專利名稱：使用像素陣列子采樣的口腔內(nèi)x射線傳感器的觸發(fā)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及X射線成像，包括牙齒X射線成像。更具體而言，本發(fā)明的實施例涉及在牙科中使用的X射線傳感器的自動觸發(fā)。
背景技術(shù)：
X射線已經(jīng)在牙科中用于對牙齒和口腔的部分成像很多年了。通常，該過程包括生成X射線和引導(dǎo)X射線到患者的口腔?？谇坏牟煌糠謱射線的衰減不同(例如，骨骼相對于組織)，并且這種衰減上的不同被用于產(chǎn)生圖像，例如在膠片上或通過使用電子圖像傳感器。大多數(shù)情況下，X射線源手動地被觸發(fā)。即，圖像的獲取由技師或其他人通過例如啟動開關(guān)來起動。在基于膠片的系統(tǒng)中，一旦膠片被X射線輻射照射，就獲取圖像。所以不需要“啟動”膠片。一旦X射線源被啟動并且X射線到達(dá)膠片，就獲取圖像。在電子系統(tǒng)中，所獲取的特定圖像至少取決于兩個因素X射線源的啟動和傳感器的“啟動”。傳感器“啟動”的制定可基于所使用的傳感器的類型而變化，但大多數(shù)情況下， 當(dāng)給傳感器提供存儲或者輸出它的當(dāng)前圖像數(shù)據(jù)(在此稱作“圖像獲取”)的命令時，“啟動”發(fā)生。因此，在某些系統(tǒng)中，在X射線源和傳感器之間有電鏈接，以便當(dāng)X射線源被啟動時，(同時地或幾乎同時地)發(fā)送命令給傳感器以執(zhí)行圖像獲取。這樣就可能生成X射線輻射爆發(fā)，并確保圖像在X射線照射的相對短的時段內(nèi)能被傳感器獲取。

發(fā)明內(nèi)容
許多用來提供X射線傳感器的自動啟動或觸發(fā)而不需要在X射線源的觸發(fā)器和傳感器之間進(jìn)行電鏈接或類似鏈接的技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)出來。例如專利號為5，694，448的美國專利公開了一種固態(tài)成像裝置，其在X射線源照射前的等待時段期間“退出工作狀態(tài) (clock out)”。源自電荷耦合裝置的信號被與閾值相比較，以確定照射的發(fā)動。如果滿足或超過閾值，則發(fā)生圖像獲取或圖像采集。盡管在’ 488專利中公開的傳感器不需要于在X 射線源和傳感器之間電鏈接，但它也不是完全令人滿意的。與自動觸發(fā)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的一個難題涉及在X射線源和傳感器之間的對準(zhǔn)。在許多情況中，即使使用定位系統(tǒng)或機械裝置，X射線傳感器(尤其那些放置在口腔中(即口腔內(nèi)傳感器))常常沒有被對準(zhǔn)。這樣只有一部分X射線傳感器被輻射照射。在許多情況中，這種部分照射不足以引起簡單的基于閾值的觸發(fā)器去起動圖像獲取。因此，可能直到技師試圖檢查他或她相信已經(jīng)產(chǎn)生的圖像，卻發(fā)現(xiàn)沒有這樣的圖像產(chǎn)生時，才認(rèn)識到未對準(zhǔn)。技師可能接著嘗試重新對準(zhǔn)X射線源和傳感器，并重新起動成像過程。然而這可能需要多次嘗試來獲取有用的圖像，并且每次嘗試都使患者照射額外劑量的X射線輻射中。眾所周知，X 射線輻射會對個體健康產(chǎn)生不良影響。所以不必要的X射線照射應(yīng)該避免。與自動觸發(fā)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的另一個難題是提供給患者的X射線劑量的相對大的變化。所接收的劑量取決于X射線劑量率、X射線照射時間、X射線照射投影以及對象的X射線衰減。傳感器處接收的劑量是時間相關(guān)的劑量率在時間上的積分。劑量的變化由許多因素引起，包括X射線源的不同。X射線源由許多不同的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，并且它們的設(shè)計和規(guī)格經(jīng)一段時間后已經(jīng)改變。因此，他們輸出的強度改變了。例如，較老的X射線機器通常生成相對高的X射線劑量，而較新的X射線機器生成較低的劑量。還有，某些老的X射線機器使用脈沖照射方案，而較新的機器可能釋放穩(wěn)定的時間恒定的劑量和劑量率。劑量的變化也是解剖結(jié)構(gòu)(由患者到患者)和源到患者的距離變化的結(jié)果。正如已知的，X射線劑量和劑量率取決于源和患者之間的距離(d)，其系數(shù)為d2。本發(fā)明的實施例尤其提供一種使用像素陣列子采樣自動觸發(fā)口腔內(nèi)X射線傳感器的方法。