CN113437098B

CN113437098B - 一种ct平板探测器及ct机

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Publication number: CN113437098B
Application number: CN202011040640.7A
Authority: CN
Inventors: 刘洪斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2024-11-26
Anticipated expiration: 2040-09-28
Also published as: CN113437098A

Abstract

本发明提供一种CT平板探测器，每个阵元均有独立的后级运算放大器与模数转换器，其中的每个阵元以行为单位同时扫描，获得各行所在切面的投影矩阵。本发明还提供了一种CT机。通过对平板探测器加大尺寸，使得CT机扫描一圈或半圈就能获得一个部位各切面图像的要求，不再需要螺旋扫描；通过对采集单元内部电路进行改进，使得电路结构上满足CT扫描的要求，并获得各自条件下较优的图像质量；基板采用双面技术，提高信噪比；通过减少每行阵元数，降低扫描频率；通过CT机的射线脉冲控制技术，或通过去掉阵元中读数用TFT并将其功能外移至外围电路，降低CT机对探测器薄膜晶体管迁移率的要求，使得CT平板探测器能够实际应用。

Description

一种CT平板探测器及CT机

技术领域

本发明涉及CT设备技术领域，尤其涉及一种CT平板探测器及CT机。

背景技术

现有CT机上使用的是结构庞大的CT专用的探测器，大多为稀土陶瓷材质，呈弧形，其探测器结构为一排排的探测器并排分布(下有与之相应的光电转换电路、模数转换电路)，排数由最初的单排，发展到现在的主流128排(个别256排或320排)，每排的有效探测阵元数小于900个。

现有的CT机探测器及其CT机存在以下客观缺点：

1、探测器排数有限，使得旋转扫描360°所能扫描的范围比较窄(现在纵向最宽的探测器为160mm，基本可满足小部位的单圈扫描要求，但还是不能满足大部位的单圈扫描要求)，对一个部位需要多圈螺旋扫描才能完成，扫描时床在运动，容易形成运动伪影；

2、需要进行螺旋扫描，扫描360°的图像不是一个真正的横断切面，而是有一定层厚的不在同一切面上的断面图像，虽然现在的256排已经能做到625um层厚(最薄400um)，但终究不是等轴图像；存在层间间隔，虽然现在的256排也能通过算法给出625um(最薄400um)厚的层间间隙图像，但终究不是真实的图像；还存在对初期的极细微病灶漏检的可能；

3、扫描时间长，病人受辐照的剂量也大。因需多圈扫描，时间较长，也导致病人接受辐射照射的剂量加大；

4、空间分辨率较低，重建图像像素不高。最高分辨率小于24Lp/cm，重建图像像素一般为512*512或1024*1024。

鉴于以上现有CT机探测器的缺陷，很多厂家试图将平板探测器应用于CT机。但将平板探测器应用于CT机上存在以下问题：

1、目前市面上用于DR与DSA的医用平板探测器的单边尺寸最大为17英寸(约43cm)，完全能满足使用需求，但如果要应用到平板CT机上尺寸还是太小，在横向上无法将腹部与胸部纳入扫描范围；

2、现有平板探测器电路结构为获取与探测器形状一致的帧图像而设计，无法应用到要求以行为单位进行断层成像的CT机上；

3、目前的平板探测器每行阵元数过多，要求的扫描频率过高，从而使CT机对平板探测器迁移率的要求过高，而现实中平板探测器的频率与薄膜晶体管迁移率普遍还很低，无法满足CT机的要求；

4、目前的平板探测器每行阵元数过多，使得探测器的通道数(现有CT的“通道”指每个采集单元的外围电路部分，用于对每个阵元采集的数据进行放大与模数转换；本设计中的“通道”除有与以上相同的含义外，对读数信号被设计在外围电路中的探测器还可能包括读数用场效应管、复位用场效应管或放大用场效应管等电路)过多，探测器造价太高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种CT平板探测器及一种CT机，以克服现有CT机的缺陷，并解决现有平板探测器应用于CT机的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种CT平板探测器(为“CT机用平板探测器”的简称，在本设计的单一语境下，有时直接称为平板探测器)，其包括由多行与多列的像素矩阵组成的X线成像传感器及外围电路，所述像素矩阵中的每个单元称为阵元，所有阵元均集成在基板上，所述外围电路包括后级运算放大器、模数转换器及缓存器；所述像素矩阵的上面还设有闪烁体层，以将X射线转化为可见光，并将可见光传给光电二极管进行光电转换；所述像素矩阵中的每个阵元包括一个光电二极管，所述光电二极管用于将采集的光信号转换为电信号；所述像素矩阵中的每个阵元有一个数据输出口，每个阵元的数据通过所述数据输出口单独输出给各自独立的后级运算放大器与模数转换器，单个阵元及其外围电路中的后级运算放大器与模数转换器(对读数信号被设计在外围电路中的探测器还可能包括读数用场效应管、复位用场效应管或放大用场效应管等电路)等组成的数据采集与处理单元合称为采集单元；每个采集单元的控制信号包括起开关功能并用于控制数据读出的读数信号和起复位功能的重置信号，读数信号的有效电位时间称为读数时间，重置信号的有效电位时间称为重置时间，所述CT平板探测器上所有采集单元的读数信号相互连接，使得所述CT平板探测器上的所有采集单元受同一读数信号的控制而同时读取数据，所述CT平板探测器上所有采集单元的重置信号相互连接，使得所述CT平板探测器上的所有采集单元受同一重置信号的控制而同时复位；所述CT平板探测器以每行为单位进行扫描，其中每个阵元需要同时采集数据来获得一组投影矩阵，每行扫描至少一圈或至少半圈获得一个切面的投影矩阵，经软件计算重建出这个切面的图像，不同行的阵元需要同时扫描获得不同切面的投影矩阵，所述CT平板探测器扫描至少一圈或至少半圈获得各行对应的各切面图像。

作为所述CT平板探测器的进一步可选的方案，一种平板探测器的结构为每个采集单元的读数信号与重置信号均被直接输入阵元内部，所述像素矩阵中的每个阵元还包括一个复位用TFT、一个读数用TFT及至少一个放大用TFT，所述复位用TFT受重置信号的控制而给数据进行复位，所述读数用TFT受读数信号的控制而控制数据的输出，所述放大用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行放大处理，所述读数用TFT被设置于放大用TFT之后；所述CT平板探测器利用所述光电二极管自身的结电容存储采集数据。

作为所述CT平板探测器的进一步可选的方案，一种平板探测器的结构为每个采集单元的读数信号与重置信号均被直接输入阵元内部，所述像素矩阵中的每个阵元还包括一个复位用TFT及至少一个放大用TFT，所述复位用TFT受重置信号的控制而给数据进行复位，所述复位用TFT的电源被称为重置电源，所述CT平板探测器上所有复位用TFT共用同一重置电源；所述放大用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行放大处理；每个阵元中放大用TFT受读数信号的控制，对光电二极管产生的电信号进行放大处理的同时控制数据的输出；所述CT平板探测器利用所述光电二极管自身的结电容存储采集数据。

作为所述CT平板探测器的进一步可选的方案，一种平板探测器的结构为每个采集单元的读数信号与重置信号均被直接输入阵元内部，所述像素矩阵中的每个阵元还包括一个复位用TFT、一个读数用TFT及至少一个放大用TFT，所述复位用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行复位，所述读数用TFT受读数信号的控制而控制数据的输出，所述放大用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行放大处理，所述读数用TFT被设置于放大用TFT之前；所述CT平板探测器利用所述光电二极管自身的结电容存储采集数据。

作为所述CT平板探测器的进一步可选的方案，一种平板探测器的结构为每个采集单元的读数信号被输入阵元外部，利用外围电路中的读数用场效应管控制数据的输出，所述像素矩阵中的每个阵元还包括一个复位用TFT及至少一个放大用TFT，所述复位用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行复位，所述放大用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行放大处理；所述CT平板探测器利用所述光电二极管自身的结电容存储采集数据。

作为所述CT平板探测器的进一步可选的方案，一种平板探测器的结构为每个采集单元的读数信号被直接输入阵元内部，所述像素矩阵中的每个阵元还包括一个复位用TFT及一个读数用TFT，所述复位用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行复位，所述读数用TFT受读数信号的控制而控制数据的输出。

作为所述CT平板探测器的进一步可选的方案，一种平板探测器的结构为每个采集单元的读数信号被直接输入阵元外部，利用外围电路中的读数用场效应管控制数据的输出，所述像素矩阵中的每个阵元还包括一个复位用TFT，所述复位用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行复位。

作为所述CT平板探测器的进一步可选的方案，一种平板探测器的结构为每个采集单元的读数信号与重置信号均被输入阵元外部，利用外围电路中的读数用场效应管控制数据的输出，并利用外围电路中的复位用场效应管给光电二极管复位。

作为所述CT平板探测器的进一步可选的方案，其后级运算放大器能够采用反向放大器或同向放大器。

作为所述CT平板探测器的进一步可选的方案，所述CT平板探测器的基板(一般为玻璃基板)采用双面技术，一面用于装载像素矩阵(TFT/光电二极管依附在基板之上，与现有平板探测器相同)，一面用于装载外围电路中的后级运算放大器、模数转换器(还可能包括将阵元内部分功能外移至外围电路的读数用场效应管、复位用场效应管及读数用场效应管)等，基板中在每个阵元对应的位置镶嵌有导电引脚，以将每个阵元的数据传输给各自的后级运算放大器等外围电路进行处理。

作为所述CT平板探测器的进一步可选的方案，在低像素要求下，当CT机采用2K投影矩阵值时，所述CT平板探测器中每行阵元的数量为1097-1213个；当CT机采用4K投影矩阵值时，所述CT平板探测器中每行阵元的数量为1552-1716个；当CT机采用8K投影矩阵值时，所述CT平板探测器中每行阵元的数量为2195-2427个；当CT机采用16K投影矩阵值时，所述CT平板探测器中每行阵元的数量为3105-3432个。

