元件124可通过控制转换元件122将电荷转换为来源信号作取样，另外，控制元件124可通过控制驱动元件126产生输出信号对120进行扫描。
图3是图2中放射线感测装置的示意图。图4是放射线感测装置12的部分层迭示意图。感测元件120包括像素阵列1200、闪烁体1202(Scintillator)。像素阵列1200包括沿方向D1和不同于方向D1的方向D2排列成阵列的多数个像素，以及多条扫描线SL1至SLn及多条数据线RL1至RLm，且像素阵列1200的每一像素SR11至SRmn可选择性包括光电二极管(Photodiode)1204、电容1206及晶体管1208。另外，多条扫描线SL1至SL中的至少一者可接耦接驱动元件126与每一像素SR11至SRmn，多条数据线RL1至RLm中的至少一者可耦接转换元件122与与每一像素SR11至SRmn。在本实施例中，扫描线SL1至SLn沿方向D1沿伸，数据线RL1至RLm沿方向D2沿伸，于此并不限制。在本实施例中，方向D1和方向D2互相垂直，但于此不限制。
如图4所绘，放射线感测装置12还可包括基板100，像素阵列1200可设置于基板100上，材料可包括玻璃、聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚对苯二甲酸乙二酯(PolyethyleneTerephthalate，PET)等，只要是其他适合作为基板的材料均可，于此并不限制。基板100的形状可为矩形、圆弧形或不规则形等，皆不局限于本发明。另外，转换元件122、控制元件124及驱动元件126亦可设置于基板100上，于此未绘。闪烁体1202设置在像素阵列1200上，至少覆盖每一像素SR11至SRmn。在本实施例中，闪烁体1202成膜设置于像素阵列1200上，于此并不限制。在其他实施例中，闪烁体1202可外贴于像素阵列1200上。在本实施例中，闪烁体1202可不覆盖转换元件122与控制元件124，可减少对材料的浪费。
在本实施例中，闪烁体1202可将来源光信号转换为可见光，例如将X光转换为波长大约495nm～570nm或400nm～750nm的可见光。光电二极管1204可再将可见光转换成电荷，存储于对应的电容1206中。转换元件122可包括至少一个模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)1220。本实施例中，转换元件122包括两个模拟数字转换器1220或十个模拟数字转换器1220。在其他实施例中，转换元件122包括十五个模拟数字转换器122，于此并不限制。模拟数字转换器(ADC)1220可通过数据线RL1至RLm耦接于像素SR11至SRmn内的电容1206。在本实施例中，驱动元件126输出一输出信号Sout，当控制元件124可通过耦接驱动元件126的扫描线SL1至SL逐行对像素矩阵1200进行扫描时，具有开关功能的晶体管1208会依序打开，同时，转换元件122可对对应的像素SR11至SRmn取样，读出储存于电容1206内的电荷作为来源信号，提供控制元件124判断是否检测到放射线。
在进入放射线摄影模式T1前，控制元件124会设定放射线判断需要的参数(如判定X光的判断阀值Vth或模拟数字转换器的回溯电容)，并根据参数判断来源信号为噪声或放射线。控制元件124可为控制器、微控制器、处理器、微处理器、现场可程序逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)或其他运算装置。驱动元件126可包含至少一个扫描驱动电路1266，每一扫描驱动电路1266具有至少一闸驱动器(gate driver)，本发明并不限定扫描驱动电路的数量。
图5显示一实施例中，图3中像素阵列1200的扫描与取样示意图。当放射线感应装置12处于待机模式T时，驱动元件126产生输出信号，其中输出信号的每一个脉冲对应像素阵列1200中每一行像素(row pixels)，通过扫描线SL1至SLn沿平行方向D2由上往下逐行(row)扫描。另外，转换元件122通过数据线RL1至RLm对同行像素取样，接收同行像素的电容内储存的电荷，并将取样的电荷转换为来源信号，提供控制元件124可判断来源信号是否变化，并根据判断结果输出控制信号Sc1控制驱动元件126产生的输出信号。在本实施例中，扫描的扫描线SL1对应取样的数据线RL1，于此并不限制，可由任一条扫描线进行扫描行为，数据线的取样行为亦同，且扫描及取样方向并无限制。
