CN110869809B - 放射线成像装置和放射线成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种放射线成像装置，该放射线成像装置包括：以二维阵列布置有多个转换元件并且透射光束的基板、布置在基板的第一面侧的第一闪烁体以及布置在与基板的第一面相对的第二面侧的第二闪烁体。多个转换元件包括多个第一转换元件和多个第二转换元件，多个第一转换元件被布置为接收来自第一闪烁体和第二闪烁体的光束，并且光屏蔽层被布置在第一闪烁体和多个第二转换元件中的每个第二转换元件之间，以便将来自第一闪烁体的多个第二转换元件的光量设置为小于来自第一闪烁体的第一转换元件的光量，并且多个第二转换元件被布置为接收来自第二闪烁体的光束。

Description

放射线成像装置和放射线成像系统

技术领域

本发明涉及放射线成像装置和放射线成像系统。

背景技术

作为用于医疗成像诊断和无损检查的成像装置，包括成像面板的放射线成像装置非常受欢迎，在该成像面板中像素被布置在阵列中，每个像素包括用于将放射线转换成电荷的转换元件和诸如薄膜晶体管(TFT)之类的开关元件的组合。已知一种获取能量减影(energy subtraction)图像的方法：使用这样的放射线成像装置利用具有不同能量分量的放射线来获取多个放射线图像，并且根据在获取的放射线图像之间的差异来分离或增强特定的被检体部分。PTL 1公开了一种布置，在该布置中，闪烁体分别被布置在光透射基板的两个面上，并且布置用于检测从一个闪烁体发射的光束的光电二极管和用于检测从另一个闪烁体发射的光束的光电二极管。用于检测从不同闪烁体发射的光束的光电二极管通过一次放射线照射来获取不同能量分量的两个信号，从而取得能量减影图像。

引文列表

专利文献

PTL 1：日本专利公开No.2010-56396

发明内容

技术问题

在PTL 1中，由于两个光电二极管被用于生成放射线图像的一个像素数据，因此元件结构变复杂并且制造成本可能增大。虽然布置了两个闪烁体，但是每个光电二极管仅检测来自一个闪烁体的光束。因此，如在PTL 1的第二实施例中那样，如果光电二极管以平面方式布置，那么检测量子效率(DQE)可能退化，并且所得图像的S/N比可能减小。

本发明的目的在于提供一种有利于允许能量减影图像的获取并且抑制图像质量变差的技术。

解决问题

考虑到以上问题，根据本发明的实施例的放射线成像装置是包括以下项的放射线成像装置：以二维阵列布置有多个转换元件的基板、布置在基板的第一面侧的第一闪烁体以及布置在与基板的第一面相对的第二面侧的第二闪烁体，其特征在于，多个转换元件包括多个第一转换元件和多个第二转换元件，多个第一转换元件被布置为接收来自第一闪烁体的光束，并且光屏蔽层被布置在第一闪烁体和多个第二转换元件之间，以便将来自第一闪烁体的多个第二转换元件的光量设置为小于来自第一闪烁体的第一转换元件的光量，并且多个第二转换元件被布置为接收来自第二闪烁体的光束。

发明的有益效果

以上解决方案提供了一种有利于改善闪烁体的分辨率和照明特性的技术。

根据以下结合附图的描述，本发明的其它特征和优点将变得清楚，其中，在其所有附图中类似的标号表示相同或相似的部分。

附图说明

结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于说明本发明的原理。

图1是示出使用根据本发明的实施例的放射线成像装置的放射线成像系统的布置示例的框图；

图2是示出图1所示的放射线成像装置的成像面板的布置示例的图；

图3A是示出图1所示的放射线成像装置的像素的结构的示例的截面图；

图3B是示出图1所示的放射线成像装置的像素的结构的示例的截面图；

图3C是示出图1所示的放射线成像装置的像素的结构的示例的图；

图3D是示出图1所示的放射线成像装置的像素的结构的示例的图；

图4A是示出图1所示的放射线成像装置的像素的布置示例的图；

图4B是示出图1所示的放射线成像装置的像素的布置示例的图；

图5是示出图1所示的放射线成像装置的操作的时序图；

图6是示出图1所示的放射线成像装置的操作的时序图；

图7A是示出图1所示的放射线成像装置的操作的流程图；

图7B是示出图1所示的放射线成像装置的操作的流程图；

图8A是示出图1所示的放射线成像装置的像素插值的示例的图；以及

图8B是示出图1所示的放射线成像装置的像素插值的示例的图。

具体实施方式

下面将参考附图描述根据本发明的放射线成像装置的具体实施例。注意，根据本发明的放射线不仅可以包括α射线、β射线和γ射线(这些射线是由放射性衰变发射的粒子(包括光子)生成的束)，而且还包括能量等于或大于例如X射线、粒子束和宇宙射线的这些射线的能量的束。

将参考图1至图8B描述根据本发明的实施例的放射线成像装置的布置和操作。图1是示出使用根据本发明的实施例的放射线成像装置210的放射线成像系统200的布置示例的框图。放射线成像系统200被配置成电捕获从放射线转换的光学图像，并且取得用于生成放射线图像的电信号(放射线图像数据)。放射线成像系统200例如包括放射线成像装置210、放射线源230、曝光控制单元220和计算机240。

