CN104023643A - 具有快速上电的成像设备的射线照相检测器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

方法/设备的实施方案可将DR检测器成像阵列转变为低功率光电传感器模式，其中在所述光电传感器两端施加第一电压。方法/设备的实施方案可提供区域射线照相成像阵列，其包括布置在所述成像阵列的矩阵中的多个像素，其中每个像素可包括至少一个可充电的光电传感器和至少一个晶体管；行地址电路；信号感测电路；以及光电传感器功率控制电路，其用以当所述检测器处于成像操作之间时维持所述成像阵列的一部分的光电传感器两端的第一电压。在一个实施方案中，光电传感器功率控制电路可在所述信号感测电路的功率消耗少于所述信号感测电路在读出来自所述成像阵列的所述部分的信号期间的所述功率消耗的1％时，维持所述光电传感器两端的所述第一电压。

Description

具有快速上电的成像设备的射线照相检测器及其使用方法

发明领域

本发明总体上涉及医学成像领域，并且具体来说涉及射线照相成像和数字射线照相(DR)检测器，并且更具体地涉及减轻用于诊断目的的x射线图像中与其中使用非单晶材料相关的可能的图像质量损失。

背景

在医疗设施(例如，在放射科)中采用固定的射线照相成像设备来在x射线检测器上捕获医学x射线图像。移动手推车可包括用于在x射线检测器上捕获(例如，数字)x射线图像的x射线源。在射线照相检测器中可使用各种技术，如计算机射线照相术(CR)和数字射线照相术(DR)来捕获所述医学x射线图像。

相关技术的数字射线照相(DR)成像面板使用布置在行乘列矩阵(row-by-column matrix)中的单独传感器的阵列来从闪烁介质采集图像数据，其中每个传感器提供图像数据的单个像素。如本领域中通常已知的，每个像素通常包括可以共面或垂直集成的方式布置的光电传感器和开关元件。在这些成像装置中，常使用氢化的非晶硅(a-Si:H)形成每个像素所需的光电二极管和薄膜晶体管开关。在一个已知的成像布置中，前板具有光敏元件的阵列，而背板具有薄膜晶体管(TFT)开关的阵列。

由于非晶硅的非单晶结构，大密度的缺陷状态存在于光电传感器内。这些缺陷状态俘获电子和空穴，并且以主要由缺陷状态的能级确定的时间常数释放所述电子和空穴，所述时间常数在一些情况下比成像帧时间长得多。一般来说，本文仅描述光电传感器的俘获电子，但是应了解，空穴可以相似方式被俘获并且相同机制适用于空穴。因此，每当光电传感器/光电二极管内的电场受到来自x射线曝光的光所产生的电子、正在变化的偏置电压等干扰时，光电传感器内的俘获电子重新分布在这些缺陷状态之中，从而在光电传感器端子处产生具有长时间常数的解俘获电流。

图1为示出根据相关技术的区域检测器的透视图的图示，所述区域检测器包括处于适当位置的检测器单元的行和列，以接收在射线照相过程期间穿过患者的x射线。如图1中所示，可使用区域阵列12的x射线系统10可包括x射线管14，其经过准直以提供穿过患者20的区域18的区域x射线束16。射束16可由于患者20的内部结构而沿其许多射线衰减，以接着由检测器阵列12接收，所述检测器阵列12可通常在垂直于x射线束16的中心射线的指定区域(例如，平面)上方扩展。

阵列12可分成可直线地布置在列和行中的多个单独的单元22。如本领域普通技术人员将理解的，列和行的方向是任意的，然而为了描述的清楚起见，将假设行水平延伸而列垂直延伸。

在示例性操作中，单元22的行可由扫描电路28一次扫描一行(或多行)，以使得可由读出电路30读取来自每个单元22的曝光数据。每个单元22可独立测量在其表面处接收的辐射的强度，因此曝光数据读出提供了图像24中信息的一个像素，以显示在通常由用户观看的监视器26上。偏压电路32可控制对单元22的偏置电压。

偏压电路32、扫描电路28和读出电路30中的每一个可与采集控制和图像处理电路34进行通信，所述采集控制和图像处理电路34可例如通过使用电子处理器(未示出)来协调电路30、28和32的操作。采集控制和图像处理电路34还可控制示例性检查过程和x射线管14，将其接通和关断并控制管电流，并且因此控制射束16中x射线的注量和/或管电压，并且因此控制射束16中x射线的能量。

采集控制和图像处理电路34可基于每个单元22提供的曝光数据向监视器26提供图像数据。或者，采集控制和图像处理电路34可操纵图像数据、储存原始或经过处理的图像数据(例如，在本地或远程定位的存储器上)或输出图像数据。

示例性像素22可包括光激活的图像感测元件和用于读取来自图像感测元件的信号的开关元件。图像感测可通过直接检测来执行，在这种情况下，图像感测元件直接吸收X射线并且将其转换为电荷载流子。然而，在大多数商业数字射线照相系统中，使用间接检测，其中中间闪烁器元件将X射线转换为可接着由光敏图像感测元件感测到的可见光光子。

图像感测阵列12中使用的图像感测元件的实例包括各种类型的光电转换装置(例如，光电传感器)，如光电二极管(P-N或PIN二极管)、光电电容器(MIS)、光电晶体管或光电导体。用于信号读出的开关元件的实例包括MOS晶体管、双极晶体管和p-n结部件。

