JP6567792B1 - 放射線検出器 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施の形態に係る放射線検出器は、X線のほかにもγ線などの各種放射線に適用させることができる。ここでは、一例として、放射線の中の代表的なものとしてX線に係る場合を例にとり説明をする。したがって、以下の実施形態の「X線」を「他の放射線」に置き換えることにより、他の放射線にも適用させることができる。
直接変換方式は、入射X線により光導電膜内部に発生した光導電電荷(電荷)を高電界により電荷蓄積用の蓄積キャパシタに直接導く方式である。
間接変換方式は、X線をシンチレータにより蛍光(可視光)に変換し、蛍光をフォトダイオードなどの光電変換素子により電荷に変換し、電荷を蓄積キャパシタに導く方式である。
すなわち、X線検出器は、X線を電気的な情報に変換する検出部を有するものであれば良い。検出部は、例えば、X線を直接的またはシンチレータと協働して検出するものとすることができる。
なお、直接変換方式のX線検出器の基本的な構成には既知の技術を適用することができるので、詳細な説明は省略する。
また、X線検出器1は、例えば、一般医療などに用いることができる。ただし、X線検出器1の用途は一般医療などに限定されるわけではない。
なお、図1においては、バイアスライン2c3などを省いて描いている。
図2は、X線検出器1のブロック図である。
図3は、アレイ基板2の回路図である。
図1〜図3に示すように、X線検出器1には、アレイ基板2、信号処理部3、画像処理部4、シンチレータ5、入射X線検出部6、およびメモリ7を設けることができる。
アレイ基板2は、基板2a、光電変換部2b、制御ライン(又はゲートライン)2c1、データライン(又はシグナルライン)2c2、バイアスライン2c3、配線パッド2d1、配線パッド2d2、および保護層2fなどを有することができる。
本実施の形態においては、光電変換部2bがX線をシンチレータ5と協働して検出する検出部となる。
なお、光電変換部2b、制御ライン2c1、データライン2c2、およびバイアスライン2c3などの数は例示をしたものに限定されるわけではない。
光電変換部2bは、基板2aの一方の面に複数設けることができる。光電変換部2bは、制御ライン2c1とデータライン2c2とにより画された領域に設けることができる。複数の光電変換部2bは、マトリクス状に並べることができる。なお、1つの光電変換部2bは、例えば、X線画像における1つの画素(pixel)に対応する。
蓄積キャパシタ2b3が設けられる場合には、薄膜トランジスタ2b2をオフ状態にするとバイアスライン2c3から蓄積キャパシタ2b3に一定の電荷が蓄積され、薄膜トランジスタ2b2をオン状態にすると蓄積キャパシタ2b3に蓄積されている電荷が放出される。
なお、以下においては、一例として、蓄積キャパシタ2b3が設けられる場合を例示する。
薄膜トランジスタ2b2は、蓄積キャパシタ2b3への電荷の蓄積および放出のスイッチングを行うことができる。薄膜トランジスタ2b2は、アモルファスシリコン(a−Si)やポリシリコン(P−Si)などの半導体材料を含むものとすることができる。薄膜トランジスタ2b2は、ゲート電極2b2a、ドレイン電極2b2b及びソース電極2b2cを有するものとすることができる。薄膜トランジスタ2b2のゲート電極2b2aは、対応する制御ライン2c1と電気的に接続することができる。薄膜トランジスタ2b2のドレイン電極2b2bは、対応するデータライン2c2と電気的に接続することができる。
制御ライン2c1、データライン2c2、およびバイアスライン2c3は、例えば、アルミニウムやクロムなどの低抵抗金属を用いて形成することができる。
信号処理部3には、制御回路31と、信号検出回路32とを設けることができる。
制御回路31は、薄膜トランジスタ2b2のオン状態とオフ状態を切り替えることができる。
行選択回路31bには、画像処理部4などから制御信号S1を入力することができる。行選択回路31bは、X線画像のスキャン方向に従って、対応するゲートドライバ31aに制御信号S1を入力することができる。
なお、本明細書においては、薄膜トランジスタ2b2がオン状態の時に読み出されたデータを「画像データS2」とし、薄膜トランジスタ2b2がオフ状態の時に読み出されたデータを「補正データS3」としている。
なお、画像データS2、補正データS3、および画像インデックスに関する詳細は後述する。
画像処理部4、メモリ7および入射X線検出部6は、信号処理部3と一体化されていてもよい。
また、空気中に含まれる水蒸気により、シンチレータ5の特性と反射層の特性が劣化するのを抑制するために、シンチレータ5と反射層を覆う図示しない防湿体を設けることができる。
