專利名稱：無線數(shù)字射線照相系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及醫(yī)學成像領(lǐng)域，尤其涉及數(shù)字射線照相術(shù)。更具
體地，本發(fā)明涉及數(shù)字射線照相系統(tǒng)的采用遠程X光事件檢測的無線X
光檢測器。
背景技術(shù)：
數(shù)字射線照相術(shù)作為對依賴于照相膠片層的基于照相的成像技術(shù) 的替代日益被接受，用以俘獲輻射曝光以產(chǎn)生并存儲受檢者的內(nèi)部物理 特征的圖像。利用數(shù)字射線照相術(shù)，將在輻射敏感層上俘獲到的輻射圖 像曝光逐像素地轉(zhuǎn)換為電子圖像數(shù)據(jù)，所述電子圖像數(shù)據(jù)然后被存儲在 存儲器體中以供后續(xù)讀出并在合適的電子圖像顯示裝置上顯示。數(shù)字射 線照相術(shù)成功的 一 個驅(qū)動力是能夠快速顯現(xiàn)所存儲的圖像并經(jīng)由數(shù)據(jù) 網(wǎng)絡(luò)將所存儲的圖像傳送至一個或多個遠程地點以供由放射科醫(yī)師
(radiologist)予以分析和診斷，而沒有因必須通過郵件或經(jīng)由信使發(fā)送 物理膠片以到達處于地點在遠距離處的放射科醫(yī)師所引起的延遲。
數(shù)字射線照相面板具有以行和列安排的檢測元件("像素")的二 維陣列。為了從面板讀出圖像信息，通常順序地選擇像素行并且將每列 上的相應(yīng)像素連接至電荷放大器(charge amplifier)。所述電荷放大器 從每一列的輸出被施加到模數(shù)轉(zhuǎn)換器以生成數(shù)字化圖像數(shù)據(jù)，所述數(shù)字 化圖像數(shù)據(jù)然后能夠被存儲并能夠按照需要被進行合適地圖像處理以 供后續(xù)顯示。
為了使圖像獲取和從成像面板的后續(xù)數(shù)據(jù)讀出同步，有必要使面板 操作的控制與來自數(shù)字射線照相成像系統(tǒng)中所包含的遠程X光源的沖 擊(impinging)成像X光的出現(xiàn)同步。這能夠通過經(jīng)由線纜傳送指示所 述X光源的開始和結(jié)束的控制信號來完成。最近，已經(jīng)提出了無線成像 盒(cassette ),它獨立于主系統(tǒng)進行操作，使用所述成^象盒中的X光傳 感器檢測來自遠程X光源的沖擊X光的開始和終止。美國專利號 6,069,935(Schick)中給出了這樣的無線和/或獨立X光沖擊感測的示例。 在一個這樣的示例中，由計算機監(jiān)視位于成像面板之外的成像盒中的專用X光事件觸發(fā)器二極管以檢測入射輻射并輸出指示所述入射輻射的 信號。這樣的系統(tǒng)具有某些缺陷。觸發(fā)器二極管的包括降低了制造產(chǎn)量， 由此使得所述盒過于昂貴。而且，二極管本身可能被測試中的對象的某 不透輻射部分所阻擋，或者可能整個地處于輻射束的范圍之外。在此專
利所描述的另一示例中，使用幀截取(frame-grabbing)技術(shù)連續(xù)讀出所 述成像面板本身的傳感器。通過連續(xù)從面板傳感器整體讀出數(shù)據(jù)幀并且 通過檢查所述數(shù)據(jù)幀確定所述面板是否已暴露于X光，來確定所述成像 傳感器是否已暴露于X光。缺陷在于必須連續(xù)讀出所述傳感器，這就消 耗了量比較大的電功率，這對于獨立于主成像系統(tǒng)進行操作的電池供電 的盒而言是嚴重的問題。
美國專利號6,404,845 (Sharpless)中給出了另一個示例，其中在等 待曝光期間，監(jiān)視成像面板中的某些參考像素，將所述參考像素的值與 預(yù)先確定的閾值電平進行比較。當預(yù)先確定數(shù)目的參考像素超過所述閾 值電平時，則確定曝光電平已經(jīng)開始。然而，此方案也消耗大量的功率， 因此也是不怎么令人滿意的解決方案。