放射线源230根据来自曝光控制单元220的曝光命令(发射命令)开始放射线发射。从放射线源230发射的放射线经由被检体(未示出)照射放射线成像装置210。放射线源230根据来自曝光控制单元220的停止命令停止放射线发射。

放射线成像装置210包括成像面板212和用于控制成像面板212的控制单元214。控制单元214基于从成像面板212取得的信号来生成用于停止来自放射线源230的放射线的发射的停止信号。停止信号被供应到曝光控制单元220，并且曝光控制单元220响应于停止信号向放射线源230发送停止命令。控制单元214可以由诸如FPGA(现场可编程门阵列)之类的PLD(可编程逻辑设备)、ASIC(专用集成电路)、安装有程序的通用计算机或上述组件中的全部或一些的组合来配置。

计算机240控制放射线成像装置210和曝光控制单元220。此外，计算机240包括信号处理单元241，该信号处理单元241用于接收从放射线成像装置210输出的放射线图像数据并且处理该放射线图像数据。信号处理单元241可以从放射线图像数据生成放射线图像。

曝光控制单元220包括作为示例的曝光开关(未示出)。当曝光开关由用户接通时，曝光控制单元220向放射线源230发送曝光命令，并且还向计算机240发送指示出放射线的发射开始的开始通知。一接收到开始通知，计算机240就响应于开始通知将放射线的发射开始通知给放射线成像装置210的控制单元214。

图2示出成像面板212的布置示例。成像面板212包括像素阵列112。像素阵列112包括以二维阵列布置以检测放射线的各自包括转换元件S的多个像素PIX。像素阵列112包括输出由转换元件S生成的信号的沿着列方向(图2中的垂直方向)的多个信号线Sig1至Sig4。此外，成像面板212包括用于驱动像素阵列112的驱动电路(行选择电路)114和用于检测出现在像素阵列112的行信号线Sig上的信号的读出电路113。在图2所示的布置中，为了简单起见，像素阵列112包括4行×4列的像素PIX。然而，实际上，排列更大数量的像素PIX。作为示例，成像面板212具有17英寸的尺寸，并且可以包括约3000行×约3000列的像素PIX。

每个像素PIX包括用于检测放射线的转换元件S和用于连接转换元件S和对应的行信号线Sig(在多个信号线Sig中与转换元件S相对应的信号线Sig)的开关T。每个转换元件S向列信号线Sig输出与入射放射线的量相对应的信号。转换元件S可以是布置在诸如玻璃基板之类的绝缘基板上并且主要由非晶硅制成的MIS光电二极管。转换元件S可以是PIN光电二极管。在该实施例中，转换元件S被配置成用于在放射线由闪烁体转换成光束之后检测光束的间接元件。在间接元件中，闪烁体由多个像素PIX(多个转换元件S)共享。

每个开关T由包括控制端子(栅极)和两个主端子(源极和漏极)的诸如薄膜晶体管(TFT)之类的晶体管形成。每个转换元件S具有两个主电极。转换元件S的一个主电极连接到对应的开关T的两个主端子中的一个，并且转换元件S的另一个主电极经由共用偏置线Bs连接到偏置电源103。偏置电源103供应偏置电压Vs。布置在第一行上的每个像素PIX的开关T的控制端子连接到沿着行方向(图2中的横向方向)布置的栅极线Vg1。类似地，布置在第二行至第四行上的像素PIX的开关SW的控制端子分别连接至栅极线Vg2至Vg4。栅极信号从驱动电路114供应到栅极线Vg1至Vg4。

布置在第一列上的每个像素PIX的开关T的未连接到转换元件S的主端子连接到第一列的列信号线Sig1。类似地，布置在第二列至第四列上的像素PIX的开关T的未连接到转换元件S的主端子分别连接到第二列至第四列的列信号线Sig2至Sig4。

读出电路113包括多个列放大单元CA以使得一个列放大单元CA与一个列信号线Sig相对应。每个列放大单元CA可以包括积分放大器105、可变放大器104、采样/保持电路107和缓冲电路106。每个积分放大器105放大出现在列信号线Sig上的信号。每个积分放大器105包括运算放大器以及在运算放大器的反相输入端子和输出端子之间并联连接的积分电容器和复位开关。运算放大器的非反相输入端子接收基准电位Vref。通过接通复位开关，积分电容器被复位，并且列信号线Sig的电位被复位到基准电位Vref。每个复位开关可以由从控制单元214供应的复位脉冲RC控制。

每个可变放大器104以设定增益放大来自积分放大器105的信号。每个采样/保持电路107采样并保持从对应的可变放大器104输出的信号。每个采样/保持电路107可以由采样开关和采样电容器形成。每个缓冲电路106对从对应的采样/保持电路107输出的信号进行缓冲(阻抗转换)并且输出经缓冲的信号。每个采样开关可以由从控制信号214供应的采样脉冲控制。