入射X線検出部6は、信号検出回路32と電気的に接続することができる。入射X線検出部6は、薄膜トランジスタ2b2がオン状態の時に、当該薄膜トランジスタ2b2が電気的に接続されたデータライン2c2に流れる電流の値に基づいてX線の入射開始時を判定することができる。すなわち、入射X線検出部6は、薄膜トランジスタがオン状態の時に読み出された画像データS2の値に基づいてX線の入射開始時を判定することができる。例えば、入射X線検出部6は、オン状態となっている薄膜トランジスタ2b2が接続されたデータライン2c2に流れる電流を検出し、検出された電流の値が所定の閾値を超えた場合には、X線が入射したと判定することができる。所定の閾値は、オン状態の薄膜トランジスタ2b2にX線が入射した時にデータライン2c2に流れる電流の値と、オン状態の薄膜トランジスタ2b2にX線が入射していない時にデータライン2c2に流れる電流の値との差に基づいて予め設定することができる。
この場合、X線の入射が終了した後にオン状態とされた薄膜トランジスタ2b2が接続されたデータライン2c2には、他の薄膜トランジスタ2b2からの電流が流れない。そのため、X線の入射が開始された際のデータを廃棄し、X線の入射が終了した後のデータのみを用いてX線画像を構成すれば画像班を抑制することができる。しかしながら、この様にすると、X線の入射が開始された際のデータが失われるので、その分、X線画像の品質が低下することになる。
すなわち、入射X線検出部6が設けられていれば、X線の入射開始時を検出することができ、且つ、X線画像の品質の劣化を抑制することができる。
図4は、n本の制御ライン2c1と、m本のデータライン2c2が設けられた場合である。
まず、画像処理部4などから信号検出回路32に第1のサンプリング信号21を入力する。図4に示すように、第1のサンプリング信号21がオンとなることで、信号検出回路32は、データライン(1)〜データライン(m)に対するサンプリングを開始する。第1のサンプリング信号21は所定の期間経過後にオフとなる。
また、入射X線検出部6は、第1のサンプリング信号21がオンの時にデータライン2c2に流れる電流の値に基づいてX線の入射開始時を判定する。
信号検出回路32は、薄膜トランジスタ2b2がオフ状態の時にデータライン(1)〜データライン(m)に流れる電流をそれぞれ検出する。
その後、以上の手順を制御ライン(2)〜制御ライン(n)に対して行う。
なお、画像データS2と、補正データS3とが同じメモリ7に保存される場合を例示したが、画像データS2と、補正データS3とがそれぞれ別のメモリに保存されるようにしてもよい。
すなわち、第1のサンプリング信号21と第2のサンプリング信号22が交互に入力されるようにすればよい。
図5は、X線が入射した際にデータライン2c2に流れる電流を例示するための模式図である。
図5中の「○」は第1のサンプリング信号21をオンにするタイミングを表し、「×」は第2のサンプリング信号22をオンにするタイミングを表している。
X線検出器1にX線が入射するとデータライン2c2には図5に例示をしたような波形の電流が流れる。この場合、領域Aや領域Cにおいては単位時間当たりの電流値の変化が大きくなる。一方、領域Bにおいては単位時間当たりの電流値の変化が小さくなる。
例えば、図5に例示をしたものの場合には、図4に示すように、制御ライン(1)に関する第1のサンプリング信号21を入力し、続いて第2のサンプリング信号22を入力することができる。
次に、例えば、制御ライン(2)に関する第1のサンプリング信号21を入力し、続いて第2のサンプリング信号22を入力することができる。
以下、同様にして、第1のサンプリング信号21と第2のサンプリング信号22とを交互に入力することができる。
図6に示すように、読み出し工程28においては、例えば、一つの制御ライン2c1をスキャンし、薄膜トランジスタ2b2をON状態にして画像データS2を読み出すことができる。薄膜トランジスタ2b2をOFF状態にして補正データS3を読み出すことができる。制御ライン2c1毎の画像データS2と補正データS3を画像インデックスを付けてメモリ7に保存することができる。
なお、画像蓄積工程29に関する詳細は後述する。
この場合、次の周期の制御ライン2c1のスキャンが終了するのを待ち、画像データS2と補正データS3とがメモリ7に保存された段階で、メモリ7への保存を中断することができる。メモリ7への保存を中断することで、既に保存されている画像データS2と補正データS3とが上書きされないようにすることができる。
前述したように、薄膜トランジスタ2b2をON状態にして制御ライン2c1を順次スキャンし、得られた画像データS2からX線の入射を判定するようにすると、画像斑が発生する。画像斑が発生する主な原因は、以下のように考えることができる。1つのデータライン2c2には複数の薄膜トランジスタ2b2が電気的に接続されている。制御ライン2c1をスキャンして所望の制御ライン2c1に電気的に接続された薄膜トランジスタ2b2をオン状態とした場合、それ以外の制御ライン2c1に電気的に接続された薄膜トランジスタ2b2はOFF状態となっている。薄膜トランジスタ2b2がOFF状態となっていれば、ソース電極2b2cとドレイン電極2b2bとの間には電流が流れない。ところが、X線またはシンチレータ5により変換された蛍光が、薄膜トランジスタ2b2に入射すると、ソース電極2b2cとドレイン電極2b2bとの間の抵抗値が下がる。この抵抗値が下がると、蓄積キャパシタ2b3に蓄積されている電荷の一部がデータライン2c2に放出されて、データライン2c2に流れる電流となる。この電流により画像斑が発生すると考えられる。
