CN105361897B - 放射线摄像设备和放射线检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种放射线摄像设备和放射线检测系统。所述放射线摄像设备包括：传感器部，其包括：像素阵列，用于获取与放射线相对应的图像信号；以及多个检测元件，其配置在所述像素阵列内，并且用于检测所述放射线；以及读出电路，用于从所述传感器部读出所述图像信号，其中，所述读出电路包括信号处理电路，所述信号处理电路用于进行以下操作：在判断放射线照射的有无的情况下，对来自所述多个检测元件的信号进行合成和处理，以及在判断放射线剂量的情况下，针对各检测元件对信号进行处理、或者对来自所述多个检测元件中的数量比所述多个检测元件的数量少的检测元件的信号进行合成和处理。

Description

放射线摄像设备和放射线检测系统
技术领域
本发明涉及一种放射线摄像设备和放射线检测系统。
背景技术
作为利用X射线的医疗摄像诊断或无损检查所使用的摄像设备，使用包括通过将诸如TFT(薄膜晶体管)等的开关元件和诸如光电转换元件等的转换元件进行组合所形成的像素阵列的矩阵基板的放射线摄像设备已投入实际使用。这种放射线摄像设备经常与利用放射线发生器的放射线照射同步地进行摄像操作。主要在两个时刻进行同步。第一个时刻是检测到放射线发生器的放射线照射和放射线摄像设备的累积操作的开始的时刻。日本特开2012-15913公开了能够在无需使用同步信号的情况下检测放射线照射的有无的放射线检测元件。放射线摄像设备在被通知了向摄像模式的改变的情况下，从待机模式转变为放射线检测等待状态并且判断放射线照射的有无。
第二个时刻是与从放射线发生器至传感器的放射线的累积曝光剂量相对应的、生成至放射线发生器的放射线照射停止指示的时刻。将被配置为进行这些时刻的同步的装置称为控制放射线透过剂量的AEC(Automatic Exposure Control，自动曝光控制)。日本特开2006-334154公开了使用来自通过荧光摄影所获得的ROI(关注区域)的像素的信号来校正放射线剂量以获得清楚的X射线图像。
为了检测来自放射线发生器的放射线的照射的开始，如日本特开2012-15913所公开的，需要连续监测来自放射线检测元件的信号。更具体地，为了检测来自放射线检测元件的信号输出，需要使用于判断放射线照射的有无的电路在数秒～数分钟的时间内连续工作。另外，为了检测关注区域(ROI)中的放射线曝光剂量(放射线剂量)，如日本特开2006-334154所公开的，需要针对各ROI进行处理。在一个检测元件用作用于检测放射线照射的有无的检测元件和用于检测ROI中的放射线曝光剂量的检测元件的情况下，如果使检测元件的配置最优化以判断放射线照射的有无，则在检测放射线剂量时空间分辨率可能不足。另一方面，如果使检测元件的配置最优化以判断放射线剂量，则ROI的数量增加且来自检测元件的输出针对各ROI发生分散，并且可能无法充分获得用以判断放射线照射的开始的信号水平。
发明内容
本发明的第一方面提供一种放射线摄像设备，用于判断放射线照射的有无并且判断放射线剂量，所述放射线摄像设备包括：传感器部，其包括：像素阵列，用于获取表示所检测到的放射线的图像信号；以及多个检测元件，其配置在所述像素阵列内，并且用于检测所述放射线；以及读出电路，用于从所述传感器部读出所述图像信号，其中，所述读出电路包括信号处理电路，所述信号处理电路用于进行以下操作：在判断放射线照射的有无的情况下，对来自所述多个检测元件的信号进行合成和处理，以及在判断放射线剂量的情况下，针对各检测元件对信号进行处理、或者对来自所述多个检测元件中的数量比所述多个检测元件的数量少的检测元件的信号进行合成和处理。
本发明的第二方面提供一种放射线检测系统，包括：放射线源，用于生成放射线；以及上述的放射线摄像设备。
通过以下参考附图对实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是示出放射线摄像设备的结构的示例的图；
图2是示出根据本发明的第一实施例的放射线摄像设备的结构的电路图；
图3是根据本发明的第一实施例的放射线摄像设备的时序图；
图4是示出根据本发明的第一实施例的放射线摄像设备的读出电路和支撑基板之间的连接的示例的图；
图5A～5C是示出根据本发明的第一实施例的放射线摄像设备的像素的结构的示例的图；
图6是示出根据本发明的第二实施例的放射线摄像设备的结构的电路图；
图7是根据本发明的第二实施例的放射线摄像设备的时序图；
图8是示出根据本发明的第二实施例的放射线摄像设备的像素的结构的示例的图；
图9是示出根据本发明的第三实施例的放射线摄像设备的结构的电路图；
图10是根据本发明的第三实施例的放射线摄像设备的时序图；
图11是示出根据本发明的第三实施例的放射线摄像设备的变形例的结构的电路图；
图12是示出根据本发明的第四实施例的放射线摄像设备的结构的电路图；
图13是根据本发明的第四实施例的放射线摄像设备的时序图；
图14是示出根据本发明的第五实施例的放射线摄像设备的结构的电路图；
图15是根据本发明的第五实施例的放射线摄像设备的时序图；以及
图16是示出放射线检测系统的结构的示例的图。
