(57)【要約】本発明は、連続するＸ線画像の生成のための方法及び検出器に関する。本発明は、後続する読み出しフェーズ（Ｔｒｄ）において読み出され、メモリ容量において積分（Ｑｄｋ＊、Ｑｓｉｇ＊、Ｑａｅ＊）される電流（Ｉ（ｔ））の露光間隔（Ｔｅｘｐ）中、検出器におけるＸ線放射線による発生を有する。ゆっくり遅延する残差電流（Ｉａｅ）の影響を最小化するために、電流（Ｉ（ｔ））は露光間隔（Ｔｅｘｐ）中のみ積分される。このようにして、先立つ写真からの残差信号による攪乱アーティファクトを最小化する。
2006526925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光間隔において、電子放射線、特に、Ｘ線放射線の検出のための検出器であって：
ａ）電磁放射線の電気信号への変換のための変換要素と、積分期間に亘る所定の電気信号の積分のための積分ユニットとを有する１つ又はそれ以上のセンサ；
ｂ）前記露光間隔を後続する読み出し間隔中、前記センサから積分された電気信号を読み出す及び処理するための読み出し回路；並びに
ｃ）前記センサに結合され、前記露光間隔に実質的に重なり合うように特定の前記積分期間を決定するために設定されている制御手段；
を有することを特徴とする検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の検出器であって、前記制御手段は、前記積分期間と前記露光間隔とが実質的に同時になるように設定されている、ことを特徴とする検出器。
【請求項３】
請求項１に記載の検出器であって、前記読み出し回路は、前記電気信号のダーク値を補償するように設定されている、ことを特徴とする検出器。
【請求項４】
請求項１に記載の検出器であって、前記変換要素は、Ｘ線放射線の電荷への直接又は間接変換のために設定されている、ことを特徴とする検出器。
【請求項５】
請求項１に記載の検出器であって、前記積分ユニットは前記変換要素と並列に結合されている一次メモリ容量を有する、ことを特徴とする検出器。
【請求項６】
請求項５に記載の検出器であって、前記積分ユニットは、外部の制御可能結合要素により前記変換要素と一次メモリ容量とに結合されている二次メモリ容量を有する、ことを特徴とする検出器。
【請求項７】
Ｘ線放射線の検出のための請求項１乃至６の少なくとも一項に記載の検出器とＸ線源とを有するＸ線装置であって、前記検出器の制御手段は前記Ｘ線源と前記検出器のセンサとに結合され、前記検出器の前記センサの積分期間と前記Ｘ線源の活動時間をそれらが実質的に重なり合うように制御するように設定されている、ことを特徴とするＸ線装置。
【請求項８】
電磁放射線であって、特にＸ線放射線の検出のための方法であって：
ａ）露光間隔中の前記放射線を電気信号に変換する段階；
ｂ）前記露光間隔と実質的に重なり合う積分期間中、前記電気信号を積分する段階；及び
ｃ）読み出し間隔中、積分された電気信号を読み出す段階；
を有することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記電気信号は放出された電荷キャリアにより運ばれる電流である、ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、前記積分期間は前記露光間隔と実質的に同時である、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光間隔における電磁放射線であって、特にＸ線放射線の検出のための検出器に関する。本発明は又、そのような検出器を用いるＸ線装置及び電磁放射線であって、特にＸ線放射線の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線量子を電気信号に変換する変換要素を有する検出器がＸ線放射線の検出のために用いられている。典型的には、電気信号は、関連センサ（画素）によりメモリ容量において積分される放出された電荷キャリア（例えば、電子−正孔対）を有する。変換要素の露光の完了時には、メモリ容量に含まれる電荷は読み出しエレクトロニクスにより読み出され、Ｘ線画像のポイント毎の成分に対して用いられる。ここで、変換要素からの電気信号の積分は、露光間隔及び後続読み出しフェーズ中に行われる。
