有源像素口内放射图像传感器及相关的图像捕获方法技术

本发明专利技术涉及有源像素口内放射图像传感器及相关的图像捕获方法。开关电路MUX1在检测X射线闪光开始的第一阶段允许连接公共连接节点NC，该公共连接节点NC对应于电流

【技术实现步骤摘要】
有源像素口内放射图像传感器及相关的图像捕获方法


[0001]本专利技术涉及医学成像领域，更具体地说，涉及使用CMOS技术的有源像素口内牙科放射图像传感器。

技术介绍

[0002]这些有源像素的结构基于与晶体管相关联的光敏元件(光电二极管、光电门)，晶体管可以控制图像捕获的各个阶段：初始化光敏元件的阶段，在电荷积分阶段之前，然后是读取像素阶段。对于该读取阶段，对于矩阵的一行像素中的每个像素，通过安装为与用于读取像素的节点相关联的电压跟随器的晶体管，将对应于在积分阶段在像素中累积的电荷量的电压电平转移到列导体。然后，由位于列底部的读取电路执行读取，该电路实际上对两个电压电平进行采样：即，对应于在用于读取像素的节点中累积的电荷量的电压电平，以及对应于读取节点的重新初始化水平的电压电平，以便它们彼此相减。因此，这提高了信噪比(相关噪声的两次采样和减法)。
[0003]牙科放射图像的捕获通常按照以下方式进行：将传感器放置在患者口腔中，并放置在要观察的解剖区域的后面；定位并激活X射线源，以便通过要进行射线照相的解剖区域的生物组织和材料朝着传感器的活动面发射X射线闪光。在检测到在传感器的活动面上开始出现X射线闪光时，传感器的排序电路触发图像捕获。取决于光电二极管的类型，到达传感器活动面的X射线直接转换为电信号或在转换为闪烁体可见的射线之后由像素转换为电信号。在读取像素之后，例如，可以在计算机屏幕上显示通过射线照相的解剖区域的图像。
[0004]检测X射线闪光的发生开始是能够减少施加给患者的辐射剂量所需的措施的一部分。在医学成像方面，标准化机构针对患者和医生所接收的辐射剂量的建议实际上非常严格。在X射线源方面，对于每次图像捕获，都需要根据形态、患者的年龄以及要进行射线照相的解剖区域来调整X射线闪光的强度和持续时间，因此，曝光剂量应尽可能低，并且不会造成任何不必要的损失，从而可以一次性获得高质量的图像。就图像传感器而言，它涉及以最佳可能的方式使电荷积分阶段与活动面有效暴露于有用辐射同步，从而使信噪比在辐射强度和持续时间方面达到最佳。如果积分阶段开始得太早，则会累积对应于暗电流的电荷。如果开始太晚，则有用信号会丢失。通常，还检测X射线闪光的结束。因此，与将积分持续时间预设为大于X射线闪光持续时间(源的调整数据)的解决方案相比，这提高了信噪比(无暗电流积分)，并且还更快地触发了读取阶段，从而提高图像采集的速度和效率。
[0005]因此，传感器必须集成检测电路，其目的是在X射线闪光开始出现在传感器的活动表面上时，可以最佳地设定积分阶段的开始。检测电路通常使用水平和/或垂直地围绕像素矩阵的光电检测器条。这些光检测器条因此直接设置在吸收性解剖区域(牙齿、牙龈)的后面，这损害或延迟了传感器对X射线闪光的检测。从这个角度来看，传感器活动面上的最佳检测区域可以是患者上颚和下颚之间的自由区域(即没有吸收性障碍)，其对应于位于传感器像素矩阵中间的检测带，这对图像捕获像素不利，需要插值计算和滤波以重构相应的图像数据，因为从业者希望看到放射线照相区域的完整图像。这也意味着图像质量的损失，因
为插值会导致不精确。
[0006]如例如在专利US 6404854中所描述的，另外已知使用分散在矩阵中的像素作为参考像素来执行检测。在检测期间，这些参考像素以无损方式被单独地读取(在读取之间不重新初始化)以与阈值进行比较，并且这种情况会持续发生，直到在有足够的参考像素提供高于某个阈值的信号时做出图像捕获决定为止。该解决方案的缺点是需要对这些像素进行特定的排序。然而，最重要的是，该解决方案在独立于传感器的位置检测X射线的发生方面是不完善的：根据传感器的位置，不可能避免大多数参考像素被放置在高吸收区的后面，这会延迟检测过程。
[0007]此外，仍然为了帮助减少放射图像捕获所需的X射线剂量，需要能够检测到非常低的信号水平，以标记光敏区域开始暴露于辐射，从而在不丢失有用信息(或者尽可能少地丢失有用信息)的情况下触发积分阶段。换句话说，目的是使发射检测信号的时刻非常接近X射线实际到达传感器的活动面的时间。由于这些原因，使用电容跨阻放大器直接检测所有光电检测器提供的电流是更有利的，因为放大器的显着增益可以降低检测阈值，即可以更早地确定X射线闪光的到达，因此更早地开始积分。这样的放大器是众所周知的，并且通常用于读取红外图像传感器的像素。此外，在医学放射学领域，专利申请WO 2017/121728描述了一种用于检测基于这种放大器的X射线闪光的发生的电路，该电路用于读取由放置在像素矩阵任一侧的一组检测光电二极管提供的电流。
[0008]因此，迫切需要找到一种技术解决方案，以允许独立于传感器的位置有效地检测X射线的发生，同时又不牺牲或丢失图像数据的精度，并且该解决方案易于在现有拓扑中实现，即不必完全重新考虑设计并且不影响活动图像捕获表面。