具体实施方式
第一实施例
(a)放射线摄像设备的结构
将参考图1～5C来说明根据本实施例的放射线摄像设备的结构。放射线摄像设备200包括安装有至少包含第一像素101和第二像素(检测像素)121的传感器部的支撑基板100。第二像素是检测像素。第一像素101是输出要被转换成放射线图像的信号的像素，并且包括转换元件102和开关元件103。检测像素121是除了输出要被转换成放射线图像的信号外、还输出用于判断放射线照射的有无(即，存在或不存在)并且判断放射线曝光剂量(放射线剂量)的信号的像素。除转换元件102和开关元件103外，检测像素121还包括检测元件122和该检测元件所用的开关元件123。放射线摄像设备200包括检测部223，其中该检测部223包括用于驱动传感器部的驱动电路221和用于将来自传感器部的电气信号作为图像数据输出的读出电路222。驱动电路221控制支撑基板100内所配置的各开关元件的选择状态和非选择状态。
如图2所示，读出电路222包括图像信号输入端子107、第一信号输入端子120和第二信号输入端子117。读出电路222包括在判断放射线照射的有无的情况下进行工作的第一信号处理电路和在判断放射线剂量的情况下进行工作的第二信号处理电路。更具体地，在读出电路222中，图像信号输入端子107或第二信号输入端子117连接至各运算放大器150的反相输入端子。运算放大器150或154的反相输入端子经由反馈电容器连接至输出端子，并且其非反相输入端子连接至任意的固定电位，以使得该电路用作电荷电压转换器。A/D转换器153经由采样保持电路151和多路复用器152连接至运算放大器150的后级。利用A/D转换器153将来自图像信号输入端子107和第二信号输入端子117的信号电荷转换成数字信号。同样，在读出电路222中，第一信号输入端子120连接至运算放大器154的反相输入端子。A/D转换器157经由采样保持电路155和多路复用器156连接至运算放大器154的后级。利用A/D转换器157将来自第一信号输入端子120的信号电荷转换成数字信号。
在本实施例中，将被配置为对信号进行处理的电路分开，以使得利用A/D转换器153处理来自图像信号输入端子107和第二信号输入端子117的输出，并且利用A/D转换器157处理来自第一信号输入端子120的输出。在本实施例中，从第一信号输入端子120至A/D转换器157的电路与第一信号处理电路相对应并且安装在印刷板503上。另外，在本实施例中，从图像信号输入端子107和第二信号输入端子117至A/D转换器153的电路与第二信号处理电路相对应并且安装在柔性基板502所配置的集成电路501上。第二信号处理电路单独处理来自检测信号线110的信号并且将这些信号转换成数字数据。放射线摄像设备200还包括：信号处理部224，用于对来自检测部223的图像数据进行处理和输出；以及控制电路225，用于向各构成元件供给控制信号以控制检测部223的操作。放射线摄像设备200还包括用于向各电路供给偏置电压和电力的电源电路226。信号处理部224从读出电路222接收图像信号线106或检测信号线110的信息，并且将该信息发送至控制计算机(未示出)或控制电路225。该控制计算机(未示出)或控制电路225将基于该信息的控制信号发送至驱动电路221或外部放射线发生器227。可选地，外部放射线发生器227可以获取控制电路225的信息并且控制放射线发生。
电源电路226包括调节器电路，其中该调节器电路从外部电源或内部电池(未示出)接收电力并将所需电力供给至传感器部、驱动电路221和读出电路222等。注意，尽管利用一个块示出驱动电路221、读出电路222、信号处理部224、控制电路225和电源电路226各自，但这并不意味着各电路均包括一个集成电路。各电路可以包括多个集成电路。可选地，所有这些电路均可设置在一个集成电路上。为了便于说明，将这些电路分开。然而，一个电路可以用作多个电路，或者这些电路可以单独配置。在图1所示的结构中，信号处理部224、控制电路225和电源电路226安装在印刷板229上。驱动电路221和读出电路222分别设置在印刷板230和503与柔性基板502上。印刷板230和503经由柔性基板502连接至支撑基板100上的传感器部。当然，上述说明根据需要还可适用于本发明的其它实施例。
(b)电路结构
接着将说明根据本实施例的放射线摄像设备的像素和检测像素的结构。如图2所示，在根据本实施例的放射线摄像设备中，配置有多个像素和周边电路。在支撑基板100上设置有包括具有呈矩阵配置的多个像素101和检测像素121的像素阵列的传感器部。各像素101被配置为输出与放射线或光相对应的电气信号，并且包括用于将放射线或光转换成电荷的转换元件102以及用于将与所生成的电荷相对应的电气信号输出至信号线的开关元件103。在本实施例中，像素101包括用于将放射线转换成光的闪烁体和用于将光转换成电荷的光电转换元件来作为转换元件102。然而，本发明不限于此。可以将用于将闪烁体转换得到的光转换成电荷的光电转换元件或者用于将放射线直接转换成电荷的直接转换元件用作转换元件102。像素101包括非晶硅或多晶硅的TFT(薄膜晶体管)作为开关元件103，并且最好使用多晶硅的TFT。已经例示了硅作为半导体材料。然而，本发明不限于此，并且可以使用诸如锗等的其它半导体材料。
