用于考慮到更快像素?cái)?shù)據(jù)讀出和像素電荷完全移除而采集具有獨(dú)立像素尋址和動(dòng)態(tài)箝位 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輻射成像系統(tǒng)，特別涉及固態(tài)X射線輻射成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線輻射的使用已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)診斷和治療中一種有價(jià)值的和普遍的工具。在膠片射線照相術(shù)中，X射線串在穿過(guò)身體之后被記錄在高分辨率X射線膠片上。在X線透視檢查中，影像增強(qiáng)管將X射線輻射轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)用于觀察和記錄作為視頻圖像的內(nèi)部身體活動(dòng)。
[0003]由于其空間分辨率好、信噪比(SNR)高、檢測(cè)區(qū)域大和成本低，膠片射線照相術(shù)被普遍使用。但是，顯影曝光的X射線膠片典型地會(huì)花費(fèi)最少90秒，90秒在緊急情況下可能過(guò)長(zhǎng)。而且，X射線膠片的相對(duì)低的動(dòng)態(tài)范圍會(huì)導(dǎo)致曝光不足或曝光過(guò)度的圖像，因此，需要增加前述時(shí)間延遲以及由患者接收的X射線劑量的額外曝光。
[0004]X線透視檢查中使用的影像增強(qiáng)管具有比X射線膠片更大的曝光寬容度，但也具有更受限的活動(dòng)檢測(cè)區(qū)域和更低的空間分辨率。與總活動(dòng)區(qū)域相關(guān)聯(lián)的更低的空間分辨率會(huì)在影像增強(qiáng)管允許放大中心圖像部分的情況下稍微緩和，從而提供一種增強(qiáng)視覺(jué)細(xì)節(jié)的方式。但是，影像增強(qiáng)管典型地笨重、龐大且昂貴，而且會(huì)產(chǎn)生圖像失真，圖像失真在后續(xù)處理中只能被部分移除。
[0005]若干可替換的X射線成像技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)。例如，一種稱作計(jì)算機(jī)化射線照相術(shù)的替換形式涉及使用光激勵(lì)磷光板，光激勵(lì)磷光板具有與標(biāo)準(zhǔn)X射線膠片暗盒相同物理性質(zhì)而且提供良好空間分辨率、SNR和動(dòng)態(tài)范圍。但是，在曝光于X射線后，光激勵(lì)磷光板必須利用更大且昂貴的激光系統(tǒng)進(jìn)行掃描，而且讀出過(guò)程恰與顯影膠片同樣慢。
[0006]另一種提供良好空間分辨率和動(dòng)態(tài)范圍、以及與實(shí)時(shí)數(shù)字圖像處理技術(shù)兼容的附加優(yōu)勢(shì)的替換形式涉及使用固態(tài)檢測(cè)器面板。一種這樣的面板采用布置為二維像素矩陣的非晶硅(a-Si)檢測(cè)器陣列，每一檢測(cè)器陣列包括光敏元件和晶體管開關(guān)。與使用X射線膠片暗盒一樣，該檢測(cè)器陣列由閃爍層覆蓋以將撞擊的X射線轉(zhuǎn)換為用于光敏元件的可見光。
[0007]然而，隨著更快地訪問(wèn)圖像數(shù)據(jù)的需求的增加，已經(jīng)越來(lái)越難以在圖像間平衡數(shù)據(jù)讀出速率與對(duì)像素的充分放電(例如移除像素內(nèi)的光電二極管電荷)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明，提供用于采集其中像素被獨(dú)立地尋址和動(dòng)態(tài)箝位的圖像陣列數(shù)據(jù)的電路裝置和方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在不同時(shí)間間隔期間對(duì)像素進(jìn)行尋址和箝位，從而允許更快像素?cái)?shù)據(jù)讀出，而同時(shí)仍然允許足夠時(shí)間來(lái)移除所有殘留的像素電荷。
[0009]根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種圖像陣列包括:
[0010]多條偏置線，用以遞送公共偏置電壓；
[0011]多條數(shù)據(jù)線，用以遞送多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)；
[0012]多條地址線，用以遞送多個(gè)地址信號(hào)；
[0013]多條參考線，用以遞送公共參考電壓；
[0014]多條箝位線，用以遞送多個(gè)箝位控制信號(hào)；以及
[0015]沿多個(gè)行和多個(gè)列布置的多個(gè)像素，其中每個(gè)像素包括
[0016]光電二極管，親合至多條偏置線之一；
[0017]開關(guān)晶體管，包括分別耦合至光電二極管和多條數(shù)據(jù)線之一的第一和第二開關(guān)電極，以及耦合至多條地址線之一的開關(guān)控制電極；
[0018]箝位晶體管，包括分別耦合至光電二極管和多條參考線之一的第一和第二箝位電極，以及耦合至多條箝位線之一的箝位控制電極。