读出电路113包括多路复用器108，该多路复用器108以预定顺序从布置成与列信号线Sig相对应的多个列放大单元CA选择信号并且输出所选择的信号。例如，多路复用器108包括移位寄存器。移位寄存器根据从控制单元214供应的时钟信号执行移位操作，并且从多个列放大单元CA中选择一个信号。读出电路113还包括用于对从多路复用器108输出的信号进行缓冲(阻抗转换)的缓冲器109以及用于将作为从缓冲器109输出的信号的模拟信号转换成数字信号的AD转换器110。来自AD转换器110的输出，即放射线图像数据，被传送到计算机240。

在该实施例中，如之后将描述的那样，用于将放射线转换成可见光的闪烁体形成在从基板接收放射线的基板的入射面和与入射面相对的底面上以便覆盖这两个面。此外，包括在像素PIX中的转换元件S包括两种转换元件S。在图2所示的布置中，转换元件(光电转换元件)S12、S14、S21、S23、S32、S34、S41和S43被布置成接收来自两个闪烁体的光束。在以下描述中，如果要指定在转换元件S中的接收来自两个闪烁体的光束的转换元件，那么这些元件被称为第一转换元件901。此外，光屏蔽层903分别被布置在一个闪烁体和转换元件(光电转换元件)S11、S13、S22、S24、S31、S33、S42和S44之间以阻挡来自一个闪烁体的光束，并且这些元件接收来自另一个闪烁体的光束。在以下描述中，如果要指定在转换元件S中的来自一个闪烁体的光束被阻挡的这些转换元件，那么这些元件被称为第二转换元件902。每个光屏蔽层903是阻挡来自闪烁体的光束并且阻挡在覆盖基板的入射面和相对面的闪烁体中的一个与对应的第二转换元件902之间的光束的层。此时，在每个第二转换元件902中，来自一个闪烁体的光束不需要被完全阻挡。每个光屏蔽层903可以被布置在覆盖基板的入射面和相对面的闪烁体中的一个与对应的第二转换元件902之间，以便将由第二转换元件902从一个闪烁体接收的光束的量设置为小于由对应的第一转换元件901接收的光束的量。

假设光屏蔽层903被布置在配置在基板的入射面侧的闪烁体与每个第二转换元件902之间。从基板的入射面侧进入的放射线的低能量分量由覆盖基板的入射面侧的闪烁体吸收并且被转换成可见光。该可见光进入每个像素PIX。由于光在基板的入射面侧被阻挡，因此在基板的入射面侧发射的光束不进入第二转换元件902。因此，从低能量分量转换的光束不进入第二转换元件902。另一方面，由于光屏蔽层903没有被布置在第一转换元件901上，因此从放射线的低能量分量转换的光束进入第一转换元件901。

未被布置在入射面侧的闪烁体吸收的放射线的高能量分量由覆盖基板的底面侧的闪烁体吸收并且被转换成可见光。在第一转换元件901和第二转换元件902中，来自基板的底面侧的光束未被阻挡。因此，从放射线的高能量分量转换的光束进入第一转换元件901和第二转换元件902两者。

如上所述，第一转换元件901可以获取从放射线的高能量和低能量分量得出的信号，并且第二转换元件902可以获取从放射线的高能量分量得出的信号。即，指示出不同放射线能量的信息可以由相邻的像素PIX保持。通过在相邻的像素PIX中保持从具有不同能量分量的放射线获取的信息，可以使用之后要描述的方法执行能量减影。

图3A至图3D示意性地示出具有第一转换元件901的像素PIXA以及具有第二转换元件902的像素PIXB和PIXC的结构的示例。将假设放射线从附图的上侧向下进入来进行描述，但是放射线可以从附图的底侧向上进入。参考图3A，第一转换元件901和第二转换元件902被布置在基板310与布置在基板310的入射面(第一面)侧的闪烁体904之间。此外，在图3A中，在像素PIXB中，光屏蔽层903被布置在第二转换元件902和闪烁体904之间。图3B与图3A的相同之处在于：第一转换元件901和第二转换元件902被布置在基板310与覆盖基板310的入射面侧的闪烁体904之间。然而，在图3B所示的布置中，示出了这样的像素PIXC：光屏蔽层903被布置在第二转换元件902和闪烁体905之间，该闪烁体905被布置在基板310的与入射面相对的底面(第二面)侧。

像素PIX的转换元件S被布置在透射由闪烁体904和闪烁体905生成的光束的诸如玻璃基板之类的绝缘基板310上。每个像素PIX在基板310上依次包括导电层311、绝缘层312、半导体层313、杂质半导体层314和导电层315。每个导电层311形成构成开关T的晶体管(例如，TFT)的栅电极。每个绝缘层312被布置成覆盖对应的导电层311。每个半导体层313经由对应的绝缘层312被布置在形成对应的导电层311的栅电极的部分上。每个杂质半导体层314被布置在对应的半导体层313上以便形成构成对应的开关T的晶体管的两个主电极(源极和漏极)。每个导电层315形成布线图案，该布线图案电连接到构成对应的开关T的晶体管的两个主端子(源极和漏极)。导电层315的一部分形成列信号线Sig，并且另一部分形成用于连接对应的转换元件S和开关T的布线图案。

