[发明专利]一种串行读出光子计数芯片

说明书

技术领域

本发明涉及辐射成像电子技术领域，特别涉及一种串行读出光子计数芯片。

背景技术

传统的X射线医学影像系统中，探测器探测到的高能射线信号通常通过积分电路转换成电压信号，电压信号再经过ADC（Analog To Digital Converter，模拟数字转换器）转换成数字信号读出。这种检测与读出的模式称为积分模式。为保证成像质量，积分模式需要较高的辐射剂量，而过大的辐射剂量会对人体造成很多伤害。近年来，在医学成像领域中新兴起了光子计数模式成像方法，这种方法将高能射线光子个数直接转换成有效灰度值，能够达到物理上的最大量子利用率，还可以避免积分系统中由于模数转换造成的量化误差，并且对低于能量阈值的散射线有抑制能力。可以在相同成像质量下降低射线剂量，使患者的身体减少高能射线的损伤。与积分模式采用TFT（Thin Film Transistor）开关阵列读出不同，光子计数模式的信号读出需要专用的光子计数芯片来完成。

通常光子计数芯片的像素与探测器的像素一一对应，光子计数芯片的每个像素内包含一个通道模拟放大电路和一组计数器。与传统成像系统利用TFT开关阵列读出模拟量不同之处在于，光子计数芯片每个像素中均包含一个多位的计数器，直接读出数字信号，且读出数据量大。由于受到这种电路特征的限制，数据通常采用高速移位串行架构读出。

在高速移位串行架构中，信号读出的高速时钟会对光子计数芯片中模拟电路产生干扰，很容易导致计数失准；同时光子计数芯片存在对工艺缺陷容忍度低的问题。光子计数芯片中的数字电路，尤其是高速数字电路与模拟电路同时工作，由于信号串扰和电源干扰，模拟电路的性能会大打折扣。另外，目前的光子计数芯片普遍采用的数据读出方式是将相邻的若干行（通常是两行）数据串行读出，多行串行读出可以减少光子计数芯片的扇出引脚数目，如图1所示，将多个像素10排成多行，每相邻两行组合连接，从组合中的第二行读出（箭头为读出示意）。但相邻多行串行读出存在一缺陷：一旦光子计数芯片在制造过程中由于工艺缺陷而引起芯片的一个像素失效，则整条串行路径上的像素均无法正确读出，体现在图像上即相邻若干行像素缺失，这将给图像复原造成困难。

有鉴于此，本发明提供一种串行读出光子计数芯片。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种串行读出光子计数芯片，以解决现有光子计数芯片串行读出时，当一个像素失效导致该像素所在的串行路径上所有像素均无法读出的问题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种串行读出光子计数芯片，与探测器连接，其包括像素单元阵列模块和读出逻辑模块：

所述像素单元阵列模块包括有多个像素，所述多个像素以阵列方式排列成若干行和若干列；每行中的所有像素依次串联，且每两行像素串联，所述串联的两行像素为非相邻行像素；每个像素用于对探测器的像素产生的光电信号进行信号处理生成数字脉冲；

所述读出逻辑模块用于控制像素单元阵列模块的读出/计数状态，以及根据外部输入的控制指令产生控制信号；

所述像素单元阵列模块连接探测器和读出逻辑模块。

所述的串行读出光子计数芯片，其中，所述每两行像素串联采用隔行交叉互连的方式。

所述的串行读出光子计数芯片，其中，所述像素包括：

前置放大电路，用于将探测器的像素产生的光电信号转换成电压脉冲；

脉冲成形电路，用于将所述电压脉冲整形为预设脉宽的预设电压脉冲；

甄别电路，用于将所述预设电压脉冲与阈值电压比较、产生数字脉冲；

阈值调整电路，用于将全局参考电压和局部DAC电压叠加生成阈值电压；

所述前置放大电路、脉冲成形电路、甄别电路依次连接，所述阈值调整电路连接甄别电路。

所述的串行读出光子计数芯片，其中，所述甄别电路包括比较器，所述阈值调整电路包括叠加器；

所述比较器的第一输入端连接叠加器的输出端，比较器的第二输入端连接第二放大器的输出端；所述叠加器的第一输入端连接Vth端，叠加器的第二输入端连接数字读出控制单元；

所述Vref端输入全局参考电压，所述数字读出控制单元输出局部DAC电压。

所述的串行读出光子计数芯片，其中，所述像素还包括：

DAC配置存储器，用于输出局部DAC电压；

二选一选择器，用于根据控制信号和数字脉冲控制计数器的读出/计数状态;