基于SiPM的自动曝光检测装置及方法、平板探测器制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于SiPM的自动曝光检测装置及方法、平板探测器，其中，所述基于SiPM的自动曝光检测装置应用于平板探测器中，其至少包括：SiPM传感器模块，连接于所述SiPM传感器模块的信号调理电路，连接于所述信号调理电路的迟滞比较电路，连接于所述迟滞比较电路的FPGA电路。本发明专利技术的基于SiPM的自动曝光检测装置，使用SiPM作为传感器，SiPM具有单光子检测能力，相比现有AED模块中的传感器，具有更强的光子探测能力，可以更快速的检测到X射线的变化，最大程度上实现T1和T0时刻的同步，减少剂量损失，大幅度减少甚至消除过渡带；SiPM的饱和恢复时间短至ns级，可以更快速精确地检测到曝光结束信号。

Automatic exposure detection device and method based on SiPM and flat panel detector

The invention provides a SIPM-based automatic exposure detection device and method, and a flat panel detector, wherein the SIPM-based automatic exposure detection device is applied to a flat panel detector, which comprises at least a SiPM sensor module, a signal conditioning circuit connected to the SiPM sensor module, and a signal conditioning electricity connected to the signal conditioning electricity. The hysteresis comparison circuit of the circuit is connected to the FPGA circuit of the hysteresis comparison circuit. The automatic exposure detection device based on SIPM of the invention uses SiPM as a sensor and SiPM has single photon detection ability. Compared with the sensors in the existing AED module, SiPM has stronger photon detection ability, can detect the change of X-ray more quickly, realize the synchronization of T1 and T0 time to the greatest extent, and reduce the dose loss. The saturation recovery time of SiPM is as short as ns level, which can detect the end-of-exposure signal more quickly and accurately.

【技术实现步骤摘要】
基于SiPM的自动曝光检测装置及方法、平板探测器
本专利技术涉及探测器
，特别是涉及一种基于SiPM的自动曝光检测装置及方法、平板探测器。
技术介绍
数字化X射线摄影(DigitalRadiography，简称DR)，是上世纪90年代发展起来的X射线摄影新技术，以其更快的成像速度、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后，并经过光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器(Analog/DigitalConverter，ADC)转为数字信号，输入到计算机处理。X平板探测器曝光有两种方式，一种是用高压发生器上的X光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光信号，一旦检测到有X光到来，便向平板探测器发送开始曝光信号，当又重新检测到没有X光信号时，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，根据AED模块的安装位置，又可分为外置式和内置式两种，外置式是指AED模块在平板探测器的外部，其触发信号通过线缆和平板探测器连接，或者通过无线方式和平板进行通迅；内置式指AED模块集成在平板探测器内部，相比起来，具有更大的便捷性。