DE69317230T2

DE69317230T2 - Methode und Apparat zur Gerinnung eines Röntgenbildes unter Verwendung eines Festkörper-Elementes

Info

Publication number: DE69317230T2
Application number: DE69317230T
Authority: DE
Inventors: Lawrence Kai-Fun Cheung; Denny Lap Yen Lee
Original assignee: Sterling Diagnostic Imaging Inc
Current assignee: Sterling Diagnostic Imaging Inc
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1993-12-03
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2013-12-04
Also published as: JPH06342098A; JP3404483B2; EP0602475B1; US5319206A; DE69317230D1; EP0602475A2; EP0602475A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auffangen digitaler radiographischer Bilder. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und eine damit verbundene Vorrichtung zum Auffangen und Auslesen elektrischer Ladungen, die ein latentes radiographisches Bild repräsentieren, in einer einzigen Mikrokondensator-Matrixplatte, so daß man ein elektrisches Signal erhält, das ein Radiogramm repräsentiert.

Beschreibung des Standes der Technik

Bei der traditionellen Radiographie wird ein lichtempfindlicher Silberhalogenidfilm in einem lichtdichten Cassettengehäuse eingesetzt, um ein latentes radiographisches Bild aufzufangen, das anschließend nach der chemischen Entwicklung und Fixierung sichtbar gemacht wird. Da Silberhalogenidfilm nicht sehr empfindlich gegenüber Röntgenstrahlung ist und starke Bestrahlungen (Expositionen) erforderlich sind, um ein Bild zu erhalten, verwenden die meisten Anwendungen eine Kombination aus einem Verstärkerschirm, der eine Leuchtstoffschicht umfaßt, und dem Silberhalogenidfilm, um geringere Bestrahlungen zu erreichen.
Radiogramme werden auch erzeugt, indem man ein latentes radiographisches Bild unter Verwendung einer photoleitenden Platte in einem xeroradiographischen Verfahren auffängt. In diesem Fall wird eine gegenüber Röntgenstrahlung empfindliche photoleitende Platte, die wenigstens eine photoleitende Schicht umfaßt, die über einer leitenden Rückenschicht aufgetragen ist, zuerst aufgeladen, indem man sie unter einer Aufladestation durchführt, die Koronaionen erzeugt. Positive oder negative Ladung wird gleichmäßig über die Plattenoberfläche verteilt. Dann wird die Platte Röntgenstrahlung ausgesetzt. Je nach der Intensität der einfallenden Strahlung werden durch die Röntgenstrahlung erzeugte Elektron-Loch-Paare durch ein Feld, das zu der über die Oberfläche gelegten Ladung gehört, getrennt und bewegen sich entlang des Feldes, um mit der Oberflächenladung zu rekombinieren. Nach der Röntgenbestrahlung bleibt auf der Plattenoberfläche ein latentes Bild in Form von elektrischen Ladungen varuerender Größe zurück, die ein latentes elektrostatisches Radiogramm darstellen. Dieses latente Bild kann dann sichtbar gemacht werden, indem es getont und, damit man es besser ansehen kann, vorzugsweise auf eine Rezeptoroberfläche übertragen wird.
Jüngere Entwicklungen beinhalten die Verwendung eines Elementes zum Auffangen eines elektrostatischen Bildes, um ein latentes Röntgenbild aufzufangen, wobei das Element eine photoleitende Schicht über einem leitenden Träger umfaßt, wobei die photoleitende Schicht ebenfalls von einer dielektrischen Schicht bedeckt ist und die dielektrische Schicht mit einer transparenten Elektrode überschichtet ist. Zwischen der transparenten Elektrode und dem leitenden Träger wird eine Vorspannung angelegt, um das Element aufzuladen, bei dem es sich um einen großen Parallelplattenkondensator handelt. Während die Vorspannung angelegt wird, wird das Element bildartig modulierter Röntgenstrahlung ausgesetzt. Nach der Bestrahlung wird die Vorspannung weggenommen, und ein latentes Bild wird als Ladungsverteilung konserviert, die auf der dielektrischen Schicht gespeichert ist. Das Problem bei dieser Elementstruktur besteht darin, daß das durch lokale Ladungsvanationen repräsentierte latente Bild Ladungen umfaßt, die einem sehr kleinen Signal entsprechen, das in Gegenwart von statistischem Rauschen in der kapazitiven Gesamtiadung auf der gesamten Platte extrahiert werden muß. Das Signal-Rausch-Verhältnis ist typischerweise schlecht.
In einem Versuch, das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern, wird die transparente Elektrode in Form einer Vielzahl von Mikroplatten in der Größe eines Bildpunkts (Pixels) mit einer Fläche, die so groß wie die Fläche des kleinsten auf lösbaren Elements in dem Bild ist, über die dielektrische Schicht gelegt (vergl. z.B. 15-A-5127038). In dieser Weise wird die Gesamtplattenkapazität reduziert, und das pro Bildelement extrahierte Signal hat ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis. Verfahren zum Auslesen des latenten Bildes umfassen unter anderem das Abtasten der Länge der transparenten Elektrode mit einem Laserstrahl, während der Ladungsfluß aus jedem der zwischen den Mikroplatten und der leitenden Platte gebildeten Mikrokondensatoren abgelesen wird. Während dieses Element eine große Verbesserung gegenüber der kontinuierlichen Elektrodenstruktur darstellt, die die gesamte Platte bedeckt, ist der Modus der Verwendung dieser Platte etwas kompliziert, insbesondere in bezug auf die Art und Weise, in der die ursprüngliche Aufladung der Mikroplatten erfolgt.