專利名稱：暗盒式數(shù)字化x線掃描成像板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號(hào)采集與數(shù)字成像領(lǐng)域，特別涉及了一種利用X射線直接數(shù)字化成像的成像板。
背景技術(shù)：
目前，探測(cè)X線的成像裝置主要有膠片成像方式和IP板成像方式，其中，膠片成像方式對(duì)患者輻射量相對(duì)較大，成像時(shí)間和影像診斷時(shí)間較長(zhǎng)，而且膠片需顯影、定影的化學(xué)處理過(guò)程，會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)境污染。IP板成像方式是在膠片式成像方式的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)的，IP板接收X線曝光后會(huì)形成潛影，然后將IP板送入激光掃描設(shè)備，通過(guò)激光掃描已曝光的IP板后即可得到圖像數(shù)據(jù)，這種成像方式是一種間接數(shù)字化的成像方式。而本發(fā)明提供的暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板是一種直接數(shù)字化成像方式，當(dāng)暗盒成像板接收到X線照射后即可通過(guò)USB端口將圖像數(shù)據(jù)輸出給計(jì)算機(jī)，無(wú)需通過(guò)激光掃描設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍更廣，是一種真正意義上的數(shù)字化成像。本發(fā)明中探測(cè)X線的器件為延時(shí)積分電荷藕合器件(TDI-CCD)，它是基于對(duì)同一目標(biāo)多次曝光累加，通過(guò)時(shí)間延遲積分的方法，增加光能的收集。與一般線陣CCD相比， TDI-CCD具有在不犧牲空間分辨率和工作速度的情況下獲得高靈敏度的性能，在低照度下通過(guò)時(shí)間延遲積分可獲得高質(zhì)量的圖像信息，信噪比更高，且可大大減少所需X光的輻射強(qiáng)度。用TDI-C⑶進(jìn)行數(shù)字成像時(shí)，需要有TDI-C⑶驅(qū)動(dòng)模塊、TDI-C⑶輸出信號(hào)處理模塊以及信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊。每個(gè)模塊都非常重要，TDI-CCD驅(qū)動(dòng)模塊給TDI-CCD 芯片引腳提供一定的時(shí)序脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)其正常工作；TDI-CCD輸出信號(hào)處理模塊針對(duì) TDI-CCD輸出信號(hào)的特點(diǎn)進(jìn)行必要的濾波、放大和直流電位的調(diào)節(jié)；信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊將處理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)USB輸出，最終實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字化成像。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)X線的直接數(shù)字化成像，本發(fā)明提供了一種暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板。在成像板的正面中央位置有TDI-CCD感光狹縫，側(cè)面位置有電源接口和輸出接口，暗盒內(nèi)部包含有TDI-CCD驅(qū)動(dòng)模塊、TDI-CCD輸出信號(hào)處理模塊、信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊。 TDI-C⑶驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端接TDI-C⑶器件的輸入端，TDI-C⑶器件的輸出端接TDI-C⑶輸出信號(hào)處理模塊的輸入端，TDI-CCD輸出信號(hào)處理模塊的輸出端接信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊的輸入端，信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊經(jīng)輸出接口輸出圖像數(shù)據(jù)。所述的暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板的外部尺寸為長(zhǎng)為200 3^mm，寬為 150 178mm，厚度為 14mm。所述的暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板中所用的TDI-C⑶型號(hào)為日本HAMAMATSU公司的S7199。所述的輸出接口為USB2. 0接口。
所述的TDI-C⑶驅(qū)動(dòng)模塊由晶振、CPLD器件、撥碼開關(guān)電路、信號(hào)調(diào)理電路組成。 其中，晶振為20MHz的有源晶振，CPLD器件是Altera公司MAX7000A系列EPM7512，撥碼開關(guān)電路中選用的是10位撥碼開關(guān)，信號(hào)調(diào)理電路由時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片DS0(^6組成。晶振為CPLD 器件提供全局時(shí)鐘，撥碼開關(guān)電路的輸出信號(hào)做為調(diào)節(jié)積分時(shí)間的控制信號(hào)接CPLD器件的輸入端，CPLD器件輸出端接信號(hào)調(diào)理電路的輸入端，信號(hào)調(diào)理電路的輸出端接TDI-CCD 器件的輸入端。下載到CPLD器件中的程序用Verilog HDL語(yǔ)言編寫而成。用CPLD器件產(chǎn)生TDI-CCD驅(qū)動(dòng)信號(hào)的同時(shí)，也設(shè)計(jì)產(chǎn)生了信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊中所需的外部采樣時(shí)鐘信號(hào)和外部觸發(fā)信號(hào)。所述的TDI-C⑶輸出信號(hào)處理模塊由三級(jí)電路組成第一級(jí)濾波放大電路、第二級(jí)信號(hào)直流電位調(diào)節(jié)電路和第三級(jí)信號(hào)次級(jí)放大電路。