具有非晶或多晶光电传感器(如氢化非晶硅光电传感器)的DR检测器需要大约1-60秒的从零功率状态到准备好曝光的稳定状态的转变。转变的时间受到所述光电传感器中俘获状态从零偏压状态转变到能够低噪声并且稳定操作的状态所需时间的限制。在处于零偏压状态延长时间(例如，超过5-20分钟)之后，所述光电传感器中的阱可达到对应于零偏压的平衡状态。上电时，所述光电传感器可转变为反向偏压状态，其中光电传感器的端子(例如，阳极与阴极)之间的偏置电压通常为-3V>V_BIAS>-6V。在V_BIAS<-3V时，横跨所述光电二极管的电场不足以扫出光生载流子，并且在V_BIAS>-6V时，光电二极管暗电流可由于场增强热载流子的产生而快速增大。反向偏压状态比零偏压状态中的阱占有(tra poccupancy)低得多。在从零偏压状态到反向偏压状态的转变中，所述光电传感器中的阱必须分别向导带和价带发射电子和空穴。将电子和空穴从俘获状态分别发射到导带和价带的发射时间常数取决于阱能与相应的带边缘之间的能量差。对于带隙中心的俘获状态，发射时间常数可大于10秒。发射时间常数还可对光电传感器温度非常敏感。如果一个或多个曝光的图像和一个或多个暗基准图像的捕获序列在光电传感器阱于供电状态中达到平衡之前启动，那么除光生电荷和/或来自平衡暗电流的电荷之外，可感测到来自阱发射的瞬时电荷。阱发射电荷瞬时的校准是非常复杂的，这是由于其对以下示例性因素的依赖性，包括但不限于：自从上一次曝光以来的时间、温度，以及上电与至少一次曝光之间的时间。

图2为示出相关技术的无线便携式检测器的示例性上电操作的流程图。在上电或接通之前，便携式检测器可由于先前射线照相曝光系列的结束而处于下电状态(操作方框210)。在临床应用中，自从上一曝光系列以来的时间可在不到一分钟至数天的范围内。在经由命令接口收到曝光请求(例如，从采集和控制图像处理34)时(操作方框215)，检测器可向数字逻辑提供电力，此时，DR检测器加载用于背板的支撑电子设备的固件(操作方框220)。然后检测器允许为模拟电子设备供电，所述模拟电子设备包括栅极驱动器28和读出集成电路(ROIC)32(操作方框225)。然后检测器进入延迟期，在此期间，使光电传感器稳定以用于图像捕获(操作方框230)。在此延迟期期间，检测器可例如启动全局复位，在全局复位期间，为所有栅极线供电，以将行选择晶体管切换至导通状态和净光电二极管偏压V_BIAS，其为供应至阳极的偏压与供应至阴极的参考电压(例如，通过读出电路32，如电荷放大器)之间的差。

V_BIAS＝V_CATHODE–V_REFERENCE

检测器的光电二极管中的俘获状态将分别向导带和价带发射电子和空穴，其中检测器在～1秒至60秒的时间段内接近平衡。如图2中所示，在允许光电传感器平衡的固定延迟时间之后，检测器随后向采集控制和图像处理34确认曝光就绪信号(操作方框235)，其后允许发生器录入检测器的曝光序列(操作方框240)。在一个或多个曝光帧之后，检测器可获得一个或多个暗参考帧(操作方框245)。在将数据传输至采集控制和图像处理34之后，从曝光帧中扣除暗参考帧以得到代表光生电荷的图像。然后，由于射线照相曝光系列完成，可将便携式检测器下电(操作方框255)。

如以上所述的相关技术的检测器具有各种缺点，所述缺点可降低射线照相图像的质量和/或妨碍射线照相图像捕获(例如，x射线技师)的工作流程。例如，在收到曝光请求与准备好曝光之间可能需要延长的延迟期。在此时间期间，患者可能移动，这就会需要再次拍摄图像。另外，因为中间间隙状态具有数十秒的发射时间，所以即使是长达数秒的延迟时间也可能不足以使光电传感器(例如a:Si)完全达到平衡状态。因此，后续图像之间可存在偏移，这可使得难以或不可能准确地扣除暗参考帧。由于所述偏移是依赖于温度的，所以校准可为复杂和困难的。另外，程序之间的时间也影响后续帧之间的偏移，特别是如果这个时间短于用于示例性光电传感器中阱平衡至零偏压状态的60秒，这可进一步使准确校准和暗参考帧的扣除复杂化。

多个美国专利解决了非晶半导体材料(例如，a-Si)的大密度缺陷状态的问题并且公开了操作DR检测器以减小由此产生的伪像的多种方法。参见例如，US5,920,070(Petrick等)或US7,593,508(Tsuchiya)。

然而，存在对于改善医学x射线图像的一致性和/或质量的需要，特别是当通过设计成用非晶或多晶光电传感器DRx射线检测器操作的x射线设备获得所述医学x射线图像时。

发明概述

本申请的一个方面在于改善医学数字射线照相术的技术。

本申请的另一个方面在于完全或部分地解决相关技术中的至少上述以及其它不足。

本申请的另一个方面在于完全或部分地提供至少本文所述的优点。

本申请的一个方面在于提供用以解决和/或减少由使用便携式(例如无线)数字射线照相(DR)检测器和/或使用其的射线照相成像设备引起的缺点的方法和/或设备。

本申请的一个方面在于提供使极低功率深度睡眠模式成为可能的方法和/或设备，其可在射线照相研究之间的时间期间提供降低的或最小的电池消耗。

本申请的另一个方面在于提供可允许射线照相检测器从低功率深度睡眠模式快速转变为能够低噪声图像采集的状态的方法和/或设备。

本申请的另一个方面在于提供可以允许转变至能够低噪声图像采集的状态的方式从供电模式转变至深度睡眠模式的方法和/或设备。

本申请的另一个方面在于提供可为射线照相检测器的DR成像阵列中的光电传感器提供功率控制电路的方法和/或设备。

根据一个实施方案，本发明可提供一种数字射线照相区域检测器，其可包括：多个像素，其包括布置在区域检测器上方的可充电的光电传感器；偏压控制电路，其用以在光电传感器两端提供偏置电压，以给每个光电传感器充电；至少一个光电传感器，其被配置成响应于传递至每个光电传感器的光而提供读数；以及一个设备，其用以为禁用或深度睡眠模式的检测器提供光电传感器偏压。

