本發(fā)明涉及醫(yī)學成像，更具體地，本發(fā)明涉及口腔內牙科放射學?，F代牙科放射學系統利用硅基mos技術的圖像傳感器，其上覆蓋了一層閃爍體材料，將x射線轉換為硅對其敏感的波長范圍內的可見光。圖像傳感器匯集了由閃爍體產生的光所產生的電荷。

背景技術：

傳感器包括有源像素矩陣，每個像素包括光敏元件(最常見的是光電二極管)和若干晶體管，使得在像素中由光所產生的電荷被收集以轉換成電壓。傳感器組件是由時序電路來操控的，以確保像素的復位，以及確保電荷經過從匯集開始的瞬間開始的一定時期被匯集，最后確保表示像素中積累電荷的電壓被讀出。這些電壓由放置于矩陣的每一列像素的底部的讀出電路來讀出。像素行是通過利用行解碼器，同時尋址這一行的所有像素來讀出的；為了達到這個目標，每個像素都包括行選擇晶體管，行選擇晶體管由來自行解碼器的命令來打開，這是對同一行的所有像素同時進行的。然后，行選擇晶體管將像素連接至各自的列導線(列導線為同一像素列的所有像素所共用)，以向該列導線傳送有用信號，有用信號代表位于選中的行和所述列的交叉點的像素中所產生的電荷。傳送同時發(fā)生在行的所有像素點上，每個像素都傳送至各自的列導線。

放射傳感器被放置在待觀察的人體部分的后面，因此，口腔內的牙科放射傳感器被放置在患者的口腔內，靠近待觀察的牙齒區(qū)域。x射線源被放置在患者的口腔外，面對著傳感器，并用透過待觀察的生物組織或其它物質的x射線的短暫閃光對傳感器進行曝光。

在對使用這種系統的重要限制中，尤其應當考慮將患者以及他或她周圍的人曝光在x射線下的風險。在仍然能獲得所觀察的區(qū)域的良好圖像的同時，有必要將x射線的傳送劑量降到最低。由于這個原因，x射線源發(fā)射對應于有限輻射劑量的短暫閃光。

這就要求傳感器可以在發(fā)射閃光的時候立即記錄圖像，否則就會浪費掉一部分的傳送劑量。然而，同樣重要的是，在開始照射之前并不開始進行成像，因為即使在沒有x射線時，由于光電二極管中存在暗電流(也就是，即使在沒有光，因此也沒有x射線的情況下產生的電流)，像素也會收集電荷。這些電荷必須在成像開始前移除。

因此，試圖將光電二極管中有用電荷匯集的開始和x射線閃光的開始進行同步。類似地，試圖將有用電荷匯集的結束與x射線閃光的結束進行同步。

在現有技術中，已經利用了多個解決方案來實現這種同步。

一個解決方案包括利用在傳感器和x射線源之間有線連接，來在x射線源啟動時觸發(fā)電子圖像的匯集。然而，在拍攝放射圖像的擁擠的醫(yī)療環(huán)境中，最好避免有線連接。此外，有線連接要求傳感器和源之間的公共協議，這很難與傳感器可以以任何源來曝光的要求進行協調，或者反過來，很難與源可以照射任何傳感器的要求進行協調。

因此，也提出了將x射線檢測器放置于圖像傳感器的旁邊，在口腔內或口腔外；這要求額外的部件和該部件和傳感器之間的連接。

在其只適用于利用ccd技術的傳感器，而不適用于利用mos技術的傳感器的一個特殊情況下，傳感器具有ccd中心電荷傳送寄存器，由傳感器的兩部分所產生的電荷在逐步傳送至矩陣之外的電荷至電壓轉換電路之前傳送至具有ccd中心電荷傳送寄存器，曾提出(專利us5510623)不遮蔽中心寄存器進行避光，而實際上應該遮蔽中心寄存器以進行避光。寄存器是基于硅的，因此自然是光敏的。如果它接收到光，它就會收集電荷，并將其電荷傳送到電荷至電壓轉換電路中。對由此產生的電壓電平進行連續(xù)監(jiān)測；它代表著在x射線閃光開始之前的暗電流噪聲；如果該電平顯著增大，則意味著x射線閃光已經開始，可以觸發(fā)完整的圖像拍攝動作。這個解決方案不能轉移到沒有讀出電荷傳送寄存器的cmos傳感器上；此外，在中心寄存器讀出在矩陣中產生的電荷的同時，由于中心寄存器對光線敏感而干擾傳感器的工作，從而對圖像產生不利影響。

