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基于SiPM的自动曝光检测装置及方法、平板探测器

阅读：886发布：2020-05-14

专利汇可以提供基于SiPM的自动曝光检测装置及方法、平板探测器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种基于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。，下面是基于SiPM的自动曝光检测装置及方法、平板探测器专利的具体信息内容。

权利要求

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，所述防背散射层采用闪烁体材质，所述SiPM传感器模块至少包括一SiPM，所述防背散射层用于将穿过所述TFT层后的余留X射线转换为可见光后直接照射到所述SiPM上。
6.根据权利要求4所述的平板探测器，其特征在于，所述防背散射层采用X射线吸收材质，所述SiPM传感器模块至少包括一SiPM，所述防背散射层用于通过在其自身上设置开孔，以使穿过所述TFT层后的余留X射线或者可见光通过所述开孔照射到所述SiPM的相应位置。
7.根据权利要求6所述的平板探测器，其特征在于，在穿过所述TFT层后的余留X射线通过所述开孔照射到所述SiPM的相应位置时，所述SiPM传感器模块还包括位于所述SiPM上的辅助闪烁体层，所述防背散射层用于通过所述开孔将穿过所述TFT层后的余留X射线照射到所述辅助闪烁体层上，所述辅助闪烁体层用于将接收到的余留X射线转换为可见光后照射到所述SiPM上。
8.根据权利要求6所述的平板探测器，其特征在于，在穿过所述TFT层后的可见光通过所述开孔照射到所述SiPM的相应位置时，所述防背散射层用于通过所述开孔将穿过所述TFT层后的可见光直接照射到所述SiPM上。
9.一种基于SiPM的自动曝光检测方法，其特征在于，所述基于SiPM的自动曝光检测方法至少包括如下步骤：
提供一SiPM传感器模块；
所述SiPM传感器模块感应X射线的变化，并输出相应的信号；
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；
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；
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。
10.根据权利要求9所述的基于SiPM的自动曝光检测方法，其特征在于，所述第二阈值大于无X射线时的最大噪声幅值。

说明书全文

基于SiPM的自动曝光检测装置及方法、平板探测器

技术领域

[0001] 本发明涉及探测器技术领域，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。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 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。

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 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。

[0007] 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。

[0008] 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-Negative Photo-Diode，PIN型光电二极管)，少部分为APD(Avalanche Photo-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。

[0009] 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。

发明内容

[0010] 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。

[0011] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于SiPM(Silicon Photomultipliers，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：

[0012] SiPM传感器模块，用于感应X射线的变化，并输出相应的信号；

[0013] 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；

[0014] 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；

[0015] 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。

[0016] 优选地，所述基于SiPM的自动曝光检测装置还包括：

[0017] 温度传感器，用于检测周围环境温度；

[0018] 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。

[0019] 优选地，所述基于SiPM的自动曝光检测装置还包括：

[0020] 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。

[0021] 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，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。

[0022] 优选地，所述防背散射层采用闪烁体材质，所述SiPM传感器模块至少包括一SiPM，所述防背散射层用于将穿过所述TFT层后的余留X射线转换为可见光后直接照射到所述SiPM上。

[0023] 优选地，所述防背散射层采用X射线吸收材质，所述SiPM传感器模块至少包括一SiPM，所述防背散射层用于通过在其自身上设置开孔，以使穿过所述TFT层后的余留X射线或者可见光通过所述开孔照射到所述SiPM的相应位置。

[0024] 优选地，在穿过所述TFT层后的余留X射线通过所述开孔照射到所述SiPM的相应位置时，所述SiPM传感器模块还包括位于所述SiPM上的辅助闪烁体层，所述防背散射层用于通过所述开孔将穿过所述TFT层后的余留X射线照射到所述辅助闪烁体层上，所述辅助闪烁体层用于将接收到的余留X射线转换为可见光后照射到所述SiPM上。

[0025] 优选地，在穿过所述TFT层后的可见光通过所述开孔照射到所述SiPM的相应位置时，所述防背散射层用于通过所述开孔将穿过所述TFT层后的可见光直接照射到所述SiPM上。

[0026] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于SiPM的自动曝光检测方法，其特征在于，所述基于SiPM的自动曝光检测方法至少包括如下步骤：