所述方法包括朝向口腔內(nèi)傳感器引導(dǎo)X射線輻射。當(dāng)X射線輻射撞擊像素陣列中的像素時，生成與撞擊該像素的X射線輻射相關(guān)的電信號。所述方法還包括在處理器或類似的電子裝置中通過破壞性地讀取位于多行像素中的一行或多行中的像素陣列的周邊的第一和第二像素簇，來處理由像素陣列中的一個或多個像素生成的電信號。接著，生成基于來自在一行或多行像素中的每行中的第一和第二像素簇中的每個的信號的組合信號。 當(dāng)組合信號超過預(yù)定閾值時，起動利用來自像素陣列中的所有像素的信息生成的圖像的獲取。在另一實施例中，本發(fā)明提供一種口腔內(nèi)X射線系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括具有像素陣列的口腔內(nèi)傳感器。所述像素陣列具有多行像素。每個像素生成與撞擊該像素的X射線輻射相對應(yīng)的電信號。處理器或類似的電子裝置接收來自所述像素陣列的電信號。所述處理器破壞性地讀取在所述多行像素中的一行或多行中的第一和第二像素簇。所述第一和第二像素簇中的每個都位于所述像素陣列的周邊。在一個實施例中，所述處理器生成基于來自在所述一行或多行像素中的每行中的第一和第二像素簇中的每個的信號的組合信號，并在所述組合信號超過預(yù)定閾值時起動圖像(其利用來自所述像素陣列中的所有像素的信息來生成)的獲取。在另一實施例中，處理器生成基于所述第一和第二像素簇的組合信號，并在所述組合信號超過閾值時啟動圖像獲取。在另一實施例中，本發(fā)明提供一種口腔內(nèi)X射線系統(tǒng)。所述口腔內(nèi)X射線系統(tǒng)包括像素陣列、耦合到所述像素陣列的處理器以及簇選擇線，該像素陣列包括周邊。所述像素陣列中的每個像素生成與撞擊該像素的X射線輻射相關(guān)的電信號。所述像素陣列至少包括在所述周邊的第一側(cè)的第一簇中布置的第一部分像素和在所述周邊的第二側(cè)的第二簇中布置的第二部分像素。所述周邊的第二側(cè)與所述周邊的第一側(cè)相對。當(dāng)被啟用時，所述簇選擇線將所述處理器耦合到所述第一簇和所述第二簇中的至少一個，以使得所述處理器能夠確定在所述第一簇和所述第二簇中的所述至少一個處生成的電信號的量。如果所述處理器確定所述生成的電信號的量穿越閾值，則所述處理器讀取所述像素陣列。
通過考慮詳細(xì)的說明和附圖，本發(fā)明的其他方面將變得顯而易見。


圖1是牙科X射線系統(tǒng)的示意圖，該系統(tǒng)包括X射線源、位于患者口腔內(nèi)的口腔內(nèi)傳感器以及連接到口腔內(nèi)傳感器的計算機；圖Ia是圖1所示的口腔內(nèi)傳感器的示意圖，其顯示了所述傳感器的內(nèi)部部件，包括像素陣列和處理器；圖加到圖2c圖示了由X射線源生成的X射線輻射的射野和所述口腔內(nèi)傳感器之間的對準(zhǔn)的變化；圖3a是在圖1所示的口腔內(nèi)X射線傳感器的像素元件陣列的示意圖；圖北圖示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例的像素陣列的電路圖；圖如和4b圖示了在本發(fā)明的一個實施例中時間選擇和觸發(fā)閾值之間的聯(lián)系，其中不同的復(fù)位時間被用于不同的像素組，以便適應(yīng)變化X射線劑量和暗電流所產(chǎn)生的影響；圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的某些實施例自動觸發(fā)口腔內(nèi)傳感器的過程。
具體實施例方式在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任意實施例之前，應(yīng)該理解本發(fā)明的應(yīng)用沒有被限制為下面的說明中所闡述的或下面的附圖中所圖示的部件的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠有其他實施例，并且能用多種方式實踐或?qū)崿F(xiàn)。圖1圖示了牙科X射線系統(tǒng)10。所述系統(tǒng)包括X射線源12。在圖示的實施例中， 所述源位于機械臂15的一端13上。當(dāng)被啟動時，所述X射線源12生成X射線束16，其具有大致圓形的橫截面。(當(dāng)然X射線一般是不可見的，但是圖示了射束的表示以方便理解本發(fā)明。)在許多應(yīng)用中，準(zhǔn)直器被用于減小射束的尺寸并生成具有矩形橫截面的更小的X射線束。準(zhǔn)直器可以與機械定位裝置一起使用，以便幫助X射線束與X射線傳感器對準(zhǔn)。如圖1所示，所述臂15被定位(例如，由操作者)，使得X射線束被導(dǎo)引到口腔內(nèi)傳感器20。 