在另一個解決方案中，利用ccd技術，三個x射線檢測二極管放置于像素矩陣的后面。這樣的技術要求更多的制造步驟。

在另一個解決方案中，在整個矩陣中分布的像素被用作參考像素，并對其進行監(jiān)測，如果一定數量的這些參考像素的電平超過了閾值，則觸發(fā)圖像的拍攝。這要求特定的尋址方式來讀出參考像素。如果利用多個像素的參考區(qū)域來進行這種檢測，那么這種情況也會發(fā)生。

在另一個解決方案中，為了檢測x射線閃光的到達，提供了比像素大并且能夠環(huán)繞整個矩陣的探測單元。這個解決方案占用空間，并且檢測可能發(fā)生在由于x射線必須通過的障礙而少有x射線到達的地方。

在一個具體解決方案中，將通過像素讀出的整體圖像與在x射線曝光之前在黑暗中拍攝的圖像進行比較。當讀出圖像突然變得與在黑暗中拍攝的圖像顯著不同時，推斷閃光已經開始。這要求讀出整個矩陣以獲取整體圖像的亮度水平突然改變的這個信息。

專利文獻us2007/0176109回顧了從多個專利文獻中獲取的這些解決方案，并提出了另一個解決方案，利用像素來檢測x射線的到達，其響應時間比矩陣的普通像素更快。這些像素位于矩陣的外圍，可以通過與矩陣的像素相同的尋址方式來尋址。優(yōu)選地，它們比矩陣的像素更大，因此占用了更多的空間。

在文獻wo2011/008421中，像素矩陣利用子采樣來讀出，也就是，不是所有像素都被讀出；只有位于外圍的那些像素點才會被讀出，以檢測x射線的到達。這使得傳感器及其時序電路的內部布置變得復雜。

檢測x射線閃光到達的像素的暗電流取決于可能顯著變化的周圍的環(huán)境溫度條件，考慮到這樣的事實，在專利ep0757474中，指出了檢測閾值是漸進的，并且依賴于先前的圖像。

技術實現要素：

為了避免現有技術的裝置的缺點，至少為了在這些裝置中的每一個所施加的約束之間達成更好的折衷，本發(fā)明提出改進傳感器上現有的檢測裝置。

本發(fā)明提出了利用mos技術的口腔放射圖像傳感器，以如下方式構建：它包括光敏像素的行和列的矩陣，每一個光敏像素都包括光電二極管和帶有晶體管的電路，其使得由光在像素中產生的電荷被收集并轉換為電壓，并且傳感器包括列導線，對于每一列像素，所述列導線為列的所有像素所共用，所述列導線連接到對應于列的讀出電路，并且傳感器包括行尋址電路，用于尋址選定行的像素，并將有用信號傳送至列導線，有用信號由選定行的像素所產生，并表示這些像素的亮度。

根據本發(fā)明的傳感器的特征在于，其包括，在矩陣的中間，取代了中心列或中心行像素的光電二極管序列，光電二極管都是在其一側平行地電連接至參考電位，在另一側電連接至沿著光電二極管序列延伸的同一檢測導線，這個檢測導線被連接至檢測電路，在檢測到的電流或電流的變化超過表示x射線閃光已經啟動的閾值時，傳送用于觸發(fā)拍攝圖像的信號。

如果傳感器通常為矩形形狀(可選地具有切角)，因此具有長度和寬度，其中長度大于寬度，規(guī)定光電二極管序列放置為定位于長度方向，取代列或行。在大多數情況下,列(沿信號收集的方向)定位于長度方向，但這不是必須的；然后，用于檢測x射線閃光的光電二極管序列和檢測導線沿收集有用的信號的列導線的方向延伸。

光電二極管優(yōu)選地以與環(huán)繞其的像素列或像素行中的像素相同的間距分布。這些光電二極管在技術上與像素的光電二極管是完全相同的，它們優(yōu)選地具有相同的尺寸。

在具體實施方案中，還規(guī)定在列中，在行中或在兩者中的一個或更多個其它光電二極管序列，每個都占據了全部或部分它們所取代的像素列或像素行。

附圖說明

在閱讀以下詳細描述并參考附圖之后，本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點將變得明顯，其中：

