专利名称：无线数字射线照相系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及医学成像领域，尤其涉及数字射线照相术。更具
体地，本发明涉及数字射线照相系统的采用远程X光事件检测的无线X
光检测器。
背景技术：
数字射线照相术作为对依赖于照相胶片层的基于照相的成像技术 的替代日益被接受，用以俘获辐射曝光以产生并存储受检者的内部物理 特征的图像。利用数字射线照相术，将在辐射敏感层上俘获到的辐射图 像曝光逐像素地转换为电子图像数据，所述电子图像数据然后被存储在 存储器体中以供后续读出并在合适的电子图像显示装置上显示。数字射 线照相术成功的 一 个驱动力是能够快速显现所存储的图像并经由数据 网络将所存储的图像传送至一个或多个远程地点以供由放射科医师
(radiologist)予以分析和诊断，而没有因必须通过邮件或经由信使发送 物理胶片以到达处于地点在远距离处的放射科医师所引起的延迟。
数字射线照相面板具有以行和列安排的检测元件("像素")的二 维阵列。为了从面板读出图像信息，通常顺序地选择像素行并且将每列 上的相应像素连接至电荷放大器(charge amplifier)。所述电荷放大器 从每一列的输出被施加到模数转换器以生成数字化图像数据，所述数字 化图像数据然后能够被存储并能够按照需要被进行合适地图像处理以 供后续显示。
为了使图像获取和从成像面板的后续数据读出同步，有必要使面板 操作的控制与来自数字射线照相成像系统中所包含的远程X光源的冲 击(impinging)成像X光的出现同步。这能够通过经由线缆传送指示所 述X光源的开始和结束的控制信号来完成。最近，已经提出了无线成像 盒(cassette ),它独立于主系统进行操作，使用所述成^象盒中的X光传 感器检测来自远程X光源的冲击X光的开始和终止。美国专利号 6,069,935(Schick)中给出了这样的无线和/或独立X光冲击感测的示例。 在一个这样的示例中，由计算机监视位于成像面板之外的成像盒中的专用X光事件触发器二极管以检测入射辐射并输出指示所述入射辐射的 信号。这样的系统具有某些缺陷。触发器二极管的包括降低了制造产量， 由此使得所述盒过于昂贵。而且，二极管本身可能被测试中的对象的某 不透辐射部分所阻挡，或者可能整个地处于辐射束的范围之外。在此专
利所描述的另一示例中，使用帧截取(frame-grabbing)技术连续读出所 述成像面板本身的传感器。通过连续从面板传感器整体读出数据帧并且 通过检查所述数据帧确定所述面板是否已暴露于X光，来确定所述成像 传感器是否已暴露于X光。缺陷在于必须连续读出所述传感器，这就消 耗了量比较大的电功率，这对于独立于主成像系统进行操作的电池供电 的盒而言是严重的问题。
美国专利号6,404,845 (Sharpless)中给出了另一个示例，其中在等 待曝光期间，监视成像面板中的某些参考像素，将所述参考像素的值与 预先确定的阈值电平进行比较。当预先确定数目的参考像素超过所述阈 值电平时，则确定曝光电平已经开始。然而，此方案也消耗大量的功率， 因此也是不怎么令人满意的解决方案。
美国公开申请2004/0065836 (schick)还给出了另一个示例。在该 示例中，通过监视面板中的成像像素所汲取的电流量来检测成像面板上 X辐射的出现，并且当所汲取的电流量超过预先确定的量时，生成X光 出现信号。然而，该申请中所公开的示例局限于使用CMOS传感器或 CCD传感器，并且不能应用于其它类型的传感器，诸如在无胶片成像X 光传感器面板中广泛使用的非结晶或晶体硅光电二极管或金属绝缘半 导体(MIS)传感器。
在后者这样的系统中，重要的是能够以可靠的方式检测X光曝光的 开始及其停止以便适当地发起与被曝光像素上的电荷电压的读出相关 联的计时和控制操作。
因此，需要一种使用非结晶或晶体硅光电二极管或金属绝缘半导体 (MIS)传感器类型的无线X光成像传感器面板，所述无线X光成像传 感器面板能够独立于主成像系统而操作，并且能够对来自所述主成像系 统中的X光源的冲击X光的开始和停止进行远程且可靠地检测。
