模数转换方法和Ｘ射线图像探测器及Ｘ光机技术

本发明专利技术公开了一种用于Ｘ光信号转换的模数转换方法和Ｘ射线图像探测器及Ｘ光机。其中，一种模数转换方法包括生成ｎ阶由ｎ位二进制数字输入转换得到的参考电压Ｖｉ，其中，ｉ＝１，．．．，ｎ且其第ｎ－ｉ位为１其它位为０；把ｉ置为１，将累加电平Ｖｒ（１）设置为参考电平Ｖ１；比较步骤：把模拟图像信号与累加电压Ｖｒ（ｉ）进行比较；如果所述模拟图像信号大于所述累加电压Ｖ　ｒ（ｉ），则将数字图像信号的第ｎ－ｉ位置为１并ｉ＝ｉ＋１，且Ｖｒ（ｉ）＝Ｖｒ（ｉ－１）＋Ｖｉ并转到比较步骤；如果所述模拟图像信号小于所述累加电压Ｖｒ（ｉ），则将数字图像信号的第ｎ－ｉ位置为０并ｉ＝ｉ＋１，且Ｖｒ（ｉ）＝Ｖｒ（ｉ－１）－Ｖｉ并转到比较步骤。采用本发明专利技术的技术方案，在保证一定的量化精度的情况下，可以大大减少转换时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及χ射线图像探测领域，尤其涉及一种模数转换方法和X射线图 像探测器及X光机。
技术介绍
在X射线图像探测领域，典型的X射线图像探测器通常包括光电转换器阵列、AD转 换电路以及带有通信端口的数字传输电路，其中，光电转换器阵列用来将X射线直接转换 为电信号或将χ射线通过闪烁物质后转换成的可见光转换为电信号；AD转换电路用来将模 拟的电信号转换为数字信号；数字传输电路则将数字图像信号通过通信端口传送到X射线 检测系统的主机。X射线图像探测器的工作原理如下均勻入射的X射线照射被测物体，由于被测物体中不同密度的物质对X射线产生 不同程度的吸收，因而透射出的X射线中即包含了被测物体不同部分的密度信息。X射线 图像探测器用来接收透射出的X射线，其中的光电转换阵列将X射线信号直接转换为电信 号，或者让X射线通过闪烁物质转换为可见光信号，然后再由光电转换阵列转换为电信号， 由于X射线图像探测器接收的X射线在不同的空间位置具有不同的强度分布，因而光电转 换器阵列在不同的空间位置也将得到不同强度的电信号，而这些电信号强度的空间分布即 反映了被测物体在不同部位的密度信息。光电转换器阵列中的电信号经AD转换电路转换 为数字图像信号，再经数字传输电路和通信端口传输给X射线检测系统的主机，即得到了 反映被测物体不同部位密度信息的数字图像。X射线图像探测器中的AD转换电路用来将模拟的电信号转换为数字图像信号，这 是X射线图像探测器获取数字图像的一个关键步骤。在模数转换过程中有两个性能指标非 常关键，这就是数字图像的量化精度和图像的读出速度。其中量化精度决定了所得数字图 像的灰度分辨率，而读出速度在很大程度上决定了 X射线图像探测器的成像速度，即从X射 线球管曝光到得到数字图像的快慢。理想的X射线图像探测器应该具有高的量化精度，同 时具有快的读出速度。但是在现有技术中，这两个指标是互相矛盾的，即快速成像通常是以 牺牲量化精度为代价的，而只有在静态拍摄中，才能具有较高的量化精度。这个矛盾在大规模X射线图像探测器中就显得更为突出，大规模的X射线图像探 测器通常都具有数百万个图像像素，即光电转换阵列中有数百万个光电转换单元，要将这 数百万个转换单元中存储的模拟电信号转换为数字图像信号，AD转换的速度非常重要。现有的AD转换方法通常有两类。一类AD转换方法是，直接使用AD芯片进行模数 转换，可以采用串行的转换方式，即使用一个AD芯片来顺序转换数百万个光电单元中的模 拟电信号，采用这种方法，图像的读出速度非常慢，几乎不可接受；也可以采用并行的转换 方式，光电转换阵列中的数百万个光电单元通常排列成数千行数千列的矩阵形式，可以在 每条数据线上连接一个AD芯片，这样可以把数千个光电单元中的模拟信号同时转换，可以 有效地提高图像的读出速度，但数千个AD芯片排列起来要占据很大的空间位置，使得最终的X射线图像探测器的体积和重量难以接受。折中的方案就是若干条数据线共用一个AD 芯片，这部分解决了上述技术方案的缺点，但与X射线图像探测器追求更小的体积、更轻的 重量、更快的读出速度的发展方向相抵触。另一类AD转换方法是，利用DA芯片和比较器等简单电路单元来实现AD转换的目 的。DA芯片按照事先设计好的单调递增的数据序列顺序产生由小到大的比较参考电压，然 后在比较器中与来自待转换光电单元中的模拟信号进行比较，等到比较参考电压大于待转 换的模拟信号时，比较器锁定输出，完成该单元的AD转换。采用并行转换的方式，即数千个 数据线上的模拟信号同时转换，为了节省电路所占的空间，使用一个DA芯片为所有的数据 线提供比较参考电压，而为每根数据线连接一个比较器，由于同时转换的模拟信号有大有 小，每次DA芯片都要从小到大顺序产生完所有的比较参考电压，当模拟信号较小时，转换 时间就被浪费了。