根据一个实施方案，提供了一种数字射线照相区域检测器，其包括：成像阵列，其包括布置在成像阵列上的多个像素，每个像素包括至少一个可充电的光电传感器和至少一个薄膜晶体管；偏压控制电路，其用以在用于成像阵列的一部分的光电传感器两端提供偏置电压；用以为成像阵列的所述部分提供行地址的电路；用以为成像阵列的所述部分提供信号感测的电路；以及光电传感器功率控制电路，其用以在信号感测电路的功率消耗少于信号感测电路在读出来自成像阵列的所述部分的信号期间的功率消耗的10％时，维持成像阵列的所述部分的光电传感器两端的第一电压。

根据一个实施方案，提供了一种操作数字射线照相检测器从而产生至少一个图像信号的方法，所述射线照相检测器包括布置在行和列中的多个光电传感器，所述方法包括以在光电传感器两端施加第一电压的操作模式驱动检测器；以及将检测器转变到第二模式，其中当信号感测电路不能辨别光电传感器的状态时，在光电传感器两端施加第二电压。

仅通过说明性实例的方式给出示例性方面，并且所述方面可例示本发明的一个或多个实施方案。由本文固有地实现的其它令人满意的目标和优点可被本领域的技术人员想到或变得显而易见，然而，本发明由随附权利要求书限定。

附图简述

自下文如附图中所示的对本发明实施方案的更为具体的描述，将明白本发明的前述和其它目标、特征以及优点。

附图的元件相对于彼此不一定成比例。

图1为示出包括区域检测器的相关技术的射线照相成像设备的透视图的图示，所述区域检测器由处于适当位置的检测器单元的行和列组成，以接收在射线照相过程期间穿过患者的x射线。

图2为示出在射线照相过程期间，用于区域检测器的相关技术的射线照相成像设备操作的流程图。

图3为示出用于射线照相检测器的成像阵列的部分的像素架构的示意图的图示，所述射线照相检测器包括根据所述应用的光电传感器功率控制电路的实施方案。

图4为可发生在图3中示出的平板成像器处的示例性操作的流程图。

图5为可在所述应用的实施方案中使用的平板射线照相成像阵列中的示例性开关(例如，TFT行-选择开关)的传输特征的图示。

图6A至图6C为示出用于根据所述应用的射线照相检测器的成像阵列的实施方案的光电传感器/光电二极管初始化的示例性定时序列的图示。

图7A为示出用于包括根据所述应用的光电传感器低功率控制电路的实施方案的射线照相检测器的成像阵列架构的部分的示意图的图示。

图7B为示出可发生在图7A中示出的平板成像器处的示例性操作的流程图。

图8A为示出用于射线照相检测器的成像阵列架构的部分的示意图,所述射线照相检测器包括根据所述应用的光电传感器偏压控制电路的实施方案。

图8B为示出可发生在图8A中所示的成像阵列处的示例性操作的流程图。

图9为示出用于根据所述应用的射线照相检测器的成像阵列架构的光电传感器状态控制电路的另一个实施方案的图示。

图10为示出射线照相检测器在不同栅极线电压下释放的暗电荷的代表性测量绘图的图示。

图11为示出包括根据所述应用的光电传感器电压控制电路的实施方案的射线照相检测器成像阵列的另一个示例性成像阵列的图示。

图12A为示出用于可用于根据所述应用的实施方案的射线照相检测器的成像阵列的部分的像素架构的示意图的图示。

图12B为示出包括根据所述应用的光电传感器功率控制电路的实施方案的射线照相检测器成像阵列的另一个示例性成像阵列的图示。

图12C为可发生在图12B中示出的成像阵列处的示例性操作的流程图。

图13A为示出用于射线照相检测器的成像阵列架构的部分的示意图的图示，所述射线照相检测器包括根据所述应用的光电传感器低功率控制电路的实施方案。

图13B为示出能够实现图13A的射线照相检测器的成像阵列架构的一部分截面图的图示。

示例性实施方案的描述

下面是参考附图的本发明的示例性实施方案的描述，在附图中，相同的参考数字标识在几个附图的每个中的结构的相同元件。

在被使用时，术语“第一”、“第二”等并不一定表示任何顺序或优先关系，而是可用于将一个元件或时间间隔与另一个更清楚地区分开。

具有非晶或多晶光电传感器(如氢化非晶硅光电传感器)的DR检测器需要从零功率状态转变到准备好曝光的稳定状态。在零功率状态(例如，关断、下电)期间，光电传感器偏压可为0V，并且阱(例如，在PIN光电二极管中)可完全填充，这可能花费1分钟、5分钟、10分钟、60分钟或更长时间。在上电期间，对光电二极管施加非零偏压可使阱发射。阱发射速率以及到达稳定操作点所需时间可至少取决于温度和/或读出定时。根据本申请的实施方案可提供深度睡眠模式或光电传感器功率控制电路，其中将光电二极管偏压维持在指定条件、两端的指定电压降或反向偏压(例如，近似于图像采集期间的反向偏压)下，这可提供到成像就绪状态的快速转变。

在一个实施方案中，当光电传感器可保持处于连续供电状态时，可减少或消除初始化时间。在光电传感器为光电二极管的示例性情况中，提供近似于图像捕获(例如，当DR检测器关断时)期间的偏置电压的恒定偏置电压可为足够的。然而，在如图2中所示的相关技术的检测器中保持检测器处于连续供电状态需要给栅极驱动器、读出IC和/或其电源和/或控制电子设备供电，这可需要能使电池快速放电和/或显著提高检测器温度的10W-40W的功率。

