(57)【要約】Ｘ線検出器は、Ｘ放射線を光放射線に変換する変換層を有する。光感応性エレメントは、特にフォトダイオードであり、光感応性エレメントにより受光した光放射線から電気信号を得る。変換層は、タリウムが注入されたヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）を含んでおり、このタリウム注入ヨウ化セシウムは超高純度なものであり、Ｔｌの注入レベルは０．２５〜１．００at％の範囲内とされる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
・Ｘ線を光放射線に変換する変換層と、
・前記光放射線から電気信号を得る複数の光感応性エレメントと、
・タリウムがドープされたヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）を含む変換層と、
を有するＸ線検出器であって、
・タリウムがドープされたヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）は超高純度であり、
・Ｔｌドーピングレベルは、０．２５〜１．００at％の範囲にある、Ｘ線検出器。
【請求項２】
請求項１に記載のＸ線検出器であって、Ｔｌドーピングレベルは、空間的に均等である、Ｘ線検出器。
【請求項３】
請求項１に記載のＸ線検出器であって、Ｔｌドーピングレベルは、前記変換層の厚さに依存する、Ｘ線検出器。
【請求項４】
請求項１に記載のＸ線検出器であって、Ｔｌドーピングレベルは、前記変換層のＴｌドーピングレベルの横方向分布その他の空間的分布に依存する、Ｘ線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
・Ｘ線を光放射線に変換する変換層と、
・前記光放射線から電気信号を得る複数の光感応性エレメントと、
・タリウムがドープされたヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）を含む変換層と、
を有するＸ線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなＸ線検出器は、論文の「Amorphous silicon pixel layers with Caesium Iodide Converter for medical radiography’, by T. Jing et al. in IEEE Transactions in nuclear science 41 (1994) 903-909 から知られている。
【０００３】
この既知のＸ線検出器の変換層は、厚さが６５ないし２２０μｍの範囲のＣｓＩ：Ｔｌ層として形成される。アモルファスシリコンＰＩＮダイオードは、ＣｓＩ：Ｔｌ層に入射するＸ線によって生じたシンチレーション光を検出する光感応性エレメントとして用いられる。そのＴｌ濃度は０．１〜０．２mol％に維持される。
【０００４】
この既知のＸ線検出器の変換層は高い変換効率を有するものの、この変換層は相当なアフターグロー（残光）を被るようである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、低いアフターグローで済む変換層を有するＸ線検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、本発明により、
・タリウムがドープされたヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）は超高純度であり、
・Ｔｌドーピングレベルは、０．２５〜１．００at％の範囲にある、
Ｘ線検出器によって達成される。
【０００７】
アフターグローは、Ｘ線の入射があると変換層において発生した光放射が当該Ｘ線の入射が停止した後に暫くの間持続する現象である。本発明によれば、当該Ｘ線の入射の後に発生が持続する光放射のレベルが大幅に減少する。０．２５〜１．００at％の範囲におけるＴｌドーピングレベルにより、Ｔｌドーピングレベルが０．２５at％より低い場合又は１．００at％より高い場合よりも低い場合に得られるものよりも高い光放射線強度がもたらされる。さらに、この光放射線は、光感応性エレメントが最適感度を呈する波長範囲（４００〜７００ｎｍ）を有する緑色光として発射されるようである。超高純度のＣｓＩ：Ｔｌが用いられるので、電荷キャリアのトラッピング及び混合ドーパントによる増大アフターグローが相当に回避される。アフターグローが十分減少させられ又は殆ど防止されるので、Ｘ線画像の高速な連続が連続的Ｘ線照射によって形成される場合にいわゆる残像が防止される。