DE19705755C1 - Röntgendetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Röntgendetektor mit einem auf einem Glassubstrat aufgebrachten asi-Halbleiterdetektor zur Umwandlung von Röntgenstrahlen in eine elektrische Signalfol­ ge mit in einem matrixförmigen Array angeordneten lichtemp­ findlichen Zellen und mit Treiberschaltungen zur Ansteuerung der Zellen, die zwischen den jeweiligen Zeilen- und Spalten­ leitungen der Treiberschaltungen angeschlossen sind. Derarti­ ge Röntgendetektoren dienen zur Absorption von Röntgenstrah­ len und Umwandlung in ein digitales Signal und sind z. B. aus der DE 44 29 434 C1 bekannt.

In der US-5,523,554 ist ein Röntgendetektor beschrieben, bei dem die einfallende Röntgenstrahlung zunächst mit Hilfe eines Szintillators in Licht und anschließend durch ein matrixför­ mig angeordnetes Array von Photodioden in elektrische Ladun­ gen umgewandelt wird. Diese Ladungen des Festkörper-Matrix­ detektor werden anschließend ausgelesen und als Videosignal einem Monitor zugeführt. Eine erste Treiberschaltung für Zei­ len ist auf der einen Seite der Matrix angeordnet. Eine zwei­ te Treiberschaltung für die Spalten als Ausleseelektronik mit Vorverstärkerstufen und Multiplexern ist unterhalb der Matrix vorgesehen.

Für hoch- bzw. höchstauflösende digitale Röntgen-Flachbild­ detektoren, die auf einer aktiven Auslesematrix beispielswei­ se aus amorphem-Silizium (aSi) oder Cadmium-Selenid (CdSe) basieren, stellt die Kontaktierung zu den externen Zeilen­ treibern und der externen Ausleseelektronik durch die hohe Elektrodendichte eine große Herausforderung dar. Im Bereich der Röntgenbildgebung stellt die Mammographie mit etwa 50 µm Pixelgröße die höchsten Anforderungen an die Auflösung.

Derartige bisher bekannte großflächige Flachbilddetektoren auf Basis von aSi- oder CdSe-Technologie arbeiten mit Pixel­ größen, die deutlich oberhalb derjenigen liegen, die den An­ forderungen für die Mammographie entsprechen oder aber es werden kleine Matrizen für Testzwecke verwendet, für die ein "Fanout" möglich ist. Bei einer kleinen Anzahl von Verbindun­ gen läßt sich zudem ohne weiteres die gewöhnliche Bonding- Technik einsetzen.

Aus dem Zeitschriftenartikel "High definition displays and technology trends in TFT-LCDs" von I-Wei Wu, Journal of the SID 2/1, 1994, Seiten 1 bis 14, ist im Bereich der Bilddar­ stellung mit AMLCDs (active matrix liquid cristal displays) die aSi Technologie Stand der Technik. Weiterhin wird die Realisierung der Schaltelemente, der Ansteuerelektronik und des Datenmultiplexings mit poly-Silizium (p-Si) untersucht und realisiert.

In der DE 44 29 434 C1 ist ein Röntgenbildsensor mit einer Matrix von Pixelelementen und Treiberschaltungen zur Ansteue­ rung der Zellen beschrieben, bei dem jeweils zwei Pixelele­ mente zwischen einer Spalten- und einer Zeilenleitung ange­ schlossen ist. Die Ansteuerung einzelner Pixelelemente er­ folgt durch bipolare Auslesesignale. Dadurch wird jedoch ein erhöhter Aufwand bei den Treiberschaltungen erforderlich.

Aus der DE 40 02 431 A1 ist eine Sensormatrix bekannt, bei der jeder Spalte zwei Ausleseleitungen zugeordnet sind, wobei jeweils die Hälfte der Pixelelemente an der entsprechenden Ausleseleitung angeschlossen ist. Dadurch erhält man kürzere Ausleseleitungen. Die gewünschte minimale Pixelgröße läßt sich jedoch auch durch diese Maßnahmen nicht erreichen.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Röntgendetektor der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine hohe Orts­ auflösung aufgrund von hoher Packungsdichte aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine er­ ste Treiberschaltung auf dem Glassubstrat integriert ausge­ bildet ist und daß zweite Treiberschaltungen diskret aufge­ baut, über Verbindungen mit dem matrixförmigen Array verbun­ den und derart zu beiden Seiten des Arrays angeordnet sind, daß deren Spaltenleitungen geschachtelt angeordnet sind, so daß die Auslesung in Spaltenrichtung alternierend erfolgt.