相应地，本发明还提供了一种由上述CT平板探测器组成的CT机，所述CT机的射线发射器采用射线脉冲控制方式，所述射线发射器的射线发射受射线脉冲信号的控制，射线脉冲信号频率与CT平板探测器的扫描频率相同，射线脉冲信号处于有效电位时射线发射器发射射线，射线脉冲信号处于非有效电位时射线发射器不发射射线，发射射线的时间与不发射射线的时间相等；所述CT平板探测器的数据采集与所述CT机射线发射器的射线发射同步，采集数据的时间称为采样时间，采样时间等于射线发射的时间，所述CT平板探测器采用间隔式扫描，隔一个宽度采集一次数据(理想为隔一个阵元宽度采集一次数据，也就是每行上最外边的阵元旋转一个阵元宽度时采集一次数据)，而在下一相同宽度的旋转时间内不采集数据，利用不采集数据的这段时间进行读数与数据复位；所述CT机采用360°的扫描方式；低像素时，所述CT机扫描一圈获得各切面图像，控制所述射线发射器发射射线的射线脉冲信号与所述CT平板探测器读数信号、重置信号均需要采用反相技术，在所述射线发射器与所述CT平板探测器旋转扫描到一半时间后(即旋转扫描180°后)以上信号均需要进行相位上的180°相移；高像素时，在扫描床不运动的提前下，所述CT机扫描两圈获得各切面图像，控制所述射线发射器发射射线的射线脉冲信号与所述CT平板探测器读数信号、重置信号均需要采用反相技术，除可以重复以上低像素方式下的反相技术外，还可以采用在扫描第一圈时不反相而在第二圈扫描时以上信号再进行相位上的180°相移。

相应地，本发明还提供了一种由上述CT平板探测器组成的CT机，所述CT机采用现有CT机的射线发射器工作方式，即在所述CT平板探测器读数时射线发射器仍然不停地发射射线，所述CT平板探测器的光电二极管不停地进行光电转换；低像素时，所述CT机能够采用180°扫描方式；高像素时，所述CT机采用360°扫描方式；低像素时，所述CT机采用360°扫描时，能够将所述CT机设计为旋转扫描的前一半与后一半采用两种不同能量的射线进行扫描，以获得两种不同能量下的两幅同一切面的图像。

作为以上所述两种CT机进一步可选的方案，对于以上由放大用TFT在读数用TFT(或外围电路读数用场效应管)之前的CT平板探测器组成的CT机(不管是射线脉冲方式或是现有射线发射器工作方式的CT机)，所述CT平板探测器每个阵元的重置时间能够被安排在读数时间之内，在读数时间的末尾安排重置时间。

本发明的CT平板探测器应用于CT机上时，至少具有如下优点：

在现有DSA用的医用动态平板探测器技术的基础上，根据CT扫描原理对其电路结构进行各种改进，使其可以满足CT机断层扫描的要求。每个阵元的数据单独输出给各自的后级运算放大器与模数转换器，所有采集单元的读数信号相互连接，整个探测器可以同时采集数据，并以行为单位进行缓存，使得平板探测器能够满足CT机以行为单位进行扫描一圈或半圈获得一个切面图像、整个探测器扫描一圈或半圈获得一个部位各切面图像的要求。基板采用双面技术，方便将阵元矩阵中的数据传输给后级运算放大器等外围电路进行处理，因尽可能地缩短了传输距离，将大幅降低信号的传输损耗，大幅提高信噪比(为将复位用TFT、读数用TFT与放大用TFT的功能全部移出至外围电路提供了可能。如果可行，将彻底改变平板探测器的应用前景，平板探测器不再受制于TFT的材质，将使得平板探测器进入高速读取时代，CT机将成为“神眼”，“瞄一眼”就能看穿看透被测物)，并大幅降低对射线的剂量要求。分层设计极大地提高了填充因子。对于采用射线脉冲控制方式的CT机，其射线发射器采用脉冲控制技术，在CT平板探测器读数时射线发射器不发射射线，没有拖尾现象；读数时的数据刚好为采集一个阵元宽度的确定量，是一个完整无缺失的投影数据，消除了现有射线发射器工作方式下该类探测器在重置时间内的图像数据损失，也消除了读数时因TFT延时而损失的总渡越时间内图像数据；隔一个阵元宽度采集一次数据；180度反相技术的运用，后180度刚好将前180度扫描中读数时不采集的那些阵元宽度的数据补回来，保证了扫描一圈获得一幅完整图像；同时可将CT机对平板探测器的扫描频率要求降低一半。在射线脉冲控制方式下，由于最大限度地延长了读数时间，从而大幅降低对平板探测器薄膜晶体管迁移率的要求(降低约5倍)。对于采用现有射线发射器工作方式的CT机，在平板探测器采集与读数时射线发射器不停地发射射线，低像素时，CT机可以180度扫描就能获得一个部位的各切面图像，在以滑环方式旋转的CT机中，能够缩短扫描时间，有利于心脏等对扫描速度要求高的部位扫描；当采用360度扫描时还可以在前180度与后180度用两种不同能量的射线进行扫描，开发出功能更加强大的CT机；使CT机可以做成C形臂的结构(但因C形臂的转速不高，所以扫描速度会很慢)，满足DSA(数字减影血管造影机)手术中的CT图像需求；高像素时，CT机采用360°扫描方式，能获得比扫描180度方式大一倍的图像像素。通过降低探测器每行阵元的数量，降低扫描频率，以降低CT机对平板探测器迁移率的要求，同时降低探测器制造成本。通过以上设计使平板探测器有了实际应用于CT机的可能。

将通过以上改进的平板探测器应用于CT机上，以替代现有的CT探测器，CT平板探测器选用比DSA用平板探测器更大的长度(人体肩宽方向，常用26英寸)，及比现有CT探测器更大的宽度(人体身高方向，常用26英寸)，可覆盖人体的单个部位(四肢可以除外)，使得CT机单个部位扫描只需要扫描360°或180°(四肢可以除外)，不再需要螺旋扫描，扫描时间大幅缩小(由原来的3～5秒缩短为0.3～0.5秒)；可利用定位灯定位扫描部位，不再需要定位片扫描，既节省时间又减少病人辐照；扫描期间不再需要检查床的前后运动，能有效减少运动伪影；大幅降低病人受辐照的剂量(约为原来的1/10)；空间分辨率(提高2倍以上)、像素(提高2～8倍)、纵向扫描层数大幅提升(与探测器行数相同)，是无间隙的扫描，能发现细微病灶，确保不漏检；整体工作效率至少提高一倍；射线发射器的使用量将大幅下降，能延长使用寿命3～5倍，具有良好的经济效益。

同时，配合软件可大幅提升现有CT机的功能：

1.更清晰更丰富的任意方向断层图像。由于能获得丰富的立体体素数据，能得到像素极高的任意方向的断层图像，包括任意角度的斜面断层图像，还可以获得任意感兴趣的非平面的断层图像，且图像更清晰；扫描架不再需要倾斜来对颈椎与腰椎等部位进行扫描；以电影显示时，影像质量更高，层次更丰富，且能从任意角度看，不限于纵横向。

2.更真实更清晰的透视三维影像。既可以通过软件给出比现有CT更真实的三维图像，也可以获得更清晰的半透明状立体图像(称为透视三维成像，但更建议称为空间上的四维成像，因能看到盒子内部的影像)，在窗宽窗位不变时可旋转观察同一组织及组织内部在扫描部位中的四维影像，也可通过改变窗宽窗位来观察不同组织的四维影像，真正做到一眼看穿看透身体结构与病变位置；还能将病变组织及其病变块单独分离出来进行三维与四维显示。对于临床医生更直观地掌握病情、对病人家属更容易地了解病情方便医患沟通、对教学工作等具有重大的意义。

3.更精准的定位功能。由于有更小体素的真实立体数据，可实现临床上更精准的定位，有助于制定精细的手术方案，经后续的开发还可以将平板CT引入手术室进行精准微创手术，应用到手术导航系统及机器人手术中。

附图说明

图1为现有的非晶硅平板探测器像素矩阵电路图；

图2为现有的DR用非晶硅平板探测器中采集单元的电路图；

图3为本发明CT平板探测器的电路框图；

图4为放大用TFT在读数用TFT之前的采集单元电路图；

图5为放大用TFT在读数用TFT之前的像素矩阵电路图；

图6为放大与读数共用同一TFT的采集单元电路图；

图7为放大与读数共用同一TFT的像素矩阵电路图；

图8放大用TFT在读数用TFT之后的采集单元电路图；

图9为放大用TFT在读数用TFT之后的像素矩阵电路图；

图10为读数信号在外围电路且阵元内有放大用TFT的采集单元电路图；

图11为读数信号在外围电路且阵元内有放大用TFT的像素矩阵电路图；

图12为读数信号在阵元内但没有放大用TFT的采集单元电路图；

图13为读数信号在阵元内但没有放大用TFT的像素矩阵电路图；

图14为读数信号在外围电路且阵元内没有放大用TFT的采集单元电路图；

图15为读数信号在外围电路且阵元内没有放大用TFT的像素矩阵电路图；

图16为读数信号与重置信号均在外围电路的采集单元电路图；

图17为读数信号与重置信号均在外围电路的像素矩阵电路图；

图18为重置时间在读数时间之内采用射线脉冲控制方式的CT机数据采集时序控制图；

图19为重置时间在读数时间之内采用现有射线控制方式的CT机数据采集时序控制图；

图20为重置时间在读数时间之后采用射线脉冲控制方式的CT机数据采集时序控制图；

图21为重置时间在读数时间之后采用现有射线控制方式的CT机数据采集时序控制图；

图22为重置时间在读数时间之后、转换启动请求时间延时一个放大用TFT的渡越时间采用射线脉冲控制方式的CT机数据采集时序控制图；

图23为重置时间在读数时间之后、转换启动请求时间延时一个放大用TFT的渡越时间采用现有射线控制方式的CT机数据采集时序控制图；

图24为重置时间在读数时间之后、转换启动请求时间延时一个外围电路放大用场效应管的渡越时间采用射线脉冲控制方式的CT机数据采集时序控制图；

图25为重置时间在读数时间之后、转换启动请求时间延时一个外围电路放大用场效应管的渡越时间采用现有射线控制方式的CT机数据采集时序控制图；

附图标记说明：

图5、7、9、11、13、15及图17中的倒置空心三角形代表阵元的数据输出接口；图2、图4、6、8、10、12、14及图16中，虚线左侧为阵元的内部电路，虚线右侧为阵元的外部电路；V_PD表示偏压电源，V_DD表示偏置电源，V_READ表示读数信号，V_GRST表示重置信号，V_RST表示重置电源，V_CNVST表示转换启动请求信号。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。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相关的附图，并且对于具有电路知识的普通技术人员来讲，根据这些附图很容易设计出整个探测器具体的电路图，对于本领域的专业人员及专业公司来讲，很容易根据本设计的思路制造出实物的CT平板探测器及其相应的CT机。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“外围电路”指的是相对于阵元内部结构之外的电路，包括后级运算放大器、模数转换器、各种电源及缓存器等其它电路，都是探测器的组成部分，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指探测器之外的电路。TFT为薄膜晶体管的英文简称，包括阵元内部的光电二极管、开关用场效应管、放大用场效应管等；在本设计中的TFT特指薄膜晶体管中除光电二极管外的开关用场效应管及放大用场效应管等，其中开关用场效应管包括读数用场效应管和复位用场效应管。

