(57)【要約】Ｘ線検出器装置は、Ｘ線源及びＸ線検出器を有する。Ｘ線検出器は、入射Ｘ線放射から電荷を導出する光導体、及び光導体からの電荷から電気画素信号を導出する読み出し素子を含む。読み出し素子の中央グループは、Ｘ線検出器の中央領域に配置され、読み出し素子の周囲グループは、中央領域を囲む周囲領域に配置される。Ｘ線検査装置は、読み出し素子の中央グループからの画素信号を出力回路へ供給するよう、読み出し素子の中央グループを選択する選択システムを具備する。選択システムは、周囲グループからの電荷を放出するよう取り囲み電極を含みうる。或いは、選択システムは、周囲グループをＸ線から遮蔽する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源及びＸ線検出器を有するＸ線検査装置であって、
前記Ｘ線検出器は、
入射Ｘ線放射から電荷を得る光導体と、
前記光導体からの前記電荷から電気画素信号を得る読み出し素子と、
前記読み出し素子から前記電気画素信号を出力する出力回路とを有し、
前記読み出し素子の中央グループは前記Ｘ線検出器の中央領域に配置され、
前記読み出し素子の周囲グループは前記中央領域を囲む周囲領域に配置され、
前記Ｘ線検査装置は、
前記出力回路に対し前記読み出し素子の中央グループから画素信号を供給するよう前記読み出し素子の中央グループを選択する選択システムとを有する、Ｘ線検査装置。
【請求項２】
前記選択システムは、前記光導体の前記周囲領域を入射Ｘ線放射から遮蔽するＸ線遮蔽部材を含む、請求項１記載のＸ線検査装置。
【請求項３】
前記Ｘ線検出器と前記Ｘ線検出器の間にコリメータを含み、前記コリメータは、前記光導体の周囲領域と空間的に位置合わせされるＸ線吸収部材を有する、請求項１記載のＸ線検査装置。
【請求項４】
前記選択システムは、前記中央領域を囲み、前記周囲グループの読み出し素子に電気的に接続される取り囲み電極を含む、請求項１記載のＸ線検査装置。
【請求項５】
前記周囲グループの読み出し要素の収集電極は前記中央グループの読み出し素子の収集電極よりも小さい寸法である、請求項１記載のＸ線検査装置。
【請求項６】
前記選択システムは、前記出力回路から前記読み出し素子の周囲グループを電気的に絶縁する、請求項１記載のＸ線検査装置。
【請求項７】
前記光導体は連続的な半導体層であり、又は、前記光導体は複数の結晶半導体素子を含む、請求項１記載のＸ線検査装置。
【請求項８】
前記半導体層又は半導体素子は、テルル化カドミウム亜鉛、ヨウ化水銀、又は酸化鉛からなる群から選択された光伝導材料を含む、請求項７記載のＸ線検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線源及びＸ線検出器を有するＸ線検査装置であって、
Ｘ線検出器は、
入射Ｘ線放射から電荷を得る光導体と、
光導体からの電荷から電気画素信号を得る読み出し素子と、
読み出し素子から電気画素信号を出力する出力回路とを有するＸ線検査装置に関連する。
【０００２】
かかるＸ線検出器は、特許文献１から公知である。
【背景技術】
【０００３】
公知のＸ線検出器は、テルル化カドミウム又はテルル化カドミウム亜鉛が光導体として用いられる２次元画像検出器である。かかる半導体材料は、Ｘ線放射に対する優れた感度を有する。公知の２次元画像検出器は、読み出し素子を形成し入射Ｘ線により半導体層に発生する電荷を収集する複数の画素電極を有する。更に、公知の２次元画像検出器は、ＸＹマトリックス形式の電子配線と、画素電極を電子配線に結合する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）とを有する出力回路を含む。
【０００４】
公知の２次元画像検出器のＸ線放射感度は非常によく適しているが、公知の２次元画像検出器は、夫々の画像を表わす連続画像信号が生成されるレートについて関心がない。
【特許文献１】米国特許第６，２６２，４０８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、公知の２次元画像検出器が達成することが可能なレートよりも高いレートで画像信号が生成されることを可能とする光導体層を有するＸ線検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、
読み出し素子の中央グループがＸ線検出器の中央領域に配置され、
読み出し素子の周囲グループが中央領域を囲む周囲領域に配置され、
Ｘ線検査装置は、