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Röntgenbildauffangelement, das eine dielektrische Substratschicht mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche umfaßt. Eine Vielzahl von Transistoren ist an die obere Oberfläche der dielektrischen Schicht angrenzend angeordnet. Eine Vielzahl von Ladungsspeicherkondensatoren ist ebenfalls an die obere Oberfläche der dielektrischen Schicht angrenzend angeordnet, wobei jeder Kondensator eine leitende innere Mikroplatte aufweist, die mit wenigstens einem der Transistoren verbunden ist. Leitende Adressenleitungen und Abfrageleitungen sind an die obere Oberfläche der dielektrischen Schicht angrenzend angeordnet, um die Transistoren elektronisch zu aktivieren und auf jeden der Kondensatoren einzeln zuzugreifen. Eine photoleitende Schicht ist über den Transistoren, Adressen- und Abfrageleitungen angeordnet, und eine obere leitende Schicht ist auf der der dielektrischen Schicht entgegengesetzten Seite über der photoleitenden Schicht angeordnet. Das Bildauffangelement umfaßt außerdem eine Vielzahl von Ladungssperrschichten, die jeweils an die obere Oberfläche jeder der inneren Mikroplatten angrenzend angeordnet sind, sowie eine dielektrische Sperrschicht, die zwischen der photoleitenden Schicht und der oberen leitenden Schicht angeordnet ist und sich genauso weit erstreckt wie diese.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren der Verwendung des Röntgenbildauffangelements zum Auffangen eines Radiogramms durch Bestrahlen der photoleitenden Schicht mit bildartig modulierter Strahlung und Bestimmen der Größe der darin erzeugten elektrischen Ladungen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist ein schematischer Querschnitt eines Röntgenbildauffangelements gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 ist eine schematische Draufsicht des in Figur 1 gezeigten Röntgenbildauffangelements.
Figur 3 ist ein schematischer Querschnitt einer Cassette zur Verwendung einer Röntgenbildauffangplatte gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 ist eine schematische Vorderansicht einer Anordnung zur Verwendung einer Röntgenbildauffangplatte gemäß der vorliegenden Erfindung zum Auffangen eines Röntgenbildes.
Figur 5 stellt ein elektrisches Äquivalentschaltbild eines Elements gemäß dieser Erfindung, nachdem eine Anfangsarbeitsvorspannung angelegt wurde, und vor der Bestrahlung mit Röntgenstrahlen dar.
Figur 6 stellt ein elektrisches Äquivalentschaltbild eines Elements gemäß dieser Erfindung unmittelbar nach der Bestrahlung mit Röntgenstrahlen, und nachdem die Arbeitsspannung weggenommen wurde, dar.
Figur 7 ist ein Blockdiagramm einer Anordnung für das Auffangen und Wiedergeben eines Radiogramms unter Verwendung der Röntgenbildauffangplatte der vorliegenden Erfindung.
Figur 8 stellt ein elektrisches Äquivalentschaltbild eines Elements gemäß dieser Erfindung, unmittelbar nachdem die Vorspannung umgekehrt und auf ein negatives Potential abgesenkt wurde, dar.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung, ein Element oder eine Platte 16 zum Auffangen eines Röntgenbildes mit einer dielektrischen Substratschicht 12 mit einer Dicke, die die Handhabung der Platte 16 erleichtert. Über der dielektrischen Substratschicht 12 befindet sich eine erste Vielzahl diskreter winziger leitender Elektroden 18 (d.h. 18a, 18b, 18c ... 18n), die hier als Mikroplatten 18n bezeichnet werden. Vorzugsweise bestehen die Mikroplatten 18n aus Aluminium. Die Technologie zur Herstellung solcher Mikroplatten 18n ist in der Technik wohlbekannt. Die Abmessungen der Mikroplatten 18n definieren das kleinste Bildelement (Pixel), das vom Element 16 aufgelöst werden kann. Sie werden auf der dielektrischen Substratschicht 12 abgeschieden, wobei man typischerweise, wenn auch nicht notwendigerweise, Techniken der thermischen Abscheidung oder des Auf stäubens verwendet, und sie können aus einer sehr dünnen Schicht eines Metalls, wie Gold, Silber, Kupfer, Chrom, Titan, Platin und dergleichen, bestehen. Über dieser ersten Vielzahl von Mikroplatten wird ein kapazitives dielektrisches Material 19 aufgetragen, das vorzugsweise Siliciumdioxid umfaßt; auch andere Materialien, wie Siliciumnitrid, können verwendet werden. Eine Vielzahl von Transistoren 5 mit zwei Elektroden 13 und 14 und einer Gate-Elektrode 11 ist ebenfalls auf der dielektrischen Substratschicht 12 abgeschieden. In Figur 1 ist weiterhin eine zweite Vielzahl von Mikroplatten 4 gezeigt (d.h. 4a, 4b, 4c ... 4n), die hier als Mikroplatten 4n bezeichnet werden. Sie werden auf der dielektrischen Substratschicht 12 abgeschieden, wobei man typischerweise, wenn auch nicht notwendigerweise, Techniken der thermischen Abscheidung im Vakuum oder des Aufstäubens verwendet, und sie können aus einer sehr dünnen Schicht eines Metalls, wie Gold, Silber, Kupfer, Chrom, Titan, Platin und dergleichen, bestehen. Vorzugsweise bestehen die Mikroplatten 4n aus Aluminium oder Indiumzinnoxid.