口腔內(nèi)傳感器20被顯示為位于患者21的口腔內(nèi)。在某些實施例中，口腔內(nèi)傳感器20包括閃爍體，其將X射線輻射轉(zhuǎn)換成可見光。在某些實施例中，所述傳感器20被配置為將X射線轉(zhuǎn)換成電子，而無需閃爍體。如最佳參考圖IA所示，所述傳感器20還包括像素陣列22。 每個像素響應(yīng)于撞擊在其上的光(來自所述閃爍體)或X射線輻射而產(chǎn)生電信號。在一個實施例中，所述傳感器20包括一個或多個“板上(on-board) ”模數(shù)轉(zhuǎn)換器來將由所述像素生成的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這些信號被提供給處理器23 (例如可編程的電子微處理器或類似裝置)。在所示的實施例中，所述處理器23被連接到存儲和RAM)和輸入-輸出接口 25。所述傳感器還包括一個或多個電子電路以用于供電、驅(qū)動像素陣列和驅(qū)動輸出(例如位于I/O接口 25中的電路)。如在下面更詳細(xì)地討論的，在圖示的實施例中， 所述處理器23控制圖像獲取或傳感器20的觸發(fā)。返回參看圖1，傳感器20的電線、線纜或類似連接器27將所述傳感器20連接到計算機30。所述計算機30包括各種部件，包括處理器或類似電子裝置32、輸入/輸出接口 34和存儲器36 (例如RAM和ROM)。在一個特定實施例中，所述輸入/輸出接口 34是USB
6連接，并且連接器27是USB線纜。圖1圖示了由傳感器20獲取并被計算機30處理的圖像數(shù)據(jù)被發(fā)送到顯示器38并作為圖像40被觀看。(繪制的圖像40比X射線圖像典型的外觀更加清晰。)在患者口腔內(nèi)的口腔內(nèi)傳感器20的位置確定患者解剖結(jié)構(gòu)的什么部分能被成像 (例如上顎對下顎，或門牙對磨牙)。X射線操作者放置(或幫助患者放置)口腔內(nèi)傳感器在患者口腔內(nèi)的期望位置處。各種傳感器保持器(包括那些與準(zhǔn)直器一起使用的或包括準(zhǔn)直器的)可被用于將傳感器20保持在期望位置，直到圖像被產(chǎn)生或獲取為止。例如，某些保持器被設(shè)計成使得患者用他或她的牙齒咬住保持器，并通過保持咬住保持器來保持所述傳感器的位置。在所述傳感器被定位在期望解剖結(jié)構(gòu)后面之后，將通過X射線源12生成的 X射線射野與所述傳感器對準(zhǔn)，但是，所述源和所述傳感器變得未對準(zhǔn)是可能的。未對準(zhǔn)可能是由于患者移動他或她的頭、移動口腔內(nèi)傳感器(通過重新咬住保持器、移動他或她的舌頭等)和其他原因引起的。圖加圖示了一種對準(zhǔn)Al，其中所述傳感器20完全位于由X射線源12產(chǎn)生的X射線射野Fl內(nèi)。圖2b圖示了兩種對準(zhǔn)A2和A3，其中所述傳感器20大部分位于X射線射野 Fl內(nèi)，但所述傳感器的部分(SPl或者SP^位于射野Fl外部。圖2c圖示了兩種對準(zhǔn)A4和 A5，其中所述傳感器20大部分位于X射線射野Fl外部，但部分(SP3或者SP4)位于射野Fl 內(nèi)部。如上面所提到的，在許多已知的系統(tǒng)中，基于手動啟動開關(guān)或基于圖像傳感器的輸出(即全部像素的輸出)超過預(yù)定閾值而觸發(fā)圖像獲取。在本發(fā)明的實施例中，圖像獲取或采集的觸發(fā)是基于位于圖像傳感器內(nèi)的特定像素簇的子采樣的。圖3a圖示了所述傳感器20中的像素的排列。如所提到的，所述傳感器20包括多個像素，并且處理器23接收來自所述像素的信息。所述處理器從所述傳感器的像素陣列中的像素讀出數(shù)據(jù)。圖3a圖示了所述傳感器的八行像素(行52、54、56、58、60、62、64和66)。 每行包括第一像素簇和第二像素簇。例如行52包括簇70和71。行M包括簇72和73。行 56、58、60、62、64以及66分別包括簇74和75,76和77,78和79,80和81,82和83以及84 和85。在所示的實施例中，每個像素簇70-85包括32個像素。所述像素陣列的每行中的每個像素簇都位于所述傳感器的邊緣或周邊P。例如， 在圖3a所示的實施例中，所述傳感器20的左手側(cè)(“LHS”)上的每個像素簇(即，簇72、 74、76、78、80、82和84)包括所述行上的開頭的32個最左像素，并且在所述傳感器20的右手側(cè)(“RHS”)上的每個像素簇(即，簇71、73、75、77、79、81、83和85)包括所述行上的最后的32個最右像素。在像素行的每行中并成圖3a所示的大體配置的像素簇被稱為“周邊像素”。在本發(fā)明的一個實施例中，處理器23執(zhí)行對周邊像素的卷簾(rolling-shutter) 模式掃描。在這種實施例中，像素積分時間被設(shè)定在預(yù)定量，并且一個像素簇在這一時間的某個部分內(nèi)被采樣。例如，積分時間可被設(shè)定在5到50毫秒之間，并且掃描或采樣時間為對應(yīng)的更低的量。在一個實施例中，積分時間是16毫秒(ms)，并且每Ims采樣一個簇。例如，行52中的簇70被采樣并且大約Ims后同一行(行中的像素簇71被采樣，該處理一直持續(xù)到八行中的所有簇都被讀取或采樣為止。讀取以破壞性方式被執(zhí)行，這意味著一旦像素的信息被讀出，該像素被復(fù)位。
