CN107112337B - X射线束开始和停止的检测 - Google Patents

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Abstract

一种射线照相能量检测像素响应于光子撞击而在光电传感器中生成电荷。电连接到所述光电传感器的开关选择性地将收集的电荷传输到数据线。电连接到所述光电传感器的感测电路检测所述光电传感器中的所述电荷的积累率。

Description

X射线束开始和停止的检测
本发明的领域
本公开涉及数字射线照相检测器(面板)中的射线照相成像阵列的领域，并且具体地讲，涉及用来感测成像阵列中的X射线照射的开始和停止的检测器配置，以及基于此信息来操作面板的方法。本公开也涉及用于独立感测X射线照射的开始和停止、对感测信号进行信号处理以将假阳性和假阴性最小化的阵列电路，以及操作成像阵列的方法，以用于感测照射的开始、在照射期间进行信号整合，并且感测照射的结束和随后的读出。
本发明的背景
固定式射线照相成像设备用于医疗设施中(例如，用于放射科)，以捕获x射线检测器上的医学x射线图像。也可使用移动推车，并且移动推车可包括用来捕获x射线检测器上的(例如，数字)x射线图像的x射线源。可使用诸如计算机射线照相(CR)和数字射线照相(DR)等各种技术在射线照相检测器中捕获此类医学x射线图像。相关领域的数字射线照相(DR)成像面板使用单独传感器阵列从闪烁介质中获取图像数据，所述单独传感器矩阵以行列矩阵布置，其中每个传感器提供图像数据的单个像素。每个像素一般包括可按共平面或竖直整合的方式布置的光电传感器和开关元件，如本领域中通常已知。在这些成像装置中，氢化非晶硅(a-Si:H)通常用来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，前板具有光敏元件阵列，并且背板具有连接到该背板的薄膜晶体管(TFT)开关阵列。
图1是根据一个实施方案的数字射线照相(DR)成像系统10的透视图，该DR成像系统包括：大体上平面的DR检测器40(为清晰地描述，图示中没有外壳)、被配置成生成射线照相能量(x射线辐射)的x射线源14，以及被配置成显示由DR检测器40捕获的图像的数字监测器26。DR检测器40可包括布置成可电子寻址的行和列的检测器单元22(光电传感器)的二维阵列12。DR检测器40可被安置以在由x射线源14发射射线照相能量照射或射线照相能量脉冲期间接收穿过主体20的x射线16。如图1所示，射线照相成像系统10可使用x射线源14，该x射线源发射选择性地瞄准并穿过主体20的预选区域18的准直x射线16，例如，x射线束。x射线束16可根据主体20的内部结构通过沿着该射线束的多个射线改变角度而衰减，该衰减的射线由光敏检测器单元22的阵列12检测。平面DR检测器40与由x射线源14发射的多个射线16中的大体上中心的射线17尽可能地以垂直关系安置。单独光敏单元(像素)22的阵列12可以通过它们根据列和行的位置进行电子寻址(扫描)。如本文中使用，术语“列”和“行”指的是光电传感器单元22的竖直和水平布置，并且为清晰地描述，将假设行水平地延伸并且列竖直地延伸。然而，列和行的定向是随意的，并且不限制本文中公开的任何实施方案的范围。此外，术语“主体”在图1的描述中可以示为人类患者，然而，如本文中使用的术语，DR成像系统的主体可以是人、动物、非生命物或者它们的一部分。
在一个示例性实施方案中，可由电子扫描电路28一次扫描光敏单元22的行中的一个或多个，以便来自阵列12的照射数据可传输到电子读出电路30。每个光敏单元22可独立地存储与该单元中接收并吸收的衰减的射线照相辐射或x射线的强度或能量水平成比例的电荷。因此，当读出时，每个光敏单元提供限定射线照相图像24的像素的信息，例如，亮度水平或由该像素吸收的能量的量，所述信息可由图像处理电子器件34数字解码并且传输到由数字监测器26显示，以便由用户观看。电子偏置电路32电连接到二维检测器阵列12，以将偏置电压提供给光敏单元22中的每个。
偏置电路32、扫描电路28和读出电路30中的每个可通过连接的电缆(有线)33与采集控制兼图像处理单元34通信，或者DR检测器可配备无线传输器，以将射线照相图像数据无线地35传输到采集控制兼图像处理单元34。采集控制兼图像处理单元34可包括处理器和电子存储器(未示出)，以例如通过使用编程指令来控制DR检测器40的操作，如本文所述，包括电路28、30和32的控制。采集控制兼图像处理单元34也可用来在射线照相照射期间控制x射线源14的激活，从而控制x射线管电流大小，因而控制x射线束16中的x射线的影响，和/或控制x射线管电压，因而控制x射线束16中的x射线的能量水平。