技术实现思路

[0009]本专利技术的主题是具有集成的X射线发生检测功能的有源像素牙科放射图像传感器，其允许独立于传感器在患者嘴里的位置有效地检测X射线的发生，并且最大化应用于传感器的大小的活动表面(矩阵)。
[0010]更具体地，本专利技术涉及一种使用MOS技术的口内放射图像传感器，包括：
[0011]-以行和列排列的光敏像素的矩阵，每个像素包括光电二极管和晶体管，其中包括连接在所述像素的光电二极管节点与所述像素共有的第一连接节点之间的光电二极管初始化晶体管；
[0012]-排序电路，其提供信号以控制所述像素的所述晶体管在暴露于X射线闪光期间控制图像捕获序列，其中包括所述像素的所述光电二极管的整体初始化阶段、积分时间段期间的电荷积分阶段以及读取所述像素阶段。
[0013]根据本专利技术，所述传感器包括由第一逻辑信号控制的第一耦合开关，用于将所述第一连接节点连接到第一电流检测电路的信号输入或连接到光电二极管初始化电压源，从而所述第一逻辑信号分别处于第一逻辑状态或第二逻辑状态；以及
[0014]所述传感器的排序电路，其被配置为控制由所述第一检测电路检测暴露于X射线闪光的开始以触发所述图像捕获序列的阶段，包括以下操作：
[0015]-a)命令所述光电二极管初始化晶体管同时在所有像素中切换到导通状态；以及
[0016]-b)确认所述第一逻辑信号处于所述第一逻辑状态，其作用是在所述第一检测电
路的所述信号输入处注入在所述第一连接节点收集的源自所述像素的所述光电二极管的电流；然后
[0017]-c)当所述第一检测电路的输出逻辑信号从第一逻辑状态切换到第二逻辑状态时，对应于检测到输入电流电平高于预定阈值，确认所述第一逻辑信号处于所述第二逻辑状态，其作用是将始终处于导通状态的所述初始化晶体管耦合到所述初始化电压源，从而激活所述图像捕获序列的所述整体初始化阶段，以在所述积分阶段之前初始化所述光电二极管。
[0018]在一个改进中，所述矩阵的像素组的初始化晶体管不与所述第一连接节点连接，而与第二连接节点连接，所述第二连接节点与所述第一连接节点电隔离，并且所述传感器包括第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用MOS技术的口内放射图像传感器，包括：-以行和列排列的光敏像素的矩阵(M-PIX)，每个像素(P
ij
)包括光电二极管(PH)和晶体管，其中包括连接在所述像素的光电二极管节点(KN
i
)与所述像素共有的第一连接节点(NC)之间的光电二极管初始化晶体管(M1)；-排序电路(DM)，其提供信号以命令所述像素的所述晶体管在暴露于X射线闪光(FX)期间控制图像捕获序列(300)，其中包括所述像素的所述光电二极管的整体初始化阶段(301)、积分时间段期间的电荷积分阶段(302)以及读取所述像素阶段(303)；所述传感器的特征在于，包括由第一逻辑信号(PROB1)控制的第一耦合开关(MUX1)，用于将所述第一连接节点(NC)连接到第一电流检测电路(DTX1)的信号输入(IN-DTX1)或连接到光电二极管初始化电压源(VRS)，从而所述第一逻辑信号分别处于第一逻辑状态或