每个像素PIX还包括层间绝缘膜316，该层间绝缘膜316覆盖对应的绝缘层312和导电层315。每个层间绝缘膜316包括接触插塞317，该接触插塞317连接到导电层315中的形成开关T的部分。每个像素PIX包括布置在层间绝缘膜316上的转换元件S。在图3A和图3B所示的示例中，每个转换元件S被配置为间接转换元件，该间接转换元件用于将由闪烁体904和闪烁体905中的每个从放射线转换的光束转换成电信号。每个转换元件S包括堆叠在层间绝缘膜316上的导电层318、绝缘层319、半导体层320、杂质半导体层321、导电层322和电极层325。保护层323和粘合层324被布置在每个转换元件S上。闪烁体904被布置在粘合层324上以便覆盖基板310的入射面侧。闪烁体905被布置为覆盖基板310的与入射面侧相对的底面侧。

导电层318形成每个转换元件S的下电极(第一电极)。导电层322和电极层325形成每个转换元件S的上电极(第二电极)。导电层318、绝缘层319、半导体层320、杂质半导体层321和导电层322形成作为转换元件S的MIS传感器。例如，杂质半导体层321由n型杂质半导体层形成。上电极和下电极彼此面对以便在它们之间插入半导体层320。

闪烁体904和闪烁体905由诸如GOS(硫氧化钆)或CsI(碘化铯)之类的材料制成。这种材料通过接合、印刷或沉积形成。闪烁体904和闪烁体905可以取决于所获取的放射线能量由相同材料或不同材料制成。

在该实施例中，MIS传感器被例示为转换元件S。然而，本发明不限于此。转换元件S可以是例如PN或PIN光电二极管。

然后下面将描述光屏蔽层903的布局，该光屏蔽层903被布置在第二转换元件902中并且用于阻挡从闪烁体904或闪烁体905进入的光束。在图3A所示的布置中，像素PIXB的第二转换元件902从基板310的入射面侧到闪烁体904依次包括形成下电极的导电层318、半导体层320和形成上电极的导电层322。形成上电极的导电层322用作光屏蔽层903。更具体地，导电层322由对于从闪烁体904发射的光束来说是不透明的金属材料(例如，Al、Mo、Cr或Cu)制成并且被布置在闪烁体904与半导体层320之间，从而允许导电层322用作光屏蔽层903。即，在像素PIXB的第二转换元件902中，光屏蔽层903被布置在闪烁体904与第二转换元件902之间，以使得从闪烁体904接收的光束的量被设置为小于第一转换元件901的所接收的光束的量。类似地，像素PIXB的第二转换元件902被布置成如在像素PIXA的第一转换元件901中那样接收来自闪烁体905的光束。另一方面，在像素PIXA的第一转换元件901中，对于从闪烁体904发射的光束来说是透明的材料(例如，ITO(铟锡氧化物))被用于导电层318和电极层325。导电层322被配置成在相对于基板310的平面图中具有比光屏蔽层903和半导体层320的面积小的面积。在图3A的示例中，导电层322电连接到电极层325以使得导电层322用作图2所示的偏置线Bs。在图3C所示的示例中，像素PIXA的导电层322被配置成在相对于基板310的平面图中具有比半导体层320的面积小的面积。另一方面，像素PIXB的导电层322被配置成在相对于基板310的平面图中具有与半导体层320的面积几乎相等的面积，但是具有比像素PIXA的导电层322的面积大的面积。因此，可以在相邻的像素PIXA和PIXB之间获取具有不同能量分量的信号。

在图3B所示的布置中，像素PIXC的第二转换元件902从基板310的入射面侧到闪烁体904依次包括形成下电极的导电层318、半导体层320、形成上电极的导电层322和电极层325。形成下电极的导电层318用作光屏蔽层903。更具体地，导电层318由对于从闪烁体905发射的光束来说是不透明的金属材料(例如，Al、Mo、Cr或Cu)制成并且被布置在闪烁体905与半导体层320之间，从而允许导电层322用作光屏蔽层903。即，在像素PIXC的第二转换元件902中，光屏蔽层903被布置在闪烁体905与第二转换元件902之间，以使得从闪烁体905接收的光束的量被设置为小于第一转换元件901的所接收的光束的量。类似地，像素PIXC的第二转换元件902被布置成如在像素PIXA的第一转换元件901中那样接收来自闪烁体904的光束。另一方面，在像素PIXA的第一转换元件901中，对于从闪烁体904发射的光束来说是透明的材料(例如，ITO(铟锡氧化物))被用于导电层318和电极层325。因此，可以在相邻的像素PIXA和PIXC之间获取具有不同能量分量的信号。

另外，在图3D的示例中，导电层318由对于从闪烁体905发射的光束来说是不透明的金属材料(例如，Al、Mo、Cr或Cu)制成。像素PIXA的导电层318具有开口318'。导电层318被配置成在相对于基板310的平面图中具有比半导体层320的面积小的面积。像素PIXA的导电层318被配置成在相对于基板310的平面图中具有比光屏蔽层903和半导体层320的面积小的面积。注意，在图3B和图3D的示例中，导电层318被布置成电连接到接触插塞317，以使得导电层318用作下电极。因此，可以在相邻的像素PIXA和PIXC之间获取具有不同能量分量的信号。