像素中的信號包括兩個主要部分背景信號和由入射X射線輻射生成的信號。背景信號主要是由1) “暗電流”(通常取決于溫度的不可避免的干擾)、2)其他參數(shù)以及3) 噪聲引起的。在某些實施例中，一種被稱為雙采樣或相關(guān)雙采樣(“DS/CDS”)的信號調(diào)理技術(shù)被用于提高信號和背景噪聲之間的比率。如果使用DS/CDS，像素的信號被讀取(“初始像素讀數(shù)”)，接著該像素被復(fù)位，并且復(fù)位水平被讀取并被從初始像素讀數(shù)中減去。這種方法幫助去除讀出噪聲。在某些實施例中，在與在其上構(gòu)建像素陣列的同一芯片上執(zhí)行DS/ CDS。模擬值被減去，并直到那時才通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。來自像素簇中的每個像素的值被組合。組合值被相對于預(yù)定閾值進(jìn)行評估。如果所述組合值超過所述閾值，則圖像采集被觸發(fā)。組合來自所述像素的值的方式可以改變，但是用于這樣做的某些技術(shù)將在下面進(jìn)行說明。通常，組合值的信噪比(“SNR”)較低。因而，在一個實施例中，所述像素值的組合以一種提高SNR的方式被執(zhí)行。所述像素值被積分。來自所述像素的信號被從像素到像素相關(guān)，并且通過將所述值相加而執(zhí)行積分。因為所述值被從像素到像素相關(guān)，所以當(dāng)所述值被彼此相加時，噪聲被平均掉。值的組合或值的和被與其相比較的閾值(在一個實施例中)是基于經(jīng)驗知識的預(yù)定閾值。例如，所述閾值可以是幾毫伏或與幾PGy(例如5yGy)的X射線劑量相關(guān)。在另一實施例中，使用自適應(yīng)技術(shù)確定所述閾值，該技術(shù)考慮溫度、暗電流或二者。為確保當(dāng)傳感器被X射線輻射照射時所述傳感器觸發(fā)，在一個實施例中，所述傳感器20總是被裝備好的(或開啟)。當(dāng)所述傳感器被這樣配置時，它將探測X射線輻射，而不要求操作者啟動它。圖北描述了像素陣列22的示意圖。為解釋的目的，所述像素陣列22被描述為 NXM像素陣列；N和M的值可以根據(jù)實現(xiàn)方式而變化。像素陣列22包括像素86、復(fù)位開關(guān) 87和感測開關(guān)88。每個像素包括復(fù)位/感測開關(guān)89、積分元件90、讀出放大器91和讀出開關(guān)92。所述積分元件90響應(yīng)于接收到基于X射線、暗電流和噪聲的能量而累積電荷，這在下面更詳細(xì)地說明。當(dāng)我們在本說明書中使用術(shù)語電荷時，廣泛地說，電荷代表在所述積分元件90處接收的能量的量。在其他實施例中，電子、空穴或其他電子信號，無論是模擬的還是數(shù)字的，都代表在積分元件90處接收到的能量的量。每個像素還接收行選擇線93和列選擇線94中的一個。所述行選擇線93控制讀出開關(guān)92。存儲在每個積分元件90上的電荷被通過使用合適的行選擇線93和列選擇線94讀取，并被解讀以生成如上所述的X射線圖像40。所述積分元件90—旦被讀出就被擦除(“破壞性”讀取)。在某些實施例中， 有可能積分元件90被讀出而不被擦除(“非破壞性”讀取)，并替代地周期性地復(fù)位像素陣列22的全部或部分。像素陣列22具有四個基本功能狀態(tài)1)復(fù)位狀態(tài)、幻探測狀態(tài)、幻積分狀態(tài)以及 4)讀出狀態(tài)。在所述復(fù)位狀態(tài)，通過將積分元件90設(shè)定到參考電壓(例如2伏特)，存儲在每個像素86的積分元件90上的電荷被去除。通過關(guān)閉復(fù)位/感測開關(guān)89和復(fù)位開關(guān) 87，同時保持感測開關(guān)88和讀出開關(guān)92打開，積分元件90被設(shè)定到參考電壓。在所述探測狀態(tài)，特定復(fù)位/感測開關(guān)89和感測開關(guān)88被關(guān)閉以便將特定積分元件90連接到感測線98，同時復(fù)位開關(guān)87和所有的讀出開關(guān)92被保持打開。