[0027] 提供一SiPM传感器模块；

[0028] 所述SiPM传感器模块感应X射线的变化，并输出相应的信号；

[0029] 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；

[0030] 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；

[0031] 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。

[0032] 优选地，所述第二阈值大于无X射线时的最大噪声幅值。

[0033] 如上所述，本发明的基于SiPM的自动曝光检测装置及方法、平板探测器，具有以下有益效果：本发明的基于SiPM的自动曝光检测装置和方法，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，从根本上大幅度减少甚至消除过渡带；同时，SiPM的饱和恢复时间短至ns级，在无X射线时能够迅速输出相应的信号，从而可以更快速、更精确地检测到曝光结束信号。此外，为避免到达上述基于SiPM的自动曝光检测装置上的X射线或可见光很微弱，可以在防背散射层上设置开孔，以增强照射到SiPM上的光强；此外，由于SiPM本身不能响应X射线，为使SiPM感应到X射线的变化，需要在SiPM上设置辅助闪烁体层，将X射线转换为可见光后照射到SiPM上。附图说明

[0034] 图1显示为本发明现有技术中的内置式AED模块在平板探测器中的位置示意图。

[0035] 图2显示为本发明现有技术中采集到的图像的过渡带示意图。

[0036] 图3显示为本发明第一实施方式的基于SiPM的自动曝光检测装置的结构示意框图。

[0037] 图4显示为本发明第一实施方式的基于SiPM的自动曝光检测装置中当SiPM接收到的可见光信号较弱时的脉冲信号输出示意图。

[0038] 图5显示为本发明第一实施方式的基于SiPM的自动曝光检测装置中当SiPM接收到的可见光信号较强且未饱和时的脉冲信号输出示意图。

[0039] 图6显示为本发明第一实施方式的基于SiPM的自动曝光检测装置中高压发生器输出的kV曲线示意图。

[0040] 图7显示为本发明第二实施方式的平板探测器的结构示意图。

[0041] 图8显示为本发明第三实施方式的基于SiPM的自动曝光检测方法的流程示意图。

[0042] 元件标号说明

[0043] 1 X射线球管

[0044] 2 束光板

[0045] 3 被测物

[0046] 4 结构件层

[0047] 5 闪烁体层

[0048] 6 光电转换元件层(也称TFT层)

[0049] 7 防背散射层

[0050] 71 开孔

[0051] 8 AED模块

[0052] 9 过渡带

[0053] 10 基于SiPM的自动曝光检测装置

[0054] 11 SiPM传感器模块

[0055] 111 SiPM

[0056] 112 辅助闪烁体层

[0057] 12 信号调理电路

[0058] 13 迟滞比较电路

[0059] 14 FPGA电路

[0060] 15 温度传感器

[0061] 16 SiPM驱动电路

[0062] 17 阈值设置电路

[0063] S1～S5 步骤

具体实施方式

[0064] 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。

[0065] 请参阅图3～图6，本发明的第一实施方式涉及一种基于SiPM的自动曝光检测装置10，应用于平板探测器中。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。

[0066] 如图3所示，本实施方式的基于SiPM的自动曝光检测装置10至少包括：

[0067] SiPM传感器模块11，用于感应X射线的变化，并输出相应的信号。

[0068] 信号调理电路12，连接于SiPM传感器模块11，用于将SiPM传感器模块11输出的信号进行放大和调理，以输出正向信号。

[0069] 迟滞比较电路13，连接于信号调理电路12，用于将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，在正向信号的幅值大于第一阈值时，输出高电平信号；在正向信号的幅值小于第二阈值时，输出低电平信号；其中，第一阈值大于第二阈值。

[0070] 以及FPGA电路14，连接于迟滞比较电路13，用于检测电平信号，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；在输出曝光开始信号后，继续判断在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，第一预设值大于第二预设值。

