CN112890840A - 一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法,平板探测器包括依次电连接的感光层、TFT阵列及控制电路板,TFT阵列为若干像素组成的矩阵,像素包括像素电容、TFT开关、门控线和数据线,门控线和数据线分别与控制电路板电连接。基于该自动曝光控制方法操作的平板探测器,可以通过相关组件实时获取对X射线的接受状态,当达到曝光数据阈值时,由控制电路板反馈曝光中止命令。可以省略传统的真空电离室等AEC部件,解决传统AEC存在的图像干扰、伪影等问题。
Description
技术领域
本发明涉及X射线成像领域的探测器和成像系统,具体涉及一种使平板探测器实现自动曝光控制功能的方法。
背景技术
自X射线被发现以来,其被广泛应用于各种领域,进行X射线成像。经过百余年的发展,完整的X射线成像系统主要有X射线发生装置、X射线探测装置、受照体和其它辅助装置组成。现在通用的人造X射线发生装置主要由高压发生器和X射线管组成,用于产生X射线。X射线探测装置主要用于接受穿过受照体的X射线用于产生图像,X射线探测装置探测到的X射线信号强度与X射线发生装置产生的X射线有很大关系,如果产生的X射线过多,会造成受照体经受过多的X射线辐照,图像过曝;如果产生的X射线过少,X射线探测装置接收到的信号太少,图像则会模糊不清。尤其在医用X射线成像领域,有效降低人体受到的X射线辐射至关重要。
为了控制适当的X射线量,首选方式是对X射线发生装置进行必要的曝光参数设置,主要包括控制峰值管电压kVp、管电流mA、曝光时间mS。通过曝光参数的设置确定了产生的X射线量,但是当受照体发生改变时,如何确定有效的曝光参数成为难点,只能由操作人员根据以往经验进行设置。当受照体频繁发生变化时,典型的如医用X射线领域中的受照体病人,每人体型都不一样,如何设置适当的曝光参数成为难点。为了解决这个问题,出现了自动曝光控制(AEC,Auto Exposure Control)系统。如图1所示,X射线管组件1产生X射线,透过受照体2后,由X射线探测器3探测并成像,传统的AEC由真空电离室和控制器组成,将真空电离室4放置到受照体2和X射线探测器3之间,真空电离室4电连接有控制器5,控制器5与X射线管组件1的供能组件高压发生器6电连接,X射线探测器3和高压发生器6均外接计算机控制系统7。在X射线产生时,给X射线管组件1预设更长的曝光时间mS,真空电离室3会探测到透过受照体2的辐射剂量,当总的辐射剂量达到系统设定的阈值时,AEC的控制器5就会向X射线发生装置中的高压发生器6发出中断信号,停止曝光。对于具有相同成像需求的,设定好固定的阈值后,曝光终止只与真空电离室探测到的累积剂量有关,而不受受照体的影响。通过AEC,可以针对不同的受照体得到相同效果的X射线影像,确保受照体仅受到必须的辐照,尤其是当受照体是人时,这项工作十分重要。因此,在医用X射线成像领域,AEC成为了X射线摄影系统的标准配置。
传统的医用AEC电离室一般分为3个区域,见图1AEC中标识的左中右三区,对应的是常见的检查区域,在工作时根据实际需要选择合适的检查区域。这种AEC存在三个主要问题:一是电离室放置于受照体和X射线探测装置之间,它仍会吸收部分X射线造成信号损失,同时由于电离室的不均匀性,也会对原始图像造成干扰,甚至形成伪影;二是电离室感兴趣区(ROI,region of interest)固定,难以满足复杂成像时对感兴趣区的设置;三是AEC电离室必须与探测装置一同固定安装才能确保准确,使用时较为不变。
随着技术的发展,X射线探测装置已经全面进入数字化时代,X射线平板探测器因具有轻便、成像速度快、全数字化控制等特点,成为主流的X射线探测装置,在数字化X射线平板探测器上直接实现精确的AEC功能,是目前的研究重点。
发明内容
本发明解决的问题是如何摈弃带真空电离室AEC设计,在平板探测器内部直接实现AEC功能。
为解决上述问题,本发明提供一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法,所述平板探测器包括依次电连接的感光层、TFT阵列及控制电路板,所述TFT阵列为若干像素组成的矩阵,所述像素包括像素电容、TFT开关、门控线和数据线,所述门控线和数据线分别与控制电路板电连接;包括以下步骤:
S1:设置AEC阈值P_threshold和ROI区域;
S2:X射线管组件和平板探测器进入准备状态,使门控线驱动TFT开关接通,对TFT阵列中的所有像素电容和数据线复位后,再驱动TFT开关全部断开;
S3:调整门控线电压,以驱使TFT开关打开一定比例,同时打开数据线读取整列数据作为参考值P_ref;
