JP2004504611A - 線量を検出するｆｄｘｄ検出器 - Google Patents

Abstract

本発明は、Ｘ線源と、画像信号を得るためのＸ線検出器とを含むＸ線システムに関する。Ｘ線検出器は、センサ素子のマトリクスを有するＦＤＸＤといったＸ線マトリクスセンサを含む。センサ素子は、感光α−Ｓｉセンサ素子（フォトダイオード）であり、ＦＤＸＤにはＸ線を光線に変換するシンチレータ層が設けられることが好適である。センサ素子は、Ｘ線画像を表す画像信号の形式で読出しされる電荷を発生する。Ｘ線マトリクスセンサは、センサ素子とＸ線源との間に配置される検出素子の追加のアレイが設けられる。より詳細には、検出素子もα−Ｓｉ感光フォトダイオードである。シンチレータ層は、Ｘ線マトリクスセンサと検出素子の追加のアレイとの間に配置される。半透過性のコーティングが検出素子の追加のアレイとシンチレータ層との間に置かれる。追加のアレイの検出素子の数は、センサ素子の数よりもかなり少ない。追加のアレイは、線量制御信号が得られるよう使用される。線量制御信号は、個々の検出素子において受け取った局所的なＸ線量を表す。線量制御信号は、Ｘ線源を制御するために使用される。線量制御信号を形成するために、シンチレータからの光線の約５％が使用される。

