CN1214466C - 用于x－射线成像的数字检测器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种X-射线成像模块， 该X-射线成像模块具有用于将空间调制的辐照的X-射线辐射转换为空间调制的电荷分布的多层离子辐射敏感元件。该多层离子辐射敏感元件具有基片(100)、放在基片之上的导电层(102)、放在导电层之上的用于将辐射在其上的离子辐射转换为电荷载流子的离子辐射敏感元件(104)以及暴露在离子辐射和光辐射之中并放在离子辐射敏感层上的阻挡层(106)。阻挡层限制至少一个极性的电荷通过并阻挡至少一个光谱带的光辐射穿透，而同时允许离子辐射通过。X-射线成像模块还包含用于将电荷注入到多层离子辐射敏感元件的电荷注入组件(68)和耦合到多层离子辐射敏感元件的读取电路。

Description

用于X-射线成像的数字检测器
技术领域
本发明涉及在离子辐射成像领域中的系统和方法，更具体地说涉及X-射线图像的数字检测的系统和方法。
背景技术
在专利文献中描述了记录X-射线图像的许多系统和方法。常规的X-射线成像系统应用对X-射线敏感的荧光屏和感光胶片以形成经调制的X-射线模式的可视的模拟表示。这种荧光屏吸收X-射线辐射并发射可见光。可见光使感光胶片曝光以形成X-射线模式的潜像。然后对该胶片进行化学地处理以将潜像转换成X-射线模式的可视的模拟表示。
最近，已经有人提出了检测静态或动态的X-射线图像的系统和方法。这些数字X-射线的系统和方法提供在其中将X-射线图像记录为可读的电信号的X-射线图像的数字表示，因此在图像处理过程中就不需要胶片和荧光屏。数字X-射线系统通常直接将X-射线转换成电荷载流子或对其进行间接地转换，在这种间接转换中将X-射线转换为光然后将光转换为电荷载流子。
直接转换方法通常应用对X-射线敏感的光电导体比如覆盖有固态元素的非晶硒，这种光电导体包括具有耦合到存储电容器阵列的薄膜晶体管(TFT)或二极管的固态阵列。Lee等人的美国专利US 5,313,066提供了直接转换方法的一种实例，该专利描述了包括一种具有层叠结构的面板和设置在该面板上的许多存取电极和电子部件的X-射线图像捕获元件，该层叠元件包括具有许多离散的可存取的微板的导电层。
直接转换方法的进一步的实例描述在Lee的美国专利US5,652,430中，Lee描述一种由成行的和成列的辐射检测传感器组件形成的辐射检测面板，在这种面板中每个传感器都包括一个连接到电荷存储电容器和二极管的辐射检测器。
间接转换方法通常应用覆盖在包括光电二极管的固态有效矩阵阵列之上的闪烁材料比如柱状碘化铯。通过闪烁材料将X-射线转换到光并通过光电二极管将光转换为电荷。Petrick等人的美国专利US 5,668,375提供了间接方法的一种实例，在该专利中描述了一种较大的固态X-射线检测器，该X-射线检测器具有成行和成列设置的由光电二极管组成的许多单元。
Endo等人的美国专利US 5,801,385提供了间接方法的进一步实例，在该专利中描述了一种在绝缘基片上具有许多光电转换元件的X-射线图像检测器。
基于直接和间接转换的数字X-射线检测器都使用电荷存储矩阵来保存图像信息，然后电子地对图像信息进行寻址，在曝光之后读出所存储的电荷。在动态成像比如荧光透视法中，通过反复读取存储器矩阵的积分辐射值模拟“实时”图像以形成每秒足够多数量的帧比如每秒30帧。由于检测器工作在存储器模式中，所以直到在X-射线脉冲结束之后以前，并不能得到保留在电荷存储器矩阵中的图像信息。因此，并从数字检测器所产生的电流中得到的测量值并不是实时的。
对于医疗诊断，比较理想的是应用能够形成具有可接收的对比度和亮度的图像的最小X-射线曝光剂量。当对不同身体类型的患者进行检查时，不同的X-射线检查要求不同的曝光量以提供适合于诊断的图像。因此，适合于所有类型的检查的系统的动态范围高达104∶1。
应用从周期性更新的查询表中装入到X-射线系统控制台中的患者特征和预定的成像曝光参数选择用于特定的X-射线检查的实际X-射线曝光剂量。可替换的是，应用通常放在X-射线检测器的前面的自动曝光控制装置来给X-射线源提供实时控制反馈，可以自动地调节实际的剂量。
如在美国专利US 5,084,911中所描述，必需实时地操作的自动曝光控制装置通常利用多室的离子室或分段的曝光计。这些装置感测所通过的辐射，并且当已经接收到产生所需辐射密度等级的预定剂量时产生完成X-射线曝光的信号。
在进行曝光之前，X-射线技术人员选择所使用的一个室或多个室，并使患者或X-射线检测器与其对齐。常规曝光控制装置的缺点包括：对固定的室面积进行实时曝光信号但并不与所研究的区域中的图像信息进行直接对应；位于检测器前的装置不能均匀地衰减X-射线，并且造成在检测器上对该信号同样有贡献的一些辐射损失；该装置体积通常比较大并要求外部电源；以及该装置的光谱灵敏度不同于所使用的辐射图像检测器的光谱灵敏度，因此要求对不同的X-射线管电压(kVp)值进行修正和校准。
人们已经作出努力以将实时曝光控制器并入到数字X-射线检测器尤其是这些基于非直接转换方法的检测器中。
在Granfors等人的美国专利US 5,751,783中描述了基于闪烁器的用于检测实时曝光信息的数字检测器的装置的实例。这个专利描述了设置在成像阵列的光电二极管之后的光电二极管的曝光检测阵列。这个曝光检测阵列是涉及分离的电子器件的分离的部件，应用它来检测在一定的区域中通过成像阵列的光，这些区域是由相对较低的像素占空因数产生的相邻的像素之间的间隙引起的。对这些像素进行局部分组以形成局部密度测量值。
可替换的是，对于数字X-射线成像，已经提出了特定的方法，这些方法允许数字检测器在进行曝光之前应用两步法对曝光进行采样，由此模拟实时曝光信息。在Hassler等人的美国专利US 5,608,775中描述了两步曝光法的实例。在该方法中通过第一曝光检测器产生数字检测器的曝光信息以校正脉冲，在其中较短的持续时间的X-射线曝光在固态检测器中产生曝光，然后对其进行处理以计算所成像的目标的X-射线透明度以测定最佳的X-射线曝光量。
发明内容
因此依据本发明的优选实施例提供一种综合系统，该综合系统基于适合于离子辐射成像尤其适合用于常规的射线照相诊断的X-射线成像的一种新颖的直接转换数字X-射线检测器提供实时曝光和积分辐射信息。
因此依据本发明的优选实施例提供一种多层离子辐射敏感元件，该多层离子辐射敏感元件具有基片、覆盖在该基片上的导电层、覆盖在该导电层上用于将照射在其上的离子辐射转换成电荷载流子的离子辐射敏感层，以及暴露在离子辐射和光辐射之中并覆盖在所说的离子辐射敏感层上的阻挡层，该阻挡层基本限制至少一个极性的电荷从其中通过，并阻止至少一个光谱带的光辐射从其中穿过，同时允许离子辐射从其中通过。
依据本发明的优选实施例的进一方面，多层离子辐射敏感元件还包括设置在离子辐射敏感层和阻挡层之间的中间电介质钝化层。该中间电介质钝化层优选由聚对苯二甲撑形成。
依据本发明的优选实施例的进一方面，多层离子辐射敏感元件还包括设置在离子辐射敏感层和导电层之间的电荷缓冲层，该电荷缓冲层基本限制至少一第二极性的电荷通过该层。
可取的是，离子辐射敏感层是掺杂的非晶硒或掺有砷和氯的非晶硒形成的光电导体。可替换的是，离子辐射敏感层可以从如下的材料组中选择：硒合金、碘化铅、氧化铅、溴化铊、碲化镉、碲化镉锌、硫化镉和碘化汞。
依据本发明的优选实施例的进一方面，电荷缓冲层由非晶三硒化二砷形成。
依据本发明的优选实施例的其他方面，阻挡层由掺有硒的碱金属或涂有所选择的颜料或染料的电介质聚合物载体形成。
依据本发明的优选实施例的进一方面，多层离子辐射敏感元件的导电层是从由氧化铟锡(ITO)、铝、金、铂和铬组成的组中所选择的带有构图的层。
此外，依据本发明的优选的实施例，多层离子辐射敏感元件的基片是从包括玻璃、陶瓷、聚碳酸脂和涂敷有电介质材料的金属组成的组中选择。
此外，依据本发明的优选实施例，通过阻挡层所阻挡的光辐射的至少一个光谱带包括具有比所说的离子辐射敏感层的特征带隙能量更高的能量的光子，其中具有低于所说的离子辐射敏感层的所说的带隙能量的光子能量的光辐射基本穿过所说的阻挡层。
依据本发明的优选实施例的进一方面，离子辐射敏感层对X-射线辐射敏感。
依据本发明的另一优选实施例还提供一种细长的电荷注入组件，该组件包括嵌入在电介质材料中的细长电极、通过电介质与嵌入电极分开的外露的屏蔽电极以及具有细长金属化表面的至少一个细长电介质楔。
可取的是，细长电介质注入组件用于基本沿着所说的细长电介质楔的金属化的表面注入电荷。
依据本发明的优选实施例的进一方面，在细长电极和外露的屏蔽电极之间施加浮动交流电压，将电介质楔的金属化的表面和外露的屏蔽电极都相对于接地基准偏压到直流电位。
依据本发明的优选实施例的其它方面，细长的电荷注入组件的基片与接地基准相连，通过所说的直流电压的极性和值基本确定在从细长的电荷注入组件注入电荷之后保留在基片上的电荷密度和极性。
依据本发明的优选实施例的进一方面，嵌入在电介质中的细长电极是敷有玻璃并安装在电介质棒上的导线，外露的屏蔽电极是间隔绕制的导线以形成安装在电介质棒上并涂敷玻璃的导线的线圈。
可取的是，电介质棒和电介质楔是由从包括玻璃、氧化铝和其它的电介质陶瓷的组中所选择的电介质材料形成的。
依据本发明的优选实施例的进一方面，细长的电荷注入组件包括用于投射光辐射的细长束的光源。
可取的是，光源包括安装在印刷电路板上的许多光发射二极管和许多电阻。
依据本发明的优选实施例的进一方面，细长的电荷注入组件是扫描组件。
依据本发明的另一优选实施例还提供一种离子辐射成像模块，该离子辐射成像模块包括具有至少一个导电层并用于将照射的离子辐射图像转换为电荷分布的多层离子辐射敏感元件；用于将电荷注入到多层离子辐射敏感元件的电荷注入组件；以及耦合到所说的多层离子辐射敏感元件的导电层的读出电路；以及其中电荷注入组件用于产生对应于电荷分布的电流以在导电层中流动，从而提供照射的离子辐射的图像的信号表示。
此外，依据本发明的优选实施例，读出电路是可拆卸地耦合到导电层。
此外依据本发明的优选实施例读出电路是包括许多多通道电荷读出ASIC和耦合到多通道电荷读出ASIC的许多模拟到数字转换器。
可取的是，离子辐射是X-射线辐射。
依据本发明的另一个优选实施例还提供一种X-射线成像模块，该X-射线成像模块包括用于将空间调制的照射的X-射线辐射转换成空间调制的电荷分布的X-射线成像元件，其中空间调制的电荷分布的幅值一般取决于曝光的强度和持续时间；以及X-射线曝光传感器，该X-射线曝光传感器正对着X-射线成像元件并用于在曝光的过程中实时地感测与空间调制的电荷分布相关的视在表面电压由此提供实时X-射线曝光数据。
此外依据本发明的优选实施例X-射线曝光数据是图像数据。