【０００３】
上記の検出器を用いると、変換要素からの電荷キャリアの読み出しにおける遅延のために、残差信号が後続写真の間に発生し、それ故、後者は妨害アーティファクト（例えば、ゴースト画像）を有する。そのような妨害を低減させるために、米国特許第６２２２９０１Ｂ１号明細書は、Ｘ線検出器の新たな露光の直前に暗電流を決定し、露光下で測定される後続信号からその値を減算する補正ユニットを有する検出器を提供している。ここで、減算された暗電流は、先立つ露光期間の残差信号を補う。問題は、しかしながら、上記の残差信号は、後続写真の間、一定ではなく、それ故、一定値の減算は残差信号の不正確な補償のみを可能にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような背景に対して、本発明の課題は、電磁放射線であって、特にＸ線放射線を検出するための手段を提供することであり、その手段は残差信号による妨害アーティファクトを低減すること又は防ぐことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は、請求項１の特徴を有する検出器、請求項７の特徴を有するＸ線装置及び請求項８の特徴を有する方法により解決される。有利な設計については従属請求項に記載されている。
【０００６】
本発明に従った検出器は、露光間隔において電磁放射線を検出するために用いられる一方、その放射線は、特に、Ｘ線放射線を有することが可能である。検出器は次のような構成要素を有する。
ａ）検出される電磁放射線の電気信号への変換のための変換要素と、積分期間に対する前記電気信号の積分のための積分ユニットとを有する１つ又はそれ以上のセンサ。典型的には、その検出器は、アレイ状にマトリクスのように配列された多数のセンサを有する。センサの変換要素は、特に、Ｘ線放射線の電荷キャリア（例えば、電子−正孔対）への直接又は間接変換のために設定されることが可能である。間接変換の場合、Ｘ線量子は、先ず、シンチレータにおいて可視光の放出を生じさせ、その可視光は、次いで、光検出器において、電気信号に変換される。
ｂ）露光間隔に続く読み出し間隔中、センサからの前記積分電気信号の読み出し及び処理のための読み出し回路。
ｃ）露光間隔と実質的に重なり合う特定の積分期間を決定するように設定され、センサに結合された制御手段。そのような“実質的な”重なり合いにおいては、露出間隔と積分間隔とが少なくとも８０％（それらの間隔の長さに基づいて）重なり合う。好適には、積分期間は、露光間隔と重なり合い、即ち、両方の間隔は、同じ開始ポイント及び終了ポイントを有し、それ故、一致している。そのような一致が存在しない場合、積分期間は、典型的には、露光間隔のすぐ後に終了する。
【０００７】
露光間隔と積分間隔とをマッチングさせることにより、上記の検出器は、積分された電気信号において前写真からの残差信号の要素は減じられるため、生成される画像の情報コンテンツにおける顕著な改善を達成することができる。この効果についての詳細説明は図を参照して行うことにする。
【０００８】