图6是图2中放射线感测装置12的时序图，包括来源信号Ssrc、输出信号Sout及取样次数Ns。在待机期间T中，驱动元件126会产生多个第三脉冲P3以逐行扫描像素阵列1200，且转换元件122会对像素阵列1200逐行取样，提供控制元件124以判断感测元件120是否有接收到来源信号Ssrc。另外，待机期间T的第三脉冲P3具有对光电二极管1204进行放电(discharge)的作用，让所有的光电二极管1204状况一致，保持在初始的状态。于时间t1时，来源信号开始逐步上升，在此上升期间TT1，驱动元件126的输出信号Sout由第三脉冲P3变成第一脉冲P1，其中，第一脉冲P1具有脉冲宽度W1，第三脉冲P3具有脉冲宽度W3，脉冲宽度W1大于脉冲宽度W3。在本实施例中，脉冲宽度可为该脉冲最大值所持续的周期。在其他实施例中，脉冲宽度可为该脉冲最大值的半高宽强度的宽度。在本实施例中，上升期间TT1的开始点t1，输出信号Sout即由第三脉冲P3变成第一脉冲P1，于此并不限制。另外，在本实施例中，上升期间TT1即表示下一个量测点的时间的来源信号Ssrc的强度大于前一点的量测点的时间的来源信号Ssrc的强度，当两者强度比较后无变化时，则前述的下一个量测点的时间不属于上升期间TT1。所谓两者强度比较后无变化，系指当前后两者的强度变化在误差设定范围内时会视为无变化；例如后者与前者强度的差异绝对值小于前者强度的10％以下，或者差异绝对值在20LSB以上或1.22mV以上时，可视为有变化。
另外，如图6所绘，箭头表示一次的取样，表示驱动元件126对一行像素扫描后，转换元件122对同一行像素取样，详细作业方式如图5，在此不多描述，所以当驱动元件126产生第一脉冲P1期间对应像素阵列1200中的任一行时，转换元件122对此任一行的像素增加取样的次数，以侦测来源信号的强度是否持续增加。在本实施例中，第一脉冲P1的一脉冲宽度W1中的取样次数Ns大于第三脉冲P3的一脉冲宽度W3的取样次数Ns。更值得注意的是，在待机期间T中，第一脉冲P1的任一次取样与接续的下一个取样之间为取样时间间隔St3；在上升期间TT1中，第三脉冲P3的任一次取样与接续的下一个取样之间为取样时间间隔St1，其中，取样时间间隔St3与取样时间间隔St1可不同，端视设计需求。在本实施例中，取样时间间隔St1小于取样时间间隔St3。取样时间间隔St1、St3可由任一次取样的时间与接续的下一个取样的时间，两次取样的时间差得知。
当来源信号的强度在时间t2到达判断阀值Vth(即判断是否为放射线的基准之一，视每次使用条件不同)时，控制元件124便可判断感测元件120有侦测到放射线，并控制驱动元件126停止输出第一脉冲P1，表示第一脉冲P1的脉冲宽度W1可为时间t1到时间t2为止。时间t2后，来源信号的强度大于判断阀值Vth，驱动元件126的输出信号Sout由第一脉冲P1变成第二脉冲P2，但转换元件122停止对像素阵列1200进行取样，来源信号Ssrc转换成电荷储存于电容1206中，其中第二脉冲P2具有脉冲宽度W2，脉冲宽度W1大于脉冲宽度W2。在本实施例中，脉冲宽度W2可等于脉冲宽度W3。在其他的实施例中，脉冲宽度W2大于或小于脉冲宽度W3。
在时间t3，放射线曝光结束，来源信号的强度下降到趋近于零，驱动元件126的输出信号Sout由第二脉冲P2变成第三脉冲P3，依序通过扫描线SL1至SLn，对像素阵列1200的每一行像素SR11至SRm1扫描，且转换元件122开始将每一个电容1206中的电荷取样作为影像数据，直到像素阵列1200的最后一行像素SR1n至SRmn为止，即时间t4时，转换元件122已完成读取像素阵列1200的最后一行像素SR1n至SRmn的影像数据，放射线感测装置12会重新进入待机期间T，驱动元件126会继续产生第三脉冲P3扫描，使转换元件122对像素阵列1200逐行取样，提供控制元件124以判断来源信号是否发生变化。由时间t1到时间t3期间即摄影模式T1，时间t3到时间t2期间即影像读取模式T2。
更值得注意的是，来源信号Ssrc可为数字信号或模拟信号，如图6中线条A为模拟信号(单位为电压)，线条B为数字信号(单位为LSB)。本实施例中，来源信号Ssrc可为经过转换元件122转换的数字信号，于此不局限。另外，数字信号经由不同的分辨率的转换元件122表示不同，后面将有进一步的说明。
图7显示一实施例中，放射线感测装置12的放射线判断方法的流程图。放射线判断方法的步骤包含步骤S700至步骤S706。任何合理的技术变更或是步骤调整都属于本发明的范畴。步骤S700至步骤S706描述如下。
步骤S700:驱动元件126通过扫描线SL1至SLn逐行扫描像素阵列1200，转换元件122通过数据线RL1至RLm对电容中的电荷取样，转换为来源信号；
步骤S702:控制元件124判断来源信号是否有改变；若是，执行步骤S704，若否，执行步骤S700；
步骤S704:控制元件124判断来源信号是否为放射线，若是，执行步骤S706，若否，执行步骤S700；
步骤S706:停止取样，等待放射线曝光结束。
在步骤S700中，放射线感测装置12逐行扫描像素阵列1200以侦测所有可能的来源信号。驱动元件126提供输出信号，通过扫描线SL1至SLn逐行扫描像素阵列1200，转换元件122通过数据线RL1至RLm对相对应的逐行像素阵列1200取样，将电容中的电荷转换为来源信号，并将来源信号提供至控制元件124。