此外，依据本发明的优选实施例，X-射线曝光传感器包括具有正对着所说的X-射线成像元件的第一导电层、电介质支撑层和电耦合到第一导电层的实时读出电路的X-射线可穿透的多层元件。
可取的是，第一导电层包括电耦合到所说的实时读出电路的许多电极板。
此外依据本发明的优选实施例，X-射线可穿透的多层元件进一步包括与X-射线成像元件静电屏蔽开的导电扇出层和使该导电扇出层与第一导电层电绝缘的第二电介质层。
依据本发明的优选实施例的进一方面，X-射线成像模块包括耦合到X-射线成像元件的积分数据读出电路，其中X-射线成像模块用于读出与在X-射线曝光之后的空间调制电荷分布相对应的积分X-射线辐射数据。
此外，依据本发明的优选实施例，在积分辐射数据读出过程中使用通过所说的X-射线曝光传感器所提供的实时曝光数据以增强成像。此外依据本发明的优选实施例，实时地使用该实时曝光数据来控制可控制的X-射线源来结束X-射线曝光。
依据本发明的另一个优选实施例还提供一种平板数字X-射线图像检测器，该平板数字X-射线图像检测器包括具有至少一个X-射线可穿透的表面的壳体，该壳体包围有第一导电层、第二导电层和设置在第一导电层和第二导电层之间的X-射线辐射敏感元件；其中第一导电层、第二导电层和X-射线辐射敏感元件用于响应照射的X-射线辐射从第一导电层感测实时曝光数据并从第二导电层感测积分辐射数据。
依据本发明的优选实施例，平板X-射线图像检测器还包括耦合到第一导电层的实时读出电路和耦合到第二导电层的积分数据读出电路。
可取的是，以第一空间分辨率从第二导电层读出积分辐射数据，通常以更低的第二空间分辨率从第一导电层读出所说的实时曝光数据。
依据本发明的优选实施例，在第一导电层和X-射线辐射敏感元件之间间隔有空间。
依据本发明的另一个优选实施例还提供一种包括离子辐射传感器和电荷注入器的离子辐射成像模块，该离子辐射传感器用于将空间调制的照射的离子辐射转换为相应的电荷分布，该电荷注入器用于在至少接近大气压力的环境中将电荷注入到离子辐射传感器上，其中在给定的位置上注入到离子辐射传感器上的电荷量对应于在电荷注入之前在该位置上的电荷密度。
可取的是，电荷注入在离子辐射传感器的导电层中产生流动的可测量电流，从而提供一种表示空间调制的照射的离子辐射的信号表示。
依据本发明的另一个优选实施例还提供一种平板数字X-射线图像检测器，该平板数字X-射线图像检测器具有至少一个X-射线可穿透的表面的壳体，该壳体包围着用于保留照射在其上的空间调制X-射线成像辐射的电荷表示的X-射线敏感元件和扫描器，该扫描器用于提供一种在曝光之后扫描该X-射线敏感元件以读出所说的电荷表示从而提供X-射线成像辐射的数字表示的扫描束。
可取的是该扫描束是一种所注入的电荷束。
依据本发明的另一个优选实施例还提供一种离子辐射图像检测器，该离子辐射图像检测器包括用于将照射的离子辐射图像转换为它的数字信号表示的离子辐射敏感元件和用于将光辐射投射到离子辐射敏感元件上的光辐射源，其中在离子辐射敏感元件上的光辐射照射产生俘获占有状态而在离子辐射敏感元件中基本不产生光生自由电荷载流子；以及其中离子图像辐射和光辐射从基本相同的方向照射在离子辐射敏感元件上。
依据本发明的另一个优选实施例还提供一种检测离子辐射图像的方法，该方法包括如下的步骤：提供离子辐射感测多层元件；能够将电荷注入到该多层元件上的扫描电荷注入器；以及耦合到该离子辐射感测多层元件的读取电路的步骤，通过应用扫描电荷注入器产生具有第一值的基本均匀电荷分布使离子辐射感测多层元件感光的步骤；将被感光的离子辐射感测多层元件暴露在离子辐射中的步骤，由此在离于辐射感测多层元件上对应于曝光的离子辐射使电荷重新分布；应用扫描电荷注入器将电荷注入在离子辐射感测多层元件上以产生具有第二值的基本均匀电荷分布，其中在离子辐射感测多层元件的每个位置上的电荷注入量与在电荷注入之前在该位置上的电荷密度相对应，以及其中电流基本对应于所注入的电荷量并在读取电路中流动；读取在该读取电路中流动的电流由此产生对应于所曝光的离子辐射的信号表示。
依据本发明的优选实施例的进一方面，选择第二电荷分布值以降低与表示离子辐射图像的空间傅立叶频率相关的直流分量，以形成色阶再映射函数。
此外依据本发明的优选实施例，第二电荷分布值基本等于第一电荷分布值，由此使注入电荷的步骤起使离子辐射感测多层元件感光的步骤的作用。
依据本发明的优选实施例的进一方面，提供步骤还包括提供扫描光源的步骤，该扫描光源将光辐射束投射到离子辐射感测多层元件上，其中使离子辐射感测多层元件感光的步骤包括将产生俘获状态占有的光辐射束投射在离子辐射感测多层元件上而不直接光生自由电荷载流子由此降低成像重影效应的步骤。
依据本发明的另一个优选实施例还提供一种用于在离子辐射图像的检测的过程中降低图像重影效应的方法，包括如下的步骤：提供具有外部光辐射阻挡层的离子辐射感测多层元件；提供在第一辐照方向上将光辐射辐照在离子辐射感测多层元件上的光辐射源；以及将来自该光辐射源的光辐射束从第一辐照方向在进行X-射线曝光之前投射在离子辐射感测多层元件上的步骤，其中光辐射束在离子辐射感测多层元件上产生俘获状态占有而不直接光发生自由电荷载流子，由此降低成像重影效应。
依据本发明的另一个优选实施例还提供一种检测X-射线辐射曝光的方法，包括提供X-射线辐射感测多层元件的步骤，该X-射线辐射感测多层元件用于将照射的辐射图像转换为对应的视在表面电压模式；以及在曝光的过程中感测视在表面电压模式以提供X-射线辐射曝光数据的步骤。
可取的是，所提供的X-射线辐射曝光数据是图像数据。
整个说明书参考X-射线辐射进行说明，但可以理解的是本发明的应用并不限于X-射线辐射，而是还可以延伸到所有的适合的离子辐射，在此X-射线辐射仅是这些辐射中的一种实例。
附图说明
通过下文结合附图的详细描述能够更清楚完整地理解本发明。
附图1所示为依据本发明的优选实施例并入了增强图像检测模块的数字X-射线系统。
附图2A和2B所示分别为形成附图1的系统的一部分的图像检测模块的简化图和剖面图，附图2B所示为沿着附图2A的B-B线的剖面图。
附图3所示为附图2B所示的剖面图的部分放大图。
附图4所示为进一步说明附图2B的剖面图的一部分视图。
附图5所示为在附图4中所示的结构中使用的细长光源的简化视图。
附图6所示为附图5的细长光源的简化电路图。
附图7所示为驱动在附图4中所示的结构的功率激励器的简化的电路图。
附图8所示为形成在附图2A、2B和3中所示的图像检测模块的一部分的X-射线传感器的简化的部分切除的部分示出的部分方块图。
附图9所示为形成在附图2A、2B和3中所示的图像检测模块的一部分的读出电子器件的简化电路图。
附图10所示为形成在附图2A、2B和3中所示的图像检测模块的一部分的视在表面电压(ASV)传感器的简化的部分切除的部分示出的部分方块图。
附图11A、11B、11C和11D所示为有助于理解附图2A、2B和3中所示的图像检测模块的简化视图。
附图12所示为说明依据本发明的优选实施例处理图像方式实时曝光数据的算法的步骤。
附图13所示为依据本发明的优选实施例检测辐射场边界的步骤的方块图。
附图14所示为依据本发明的优选实施例有助于理解边界检测步骤的图解说明。
具体实施方式
现在参考附图1说明依据本发明的优选实施例的数字X-射线系统。
附图1所示为数字X-射线成像系统20，该数字X-射线成像系统20包括发射X-射线束的X-射线源22。优选准直器24对所发射的X-射线束进行整形。X-射线束照射在优选躺在或站在X-射线可穿透的患者支撑28上的患者26身上。X-射线束然后照射在图像检测模块30上，该图像检测模块30优选如下文所描述的平板数字X-射线检测器。图像检测模块30优选与通过电源线33提供功率的外部电源31连接。该X-射线成像系统可以包括如在本领域中所公知的辐射抗散射栅格32。
通常，准直器24包括两组可移动的铅闸门，设置这两组铅闸门以约束X-射线束并对其进行整形以确定所需的通常为矩形的辐射场面积。通过将辐射场限制到患者组织的相关部位，可以降低到达患者的X-射线的总的剂量，由于降低了原X-射线辐射的散射因此增强了X-射线图像的对比度。
可取的是，通过系统主计算机34控制图像检测模块30的运行，该系统主机34包括控制器和数据处理器。通信链接36可以使用标准的通信协议比如RS232或USB，优选将图像检测模块30连接到系统主机34，并用于控制信息的通信。优选通过高速数据链接38将成像数据从图像检测模块30高速传输到系统主机34的数据处理器，该高速数据链接38可以使用电链接或光纤链接。可替换的是高速数据链接38可以是无线的。
系统主机34的控制器优选控制X-射线发生器40以设置X-射线源22的曝光参数比如管电压(kVp)、管电流(毫安)和X-射线曝光脉冲的最大的预期持续时间。这些参数通常在操作员的控制下根据特定的患者的检查的要求进行设置。依据本发明的优选实施例，X-射线曝光的实际持续时间如下文所述自动地确定。
依据本发明的一种可替换实施例，X-射线发生器40的曝光参数可以自动地输入到发生器控制台(未示)。
数字X-射线系统20还优选包括起图像显示台作用的监测器42，并且还优选包括到系统操作员的用户接口。
可以理解的是图像检测模块30可以用于X-射线系统进行诊断成像比如普通X-射线照相和乳房X-射线照相。
在在此所描述的非限制性的实例中，普通X-射线照相系统比如Pillips Medical Systems International或Siemens MedicalSystems，Inc所出售的普通X-射线照相系统可以形成数字X-射线成像系统20的一部分，该数字X-射线成像系统20通常按如下的方式运行：
将患者数据输入到监测器42并且优选从检查库中选择要进行的检查。依据患者数据和检查类型，从存储在系统主机34的数据库中的查询表将所建议的曝光参数提供给技术人员。将技术人员所选择的曝光参数输送给X-射线发生器40。在曝光之前技术人员将患者设置在X-射线可穿透的患者支撑28上或之前。然后可取的是技术人员调整X-射线源22和准直器24以在空间上确定辐射场。可替换的是，可以自动地运行准直器24，同时应用机电装置和感测设备对X-射线源22和/或准直器24的铅闸门进行定位。
在设置患者之后，通过技术人员在监测器42上或通过应用专门的手工布置和曝光开关对X-射线曝光进行初始化。在患者曝光的过程中，X-射线束照射在患者身上，并且当它通过患者组织时是一种图像方式调制。因此，包含与患者的解剖体组织构造相关的信息的空间调制辐射照射在图像检测模块30上。依据本发明的优选实施例，通过图像检测模块30实时地产生曝光数据并通过数据链接38实时地传输到系统主计算机34的数据处理器。
