(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像放射線に感応する画像センサ素子及び上記画像センサ素子に接続された制御可能スイッチング素子を個々に含み、共通の誘電体基板に行及び列のマトリックスで相互に隣接して配置された画像検出素子であって、上記マトリックスの各列が当該画像検出素子の多数のグループに分割される画像検出素子と、
関連した上記制御可能スイッチング素子を介して、当該列と関連した上記画像センサ素子のグループの中の１個の画像センサ素子に接続可能であり、上記画像検出素子の各グループに設けられた読み出し導体と、
上記画像検出素子から電気的変数を読み出すように上記スイッチング素子を駆動する読み出しドライバであって、各読み出しドライバの出力は、上記画像検出素子の行の制御可能スイッチング素子の夫々の制御電極に接続された関連した制御導体に接続される読み出しドライバとを有する画像をピックアップする放射線検出ユニットを含む、放射線を用いて画像を形成する装置であって、
各読み出しドライバは、同じ列導体と関連していない少なくとも２行の画像検出素子に接続され、
このように１個の読み出しドライバに接続された行の行数は、多くても、１列内の画像検出素子のグループの数であることを特徴とする装置。
【請求項２】
上記読み出しドライバは、１個の制御導体だけを各読み出しドライバに接続することにより、少なくとも２行の画像検出素子に接続され、
上記制御導体は上記少なくとも２行の画像検出素子に接続される、請求項１記載の装置。
【請求項３】
１個の読み出しドライバに接続される画像検出素子の行数は２行である、請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
１列内の画像検出素子のグループの数は４である、請求項３記載の装置。
【請求項５】
円錐状のＸ線ビームを放射するＸ線管を有するコンピュータ断層撮影装置として構成され、
前記Ｘ線管及び前記放射検出ユニットは円周状経路に沿って回転する、請求項１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、画像をピックアップする放射線検出ユニットを含む、放射線を用いて画像を形成する装置に係わり、
放射線検出ユニットは、
映像放射線に感応する画像センサ素子及び上記画像センサ素子に接続された制御可能スイッチング素子を個々に含み、行及び列のマトリックスに配置された画像検出素子と、
上記画像検出素子から電気的変数を読み出すように上記スイッチング素子を駆動する読み出しドライバとを有し、
上記マトリックスの各列は上記画像検出素子の多数のグループに分割され、
上記画像検出素子の各グループに読み出し導体が設けられ、各導体は、関連した上記制御可能スイッチング素子を介して、当該列と関連した上記画像センサ素子のグループの中の１個の画像センサ素子に接続可能であり、
各読み出しドライバの出力は、上記画像検出素子の行の制御可能スイッチング素子の夫々の制御電極に接続された関連した制御導体に接続されている。
画像センサマトリックスを読み取る装置は、米国特許第５，１２０，９６４号（ＰＨＤ  ８９．２３２）により公知である。この従来の装置は、放射線を用いて画像を形成する機器、例えば、医用Ｘ線断層撮影装置に使用することが可能である。
一般的に、医用Ｘ線画像のような放射線を用いて画像を形成する装置は、画像をピックアップする放射線検出ユニットが設けられている。このユニットは、放射線感応素子、即ち、画像検出素子のマトリックスとして構成される。上記の各検出素子は、映像放射線に感応する画像センサ素子と、画像センサ素子に接続された制御可能スイッチング素子（スイッチ）とを含む。映像放射線に露光された後、放射線量、即ち、放射線の強度に比例した電荷が画像センサ素子に蓄積される。画像は、個別の画像センサ素子を読み取ることによって獲得され、これは、画像センサ素子を、関連したスイッチング素子を介して、関連したセンサ素子の放射線強度の測定量である電圧を出力する読み出し増幅器に接続することにより実現される。電圧の全体の組は電圧値の形式で所望の画像を表現する。
