一种平板探测器系统及其快速唤醒方法与流程

本发明涉及探测器技术领域，特别是涉及一种平板探测器系统及其快速唤醒方法。

背景技术：

数字化X射线摄影(Digital Radiography，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/Digital Converter，ADC)转为数字信号，输入到计算机处理。

X射线平板探测器系统主要包括：X射线传感器、采集驱动电路、主CPU控制处理单元、图像显示单元等。X射线平板探测器的成像过程需要经历“X射线”到“可见光”再到“电子”的转化过程。在图像拍摄过程中，透过人体后衰减的X射线首先会入射到X射线传感器上表面的光电转化层(即闪烁体层，一般选材碘化铯或硫氧化钆)，光电转化层将X射线转化为可见光，X射线传感器中位于光电转化层下的光电二极管又将可见光转换为电荷信号，存储在光电二极管自身的电容中。在图像采集过程中，通过采集驱动电路逐行驱动扫描积分读出这些电荷信号，再将这些电荷信号转换为量化的数字图像信号，从而完成图像采集。然后将数字图像信号传送到主CPU控制处理单元进行图像处理校正等操作，最后传输到图像显示单元显示出来。

平板探测器在移动应用中使用内部电池供电，在电池供电状态下，平板探测器采集运行时的功耗较高，而在平板探测器长时间处于空闲状态、不进行图像拍摄和采集时，平板探测器进入待机状态，以低功耗运行，也就是需要关闭平板探测器中的部分电路组成单元，包括关闭X射线传感器。但是这样也带来了一些无法避免的问题，其中一个主要问题在于X射线传感器长时间待机时漏电流较大，导致平板探测器在被唤醒后进行图像采集时无法快速清除漏电流，进而影响图像质量，造成临床使用中的不便。另一个主要问题是平板探测器被唤醒时，X射线传感器需要较长时间来上电，从启动到可获得正常图像需要一定的稳定时间(通常在十五分钟左右)，因此无法快速进入摄片模式，导致平板探测器的唤醒时间过长，在临床使用中影响用户体验。

因此，在保证平板探测器待机时低功耗运行的前提下，如何缩短平板探测器的唤醒时间，并快速清除X射线传感器中的漏电流，确保图像质量，是亟待解决的问题。

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平板探测器系统及其快速唤醒方法，用于解决现有技术中X射线传感器长时间待机时漏电流较大，无法快速清除的问题，以及X射线传感器上电时间较长，导致平板探测器的唤醒时间过长的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种平板探测器系统，其中，所述平板探测器系统至少包括：

X射线传感器，用于接收X射线，并将所述X射线转化为可见光，再将所述可见光转化为电荷信号；

待机驱动电路，连接于所述X射线传感器，用于驱动扫描所述X射线传感器，并在所述平板探测器处于待机状态时，保持所述X射线传感器处于激活状态；

采集电路，连接于所述X射线传感器，用于在所述X射线传感器被驱动扫描后，采集所述电荷信号，然后将所述电荷信号积分放大，并转化为数字图像信号；

主CPU控制处理单元，连接于所述采集电路，用于对所述数字图像信号进行图像处理，以得到X射线数字图像；

图像显示单元，连接于所述主CPU控制处理单元，用于显示所述X射线数字图像；

电池单元，其至少包括连接于所述待机驱动电路的电池，以及连接于所述电池的管理电路，所述电池用于在所述平板探测器处于待机状态时，持续为所述待机驱动电路提供内部供电的工作电源，所述管理电路用于管理所述电池；

低噪声稳压电路，连接于所述采集电路，用于为所述采集电路提供采集所需的低噪声电源；

开关电源，分别连接于所述低噪声稳压电路和所述主CPU控制处理单元，用于分别为所述低噪声稳压电路和所述主CPU控制处理单元提供外部供电的工作电源；以及

辅助CPU电源管理单元，分别连接于所述电池单元、所述低噪声稳压电路和所述开关电源，用于提供所述平板探测器待机和唤醒的时序控制，同时分别对所述电池单元、所述低噪声稳压电路和所述开关电源进行上电或下电控制；其中，在所述平板探测器处于待机状态时，所述辅助CPU电源管理单元用于控制所述电池单元保持上电状态，并控制所述低噪声稳压电路和所述开关电源下电待机。