可以理解的是，相同的数据链接38可以用于传输如下文所述的积分辐射数据和实时曝光数据。实时曝光数据用于提供增强的实时曝光量控制，从而不需要如在已有技术方法中所需的自动曝光控制装置。此外，如下文所述，本发明提供曝光传感器，这种传感器在孔径尺寸和位置方面灵活并能够使实时反馈用于使曝光量控制最佳。这与在已有技术中的同曝光计和其它的曝光控制装置连接的固定的孔径和固定位置的密度传感器相反。因此本发明能够降低实现各种不同的类型的检查所需的诊断图像的对比度所需的曝光量。
可取的是，一旦结束对患者曝光，读出包括表示数字图像的积分辐射值的原始的图像数据并从图像检测模块30通过数据链接38传输到系统主机34的数据处理器。可取的是，校正原始图像数据，然后进行图像处理以提供给与所成像的目标相对应的监测器42进行显示。
通过如已有技术中公知的标准网络通信优选应用医学中数字成像和通信(DICOM)协议将数字图像优选存储在图片存档及通信系统(PACS)中或从图片存档及通信系统(PACS)中检索数字图像。此外或作为一种变型，数字图像可以输出到硬拷贝输出装置比如激光图像器以在胶片或其它的适合的基片上提供图像。
现在参考附图2A和2B，依据本发明的优选实施例，附图2A和2B所示为起附图1的图像检测模块30作用的图像检测模块50。图像检测模块50通常包括分别连接到电源电缆33(附图1)、通信链接36(附图1)和高速数据链接38(附图1)的电源连接器52、控制通信连接器54和高速数据输出连接器56。可取的是，图像检测模块50的成像面积(在附图2A中以参考标号57表示)至少为17”×17”。应用这种尺寸的成像面积将图像检测模块50用于各种普通的X-射线照相检查，而不需要附加的机械旋转。
图像检测模块50优选包括外部壳体58，该外部壳体58包括X-射线传感器60和视在表面电压(ASV)传感器64，这两个传感器分别与积分辐射数据读出电子设备62和实时曝光数据读出电子设备66相连接。外部壳体58还包围着细长的扫描器68、控制电子设备(未示)和运动驱动器(未示)。
对壳体58优选进行EMI-RFI保护和光屏蔽，并优选由重量轻的导电材料比如铝制成并可以包括可取下的上盖69和可取下的底盖71。壳体58优选包括至少一个X-射线可穿透的区域70和至少一个X-射线屏蔽区域74。
通常X-射线可穿透的区域70是如附图2B中所示的壳体58的可取下的上盖69的整体部分。可替换的是，X-射线可穿透的区域70还可以包括由X-射线可穿透的材料比如碳纤维形成的并安装在上盖69上的分离元件。
积分辐射数据读出电子设备62和实时曝光数据读出电子设备66优选位于壳体58的X-射线屏蔽区域74中，因此可以防止直接受到辐射曝光。X-射线屏蔽区域74优选通过将高度吸收X-射线的材料比如铅垫片插入到壳体58中形成。内部基底78优选位于壳体58中并形成为它的整体部分，该内部基底78起一个底部的作用，X-射线传感器60可取下地安装在这个底部上。X-射线传感器60优选是如下文结合具体的附图3所描述的一种多层结构。
积分辐射数据读出电子设备62的运行优选如下文参考附图8-9所描述，并且优选安装在至少一个印刷电路板80上。印刷电路板80优选包括柔性互连区，通过该柔性互连区应用对准块84使永久或活动的连接与X-射线传感器60的外围的非活性的扇出区82对准。活动连接使积分辐射数据读出电子设备62或X-射线传感器60可取下以进行检修或更换，该活动连接可以通过高密度弹性材料导电橡胶连接器或任何其它的适合的连接器实现。永久连接可以应用如本领域公知的各向异性的导电粘性膜。
在X-射线传感器60上提供辐射的曝光量的实时指示的ASV传感器64优选安装在图像检测模块50的上盖69的内部表面上。
依据本发明的优选实施例，ASV传感器64放在X-射线传感器60之上并正对着它，它是如下文结合具体的附图10所描述的一种具有柔性区86和至少一个刚性区88的多层印刷电路板PCB。可取的是，包括由聚酰胺和导电材料制成的很薄的X-射线可穿透层的柔性区86安装在X-射线可穿透区70之下。在其上优选组装有实时曝光数据读出电子设备66的ASV传感器64的刚性区88优选安装在上盖69的X-射线屏蔽区74之下。可替换的是，应用活动或永久的连接可以将包含实时曝光数据读出电子设备66的分离的印刷电路板连接到ASV传感器64的柔性区86上。活动连接可以使用高密度弹性导电橡胶连接器或其它标准高密度连接器，而永久连接可以应用如本领域公知的各向异性的导电粘性膜。
细长的扫描器68优选包括细长的电荷注入器并可以进一步包括细长的光源，细长的扫描器68优选如下文参考附图4所描述的扫描器。通常，应用常规的机电装置(未示)细长的扫描器68能够前后扫描X-射线传感器60以提供沿着常规的线性导轨90的线性运动。
现在参考附图3，附图3所示为包括X-射线传感器60、细长的扫描器68和ASV传感器64的图像检测模块50(附图2B)的有源部分的剖视图。为简洁起见，没有整个地示出图像检测模块50。
从底部到顶部X-射线传感器60优选包括电介质支撑基片100、形成并表面堆焊在该支撑基片100上的导电电极阵列102、覆盖在导电电极阵列102上的光电转换层104和覆盖在导电电极阵列102上的光辐射阻挡层106的叠层。依据本发明的一个实施例，电荷缓冲层108的厚度通常小于1微米到几微米，并设置在光电转换层104和在下面的导电电极阵列102之间的界面上。
支撑基片100提供X-射线传感器60的机械支撑和空间稳定性并可以作为在其上形成层102、108、104和106的基底。此外，支撑基片100提供导电电极阵列102的电绝缘。可取的是，支撑基片100是一种厚度通常为1毫米-5毫米并具有平的相对无缺陷的顶面的电绝缘面板。支撑基片100的适合的材料的实例有Corning玻璃7059和1737和Schott Glass AF-45和Borofloat。
依据本发明的变型优选实施例，支撑基片100可以是一种绝缘刚性材料比如氧化铝或在其外表面上具有电介质的金属基片。
依据本发明的优选实施例，导电电极阵列102包括许多条状电极如在附图8中所示的条状电极221，这些条状电极优选一致地平坦、细长并平行，并且这些条状电极优选终止在如附图2B和附图8中所示的扇出区域中。
优选应用光蚀刻法和湿或干刻蚀技术形成导电电极阵列102以对基本连续的导电膜进行构图并进行分段，该导电膜淀积在支撑基片100的表面上。可替换的是，可以应用热烧蚀技术比如激光烧蚀蚀刻来对导电膜进行构图并进行分段。
导电膜优选薄的镀层比如氧化铟锡(ITO)、铝、金、铂、铬或任何其它导电材料，应用常规的真空淀积技术比如溅射或热蒸发将该镀层淀积在支撑基片100上以形成厚度在1000-10,000埃的基本均匀的无小孔层的导电层。
在导电电极阵列102的相邻的条纹电极221(附图8)之间的间距确定了在y方向上的图像检测模块50的分辨率。例如，通过应用间距为100-50微米的条纹电极221(附图8)分别实现10-20线每毫米的分辨率。可取的是，每个条纹电极221(附图8)的宽度至少比在相邻的电极之间的间距大4倍。
通常，如上文所述，积分辐射数据读出电子设备62(附图2B)固定连接或活动连接到导电电极阵列102的连接扇出区(未示)。
光电转换层104优选设置在导电电极阵列102之上的薄的阻挡层108之上，并优选具有适合于作为X-射线成像材料的特性。在感光和在入射辐射中曝光之后，在光电转换层104中将X-射线光子有效地转换到电荷载流子。可提取的光生自由电子空穴对优选具有较高的电荷载流子迁移率和持续时间以使电荷载流子的平均自由路径大于光电转换层104所需的厚度。此外，光电转换层104优选具有较高的暗电阻率以产生较低的暗电流，以在X-射线成像的过程中保持电场。此外，光电转换层104优选具有如下的特征：在其中的电荷载流子的俘获点的密度较低。
光电转换层104可以由非晶硒、硒合金、碘化铅、氧化铅、溴化铊、碲化镉锌、硫化镉、碘化汞以及其组合或在所研究的辐射光谱中具有光电X-射线灵敏度的任何其它的适合的材料形成。通常对于医疗成像应用，X-射线光子能量光谱的范围为从18至150千电子伏特。
可以理解的是，由于较高的暗电阻率，通常选用掺有砷和氯的非晶硒用作光电转换层104的材料。然而，如下文详细地描述，本发明的特定的特征在于通过从积分辐射数据中析出直流分量因子可以允许具有更高的暗电流的材料。
可取的是，如下文进一步描述，光电转换层104的厚度足够吸收至少50％的入射X-射线辐射。例如，当应用非晶硒或硒合金时，要求达到至少50％的吸收的厚度的范围为从大致30微米(在18千电子伏特)到600微米(在150千电子伏特)。因此，依据所应用的特定的医疗成像应用，例如乳房X线照相或普通X-射线照相，当应用非晶硒时光电转换层104的厚度范围为从200微米(乳房X线照相)到600微米以上(普通X-射线照相)。
可取的是，根据形成光电转换层104的材料和根据形成导电电极阵列102的材料，具有单极性电荷阻挡特性的电荷缓冲层108可以放在导电电极阵列102之上。电荷缓冲层108的功能是防止一个极性的电荷从导电电极阵列102注入到被感光的光电转换层104中，由此降低了暗电流和暗衰减，而同时允许在曝光的过程中反极性的电荷穿过光电转换层104并聚集在导电电极阵列102。
当光电转换层104是非晶硒时，具有单极性阻挡特性的电荷缓冲层108可以通过真空淀积由厚度达几微米的非晶三硒化二砷(a-As.sub.2 Se.sub.3)形成。可替换的是，电荷缓冲层108可以是具有用于两个极性的电荷载流子的阻挡特性的亚微米厚度的电介质敷层比如氧化硅和氮化硅。
光辐射阻挡层106是具有厚度高达几十微米的单层或多层结构。光辐射阻挡层106放在光电转换层104之上，通常吸收广泛的非离子辐射光谱带比如不希望的柔紫外线、可见光和近红外线辐射，并阻止所说的非离子辐射穿透光电转换层104，而同时允许离子辐射通过。
可替换的是，光辐射阻挡层106可以具有低通滤光特性，由此阻挡更窄的辐射光谱带，以设计穿透光电转换层104的光辐射光谱。在这种情况下，优选通过光辐射阻挡层106阻挡具有比光电转换层104的带隙能量更高的辐射光子。因此在光电转换层104中产生自由电荷载流子的直接光生成的辐射光子被光辐射阻挡层106所阻挡，并阻止它到达光电转换层104。相反，具有能量在光电转换层104的带隙能量之下的光子优选以相对较低的吸收系数透过光辐射阻挡层106。因此，产生从价电子带到在导电带之下的能量状态比如俘获状态的电荷激励的辐射光子穿透光辐射阻挡层106，因此并没有阻止它与光电转换层104的相互作用。
例如，当应用非晶硒作为光电转换层104时，光辐射阻挡层106的光子截止能量优选大约为2电子伏特，高于该截止能量的光子被极大地吸收而低于该截止能量的光子吸收很少。对于其它的光电转换材料，可以选择具有不同的适合的光子截止能量的光辐射阻挡层106。