开关元件103的第一主电极电气连接至转换元件102的第一电极，并且偏置线108电气连接至转换元件102的第二电极。偏置线108共通地连接至沿着列配置的多个转换元件102的第二电极。各列上所配置的偏置线108共通地连接至沿着行配置的偏置线并且连接至电源电路226的偏置电源端子109以接收偏置电压。图像信号线106电气连接至开关元件103的第二主电极。图像信号线106共通地连接至沿着列配置的像素的开关元件103的第二主电极。图像信号线106是针对像素的各列所配置的。各图像信号线106电气连接至读出电路222的图像信号输入端子107。
驱动线104电气连接至像素101的开关元件103的控制电极。驱动线104共通地连接至沿着行配置的像素101的开关元件103的控制电极。从驱动电路221经由驱动电压端子105向驱动线104施加栅极控制电压Vg1～Vgn。检测像素121配置在像素阵列内。检测像素121包括上述的转换元件102和开关元件103，并且还包括用于检测放射线的检测元件122和连接至检测元件122的开关元件123。检测元件122包括用于将放射线转换成光的闪烁体和用于将光转换成电荷的光电转换元件。然而，本发明不限于此。
开关元件123的第一主电极连接至检测元件122的第一电极。沿着列配置的检测元件122的第二电极连接至针对各列所配置的偏置线108。沿着列配置的检测信号线110连接至开关元件123的第二主电极。针对各行所配置的驱动线124连接至开关元件123的控制电极。从驱动电路221经由驱动电压端子125向驱动线124施加用于控制检测元件的开关元件123的栅极控制电压Vd1～Vdn。一个或多个检测元件经由开关元件123连接至各检测信号线110。在开关元件123接通的情况下，针对连接至各驱动线124的各检测元件，向检测信号线110输出信号。各检测信号线110连接至开关元件111的第一主电极。开关元件111的第二主电极经由第二信号输入端子117电气连接至读出电路222。开关元件111的控制端子连接至沿着行配置的驱动线113。从驱动电路221向驱动线113施加栅极控制电压Va。
开关元件112配置在相邻的检测信号线110之间。开关元件112可以使相邻的检测信号线110相连接。不同的检测信号线110连接至一个开关元件112的第一主电极和第二主电极。驱动线114连接至开关元件112的控制电极。从驱动电路221向驱动线114施加栅极控制电压Vb。
开关元件118的第一主电极与开关元件111的第一主电极共通地连接至一些检测信号线110。开关元件118的第二主电极电气连接至读出电路222的第一信号输入端子120。开关元件118的控制电极连接至驱动线126。从驱动电路221经由驱动电压端子119向驱动线126施加用于对控制电极进行控制的栅极控制电压Vc。开关元件111、112和118形成被配置为使检测信号线110的信号合成的合成部的一部分。在本实施例中，读出电路222的图像信号输入端子107和第二信号输入端子117是从转换元件102和检测元件122接收用以获得图像的信号和用以检测放射线的信号的端子。
(c)检测像素结构
将参考图5A～5C来说明根据本实施例的放射线摄像设备的像素的结构。图5A是像素101的平面图，并且图5B是检测像素121的平面图。像素101包括用于将放射线或光转换成电荷的转换元件102、以及包括TFT并且输出与转换元件102的电荷相对应的电气信号的开关元件103。用于输出放射线检测信号的检测像素121包括用于将放射线或光转换成电荷的转换元件102、以及包括TFT并且输出与转换元件102的电荷相对应的电气信号的开关元件103，作为被配置为输出图像信号的部分。检测像素121还包括检测元件122和开关元件123。
图5C是沿着图5B的线A-A’所截取的截面图。在本实施例中，使用PIN型光电二极管134作为转换元件102。转换元件102堆叠在开关元件103上的层间绝缘膜130上，其中开关元件103设置在可以是玻璃基板的绝缘性支撑基板100上。检测像素121包括用于将放射线或光转换成电荷的检测元件122、以及包括TFT并且输出与检测元件122的电荷相对应的电气信号的开关元件123，作为被配置为输出检测信号的部分。在本实施例中，使用PIN型光电二极管135作为检测元件122。检测元件122堆叠在检测元件所用的开关元件123上的层间绝缘膜130上，其中开关元件123设置在可以是玻璃基板的绝缘性支撑基板100上。
将转换元件102和122隔开以防止这两者的第一电极131和132电气连接。利用放置在第一电极131和132之间的用以使这些元件绝缘的绝缘膜133来提高绝缘性。上述的PIN型光电二极管134和135按n型层-i型层-p型层的顺序堆叠在第一电极131和132以及绝缘膜133上。第二电极136和137、保护膜138、第二层间绝缘膜139、偏置线108和保护膜140顺次配置在PIN型光电二极管134和135上。在保护膜140上配置平坦化膜和荧光体(均未示出)。第二电极136和137都经由接触孔(图5C中未示出)中所形成的触点连接至偏置线108。在第二电极136和137中使用具有光透过性的ITO(氧化铟锡)，以使得利用闪烁体(未示出)从放射线转换得到的光可以透过这些第二电极。