采集控制兼图像处理单元34可基于从光敏单元22的阵列12接收的射线照相照射数据而将图像(像素)数据传输到监测器26。或者，采集控制兼图像处理单元34可以处理图像数据并且将该图像数据存储在本地或可远程访问的存储器中，或者它可将未经处理的原始图像数据存储在本地或可远程访问的存储器中。
至于DR检测器40的直接检测实施方案，光敏单元22可各自包括对x射线敏感的感测元件，即，它吸收x射线并且生成与所吸收的x射线能量的大小成比例的电荷载子量。开关装置可被配置成选择性地激活以读出对应的x射线感测元件的电荷水平。至于DR检测器40的间接检测实施方案，光敏单元22可各自包括：对可见光谱中的光线敏感的感测元件，即，它吸收光线并且生成与所吸收的光能量的大小成比例的电荷载子量；以及选择性地激活以读取对应感测元件的电荷水平的开关装置。闪烁体或波长转换器设置在光敏感的感测元件上方，以将入射x射线的射线照相能量转换成可见光能量。
用在感测阵列12中的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)，诸如，光电二极管(P-N或PIN二极管)、光电容器(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、双极晶体管以及其他p-n结部件。
DR检测器系统的标准照射过程将包括：命令检测器进入电荷累积模式，其中光电传感器准备好接收信号；随后命令发生器准备在已知的时间长度内以已知的X射线通量启动；最后，在操作员的命令下，生成X射线脉冲。在X射线照射时间结束时，检测器和/或采集控制兼图像处理单元命令检测器使用行列读出电子器件将图像从光电二极管读出到检测器40或处理单元34中的电子存储器。检测器和/或采集控制兼图像处理单元也可命令检测器在X射线照射之前或之后获取一个或多个暗参考帧，以对曝光的图像进行暗校正。
在很多医疗设施中，尤其是具有预先存在的X射线发生器的那些设施，发生器与检测器之间没有预先存在的通信链接。在很多情况下，这些发生器意图用于X射线胶片或计算机射线照相磷光板。针对这些情况，或者为了方便和减少接线，希望检测器能够独立地感测X射线照射的开始并进入电荷累积状态，以及感测照射的结束并进入读出状态。
图2中示出现有技术像素无源阵列中的示例性像素的示意图。像素200包括光电二极管202和行选择薄膜晶体管(TFT)204。光电二极管202的阳极201连接到偏置线206，所述偏置线将恒定的偏置电压供应到光电二极管，并且光电二极管的阴极203连接到行选择TFT204的漏极。行选择TFT的栅极由栅极线208控制。TFT的源极连接到数据线210。
图3中示出像素300的分层布局的俯视图，并且图4中示出沿着像素布局400的A-A”得到的截面图。栅极线金属308沉积在基底402上并且进行图案化以形成栅极线308。TFT404通过连续地将栅极电介质406、TFT沟道408的本征和N+非晶硅、形成TFT漏极410和TFT源极与数据线310的源漏金属以及TFT钝化电介质414沉积并图案化而形成。光电二极管302随后通过连续地将阴极203、之后是N+、本征和P+非晶硅层、透明阳极201、光电二极管钝化电介质416以及金属偏置线306沉积并图案化而形成。
图5中示出光电二极管阵列的示意图。在此现有技术阵列500中，光电感测元件是PIN光电二极管502，并且开关装置是具有源极、栅极和漏极的TFT 204，如上文参考图2描述，但可使用其他光电感测元件和替代的开关元件。栅极线208沿着行方向定向，并且通常将行中的所有像素的栅极连接到行寻址电路504。安置在阵列外围的行寻址电路相继地对每个行寻址，从而即刻将沿着该行的像素中的TFT从绝缘(断开)状态切换到导电(接通)状态。TFT的源极连接到数据线210，所述数据线在阵列的列方向上定向，并且通常连接到该列中的所有像素。所述行和列在本文中可被称为分别包括水平方向和竖直方向，所述方向是有助于论述目的的任意参考方向。每个数据线连接到阵列外围的信号感测电路506。在图5的电路中，信号感测电路包括电荷放大器508，所述电荷放大器包括运算放大器510、反馈电容器512、参考电压源514和反馈复位开关516。电荷放大器508通过测量反馈放大器508上的电荷来感测将数据线复位到参考电压所需的电荷量。