第二逻辑状态；以及-所述传感器的排序电路(DM)，其被配置为控制由所述第一检测电路(DTX1)检测暴露于X射线闪光的开始以触发所述图像捕获序列(300)的阶段(200)，包括以下操作：-a)命令所述光电二极管初始化晶体管(M1)同时在所有像素中切换到导通状态；以及-b)确认所述第一逻辑信号(PROB1)处于所述第一逻辑状态，其作用是在所述第一检测电路的所述信号输入(IN-DTX1)处注入在所述第一连接节点(NC)上收集的源自所述像素的所述光电二极管的电流(I)；然后-c)当所述第一检测电路的输出逻辑信号(OUT-DTX1)从第一逻辑状态切换到第二逻辑状态时，对应于检测到输入电流电平高于预定阈值，确认所述第一逻辑信号(PROB1)处于所述第二逻辑状态，其作用是将始终处于导通状态的所述初始化晶体管(M1)耦合到所述初始化电压源(VRS)，从而激活所述图像捕获序列的所述整体初始化阶段(301)，以在所述积分阶段之前初始化所述光电二极管。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一检测电路(DTX1)包括电容跨阻放大器(CTIA1)，所述电容跨阻放大器包括连接到共模电压(Vcm1)的同相输入和形成所述信号输入(IN-DTX1)的反相输入，所述信号输入(IN-DTX1)耦合到所述第一连接节点(NC)，所述放大器由时钟信号(Φ
ctia
)控制，以在所述信号输出(V
out-ctia1
)处周期性地产生电压斜升，所述电压斜升取决于在所述信号输入处注入的所述电流的电平，所述斜升被施加到比较器(COMP1)以便与电压阈值(V
th1
)进行比较。3.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其中每个所述像素包括所述光电二极管初始化晶体管(M1)；电压跟随器晶体管(M2)，其栅极连接到所述光电二极管连接节点(KN
i
)；以及读取选择晶体管(M3)，其串联地连接在所述电压跟随器晶体管(M2)与连接到像素读取电路(RD)的各个列导体(Col
j
)之间。4.根据权利要求1至2所述的图像传感器，其中每个所述像素包括所述初始化晶体管(M1)；电荷转移晶体管(M4)，其串联地连接在所述光电二极管连接节点(KN
i
)与像素读取节点(SN
i
)之间；所述读取节点的初始化晶体管(M5)；晶体管(M2)，其作为电压跟随器安装，并且其栅极连接到所述读取节点(SN
i
)，以及读取选择晶体管(M3)，其串联地连接在所述电压跟随器晶体管(M2)与连接到像素读取电路(RD)的各个列导体(Col
j
)之间。5.根据权利要求1至4中任一项所述的图像传感器，其中所述矩阵的像素组(E)的初始化晶体管不与所述第一连接节点(NC)连接，而与第二连接节点(NCE)连接，所述第二连接节
点与所述第一连接节点电隔离，所述传感器还包括第二电流检测电路(DTX2)，其与所述第一检测电路的类型相同，并由相同的时钟信号(Φ
ctia

【专利技术属性】
技术研发人员：卡罗琳，
申请(专利权)人：特利丹E二V半导体简化股份公司，
类型：发明
国别省市：