图5A是根据本发明的像素101的平面图，其中相比图5B所示的像素，该像素101不包括被配置为输出检测信号的检测元件122。转换元件102的大小在像素101和检测像素121之间改变。由于该原因，即使入射到这些像素的放射线量相同，所输出的图像信号的量也不同。因而，在使用所拍摄图像来进行诊断的情况下，进行校正以校正图像信号的偏差。
(d)操作
接着将参考图2和3来说明根据本发明的第一实施例的放射线摄像设备的操作。在以下说明中，设Va、Vb和Vc分别为施加至驱动线113、114和126的栅极控制电压。设Vg1～Vgn为施加至驱动线104的栅极控制电压，并且设Vd1～Vdn是施加至驱动线124的栅极控制电压。另外，在图3中，将使连接至各驱动线的各开关改变为ON(接通)状态的电压表示为HI，并且将使各开关改变为OFF(断开)状态的电压表示为LO。
首先将说明图3所示的时间段T1内的操作。时间段T1是用于检测放射线照射的有无的时间段。该时间段例如与如下时间段相对应，其中该时间段为从接通放射线摄像设备的电源以设置拍摄使能状态后、直到放射线技师实际将被摄体放置于放射线摄像设备中并按下放射线曝光开关以开始放射线照射为止。在该时间段内，栅极控制电压Vd1～Vdn改变为HI，并且将开关元件123设置成ON状态。另外，将栅极控制电压Va设置为LO，并且将栅极控制电压Vb和Vc设置为HI。开关元件111断开，并且位于检测信号线110之间的开关元件112接通。此时，检测信号线110和第一信号输入端子120之间的开关元件118接通。结果，多个检测元件122电气连接至第一信号输入端子120。也就是说，对来自多个检测元件122的信号进行电气合成并且经由第一信号输入端子120输入至读出电路222。该信号经由运算放大器154、采样保持电路155、多路复用器156和A/D转换器157被转换成数字数据。
利用信号处理部224来检测并处理读出电路222所读取的信号。控制电路225基于来自信号处理部224的信号来判断放射线照射的有无。在判断为存在放射线照射时，图3所示的时间段T2开始。在时间段T1内，为了消除转换元件102中所产生的暗电流，可以定期将各转换元件102重置为恒定电位。在该示例中，使驱动线104的栅极控制电压Vg1～Vgn顺次改变为HI以使转换元件102电气连接至固定于恒定电压的图像信号线106，由此防止暗电流长时间累积在转换元件102中。时间段T1的具体长度根据拍摄方法和条件等而大幅改变，但通常为数秒～数分钟。
接着将说明时间段T2内的操作。时间段T2是放射线照射的时间段。该时间段例如与从检测到放射线照射的开始后、直到放射线的累积曝光剂量达到适合摄像的剂量为止的时间段相对应。在该时间段内，栅极控制电压Vd1～Vdn间歇地改变为HI，并且将开关元件123间歇地设置成ON状态。另外，将栅极控制电压Va设置为HI，并且将栅极控制电压Vb和Vc设置为LO，由此断开开关元件112和118。检测信号线110之间的电气连接被取消。连接至各检测信号线110的检测元件122电气连接至第二信号输入端子117其中之一。对来自连接至各个检测信号线的检测元件122的信号进行电气合成。然而，时间段T2中信号被合成并输入至各第二信号输入端子117的检测元件122的数量相比时间段T1变少。在本实施例中，在时间段T1中，所有的检测元件122都连接至第一信号输入端子120。另一方面，在时间段T2中，连接至沿着像素的列配置的各检测信号线110的检测元件122连接至与检测信号线相对应的第二信号输入端子117。
针对各检测信号线110，将来自检测元件122的信号经由第二信号输入端子117输入至读出电路222，并且经由运算放大器150、采样保持电路151、多路复用器152和A/D转换器153转换成数字数据。将省略针对读出电路222之后的电路结构和处理方法的详细说明。该信号可以具有电荷、电压和电流的形式中的任一形式。将由A/D转换器153单独进行数字转换后的多个数字信号经由信号处理部224发送至控制电路225。控制电路225基于来自读出电路222的多个数字信号来检测放射线的曝光剂量。在时间段T2内，为了对利用放射线在转换元件102中产生的信号进行累积，将驱动线104的栅极控制电压Vg1～Vgn设置为LO，并且将像素101中产生的信号在转换元件102中累积。时间段T2的具体长度根据拍摄方法和条件等而大幅改变，但通常为数百μsec～数百msec。如果控制电路225或外部放射线发生器227基于利用控制电路225的针对放射线的曝光剂量的检测结果而判断为停止放射线照射，则操作转变为或被控制成转变为图3所示的时间段T3。
