一种超分辨率平板探测器、成像系统及成像方法与流程

本发明涉及探测器成像领域，特别涉及一种超分辨率平板探测器、成像系统及成像方法。

背景技术：

平板探测器作为数字化x射线摄影设备等x射线成像系统的核心部件，是决定x射线成像系统影像质量的最关键因素之一。平板探测器通过直接或间接的方式将x射线信号转化为电子信号并最终数字化成二维图像。考量平板探测器的性能指标包括动态范围、线对分辨率、量子检测效率和调制传递函数等。平板的线对分辨率受到调制传递函数和像素尺寸的影响，而平板的像素尺寸直接决定了其空间分辨率的极限。受制造工艺的影响，平板阵列的像素尺寸无法做得太小，并且过小的像素尺寸会降低平板的动态范围以及量子检测效率等指标。因而在平板像素尺寸不变的情况下，如何提高成像分辨率是一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种超分辨率平板探测器、成像系统及成像方法，具体技术方案如下：

一方面，公开了一种超分辨率平板探测器，包括

壳体；

成像平板模块，其设置在壳体内部，用于将射线信号转换为电荷信号；

控制电路板，其设置在壳体内部，用于将所述电荷信号转化为数字信号；

位移控制器，其用于驱动控制所述成像平板模块在所述壳体内移动。

进一步地，在所述位移控制器的控制下，所述成像平板模块移动前后所对应的像素单元错落分布。

进一步地，所述成像平板模块与控制电路板上下设置，所述成像平板模块与控制电路板通过柔性控制电路板或者导线实现电连接，使得所述成像平板模块能够相对于控制电路板发生移动。

进一步地，所述超分辨率平板探测器还包括用于支撑所述成像平板模块的可移动平台和支撑框架，所述支撑框架相对于壳体固定设置，所述成像平板模块相对于可移动平台固定设置，所述可移动平台在所述位移控制器的控制下，带动所述成像平板模块相对于支撑框架发生移动。

进一步地，所述超分辨率平板探测器还包括用于支撑所述成像平板模块的支撑框架，所述支撑框架相对于壳体固定设置，所述成像平板模块在所述位移控制器的控制下相对于支撑框架发生移动。

进一步地，所述控制电路板固定安装在所述支撑框架的下侧面上，所述控制电路板与成像平板模块通过柔性控制电路板或者导线实现电连接，所述支撑框架上设有供所述柔性控制电路板或者导线穿过的开孔。

另一方面，公开了一种成像系统，包括射线发生及控制装置、图像处理器、和所述的超分辨率平板探测器。

再一方面，公开了一种超分辨率成像方法，控制探测器的成像平板模块按照预设的运动轨迹移动，每移动一处分别采集当前位置的曝光图像，不同曝光图像上的像素单元错落分布；对多处采集的多个曝光图像进行重建，得到重建图像，所述重建图像的分辨率高于所述多个曝光图像中任意一个的分辨率。

进一步地，重建方法包括以其中一个曝光图像为基准图像，利用其他曝光图像基于最大后验概率方法或最大似然方法对所述基准图像进行像素还原和/或填充。

进一步地，基于所述的成像系统，所述成像方法包括以下步骤：

s1、将超分辨率平板探测器和射线发生及控制装置通过同步线连接，所述同步线提供了所述超分辨率平板探测器和所述射线发生及控制装置在曝光过程中的握手信号；

s2、通过工作站将超分辨率成像的采集模式设置给所述超分辨率平板探测器，所述采集模式定义了成像平板模块的位移周期，以及对应位移控制器位移的次数和位移的移动轨迹；

s3、通过工作站通知所述超分辨率平板探测器进入准备采集状态，接着通知光信号发生器准备曝光；

s4、所述光信号发生器等待所述超分辨率平板探测器的曝光使能信号，所述成像平板模块根据预设的运动轨迹，首先，位移控制器根据定义的移动轨迹将沿所述成像平板模块的读出方向或扫描方向平移一定的距离，待移动结束后给光信号发生器一个允许曝光的信号，此时光信号发生器开始曝光；

s5、待曝光结束后，所述超分辨率平板探测器采集当前曝光图像，将射线产生的电荷信号清除；

s6、重复步骤s4-s5，直至所述位移控制器驱动完所述成像平板模块所有的运动位置并且所述超分辨率平板探测器采集了相应位置下对应的曝光图像；

s7、根据一个周期内所有运动位置的曝光图像采用亚像素重建方法，得到超分辨率图像。

本发明的技术方案带来的有益效果包括：

(a)成像更精准，获得比原始像素分辨率下的单张曝光图像更多的细节信息；

(b)提高平板探测器的成像分辨率，有利于在实际成像过程中发现更微细的结构。

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是本发明实施例提供的超分辨率平板探测器左右移动垂直截面示意图；