検出器の読み出し回路は、好適には、電気信号のダーク値を補正するように設定される。電気信号の暗電流値は、センサの変換要素における電磁放射線の何れの検出可能照射なしに観測される電気信号の大きさを意味するとして理解されている。暗電流値のレベルにおける電気信号は、それ故、検出可能な電磁放射線に拘らず、露光間隔中に発生する。このような電気信号の要素は、放射線により誤って解釈されないように、読み出し回路における電気信号から推測される。メモリ容量のために用いられる電気信号の暗電流値は、全ての残差信号の遅延とセンサの適切に長い減光の後に得られる統計値であることが可能である。暗電流値は又、しかしながら、現在のところあらゆる場合に、新しい露光間隔直前に米国特許第６２２２９０１Ｂ１明細書に従って決定されることが可能であり、それ故、このような場合、暗電流は又、前写真からの残差信号の要素を有する。
【０００９】
検出器の好適な実施形態に従って、センサの積分ユニットは、変換要素に対して並列に電気的に接続された１次メモリ容量を有する一方、変換要素は、電磁放射線の可動電荷キャリアへの変換のために設定される。この場合、１次メモリ容量は、変換要素において生成された電荷キャリアの支援により、露光間隔中、放電されるプリセット電圧を用いて、露光間隔の前に、充電されることが可能である。放電された電荷量は、ここでは、変換要素において生成された可動電荷の積分に一致する。上記の実施形態の他の特徴に従って、積分回路は更なる“２次”メモリ容量を有し、その“２次”メモリ容量は、１次メモリ容量と、外部から制御されることが可能である結合要素により変換要素に接続される。結合要素は、特に、トランジスタであることが可能である。外部からスイッチングされることが可能である２つのメモリ容量間の接続は、代替として、外部から結合又はデカップリングされることが可能であり、それ故、１次メモリ容量に含まれる電荷は２次メモリ容量により引き継がれることが可能である一方、後者は、それ故、１次メモリ容量と変換容量からデカップリングされることが可能である。
【００１０】
適切に設計された結合要素は又、重要な残差電荷が１次メモリ容量に残らないようにするためにチャージポンプとして用いられることが可能である。１次メモリ容量から２次メモリ容量への“フレーム転送”の更なる変化については、引用された参考文献及び添付図についての詳細説明において概要が説明されている。２次メモリ容量と結合容量とにより、変換要素において利用可能である電荷キャリアの積分がなされる有効な積分期間が、要望通りにプリセットされることが可能である。
【００１１】
本発明は又、例えば、制御されたＸ線放射線の生成のためのＸ線源とＸ線放射線の空間分解能検出のための（Ｘ線）検出器とを有する、医療用Ｘ線写真の生成のためのＸ線装置に関する。ここで、その検出器は、上記のような方法で設計される、即ち、その検出器は、変換要素及び積分ユニットを有する１つ又はそれ以上のセンサと、読み出し回路と、露光間隔に対して積分期間を決定するための制御手段とを有する。検出器の制御手段は、一方で、Ｘ線源に、他方で、検出器のセンサに結合され、Ｘ線源がＸ線を放射する間にＸ線源の動作期間と、積分期間が実質的に重なり合うような方法で検出器のセンサの積分期間とを制御するように設定される。これに関連して、重要な重なり合いは少なくとも８０％の重なり合いを意味し、好適には、完全な一致を意味する。特定なＸ線装置を用いる場合、残差信号による妨害効果は最小化されるため、改善された画像品質を有する一連の連続Ｘ線写真を生成することが可能である。
【００１２】
本発明は又、電磁放射線であって、特に、Ｘ線放射線の検出のための方法であって：
ａ）露光間隔中の電気信号への検出される放射線の変換。電気信号は、特に、放射により放出される電荷、又は放射により運ばれる電流を有することが可能である。
ｂ）積分間隔は露光間隔と実質的に重なり合う、積分期間中の前記電気信号の積分。その重なり合いは、好適には、少なくとも８０％であり、特に好適には、積分期間と露光間隔とは完全に一致する。
ｃ）読み出し間隔中に段階ｂ）に従って積分された電気信号の読み出し。好適には、読み出し間隔は即座に露光に後続する。
【００１３】
上記の方法は、特に、上記の検出器の支援により実施されることが可能であり、その場合、上記のような画像品質の改善が得られる。