在本实施例中，像素PIXB的导电层322和像素PIXC的导电层318中的每个被例示为具有单层的结构。然而，本发明不限于此。例如，在像素PIXB的导电层322和像素PIXC的导电层318中的每个中，可以堆叠透明材料和不透明材料。在这种情况下，不透明材料的面积决定光屏蔽量。另外，在本实施例中，像素PIXB的导电层322和像素PIXC的导电层318中的每个都用作光屏蔽层903。然而，光屏蔽层903的布置不限于此。例如，在像素PIXB中，用于从闪烁体904进入的光束的由Al、Mo、Cr或Cu制成的专用光屏蔽层903可以被布置在保护层323中。在这种情况下，光屏蔽层903的电位可以用于被固定到预定电位。

像图3B所示的像素PIXC一样，如果来自闪烁体905的光束被阻挡，那么接收来自闪烁体905的光束的像素PIXA的开关T的位置和列信号线Sig的位置可以被移向像素PIXC。利用这种布局，在像素PIXA中，可以增大第一转换元件901相对于闪烁体905的开口度。

另外，如上所述，光屏蔽层903不需要完全地阻挡从闪烁体904或闪烁体905到第二转换元件902的光束。如果从布置有光屏蔽层903的一侧的闪烁体904或闪烁体905接收的光束的量在相邻的像素PIXA和PIXB之间或在相邻的像素PIXA和PIXC之间不同，那么能量减影是可能的。在这种情况下，预先测量进入像素PIXB或PIXC的第二转换元件902的光束与进入像素PIXA的第一转换元件901的光束的比。基于此，以来自第一转换元件901的输出为基准执行差分处理，从而执行校正。

如图3A和图3B所示，在相对于基板310的入射面的正投影中，列信号线Sig分别与像素PIX的一部分重叠。就这种布置而言，在增大像素PIX的转换元件S的面积方面是有利的。然而，因为在列信号线Sig与转换元件S之间的电容耦合大，所以是不利的。如果放射线进入转换元件并且电荷在转换元件S中累积以改变用作下电极的对应的导电层318的电位，那么在列信号线Sig与转换元件S之间的电容耦合改变列信号线Sig的电位，从而生成串扰。图4A和图4B示出处理这种串扰的方法。在多个转换元件S中的在与列方向交叉的行方向上排列的转换元件S中，具有布置有所包括的光屏蔽层903的第二转换元件902的像素PIX的数量被设置为在行中相等。类似地，在多个转换元件S中的在列方向上排列的转换元件S中，具有所包括的第二转换元件902的像素PIX的数量被设置为在列中相等。利用这种配置，可以抑制由每行和每列的串扰引起的伪影的生成。

另外，放射线成像装置210可以具有自动地检测放射线照射的开始的功能。在这种情况下，例如，操作开关T以接通/关断栅极线Vg，从对应的转换元件S中读出信号，并且根据输出信号确定是否存在放射线照射。如果具有有着光屏蔽层903的第二转换元件902的像素PIX的数量针对每行而改变，那么针对每行输出的信号量改变，因此检测精度变化。因此，如图4A和图4B所示，在多个转换元件S中的在与列方向交叉的行方向上排列的转换元件S中，具有包括光屏蔽层903的第二转换元件902的像素PIX的数量被设置为对于各行彼此相等。利用这种布置，可以稳定用于自动地检测放射线照射的开始的检测精度。

另外，在图4B中的像素PIX的布置示例中，具有第二转换元件902的像素PIX的密度低于图4A中的像素PIX的布置示例的密度。由于来自闪烁体905的光束经由基板310进入每个转换元件S，因此光束由于基板310的厚度而扩散，并且MTF(调制转移函数)减小。因此，即使减小具有第二转换元件902的像素PIX的密度，也基本上不会发生分辨力的减小。即，如果每个第二转换元件902经由基板310接收从两个闪烁体中的相对的闪烁体905发射的光束，那么具有第一转换元件901的像素PIX的数量可以小于具有第二转换元件902的像素PIX的数量。

为了抑制来自闪烁体905的光束经由基板310的扩散并且减小MTF的降低，可以通过机械抛光或化学抛光来减小基板310的厚度。另外，为了减小MTF的降低，如图3A和图3B所示，可以在闪烁体905与基板310之间布置用于对从闪烁体发射的光束给予指向性的诸如百叶窗层或微透镜之类的防散射层326。可替代地，为了减小MTF的降低，可以通过在计算机240的信号处理单元241中的图像处理中的锐化处理来增大分辨力。另外，作为将来自闪烁体904的光束的低能量分量的MTF与来自闪烁体905的光束的高能量分量的MTF进行匹配的方法，可以减小MTF来使高能量分量与低能量分量匹配。此后，可以执行能量减影处理。

接下来将参考图5描述放射线成像装置210和放射线成像系统200的操作。在这种情况下，下面将描述放射线成像装置210的操作的示例，该放射线成像装置210包括具有如图2所示的各自具有转换元件S的4行4列的像素PIX的成像面板212。放射线成像系统200的操作由计算机240控制。放射线成像装置210的操作由在计算机240的控制下的控制单元214控制。