Figur 2 zeigt wenigstens einen Transistor 5, der jeweils eine Mikroplatte 4n mit einer Xn-Leitung 11 verbindet. Bei jedem Transistor 5, typischerweise einem FET-Transistor, ist die Gate- Elektrode mit einer Xn-Leitung 11 verbunden, und die Source- oder Drain-Elektrode ist mit einer Yn-Leitung 13 verbunden. Die Mikroplatten 4n und 18n und das kapazitive dielektrische Material 19 bilden einen Ladungsspeicherkondensator 6. Jede Mikroplatte 4n ist außerdem mit der Elektrode 14 des Transistors 5 verbunden. Jede Mikroplatte 18n ist mit der Erde verbunden. Jeder Transistor 5 dient als Zweirichtungsschalter, der einen Stromfluß zwischen den Yn-Abfrageleitungen 13 und dem Ladungsspeicherkondensator 6 in Abhängigkeit davon erlaubt, ob über Xn-Adressenleitungen eine Vorspannung an seine Gate-Elektrode angelegt ist. Der Transistor 5 umfaßt vorzugsweise eine Schicht 15 aus hydriertem amorphem Silicium, eine Isolationsschicht 99, eine leitende Gate-Elektrode 11 und die beiden leitenden Elektroden, wobei eine Elektrode, 13, mit den Yn-Abfrageleitungen 13 verbunden ist und die andere Elektrode, 14, mit den Mikroplatten 4n verbunden ist, wie es in Figur 1 schematisch gezeigt ist. Bei jedem Transistor könnte man auch kristallines Silicium, polykristallines Silicium oder Cadmiumsulfid verwenden. Jeder Transistor 5 ist außerdem mit einer Passivierungsschicht 98 bedeckt und kann durch Verwendung einer dielektrischen Substratschicht 12 oder durch Verwendung zusätzlicher Schichten gegen aktinische Strahlung abgeschirmt werden. Für die Zwecke der Beschreibung der vorliegenden Erfindung bedeutet aktinische Strahlung ultraviolette, infrarote oder sichtbare Strahlung, wobei jedoch Röntgenstrahlung und Gammastrahlung ausgeschlossen sind. Die Technologie für die Herstellung der Transistoren 5 und der Ladungsspeicherkondensatoren 6 ist in der Technik wohlbekannt und kein Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Siehe zum Beispiel ?Imodular Series on Solid State Devices", Band 5 der Introduction to Microelectronics Fabrication von R.C. Jaeger, veröffentlicht von Addison-Wesley, 1988.
In den Zwischenräumen zwischen den Mikroplatten 4a, 4b, 4c ... 4n werden leitende Elektroden oder X&sub1;-, X&sub2;-, ... Xn-Adressenleitungen 11 sowie leitende Elektroden oder X&sub1;-, X&sub2;-, ... Xn- Abfrageleitungen 13 angeordnet. Die Xn-Leitungen 11 und die Yn- Leitungen 13 sind so gezeigt, daß sie im allgemeinen orthogonal zueinander in den Zwischenräumen zwischen den äußeren Mikroplatten 4n angeordnet sind. Die Orientierung der Xn-Leitungen 11 und der Yn-Leitungen 13 kann beliebig gewählt werden. Auf die Xn- Adressenleitungen 11 kann über Verbindungsdrähte, die in den Zeichnungen nicht besonders dargestellt sind, entlang der Seiten oder Kanten der Platte 16 einzeln zugegriffen werden.
Für Zwecke der Herstellung können die Xn-Leitungen 11 und die Yn- Leitungen 13 aus derselben Aluminiumschicht aufgebaut sein, die auch zur Herstellung der Mikroplatten 4n verwendet wird. Da die Xn-Leitungen 11 und die Yn-Leitungen 13 an den Überkreuzungsstellen nicht in elektrischem Kontakt miteinander sein dürfen, können die Yn-Leitungen 13 angefertigt werden, nachdem man eine in der Figur nicht gezeigte Isolationsschicht über die Xn-Leitungen 11 gelegt hat.
Jede Yn-Leitung 13 ist außerdem mit einem Ladungsverstärkungsdetektor 36 verbunden. Der Detektor kann einen Arbeitsverstärker umfassen, der so verdrahtet ist, daß er die Ladung in einer kapazitiven Schaltung mißt, auf die die Ladung aus den Mikrokondensatoren gerichtet ist, und der einen zu dieser Ladung proportionalen Spannungsausgang erzeugt. Der Ausgang der Detektoren 36 kann nacheinander abgefragt werden, so daß man ein Ausgangssignal erhält, und die Technologie dafür ist in der Technik ebenfalls wohlbekannt.
Über die obere Oberfläche der Mikroplatten 4n wird eine Ladungssperrschicht 10 aufgetragen. Die Ladungssperrschicht 10 wird vorzugsweise durch eine auf der Oberfläche der Mikroplatten 4n gebildete Aluminiumoxidschicht bereitgestellt, obwohl auch andere blockierende Grenzflächen verwendet werden können. Durch die anschließende Beschichtung derselben mit einer photoleitenden Selenschicht 8 entsteht eine Röntgenabsorptionsschicht. Außerdem verhält sich die Kombination der Schichten 4n, 10 und 8 wie eine blockierende Diode, die einen Typ des Ladungsflusses in einer Richtung hemmt. Die Ladungssperrschicht 10 muß eine ausreichende Dicke haben, um einen Ladungsleckverlust zu verhindern. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sollte die Ladungssperrschicht 10 eine Dicke von mehr als 100 Å haben.
Über die Ladungssperrschicht 10, die Transistoren 5 und die Gateund Abfrageleitungen ist eine photoleitende Schicht 8 aufgetragen, die eine hintere Oberfläche in Kontakt mit den Mikroplatten 4n und eine vordere Oberfläche aufweist. Die photoleitende Schicht 8 weist vorzugsweise einen sehr hohen spezifischen Dunkelwiderstand auf und kann amorphes Selen, Bleioxid, Cadmiumsulfid, Quecksilber(II)iodid oder irgendein anderes solches Material umfassen, einschließlich organischer Materialien, wie photoleitender Polymere, die vorzugsweise mit röntgenabsorbierenden Verbindungen beladen sind und Photoleitfähigkeit aufweisen.
Im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung bedeutet "Photoleitfähigkeit aufweisen", daß das photoleitende Material bei der Bestrahlung mit Röntgenstrahlen einen reduzierten spezifischen Widerstand im Vergleich zu dem in Abwesenheit solcher Bestrahlung aufweist. Der reduzierte spezifische Widerstand ist in Wirklichkeit die Wirkung von durch die einfallende Röntgenstrahlung erzeugten Elektron-Loch-Paaren. Da die kapazitive Zeitkonstante eines Kondensators proportional zum Widerstand des Kondensators ist, hat der durch ein solches photoleitendes Material gebildete Kondensator nach der Bestrahlung eine reduzierte Zeitkonstante. Dies ist in Figur 6 durch ein elektrisches Schaltbild dargestellt, wobei ein Widerstand 51 und ein Schalter 52 parallel zu dem durch das photoleitende Material gebildeten Kondensator geschaltet sind. Vor der Bestrahlung ist der Widerstand des photoleitenden Materials effektiv unendlich; in der schematischen Darstellung ist dies äquivalent zu einem offenen Schalter, und der Entladungswiderstand ist nicht wirksam. Während der Bestrahlung wird der Widerstand des photoleitenden Materials abgesenkt, was zu einem geschlossenen Schalter äquivalent ist, der den Entladungswiderstand parallel zum photoleitenden Kondensator schaltet. Vorzugsweise sind die Ladungen, die sich durch die photoleitende Schicht bewegen, direkt proportional zur Intensität der einfallenden Strahlung.