【００１４】
本発明について、以下、添付図面を参照しながら、例示として説明する。ここで、図中の同一参照符号は同じ構成要素又は因子を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下の本発明についての説明はＸ線放射線を検出するための検出器に関するが、本発明はこのアプリケーションに限定されるものではない。Ｘ線放射線のための検出器は、特に、所謂、フラットダイナミックＸ線検出器（ＦＤＸＤ：Ｆｌａｔ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）において用いられる。ここで、直接変換（例えば、ａ−Ｓｅ、ＰｂＯ、ＰｂＩ２又はＨｇＩ２）においてＸ線量子を電気信号に変換する直接変換検出器と間接変換検出器との間の区別がなされることが可能である。直接変換する検出器要素については下で考慮するが、本発明をそのような要素に限定するものではない。
【００１６】
図１に模式的に示すＸ線装置は、検査される身体（図示せず）を透過した後のＸ線放射線Ｘの空間解像検出のためのＸ線検出器２０と共に、Ｘ線放射線Ｘの生成及び放射のためのＸ線源を有する。検出器２０は、マトリクス状の行列に配列された数多くのセンサ１０を有する。図１には、それらのセンサの１つのみを、詳細なその内部回路図として示している。このセンサ１０の内部構造は、国際公開第００／７０８６４Ａ１号パンフレットに詳細に記載されている実施形態に対応し、この特許文献における十分な内容が本出願において参照して含まれている。本発明の実施のために適切な検出器の代替の実施形態については国際公開第０１／５７５５４Ａ２号パンフレットに開示されていて、その十分な内容が又、本出願において参照して含まれている。センサのエレクトロニクスは、非晶質Ｓｉ：Ｈ、多結晶Ｓｉ又は結晶性Ｓｉを基本とすることが可能である。
【００１７】
センサ１０は、Ｘ線放射線を可動荷電キャリア（電子−正孔対）に直接（又は、間接）変換する変換要素１を有する。１次メモリ容量２は変換要素１に対して並列に接続され、露光間隔Ｔｅｘｐの開始は所定の電圧まで充電され、続いて、生成された電荷量に比例して、変換要素１により放電される。
【００１８】
１次メモリ容量２は、転送トランジスタ５とスイッチングトランジスタ３とにより、検出器チップの端部において外部に位置している読み出しエレクトロニクス１１に通じて、検出器表面に対して列において実行される読み出しライン８に接続されている。スイッチングトランジスタ３は、アドレッシングエレクトロニクス１２により、検出器表面に亘って行において実行される制御ライン７に対してスイッチングされることが可能である。両方のトランジスタ３及び５が導通状態であるとき、読み出しエレクトロニクス１１は、１次メモリ容量に含まれる電荷量を決定することができ、Ｘ線画像を生成するために１次メモリに含まれる情報を用いることができる。
【００１９】
２次メモリ容量４の一方側は、２つのトランジスタ３及び５の間に接続されている。転送トランジスタ５の閉状態又は開状態にすることにより、この２次メモリ容量４の一方側は、１次メモリ容量２と変換要素１とへの接続又はそれらからの接続の切断を二者択一的に行うことが可能である。その結果、２次メモリ容量４が変換要素１における電流Ｉ（ｔ）を積分する積分期間は、代替として、転送トランジスタ５により外部からプリセットされることが可能である。同時に、転送トランジスタ５は又、好適には、何れの重要な残差電荷が１次メモリ容量に残ることを回避するためにチャージポンプとして用いられる。更に、１次容量メモリから２次メモリ容量への“フレーム転送”の詳細及び変形については、国際公開第００／７０８６４Ａ１号パンフレット及び国際公開第０１／５７５５４Ａ２号パンフレットに記載されている。転送トランジスタ５の制御は、検出表面に亘って行において実行され、制御手段３０に通じるライン６により達成される。