美國公開申請2004/0065836 (schick)還給出了另一個示例。在該 示例中，通過監(jiān)視面板中的成像像素所汲取的電流量來檢測成像面板上 X輻射的出現(xiàn)，并且當所汲取的電流量超過預(yù)先確定的量時，生成X光 出現(xiàn)信號。然而，該申請中所公開的示例局限于使用CMOS傳感器或 CCD傳感器，并且不能應(yīng)用于其它類型的傳感器，諸如在無膠片成像X 光傳感器面板中廣泛使用的非結(jié)晶或晶體硅光電二極管或金屬絕緣半 導(dǎo)體(MIS)傳感器。
在后者這樣的系統(tǒng)中，重要的是能夠以可靠的方式檢測X光曝光的 開始及其停止以便適當?shù)匕l(fā)起與被曝光像素上的電荷電壓的讀出相關(guān) 聯(lián)的計時和控制操作。
因此，需要一種使用非結(jié)晶或晶體硅光電二極管或金屬絕緣半導(dǎo)體 (MIS)傳感器類型的無線X光成像傳感器面板，所述無線X光成像傳 感器面板能夠獨立于主成像系統(tǒng)而操作，并且能夠?qū)碜运鲋鞒上裣?統(tǒng)中的X光源的沖擊X光的開始和停止進行遠程且可靠地檢測。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了 一種用于數(shù)字射線照相系統(tǒng)的無線X光檢測器，并且包括非結(jié)晶或晶體硅光電二極管或金屬絕緣半導(dǎo)體光 電二極管的傳感器面板，所述傳感器面板具有多個以行和列的矩陣排列 的像素。每個像素具有光電二極管、像素開關(guān)以及用于在X光曝光期間 從所述光電二極管收集電荷的電荷電容器。像素輸出放大器定義了虛擬 地的源，并且所述像素開關(guān)選擇性地將所述光電二極管和電荷電容器耦
合到所述虛擬地的源。偏置電源電路(bias supply circuit)凈皮耦合到所 有傳感器面板像素，使所述光電二極管在沒有X光曝光時保持在基本不 可導(dǎo)狀態(tài)。提供有控制電路，所述控制電路使得所述像素開關(guān)在沒有X 光曝光期間保持閉合，并且當開始所述像素的X光曝光時，所述控制電 路響應(yīng)所述檢測電路以基本上斷開所有像素開關(guān)，由此斷開所述像素與 所述虛擬地的源的連接以允許在像素電容器中進行電荷收集。提供有X 光存在檢測電路，所述X光存在檢測電路對所述偏置電源電路中的電流 變化進行響應(yīng)以便指示所述像素上的X光曝光的開始和結(jié)束。
本發(fā)明的優(yōu)點在于能夠通過在完全X光曝光開始之后改善曝光檢 測電路的信噪比來對無線數(shù)字射線照相X光檢測器中X光曝光的停止 進行快速且精確地4企測。
另一個優(yōu)點是知曉X光曝光停止的確切時間使對在曝光間隔期間 在像素中聚集的暗電流進行更加精確的補償?shù)靡詫崿F(xiàn)。精確的補償改善 了所述系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。


如附圖所示，通過以下對本發(fā)明實施例的更為具體的描述，本發(fā)明 的以上和其它目的、特征和優(yōu)點將清楚明白。附圖中的元件彼此之間未 必是按比例地繪制的。
圖1示出了本發(fā)明的X光曝光檢測器的一個優(yōu)選實施例的框圖。
圖2示出了本發(fā)明的可替換優(yōu)選實施例的框圖。
具體實施例方式
圖l中，示出了無線X光檢測器，它包括X光傳感器面板20、電 荷電壓光電檢測器輸出放大器30、光電檢測器偏置電源電路40、 X光 曝光存在4全測器50以及控制電路60。
傳感器面板20是非結(jié)晶或晶體硅或金屬絕緣半導(dǎo)體材料。面板20包括以行和列的矩陣排列的多個像素21。為了方便，僅圖示了單列像素 21-1至21-n。每個像素包括光電二極管22和用于在X光曝光期間從所 述光電二極管收集電荷的電荷電容器24。典型地，電容器24由光電二 極管22的固有電容所構(gòu)成。所述像素進一步包括固態(tài)輸出開關(guān)26,它 優(yōu)選地為薄膜場效應(yīng)晶體管。
放大器30包括適于在每次X光曝光之后輸出像素光電二極管信號 Vro的電荷放大器32。此外，每當相應(yīng)的像素開關(guān)26保持閉合時，該 放大器的負正輸入端子均作為像素光電二極管/電容器組合的虛擬地電 勢的源。在每次從面板20讀出光電檢測器信號之后，從控制電路30向 薄膜晶體管施加復(fù)位輸入電壓VR以對電容器35進行放電。