优选地，所述平板探测器系统还包括：

触发唤醒单元，连接于所述辅助CPU电源管理单元，用于在用户进行触发动作时，唤醒所述平板探测器；其中，在所述平板探测器处于唤醒状态时，所述辅助CPU电源管理单元用于控制所述电池单元保持上电状态，并控制所述低噪声稳压电路和所述开关电源上电，从而控制所述X射线传感器进行电荷清空，以完成所述平板探测器的快速唤醒。

优选地，在所述平板探测器处于待机状态时，所述辅助CPU电源管理单元用于控制所述电池单元保持上电状态，从而控制所述X射线传感器以预定的时间间隔进行电荷清空。

优选地，所述预定的时间间隔为50ms～200ms。

优选地，在所述平板探测器完成一次图像采集后，所述辅助CPU电源管理单元还用于在所述平板探测器的空闲时间超过预设的等待时间时，控制所述电池单元保持上电状态，并控制所述低噪声稳压电路和所述开关电源下电待机，以使所述平板探测器再次进入待机状态。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种平板探测器系统的快速唤醒方法，其中，采用如上所述的平板探测器系统，所述平板探测器系统的快速唤醒方法至少包括：

所述辅助CPU电源管理单元提供所述平板探测器待机和唤醒的时序控制，同时分别对所述电池单元、所述低噪声稳压电路和所述开关电源进行上电或下电控制；

其中，在所述平板探测器处于待机状态时，所述辅助CPU电源管理单元控制所述电池单元保持上电状态，并控制所述低噪声稳压电路和所述开关电源下电待机，所述电池单元中的电池持续为所述待机驱动电路提供内部供电的工作电源，所述待机驱动电路保持所述X射线传感器处于激活状态。

优选地，所述平板探测器系统的快速唤醒方法还包括：在用户进行触发动作时，所述触发唤醒单元唤醒所述平板探测器；其中，在所述平板探测器处于唤醒状态时，所述辅助CPU电源管理单元控制所述电池单元保持上电状态，并控制所述低噪声稳压电路和所述开关电源上电，从而控制所述X射线传感器进行电荷清空，以完成所述平板探测器的快速唤醒。

优选地，所述平板探测器系统的快速唤醒方法还包括：在所述平板探测器处于待机状态时，所述辅助CPU电源管理单元控制所述电池单元保持上电状态，从而控制所述X射线传感器以预定的时间间隔进行电荷清空。

优选地，所述预定的时间间隔为50ms～200ms。

优选地，所述平板探测器系统的快速唤醒方法还包括：在所述平板探测器完成一次图像采集后，所述辅助CPU电源管理单元在所述平板探测器的空闲时间超过预设的等待时间时，控制所述电池单元保持上电状态，并控制所述低噪声稳压电路和所述开关电源下电待机，以使所述平板探测器再次进入待机状态。

如上所述，本发明的平板探测器系统及其快速唤醒方法，具有以下有益效果：本发明通过添加辅助CPU电源管理单元，对平板探测器的待机和唤醒进行时序控制，在平板探测器待机时，保持X射线传感器上电，同时关闭部分电路组成单元，以降低平板探测器的待机功耗；同时，由于X射线传感器始终处于激活状态，平板探测器在被唤醒时只需要为被关闭的部分电路组成单元上电，与现有技术相比，X射线传感器从启动到可获得正常图像所需的时间被大大缩短，从而使得平板探测器能够被快速唤醒，进入摄片准备状态，有利于提升用户的临床体验。另外，在平板探测器待机时，X射线传感器定时进行电荷清空，从而减少了待机时的漏电流，使得平板探测器在被唤醒后进行图像采集时可以快速清除漏电流，从而保证图像质量不受影响，满足临床实际需求。