在典型的操作中，电荷放大器508通过相继地对像素的每个行进行寻址而将阵列中的所有光电二极管的阴极复位到V参考。参考图6简单地描述时序600。图7中更详细地示出电荷放大器，并且所述电荷放大器由差分运算放大器710组成，其中参考电压514施加到负端子701并且信号输入到正端子702。输入端可以通过隔离开关704而与电荷放大器隔开。所示的复位采样开关RSS 706、复位采样电容器708、信号采样开关SSS 710和信号采样电容器712连接到运算放大器710的输出端。积分复位开关IRS 516设在放大器710的输入端与输出端之间。
参考图6，在线时间TL开始时，其中隔离开关704闭合，通过闭合复位采样开关(RSS)706、信号采样开关(SSS)710和积分复位开关(IRS)516来将复位采样电容器708和信号采样电容器712复位。随后通过在闭合RSS 706的同时断开IRS 516和SSS 710对复位信号电荷水平进行采样。电荷放大器之后的模拟信号处理随后可对电荷放大器508的输出端718处的复位电荷水平进行采样。在复位采样结束时，RSS 706断开并且SSS 710闭合。所寻址的行的栅极线便从V断开切换到V接通，从而将电荷从所寻址的行中的二极管的阴极转移到信号采样电容器712。在栅极线接通时间TGL-接通602之后，栅极线从V接通切换回到V断开。在电荷放大器508的输出端718上的信号水平已经稳定之后，电荷放大器508的输出端718上的模拟电荷水平可由模拟信号处理进行采样，并且SSS 710闭合。信号与复位电平之间的电压差表示信号电荷除以反馈电容。
通过闭合电荷放大器508的反馈开关516将数据线复位到V参考。图6中示出时序。在电荷放大器反馈开关516断开的情况下，行选择电路504对栅极线进行寻址，以便在接通时间TGL-接通602的时间内将单个栅极线从V断开切换到V接通。在TFT栅极接通时，电荷从光电二极管转移到数据线。针对每个数据线，电荷放大器508将电荷转移到电荷放大器508的反馈电容器512。光电二极管电压因而复位到V偏置(515)至V参考(514)。电荷放大器508完成电荷信号的滤波和整合，随后将电荷放大器508的输出端718连接到模数转换器。反馈复位开关516随后闭合，从而将电容器512复位并且继续将数据线保持在V参考。
在X射线照射之前，阵列处于整合模式，其中所有光电二极管的栅极线都保持在V断开，以将二极管与数据线隔开。在出现X射线照射时，除了来自光电二极管的暗电流的电荷之外，光电荷还存储在光电二极管上。在照射之后，阵列中的电荷可通过相继地对行中的每个进行寻址而读出，从而将该行中的光电二极管中的电荷转移到相应的数据线，并且感测连接到数据线中的每个的电荷放大器508中的电荷。在典型的操作中，将在照射之前和/或之后捕获一个或多个未曝光的帧，并且所述未曝光的帧将以数字方式从曝光的帧中减去。
图5的图像传感器并不包括独立地感测X射线照射的开始和结束的电路。针对此传感器，成像阵列的时序和发生器的时序必须在外部同步。
针对发生器和检测器无法在外部同步的系统，已经提议对图像传感器设计和操作的若干更改。这些系统需要X射线束感测来确定照射的开始，以便阵列可置于整合模式。射束感测电路的实例包括：在检测器下方集成到检测器盒中的独立X射线照射感测单元；具有电路的检测器，所述电路针对光电二极管偏置电压来感测偏置电源中的电流变化；在成像阵列的内部合并光电二极管的稀疏矩阵的传感器，所述光电二极管连接到电流感测电路而不是阵列读出电子器件；等等。
以上论述仅用于一般背景信息，而不意图用来帮助确定所要求保护的主题的范围。
本发明的简述
公开一种电容耦合到光电传感器的浮动节点的感测节点，所述感测节点被感测以确定传感器暴露于X射线的开始、停止和时间剖面。针对感测节点和感测电子器件提议若干电路。这些电路中的第一个包括置于基底与阴极之间并且布线到感测放大器的感应电极。第二个包括置于基底与阴极之间的感测平面。第三个利用数据线到阴极的寄生电容，其中感测节点利用开关或电容器附接到数据线。
在一个实施方案中，感应电极被制造成成像阵列的一部分，其中与接近栅极线或数据线相比，感应电极优先接近像素电极。由于感应电极电容耦合到像素电极，因此，因暗电流或辐射照射而在像素电极中产生的电压变化将导致在感应电极上感生电荷。如果在照射之前和期间监测到感应电极中的电荷或电流，那么可感测X射线照射的开始和结束。