需要说明的是，本发明设计不涉及CT平板探测器的具体制造工艺与材质(除基板双面技术外，其它地方提及的工艺与材质只是建议性的，并不做为本设计的指定或限制)，也不包括除采集单元之外的外围电路设计，仅限采集单元电路的设计(但又不包含后级运算放大器及模数转换电路的具体设计)，及将平板探测器应用于两种不同射线发射器工作方式的CT机，尤其设计了一种采用射线脉冲控制技术的CT机，但本设计没有对射线脉冲控制的具体实现方式进行限定(实施例中的的实现方式只是举例，并不代表限定其实现方式)，只要求实现射线脉冲控制的功能。

由于现有DSA用的平板探测器最大单边只有17英寸，需要将其尺寸加大才能用于CT机。为了满足人体肩宽方向的扫描，同时满足人体身高方向上单部位(四肢可以除外)只需扫描一圈的要求，CT平板探测器(为“CT机用平板探测器”的简称，在本设计的单一语境下，有时直接称为平板探测器)的长度尺寸可以为25～34英寸、宽度为25～34英寸，但不限于该尺寸，优选可以为26*26英寸。以上尺寸为平面型平板探测器的尺寸。但最好设计成弧形，使射线能以垂直角入射探测器各个阵元，此时以上尺寸为该弧形所在的弦的长度。

如图1及图2所示，现有平板探测器是由数百万个像素组成的X线成像传感器，每个像素均由光电传感器、信号存储器件和开关器件组成，分别用来产生、存储并读出信号；每行上的各个阵元通过行线相互连接，用于读数信号控制数据的输出，但不同行的行线是各自独立的；每列上的各个阵元通过列读出线相互连接，列读出线作为数据的输出口，每列上所有阵元的数据输出共用此列读出线，并共用其后的后级放大电路及模数转换电路，不同列的读出线及其后的后级放大电路及模数转换电路各自独立。

现行TFT/光电二极管矩阵一般是从上到下逐行扫描。现行TFT/光电二极管矩阵的从上到下逐行扫描方式以及上述的电路结构，是为了用于DR拍片中获得照片式图像或DSA中获得视频图像而设计。

而CT机中要求的是以行为单位，每行探测器相当于现有CT探测器中的一排，其中的每个阵元(也称“像素”)需要同时采集数据来获得一组投影矩阵，旋转一圈或半圈获得一个切面的投影矩阵，经软件计算重建出这个切面的图像；不同行的探测器阵元需要同时扫描获得不同切面的投影矩阵，得到不同切面的图像。所以，需要对现有的探测器电路进行改进：将每个阵元的数据单独输出给各自独立的后级运算放大器与模数转换器；所有采集单元的读数信号相互连接，受同一读数信号的控制，同时读取数据；将逐行扫描改进为以行为单位进行扫描，并且每行每个阵元同时扫描，以行为单位进行缓存(参见图3)。

图3中，由于采集单元内部可能有不同的设计，所以只是画出了框图，针对读数信号被设计在阵元内部或外围的两种不同方式及不同设计思路而设计的具体电路见图4、6、8、10、12、14及图16中的单个采集单元电路图及图5、7、9、11、13、15及图17的像素矩阵电路图。

图3中，每个采集单元包括阵元、后级运算放大器及模数转换器(ADC)；像素矩阵中的每个阵元包括1个光电二极管，根据不同的设计可能还包括其它如复位用TFT或放大用TFT或读数用TFT等。为使光电二极管电流加速需要有偏压，但一般不单独设置偏压，可以利用复位用TFT或外围电路中复位用场效应管的复位电源给光电二极管结电容充电提供偏压，如本设计中的所有实施例均没有设置专门的偏压。所有阵元的偏压相互连接，共用同一偏压电源(在各图中被标记为V_PD)；放大用TFT用于将光电二极管光电转换的数据进行放大，其漏极电源被称为偏置电源(在各图中被标记为V_DD)，所有阵元的偏置电源相互连接，共用同一偏置电源(单个阵元内有2个以上放大用TFT的CT探测器不排除使用2个以上偏置电源)。

图3中，每个阵元中的所有TFT在结构上可以被设计在光电二极管层的下面一层(或几层)，也称分层设计，以提高填充因子。本设计中由于每个阵元内部有多个TFT，如果按常用的光电二极管/TFT的同一平面横向布局结构，会明显减小像素探测面积，使填充因子受到影响，从而对图像质量带来很大的影响。为此，需要采用新工艺：通过分层设计光电二极管/TFT的方法，比如上面一层全部用于光电二极管，在其下一层(或几层)才安排各TFT，使得填充因子接近100％，彻底解决填充因子对图像质量的影响。

图3中，每个采集单元还包括读数信号与重置信号两种控制信号，根据读数信号在阵元内部或外部两种不同的设计，可能位于阵元内部，也可能在阵元的外围电路中；所有采集单元的读数信号相互连接，使每个采集单元的数据受同一读数信号的控制，同时读取数据；所有采集单元的重置信号(在各图中被标记为V_GRST)相互连接，所有采集单元的重置电源(在各图中被标记为V_RST，要求V_RST﹥V_PD)相互连接，共用同一重置电源，使每个采集单元的数据受同一重置信号的控制，同时复位。

图3中，每个采集单元的控制信号还包括模数转换器的转换启动请求信号，在各图中标记为V_CNVST，作为模数转换开始的控制；其发出请求的时间称为转换启动请求时间，一般安排在读数时间的后面并马上请求(除有特殊说明外，下面各实施例中均如此)，转换启动请求时间要求大于等于后级运算放大器的渡越时间与模数转换器的渡越时间之和。

图4～图17中的光电二极管被设计为阴极输出，在其它实施例也可改为光电二极管阳极输出。

以下各实施例的后级运算放大器全部采用反向放大器或同向放大器。在现有平板探测器中，后级运算放大器全部采用积分放大器。而本设计中，为了简化电路结构、保证数据的准确以及方便时序的安排，各实施例的CT平板探测器则全部建议采用反向放大器或同向放大器。这是因为：阵元内部有放大用TFT的CT平板探测器利用光电二极管自身的结电容存储数据，由于放大用TFT的场效应管属性，输入回路电阻非常大，近似开路，几乎不从信号源索取电流，在整个读数的过程中，光电二极管结电容上的电压几乎不会减少，只会随时间的增加在读数开始时的电压基础上因实时数据的增加而增加，所以读数时输出给后级运算放大器的每个瞬间的数据都是此前光电二极管采集数据的累积值，当其到达后级运算放大器时无需再进行积分；而对于阵元内部没有放大用TFT的CT平板探测器，则通过在外围电路增加放大用场效应管来达到以上目的。当然，不排除在其它的实施例采用积分放大器。

本设计的CT平板探测器的基板采用双面技术，一面用于装载TFT/光电二极管(TFT/光电二极管依附在基板之上，与现有平板探测器相同)，一面用于装载外围电路中的后级运算放大器、模数转换器(还可能包括将阵元内部分功能外移至外围电路的读数用场效应管、复位用场效应管及读数用场效应管)等(在现有CT机中习惯上被称为“通道”。而其它的外围电路，如缓冲器、各种控制信号、电源等，需要在通道之上再另外设计一层)，基板中在每个阵元对应的位置镶嵌有导电引脚，以将每个阵元的数据传输给各自的后级运算放大器等外围电路进行处理。每个阵元对应一个通道，目前可能没有可用的通道IC，需要根据整个探测器的尺寸与形状专门定制，对于行与行之间无间隔的探测器，如果由单个通道组成一个IC，要求通道IC在基板所在的平面上的尺寸不能大于每个阵元的尺寸(高度方向上不受此限制)；如果由多个(或每行上所有的)通道组成一个IC，要求通道IC在基板所在的平面上的尺寸不能超出由其组成的各个阵元尺寸的总成(高度方向上不受此限制)。同时，由于通道数很大，造价很高。

本设计中的CT探测器还有缓存器，在所有图中都没有画出，它以行为单位对探测器每行的扫描数据进行暂存，最后传输给操作台电脑。

CT平板探测器可以采用各种材料，由于CT机对探测器晶体管迁移率要求高，目前常用的非晶硅无法满足要求，可以使用氧化物薄膜晶体管(Oxide TFT)或低温多晶硅薄膜晶体管(Poly-Si TFT)等高迁移率的材质，以满足CT机对平板探测器薄膜晶体管迁移率的要求。目前常用的DSA平板为非晶硅，由于非晶硅迁移率较低(0.5～1cm²/(V.s))，由其制备的TFT(a-Si TFT)读出电路每行的读出时间约为1ms，限制了其在高帧频X射线平板探测器上的应用，因此，需要引入具有高迁移率的TFT以实现高帧频探测。主流的高迁移率薄膜晶体管有氧化物薄膜晶体管(能达到15～50cm²/(V.s))与低温多晶硅薄膜晶体管(能达到100cm²/(V.s))两类。薄膜晶体管有限的迁移率是导致平板探测器无法应用到CT机的最根本因素。

由于探测器每行的阵元数越多，对探测器扫描频率的要求越高，如果按现有平板探测器的矩阵宽度来设计，CT平板探测器每行的阵元数将达到约4000个以上，应用于CT机上时要求的探测器扫描频率太高(以4205个阵元数的探测器为例，在射线脉冲控制方式下以0.3秒扫描一圈，或在现有CT机射线工作方式下以0.3秒扫描半圈，均要求达到约22017Hz，图4中的CT平板探测器在现有射线发射器工作方式下要求TFT迁移率不小于276.3cm²/(V.s))，对平板探测器TFT迁移率提出了很高的要求，难以实现。此时，可以通过减少每行阵元数来降低探测器的扫描频率，在降低CT机对平板探测器迁移率要求的同时，减少通道数，降低探测器制造成本。需要说明的是，在本设计中，各种迁移率的计算均以阵元中各种TFT的迁移率相同(材质相同)为前提，以放大用TFT的渡越时间等于读数用TFT的渡越时间的1.5倍的大约值来计算，读数用TFT的渡越时间等于复位用TFT的渡越时间，并依此计算需要的最小TFT迁移率值，只是个大约值，存在很大误差，仅供参考。