在步骤S702中，控制元件124判断来源信号是否有改变。若有改变，执行步骤S704，表示来源信号无论是数字信号或模拟信号，只要下一秒的来源信号的强度大于上一秒的来源信号的强度，则属于变化发生；若无改变，则回到步骤S700继续逐行扫描与取样。
在步骤S704中，控制元件124判断来源信号是否为放射线。来源信号的强度上升期间中，驱动元件126将输出信号的脉冲宽度拉长，在此拉长的脉冲宽度期间中，转换元件122的取样次数增加，提供给控制元件124判断来源信号是否逐步增强，非急速上升的来源信号，或信号来源的强度到达判断阀值，以此来判断来源信号是否为放射线；若是，执行步骤S706；若为否，则回到步骤S700继续逐行扫描与取样。在本实施例中，来源信号是否逐步增强可依照斜率或倾斜角判断，当倾斜角趋近于90度时可视为急速上升的来源信号，可视为噪声。
在步骤S706中，放射线感测装置12中的转换元件122停止取样，使来源信号转换成电荷储存于电容中，驱动元件126将输出信号的脉冲宽度缩短，等待放射线曝光结束，换言之，等待来源信号的强度下降到趋近于零。
图8显示一实施例中，来源信号根据转换元件122不同的分辨率的示意图，其中垂直轴代表振幅，水平轴代表时间。当侦测来源信号时，若转换元件122使用的量化分辨率为3位时，来源信号的最大振幅可由8个量化阶距表示，举例来说，当振幅范围为0.5～4.5V，使用量化分辨率为3位时，被8(即2的3次方)均分，一阶为0.5V，此时来源信号如图8中的实线82表示；若转换元件122使用的量化分辨率为16位时，来源信号的最大振幅可由65536个量化阶距表示，举例来说，当振幅范围为0.5～4.5V，使用量化分辨率为16位时，被65536(即2的16次方)均分，一阶为61uV，此时来源信号如图8中的虚线80表示。在本实施例中，采用分辨率为16位的122，产生的来源信号接近正弦波。
图2、3中的放射线感测装置12判断来源信号是否符合放射线，若符合则判定为放射线并停止取样，等待放射线曝光结束后再取样做为影像数据；若不符合则判定为噪声，继续对像素阵列1200进行扫描与取样。放射线感测装置12可支持全范围的放射线侦测，不需在放射线感测装置12中的特定位置进行曝光，降低医疗风险；另外，侦测放射线的同时对光电二极管进行放电，减少成像后的影像受漏电流影响的风险，降低患者需重新拍摄的机率。放射线感测装置12不需要通过任何的外挂传感器即可有效率地检测放射线，拥有良好的感亮度(Sensitivity)、稳定度(Stability)，并且不会造成X光剂量上的损耗影响成像质量。
本发明仅以放射线作为来源光信号的举例，但其他非可见光的来源光信号且可通过感测装置转为电信号者亦可适用，于此并不限制。以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种放射线感测装置，其特征在于，包括：
驱动元件，根据来源信号产生输出信号；
其中所述来源信号包括上升期间，所述上升期间对应所述输出信号的第一脉冲及第二脉冲，且所述第一脉冲的脉冲宽度大于所述第二脉冲的脉冲宽度。
2.如权利要求1所述的放射线感测装置，其特征在于，先产生所述第一脉冲完，再产生所述第二脉冲。
3.如权利要求1所述的放射线感测装置，其特征在于，还包括像素阵列，其中，所述像素阵列包括像素、多条扫描线、多条数据线，所述驱动元件耦接于所述多条扫描线中的至少一者，对所述像素阵列的任一行像素扫描。
4.如权利要求3所述的放射线感测装置，其特征在于，还包括转换元件，其中，所述转换元件耦接于所述多条数据线的至少一者，所述转换元件对所述像素阵列的任一行像素取样。
5.如权利要求4所述的放射线感测装置，其特征在于，所述转换元件对所述像素阵列的任一行像素取样，其中，于所述第二脉冲的脉冲宽度中停止取样。
6.如权利要求3所述的放射线感测装置，其特征在于，还包括闪烁体，设置于所述像素阵列之上，用以将来源光信号转换成可见光。
7.如权利要求6所述的放射线感测装置，其特征在于，所述可见光的波长范围为400nm～750nm。
8.如权利要求6所述的放射线感测装置，其特征在于，所述像素阵列中的所述像素的其中之一还包括晶体管、光电二极管及电容，其中所述光电二极管能够将所述可见光转换为电荷。
9.如权利要求1所述的放射线感测装置，其特征在于，还包括像素阵列及转换元件，其中，所述像素阵列包括像素、多条扫描线、多条数据线，所述转换元件耦接于所述多条数据线的至少一者，所述驱动元件与所述转换元件对所述像素阵列的同一行像素扫描与取样。
10.如权利要求1所述的放射线感测装置，其特征在于，于所述第一脉冲的脉冲宽度中的取样次数大于所述第二脉冲的脉冲宽度中的取样次数。
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