内置式AED模块在平板探测器中的位置如图1所示，X射线球管1发出X射线；束光板2控制X射线的照射范围；3为被测物；4为平板探测器的结构件层；5为平板探测器中的闪烁体层，将X射线转换为可见光；6为平板探测器中的光电转换元件层(也称TFT层)，将可见光转换为电信号；7为防背散射层；8为AED模块。X射线到达AED模块8之前，需要经过被测物3、结构件层4、闪烁体层5、TFT层6和防背散射层7，实际到达AED模块8上的X射线很微弱，同时AED模块8检测到X光的时刻T1相比TFT层6检测到X光的时刻T0会有滞后。平板探测器通过驱动电路读取TFT层6中每个像素中的电荷，经过模数转换和算法处理后，输出采集到的图像。TFT层6的每个像素上积累的电荷包括光生电荷和热生电荷两部分，光生电荷只有在曝光时产生，热生电荷无论有无光照都会产生。曝光时，X光信号穿过被测物3和结构件层4，到达闪烁体层5上，闪烁体层5将X光转换为可见光，可见光照射到TFT层6上，TFT层6上像素中的灵敏元将光信号转换为电信号，并以电荷的形式存储起来，该电荷为光生电荷，是图像数据的来源。热生电荷是由电子的热运动引起的，不管有没有光信号，都会随着时间的推移在每个像素中逐渐累积，该电荷为热生电荷，会影响图像质量。为了减少热生电荷对图像质量的影响，在不进行曝光时，需要对像素中累积的电荷进行实时清空。假设平板探测器有M*N个像素，其中M为行数，N为列数。对像素中累积电荷进行清空时，一般采取逐行清空的方法，由于AED模块8检测到X光的时刻T1相比TFT层6检测到X光的时刻T0会有滞后，所以，在T0到T1时刻被清空的像素中，除了清除了之前累积的热生电荷，同时也清除了有效的光生电荷。假设T0时刻正在清空M1行，T1时刻正在清空M2行，则M1到M2行所包含像素的曝光时间相比其他像素的曝光时间要短，在图像上表现为，图像中M1到M2行的亮度比其他行暗。由于是顺序清空，所以从M1到M2行，被清除的光生电荷越来越多，在图像上表现为，从M1到M2行的图像呈现逐渐变暗的效果，即从M1到M2行的图像为整幅图像中的过渡带9，如图2所示。由以上分析知，过渡带9产生的原因为AED模块8检测到X光的时刻T1与TFT层6检测到X光的时刻T0不同，且T0早于T1。T1与T0的时间差从根本上取决于AED模块8中传感器(Sensor)的光子探测能力。当前平板探测器中AED模块8的传感器大多数为PD(Photo-Diode，光电二极管)或者PIN-PD(Positive-Intrinsic-NegativePhoto-Diode，PIN型光电二极管)，少部分为APD(AvalanchePhoto-Diode，雪崩光电二极管)。这些类型的传感器一方面光子探测能力较弱，无法更快速地检测光信号，因此时刻T1与T0之间往往会存在较大的时间差，从而造成X光剂量损失较大，进而出现较宽的过渡带；另一方面饱和恢复时间较长，通常需要数十个ms，因此当前平板探测器中AED模块8对于曝光结束信号检测的精确度也较差。因此，如何提高平板探测器中AED模块的传感器的光子探测能力，以改善过渡带，同时提高检测曝光结束信号的精确度，是亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于SiPM的自动曝光检测装置及方法、平板探测器，用于解决现有技术中AED模块传感器的光子探测能力较弱，无法更快速地检测光信号，X光剂量损失较大，出现较宽的过渡带的问题，以及现有技术中AED模块传感器饱和恢复时间较长，对于曝光结束信号检测的精确度较差的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于SiPM(SiliconPhotomultipliers，硅光电倍增管)的自动曝光检测装置，应用于平板探测器中，其中，所述基于SiPM的自动曝光检测装置至少包括：SiPM传感器模块，用于感应X射线的变化，并输出相应的信号；信号调理电路，连接于所述SiPM传感器模块，用于将所述SiPM传感器模块输出的信号进行放大和调理，以输出正向信号；迟滞比较电路，连接于所述信号调理电路，用于将所述正向信号的幅值与预设阈值进行比较，以输出电平信号；其中，在所述正向信号的幅值大于第一阈值时，输出高电平信号；在所述正向信号的幅值小于第二阈值时，输出低电平信号；其中，所述第一阈值大于所述第二阈值；FPGA电路，连接于所述迟滞比较电路，用于检测所述电平信号，判断在预设时长内高电平信号所占时间是否达到第一设定值，若达到则判定曝光开始，输出曝光开始信号；在输出所述曝光开始信号后，继续判断在所述预设时长内高电平信号所占时间是否达到第二设定值，若达到则判定曝光结束，输出曝光结束信号；其中，所述第一预设值大于所述第二预设值。