在一个实施方案中，一种射线照相能量检测像素响应于光子撞击而在光电传感器中生成电荷。连接到光电传感器的开关选择性地将收集的电荷传输到数据线。电连接到光电传感器的感测电路检测光电传感器中的电荷的积累率。
在另一实施方案中，一种射线照相检测器包括：基底；多个电介质层，其在基底上方；以及光电传感器阵列，其在电介质层上方，以用于响应于光子撞击光电传感器而生成电荷。光电传感器中的每个具有阳极、阴极和处于前两者之间的电荷收集层。数据线在基底上方、大体上平行于光电传感器的第一部分的第一侧并且与之相邻而形成。栅极线在基底上方但在电介质层中的一个的下方、大体上平行于光电传感器的第二部分的第二侧并且垂直于数据线而形成。开关装置包括将阴极电连接到数据线的栅极线。在基底上方但在光电传感器下方形成的感应电极通过电介质层中的一个或多个而与光电传感器隔开。感应电极通过电容而电连接到光电传感器。
以上概述不是为了描述其元件不可互换的单独实施方案。事实上，被描述为与具体实施方案相关的元件中的很多元件可与其他所述实施方案的元件一起使用并且可能与它们互换。在不脱离本发明的精神的情况下，可在本发明的范围内进行很多改变和更改，并且本发明包括所有此类更改。以下附图没有按照相对于相对尺寸、角关系、相对位置或时序关系的任何精确比例绘制，也没有按照相对于所需实施方式的互换性、替换或代表性的任何组合关系绘制。
本发明的此简述仅仅意图提供根据一个或多个说明性实施方案的本文中公开的主题的简要概述，而不充当解释权利要求书或者限定或限制本发明的范围的指南，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。此简述用来以简化形式介绍下文在详细描述中进一步描述的概念的说明性选择。此简述并不意图识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用于帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题并不限于解决背景中所述的任何或所有缺点的实施方式。
附图简述
为了能够理解本发明的特征，可参考某些实施方案进行本发明的详细描述，其中一些实施方案在附图中示出。然而，应注意，附图仅示出本发明的某些实施方案，因此不应被视作限制本发明的范围，因为本发明的范围涵盖其他同样有效的实施方案。附图不一定按照比例，一般强调示出本发明的某些实施方案的特征。在附图中，相同的标记用来指示遍及各视图的相同部分。因此，为了进一步理解本发明，可参考结合附图阅读的以下详细描述，在附图中：
图1示出示例性数字X射线系统，其中x射线发生器和检测器受采集控制兼图像处理单元的控制。
图2是现有技术检测器阵列的示例性像素的示意图。
图3示出现有技术检测器阵列的示例性像素布局。
图4是沿着截面线A-A”的图3的像素的截面图。
图5是示例性成像阵列的示意图。
图6是信号电荷感测期间的示例性时序。
图7示出具有采样电路的示例性电荷放大器。
图8示出具有位于光电二极管与感应电极之间的电容器的示例性像素，该感应电极连接到电流感测或电荷感测电路。
图9示出具有在光电二极管下方平行于栅极线布线的栅极电极金属中的感应电极的示例性像素布局。
图10是沿着截面线A-A”的图9的像素的截面图。
图11示出具有感应电极和额外隔离电介质的示例性成像阵列。
图12示出具有用于像素电极电压感测和射束检测的电路的示例性成像阵列。
图13示出具有与光电二极管相邻地形成的感应电极的示例性像素截面图。
图14示出具有单个感应电极的成像阵列。
图15示出成像阵列，其中感应电极在阵列内分组成感兴趣区域。
图16示出在阵列基底与电接地平面之间形成的感应电极。
图17示出单个感测平面像素配置。
图18示出多个感测平面像素配置。
本发明的详细描述
本申请要求2014年12月16日以Tredwell的名义提交并且标题为DETECTION OF X-RAY BEAM START AND STOP的美国专利申请序列号62/092,395的优先权。
在数字x射线检测器的示例性操作中，通过接通像素中的行选择TFT开关来将光电二极管阴极复位到参考电压V参考，之后当TFT开关断开时允许电压浮动。在此期间，由于载子的热生成或暗电流，少量的电荷积累在光电二极管上。电荷增加导致阴极电压降低，如下给出：
dV阴极/dt＝I暗/CPD
