本发明专利技术提供了包括连接到读出电路的探测器的数字成像结构，其中读出电路在特定模式下运行，采用何种特定模式可取决于从探测器传送到读出电路的输入信号的特性，或者可取决于所要求的来自读出电路的输出信号的特性。例如，当输入信号具有一特定量值时，读出电路可以在第一模式下运行，在第一模式下，可将输入信号放大到可测量的水平，当输入信号具有另一量值时，读出电路可在另一种模式下运行，在该另一种模式下，可将输入信号进行不同程度的放大后读出或者在不放大的情况下读出。可以实现多种模式，以为输入信号提供多种放大等级，例如，可以实现三种或更多种读出电路的工作模式。另外，可以使用不止一种模式读出同一输入信号。因此本发明专利技术的数字成像装置和系统提供了大的动态探测范围，不仅能够读取稍微放大或未放大的较强信号，还能够放大来自探测器的敏感输入信号以提高输入信号对外部噪声源的抗干扰性，并且在两种情况下均具有快速像素读出时间。本发明专利技术还通过在读出电路中实现一个电流相减电路，提供了进一步提高动态探测范围的装置。例如，当采用高电荷增益时，这个电流相减电路可用来降低流过读出电路的可能饱和的部分的电流总量。由于对输入信号更大程度的放大，使得能够探测更小的输入信号，所以降低总输出电流量可扩大装置的动态范围，同时降低读出电路内部发生饱和的可能性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及数字成像领域，特别涉及多模式数字成像装置和系统。
技术介绍
有源(active)矩阵平板成像器(AMFPI)因其大面积读出能力在数字成像领域以及近来在诊断医学成像应用中都具有相当重要的意义。形成有源矩阵基本单元的像素包括一个探测器和一个读出电路，以高效地将收集到的电子传送给用于获取数据的外部电子设备。最常用于大面积X射线成像的像素结构是如附图说明图1a所示的无源(passive)像素传感器(PPS)。这里，一个探测器，例如，基于非晶硒(a-Se)的光电导体或者耦合到非晶硅(a-Si:H)p-i-n光电二极管的碘化铯(CsI)荧光体，和一个包括一个a-Si:H薄膜晶体管(TFT)开关的读出电路集成在一起。在积分周期内信号电荷累积到像素电容上，并在读出/复位周期内通过TFT开关传送到外部电荷放大器。这个电容可以是p-i-n光电二极管电容或者是针对a-Se光电导体方案的集成存储电容器。图1b示出了PPS像素一个工作序列的时序图。周期110和120分别表示积分周期和读出/复位周期。也可能是其它序列，例如，在引入双采样机制的场合，其中，双采样机制一般用来校正电路内部非均匀的影响。这些非均匀可能包括表现为偏移量的过程非均匀，以及在使用a-Si:H技术的情况下由于晶体管的不稳定性而引起的像素电路性能非均匀。例如，国际公报No.WO9634416和No.WO9705659进一步公开了使用PPS结构的用于辐射成像的平板探测器。尽管PPS具有小巧的优势，并因此适合于高分辨率成像，但读取针对低输入、实时、大面积应用，如低剂量荧光透视(fluoroscopy)等，的PPS的小输出信号要求有高性能的电荷放大器。这些电荷放大器可能会潜在地引入会降低低电平信号的信噪比(SNR)的噪声，从而损害像素动态范围。尤其是，由于其对实时读出的要求，荧光透视可能是平板成像系统面临的最苛刻的应用之一。实时X射线成像或荧光透视应用于很多医疗介入程序，其中导管在X射线引导下穿过动脉系统。对这些类型的荧光透视而言，技术难点是需要极低的噪声，或者反过来说需要在读出之前增强信号。在a-Si:H PPS像素方面的研究表明，为了将这些系统用于更高级的成像应用中有必要将SNR提高一个数量级。国际公报No.WO02067337中公开了提高SNR的一种方法，其中公开了可以通过借助如图2a所示的a-Si:H电流调解(current-mediated)有源像素传感器(C-APS)进行原位或像素放大来提高SNR。