为此，需要重新设计平板探测器的阵元数量，以降低阵元数的方法来降低扫描频率(以下像素与扫描频率的数据均以低像素要求下射线脉冲控制扫描一圈或现有方式扫描半圈而得到)：1、当CT机采用2K投影矩阵值时，所述CT平板探测器中每行阵元的数量约为1155个，允许在±5％范围内浮动；能得到1K(1024*1024)的重建图像像素；需要的平板探测器扫描频率(等于读数频率)以1秒完成一圈(射线脉冲方式下为一圈，现有射线发射器工作方式下为半圈。本段中其余处所说的“一圈”与此相同，不再重复)扫描时约为1814Hz，以0.5秒完成一圈扫描时约为3628Hz，以0.3秒完成一圈扫描时约为6048Hz，以上频率随着阵元数的浮动而变化，且同样允许在±5％范围内浮动。2、采用4K投影矩阵值时，可将每行阵元数设计约为1634个，允许在±5％范围内浮动；能得到2K(1448*1448)的重建图像像素；需要的平板探测器扫描频率以1秒完成一圈扫描时约为2565Hz，以0.5秒完成一圈扫描时约为5133Hz，以0.3秒完成一圈扫描时约为8556Hz，以上频率随着阵元数的浮动而变化，且同样允许在±5％范围内浮动。3、采用8K投影矩阵值时，可将每行阵元数设计约为2311个，允许在±5％范围内浮动；能得到4K(2048*2048)的重建图像像素；需要的平板探测器扫描频率以1秒完成一圈扫描时约为3630Hz，以0.5秒完成一圈扫描时约为7260Hz，以0.3秒完成一圈扫描时约为12100Hz，以上频率随着阵元数的浮动而变化，且同样允许在±5％范围内浮动。4、采用16K投影矩阵值时，可将每行阵元数设计约为3268个，允许在±5％范围内浮动；能得到8K(2896*2896)的重建图像像素；需要的平板探测器扫描频率以1秒完成一圈扫描时约为5132Hz，以0.5秒完成一圈扫描时约为10267Hz，以0.3秒完成一圈扫描时约为17112Hz，以上频率随着阵元数的浮动而变化，且同样允许在±5％范围内浮动。所述CT平板探测器的阵元尺寸随平板探测器的整体尺寸不同而不同，但均是均匀且无间隙地排列；且整个探测器的每行之间也是均匀且无间隙地排列(如果为降低探测器成本而减少探测器行数，行与行之间可以有间隔)。

除有特殊说明外，以上改进基本上为所有实施例的共性，为节省编幅，在下面各实施例中以上改进不再重复描述。通过以上技术改进，可以达到如下共性的技术效果：尺寸上能满足CT机扫描一圈或半圈就能获得一个部位的断层图像的要求，将其应用于CT机时，不再需要螺旋扫描(如果为降低探测器成本而减少探测器行数，还需要螺旋扫描)，大大减少扫描时间，大幅降低病人受辐照剂量(约为现有CT机的十分之一)，是无间隙的扫描，避免漏检；每个阵元的数据单独输出给各自的后级运算放大器与模数转换器，所有采集单元的读数信号相互连接同时采集数据，并以行为单位进行缓存，电路结构上满足每行扫描一圈或半圈获得一个切面图像、整个探测器扫描一圈或半圈获得一个部位各切面图像的要求；材质上满足CT扫描对探测器薄膜晶体管迁移率的要求；基板采用双面技术，方便将阵元矩阵中的数据传输给后级运算放大器等外围电路进行处理，因尽可能地缩短了传输距离，将大幅降低信号的传输损耗，减少干扰，大幅提高信噪比，并大幅降低对射线的剂量要求；分层设计极大地提高了填充因子；降低探测器阵元数量，在降低CT机对平板探测器迁移率要求的同时，降低通道数，从而降低探测器成本。以上技术效果为所有实施例共性的效果，为节省编幅，在下面各实施例中不再重复。

以上为本设计中所有实施例共有的技术，其发明点在于：每个阵元的数据单独输出给各自的后级运算放大器与模数转换器，所有采集单元的读数信号相互连接同时采集数据，并以行为单位进行缓存；基板采用双面技术；定出了为获得各种CT图像像素的要求而需要设计的平板探测器每行的阵元数量，并通过降低阵元数来降低扫描频率，以适配现有材质下的平板探测器迁移率及降低探测器成本。

下面结合具体的实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

如图4及图5所示，本实施例中，CT平板探测器利用光电二极管自身的结电容存储采集数据，读数信号被加至阵元内部；每个阵元中除包括1个光电二极管外，还包括1个读数用TFT、1个放大用TFT及1个复位用TFT；读数用TFT用于控制数据的输出，其控制信号被称为读数信号(在各图中被标记为V_READ)；复位用TFT用于给数据进行复位，其控制信号被称为重置信号(在各图中被标记为V_GRST)，其电源被称为重置电源(在各图中被标记为V_RST)；读数用TFT被设置于放大用TFT之后；在本实施例中，后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器。本实施例CT平板探测器单个采集单元电路图如图4，对应的像素矩阵电路结构图见图5，图中为电流型，也可设计为电压型(由于电压放大型需要在漏极增加电阻，会使阵元矩阵内部的温度升高，从而会使光电二极管的暗电流加大，一般不建议采用。以下各实施例理由相同)。应用条件为采用射线发射器脉冲控制方式的CT机：在CT平板探测器采集时，射线发射器发射射线；在CT平板探测器读数与复位时，射线发射器不发射射线。要求CT机采用360°扫描方式。

本实施例中，平板CT机的射线发射器的射线发射采用脉冲调制(或称门控)技术。本实施例的射线发射器(通常称为“球管”)采用栅极控制，将球管常用的二极电子管结构变为三极电子管，通过在栅极上施加相对于球管阴极的足够高的负电压，通过射线脉冲信号控制所述负电压，对阴极电子流进行开关状态控制，从而控制球管的射线发射(在其它的实施例中，脉冲控制的方式除以上实现方式外，一种碳纳米管冷阴极球管从理论上也可实现射线的脉冲控制，且脉冲方波特性更理想、频率更高，但目前碳纳米管冷阴极球管的电流相对还较低，暂时难以满足需求，有待电流的提高。当然也不排除还有其它的实施方式)。操作台电脑根据选定的扫描条件能算出探测器的扫描频率，操作台电脑以这个频率给出一个高低电位时间轴等宽的方波脉冲信号，该信号称为射线脉冲控制信号，同时在电路中增加负电压电源(为了降低该负电压电源的电压，建议球管阴极接地。该负电压电源的实现方式不限)，射线脉冲控制信号经相应转换后用于控制该负电压电源产生同频率的足够截断球管阴极电子流的负电压(约需几千伏)，提供给球管的栅极，实现射线发射的脉冲控制。用操作台电脑发出的射线脉冲控制信号来控制射线的输出，发射射线的时间宽度与不发射射线的时间宽度相等。操作台电脑在发出射线脉冲控制信号的同时，发出CT平板探测器需要的各种控制信号，包括读数信号、重置信号及转换启动请求信号等，并通过无线方式发送给CT平板探测器。CT平板探测器的读数信号、重置信号及转换启动请求信号等的频率均与射线脉冲信号的频率相同，均为CT平板探测器扫描频率。射线脉冲控制下的CT平板探测器采用间隔式扫描，隔一个阵元宽度采集一次数据，也就是每行上最外边的阵元旋转一个阵元宽度时采集一次数据，而在下一阵元宽度的旋转时间内不采集数据，利用不采集数据的这段时间进行读数与数据复位；所述射线发射器发射射线时，所述CT平板探测器进行数据采集，采集数据的时间称为采样时间，采样时间等于射线发射时间。

CT平板探测器扫描频率受操作台电脑的扫描条件中要求的投影矩阵值与扫描时间的控制，电脑根据此扫描频率自动给出一个方波脉冲信号(即射线发射器的射线脉冲控制信号)，可以高低电位时间轴等宽，也可以在扫描180°后进行反相，全由电脑中的软件设置。CT平板探测器扫描频率的计算公式为：X＝Y/Z/T，其中X为CT平板探测器扫描频率，Y为要求达到的投影矩阵值，Z为平板探测器每行的阵元数，T为扫描360°的时间。射线脉冲控制方式下的CT机，为获得理想的图像效果，需要同时满足计算公式X＝πZ/(2T)。

在其它实施例，CT平板探测器的重置时间通常被设置在读数时间之后，也是本设计中的所有CT平板探测器可以采用的方式。此时，在射线脉冲控制方式下，读数时间与重置时间之和等于采样时间。

然而，由于复位用TFT、放大用TFT与读数用TFT的延时特性(其延时时间的算法为t_TR＝L²/(uV)，t_TR为TFT的渡越时间，u为迁移率，L为半导体厚度，V为电压)，对于采用放大用TFT在读数用TFT(或外围电路读数用场效应管)之前的CT平板探测器组成的CT机，CT平板探测器的重置时间能够被设置在读数时间之内(理由见实施例2)，在读数时间的末尾安排重置时间(不管是射线脉冲控制方式的CT机还是非射线脉冲控制方式的CT机，都可以采用将重置时间设置于读数时间之内)。此时，在射线脉冲控制方式下，读数时间等于采样时间。本实施例采用此种方式，这样的设计能最大限度地延长了读数时间，以降低CT平板探测器迁移率对CT机的限制。

本实施例的时序控制：读数时间需要大于放大用TFT与读数用TFT的渡越时间之和，读数时间等于采样时间，重置时间需要大于复位用TFT的渡越时间，重置时间安排在读数时间之内。本实施例的时序控制图如图18。需要说明的是，由于射线发射的高频部分频率很高，在图中直接以直线代替，没有以高频形式表达(下同)；同时，图中的各种信号的高电位时间长度只是个大概值，只代表各自大概的时间长度及其相对应的先后逻辑关系(所以，在其它不同的实施例中相同信号的时间长度本来是有区别的，但也以同一图来描述，只是代表它们在时间逻辑上是相同的，并不是说两个不同的实施例的时序在各个信号的时间长度上完全相同)。