マトリックスの読取のため、一般的に、画像検出素子の完全な１行を毎回駆動し、電荷を上記の素子の夫々の列と関連し、かつ、読み出し導体として作用する列導体に印加、即ち、読み出すことが知られている。上記の列導体は関連した読み出し増幅器に接続されている。しかし、この種の装置において、浮遊容量が読み出しに悪影響を与えるという問題が生じる。全てのスイッチ（そのセンサ素子が読み出されている場合を除いて）が非導通状態である場合でも、スイッチは、読み出し導体（列導体）自体のような浮遊容量を有する。その結果として、読み出し信号中にノイズが発生し、読み出し操作はかなり長い時間周期を必要とする。これは、特に、画像が、例えば、毎秒６０画像のように高速な連続物の形で形成されるＸ線装置の場合に不利である。
この問題を軽減するため、上記引用文献の米国特許明細書によれば、各列は画像検出素子の多数のグループに細分され、読み出し導体として動作する夫々の列導体が画像検出器の各グループに付加される。この列導体は、当該列と関連した画像検出素子の対応した１個のグループに接続される。かくして、複数の列導体が画像検出素子の各グループに設けられる。読み出し操作中、ある行のセンサ素子のスイッチは、当該行と関連した制御ライン（行導体）を介して導通状態に切り換えられる。制御ラインは読み出しドライバによって駆動されるので、読み出しドライバはセンサ素子から電荷を読み出すようにスイッチング素子を駆動するため作用する。各読み出しドライバの出力は関連した行導体に接続され、行導体は画像検出素子の行のスイッチの制御電極に接続される。関連した行のセンサ素子は関連した列導体に接続され、この関連した列導体は、その時点に作動されたセンサ素子を含むグループだけに指定される。ある列と関連した列導体自体は、別の電子スイッチを介して共通コレクティング導体に接続される。読み出し導体として作用する各列導体は列のセンサ素子のスイッチの比較的少数の部分に接続されているので、ノイズ挙動は改良される。その場合、１列当たりに存在する列導体と同数のスイッチだけが必要とされるので、コレクティング導体が接続されるスイッチの数もかなり少数である。かかる装置のノイズ強度の改良は、１列に含まれるセンサ素子の数が増加すると共に大きくなる。１列内のセンサ素子の数は実際の装置の場合、１０００のオーダであるため、ノイズはこのような場合に実質的に低減される。
１列当たりに複数の列導体を備えた従来の装置は、マトリックスの個別の行の読み出し時間が列導体の数に比例して延長され得るので、画像のノイズが更に低減される点が有利である。
しかし、この従来の装置の欠点は、１列当たりの画像検出素子の数、従って、列導体の数が増加すると共に、列導体が占有するスペースの量が増大することである。これは主として上記導体の間で浮遊容量が発生するため上記導体を互いに任意の近さで配置できないことに起因し、その結果として、読み出し増幅器のノイズも過多になる。
本発明の目的は、画像検出素子のマトリックスの導体が従来のマトリックス構造よりも少ないスペースしか必要としない上記の種類の装置を提供することである。
このため、本発明による装置は、各読み出しドライバが同一列導体と関連していない少なくとも２行の画像検出素子に接続され、このように１台の読み出しドライバに接続された行の数は、多くても１列内の画像検出素子のグループの数を超えない。
本発明は、制御ラインとして動作する行導体（実際上、読み出しドライバ）が、２行以上の画像検出素子、即ち、多くても１列当たりの列導体の数と同数の行と同時に動作し得るという事実の認識に基づいている。また、読み出しドライバの数は比例的に減少される。このような放射線検出器ユニットの場合に、読み出しの速さは実質的に従来の検出器ユニットよりも高いので、本発明による装置は、例えば、蛍光透視法、又は、コンピュータ断層撮影法若しくは放射線治療法の２次元検出器の場合に必要とされるような高いフレーム速度での読み出しに特に適当である。