[0071] 本实施方式的基于SiPM的自动曝光检测装置10，通过上述几个模块的作用，最终能够向平板探测器输出相应的曝光控制信号，即曝光开始信号或曝光结束信号。

[0072] 需要说明的是，SiPM传感器模块11至少包括一个或多个SiPM。由于SiPM本身不能响应X射线，需要将X射线转换为可见光后，才能感应X射线的变化。具体地说，SiPM接收到可见光后将可见光光子转换为电荷并进行储存，在对SiPM施加偏置电压后，SiPM能够输出相应的信号；这是因为X射线的强弱变化使得由其转换的可见光也相应强弱变化，可见光光子数目也相应变化，同时SiPM中储存的电荷数目也相应变化，SiPM输出的信号根据其中储存的电荷变化而变化，因此SiPM能感应X射线的变化，并输出相应的信号。在X射线较弱时，SiPM接收到的可见光信号也较弱，此阶段SiPM输出独立的脉冲信号，如图4所示，脉冲宽度为几十到几百个ns。随着X射线的增强，SiPM接收到的可见光信号也开始增强且未饱和，此阶段SiPM输出的脉冲信号相互重叠，信号平均电平逐渐升高，如图5所示；而当X射线达到一定强度时，SiPM输出饱和，为直流电平信号。高压发生器输出的kV曲线如图6所示，曝光时X射线强度也呈现出类似图6曲线的由弱到强、再由强到弱的过程，对应的SiPM输出为从独立的脉冲信号到输出饱和的直流电平信号、再从输出饱和的直流电平信号到独立的脉冲信号。

[0073] 通过上述说明不难发现，本实施方式的基于SiPM的自动曝光检测装置要检测曝光开始和结束，并输出相应的曝光控制信号，只需要通过检测刚开始曝光时SiPM输出的脉冲信号和曝光结束后SiPM输出的脉冲信号即可。

[0074] 另外，值得一提的是，在无X射线时，SiPM如若受到干扰，也可能会输出类似于图4所示的小脉冲信号。为了避免干扰信号引起误输出曝光开始信号，FPGA电路14通过连续统计判断预设时长内电平信号的占空比，来确定输出的曝光控制信号，只有电平信号的占空比达到第一设定值时，才判定曝光开始，并向平板探测器发送曝光开始信号；随后，若预设时长内电平信号的占空比逐渐变小，直至达到第二设定值，才判定曝光结束，并向平板探测器发送曝光结束信号。第一设定值和第二设定值的具体值可以根据实际情况和需要进行设置。

[0075] 另外，请继续参阅图3，本实施方式的基于SiPM的自动曝光检测装置10还包括：

[0076] 温度传感器15，用于检测周围环境温度；

[0077] SiPM驱动电路16，分别连接于SiPM传感器模块11和温度传感器15，用于为SiPM传感器模块11提供工作所需的偏置电压，并能根据周围环境温度的变化自动调节偏置电压。

[0078] 另外，请继续参阅图3，本实施方式的基于SiPM的自动曝光检测装置10还包括：

[0079] 阈值设置电路17，连接于迟滞比较电路13，用于提供并根据需要设置第一阈值和第二阈值；其中，第二阈值大于无X射线时的最大噪声幅值。

[0080] 本实施方式的基于SiPM的自动曝光检测装置10，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8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，从根本上大幅度减少甚至消除过渡带；同时，SiPM的饱和恢复时间短至ns级，在曝光结束无X射线存在时能够迅速输出相应的信号，从而可以更快速、更精确地检测到曝光结束信号。

[0081] 值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，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。

[0082] 请参阅图7，本发明的第二实施方式涉及一种平板探测器，其至少包括由上至下依次设置的结构件层4、闪烁体层5、TFT层6和防背散射层7，其中，被测物3置于结构件层4上，X射线依次经过被测物3、结构件层4、闪烁体层5、TFT层6和防背散射层7。其中，本实施方式的平板探测器还包括：至少一个设置在防背散射层7下方的本发明第一实施方式所涉及的基于SiPM的自动曝光检测装置10。

[0083] 在本实施方式中，基于SiPM的自动曝光检测装置10为一个，且优选设置在防背散射层7下方的中心位置，以保证照射到基于SiPM的自动曝光检测装置10上的X射线或可见光最强。当然，在其他实施方式中，基于SiPM的自动曝光检测装置10可以为一个，且可以设置在防背散射层7下方的任意位置；或者，基于SiPM的自动曝光检测装置10也可以为多个，且可以设置在防背散射层7下方的任意位置。本实施方式并不对此进行限制。

[0084] 在本实施方式中，闪烁体层5将X射线转换为可见光，TFT层6将可见光转换为电信号，穿过TFT层6后的余留X射线先到达防背散射层，最后到达基于SiPM的自动曝光检测装置10。也就是说，X射线到达基于SiPM的自动曝光检测装置10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，实际到达基于SiPM的自动曝光检测装置10上的X射线可能很微弱。需要说明的是，穿过TFT层6后的信号包括X射线信号和可见光信号，而实际到达基于SiPM的自动曝光检测装置10上的信号可能是X射线信号，也可能是可见光信号，这与防背散射层7有关。

