一种X射线图像传感器及消除图像残影的方法与流程

本发明涉及医疗影像诊断领域，特别是涉及一种X射线图像传感器及消除图像残影的方法。

背景技术：

X射线数字摄影技术在当今医疗影像诊断领域得到了越来越广泛的应用，在各种X射线数字摄影设备中，X射线探测器是该类设备中最核心、技术含量最高的关键零部件，在整个图像的成像采集过程中，起到了不可或缺的关键作用。

非晶硅X射线平板探测器主要有X射线入射面(通常选取碳板材质)，闪烁体，X射线图像传感器，信号积分读取电路，结构外壳等几部分构成。

X射线探测器的成像过程需要经历“X射线”到“可见光”到“电子”的转化过程。如图1所示，在图像拍摄过程中，X射线首先会入射到X射线传感器上表面的光电转化层，也叫闪烁体层，闪烁体一般选材碘化铯或硫氧化钆。在X线的照射下，闪烁体层可以将入射的X射线转化为可见光，可见光激发X射线传感器上的PD光电二极管产生光生电子，随后通过外围积分放大电路将光生电子积分读出，转化成电路上比较容易处理的电压信号，再将该电压信号通过模数转换器转换为量化的数字信号通过数据接口发送至上位机，至此整个光电信号转换与读出工作完成。在上位机上得到的就是带有诊断信息的经过数字量化的数字图像，由于是数字图像，可以很容易的进行各种数字图像处理。

如图2所示，常规的X射线图像传感器设计，是由尺寸大小均等的像素阵列组成，成像区域每一像素元由具有光敏特性的非晶硅光电二极管PD及TFT(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)开关组成。其中行扫描线接收行扫描控制电路的控制打开或关闭TFT开关；列读出线连接读出电路，配合行扫描线完成非晶硅光电二极管PD存储光电荷的转移。位于同一行所有像元的行扫描线共用一条，当该条行扫描线打开时，位于该行的所有TFT开关被打开，此时所有列读出线将该行所有非晶硅光电二极管PD中存储的光电荷积分读出，完成一次光电信号的转移，通过分时选通功能，依次顺序打开所有行扫描线，打开每行的同时，外围读取电路配合读出当前打开行所对应的所有列信号，由此构成了一副完整的采集图像。

探测器的外围电路由时序控制器、行驱动电路、读出电路、A/D转换电路，通信及控制电路组成。在时序控制器的统一指挥下行驱动将像元的电荷逐行检出，然后积分转化成电压信号，电压信号经过A/D转换电路转换为相应的数字信号，该数字信号对应着非晶硅面板的图像矩阵中对应的采集像素点的灰阶值，完成一幅数字图像的采集后，将采集到的数字灰阶图像传输上位机显示。

在X射线探测器的工作过程中，采集到的图像很容易受到lag(即上一帧图像残留在光电二极管中的信息，一般残留5％左右的信号电荷，通常会在下一帧图像读取的过程中，被读取出来一部分)信息影响。如若平板探测器被当作静态方式(例如拍片)来使用，可以通过增加多次的清空操作，将图像残留的影像信息进行清除，从而保证后续采集图像不被上一帧图像残留信息所干扰，但会增加采集时间，降低采集频率。在平板探测器的动态应用场合(例如手术过程中的透视)，由于曝光图像采集是连续进行，没有时间去做清空动作，所以此时图像的lag残影对整个的图像质量就显得尤为重要，当前采集的图像叠加了前帧图像残留的信息，会降低图像的质量。

常规的X射线图像传感器与探测器设计无法避免上述问题，最终会导致图像当前拍摄图像信息中掺杂有前面拍摄图像残留的影像，从而导致图像失校正，直接影响到图像的细节信息，有的图像甚至无法达到医疗诊断的目的。

因此，如何有效解决X射线图像传感器中图像lag残影及采集频率的问题，提高图像的质量及采集频率已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种X射线图像传感器及消除图像残影的方法，用于解决现有技术中lag残影对图像质量产生影响的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种X射线图像传感器，所述X射线图像传感器至少包括：