本实施例的CT机采用360°扫描方式。

在低像素要求下，只需扫描一圈即可获得一个切面的图像。为保证平板CT机均匀地获得360°扫描时切面各轴线的投影，在平板探测器旋转到180度时，射线发射器的射线脉冲控制信号与平板探测器的各种控制信号(包括读数信号、重置信号及转换启动请求信号)均需各自进行反相(与旋转扫描的前180度进行相位上的180°相移)，以获得在前180度扫描范围内平板探测器读数时因射线发射器不发射射线及平板探测器不采集而漏掉的轴线的投影数据，否则，后180度的扫描很有可能还是重复前180度扫描的轴线(轴线重叠，但数据不同。所以，是轴线重复，而不是数据重复，在高像素扫描时这部分数据还是有用的)，而漏掉的还是漏掉。

本实施例中，在高像素要求下，需要扫描两圈才可获得一个切面的图像。此时，既可重复以上低像素条件下的180度反相技术；也可采用360度反相技术，即第一圈扫描时不反相，而在扫描第二圈时相对第一圈所有以上控制信号再进行相位上的180°相移。高像素扫描时能获得比低像素条件下多一倍的像素，但扫描时间也将延长一倍。

本实施例中，在低像素要求下，CT平板探测器采用8K投影矩阵值，可将每行阵元数设计为2311个，允许在±5％范围内浮动；能得到4K的重建图像像素，需要的平板探测器扫描频率以0.3秒完成一圈扫描时约为12100Hz，相当于每个采集与读数的周期约82.6us，分配给探测器读数的时间约为41.3us(要求放大用TFT与读数用TFT的渡越时间之和小于此时间)，要求薄膜晶体管的迁移率不小于30.3cm²/(V.s)(为以迁移率0.5～1cm²/(V.s)的非晶硅在只有读数用TFT的探测器中读出时间为1ms对比计算的大约值，且以0.5cm²/(V.s)读出时间1ms为参照，同时，以放大用TFT的渡越时间是读数用TFT渡越时间的1.5倍的大约值来计算，这个误差很大；因被参照的非晶硅数据本身范围很大，如果以1cm²/(V.s)为参照，得出的迁移率的数值将提高一倍；且没有考虑半导体厚度与电压的差异，所以，其结果仅能提供参考。同理，下文各处提到的迁移率的数值都是以2311个阵元数获得8K投影矩阵值为提前，同样以0.5cm²/(V.s)非晶硅读出时间1ms为参照的大约值，均仅供参考)。需要的平板探测器扫描频率以0.5秒完成一圈扫描时约为7260Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于18.2cm²/(V.s)。假如探测器TFT采用迁移率为100cm²/(V.s)的低温多晶硅为材料，理论上CT机可以采用的最短扫描时间为0.091秒(为理论上的最小值，实际需要大于此值，且单从迁移率考虑，而不考虑CT机其余性能是否可以满足条件。以下所有类似的计算同理)，要求扫描频率约为40000Hz(很难达到)。

应用本实施例中平板探测器的CT机，除具有以上CT平板探测器共性的技术效果外，还将具有如下技术效果：

读数信号被加至阵元内部，利用光电二极管自身的结电容存储数据，读数时经TFT放大后在读数信号的控制下才输出，使得输出的信号强度比较强，提高了信噪比。采用反向放大器或同向放大器，保证了数据的准确。对CT机的射线发射器采用脉冲控制技术，在平板探测器读数时射线发射器不发射射线，没有拖尾现象，也不会损失数据，采样时间与读数时间相等，使得读数时的数据刚好为采集一个阵元宽度的确定量，对单个数据来说是一个完整无缺失的投影数据；180度反相技术的运用，保证了扫描一圈获得一幅完整图像；同时可将CT机对平板探测器的扫描频率要求降低一半；也由于最大限度地延长了读数时间，从而大幅降低对平板探测器薄膜晶体管迁移率的要求(与实施例2相比降低约5倍)。

本实施例的缺点是，CT机的射线发射器成本将增加，也要增加射线脉冲控制技术改造的成本。

除以上共有的发明点外，本设计在本实施例中的发明点：后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器；重置时间安排在读数时间之内；配套设计了CT机的射线发射器脉冲控制技术(此技术可以应用于所有的CT探测器)。

实施例2

在本实施例中，采用实施例1中的CT平板探测器，每个采集单元的电路图如图4所示，对应的像素矩阵电路结构图如图5所示。在此，不再重复描述其结构。

本实施例CT平板探测器的应用条件为采用现有射线发射器工作方式的CT机：在CT平板探测器采集与读数时，射线发射器均不停地发射射线。

本实施例的时序控制：由于射线发射器在读数时还在不停地发射射线，光电二极管在不停地采集数据，为了图像质量，要求读数时间尽可能地短(要求读数时间≤读数周期的10％，越小越好，但越小对探测器薄膜晶体管迁移率的要求越高。在采用现有射线发射器工作方式的CT机中，一个读数周期的时间等于探测器最外边的阵元旋转一个阵元宽度的时间，随扫描频率而变化)。由于读数用TFT的渡越时间基本上等于复位用TFT的渡越时间(假定复位电压与读数电压相同)，对于放大用TFT在读数用TFT(或外围电路读数用场效应管)之前的探测器，可以将重置时间安排在读数时间之内(在读数时间的末尾)，在重置电压信号作用下，光电二极管的复位数据需要通过放大用TFT才能到达读数用TFT，此时读数用TFT已经关闭，复位数据不会进入后级处理电路，不会影响正常的图像数据。如果重置时间安排在读数时间之后，由于TFT的延时性，在读数完成时，总渡越时间(本实施例中总渡越时间等于放大用TFT与读数用TFT的渡越时间之和)之内新采集的数据还没有到达后级运算放大器，这部分数据会被后来的重置信号清零，重置时间内的数据也是损失，也就是说损失的将是总渡越时间与重置时间之和的时间内新采集的数据；而如果将重置时间安排在读数时间之内，将重置时间内的损失放在读数时间内，损失的将只是总渡越时间内新采集的数据，从而减少了损失(其它实施例道理相同，下面不再解释)；另一方面，在损失同样数据量的前提下，可使读数时间最大化，从而降低了CT机对平板探测器迁移率的要求。本实施例中，要求读数时间大于总渡越时间，重置时间大于复位用TFT的渡越时间，重置时间安排在读数时间之内，读数时间小于等于读数周期的10％。本实施例的时序图如图19。

图像像素要求低时，由本实施例中的CT平板探测器组成的CT机能够采用180°扫描方式。此时，同样的扫描频率下可减少一半的扫描时间，有利于心脏等对时间有高要求的扫描；或同样的时间内可降低一半的扫描频率，有利于降低CT机对平板探测器迁移率的要求(在设计时考虑)。在采用360°扫描时，可以将CT机设计为同一射线发射器在前180°与后180°采用两种不同能量的射线进行扫描，从而获得两种不同能量下的2幅同一切面的图像，开发出功能更加强大的CT机。对于扫描速度要求不高的应用(如DSA/CT一体机)，采用本实施例探测器的CT机，其扫描架可以做成C形臂的结构，但因C形臂的旋转速度很慢，所以扫描速度会很低。

图像像素要求高时，由本实施例中的CT平板探测器组成的CT机能够采用360°扫描方式，能获得比180度扫描多一倍的像素。此时，要么需要增加一倍的扫描时间，要么相同时间内探测器扫描频率需要提高一倍，也就对探测器迁移率的要求提高一倍(这需要在设计时考虑好)。

应用本实施例中平板探测器的平板CT机，除具有以上CT平板探测器共性的技术效果外，还将具有如下技术效果：

读数信号被加至阵元内部，利用光电二极管自身的结电容存储数据，读数时经TFT放大后在读数信号的控制下才输出，使得输出的信号强度比较强，提高了信噪比。采用反向放大器或同向放大器，保证了数据的准确。采用本实施例探测器的CT机可以采用180°扫描方式，同样的扫描频率下可减少一半的扫描时间，有利于心脏等对时间有高要求的扫描；或同样的时间内可降低一半的扫描频率，有利于降低CT机对平板探测器迁移率的要求。对于扫描速度要求不高的应用，其扫描架可以做成各种C形臂的结构，从而降低CT机的制造成本，并能满足各种移动使用需求，做成移动CT、DSA/CT一体机；低像素要求下采用360°扫描时，通过双能量射线扫描技术可大幅提升CT机的功能。

本实施例的缺点是，会损失总渡越时间内新采集的数据(重置时间内的数据也在其中)。然而，最大的缺点是要求读数时间太短，对平板探测器迁移率的要求太高：以2311个阵元数获得8K投影矩阵值为例，需要的平板探测器扫描频率以0.3秒完成半圈扫描时约为12100Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于151.3cm²/(V.s)，现有材质无法满足要求，只有等以后高迁移率材质的出现；需要的平板探测器扫描频率以0.5秒完成半圈扫描时约为7260Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于90.8cm²/(V.s)。假如探测器TFT采用迁移率为100cm²/(V.s)的低温多晶硅为材料，理论上CT机可以采用的最短扫描半圈时间约为0.454秒，要求扫描频率约为8000Hz。

除以上共有的发明点外，本设计在本实施例中的发明点：后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器；重置时间安排在读数时间之内；前180°与后180°采用两种不同能量的射线进行扫描，能开发出CT机的很多新功能。

实施例3

如图6及图7所示，在本实施例中，利用光电二极管自身的结电容存储采集数据；像素矩阵中的每个阵元除包括1个光电二极管外，还包括1个复位用TFT，用于给数据进行复位，其控制信号被称为重置信号，其电源被称为重置电源，所有阵元共用同一重置电源；CT平板探测器的读数信号被输入阵元中放大用TFT，使得放大用TFT进行放大处理的同时控制数据的输出。在本实施例中，后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器。

本实施例的CT机，其射线发射器采用实施例1中的射线脉冲控制方式，在此，不再重复描述其工作原理。

本实施例的时序控制：读数时间需要大于放大用TFT的渡越时间，重置时间需要大于复位用TFT的渡越时间，重置时间安排在读数时间之后，读数时间与重置时间之和等于采样时间。时序控制图如图20所示。