其中dV阴极/dt是每单位时间dt的像素电极(光电二极管阴极)电压的变化率，I暗是光电二极管暗电流，并且CPD是光电二极管电容。
如果使用X射线对图5的现有技术阵列进行照射，那么闪烁体将X射线转换成光子，所述光子的波长通常在400nm与700nm之间。这些光子的一部分在光电二极管中被吸收。光电二极管吸收来自照射的光子导致光电二极管上产生电荷QPD，其中相对于时间t存储光电二极管上的电荷增加dQPD。通过对光子通量ΦPD(λ)和光电二极管量子效率ηPD(λ)乘以波长上的光电二极管面积APD进行积分，给出dQPD的变化率：
IΦ(t)＝dQPD/dt＝∫ηpD(λ)ΦPD(λ，t)×ApDdλ
光子通量ΦPD(λ)的波长依赖性由将X射线转换成可见光光子的闪烁体的发射性质确定，并且对于给定的闪烁体组成而言是固定的。通量大小ΦPD(λ,t)随着时间的变化取决于大量的因素，包括X射线发生器特征、操作员所要求的照射时间和照射值、X射线过滤器和患者中的吸收，以及闪烁体对每X射线的光子转化率。照射时间可以从患者移动成为问题的儿科检查中的10ms到对于患者移动不是主要问题的检查而言低输出发生器的几乎一秒不等。患者的吸收从密质骨的厚区到软组织的薄区也可变化1,000倍或更多。由于光电二极管阴极在照射期间浮动，因此，光电二极管电压(因而，浮动阴极上的电压)减少了：
dV阴极/dt＝(IΦ(t)+I暗)/CPD
图8示出类似于图2的检测器阵列中的像素800的一个实施方案，但其中感应电极830通过像素800的感测电容器CS 832而耦合到光电二极管802的阴极。感应电极附接到电流感测或电荷感测电路834。感测电路的实例包括电荷放大器或跨阻放大器，这两者都将感测电路的电压保持在参考电压V参考，并且在采样时间TS内感测电荷变化(电荷放大器)或者随时间的变化来感测电流变化(跨阻放大器)。
图9的俯视图和图10的截面图示出具有如图8所示的感应电极的成像阵列的一个实施方案。在此示例性实施方案中，阵列的制造不需要额外的金属层。如图9到图10所示，感应电极830在与栅极线208相同的金属层中并且平行于基底1032与栅极电介质1034之间的栅极线208进行图案化。如图10所示，感应电极安置在光电二极管阴极203的下方。感应电极与阴极之间的电介质层包括栅极电介质1034和TFT钝化电介质1036。感应电极电容将由下列项给出：
Cs＝εεoLsEWsE/(tGD+tPD)
其中是栅极电介质1034和TFT钝化电介质1036的介电常数，
o是自由空间介电常数，LSE和WSE分别是阴极下方的感应电极的长度和宽度，并且tGD+tPD分别是栅极电介质1034和钝化电介质1036的厚度。对于尺寸为约139μm×139μm的示例性像素而言，其中LSE＝4μm、WSE＝100μm、tGD和tPD各自为约400nm的氮化硅，每像素的感应电极电容将为约CS＝30fF。
具有感应电极的另外像素架构是可能的。在图11所示的一个实施方案中，以类似于图10的定向示出感应电极830，但该感应电极具有感应电极830与阴极203之间的额外隔离电介质层1140。额外电介质层1140可用来减小感测电容值并且也减小数据线910的电容性负载。
图12示出利用如上文所述的每个像素800中的感应电极830和感测电容器832的成像阵列1200的2×3像素区域，其中为便于图示，图中没有枚举一些部件，但这些部件在上文有所描述。与图5的现有技术阵列500相比，图12的阵列1200包括附接在光电二极管阴极与感应电极830之间的感测电容器832。感应电极830布线到感测电路834。图12示出在阵列1200中感测电容器832连接到每个像素800，但在一些情况下，可需要对像素的一部分(光电二极管)进行采样(感测)。在一个实施方案中，可利用感测电容器的稀疏矩阵。图12所示的感测电路834包括电荷放大器1208，但可使用其他感测电路。由单个像素800在感应电极上感生的电流ISE(t)为：
ISE(t)＝(CCE/CPD)×(I暗,i+IΦ,τ(t))
感应电极上感生的总电流ISE(t)是由每行中的与数据线相邻的像素感生的电流I暗,i+IΦ,τ(t)的列i和行j上的总和∑：
ISE(t)＝(CS/CPD)×∑∑(I暗,i,j+IΦ,i,j(t))
CS(感测电容)的值的选择在感应电极830上具有充足的电流以利用良好的信噪比来检测X射线照射的开始和完成同时将阴极的寄生负载最小化之间进行平衡。例如，如果感测电容器832是光电二极管电容的1％，那么感应电极上的电流将是1％×∑∑(I暗,i,j+IΦ,i,j(t))。