首先，直到开始来自放射线源230的放射线发射为止，换句话说，直到向放射线成像装置210开始放射线照射为止，控制单元214使驱动电路114和读出电路113执行空读取。通过使驱动电路114顺序地将供应到像素阵列112的各行的栅极线Vg1至Vg4的栅极信号驱动至活动电平并且将累积在转换元件S中的暗电荷复位，来执行空读取。在空读取中，活动电平的复位脉冲被供应到积分放大器105的复位开关，以使得每个列信号线Sig被复位到基准电位。暗电荷是即使放射线没有进入转换元件S也生成的电荷。

控制单元214可以基于例如从曝光控制单元220经由计算机240供应的开始通知来检测来自放射线源230的放射线发射的开始。另外，如图1所示，可以在放射线成像装置210中布置用于检测流过像素阵列112的偏置线Bs或列信号线Sig的电流的检测电路216。控制单元214可以基于来自检测电路216的输出来检测来自放射线源230的放射线发射的开始。

当执行放射线照射时，控制单元214控制每个开关T处于开路状态(关断状态)。这使得可以累积由放射线照射在每个转换元件S中生成的电荷。控制单元214等待该状态直到放射线照射结束为止。

接下来，控制单元214使驱动电路114和读出电路113执行实际读取。在实际读取中，驱动电路114将供应到像素阵列112的各行的栅极线Vg1至Vg4的栅极信号驱动至活动电平。读出电路113经由对应的列信号线Sig读出累积在每个转换元件S中的电荷，并且经由多路复用器108、缓冲器109和AD转换器110将电荷作为放射线图像数据输出到计算机240。

接下来将描述偏移图像数据获取。即使在不执行放射线照射的状态下，暗电荷也保持累积在每个转换元件S中。因此，控制单元214通过在没有放射线照射的情况下执行与获取放射线图像数据的情况相同的操作来获取偏移图像数据。通过从放射线图像数据中减去偏移图像数据，可以去除由暗电荷引起的偏移分量。

接下来将参考图6描述用于取得移动图像的驱动。为了取得移动图像，多个栅极线Vg被同时地驱动至活动电平以便以高速读出电荷。在这种情况下，如果来自具有第一转换元件901的每个像素PIX的信号和来自具有第二转换元件902的每个像素PIX的信号被输出到一个列信号线Sig，那么能量分量不能被分离。因此，如图6所示，通过将供应到栅极线Vg1和Vg3的栅极信号同时设置到活动电平，来自第一转换元件901的转换元件S12和S32的信号被输出到列信号线Sig2。同时，来自第二转换元件902的转换元件S11和S31的信号被输出到列信号线Sig1。由于来自第一转换元件901和第二转换元件902的信号被输出到不同的列信号线Sig，因此可以执行能量减影处理。

将参考图7A和图7B描述根据本实施例的图像处理流程图。首先，在步骤S910中，控制单元214进行控制以累积在放射线照射期间由每个转换元件S生成的电荷，以便在执行上述空读取之后取得放射线图像数据。接下来，在步骤S911中，控制单元214使驱动电路114和读出电路113执行实际读取以读出放射线图像数据。在步骤S911中，放射线图像数据被输出到计算机240。接下来，在步骤S912中，控制单元214执行累积操作以获取偏移图像数据。在步骤S913中，控制单元214使驱动电路114和读出电路113读出偏移图像数据并且将偏移图像数据输出到计算机240。

接下来，在步骤S911中，计算机240的信号处理单元241通过从在步骤S911中获取的放射线图像数据中减去在步骤S913中获取的偏移图像数据来执行偏移校正。接下来，在步骤S915中，信号处理单元241将经过偏移校正的放射线图像数据分离成从第一转换元件901输出的放射线图像数据和从第二转换元件902输出的放射线图像数据。在这种情况下，在图3A所示的布置中，将假设第二转换元件902从上方接收光束但是来自闪烁体904的光束被阻挡以使得第二转换元件902接收由来自闪烁体905的高能量放射线生成的光束来进行描述。另外，从第一转换元件901输出的放射线图像数据由双面图像数据表示，从第二转换元件902输出的放射线图像数据由单面图像数据表示。

接下来，在步骤S916中，信号处理单元241使用在没有被检体的情况下捕获的增益校正图像数据来执行双面图像数据的增益校正。另外，在步骤S917中，信号处理单元241使用增益校正图像数据来执行双面图像数据的增益校正。

在增益校正之后，在步骤S918中，信号处理单元241执行用于补偿不包括第一转换元件901的像素PIX(换句话说，包括第二转换元件902的像素PIX)的双面图像数据的遗漏的像素插值。类似地，在步骤S919中，信号处理单元241执行用于补偿不包括第二转换元件902的像素PIX(换句话说，包括第一转换元件901的像素PIX)的单面图像数据的遗漏的像素插值。将参考图8A和图8B描述在步骤S918和S919中的像素插值操作。在这种情况下，作为示例将描述图4B所示的包括第一转换元件901的像素PIX的数量大于包括第二转换元件902的像素PIX的数量的布置。