图3为示出用于射线照相检测器的成像阵列的部分的像素架构的示意图的图示，所述射线照相检测器包括根据所述应用的光电传感器控制电路的实施方案。在如图3中所示的基于氢化非晶硅(a-Si:H)的间接平板成像器中，入射X射线光子转换为光学光子，所述光学光子随后在a-Si:Hn-i-p光电二极管370内转换为电子-空穴对。光电二极管370的像素电荷容量为偏置电压332与光电二极管电容的乘积。通常，可向偏压线385施加反向偏置电压，以产生跨越光电二极管370的电场(例如，耗尽区)，并增强电荷收集效率。图像信号可由光电二极管370积分，同时关联的TFT371可例如通过将扫瞄线或栅极线383维持在负电压处而保持在非导通(“关断”)状态。可通过借助于TFT栅极控制电路或栅极驱动器328将数行TFT371依序切换到导通状态来读出阵列。当一行像素例如通过向相应的栅极线383施加正电压而切换到导通(“接通”)状态时，来自那些像素的电荷可沿着数据线384传输并由外部电荷灵敏放大器386积分。一行像素可接着切换回非导通状态，并且该过程对每行重复，直到整个阵列被读出。来自外部电荷灵敏放大器3的信号输出可通过并行到串行多路复用器387传输到模数转换器(ADC)388，随后产生数字图像。具有如参考图3所述的成像阵列的平板成像器可能够单激发(例如，射线照相的)和连续(例如，荧光检查法的)图像采集。在图3的实施方案中，读出集成电路(ROIC)可设有输入短接开关389，以允许通过向短接开关389施加适当的电压(例如，Vshort392)而使数据线384直接电连接至参考电源390。例如，开关391可选择性地向短接开关389的栅极施加Vshort392。

如图3中所示，在射线照相捕获系列之间，给阴极电源332、参考电源390和短接栅极偏压392供电，从而允许向成像阵列312的选定(例如，所有)光电传感器370的阳极施加VCATHODE并且向所有数据线384供应VREFERENCE。栅极驱动器328、电荷放大器386和多路复用器387以及A/D转换器388可没有电力或从电源断开。由于参考电源和阴极电源以及短接栅极电压可构成少于完全供电射线照相检测器的功率消耗的5％、3％、1％或更少，所以可使用图3中所示的实施方案显著减少图像捕获之间的时期期间的功率消耗。

使用本文所述的某些示例性光电传感器控制电路实施方案，当成像阵列的信号感测电路的功率消耗少于在通过信号感测电路读出来自成像阵列的一部分的信号期间信号感测电路的功率消耗的10％、5％、2％、1％或甚至0.1％时，可在用于射线照相检测器的射线照相成像阵列的所述部分的光电传感器两端维持第一电压。使用本文所述的一些示例性光电传感器功率控制电路实施方案，当信号感测电路不能辨别射线照相成像阵列的一部分的光电传感器的状态时，可在用于检测器的射线照相成像阵列的所述部分的光电传感器两端施加指定电压。例如，信号感测电路不能确定光电传感器的状态，如但不限于光电传感器是否被供电、不被供电、积分或放电。

图4为示出射线照相检测器(如图3的平板成像器)的示例性操作的流程图。如图4中所示，在曝光序列的上电之前，便携式射线照相检测器的示例性实施方案可处于降低的功率状态，其将光电传感器维持在与不被供电状态不同的指定状态下。如图4中所示，一个实施方案可因先前射线照相曝光系列的结果而将光电传感器371维持在深度睡眠状态(操作方框410)。在经由命令接口收到曝光请求(例如，从采集和控制图像处理34)时(操作方框420)，检测器可向数字逻辑提供电力，此时，DR检测器可加载用于背板的支撑电子设备的固件。然后检测器可允许给模拟电子设备供电，所述模拟电子设备包括栅极驱动器328和ROIC330(操作方框430)。接着检测器可确认(例如，向采集控制和图像处理34)曝光就绪信号(操作方框440)，之后可允许操作员录入用于检测器的曝光序列。在一个或多个曝光帧之后(操作方框450)，检测器可采集一个或多个暗参考帧(操作方框460)。在将数据传输至射线照相图像处理系统用于图像处理之后，可从曝光帧中扣除暗参考帧以得到代表光生电荷的图像。然后，由于射线照相曝光系列完成，可将便携式检测器下电至深度睡眠状态(操作方框470)。

如图4中所示，在收到曝光请求时，可启用栅极驱动器328以及读出IC330的电荷放大器386、多路复用器387和ADC388的电源，从而使DR面板312变成全功率模式。在一个实施方案中，这些操作可在少于100ms内完成。

在图3和4的示例性实施方案中，成像阵列的行选择线383未被供电并且可相对于地面(例如，模拟接地)平衡于0V下。图5为示出可在本文所述的示例性实施方案(如在平板射线照相成像阵列)中使用的示例性TFT行选择开关的传输特征的图示。如图5中所示，在VDS＝0.1V和VGS＝0V下的电阻为1x10⁹Ω。用于平板成像应用的光电传感器的暗电流取决于温度和/或光电传感器处理条件可为100pA/cm²至500pA/cm²。对于具有50％填充因子和500pA/cm²暗电流的示例性150μm正方形像素来说，光电传感器暗电流可为56fA并且TFT两端的电压降将小于50μV。因此，在此实例中，示例性实施方案可在50μV的电压差VSLEEP＝VCATHODE–VREFERENCE内的电压下偏压光电传感器。在一个实施方案中，对于来自光电二极管在睡眠与图像捕获之间的减少或最小的瞬时应答，VSLEEP可等于捕获期间的偏置电压VBIAS。然而，以比VBIAS更接近0V的VSLEEP操作的示例性实施方案可比在捕获之间处于0V的光电传感器提供减少的瞬时和/或可具有光电传感器的长期可靠性以及因此DR检测器的可靠性的优点。