在照射开始时，IΦ,t(t)将在发生器启动期间从零增加到大约稳态值，并且在照射结束时，IΦ,t(t)将从它的大约稳态值减小到零。可以看出，如果由光电二极管的阴极的电容耦合在感应电极830上感生电荷，则可确定照射的开始和停止，并且电荷与时间可由感测电路834中使用的电荷放大器508监测。电荷放大器508将感测由电荷放大器508的采样窗口上的积分给出的电荷：
QS＝(CS/CPD)∫∑∑I暗,i,j+IΦ,i,j(t)dt
考虑感测电路834以类似于上述读出电路506的时序进行操作的实施方案。在这种情况下，在线时间的一部分内对感应电极830上的电荷进行采样(见图6)。射线照相照射可在检测器进入照射和照射时间方面具有较广范围。下表1示出两个示例性情况。低照射情况(第一列)针对其中射束经过准直的手部或新生儿X射线。针对以上实例确定的感测线1238上的最小电流(倒数第二列)是1.77nA。如果利用电荷放大器508以30μs的采样时间对感测线电流进行采样，那么最小电荷(最后一列)将为约100,000个电子。
表1：30us采样时间内的ROIC反馈电容器上的感测线电流和电荷
在图8到图10的实施方案中，感应电极830在与用于行选择208(栅极金属)的相同金属层中进行图案化。这限制了感应电极830的路线，因为感应电极830无法连接到行选择线(栅极线)。在此实施方案中，感应电极830将包括平行于行选择电极(栅极金属)208布线的每行下方的单个金属迹线。由于感测线830的电阻与长度乘以宽度成比例，因此，与网格或薄片相比，感测线830将具有较高电阻。此外，由于每个感应电极830必须与数据线910中的每个交叉，因此，数据线的电容将增加行的数量乘以感应电极830与数据线910之间的叠加电容(每像素约8fF乘以约3,072个行，或者约25pF)。总数据线电容的典型值是约120pF，因此增加约20％。由于数据线910的热噪声与其电容成比例，并且通常是无源像素阵列中的最大噪声源，因此，噪声的增加可能是不合需要的。
图11中示出解决这些限制的第二像素实施方案，该实施方案在大多数方面类似于如上文在图10中描述的实施方案。在此实施方案中，感应电极830在安置于基底1032与阵列中的剩余导电迹线之间并且被电介质层隔开的单独导体层中制造而成。这允许布线几何结构的更多选择，包括网格几何结构、单个薄片、或者允许感兴趣的单独区域形成用于感测的单独区域的几何结构。图11的阵列也允许感应电极830与数据线910之间具有更大的总电介质厚度，从而减小感应电极830对数据线电容的影响，从而减小它对检测器噪声的影响。最后，图11的阵列允许通过隔离电介质1140的厚度和/或感应电极830的宽度的设计选择来独立优化像素电极203(光电二极管阴极)与感应电极830之间的电容CPE-SE。
图13中示出也解决这些限制的第三实施方案。在此实施方案中，感应电极1330与像素1300中的光电二极管1302相邻地制造。感应电极1330的一个端子连接到感测电容器，所述感测电容器又连接到像素电极1303，并且感应电极1330的第二端子连接到感测线，如上文在图12的实例中所述，所述感测线布线到面板的周界，以将电容器连接到感测放大器与射束检测子系统(诸如，图12的834)。
在图10、图11、图13的实施方案中，感应电极的布线可能有若干选项。这些感应电极可连接在一起以形成单个感测平面1400，并且连接到单个感测放大器与射束检测系统700(图7)，如图14所示。感应电极1430可分开以便阵列的一部分(列)布线到一个感测放大器与射束检测系统，如图12所示。感应电极还可分开以在阵列内形成感兴趣区域(ROI)1502，如图15所示。在很多X射线模式中，分成感兴趣区域1502可改善射束检测的信噪比。例如，在胸部X射线中，皮肤线外部的阵列的周界将接收无阻剂量的X射线束并且将具有高信号；该区域中的ROI 1502将具有高信号，但由于电容更小，它将具有更快的响应时间和更低的噪声。在另一实例中，四肢(诸如，手部)的X射线将可能限于只在其中放置有手部的阵列的中心中进行照射。在这种情况下，与单个感应电极覆盖整个阵列相比，ROI 1502在阵列的中心区域可具有更高的信噪比。
位于检测器基底下方的感测平面