发明内容
依据本发明的一个方面，提供了 一种用于数字射线照相系统的无线X光检测器，并且包括非结晶或晶体硅光电二极管或金属绝缘半导体光 电二极管的传感器面板，所述传感器面板具有多个以行和列的矩阵排列 的像素。每个像素具有光电二极管、像素开关以及用于在X光曝光期间 从所述光电二极管收集电荷的电荷电容器。像素输出放大器定义了虚拟 地的源，并且所述像素开关选择性地将所述光电二极管和电荷电容器耦
合到所述虚拟地的源。偏置电源电路(bias supply circuit)净皮耦合到所 有传感器面板像素，使所述光电二极管在没有X光曝光时保持在基本不 可导状态。提供有控制电路，所述控制电路使得所述像素开关在没有X 光曝光期间保持闭合，并且当开始所述像素的X光曝光时，所述控制电 路响应所述检测电路以基本上断开所有像素开关，由此断开所述像素与 所述虚拟地的源的连接以允许在像素电容器中进行电荷收集。提供有X 光存在检测电路，所述X光存在检测电路对所述偏置电源电路中的电流 变化进行响应以便指示所述像素上的X光曝光的开始和结束。
本发明的优点在于能够通过在完全X光曝光开始之后改善曝光检 测电路的信噪比来对无线数字射线照相X光检测器中X光曝光的停止 进行快速且精确地4企测。
另一个优点是知晓X光曝光停止的确切时间使对在曝光间隔期间 在像素中聚集的暗电流进行更加精确的补偿得以实现。精确的补偿改善 了所述系统的图像质量。
如附图所示，通过以下对本发明实施例的更为具体的描述，本发明 的以上和其它目的、特征和优点将清楚明白。附图中的元件彼此之间未 必是按比例地绘制的。
图1示出了本发明的X光曝光检测器的一个优选实施例的框图。
图2示出了本发明的可替换优选实施例的框图。
具体实施例方式
图l中，示出了无线X光检测器，它包括X光传感器面板20、电 荷电压光电检测器输出放大器30、光电检测器偏置电源电路40、 X光 曝光存在4全测器50以及控制电路60。
传感器面板20是非结晶或晶体硅或金属绝缘半导体材料。面板20包括以行和列的矩阵排列的多个像素21。为了方便，仅图示了单列像素 21-1至21-n。每个像素包括光电二极管22和用于在X光曝光期间从所 述光电二极管收集电荷的电荷电容器24。典型地，电容器24由光电二 极管22的固有电容所构成。所述像素进一步包括固态输出开关26,它 优选地为薄膜场效应晶体管。
放大器30包括适于在每次X光曝光之后输出像素光电二极管信号 Vro的电荷放大器32。此外，每当相应的像素开关26保持闭合时，该 放大器的负正输入端子均作为像素光电二极管/电容器组合的虚拟地电 势的源。在每次从面板20读出光电检测器信号之后，从控制电路30向 薄膜晶体管施加复位输入电压VR以对电容器35进行放电。
偏置电源电路40包括耦合到晶体管42的基极的运算放大器44。施 加到运算放大器44的正输入端子的可选设置电压Vs在发射极-至-像素 的连接处建立固定的偏置电势以在检测器10上没有X光曝光周期期间 对光电二极管22进行反向偏置。
耦合到偏置电源输出端子45的X光曝光存在检测电路50响应所述 偏置电源电路中电流的变化以便指示所述像素上X光曝光的存在。为 此，电路50包括比较器电路52，所述比较器电路52的正输入端子耦合 至晶体管42的集电极(collector),并且其负输入端子耦合至从控制电 路60所施加的电压参考电平。设置所述参考电平的值以使得在偏置电 路的输出处的、大于光电二极管中的漏电流所引起的电压电平的电压电 平的显著变化将超过所述参考电平并且将触发所述比较器以输出指示 在传感器面板20上X光曝光的存在的信号(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 )。
控制电路60具有耦合自检测电路50的输出的输入Vexp,并且对 其进行响应以在行选择总线RSB和列选择总线CSB上提供计时信号以 便在检测器10工作期间有选择地断开和闭合像素开关26。