实施方案可包括在DR检测器从低功率睡眠模式转变到成像操作模式时的任选像素初始化。可任选执行像素初始化，以擦除储存在阱占有中的一个或多个先前曝光系列的任何记忆。在临床设置中，曝光系列之间的时间可例如短达1分钟或长达几天。由于带中心俘获状态的发射时间常数可为几分钟，所以至少接近光电传感器的带中心的阱的阱占有可含有先前曝光系列的残余记忆。光电传感器初始化或光电传感器复位可允许减少或擦除储存在阱占有分布中的残余记忆。根据所述应用，光电传感器/光电二极管初始化的非限制性示例性定时序列在图6A至图6C中示出。在图6A至图6C中示出的定时序列包括填充周期和溢出周期。在填充周期期间，可控制Vreset和/或Vbias以产生净光电传感器偏压Vbias＝Vcathode-Vreference＝Vfill，与曝光期间的光电传感器偏压相比，其可为正向偏置的或反向偏置得较少。向光电二极管371施加更接近0V的正向偏压或反向偏压可将光电传感器中显著部分的阱填充至比可含有先前曝光系列的记忆的接近带中心的阱中储存的电荷更接近导带和价带边缘的水平。在溢出周期期间，可控制(例如，切换)Vreset和/或Vbias以使光电二极管371返回溢出电压Vspill。在一个示例性实施方案中，Vspill以近似于曝光期间的光电传感器偏压的值反向偏压光电传感器。在Vspill周期期间，大部分的阱发射电荷并且通过光电二极管的阳极和阴极去除电荷。对于可优选的示例性填充和溢出循环，一个或多个填充和溢出循环之后的净阱占有不依赖于光电传感器的初始状态(例如，擦除光电传感器的先前历史的记忆)。

图6A为示出根据所述应用的检测器成像阵列的全局或并行初始化的示例性定时序列的图示。在全局初始化中，可切换所有栅极线的行选择电压以在行选择TFT中建立导通状态，同时向成像阵列中的所有光电传感器施加Vbias＝Vcathode-Vreference。在所有行选择栅极导通的同时，Vbias可保持在填充电压Vfill下持续一段时间Tfill，然后切换到溢出电压Vspill持续一段时间Tspill。

图6B为示出根据所述应用的检测器成像阵列的串行初始化的示例性定时序列的图示。在串行初始化中，可将Vbias＝Vcathode-Vreference设置为填充条件Vbias＝Vfill。切换单个行的行选择线以在仅所述行的行选择TFT中建立导通状态，从而向所述行的所有光电传感器施加Vbias＝Vfill。此串行寻址在成像阵列的所有栅极线中继续进行。然后可将Vbias＝Vcathode-Vreference设置为溢出条件Vbias＝Vspill。切换第一行的行选择线以在仅所述行的行选择TFT中建立导通状态，以向所述行的所有光电传感器施加Vbias＝Vspill。此串行寻址在阵列的所有栅极线中继续进行。

图6C为示出根据所述应用的检测器成像阵列的滚动初始化的示例性定时序列的图示。在滚动复位中，可以来自前一行的延迟Tdelay串行接通行选择线。每个行选择线可保持接通持续周期Ton，其中Ton>Tdelay。在一个示例性实施方案中，Ton＝M*Tdelay，其中M为整数，如但不限于4、8、16、32、64等。因此在任何一个时间，将M行中的光电传感器复位至Vfill。一旦滚动复位已进行通过所有栅极线，就可将Vbias切换至Vspill并且使滚动复位再次进行通过所有栅极线。

在一个实施方案中，用于单个填充和溢出循环的总时间在10ms至500ms的范围内。另外，示例性填充-和-溢出循环可重复多次以实现先前曝光系列的增加的或完全的擦除。

在达到供电状态时，DR面板成像阵列312准备好进行图像捕获并且可发出曝光就绪信号(例如，通过命令接口)。

图7A为示出用于射线照相检测器的成像阵列架构的部分的示意图的图示，所述射线照相检测器包括根据所述应用的低功率光电传感器控制电路的实施方案。如图7A中所示，可使用背板上(例如，而不是ROIC电路中)的TFT提供短接开关789。示例性TFT可吸收～56fA的由一列上的～3,000个光电传感器中的每一个所产生的暗电流，或～150pA，并且电压降可忽略不计。如图5中所示的传输特征示出对于具有栅极长度4μm和栅极宽度25μm的晶体管而言5MΩ的沟道电阻。由150pA的列暗电流造成的所述TFT两端的电压降将小于1mV，以使得光电二极管两端的电压将在1mV的差VSLEEP＝VCATHODE-VDL之内。

图7B为示出可发生在射线照相检测器，如图7A中所示的平板成像器处的示例性操作序列的流程图。如图7B中所示，便携式检测器的示例性实施方案可处于降低的功率状态，其可将光电传感器维持在与关断或接通状态不同的指定状态下。如图7B中所示，在先前射线照相曝光系列之后，一个实施方案可维持光电传感器371处于深度睡眠状态，其中光电二极管偏压处于VSLEEP，并且VSHORT可维持短接TFT开关789接通(例如，处于导通状态)(操作方框710)。在经由命令接口收到曝光请求(例如，从采集和控制图像处理34)(操作方框715)时，检测器可通过将VSHORT时钟控制或驱动为低的来将短接TFT开关789切换为关断(例如，处于非导通状态)(操作方框720)。然后检测器可为模拟电子设备提供电力，所述模拟电子设备包括栅极驱动器728和ROIC730(操作方框725)。接着检测器可确认(例如，向采集控制和图像处理34)曝光就绪信号(操作方框730)，之后可允许x射线发生器执行检测器的曝光序列。在一个或多个曝光帧之后(操作方框735)，检测器可任选采集一个或多个暗参考帧(操作方框740)。在数据传输(例如，至采集控制和图像处理34)之后，便携式检测器可切断至所有栅极线的电力(操作方框745)，并且接着切断ROIC电力和VREF(操作方框750)。然后，检测器可通过将VSHORT驱动为高的来将短接TFT开关789切换为接通(例如，处于导通状态)，或可向VCL施加适当偏压，这可保持数据线处于VDL(操作方框755)。然后，可切断栅极驱动器电力以提供低功率状态，并且光电二极管371偏压处于VSLEEP(操作方框760)。

