JP2001116846A - 放射線撮像装置、放射線感知装置、放射線撮像方法、及び検出及び制御のための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 改良型平面パネル・アクティブ・マトリック
ス放射線検出器を使用する、Ｘ線画像の高度検出のため
のシステム及び検出・制御方法を実現する。 【解決手段】 実時間放射線データと積算放射線データ
を提供するよう動作する複数の放射線感知要素と、複数
の放射線感知要素に結合され実時間放射線データの読み
出しと積算放射線データの読み出しを提供する回路を含
み、積算放射線データを利用して放射線画像を提供する
よう動作する、放射線撮像装置を提供する。撮像される
べき物体の下に置かれた放射線検出モジュールを提供す
るステップと、その撮像されるべき物体を放射線にさら
すステップと、少なくとも２つの異なった空間解像度で
その物体に対応する露出データを提供するために放射線
検出モジュールを利用するステップとを含む放射線撮像
の方法も提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放射線撮像の分野で
のシステム及び方法に関し、特に、改良型平面パネル・
アクティブ・マトリックス（flat panel active matri
x）放射線検出器を使用するＸ線画像の高度検出のため
のシステム及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び課題】特許文献では、Ｘ線画像を記録
する非常に多くのシステム及び方法が説明されている。
従来のＸ線撮像システム（X-ray imaging system）はＸ
線感受性蛍光スクリーンと感光性フィルムを使用して変
調Ｘ線パターンの可視アナログ表示を形成する。蛍光ス
クリーンはＸ線放射線を吸収し可視光線を放出する。可
視光線は感光性フィルムを露光し、Ｘ線パターンの潜像
を形成する。その後このフィルムは化学処理され、潜像
はＸ線パターンの可視アナログ表示に変換される。

【０００３】最近、静的及び／または動的なＸ線画像を
検出するシステム及び方法が提案された。これらのデジ
タルＸ線システム及び方法はＸ線画像のデジタル表示を
提供するが、そこではＸ線画像は可読電気信号として記
録されるので、撮像（imaging）処理におけるフィルム
／スクリーンの必要はなくなる。デジタルＸ線システム
は通常、Ｘ線から電荷キャリア（charge carriers)への
直接変換か、またはその代わりにＸ線がまず光に変換さ
れた後電荷キャリアに変換される間接変換に依存してい
る。

【０００４】直接変換法は通常、蓄積コンデンサのアレ
イに結合された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）またはダイ
オードのアドレス指定（addressing）を有するソリッド
ステート・アレイ（salid state array)を備えるソリッ
ドステート要素の上に置かれたアモルファス・セレンの
ようなＸ線感受性光導電体（X-ray sensitive photocon
ductor）を使用する。直接変換法の例はＬｅｅ外の米国
特許第５，３１３，０６６号によって提供されており、
これは、複数の個別アクセス可能マイクロプレート（mi
croplates）と複数のアクセス電極（access electrode
s)を備える導電性層を含む層状構造を有するパネルと、
そのパネルの上に搭載された電子部品を備えるＸ線画像
収集要素（X-ray image capturing element)を説明して
いる。

【０００５】直接変換法のさらに別の例はＬｅｅの米国
特許第５，６５２，４３０号であるが、これは、電荷蓄
積コンデンサとダイオードに接続された放射線検出器を
各センサが含む行と列に配列された放射線検出器センサ
のアセンブリから構成された放射線検出パネルを説明し
ている。間接変換法は通常、フォトダイオードを備える
ソリッドステート・アクティブ・マトリックス・アレイ
（solid state active matrix array)の上に置かれた柱
状ヨウ化セシウム（columnar cesium iodide）のような
シンチレーション（scintillating)材料を使用する。Ｘ
線はシンチレーション材料によって光に変換され、その
光がフォトダイオードによって電荷に変換される。間接
法の例はＰｅｔｒｉｃｋ外の米国特許第５，６６８，３
７５号によって提供され、これはフォトダイオードから
構成された行と列に配置された複数のセルを有する大型
ソリッドステートＸ線検出器を説明している。

【０００６】直接及び間接変換によるデジタルＸ線検出
器は撮像情報（imaging information)を保持するために
電荷蓄積マトリックス（charge storage matrices)を使
用しており、この撮像情報はそれから電子的にアドレス
指定され、露出（exposure）の後蓄積された電荷が読み
出される。蛍光透視法（fluoroscopy)のような動的撮像
では、蓄積マトリックスの積算放射線値（integrated r
adiation values)を繰返し読み取って毎秒当たり十分に
多数のフレーム、例えば３０フレーム／秒を提供するこ
とで「実時間」画像がシミュレートされる。電荷蓄積マ
トリックスに保持された画像情報（image information)
は、検出器が記憶モードで動作しているのでＸ線パルス
の終了後まで利用できない。従って、現世代のデジタル
検出器によってなされる測定は実時間ではない。

【０００７】医療診断の場合、診断のために許容可能な
コントラストと輝度を有する良好な画像を提供する最小
限のＸ線露出線量（X-ray exposure dose)を使用するこ
とが望ましい。多様な体型の患者に対して異なったＸ線
検査が行われる場合、診断用の良好な画像を提供するた
めに必要な線量は様々である。すなわち、全ての種類の
検査に適したシステムのダイナミックレンジは１０⁴ ：
１程度である。