本实施例中，低像素要求时，对平板探测器迁移率的要求：以2311个阵元数获得8K投影矩阵值为例，需要的平板探测器扫描频率以0.3秒完成一圈扫描时约为12100Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于18.2cm²/(V.s)；需要的平板探测器扫描频率以0.5秒完成一圈扫描时约为7260Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于10.9cm²/(V.s)。假如探测器TFT采用迁移率为100cm²/(V.s)的低温多晶硅为材料，理论上CT机可以采用的最短扫描一圈时间为0.054秒，要求扫描频率约为66667Hz(很难达到)。

在高像素要求下，同样需要扫描两圈，与实施例1类似，不再重复。

本实施例平板探测器及其CT机除具有以上CT平板探测器的共性技术效果外，还具有如下技术效果：

由于去掉了阵元中读数用TFT，而将其功能与放大用TFT合并，通过放大用TFT来控制数据的输出，减少了TFT的数量，减小了读数时的渡越时间，降低了CT机对平板探测器薄膜晶体管迁移率的要求(与实施例1相比降低约40％)；对于平面式横向布局的探测器提高了像素探测面积，从而提高了探测器的填充因子(对于本设计中的分层式布局没有此效果)；简化了阵元内部结构，降低了制造成本；其余与射线脉冲控制相关的效果与实施例1相同，不再重复。

本设计在本实施例中的发明点：后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器；射线脉冲控制技术。

实施例4

在本实施例中，采用实施例3中的CT平板探测器，每个采集单元的电路图如图6所示，对应的像素矩阵电路结构图如图7所示。在此，不再重复描述其结构。

本实施例的时序控制：本实施例中，读数时间要求大于放大用TFT的渡越时间，重置时间大于复位用TFT的渡越时间，重置时间安排在读数时间之后，读数时间与重置时间之和应小于等于读数周期的10％。本实施例的时序图如图21。

本实施例中，对平板探测器迁移率的要求：以2311个阵元数获得8K投影矩阵值为例，需要的平板探测器扫描频率以0.3秒完成半圈扫描时约为12100Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于90.8cm²/(V.s)；需要的平板探测器扫描频率以0.5秒完成半圈扫描时约为7260Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于54.5cm²/(V.s)。假如探测器TFT采用迁移率为100cm²/(V.s)的低温多晶硅为材料，理论上CT机可以采用的最短扫描半圈时间约为0.272秒，要求扫描频率约为13333Hz。

图像像素要求低时，由本实施例中的CT平板探测器组成的CT机能够采用180°扫描方式。在采用360°扫描时，可以将CT机设计为同一射线发射器在前180°与后180°采用两种不同能量的射线进行扫描，从而获得两种不同能量下的2幅同一切面的图像，开发出功能更加强大的CT机。

通过去掉阵元中读数用TFT，而将其功能合并到放大用TFT，通过放大用TFT来控制数据的输出，减少了TFT的数量，相对于阵元内部有读数用TFT的结构提高了读数速度，降低了薄膜晶体管迁移率对CT机应用的限制(与实施例2相比降低约40％)；没有了读数用TFT的渡越时间，从而减少了读数时间内因其延时带来的数据损失；阵元内部只需光电二极管、放大用TFT及复位用TFT，对于平面式横向布局的探测器提高了像素探测面积，从而提高了探测器的填充因子(对于本设计中的分层式布局没有此效果)；简化了阵元内部结构，降低了制造成本。其余与180度扫描相关的效果与实施例2相同，不再重复。

本实施例的缺点是，会损失放大用TFT的渡越时间与重置用TFT的渡越时间内新采集的数据。

除以上共有的发明点外，本设计在本实施例中的发明点：后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器；前180°与后180°采用两种不同能量的射线进行扫描，能开发出CT机的很多新功能。

实施例5

如图8及图9所示，在本实施例中，利用光电二极管自身的结电容存储采集数据；探测器的结构为每个采集单元的读数信号被直接输入阵元内部，像素矩阵中的每个阵元除包括1个光电二极管外，还包括一个复位用TFT、一个读数用TFT及一个放大用TFT，所述复位用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行复位，所述读数用TFT受读数信号的控制而控制数据的输出，所述放大用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行放大处理，所述读数用TFT被设置于放大用TFT之前；在本实施例中，后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器。

本实施例的时序控制：读数时间需要大于读数用TFT的渡越时间，重置时间需要大于复位用TFT的渡越时间，重置时间安排在读数时间之后，读数时间与重置时间之和等于采样时间；转换启动请求时间需要在读数时间之后再延时一个放大用TFT的渡越时间。时序控制图如图22所示。

本实施例中，低像素要求时，对平板探测器迁移率的要求：以2311个阵元数获得8K投影矩阵值为例，需要的平板探测器扫描频率以0.3秒完成一圈扫描时约为12100Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于24.2cm²/(V.s)；需要的平板探测器扫描频率以0.5秒完成一圈扫描时约为7260Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于14.6cm²/(V.s)。假如探测器TFT采用迁移率为100cm²/(V.s)的低温多晶硅为材料，理论上CT机可以采用的最短扫描一圈时间为0.073秒，要求扫描频率约为50000Hz(很难达到)。

通过将阵元中读数用TFT设计在放大用TFT之前，相比实施例1减少了放大用TFT的渡越时间，从而减小了总渡越时间，但由于重置时间只能设置于读数时间之后，总渡越时间减少不多，使得CT机对平板探测器薄膜晶体管迁移率的要求只降低了约20％(与实施例1相比)；其余与射线脉冲控制相关的效果与实施例1相同，不再重复。

实施例6

在本实施例中，采用实施例5中的CT平板探测器，每个采集单元的电路图如图8所示，对应的像素矩阵电路结构图如图9所示。在此，不再重复描述其结构。

本实施例的时序控制：本实施例中，读数时间要求大于读数用TFT的渡越时间，重置时间大于复位用TFT的渡越时间，重置时间安排在读数时间之后，读数时间与重置时间之和要求小于等于读数周期的10％；转换启动请求时间需要在读数时间之后再延时一个放大用TFT的渡越时间。本实施例的时序图如图23所示。

本实施例中，对平板探测器迁移率的要求：以2311个阵元数获得8K投影矩阵值为例，需要的平板探测器扫描频率以0.3秒完成半圈扫描时约为12100Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于121cm²/(V.s)；需要的平板探测器扫描频率以0.5秒完成半圈扫描时约为7260Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于72.6cm²/(V.s)。假如探测器TFT采用迁移率为100cm²/(V.s)的低温多晶硅为材料，理论上CT机可以采用的最短扫描半圈时间约为0.363秒，要求扫描频率约为10000Hz。

通过将阵元中读数用TFT设计在放大用TFT之前，相比实施例2减少了放大用TFT的渡越时间，从而减小了总渡越时间，但由于重置时间只能设置于读数时间之后，总渡越时间减少不多，使得CT机对平板探测器薄膜晶体管迁移率的要求只降低了约20％(与实施例2相比)；其余低像素时180度扫描及高像素时360度扫描相关的效果与实施例2相同，不再重复。

本实施例的缺点是，会损失读数用TFT的渡越时间与重置时间内新采集的数据。

实施例7

如图10及图11所示，在本实施例中，利用光电二极管自身的结电容存储采集数据；平板探测器的结构为每个采集单元的读数信号被输入阵元外部，利用外围电路中的读数用场效应管控制数据的输出，所述像素矩阵中的每个阵元除包括1个光电二极管外，还包括一个复位用TFT及一个放大用TFT，所述复位用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行复位，所述放大用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行放大处理；后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器。

本实施例的时序控制：读数时间需要大于放大用TFT的渡越时间与外围电路中读数用场效应管的渡越时间之和，重置时间需要大于复位用TFT的渡越时间，重置时间安排在读数时间之内(在读数时间的末尾)，读数时间等于采样时间。时序控制图如图18所示。

本实施例中，低像素要求时，对平板探测器迁移率的要求：以2311个阵元数获得8K投影矩阵值为例，需要的平板探测器扫描频率以0.3秒完成一圈扫描时约为12100Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于18.4cm²/(V.s)；需要的平板探测器扫描频率以0.5秒完成一圈扫描时约为7260Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于11cm²/(V.s)。假如探测器TFT采用迁移率为100cm²/(V.s)的低温多晶硅为材料，理论上CT机可以采用的最短扫描一圈时间为0.058秒，要求扫描频率约为62500Hz(很难达到)。

通过将读数信号设置在阵元之外，利用外围电路中的场效应管来控制读数，相比实施例1减少了读数用TFT的渡越时间，从而减小了总渡越时间(等于放大用TFT的渡越时间与外围电路中读数用场效应管的渡越时间之和)，从而降低了CT机对平板探测器薄膜晶体管迁移率的要求(与实施例1相比降低了约40％)；其余与射线脉冲控制相关的效果与实施例1相同，不再重复。

本设计在本实施例中的发明点：读数用TFT设计在阵元之外；后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器；重置时间安排在读数时间之内；射线脉冲控制技术。

实施例8

在本实施例中，采用实施例7中的CT平板探测器，每个采集单元的电路图如图10所示，对应的像素矩阵电路结构图如图11所示。在此，不再重复描述其结构。

本实施例的时序控制：本实施例中，读数时间需要大于放大用TFT的渡越时间与外围电路中读数用场效应管的渡越时间之和，重置时间需要大于复位用TFT的渡越时间，重置时间安排在读数时间之内(在读数时间的末尾)，读数时间要求小于等于读数周期的10％。时序控制图如图19所示。

本实施例中，对平板探测器迁移率的要求：以2311个阵元数获得8K投影矩阵值为例，需要的平板探测器扫描频率以0.3秒完成半圈扫描时约为12100Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于96.7cm²/(V.s)；需要的平板探测器扫描频率以0.5秒完成半圈扫描时约为7260Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于56.5cm²/(V.s)。假如探测器TFT采用迁移率为100cm²/(V.s)的低温多晶硅为材料，理论上CT机可以采用的最短扫描半圈时间约为0.29秒，要求扫描频率约为12500Hz。

通过将读数信号设置在阵元之外，利用外围电路中的场效应管来控制读数，相比实施例2减少了读数用TFT的渡越时间，从而减小了总渡越时间(等于放大用TFT的渡越时间与外围电路中读数用场效应管的渡越时间之和)，从而降低了CT机对平板探测器薄膜晶体管迁移率的要求(与实施例2相比降低了约37％)；其余低像素时180度扫描及高像素时360度扫描相关的效果与实施例2相同，不再重复。