最后将说明时间段T3内的操作。时间段T3是在放射线照射结束之后读出像素101和检测像素121中所累积的图像信号的时间段。在该时间段内，将栅极控制电压Vd1～Vdn设置为LO，将栅极控制电压Va设置为HI，并且将栅极控制电压Vb和Vc设置为LO。为了防止检测信号线110处于浮动状态，使检测信号线110经由第二信号输入端子117连接至固定电位。另外，为了对驱动线104进行扫描，将栅极控制电压Vg1～Vgn顺次设置为HI。通过该扫描，将像素101和检测像素121的转换元件102中所累积的图像信号经由图像信号输入端子107传输至读出电路222。使用这些信号作为用于进行诊断的拍摄图像信息。将省略针对读出电路222之后的电路结构和处理方法的详细说明。在本实施例中，为了实现各转换元件102中的预定累积时间，使从时间段T1内的驱动线104的最后扫描开始直到时间段T3内的扫描为止的累积时间恒定。在图3中，在时间段T1内，最后将Vg1设置为HI。因而，在时间段T3中，通过首先将栅极控制电压Vg2设置为HI来开始扫描。这样可以设置从时间段T1中最后将栅极控制电压Vg设置为LO开始直到时间段T3中将栅极控制电压Vg设置为HI为止的预定累积时间。
在时间段T1中，由于低空间分辨率要求或不必要的空间分辨率要求，因此将来自连接了多个检测元件122的检测信号线110的信号合成并且将其读出。因此，可以以高的灵敏度检测出放射线照射的开始。另外，在本实施例中，在时间段T1内，由于可以在无需使集成电路501进行工作的情况下仅使用与一个信道相对应的运算放大器154和A/D转换器157来读取信号，因此可以抑制电力消耗。在该示例中，为了便于说明，仅例示出与一个信道相对应的运算放大器154和A/D转换器157。然而，可以设置多个运算放大器和A/D转换器。同样，在这种情况下，与抑制检测信号线的数量相比，可以通过抑制信道的数量来充分抑制电力消耗。
另一方面，在时间段T2中，由于可以针对连接了来自检测元件122的电荷信号的各第二信号输入端子117来读出来自这些检测元件的信号，因此空间分辨率相比时间段T1上升。在该时间段内，由于包括多个运算放大器150、采样保持电路151、多路复用器152和A/D转换器153的集成电路501进行工作，因此电力消耗相比时间段T1上升。然而，由于在时间方面时间段T2比时间段T1短得多，因此可以抑制电力消耗。
在本实施例中，在需要灵敏度的时间段T1内，使来自检测元件122的信号成束。在需要分辨率的时间段T2内，可以检测来自各检测信号线的输出。因而，可以在时间段T1内精确地检测出照射。由于可以减少时间段T1内要处理的信号的数量，因此可以缩小处理所使用的电路的规模并降低电力消耗。在时间段T2内，可以通过获取高空间分辨率的放射线曝光剂量的信息来判断放射线剂量。因而，可以使用该放射线剂量来获得锐度高的所拍摄图像。
第二实施例
(a)放射线摄像设备的结构
与第一实施例相同的附图标记在以下实施例中表示相同的部分，并且将省略针对这些部分的说明。将参考图6来说明根据本发明的第二实施例的放射线摄像设备的传感器部。图6示出支撑基板100内的像素的配置。不同于图2所示的第一实施例，检测像素121中的检测元件122未连接开关元件123。因此，没有设置用于驱动开关元件123的驱动线124。一个或多个检测元件122直接连接至各检测信号线110。在检测到放射线照射的开始时，将开关元件118和开关元件112一起接通，以成束提取针对各列所配置的检测元件122的输出。为了针对各检测信号线110提取来自检测元件122的输出，将开关元件112断开。此时，开关元件118接通并且用作开关元件111。图8是根据本实施例的检测像素121的平面图。在根据本实施例的检测元件122的区域中没有设置开关元件。读出电路222在时间段T1内使用来自第一信号输入端子120的信号来判断放射线照射的开始，并且在时间段T2内使用来自第二信号输入端子的信号来判断放射线剂量。
(b)操作
接着将参考图7来说明根据本实施例的放射线摄像设备的操作。不同于图2所示的第一实施例，由于没有设置检测元件所用的开关元件123，因此不必对栅极控制电压Vd1～Vdn进行控制。在时间段T1内，由于栅极控制电压Vb为HI，因此开关元件112接通，并且相邻的检测信号线110连接以将检测元件122的输出合成。此时，由于栅极控制电压Vc为HI，因此开关元件118也为ON。来自连接至各检测信号线110的检测元件122的信号的合成输出经由开关元件118输出至第一信号输入端子120。接着，在时间段T2内，栅极控制电压Vb改变为LO，并且栅极控制电压Vc改变为HI。结果，开关元件112断开，并且来自检测元件122的信号经由第一信号输入端子120和第二信号输入端子117传输至读出电路222并且用于判断放射线曝光剂量。此时，与第二信号输入端子117相同，第一信号输入端子120输出来自检测信号线的检测元件的信号。根据该结构，与第一实施例相同，在时间段T1内，使来自检测元件的信号成束以检测放射线照射的开始。因此，可以以良好的灵敏度进行检测。在时间段T2内，在无需合成的情况下将来自检测信号线110的信号提供至读出电路222。因此，可以基于区域来判断放射线剂量，使空间分辨率相比时间段T1变高，并且提供锐度高的拍摄图像。另外，由于可以抑制时间段T1中进行工作的电路的规模，因此可以降低时间段T1中的电力消耗。此外，在使用第一信号输入端子120作为第二信号输入端子117的情况下，可以抑制连接端子的数量。因此，可以缩小输入电路的规模。
第三实施例
(a)放射线摄像设备的结构