在所述探測狀態(tài)，所選擇的特定像素的合計電荷被測量以便確定是否已經(jīng)穿越閾值，其可指示X射線輻射的接收。每個積分元件90開始具有大約與來自復(fù)位狀態(tài)的參考電壓相等的電壓。其后，隨著來自X射線能量、暗電流和噪聲的電荷在積分元件90處累積，積分元件90處的電壓降低。因此，在感測線98和地線99之間測量的所選擇的特定像素的合計電壓(稱為“二極管電壓”，因為所選擇的一組像素能被視為元二極管(meta diode))隨著在任意積分元件 90處的電壓降低而降低。為循環(huán)通過所述像素簇70-85，感測開關(guān)88和合適的行選擇線93和列選擇線94 被啟用以便將合適的像素86耦合到感測線98。例如，為感測簇70 1)行選擇線1被啟用；并且2)列選擇線1-32被啟用(簇70)。為感測簇72，行選擇線2被啟用，并且與感測簇70相同的列選擇線保持啟用(即列選擇線1-32被啟用)。為感測簇71，行選擇線1被啟用，并且列選擇線M到M-32被啟用。在某些實施例中，額外的感測開關(guān)88被提供在所述像素陣列22中。每個感測開關(guān)88被連接到像素42的特定部分(例如像素行52-66中的一個)，并且每個感測開關(guān)88與其自身的二極管電壓相關(guān)聯(lián)。因此，通過感測每個感測開關(guān)的二極管電壓，多個像素簇70-85被同時感測，這與一個接一個循環(huán)通過像素行70-85相反。在所述積分狀態(tài)，所有開關(guān)(87、88、89和92)都是打開的。像素陣列22累積由X 射線輻射和由不期望的噪聲成分(例如暗電流)產(chǎn)生的電荷。在所述讀出狀態(tài)，提供信號給列選擇線94(從列選擇線1到M中的一個)。另外， 沿著行選擇線93(從行選擇線1到N中的一個)提供信號。作為響應(yīng)，所選擇的像素行的讀出開關(guān)被關(guān)閉。在像素行上的積分元件90上存儲的電荷沿著輸出路徑96被輸出。提供給特定列選擇線94的指示用于選擇所述輸出路徑96中的一個，并允許沿著選定的輸出路徑96的電荷輸出被輸入到A/D轉(zhuǎn)換器97。所述A/D轉(zhuǎn)換器97對從像素接收的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并輸出數(shù)字信號到所述處理器23。通過提供信號給合適的行選擇線93和列選擇線 94來針對每個像素86重復(fù)這一過程，整個像素陣列22被讀出。在某些實施例中，多個像素被并行讀出。例如，在某些實施例中，所述A/D轉(zhuǎn)換器 97同時將來自像素86的多個模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并沿著多位總線將這些數(shù)字信號轉(zhuǎn)發(fā)給所述處理器23。在其他實施例中，在每個像素內(nèi)都提供個體像素A/D轉(zhuǎn)換器，這與單個A/D轉(zhuǎn)換器97相反。在某些實施例中，包括關(guān)于圖4a_4b描述的實施例中，在積分元件90上累積的電荷增加(而不是降低)了橫跨每個積分元件存儲的電壓。在這種實施例中，所述復(fù)位信號通過將橫跨每個積分元件90的電壓設(shè)定到接地而去除在每個積分元件90上存儲的電荷。 另外，當(dāng)所述像素陣列暴露于X射線輻射、暗電流和其他噪聲時，二極管電壓增加，而不是降低。這樣，所述閾值電壓被設(shè)定在所述復(fù)位電壓值之上的值，并且一旦二極管電壓增加到在所述閾值之上的水平，所述閾值電壓被穿越。在替代實施例中，實現(xiàn)了上面描述的像素簇掃描技術(shù)的變型。在上面描述的實施例中，所有像素簇被以相同的速度讀取或掃描。然而，有可能以不同的速度讀取所述簇。在一種實現(xiàn)方式中，一組像素簇被快速地(或快地)(例如每毫秒)讀取，而第二組像素簇被緩慢地(或慢地)(例如每IOms)讀取。這兩組簇被指定閾值(其可能是不同的)。在該替代實施例的一種實現(xiàn)方式中，像素簇位于與上述討論的周邊像素簇相同的位置。然而，有可能的是，像素簇的位置在利用多個讀取速度的實施例中可以是不同的。在圖如和4b中圖示多個讀取速度的替代方式中使用的理念。圖如包括圖100。 在水平軸X上測量時間，并且在縱軸Y上測量信號幅度。圖如圖示了具有第一相對短復(fù)位時間Tl的實施例。眾所周知，暗電流是相對小的電流，其流過光感裝置，即使在裝置沒有被輻射激勵的情況下也是如此。溫度的變化能影響暗電流。如圖如中的暗信號曲線DS所示， 由暗電流導(dǎo)致的像素或傳感器信號的幅度隨時間而增加。像素被周期性地復(fù)位(例如每 Tl毫秒)以便去除暗信號。