偏置電源電路40包括耦合到晶體管42的基極的運算放大器44。施 加到運算放大器44的正輸入端子的可選設(shè)置電壓Vs在發(fā)射極-至-像素 的連接處建立固定的偏置電勢以在檢測器10上沒有X光曝光周期期間 對光電二極管22進行反向偏置。
耦合到偏置電源輸出端子45的X光曝光存在檢測電路50響應(yīng)所述 偏置電源電路中電流的變化以便指示所述像素上X光曝光的存在。為 此，電路50包括比較器電路52，所述比較器電路52的正輸入端子耦合 至晶體管42的集電極(collector),并且其負輸入端子耦合至從控制電 路60所施加的電壓參考電平。設(shè)置所述參考電平的值以使得在偏置電 路的輸出處的、大于光電二極管中的漏電流所引起的電壓電平的電壓電 平的顯著變化將超過所述參考電平并且將觸發(fā)所述比較器以輸出指示 在傳感器面板20上X光曝光的存在的信號(The value of the reference level is set so that a significant change in voltage level at the output of the bias circuit above that caused by leakage current in the photodiodes will cross over the reference level and will trigger the comparator to output a signal indicating presence of X-ray exposure on the sensor panel 20 )。
控制電路60具有耦合自檢測電路50的輸出的輸入Vexp,并且對 其進行響應(yīng)以在行選擇總線RSB和列選擇總線CSB上提供計時信號以 便在檢測器10工作期間有選擇地斷開和閉合像素開關(guān)26。
以下描述檢測器10的操作。在沒有X光曝光周期期間，控制電路 60經(jīng)由行選擇總線RSB施加信號以使所有像素開關(guān)26保持閉合。這通 過電荷放大器32輸入端子有效地將像素光電二極管/電容器組合的底部連接到虛擬地連接。結(jié)果，來自偏置電源電路40的偏置電源電壓將使
光電二極管22保持在反向偏置狀態(tài)，反向偏置電壓被通過施加到運算 放大器44的正輸入的設(shè)置電壓Vs確立在希望的電平。經(jīng)過許多光電二 極管的累積漏電流使得流經(jīng)偏置電源晶體管42的電流非常低，這導(dǎo)致 向檢測電路50中的比較器52施加正電壓輸出，由此在端子Vexp上提 供低的輸出狀態(tài)("0"),控制電路60對該低的輸出狀態(tài)進行解釋以 便將所有像素開關(guān)保持在閉合條件。
當從數(shù)字射線照相源開始輻射時，所述傳感器面板中的光電二極管 被驅(qū)動為導(dǎo)通。所有光電二極管中的這種電流累積效應(yīng)使得所述偏置電 源電路中的電流顯著增加，這導(dǎo)致晶體管42的集電極的電壓下降。當 這種下降降到檢測電路50上的電壓參考電平Vref之下時，由此觸發(fā)比 較器電路52將輸出狀態(tài)Vexp改變?yōu)?T，電平?？刂齐娐?0對輸入端 子Vexp的該狀態(tài)變化進行響應(yīng)以基本斷開所有像素開關(guān)26,由此斷開 像素光電二極管/電容與虛擬地的源的連接，從而允許在像素電容器中進 行電荷收集。在特別優(yōu)選實施例中，至少一行中的開關(guān)通過控制電路60 的動作而保持閉合，由此通過電荷放大器32維持光電二極管/電容到虛 擬地的連接，如上所述。作為選擇，至少一行像素的光電二極管可直接 連接到虛擬地，而不用像素開關(guān)的介入。因此，在一行或多行像素#:連 接到電荷放大器的這種配置的情況下，相對地參考點，保持了閉合電路， 這對于檢測電路50檢測當X光曝光停止時所述偏置電源電流發(fā)生的變 化而言是必需的。