附图说明

图1显示为本发明第一实施方式的平板探测器系统示意图。

图2显示为本发明第二实施方式的平板探测器系统的快速唤醒方法的流程示意图。

元件标号说明

1 X射线传感器

2 采集电路

3 主CPU控制处理单元

4 图像显示单元

5 驱动电路

6 电池单元

7 低噪声稳压电路

8 开关电源

9 辅助CPU电源管理单元

S1～S2 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1，本发明的第一实施方式涉及一种平板探测器系统。需要说明的是，本实施方式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1所示，本实施方式的平板探测器系统至少包括：X射线传感器1，连接于X射线传感器1的待机驱动电路5和采集电路2，连接于采集电路2的主CPU控制处理单元3和低噪声稳压电路7，连接于主CPU控制处理单元3的图像显示单元4和开关电源8，连接于待机驱动电路5的电池单元6，低噪声稳压电路7连接于开关电源8，以及分别连接于电池单元6、低噪声稳压电路7和开关电源8的辅助CPU电源管理单元9。其中：

X射线传感器1用于接收X射线，并将X射线转化为可见光，再将可见光转化为电荷信号。在本实施方式中，采用现有的X射线传感器1，其最上层为光电转化层(即闪烁体层，一般选材碘化铯或硫氧化钆)，光电转化层下方为光电二极管。在图像拍摄过程中，透过人体后衰减的X射线首先会入射到X射线传感器1上表面的光电转化层，光电转化层将X射线转化为可见光，X射线传感器1中位于光电转化层下的光电二极管又将可见光转换为电荷信号，存储在光电二极管自身的电容中。

待机驱动电路5用于驱动扫描X射线传感器1，并在平板探测器1处于待机状态时，保持X射线传感器1处于激活状态。在本实施方式中，采用现有的驱动电路，实现对光电二极管的驱动扫描。在图像采集过程中，通过待机驱动电路5逐行驱动扫描每行光电二极管中存储的电荷信号。在平板探测器1处于待机状态时，待机驱动电路5由电池单元6提供内部供电的工作电源，从而保持X射线传感器1处于激活状态，即X射线传感器1无论在平板探测器待机还是唤醒时，都处于上电状态。

采集电路2用于在X射线传感器1被驱动扫描后，采集电荷信号，然后将采集到的电荷信号积分放大，并转化为数字图像信号。在本实施方式中，采用现有的采集电路2，实现对光电二极管的信号采集。在图像采集过程中，当X射线传感器1中的每行光电二极管中存储的电荷信号被待机驱动电路5驱动扫描后，采集电路2积分读出每行光电二极管中存储的电荷信号，再将这些电荷信号放大后转换为量化的数字图像信号，从而完成图像采集。在图像采集完成后，采集电路2会将采集到的包含临床人体图像数据的数字图像信号传送给主CPU控制处理单元3。

主CPU控制处理单元3用于对数字图像信号进行图像处理，以得到X射线数字图像。在本实施方式中，采用现有的主CPU控制处理单元3，自动或者基于上位机手动对上述数字图像信号进行图像处理，包括图像校正等操作，从而得到最终的X射线数字图像。在图像处理完成后，主CPU控制处理单元3会将X射线数字图像传送给图像显示单元4.

图像显示单元4用于显示X射线数字图像。在本实施方式中，采用现有的图像显示单元4，在接收到由主CPU控制处理单元3传送来的X射线数字图像后，将其显示出来，供医护人员临床诊断或查看。

电池单元6至少包括连接于待机驱动电路5的电池，以及连接于电池的管理电路，电池用于在平板探测器处于待机状态时，持续为待机驱动电路5提供内部供电的工作电源，管理电路用于管理电池。平板探测器在移动应用时，采用电池为平板探测器提供内部供电的工作电源，包括对采集电路2和待机驱动电路5等电路组成单元供电。平板探测器在待机时，电池单元6处于上电状态，采用电池持续为待机驱动电路5提供内部供电的工作电源。另外，为了保证电池使用的安全性，需要通过管理电路管理电池的电量、温度、参数采集、故障保护等。

低噪声稳压电路7用于为采集电路2提供采集所需的低噪声电源。在本实施方式中，采用现有的低噪声稳压电路7，将开关电源8进行稳压降噪处理后转换为采集电路2采集电荷信号时所需的低噪声工作电源，可以保证图像噪声不受影响，保持良好的图像噪声水平。

开关电源8用于分别为低噪声稳压电路7和主CPU控制处理单元3提供外部供电的工作电源。在本实施方式中，采用现有的开关电源8，在开关电源8上电运行时，为低噪声稳压电路7和主CPU控制处理单元3提供外部供电的工作电源，同时为低噪声稳压电路7提供原始输入电源，在低噪声稳压电路7上电运行时，可以将开关电源8提供的原始输入电源转换为采集电路2采集电荷信号时所需的低噪声电源。