增益、线性度和噪声的报告结果显示SNR获得了提高，而且表明a-Si:H C-APS连同既定的X射线探测技术如a-Se或CsI/p-i-n光电二极管等一起，就可以满足数字X射线荧光透视严格的噪声要求，即噪声电子不超过1000。为了将易受噪声干扰的小输入信号放大，例如在荧光透视中，C-APS像素可以用于三个工作周期中复位周期、积分周期和读出周期。图2b示出了使用双采样机制的C-APS读出电路的操作方法的时序图。在这个序列中，在积分周期210期间，READ(读)晶体管24和RESET(复位)晶体管21关闭，而AMP_RESET(放大_复位)晶体管27打开。光子入射到探测器22上，激发出电子-空穴对，电子-空穴对对节点201处的电容器CDETECTOR充放电，从而使节点201处的电压VG增大或减小ΔVG。CDETECTOR主要包括探测器22电容和可能使用的任何存储电容器。读出周期220在积分周期210之后，在这一周期中，READ晶体管24打开，RESET晶体管21关闭，AMP_RESET晶体管27关闭，从而与VG±ΔVG成正比的电流IBIAS±ΔIBIAS流入AMP(放大)晶体管23和READ晶体管24支路。然后电荷放大器2 5对电流IBIAS±ΔIBIAS积分，以获得并在放大器反馈电容器26上存储输出电压VOUT1。复位周期230紧随读出周期220，其中RESET晶体管21脉冲地打开，电容器CDETECTOR充电或放电，以使节点201处的电压回复至VG，同时RESET晶体管21打开。在这个复位周期期间，READ晶体管24关闭，AMP_RESET晶体管27打开。为了执行双采样操作，在复位周期230之后还有另外一个读周期240，其中READ晶体管24再次打开，RESET晶体管21关闭，AMP_RESET晶体管27关闭。IBIAS通过电荷放大器25积分，以获取并在反馈电容器26上存储输出电压VOU2。从VOU2中减去VOUT1得到ΔVOUT，ΔVOUT能免受非均匀的影响，并且与ΔVG成正比。ΔIBIAS与ΔVG成正比，关系如下ΔIBIAS＝gmΔVG其中，gm是AMP晶体管23和READ晶体管24读出电路支路的跨导。C-APS产生电荷增益Gl来放大易受噪声干扰的输入信号。C-APS的Gl为Gl＝(gmTs)/CDETECTOR其中Ts是IBIAS和ΔIBIAS在反馈电容器26上积分的时间。由上面的等式可以看出，通过gm、Ts并通过选择合适的CDETECTOR，Gl是可编程的。C-APS电路的一个问题是对X射线输入信号的小信号线性度限制。使用这样的像素放大器做曝光量(exposure level)小的实时荧光透视是可行的，因为放大器输入处的电压变化也小，在毫伏量级。但是，在诸如数字胸部放射照相术(radiography)、乳腺造影法(mammography)或更高剂量的荧光透视之类的应用中，由于X射线曝光量较大，放大器输入处的电压变化会大得多，这将造成C-APS像素输出呈非线性，从而缩小像素动态范围。非线性像素传递函数的另一个后果是这种非线性使得标准的双采样机制不能用硬件实现。此外，C-APS像素还有另一个缺点是存在大输出电流，这导致外部或面板外(off-panel)电荷放大器达到饱和。因为gm与IBIAS成正比，所以当要求大电荷增益时，也会产生大的像素输出电流。国际公报No.WO02067337中公开的另一种方法介绍了近单位增益像素放大器，即a-Si:H电压调解(voltage_mediated)有源像素传感器(V-APS)。图3示出了一种V-APS结构。READ晶体管34、AMP晶体管33和RESET晶体管31是V-APS像素的元件，并且以与在C-APS像素中相似的方式运行。阻性负载35连接到像素输出节点，以将AMP晶体管33和READ晶体管34支路中的电流转换为输出电压。阻性负载35可包括电阻负载器件或晶体管负载器件。输入信号电压VG转换为具有近单位增益的像素输出电压VOUT。与C-APS类似，V-APS可以用于三个操作周期复位周期、积分周期和读出周期。与C-APS类似，双采样机制也可以应用到V-APS中，以校正电路内部非均匀的影响。V-APS结构的一个问题是基本上没有为输入信号提供增益。另外，以现有的a-Si:H技术，当大列总线电容充放电时，采用这种结构很难实现实时读出。因此，在计及大的像素输出电流、以获得高增益的同时，有必要提供一种像素设计，既能实现实时读出又能检测更大范围的输入信号。提供此背景信息的目的是使申请人认为可能与本专利技术有关的信息被知晓。并不必然意味着承认，也不应该被解释为，任何前述信息构成本专利技术的现有技术。