图8A为示出用于射线照相检测器的成像阵列架构的部分的示意图，所述射线照相检测器包括根据所述应用的光电传感器功率控制电路的实施方案。如图8A中所示，在睡眠模式期间使用用于VCATHODE840和VREF890的低电流电源并且在操作期间使用高电流电源VCATHODE840’和VREF890’。由于在睡眠模式期间VCATHODE840和VREF890的电源电流需要可仅包括由成像阵列中的～10,000,000个像素产生的总暗电流或560nA，所以这些电源VCATHODE840和VREF890可以极低功率消耗操作。然而，在操作期间，高电流电源VCATHODE840’和VREF890’可连接(例如，VCATHODE340和VREF390)，以允许操作模式期间所需要的更高电流的供应。

图8B为示出可发生在图8A中示出的平板成像器处的示例性操作序列的流程图。如图8B中所示，示例性操作序列可类似于图7B中所示的操作序列，然而，低电源VCATHODE840和VREF890需要接通以用于睡眠模式(操作方框810、850、860)并且切断以用于正常成像操作(操作方框822)。

图9为示出另一个替代性实施方案的图示，其中为DR检测器的成像阵列中的栅极线提供短接开关。如图9中所示，示例性短接开关989可设置于栅极驱动器电路328中。在一个实施方案中，对于睡眠模式，可通过VSHORT接通短接开关989，从而将所有栅极线连接至全局栅极电压VGLSLEEP。为了减少或避免背板上行选择晶体管的长期不稳定性，VGSLEEP可处于比栅极线在操作期间所处的电压(例如，20V-30V)更接近0V的电压(例如，5V-10V)下。图9的实施方案的一个益处(例如，比图3或图7A)可在于确保行选择TFT371处于导通状态(例如，一直)，不依赖于行选择TFT371的阈电压的处理变化和/或阈电压在长期扩展操作中的可能改变。尽管图9的实施方案可将短接开关989并入栅极驱动器电路328，但是替代性实施方案可在背板上的薄膜晶体管中提供开关989(例如，作为成像阵列或DR面板的部分)，其中在睡眠模式期间每个TFT可将一个单独的栅极线连接至全局栅极电压。

另外，对于捕获之间的时间相对较长的应用，可在不同栅极电压下实现暗电荷的擦除。图10示出在不同栅极线电压下释放的暗电荷的代表性测量绘图。如图10中所示，在0V偏压条件下，即使在几秒的时间帧和较高栅极线电压下维持光电二极管偏压也可能是困难的，可甚至在几分钟之后维持偏压条件。同样在图10中示出，所需栅极线电压取决于光电二极管偏压。在一个实施方案中，较低光电二极管偏压可产生较低噪声电流，并且因此，较低栅极线电压可用于维持偏压。

在图3和图7-9中所示的示例性实施方案中，参考电压、阴极电压和/或栅极线睡眠电压的电源在固定DC电压下工作。然而，本文的实施方案不旨在受限于此，例如，一些光电传感器，如MIS光电传感器，需要定期刷新循环。对于所述情况，用于参考、阴极和/或栅极线的电源可周期性地时钟控制以便执行刷新循环。在所述情况下，在收到曝光请求时可需要额外延迟，以便提供上一刷新循环与曝光启用之间的固定间隔。

图11为示出包括光电传感器偏置电路的实施方案的平板成像阵列的另一个示例性成像阵列的图示。如图11中所示，每个像素中可包括第二晶体管和第二偏压线。第二晶体管1110和第二偏压线1112可将光电传感器1171复位为第二偏压线电势。在曝光之前，第二晶体管1110可用于将DR面板的成像阵列中的部分或所有像素复位为复位电压1120。在一个实施方案中，复位电势1120可进行时钟控制以便将光电传感器依序复位为第一电势并且接着复位为第二电势。在曝光序列之间，可通过使用栅极驱动器上的短接开关989维持栅极线处于非导通状态来将行选择晶体管1170保持在VRGSLEEP下，并且将复位栅极保持在VRGSLEEP，来将光电传感器1171保持在复位电势1120下，从而维持复位晶体管1110处于导通状态并且电连接至低电流阴极电源1120A。在收到曝光请求时，复位栅极可切换至VRGOPERATE，复位电势设置为高电流阴极电源1120B，栅极驱动器短接开关989可设置为非导通状态，并且栅极驱动器和读出IC通电。在曝光序列之后，DR面板可循环回睡眠模式。

图12A为示出另一个示例性像素的图示，所述另一个示例性像素可用于本文的实施方案，并且除了行选择晶体管和复位晶体管之外，还可包括放大器晶体管。已经实现有源像素平板成像背板，其中晶体管以非晶硅、低温多晶硅、铟-镓-锌-氧化物(IGZO)以及其它半导体材料(如但不限于有机光电传感器和多晶光电传感器)来实现。在所述有源像素平板成像阵列的相关技术中尚未解决对于快速上电的需要。如图12A中所示，可通过偏压线1204向光电传感器1202的阳极供应偏压(例如，VBIAS)。可通过由复位晶体管1208选通的复位线1206向光电传感器1202的阴极供应偏压。在图像捕获之前，可通过复位地址线1210将复位晶体管1208设置为导通状态，从而将光电传感器1202两端的电压复位为偏压线电势(例如VBIAS)与复位线电势(例如，VRESET)之间的差。在复位之后，可曝光成像阵列，从而将光电传感器1202放电。在读出时，可将行地址线1212依序编址，从而将选定行中的行选择晶体管1214切换成导通状态。阵列的成像区域外部的电流源可附接到每个数据线1216。可通过放大器晶体管1218感测阴极上的电压，并且通过数据线1216一端的电压放大器(例如，读出电路)感测数据线1216上的电压变化。

图12B为示出包括光电传感器偏置电路的实施方案的DR成像阵列的另一个示例性成像阵列的图示。如图12B中所示，成像阵列可包括有源像素晶体管和光电传感器功率控制电路的实施方案。如图12B中所示，成像阵列1240包括行选择、复位栅极选择、列多路复用的寄存器以及列电流源、列放大器、信号采样和偏压供应的电路。在一个实施方案中，这些电路可实现在与像素或成像阵列1240相同基底上的薄膜晶体管中，但是将认识到，它们还可实现在成像阵列1240外部的集成电路中。在图12B中所示的实施方案中，除了连接到复位移位寄存器1234之外，每个复位线1230能够连接至短接TFT1232，以允许在VSHORT1238将短接TFT1232切换为导通状态的同时，将所有复位线1230电连接至VRESET1236。或者，当复位移位寄存器为有源寻址单独复位线时，可设置VSHORT1238，以便将短接TFT置于非导通状态。外部支撑电路可包括模数转换(ADC)、板上电路和像素电压的偏压供应，和/或时钟生成。