本発明の一実施例において、読み出しドライバは、１個の制御導体だけを各読み出しドライバに接続することにより、少なくとも２行の画像検出素子に接続され、上記制御導体は上記少なくとも２行の画像検出素子に接続されている。検出器表面上で利用可能なスペースを使用するのが最適である。一つの制御導体は２行の画像検出素子の間に拡がり、各検出素子の領域に両側に延在する短い分路が設けられる。
本発明の好ましい一実施例において、一つの読み出しドライバに接続される画像検出素子の行数は２行に達する。その場合、分路は制御導体から隣接した２行の検出素子までの距離を繋ぐことだけが必要であるため、制御導体から画像検出素子まで非常に短い分路を充分に使用できる。
以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。図面中、対応した素子は対応した参照番号によって表される。
図１は、本発明と関連したＸ線映像機器の一部の斜視図であり、
図２は、本発明による画像検出素子を備えた放射線検出器の一部の概略図であり、
図３ａは従来の画像検出素子の円形アレイのセグメントを概略的に示す図であり、
図３ｂは、図３ａに示された円形アレイの代替としての本発明による画像検出素子の２次元アレイを概略的に示す図である。
図１は本発明に関連したＸ線映像機器の一部の透視図である。同図は、特に公知のコンピュータ断層撮影機器に係わり、検査を受ける患者２は、扇状Ｘ線ビーム４が照射される。このビームは、Ｘ線管６を用いて発生され、画像検出素子のアレイ８によって検出され、このアレイは円形のセグメントとして形成される。Ｘ線管６及び検出アレイ８は、相対位置を変えることなく、円周上経路１０に沿って患者の周りを回転する。Ｘ線管、検出アレイ及びＸ線ビームによって形成されたシステムは同図の２ヶ所に示され、両者の位置は相対的に回転している。このシステムは、断層撮影像を獲得するため露光中に静止している。各露光の後、システムは前の位置から僅かに回転した新しい位置に進む。円形１０の全体を回転し終えた後、充分な情報が獲得され、患者の身体の照射スライス１２の画像を再生することが可能になる。複数のスライスを映像化する必要がある場合、患者が載せられたテーブル１８は、Ｘ線管及び検出アレイ二より形成されたシステムに対して矢印１４若しくは１６の向きに移動され、その後、次の画像を形成するよう円形１０上の回転を行う。
この公知の断層撮影映像化方法は、検出素子の１次元の行形式の画像検出素子のアレイ８を利用する。かかるアレイ（図３ａを参照のこと）は、例えば、１０００個の検出素子２４により構成され、これらの検出素子は１．５ｍｍのピッチ２０で配置され、２０ｍｍに達する高さ２２を有する。この数値例の場合、上記アレイは１．５ｍ（１０００×１．５ｍｍ）の長さを有する。Ｘ線管６と検出アレイ８の間の距離が１．２ｍであるとき、円形１０の円周は３．７７ｍに達する。上記数値例の場合、この円形は、幅１．５ｍｍの約２５００個の画素に細分される。各露光後にシステムによって占められる新しい位置は、本例の場合、前の位置に対して検出素子のピッチ分ずつ回転している。全ての個別の素子は並列に読み出されるので、読み出し時間が３ｍｓに達する場合、円形全体の読み出しには７．５秒（２５００×３ｍｓ）を要する。大きい対象物を映像化する場合、画像は、幅１．５ｍｍを有する多数のスライスを生成し、次に、コンピュータを用いて再構成することによって作成される。
図２には、本発明による画像検出素子を備えた放射線検出ユニットの一部が概略的に示されている。簡単のため、同図には４個の画像検出素子３０しか示されていないが、２次元検出アレイの実際的な実施例は、より多数の画像検出素子（例えば、１チップ当たりに３２×１６個の素子）を含む。検出素子３０は、薄膜技術を用いて共通誘電基板（例えば、ガラス）上に構築される。各検出素子３０は、関連した列導体３６を光ダイオード３２と容量３８の並列接続の形の画像センサ素子に接続することができる制御可能スイッチング素子３４（例えば、薄膜電界効果トランジスタ）を含む。検出素子３０は共通電源４０から給電される。また、検出素子３０の電荷の読み出しを制御するため作用する読み出しドライバ４２が設けられる。読み出しドライバ４２の出力は関連した制御導体４４に接続され、制御導体４４は画像検出素子３０の行のトランジスタ４４の夫々の制御電極４８に接続される。また、検出素子３０の列の数と１列当たりの列導体の数の積、即ち、列導体３６の総数と一致する数の多数の読み出し増幅器４６が設けられる。