出力回路に対し読み出し素子の中央グループから画素信号を供給するよう読み出し素子の中央グループを選択する選択システムとを有する、本発明によるＸ線検査装置によって達成される。
【０００７】
個々の読み出し素子は、光導体中に形成された電荷を受信する収集電極を含む。個々の読み出し素子中の電荷から、個々の読み出し素子中の電荷の量を表わす電気画素信号が形成される。電気画素信号は、出力回路によって読み出される。
【０００８】
入射Ｘ線は、光導体中に電荷を発生する。光導体は、Ｘ線が入射する場所において局所的に電気的に導電性とされる。入射Ｘ線は、電子・正孔対の形成を生じさせ、１つの極性の電荷は読み出し素子の収集電極において収集される。他の極性の電荷は、対向電極へ運ばれる。本発明の考えによれば、電気画素信号の遷移成分は、比較的長い時間遅延で解放される閉じ込められた電荷によって生ずる。特に、これらの閉じ込められた電荷は、生成された後に比較的長い時間が経ってから熱的に解放される。本発明の更なる考えは、このような閉じ込められた電荷が殆どは光導体の周囲、特に縁で生ずることである。本発明によれば、Ｘ線検査装置は、読み出し素子の中央グループからの電気画素信号を供給するよう読み出し素子の中央グループを選択するよう選択システムが設けられる。従って、周囲領域の読み出し素子からの電荷は、出力回路へは許されない。出力画像信号は、次に、出力回路へ供給される電気画素信号から形成される。従って、電気画素信号の遷移成分は出力信号中で回避され、かかる遷移成分による出力画像信号の乱れ又は誤りはかなり回避される。従って、本発明のＸ線検査装置は、高い診断の質の連続的な画像を高速に生成するよう、高速に出力画像を生成することができる。高い診断の質とは、特に電気画素信号の遷移成分による画像の誤りが殆ど生じないため、低コントラストの小さい細部が非常に良く見るよう描出されることを意味する。
【０００９】
本発明の上述の及び他の面については、添付の図面に定義する実施例を参照して更に詳述する。
【００１０】
本発明のＸ線装置の望ましい実施例では、選択システムは、光導体の周囲領域を入射Ｘ線放射から遮蔽するＸ線遮蔽部材を含む。光導体の周辺領域で発生したいかなる電荷も周囲グループの読み出し素子中で収集される。遮蔽部材は周辺領域を遮蔽するため、Ｘ線放射は全く又は殆ど光導体の周辺領域に到達せず、電荷は全く又は殆ど周囲グループの読み出し素子中で収集されない。従って、周囲グループの読み出し素子は、これらの読み出し素子からの遷移成分が抑制されるよう、電気画素信号を生成しない。
【００１１】
他の実施例では、選択システムは、光導体の周囲領域と位置合わせされるコリメータを伴う遮蔽部材を有する。このコリメータは、Ｘ線放射が全く又は殆ど光導体の周囲領域に達しないようＸ線放射を中断する。従って、周囲グループの読み出し素子から生成される電気画素信号並びにこれらの読み出し素子からの遷移成分は全く又は殆ど出力画像信号中で抑制されない。望ましくは、コリメータは、Ｘ線放射から遮蔽された光導体の一部が、電荷の発生が回避される周囲領域に正確に対応するよう調整可能である。
【００１２】
他の望ましい実施例では、選択システムは、出力回路から読み出し素子の周囲グループを電気的に絶縁する。従って、周囲領域の読み出し素子中の電荷からの任意の遷移成分は、出力回路に印加される電気画素信号に影響を与えない。従って、出力回路からの電気画素信号に基づいて形成された出力画像信号中で、遷移成分による信号の誤り又は乱れは回避される。出力画像信号は、Ｘ線検出器によって受信されるＸ線画像中の個々の位置における輝度又は強度値を表わす信号レベルを有する。
【００１３】
他の望ましい実施例では、選択システムは、中央領域を囲む取り囲み電極を含む。例えば、取り囲み電極は、丸められた隅を有する矩形の形のような環の形状とされる。取り囲み電極は、周囲グループの読み出し素子に電気的に接続される。周囲グループの読み出し素子中に生ずる電荷は、取り囲み電極に印加され、取り囲み電極を介して取り去られる。中央領域の読み出し素子は、取り囲み電極に電気的に接続されていない。従って、周囲領域の読み出し素子中の電荷からのいかなる遷移成分も、中央グループ中の読み出し素子からの電気画素信号に影響を与えない。
【００１４】
周囲グループの収集電極は、望ましくは中央グループの収集電極よりも小さい。従って、利用可能な面は、出力画像信号を形成するのに実際に使用される電気画素信号を生成する読み出し素子に大きな程度で利用可能とされる。従って、全体のＸ線検出器の領域をあまり拡大させる必要なしに、電気容量が十分であるために、読み出し素子の飽和は回避される。周囲領域の小さい更なる読み出し素子を調整するための拡大のみが必要である。