【０００８】個々のＸ線検査のための実際のＸ線露出線
量は、所定の撮像露出パラメータ（imaging exposure p
arameters)と定期的に更新されるルックアップテーブル
からＸ線システムの操作卓にロードされる患者の特性を
使用して選択される。また、実際の線量は、通常Ｘ線検
出器の前に配置され、Ｘ線発生源への実時間フィードバ
ックを提供する自動露出制御装置を使用して自動的に調
整されることもある。

【０００９】自動露出制御装置は、実時間で動作しなけ
ればならず、通常米国特許第５，０８４，９１１号で説
明されているようなマルチチャンバ電離箱（ion chambe
r)または区分フォトタイマを使用する。こうした装置は
装置に衝突して貫通する放射線を感知し、望ましい密度
レベルを生じる所定の線量値に達すると、Ｘ線露出を終
了する信号を提供する。

【００１０】露出の前に、使用される電離箱（単数また
は複数）がＸ線技術者によって選択され、患者またはＸ
線検出器がそれに合わせて位置調整される。露出制御装
置の欠点には、実時間露出信号が一定の電離箱範囲にわ
たって平均され、関心ある領域の画像情報に直接対応し
ないこと、装置が検出器の前にあるためＸ線の不均一な
減衰が発生し、検出器中の信号に寄与するはずの放射線
の一部が失われること、装置が通常大型で外部電源を必
要とすること、及び装置のスペクトル感度は使用される
放射線画像検出器のものと異なるので、管電圧（ｋＶ
ｐ）が変化する際訂正及び較正が必要になること、が含
まれる。

【００１１】実時間露出制御をデジタルＸ線検出器、特
に「間接」変換法に基づく検出器に組み込む努力がなさ
れた。「間接」シンチレータ（scintillator）に基づく
デジタル検出器のための実時間露出情報を検出する際使
用される装置の例は、Ｇｒａｎｆｏｒｓ外の米国特許第
５，７５１，７８３号で説明されている。この特許はフ
ォトダイオードの撮像アレイ（imaging array)の背後に
配置されたフォトダイオードの露出検出アレイを説明し
ている。独立した構成要素であり、独立した電子部品等
を含む露出検出アレイが、比較的低いピクセルの占有率
によって生じる隣接ピクセル間のギャップのために、あ
る領域で撮像アレイを通過する光を検出するために使用
される。ピクセルは、領域密度測定を提供するために領
域毎にグループ分けされる。

【００１２】また、デジタルＸ線撮像（digital X-ray
imaging)に対して、デジタル検出器が２ステップ法を使
用して撮像露出の前にその露出をサンプリングし、それ
によって実時間露出情報をシミュレートできるようにす
る特殊な方法が適用されてもよい。２ステップ露出法の
例は、まず検出器を「較正」パルスにさらすことによっ
てデジタル検出器に対する露出情報を生成する方法であ
り、ここで短い持続期間のＸ線露出がソリッドステート
検出器に露光を発生し、その後それが撮像されるべき物
体のＸ線透明度（X-ray transparency）を計算するよう
処理され、最適なＸ線線量を計算するもので、Ｈａｓｓ
ｌｅｒ外の米国特許第５，６０８，７７５号で説明され
ている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の好適
実施例によれば、直接変換に基づくデジタルＸ線撮像検
出器（digital X-ray imaging detector）のための実時
間及び積算露出情報を提供する一体型システムが提供さ
れる。また、本発明の好適実施例によれば、実時間放射
線データ（real-time radiation data）と積算放射線デ
ータ（integrated radiation data)を提供するよう動作
する複数の放射線感知要素（radiation sensing elemen
ts）と、複数の放射線感知要素に結合され、実時間放射
線データの読み出し（readout)と積算放射線データの読
み出しを提供し、放射線画像を提供するために積算放射
線データを利用するよう動作する回路とを含む放射線撮
像装置が提供される。

【００１４】さらに、本発明の好適実施例によれば、複
数の放射線感知要素には、少なくとも１つの空間解像度
（spatial resolution）での実時間放射線感知のために
利用される複数の放射線感知要素の少なくとも１つの第
１グループと、少なくとももう１つの空間解像度での積
算放射線感知のために利用される放射線感知要素の少な
くとも１つの第２グループとが含まれる。

【００１５】本発明のまた別の好適実施例によれば、複
数のセルを有する放射線感知装置が提供されるが、各セ
ルには、放射線センサと、放射線センサに接続され、放
射線センサによって感知された実時間放射線データを出
力する第１出力端子と、前記放射線センサに接続され、
放射線センサをアドレス指定するために利用される入力
端子と、放射線センサに接続され、アドレス指定される
とき放射線センサによって感知された積算放射線データ
を出力する第２出力端子とが含まれる。

【００１６】さらに、本発明の好適実施例によれば、複
数のセルはクラスタ（cluster)、行及び列接続を有する
マトリックス・アレイに配置され、それによってクラス
タ中のセルの第１出力端子は共通クラスタ・データ出力
ライン（common cluster data output line)に接続さ
れ、行中のセルのアドレス指定入力端子は共通行アドレ
ス指定ライン（common row addressing line）に電気的
に接続され、列中のセルの第２出力端子は共通列データ
出力ライン（common column data output line）に接続
される。