图12C为示出用于操作DR检测器的成像阵列的功率控制电路的方法的示例性实施方案的流程图。如图12C中所示，方法实施方案可例如在图12B中所示的设备实施方案上实现。在曝光系列之间，可维持DR检测器成像阵列的实施方案处于低功率偏压光电传感器模式(操作方框1250)。在图12B所示的实施方案中(例如，光电传感器为PIN光电二极管)，光电二极管电势可维持在近似于曝光或成像操作期间的光电二极管电势的反向偏压下。给偏压供应Vreset和Vbias(例如，Vanodebias)供电，以便在光电二极管1242两端提供偏置电压VBIAS。所有像素的复位栅极在睡眠周期期间处于导通状态。这可通过设置短接时钟VSHORT将所有短接TFT置于导通状态来实现，从而将Vreset连接至所有光电二极管1242的阴极。在操作方框1250中，一些或所有其它板上或板断电路可下电，从而允许低功率睡眠模式。

在收到曝光请求时(操作方框1255)，初始化移位寄存器和电源(操作方框1260)。可执行任选像素初始化以擦除储存在阱占有中的先前曝光系列的记忆(操作方框1265)。示例性任选像素初始化可包括填充周期和溢出周期的一个或多个组合。在填充周期期间，可切换Vreset和/或Vbias以产生净光电二极管偏压(例如，Vbias-Vreset)以填充目标阱，与曝光期间的操作性光电二极管偏压相比，所述净光电二极管偏压可为正向偏置的或者反向偏置得较少。在溢出周期期间，可切换Vreset和/或Vbias以使光电二极管返回近似于曝光期间的光电二极管偏压的值。在示例性溢出周期期间，大部分的阱发射电荷并且可通过光电二极管的阳极和阴极去除所述电荷。对于选定的填充和溢出循环，在一个或多个填充和溢出循环之后的净阱占有可不依赖于光电二极管的初始状态，这可减少或擦除光电二极管的先前历史的记忆。所述像素初始化可通过短接TFT全局地执行，或其可通过经复位移位寄存器寻址每行的复位线一次在一个或多个行上执行。

在任选光电二极管初始化之后，可将VSHORT设置为将短接晶体管置于非导通状态，并且面板通过命令接口提供曝光就绪信号至射线照相图像处理系统(操作方框1270)。在曝光之后，通过对行选择移位寄存器进行时钟控制来启动面板读出。任选地，可在一次读取一行之后复位光电二极管，从而允许列采样-和-保持电路在复位前后对像素信号进行采样(操作方框1275)。在读出曝光帧之后，可捕获一个或多个暗参考帧(操作方框1280)。可执行任选终止序列以便擦除光电二极管中曝光序列的记忆(操作方框1285)。在一个实施方案中，终止序列可包括一个或多个填充-和-溢出循环(例如，本文所述的)。然后将成像阵列下电，并且设置Vshort以将短接晶体管维持至导通状态并且将Vbias和Vreset维持处于供电状态，以将净光电二极管偏压保持为近似于曝光期间光电二极管上的电压的值(操作方框1290)。

图13A为示出用于射线照相检测器的成像阵列架构的部分的示意图的图示，所述射线照相检测器包括光电传感器功率控制电路的实施方案。图13B为示出能够实现图13A的射线照相检测器的成像阵列架构的一部分截面图的图示。如图13A中所示，在用于射线照相检测器的像素电路的另一个实施方案中，行选择TFT上的背栅极1389可用于全局地使用低功率DC功率源来控制成像阵列中所有行选择TFT的状态，这可允许成像阵列的行地址电路被断电。成像阵列的至少一部分中的所有TFT的背栅极1389可连接至功率控制电路。图13B示出穿过TFT的像素横截面。背栅极1389还可充当TFT的光屏蔽件，其可减少或防止光诱导的晶体管不稳定性。在低功率模式中，示例性n沟道非晶硅TFT的背栅极1389可通过向背栅极1389施加正电压而保持处于导通状态。优选将行选择电路保持处于断开或深度睡眠模式，其中所有行选择晶体管的前栅极不连接至偏压(例如，参考电压)。背栅极1389可保证成像阵列中的所有行选择晶体管将被保持处于导通状态，从而允许将光电二极管1371偏压维持处于为快速转变至准备曝光的状态做准备的状态。由于维持光电二极管1371上的偏压仅需要来自光电二极管1371的暗或热的反向电流流过TFT，所以背栅极1389偏压可以是小的，例如，+10V，从而大大抑制TFT中的任何阈值偏移不稳定性。由于可用绝缘体完全围绕背栅极1389，背栅极1389的电源自身可以是极低功率的。在收到曝光请求时，对于非晶硅TFT，可将背栅极1389切换至负电压，例如～-5V。在曝光期间和在读出期间，也可将前栅极维持在“关断”电压(例如，～-5V)下，但是在选择所述行用于读出时除外，在此期间，前栅极被时钟控制为“接通”电压(例如，～+25V)，从而将TFT切换成导通状态。

本文方法和/或设备的实施方案可提供一种射线照相检测器，其具有可包括光电传感器电压控制电路、低功率检测器睡眠模式、快速上电至成像操作以及从成像操作下电至示例性低功率检测器睡眠模式的能力。

在示例性实施方案中，射线照相成像阵列的信号感测电路可包括模拟电子设备(包括栅极驱动器和读出集成电路(ROIC))、模数转换电路、模拟放大器、电荷到电压转换电路、电流到电压转换电路、单晶硅集成电路、模拟多路复用器、数字多路复用器或数据通信电路中的至少一个。