扫描驱动电路，用于输出驱动信号以控制像素单元的开关；

多个读出电路，用于读出像素单元中存储的亮场图像信息；

多个释放电路，用于清除像素单元中残留的暗场图像残留信息；

多个像素单元组成的像素阵列，各像素单元包括第一TFT开关、第二TFT开关及光电二极管，所述第一TFT开关的第一电极连接所述读出电路、第二电极连接所述光电二极管的阴极、第三电极连接所述扫描驱动电路；所述第二TFT开关的第一电极连接所述释放电路、第二电极连接所述光电二极管的阴极、第三电极连接所述扫描驱动电路；所述光电二极管的阳极连接一负电压；

其中，同一列像素单元中的第一TFT开关的第一电极连接同一读出电路，同一列像素单元中的第二TFT开关的第一电极连接同一释放电路；

同一行像素单元中的第一TFT开关的第三电极连接同一驱动信号，且相邻两行中下一行像素单元中的第一TFT开关的第三电极与上一行像素单元中的第二TFT开关的第三电极连接同一驱动信号。

优选地，所述第一TFT开关及所述第二TFT开关为NMOS器件；所述第一TFT开关的第一电极为漏极、第二电极为源极、第三电极为栅极；所述第二TFT开关的第一电极为漏极、第二电极为源极、第三电极为栅极。

优选地，所述第一TFT开关及所述第二TFT开关为PMOS器件；所述第一TFT开关的第一电极为源极、第二电极为漏极、第三电极为栅极；所述第二TFT开关的第一电极为源极、第二电极为漏极、第三电极为栅极。

优选地，所述读出电路包括放大器及一积分电容，所述放大器的反相输入端连接所述第一TFT开关的第一电极、正相输入端连接一参考电压，所述积分电容连接于所述放大器的反相输入端及所述放大器的输出端之间。

更优选地，所述释放电路包括一电阻；所述电阻的第一端连接所述第二TFT开关的第一电极、第二端接地；各电阻的第一端连接所述参考电压。

更优选地，所述参考电压由一电压跟随器提供，所述电压跟随器的正相输入端连接所述参考电压、反相输入端及输出端连接各电阻的第一端。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种消除图像残影的方法，所述消除图像残影的方法至少包括：

在曝光前，扫描驱动电路输出驱动时序，以清除像素单元中的残留电荷；

停止输出驱动时序，进行曝光操作；

待曝光结束后，扫描驱动电路输出驱动信号，逐行对像素阵列中的亮场图像进行采集，通过同一驱动信号在采集当前行亮场图像的同时对上一行暗场残留电荷进行释放；进而在完成一帧亮场图像采集的同时对当前帧图像残影进行清除。

优选地，所述消除图像残影的方法进一步包括：

扫描驱动电路输出第一驱动信号，第一行像素单元中存储的电荷被读出，实现第一行像素单元中亮场图像的采集；

待第一行像素单元的亮场图像采集结束后，扫描驱动电路输出第二驱动信号，第二行像素单元中存储的电荷被读出，同时第一行像素单元的暗场残留电荷被释放；

待第二行像素单元的亮场图像采集结束及第一行像素单元的暗场残留电荷释放结束后，扫描驱动电路输出第三驱动信号，第三行像素单元中存储的电荷被读出，同时第二行像素单元的暗场残留电荷被释放；

以此类推，待最后一行像素单元的亮场图像采集结束及最后一行的上一行像素单元的暗场残留电荷释放结束后，扫描驱动电路输出最后一个驱动信号，最后一行像素单元的暗场残留电荷被释放。

更优选地，各驱动信号依次相差一个时钟周期。

优选地，所述消除图像残影的方法适用于静态图像采集及动态图像采集。

如上所述，本发明的X射线图像传感器及消除图像残影的方法，具有以下有益效果：

1、本发明的X射线图像传感器及消除图像残影的方法在采集当前亮场图像的同时，清除当前帧图像的lag信息。

2、本发明的X射线图像传感器及消除图像残影的方法不增加单独的清空操作，不增加额外的清空时间。

3、本发明的X射线图像传感器及消除图像残影的方法可以在静态采集条件或动态采集条件下使用，有效提高图像采集频率及图像质量。

附图说明

图1显示为现有技术中的非晶硅平板探测器光电转换原理示意图。

图2显示为现有技术中的非晶硅平板探测器驱动原理示意图。

图3显示为本发明的X射线图像传感器的结构示意图。

图4显示为本发明的消除图像残影的方法的驱动时序示意图。

元件标号说明

1 X射线图像传感器

11 像素阵列

12 扫描驱动电路

13 放大器

14 电压跟随器

S1～S3 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图3所示，本发明提供一种X射线图像传感器1，所述X射线图像传感器1至少包括：