首先将参考图8A描述双面图像数据的像素插值。使用与像素E相邻的并且具有输出双面图像数据的第一转换元件901的像素A、B、C、D、F、G、H和I的双面图像数据来插值具有输出单面图像数据的第二转换元件902的像素E的双面图像数据。例如，信号处理单元241可以使用与像素E相邻的八个像素的双面图像数据的平均值来插值像素E的双面图像数据。可替代地，例如，信号处理单元241可以使用比如像素B、D、F和H的一些相邻像素的双面图像数据的平均值来插值像素E的双面图像数据。在步骤S918中，通过执行像素插值，生成由各个像素PIX的放射线的高能量和低能量分量生成的放射线图像数据。

将参考图8B描述单面图像数据的像素插值。使用与像素J相邻的并且具有输出单面图像数据的第二转换元件902的像素K、L、M和N的单面图像数据来插值具有输出双面图像数据的第一转换元件901的像素J的单面图像数据。例如，信号处理单元241可以使用与像素J相邻的四个像素的单面图像数据的平均值来插值像素J的单面图像数据。在这种情况下，例如，从布置有像素J的位置到像素K的距离与从布置有像素J的位置到像素N的距离不同。因此，可以根据距离对从像素K、L、M和N输出的单面图像数据进行加权和平均。在步骤S919中，通过执行像素插值，生成由像素PIX的放射线的高能量分量生成的放射线图像数据。

接下来，在步骤S920中，信号处理单元241通过放射线的低能量分量生成放射线图像数据。如上所述，如果光屏蔽层903被布置在第二转换元件902的放射线进入侧，那么单面图像数据用作高能量分量的放射线图像数据。另外，双面图像数据用作包括高能量分量和低能量分量两者的放射线图像数据。因此，可以从经过像素插值的双面图像数据中减去存储的单面图像数据以生成具有低能量分量的放射线图像数据。

如果光屏蔽层903被布置在与第二转换元件902的放射线进入侧相对的一侧，那么单面图像数据用作低能量分量的放射线图像数据。因此，可以从经过像素插值的双面图像数据中减去存储的单面图像数据以生成具有高能量分量的放射线图像数据。然而，由于高能量分量的放射线图像数据是不能被放射线进入侧的闪烁体904吸收的放射线分量，因此来自闪烁体905的光束量小于来自闪烁体904的光束量。因此，如果从双面图像数据中减去单面图像数据并且生成高能量分量的放射线图像数据，那么低能量分量的放射线图像数据的噪声被叠加在高能量分量的放射线图像数据上。结果，高能量分量的放射线图像数据的S/N比减小。为处理这个情况，如上述实施例所示，第二转换元件902的放射线进入侧被阻挡。双面图像数据被设置为高能量分量+低能量分量的图像数据，并且单面图像数据被设置为高能量分量的图像数据。从双面图像数据中减去单面图像数据以生成低能量图像，从而增大S/N比。

在步骤S922中，信号处理单元241生成能量减影图像。更具体地，信号处理单元241取得在从第二转换元件902分别输出的信号之间的差，以及在从第一转换元件901分别输出并在步骤S920中取得的信号与从第二转换元件902分别输出的信号之间的差。因此，生成作为在高能量分量的放射线图像数据和低能量分量的放射线图像数据之间的差的能量减影图像。

另外，在步骤S920中，信号处理单元241可以基于在步骤S918中从第一转换元件901分别输出的双面图像数据来生成没有能量减影的正常放射线图像。每个第一转换元件901接收来自放射线的入射侧的闪烁体904的光束，并且接收来自与放射线入射侧相对的一侧的闪烁体905的光束。因此，与仅接收从一个闪烁体发射的光束的情况相比，可以在正常放射线图像中取得较高S/N比。

为了生成PTL 1所示的放射线图像的一个像素数据，假设一种放射线成像装置，在该放射线成像装置中布置了两个转换元件，即，用于仅接收来自放射线入射侧的闪烁体的光束的转换元件和用于仅接收来自相对侧的闪烁体的光束的转换元件。可以取得在从这两个转换元件输出的两个信号之间的差以生成能量减影图像。另外，可以将这两个信号相加以取得正常辐射图像。然而，为了生成一个像素数据，需要两个转换元件使得结构可能复杂并且制造成本可能增大。另外，每个转换元件的尺寸减小，并且所得信号的S/N比可能减小。当将两个信号相加以用于生成正常放射线图像时，叠加在这些信号上的噪声分量可能被相加，并且S/N比可能变低。另一方面，在本实施例中，用于阻挡来自闪烁体904或闪烁体905的光束的光屏蔽层903可以被布置在多个像素中的具有第二转换元件902的仅一些像素PIX中。即，光屏蔽层903被添加到一些像素PIX。这使得可以实现能够避免结构复杂、抑制制造成本并取得能量减影图像的放射线成像装置。另外，每个第一转换元件901接收从闪烁体904和闪烁体905发射的光束。可以改善针对入射放射线的灵敏度，并且结果，可以改善所得放射线图像的图像质量。另外，即使要生成正常放射线图像，也可以根据在接收来自两个闪烁体904和905的光束时生成的信号来生成放射线图像。因此，与PTL 1中的结构相比，可以改善在捕获正常放射线图像时取得的S/N比。