画像斑を効果的に抑制するためには、所望の制御ライン2c1に電気的に接続された薄膜トランジスタ2b2をオン状態とした場合に、それ以外の制御ライン2c1に電気的に接続されたオフ状態の薄膜トランジスタ2b2の抵抗値変化を知る必要がある。
図7は、比較例に係るX線画像の撮影を例示するためのタイミングチャートである。
図7は、3枚のX線画像を連続的に撮影する場合である。
X線画像を連続的に撮影する場合には、図7に示すように、1枚分のX線画像の画像データS2を読み出す読み出し工程28a(第1の読み出し工程の一例に相当する)の最中に、X線の入射が開始される場合がある。また、1枚分のX線画像の画像データS2を読み出す読み出し工程28b(第2の読み出し工程の一例に相当する)の最中に、X線の入射が終了する場合がある。前述したように、X線の入射開始時や終了時には、ソース電極2b2cとドレイン電極2b2bとの間の抵抗値が大きく変化する。そのため、図5に例示をしたように、データライン2c2に流れる電流が大きく変化して、画像斑の抑制が難しくなる。
図8に示すように、読み出し工程28aと、読み出し工程28bとの間に、画像蓄積工程29を設けることができる。画像蓄積工程29においては、全ての薄膜トランジスタ2b2をオフ状態とし、全ての光電変換部2b(蓄積キャパシタ2b3)に、シンチレータ5において発生した蛍光の強弱分布に対応した電荷を蓄積することができる。画像蓄積工程29において蓄積された電荷は、画像蓄積工程29の後に行われる読み出し工程28bにおいて画像データS2として読み出すことができる。
そのため、本実施の形態に係るX線検出器1とすれば、X線の入射開始時を精度良く検出することができ、且つ、X線画像の品質を向上させることができる。
また、画像蓄積工程29においては、制御ライン2c1のスキャンと、画像データS2および補正データS3の読み出しが行われないので、1枚のX線画像を構成するのに必要となる電力を削減することができる。そのため、仮に、読み出し工程28a、画像蓄積工程29、および読み出し工程28bが繰り返されたとしても、平均消費電力を低減させることができる。また、ノイズが増加したり、温度上昇による撮影時間の制限が発生したりするのを抑制することができる。
Claims (8)
- 基板と、
前記基板に設けられ、第1の方向に延びる複数の制御ラインと、
前記基板に設けられ、前記第1の方向に交差する第2の方向に延びる複数のデータラインと、
対応する前記制御ラインと対応する前記データラインとに電気的に接続された薄膜トランジスタを有し、放射線を直接的またはシンチレータと協働して検出する複数の検出部と、
前記薄膜トランジスタのオン状態とオフ状態を切り替える制御回路と、
前記薄膜トランジスタがオン状態の時に画像データを読み出す信号検出回路と、
前記薄膜トランジスタがオン状態の時に読み出された画像データの値に基づいて前記放射線の入射開始時を判定する入射放射線検出部と、
を備え、
前記入射放射線検出部が、前記放射線の入射が開始されたと判定した場合には、
前記信号検出回路は、前記薄膜トランジスタがオン状態の時に画像データをさらに読み出す第1の読み出し工程を実行し、
前記制御回路は、前記第1の読み出し工程の後に、全ての前記薄膜トランジスタをオフ状態にする画像蓄積工程を実行する放射線検出器。 - 前記画像蓄積工程の期間は、前記放射線の入射期間よりも長い請求項1記載の放射線検出器。
- 前記放射線の入射は、前記画像蓄積工程の期間中に終了する請求項1または2に記載の放射線検出器。
- 前記信号検出回路は、前記画像蓄積工程の後に、前記薄膜トランジスタがオン状態の時に画像データを読み出す第2の読み出し工程を実行する請求項1〜3のいずれか1つに記載の放射線検出器。
- 前記画像データに基づいて放射線画像を構成する画像処理部をさらに備え、
前記画像処理部は、前記第1の読み出し工程において読み出された前記画像データと、前記第2の読み出し工程において読み出された前記画像データと、を加算する請求項4記載の放射線検出器。 - 前記信号検出回路は、前記第1の読み出し工程において、前記薄膜トランジスタがオフ状態の時に補正データをさらに読み出す請求項5記載の放射線検出器。
- 前記信号検出回路は、前記第1の読み出し工程において、前記画像データを読み出す前、前記画像データを読み出した後、および、前記画像データを読み出す前と前記画像データを読み出した後、のいずれかにおいて、前記補正データを読み出す請求項6記載の放射線検出器。
- 前記画像処理部は、前記補正データを用いて、前記第1の読み出し工程において読み出された前記画像データを補正する請求項6または7に記載の放射線検出器。
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