像素阵列11、扫描驱动电路12、读出电路以及释放电路。

如图3所示，所述像素阵列11包括多个像素单元，在本实施例中，所述像素阵列11为4×4的阵列。各像素单元包括第一TFT开关TFT1、第二TFT开关TFT2及光电二极管PD。所述第一TFT开关TFT1的第一电极连接所述读出电路、第二电极连接所述光电二极管PD的阴极、第三电极连接所述扫描驱动电路12；所述第二TFT开关TFT2的第一电极连接所述释放电路、第二电极连接所述光电二极管PD的阴极、第三电极连接所述扫描驱动电路12；所述光电二极管PD的阳极连接一负电压，通常所述负电压的取值范围为-4V～-8V之间。

具体地，作为本发明的一具体实施方式，所述第一TFT开关TFT1及所述第二TFT开关TFT2为NMOS器件。所述第一TFT开关TFT1的栅端连接所述扫描驱动电路12、漏端连接所述读出电路、源端连接所述光电二极管PD的阴极；所述光电二极管PD的阳极连接负电压；所述第二TFT开关TFT2的栅端连接所述扫描驱动电路12、漏端连接所述释放电路、源端连接所述光电二极管PD的阴极。当所述第一TFT开关TFT1的栅端接收到所述扫描驱动电路12输出的高电平信号时，所述第一TFT开关TFT1导通，所述光电二极管PD中的电荷被读出，实现亮场图像的读出；当所述第二TFT开关TFT2的栅端接收到所述扫描驱动电路12输出的高电平信号时，所述第二TFT开关TFT2导通，所述光电二极管PD中的电荷被释放，实现残留电荷的清除。

具体地，作为本发明的另一具体实施方式，所述第一TFT开关TFT1及所述第二TFT开关TFT2为PMOS器件。所述第一TFT开关TFT1的栅端连接所述扫描驱动电路12、源端连接所述读出电路、漏端连接所述光电二极管PD的阴极；所述光电二极管PD的阳极连接负电压；所述第二TFT开关TFT2的栅端连接所述扫描驱动电路12、源端连接所述释放电路、漏端连接所述光电二极管PD的阴极。当所述第一TFT开关TFT1的栅端接收到所述扫描驱动电路12输出的低电平信号时，所述第一TFT开关TFT1导通，所述光电二极管PD中的电荷被读出，实现亮场图像的读出；当所述第二TFT开关TFT2的栅端接收到所述扫描驱动电路12输出的低电平信号时，所述第二TFT开关TFT2导通，所述光电二极管PD中的电荷被释放，实现残留电荷的清除。

如图3所示，同一行像素单元中的第一TFT开关TFT1的第三电极连接同一驱动信号，且相邻两行中下一行像素单元中的第一TFT开关TFT1的第三电极与上一行像素单元中的第二TFT开关TFT2的第三电极连接同一驱动信号。

具体地，如图3所示，第一行各像素单元中的第一TFT开关TFT1的栅端连接同一驱动信号；第一行各像素单元中的第二TFT开关TFT2的栅端与第二行各像素单元中的第一TFT开关TFT1的栅端连接同一驱动信号；第二行各像素单元中的第二TFT开关TFT2的栅端与第三行各像素单元中的第一TFT开关TFT1的栅端连接同一驱动信号；第三行各像素单元中的第二TFT开关TFT2的栅端与第四行各像素单元中的第一TFT开关TFT1的栅端连接同一驱动信号；第四行各像素单元中的第二TFT开关TFT2的栅端连接同一驱动信号。

如图3所示，同一列像素单元中的第一TFT开关TFT1的第一电极连接同一读出电路，同一列像素单元中的第二TFT开关TFT2的第一电极连接同一释放电路。

具体地，第一列像素单元中的各第一TFT开关TFT1的第一电极连接第一读出电路；第二列像素单元中的各第一TFT开关TFT1的第一电极连接第二读出电路；第三列像素单元中的各第一TFT开关TFT1的第一电极连接第三读出电路；第四列像素单元中的各第一TFT开关TFT1的第一电极连接第四读出电路。

具体地，第一列像素单元中的各第二TFT开关TFT2的第一电极连接第一释放电路；第二列像素单元中的各第二TFT开关TFT2的第一电极连接第二释放电路；第三列像素单元中的各第二TFT开关TFT2的第一电极连接第三释放电路；第四列像素单元中的各第二TFT开关TFT2的第一电极连接第四释放电路。