另外，根据本实施例，可以使用一个成像面板212通过针对被检体的一次放射线照射(单次方法)来记录具有两个不同能量分量的放射线的放射线图像。因此，与使用两个成像面板来生成能量减影图像的放射线成像装置相比，可以减小放射线成像装置的部件数量和制造成本。另外，由于可以减小放射线成像装置210的重量，因此可以实现对于用户来说方便的便携式放射线成像装置。此外，由于可以使用一个成像面板来生成能量减影图像，因此可以实现其中不会发生在两个成像面板之间的转换元件的位置偏移的放射线成像装置。另外，在生成除能量减影图像之外的正常放射线图像时，可以实现能够生成具有高S/N比的放射线图像的放射线成像装置。

本发明不限于上述实施例，并且可以在本发明的精神和范围内进行各种改变和修改。因此，为了使公众知道本发明的范围，提出以下权利要求。

本申请要求2017年7月10日提交的日本专利申请No.2017-134956和2017年10月13日提交的日本专利申请No.2017-199603的权益，这两个日本专利申请通过引用整体并入本文。

Claims (17)

1.一种放射线成像装置，包括：以二维阵列布置有多个转换元件并且透射光束的基板、布置在基板的第一面侧的第一闪烁体以及布置在基板的与第一面相对的第二面侧的第二闪烁体，所述多个转换元件包括多个第一转换元件和多个第二转换元件，其特征在于

光屏蔽层被布置在第一闪烁体和所述多个第二转换元件中的每个第二转换元件的半导体层之间，以便将来自第一闪烁体的由所述多个第二转换元件中的每个第二转换元件的半导体层接收的光量设置为小于来自第一闪烁体的由所述多个第一转换元件中的每个第一转换元件的半导体层接收的光量，并且所述多个第二转换元件中的每个第二转换元件的半导体层被布置为接收来自第二闪烁体的光束，

具有如下的条件：光屏蔽层不被部署在所述多个第一转换元件中的每个第一转换元件的半导体层和第一闪烁体之间，并且光屏蔽层不被部署在所述多个第一转换元件中的每个第一转换元件的半导体层和第二闪烁体之间。

2.根据权利要求1所述的放射线成像装置，其特征在于，所述多个转换元件被布置在第一面和第一闪烁体之间。

3.根据权利要求2所述的放射线成像装置，其特征在于

所述多个转换元件中的每个从第一面侧至第一闪烁体依次包括第一电极、半导体层和第二电极，并且

在所述多个第二转换元件中的每个中，第二电极用作光屏蔽层。

4.根据权利要求2所述的放射线成像装置，其特征在于，防散射层被布置在第二闪烁体和第二面之间。

5.根据权利要求1所述的放射线成像装置，其特征在于，所述多个转换元件被布置在第二面和第二闪烁体之间。

6.根据权利要求5所述的放射线成像装置，其特征在于

所述多个转换元件中的每个从第二面侧至第二闪烁体依次包括第一电极、半导体层和第二电极，并且

在所述多个第二转换元件中的每个中，第一电极用作光屏蔽层。

7.根据权利要求6所述的放射线成像装置，其特征在于

第一电极由金属材料制成，并且

在相对于基板的平面图中，第一电极之中的布置在所述多个第一转换元件中的每个中的第一电极的面积小于第一电极之中的布置在所述多个第二转换元件中的每个中的第一电极和半导体层的面积。

8.根据权利要求1所述的放射线成像装置，其特征在于，放射线从第一面侧进入。

9.根据权利要求1所述的放射线成像装置，其特征在于，放射线从第二面侧进入。

10.根据权利要求1所述的放射线成像装置，其特征在于

放射线成像装置还包括沿着列方向的多个信号线，在所述多个信号线中输出由所述多个转换元件生成的信号，并且

在所述多个转换元件之中的在与列方向交叉的行方向上排列的转换元件中，所包括的多个第二转换元件的数量对于各行彼此相等。

11.根据权利要求10所述的放射线成像装置，其特征在于，在所述多个转换元件之中的在列方向上排列的转换元件中，所包括的多个第二转换元件的数量对于各列彼此相等。

12.根据权利要求1所述的放射线成像装置，其特征在于

放射线成像装置还包括沿着列方向的多个信号线，在所述多个信号线中输出由所述多个转换元件生成的信号，并且

在所述多个转换元件之中的在列方向上排列的转换元件中，所包括的多个第二转换元件的数量对于各列彼此相等。

13.根据权利要求1所述的放射线成像装置，其特征在于，所述多个第二转换元件的数量小于所述多个第一转换元件的数量。

14.一种放射线成像系统，其特征在于，包括：

根据权利要求1至13中任一项所述的放射线成像装置；以及

信号处理单元，被配置成处理来自放射线成像装置的信号。

15.根据权利要求14所述的放射线成像系统，其特征在于，信号处理单元基于从所述多个第一转换元件分别输出的信号和从所述多个第二转换元件分别输出的信号来生成能量减影图像。

16.根据权利要求14所述的放射线成像系统，其特征在于，信号处理单元基于从所述多个第二转换元件分别输出的信号之间的差以及从所述多个第一转换元件分别输出的信号与从所述多个第二转换元件分别输出的信号之间的差来生成能量减影图像。

17.根据权利要求14所述的放射线成像系统，其特征在于，信号处理单元基于从所述多个第一转换元件分别输出的信号来生成正常放射线图像。