Die photoleitende Schicht 8 sollte in ausreichender Dicke gewählt werden, um die einfallende Röntgenstrahlung oder einen wesentlichen Teil davon zu absorbieren, so daß man eine hohe Effizienz des Strahlungsnachweises erhält. Der spezielle Typ des ausgewählten Materials wird weiterhin von der gewünschten Ladungsbildungseffizienz und den Ladungstransporteigenschaften sowie der gewünschten Einfachheit der Herstellung abhängen. Selen ist ein bevorzugtes Material.
Eine dielektrische Schicht 17 wird auf der oberen vorderen Oberfläche der photoleitenden Schicht 8 hinzugefügt. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sollte die dielektrische Schicht 17 eine Dicke von mehr als 1 um haben. Mylar - Folie (d.h. Polyethylenterephthalat) mit einer Dicke von 25 um kann für Schicht 17 verwendet werden, obwohl auch Schichten mit anderen Dicken geeignet sind. Eine endgültige vordere Schicht 9 aus leitendem Material, das für Röntgenstrahlung transparent ist, wird über der dielektrischen Schicht 17 gebildet.
Die dielektrische Schicht 17, die photoleitende Schicht 8 und die Ladungsspeicherkondensatoren 6n bilden drei in Reihe geschaltete Mikrokondensatoren. Ein erster Mikrokondensator wird zwischen der vorderen leitenden Schicht 9 und der vorderen Oberfläche der photoleitenden Schicht 8 und ein zweiter Mikrokondensator zwischen derselben photoleitenden Schicht 8 und den Mikroplatten 4n gebildet, und der dritte Kondensator ist der Ladungsspeicherkondensator 6n, der zwischen den Mikroplatten 4n und 18n gebildet wird.
Das gesamte Element 16 kann hergestellt werden, indem man aufeinanderfolgende Schichten von Leitern 18n, Isolator 19, Mikroplatten 4n, Sperrschicht 10, Photoleiter 8, Isolator 17 und Leiter 9 auf einer dielektrischen Substratschicht 12 abscheidet. Die FETs 5 sind in die Zwischenräume zwischen den Mikroplatten 18n auf der dielektrischen Substratschicht 12 eingebaut. Die Herstellung kann durch plasmaverstärktes chemisches Aufdampfen, Vakuumabscheidung, Laminierung, Aufstäuben oder irgendeine andere bekannte Technik, die zur Abscheidung von Schichten mit gleichmäßiger Dicke geeignet ist, erfolgen.
In der Praxis kann eine Platte 16 hergestellt werden, indem man mit einer kommerziell erhältlichen Dünnschicht-Transistorplatte beginnt, die eine dielektrische Substratschicht 12, Transistoren 5 sowie Xn-Leitungen 11 und Yn-Leitungen 13 umfaßt. Kommerziell erhältliche Platten, die bei der Herstellung von Flüssigkristallanzeigen verwendet werden, sind ein zweckmäßiger Ausgangspunkt für den Aufbau der Platte 16 gemäß der vorliegenden Erfindung. Ladungsspeicherkondensatoren 6 werden über den äußeren Mikroplatten 18n und zwischen den Xn-Leitungen 11 und Yn-Leitungen 13 gebildet. Die photoleitende Schicht 8 wird über die Ladungssperrschicht 10 aufgetragen. Die dielektrische Schicht 17 und die obere leitende Schicht 9 werden auf der photoleitenden Schicht 8 gebildet, um die Platte 16 zu vollenden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die leitende obere Schicht 9, die dielektrische Schicht 17 und die photoleitende Schicht 8 kontinuierliche Schichten. Es liegt jedoch innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, wenn eine oder mehrere der Schichten, die über den Mikroplatten 18n liegen, eine Vielzahl diskreter Teile umfassen, die in Passung gebildet werden, zum Beispiel durch Ätzen.
In Figur 2 enden die Xn-Leitungen 11 in einer Schalteinrichtung, die eine erste Vielzahl von Schaltern 32 umfaßt, die ein Schalten der Xn-Leitungen 11 auf eine erste Position A und eine zweite Position B erlauben. Vorzugsweise umfassen die Schalteinrichtungen elektronisch adressierbare Festkörperschalter, die entweder extern oder in das Element 16 integriert sein können. Wenn sich die Xn-Leitungen 11 in der ersten Position A befinden, wird über die Leitung 33 an alle Xn-Leitungen 11 gleichzeitig eine Vorspannung angelegt. Die Vorspannung auf den Xn-Leitungen 11 wird an die Gate-Elektroden aller Transistoren 5 angelegt, so daß die Transistoren 5 in einen leitenden Zustand übergehen und Strom zwischen Source und Drain fließen kann.
Wenn sich die Schalter 32 in der zweiten Position B befinden, lassen sich die Xn-Leitungen 11 unabhängig voneinander über die Leitungen 35 adressieren und sind nicht mehr miteinander verbunden. Einrichtungen zum Ausführen dieses sequentiellen Schaltvorgangs sind nicht gezeigt. Solche Einrichtungen sind in der Technik wohlbekannt und für diese Erfindung nicht von besonderer Bedeutung, da jede zweckmäßige Schaltanordnung gewählt werden kann, ohne den Umfang dieser Erfindung zu ändern. Die Schalter 32 können über die Leitung 37 gesteuert werden.
Die Ladungsdetektoren 36 können einen Arbeitsverstärker umfassen, der so verdrahtet ist, daß er die Ladung in einer kapazitiven Schaltung mißt, wobei die Ladung aus den Mikrokondensatoren einen Spannungsausgang erzeugt, der dieser Ladung proportional ist. Der Ausgang der Detektoren 36 kann nacheinander abgefragt werden, so daß man ein Ausgangssignal erhält, und die Technologie dafür ist in der Technik ebenfalls wohlbekannt.