所述第一TFT开关TFT1及所述第二TFT开关TFT2在选用不同类型的器件时，其连接关系根据器件特性做具体设定，在此不一一赘述。

如图3所示，各读出电路连接同一列像素单元中的各第一TFT开关TFT1，用于读出各光电二极管PD中储存的电荷。

具体地，如图3所示，各读出电路的结构一致，包括放大器13及一积分电容C，所述放大器的反相输入端连接所述第一TFT开关TFT1的第一电极、正相输入端连接一参考电压Vref，在本实施例中，所述参考电压Vref设定为1.68V，在实际使用中可根据电路特性做具体设定，不以本实施例为限。所述积分电容C连接于所述放大器13的反相输入端及所述放大器的输出端之间。所述放大器13的正相输入端及反相输入端通过“虚短”位于同一电位，即所述放大器13的反相输入端的电位为1.68V。所述读出电路对同一列像素单元中存储的电荷量进行积分，并转化为相应的电压输出。所有读出电路的输出信号实现一帧亮场图像的读出。

如图3所示，各释放电路连接同一列像素单元中的各第二TFT开关TFT2，用于释放各光电二极管PD中残留的电荷。

具体地，如图3所示，各释放电路的结构一致，包括一电阻，所述电阻的第一端连接所述第二TFT开关TFT2的第一电极、所述电阻的第二端接地；各电阻的第一端连接所述参考电压Vref。更具体地，所述参考电压Vref由一电压跟随器14提供，所述电压跟随器14的正相输入端连接所述参考电压Vref、反相输入端及输出端连接各电阻的第一端。所述电压跟随器14将所述参考电压Vref输出到各电阻的第一端，在本实施例中，所述参考电压Vref设定为1.68V，使得所述第一TFT开关TFT1的第一电极与所述第二TFT开关TFT2的第一电极保持同一电位。所述释放电路将同一列像素单元中残留的电荷引出到参考地，以清除lag残影对下一帧图像的影响。

如图3～图4所示，本发明还提供一种消除图像残影的方法，所述消除图像残影的方法至少包括：

步骤S1：在曝光前，扫描驱动电路12输出驱动时序，以清除像素单元中的残留电荷。

具体地，在本实施例中，以所述X射线图像传感器1作为硬件基础。如图3所示，在曝光前，所述扫描驱动电路12输出扫描驱动时序，逐行导通各像素单元中的第二TFT开关TFT2，以清除各像素单元中的残留电荷及漏电信息。

步骤S2：停止输出驱动时序，进行曝光操作。

具体地，如图3所示，所述扫描驱动电路12停止输出驱动时序，各第一TFT开关TFT1及各第二TFT开关TFT2均处于关闭状态。开始曝光，各光电二极管PD将接收到的光信号转化电荷并存储在各光电二极管PD中。

步骤S3：待曝光结束后，扫描驱动电路12输出驱动信号，逐行对像素阵列中的亮场图像进行采集，通过同一驱动信号在采集当前行亮场图像的同时对上一行暗场残留电荷进行释放；进而在完成一帧亮场图像采集的同时对当前帧图像残影进行清除。

具体地，如图3及图4所示，待曝光结束后，所述扫描驱动电路12根据时钟信号CK输出驱动信号。在第一时钟周期，所述扫描驱动电路12输出第一驱动信号Gate1，在本实施例中，各驱动信号为高有效，且各驱动信号的脉冲宽度为一个时钟周期。第一行像素单元中的各第一TFT开关TFT1被导通，其余TFT开关均处于关闭状态，第一行像素单元中各光电二极管PD中存储的电荷通过各读出电路转化为电压输出，实现第一行像素单元中亮场图像的采集。

具体地，如图3及图4所示，待第一行像素单元的亮场图像采集结束后，在本实施例中，各驱动信号依次相差一个时钟周期，即在第二时钟周期，所述扫描驱动电路12输出第二驱动信号Gate2。第一行像素单元中的各第二TFT开关TFT2及第二行像素单元中的各第一TFT开关TFT1被导通，其余TFT开关均处于关闭状态，第二行像素单元中各光电二极管PD中存储的电荷通过各读出电路转化为电压输出，同时第一行像素单元中的各光电二极管PD中残留的电荷通过各释放电路被泄放到参考地，同时实现第二行像素单元中亮场图像的采集和第一行像素单元中暗场图像残影的清除。