-圖1顯示了現有技術的牙科放射傳感器的總體視圖；

-圖2顯示了在現有技術的一個實施方案中，像素矩陣的總體布置；

-圖3顯示了在根據本發(fā)明的牙科放射傳感器中，像素矩陣的總體布置；

-圖4顯示了對應于根據本發(fā)明的傳感器的架構的電路圖；

-圖5顯示了在列中具有多個檢測光電二極管序列的矩陣的示例性布置；

-圖6顯示了具有一列和一行檢測光電二極管的示例性布置；

-圖7顯示了這樣的示例性布置，其中，在一列中有中心光電二極管序列，在三種不同的行中有多個光電二極管序列，每一個只占一行的一部分。

具體實施方式

圖1的比例尺為1，其顯示了口腔內牙科放射傳感器10，其包括覆蓋著閃爍體的可見光圖像傳感器，閃爍體在x射線的影響下發(fā)射可見光，整個組件被封閉在包里，包的尺寸(到一側的距離為幾厘米，厚度為幾毫米)使得其可以引入患者的口腔。傳感器包括輸出電纜20，但是在傳感器和用來接收電子圖像的計算機之間也可以進行無線通信。

可見光圖像傳感器是由單晶硅制成的，單晶硅對閃爍體發(fā)射的可見光敏感。可見光圖像傳感器由光敏像素矩陣以及控制和讀出電路構成，控制和讀出電路能夠觸發(fā)電子圖像的獲取，并能夠從每個像素中提取出表示這個像素的亮度的有用的信號。

出于患者舒適的原因，傳感器的包可以是如圖1所示的具有切角的矩形形狀，而且其上形成了像素矩陣以及控制和讀出電路的匯集電路芯片本身優(yōu)選地就是具有切角的矩形形狀。這種匯集電路芯片如圖2所示，由附圖標記cpt來表示。光敏像素矩陣由mpix來表示；它包括按照固定的間隔的規(guī)則布置的像素列和像素行。附圖標記cpix表示作為示例所用并以陰影線來顯示的像素列；類似地，附圖標記lpix表示作為示例所用并以陰影線來顯示的像素行。包括控制和讀出電路的時序電路，在這里以一種高度簡化的方式象征性地來呈現：

-行解碼器ldec，其在芯片上的一個長度的側面邊緣上，或者甚至是在兩個邊緣上，它用來通過行導線來連續(xù)地尋址多行像素，每一個行導線都連接了同一行的所有像素；

-讀出電路rd，其用于從被尋址行的像素提取有用信號；該信號由連接了同一像素列的所有像素的列導線來收集，并由這些導線引導至位于矩陣底部的讀出電路rd。

匯集電路芯片的輸出埠plt使得模擬或數字電子信號從芯片發(fā)送出去，所述模擬或數字電子信號表示在x射線下曝光而產生的電子圖像。

以下，因為術語“行”和“列”可以是任意的，按照慣例，認為“行”這個詞用于在由行解碼器尋址的行導線的方向上延伸的像素行，而“列”這個詞用于在收集來自像素的有用信號的列導線的方向上延伸的像素列。除非另有說明，像素被逐行尋址，并且在各列的底部收集有用信號。

當傳感器是矩形形狀(可選地，具有切角)，而不是正方形(通常情況下是這樣)時，列通常定位于長度方向，而行定位于寬度的方向，但這不是必須的。

圖3顯示了根據本發(fā)明的傳感器的布置。在傳感器的長度方向和矩陣mpix的中間，一列像素已經被檢測光電二極管序列sphx所取代，所有這些都連接至同一檢測導線cd，檢測導線cd沿被取代的列延伸，并連接至位于矩陣底部的檢測電路dx。圖3以符號形式顯示了擴大的局部視圖，更好地解釋了這一點：矩陣由像素組成，像素以特定的間隔沿行有規(guī)律地分布，并且每個像素都以陰影的正方形來表示，每個像素包括一個光電二極管和若干晶體管；矩陣的一個中心列被簡單的光電二極管所取代，每個光電二極管都以圓形來表示，并且這些光電二極管都直接連接至公共的檢測導線cd，公共的檢測導線cd本身連接至檢測電路dx。矩陣的間距是恒定的，從某種意義上說，光電二極管序列占據了等于像素的行間距的最大寬度。