如下文所描述，本发明的特定的特征在于光辐射阻挡层106的光谱过滤的特性在使光辐射用于在光电转换层104上的俘获状态占有方面特别有用。从与离子辐的射照射方向相同的方向将光辐射直接投射到光电转换层104，这能够有效地降低重影效应。在连续图像之间的重影问题是本领域的公知的问题。通过应用光辐射阻挡层106作为具有光截止能量的辐射阻挡层，本发明通过在使X-射线传感器60的感光的过程中应用光照射来使俘获状态饱和克服了公知的重影问题，由此如下文参考附图11A所述在成像的过程中降低了重影效应。
除了滤光特性以外，光辐射阻挡层106基本限制至少一个极性的电荷的通过。光辐射阻挡层106优选具有如下的特征：至少一个极性的电荷载流子的很短的电荷传输范围，因此它也具有单极性或双极性电荷阻挡层的作用。这通常是通过较高能级的电荷俘获至少一个电荷极性的电荷产生的。在光辐射阻挡层106中俘获的电荷载流子的电荷传输范围可以高达几十微米，如下文参考附图11A所描述，在感光的过程中在其中产生最大的电场下优选的电荷传输范围高达几微米。
可取的是，当光辐射阻挡层106是双极性电荷阻挡层时，电荷缓冲层108所阻挡的电荷的反向极性的电荷被阻挡并作为空间电荷保留在光辐射阻挡层106的体积内或其表面上。
当光电转换层104是非晶硒时，光辐射阻挡层106优选通过真空淀积几微米厚的掺有硒的碱金属层形成以提供单极性正电荷阻挡层以及阻挡波长短于600纳米的光辐射。可替换的是，可以应用电介质聚合载体制备光辐射阻挡层106，该电介质聚合载体是带有所选择的吸收性的涂剂/染料的混合物，以实现所需的吸收光谱带，而同时保持电荷载流子迁移特性，如下文所描述。当应用这种类型的光辐射阻挡层106时，应用常规的有机材料的涂敷技术比如浸涂、旋涂和溅射将由此所制备的光辐射阻挡材料优选淀积在位于光电转换层104之上的钝化层(未示)上。
钝化层(未示)优选放在光电转换层104之上并对光电转换层104进行化学和/或物理钝化。用于钝化层(未示)的适合的材料的实例有电介质聚合物比如聚对苯二甲撑，如本领域所公知，这种材料可以在室温下通过真空淀积用作保形涂层。可取的是，复合的钝化层(未示)和光辐射阻挡层106的厚度为几微米到几十微米的范围。
除了X-射线传感器60以外，图像检测模块50还包括ASV传感器64，如下文参考附图10所描述，该ASV传感器64优选包括具有至少一个电介质支撑层120和电荷跟踪层122的多层结构。
空间124优选以适合的气体比如空气在至少接近大气压的压力下填充，它优选将ASV传感器64的电荷跟踪层122与X-射线传感器60的光辐射阻挡层106分开。
如附图3所示，细长的扫描器68沿着轴线130在x方向上在分隔ASV传感器64和X-射线传感器60的空间124中扫描X-射线传感器60。细长的扫描器68的扫描可以使X-射线传感器60感光和/或读取照射在X-射线传感器60上并对应于积分的X-射线辐射的电荷分布，如下文结合具体的附图11A-11D所描述。
在z方向上，细长的扫描器68优选与X-射线传感器60的顶部表面间隔开预定的距离，通常选择该距离以在细长的扫描器的楔132和X-射线传感器60的顶部表面之间距离0.1毫米-0.3毫米。可以理解的是，在这个范围内，所保持的在细长的扫描器的楔132和X-射线传感器60的顶部表面之间的精确的距离对于图像检测模块50(附图2)的运行并不关键。
为了实现非常紧密和基本平的图像检测模块50(附图2)，z-方向的细长的扫描器68的尺寸优选非常小，通常为5-15毫米，同时使空间124在扫描的过程中对于细长的扫描器68的间隙足够。
现在参考附图4，附图4所示为依据本发明的优选实施例构造和运行的细长的扫描器150的剖面图，它的作用如细长的扫描器68(附图2B和3)。
为简洁起见，在附图4A中没有示出与X-射线传感器60(附图3)相同的X-射线传感器(未示)，仅示出了与光辐射阻挡层106(附图3)相同的光辐射阻挡层170。
细长的扫描器150优选包括电绝缘壳体组件152和电荷注入器156。此外，细长的扫描器150可以包括细长的光源160，该细长的光源160优选用于在在此所描述的X-射线传感器60(附图3)的光电转换层104(附图3)的俘获状态饱和。
可取的是，电荷注入器156包括具有外部端子A的嵌入的细长电极172和具有外部端子B的外露的屏蔽电极174。嵌入的细长电极172优选厚度为几百微米的薄膜导线电极，并具有薄膜电介质涂层176比如通常为几十微米厚的玻璃。嵌入的细长电极172优选安装在细长电介质支撑178上，细长的电介质支撑178通常为由玻璃、氧化铝或其它的电介质陶瓷制成的棒。外露的屏蔽电极174优选通过将厚度为几十微米的薄膜导线在细长的电介质支撑178和嵌入的电极172上绕成基本相互间隔开的线圈形成。
可以理解的是，嵌入的细长电极和细长屏蔽电极的变型结构也是可以的，可以理解的是在嵌入的细长电极、外露的屏蔽电极和电介质涂层之间的关系决定了通过交流电压源驱动的电荷注入器156的电容，由此决定了其电阻抗。
通过在嵌入的电极172的端子A和外露的屏蔽电极174的端子B之间连续地或脉冲地施加调制的交流电压启动电荷注入器156，该电压通常为幅值在2000-2500伏特峰值到峰值和频率在几十千赫兹到几兆赫兹之间的浮动型正弦波形电压。选择该交流电压以产生足够在电介质涂层176的暴露区域上在空气中产生放电的强交流电场，在电介质涂层176的暴露区域中外露的屏蔽电极174与嵌入的细长电极相交叉。因此，依据在此所描述的结构，形成了细长的放电点180，在启动电荷注入器176的过程在放电点180上进行放电。
前文所述的放电优选产生相对较大量的正和负电荷，所产生的电荷量基本取决于交流电压的频率。将所产生的电荷的一部分以如下的方式注入在光辐射阻挡层170中：通过当将偏压VB施加在外露的屏蔽电极174和在光辐射阻挡层170之下的X-射线传感器60(附图3)的导电电极阵列102(附图3)之间时所产生的压注力，优选将电荷(正或负)从细长的放电点180注入到光辐射阻挡层170中。通常偏压VB是可调整的并将直流电压控制在0-5000伏特的范围内。
可取的是，为了能够通过偏压VB有效地控制将由此所产生的电荷注入到光辐射阻挡层170中，外露的屏蔽电极174被构造成使在其上施加交流电压的嵌入的细长电极172与X-射线传感器60(附图3)静电屏蔽开。
从电荷注入器156注入到光辐射阻挡层170的电荷通常自淬灭。通过在光辐射阻挡层170上积累的电荷所产生的空间电荷将注入力逐渐降低到基本可忽略的值。因为注入优选包括双极性电荷，在光辐射阻挡层170上的原始电荷或残余电荷基本不影响在X-射线传感器60(附图3)上的最终积累电荷密度。相反，最终积累电荷密度基本由偏压VB的幅值和极性决定。可以理解的是在X-射线传感器60(附图3)上通过电荷注入器156所注入的实际电荷量对应于在电荷注入之前在那里所保留的电荷密度。
通过静电能垒182在空间上处理注入到光辐射阻挡层170的电荷，该静电能垒横跨X-射线传感器60(附图3)的导电电极阵列102(附图3)。静电能垒182优选通过沿着电介质楔的垂直面淀积厚度为几微米到几十微米的薄膜导电涂层形成。通常通过电绝缘材料比如玻璃或陶瓷形成楔184，并且楔184优选与电绝缘壳体组件152是一体的。可替换的是，当用陶瓷形成楔184时，如在本领域公知的那样可以通过共同焙烧金属化沿着其垂直表面形成静电能垒182。可以理解的是电绝缘壳体组件152还可以提供具有机械刚性和强度的细长扫描器156。
可取的是，静电能垒182是与外露的屏蔽电极176直接电接触，并偏压到相同的偏压电压VB。结果，设计沿着静电能垒182的电场以使所注入的电荷沿着静电能垒182控制到光辐射阻挡层170，同时基本防止在静电能垒182之上的在光辐射阻挡层170的区域中的电荷流动。
电绝缘壳体组件152通常由两个子组件190和192形成，应用常规的机械装置(未示)固定子组件190和192。在固定后，子组件190和192可以牢固地保持并对准电荷注入器156。
依据本发明的非限制性的实施例，细长的光源160能够将光投射到X-射线传感器60上，将细长的光源160嵌入在电绝缘壳体组件152的子组件192中。
可取的是，细长的光源160包括单个光发射二极管(LED)的细长的线性阵列并具有两个外部端子B和C以输送电能，如下文参考附图6所描述。
如在此所描述，本发明的优选实施例的特定特征在于应用细长的光源160所发出的辐射足够填充并使光电转换层104(附图3)上的俘获状态饱和。因此，选择LED的发射峰值波长以使与其相关的光子能量低于如上文所描述的光辐射阻挡层170的光子截止能量。例如，当光电转换层104(附图3)是非晶硒或硒合金时，细长的光源160优选发射峰值波长优选长于600纳米的辐射，比如常规的红色LED。
现在参考附图5，附图5所示为依据本发明的细长的光源160的优选实施例的剖面图。如上文所述，细长的光源160优选包括许多光发射二极管芯片(LED)200，这些二极管芯片200以细长的阵列设置并优选表面安装在刚性印刷电路板(PCB)202的一侧。可取的是，控制流经LED 200的电流并由此控制LED的亮度的许多电阻204表面安装在PCB 202的相反的一侧上。
可取的是，将细长的光源160插入到绝缘壳体组件152(附图4)的组件192(附图4)。可以理解的是，在此所描述的实例提供细长的光源160的一种非限制性的实施例，也可以使用变型的光源比如狭缝式荧光细长灯。
现在参考附图6，附图6所示为包括在PCB 202(附图5)上的LED200的阵列的细长的光源160的电路图。可取的是，LED 200划分成并联的组。在每组中，LED 200串联到一个或多个电流限制电阻204。可取的是，通过施加在端子B和C之间的单浮动型直流电压源VL驱动LED200，该端子B和C优选与附图4的端子B和C相对应。VL通常为几十伏特的量级。
现在参考附图7，依据本发明的优选实施例附图7所示为驱动细长的扫描器150的细长的光源160和电荷注入器156的功率激励器的电路图。可以理解的是，以如下的方式可以分别或同时启动细长的扫描器150的细长的光源160和电荷注入器156：
如上文所述，通过在嵌入的电极172的端子A和外露的屏蔽电极174的端子B之间施加相应的调制浮动型交流电压连续地或脉冲地启动电荷注入器156(附图4)。通过相对于与X-射线传感器60(附图3)的导电电极阵列102(附图3)相连接的接地端给端子B施加偏压VB驱动电荷注入。
如上文所述，通过在细长的光源160(附图4)的端子B和C之间施加浮动型直流电压VL启动细长的光源160(附图4)。
如附图7所示，电荷注入器156和细长的光源160优选浮动在施加到端子B的相同高的直流偏压VB。这就消除了在细长的光源160的电路和电荷注入器156之间的电应力，以及消除了在细长的光源160和X-射线传感器60(附图3)之间的电应力。