否則，僅僅暗信號就可能達(dá)到滿足或超過傳感器觸發(fā)閾值TTl 的水平。在圖如中圖示了兩種情況。在第一種情況中，暗信號110與X射線信號112之和 (信號110和112被示出為彼此交疊，而不是彼此相加)超過了所述閾值TT1。在第二種情況中，暗信號114與X射線信號116之和沒有超過所述閾值TTl。圖4b圖示了圖150，其具有與圖如中類似的軸(X’和Y’)，但具有相對長的復(fù)位時間T2。與圖如類似，圖4b圖示了兩種情況。在其中一種情況中，暗信號154與X信號 156之和超過了觸發(fā)閾值TT2，而在第二種情況中，暗信號160與X信號164之和沒有超過所述閾值TT2。如上所述，X射線劑量可能會由于多種原因而變化。以不同的速度讀取像素的特定組像素有助于補償這些不同并適于不同的劑量率。在圖如的實現(xiàn)方式中(例如第一組簇和閾值TTl)，使用快速讀取時間。換句話說，像素的復(fù)位時間被設(shè)定為相對短的時間。具有短的復(fù)位時間在以下情況中是尤其有用的χ射線源是高劑量或高劑量率的源、X射線源和傳感器之間的距離短，或者二者皆有。減少復(fù)位時間有助于減少錯誤觸發(fā)的可能。然而， 只有當(dāng)X射線信號相對強時，短的復(fù)位時間才是穩(wěn)健的，因為快的復(fù)位時間傾向于減少暗信號在暗信號與X射線信號之和中的貢獻(xiàn)，如上所述，暗信號與X射線信號之和是與觸發(fā)閾值相比較的值。在圖4b的實現(xiàn)方式中(例如第二組簇和閾值TT2)，使用慢的讀取時間。換句話說，用于像素的復(fù)位時間被設(shè)定為相對長的時間。具有長的復(fù)位時間在以下情況中是尤其有用的χ射線源是低劑量或低劑量率的源、X射線源和傳感器之間的距離長，或者二者皆有。當(dāng)X信號相對低時，增加復(fù)位時間是穩(wěn)健的，因為長的復(fù)位時間增加了暗信號在暗信號與X射線信號之和中的貢獻(xiàn)。增加的讀取時間的代價是更低或更慢的圖像探測速度。圖5描述了用于自動觸發(fā)傳感器20以獲取圖像的過程200。過程200從步驟202 開始，在該步驟重新設(shè)定參數(shù)，例如i和N(i = 0 ；N =被監(jiān)測的像素陣列22中的像素簇的數(shù)量)。在某些實施例中，步驟202還包括使用復(fù)位開關(guān)87重新設(shè)定像素陣列22以便去除任何暗電流、噪聲或其他不期望的累積的電荷。在步驟204，像素陣列的像素簇i (例如簇0)被處理器23讀取。在圖3中，簇0被示出為簇70。進(jìn)行到步驟206，處理器23將讀取自簇i的信號值與閾值(例如閾值TTl或TT2)相比較。在步驟208，如果所述比較指示出所述閾值沒有被穿越，則所述處理器23進(jìn)行到步驟210并遞增參數(shù)i。處理器23在步驟212中通過比較i與在該循環(huán)中要核查的像素簇的總數(shù)量，確定是否已經(jīng)到達(dá)像素陣列的末端。如果到達(dá)了像素陣列22的末端，則處理器23回到步驟202并設(shè)定i = 0以返回到像素陣列22的開始。如果還沒有到達(dá)像素陣列的末端，則處理器23返回到步驟204以讀取下一個像素簇i。如果處理器23在步驟208中確定所述閾值已經(jīng)被穿越，則處理器23 進(jìn)行到步驟214以讀取像素陣列22。此后，處理器23將像素陣列數(shù)據(jù)輸出到計算機30。在某些實施例中，為實現(xiàn)用于循環(huán)通過像素簇(例如以每像素簇2ms的速率)的期望循環(huán)時間，延遲計數(shù)器或類似的技術(shù)被合并到過程200中。例如，處理器23可操作地延遲像素讀取步驟204，直到從步驟204的前一次執(zhí)行起經(jīng)過了預(yù)定時間。
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此外，如上所述，在某些實施例中以不同的速度讀取不同的像素簇。在一個示例中，處理器23同時執(zhí)行多個過程200，其中每個過程200實施不同的延遲時間、步驟210中的不同的增量值或它們的組合?？蛇x擇地，過程200被改變以便包括嵌套循環(huán)以便對于特定像素簇實現(xiàn)不同的循環(huán)時間。所述嵌套循環(huán)使用特定延遲時間、步驟210中的特定增量值或它們的組合，以實現(xiàn)用于像素簇的期望循環(huán)時間。這樣，本發(fā)明尤其提供了使用所選擇的像素組對X射線傳感器的自動觸發(fā)。由上面的討論顯而易見，存在與所公開的觸發(fā)技術(shù)的某些實施例相關(guān)聯(lián)的某些限制。