雖然在曝光間隔期間對于一行或多行像素使像素開關(guān)保持閉合意 味著對于開關(guān)閉合的像素而言將損失圖像數(shù)據(jù)，但是通過從相鄰行插入 像素開關(guān)保持閉合的像素行中所缺少的數(shù)據(jù)，就能夠容易地在數(shù)字射線 照相檢測器中通常具有的后續(xù)數(shù)字圖像處理器中對該損失予以補償。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，示出了本發(fā)明的可替換的優(yōu)選實施例，其中，來自 圖1的對應(yīng)元件被給予相同的附圖標記。因此，所圖示的X光檢測器 100包括傳感器面板20、電荷放大器30、連接到面板20的像素的偏置 電源電路以及控制電路60，所述控制電路60特別在行選擇總線RSB和 列選擇總線CSB上提供像素控制信號，用以控制如上所述的像素開關(guān)。
在此實施例中，在檢測器電路150中對來自偏置電源電路的電壓輸 出的變化的電平所進行的數(shù)字處理被用來根據(jù)傳感器面板20上是否存在X光沖擊而改變檢測器電路對于所述偏置電路的電壓輸出的靈敏度。
為此，線46上的代表偏置電路電流變化的偏置電路輸出電壓經(jīng)由信號 調(diào)節(jié)電路70被施加到差動放大器152的正輸入153。在復(fù)位和備用操作 時，當存在X光曝光時，對復(fù)雜可編程邏輯設(shè)備(CPLD)進行編程以 便將預(yù)先確定的參考電壓值施加在輸入線155上，所述預(yù)先確定的參考 電壓值接近于線153上的"無X光"電壓。當開始X光曝光時，從放大 器152向模數(shù)轉(zhuǎn)換器154輸出顯著的差動電壓，以便向所述CPLD提供 數(shù)字差動值。CPLD 158被編程用以響應(yīng)指示X光曝光開始的預(yù)先確定 的差動值，以向控制電路60輸出信號Dexp來發(fā)起斷開傳感器面板20 中的所有像素開關(guān)以允許在像素電容器中進行電荷聚集。
在曝光間隔期間，線46上的偏置電路電壓輸出達到平tf基電壓加 噪聲。雖然線46上的電壓是穩(wěn)定的，但是CPLD 158調(diào)節(jié)數(shù)模轉(zhuǎn)換器 156的輸出以使得輸入線153和155上的電壓之間的差最小化。這用于 匹配這兩個輸入信號。雖然存在不同的方式來確保這種匹配得以實現(xiàn)， 包括對闊值轉(zhuǎn)變計數(shù)或者使用雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(flip-flop )陣列的門控， 但是優(yōu)選使用CPLD，原因在于它允許用戶決定(customize)在系統(tǒng)滯 后(hysterisis)過程中如何編程。 一旦實現(xiàn)了匹配，所述CPLD就在其 等待X光曝光停止時將該值保持在線155上。如上所述，當X光曝光停 止時，在偏置電路輸出線46上出現(xiàn)相應(yīng)的電流(和因此的電壓)下降。 該電壓下降致使輸入線153上的絕對差電壓與輸入線155上的電壓相比 偏離之前的最小值。使用在CPLD中設(shè)置的適當?shù)拈撝担鯟PLD被 編程為檢測該變化并輸出指示X光曝光停止的信號Dexp。利用高分辨 率DAC 156和ADC 154以及可調(diào)節(jié)增益放大器152實現(xiàn)此反饋系統(tǒng)就 能夠為具有可調(diào)節(jié)設(shè)置點的低電平偏置電路輸出信號檢測實現(xiàn)非常靈 活的系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1. 一種用于數(shù)字射線照相系統(tǒng)的無線X光檢測器，包括非結(jié)晶或晶體硅光電二極管或金屬絕緣半導(dǎo)體光電二極管的傳感器面板，傳感器面板具有多個以行和列的矩陣排列的像素，每個像素具有光電二極管、像素開關(guān)以及用于在X光曝光期間從所述光電二極管收集電荷的電荷電容器；像素輸出放大器，定義虛擬地的源，所述像素開關(guān)選擇性地將所有像素的所述光電二極管和電荷電容器耦合到所述虛擬地的源；耦合到所有傳感器面板像素的偏置電源電路，使所述光電二極管在沒有X光曝光期間保持在反向偏置狀態(tài)；響應(yīng)于檢測電路的控制電路，用于在沒有X光曝光期間使所述像素開關(guān)保持閉合，并且在檢測到X光曝光開始時基本上斷開所有像素開關(guān)，由此斷開所述像素與所述虛擬地的源的連接以允許在所述像素電容器中進行電荷收集；和X光存在檢測電路，對所述偏置電源電路中的電流變化進行響應(yīng)，用以指示所述像素上的X光曝光的開始和結(jié)束。