现在参考附图8，附图8所示为依据本发明的优选实施例构造并运行的X射线传感器210的部分切除的顶视图。可取的是，X-射线传感器210是一种与上文参考附图3所描述的X-射线传感器60类似的多层结构。X-射线传感器210优选包括具有电介质支撑基片212、导电电极阵列214、光电转换层216和光辐射阻挡层218的叠层结构。X-射线传感器210还包括设置在光电转换层216和导电电极阵列214之间的电荷缓冲层220。
电介质支撑基片212、导电电极阵列214、光电转换层216、光辐射阻挡层218和电荷缓冲层220优选分别与电介质支撑基片100、导电电极阵列102、光电转换层104、光辐射阻挡层106和电荷缓冲层108相同，所有这些层都如上文参考附图3所作的描述。
如附图8所示，导电电极阵列102通常包括在扇出区222终止的许多共平面的细长电极221。
起积分辐射数据读出电子设备62(附图2B)作用的积分辐射数据读出电子设备223优选与X-射线传感器210耦合。积分辐射数据读出电子设备223优选包括电荷读出电路224、许多模拟到数字转换器226以及数据总线缓冲器228。通常，电荷读出电路224包括许多多通道模拟的低噪声的电荷读出ASIC 231，下文具体参考附图9进行描述。可取的是，应用标准的芯片装载在板上的技术将ASIC安装在印刷电路板80(附图2B)上。
通常，对于具有成像面积17”×17”的X-射线传感器210，导电电极阵列214包括大约3600个电极221(附图8)。多通道电荷读出ASIC 231(附图9)的读出通道的数量等于或大于导电电极阵列214的导电电极221的数量，同时每个电极221都连接到单个读出通道。可替换的是，几个电极301可以连接到单个通道，由此降低一维空间分辨率。因此，依据本实例，电荷读出电路224优选包括每个都与一个扇出区222相连接的15个多通道电荷读出ASIC 231(附图9)，每个ASIC 231(附图9)都包括120个读出通道。
依据本发明的优选实施例，在位于X-射线传感器210的相对的非活性的周边区域中的两个扇出区222上实施在电极221和电荷读出电路224之间的连接。可取的是，电板221的一半电极通过第一扇出区连接，另一半电极通过第二扇出区连接以使相邻的电极都连接到相反的扇出区中。这样，降低了在每个扇出区上的连接密度。常规的连接技术比如上文所提及的那些连接技术都可以使用以在X-射线传感器210和积分辐射数据读出电子设备223之间形成活动的或永久的电连接。
可以理解的是，除了应用ASIC 231(附图9)以外，应用如本领域公知的SMT技术通常将积分辐射数据读出电子设备223的部件安装在PCB 80(附图2B)上。
现在参考附图9，附图9所示为依据本发明的优选的非限制性的实施例附图8的电荷读出电路224。
如上文所指出，电荷读出电路224优选包括许多多通道读出ASIC231。每个多通道电荷读出ASIC 231优选包括三个基本级：电荷放大级232、采样和保持级234和多路转换器236。
对于每个读出通道，电荷放大级232包括低噪声、频带宽度受限、与反馈电容器240相连接以定义电荷放大器增益的双向电荷积分器238和周期性地使电荷积分器238复位的固态复位开关242。可以选择反馈电容器240以依据X-射线传感器210(附图8)的特定参数提供适合的增益。
通常电荷放大级232从电极221(附图8)接收电荷的双向电流并提供对应的正或负的输出电压值，每个输出电压值表示在通过复位开关242的连续的复位之间的单个的电荷积分器238上的积累的电荷。从电荷放大级232输出的输出电压值通过采样和保持级234进行采样，每个读取通道对应于同步的双重采样和保持电路244。同步的双重采样和保持电路244提供基本连续的采样，并且通常包括两个子电路246和248，每个子电路优选包含一个电容器250和两个固态开关252。
在读取的过程中，两个子电路246和248中的一个子电路从电荷放大级232采样一个值而同时另一个子电路保持先前所采样的值以通过缓冲器256提供多路转换器236所采样的保持值。
依据确定所读取的图像的每个光栅线的宽度的读取采样频率，以预定的时间间隔，子电路246和248的功能是为读取新的光栅线通过固态开关252在采样和保持之间进行相互交换。在交换之后，通过复位开关242立即使电荷积分器238复位并也使处于采样模式中的子电路246或248复位，由此积分和采样仅与所读取的光栅线的电荷相关。
在附图9中，如固态开关252所示，在完成复位之后所示的子电路246对电荷积分器238的输出进行采样，而所示的子电路248通过缓冲器256保持先前所采样的值以通过多路转换器236进行采样。
可以理解的是，如上文所描述当连续地启动细长的扫描器150(附图4)的电荷注入器156(附图4)时通过采样和保持级234或任何其它的适合的电路所实施的基本未中断的连续采样很重要。
通过对每个缓冲器256以通过控制器(未示)所输送的时钟CLK的频率所确定的速率进行顺序地寻址，多路转换器236从读取通道提供积分模拟数据的并行到串行转换。通常，应用每个CLK的脉冲，顺序缓冲器256的模拟输出通过缓冲器260提供给公共输出线258。公共输出线258优选由一组串联的多通道电荷读出ASIC 231共享，由此给一组串联的多通道电荷读出ASIC 231提供公共的输出线。每个公共的输出线258对应于单个级联。
信号SCI和CSO都用于给多通道电荷读取ASIC 231提供级联功能。通过芯片选择输入信号SCI选择每个多通道电荷读取ASIC 231，芯片选择输入信号SCI关闭开关262以将所保持的模拟数据从缓冲器256传输到公共输出线258。当最后的缓冲器256已经将它的模拟数据传输到输出线258时，通过多通道电荷读取ASIC 231的多路转换器236提供芯片选择输出信号SCO。SCO使开关262断开并给级联的下一多通道电荷读取ASIC 231提供SCI信号。通过ASIC级联，可以理解的是一组ASIC作为单个扩展的ASIC执行。
可以理解是，在所有的电极221(附图8)上通过所有的多通道电荷读取ASIC 231并行地采样表示光栅线的数据，每个多通道电荷读取ASIC 231都与单个的输出线相连接。在并行采样一个电荷数据光栅线所需的时间内，所有的缓冲器256的保持数据表示先前所采样的电荷数据光栅线，并沿着级联的输出线258同时连续地输出。
再次参考附图8，每个输出线258与对应的提供模拟到数据转换的A/D转换器相连。A/D转换通常具有14到8位的分辨率，这取决于是否在读取的过程中使用色阶再映射功能，如下文参考附图13所描述。从所有的A/D转换器226将输出的数字信号通过数据总线缓冲器228传输到公共的数据总线264，每个数据总线缓冲器228优选包括三态输出。
在从X-射线传感器210读取积分数据的过程中，从所有的A/D转换器226同时将数字数据以第一传输速率连续地输出到对应的数据总线缓冲器228。应用通过控制器(未示)输送的Enable信号EN以第二传输速率将数据总线缓冲器228的数据连续地传输到公共输出数据总线264，以对每个数据总线缓冲器228进行顺序地寻址由此从其中输出数据。通常，第二传输速率比第一传输速率高得多。因此模拟到数字转换可以以相对较低的速率进行，这简化了积分数据读取电路222并降低了A/D转换器226的成本。
可以理解的是，选择从不同的数据总线缓冲器228的数据传输顺序，以依据扇出区222的结构和电连接到电荷读出电路224的电解221的顺序正确地重构所读取的光栅线。
进一步可以理解的是在数据总线264上输出的数字数据提供照射在X-射线传感器210上对应于所成像的目标的空间调制X-射线积分辐射的信号表示。
现在参考附图10，附图10所示为依据本发明的优选实施例构造并运行的起ASV传感器64(附图2B)作用的ASV传感器270的部分切除的底视图。ASV传感器270优选为具有柔性区272和刚性区274的多层印刷电电路板，柔性区272和刚性区274分别起在附图2B的实施例中的柔性区86和刚性区88的作用。
柔性区272优选为薄的X-射线可穿透的聚酰亚胺多层PCB，相对于X射线投射的方向该PCB从下面到上面依次具有：电荷跟踪层276、电介质层278、扇出层280和电介质支撑层282。电荷跟踪层276和扇出层280优选是很薄构图的导电层，每个层的厚度为几微米以使X-射线可穿透。可以理解的是ASV传感器270设置在图像检测模块比如图像检测模块50(附图2B)内以使电荷跟踪层276正对着X-射线传感器60(附图2B)。
电荷跟踪层276优选通过常规的PCB制造技术形成的镀金的铜层以形成基本共面的离散的板状电极274阵列，并且优选按X行和Y列设置。板状电极274的结构确定了ASV传感器270的感测孔径。可取的是，依据如下文所描述的ASV传感器270所需的分辨率，板状电极274为方形，其尺寸为几毫米乘几毫米到几十毫米乘几十毫米。可以理解的是，还可以使用其它几何结构或尺寸的板状电极274。
每个板状电极274优选与专用的输出线283相连接。在X-射线曝光的过程中，以电荷形式的实时辐射数据从每个板状电极274通过相应的输出线283流到相应的实时辐射数据读取电子设备278的每个通道。
输出线283优选布置在扇出层280中，该扇出层280通过电荷跟踪层276与X-射线传感器60(附图2)基本静电屏蔽开，由此降低在ASV传感器270的信号之间的串扰。可替换的是，输出线283形成为电荷跟踪层272的一部分，确保填满该面积的输出线283的布线面积比板状电极274的面积小得多，以降低信号的串扰。当输出线283形成为电荷跟踪层272的一部分时，就不需要扇出层280。
依据本发明的变型优选实施例，电荷跟踪层276可以包括相对较少数量的大面积、固定形状的板状电极，这种板状电极起具有感测孔径的局部传感器的作用并与离子室常规自动的曝光控制设备的传感器类似。可以理解的是在这种情况下通过ASV传感器所感测的信息并不是图像方式而是类似于通过局部密度传感器所感测的方式，并可以包括几种不同的可读场。在此所描述的方法的优点是ASV传感器形成了图像检测模块50(附图3)的简单的积分部分。
除了柔性区272的薄的多层以外，刚性区274优选也包括玻璃纤维环氧薄片比如FR4。刚性区274优选是一种基片，应用如在本领域中所公知的板上安装芯片技术和/或SMT在该基片上安装实时辐射数据读取电子设备284。扇出层280延伸到柔性区272和刚性区274之上，如在本领域公知的那样通过孔(未示)在板状电极274和实时辐射数据读取电子设备284之间提供电连接。
实时辐射数据读取电子设备284优选包括电荷读出电路286、模拟到数字(A/D)转换器288和数据总线缓冲器290。可以理解的是实时辐射数据读取电子设备284的功能(即以流动电荷的形式读出数据)类似于积分辐射数据读取电子设备223(附图8)的功能。因此，电荷读出电路286、模拟到数字(A/D)转换器288和数据总线缓冲器290通常与上文结合附图8所描述的电荷读出电路224、模拟到数字(A/D)转换器226和数据总线缓冲器290分别相同。然而，由于流到实时辐射数据读取电子设备284的电流的幅值不同于在积分辐射数据读取电子设备223(附图8)的电流的幅值，因此附图10的实施例优选应用具有增益不同于电荷积分器238(附图9)的增益的电荷积分器(未示)。可以理解的是在实时辐射数据读取电子设备284的两个连续的复位之间的采样时间确定了从所有的并联板状电极274中读出整个数据帧所需的时间。