Description

【０００１】
本発明は、Ｘ線源と、シンチレータによって覆われるセンサマトリクスと、センサマトリクスに入射するＸ線量を測定する手段とを含むＸ線装置に関する。
【０００２】
患者の安全、及び、画質のために、Ｘ線診断におけるＸ線量を測定し制御することは必要なことである。Ｘ線量を測定する手段のうち、先行する画像に基づいて動作する手段と、リアルタイムでＸ線量を測定する手段とがある。
【０００３】
ＥＰ０７７９５２１Ａｌは、Ｘ線源と、シンチレータによって覆われるセンサマトリクスと、センサマトリクスに入射するＸ線量をリアルタイムで測定する手段とを有するＸ線装置が開示される。このＸ線量を測定する手段（線量計）は、矩形の電極素子のマトリクスからなり、素子はアモルフォスシリコン層によって更なる電極層から離間されるよう配置される。シリコン層は、Ｘ線を電気信号に変換し、Ｘ線の強度に比例して充填されるイオンが内部で形成される電離箱としてふるまう。イオンの数がＸ線虚度に対する電気信号を形成する。
【０００４】
Ｘ線センサとして構成される線量計の検出素子によってもたらされる信号は、非常に小さく、従って評価することが困難である。更に、Ｘ線センサは、画質を低下させてしまう。
【０００５】
上述されるような現在の技術状況に基づいて、本発明は、上述の欠点を阻止することを目的とする。
【０００６】
上記目的は、感光検出素子のマトリクスが、画像化センサマトリクスの上に、及び、Ｘ線の進路内に配置され、半透過性反射器がシンチレータと検出素子のマトリクスとの間に配置され、この反射器はシンチレータ及び検出素子のマトリクスに接続され、センサマトリクスのセンサの数は、当該のマトリクス表面に関連する検出素子の数より大きい上述されたような種類のＸ線装置において達成される。
【０００７】
センサマトリクスの構成、特に、ＦＤＸＤ（フラットダイナミックＸ線検出器）は、通常のＦＤＸＤである。センサマトリクスのピクセルは通常、それぞれのフォトダイオード及びＴＦＴトランジスタからなり、行と列からなるマトリクス状に配置される。シンチレータは、センサマトリクスに入射するＸ線を可視光に変換する。光線は、下に位置するセンサマトリクスの個々のピクセルのフォトダイオードによって吸収され、その電荷は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって周期的に読出しされるフォトダイオードの静電容量の電荷として蓄電される。読出しは、行毎に進行する。シンチレータは通常、信号強度を最適にするようシンチレータによって反射された可視光をマトリクスに直接反射し返すよう作用する反射器が設けられる。本発明のＸ線装置と線量計を有する従来のＸ線装置の主な異なる点を以下に説明する。本発明では、半透過性反射器がシンチレータに接続される。この半透過性反射器は、光線の小さい一部がシンチレータから再び放射することを可能にし、それにより、センサマトリクスの上方に配置される感光検出素子のマトリクスに入射するようにされる。
【０００８】
センサマトリクスのセンサの数は、当該マトリクス表面に関する検出素子の数よりも多い。これは、検出素子は、センサマトリクスのセンサの表面領域よりも大きい表面領域を有するということを意味する。例えば、０．１５×０．１５平方ミリメートルではなく１×１立方センチメートルである。１つのＸ線パルスの際に、高いフレーム率でかなり小さい数の感光検出素子が読出しされると、本発明の装置は、そのＸ線パルスの際の検出素子における信号の増強に関するリアルタイム情報を可能にし、これは、瞬時的なＸ線パルスの線量を制御するよう使用される。感光検出素子に対しては、シンチレータからの光線の約５％のみが必要とされるので、センサマトリクス内におけるより大きな信号強度は、従来の技術と比較するとかなり高められた画質が得られる。更に、半透過性反射器は、感光検出素子に対する線量信号と、センサマトリクスに対する画像信号との間に固定の関係が存在することを保証し、この関係は、反射器の半透明性の程度によって決められ、技術的な意味では、Ｘ線のスペクトル組成とは実質的に独立している。スペクトル組成は、特に、Ｘ線源のアノード材料、Ｘ線源におけるＸ線用の出口窓の材料及び厚さ、使用される高電圧、及び、患者と台によるＸ線のろ過及び吸収によって決められる。
【０００９】
Ｘ線の吸収を最小限にするために、本発明の好適な実施例における検出素子のマトリクスの基板材料は、例えば、ポリスチレン、ポリエステル、又はポリカーボネートといった低Ｘ線吸収を有する合成材料のフィルムからなる。
【００１０】
感光検出素子が、アモルフォスシリコン層が設けられるフォトダイオードとして構成されると、Ｘ線による検出素子への影響はない。しかし、フォトダイオードの金属性電極は、Ｘ線の小さい一部を吸収し、所与の状況において画像欠陥をもたらす可能性がある。このような画像欠陥を阻止するために、本発明の実施例では、感光検出素子のマトリクスに、検出素子の電極によって形成される透過性金属層によって既に覆われていないマトリクス表面の領域を覆う透過性金属層を設けることを提案する。異なった金属層は供にマトリクス表面全体を覆い、従って、画像欠陥が除去される。
【００１１】
信号増強の際に、Ｘ線パルスの線量に有効な影響を及ぼすために、検出素子のマトリクスを高い画像繰り返し率で読出しすることが有利である。画像繰り返し率は、１秒あたり１千乃至数十千画像になることが好適である。どのような場合においても、画像繰り返し率は、たった数ミリ秒のＸ線パルス継続時間という場合にも、検出素子のマトリクスにおいて適当な回数の読出し動作が行われることが可能であり、それにより、所望の線量の適度で正確な調整が可能であるよう十分に高く選択されるべきである。
【００１２】
読出し速度は、行列状に配置される検出素子の複数の行を並列して読出しすることによって増加することが可能である。最後に、検出素子のマトリクスからは、Ｘ線量の測定及び制御のためにサブ領域を選択することが可能である。例えば、Ｘ線によって直接照射される領域を選択することが可能である。
【００１３】
本発明を、図面を参照し以下に詳細に説明する。
【００１４】
図１は、全体として、参照番号１によって示されるＸ線装置を示し、Ｘ線装置１は、そのＸ線はセンサマトリクス３に入射するＸ線源２を含む。センサマトリクスの上方、及び、Ｘ線の進路４において、簡潔さのために以下に線量計５と称する感光検出素子１８のマトリクスが配置され、これは、シンチレータ６及びシンチレータ６の上に配置される半透過性反射器７によってセンサマトリクス３から離間される。このことは、図２のみに示す。
【００１５】
Ｘ線源２と、全体として、参照番号８によって示されるフラットＸ線検出器８との間のビーム路４には、Ｘ線によって照射されるべき患者９が配置され、Ｘ線透過台１１上に置かれる。
【００１６】
フラットＸ線検出器８の詳細な構成は、図２に示す断面図から得ることが可能である。Ｘ線は、結晶性の針からなり、本実施例では、タリウムをドープさせたヨウ化セシウム（ＣｓＩ（Ｔｉ））からなるシンチレータ６内において光線に変換される。光線は、センサマトリクス３内に行列で配列され、アモルフォスシリコンのフォトダイオード及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって形成されるセンサ（ピクセル）１２上に入射する。
【００１７】
シンチレータ６の上には、半透過性反射器７が設けられ、シンチレータ６の光線の大部分を、センサマトリクス３のセンサ１２に反射する。しかし、光線の小さい一部、即ち、約５乃至１０％の光線が半透過性反射器７を線量計５の方向に透過されることが可能である。線量計５は、原則的に、センサマトリクスと一致して構成され、図２の断面図には明らかに見ることが可能であるように、ピクセル１２より実質的に大きい検出素子１８からなる。適当な読出し速度を保証するようピクセル１２の数は、検出素子１８の数よりも少なくとも１０００倍は大きくあるべきである。センサマトリクス３とシンチレータ６との間には、センサマトリクス３をシンチレータ６からの化学的影響から保護する光透過性隔離層が設けられる。検出素子１８は更に、アモルフォスシリコン層を有するフォトダイオードを含み、センサマトリクス３のピクセル１２のように行列に配置される。
【００１８】
センサマトリクス３の個々のピクセル１２は、読出し電子回路１３によって行毎に読出しされ、電荷は、電子回路内の電荷感度前置増幅器に供給される。前置増幅器の出力信号はデジタル化され、更に処理され、それによりセンサマトリクス３上のＸ線分布を表す画像データを形成する。
【００１９】
個々の検出素子１８は、ＴＦＴトランジスタによって行で読出しされる。しかし、各検出素子１８が、図示されない別個の前置増幅器チャネルに接続される場合は、ＴＦＴトランジスタも無くてもよい。このような解決策は、検出素子１８の単純化をもたらすが、多数の別個の信号増幅器及び接続導体を必要とする。というのは、各検出素子１８は、検出素子の各行に対し設けられる共通のリード線の代わりに別個の接続リード線を必要とするからである。
【００２０】
検出素子１８の出力信号は、線量信号プロセッサ２１により更に処理される。
【００２１】
Ｘ線装置の詳細な動作を以下に示す。
【００２２】
例えば、画像形式、照射継続時間、及び特に放射線量といった次の画像に対する所望される基準値は、ユーザインタフェース２５を介しシステムコントローラ２３に入力される。図１に示されるようなＸ線発生器２２、線量信号プロセッサ２１、検出器コントローラ２４、及び、画像プロセッサ１４の準備が整うと、システムコントローラ２３は確認応答を受信し、Ｘ線発生器２２からＸ線を放射させる開始信号を発生する。開始信号の後、信号処理の時間における実行は、検出器コントローラ２４によって独占的に制御される。線量信号プロセッサ２１は、線量計５から到着する信号を処理し、それにより、システムコントローラ２３によってＸ線量に対する所定の基準値と絶えず比較されるリアルタイム線量信号（実際の値）を形成する。基準値／実際値の比較の結果は、Ｘ線発生器２２に供給され、Ｘ線発生器２２は続いて、線量に対する所望の基準値となるよう必要な変更を行う。このために、Ｘ線発生器２２は、Ｘ線源２の高圧値、電流、及びＸ線パルスの継続時間といったパラメータを変更してもよい。線量に対する基準値になると、Ｘ線発生器２２は直ぐにＸ線源２のスイッチを切る。次に、Ｘ線画像は正確に照射される。続いて、Ｘ線画像は、検出器コントローラ２４の制御下でセンサマトリクス３から読出しされ、画像プロセッサ１４内で処理される。画像プロセッサ内における画像処理の際に、センサマトリクス３によってもたらされる欠陥は補償され、例えば、画像の鮮鋭度が既知の方法で高められることのように、画質が高められる。最後に、画像は、画像プロセッサ１４内において更に処理され、モニタ１５、画像メモリ１６、及び／又はネットワーク１７に供給される。
【００２３】
参照番号のリスト
１　Ｘ線装置
２　Ｘ線源
３　センサマトリクス
４　ビーム路
５　線量計
６　シンチレータ
７　半透過性反射器
８　フラットＸ線検出器
９　患者
１０　隔離層
１１　患者台
１２　ピクセル
１３　電子読出し回路
１４　画像プロセッサ
１５　モニタ
１６　画像メモリ
１７　ネットワーク
１８　検出素子
１９　−
２０　−
２１　線量信号プロセッサ
２２　Ｘ線発生器
２３　システムコントローラ
２４　検出器コントローラ
２５　ユーザインタフェース
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＸ線装置を示す回路図である。
【図２】Ｘ線量を測定する手段を有するセンサマトリクスを詳細に示す図である。