将参考图9来说明根据本实施例的放射线摄像设备的传感器部。图9示出支撑基板100内所配置的像素。不同于图2所示的第一实施例，在检测像素121中没有设置检测元件所用的开关元件123。因此，没有设置驱动线124。另外，没有设置开关元件112和118以及驱动线114和126。信号线127连接至第一信号输入端子120。信号线127经由电容器部128连接至各检测信号线110。电容器部128用作用于将检测信号线110的信号合成的合成部。图11示出本实施例的变形例，其中在该变形例中，各检测像素121中的检测元件122的第一电极连接至图像信号线106，并且图像信号线106用作检测信号线110。同样，读出电路222的图像信号输入端子107用作第二信号输入端子117。读出电路222在时间段T1内使用来自第一信号输入端子120的信号来判断放射线照射的开始，并且在时间段T2内使用来自图像信号输入端子107的信号来检测放射线剂量。在时间段T3中，读出电路222将来自各图像信号输入端子107的信号作为摄像信号进行处理。
(b)操作
将参考图10来说明根据本实施例的放射线摄像设备的操作。在时间段T1内，将栅极控制电压Va设置为LO，断开第二信号输入端子117和检测信号线110之间的开关元件111，并且各检测信号线110浮动。因而，在检测元件122中产生信号电荷的情况下，各检测信号线110的电位波动。将多个检测信号线110的电位波动作为来自多个检测元件122的信号电荷所引起的电位的变化传输至经由多个信号线之间的电容器部128而电容耦合的信号线127。在时间段T2内，将栅极控制电压Va设置为HI以接通开关元件111。读出电路222经由第二信号输入端子117读出来自检测元件122的信号以判断放射线剂量。
根据该结构，在时间段T1内，可以将来自检测元件122的信号作为电压的变化读出。因而，没有发生读出时的电荷移动。还可以使用在时间段T1内判断放射线照射的有无所使用的电荷来在时间段T2内检测放射线曝光剂量。检测精度得以提高，并且可以获得锐度高的图像。
因此，在图11所示的形式中，由于使用相同的信号输入端子来读出检测信号和图像信号，因此可以减少读出电路222的输入端子的数量。这在缩小读出电路222的规模并降低其电力消耗方面是有利的。
第四实施例
(a)放射线摄像设备的结构
将参考图12来说明根据本实施例的放射线摄像设备。图12示出支撑基板100上的传感器部的配置。不同于图2所示的第一实施例，在检测像素121中没有设置检测元件所用的开关元件123。因此，没有设置驱动线124。另外，没有设置开关元件111、112和118、驱动线113、114和126以及第一信号输入端子120。根据本实施例的放射线摄像设备被配置为通过监视从电源电路226流向偏置线108的电流的变化来检测放射线照射。通过使电源电路226对偏置电流进行A/D转换并将转换得到的数据发送至控制电路225来监视偏置电流。在这种情况下，电源电路226还用作读出电路222。
如果利用放射线对经由偏置电源端子109和偏置线108被施加了电压的检测元件122进行照射，则在检测元件122中产生信号电荷。所产生的信号电荷经由偏置线108流向偏置电源端子109。可选地，由于因电荷产生还在转换元件102中发生电位波动，因此该电位波动经由寄生电容(未示出)传输至偏置线108并且流向偏置电源端子109。控制电路225基于利用电源电路226进行的偏置电流监视来判断照射，并且将控制信号发送至驱动电路221和读出电路222。
(b)操作
将参考图13来说明根据本实施例的放射线摄像设备的操作。在本实施例中，在时间段T1内，监视流向偏置线108的电流，由此判断放射线照射的有无。在时间段T1内，栅极控制电压Vg1～Vgn定期改变为HI以重置暗电流。在放射线照射开始的情况下，检测元件122和转换元件102的输出改变。该改变影响偏置线，并且偏置电流改变。电源电路226监视偏置电流的变化。如果发生变化，则判断为照射已开始。在时间段T2内，将检测元件122的输出从第二信号输入端子117输入至读出电路222，并且测量曝光剂量。在检测到预定放射线剂量的情况下，在时间段T3中对开关元件103进行控制以开始从转换元件102读出图像信号。
根据该结构，在时间段T1内，可以使用流向偏置线108的电流来使来自多数检测元件122的信号成束并检测放射线。在时间段T2内，由于可以获取到高空间分辨率的放射线曝光剂量的信息，因此可以获得锐度高的图像。另外，由于可以减少开关元件的数量并且可以省略驱动线的布线，因此可以有利地降低电力消耗。
第五实施例
(a)放射线摄像设备的结构
将参考图14来说明根据本实施例的放射线摄像设备的传感器部。根据本实施例的放射线摄像设备包括包含呈阵列配置在支撑基板100上的多个像素401的传感器部。像素401被配置为输出与放射线或光相对应的电气信号，并且包括用于将放射线或光转换成电荷的转换元件402、重置开关元件407、源跟随器403、负荷开关元件404、内部电容器405和像素选择开关406。偏置电源端子109电气连接至转换元件402的第二电极。转换元件402的第一电极连接至源跟随器403的控制电极和重置开关元件407的第一主电极。源跟随器403是用于将与来自转换元件的电荷相对应的信号输出至图像信号线106的放大MOS晶体管。