In Figur 1 gibt es neben der oben diskutierten Schaltung, die mit der Platte 16 und den oben diskutierten Einrichtungen zum Adressieren der Xn-Leitungen 11 und der Yn-Leitungen 13 verbunden ist, noch eine weitere Verbindung, die dem Zugriff auf die vordere leitende Schicht 9 und die erste Vielzahl von Mikroplatten 18n dient, um die vordere leitende Schicht 9 und die erste Vielzahl von Mikroplatten 18n elektrisch mit einer Stromquelle 27 zu verbinden, die in der Lage ist, eine programmierbare Abfolge von variablen Spannungen zu erzeugen.
Figur 3 zeigt eine Anordnung, bei der eine Cassette oder ein Gehäuse 22 verwendet wird, um das Bildauffangelement 16 vor aktinischer Strahlung abzuschirmen, genauso wie auch eine Cassette einen Röntgenfilm abschirmt. Die Cassette 22 besteht aus einem Material, das für Röntgenstrahlen transparent ist. Um ein latentes radiographisches Bild zu erhalten, wird das Element 16 in die Cassette 22 eingelegt. Die Cassette 22 wird in einer ähnlichen Weise, wie auch eine traditionelle Kombination aus Cassette und lichtempfindlichem Film positioniert wird, in den Pfad einer mit Information modulierten Röntgenstrahlung gebracht. Einrichtungen 34 sind vorhanden, um einen elektrischen Zugriff auf die Schaltkontakte für Schalter 32 und ihre jeweiligen Steuerleitungen 33, 35 und 37 sowie die Stromquelle 27 zu ermöglichen.
Figur 4 zeigt eine schematische Anordnung, bei der eine Quelle für Röntgenstrahlung 44 einen Röntgenstrahl liefert. Ein Objekt 48, d.h. ein Patient im Falle der medizinischen diagnostischen Bildgebung, wird in den Pfad des Röntgenstrahls gebracht. Die durch den Patienten 48 hindurchgelangende Strahlung ist wegen des unterschiedlichen Ausmaßes der Röntgenabsorption im Objekt 48 intensitätsmoduliert. Der modulierte Röntgenstrahl 46 wird durch die Cassette 22, die das Element 16 enthält, abgefangen. Röntgenstrahlen, die durch das Gehäuse 22 eindringen, werden von der photoleitenden Schicht 8 absorbiert.
Beim Betrieb werden die Schalter 32 zuerst in Position A gebracht, bei der an alle Xn-Leitungen 11 gleichzeitig eine Vorspannung, typischerweise 5 Volt, angelegt wird. Außerdem wird eine Spannung von typischerweise 5 Volt an eine Matrixrücksetzleitung 91 angelegt, was bewirkt, daß alle Matrixrücksetztransistoren 93 leitend werden. Alle Ladungsspeicherkondensatoren 6 sind über die Matrixrücksetztransistoren elektrisch mit der Erde kurzgeschlossen. Außerdem werden alle Ladungsverstärker 36 über die Leitung 39 zurückgesetzt. Eine Anfangsarbeitsgleichspannung, wie 1000 V, wird mit einer kontrollierten Geschwindigkeit an die obere leitende Schicht 9 angelegt.
Figur 5 ist ein vereinfachtes äquivalentes elektrisches Schaltbild der dielektrischen Schicht 17, der Photoleiterschicht 8 und des Ladungsspeicherkondensators 6, die drei in Reihe geschaltete Mikrokondensatoren bilden, vor dem Auftreffen der Strahlung. Parallel zum Photoleiter 8 sind ein Schalter 52 und ein Widerstand 51 gezeigt, die die als nächstes zu beschreibende Wirkung der Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren und ihres Transports in der photoleitenden Schicht 8 auf die Kapazität dieses Kondensators repräsentieren. Wenn eine positive Anfangsarbeitsspannung, wie es in Figur 5 gezeigt ist, in Abwesenheit von Röntgenstrahlung an das Element 16 angelegt wird, wobei die Transistoren und die Matrixrücksetztransistoren 93 in einen leitenden Zustand gebracht wurden, was zum Schließen des Schalters 53 äquivalent ist, wird in den Ladungsspeicherkondensatoren 6 keine Ladung angesammelt. In der beschriebenen Struktur führt dies zu zwei verschiedenen Spannungen, die an den Kondensatoren auftreten, eine an den Mikrokondensatoren, die die photoleitende Schicht 8 darstellen, und die zweite an den Mikrokondensatoren, die die dielektrische Schicht 17 darstellen. Wenn die durch die Quelle 27 angelegte Spannung zum Beispiel 1000 Volt beträgt, könnte sie sich über die zwei Kondensatoren so verteilen, daß 100 Volt am Dielektrikum 17 und 900 Volt am Photoleiter 8 anliegen. Nach der Stabilisierung des elektrischen Feldes wird die Spannung an den Xn- Leitungen, die den Transistoren 5 eine Vorspannung liefern, durch Stellen der Schalter 32 auf Position B auf eine zweite Arbeitsspannung gebracht, was dazu führt, daß die Transistoren 5 nichtleitend werden. Die Matrixrücksetztransistoren 93 werden durch einen ähnlichen Vorgang ebenfalls nichtleitend gemacht. Dies ist zum Öffnen des Schalters 53 äquivalent.
Figur 6 zeigt die Wirkung verschiedener Mengen eintreffender Strahlung an verschiedenen Pixels auf das Spannungsumverteilungsmuster. Während der Röntgenbestrahlung trifft bildartig modulierte Röntgenstrahlung auf die Platte 16 auf. Die Röntgenstrahlen erzeugen überschüssige Elektron-Loch-Paare innerhalb der photoleitenden Schicht, und in Anwesenheit des elektrischen Feldes, das durch die Spannungsdifferenz zwischen der vorderen leitenden Schicht 9 und den Mikroplatten 18n verursacht ist, wandern Löcher zur Grenzfläche zwischen der photoleitenden Schicht 8 und der Ladungssperrschicht 10 im Bereich oberhalb der Mikroplatten 4n. Die Menge der in der gesamten photoleitenden Schicht 8 erzeugten Elektron-Loch-Paare hängt von der Intensität der bildartig modulierten Röntgenstrahlung ab, die auf das Bildauffangelement 16 auftrifft. Positive Ladungen sammeln sich an den Mikrospeicherkondensatoren 6 und ändern das Spannungsmuster, zum Beispiel so, daß man die in Figur 6 gezeigten Spannungen erhält.