可以理解的是电荷读出电路286的输入通道的数量优选对应于板状电极274的数量。板状电极274的数量优选为几百到几千。可以理解的是增加板状电极274的数量可以增加ASV传感器270的空间分辨率并得到更高分辨率的图像方式的数据。权衡为提供基本图像方式的实时辐射信息而优选需要较多数量的板状电极274的数量和为进行实时数据处理而优选需要较少数量的板状电极274的数量来选择板状电极274的精确的数量。
依据如下文所述的用于检测在X-射线传感器60(附图3)上的辐射场的边界的实时处理算法，确定包含在辐射场的边界内的极板电极294的整个组294。可替换的是，依据下文参考附图13所描述的算法确定极板电极274的局部组196。
通过电荷积分读出的实时辐射数据提供了一种用于实时曝光量控制的曝光数据。曝光量控制允许优化每次检查，由此消除了在已有技术中由患者相对于自动曝光控制设备对准不好造成的不精确。此外，不使用在已有技术中的固定孔和通常与已有技术中的曝光计和其它的曝光控制设备相连接的固定位置密度传感器，本发明提供基本图像方式的实时曝光数据，这种实时曝光数据能够实时图像对比度反馈用于如下文所描述的曝光量优化。因此对于各种不同的类型的检查本发明可以使达到所需的诊断对比度所需的曝光量更低。
在X-射线辐射曝光的过程中以下面的方式通过ASV传感器270实时地检测与辐射吸收量相对应的X-射线传感器60(附图3)或X-射线传感器210(附图8)的视在表面电压：通过实时辐射数据读取电子设备284将ASV传感器270偏压到地电位。如下文参考具体的附图11A所描述，由于在X-射线传感器60(附图3)和ASV传感器270之间的空间124中的静电状态，在电荷跟踪层272中的电荷重新分布基本跟踪并对应于在曝光的过程中在X-射线传感器60(附图3)上所产生的静电荷分布图。在电荷跟踪层272中的电荷重新分布使可测量的电流在实时辐射数据读取电子设备284中流动，由此提供表示X-射线传感器60(附图3)的视在表面电压的信号。
电荷跟踪的空间分辨率是将ASV传感器270同X-射线传感器60(附图3)间隔开的空间124(附图3)和在其中的电场的强度的函数。ASV传感器270的空间分辨率受到电荷跟踪的空间分辨率的限制，而实际的分辨率由板状电极274的尺寸和数量确定。
可以理解的是，在附图10所示的实施例中ASV传感器270包括单个多层PCB。然而，根据在其中并入ASV传感器270的图像检测模块50(附图2B)的尺寸，ASV传感器270可以实际包括几个多层PCB，每个多层PCB都包括柔性区272和平铺的刚性区274以产生扩展的柔性区272，从而使ASV传感器270具有更大的感测面积。
进一步可以理解的是在结构上类似于ASV传感器270的ASV传感器可以用于其它的检测系统或目的中感测视在表面电压，在这些应用中视在表面电压的实时指示提供有用的系统反馈。
现在参考附图11A-11D，这些附图说明了依据本发明的优选实施例构造和运行的图像检测模块320的操作。图像检测模块320起附图1的图像检测模块30或附图2B的图像检测模块50的作用。
图像检测模块320优选包括一壳体(未示)，该壳体包围着连接到积分辐射数据读出电子设备324的X-射线传感器322、连接到实时辐射数据读出电子设备328(附图11B)的ASV传感器326(附图11B)、细长的扫描器330、控制电子设备(未示)、运动驱动器(未示)和如上文所描述的电功率激励器。图像检测模块320的壳体(未示)优选与壳体58(附图2B)相同。
填充有气体比如优选大气压压力下的空气的间隔空间331(附图11B)将ASV传感器326和X-射线传感器322分开。X-射线传感器322优选包括如上文参考具体的附图3所描述的叠层，该叠层从底部到上部依次包括电介质支撑基片100(附图3)(在附图11A-11D中没有示出)、导电电极阵列332、光电转换层334和放在上面的光辐射阻挡层336。依据本发明的一个优选实施例，在附图11A-11D中没有示出的单极性或双极性的电荷缓冲层108(附图3)设置在光电转换层334和放在下面的导电电极阵列332之间。
导电电极阵列332、光电转换层334和光辐射阻挡层336优选分别与导电电极阵列102(附图3)、光电转换层104(附图3)和光辐射阻挡层106(附图3)相同。
对于下文的讨论，认为在静电学上导电电极阵列332为连续电极，因为在它的条状电极之间的间隙通常低于图像检测模块320的总的工作分辨率。
用于在曝光之后以电荷的形式读出积分辐射数据的积分辐射数据读出电子设备324(附图11C)优选如在此结合具体的附图8所描述的积分辐射数据读出电子设备。
ASV传感器326优选与在此参考ASV传感器64(附图3)或ASV传感器270(附图10)所描述的ASV传感器相同，该ASV传感器326正对着X-射线传感器322。为了下文的讨论，仅示出了ASV传感器326的电荷跟踪层337。
优选用于读取实时曝光数据的实时辐射数据读出电子设备328与在此参考具体的附图10所描述的实时辐射数据读出电子设备相同。
细长的扫描器330优选包括具有细长的静电能垒340的电荷注入器338，并可以进一步包括细长的光源342。细长的扫描器330优选与上文参考细长的扫描器150(附图4)所描述的细长的扫描器相同。优选应用常规的机电装置沿着X轴线在X-射线传感器322上前后地驱动细长的扫描器330。
现在参考附图12，附图12所示为有助于理解本发明附图11A-11D的图像检测模块320的简化的等效电路示意图。
电容器CP表示X-射线传感器322(附图11A)的具体的电容，而电容器CG表示ASV传感器326(附图11B)的具体的电容，该电容是通过相关的间隔331(附图11B)在电荷跟踪层337(附图11B)和光辐射阻挡层336(附图11B)之间产生的电容。
如附图12所示，表示导电电极阵列332(附图11A)的单电极221(附图8)的电容器CP的电极343电耦合到表示积分辐射数据读出电子设备324(附图11A)的单通道的电荷积分器344。表示电荷跟踪层337(附图11B)的单板状电极274(附图10)的电容器CG的电极345电耦合到表示实时辐射数据读出电子设备328(附图11B)的单通道的电荷积分器346。通过电荷积分器344和346的接地端并联电容器CP和CG。
如上文参考附图4所描述可调的偏压VB表示施加到电荷注入器338(附图11A)的静电能垒和屏蔽电极上的偏电压。开关347是表示电荷注入器338(附图11A)的启动效应的等效电开关。
再次参考附图11A，优选以如下的方式对X-射线传感器322进行感光：
在细长的扫描器330扫描之前，将偏压VB调整到感光偏压值VS。相对于通过积分辐射数据读出电子设备324与导电电极阵列332相连的地电位GND，将该感光偏压VS施加到电荷注入器338的外露的屏蔽电极174(附图4)和静电能垒340。
在施加感光偏压VS的同时，细长的扫描器330扫描X-射线传感器322并启动电荷注入器338。在扫描的过程中，从电荷注入器338注入的自淬灭电荷使X-射线传感器322充电到与感光偏压VS相对应的视在表面电压(ASV)。上文具体参考附图4描述了自淬灭电荷注入。
可取的是，当光电转换层334是非晶硒或基于硒的合金时，感光偏压VS优选为正电压，在光辐射阻挡层336上产生正电荷分布，如附图11A所示这种电荷分布基本均匀。依据本实施例由于电压VS为正，对于正极性的电荷光辐射阻挡层336优选具有较短的传输距离，并且依据本发明的一个实施例对于负极性电荷也可以具有较短的传输距离。对于正电荷由于较短的传输距离，在感光之后，正电荷通常俘获在光辐射阻挡层336的表面上或在其内和/或在光辐射阻挡层336和光电转换层334的界面上。在光辐射阻挡层336上所俘获的电荷在光电转换层334上产生均匀的电场。
通常，选择感光电压VS的电压值以在光电转换层334上产生较高的持续的电场，该电压值是几百到几千伏特的量级，其精确值取决于光电转换层334的厚度。如果光电转换层334是非晶硒或基于硒的合金，所需的电场强度通常为5-20伏特/微米的范围，可取的是为10伏特，对应于几百伏特的VS值。
在光电转换层334内产生电场使得在准备X-射线辐射曝光中使材料以更高的场强感光以增加对X-射线辐射的灵敏度。在通过图像检测模块320接收到PREPARE触发之后通常立即进行感光。PREPARE触发可以是技术人员在开始X-射线曝光之前手动按准备开关的结果，如应用常规的X-射线系统那样。
在启动电荷注入器338的同时中，在加长的扫描器330扫描X-射线传感器322的过程中，可以启动细长的光源342，以使细长的光源342发射光辐射并通过光辐射阻挡层336投射进光电转换层334。如上文所述，应用所发射的光辐射从价电子带激励电荷载流子以占有分布在光电转换层334中的大多数俘获状态。由此在X射线辐射曝光之前使俘获状态饱和。
本发明的特定的特征是不管是来自细长的光源342或电荷注入器338还是任何其它的光辐射源的辐射光子具有在光电转换层334的带隙能量之上的光子能量，并优选吸收在光辐射阻挡层336中，由此阻止其到达光电转换层334。这种过滤作用阻止了在感光的过程中在光电转换层334内与暗衰减相关的不希望的自由电荷载流子的直接光发生。
通过实时辐射数据读出电子设备328将电荷跟踪层337(附图11B)偏压到地电位。因此当将X-射线传感器322充电到与感光电压VS相对应的视在表面电压(ASV)时在空间331(附图11B)中产生均匀的电场，因此在电荷跟踪层337中产生了均匀的电荷分布。在附图12的等效电路中，通过关闭开关347完成感光，将电容器CP和CG的值充电到VB＝VS。
现在参看附图11B，可以看到附图11B所示为图像检测模块322在空间调制的X-射线成像辐射350中曝光。在X-射线辐射的曝光的过程中，细长的扫描器330是静止的，并放在X-射线传感器322的非活性区之上，如上文所描述这种非活性区可以是与X-射线辐射屏蔽开的区域，因此细长的光源342和电荷注入器338并不直接暴露在X-射线辐射之中。因此在附图11B中没有示出细长的扫描器330。
X-射线成像辐射350基本被光电转换层334吸收，所吸收的辐射构成了目标比如人体的某一部位的投射调制的X-射线图像。