其中，第一級(jí)濾波放大電路由運(yùn)算放大器AD744組成，第二級(jí)信號(hào)直流電位調(diào)節(jié)電路由運(yùn)算放大器AD8045和滑動(dòng)變阻器組成，第三級(jí)信號(hào)次級(jí)放大電路由運(yùn)算放大器AD8045組成。TDI-C⑶器件的輸出端接第一級(jí)濾波放大電路的輸入端，第一級(jí)濾波放大電路的輸出端接第二級(jí)信號(hào)直流電位調(diào)節(jié)電路的輸入端，第二級(jí)信號(hào)直流電位調(diào)節(jié)電路的輸出端接第三級(jí)信號(hào)次級(jí)放大電路的輸入端，第三級(jí)信號(hào)次級(jí)放大電路的輸出信號(hào)作為信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊的輸入信號(hào)。所述的信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊由模數(shù)轉(zhuǎn)換器、FIFO存儲(chǔ)器、FPGA器件和 USB接口組成。其中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用AD9238芯片，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器深度為128M字節(jié)，USB為 USB2.0接口。TDI-C⑶輸出信號(hào)處理模塊的輸出信號(hào)作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9238的輸入信號(hào)， FPGA控制器控制觸發(fā)模式和采樣時(shí)鐘的選擇信號(hào)也作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9238的輸入信號(hào)， 模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9238輸出端口接128M字節(jié)的FIFO存儲(chǔ)器，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器的輸出端口接FPGA 器件的輸入端口，F(xiàn)PGA器件的輸出端接USB2. 0。本發(fā)明提供的暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板在成像時(shí)可以有兩種掃描方式一是 X線發(fā)射器和TDI-CCD保持靜止，被照射物體以一定的速率定向運(yùn)動(dòng)；二是被照射物體保持靜止，X線發(fā)射器和TDI-CCD圍繞被照射物體以一定的速率，按照既定軌跡如直線或曲線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。由于TDI-C⑶的工作原理與普通線陣CXD的工作原理有所不同，它要求TDI-C⑶的延時(shí)積分速率和被照射物體的運(yùn)動(dòng)速率或X線發(fā)射器運(yùn)動(dòng)速率要嚴(yán)格匹配，且TDI-CCD的延時(shí)積分方向和被照射物體的像移方向要相同，否則就得不到正確的圖像信息。為此，本發(fā)明中TDI-CCD驅(qū)動(dòng)模塊中設(shè)計(jì)了 10位撥碼開關(guān)電路來(lái)改變積分時(shí)間，從而改變TDI-CCD 延時(shí)積分速率，實(shí)現(xiàn)了上述速率的匹配。本發(fā)明與現(xiàn)有的膠片和IP板成像裝置相比具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果與傳統(tǒng)的膠片成像相比，用此成像板成像時(shí)無(wú)需顯影、定影的化學(xué)處理過(guò)程，減少了環(huán)境污染，而且成像直接得到數(shù)字圖像，便于進(jìn)行圖像的顯示、后處理、存儲(chǔ)和傳輸。與IP板式成像相比， 用此成像板成像時(shí)，無(wú)需激光掃描讀取設(shè)備，是真正意義上的直接數(shù)字化成像。而且，此成像板成像時(shí)所需X光輻射量小，成像速度快，靈敏度高，動(dòng)態(tài)范圍廣，操作簡(jiǎn)單，可直接得到數(shù)字信號(hào)。此外，本發(fā)明可用于一般X線成像、物體非破壞性檢驗(yàn)及直接數(shù)字化全景口腔成像系統(tǒng)，也可用于實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)全景口腔系統(tǒng)中替換膠片或IP板的直接數(shù)字化升級(jí)。


圖1為時(shí)間延時(shí)積分電荷耦合器件信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為積分時(shí)間可調(diào)的TDI-C⑶驅(qū)動(dòng)電路圖3為TDI-CXD輸出信號(hào)處理電路圖4為信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊框5暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板外觀結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板。下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、工作原理、工作過(guò)程及具體實(shí)施方式