【００２０】
図２は、従来技術により周知である方法において生じるような、Ｘ線画像Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ及びＩＶの連続生成における種々の変数の時間に対する経過を示している。第２写真の間にのみＸ線放射線が発生する必要がある一方、先行する写真Ｉ及び後続する写真ＩＩＩ、ＩＶは暗い画像である。
【００２１】
図２の最上部の列は、例として第２写真ＩＩを用いて、時間又は期間の主な瞬間を示している。写真ＩＩは、センサエレクトロニクスの電気的リセットを伴って、時間ｔ＝０の瞬間に開始する。同時に、例えば、図１の検出器２０の１次メモリ容量２は所定電圧まで充電される。時間ｔＸｏｎの瞬間、露光間隔が開始し、その持続時間はＴｅｘｐであり、時間ｔＸｏｆｆ＝ｔＸｏｎ＋Ｔｅｘｐの瞬間に終了する。図２の第２写真ＩＩの間（のみ）について述べたように、実際には、Ｘ線放射線は露光間隔中に発生する。露光期間は、読み出しフェーズの持続時間Ｔｒｄにより後続される。その写真は時間ｔｆｒｍの瞬間に完了し、この時間の瞬間は同時に続く写真ＩＩＩの開始を表す。
【００２２】
図１の変換要素１における電流Ｉ（ｔ）の経過が図２の第２列に模式的に示されている。ここで、観測される第２写真ＩＩの前に、時間ｔＸｏｎの瞬間に露光間隔の開始まで、小さく、静的で絶えず存在する暗電流Ｉｄｋのみが流れるように、露光休止にする。露光間隔Ｔｅｘｐ中、電流Ｉ（ｔ）は、利用可能な電荷キャリアの数に対応する信号電流Ｉｓｉｇのために即座に大きくなる。しかしながら、時間ｔＸｏｆｆの瞬間における露光の終了時には、増大した電流は急に終了するが、それに代えて、種々の遅延因子のために比較的ゆっくりと減少する。これは、残差信号電流Ｉａｅ（“露光後”）に繋がり、その残差信号電流Ｉａｅは、観測された第２写真ＩＩを過ぎて、続く写真ＩＩＩ、ＩＶ、．．．まで及ぶ。
【００２３】
図２の中央の列において、電流曲線が、網掛けにより示されている個別の写真期間中に、その電流曲線により囲まれた領域と共に、再度示されている。その領域のコンテンツは、積分によりセンサのメモリ容量において蓄積された電荷信号に対応する。電荷蓄積Ｑｐｉｘｅｌ（ｔ）の時間経過がその下の列に示されている。最後に、図２の最終列においては、センサ要素のメモリ容量の読み出しエレクトロニクスからもたらされる最終的な読み出し信号Ｑｒｄを示している。
【００２４】
示されている従来の方法においては、検出器のセンサは、殆どの時間、即ち、時間ｔ＝０の瞬間から写真の終了ｔｆｒｍまで導通状態にある。この時間間隔中、センサの変換要素において流れる電流Ｉ（ｔ）は積分され、その結果としての電荷信号は関連メモリ容量内に蓄積される、示している例においては、積分期間Ｔｉｎｔは完全な写真の持続時間と一致し、即ち、Ｔｉｎｔ＝ｔｆｒｍであり、それは、例えば、アレイの最後の画素に対する場合である。積分期間Ｔｉｎｔは、それ故、露光間隔Ｔｅｘｐより（非常に）長い。画素メモリ容量において結果として得られる電荷量は、従って、種々の要素であって、Ｘ線露光前後に流れる電流と共に、実際の信号電流Ｉｓｉｇを有する。理想的には、第２の寄与は暗電流Ｉｄｋに対応し、その効果は、撮られる画像からのダーク画像の減算により容易に補償されることが可能である。
【００２５】
実際の検出器の場合は、しかしながら、上記のように、残差信号として既知の効果が生じ、それらの残差信号を簡単な減算によっては補正することはできない。それらの効果は、時間ｔＸｏｆｆの瞬間にＸ線露光の終了後、センサ電流Ｉａｅのゆっくりした減衰に基づいている。一般項で表すと、所定の時間の瞬間ｔにおけるセンサ電流Ｉ（ｔ）は検出器の前の履歴と入射放射線に依存する。図２に示している変数を参照するに、（ａ）暗い画像、（ｂ）露光画像及び（ｃ）露光後の暗い画像の間に画素に蓄積された電荷量は、次の式のようになる。