[0019]根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種用于圖像陣列的像素包括:
[0020]偏置線，用以遞送偏置電壓；
[0021]數(shù)據(jù)線，用以遞送數(shù)據(jù)信號(hào)；
[0022]地址線，用以遞送地址信號(hào)；
[0023]參考線，用以遞送參考電壓；
[0024]箝位線，用以遞送箝位控制信號(hào)；
[0025]光電二極管，親合至該偏置線；
[0026]開關(guān)晶體管，包括分別親合至該光電二極管和該數(shù)據(jù)線的第一和第二開關(guān)電極，以及耦合至該地址線的開關(guān)控制電極；以及
[0027]箝位晶體管，包括分別耦合至該光電二極管和該參考線的第一和第二箝位電極，以及耦合至該箝位線的箝位控制電極。
[0028]根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的又一實(shí)施例，一種用于采集圖像數(shù)據(jù)的方法包括:
[0029]向圖像陣列提供功率，該圖像陣列包括:
[0030]多條偏置線，用以遞送公共偏置電壓；
[0031]多條數(shù)據(jù)線，用以遞送多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)；
[0032]多條地址線，用以遞送多個(gè)地址信號(hào)；
[0033]多條參考線，用以遞送公共參考電壓；
[0034]多條箝位線，用以遞送多個(gè)箝位控制信號(hào)；以及
[0035]沿多個(gè)行和多個(gè)列布置的多個(gè)像素，其中每個(gè)像素包括
[0036]光電二極管，親合至多條偏置線之一；
[0037]開關(guān)晶體管，包括分別耦合至光電二極管和多條數(shù)據(jù)線之一的第一和第二開關(guān)電極，以及耦合至多條地址線之一的開關(guān)控制電極；
[0038]箝位晶體管，包括分別耦合至光電二極管和多條參考線之一的第一和第二箝位電極，以及耦合至多條箝位線之一的箝位控制電極；
[0039]將多個(gè)地址信號(hào)應(yīng)用于該圖像陣列；以及
[0040]將多個(gè)箝位控制信號(hào)應(yīng)用于該圖像陣列。
【附圖說(shuō)明】
[0041]圖1是根據(jù)本發(fā)明的X射線成像系統(tǒng)的功能框圖。
[0042]圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于X射線成像系統(tǒng)的X射線檢測(cè)器暗盒的分解透視圖；
[0043]圖3是圖2的檢測(cè)器陣列的一部分的原理圖。
[0044]圖4描繪根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的獨(dú)立地對(duì)像素行進(jìn)行尋址和動(dòng)態(tài)箝位。
[0045]圖5描繪根據(jù)當(dāng)前要求保護(hù)的發(fā)明的另一實(shí)施例的獨(dú)立地對(duì)像素行進(jìn)行尋址和動(dòng)態(tài)箝位像素行。
【具體實(shí)施方式】
[0046]參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的X射線成像系統(tǒng)10包括如圖所示基本相互連接的檢測(cè)器暗盒12、計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)14、用戶接口 16、熒光顯示器18a和射線照相顯示器18b。用戶通過(guò)與計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)14通信的用戶接口 16(例如，圖形用戶接口顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等)來(lái)控制系統(tǒng)10。因此，計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)14產(chǎn)生用于檢測(cè)器暗盒12的控制信號(hào)13a，檢測(cè)器暗盒12作為交換提供圖形數(shù)據(jù)信號(hào)13b。(如期望的那樣，一個(gè)顯示監(jiān)視器可以被用來(lái)選擇性地顯示熒光圖像和射線照相圖像，以及圖形用戶接口顯示圖像，例如，所有圖像可以以“窗口化”格式同時(shí)顯示，或者可以連同下拉菜單欄來(lái)顯示熒光圖像或射線照相圖像，菜單欄構(gòu)成提供熒光成像或射線照相成像的選擇的圖形用戶接口。)
[0047]處理這些圖像數(shù)據(jù)之后，取決于選擇的操作模式，計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)14提供熒光圖像數(shù)據(jù)15a或者射線照相圖像數(shù)據(jù)15b用于分別在熒光顯示器18a或射線照相顯示器18b上進(jìn)行顯示。