在一个实施方案中，图16中示出具有射束感测的阵列1600。在此实施方案中，一个或多个电极1602安置在成像阵列基底1604与电接地平面1606之间。成像阵列基底1604是电介质，诸如，玻璃或塑料。用于TFT制造的玻璃基底通常有500μm到1mm厚。成像阵列也制造在塑料基底上或者转移到塑料基底。这些通常有10μm到100μm厚。与图10的感应电极相比，图16的感测平面1602有两个缺点：(1)由于像素电极1608与感测平面1602之间的电介质1610的厚度更大，因此，图16中的像素电极1608与感测平面1602之间的电容低于图10的电容，以及(2)由于图16的感测平面1602位于像素电极1608和栅极线1612之下，因此，它在阵列读出期间经受由栅极线1612从一个电压过渡到另一电压所感生的注入电荷。
感测平面实施方案提供不需要将额外电路添加到现有技术检测器阵列的优点。感应电极1602可使用薄膜金属层进行制造，诸如，铟锡氧化物(ITO)或铟镓锌氧化物(IGZO)的沉积或涂覆薄膜。或者，它们可以是金属箔。第二电介质1614可安置在感测平面与接地平面1606之间。在射线照相检测器中，接地平面1606通常是其上安装检测器的机械板。第二电介质1614的厚度是感应电极1602与接地1606之间的影响信噪比的电容与图16的组件的物理厚度之间的折衷。
感测平面的各种配置可基于多种考虑进行选择，包括响应时间和信噪比的优化。在一个实施方案中，图17中示出其中单个感测平面位于整个检测器阵列之下的配置。在此实施方案中，电流或电荷放大器1702可连接在感应电极1704与电接地1706(或者连接到系统接地的任何偏置电源)之间。图18中示出多个感测平面1801的配置，每个感测平面位于成像阵列1802的单独区域之下。在这种情况下，利用用于该电极的电荷或电流放大器1802(或者，在电极之中多路复用的单个放大器)来监测每个电极1830上感生的电流或电荷。多个电极实施方案的其他配置可基于检测器预期的使用情况进行设计。
如本领域的技术人员将理解，本发明的方面可体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的方面可采用以下形式：全硬件实施方案、全软件实施方案(包括固件、常驻软件、微码等)，或者在本文中一般可全部被称为“服务”、“电路”、“电路系统”、“模块”和/或“处理系统”的组合了软件和硬件方面的实施方案。此外，本发明的方面可采用体现在其上实施有计算机可读程序代码的一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式。
可使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是，例如但不限于，电子、磁性、光学、电磁、红外线或半导体系统、设备或装置，或者上述项的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体实例(非详尽列表)将包括下列项：具有一根或多根电线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、磁性存储装置，或者上述项的任何合适的组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是可含有或存储用于由指令执行系统、设备或装置使用或者与之结合使用的任何有形介质。
体现在计算机可读介质上的程序代码和/或可执行指令可使用任何适当的介质进行传输，包括但不限于，无线、有线、光纤电缆、RF等，或者上述项的任何合适的组合。
用于实施本发明的方面的操作的计算机程序代码可采用一个或多个编程语言的任何组合进行编写，包括面向对象的编程语言，诸如，Java、Smalltalk、C++等，以及传统程序编程语言，诸如，“C”编程语言或类似的编程语言。程序代码可完全在用户的计算机(装置)上执行、部分在用户的计算机上执行、作为独立软件包执行、部分在用户的计算机上执行并且部分在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情形下，远程计算机可通过包括局域网(LAN)或广域网(WAN)在内的任何类型的网络连接到用户的计算机，或者可连接到外部计算机(例如，使用互联网服务提供商通过互联网进行连接)。
计算机程序指令可提供到通用计算机的处理器、专用计算机的处理器，诸如，图像处理器或其他可编程数据处理设备以生产机器，使得经由计算机的处理器或其他可编程数据处理设备执行的指令创建用于实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的方式。