图2是本发明实施例提供的超分辨率平板探测器前后移动垂直截面示意图；

图3是本发明实施例提供的超分辨率平板探测器内部结构俯视示意图；

图4是本发明实施例提供的超分辨率平板探测器左右移动内部结构俯视示意图。

其中，附图标记包括：1-位移控制器，11-第一位移控制器，12-第二位移控制器，2-柔性控制电路板，3-上盖，4-成像平板模块，5-可移动平台，6-支撑框架，7-控制电路板，8-背盖，9-缓冲垫。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，更清楚地了解本发明的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。除此，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的一个实施例中，提供了一种超分辨率平板探测器，参见图1和图2，包括壳体、成像平板模块4、控制电路板7和位移控制器1，所述壳体包括上盖3和背盖8，所述上盖3与所述背盖8上下设置，所述上盖3与所述背盖8的连接处设有缓冲垫，所述成像平板模块4设置在壳体内部，能够将射线信号转换为电荷信号，所述控制电路板7设置在壳体内部，能够将所述电荷信号转化为数字信号，所述成像平板模块4与控制电路板7上下设置；

所述位移控制器1驱动控制所述成像平板模块4在所述壳体内移动，所述成像平板模块4与控制电路板7通过柔性控制电路板2或者导线实现电连接，使得所述成像平板模块4能够相对于控制电路板7发生移动。在所述位移控制器1的控制下，所述成像平板模块4移动前后所对应的像素单元错落分布。

具体地，参见图3，位移控制器1包括第一位移控制器11和第二位移控制器12，参见图4，所述第一位移控制器1驱动控制所述成像平板模块4在所述壳体内左右移动，所述第二位移控制器12驱动控制所述成像平板模块4在所述壳体内前后移动。第一位移控制器11和第二位移控制器12均可独立工作。

在本发明的一个实施例中，所述超分辨率平板探测器还包括用于支撑所述成像平板模块4的可移动平台5和支撑框架6，所述支撑框架6相对于壳体固定设置，所述成像平板模块4相对于可移动平台5固定设置，所述可移动平台5在所述位移控制器1的控制下，带动所述成像平板模块4相对于支撑框架6发生移动。所述控制电路板7固定安装在所述支撑框架6的下侧面上，所述控制电路板7与成像平板模块4通过柔性控制电路板2或者导线实现电连接，所述支撑框架6上设有供所述柔性控制电路板2或者导线穿过的开孔。

在本发明的一个实施例中，所述超分辨率平板探测器还包括用于支撑所述成像平板模块4的支撑框架6，所述支撑框架6相对于壳体固定设置，所述成像平板模块4在所述位移控制器1的控制下相对于支撑框架6发生移动。所述控制电路板7固定安装在所述支撑框架6的下侧面上，所述控制电路板7与成像平板模块4通过柔性控制电路板2或者导线实现电连接，所述支撑框架6上设有供所述柔性控制电路板2或者导线穿过的开孔。

在本发明的一个实施例中，还提供了一种成像系统，包括射线发生及控制装置、图像处理器和所述的超分辨率平板探测器。

在本发明的一个实施例中，还提供了一种超分辨率成像方法，控制探测器的成像平板模块按照预设的运动轨迹移动，每移动一处分别采集当前位置的曝光图像，不同曝光图像上的像素单元错落分布；对多处采集的多个曝光图像进行重建，得到重建图像，所述重建图像的分辨率高于所述多个曝光图像中任意一个的分辨率。

其中，重建方法包括以其中一个曝光图像为基准图像，利用其他曝光图像基于最大后验概率方法或最大似然方法对所述基准图像进行像素还原和/或填充，以得到比原始图像分辨率更高的图像。

