[发明专利]数字X射线传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于诊断和分析目的的数字X射线传感器，其提供具有“光子计数”功能。

背景技术

现有数字X射线传感器包括非晶态镀层形成的转换层(通常由非晶态硒或碘化构成)，和集成面板(即收集层)，其具有TFT像素结构(薄膜晶体管)。转换层用作将已经穿过照射样本的X射线束的光子转换成电荷。这可以直接或间接地发生，如分别在非晶态硒和碘化铯的情况下。X射线曝光期间因转换得到的总电荷积聚在集成面板的像素中。

一旦已经完成曝光，将读取每个像素中积累的电荷量。更详细地，提供的一种图像采集电子设备包括布置在集成面板的边界处的模数转换器。模数转换器将每个像素中积累的总电荷改变成电压，即改变成与行进通过集成面板的每个像素处的样本的总辐射成比例的数。这些数能够被转换成放射照相图像，其中根据每个像素中积累的总辐射进行对比。

所谓的“光子计数”技术也是公知的，其中光子被逐一计数，并分级到多个通道中，因此获得“薄膜级”分辨率，即与高分辨率放射照相板允许的分辨率兼容的分辨率。尤其，现有被称为MediPix的混合型检测器被提供具有用于执行光子计数过程的ASIC。这些混合型检测器包括与事件计数器关联的鉴别器，其中事件计数器以图像采集电子设备仅计数事件的方式(即光子采集落入预定能量窗口)使用。通过这种方式，获得具有光谱特性的X射线成像技术。被称为Medipix-3的更近的设备由于采用实时电荷共享校正而具有更精细的能量分辨率。Medipix3也包括多像素计数器，其能够在不同的操作模式中使用。这允许连续检测，并且能够获得高达8能量阈值。

在Medipix设备中，类似其他设备，由CMOS技术实现收集层，其这是一种低功耗技术(即大约几瓦特)和低成本技术。对于该理由，CMOS技术是优选的，尤其是，提供包括大量像素(例如，约10⁶)的ASIC，因此其需要一种放射设备。

然而，如已知的，基于CMOS的设备本质上是非校准设备。换句话说，包括这种类型的鉴别器/计数器的单元不能提供均相(homogeneous)计数响应。事实上，每个CMOS计数链具有其自身的偏移值，另外，其会依赖环境条件(诸如温度)和其他操作条件。与具有离相同标称值的阈值更远的偏移的鉴别器关联的计数器相比，和离与其关联的阈值更近的偏移值的鉴别器关联的计数器计数更多的事件。对于该理由，适于本发明的ASIC(其由CMOS技术实现)能够在同一像素内并从一个像素到另一个像素引起非无均相响应。

现有技术的另一个显著缺点是存在各种噪声源。除量子噪声(其不可避免的与X射线束的强度相关)外，总是存在一些附加噪声电平，这取决于传感器以及检测电子设备，具体，其取决于用于放大电荷的装置。总之，当电荷小于预定阈值时，量子和附加噪声阻止收集像素检测转换层输送的电荷。因此，认识到这种需要，即每个像素应该包含尽可能多的电荷，和/或噪声应该基本上降低到量子水平，以使其在达到最小电荷量时每个像素都能够工作。

根据上面所述，像素形成的数字传感器必须执行校正或校准，以便限制或避免由于传感器自身或读取电子设备(ASIC)所基于的技术产生的一些缺点。必须被校正的主要影响是：

—出现传感器产生的“暗电流”，即在没有任何外部照射和强收集器电场的情况下能够检测到的内在电流。暗电流是除量子噪声之外的附加噪声的最重要组成中的一个；

—像素电子设备的输入级(即预放大级)和增益级的输出端处的直流电平偏移；

—鉴别器/计数器单元的输入端处的直流电平偏移。

Sindre Mikkelsen等人¹描述了一种放射照相成像传感器，其包括X射线灵敏转换层和64像素ASIC收集器，该64像素ASIC收集器提供有光子计数功能。ASIC的每个像素具有单个输入端子，其通常连接到放射传感器的电极。在一个示例中，其公开了校准功能，每个像素通过ASIC外部的软件控制的切换器连接到通用校准节点，并且提供一种校准网络(即调整装置)，其使用户能够将来自传感器像素的焊盘的每个像素的输入端子切换到校准节点。因此，该传感器经配置用于在软件控制下执行顺序校准，即逐像素校准。在具有大量像素的矩阵的情况下，这种校准技术实际上不能使用，因为相比于，例如放射传感器的要求，逐像素校准将需要太长校准时间，其中放射传感器必须在预定时间内执行大量的放射会话。