センサ素子３２，３８の露光の際に、容量３８は、当該センサ素子に入射した放射線量の測定量である電荷によって充電される。検出素子３０が読み出されるとき、トランジスタ４８は読み出しドライバ４２によってターンオンされるので、容量３８の電荷は列導体（読み出し導体）３６に転送される。アレイ全体は、検出素子の別の行を順番にターンオンすることによって読み出され得る。複数の列導体が１列当たりに設けられているので、複数の検出素子が１列内で同時に読み出され得る。制御導体４４は隣接した２行のトランジスタに接続されているので、２行の読み出しは１個の制御導体４４によって同時に駆動される。従って、（例えば、同図において参照番号３０で示されている検出素子と、その直ぐ下にある検出素子）の電荷は１個の読み出し増幅器に同時に印加されることがないので、同じ列導体と関連していない２個の検出素子を同時に読み出すことができる。
図３ａには、従来の円形のセグメントを形成すべく曲げる必要がある画像検出素子の１次元アレイが概略的に示されている。この検出素子２４は細長い形状を有し、検出素子の幅は１．５ｍｍのピッチ２０よりも僅かに狭く、２０ｍｍの高さ２２を有する。図３ｂには、図３ａの円形のセグメントの代替とすることが目的とされた本発明による画像検出素子の２次元アレイが概略的に示されている。図３ｂに示されたアレイは、チップ２８の集合体により構成され、各チップは４８×２４ｍｍ2の寸法を有し、図２を参照して説明されたような３２×１６個の検出素子３０を含む。上記検出素子のピッチは、例えば、１．５ｍｍである。検出素子の各チップ２８の下側には、本例の場合に６４個の多数の読み出し増幅器４６が取り付けられる。これは、検出素子の列数が１６列である場合に、１列当たりに４個の列導体が存在することを意味する。検出素子の読み出しの駆動は読み出しドライバ４２（図３ｂには示されない）によって行われ、読み出しドライバ４２は、必要に応じてチップ２８上でマトリックス面と隣接して、若しくは、別々に配置することができる。
本発明の検出アレイの２次元実施例において、照射中のＸ線ビームは、１次元アレイの場合のように扇形に形成する必要はなく、円錐形として形成される。検出素子のマトリックスが１個の読み出し導体だけを用いて３ｍｓ内に読み出されるとき、１行当たりの読み出し時間は、本例では９４μｓ（３／３２ｍｓ）である。１列当たりに４個の読み出し導体と、２行毎に１個の制御導体とを含む実施例の場合、読み出し時間は３７５μｓに達する。このように長い読み出し時間は以下の二つの理由から有用である。第一に、そのサイズに起因して、光ダイオードの容量はかなり高く（２００ｐＦのオーダ）、これにより、０．３５ＭΩの抵抗を用いてターンオンされたトランジスタの場合に７０μｓのＲＣ時間が得られる。検出素子の完全な読み出し（ＲＣ時間の５倍）は、３００μｓ内に行うことができる。第二に、読み出し増幅器の電子ノイズはこの読み出し時間に依存する。従って、低ノイズ読み出しは充分に長い読み出し時間を必要とするので、長い読み出し時間はこの点に関しても有利である。
検出素子のマトリックスはチップにより構成され、各チップは１６列からデータを読み出す６４個の読み出しチャネルを含む。３２行は１６個の制御導体だけを用いて読み出されるので、上記導体及び上記導体を駆動するドライバのため必要とされるスペースは、本発明によって最小限に抑えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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