（ａ）Ｑｄｋ＝Ｉｄｋ・Ｔｉｎｔ
【００２６】
【数１】
2006526925.tif 000003
【００２７】
【数２】
2006526925.tif 000004
ここで、簡単化のために、一定の信号電流Ｉｓｉｇと暗電流Ｉｄｋとを仮定する。暗い信号Ｑｄｋの減算後、露光後の第１写真における蓄積された画素電荷と露光中に蓄積された画素電荷との間の比として変数Ｒを定義すると、次式が得られる。
【００２８】
【数３】
2006526925.tif 000005
ここで、Ｘ線放射線の完了時のセンサ電流の指数関数的減衰が仮定され、即ち、次式のようになる。
【００２９】
Ｉａｅ（ｔ）＝Ｉｓｉｇ・ｅｘｐ（−ｔ／τ）
写真の後の電荷の蓄積からもたらされる電荷は長い時間の期間に亘って積分される一方、即座の露光信号が短い露光時間Ｔｅｘｐの間にのみ発生するため、比Ｒは比較的大きい値であることを前提とする。
【００３０】
センサからもたらされる残差信号の効果を低減するために、図３により、有効な露光時間ウィンドウの間に生成された電荷のみを蓄積することが提案される。換言すれば、積分時間Ｔｉｎｔ＊は露光時間Ｔｅｘｐに等しくなる。そのような積分時間の制御は、“フレーム転送”機能（図１、及び、例えば、国際公開第００／７０８６４Ａ１号パンフレット、国際公開第０１／５７５５４Ａ２号パンフレットを参照されたい）を実施するセンサにより達成されることが可能である。下の計算が示すように、そのような積分時間の制御は、Ｘ線画像における残差信号効果の最小化に繋がる。
【００３１】
図３は、図２に対応する提案された手法“Ｔｉｎｔ＊＝Ｔｅｘｐ”の適用における変数と時間の経過について示している。この場合、上記のように計算される変数を次のように表すことができる。
（ａ）Ｑｄｋ＊＝Ｉｄｋ・Ｔｉｎｔ
（ｂ）Ｑｓｉｇ＊＝Ｉｓｉｇ・Ｔｅｘｐ＋Ｉｄｋ・Ｔｅｘｐ
【００３２】
【数４】
2006526925.tif 000006
Ｑｄｋ＊の減算後、露光画像の後の信号と露光画像におけるＸ線信号との比を、次式により表すことが可能である。
【００３３】
【数５】
2006526925.tif 000007
上記の値は、所定のセンサ材料について得ることができる最小値に対応する。
【００３４】
図４は、遅延時間定数τに比較する上記の比の値Ｒの表現（露光写真の後の第１写真における画素電荷と露光写真において蓄積された画素電荷の比）において、上記の方法を用いて得ることができる残差信号における減算を示している。ここで、上方の曲線１００は従来のフラットダイナミックＸ線検出器（ＦＤＸＤ）に対応する一方、下方の曲線２００は本発明に従って動作した検出器に対応している。与えられたデータは、電気的リセットの５ｍｓｅｃ後に開始する、４０ｍｓｅｃの写真間隔と１０ｍｓｅｃの露光間隔Ｔｅｘｐとに基づいて得られた。図４に示す結果に従って、露光後の写真における残差信号は、８ｍｓｅｃの遅延時間定数を有するセンサ材料を用いて、例えば、２％から１．３％に減少されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に従ったＸ線装置の模式図である。
【図２】従来の写真のシーケンスの生成中、積分された電荷信号Ｑと共に電流Ｉ（ｔ）の時間経過を示す図である。
【図３】本発明に従った写真のシーケンスの生成の図２に対応する経過を示す図である。
【図４】本発明に従った検出器と従来の検出器に対する残差信号の遅延パラメータに依存する画像信号と残差信号との比Ｒの依存性を示す図である。
【図１】
2006526925.tif 000008
【図２】
2006526925.tif 000009
【図３】
2006526925.tif 000010
【図４】
2006526925.tif 000011
【国際調査報告】
2006526925.tif 000012
2006526925.tif 000013