。時(shí)間延時(shí)積分電荷耦合器件(TDI-CCD)的工作周期可分為感光階段和信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移階段。在感光階段中，光敏單元進(jìn)行感光，垂直移位寄存器暫不工作，水平移位寄存器中已保存有上一幀電荷信號(hào)，在PlH和P2H水平驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下，向串行輸出端按順序依次轉(zhuǎn)移電荷，并在求和門控信號(hào)SG的作用下由OS端輸出，同時(shí)復(fù)位脈沖RG清除水平移位寄存器中殘余的電荷。在電荷轉(zhuǎn)移階段中，水平移位寄存器暫不工作，感光階段存儲(chǔ)于存儲(chǔ)柵中的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)移到垂直移位寄存器中，信號(hào)電荷在垂直轉(zhuǎn)移脈沖PlV和P2V驅(qū)動(dòng)下， 并行地在垂直移位寄存器中進(jìn)行轉(zhuǎn)移，并通過(guò)轉(zhuǎn)移柵極將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到水平移位寄存器中，等待TDI-CCD進(jìn)入下一次感光階段，信號(hào)電荷的轉(zhuǎn)移如圖1所示。TDI-C⑶正常工作所需要的i^一路驅(qū)動(dòng)信號(hào)都是由CPLD產(chǎn)生的，以水平驅(qū)動(dòng)脈沖 PlH為例，其產(chǎn)生和處理過(guò)程如圖2所示。首先有源晶振產(chǎn)生全局時(shí)鐘輸入給CPLD，根據(jù) TDI-CCD對(duì)PlH的時(shí)序要求，用Verilog HDL編程實(shí)現(xiàn)，輸出信號(hào)設(shè)為P1H，此時(shí)的PlH為TTL 電平信號(hào)，必須利用時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)其進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，本發(fā)明中采用芯片DS0026，其工作頻率范圍為5 10MHz，在驅(qū)動(dòng)IOOOpF容性負(fù)載時(shí)上升時(shí)間可達(dá)20ns，并且具有寬的輸出電壓范圍，可達(dá)到20V。根據(jù)TDI-C⑶對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)電平的要求，將DS0(^6的正電源端接+3V， 負(fù)電源端接-8V時(shí)，即可產(chǎn)生高電平為+3V和低電平為-8V的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在TDI-C⑶的輸出信號(hào)中，存在著多種干擾和噪聲，TDI-C⑶輸出信號(hào)處理模塊目的就是濾除TDI-CCD輸出信號(hào)中的噪聲、提高信噪比，為后級(jí)電路提供高質(zhì)量的圖像信號(hào)。 TDI-CCD輸出信號(hào)處理模塊中第一級(jí)電路由AD744組成，電路可實(shí)現(xiàn)濾波和初級(jí)放大功能。 同時(shí)，為了滿足后級(jí)信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊對(duì)輸入信號(hào)電平的要求，用第二級(jí)和第三級(jí)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)直流電位的調(diào)節(jié)和次級(jí)放大，直流電位的調(diào)節(jié)通過(guò)滑動(dòng)變阻器來(lái)實(shí)現(xiàn)，次級(jí)放大通過(guò)AD8045來(lái)實(shí)現(xiàn)。TDI-C⑶輸出信號(hào)處理電路如圖3所示，輸入信號(hào)0S，經(jīng)三級(jí)處理電路后得到0S1。信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊中，主要包括A/D轉(zhuǎn)換器、FIFO存儲(chǔ)器、FPGA控制器和USB接口電路四部分，模塊框圖如圖4所示。其中，外觸發(fā)和外時(shí)鐘是由TDI-CCD的驅(qū)動(dòng)模塊中的CPLD器件產(chǎn)生的，由FPGA控制器來(lái)控制觸發(fā)方式和時(shí)鐘信號(hào)的選擇，TDI-CCD輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理模塊后，輸入給A/D轉(zhuǎn)換器，圖4中采集信號(hào)1即為TDI-CCD輸出信號(hào)中的一路信號(hào)。當(dāng)TDI-CCD的驅(qū)動(dòng)模塊接收到外部觸發(fā)信號(hào)后，可無(wú)延時(shí)的觸發(fā)其開始進(jìn)行采集的數(shù)據(jù)，然而采集信號(hào)1進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊后需要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的延時(shí)后才開始進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。故本發(fā)明中設(shè)計(jì)采用延時(shí)觸發(fā)的方式，即可保證圖像數(shù)據(jù)無(wú)誤的實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)傳輸。采集信號(hào)1被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，最終經(jīng)USB接口電路輸出。本發(fā)明的暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板外觀結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，TDI-C⑶的驅(qū)動(dòng)模塊、TDI-CCD輸出信號(hào)處理模塊、信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊都集成于暗盒中。暗盒外部尺寸為 QOO 328)mmX (150 178)mmX14mm，TDI-CCD 感光狹縫尺寸為 150mmX7. 2mm。 此外，暗盒包含有電源接口和USB2. 0輸出接口。
權(quán)利要求
1.一種暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板，其特征在于其包括有暗盒成像板，在暗盒成像板正面中央位置有150mmX7. 2mm的TDI-CXD感光狹縫，側(cè)面位置有電源接口和USB2. 0輸出接口，在暗盒成像板內(nèi)部包含有TDI-CCD驅(qū)動(dòng)模塊、TDI-CCD輸出信號(hào)處理模塊、信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊；其特征在于=TDI-CCD驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端接TDI-CCD器件的輸入端，TDI-C⑶器件的輸出端接TDI-C⑶輸出信號(hào)處理模塊的輸入端，TDI-C⑶輸出信號(hào)處理模塊的輸出端接信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊的輸入端，信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊經(jīng) USB2.0接口輸出數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板，其特征在于所述暗盒成像板的外部尺寸為(200 328)mmX (150 178)mmX 14mm。