本实施例的缺点是，会损失放大用TFT的渡越时间与外围电路中读数用场效应管的渡越时间内新采集的数据。

除以上共有的发明点外，本设计在本实施例中的发明点：读数用TFT设计在阵元之外；后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器；重置时间安排在读数时间之内；前180°与后180°采用两种不同能量的射线进行扫描，能开发出CT机的很多新功能。

实施例9

如图12及图13所示，在本实施例中，利用光电二极管自身的结电容存储采集数据；平板探测器的结构为每个采集单元的读数信号被直接输入阵元内部，所述像素矩阵中的每个阵元除包括1个光电二极管外，还包括一个复位用TFT及一个读数用TFT，所述复位用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行复位，所述读数用TFT受读数信号的控制而控制数据的输出；在后级运算放大器前设置一个放大用场效应管，后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器。

本实施例的时序控制：读数时间需要大于读数用TFT的渡越时间，重置时间需要大于复位用TFT的渡越时间，重置时间安排在读数时间之后，读数时间与重置时间之和等于采样时间，转换启动请求时间需要在读数时间之后再延时一个外围电路放大用场效应管的渡越时间。时序控制图如图24所示。

通过减少阵元中放大用TFT，降低了总渡越时间，从而降低了CT机对平板探测器薄膜晶体管迁移率的要求(与实施例1相比降低了约20％)；其余与射线脉冲控制相关的效果与实施例1相同，不再重复。

本设计在本实施例中的发明点：后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器；在后级运算放大器前设置一个放大用场效应管；射线脉冲控制技术。

实施例10

在本实施例中，采用实施例9中的CT平板探测器，每个采集单元的电路图如图12所示，对应的像素矩阵电路结构图如图13所示。在此，不再重复描述其结构。

本实施例的时序控制：本实施例中，读数时间需要大于读数用TFT的渡越时间，重置时间需要大于复位用TFT的渡越时间，重置时间安排在读数时间之后，读数时间与重置时间之和要求小于等于读数周期的10％，转换启动请求时间需要在读数时间之后再延时一个外围电路放大用场效应管的渡越时间。时序控制图如图25所示。

本实施例中，对平板探测器迁移率的要求：以2311个阵元数获得8K投影矩阵值为例，需要的平板探测器扫描频率以0.3秒完成半圈扫描时约为12100Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于121.1cm²/(V.s)；需要的平板探测器扫描频率以0.5秒完成半圈扫描时约为7260Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于72.6cm²/(V.s)。假如探测器TFT采用迁移率为100cm²/(V.s)的低温多晶硅为材料，理论上CT机可以采用的最短扫描半圈时间约为0.363秒，要求扫描频率约为10000Hz。

通过减少阵元中放大用TFT，降低了总渡越时间，从而降低了CT机对平板探测器薄膜晶体管迁移率的要求(与实施例2相比降低了约20％)；其余低像素时180度扫描及高像素时360度扫描相关的效果与实施例2相同，不再重复。

本实施例的缺点是，会损失读数用TFT的渡越时间与复位用TFT的渡越时间内新采集的数据。

除以上共有的发明点外，本设计在本实施例中的发明点：后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器；在后级运算放大器前设置一个放大用场效应管；前180°与后180°采用两种不同能量的射线进行扫描，能开发出CT机的很多新功能。

实施例11

如图14及图15所示，在本实施例中，平板探测器的结构为每个采集单元的读数信号被直接输入阵元外部，利用外围电路中的读数用场效应管控制数据的输出，所述像素矩阵中的每个阵元除包括1个光电二极管外，还包括一个复位用TFT，所述复位用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行复位；在后级运算放大器前设置一个放大用场效应管(可在读数用场效应管之前或之后，本实施例在读数用场效应管之前)，后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器。

本实施例的时序控制：读数时间需要大于外围电路中放大用场效应管与读数用场效应管的渡越时间之和，重置时间需要大于复位用TFT的渡越时间，重置时间安排在读数时间之后，读数时间与重置时间之和等于采样时间。时序控制图如图20所示。

本实施例中，低像素要求时，对平板探测器迁移率的要求：以2311个阵元数获得8K投影矩阵值为例，需要的平板探测器扫描频率以0.3秒完成一圈扫描时约为12100Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于12.3cm²/(V.s)；需要的平板探测器扫描频率以0.5秒完成一圈扫描时约为7260Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于7.3cm²/(V.s)。假如探测器TFT采用迁移率为100cm²/(V.s)的低温多晶硅为材料，理论上CT机可以采用的最短扫描一圈时间为0.04秒，要求扫描频率约为90909Hz(很难达到)。

通过将读数信号设置在阵元之外，利用外围电路中的场效应管来控制读数，相比实施例1减少了读数用TFT与放大用TFT的渡越时间，从而减小了总渡越时间(等于外围电路中放大用场效应管的渡越时间与外围电路中读数用场效应管的渡越时间之和)，降低了CT机对平板探测器薄膜晶体管迁移率的要求(与实施例1相比降低了约60％)；其余与射线脉冲控制相关的效果与实施例1相同，不再重复。

本设计在本实施例中的发明点：读数信号被设计在阵元之外；在后级运算放大器前设置一个放大用场效应管；后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器；射线脉冲控制技术。

实施例12

在本实施例中，采用实施例11中的CT平板探测器，每个采集单元的电路图如图14所示，对应的像素矩阵电路结构图如图15所示。在此，不再重复描述其结构。

本实施例的时序控制：本实施例中，读数时间需要大于外围电路中放大用场效应管与读数用场效应管的渡越时间之和，重置时间需要大于复位用TFT的渡越时间，重置时间安排在读数时间之后，读数时间与重置时间之和要求小于等于读数周期的10％。时序控制图如图21所示。

本实施例中，对平板探测器迁移率的要求：以2311个阵元数获得8K投影矩阵值为例，需要的平板探测器扫描频率以0.3秒完成半圈扫描时约为12100Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于64.5cm²/(V.s)；需要的平板探测器扫描频率以0.5秒完成半圈扫描时约为7260Hz，要求薄膜晶体管的迁移率不小于37.7cm²/(V.s)。假如探测器TFT采用迁移率为100cm²/(V.s)的低温多晶硅为材料，理论上CT机可以采用的最短扫描半圈时间为0.2秒，要求扫描频率约为18182Hz。

通过将读数信号设置在阵元之外，利用外围电路中的场效应管来控制读数，相比实施例2减少了读数用TFT与放大用TFT的渡越时间，从而减小了总渡越时间(等于外围电路中放大用场效应管的渡越时间与外围电路中读数用场效应管的渡越时间之和)，降低了CT机对平板探测器薄膜晶体管迁移率的要求(与实施例2相比降低了约60％)；其余低像素时180度扫描及高像素时360度扫描相关的效果与实施例2相同，不再重复。

本实施例的缺点是：会损失重置时间、外围电路中放大用场效应管的渡越时间与读数用场效应管的渡越时间之和的时间内新采集的数据。

除以上共有的发明点外，本设计在本实施例中的发明点：读数信号设计在阵元之外；在后级运算放大器前设置一个放大用场效应管；后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器；前180°与后180°采用两种不同能量的射线进行扫描，能开发出CT机的很多新功能。

实施例13

如图16及图17所示，在本实施例中，平板探测器的结构为阵元中只有光电二极管，没有复位用TFT、放大用TFT及读数用TFT，光电二极管采集的信号被直接输出阵元之外，每个采集单元的读数信号与重置信号均被输入阵元外部，利用外围电路中的读数用场效应管控制数据的输出，并利用外围电路中的复位用场效应管给光电二极管复位；在后级运算放大器前设置一个放大用场效应管(可在读数用场效应管之前或之后，本实施例在读数用场效应管之前)，后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器。

本实施例的时序控制：读数时间需要大于外围电路中放大用场效应管的渡越时间与读数用场效应管的渡越时间之和，重置时间需要大于外围电路中复位用场效应管的渡越时间，因外围电路中场效应管的迁移率非常高(通常在1000cm²/(V.s)以上)，其渡越时间非常小(假如以1000cm²/(V.s)计，约为0.5us)，本实施例的重置时间可以足够小(约为0.5us)，重置时间安排在读数时间之内(在读数时间的末尾。但由于重置时间相当短，被安排在读数时间之后也没有多大影响，所以，在此实施例中，重置时间安排在读数时间之内或之后均可以)，读数时间等于采样时间。时序控制图如图18所示。

本实施例中，对平板探测器迁移率的要求：因阵元中没有复位用TFT、放大用TFT及读数用TFT，已完全屏除了平板探测器薄膜晶体管迁移率对CT机的限制。以2311个阵元数获得8K投影矩阵值为例，需要的平板探测器扫描频率以0.3秒完成半圈扫描时约为12100Hz；需要的平板探测器扫描频率以0.5秒完成半圈扫描时约为7260Hz。

通过将读数信号设置在阵元之外，利用外围电路中的场效应管来控制读数，阵元中没有复位用TFT、放大用TFT及读数用TFT，已完全屏除了平板探测器薄膜晶体管迁移率对CT机的限制，平板探测器不再受制于TFT的材质，将使得平板探测器进入高速读取时代，CT机将成为“神眼”，“瞄一眼”就能看穿看透被测物；其余与射线脉冲控制相关的效果与实施例1相同，不再重复。

本实施例中，由于采集的信号没有在阵元内经放大就直接输出，对于传统的经过线缆传输数据给后级处理器的探测器会存在信噪比低的问题。但本设计中，由于探测器基板双面技术的应用，克服了传输距离给信号带来的损失及可能的干扰，加上采集的信号先在光电二极管自身的结电容上存储，读数时才输出，使得对信噪比的影响很小，很好地解决了问题。

除以上共有的发明点外，本设计在本实施例中的发明点：阵元内只有光电二极管；读数信号与重置信号均设计在阵元之外；利用外围电路中的复位用场效应管给光电二极管复位；在后级运算放大器前设置一个放大用场效应管；后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器；射线脉冲控制技术。

实施例14

本实施例的时序控制：读数时间需要大于外围电路中放大用场效应管的渡越时间与读数用场效应管的渡越时间之和，重置时间需要大于外围电路中复位用场效应管的渡越时间，因外围电路中场效应管的迁移率非常高(通常在1000cm²/(V.s)以上)，其渡越时间非常小(假如以1000cm²/(V.s)计，约为0.5us)，本实施例的读数时间(约为1us)与重置时间均可以足够小(约为0.5us)，重置时间安排在读数时间之内(在读数时间的末尾。但由于重置时间相当短，被安排在读数时间之后也没有多大影响，所以，在此实施例中，重置时间安排在读数时间之内或之后均可以)，读数时间要求小于等于读数周期的10％。时序控制图如图19所示。