计算机程序指令也可加载到计算机、其他可编程数据处理设备或其他装置上，以致使在计算机、其他可编程设备或其他装置上执行一系列操作步骤，以便产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实施本文中指定的功能和动作的过程。
本说明书使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且也使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何所涵盖的方法。本发明的专利保护范围由权利要求书限定，并且可包括本领域的技术人员想出的其他实例。如果此类其他实例具有与权利要求书的字面语言并无不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言并无实质差别的等效结构元件，那么它们意图在权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种射线照相能量检测像素电路，所述像素电路包括：
光电传感器，所述光电传感器用于响应于光子撞击所述光电传感器而生成电荷；
数据线；
可控开关装置，所述可控开关装置电连接到所述光电传感器并且电连接到所述数据线，以用于选择性地将电荷从所述光电传感器传输到所述数据线；
感测电路，所述感测电路电连接到所述光电传感器，以测量所述光电传感器中的电荷生成率，
其中所述光电传感器包括光电二极管，所述开关装置包括TFT，所述光电传感器的一个端子包括阴极，所述TFT和所述感测电路电连接到所述阴极，所述阴极还电连接到所述TFT的漏极端子，所述光电传感器的另一端子包括阳极，并且其中所述阳极电连接到偏置电压源；以及
感测电容器，所述感测电容器电连接在所述阴极与所述感测电路之间。
2.如权利要求1所述的像素电路，其中所述感测电路包括电流感测电路或电荷感测电路，以测量电荷或电流随着时间的变化。
3.如权利要求2所述的像素电路，其中所述感测电路测量所述光电传感器中生成的电荷量的变化。
4.如权利要求3所述的像素电路，其中所述感测电路包括运算放大器、反馈电容器，所述反馈电容器电连接所述运算放大器的输出端和输入端，所述感测电容器电连接到所述反馈电容器，并且其中当由所述感测电路检测到的随着时间改变的电荷率超出阈值时，所述感测电路传输信号。
5.如权利要求3所述的像素电路，其中当通过积累电荷而生成的电流量随着时间变化超过阈值时，所述感测电路传输信号。
6.一种射线照相检测器，所述检测器包括：
基底；
多个电介质层，所述多个电介质层在所述基底上方；
光电传感器阵列，所述光电传感器阵列在所述电介质层上方的装置层中形成，以用于响应于光子撞击所述光电传感器而生成电荷，所述光电传感器中的每个包括阳极、阴极和处于前两者之间的电荷收集层；
数据线，所述数据线在所述基底上方、大体上平行于所述光电传感器的第一部分的第一侧并且与之相邻而形成；
栅极线，所述栅极线在所述基底上方且在所述电介质层中的一个的下方、大体上平行于所述光电传感器的第二部分的第二侧并且垂直于所述数据线而形成，所述第二部分不同于所述光电传感器的所述第一部分；
开关装置，所述开关装置在所述栅极线上方形成，所述开关装置用于在所述栅极线的控制下选择性地将所述阴极电连接到所述数据线；以及
感应电极，所述感应电极在所述基底上方且在所述光电传感器的下方而形成，所述感应电极通过所述电介质层中的一个或多个而与所述光电传感器隔开，
其中所述感应电极通过与所述光电传感器之间的电容而电连接到所述光电传感器,
所述栅极线和所述感应电极在同一电介质层的下方形成，所述光电传感器各自包括光电二极管，所述光电二极管各自的一个端子包括阴极，所述光电二极管各自的另一端子包括阳极，所述电容将所述阴极连接到所述感应电极，偏置电压源电连接到所述阳极，并且其中所述感应电极电连接到感测电路，所述感测电路包括电流感测电路或电荷感测电路，以测量所述光电传感器中随着时间变化的电荷生成率。
7.如权利要求6所述的检测器，其中所述栅极线和所述感应电极在不同电介质层的下方形成。
8.如权利要求6所述的检测器，其中当所述电荷生成率随着时间变化超过阈值时，所述感测电路传输信号。
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