In der vorliegenden Erfindung sind die Vielzahl der Ladungssperrschichten 10 und die dielektrische Sperrschicht 17 wichtige Merkmale, die ein Anhäufen von Ladung an den Ladungsspeicherkondensatoren 6 aufgrund von Leckstrom während der Röntgenbestrahlung verhindern. Wenn die positive Arbeitsspannung an die obere leitende Schicht 9 angelegt wird, verhindert die dielektrische Sperrschicht 17, daß Löcher aus der leitenden Schicht 9 in die photoleitende Schicht 8 injiziert werden, und die Ladungssperrschichten 10 verhindern, daß Elektronen von den inneren Mikroplatten 4n in die photoleitende Schicht 8 injiziert werden, so daß verhindert wird, daß irgendein resultierender Leckstrom durch die photoleitende Schicht 8 ein zusätzliches Anhäufen von Ladung, die nicht auf das Röntgenbild zurückzuführen ist, an den Speicherkondensatoren 6 bewirkt. Folglich wird das resultierende Röntgenbild nicht durch ein Anhäufen von Ladung durch Leckstrom beeinflußt, und die Auflösung des Röntgenbildes wird verbessert.
Nach einer vorbestimmten Zeit wird der Röntgenfluß unterbrochen, und es treffen keine Röntgenstrahlen mehr auf das Element 16 auf. Dann wird die an die obere leitende Schicht 9 angelegte Anfangsarbeitsspannung weggenommen, so daß im Element 16 ein radiographisches Bild in Form von gespeicherten Ladungen in Mikrokondensatoren, die durch die Mikroplatten 4n und das Dielektrikum 19 und die Mikroplatten 18n gebildet werden, aufbewahrt wird.
Nach dem Wegnehmen der Anfangsarbeitsspannung vom Element 16 kann die Cassette 22 in Gegenwart von aktinischer Strahlung gehandhabt werden, ohne daß die darin als Ladungsverteilung in den Mikrokondensatoren über die dielektrische Sperrschicht 19 gespeicherte Bildinformation verloren geht, da die Transistoren 5 von aktinischer Strahlung abgeschirmt sind, und die Mikroplatten 4n somit voneinander isoliert sind.
Wir beziehen uns wiederum auf Figur 2; jede der Xn-Leitungen 11 wird nacheinander adressiert, indem eine geeignete Vorspannung an die Leitung und damit an die Gate-Elektrode der mit der adressierten Xn-Leitung 11 verbundenen FETs 5 angelegt wird. Dadurch werden die FETs 5 leitend, und die in den entsprechenden Ladungsspeicherkondensatoren 6 gespeicherten Ladungen fließen in die Yn-Leitungen 13 und in den Eingang der Ladungsdetektoren 36. Die Ladungsdetektoren 36 erzeugen einen Spannungsausgang, der zu der in der Yn-Leitung 13 nachgewiesenen Ladung proportional ist. Der Ausgang der verstärkenden Ladungsdetektoren 36 wird nacheinander abgefragt, so daß man ein elektrisches Signal erhält, das die Ladungsverteilung in den Mikrokondensatoren entlang der adressierten Xn-Leitung 11 repräsentiert, wobei jeder Mikrokondensator einen Bildpunkt (Pixel) repräsentiert. Nachdem die Signale von einer Pixelzeile entlang einer Xn-Leitung 11 ausgelesen worden sind, werden die Ladungsverstärker über die Rücksetzleitung 39 zurückgesetzt. Eine nächste Xn-Leitung 11 wird adressiert, und der Vorgang wird wiederholt, bis alle Ladungsspeicherkondensatoren abgefragt sind und das volle Bild ausgelesen worden ist. Die elektrische Signalausgabe kann gespeichert oder angezeigt werden oder beides.
Figur 7 zeigt das von dem Ladungsverstärker 36 erhaltene Signal, das vorzugsweise in einem Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) 110 in ein digitales Signal umgewandelt wird. Das Signal wird aus dem A/D-Wandler 110 über Leitung 140 einem Computer 142 zugeleitet. Der Computer 142 leitet das Signal unter anderem zu geeigneten Speichereinrichtungen, bei denen es sich sowohl um einen internen RAM-Speicher als auch um einen langfristigen Archivspeicher 144 oder beides handeln kann. Bei diesem Vorgang können die Daten, die das Radiogramm repräsentieren, einer Bildverarbeitung, wie Filtern, Kontrastverstärkung und dergleichen, unterzogen werden und können zum sofortigen Anschauen auf einem Bildschirm 146 angezeigt oder in einem Drucker 148 zur Herstellung einer Hartkopie 150 verwendet werden.
Figur 8 zeigt, wie die Platte 16 vorbereitet wird, um weitere Röntgenbilder aufzufangen. Nachdem ein Signal gewonnen wurde, zum Beispiel unter Verwendung des beschriebenen Verfahrens, werden Restladungen beseitigt, indem man alle Xn-Leitungen 11 miteinander verbindet und wiederum eine Vorspannung an die Xn-Le itüngen 11 anlegt, so daß die Transistoren 5 leitend werden und als Ergebnis alle Ladungsspeicherkondensatoren vollständig entladen werden. Alle Ladungsverstärker 36 werden über die Rücksetzleitung 39 zurückgesetzt. Die Anfangsarbeitsspannung wird wiederum an die vordere leitende Platte 9 angelegt, und die Arbeitsspannung wird mit einer kontrollierten Geschwindigkeit während einer vorbestimmten Zeit von der Arbeitsvorspannung bis auf eine Spannung Null reduziert und weiter auf eine umgekehrte Spannung gebracht, deren Größe kleiner oder gleich der Größe der ursprünglichen positiven Arbeitsvorspannung sein kann. Diese umgekehrte Spannungspolarität ermöglicht die Injektion von Löchern aus den Mikroplatten 4n durch die Ladungssperrschicht 10 in die photoleitende Schicht 8. Diese Bewegung von Löchern durch die photoleitende Schicht 8 geht weiter, bis die zuvor innerhalb der photoleitenden Schicht 8 eingeschlossenen Elektronen mit Löchern rekombiniert wurden, wobei das zuvor aufbewahrte bildartig modulierte Ladungsverteilungsmuster beseitigt wird. Die Größe der Arbeitsspannung mit der umgekehrten Polarität wird über eine zweite vorbestimmte Zeit hinweg zurück auf eine Spannung Null gesenkt. Dieser Löschvorgang wird wiederholt, bis alle eingefangenen Ladungen entfernt sind und die Bildauffangplatte für spätere Bildauffangoperationen vorbereitet ist.