例如，因為使用來自所選擇的數(shù)量/位置的像素的數(shù)據(jù)，觸發(fā)閾值被調(diào)節(jié)為使得即使在非常低劑量的條件下X射線的發(fā)動也會被探測到。例如，在包括所公開的傳感器的實施例的測試中，在具有阻止X射線到達(dá)傳感器表面的2/3的鉛屏蔽的情況下，480 μ Gy/s的劑量率和5 μ Gy的總劑量都能成功觸發(fā)傳感器。另外，因為使用來自所選擇的數(shù)量/位置的像素的值，由傳感器產(chǎn)生的信號的SNR被調(diào)節(jié)(因為總體傳感器信號是低的，但噪聲的和是恒定的)。另一方面， 因為在某些實施例中像素被復(fù)位，觸發(fā)水平是穩(wěn)定的并且不需要調(diào)節(jié)以適應(yīng)如聚積暗信號的時間相關(guān)效應(yīng)。因此，所公開的技術(shù)相對不受由溫度變化和暗電流引起的不想要的效應(yīng)的影響。本發(fā)明的各種特征和優(yōu)點在權(quán)利要求書中闡述。
權(quán)利要求
1.一種口腔內(nèi)X射線系統(tǒng)，其包括具有像素陣列的口腔內(nèi)傳感器，所述像素陣列具有位于所述像素陣列的周邊的多個像素簇，每個像素生成與撞擊該像素的X射線輻射相關(guān)的電信號；以及電控單元，其連接到所述口腔內(nèi)傳感器以便接收來自所述像素陣列的電信號，所述電控單元一次一個地破壞性地讀取每個像素簇，所述電控單元被配置成基于來自所述像素簇的信號生成劑量相關(guān)信號，并且在所述劑量相關(guān)信號超過預(yù)定閾值時起動利用來自所述像素陣列中的每個像素的信息生成的圖像的獲取。
2.如權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述電控單元執(zhí)行像素積分。
3.如權(quán)利要求2所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述像素積分在預(yù)定量的時間內(nèi)執(zhí)行，并且所述一個或多個像素簇中的每個在所述預(yù)定量的時間的部分處被讀取。
4.如權(quán)利要求2所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述電控單元在像素積分前從像素到像素將來自所述像素的信號相關(guān)。
5.如權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述電控單元對位于所述像素陣列的所述周邊的像素簇執(zhí)行卷簾模式掃描。
6.如權(quán)利要求5所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述電控單元執(zhí)行像素積分。
7.如權(quán)利要求6所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述像素積分在預(yù)定量的時間內(nèi)執(zhí)行，并且所述一個或多個像素簇中的每個在所述預(yù)定量的時間的部分處被讀取。
8.如權(quán)利要求6所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述電控單元在像素積分前從像素到像素將來自所述像素的信號相關(guān)。
9.如權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述像素簇包括第一像素簇和第二像素簇， 并且其中，每個第一像素簇包括在單行像素中的所述像素陣列的左手側(cè)上的預(yù)定數(shù)量的像素，并且每個第二像素簇包括在單行像素中的所述像素陣列的右手側(cè)上的預(yù)定數(shù)量的像ο
10.如權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述電控單元執(zhí)行兩種信號調(diào)理中的至少一個雙采樣和相關(guān)雙采樣。
11.如權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定閾值是經(jīng)驗閾值。
12.如權(quán)利要求1所述的X射線系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定閾值是使用自適應(yīng)技術(shù)確定的。