Aufgrund der Integration der ersten Treiberschaltung benötigt man keine externe Ansteuerelektronik. Durch den diskreten Aufbau der zweiten Treiberschaltungen wird berücksichtigt, daß bei Flachbilddetektoren der Datentransfer auf sehr klei­ nen Ladungsmengen basiert und sich daher beispielsweise poly­ kristallines Silizium als Verstärkerstufe oder Multiplexer hinsichtlich seiner Rauscheigenschaften weniger gut geeignet wie kristallines Silizium.

Durch die beidseitige Auslesung ergeben sich hohe Anschluß­ dichten, da für den notwendigen Kontaktierungsabstand (Pitch) der externen Ausleseelektronik der zweiten Treiberschaltungen nur der halbe Pitch benötigt wird. Damit lassen sich die obengenannten Anforderungen an den Auslesechip und die Ver­ bindungstechnologie hinsichtlich des Auslese-Pitch erfüllen.

Erfindungsgemäß kann die erste Treiberschaltung für die Zei­ len aus polykristallinem Silizium erstellt und die zweiten Treiberschaltungen für die Spalten mit externen elektroni­ schen Bausteinen (ICs) aufgebaut sein. Durch die Ansteuerung der aktiven Sensormatrix durch Schaltungen auf der Basis von polykristallinem Silicium (poly-Silicium) ist eine externe Elektronik überflüssig.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Verbindungen zwischen dem matrixförmigen Array und den zweiten Treiber­ schaltungen mittels flexibler Kabelverbindungen erfolgen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit einem erfin­ dungsgemäßen Röntgendetektor und

Fig. 2 einen Teil eines erfindungsgemäßen Röntgendetektors gemäß Fig. 1.

In der Fig. 1 ist eine Röntgendiagnostikeinrichtung mit ei­ ner Röntgenröhre 1 dargestellt, die von einem Hochspannungs­ generator 2 betrieben wird. Die Röntgenröhre 1 sendet ein Röntgenstrahlenbündel 3 aus, das einen Patienten 4 durch­ dringt und auf einen Röntgendetektor 5 entsprechend der Transparenz des Patienten 4 geschwächt fällt.

Der Röntgendetektor 5 wandelt das Röntgenstrahlenbild in elektrische Signale um, die in einem daran angeschlossenen digitalen Bildsystem 6 verarbeitet und einem Monitor 7 zur Wiedergabe des Röntgenstrahlenbildes zugeführt werden. Das digitale Bildsystem 6 kann in bekannter Weise Verarbeitungs­ schaltungen, Wandler, Differenzstufen und Bildspeicher auf­ weisen.

Bei einer derartigen Röntgendiagnostikeinrichtung kann der Röntgendetektor 5 eine Photodioden-Matrix aufweisen, auf der eine Szintillatorschicht aufgebracht ist, die die Röntgen­ strahlung in Licht umwandelt. Durch die Auslesung der in der Photodioden-Matrix enthaltenen Ladungen erhält man ein Video­ signal. Die Photodioden-Matrix kann aus wasserstoffhaltigem amorphem Silizium (aSi : H) bestehen.

In Fig. 2 ist der Röntgendetektor 5 als Festkörperbildwand­ ler dargestellt, der ein auf einem Glassubstrat 8 angeordne­ tes matrixförmiges Array 9, die aktive aSi Photodioden- Matrix, aufweist, das aus einzelnen lichtempfindlichen Zellen besteht, die in n-Zeilen und m-Spalten angeordnet sind. Diese Zellen sind mit einer ersten Treiberschaltung als Ansteuer­ elektronik 10 über Zeilenleitungen 11 und mit zweiten Trei­ berschaltungen oder Empfängerschaltungen als Ausleseelektro­ nik 12 und 13 über Spaltenleitungen 14 und 15 verbunden. Die Anschlüsse der Ausleseelektronik 12 und 13 werden beidseitig dem Array 9 zugeführt, wobei die Spaltenleitungen 14 und 15 derart verschachtelt ausgeführt sind, daß die Spalten alter­ nierend mal nach oben von der Ausleseelektronik 12 und mal nach unten von der Ausleseelektronik 13 ausgelesen werden.

Die einzelnen lichtempfindlichen Zellen der aktiven aSi Ma­ trix können jeweils beispielsweise aus einer Photodiode und einer Schaltdiode bestehen, deren Kathoden miteinander ver­ bunden sind und deren Anoden an den Zeilen- 11 bzw. Spalten­ leitungen 14 und 15 angeschlossen sind. Es lassen sich aber auch andere Schaltelemente, beispielsweise TFTs verwenden.