辅助CPU电源管理单元9用于提供平板探测器待机和唤醒的时序控制，同时分别对电池单元6、低噪声稳压电路7和开关电源8进行上电或下电控制。具体地说，辅助CPU电源管理单元9可以分别对平板探测器待机和唤醒的时序控制进行设定，在平板探测器进入待机状态时，辅助CPU电源管理单元9设定为控制电池单元6处于上电状态，并控制低噪声稳压电路7和开关电源8处于下电待机状态。相应的，在平板探测器进入唤醒状态时，辅助CPU电源管理单元9设定为控制电池单元6保持上电状态，并控制低噪声稳压电路7和开关电源8处于上电状态。由此设定，在平板探测器处于待机状态时，辅助CPU电源管理单元9用于控制电池单元6保持上电状态，并控制低噪声稳压电路7和开关电源8下电待机。而在平板探测器进入唤醒状态时，辅助CPU电源管理单元9还用于控制电池单元6保持上电状态，并控制低噪声稳压电路7和开关电源8上电。

需要说明的是，在平板探测器处于待机状态时，辅助CPU电源管理单元9控制电池单元保持上电状态，从而控制X射线传感器1以预定的时间间隔进行电荷清空，避免X射线传感器1中的漏电流过多，便于漏电流被快速清除。其中，预定的时间间隔为50ms～200ms，优选为100ms或150ms，以能同时保证平板探测器的低功耗运行和X射线传感器1中的漏电流被快速清除为宜。也就是说，在平板探测器待机时，X射线传感器1定时进行电荷清空，在保证平板探测器低功耗运行的前提下，减少了待机时的漏电流，使得平板探测器在被唤醒后进行图像采集时可以快速清除漏电流，从而保证图像质量不受影响，满足临床实际需求

此外，平板探测器被唤醒并在完成每一次图像采集后，辅助CPU电源管理单元9还用于在平板探测器的空闲时间超过预设的等待时间时，控制电池单元6保持上电状态，并控制低噪声稳压电路7和开关电源8下电待机，以使平板探测器再次进入待机状态。

另外，本实施方式的平板探测器系统还包括：连接于辅助CPU电源管理单元9的触发唤醒单元(图中未示出)。触发唤醒单元用于在用户进行触发动作时，唤醒平板探测器。其中，在平板探测器处于唤醒状态时，辅助CPU电源管理单元用于控制电池单元保持上电状态，并控制低噪声稳压电路和开关电源上电，从而控制X射线传感器进行电荷清空，以完成平板探测器的快速唤醒。在本实施方式中，由于触发唤醒单元可以根据用户的触发动作实现其功能，因此可以将触发唤醒单元设计为供用户操作的部件或装置，例如供用户按下触发的按键或按钮等。当然，在其他的实施方式中，触发唤醒单元也可以进行其他设计方式，只需满足可供用户操作即可，并不限于本实施方式中所提及的设计方式。值得一提的是，在平板探测器处于待机状态时，本实施方式的平板探测器系统除了由电池单元6、待机驱动电路5和X射线传感器1构成的驱动部分，以及由触发唤醒单元构成的主要唤醒通道外，其余电源部分和电路组成单元部分全部下电待机，以降低平板探测器的待机功耗。

在本实施方式中，将现有技术中的采集驱动电路拆分为待机驱动电路5和采集电路2两部分，并通过增加一辅助CPU电源管理单元9来控制不同的电源，从而控制这两部分的供电状态；在平板探测器待机时，通过辅助CPU电源管理单元9控制电池单元6为待机驱动电路5供电，从而保持X射线传感器1处于激活状态，同时通过辅助CPU电源管理单元9控制低噪声稳压电路7和开关电源8停止为采集电路2和主CPU控制处理单元3供电，从而关闭采集电路2和主CPU控制处理单元3，以降低平板探测器的待机功耗。同时，由于X射线传感器1始终处于激活状态，平板探测器在被唤醒时只需要通过辅助CPU电源管理单元9控制低噪声稳压电路7和开关电源8为采集电路2和主CPU控制处理单元3供电，就能开启采集电路2和主CPU控制处理单元3，且X射线传感器1从启动到可获得正常图像所需的时间极短(通常只需要5s以内)，从而使得平板探测器能够被快速唤醒，进入摄片准备状态，有利于提升用户的临床体验。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各单元均为逻辑单元，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