在一个实施方案中，提供了一种数字射线照相区域检测器，其可包括：成像阵列，其被配置成包括布置在区域检测器处的多个像素，每个像素包括至少一个可充电的光电传感器和至少一个薄膜晶体管；电压控制电路，其用以向用于成像阵列的一部分的每个光电传感器提供参考电压；用以为成像阵列的所述部分提供扫描地址的电路；用以为成像阵列的所述部分提供信号感测的电路；以及光电传感器功率控制电路，其用以当用于成像阵列的所述部分的选定扫描地址电路或用于成像阵列的所述部分的选定信号感测电路从电源断开时，维持成像阵列的所述部分的光电传感器两端的第一电压。

虽然关于一个或多个实施方式说明了本发明，但是可对所说明的实例进行更改和/或修改，而不偏离随附权利要求书的精神和范围。此外，虽然本发明的特定特征可能已经关于几个实施方式/实施方案中的仅一个进行公开，但所述特征可与其它实施方式/实施方案的对于任何给定或具体功能可能是所希望的和有利的一个或多个其它特征相组合。术语“……中的至少一个”用于意指可选择列举项目中的一个或多个。术语“约”指示所列出的值可被稍微更改，只要所述更改不导致过程或结构与所示实施方案的不一致。最后，“示例性”指示所述描述用作实例，而不是暗示它是理想的。从本文公开的本发明的说明书和实践考虑，本发明的其它实施方案对于本领域技术人员来说将是显而易见的。意图是说明书和实例被认为仅仅是示例性的。本发明的范围由随附权利要求书指示，并且在其等效物含义和范围内产生的所有改变旨在包括于其中。

Claims (10)

1.一种数字射线照相区域检测器，其包括：

成像阵列，其包括多个像素，每个像素包括至少一个可充电的光电传感器和至少一个薄膜晶体管；

偏压控制电路，其用以向所述成像阵列的一部分的所述光电传感器提供偏置电压；

用以为所述成像阵列的所述部分提供行地址的电路；

用以为所述成像阵列的所述部分提供信号感测的电路；以及

光电传感器功率控制电路，其用以当所述信号感测电路的功率消耗少于所述信号感测电路在读出来自所述成像阵列的所述部分的信号期间的所述功率消耗的10％时，维持所述成像阵列的所述部分的光电传感器两端的第一电压。

2.如权利要求1所述的数字射线照相区域检测器，所述光电传感器功率控制电路用以当所述信号感测电路的所述功率消耗少于所述信号感测电路在读出来自所述成像阵列的所述部分的信号期间的所述功率消耗的1％或0.5％时，维持所述成像阵列的所述部分的所述光电传感器两端的所述第一电压，其中所述信号是所述区域检测器对辐射曝光的结果，其中所述第一电压比所述偏置电压负得更少，其中所述第一电压约等于所述偏置电压，或其中所述第一电压为正电压。

3.如权利要求1所述的数字射线照相检测器，其中所述至少一个薄膜晶体管的第一电极使所述光电传感器的一个端子连接至数据线，所述至少一个薄膜晶体管的控制电极连接至行选择线，所述行选择线由所述行地址电路驱动并且所述数据线连接至所述信号感测电路。

4.如权利要求3所述的数字射线照相区域检测器，其中所述光电传感器功率控制电路包括用于大致上每个数据线的晶体管开关，从而使所述数据线连接至控制电路。

5.如权利要求3所述的数字射线照相区域检测器，其中所述光电传感器功率控制电路包括第一多个开关，其用以当所述光电传感器功率控制电路启用时，将数据线连接至低功率光电传感器参考电压，其中所述光电传感器功率控制电路包括第二多个开关，其用以当所述光电传感器功率控制电路启用时，将行选择线连接至低功率参考电压，其中所述第一多个开关位于成像阵列或所述信号感测电路上，并且其中所述第二多个开关位于所述成像阵列上或位于栅极驱动器中。

6.如权利要求3所述的数字射线照相区域检测器，其中所述光电传感器功率控制电路包括至少一个另外的功率源，其中所述至少一个另外的功率源用于当所述光电传感器功率控制电路启用时提供所述第一电压，

其中所述至少一个另外的功率源包括低功率偏置电压和低功率参考电压以及低功率行电压，

其中包括栅极驱动器和读出集成电路(ROIC)的模拟电子设备在光电传感器端子两端为低功率非零电压的模式下不被供电，

其中所述光电传感器功率控制电路被启用，以将所述检测器置于光电传感器端子两端为低功率非零电压的模式下。

7.如权利要求3所述的数字射线照相区域检测器，其中所述光电传感器功率控制电路包括所述至少一个薄膜晶体管的第二控制电极，其中当所述光电传感器功率控制电路启用时，所述第二控制电极连接至低功率光电传感器参考电压，并且所述行地址电路从电源断开。

8.如权利要求1所述的数字射线照相检测器，其中所述信号感测电路为附接至所述平板成像阵列的数据线的硅集成电路并且包括所述晶体管开关，所述晶体管开关在不存在至所述信号放大电路、采样电路或多路复用电路的电力时是可操作的，其中所述信号感测电路包括模数转换电路、模拟放大器、电荷至电压转换电路、电流至电压转换电路、模拟多路复用器、数字多路复用器或数据通信电路中的至少一个，

其中所述数字射线照相区域检测器为便携式检测器或电池供电的。

9.一种操作数字射线照相检测器从而产生至少一个图像信号的方法，所述射线照相检测器包括布置在行和列中的多个光电传感器，所述方法包括：

以在所述光电传感器两端施加第一电压的操作模式驱动所述检测器；以及

将所述检测器转变至第二模式，其中当信号感测电路不能辨别所述光电传感器的状态时，在所述光电传感器两端施加第二电压。

10.如权利要求9所述的方法，其中终止过程发生在所述第一操作模式与所述第二模式之间，其中所述终止过程可包括驱动所述光电传感器通过复位过程。