重置开关元件407的第二主电极电气连接至重置电位供给端子300，并且经由重置电位供给端子300向该第二主电极施加重置电压。重置开关元件407的控制电极电气连接至像素重置开关端子305，并且经由像素重置开关端子305向该控制电极供给用以对重置开关元件407进行ON/OFF控制的电位Vres。源跟随器403的第一主电极电气连接至正电位供给端子303，并且向该第一主电极施加电源电压。源跟随器403的第二主电极连接至负荷开关元件404的第一主电极和内部电容器405的第一电极。以下为了便于说明，将连接至源跟随器403的第二主电极、负荷开关元件404的第一主电极和内部电容器405的第一电极的节点称为节点A。像素选择开关406的第一主电极连接至内部电容器405的第二电极。以下为了便于说明，将连接至内部电容器405的第二电极和像素选择开关406的第一主电极的节点称为节点B。
像素选择开关406的第二主电极连接至图像信号线106。像素选择开关406的控制电极电气连接至像素选择开关端子304，并且经由像素选择开关端子304向该控制电极供给用以对像素选择开关406进行ON/OFF控制的电位Vsel。负荷开关元件404的第二主电极连接至GND端子301，并且向该第二主电极施加GND电位。负荷开关元件404的控制电极连接至负荷开关端子306，并且经由负荷开关端子306向该控制电极供给用以对开关进行ON/OFF控制的电位Vload。图像信号线106连接至图像信号输入端子107。
在根据本实施例的放射线摄像设备的结构中，驱动电路221连接至像素选择开关端子304、像素重置开关端子305和负荷开关端子306，并且向这三者分别供给Vsel、Vres和Vload。电源电路226向偏置电源端子109供给偏置电位。电源电路226还连接至重置电位供给端子300、正电位供给端子303和GND端子301，并且向这三者供给电位。电源电路226向重置电位供给端子300施加重置电位，并且还监视从偏置电源供给的电流的量。控制电路225基于利用电源电路226进行的电流量监视的结果来将控制信号发送至驱动电路221和读出电路222。
(b)操作
将参考图15来说明根据本实施例的放射线摄像设备的操作。设Vsel1～Vseln、Vres1～Vresn和Vload1～Vloadn为施加至第1行～第n行的像素选择开关端子304、像素重置开关端子305和负荷开关端子306的电压。在本实施例的说明的范围内，电压Vload1～Vloadn始终为HI。在本实施例中，来自转换元件402的信号用于获得所拍摄图像信号，并且还用于判断放射线照射的有无并判断放射线曝光剂量。
首先将说明图15所示的时间段T1内的操作。时间段T1是用以检测放射线照射的有无的时间段。在该时间段内，将电压Vres1～Vresn设置为HI，并且使节点A始终固定为从重置电位供给端子300供给的重置电压。此时，将来自多个转换元件402的信号的变化经由重置电位供给端子300和偏置电源端子109传输至电源电路226。控制电路225基于利用电源电路226进行的针对偏置电源的电流的变化的检测来判断放射线照射的有无。如果控制电路225判断为存在放射线照射，则图15所示的时间段T2开始。在时间段T1内，将电压Vsel1～Vseln设置为HI，由此接通像素选择开关406并且将固定电位从图像信号输入端子107供给至节点B。
接着将说明时间段T2内的操作。时间段T2是放射线照射的时间段。首先，将电压Vsel1～Vseln设置为LO，以断开像素选择开关406并使节点B进入浮动状态。将电压Vres1～Vresn设置为LO以断开重置开关元件407，从而将像素401设置成能够累积电荷的状态。在生成与放射线曝光剂量相对应的电荷的情况下，在各节点A中产生与这些电荷相对应的电位。节点A的电位的变化经由被设置成浮动状态的内部电容器405出现在节点B中。
接着，将电压Vsel1～Vseln顺次设置为HI，并且以行为单位对像素选择开关端子304进行顺次重复扫描。各像素401的节点B中发生的电位的变化经由图像信号线106和图像信号输入端子107顺次出现在读出电路222中。使用该信号，控制电路225检测出入射到各像素401的放射线的曝光剂量。在图15中，将电压按Vsel1、Vsel2和Vseln的顺序设置为HI。然而，可以改变该顺序。可以施加这些电压以重复接通仅特定像素的像素选择开关。将电位的变化输入至读出电路222的图像信号输入端子107。在时间段T2内，基于读出电路222所读出的电位来判断曝光剂量，并且对控制电路225进行控制以停止放射线照射。可选地，控制电路可以向外部放射线发生器输出信号，并且外部放射线发生器可以判断是否停止照射。如果放射线照射停止，则操作转变为图15所示的时间段T3，或者外部放射线发生器进行控制以使放射线摄像设备转变至时间段T3。