特に、残像は、高照射線量のＸ線被曝画像の後に１つ又は複数の低Ｘ線照射線量の蛍光透視法によるＸ線画像が作られる場合に回避される。したがって、感光性エレメントからの電気信号から形成される電気ビデオ信号のような画像信号は、アフターグローによる劣化が高い水準でなくなる診断上の高い品質をもってＸ線画像の再現をなすのに適したものとなる。特に、インジウム（Ｉｎ）のドーピングが抑えられる。本発明の範囲において、超高純度のＣｓＩ：Ｔｌは、その材料がインジウムを意図的にドープされたものでないことを意味する。インジウムの意図的でないドーピングは、５００ｐｐｍ（parts per million）より低い濃度におけるものである。意図的でないＩｎドーピングレベルが１００ｐｐｍ未満のときに良好な結果が得られる。５ｐｐｍ又は１０ｐｐｍを下回る１ないし数ｐｐｍの極めて低い意図的でないドーピングレベルを達成することができるようである。このような極めて低い意図的でないドーピングレベルにおいて、非常に良好な結果が得られ、アフターグローを５分の１〜１０分の１の割合でＸ線源のオフ切換後何秒かの時間範囲に減らすこととなる。なお、この点につき日本国特許出願の特開平８−２９５８７８号は、主成分としてＣｓＩを添加成分としてタリウム及びインジウムを用いたシンチレータを備えた放射線検出器に関連する。高いＴｌドーピングレベルが使われるが、この既知の放射線検出器は、Ｉｎドーピングがアフターグローを増大させることになるので、アフターグローの問題を解決するものとはならない。
【０００８】
なお、本発明によるＸ線検出器は、コンピュータ処理される断層撮影システムに使われるのが好適である。コンピュータ処理される断層撮影法においては、Ｘ線源及びＸ線検出器が、検査対象の患者の周りを共に回転させられる。Ｘ線ビームの連続的な方向づけにおいて、それぞれの減衰特性が受信される。連続的な減衰特性は、大幅に異なるダイナミックレンジの信号レベルを有しうる。特に、検査対象の患者が連続的方位から照射される場合、減衰することなく患者を通り過ぎるＸ線ビームの部分は大きく変化する可能性がある。したがって、検出器の各部は、ある１つの方位において減衰しないＸ線を受信し、次の方位においては減衰したＸ線を減衰する場合がある。これにより、検出器によって受信される減衰特性のダイナミックレンジに大きなばらつきを生じる。本発明によるＸ線検出器は非常に短いアフターグロー時間を有するので、高強度照射により生じる相当に低い強度照射における劣化を伴うことなく非常に大きなダイナミックレンジに対処することができる。
【０００９】
本発明はまた、平坦な固体Ｘ線検出器に使われるのが効果的である。このような固体Ｘ線検出器は、複数のセンサエレメントを有する。これらセンサエレメントは、行と列にすなわちマトリクス構成で配列される。個々の列に対してそれぞれの読出ラインが設けられる。個々のセンサエレメントは、薄膜トランジスタなどのスイッチング素子により当該対応の読出ラインに結合される。分離したスイッチング素子は、入力接点、出力接点及び制御接点を持っている。入力接点は、センサエレメントに接続され、出力接点は該当の読出ラインに接続される。スイッチング素子は、その制御接点に供給されるアドレス指定信号に基づいて開成又は開成すなわち電気的に絶縁性又は伝導性のものとなる。特に、スイッチング素子が薄膜トランジスタである場合、そのソース及びドレイン接点は入力及び出力接点を担い、ゲート接点は、制御接点を担う。ゲート接点にアドレス指定信号が供給されると、該当の薄膜トランジスタが導電性となり、これにより当該スイッチ素子が閉じる。個々の行に対しては、それぞれのアドレス指定ラインが設けられる。センサエレメントの個々のスイッチングエレメントは、該当のアドレス指定ラインに結合されたそれらの制御電極を有する。したがって、センサエレメントは、全部の行に対して、例えば行ごとに、アドレス指定信号をそれぞれのアドレス指定ラインに供給することによって読み出される。
【００１０】
個々のセンサエレメントには、フォトダイオード又はフォトトランジスタなどのフォトンサと、変換ユニットとを含む。この変換ユニットは、入射したＸ線を、フォトセンサが良好な感度を呈する緑色光のような低エネルギ放射線に変換する。低エネルギ放射線は、フォトセンサにおいて電荷を発生する。これら電荷は読出ラインによりスイッチング素子を介して読み出され、その後、読み出された電荷から電子画像信号が形成される。
【００１１】
本発明のこれらの態様及びその他の態様は、従属請求項に記載の実施の形態を参照してさらに明瞭となる。
【００１２】