另外如果DA芯片按照步进为1的顺序依次产生完覆盖整个量化空间的 比较参考电压，仍然需要花费很多的时间，通常的做法是设计非线性的或分段线性的数据 序列，这样可以有效地提高图像的读出速度，以14位的量化精度为例，若采用步进为1的线 性数据序列，需要产生16383个比较电压，若采用非线性或分段线性的数据序列，用几千个 步骤甚至更少就能覆盖从0到16383的数据范围。但该技术方案仍然是以牺牲量化精度为 代价来换取较快的读出速度，同时为了保证一定的量化精度，至少也需要一千多个甚至数 千个步骤，而且该技术方案势必使得在整个的量化空间内，信号的量化精度不一致，即有的 信号范围内量化精度高，有的信号范围内量化精度低，从而增大了数字图像中产生图像伪 影的可能性。
技术实现思路
本专利技术要解决的主要问题是提供一种转换速度快且量化精度高的用于X光信号 转换的模数转换方法和X射线图像探测器及X光机。为了解决上述问题，一方面，本专利技术用于X光转换的模数转换方法的技术方案包 括步骤生成η阶由η位二进制数字输入转换得到的参考电压Vi，其中，i = 1，...，η且其 第n-i位为1其它位为0 ；把i 置为 1，Vr⑴=V1 ；比较步骤把模拟图像信号与累加电压VHi)进行比较；如果所述模拟图像信号大于所述累加电压VHi)，则将数字图像信号的第n-i位置 为1并i = i+Ι，且= ν,α^+ν,并转到比较步骤；如果所述模拟图像信号小于所述累加电压VHi)，则将数字图像信号的第n-i位置 为ο并i = i+1，且vHi) = Ui并转到比较步骤。在本专利技术的另一方面，本专利技术X射线图像探测器，包括用于X光信号转换的模数 转换电路，所述模数转换电路包括参考电压生成电路、选通器、累加器、比较器和编码器，其 中所述编码器控制所述选通器以将所述参考电压生成电路的输出给所述累加器；所述比较器对所述模拟图像信号和所述累加器的输出进行比较并将结果输出给 所述编码器。其中，所述参考电压生成电路包括DA转换器和用于把所述DA转换器的输出反向 的反向器。所述累加器包括通过开关相连接的第一级加法部分和第二级保持部分。进一步地，所述第一级加法部分包括电阻Rl和电阻R2分别作为放大器Ul两个负向输入源输入电阻，并联连接的电阻 R3和电容Cl连接在放大器Ul的负向输入端和输出端之间构成反馈回路，放大器Ul的正向 输入端接地，开关Sl串联在电阻R3和电容Cl构成的串联回路中，电阻R2 —端接参考电平 输入端，Rl 一端接所述第二级保持电路的输出。所述第二级保持部分包括串联连接的电阻R5、放大器U3，电容C2与串联的电阻R6和开关S3并联后连接在 放大器U3的负向输入端和输出端之间构成负反馈回路，放大器U3的正向输入端接地。此外，本专利技术X射线图像探测器还包括控制所述参考电压生成电路和所述编码器 的主逻辑控制单元7。所述模数转换电路的所有模数转换通道共用一个或几个参考电压生成电路。在本专利技术的又一方面，本专利技术用于X光信号转换的模数转换方法包括步骤生成η阶由η位二进制数字输入转换得到的参考电压Vi,其中，i = 1，...，η且 其第n-i位为1其它位为0.例如当η = 3时，V1为IOOb对应的电压，V2为OlOb对应的电 压，V3为OOlb对应的电压；把i 置为 1，Vr⑴=V1 且 Vr(0) = 0 ；比较步骤把模拟图像信号与累加电压VHi)本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于Ｘ光信号转换的模数转换方法，用于将模拟图像信号转换为ｎ位数字图像信号，其特征在于，包括步骤：生成ｎ阶由ｎ位二进制数字输入转换得到的参考电压Ｖｉ，其中，ｉ＝１，．．．，ｎ且其第ｎ－ｉ位为１其它位为０；把ｉ置为１，Ｖｒ（１）＝Ｖ１；比较步骤：把模拟图像信号与累加电压Ｖｒ（ｉ）进行比较；如果所述模拟图像信号大于所述累加电压Ｖｒ（ｉ），则将数字图像信号的第ｎ－ｉ位置为１并ｉ＝ｉ＋１，且Ｖｒ（ｉ）＝Ｖｒ（ｉ－１）＋Ｖｉ并转到比较步骤；如果所述模拟图像信号小于所述累加电压Ｖｒ（ｉ），则将数字图像信号的第ｎ－ｉ位置为０并ｉ＝ｉ＋１，且Ｖｒ（ｉ）＝Ｖｒ（ｉ－１）－Ｖｉ并转到比较步骤。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王华毅，汪蕙，
申请(专利权)人：GE医疗系统环球技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]