優(yōu)選地，這個序列檢測光電二極管以與像素相同的列間距分布在列的方向上。行間距和列間距在原則上是完全相同的。

此外，優(yōu)選地，而不是必須的，光電二極管序列在像素矩陣的全部或幾乎全部高度上延伸。

最后，優(yōu)選地，在有源像素中的光電二極管在所有方面(技術和尺寸)都是完全相同的。

圖4顯示了對應于這種布置的電路圖，在例子中，每個像素包括光電二極管ph和三個mos晶體管，它們是：晶體管trs，其用于在匯集的開始周期性地復位光電二極管；讀出晶體管tl，其連接在使得出現在其柵極的電位復制到其源極的電壓跟隨器配置中；以及，行選擇晶體管ts，其由行導線(圖中未顯示)控制，行導線連接至由行解碼器控制的一行的所有的晶體管ts。當選擇晶體管打開時，選擇晶體管將讀出晶體管連接至列導線cc。在圖4中沒有顯示使得在x射線閃光的時候獲取電子圖像的時序電路(包括行解碼器)；時序電路控制復位晶體管和行選擇晶體管。像素可以包括第四個晶體管(或傳送晶體管)，這對應于當像素以被這個晶體管從光電二極管中分離出中間存儲節(jié)點的方式來構造的情形。然后，復位晶體管被用來復位存儲節(jié)點。最后，為了分別復位光電二極管和中間存儲節(jié)點，可以設置第五個晶體管。

序列sphx的每個檢測光電二極管都封裝在留給像素的空間內，但這個空間并不包括任何晶體管(或者，如果出于簡化矩陣的設計模式的目的，它真的包括了晶體管，這些晶體管也并不像另外那些矩陣的像素的晶體管那樣被控制，具體地，它們不連接至行解碼器)。這些光電二極管phx都連接至地電位，即，連接至像素的所有光電二極管ph都連接到的參考電位，而且它們都額外地直接連接(也就是說，沒有可控制的晶體管的介入)至列導線cd。因此，行解碼器不用來尋址光電二極管phx，因為這些光電二極管有組織地連接至導線cd，并不斷為導線cd提供有x射線閃光時它們在光的影響下產生的電流，或者沒有x射線時它們產生的不可避免的暗電流。

檢測電路dx具有連接至檢測導線cd的輸入。這個電路可以具有非常簡單的閾值比較函數，它將輸出信號傳送給像素矩陣的總時序發(fā)生器，以便在檢測器接收到的電流超過確定的閾值時，授權觸發(fā)完整的圖像拍攝動作。

電流的閾值可以是固定的閾值，或者根據環(huán)境條件自動調整的閾值(特別是根據溫度情況)。在固定閾值的情況下，選擇閾值以使得具有足夠的值，當電流隨著溫度升高而增加時，在光電二極管序列的暗電流的影響下，該值不引起觸發(fā)。在自動調整閾值的情況下，可以考慮多個解決方案。例如，可以規(guī)定由熱敏電路產生的變量閾值隨溫度而增加。另一種可能是該閾值定義為特定值，其高于在x射線曝光之前導線接收到的暗電流的均值；因此，只有由于x射線閃光引起的突發(fā)的電流尖峰，才會導致超過閾值并觸發(fā)圖像的拍攝。還有另一種可能是閾值定義為兩個連續(xù)時刻之間的時間微分，閾值為接收到的電流的增長梯度閾值。

實際上，電流經由簡單的電流至電壓轉換電路(例如電容跨阻抗放大器(ctia))來轉換成電壓，利用這個電壓作為絕對值或變差，來生成授權拍攝電子圖像的信號。在最簡單的情況下將使用簡單的閾值電壓比較器。

放置于矩陣和矩形傳感器的最長的長度方向的中間的檢測光電二極管序列phx具有非常巨大的優(yōu)勢，其通常比放置在像素矩陣邊上的光電二極管接收更大劑量的x射線(即由x射線所產生的光的劑量，但為了簡單和方便，將稱為x射線的劑量)。具體地，當傳感器在口腔中時，它這樣放置使得在長度方向的中間行更少地被患者的牙齒或下巴所遮蔽。相反地，如果一個光電二極管序列放置于矩陣的邊上，它往往會被下巴或牙齒所遮蔽，并且將接收少了許多的x射線。然而，重要的是，當開始接收x射線閃光時立即觸發(fā)匯集，因此重要的是，光電二極管序列盡可能少遮蔽以更快地反應。本發(fā)明使得可以優(yōu)化快速檢測出現x射線閃光的可能性。

例如，當想要的圖像是在患者咬住傳感器支架的時候(口腔幾乎關閉的情況下)拍攝的圖像時，傳感器放置在支架上，以使得長度方向的中間行沿支架放置。由于支架對x射線是透明的，它使得x射線的劑量直接傳送至沿著傳感器的中間行對齊的光電二極管序列。因此，即使在這種口腔關閉的特殊情況下，光電二極管序列也特別好地在x射線下曝光。