Claims (8)

1. Ｘ線源と、シンチレータによって覆われるセンサマトリクスと、上記センサマトリクスに入射するＸ線量を測定する手段とを含むＸ線装置であって、
   感光検出素子のマトリクスが、上記センサマトリクスの上方、及び、Ｘ線のビーム路内に配置され、
   半透過性反射器が、上記シンチレータと上記感光検出素子のマトリクスとの間に配置され、
   上記反射器は、上記シンチレータ及び上記感光検出素子のマトリクスに接続され、
   上記センサマトリクスのセンサの数は、当該のマトリクス表面に関連付けられる上記検出素子の数よりも多いことを特徴とするＸ線装置。
2. 上記感光検出素子のマトリクスの基板材料は、低Ｘ線吸収を有する合成材料のフィルムからなることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
3. 上記センサマトリクスの基板材料は、特に、ポリスチレン、ポリエステル、又はポリカーボネートといった、低Ｘ線吸収を有する合成材料のフィルムであることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
4. 上記感光検出素子は、アモルフォスシリコン層を有するフォトダイオードであることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
5. 上記センサマトリクスを構成するセンサは、それぞれのフォトダイオード及びＴＦＴトランジスタが設けられることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
6. 上記感光検出素子のマトリクスは、上記感光検出素子の電極によって構成される透過性金属層によって覆われていない上記マトリクスの領域を覆う透過性金属層が設けられることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
7. 請求項１乃至６のうちいずれか一項記載のＸ線装置を動作する方法であって、
   上記検出素子のマトリクスは、Ｘ線パルスが上記装置上に入射する間に高い画像繰り返し率で読出しされることを特徴とする方法。
8. 上記感光検出素子のマトリクスの選択された領域のみが読出しされることを特徴とする請求項８記載の方法。