【００１５】
適切な光導体は、例えば、連続的な結晶半導体層又は複数の結晶半導体層である。半導体材料が、テルル化カドミウム（ＣｄＺｎＴｅ）、ヨウ化水銀（ＨｇＩ2）、酸化鉛（ＰｂＯ）からなる群から選択されると、良い結果が得られる。酸化鉛が使用されるとき、特に良い結果が、（ほぼ）化学量論的な構成を有する（ほぼ）酸化鉛によって達成される。これらの半導体材料は、本発明のＸ線検出器が、検査されるべき患者に対して比較的低いＸ線量で高い診断上の質のＸ線画像を表わす出力画像信号を生成することが可能であるよう、Ｘ線に対して非常に高い感度を有する。
【００１６】
本発明のＸ線検出器は、Ｘ線検出器が、電子ビデオ信号といった出力画像を導出するＸ線放射画像を受信するＸ線検査装置を使用するのに特に適している。本発明の放射線検出器は、Ｘ線検出器が、検査されるべき対象を幾つかの向きから通過した入射Ｘ線からの減衰プロファイルを形成する、コンピュータ断層撮影システムにおいて使用されるのに特に適している。これらの減衰プロファイルから、対象中の局所密度を表わす画像データセットが再構成される。画像データセットは、対象を通る１つ又は幾つかの断面に関連しうるが、画像データセットはまた、検査されるべき対象の再構成された体積にも関連する。特に、Ｘ線検出器は、コンピュータ断層撮影システムで使用されるとき、望ましくは、対象中で幾つかのスライスからの減衰プロファイルを同時に収集しうる、又は円錐形状のＸ線ビームから減衰プロファイルを収集しうる、２次元検出器として構成されることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の上述の及び他の面について、以下説明する実施例及び添付の図面を参照して明らかとなろう。図１は、検出器アレイとして形成されたマルチライン検出器３を有するコンピュータ断層撮影システムを示す図である。Ｘ線源２及びそれに対向するマルチライン検出器３は、円形のポータルフレーム又はガントリ１に取り付けられる。Ｘ線源２は、円錐（コーン）形状のＸ線ビーム４を、患者５を通じてマルチライン検出器３へと発する。検査されるべき患者５は、台６に載せられ、回転するガントリ１を通して運ばれる。
【００１８】
検出器アレイ３は、Ｘ線源２の焦点から距離ｒに配置される。ガントリ１の完全な回転中、Ｘ線ビーム４は、ガントリ平面上の患者５を、マルチライン検出器によって受信される夫々の減衰プロファイルを形成するよう、法線に対して様々な角度φから照射する。照射されたゾーン内の患者の断面画像７は、これらの減衰プロファイルに基づいて再構成される。
【００１９】
検出器配列３は、複数の行として配置される複数の検出器素子から構成される。これらの行は、回転軸の方向（ｚ方向）に平行に延びる。
【００２０】
図２は、本発明のＸ線検出器の回路レイアウトを示す図である。例として、Ｘ線検出器は、中央領域に３×３の読み出し素子２１のグループ１１を有するものとして示されている。実際上、より大きい配列が使用されえ、例えば、コンピュータ断層撮影システムにおいて用いられるＸ線検出器では、１６×１６の読み出し素子が使用される。周囲グループ１２は、中央領域の回りに配置された１６個の読み出し素子４２を有する。３×３の中央領域には、３×３の検出器素子２１がある。個々の検出器素子は、入射Ｘ線放射を電荷へ変換するセンサ素子と、その上で電荷が収集される静電容量の形である読み出し素子２１とを含む。例えば、検出器素子は、光導体及び収集電極を含む。例えば、光導体素子は、光導体材料の層５４、又はテルル化カドミウム亜鉛といった光導体材料の結晶配列として形成されうる。他の例では、幾つかの検出器素子用の光導体素子は、ヨウ化水銀又は酸化鉛といった光導体材料の連続層として形成されうる。読み出し素子は、収集電極の静電容量上の光導体中に生成される電荷を蓄積する。
【００２１】
出力回路は、数本の読み出し線２２と、個々の読み出し線に結合された読み出し増幅器とを含む。個々の読み出し線は、検出器素子の夫々の列に対して設けられ、夫々の列に対して、当該の読み出し線２２に結合された読み出し増幅器２３がある。夫々の列の読み出し増幅器２３は、夫々の読み出し増幅器からの電気出力信号から出力画像信号を形成する多重化回路２４に結合される。出力画像信号は、電子ビデオ信号としてＸ線検出器の出力ポート２５へ供給される。個々の検出器素子は、切り換え素子３１によりそれらの読み出し線に結合される。例えば、切り換え素子３１は、ソース接点で当該の検出器に素子に結合され、ドレイン接点で当該の列の読み出し線に結合される薄膜トランジスタである。