【００１７】またさらに、本発明の好適実施例によれ
ば、クラスタの数は一般に列の数に等しい。さらに、本
発明の好適実施例によれば、データ読み出しのための回
路と、クラスタからのデータと列からのデータの間の選
択をするよう動作するソリッドステート・スイッチも含
まれる。

【００１８】さらに、本発明の好適実施例によれば、実
時間放射線データがクラスタ・データ出力ラインから同
時に第１空間解像度で読み出され、積算放射線データが
共通行アドレス指定ラインの順次行毎のマトリックス・
アドレス指定（sequential row-by-row matrix address
ing)を介して共通列データ出力ラインから第２空間解像
度で読み出される。さらに、実時間放射線データが自動
露出制御のために利用される。

【００１９】またさらに、本発明の好適実施例によれ
ば、感知される放射線は電離放射線（ioniging radiati
on）である。好適には、この電離放射線はＸ線放射線で
ある。さらに、本発明の好適実施例によれば、プレート
電極と、電極の下に置かれ、電極を通過しこの層に衝突
する放射線を電荷キャリアに変換するよう動作する光電
変換層と、光電変換層の下に置かれ、電荷キャリアを蓄
積するよう動作する複数のピクセル・コンデンサを含む
ソリッドステート・アクティブ・マトリックス・アレイ
であって、各ピクセル・コンデンサがアドレス可能マイ
クロプレートと区分対抗電極を含むソリッドステート・
アクティブ・マトリックス・アレイと、アドレス可能マ
イクロプレートの選択アドレス指定のための制御回路
と、対抗電極の少なくとも１つの区分に流れ込む電荷を
感知し、それによって実時間露出情報を提供し、かつア
ドレス可能マイクロプレートのうちアドレス指定された
ものから蓄積電荷を感知し、それによって放射線に関連
する積算放射線情報を提供する読み出し回路とを含むソ
リッドステート放射線撮像装置が提供される。さらに、
実時間露出情報は一般に画像様式（imagewise)であり、
この実時間露出情報を使用して制御可能Ｘ線発生源から
の放射線露出の終了を制御することができる。さらに、
ソリッドステート放射線撮像装置にはまた制御可能Ｘ線
発生源を含んでもよい。

【００２０】さらに、本発明の好適実施例によれば、区
分対抗電極は各々少なくとも２つの異なった静電容量に
関連する少なくとも２つの異なった区分に分割され、そ
の際そこから電荷の流れが感知される少なくとも１つの
区分に関連する静電容量は、少なくとも２つの区分のも
う一方に関連する静電容量より大きさが１〜２桁小さ
い。

【００２１】またさらに、本発明の好適実施例によれ
ば、ソリッドステート放射線撮像装置にはまた、各々が
アドレス可能マイクロプレートの１つをアドレス指定す
るよう動作する低雑音スイッチングトランジスタが含ま
れる。さらに、本発明の好適実施例によれば、ソリッド
ステート放射線撮像装置には各低雑音スイッチングトラ
ンジスタと直列のダイオードが含まれ、ここにこのダイ
オードは一般に各ピクセル・コンデンサの過剰な電荷蓄
積を防止し、回路の破壊を防止するよう動作する。

【００２２】さらに、本発明の好適実施例では、ソリッ
ドステート放射線撮像装置にはまた、各々がアドレス可
能マイクロプレートの１つをアドレス指定し、一般に各
ピクセル・コンデンサでの過剰な電荷蓄積を防止し、回
路の破壊を防止するよう動作するスイッチング・ダイオ
ードが含まれる。さらに、ソリッドステート放射線撮像
装置にはまた、対抗電極の少なくとも１つの区分に流れ
込む電荷と、アドレス可能マイクロプレートのアドレス
指定されたものからの蓄積電荷とのどちらが読み出し回
路によって感知されるかを選択するソリッドステート・
セレクタが含まれる。好適には読み出し回路は、対抗電
極の少なくとも１つの区分に流れ込む電荷の読み出しに
関する少なくとも第１利得値と、アドレス指定可能マイ
クロプレートのアドレス指定されたものからの蓄積電荷
の読み出しに関する少なくとも第２利得値とを規定す
る。

【００２３】さらに、読み出し回路には、対抗電極の少
なくとも１つの区分に流れ込む電荷を感知するよう動作
する第１専用読み出し回路と、アドレス指定可能マイク
ロプレートのアドレス指定されたものからの蓄積電荷を
感知するよう動作する第２専用読み出し回路が含まれ
る。さらに、本発明の好適実施例によれば、衝突放射線
は電離放射線である。好適にはこの電離放射線はＸ線放
射線である。

【００２４】さらに、本発明の好適実施例によれば、光
電変換層には光導電体と、光導電体の上下に置かれた電
荷阻止層が含まれ、ここに電荷阻止層は対抗する単極性
電荷阻止特性を有する。またさらに、本発明の好適実施
例によれば、光導電体は、少なくともアモルファス・セ
レン及びセレン合金の１つから形成される。追加または
代案として、光導電体は、ヨウ化鉛、酸化鉛臭化タリウ
ム、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛、硫
化カドミウム、及びヨウ化水銀からなるグループから選
択される材料から形成される。