由于光電二極管序列只占據了一列像素的寬度，所以它對最終的電子圖像的干擾非常小。典型地，像素的尺寸可以是20微米乘20微米，而醫(yī)生用于診斷用途的使用細節(jié)的尺寸很少小于100微米乘100微米。每一行中丟失的像素的亮度值是通過在同一行的相鄰像素之間的插值來重建的，這很容易實現，因為所有丟失的像素都位于各行中相同的中間位置。

在不需要檢測光電二極管具有大于一個像素的面積的情況下，成序列的大量(數百)檢測光電二極管phx使得可以獲得足夠的檢測電流。

原則上檢測電路dx將和矩陣的讀出電路rd一起放置在像素矩陣的底部。在圖3中，檢測電路dx顯示為位于讀出電路rd的下方，但這不是必須的。具體地，它的位置取決于它的體積，體積的大小取決于所設想的實施方案，并取決于所期望的功能(檢測x射線閃光的出現，檢測接收到的劑量以停止圖像拍攝，觸發(fā)閃光的結束)。

制造光電二極管序列非常簡單，因為光電二極管在技術上與矩陣中有用的像素的光電二極管完全相同。

檢測光電二極管序列和檢測導線cd也可用于確定圖像拍攝的結束。具體地，可以匯集代表導線cd所接收到的電流的信號；然后，電流的積分代表了由光電二極管序列所接收到的x射線劑量。這個劑量代表了患者所接收的劑量。因此，用于控制匯集結束的電路可以像電路dx這樣連接至導線cd，以檢測接收到的劑量并控制時序電路，從而結束在像素中電荷的匯集。一旦接收到的劑量達到預定值，可以利用光電二極管序列和檢測導線來阻止x射線閃光。于是，用于控制x射線閃光結束的電路必須連接至檢測導線cd上，并且一旦接收到的劑量足夠，這個電路就向x射線源發(fā)送停止信號(例如通過有線連接)。用于控制x射線閃光結束的電路可以與用于控制匯集結束的電路相同。

在由行解碼器來解碼的像素行定位于傳感器的最長的長度方向的情況下，沿最長的長度方向放置在矩陣中間的光電二極管序列通過占據這一行的寬度來取代一行像素。

為了確保即使在傳感器被放置在口腔中，使得傳感器的中間行部分地被下巴或牙齒所遮蔽的情況下的有效檢測，可以規(guī)定與傳感器最長的長度方向對齊的一個或兩個其它次級光電二極管序列，平行于第一序列，并且每個都取代了相應的像素列(或行)。這些其它光電二極管序列中的每一個都連接至平行于序列延伸的導線，并連接至檢測導線cd上。這些其它序列的電流被添加到第一光電二極管序列所產生的電流中。

圖5顯示了如下的示例，其中，兩個其它光電二極管序列sphx1和sphx2分別取代了在中心列sphx的兩側的兩個其它像素列。在這種情況下，圖像信息也通過對信號的插值來重建，所述信號由位于檢測光電二極管兩側的行上的兩個像素來提供。

出于同樣的目的，也可以添加與垂直于傳感器的長度的方向一致的光電二極管序列。連接這個附加光電二極管序列的公共導線被連接至第一序列sphx的導線cd，以使得來自兩個序列的光電二極管的電流被疊加在一起。

圖6顯示了具有主序列sphx和垂直的次級序列sphy的示例。在這個例子中，次級序列放置于矩陣的中間行，但是它也可以放置于在這行的一側或另一側；還可以有兩個或三個與這個方向一致的次級光電二極管序列。還是在本例中，對于每個次級序列，由丟失的像素來接收的亮度是通過插值來重建的，但這一次是通過對來自于位于給定的光電二極管兩側的列中的兩個像素的信號來進行插值。這個解決方案可以與圖5中的解決方案相結合，其中在傳感器的長度方向上的列中有多個序列。在任何情況下，所有序列的導線都直接連接至中心主序列sphx的導線cd上，中心主序列sphx定位于最長的長度方向。

最后，圖7顯示了光電二極管序列并不需要在像素矩陣的整個長度或整個寬度上延伸。圖7顯示了列中的中心主序列sphx，其沿最長的長度方向在矩陣的整個高度上延伸，并且在寬度的方向上延伸的多個序列sphy，每一個都在寬度的一部分上延伸。優(yōu)選地，序列從中心序列中分出來以便于對應于每個序列的各個導線之間的連接，但這不是必須的，連接也可以通過矩陣的外部實現。