通过将读数信号设置在阵元之外，利用外围电路中的场效应管来控制读数，阵元中没有复位用TFT、放大用TFT及读数用TFT，已完全屏除了平板探测器薄膜晶体管迁移率对CT机的限制，平板探测器不再受制于TFT的材质，将使得平板探测器进入高速读取时代，CT机将成为“神眼”，“瞄一眼”就能看穿看透被测物；读数时间与重置时间均非常小，极大地减少了数据的损失；其余低像素时180度扫描及高像素时360度扫描相关的效果与实施例2相同，不再重复。

本实施例的缺点是，会损失放大用场效应管的渡越时间与读数用场效应管的渡越时间内新采集的数据，但因其时间非常短，损失非常小。所以，由本实施例的平板探测器组成的CT机没有必要采用射线脉冲控制方式，因为这点微乎其微的损失相比其射线脉冲控制的巨大成本，有点得不偿失。本实施例中，由于采集的信号没有在阵元内经放大就直接输出，对于传统的经过线缆传输数据给后级处理器的探测器会存在信噪比低的问题，但在本设计中，由于探测器基板双面技术的应用，克服了传输距离给信号带来的损失及可能的干扰，加上采集的信号先在光电二极管自身的结电容上存储，读数时才输出，使得对信噪比的影响很小，很好地解决了问题。

除以上共有的发明点外，本设计在本实施例中的发明点：阵元内只有光电二极管；读数信号与重置信号均设计在阵元之外；利用外围电路中的复位用场效应管给光电二极管复位；在后级运算放大器前设置一个放大用场效应管；后级运算放大器采用反向放大器或同向放大器；前180°与后180°采用两种不同能量的射线进行扫描，能开发出CT机的很多新功能。

综合以上各实施例的效果与缺点，不管何种CT平板探测器，采用射线脉冲控制方式的CT机均明显优于采用现有射线工作方式的CT机：大幅降低平板探测器对薄膜晶体管迁移率的要求(实施例13除外，因其探测器结构已经完全屏除了平板探测器薄膜晶体管迁移率对CT机的限制)；使得可以将金属氧化物薄膜晶体管应用于CT平板探测器；避免了渡越时间内的数据损失，提高图像质量。当然，如果实施例14能被实际应用中证实其可行性，从经济效益来说，也就没有必要再采用实施例13中的射线脉冲控制技术。

需要说明的是，本设计初衷是为医院CT机设计，但由于技术的通用性，也可以应用于PET-CT等医疗器械领域，同样可将其技术应用于其它行业，比如工业、动物检查、海关及其它行业的CT机，其技术均受保护。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种CT平板探测器，其特征在于，所述CT平板探测器包括由多行与多列的像素矩阵组成的X线成像传感器及外围电路，所述像素矩阵中的每个单元称为阵元，所有阵元均集成在基板上，所述外围电路包括后级运算放大器、模数转换器及缓存器；

所述像素矩阵的上面还设有闪烁体层，以将X射线转化为可见光，并将可见光传给光电二极管进行光电转换；

所述像素矩阵中的每个阵元包括一个光电二极管，所述光电二极管用于将采集的光信号转换为电信号；

所述像素矩阵中的每个阵元有一个数据输出口，每个阵元的数据通过所述数据输出口单独输出给各自独立的后级运算放大器与模数转换器，单个阵元及其外围电路中的后级运算放大器与模数转换器等组成的数据采集与处理单元合称为采集单元；

每个采集单元的控制信号包括起开关功能并用于控制数据读出的读数信号和起复位功能的重置信号，所述CT平板探测器上所有采集单元的读数信号相互连接，使得所述CT平板探测器上的所有采集单元受同一读数信号的控制而同时读取数据，所述CT平板探测器上所有采集单元的重置信号相互连接，使得所述CT平板探测器上的所有采集单元受同一重置信号的控制而同时复位；

所述CT平板探测器以每行为单位进行扫描，其中每个阵元需要同时采集数据来获得一组投影矩阵，每行扫描至少半圈获得一个切面的投影矩阵，经软件计算重建出这个切面的图像，不同行的阵元需要同时扫描获得不同切面的投影矩阵，所述CT平板探测器扫描至少半圈获得各行对应的各切面图像。

2.根据权利要求1所述的CT平板探测器，其特征在于，每个采集单元的读数信号与重置信号均被直接输入阵元内部，所述像素矩阵中的每个阵元还包括一个复位用TFT、一个读数用TFT及至少一个放大用TFT，所述复位用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行复位，所述读数用TFT受读数信号的控制而控制数据的输出，所述放大用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行放大处理，所述读数用TFT被设置于放大用TFT之后；

所述CT平板探测器利用所述光电二极管自身的结电容存储采集数据。

3.根据权利要求1所述的CT平板探测器，其特征在于，每个采集单元的读数信号与重置信号均被直接输入阵元内部，所述像素矩阵中的每个阵元还包括一个复位用TFT及至少一个放大用TFT，所述复位用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行复位，所述放大用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行放大处理；

每个阵元中放大用TFT受读数信号的控制，对光电二极管产生的电信号进行放大处理的同时控制数据的输出；

4.根据权利要求1所述的CT平板探测器，其特征在于，每个采集单元的读数信号与重置信号均被直接输入阵元内部，所述像素矩阵中的每个阵元还包括一个复位用TFT、一个读数用TFT及至少一个放大用TFT，所述复位用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行复位，所述读数用TFT受读数信号的控制而控制数据的输出，所述放大用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行放大处理，所述读数用TFT被设置于放大用TFT之前；

5.根据权利要求1所述的CT平板探测器，其特征在于，每个采集单元的读数信号被输入阵元外部，利用外围电路中的读数用场效应管控制数据的输出，所述像素矩阵中的每个阵元还包括一个复位用TFT及至少一个放大用TFT，所述复位用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行复位，所述放大用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行放大处理；

6.根据权利要求1所述的CT平板探测器，其特征在于，每个采集单元的读数信号被直接输入阵元内部，所述像素矩阵中的每个阵元还包括一个复位用TFT及一个读数用TFT，所述复位用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行复位，所述读数用TFT受读数信号的控制而控制数据的输出。

7.根据权利要求1所述的CT平板探测器，其特征在于，每个采集单元的读数信号被输入阵元外部，利用外围电路中的读数用场效应管控制数据的输出，所述像素矩阵中的每个阵元还包括一个复位用TFT，所述复位用TFT用于对所述光电二极管的电信号进行复位。

8.根据权利要求1所述的CT平板探测器，其特征在于，每个采集单元的读数信号与重置信号均被输入阵元外部，利用外围电路中的读数用场效应管控制数据的输出，并利用外围电路中的复位用场效应管给阵元内的光电二极管复位。

9.根据权利要求1-8任一项所述的CT平板探测器，其特征在于，其后级运算放大器能够采用反向放大器或同向放大器。

10.根据权利要求1-8任一项所述的CT平板探测器，其特征在于，所述CT平板探测器的基板采用双面技术，一面用于装载像素矩阵，一面用于装载外围电路中的后级运算放大器、模数转换器等，基板中在每个阵元对应的位置镶嵌有导电引脚，以将每个阵元的数据传输给各自的外围电路进行处理。

11.根据权利要求1-8任一项所述的CT平板探测器，其特征在于，在低像素要求下，

当CT机采用2K投影矩阵值时，所述CT平板探测器中每行阵元的数量为1097-1213个；

当CT机采用4K投影矩阵值时，所述CT平板探测器中每行阵元的数量为1552-1716个；

当CT机采用8K投影矩阵值时，所述CT平板探测器中每行阵元的数量为2195-2427个；

当CT机采用16K投影矩阵值时，所述CT平板探测器中每行阵元的数量为3105-3432个。

12.一种由权利要求1-8任一项所述的CT平板探测器组成的CT机，其特征在于，所述CT机的射线发射器采用射线脉冲控制方式，所述射线发射器的射线发射受射线脉冲信号的控制，射线脉冲信号频率与CT平板探测器的扫描频率相同，射线脉冲信号处于有效电位时射线发射器发射射线，射线脉冲信号处于非有效电位时所述射线发射器不发射射线，发射射线的时间与不发射射线的时间相等；

所述CT平板探测器的数据采集与所述CT机射线发射器的射线发射同步，采集数据的时间称为采样时间，采样时间等于射线发射的时间，所述CT平板探测器采用间隔式扫描，隔一个宽度采集一次数据，而在下一相同宽度的旋转时间内不采集数据，利用不采集数据的这段时间进行读数与数据复位；

所述CT机采用360°的扫描方式；

低像素时，所述CT机扫描一圈获得各切面图像，控制所述射线发射器发射射线的射线脉冲信号与所述CT平板探测器读数信号、重置信号均需要采用反相技术，在所述射线发射器与所述CT平板探测器旋转扫描到一半时间后以上信号均需要进行相位上的180°相移；

高像素时，在扫描床不运动的提前下，所述CT机扫描两圈获得各切面图像，控制所述射线发射器发射射线的射线脉冲信号与所述CT平板探测器读数信号、重置信号均需要采用反相技术，除可以重复以上低像素方式下的反相技术外，还可以采用在扫描第一圈时不反相而在第二圈扫描时以上信号再进行相位上的180°相移。

13.根据权利要求12所述的CT机，其特征在于，当CT平板探测器采用权利要求2或5中的探测器时，所述CT平板探测器每个阵元的重置时间被安排在读数时间之内，在读数时间的末尾安排重置时间。

14.一种由权利要求1-8任一项所述的CT平板探测器组成的CT机，其特征在于，所述CT机还能够采用现有CT机的射线发射器工作方式，即在所述CT平板探测器读数时射线发射器仍然不停地发射射线，所述CT平板探测器的光电二极管不停地进行光电转换；

低像素时，所述CT机能够采用180°扫描方式；

高像素时，所述CT机采用360°扫描方式；

低像素时，所述CT机采用180°扫描方式扫描360°，能够将所述CT机设计为旋转扫描的前180°与后180°采用两种不同能量的射线进行扫描，以获得两种不同能量下的两幅同一切面的图像。

15.根据权利要求14所述的CT机，其特征在于，当CT平板探测器采用权利要求2或5中的探测器时，所述CT平板探测器每个阵元的重置时间被安排在读数时间之内，在读数时间的末尾安排重置时间。