【００２５】またさらに、本発明の好適実施例によれ
ば、ソリッドステート撮像装置は、複数のピクセル・コ
ンデンサに蓄積された積算電荷から一定の成分を除外す
る調整可能基準バイアス電位を利用し、基準バイアス電
位を動的に調整するために実時間露出情報が使用され
る。さらに、本発明の好適実施例によれば、基準バイア
ス電位の動的調整は、感知された放射線画像から直流成
分を実時間で自動的に除外し、それによってソリッドス
テート放射線撮像装置のダイナミックレンジを拡大す
る。追加的または代案として、基準バイアス電位の動的
調整は、積算放射線情報の階調スケール再マッピング
（tone scale remapping）を自動的に提供する。

【００２６】さらに、本発明の好適実施例によれば、撮
像されるべき物体の下に置かれた放射線検出モジュール
を提供するステップと、撮像されるべき物体を放射線に
露出するステップと、少なくとも２つの異なった空間解
像度で前記物体に対応する露出データを提供するために
放射線検出モジュールを利用するステップとを含む放射
線撮像のための方法が提供される。

【００２７】さらに、本発明の好適実施例によれば、少
なくとも２つの異なった空間解像度の１つで露出データ
を提供するステップは、一般に露出中連続的に実時間で
実行される。さらに、本発明の好適な実施例によれば、
制御可能電離放射線発生源（controllable ionizing ra
diation source）を提供するステップと、複数の感知要
素を有する画像検出モジュールを提供するステップと、
制御可能電離放射線発生源と画像検出モジュールの間で
撮像されるべき物体を位置決めするステップと、撮像さ
れるべき物体を制御可能電離放射線発生源によって放射
される放射線に露出するステップと、露出中に画像検出
モジュールに衝突する放射線に対応する複数の感知要素
から実時間データを一般に連続的に提供するステップ
と、画像検出モジュールに衝突する放射線の積算レベル
に対応する積算データを提供するために、複数の感知要
素でデータを積算するステップと、画像検出モジュール
にフィードバックを提供するために実時間データを実時
間処理するステップと、撮像されるべき物体に対応する
デジタル画像表示を提供するために積算データを処理す
るステップとを含む画像様式の放射線検出のための方法
が提供される。

【００２８】さらに、本発明の好適実施例によれば、制
御可能電離放射線発生源に終了信号を供給し、それによ
って自動露出制御を提供するためにフィードバックが利
用される。追加的または代案として、積算データから、
撮像されるべき物体に関する情報を一般に含まない成分
を除外し、それによって画像検出モジュールのダイナミ
ックレンジを拡大することを提供するためにフィードバ
ックが採用される。さらに、除外ステップは積算データ
の階調スケール再マッピングを提供する。さらに、この
除外ステップは画像検出モジュールの暗電流許容度を増
大させる。

【００２９】さらに、本発明の好適実施例によれば、積
算データは実時間データの感知によって減衰されない。
また、本発明のまた別の好適実施例によれば、Ｘ線放射
線画像検出モジュール中の一般に矩形の被照射フィール
ド（irradiated field）の検出のための方法であって、
行及び列に配置された画像ピクセル・アレイを含むＸ線
放射線センサを提供するステップと、行中の最大露出値
を決定するために画像ピクセル・アレイの行を探索する
ステップと、列中の最大露出値を決定するために画像ピ
クセル・アレイの列を探索するステップと、行の最大露
出値を含むベクトルを生成するステップと、列の最大露
出値を含むベクトルを生成するステップと、ベクトルを
分析し、その交差が一般に矩形の被照射フィールドを定
義する２つの行と２つの列を決定するために、線量正規
化しきい値弁別基準（dose normalized thresholddiscr
imination criteria)を適用するステップとを含む方法
が提供される。

【００３０】さらに、本発明の好適実施例によれば、探
索される画像ピクセル・アレイ（image pixel array)の
行と列は、マクロピクセル（macropixel）の行と列であ
り、ここに各マクロピクセルには画像ピクセルのクラス
タが含まれる。またさらに、本発明の好適実施例によれ
ば、一般に矩形の被照射フィールドは実時間で検出さ
れ、一般に矩形の被照射フィールドは好適には露出の後
検出される。

【００３１】また、本発明のまた別の好適実施例によれ
ば、Ｘ線システムにおける自動露出制御のための方法で
あって、撮像されるべき物体の下に置かれた画像ピクセ
ルのアレイを含む放射線検出器を提供するステップと、
撮像されるべき物体を照射するステップと、放射線検出
器で、画像ピクセルの少なくとも幾つかにわたる被照射
フィールドを実時間で検出するステップと、少なくとも
１つのローカル領域を決定するために、検出された被照
射フィールドを利用するステップと、少なくとも１つの
ローカル領域の各々に対する領域ピクセル・マップ（re
gional pixel map）を生成するステップであって、ここ
に各領域ピクセル・マップが対応するローカル領域内に
含まれる画像ピクセルの露出値を含むステップと、露出
終了のタイミングを決定するために関連する分析基準を
使用して領域ピクセル・マップを繰り返し分析するステ
ップと、露出終了信号を提供するステップとを含む方法
が提供される。