X-射线光子的能量在本质上比光电转换层334的带隙能量高得多，该X-射线光子根据撞击的辐射的空间调制模式在光电转换层334中产生自由电子/空穴对。在光电转换层334中出现的电场使残存的电子/空穴对重新结合以作为沿着电场线在相反的方向上传输的反极性的自由电荷载流子分离来，该电场线垂直于光电转换层334的平面。
在附图11A-11D所示的实例中，在感光的过程中在光辐射阻挡层336中保留着正电荷。因此在曝光之后，在光电转换层334中相应地产生自由电荷载流子对，负电荷载流子朝光辐射阻挡层336移动。这就以图像的方式降低了在光电转换层334的顶部上的正的静电荷，由此产生对应于空间调制的X-射线成像辐射350的静电荷分布图352。
静电荷分布图352的产生和X-射线曝光在X-射线传感器322上产生了均匀的ASV模式。因此，垂直于光辐射阻挡层336延伸的电场不再均匀。相反，在对应于空间调制X-射线辐射的图像方式中垂直电场变弱并比它的初始值降低了。在光辐射阻挡层336中的任何位置中的场强都与所吸收到的辐射量成比例地降低，由此在光辐射阻挡层336上产生空间分布的电场分布图。在间隔空间331上电场相应地变弱并进行空间调制。
只要在光辐射阻挡层336上的电场保持足够强，空间电荷效应可忽略并沿着基本垂直于光电转换层334的平面的基本直线的电场线进行电荷载流子传输，并且实际上没有电荷的侧向位移(横向扩展)，这种侧向位移可能造成模糊或散射以致产生相应的图像分辨率的降低。
为了保持相对较高的分辨率以及对X-射线曝光的相对较高的灵敏度，通常在光电转换层334上的任何局部电场的强度的最大的降低(对应于通过目标的最大的X-射线透射)应该优选不超过对应于VS的初始感光强度的大约1/3。
从前文的讨论中可以理解的是为保持较高的分辨率和X-射线灵敏度，X-射线成像辐射166的最大曝光量优选不超过将在光电转换层334上的局部电场降低到它的初始值的2/3的曝光量。
在光辐射阻挡层336上较强的电场允许在X-射线曝光的过程中保持较高的空间分辨率和较高的X-射线灵敏度，并且在X-射线曝光的过程中在导电电极阵列332内重新分布图像方式的电荷。这种重新分布在导电电极阵列332内产生空间调制的再现电荷354，这种再现电荷跟踪并监测在光辐射阻挡层336顶部上的静电荷分布图352。结果，电荷复制354也表示透射调制的X-射线成像辐射350。
本发明的特定的特征在于在上文所述的静电条件下在空间331上的电场线基本保持垂直于ASV传感器326的平面，使得在电荷跟踪层337中的电荷分布基本跟踪X-射线传感器322的ASV和静电荷分布。在曝光的过程中，由于X-射线传感器322的ASV的变化，在电荷跟踪层337的板状电极274(附图10)中进行相应的电荷重新分布。电荷重新分布使可测量电流流经实时辐射数据读出电子设备328，从而在X-射线传感器322上提供X-射线曝光的实时表示。
进一步优点是由在空间331中出现基本垂直的电场线产生的，这种电场线由接地电极比如正对着X-射线传感器322的ASV传感器326的电荷跟踪层337产生。这种优点在于防止由空气离子化所产生的电荷分布图352的下部凹陷，在X-射线曝光的过程中在间隔空间331中同样可以产生这种空气离子化。此外，本发明的特别特征在于在空间331中的空气或其它的气体的离子化所产生的不同极性的电荷载流子沿着基本垂直于电荷跟踪层337和X-射线传感器322的电场线在相反的方向上相互迁移。这种结构进一步增加了X-射线传感器322对离子辐射的灵敏度，而同时防止离子化凹陷。依据本发明的变型实施例，空间331可以不填充空气而是填以对X-射线敏感的气体，由此进一步增加X-射线传感器322的灵敏度。
通过简要地参考附图12的等效电路图可以更好地理解在曝光的过程中电荷重新分布。由于电荷注入器没有启动，因此在曝光的过程中断开开关347。由于CP和CG并联，由X-射线曝光产生的光发生耗尽了在CP上的电荷，造成在CG上电荷重新分布，由此在电荷放大器346上产生了可测量的电流。当在CG上的电压等于在CP上的电压时电荷重新分布结束。
再次参考附图11B，通过ASV传感器326感测X-射线辐射曝光量，如此所描述，应用从实时辐射数据读出电子设备328到系统主机34(附图1)的反馈提供自动曝光结束和曝光量控制，由此控制X-射线辐射曝光。可替换的是，在经过通过技术人员所设定的预定的时间量之后结束X-射线曝光。
在图像检测模块320中提供实时辐射感测功能，这样就不需要外部曝光计或自动曝光控制(AEC)装置及其方法。不需要这些装置就能够降低了从图像检测模块320到所成像的目标之间间隔的距离，同时相应地降低了图像放大率。此外，具有通过图像检测模块320感测实时辐射的功能使得不需要校正和校准，但在使用外部AEC设备情况时需要校正和校准来补偿在不同的X-射线管kVp值下光谱灵敏度的不同。
此外，重要的是，通过ASV传感器326感测实时辐射数据而不会干扰或衰减实际图像数据，而这种实际图像数据对应于通过X-射线传感器322所检测的X-射线成像辐射350的空间调制。
可以理解的是仅在曝光的过程中从ASV传感器326中读取实时辐射数据。而在成像的其它的阶段中，ASV传感器没有用。因此在附图11A、11C和11D中并没有示出ASV传感器326。
现在参考附图11C，附图11C所示为通过顺序地一线一线地扫描细长扫描器330的电荷注入读取通过X-射线传感器322所检测的X-射线图像，细长的扫描器330使净电荷分布图352的光栅线基本连续地均匀。
在曝光之后开始读取之前，将偏压VB调整到值VR。
在读取的过程中，细长的扫描器330在附图11C所示的方向上以速度v扫描X图像检测模块320，并且与积分辐射数据读出电子设备324的运行同步。通过驱动细长的扫描器330运动的机电装置控制并确定速度v。在扫描的过程中，启动电荷注入器338并沿着细长的静电能垒340将来自电荷注入器338的电荷注入自淬灭在光辐射阻挡层336中。
在扫描细长的扫描器330的过程中，依据如上文所参考附图8所描述的光栅线的电荷采样时间脉冲地周期性地启动电荷注入器338。可替换的是，在读取的过程中独立于电荷采样时间连续地启动电荷注入器338。依据任一实施例，在随后的电荷采样时间之间所经过的时间确定了所读取的图像的每个光栅线的宽度。
由于在细长的扫描器330的扫描过程中每次读取光栅线，沿着静电能垒340的静电荷分布图352的新线统一到基本对应于偏压VR的ASV值。在扫描的过程中在静电能垒340的动态位置之上的X-射线传感器322外的区域中，通过静电能垒340设计电场以使在X-射线传感器322上的ASV不受电荷注入器342干扰。因此，基本能够防止将电荷注入到在静电能垒340之外的区域中。根据X-射线图像信息将在这些区域中的X-射线传感器322的ASV保持在图像方式模式中。
可以理解的是，在读取的过程中暴露在x方向上注入的电荷中的X-射线传感器322的区域通常通过静电能垒340限制在一个x方向上，但是在第二x方向上则通常不存在这种空间限制。因此，暴露在沿着X轴注入的电荷中的X-射线传感器的区域通常大于一个光栅线的宽度，并且可以包括许多光栅线。然而，在其中已经使静电荷分布352均匀的区域是不静电能垒340屏蔽的区域，并且由于电荷注入的自淬灭特性在均匀化之后基本没有进一步改变。因此，依据细长的扫描器330的扫描也可以一线一线地使再现的空间电荷354均匀化，并一线一线地使电荷重新分布。
空间再现电荷354的一线一线电荷重新分布使得在导电电极阵列332的每个电极221(附图8)中产生了与所读取的X-射线图像的每个新线相关的可测量电流。通过实时辐射数据读出电子设备328感测并读取这些流动的电流以提供表示透射调制的X-射线成像辐射350的电信号。可以理解的是，应用来自所读取的光栅线的每个像素的数据，一光栅线一光栅线地进行读取，这些数据优选通过流到相应的电极221(附图8)/从相应的电极221流出的电流表示。由于同时从所有的电极221中进行读取，因此在几秒内能够读取包括整个图像的一帧数据。
通过简要地参考附图12的等效电路图可以更好地理解这些。在读取的过程中，连接开关347，表示启动电荷注入。电荷注入将电容器CP充电到值VB＝VR。通过电荷放大器344测量充电电流。
再次参考附图11C，由于在导电电极阵列332的每个电极221(附图8)中的电荷重新分布产生的电流基本由两个分量组成。第一分量是注入电流，它与注入到光辐射阻挡层336中的电荷相关。第二分量是感应电流，它与通过细长的扫描器330的静电能垒340对X-射线传感器352的静电荷分布352的扫描所产生的电容性电荷感应相关。如上文参考附图4所描述，本发明的特别的特征在于选择与细长的扫描器330相关的结构和材料(更具体地说涉及细长的静电能垒340)以基本使感应电流最小，从而使它可忽略。可替换的是，当细长的扫描的结构产生更大的感应电流时，可以使用在本申请人的在先申请的美国专利申请09/233,327(1999年1月20日申请)中所描述的基于硬件的机构和基于软件的方法来在图像读取的过程中析出感应电流的因子。
以如下的方式确定每个像素的尺寸和读取空间分辨率：
在横向(y方向)上，只要如在此所描述保持在光电转换层334上的电场，就可以用电子学方法将像素尺寸调整到最小像素尺寸，如在此所描述该最小像素尺寸由在导电电极阵列332上的导电电极221(附图8)的间距确定。
在x方向上，只要如上文所述保持在光电转换层334上的电场，通过在连续的电荷采样之间所经过的时间将像素尺寸和所读取的光栅线的宽度调整到最小的像素尺寸，该最小的像素尺寸由静电能垒340所确定的空间电荷注入分布确定。
通常在x方向和y方向上可以实现大约2-6线对/毫米的读取分辨率。
可取的是，在细长的扫描器330的单个扫描的过程中读取包括X-射线图像的所有的光栅线。在扫描之后，X-射线传感器322的ASV通常变得均匀并等于读取偏压VR。可取的是，如下文所述，在提供从X-射线传感器322读取的积分辐射数据的自动色阶映射的读取扫描之前，应用ASV传感器326的反馈确定VR值以设定VR值。可替换的是，当不需要自动色阶映射时，可以将读取偏压VR设置到等于感光电压VS。在这种情况下，在读取图像的同时使X-射线传感器322感光。
可以理解的是，为辐照光电转换层334，在X-射线曝光之前应用细长的扫描器330的细长的光源342的光辐射，如上文所述在光电转换层334中产生电荷俘获状态占有。通过光辐射占有在光电转换层334中的俘获状态基本能够防止响应X-射线成像辐射350在其中俘获光生的自由电荷载流子。由于因此能够避免俘获表示图像信息的电荷载流子，所以能够避免在随后的成像周期中的过程中的图像方式的去俘获(de-trapping)。作为替换，在整个光电转换层334中基本均匀地发生去俘获，由此在增加暗电流的情况下减轻了重影问题。
如下文所述，本发明的特别特征在于通过析出直流分量因子并提供所读取的图像的自动色阶映射来补偿所增加的暗电流。因此，依据本发明，应用光辐射来占有在光电转换层334中的俘获状态适合于降低重影效应。