最后，将说明放射线照射结束之后用于读出利用放射线累积在像素401中的信号的时间段T3内的操作。在该时间段内，首先，将电压Vsel1～Vseln设置为HI。如此使各节点B固定至图像信号输入端子107的电位，并且在内部电容器405的电极之间经由源跟随器出现与直到照射停止为止的放射线的累积曝光剂量相对应的电位差。接着，将电压Vsel1～Vseln设置为LO以使节点B浮动，并且在该状态下，将电压Vres1～Vresn设置为HI。内部电容器405的节点A改变为重置电位，并且利用与放射线的累积曝光剂量相对应的电压来对节点B进行充电。最后，将电压Vsel1～Vseln顺次设置为HI。与入射到各像素401的放射线的累积曝光剂量相对应的电荷经由图像信号输入端子107以行为单位流向读出电路222。使用该信号作为用于进行诊断的拍摄图像信息。
根据该结构，由于通过使来自连接至重置电位供给端子300和偏置电源端子109的多个像素401的多个输出成束来判断时间段T1中的放射线照射的开始，因此可以提高检测灵敏度。另一方面，在时间段T2内，可以在实现令人满意的空间分辨率的状态下以转换元件为单位获取并处理放射线曝光剂量的信息。因此，可以提供锐度高的拍摄图像。
第六实施例
接着，将参考图16来说明使用根据本发明的放射线摄像设备的放射线检测系统的应用的示例。作为用于产生放射线的放射线源的X射线管6050所产生的X射线6060透过患者或被检者6061的胸部6062并且入射至根据本发明的摄像设备6040。已入射的X射线包括与患者6061的身体的内部有关的信息。如果采用利用闪烁体来将X射线转换成光的方法，则利用光电转换元件对与已入射的X射线相对应的光进行光电转换，由此获得电气信息。利用用作信号处理部件的图像处理器6070将该信息转换成数字数据并进行处理。可以在控制室中的用作显示部件的显示器6080上观察该数据。
还可以利用诸如电话线路6090等的传输处理部件将该信息传送至远处，并且显示在其它场所的医生室中的用作显示部件的显示器6081上或保存在诸如光盘等的记录介质中，以使得远处的医生可以进行诊断。还可以利用用作记录部件的胶片处理器6100将该信息记录在用作记录介质的胶片6110中。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改以及等同结构和功能。

Claims (9)

1.一种放射线摄像设备，用于判断放射线照射的有无并且判断放射线剂量，所述放射线摄像设备包括：
传感器部，其包括：
像素阵列，用于获取表示所检测到的放射线的图像信号；以及
多个检测元件，其配置在所述像素阵列内，并且用于检测所述放射线；以及
用于从所述传感器部至少读出所述图像信号的电路，
其特征在于，所述电路生成用于判断放射线照射的有无的第一信号和用于判断放射线剂量的第二信号，
所述第一信号对应于来自于所述多个检测元件的第一子集的检测元件至所述电路的电气连接所提供的所述第一子集的检测元件的合成信号，
所述第二信号对应于来自于所述多个检测元件的第二子集的检测元件至所述电路的电气连接所提供的所述第二子集的检测元件的合成信号，以及
所述第一子集的检测元件的数量大于所述第二子集的检测元件的数量。
2.根据权利要求1所述的放射线摄像设备，其中，所述传感器部还包括：连接至所述多个检测元件的多个检测信号线；以及合成部，用于通过与所述电路电气连接来对所述多个检测信号线的信号共同地进行合成，以及
所述多个检测元件中的一个或多个检测元件连接至所述多个检测信号线中的任一个。
3.根据权利要求2所述的放射线摄像设备，其中，所述合成部包括被配置为能够使所述多个检测信号线连接至所述电路的开关元件。
4.根据权利要求2所述的放射线摄像设备，其中，所述电路包括用于处理所述第一信号的第一信号处理电路和用于处理所述第二信号的第二信号处理电路，以及
所述合成部包括用于使所述多个检测信号线与所述第一信号处理电路电容耦合的元件。
5.根据权利要求1所述的放射线摄像设备，其中，所述电路包括用于经由偏置线向所述多个检测元件施加偏置电压的电源电路，
所述电源电路监视所述偏置线中流动的电流，
根据基于所述电源电路所监视到的所述偏置线中流动的电流的变化的所述第一信号来判断放射线照射的有无，以及
根据所述电路基于经由图像信号线和检测信号线中的至少一个所读出的信号而生成的所述第二信号来判断放射线剂量。
6.根据权利要求2所述的放射线摄像设备，其中，所述多个检测元件中的每个检测元件包括：转换元件，用于生成与所述放射线相对应的电荷；放大MOS晶体管，用于将与来自所述转换元件的电荷相对应的信号输出至所述检测信号线；以及重置开关，用于将所述转换元件重置。
7.根据权利要求6所述的放射线摄像设备，其中，所述多个检测元件中的每个检测元件被配置为将与所述放射线相对应的图像信号输出至所述检测信号线。
8.根据权利要求1所述的放射线摄像设备，其中，所述电路包括：
第一信号处理电路，用于处理所述第一信号；以及
第二信号处理电路，用于处理所述第二信号，
其中，在判断放射线照射的有无的期间，所述第一信号处理电路进行工作，并且所述第二信号处理电路的操作停止，以及
在判断放射线剂量的期间，所述第二信号处理电路进行工作。
9.一种放射线检测系统，包括：
放射线源，用于生成放射线，
其特征在于，还包括：
根据权利要求1至8中任一项所述的放射线摄像设备。
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