技术实现思路
本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种数字成像装置，包括：用于响应入射到其上的光子产生第一信号的探测器；和，连接到所述探测器的多模式读出电路，用于接收所述第一信号并产生表示所述第一信号的第二信号，所述多模式读出电路可在两种或更多种工作模式之间切换，所需工作模 式基于所述第一信号的特性确定。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】CA 2003-8-12 2,437,047;CA 2003-12-2 2,450,4251.一种数字成像装置，包括用于响应入射到其上的光子产生第一信号的探测器；和，连接到所述探测器的多模式读出电路，用于接收所述第一信号并产生表示所述第一信号的第二信号，所述多模式读出电路可在两种或更多种工作模式之间切换，所需工作模式基于所述第一信号的特性确定。2.如权利要求1所述的数字成像装置，其特征在于，所述第一信号的特性包括第一信号的量值。3.如权利要求2所述的数字成像装置，其特征在于，所述量值低于预定阈值，并且多模式读出电路的所述所需工作模式包括对第一信号的放大，以产生第二信号。4.如权利要求1所述的数字成像装置，其特征在于，多模式读出电路在两种或更多种工作模式下产生表示所述第一信号的第二信号，从而产生两个或更多个表示第一信号的第二信号。5.如权利要求1所述的数字成像装置，其特征在于，所述多模式读出电路通过使用手动开关可在两种或更多种工作模式中的各种工作模式之间切换。6.如权利要求1所述的数字成像装置，其特征在于，所述多模式读出电路通过使用自动开关可在两种或更多种工作模式中的各种工作模式之间切换。7.如权利要求6所述的数字成像装置，其特征在于，所述自动开关包括一个反馈电路。8.如权利要求6所述的数字成像装置，其特征在于，所述自动开关对一个预编程序列响应。9.如权利要求1所述的数字成像装置，其特征在于，所述读出电路进一步包括一个具有两种或更多种配置的可重新配置电路，可重新配置电路的每种配置定义多模式读出电路的特定工作模式。10.如权利要求9所述的数字成像装置，其特征在于，所述可重新配置电路可以被配置起从电荷放大器电路、电压放大器电路、电压缓冲器电路和负载电路中选择的一个电路的作用。11.如权利要求1所述的数字成像装置，其特征在于，进一步包括一个或更多个附加探测器，所述一个或更多个附加探测器连接到多模式读出电路。12.如权利要求1所述的数字成像装置，其特征在于，所述多模式读出电路包括两个或更多个具有不同电容值的电容器，所述两个或更多个电容器并联，并且被配置可在它们之间切换，以提供两个或更多个增益。13.如权利要求1所述的数字成像装置，其特征在于，多模式读出电路包括一个或多个晶体管，所述晶体管是从非晶硅TFT、多晶硅TFT、微晶TFT、超微晶硅TFT和晶体硅晶体管中选择的。14.如权利要求1所述的数字成像装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：KS卡里姆，
申请(专利权)人：西蒙弗雷瑟大学，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]
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