现在参考附图11D，附图11D所示为如何使X-射线传感器322的ASV有效地被中和(抵消)。可以作为标准成像周期的一部分来中和或可替换的是周期性地实施中和比如在希望图像检测模块320保持空闲时之前，由此在不使用的过程中降低在光电转换层334上的电应力。
通常通过如下的方式来中和X-射线传感器322的ASV：启动细长的扫描器330的电荷注入器(未示)、在其上施加中和偏压VN并在图像检测模块322上扫描细长的扫描器330。VN通常在大约0伏特到负几百伏特之间的范围内。在扫描之后，将X-射线传感器322的ASV中和或有效地降低到相对于GND基本很低的值，由此中和在光辐射阻挡层336上保留的电荷。
通过细长的扫描器330的电荷注入器338的电荷中和可以与通过细长的扫描器330的细长的光源342的X-射线传感器322的辐射同时产生。
现在参考附图13，附图13所示为依据本发明的优选实施例用于处理来自实时辐射数据读出电子设备328(附图11B)的图像方式实时曝光数据以提供使X-射线曝光量最优的自动曝光控制和设定值VR的算法的步骤的方块图。如上文所述在读取积分辐射数据之前设定偏压值VR，并析出直流分量因子，该直流分量与组成X-射线图像的空间频率的傅立叶光谱相关，并且它对成像信息没有贡献，因此提供所读取的X-射线图像的自动色阶映射函数。直流分量可能与在空间上非调制的曝光分量和光电转换层104(附图3)的暗衰减相关。
可以理解的是，通过驻留在系统主计算机34(附图1)中的数据处理器的实时部分X-射线曝光的过程中执行在此所描述的算法。通常在普通射线照相中所执行的与不同类型的检查相关的曝光分析标准都存储在系统主计算机34(附图1)中的检查程序库数据库中，并可以周期性地更新。
在曝光之前，如块396所示优选从检查程序库数据库中检索与要执行的特定的检查相关的曝光分析标准。从检查程序库数据库中检索的曝光分析标准对应于要执行的检查类型及其详细情况比如组织部位、患者体形等。
在曝光的过程中，如块400所示一帧一帧地采集实时曝光数据。每个帧优选包括从图像检测模块30(附图1)的所有的板状电极274(附图10)以电荷形式读取的实时曝光数据。每个板状电极274(附图10)被看作一个微像素，这种微像素包括所采集的帧的一个数据元素。
如块402所示，以本领域公知的方式对所采集的数据进行校准以补偿偏移和增益变化。如块408所示应用在曝光的过程中实时出现的所采集的数据的帧来检测辐射场边界。
辐射场通常为图像检测模块30(附图1)的矩形面积，被要成像的目标调制后的原X-射线辐射直接撞击在该矩形面积上。调整辐射场的边界并通常根据所成像的研究区通过准直器24(附图1)定义辐射场边界，以使辐射场包含所研究的整个区域。此外，辐射场可以包括接收最大曝光量的背景区，通常将没有衰减的X-射线(没有目标)辐射在该背景区上。
可以理解的是，通过从成像的目标散射的辐射所产生的次级X-射线辐射并不能通过准直器限制。应用抗散射光栅32(附图1)可以降低的辐射散射通常辐射在辐射场的边界之内和之外的图像检测模块30(附图1)上。由于这种散射，结果在某些情况下在与目标的最大衰减相对应的辐射场内的最小曝光值可以低于在辐射场边界之外的曝光值。
依据本发明所描述的边界检测方法是基于沿着图像检测模块30(附图1)的每行和每列的微像素或板状电极274(附图10)对最大曝光值的检测。没有横越辐射场的成行和成列的微像素或板状电极274(附图10)具有比横越辐射场的成行和成列的微像素或板状电极274低得多的最大曝光值。
参考附图14可以进一步理解在块408中所示的辐射场边界的检测，附图14描述了依据本发明的优选实施例检测辐射场边界的详细步骤。
如附图14所示，块410所示为载入一帧实时曝光数据，如上文所述该数据优选以具有X行和Y列的微像素矩阵的形式采集。在载入步骤之后，估计每第i行的每个微像素的曝光值以确定第i行的最大曝光值SXi(MAX)。如块412所示，计算所有行的最大曝光值以得到包括所有行的微像素的SXi(MAX)值的一个矢量。
在估计之后，估计每第j列的每个微像素的曝光值以确定第j列的最大曝光值SYj(MAX)。如块414所示，计算所有列的最大曝光值以得到包括所有列的微像素的SYj(MAX)值的一个矢量。
依据阈值识别标准从第一矢量元素到最后元素并从它的最后元素到它的第一元素一个元素一个元素地分析每个矢量SXi(MAX)和SYj(MAX)，以确定在其上预定义的阈值交叉的两行Xa和Xb和两列Ya和Yb，由此定义辐射场的边界，如块416所示。可以理解的是，通常以+/-与一个板状电极274(附图10)的尺寸相对应的一个微像素的位置精度确定定义辐射场的每个边界。
可以应用确定阈值识别标准的各种方法，比如应用矢量最大值或平均的最大峰值，以提供曝光量归一化阈值。可替换的是，还可以应用确定在曝光的过程中的辐射场的其它方法。
在附图10的说明中，以参考标号294表示组成辐射场的一整个微像素组(或板状电极274)。参考标号296表示在所描述的辐射场的边界内的局部微像素组。可以理解的是整个组294通常用于直方图分析，而局部组296通常用于密度分析，如下文所述。
再次参考附图13，在确定辐射场边界之后的步骤是产生如块420所示的全程微像素映射和如块422所示的局部微像素映射。
全程微像素映射包含在整个组294(附图10)内的所有的微像素的曝光色调度，而局部微像素映射包含局部组296(附图10)的曝光色调度。
局部组296(附图10)的位置可以相对于图像检测模块30(附图1)固定。可替换的是，局部组296(附图10)的位置相对于辐射场294的原点可调整。
如块396所示，根据与要执行的检查的类型相关的曝光分析标准确定所选择的微像素以形成局部组294(附图10)。因此，每种检查类型都与惟一的局部组方案相关联，对于该特定的检查这个惟一的局部组方案能够提供更高的曝光感测精度。
在曝光的过程中，相对于如块396所示的依据要执行的检查从检查库中所检索的曝光分析标准，如块424所示比较地分析全部和/或一个或多个局部微像素映射。例如，该分析可以基于如本领域所公知的直方图比较以提供一种曝光持续时间，在该曝光持续时间上在所研究的部位中的图像对比度达到用于诊断目的可接收的值。当达到所需的对比度等级时，如块426所示优选通过将曝光结束信号发送给X-射线发生器40(附图1)来结束曝光。可替换的是，当将曝光参数输入到X-射线发生器40(附图1)的控制台(未示)时，曝光结束信号并不控制X-射线发生器40(附图1)，以不基于曝光结束信号的常规方法结束曝光。
实际曝光的持续时间通常短于如上文所讨论的最大的预期曝光时间，通过该算法的输出控制实际曝光的持续时间，由此提供曝光量控制，也称为自动曝光控制。可以理解是，为确保成像系统的安全操作，没有一种情况允许实际曝光的持续时间超过最大的预期曝光时间。
依据本发明的优选实施例，可以实时地获得图像方式曝光数据，因此确定整体微像素映射的图像对比度和/或局部微像素映射的密度等级的用于实时图像分析的适合的公知方法都可以应用在本发明的优选的实施例中并用于自动曝光控制。
除了曝光控制以外，如本领域所公知的那样，分析整体微像素映射的直方图以确定在曝光结束时在辐射场内的平均曝光量级。如块428所示应用在曝光结束时的平均曝光量级来控制并将偏压VB(附图7)设定到适合于读取积分辐射数据的值VR。应用来自ASV传感器270(附图10)的反馈确定值VR以将直流分量从X-射线图像的积分辐射数据中析出。该直流分量与包括所读取的X-射线图像的空间傅立叶频率的分量相关，这种空间傅立叶频率的分量对成像信息没有贡献但占用动态范围。因此析出直流分量能够有效地扩展积分辐射读取电子设备223(附图8)的动态范围并提供所读出的X-射线图像的自动色阶再映射函数。
当如上文所述选择VR的值以提供色阶再映射时，可以将用于A/D转换器226的每像素的位数量从12位降低到8位，而不损失任何重要的图像信息。这种位数减少的功能简化并降低了积分数据读出电子设备的成本。
本领域的熟练技术人员可以理解的是本发明并不受上文的描述的限制。本发明的范围包括上文所描述的各种特征的组合和变型以及本领域的熟练人员在阅读上文的描述之后能够做出的不属于已有技术的各种改进和增加方案。

Claims (15)

1.一种多层离子辐射敏感元件，包括：
基片；
覆盖在所说的基片上的导电层；
覆盖在所说的导电层上用于将照射在其上的离子辐射转换成电荷载流子的离子辐射敏感层，以及
暴露在离子辐射和光辐射之中并覆盖在所说的离子辐射敏感层上的滤光离子辐射传输阻挡层，该阻挡层基本限制至少一个极性的电荷从其中通过，并阻挡至少一个第一光谱带的光辐射从其中透过，同时允许至少一个第二光谱带的光辐射和离子辐射从其中通过。
2.根据权利要求1所述的多层离子辐射敏感元件，进一步包括设置在所说的离子辐射敏感层和所说的导电层之间的电荷缓冲层，该电荷缓冲层基本限制至少一第二极性的电荷从其中通过。
3.根据权利要求1所述的多层离子辐射敏感元件，其中所说的离子辐射敏感层是由掺有非晶硒的光电导体形成。
4.根据权利要求3所述的多层离子辐射敏感元件，其中所掺的非晶硒是掺有砷和氯的非晶硒。
5.根据权利要求2所述的多层离子辐射敏感元件，其中电荷缓冲层是由非晶三硒化二砷形成。
6.根据权利要求3所述的多层离子辐射敏感元件，其中阻挡层是由掺有硒的碱金属形成的。
7.根据权利要求1所述的多层离子辐射敏感元件，其中所说的离子辐射敏感层是从如下的组中选择的光电导体：硒合金、碘化铅、氧化铅、溴化铊、碲化镉、碲化镉锌、硫化镉和碘化汞。
8.根据权利要求1所述的多层离子辐射敏感元件，其中阻挡层是由带有所选择的涂剂或染剂的电介质聚合载体形成的。
9.根据权利要求1所述的多层离子辐射敏感元件，进一步包括设置在离子辐射敏感层和阻挡层之间的中间电介质钝化层。
10.根据权利要求9所述的多层离子辐射敏感元件，其中该中间电介质钝化层由聚对苯二甲撑形成。
11.根据权利要求1所述的多层离子辐射敏感元件，其中对导电层进行构图。
12.根据权利要求11所述的多层离子辐射敏感元件，其中该被构图的导电层是从由氧化铟锡、铝、金、铂和铬组成的组中选择。
13.根据权利要求1所述的多层离子辐射敏感元件，其中所说的基片是从包括玻璃、陶瓷以及带有电介质材料敷层的金属组成的组中选择。
14.根据权利要求1所述的多层离子辐射敏感元件，其中所说的至少一个第一光谱带的光辐射包括具有比所说的离子辐射敏感层的特征带隙能量更高的能量的光子，且其中所说的至少一个第二光谱带的光辐射包括具有低于所说的离子辐射敏感层的所说的带隙能量的光子能量的光子。
15.根据权利要求1所述的多层离子辐射敏感元件，其中所说的离子辐射敏感层对X-射线辐射敏感。
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