Claims

1. Röntgenbildauffangelement, umfassend eine dielektrische Substratschicht (12) mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche, eine Vielzahl von Transistoren (5), die an die obere Oberfläche der dielektrischen Schicht angrenzend angeordnet sind, eine Vielzahl von Ladungsspeicherkondensatoren (6), die ebenfalls an die obere Oberfläche der dielektrischen Schicht angrenzend angeordnet sind, wobei jeder Kondensator eine leitende innere Mikroplatte (4n) aufweist, die mit wenigstens einem (14) der Transistoren verbunden ist, wobei die innere Mikroplatte auf der der dielektrischen Schicht entgegengesetzten Seite eine obere Oberfläche aufweist, Einrichtungen (11, 13), die an die obere Oberfläche der dielektrischen Schicht (12) angrenzend angeordnet sind, um die Transistoren elektronisch zu aktivieren und auf jeden der Kondensatoren (6) einzeln zuzugreifen, eine photoleitende Schicht zum Absorbieren auftreffender Röntgenstrahlen, die über den Transistoren und den Einrichtungen (11, 13) zum Aktivieren und Zugreifen angeordnet ist, sowie eine obere leitende Schicht (9), die auf der der dielektrischen Schicht entgegengesetzten Seite über der photoleitenden Schicht (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin eine Vielzahl von Ladungssperrschichten (10), die jeweils an die obere Oberfläche jeder der inneren Mikroplatten (4n) angrenzend angeordnet sind, sowie eine dielektrische Sperrschicht (17), die zwischen der photoleitenden Schicht (8) und der oberen leitenden Schicht (9) angeordnet ist und sich genauso weit erstreckt wie diese, umfaßt.

2. Element gemäß Anspruch 1, wobei jeder Kondensator (6) außerdem eine leitende äußere Mikroplatte (18), die auf der oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist, sowie über der äußeren Mikroplatte angeordnetes dielektrisches Material (19) umfaßt, wobei die innere Mikroplatte auf der der äußeren Mikroplatte entgegengesetzten Seite über dem dielektrischen Material angeordnet ist.

3. Element gemäß Anspruch 2, wobei die inneren Mikroplatten (4n) Aluminium umfassen und Wobei die Ladungssperrschichten (10) Aluminiumoxid umfassen.

4. Element gemäß Anspruch 2, wobei die inneren Mikroplatten (4n) Indiumzinnoxid umfassen.

5. Element gemäß Anspruch 2, wobei jeder Transistor ein Dünnschicht-Feldeffekttransistor (FET) ist, dessen Source-Elektrode mit einer der inneren Mikroplatten verbunden ist und dessen Drain-Elektrode und Gate-Elektrode beide mit den Einrichtungen (11, 13) zum Aktivieren verbunden sind.

6. Element gemäß Anspruch 5, wobei der Transistor (5) ein Material umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus amorphem Silicium, polykristallinem Silicium, kristallinem Silicium und Cadmiumsulfid besteht.

7. Element gemäß Anspruch 5, das weiterhin eine Passivierungsschicht (98) umfaßt, die zwischen der photoleitenden Schicht und jedem der Transistoren angeordnet ist.

8. Element gemäß Anspruch 5, wobei die Einrichtungen (11, 13) zum Aktivieren und Zugreifen folgendes umfassen:

eine Vielzahl diskreter leitender Adressenleitungen (Xn), die sich entlang den Transistoren erstrecken und jeweils mit den Gate-Elektroden benachbarter Transistoren verbunden sind, sowie

eine Vielzahl diskreter leitender Abfrageleitungen (Yn), die sich in einer Richtung quer zu der der Adressenleitungen entlang den Transistoren erstrecken und jeweils mit den Drain-Bereichen benachbarter Transistoren verbunden sind.

9. Element gemäß Anspruch 8, das weiterhin Einrichtungen zum Anlegen einer variablen Betriebsspannung an die obere leitende Schicht (9) relativ zu einer Erdspannung, die an den äußeren Mikroplatten (18) aufrechterhalten wird, umfaßt.

10. Element gemäß Anspruch 8, das weiterhin Einrichtungen (32) zum Umschalten der Adressenleitungen und der Abfrageleitungen von einem ersten Zustand, dem Ladungszustand, zu einem zweiten Zustand, dem Auslesezustand, umfaßt.

11. Element gemäß Anspruch 8, das weiterhin Ladungsmeßeinrichtungen (36) umfaßt, die mit den Abfrageleitungen verbunden sind, um in den Kondensatoren gespeicherte elektrische Ladung in analoge Signale umzuwandeln.