3.如權(quán)利要求1所述的暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板，其特征在于所述TDI-CCD感光狹縫的尺寸為長(zhǎng)150mm，寬7. 2mm。
4.如權(quán)利要求1所述的暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板，其特征在于=TDI-CCD驅(qū)動(dòng)模塊中，有源晶振提供全局時(shí)鐘送入CPLD器件，實(shí)現(xiàn)時(shí)間積分可調(diào)功能的撥碼開關(guān)電路也接 CPLD器件的輸入端口，CPLD器件輸出端接信號(hào)調(diào)理電路的輸入端，信號(hào)調(diào)理電路的輸出端接TDI-CCD器件的輸入端；撥碼開關(guān)電路中選用的是10位撥碼開關(guān)，信號(hào)調(diào)理電路中選用的是時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)芯片DS0(^6。
5.如權(quán)利要求1所述的暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板，其特征在于=TDI-CCD輸出信號(hào)處理模塊中，TDI-C⑶器件的輸出端接由運(yùn)算放大器AD744組成的第一級(jí)濾波放大電路， 第一級(jí)濾波放大電路的輸出端接第二級(jí)由運(yùn)算放大器AD8045和滑動(dòng)變阻器組成的信號(hào)直流電位調(diào)節(jié)電路的輸入端，第二級(jí)信號(hào)直流電位調(diào)節(jié)電路的輸出端接第三級(jí)由運(yùn)算放大器 AD8045組成的信號(hào)次級(jí)放大電路的輸入端，第三級(jí)信號(hào)次級(jí)放大電路的輸出信號(hào)作為信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊的輸入信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所述的暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板，其特征在于信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及 USB傳輸模塊中，將TDI-CCD輸出信號(hào)處理模塊的輸出信號(hào)作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9238的輸入信號(hào)，F(xiàn)PGA控制器控制觸發(fā)模式和采樣時(shí)鐘的選擇信號(hào)也作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9238的輸入信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9238輸出端接128M字節(jié)的FIFO存儲(chǔ)器，F(xiàn)IFO存儲(chǔ)器的輸出端接FPGA 器件的輸入端，F(xiàn)PGA器件的輸出端接USB2. 0端口。
7.如權(quán)利要求1所述的暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板，其特征在于所用的TDI-CCD是日本HAMAMATSU公司的一款延時(shí)積分CXD器件S7199-01，通過(guò)撥碼開關(guān)實(shí)現(xiàn)時(shí)間延時(shí)積分功能；所用的CPLD是Altera公司MAX7000A系列EPM7512 ；下載到CPLD中的程序使用的是 Verilog HDL語(yǔ)言；用CPLD產(chǎn)生TDI-C⑶驅(qū)動(dòng)信號(hào)的同時(shí)，也設(shè)計(jì)產(chǎn)生了信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及 USB傳輸模塊中所需的外部采樣時(shí)鐘信號(hào)和外部觸發(fā)信號(hào)。
全文摘要
暗盒式數(shù)字化X線掃描成像板，屬于信號(hào)采集與數(shù)字成像領(lǐng)域，其在成像板的正面中央位置有TDI-CCD感光狹縫，側(cè)面位置有電源接口和數(shù)據(jù)輸出接口，暗盒內(nèi)部包含有TDI-CCD驅(qū)動(dòng)模塊、TDI-CCD輸出信號(hào)處理模塊、信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊。TDI-CCD驅(qū)動(dòng)模塊的輸出端接TDI-CCD器件的輸入端，TDI-CCD器件的輸出端接TDI-CCD輸出信號(hào)處理模塊的輸入端，TDI-CCD輸出信號(hào)處理模塊的輸出端接信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊的輸入端，信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換及USB傳輸模塊經(jīng)輸出接口輸出圖像數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的膠片成像相比，用此成像板成像時(shí)無(wú)需顯影、定影的化學(xué)處理過(guò)程，減少了環(huán)境污染，而且成像時(shí)直接得到數(shù)字圖像，便于進(jìn)行圖像的顯示、后處理、存儲(chǔ)和傳輸。
文檔編號(hào)H04N5/32GK102572307SQ20121000780
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者于苒, 劉有軍, 劉榮黎, 陸建榮 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)