[发明专利]信噪比改进的高动态范围X射线探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电磁辐射、尤其是X射线的探测器，并且尤其涉及一种X射线探测器板，其提供了信噪比改进的高动态范围。

背景技术

使用通过将X射线辐射转换成光的利用闪烁器的间接转换，或者通过使用直接转换光电导体而直接转换成电子空穴对，X射线转换器将X射线辐射转换成光量子。来自X射线转换器的信号由传感器元件矩阵感测，这些传感器元件通常被布置成2维像素矩阵或网格。每个像素可以包括用于信号的收集设备，其形式例如为用以将光量子转换成电子的光电二极管、光门、光电导体或者用以直接收集电子或空穴的电极。无论如何，信号在读出之前最终存储在像素的电容中。在获取图像之前重新设置存储电容器以及读出过程涉及的各部件都对加入到信号的电噪声有贡献。因此，使可获得的信噪比降低。

通常需要X射线探测器以接收相同图像中的大范围信号，例如已经穿过密集材料的严重衰减的信号以及尚未穿过任何材料的直接辐射。

为了允许正确探测最强的辐射，需要选择灵敏度设置或低灵敏度范围设置，其对信噪比具有不利影响。在大部分现有技术的探测器中，灵敏度设置通常对于探测器的所有像素有效。通常，像素的放大器或读出级具有有限的动态范围，其通常形成为对传感器设备的电容的电压进行采样的源极跟随器。

动态范围的限制迫使用户选择更低的灵敏度，以避免读出链的饱和。

低灵敏度设置意味着弱辐射水平将仅给出小信号，这些小信号实际上受到不可避免的读出噪声、即存储电容器上的重置噪声和读出级中所加入的噪声的干扰。

如果在仅存在小辐射水平的区域中可获得较高的灵敏度设置，那么将从相当程度上提高信噪比，因而图像质量将更好。

美国专利申请号2006/0231875 A1公开了一种具有双转换灵敏度电荷存储的成像器。双转换灵敏度元件(例如Schottky二极管)耦合在浮置扩散区和相应电容器之间。双转换灵敏度元件响应于存储在浮置扩散区的电荷而在电容器的电容中切换，以将浮置扩散区的转换灵敏度从第一转换灵敏度改变至第二转换灵敏度。在另一方面，典型实施例提供了源极跟随器晶体管的栅极和浮置扩散区之间电阻性接触，这有助于读出像素的双转换灵敏度输出信号。

美国专利号6486808公开了一种前置放大器级，其中在包括了下游模数信号转换器的数据信号处理电路中具有可动态控制的信号灵敏度。监视在其前置放大之后的数据信号的水平，并且响应于超越一个或多个预定阈值的这种数据信号而动态地调整前置放大器级的灵敏度。因而，前置放大器级的有效动态范围得到扩展，由此有效地扩展了整个系统的动态范围，其超过了模数信号转换器的动态范围所限制的范围。这种前置放大器用于诸如使用平板固态成像设备的X射线系统中。

发明内容

本发明的目的是改进像素传感器设备，使其具有更挠性的动态范围。

通过如权利要求1的特征实现该目的为一种用于X射线辐射的辐射探测器像素，其包括传感器设备，提供了至少一种自动灵敏度范围控制设备，其控制将输入的电磁辐射到电输出量的转换，以及至少两个灵敏度范围，其中，特征曲线在工作范围内连续。

所采集的信号的工作范围从采集期间在探测器上缺失任何照度延伸直到探测器上的采集饱和。当附加照度不再增加探测器的输出信号时，达到饱和点。

电输出量可以是输出电压或者电荷量。

在现有技术中，通过例如组合两个特征工作曲线而使用用于成像的高动态范围的原理是在光电传感器中使用的公知方法。参考美国专利2006/0231875A1，其中所述的探测器像素的特征曲线是具有第一斜率的第一特征曲线和具有第二斜率的第二特征曲线的组合，并且其中，第一特征曲线和第二特征曲线的交叉提供了非连续工作点，因而关于两条工作特征曲线的交叉点存在错误，其导致交叉点中和附近的传感器设备的总工作特征曲线的不一致性。而且，对于所有像素的交叉点特征的均匀性难以实现。

但是这些方法不适于使用X射线成像，因为X射线图像提供了比可视范围中图像更大的对比范围。由于减少患者对有害X射线辐射的暴露量，为了适于将传感器应用在医学X射线成像中，必须避免信息损耗。

在本发明中，自动实现对暴露时间期间的动态范围的选择，这有利地允许不间断的暴露以及随后选择合适的动态范围，而在暴露期间不损耗图片信息。

为了实现设备的合适的小型化，有利的是使用光电传感器设备和根据权利要求2所述的至少一个电容，其中所述光电传感器设备自身提供电容，而所述至少一个电容能够易于实施在探测器像素中，因此本发明提供了辐射探测器像素，其中，传感器设备包括光电传感器设备和至少一个电容。