【００２２】
検出器素子の夫々の行に対して、アドレッシング線３２が設けられる。各アドレッシング線は、当該の行の切り換え素子の制御接点に結合される。特に、行のアドレッシング線は、当該行の薄膜トランジスタのゲート接点に結合される。薄膜トランジスタを開及び閉とするアドレッシング信号は、薄膜トランジスタのゲート接点に印加される。これらのアドレッシング信号は、行レジスタ３３によって与えられる。
【００２３】
検出器素子の３×３の中央グループの周りには、周囲グループの読み出し素子が電気的に接続される取り囲み電極４１が設けられる。周囲グループの読み出し素子４２は、本質的には、中央グループの読み出し素子と同様に構成される。望ましくは、周囲グループ１２の読み出し素子４２は、中央グループの読み出し素子の寸法よりも小さい寸法である。例えば、中央グループの読み出し素子は、０．５乃至２．０ｍｍの範囲の線形寸法を有し、周辺の読み出し素子は、０．１乃至０．５ｍｍの範囲の線形寸法を有する。任意の電荷、特に、周囲グループの読み出し素子中に主に蓄積される閉じ込められた電荷は、取り囲み電極によって取り去られるため、出力ポート２５において出力画像信号に影響を与えることができない。取り囲み電極１２は、周囲グループ１２の読み出し素子４２からの電荷が基板５１へ排出（ドレイン）されることを可能とするよう、Ｘ線検出器の基板５１に結合される。周囲グループ１２の読み出し素子４２には、切り換え素子が設けられる必要があるが、取り囲み電極４１に恒久的に電気的に接続される。
【００２４】
図３は、本発明のＸ線検出器の他の実施例を概略的に示す。図３は、本発明のＸ線検査装置のＸ線検出器の側方からの斜視図を示す。Ｘ線検出器は、基板５１上に作られ、その上には収集電極としての読み出し素子４２、２１、読み出し線２２、アドレッシング線３２、及び切り換え素子を含む電子回路配列５３が形成される。本例では、光導体は、例えばテルル化カドミウム亜鉛といった連続的な光導体層５４中に形成される。光導体層として、２乃至６ｍｍの範囲の厚さのＣｄＺｎＴｅ層が用いられると、Ｘ線放射の約９９％が光導体層の中で吸収される。約１４０ｋＶのＸ線エネルギーで３ｍｍ厚さのＣｄＺｎＴｅ層で優れた結果が得られる。光導体層の上には、薄い連続的な対向電極５５が配置される。太い矢印は、動作中に、Ｘ線放射がＸ線検出器に入射する方向を示す。図３に示すＸ線検出器には、Ｘ線放射が入射する方向に対向するＸ線検出器の面上に遮蔽部材５１が設けられる。遮蔽部材５１は、周囲グループの読み出し素子が遮蔽部材の下に配置されるよう、即ち、周囲グループの読み出し素子は、遮蔽部材のうちの、入射するＸ線放射とは反対を向いた側に配置されるよう、Ｘ線検出器の周囲に亘って設けられる。遮蔽部材５１は、光導体層のエッジ領域を覆う金属リムとして形成されうる。０．１乃至１．０ｍｍの範囲の厚さを有する金属リムにより、よい遮蔽が達成される。従って、光導体層のエッジ領域では、このエッジ領域で生成された電荷はない。従って、中央領域の読み出し素子中で電荷のみが収集される。図３の実施例では、幾つかのコリメータ板６２を有するコリメータ６１が示されている。これらのコリメータ板６２は、矢印６３の方向に沿って摺動可能であるよう、可動に取り付けられる。コリメータ板６２は、読み出し素子の周囲グループ１２の読み出し素子４２を遮蔽するよう、Ｘ線ビームの外側部分を中断するよう配置される。コリメータ６１は、周囲領域の読み出し素子の正確な遮蔽を達成し、Ｘ線放射が中央領域の検出器素子を通過することを可能とするよう、遮蔽部材５２と組み合わせて使用されうる。更に、遮蔽のための良い結果もまた、各遮蔽部材及びコリメータによって別々に達成される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明が使用されうるマルチライン検出器を有するコンピュータ断層撮影システムを示す図である。
【図２】本発明のＸ線検査装置のＸ線検出器の回路レイアウトを表わす図である。
【図３】本発明のＸ線検査装置のＸ線検出器の他の実施例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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