以下描述检测器10的操作。在没有X光曝光周期期间，控制电路 60经由行选择总线RSB施加信号以使所有像素开关26保持闭合。这通 过电荷放大器32输入端子有效地将像素光电二极管/电容器组合的底部连接到虛拟地连接。结果，来自偏置电源电路40的偏置电源电压将使
光电二极管22保持在反向偏置状态，反向偏置电压被通过施加到运算 放大器44的正输入的设置电压Vs确立在希望的电平。经过许多光电二 极管的累积漏电流使得流经偏置电源晶体管42的电流非常低，这导致 向检测电路50中的比较器52施加正电压输出，由此在端子Vexp上提 供低的输出状态("0"),控制电路60对该低的输出状态进行解释以 便将所有像素开关保持在闭合条件。
当从数字射线照相源开始辐射时，所述传感器面板中的光电二极管 被驱动为导通。所有光电二极管中的这种电流累积效应使得所述偏置电 源电路中的电流显著增加，这导致晶体管42的集电极的电压下降。当 这种下降降到检测电路50上的电压参考电平Vref之下时，由此触发比 较器电路52将输出状态Vexp改变为'T，电平。控制电路60对输入端 子Vexp的该状态变化进行响应以基本断开所有像素开关26,由此断开 像素光电二极管/电容与虚拟地的源的连接，从而允许在像素电容器中进 行电荷收集。在特别优选实施例中，至少一行中的开关通过控制电路60 的动作而保持闭合，由此通过电荷放大器32维持光电二极管/电容到虚 拟地的连接，如上所述。作为选择，至少一行像素的光电二极管可直接 连接到虚拟地，而不用像素开关的介入。因此，在一行或多行像素#:连 接到电荷放大器的这种配置的情况下，相对地参考点，保持了闭合电路， 这对于检测电路50检测当X光曝光停止时所述偏置电源电流发生的变 化而言是必需的。
虽然在曝光间隔期间对于一行或多行像素使像素开关保持闭合意 味着对于开关闭合的像素而言将损失图像数据，但是通过从相邻行插入 像素开关保持闭合的像素行中所缺少的数据，就能够容易地在数字射线 照相检测器中通常具有的后续数字图像处理器中对该损失予以补偿。
现在转到图2，示出了本发明的可替换的优选实施例，其中，来自 图1的对应元件被给予相同的附图标记。因此，所图示的X光检测器 100包括传感器面板20、电荷放大器30、连接到面板20的像素的偏置 电源电路以及控制电路60，所述控制电路60特别在行选择总线RSB和 列选择总线CSB上提供像素控制信号，用以控制如上所述的像素开关。
在此实施例中，在检测器电路150中对来自偏置电源电路的电压输 出的变化的电平所进行的数字处理被用来根据传感器面板20上是否存在X光冲击而改变检测器电路对于所述偏置电路的电压输出的灵敏度。
为此，线46上的代表偏置电路电流变化的偏置电路输出电压经由信号 调节电路70被施加到差动放大器152的正输入153。在复位和备用操作 时，当存在X光曝光时，对复杂可编程逻辑设备(CPLD)进行编程以 便将预先确定的参考电压值施加在输入线155上，所述预先确定的参考 电压值接近于线153上的"无X光"电压。当开始X光曝光时，从放大 器152向模数转换器154输出显著的差动电压，以便向所述CPLD提供 数字差动值。CPLD 158被编程用以响应指示X光曝光开始的预先确定 的差动值，以向控制电路60输出信号Dexp来发起断开传感器面板20 中的所有像素开关以允许在像素电容器中进行电荷聚集。
在曝光间隔期间，线46上的偏置电路电压输出达到平tf基电压加 噪声。虽然线46上的电压是稳定的，但是CPLD 158调节数模转换器 156的输出以使得输入线153和155上的电压之间的差最小化。这用于 匹配这两个输入信号。虽然存在不同的方式来确保这种匹配得以实现， 包括对阔值转变计数或者使用双稳态多谐振荡器(flip-flop )阵列的门控， 但是优选使用CPLD，原因在于它允许用户决定(customize)在系统滞 后(hysterisis)过程中如何编程。 一旦实现了匹配，所述CPLD就在其 等待X光曝光停止时将该值保持在线155上。如上所述，当X光曝光停 止时，在偏置电路输出线46上出现相应的电流(和因此的电压)下降。 该电压下降致使输入线153上的绝对差电压与输入线155上的电压相比 偏离之前的最小值。使用在CPLD中设置的适当的阈值，所述CPLD被 编程为检测该变化并输出指示X光曝光停止的信号Dexp。利用高分辨 率DAC 156和ADC 154以及可调节增益放大器152实现此反馈系统就 能够为具有可调节设置点的低电平偏置电路输出信号检测实现非常灵 活的系统。