好ましくは、Ｔｌドーピングは、標準の値から２０％以下の正又は負の偏倚の範囲という高い程度で空間的に均質なものとされる。したがって、光感応性素子からの電気信号によって表されるＸ線画像の再現における望ましくない輝度変化が防止される。さらに、光放射線の強度が最大となるＴｌドーピングレベルは、変換層の厚さに依存するようである。２００μｍまでの層の厚さに対しては、０．５〜１．０％のドーピングレベルが適切であり、これより厚い層に対しては０．２５〜０．５％の範囲のドーピングレベルが好ましい。空間的に均質なＣｓＩ：Ｔｌ層は、ＣｓＩ及びＴｌＩを同時蒸着し、又はＣｓＩ及びＴｌＩそれぞれ交互の層を推積し、その後アニール工程のような熱処理にかけることにより作ることができる。
【００１３】
本発明のこれらの態様及びその他の態様は、以下に説明される実施例に基づき添付図面を参照して明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、検出器アレイとして形成されるマルチライン検出器３を有するコンピュータ断層撮影装置を概略的に示している。Ｘ線源２も対向マルチライン検出器３も、円形入口フレーム又は台１に実装される。Ｘ線源２は、円錐形Ｘ線ビーム４を患者５に介しマルチライン検出器３へ発射する。検査される患者５は、回転台１を通してテーブル６に運ばれる。
【００１５】
検出器アレイ３は、Ｘ線源２の焦点から距離ｒをおいて配される。台１の全回転の間、Ｘ線ビーム４は当該台面における患者５にその法線に対する異なる方向φから照射してマルチライン検出器によって受信されるそれぞれの減衰特性を生成する。当該照射ゾーンにおける患者の断面画像７は、これら減衰特性に基づいて復元される。
【００１６】
検出器アレイ３は、複数の行の形で配列された複数の検出器エレメントによって構成される。これらの行は、回転軸の方向（ｚ方向）に平行に延びる。
【００１７】
図２は、複数の検出器エレメントを具備する本発明によるＣＭＯＳ基板の構成の分解図を示している。複数のフォトダイオード８（白で図画的に強調している）及び関連する増幅器エレメント（図示せず）は、同じ基板上に半導体集積技術により実現される。したがって、ＣＭＯＳチップ９は、検出器エレメント１０（画素又は絵素とも称される）がマトリクス状に、例えば本例の場合、長手方向に６つの行及びその横断方向に９つの列で配されるように実現される。完全な検出器アレイ３は、連続的に配された複数のチップ９からなるのが習例的である。
【００１８】
各ＣＭＯＳチップ９の上方には、ＣＭＯＳチップ９と同様の大きさのシンチレータ１１により形成される変換層が配される。シンチレータ１１は、０．２５〜１．００at％の範囲のＴｌドーピングレベルを有するＴｌドープされた超高純度のＣｓＩによって形成される。シンチレータ１１は、光学粘着剤１３の薄い層によってＣＭＯＳチップに対して正確に位置付けられるよう、ＣＭＯＳチップに接続される。以下に詳細に説明される吸収層１４は、シンチレータの個々の結晶１２の間に設けられる。
【００１９】
ＣＭＯＳチップ９は、接着層１６によって印刷回路基板すなわちＰＣＢ１５上に実装される。ＣＭＯＳチップ９からＰＣＢ１５への電気的接続は、ボンドパッド１７へのリード線によって形成される。
【００２０】
図３は、ＣＭＯＳテクノロジにおける複数の検出器エレメントの断面図である。図３はシンチレータ１１を有するＣＭＯＳチップ９の断面を部分的に示している。この図は、どのようにしてフォトダイオード８がＣＭＯＳチップ９の基板上に設けられるかを示している。シンチレータ１１上には、図に示されない反射層１８が設けられる。個々の結晶１２の間に垂直方向に吸収層１４があるのが分かる。
【００２１】
Ｘ線が検出器に入射すると、Ｘ線量子（γ）がシンチレータ１１に吸収され可視光（太線により模式的に表されている）に変換される。これらの光子は、吸収層１４又はシンチレータ上に設けられた反射層１８で部分的に反射され、その後にシンチレータ１１に結合されたＣＭＯＳチップ９に吸収される。２次Ｘ線量子（γ′）は、隣接する検出器エレメント間のクロストークを回避するために吸収層１４に吸収される。
【００２２】
シンチレータ結晶１２の下に位置するフォトダイオード８に吸収される光子は、電子と正孔の対を発生する。このようにして発生した電荷は、敏感な回路をＸ線から保護するために吸収層直下に配される増幅器エレメント（図示せず）にエレメント毎に集められる。
【００２３】