12. Element gemäß Anspruch 1 in Kombination mit einem Gehäuse (22), das das Element umgibt, so daß eine tragbare elektronische Cassette entsteht, wobei das Gehäuse ein mit dem Element verbundenes externes elektrisches Kabel umfaßt, um das Element mit Strom zu versorgen und um elektrische Signale von dem Element abzulesen.

13. Verfahren zum Auffangen eines Radiogramms auf einem Röntgenbildauffangelement, umfassend:

eine dielektrische Substratschicht (12) mit einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche;

eine Vielzahl von Transistoren (5), die an die obere Oberfläche der dielektrischen Schicht angrenzend angeordnet sind;

eine Vielzahl von Ladungsspeicherkondensatoren (6), die ebenfalls an die obere Oberfläche der dielektrischen Schicht angrenzend angeordnet sind, wobei jeder Kondensator eine leitende innere Mikroplatte (4n) aufweist, die mit wenigstens einem (14) der Transistoren verbunden ist, wobei die innere Mikroplatte auf der der dielektrischen Schicht entgegengesetzten Seite eine obere Oberfläche aufweist, wobei jeder Kondensator außerdem eine leitende äußere Mikroplatte (18), die auf der oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnet ist, sowie über der äußeren Mikroplatte angeordnetes dielektrisches Material (19) umfaßt, wobei die innere Mikroplatte auf der der äußeren Mikroplatte entgegengesetzten Seite über dem dielektrischen Material angeordnet ist;

Einrichtungen (11, 13), die an die obere Oberfläche der dielektrischen Schicht angrenzend angeordnet sind, um die Transistoren elektronisch zu aktivieren und auf jeden der Kondensatoren einzeln zuzugreifen, wobei die Einrichtungen zum Aktivieren und Zugreifen eine Vielzahl diskreter leitender Adressenleitungen, die sich entlang den Transistoren erstrecken und jeweils mit Gate-Elektroden benachbarter Transistoren verbunden sind, sowie eine Vielzahl diskreter leitender Abfrageleitungen, die sich in einer Richtung quer zu der der Adressenleitungen entlang den Transistoren erstrecken und jeweils mit Drain-Bereichen benachbarter Transistoren verbunden sind, umfassen;

Ladungsverstärkungseinrichtungen, die jeweils mit den Abfrageleitungen verbunden sind, um in den Kondensatoren vorhandene elektrische Ladung in analoge Signale umzuwandeln;

eine photoleitende Schicht (8) zum Absorbieren auftreffender Röntgenstrahlen, die über den Transistoren und den Einrichtungen zum Aktivieren und Zugreifen angeordnet ist;

eine obere leitende Schicht (9), die auf der der dielektrischen Schicht entgegengesetzten Seite über der photoleitenden Schicht angeordnet ist;

eine Vielzahl von Ladungssperrschichten (10), die jeweils an die obere Oberfläche jeder der inneren Mikroplatten angrenzend angeordnet sind; sowie

eine dielektrische Sperrschicht (17), die zwischen der photoleitenden Schicht und der oberen leitenden Schicht angeordnet ist und sich genauso weit erstreckt wie diese; wobei das Verfahren folgendes umfaßt:

(a) Bringen aller Adressenleitungen auf einen ersten Vorspannungswert, Verbinden der inneren Mikroplatten mit elektrischem Erdpotential und Einstellen der Ladungsverstärker auf ein kein-Signal-Niveau;

(b) Anlegen einer positiven Betriebsspannung an die obere leitende Schicht, während die äußeren Mikroplatten äuf elektrischem Erdpotential gehalten werden;

(c) Wegnehmen des ersten Vorspannungswerts von allen Adressenleitungen, so daß die Ladungsspeicherkondensatoren in der Lage sind, elektrische Ladungen anzuhäufen;

(d) Bestrahlen der photoleitenden Schicht mit bildartig modulierter Röntgenstrahlung, so daß innerhalb der photoleitenden Schicht elektrische Ladungen in einer zur Menge der Strahlung proportionalen Dichte erzeugt werden;

(e) Abbrechen der Bestrahlung und Unterbrechen der Verbindung zu der ursprünglichen positiven Betriebsspannung, die an die obere leitende Schicht angelegt war, so daß effektiv eine Verteilung elektrischer Ladungen innerhalb des Bildauffangelements geschaffen wird;

(f) Schicken eines Signals nacheinander durch die Vielzahl von Adressenleitungen zu den Transistoren, so daß die in den Kondensatoren gesammelten Ladungen aus den Kondensatoren in die Vielzahl von Abfrageleitungen fließen können; und

(g) Aktivieren der Ladungsverstärkungseinrichtungen, so daß die Ladungen von jedem Ladungsspeicherkondensator angehäuft werden, wobei dieser kumulative Wert später digitalisiert und in einem Speicher gespeichert wird.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Bildauffangelement weiterhin in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt wird, umfassend:

(a) Schicken eines Gate-Signals durch die Adressenleitungen zu den Transistoren, so daß alle in den Ladungsspeicherkondensatoren verbliebenen Ladungen aus den Kondensatoren in die Abfrageleitungen fließen können;

(b) Setzen der verbundenen Ladungsverstärkungseinrichtungen auf elektrisches Erdpotential, um ein elektrisch neutrales Erdpotential an jedem Ladungsspeicherkondensator zu gewährleisten;

(c) erneutes Verbinden der Betriebsstromquelle mit der oberen leitenden Schicht und Absenken der Spannung mit einer kontrollierten Geschwindigkeit auf einen elektrisch neutralen Erdwert und dann mit umgekehrter Polarität weiteres Absenken der Spannung auf eine zweite, negative Betriebsspannung, um jede in der photoleitenden Schicht verbliebene elektrische Ladung zu neutralisieren; und

(d) Reduzieren der umgekehrten Betriebsspannung zurück zur elektrisch neutralen Erdspannung, wobei das Bildauffangelement effektiv wieder in den Anfangszustand versetzt wird.