权利要求
1. 一种用于数字射线照相系统的无线X光检测器，包括非结晶或晶体硅光电二极管或金属绝缘半导体光电二极管的传感器面板，传感器面板具有多个以行和列的矩阵排列的像素，每个像素具有光电二极管、像素开关以及用于在X光曝光期间从所述光电二极管收集电荷的电荷电容器；像素输出放大器，定义虚拟地的源，所述像素开关选择性地将所有像素的所述光电二极管和电荷电容器耦合到所述虚拟地的源；耦合到所有传感器面板像素的偏置电源电路，使所述光电二极管在没有X光曝光期间保持在反向偏置状态；响应于检测电路的控制电路，用于在没有X光曝光期间使所述像素开关保持闭合，并且在检测到X光曝光开始时基本上断开所有像素开关，由此断开所述像素与所述虚拟地的源的连接以允许在所述像素电容器中进行电荷收集；和X光存在检测电路，对所述偏置电源电路中的电流变化进行响应，用以指示所述像素上的X光曝光的开始和结束。
2. 如权利要求1所述的检测器，其中所述控制电路响应X光曝光 开始时偏置电源电路电流的第一变化而断开所述像素开关，并且响应X 光啄光结束时偏置电源电路电流的第二变化而顺序地闭合所述开关以 便将电荷收集值读出到所述像素输出放大器。
3. 如权利要求2所述的检测器，其中所述控制电路在检测到X光 曝光开始之后继续使至少一行像素的开关保持闭合，其中，当X光曝光 结束时，所述检测电路主要对由从所述偏置电源电路到具有所述闭合的 像素开关的所述像素的连接所导致的偏置电源电路中的电流变化进行 响应。
4. 如权利要求3所述的检测器，还包括图像处理单元，用于从相邻行插入所述至少一行像素的数字图像值。
5. 如权利要求1所述的检测器，其中所述像素开关是薄膜晶体管。
6. 如权利要求1所迷的检测器，其中所述检测电路包括参考电平 和比较器，所述比较器用于将所述偏置电源电路中的电压与所述参考电 平进行比4支，所述电压表示偏置电源电路电流。
7. 如权利要求1所述的检测器，其中所述检测电路包括差动检测器电路，用来感测所述偏置电源电路中表示所述偏置电源电路电流的电压与参考值之间的差，所述差动检测器电路的输出指示表示X光曝光开 始的输出值。
8. 如权利要求7所述的检测器，其中所述检测电路的所述参考值 是可调节的，并且在X光曝光开始之后，所述差动检测器的输出调节所 述参考值以基本上匹配所述偏置电源电路的电压输出；由此使得所述检测电路在X光曝光开始之后更加灵敏，以检测X 光曝光停止时所发生的偏置电源电流的变化。
9. 如权利要求8所述的检测器，其中所述检测电路还包括 模数转换器，用来将所述差动检测器输出转换为数字值； 数^:莫转换器，用来向所述差动检测器输入所述参考电平；和 可编程逻辑设备，将所述模数转换器和数模转换器相互连接，用以在X光曝光开始之后改变可调节的参考电平以使所述偏置电源电路输 入电压与所述差动放大器基本匹配。
全文摘要
一种用于数字射线照相系统的无线X光检测器，对从系统X光源到传感器面板上的冲击辐射进行远程监测，所述传感器面板具有非结晶或晶体硅光电二极管或金属绝缘层半导体(MIS)传感器。对光电二极管偏置电源电路中电流的变化进行感测以生成指示存在辐射的信号。通过使得传感器的至少一条线在电荷聚集期间连接于所述偏置电源电路和虚拟地之间或者使用X光存在检测器电路来达到对X光停止的改进检测，所述X光存在检测器电路提高了检测器电路对于开始辐射后所发生的偏置电路电流变化的灵敏度。
文档编号G01T1/24GK101432637SQ200780014747
公开日2009年5月13日 申请日期2007年3月22日 优先权日2006年4月24日
发明者J·约克斯顿, S·杜尔亚蒂 申请人:卡尔斯特里姆保健公司