【００３２】さらに、本発明の好適実施例によれば、ロ
ーカル領域、対応する領域ピクセルマップとそれらに関
連する分析基準は、個々の診断検査に従って選択され
る。また、本発明の好適実施例によれば、放射線画像の
高度検出のための方法であって、撮像されるべき物体の
下に置かれた画像ピクセルのアレイを含む放射線画像検
出器を提供するステップと、撮像されるべき物体を照射
するステップと、画像検出器で、画像ピクセルの少なく
とも幾つかにわたる被照射フィールドを実時間で検出す
るステップと、被照射フィールド内に含まれる画像ピク
セルの露出値を含む広域ピクセル・マップ（global pix
el map）を決定するために、検出された被照射フィール
ドを利用するステップと、放射線画像検出器にフィード
バックを提供するために、関連する分析基準を使用して
広域ピクセル・マップを繰り返し分析するステップと、
放射線画像の高度検出のためそのフィードバックを利用
するステップとを含む方法が提供される。

【００３３】さらに、本発明の好適実施例によれば、広
域ピクセル・マップを繰り返し分析するステップは、露
出値に対するピクセル数のヒストグラム分布を繰り返し
生成し、そのヒストグラム分布を画像様式に分析するス
テップを含む。好適には、照射終了出力を提供するため
に放射線画像検出器へのそのフィードバックが用いられ
る。

【００３４】

【発明の実施の形態】ここで、本発明の好適実施例によ
る高度画像検出モジュールを組み込んだデジタルＸ線シ
ステムを例示する図１を参照する。図１は、デジタルＸ
線撮像システム２０を例示するが、これにはＸ線ビーム
を放出するＸ線発生源２２が含まれる。コリメータ２４
は好適には放出されるＸ線ビームを整形する。Ｘ線ビー
ムは、好適にはＸ線透過性患者支持具２８の上に横にな
るかまたはその前に立っている患者２６に好適には衝突
する。このとき照射（irradiation)は画像検出モジュー
ル３０に衝突するが、これは通常、以下説明されるよう
に、Ｘ線放射線から電荷への直接変換器と電荷読み出し
のためのソリッドステート・アクティブ・マトリックス
を含む平面パネル・デジタルＸ線検出器である。Ｘ線撮
像システムは当業技術分野で周知の散乱防止格子（anti
-scatter grid)３２を含んでもよい。

【００３５】通常、コリメータ２４には、Ｘ線ビームを
制限及び整形し、通常矩形である所望の照射フィールド
エリアを規定するように配列された２組の可動鉛シャッ
タが含まれる。被照射フィールドを患者の解剖学的組織
（anatomy)の関連領域に制限することによって、患者へ
のＸ線の総線量が低減され、１次Ｘ線放射の散乱が減少
するためＸ線画像のコントラストが強められる。

【００３６】好適には、画像検出モジュール３０は、通
常制御装置とデータ・プロセッサ（図示せず）を含むシ
ステム・ホスト・コンピュータ３４によって制御され
る。通信リンク３６は、ＵＳＢのような標準通信プロト
コルを使用することができ、好適には画像検出モジュー
ル３０をシステム・ホスト・コンピュータに接続し、制
御情報の通信のために使用される。画像検出モジュール
３０からシステム・ホスト・コンピュータ３４のデータ
・プロセッサへの高速データ転送は、好適には電気また
は光ファイバ・リンクを使用する高速データ・リンク３
８によって取り扱われる。代案として高速データ・リン
ク３８は無線式であってもよい。

【００３７】システム・ホスト・コンピュータ３４の制
御装置は好適には、Ｘ線発生器４０を制御して、管電圧
（ｋＶｐ）、管電流（ミリアンペア）及びＸ線露出パル
スの最大予想持続期間といったＸ線管２２の露出パラメ
ータを設定する。これらのパラメータは通常、操作員の
制御のもとで個々の患者検査の要求に従って設定され
る。本発明の好適実施例によれば、Ｘ線露出の実際の持
続期間は以下説明されるように自動的に決定される。

【００３８】本発明の代案の実施例によれば、Ｘ線発生
器４０の露出パラメータは手動で発生器操作卓（図示せ
ず）に入力されてもよい。デジタルＸ線システム２０に
はまた好適には、画像ディスプレイ・ステーションの役
目をするモニタ４２が含まれ、好適にはまたシステム操
作員へのユーザ・インターフェースが含まれる。

【００３９】画像検出モジュール３０は、一般のＸ線撮
影法（radiography)および乳房Ｘ線撮影法（mammograph
y)といった静的Ｘ線撮像またはその代わりに蛍光透視法
のような動的Ｘ線撮像のためのデジタルＸ線システムと
共に使用されてもよいことが認識される。ここで述べる
非制限的な例では、Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｍｅｄｉｃａｌ
Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌによって
市販されるもののような一般のＸ線撮影システムがデジ
タルＸ線撮像システム（digital X-ray imaging syste
m）２０の一部を形成し、通常以下の方法で動作する。