[0085] 作为一个示例，防背散射层7采用闪烁体材质，SiPM传感器模块11至少包括一SiPM 111，防背散射层7能够将穿过TFT层6后的余留X射线转换为可见光后直接照射到SiPM 111上，即实际到达基于SiPM的自动曝光检测装置10上的信号是可见光信号。

[0086] 作为一个示例，防背散射层7采用X射线吸收材质(比如铅皮等)，能够将穿过TFT层6后的余留X射线直接吸收，SiPM传感器模块11至少包括一SiPM 111，防背散射层7通过在其自身上设置开孔71，以使穿过TFT层6后的余留X射线或者可见光通过开孔71照射到SiPM
111的相应位置。为避免到达基于SiPM的自动曝光检测装置10上的X射线或可见光很微弱，在防背散射层7上设置开孔71，以增强照射到基于SiPM的自动曝光检测装置10上的X射线或可见光的光强。

[0087] 其中，在穿过TFT层6后的余留X射线通过开孔71照射到SiPM 111的相应位置时，SiPM传感器模块11还包括位于SiPM 111上的辅助闪烁体层112，防背散射层7能够通过开孔71将穿过TFT层6后的余留X射线照射到辅助闪烁体层112上，辅助闪烁体层112能够将接收到的余留X射线转换为可见光后照射到SiPM 111上。由于SiPM 111本身不能响应X射线，为了使SiPM 111能够同步感应到X射线的变化，需要借助于该辅助闪烁体层112。该辅助闪烁体层112能够将X射线转换为可见光，且转换后的可见光光子数目和入射的X射线光子数目成正比。并且，辅助闪烁体层112接收到X射线到转换为可见光输出的时间为ns级，转换速度快，进一步加快检测到曝光控制信号的速度，检测结果更精确。

[0088] 而在穿过TFT层6后的可见光通过开孔71照射到SiPM 111的相应位置时，防背散射层7能够通过开孔71将穿过TFT层6后的可见光直接照射到SiPM 111上。

[0089] 本实施方式的平板探测器内置有本发明第一实施方式所涉及的基于SiPM的自动曝光检测装置10，该装置检测到X射线的时刻T1与TFT层6检测到X光的时刻T0之间的时间差被大大缩小甚至消除，从而最大程度上实现T1和T0时刻的同步，减少X射线剂量损失，大幅度减少甚至消除过渡带，从而大大改善图像质量。

[0090] 请参阅图8，本发明第三实施方式涉及一种基于SiPM的自动曝光检测方法，其至少包括如下步骤：

[0091] 步骤S1，提供一SiPM传感器模块11。

[0092] 步骤S2，SiPM传感器模块11感应X射线的变化，并输出相应的信号。

[0093] 步骤S3，将SiPM传感器模块11输出的信号进行放大和调理，以输出正向信号。

[0094] 步骤S4，将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，在正向信号的幅值大于第一阈值时，输出高电平信号；在正向信号的幅值小于第二阈值时，输出低电平信号；其中，第一阈值大于第二阈值。

[0095] 步骤S5，检测电平信号，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；在输出曝光开始信号后，继续判断在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，第一预设值大于第二预设值。

[0096] 其中，第二阈值大于无X射线时的最大噪声幅值。

[0097] 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。

[0098] 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。

[0099] 综上所述，本发明的基于SiPM的自动曝光检测装置及方法、平板探测器，具有以下有益效果：本发明的基于SiPM的自动曝光检测装置和方法，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，从根本上大幅度减少甚至消除过渡带；同时，SiPM的饱和恢复时间短至ns级，在无X射线时能够迅速输出相应的信号，从而可以更快速、更精确地检测到曝光结束信号。此外，为避免到达上述基于SiPM的自动曝光检测装置上的X射线或可见光很微弱，可以在防背散射层上设置开孔，以增强照射到SiPM上的光强；此外，由于SiPM本身不能响应X射线，为使SiPM感应到X射线的变化，需要在SiPM上设置辅助闪烁体层，将X射线转换为可见光后照射到SiPM上。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。

[0100] 上述实施方式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，对上述实施方式进行修饰或改变。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。

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基于SiPM的自动曝光检测装置及方法、平板探测器

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