请参阅图2，本发明第二实施方式涉及一种平板探测器系统的快速唤醒方法，采用本发明第一实施方式涉及的平板探测器系统。本实施方式的平板探测器系统的快速唤醒方法至少包括：

步骤S1，辅助CPU电源管理单元9提供平板探测器待机和唤醒的时序控制。

步骤S2，辅助CPU电源管理单元9分别对电池单元6、低噪声稳压电路7和开关电源8进行上电或下电控制。

其中，在平板探测器处于待机状态时，辅助CPU电源管理单元9控制电池单元6保持上电状态，并控制低噪声稳压电路7和开关电源8下电待机，电池单元6中的电池持续为待机驱动电路5提供内部供电的工作电源，待机驱动电路5保持X射线传感器1处于激活状态。

作为一个更优选的方案，在平板探测器处于待机状态时，辅助CPU电源管理单元9控制电池单元6保持上电状态，从而控制X射线传感器1以预定的时间间隔进行电荷清空。其中，预定的时间间隔为50ms～200ms，优选为100ms或150ms，以能同时保证平板探测器的低功耗运行和X射线传感器1中的漏电流被快速清除为宜。也就是说，在平板探测器待机时，X射线传感器1定时进行电荷清空，在保证平板探测器低功耗运行的前提下，减少了待机时的漏电流，使得平板探测器在被唤醒后进行图像采集时可以快速清除漏电流，从而保证图像质量不受影响，满足临床实际需求

此外，在平板探测器被唤醒时，每完成一次图像采集后，辅助CPU电源管理单元9在平板探测器的空闲时间超过预设的等待时间时，控制电池单元6保持上电状态，并控制低噪声稳压电路7和开关电源8下电待机，以使平板探测器再次进入待机状态。

此外，本实施方式的平板探测器系统的快速唤醒方法还包括：在用户进行触发动作时，触发唤醒单元唤醒平板探测器；其中，在平板探测器处于唤醒状态时，辅助CPU电源管理单元9控制电池单元6保持上电状态，并控制低噪声稳压电路7和开关电源8上电，从而控制X射线传感器1进行电荷清空，以完成平板探测器的快速唤醒。

由上可见，本实施方式的平板探测器系统的快速唤醒方法，在平板探测器待机时，通过辅助CPU电源管理单元9控制电池单元6为待机驱动电路5供电，从而保持X射线传感器1处于激活状态，同时通过辅助CPU电源管理单元9控制低噪声稳压电路7和开关电源8停止为采集电路2和主CPU控制处理单元3供电，从而关闭采集电路2和主CPU控制处理单元3，以降低平板探测器的待机功耗。同时，由于X射线传感器1始终处于激活状态，平板探测器在被唤醒时只需要通过辅助CPU电源管理单元9控制低噪声稳压电路7和开关电源8为采集电路2和主CPU控制处理单元3供电，就能开启采集电路2和主CPU控制处理单元3，且X射线传感器1从启动到可获得正常图像所需的时间极短(通常只需要5s以内)，从而实现平板探测器的快速唤醒，进入摄片准备状态，有利于提升用户的临床体验。

上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

综上所述，本发明的平板探测器系统及其快速唤醒方法，具有以下有益效果：本发明通过添加辅助CPU电源管理单元，对平板探测器的待机和唤醒进行时序控制，在平板探测器待机时，保持X射线传感器上电，同时关闭部分电路组成单元，以降低平板探测器的待机功耗；同时，由于X射线传感器始终处于激活状态，平板探测器在被唤醒时只需要为被关闭的部分电路组成单元上电，与现有技术相比，X射线传感器从启动到可获得正常图像所需的时间被大大缩短，从而使得平板探测器能够被快速唤醒，进入摄片准备状态，有利于提升用户的临床体验。另外，在平板探测器待机时，X射线传感器定时进行电荷清空，从而减少了待机时的漏电流，使得平板探测器在被唤醒后进行图像采集时可以快速清除漏电流，从而保证图像质量不受影响，满足临床实际需求。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。