【００４０】患者データがモニタ４２に入力され、実行
されるべき検査の種類が好適には検査ライブラリから選
択される。患者データと検査の種類によって、提案され
る露出パラメータが、システム・ホスト・コンピュータ
３４のデータベースに記憶されたルックアップテーブル
から技術者（図示せず）に提供される。技術者によって
選択された露出パラメータがＸ線発生器４０に転送され
る。露出の前に技術者はＸ線透過性患者支持具２８の前
またはその上に好適に患者の位置を決める。次に技術者
はＸ線管２２、コリメータ２４を好適に調節し、被照射
フィールドを空間的に規定する。また、コリメータ２４
はコリメータの鉛シャッタを適切な位置に動かすために
使用される感知装置を備えて自動化されることもある。

【００４１】患者の位置を決めた後、モニタ４２を使用
する技術者によってか、または専用露出スイッチ（図示
されていない）を使用することによってＸ線露出が開始
される。患者の露出中、Ｘ線ビームは患者に衝突し、患
者の解剖学的組織を通過する際空間的に変調される。す
なわち、患者の解剖学的組織に関する情報を含む空間的
に変調されたパターンが画像検出モジュール３０に衝突
する。本発明の好適な実施例によれば、画像検出モジュ
ール３０によって露出データが実時間で生成され、デー
タリンク３８を通してシステム・ホスト・コンピュータ
３４のデータ・プロセッサに転送される。

【００４２】認識されるように、同じデータリンク３８
が、積算放射線データおよび実時間露出データの両方の
転送のために使用される。実時間線量制御を提供するた
めに実時間露出データが使用されるので、各検査のため
の線量の最適化が可能になり、従来技術の方法の自動露
出制御装置に関連する不完全な調節や患者の位置合わせ
に起因する不正確さを除去することができることが理解
される。さらに、通常従来技術のフォトタイマやその他
の露出制御装置に関連する従来技術の固定絞り（apertu
re）及び固定位置密度センサを使用する代わりに、本発
明は、以下説明するように最適化された線量制御のため
に採用される実時間画像コントラスト・フィードバック
を可能にする実時間露出データを提供する。すなわち本
発明は、多様な異なった種類の検査に対する所望の診断
コントラストに達するために必要な線量を低下させるこ
とができる。

【００４３】さらに、本発明の好適な実施例によれば、
実時間露出データは、撮像の向上のために、生成される
Ｘ線画像の直流成分を実時間で除外するために使用され
る。好適には、患者の露出終了の際、デジタル画像を表
す積算放射線値を含む生画像データが読み出され、画像
検出モジュール３０からシステム・ホスト・コンピュー
タ３４のデータ・プロセッサにデータリンク３８を介し
て転送される。生画像データは好適にはまず較正された
後画像処理され、撮像された物体に対応するモニタ４２
上の表示を提供する。

【００４４】デジタル画像は、当業技術分野で周知のＤ
ｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎ
ｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ（ＤＩＣＯ
Ｍ、医用におけるデジタル撮像と通信）プロトコルを用
いた標準ネットワーク通信を介して、Ｐｉｃｔｕｒｅ
Ａｒｃｈｉｖｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉ
ｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ（ＰＡＣＳ、映像記録保管および
通信システム）に保存またはそこから検索されるのが好
ましい。代案または追加として、デジタル画像はレーザ
撮像装置のようなハードコピー出力装置に取り出され、
フィルムまたは何らかの他の適切な基板上に画像を供給
してもよい。

【００４５】ここで図２を参照すると、これは、本発明
の好適実施例による図１の画像検出モジュール３０の一
部を形成するＸ線センサ・アレイ５０を例示したもので
ある。認識されるように、Ｘ線センサ・アレイ５０に加
えて、画像検出モジュール３０（図１）には通常、好適
にはＥＭＩ−ＲＦＩから保護し、Ｘ線センサ・アレイ５
０に衝突するＸ線が通過する少なくとも１つの表面を有
する光遮蔽外被（図示せず）が含まれる。Ｘ線遮蔽読み
出し電子装置（図示せず）は好適にはその周辺の非活動
領域（non-active regions）でＸ線センサ・アレイ５０
に結合される。Ｘ線遮蔽読み出し電子装置（図示せず）
からＸ線センサ・アレイ５０への接続は好適には、当業
技術分野で周知のＴＡＢボンディングやワイヤ・ボンデ
ィングのような標準相互接続技術を使用して実行され
る。また、可撓相互接続ボードを用いて、Ｘ線センサ・
アレイ５０を外部読み出し電子装置（図示せず）に取り
外し式または永久的に接続しても良い。取り外し式接続
は高密度弾性ゼブラ・コネクタ(elastomeric zebra con
nectors)を使用し、一方、永久的接続は異方性導電接着
フィルム（anisotropic conducting adhesive films)を
使用してもよい。単純かつ簡潔のため、ここではＸ線セ
ンサ・アレイ５０だけを示す。

【００４６】Ｘ線センサ・アレイ５０は好適には、上部
から底部に向って、上部導電性層５２、第１電荷阻止層
５４、光電変換層５６、第２電荷阻止層５８、ソリッド
ステート・アクティブ・マトリックス・アレイ６０、及
び支持基板６２を有する層状スタックを備えた多層構造
である。上部導電性層５２は好適には、酸化インジウム
錫、クロム、金、銀、銅またはチタンといったＸ線透過
性電気伝導性材料から形成された連続電極であり、バイ
アス電圧ＨＶを上部導電性層５２に印加する外部高電圧
電源（図示せず）へのバイアス用電気接続を有する。

