[發明專利]信噪比改進的高動態范圍X射線探測器

有效

• 申請號: 200980123927.1
• 申請日: 2009-06-19
• 公開（公告）號: CN102066975A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: W·呂騰;L·阿爾溫;T·F·布斯;T·普爾特;P·B·A·沃爾夫斯
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: G01T1/24
• 分類號: G01T1/24
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 王英;劉炳勝

技術領域

本發明涉及一種用于電磁輻射、尤其是X射線的探測器，并且尤其涉及一種X射線探測器板，其提供了信噪比改進的高動態范圍。

背景技術

使用通過將X射線輻射轉換成光的利用閃爍器的間接轉換，或者通過使用直接轉換光電導體而直接轉換成電子空穴對，X射線轉換器將X射線輻射轉換成光量子。來自X射線轉換器的信號由傳感器元件矩陣感測，這些傳感器元件通常被布置成2維像素矩陣或網格。每個像素可以包括用于信號的收集設備，其形式例如為用以將光量子轉換成電子的光電二極管、光門、光電導體或者用以直接收集電子或空穴的電極。無論如何，信號在讀出之前最終存儲在像素的電容中。在獲取圖像之前重新設置存儲電容器以及讀出過程涉及的各部件都對加入到信號的電噪聲有貢獻。因此，使可獲得的信噪比降低。

通常需要X射線探測器以接收相同圖像中的大范圍信號，例如已經穿過密集材料的嚴重衰減的信號以及尚未穿過任何材料的直接輻射。

為了允許正確探測最強的輻射，需要選擇靈敏度設置或低靈敏度范圍設置，其對信噪比具有不利影響。在大部分現有技術的探測器中，靈敏度設置通常對于探測器的所有像素有效。通常，像素的放大器或讀出級具有有限的動態范圍，其通常形成為對傳感器設備的電容的電壓進行采樣的源極跟隨器。

動態范圍的限制迫使用戶選擇更低的靈敏度，以避免讀出鏈的飽和。

低靈敏度設置意味著弱輻射水平將僅給出小信號，這些小信號實際上受到不可避免的讀出噪聲、即存儲電容器上的重置噪聲和讀出級中所加入的噪聲的干擾。

如果在僅存在小輻射水平的區域中可獲得較高的靈敏度設置，那么將從相當程度上提高信噪比，因而圖像質量將更好。

美國專利申請號2006/0231875?A1公開了一種具有雙轉換靈敏度電荷存儲的成像器。雙轉換靈敏度元件(例如Schottky二極管)耦合在浮置擴散區和相應電容器之間。雙轉換靈敏度元件響應于存儲在浮置擴散區的電荷而在電容器的電容中切換，以將浮置擴散區的轉換靈敏度從第一轉換靈敏度改變至第二轉換靈敏度。在另一方面，典型實施例提供了源極跟隨器晶體管的柵極和浮置擴散區之間電阻性接觸，這有助于讀出像素的雙轉換靈敏度輸出信號。

美國專利號6486808公開了一種前置放大器級，其中在包括了下游模數信號轉換器的數據信號處理電路中具有可動態控制的信號靈敏度。監視在其前置放大之后的數據信號的水平，并且響應于超越一個或多個預定閾值的這種數據信號而動態地調整前置放大器級的靈敏度。因而，前置放大器級的有效動態范圍得到擴展，由此有效地擴展了整個系統的動態范圍，其超過了模數信號轉換器的動態范圍所限制的范圍。這種前置放大器用于諸如使用平板固態成像設備的X射線系統中。

發明內容

本發明的目的是改進像素傳感器設備，使其具有更撓性的動態范圍。

通過如權利要求1的特征實現該目的為一種用于X射線輻射的輻射探測器像素，其包括傳感器設備，提供了至少一種自動靈敏度范圍控制設備，其控制將輸入的電磁輻射到電輸出量的轉換，以及至少兩個靈敏度范圍，其中，特征曲線在工作范圍內連續。

所采集的信號的工作范圍從采集期間在探測器上缺失任何照度延伸直到探測器上的采集飽和。當附加照度不再增加探測器的輸出信號時，達到飽和點。

電輸出量可以是輸出電壓或者電荷量。

在現有技術中，通過例如組合兩個特征工作曲線而使用用于成像的高動態范圍的原理是在光電傳感器中使用的公知方法。參考美國專利2006/0231875A1，其中所述的探測器像素的特征曲線是具有第一斜率的第一特征曲線和具有第二斜率的第二特征曲線的組合，并且其中，第一特征曲線和第二特征曲線的交叉提供了非連續工作點，因而關于兩條工作特征曲線的交叉點存在錯誤，其導致交叉點中和附近的傳感器設備的總工作特征曲線的不一致性。而且，對于所有像素的交叉點特征的均勻性難以實現。

但是這些方法不適于使用X射線成像，因為X射線圖像提供了比可視范圍中圖像更大的對比范圍。由于減少患者對有害X射線輻射的暴露量，為了適于將傳感器應用在醫學X射線成像中，必須避免信息損耗。

在本發明中，自動實現對暴露時間期間的動態范圍的選擇，這有利地允許不間斷的暴露以及隨后選擇合適的動態范圍，而在暴露期間不損耗圖片信息。

為了實現設備的合適的小型化，有利的是使用光電傳感器設備和根據權利要求2所述的至少一個電容，其中所述光電傳感器設備自身提供電容，而所述至少一個電容能夠易于實施在探測器像素中，因此本發明提供了輻射探測器像素，其中，傳感器設備包括光電傳感器設備和至少一個電容。