2. 如權(quán)利要求1所述的檢測器，其中所述控制電路響應(yīng)X光曝光 開始時偏置電源電路電流的第一變化而斷開所述像素開關(guān)，并且響應(yīng)X 光啄光結(jié)束時偏置電源電路電流的第二變化而順序地閉合所述開關(guān)以 便將電荷收集值讀出到所述像素輸出放大器。
3. 如權(quán)利要求2所述的檢測器，其中所述控制電路在檢測到X光 曝光開始之后繼續(xù)使至少一行像素的開關(guān)保持閉合，其中，當X光曝光 結(jié)束時，所述檢測電路主要對由從所述偏置電源電路到具有所述閉合的 像素開關(guān)的所述像素的連接所導(dǎo)致的偏置電源電路中的電流變化進行 響應(yīng)。
4. 如權(quán)利要求3所述的檢測器，還包括圖像處理單元，用于從相鄰行插入所述至少一行像素的數(shù)字圖像值。
5. 如權(quán)利要求1所述的檢測器，其中所述像素開關(guān)是薄膜晶體管。
6. 如權(quán)利要求1所迷的檢測器，其中所述檢測電路包括參考電平 和比較器，所述比較器用于將所述偏置電源電路中的電壓與所述參考電 平進行比4支，所述電壓表示偏置電源電路電流。
7. 如權(quán)利要求1所述的檢測器，其中所述檢測電路包括差動檢測器電路，用來感測所述偏置電源電路中表示所述偏置電源電路電流的電壓與參考值之間的差，所述差動檢測器電路的輸出指示表示X光曝光開 始的輸出值。
8. 如權(quán)利要求7所述的檢測器，其中所述檢測電路的所述參考值 是可調(diào)節(jié)的，并且在X光曝光開始之后，所述差動檢測器的輸出調(diào)節(jié)所 述參考值以基本上匹配所述偏置電源電路的電壓輸出；由此使得所述檢測電路在X光曝光開始之后更加靈敏，以檢測X 光曝光停止時所發(fā)生的偏置電源電流的變化。
9. 如權(quán)利要求8所述的檢測器，其中所述檢測電路還包括 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用來將所述差動檢測器輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字值； 數(shù)^:莫轉(zhuǎn)換器，用來向所述差動檢測器輸入所述參考電平；和 可編程邏輯設(shè)備，將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器相互連接，用以在X光曝光開始之后改變可調(diào)節(jié)的參考電平以使所述偏置電源電路輸 入電壓與所述差動放大器基本匹配。
全文摘要
一種用于數(shù)字射線照相系統(tǒng)的無線X光檢測器，對從系統(tǒng)X光源到傳感器面板上的沖擊輻射進行遠程監(jiān)測，所述傳感器面板具有非結(jié)晶或晶體硅光電二極管或金屬絕緣層半導(dǎo)體(MIS)傳感器。對光電二極管偏置電源電路中電流的變化進行感測以生成指示存在輻射的信號。通過使得傳感器的至少一條線在電荷聚集期間連接于所述偏置電源電路和虛擬地之間或者使用X光存在檢測器電路來達到對X光停止的改進檢測，所述X光存在檢測器電路提高了檢測器電路對于開始輻射后所發(fā)生的偏置電路電流變化的靈敏度。
文檔編號G01T1/24GK101432637SQ200780014747
公開日2009年5月13日 申請日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月24日
發(fā)明者J·約克斯頓, S·杜爾亞蒂 申請人:卡爾斯特里姆保健公司