図４は、本発明によるＸ線検査装置のＸ線検出器に組み込まれるセンサマトリクスの回路図を示している。このセンサマトリクスは、マトリクス状に配された複数のセンサエレメントを組み入れる。Ｘ線画像の各画素に対して、光センサエレメント２２、収集キャパシタンス２３及びスイッチング素子４０を有するセンサエレメント２１が設けられる。電荷は光センサエレメント２２によって入射Ｘ線から得られ、電荷は収集キャパシタンス２３によって集められる。収集電極３は、それぞれの収集キャパシタンス２３の一部を形成する。センサエレメントの各列に対して、それぞれの読出ライン１９が設けられ、各収集キャパシタンス２３は、そのスイッチング素子４０を介してその該当の読出ライン１９に結合される。光センサエレメントは、好ましくはＰＩＮフォトダイオードの形態が採られ、薄膜トランジスタ、読出ライン及びアドレス指定ラインが基板６０上に設けられる。例えば、ガラス基板が基板６０として用いられる。一例として図１は３×３だけのセンサエレメントを示しているが、実際の実施例では、もっと多数のセンサエレメント、概して２０００×２０００程のエレメントが使われる。
【００２４】
集められた電荷を読み出すため、該当のスイッチング素子４０は閉じて収集キャパスタンスからそれぞれの読出ラインへ電荷が移される。分離した読出ライン１９は、それぞれの高感度出力増幅器２４に結合され、これら増幅器の出力信号はマルチプレックス回路２５に供給される。電子画像信号は、マルチプレックス回路２５により当該出力信号から構成される。スイッチング素子４０は、アドレス指定ライン２７によって行毎にスイッチング素子に結合される行ドライバ回路２６によって制御される。スイッチング素子４は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）として形成され、そのドレイン接点が該当の読出ラインに、そのソース接点が該当の収集電極に、そのゲート接点が該当のアドレス指定ラインに結合されるのが好ましい。マルチプレックス回路は、電子画像信号を例えばモニタ２８に供給し、当該モニタ上にＸ線画像の画像情報が表示され、又は電子画像信号が他の処理のために画像処理器２９に供給されるようにしてもよい。
【００２５】
図５は、断面図により当該Ｘ線検出器の一実施例を示している。Ｘ線センサマトリクスはまた、フォトダイオード上に推積される例えばＣｓＩ：Ｔｌのシンチレーション層の形態の変換層５０を有する。このようなシンチレーション層は、入射Ｘ線を当該フォトダイオードの感度が非常に高くなる緑色光に変換する。好ましくは、かかるＣｓＩ：Ｔｌは柱状結晶の形態で推積され、その各グループが効率的に導光体を形成する。このような各グループの柱状結晶は、好ましくはセンチメートル毎約２００〜４００個のクラックで分布するクラックによって分離される。ＣｓＩ：Ｔｌ層の厚さは代表値として３００〜１０００μｍの範囲とされる。
【００２６】
Ｘ線が変換層１１に入射する元の側では、散乱グリッド５０が設けられる。この散乱グリッドは、Ｘ線の不明確な部分によって代替される複数のＸ線透過チャネルを有する。これらＸ線透過チャネルは、ほぼＸ線源へ向けて方向付けられるので、散乱したＸ線はほぼ遮られる。散乱グリッド５０と変換層４０との間には、拡散反射層５３、具体的には酸化チタン層が推積される。拡散反射層が使われる場合、ＣｓＩ：Ｔｌ変換層１１は５００μｍより小さい厚さを持つことができる。
【００２７】
図６は、本発明によるＸ線検査装置を示している。
【００２８】
このＸ線検査装置は、検査対象の患者を位置付けることのできる患者テーブル１１３を有する。Ｘ線源１１４は、この患者テーブルの下に設けられる。Ｘ線検出器１１２は、Ｘ線検出器がＸ線源に向くようにキャリア１１５上に載せられる。Ｘ線画像を作成するため、患者には、Ｘ線源により発射されたＸ線ビームが照射される。患者におけるＸ線吸収の局部的な違いのため、Ｘ線検出器にはＸ線の影画像が形成される。Ｘ線検出器に組み込まれるセンサマトリクス１によって、Ｘ線画像は電子画像信号に変換される。この電子画像信号はモニタ２８に供給され、Ｘ線画像の画像情報が表示される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるマルチライン検出器を有する断層撮影装置を概略的に示す図。
【図２】複数の検出器エレメントを備えるＣＭＯＳチップの分解図。
【図３】ＣＭＯＳテクノロジにおける複数の検出器エレメントの断面図。
【図４】本発明によるＸ線検査装置のＸ線検出器に組み込まれたセンサマトリクスの回路図。
【図５】一実施例の当該Ｘ線検出器を示す断面図。
【図６】本発明によるＸ線検査装置を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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