优选地，所述基于SiPM的自动曝光检测装置还包括：温度传感器，用于检测周围环境温度；SiPM驱动电路，分别连接于所述SiPM传感器模块和所述温度传感器，用于为所述SiPM传感器模块提供工作所需的偏置电压，并能根据所述周围环境温度的变化自动调节所述偏置电压。优选地，所述基于SiPM的自动曝光检测装置还包括：阈值设置电路，连接于所述迟滞比较电路，用于提供并根据需要设置所述第一阈值和所述第二阈值；其中，所述第二阈值大于无X射线时的最大噪声幅值。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种平板探测器，所述平板探测器至少包括由上至下依次设置的结构件层、闪烁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SiPM的自动曝光检测装置，应用于平板探测器中，其特征在于，所述基于SiPM的自动曝光检测装置至少包括：SiPM传感器模块，用于感应X射线的变化，并输出相应的信号；信号调理电路，连接于所述SiPM传感器模块，用于将所述SiPM传感器模块输出的信号进行放大和调理，以输出正向信号；迟滞比较电路，连接于所述信号调理电路，用于将所述正向信号的幅值与预设阈值进行比较，以输出电平信号；其中，在所述正向信号的幅值大于第一阈值时，输出高电平信号；在所述正向信号的幅值小于第二阈值时，输出低电平信号；其中，所述第一阈值大于所述第二阈值；FPGA电路，连接于所述迟滞比较电路，用于检测所述电平信号，判断在预设时长内高电平信号所占时间是否达到第一设定值，若达到则判定曝光开始，输出曝光开始信号；在输出所述曝光开始信号后，继续判断在所述预设时长内高电平信号所占时间是否达到第二设定值，若达到则判定曝光结束，输出曝光结束信号；其中，所述第一预设值大于所述第二预设值。

【技术特征摘要】
1.一种基于SiPM的自动曝光检测装置，应用于平板探测器中，其特征在于，所述基于SiPM的自动曝光检测装置至少包括：SiPM传感器模块，用于感应X射线的变化，并输出相应的信号；信号调理电路，连接于所述SiPM传感器模块，用于将所述SiPM传感器模块输出的信号进行放大和调理，以输出正向信号；迟滞比较电路，连接于所述信号调理电路，用于将所述正向信号的幅值与预设阈值进行比较，以输出电平信号；其中，在所述正向信号的幅值大于第一阈值时，输出高电平信号；在所述正向信号的幅值小于第二阈值时，输出低电平信号；其中，所述第一阈值大于所述第二阈值；FPGA电路，连接于所述迟滞比较电路，用于检测所述电平信号，判断在预设时长内高电平信号所占时间是否达到第一设定值，若达到则判定曝光开始，输出曝光开始信号；在输出所述曝光开始信号后，继续判断在所述预设时长内高电平信号所占时间是否达到第二设定值，若达到则判定曝光结束，输出曝光结束信号；其中，所述第一预设值大于所述第二预设值。2.根据权利要求1所述的基于SiPM的自动曝光检测装置，其特征在于，所述基于SiPM的自动曝光检测装置还包括：温度传感器，用于检测周围环境温度；SiPM驱动电路，分别连接于所述SiPM传感器模块和所述温度传感器，用于为所述SiPM传感器模块提供工作所需的偏置电压，并能根据所述周围环境温度的变化自动调节所述偏置电压。3.根据权利要求1所述的基于SiPM的自动曝光检测装置，其特征在于，所述基于SiPM的自动曝光检测装置还包括：阈值设置电路，连接于所述迟滞比较电路，用于提供并根据需要设置所述第一阈值和所述第二阈值；其中，所述第二阈值大于无X射线时的最大噪声幅值。4.一种平板探测器，所述平板探测器至少包括由上至下依次设置的结构件层、闪烁体层、TFT层和防背散射层，其中，被测物置于所述结构件层上，所述X射线依次经过所述被测物、结构件层、闪烁体层、TFT层和防背散射层，其特征在于，所述平板探测器还包括：至少一个设置在所述防背散射层下方的如权利要求1～3任一项所述的基于SiPM的自动曝光检测装置。5.根据权利要求4所述的平板探测器，其特征在于，所述防背...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鹏飞，黄翌敏，袁冉，马放，
申请(专利权)人：上海奕瑞光电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31