Erfindungsgemäß ist die Ansteuerelektronik 10 aus poly-Sili­ cium auf dem Glassubstrat 8 aufgebracht, während die Ausle­ seelektronik 12 und 13 diskret mit externen elektronischen Bausteinen 18, beispielsweise integrierten Schaltungen (ICs oder ASICs), aufgebaut ist. Die elektronischen Bausteine 18, die Auslesechips, können Vorverstärkerstufen und Multiplexer enthalten.

Über Verbindungen 16 und 17 beispielsweise durch flexible Ka­ bel (Flex) sind die elektronischen Bausteine 18 mit dem akti­ ven aSi Array 9 verbunden. Die elektronischen Bausteine 18 können dabei entweder direkt mit den Flex-Kabeln verbunden oder auf einer Platine angeordnet sein. Die flexiblen Kabel können durch die ACF-Verbindungstechnologie (Anisotropie Con­ ducting Film) mit dem Glassubstrat 8 verbunden sein.

Die elektronischen Bausteine 18 sind über nicht dargestellte Verbindungsleitungen mit den weiteren Bausteinen der Ausle­ seelektronik 12 und 13 verbunden, die Verstärkerstufen und Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) aufweisen kann. Diese weiteren Baustein können auf der gleichen oder einer weiteren Elektronikplatine angeordnet sein.

Die Anschlüsse der Ansteuerelektronik 10 können einen Pitch von beispielsweise 50 µm aufweisen, während die Anschlüsse der Ausleseelektronik 12 und 13 bei gleicher Auflösung durch die Verschachtelung mit einem Pitch von 100 µm auskommen.

Erfindungsgemäß werden die Zeilentreiber aus poly-Silizium hergestellt, da somit ein sehr hoher Pitch von beispielsweise weniger als 50 µm erreichbar ist. Der Readout wird wegen der besseren physikalischen Eigenschaften mit konventioneller ex­ terner Elektronik (ICs) realisiert. Durch die beidseitige Auslesung aufgrund der geschachtelten, alternierenden Anord­ nung, bei der nur jeder zweite Kanal ausgelesen wird, ent­ steht für den Anschluß der Ausleseelektronik 12 und 13, der integrierten Schaltungen (ICs), nur der halbe Pitch.

Da bei der Mammographie der Detektor sehr nahe der Brustwand positioniert werden muß, ist die Lösung, die nur auf einer Seite eine Ansteuerelektronik erfordert, ergonomisch günstig. In Bezug auf die Ausführungsform gemäß Fig. 2 bedeutet das, daß die der Ansteuerelektronik 10 gegenüberliegende Seite di­ rekt an die Brustwand angelegt werden kann.

Claims (4)

1. Röntgendetektor mit einem auf einem Glassubstrat (8) aufgebrachten asi-Halbleiterdetektor zur Umwandlung von Rönt­ genstrahlen in eine elektrische Signalfolge mit in einem matrixförmigen Array (9) angeordneten lichtempfindlichen Zel­ len und mit Treiberschaltungen (10, 12, 13) zur Ansteuerung der Zellen, die zwischen den jeweiligen Zeilen- und Spalten­ leitungen (11, 14, 15) der Treiberschaltungen (10, 12, 13) angeschlossen sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine erste Treiberschaltung (10) auf dem Glassubstrat (8) integriert ausgebildet ist und daß zweite Treiberschaltungen (12, 13) diskret aufgebaut, über Verbindungen (16, 17) mit dem matrixförmigen Array (9) ver­ bunden und derart zu beiden Seiten des Arrays (9) angeordnet sind, daß deren Spaltenleitungen (14, 15) geschachtelt ange­ ordnet sind, so daß die Auslesung in Spaltenrichtung alter­ nierend erfolgt.

2. Röntgendetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Treiberschaltung (10) für die Zeilen aus polykristallinem Silizium erstellt ist und daß die zweiten Treiberschaltungen (12, 13) für die Spalten mit externen elektronischen Bausteinen (18) aufgebaut sind.

3. Röntgendetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Treiberschaltungen (12, 13) die Auslesung bewirken.

4. Röntgendetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen (16, 17) zwischen dem matrixförmigen Array (9) und den zweiten Treiberschaltungen (12, 13) mittels flexibler Kabelverbindungen erfolgen.