【００４７】上部導電性電極５２の下には、好適には単
極性阻止特性（unipolar blockingcharacteristics)を
有する第１電荷阻止層５４が置かれる。上部導電性層５
２からのバイアス電圧ＨＶと同じ極性を有する電荷キャ
リアの注入は阻止されるが、一方反対の極性の電荷キャ
リアの通過は阻止されず、それらは上部導電性層５２に
移動し、そこに集められる。

【００４８】光電変換層５６がアモルファス・セレンで
ある場合、第１電荷阻止層５４はアルカリをドープした
セレンから形成されてもよい。また、第１電荷阻止層５
４は、両方の極性の電荷キャリアに対して阻止特性を有
するサブミクロンの厚さの誘電体層であってもよい。光
電変換層５６は好適には、直接変換Ｘ線感知材料（dire
ct conversion X-ray sensing material）としての役目
を果たすのに適するようにする特性を有する。その増感
とそれに続く入射放射線（incident radiation）への露
出の際、光電変換層５６は、好適には電荷キャリアの平
均自由行程が層の所望の厚さより大きいような高い電荷
キャリア移動度と寿命を有する適切な数の抽出可能自由
電子正孔対を生成する。さらに、光電変換層５６は好適
には一般に低い暗電流を生じる高い暗抵抗率を示し、そ
れによってＸ線撮像中この層にかかる電界を維持するこ
とができることが好ましい。さらに、光電変換層５６は
好適には内部の電荷キャリアトラップサイト（charge c
arrier trap sites)の密度が低いことを特徴とする。

【００４９】光電変換層５６は、アモルファス・セレ
ン、セレン合金、ヨウ化鉛、酸化鉛、臭化タリウム、テ
ルル化カドミウム亜鉛、硫化カドミウム、ヨウ化水銀、
または当該放射線スペクトルで光電Ｘ線感度（photoele
ctric X-ray sensitivity)を示す何らかの他の適切な材
料を含むものであってもよい。通常医用撮像の用途で
は、Ｘ線光子エネルギースペクトルは１８〜１５０ｋｅ
Ｖの範囲である。

【００５０】認識されるように、その高い暗抵抗率の故
に、アモルファス・セレンが一般に光電変換層５６のた
めに選択される材料と考えられる。しかし、以下詳細に
説明されるように、積算放射線データから直流成分を除
外することによって、画像検出モジュール３０（図１）
のダイナミックレンジの許容できない部分を占めること
なく高い暗電流を有する材料が許容されるのは本発明の
特徴である。

【００５１】好適には、光電変換層５６の厚さは、以下
にさらに説明されるように、入射Ｘ線放射線束の少なく
とも５０％の吸収が可能になるようなものである。例え
ば、アモルファス・セレンまたはセレン合金を使用する
場合、少なくとも５０％の吸収を達成するために必要な
層の厚さは約３０ミクロン（１８ｋｅＶ）〜６００ミク
ロン（１５０ｋｅＶ）の範囲である。従って、アモルフ
ァス・セレンが用いられる場合、例えば、乳房Ｘ線撮影
法、一般Ｘ線撮影法または蛍光透視法といった使用され
る個々の医用撮像の用途によって、光電変換層５６の厚
さは１００ミクロン（乳房Ｘ線撮影法）〜１０００ミク
ロン（蛍光透視法）の範囲である。

【００５２】光電変換層５６の下には好適には単極性阻
止特性を有する第２電荷阻止層５８が置かれる。ソリッ
ドステート・アクティブ・マトリックス・アレイ６０か
らのバイアス電圧ＨＶと反対の極性を有する電荷キャリ
アの注入は阻止されるが、一方バイアス電圧ＨＶと同じ
極性を有する電荷キャリアの通過は阻止されず、それら
はソリッドステート・アクティブ・マトリックス・アレ
イ６０に移動し、そこに集められる。

【００５３】光電変換層５６がアモルファス・セレンで
ある場合、単極性阻止特性を有する第２電荷阻止層５８
はアモルファス三セレン化砒素（ａ−Ａｓ．ｓｕｂ．２
Ｓｅ．ｓｕｂ．３）から形成されてもよい。また、第
２電荷阻止層５８は、両方の極性の電荷キャリアに対す
る阻止特性を有するサブミクロンの厚さの誘電体層であ
ってもよい。

【００５４】ソリッドステート・アクティブ・マトリッ
クス・アレイ６０は好適には、画像ピクセルに対応する
電荷蓄積コンデンサに関連する複数のアドレス可能電荷
蓄積マイクロプレートを備えている。各マイクロプレー
トの寸法はピクセルの感知エリアとピクセル占有率を決
定する。好適には、ピクセル占有率はできる限り高い。
アドレス可能電荷蓄積マイクロプレート及び蓄積コンデ
ンサの説明は、特に図６及び図８に関連して以下説明さ
れるとおりである。