具体地，如图3及图4所示，待第二行像素单元的亮场图像采集结束及第一行像素单元的暗场残留电荷释放结束后，即在第三时钟周期，所述扫描驱动电路12输出第三驱动信号Gate3。第二行像素单元中的各第二TFT开关TFT2及第三行像素单元中的各第一TFT开关TFT1被导通，其余TFT开关均处于关闭状态，第三行像素单元中各光电二极管PD中存储的电荷通过各读出电路转化为电压输出，同时第二行像素单元中的各光电二极管PD中残留的电荷通过各释放电路被泄放到参考地，同时实现第三行像素单元中亮场图像的采集和第二行像素单元中暗场图像残影的清除。

具体地，如图3及图4所示，以此类推，待最后一行像素单元的亮场图像采集结束及最后一行的上一行像素单元的暗场残留电荷释放结束后，即在第n时钟周期，所述扫描驱动电路输出最后一个驱动信号Gaten。最后一行像素单元中的各第二TFT开关TFT2被导通，其余TFT开关均处于关闭状态，最后一行像素单元中的各光电二极管PD中残留的电荷通过各释放电路被泄放到参考地，实现最后一行像素单元中暗场图像残影的清除。

综上所述，由于单行扫描线连接了两行像素单元，所以当驱动一行扫描线的时候，相邻的两行像素单元均被打开，一行为亮场图像的采集，一行为暗场图像残影的清除，上侧读出电路负责亮场行像素的图像读出，对应下侧释放电路负责暗场行像素的残留电荷释放。此时，下一行亮场行像素的信号采集与上一行暗场行像素的电荷释放是同步进行的，同一行暗场行像素的电荷释放在亮场行像素的图像采集之后进行，时间上相差一行的采集时间(即一个时钟周期)，所以在亮场图像采集完成的时候，相应暗场图像的电荷释放也完成一次清空操作，不需增加单独的清空时间。在静态采集条件下，不增加额外的清空时间，不影响采集频率；在动态采集条件下，不增加额外的清空时间，实现采集与清空的同步操作，有效清除当前帧图像的残影，提高图像质量，为医疗诊断提供更准确的技术支持。

如上所述，本发明的X射线图像传感器及消除图像残影的方法，具有以下有益效果：

1、本发明的X射线图像传感器及消除图像残影的方法在采集当前亮场图像的同时，清除当前帧图像的lag信息。

2、本发明的X射线图像传感器及消除图像残影的方法不增加单独的清空操作，不增加额外的清空时间。

3、本发明的X射线图像传感器及消除图像残影的方法可以在静态采集条件或动态采集条件下使用，有效提高图像采集频率及图像质量。

综上所述，本发明提供一种X射线图像传感器，包括：扫描驱动电路、读出电路、释放电路及像素阵列，各像素单元包括第一TFT开关、第二TFT开关及光电二极管，所述第一TFT开关的第一电极连接所述读出电路、第二电极连接所述光电二极管的阴极、第三电极连接所述扫描驱动电路；所述第二TFT开关的第一电极连接所述释放电路、第二电极连接所述光电二极管的阴极、第三电极连接所述扫描驱动电路；所述光电二极管的阳极连接负电压；其中，同一列像素单元中的第一TFT开关的第一电极连接同一读出电路，同一列像素单元中的第二TFT开关的第一电极连接同一释放电路；同一行像素单元中的第一TFT开关的第三电极连接同一驱动信号，且相邻两行中下一行像素单元中的第一TFT开关的第三电极与上一行像素单元中的第二TFT开关的第三电极连接同一驱动信号。还提供一种消除图像残影的方法，包括：在曝光前，扫描驱动电路输出驱动时序，以清除像素单元中的残留电荷；停止输出驱动时序，进行曝光操作；待曝光结束后，扫描驱动电路输出驱动信号，逐行对像素阵列中的亮场图像进行采集，通过同一驱动信号在采集当前行亮场图像的同时对上一行暗场残留电荷进行释放；进而在完成一帧亮场图像采集的同时对当前帧图像残影进行清除。本发明的X射线图像传感器及消除图像残影的方法在采集当前亮场图像的同时，清除当前帧图像的lag信息；不增加单独的清空操作，不增加额外的清空时间；可以在静态采集条件或动态采集条件下使用，有效提高图像采集频率及图像质量。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。