[0048]參考圖2，檢測(cè)器暗盒12在外觀上與典型的包含標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)學(xué)X射線膠片的暗盒相似，并且因此如對(duì)于射線照相操作模式所要求的，是高度移動(dòng)和易使用的。閃爍層20(例如，碘化銫(CsI)閃爍層)吸收撞擊的X射線光子并且將其轉(zhuǎn)換為可見光光子，用于由檢測(cè)器陣列22(例如，非晶硅(a-Si)檢測(cè)器陣列)中的光敏元件進(jìn)行檢測(cè)。選擇閃爍層20的厚度以吸收足夠的X射線光子并產(chǎn)生足夠的可見光光子，從而生成用于熒光操作的足夠SNR。相似地，選擇晶體狀CsI的柱狀物或者“針狀物”，以使直徑足夠小來(lái)支持對(duì)射線照相操作所期望的空間分辨率采樣。
[0049]根據(jù)公知技術(shù)來(lái)將檢測(cè)器陣列22設(shè)計(jì)成表示圖像元素或者“像素”的微觀方塊的二維矩陣。每個(gè)像素由可尋址光敏元件、比如光電二極管和開關(guān)晶體管的組合組成。如下文更詳細(xì)描述的那樣，根據(jù)來(lái)自提供尋址控制信號(hào)的陣列外驅(qū)動(dòng)電路組件26a、26b的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)訪問(wèn)每個(gè)像素。根據(jù)公知技術(shù)，光電二極管的橫向尺寸被制造的足夠小以提供用于射線照相操作的期望空間分辨率成像，而且光電二極管的電容被設(shè)計(jì)的足夠大以提供期望信號(hào)處理容量來(lái)容納射線照相操作期間產(chǎn)生的最大信號(hào)。
[0050]如下文更詳細(xì)討論的，由驅(qū)動(dòng)電路26訪問(wèn)的像素?cái)?shù)據(jù)被接收器讀出，或被電路組件28讀出。接收器電路組件28和檢測(cè)器陣列22被安裝在基板24的相對(duì)面上。(接收器電路組件28被置于陣列22的下方，以便最小化檢測(cè)器暗盒12的橫向尺寸，從而使檢測(cè)器暗盒12與膠片暗盒尺寸大致相同。如果期望如此，則驅(qū)動(dòng)電路26也可以被置于陣列22的下方。如果期望如此，則讀出驅(qū)動(dòng)電路26也可以對(duì)陣列22橫向放置)
[0051]參考圖3，如上所述，檢測(cè)器陣列22由光敏像素30的二維陣列或矩陣組成，光敏像素30在一實(shí)施例中包括開關(guān)晶體管32、光電二極管34和箝位晶體管36。光電二極管34的陽(yáng)極被偏置電壓35偏置以建立電容，用于存儲(chǔ)由于從閃爍層20(圖2)接收入射光21而累積的電荷。當(dāng)像素30被訪問(wèn)時(shí)，來(lái)自陣列驅(qū)動(dòng)電路26的行地址信號(hào)31驅(qū)動(dòng)開關(guān)晶體管32 (TFT)的柵極，從而提供表示來(lái)自光電二極管34的存儲(chǔ)電荷的列數(shù)據(jù)信號(hào)33。該信號(hào)33根據(jù)公知技術(shù)被接收器電路組件28中的電荷靈敏放大器接收和緩存。
[0052]使每個(gè)行地址信號(hào)31有效持續(xù)預(yù)定時(shí)間段，稱為“行時(shí)間”。在每個(gè)行地址信號(hào)31有效期間，來(lái)自沿該行的每個(gè)像素的信號(hào)33經(jīng)由列數(shù)據(jù)線被發(fā)送至接收器電路組件28，在接收器電路組件28處，每條數(shù)據(jù)線上的信號(hào)33被對(duì)應(yīng)的電荷靈敏放大器接收和緩存。因此，整行圖像數(shù)據(jù)在一個(gè)行時(shí)間段中被捕獲。在每個(gè)后續(xù)行時(shí)間段中，后續(xù)行的圖像數(shù)據(jù)被捕獲。同時(shí)，先前尋址的像素行被通過(guò)使得它們相應(yīng)的的箝位信號(hào)37有效(下文更詳細(xì)討論)、從而接通它們的箝位晶體管36來(lái)進(jìn)行放電，從而將它們的光電二極管34的陰極耦合至由參考電壓源38提供的參考電壓39。在“幀時(shí)間”時(shí)段的末尾，整個(gè)圖像已被捕獲。通過(guò)這種方式，包含在整個(gè)活動(dòng)檢測(cè)區(qū)域中的每個(gè)像素被單獨(dú)地采樣。
[0053]由各自的箝位控制信號(hào)37所驅(qū)動(dòng)的箝位晶體管36的行提供對(duì)于每行像素30的動(dòng)態(tài)箝位，同時(shí)其他行的像素30可以對(duì)于數(shù)據(jù)讀出被獨(dú)立地尋址。換言之，各行的像素30可被單獨(dú)且任意箝位，包括多行同時(shí)箝位(下文更詳細(xì)討論))，同時(shí)讀出來(lái)自至少一個(gè)其他行的像素30中的光電二極管34的電荷。
[0054]每個(gè)像素30中的箝位晶體管36提供用于將光電二極管34箝位至參考電壓39。這種對(duì)光電二極管34的箝位去耦光電二極管34的重置程度。因此，光電二極管電荷讀出的精度較少依賴于相對(duì)于由光電二極管34和開關(guān)晶體管32形成的RC時(shí)間常數(shù)的長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的讀出時(shí)間。光