基于所述的成像系统，所述成像方法包括以下步骤：

s1、将超分辨率平板探测器和射线发生及控制装置通过同步线连接，所述同步线提供了所述超分辨率平板探测器和所述射线发生及控制装置在曝光过程中的握手信号；

s2、通过工作站将超分辨率成像的采集模式设置给所述超分辨率平板探测器，所述采集模式定义了成像平板模块的位移周期，以及对应位移控制器位移的次数和位移的移动轨迹；

s3、通过工作站通知所述超分辨率平板探测器进入准备采集状态，接着通知光信号发生器准备曝光；

s4、所述光信号发生器等待所述超分辨率平板探测器的曝光使能信号，所述成像平板模块根据预设的运动轨迹，首先，位移控制器根据定义的移动轨迹将沿所述成像平板模块的读出方向或扫描方向平移一定的距离，待移动结束后给光信号发生器一个允许曝光的信号，此时光信号发生器开始曝光；

s5、待曝光结束后，所述超分辨率平板探测器采集当前曝光图像，将射线产生的电荷信号清除；

s6、重复步骤s4-s5，直至所述位移控制器驱动完所述成像平板模块所有的运动位置并且所述超分辨率平板探测器采集了相应位置下对应的曝光图像；

s7、根据一个周期内所有运动位置的曝光图像采用亚像素重建方法，得到超分辨率图像。

其中，射线发生及控制装置采用的x射线源支持根据所述超分辨率平板探测器的使能脉冲信号进行间歇性曝光；采集模式对应的成像平板模块位移轨迹，例如每次成像平板模块平移的距离为像素间距的1/2或1/4，则对应的位移次数分别是4次和16次。

在本发明的一个实施例中，所述超分辨率平板探测器中的x射线感光阵列为由x射线闪烁体、具有光敏二极管作用的非晶硅层和薄膜半导体阵列组成的平板，其中的非晶硅层还可用非晶硒层替换，此处所述的平板即上述的成像平板模块。所述超分辨率平板探测器还包括外壳、装有平板的内壳、控制内壳进行亚像素平移的位移控制器以及其他起到固定或缓冲作用的连接件，所述位移控制器带有驱动电机，可驱动内壳进行精确的移动，包括x轴和y轴运动，即左右运动和前后运动，运动距离由位移控制器发给驱动电机的脉冲个数以及单个脉冲的位移距离的乘积决定，所述位移控制器在位移结束后有反馈信号。所述超分辨率平板探测器配备有将x射线转换为电子信号的x射线平板阵列，同时在探测器内部集成了一个精确位移控制器，可在平板阵列所在平面进行水平亚像素平移。通过在成像过程中，由位移控制器进行一组的精确位移并采集相应位置下的曝光图像，根据获取的曝光图像序列，采用一定的图像重建方法重建出更精细的图像。

在本发明的一个实施例中，超分辨率成像方法包括以下步骤：

(1)将平板和x射线源进行同步线连接，该同步线提供了平板和x射线源在曝光过程中的握手信号；

(2)通过工作站将超分辨率成像的采集模式设置给平板探测器，所述采集模式定义了平板的位移周期，平板位移控制器位移的次数和位移的移动轨迹；

(3)通过工作站通知平板进入准备采集状态，接着通知光信号发生器准备曝光；

(4)光信号发生器等待平板探测器的曝光使能信号，平板根据预设的运动轨迹，首先，位移控制器根据定义的移动轨迹将沿某一方向(平板的读出方向或扫描方向)平移一定的距离，待移动结束后给光信号发生器一个允许曝光的信号，此时光信号发生器开始曝光；

(5)待曝光结束后，平板采集当前曝光图像，将x射线产生的电荷信号清除；

(6)重复步骤(4)至(5)，直至位移控制器遍历完所有的运动位置并且平板采集了该位置下对应的曝光图像；

(7)根据一个周期内所有运动位置的曝光图像采用亚像素重建方法，得到比每张图像分辨率更高的超分辨率图像。

本发明提供的超分辨率平板探测器、成像系统及成像方法通过对阵列的亚像素平移和图像重建方法，获得比原始像素分辨率下的单张曝光图像更多的细节信息，有利于在实际成像过程中发现更微细的结构，提高平板探测器的成像分辨率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。