S4:控制X射线管组件发出X射线,当X射线到达感光层时,感光层吸收X射线转换成电荷并存储到像素电容中;
S5:在X射线持续产生的过程中,调整门控线电压使TFT开关打开一定比例,同时打开数据线实时读取整列数据作为数据值P_i;
S6:调整门控线电压以使得TFT开关关闭,同时对数据线进行复位;
S7:重复步骤S5和S6,并计算每次循环中P_i与P_ref的差值P_delta,将若干次P_delta进行累加,根据累加值与设定阈值P_threshold的关系,由控制电路板在达到结束条件时发送曝光中止命令;
S8:控制X射线曝光结束,控制电路板通过门控线逐行接通TFT开关,同时通过数据线逐行读出像素电容内存储的电荷,形成数字图像。
与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优点:
通过本申请的一种在平板探测器内部实现AEC功能的方法,基于此方法操作的平板探测器,可以通过相关组件实时获取对X射线的接受状态,当达到曝光数据阈值时,由控制电路板反馈曝光中止命令。可以省略传统的真空电离室等AEC部件,解决传统AEC存在的图像干扰、伪影问题。
作为优选,在步骤S7中,设累加值为P_sum,判断P_sum是否达到设定的阈值P_threshold;如果没有达到阈值,即P_sum<P_threshold则继续循环;如果P_sum达到设定的阈值则判定达到结束条件,即P_sum≥P_threshold则由控制电路板发送曝光中止命令。
作为优选,在步骤S7中,
先假设每个S5~S7的循环中采集一次P_delta的时间为t;
设定采集前m次循环得到累加值P_sum_m,消耗时间为m*t;
再继续进行n次循环采集,得到累加的P_sum_m+n,消耗时间为n*t;
计算剩余应该持续的曝光时间T:
T=(P_threshold-P_sum_m+n)/(P_sum_m+n-P_sum_m)*n*t;
在T时间后控制曝光结束。
作为优选,在步骤S3中,多次重复步骤S3的数据采集流程,取多次采集到的数据的平均值作为参考值。
作为优选,在步骤S3和S5中,TFT开关的打开比例范围为0~50%。
作为优选,在步骤S3和S5中,打开的TFT开关为选定的ROI区域对应的行,打开的数据线为选定的ROI区域对应的列。
作为优选,在步骤S3和S5中,控制TFT开关的打开比例相同。
作为优选,所述感光层为闪烁荧光体,至少包括碘化铯、硫氧化钆中的一种;或者,所述感光层为光电半导体,至少包括非晶硒、碘化铅、钙钛矿类材料中一种。
作为优选,当所述感光层为闪烁荧光体时,所述像素电容为光电二极管的结电容。
作为优选,当所述感光层为光电半导体时,所述像素电容为单独的存储电容,所述存储电容的电容上级为像素电极。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有的带AEC功能的X射线摄像系统的结构图;
图2是本发明实施例平板探测器内部主要结构的结构图;
图3是本发明实施例TFT阵列的结构图;
图4是本发明实施例1实现自动曝光控制方法的流程图;
图5是本发明实施例2实现自动曝光控制方法的流程图。
其中,附图标记为:
1、X射线管组件,2、受照体,3、X射线探测器,4、真空电离室,5、控制器,6、高压发生器,7、计算机控制系统,8、感光层,9、TFT阵列,91、像素电容,92、TFT开关,93、门控线,94、数据线,10、控制电路板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图2和图3所示,本申请一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法,实施载体为数字化X射线平板探测器,实施场景也包括图1涉及的,该平板探测器包括依次电连接的感光层8、TFT阵列9及控制电路板10,TFT阵列9为若干像素组成的矩阵,像素包括像素电容91、TFT开关92、门控线93和数据线94,门控线93和数据线94分别与控制电路板10电连接;控制电路板10可以与外部上位机通讯连接。容易知道,平板探测器还应包含外壳、外接电缆和电源等附件,此为本领域技术人员熟知,在此不再赘述。
实际选择时,感光层8可以是闪烁荧光体,包括但不限于碘化铯、硫氧化钆,此时像素电容91为光电二极管的结电容。或者,感光层8也可以选用光电半导体,包括但不限于非晶硒、碘化铅、钙钛矿类材料,此时像素电容91为单独的存储电容,存储电容的电容上级为像素电极。
实施例1
请参阅图4所示,本实施例提供了一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法,包括以下步骤:
S1:设置AEC阈值P_threshold和ROI区域;对于类似于传统AEC的固定式的ROI区域,可以在平板探测器中预先设置好。也可以通过上位机,根据受照体的特点对平板探测器进行选择设置,自由选择感兴趣区。AEC阈值P_threshold是经验值,可以采用类似传统AEC的方法通过校准得到,或者根据探测器响应特性计算得到,应由上位机根据管电压、密度档位进行设置。
S2:X射线管组件1和平板探测器进入准备状态,使门控线驱动TFT开关接通,对TFT阵列中的所有像素电容和数据线复位后,再驱动TFT开关全部断开;其中,X射线管组件1属于X射线发生装置中的主要组件。
S3:调整门控线电压,以驱使TFT开关打开一定比例,同时打开数据线读取整列数据作为参考值P_ref;作为优选,可以重复参考值的采集流程,取多次采集到的参考值的数据的平均值作为参考值P_ref。
S4:控制X射线管组件发出X射线,当X射线到达感光层时,感光层吸收X射线转换成电荷并存储到像素电容中;
S5:在X射线持续产生的过程中,调整门控线电压使TFT开关打开一定比例,同时打开数据线实时读取整列数据作为数据值P_i;
在步骤S3和S5中,TFT开关92的打开比例范围为0~50%。过大的打开比例会造成像素电容91中的有效信号丢失,较佳地,可以控制TFT开关保持关闭,即TFT开关的打开比例为0。各TFT开关92的打开比例可以是相同的,也可以是不同的。较佳地,在步骤S3和S5中,可以控制TFT开关92的打开比例相同,打开比例相同时,曝光控制的精度更好,速度更快。
在步骤S3和S5中,各TFT开关92的打开区域可以是全幅的,也可以是选定的ROI区域对应的行,打开次序可按需选择设定,通过公知经验进行合理的电路设计,按区选定可以更好地选择ROI区域。根据需要,如果有多个ROI区域,可以通过与、或、平均等方式进行合并处理。
S6:调整门控线电压以使得TFT开关关闭,同时对数据线进行复位;
上述步骤S3、S5、S6中的数据线,可以是全幅的,也可以是选定的ROI区域对应的列,打开次序可选,可以同时操作多列来节省时间。
S701:按预设周期重复上述步骤S5和S6,并计算每次循环中P_i与P_ref的差值P_delta,将若干次P_delta累加为P_sum;
S702:判断P_sum是否达到设定的阈值P_threshold;如果没有达到阈值,即P_sum<P_threshold,则继续循环;
S703:如果P_sum达到设定的阈值,即P_sum≥P_threshold,则由控制电路板发送曝光中止命令;
其中,曝光中止命令可以由平板探测器通过上位机发送给X射线发生装置,或者也可以借由通信部件直接发送给X射线发生装置,用以省略上位机的信息交互延时,使曝光控制更精确。
S8:控制X射线曝光结束,控制电路板通过门控线逐行接通TFT开关,同时通过数据线逐行读出像素电容内存储的电荷,形成数字图像。
通过本申请的一种在平板探测器内部实现AEC功能的方法,基于此方法操作的平板探测器,可以通过相关组件实时获取对X射线的接受状态,当达到曝光数据阈值时,由控制电路板反馈曝光中止命令。可以省略传统的真空电离室等AEC部件,解决传统AEC存在的图像干扰、伪影问题。
实施例2
本实施例的基本结构及方法流程与实施例一相同,不同之处在于,实施例1中通过累加的P_sum与设定阈值P_threshold对比来判断是否满足中止条件。而本实施例中,在在步骤S6之后,通过比例计算后续应该持续的曝光时间。请参阅图5所示,其流程如下:
S711:重复步骤S5和S6,计算每次采集循环中P_i与P_ref的差值P_delta,将P_delta累加得到累加值P_sum_m,假设每采集一次P_delta的时间为t;单次循环中,t越小则最终的曝光控制越精确。
S712:循环采集m次,消耗时间为m*t;
S713:再继续n次循环采集,消耗时间为n*t;
这里确保n次循环采集的P_delta差异不大,表明此时吸收的X射线较为稳定。
S714:计算m+n次循环中的累加值P_sum_m+n。
S715:计算剩余应该持续的曝光时间T:
T=(P_threshold-P_sum_m+n)/(P_sum_m+n-P_sum_m)*n*t;
S716:将剩余持续曝光时间T发送给上位机,在T时间后控制曝光结束。
其中,曝光剩余时间可以由平板探测器通过上位机发送给X射线发生装置,或者也可以借由通信部件直接发送给X射线发生装置,用以省略上位机的信息交互延时,使曝光控制更精确。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法,所述平板探测器包括依次电连接的感光层、TFT阵列及控制电路板,所述TFT阵列为若干像素组成的矩阵,所述像素包括像素电容、TFT开关、门控线和数据线,所述门控线和数据线分别与控制电路板电连接;其特征在于,包括以下步骤:
S1:设置AEC阈值P_threshold和ROI区域;
S2:X射线管组件和平板探测器进入准备状态,使门控线驱动TFT开关接通,对TFT阵列中的所有像素电容和数据线复位后,再驱动TFT开关全部断开;
S3:调整门控线电压,以驱使TFT开关打开一定比例,同时打开数据线读取整列数据作为参考值P_ref;
S4:控制X射线管组件发出X射线,当X射线到达感光层时,感光层吸收X射线转换成电荷并存储到像素电容中;
S5:在X射线持续产生的过程中,调整门控线电压使TFT开关打开一定比例,同时打开数据线实时读取整列数据作为数据值P_i;
S6:调整门控线电压以使得TFT开关关闭,同时对数据线进行复位;
S7:重复步骤S5和S6,并计算每次循环中P_i与P_ref的差值P_delta,将若干次P_delta进行累加,根据累加值与设定阈值P_threshold的关系,由控制电路板在达到结束条件时发送曝光中止命令;
S8:控制X射线曝光结束,控制电路板通过门控线逐行接通TFT开关,同时通过数据线逐行读出像素电容内存储的电荷,形成数字图像。
2.根据权利要求1所述的一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法,其特征在于,在步骤S7中,设累加值为P_sum,判断P_sum是否达到设定的阈值P_threshold;如果没有达到阈值,即P_sum<P_threshold则继续循环;如果P_sum达到设定的阈值则判定达到结束条件,即P_sum≥P_threshold则由控制电路板发送曝光中止命令。
3.根据权利要求1所述的一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法,其特征在于,在步骤S7中,
先假设每个S5~S7的循环中采集一次P_delta的时间为t;
设定采集前m次循环得到累加值P_sum_m,消耗时间为m*t;
再继续进行n次循环采集,得到累加的P_sum_m+n,消耗时间为n*t;
计算剩余应该持续的曝光时间T:
T=(P_threshold-P_sum_m+n)/(P_sum_m+n-P_sum_m)*n*t;
在T时间后控制曝光结束。
4.根据权利要求1所述的一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法,其特征在于,在步骤S3中,多次重复步骤S3的数据采集流程,取多次采集到的数据的平均值作为参考值。
5.根据权利要求1所述的一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法,其特征在于,在步骤S3和S5中,TFT开关的打开比例范围为0~50%。
6.根据权利要求5所述的一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法,其特征在于,在步骤S3和S5中,打开的TFT开关为选定的ROI区域对应的行,打开的数据线为选定的ROI区域对应的列。
7.根据权利要求5所述的一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法,其特征在于,在步骤S3和S5中,控制TFT开关的打开比例相同。
8.根据权利要求1所述的一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法,其特征在于,所述感光层为闪烁荧光体,至少包括碘化铯、硫氧化钆中的一种;或者,所述感光层为光电半导体,至少包括非晶硒、碘化铅、钙钛矿类材料中一种。
9.根据权利要求8所述的一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法,其特征在于,当所述感光层为闪烁荧光体时,所述像素电容为光电二极管的结电容。
10.根据权利要求8所述的一种平板探测器实现自动曝光控制功能的方法,其特征在于,当所述感光层为光电半导体时,所述像素电容为单独的存储电容,所述存储电容的电容上级为像素电极。
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CN112890840B (zh) | 2023-08-29 |
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