13.一種自動觸發(fā)口腔內(nèi)X射線傳感器以獲取圖像的方法，所述口腔內(nèi)傳感器具有像素陣列，所述像素陣列具有多個像素簇，所述方法包括朝向所述口腔內(nèi)傳感器引導(dǎo)X射線輻射；當(dāng)X射線輻射撞擊所述像素陣列中的像素時，生成與撞擊所述像素的X射線輻射相關(guān)的電信號；通過破壞性地讀取像素簇來在電控單元中處理由所述像素陣列中的一個或多個像素生成的電信號，其中，所述像素簇中的每個都被連續(xù)地讀取并且每個都位于所述像素陣列的周邊；基于來自所述像素簇中的每個的信號生成組合信號；以及當(dāng)所述組合信號超過預(yù)定閾值時，起動利用來自所述像素陣列中的每個像素的信息生成的圖像的獲取。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括累積來自所述像素簇中的像素的值。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括以卷簾模式讀取在所述像素陣列的所述周邊的像素簇。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括累積來自所述像素簇中的像素的值。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括在預(yù)定量的時間內(nèi)執(zhí)行像素積分，并且在所述預(yù)定量的時間的部分處讀取所述像素簇中的每個。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括在像素積分前從像素到像素將來自所述像素的信號相關(guān)。
19.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述像素簇包括第一像素簇和第二像素簇，并且每個第一像素簇包括在單行像素中的所述像素陣列的左手側(cè)上的預(yù)定數(shù)量的像素，并且每個第二像素簇包括在單行像素中的所述像素陣列的右手側(cè)上的預(yù)定數(shù)量的像素。
20.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述像素簇包括第一像素簇和第二像素簇，并且其中，每個第一像素簇包括在兩行或更多行像素中的所述像素陣列的左手側(cè)上的預(yù)定數(shù)量的像素，并且每個第二像素簇包括在兩行或更多行像素中的所述像素陣列的右手側(cè)上的預(yù)定數(shù)量的像素。
21.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括執(zhí)行兩種信號調(diào)理中的至少一個雙采樣和相關(guān)雙采樣。
22.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括基于經(jīng)驗信息確定所述預(yù)定閾值。
23.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括使用自適應(yīng)技術(shù)確定所述預(yù)定閾值。
24.一種口腔內(nèi)X射線系統(tǒng)，其包括包括周邊的像素陣列，其中，每個像素生成與撞擊該像素的X射線輻射相關(guān)的電信號； 其中，所述像素陣列包括多個像素簇，所述多個像素簇至少包括在所述周邊的第一側(cè)的第一簇和第二簇以及在所述周邊的第二側(cè)的第三簇和第四簇，其中，所述周邊的所述第二側(cè)與所述周邊的所述第一側(cè)相對； 與所述像素陣列耦合的處理器；簇選擇線，其被選擇性地啟用以將所述處理器耦合到所述第一簇、所述第二簇、所述第三簇和所述第四簇，以使得所述處理器能夠一次一個地破壞性地讀取所述第一簇、所述第二簇、所述第三簇和所述第四簇，并且當(dāng)破壞性地讀取時，確定由所述第一簇、所述第二簇、所述第三簇和所述第四簇中的每個生成的電信號的量；其中，如果所述處理器確定所生成的電信號的量穿越閾值，則所述處理器讀取所述像素陣列。
全文摘要
在牙科X射線成像系統(tǒng)中使用的口腔內(nèi)X射線傳感器的自動觸發(fā)。所述口腔內(nèi)傳感器具有像素陣列。該像素陣列具有多行像素，并且每個像素都生成與撞擊到該像素的X射線輻射相關(guān)的電信號。電控單元被連接到該口腔內(nèi)傳感器以便從所述像素陣列接收電信號。該電控單元破壞性地讀取在多行像素中的一行或多行中的像素簇，所述像素簇中的每個都位于所述像素陣列周邊。所述電控單元被配置為基于來自所述一行或多行像素中的每行中的像素簇中的每個的信號生成劑量相關(guān)的信號，并起動利用來自每個像素的信息生成的圖像的獲取。
文檔編號A61B6/14GK102481135SQ201080032476
公開日2012年5月30日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者D·戈萊, U·澤勒 申請人:成像科學(xué)國際有限公司