【００５５】支持基板６２は好適にはＸ線センサ・アレ
イ５０に対して電気絶縁、機械的支持及び寸法安定性を
提供し、ソリッドステート・アクティブ・マトリックス
・アレイ６０及び層５２〜５８がその上に形成される基
礎の役目を果たす。支持基板６２は好適には数ミリメー
トル厚（約１ｍｍ〜５ｍｍ）で、平坦で一般に無傷な上
部表面を有するガラス・パネルである。支持基板６２の
ための適切な材料の例は“Ｃｏｒｎｉｎｇ ｇｌａｓｓ
７０５９及び１７３７”である。支持基板６２とソリッ
ドステート・アクティブ・マトリックス・アレイ６０
は、撮像エリア全体の寸法に応じて、１つのパネルか、
または互いにタイル張りにして継ぎ合わされたいくつか
のパネルを備える。

【００５６】Ｘ線撮像中、数百〜数千ボルト程度で高バ
イアス電圧ＨＶを上部導電性層５２に印加して、同じ極
性の異なったはるかに低いバイアス電圧をソリッドステ
ート・アクティブ・マトリックス・アレイ６０のマイク
ロプレート（図示せず）に供給することによって、Ｘ線
センサ・アレイ５０は好適には増感され（sensitize
d）、光電変換層５６にかかる電界が維持される。

【００５７】通常、ＨＶの値は、光電変換層５６にかか
る高いが持続可能な電界を生成するように選択される。
例えば、光電変換層５６がアモルファス・セレンまたは
セレンベースの合金である場合、ＨＶは好適には正の極
性を有し、望ましい電界強度は５〜３０ボルト／ミクロ
ンの範囲であり、好適には１０ボルト／ミクロンである
が、電界強度が高いほどＸ線放射に対する感度が増大す
る。

【００５８】露出中、Ｘ線放射６４は部分的に光電変換
層５６によって吸収され、吸収された放射線は物体（例
えば、人体の解剖学的領域）の伝送変調Ｘ線画像（tran
smission modulated X-ray image）を表す。Ｘ線放射線
光子（X-ray radiation photons)は、光電変換層５６の
Ｘ線感受性材料のバンドギャップよりエネルギーが高
く、光電変換層５６に多数の自由電子／正孔対を生成
し、自由キャリアの合計数は画像様式Ｘ線パターンに空
間的に対応する。光電変換層５６にかかっている電界
は、再結合の後に生き残ったそれらの生成された電子／
正孔対を、光電変換層５６の平面に対して一般に垂直で
ある電界線にそって反対の方向に光電変換層５６を移動
させる。

【００５９】電界は好適には十分に強く、そのため空間
電荷効果（space charge effects）は無視でき、光電変
換層５６の平面に対して垂直な直線電界線に沿って電荷
キャリアの移動が発生し、にじみまたは散乱、及びそれ
らに対応する画像空間解像度の低下を生じさせる電荷の
横向き運動（横方向の広がり）は事実上発生しない。従
って、光電変換層５６全体にわたって層の厚さへの依存
は最小で高い空間解像度が通常維持される。

【００６０】図示の例では正極性のバイアス電圧が上部
導電性層５２に印加されるので、光電変換層５６内に生
成される負の電荷キャリアは上部導電性層５２の方向に
移動し、光電変換層５６内に生成される正の電荷キャリ
アはソリッドステート・アクティブ・マトリックス・ア
レイ６０のマイクロプレート（図示せず）の方向に移動
し、そこに蓄積される。以下に説明されるように、好適
にはマトリックスのアドレス指定がそのとき使用され
て、Ｘ線吸収の結果蓄積された電荷をマイクロプレート
（図示せず）から外部電子装置（図示せず）に転送さ
せ、従って伝送変調Ｘ線画像のデジタル表示を提供す
る。

【００６１】認識されるように、放射線への露出中、画
像検出モジュール３０（図１）は常に、衝突する放射線
がまず物体を通過した後画像検出モジュール３０（図
１）に衝突するように、撮像されるべき物体に対して位
置が決められる。認識されるように、下に置かれる画像
検出モジュール３０（図１）は、それが衝突する放射線
の下流側にある限り撮像されるべき物体の上に位置決め
されてもあるいは下でもよい。

【００６２】ここで図３を参照すると、これは、本発明
の好適実施例による図２のソリッドステート・アクティ
ブ・マトリックス・アレイ６０のある領域の概略を例示
したものである。ソリッドステート・アクティブ・マト
リックス・アレイ６０（図２）には好適には、望ましい
形状のクラスタを規定する行と列に配置された複数の個
別電荷蓄積ピクセル要素１００が含まれる。各ピクセル
要素１００は好適には、導体層、半導体層及び誘電体層
を含むパターン成形多層構造を備えており、これは電荷
蓄積とピクセルのアドレス指定能力を提供する。ピクセ
ル要素１００の構造と動作は好適には以下に図６〜図９
を参照して説明されるようなものである。行アドレス指
定と列読み出しを提供する外部電子装置が、特に図４を
参照して以下説明されるように、好適にはソリッドステ
ート・アクティブ・マトリックス・アレイ６０（図２）
に結合される。外部電子装置の構造と動作は好適には図
６〜図９を参照して以下説明されるようなものである。

【００６３】本発明の好適実施例によれば、各ピクセル
要素１００には３つのＩ／Ｏ端子、すなわちアドレス指
定端子１０２、積算放射線データ出力端子１０４及び実
時間放射線データ出力端子１０６が含まれる。認識され
るように、従来技術で説明されるもののようなＸ線撮像
用のソリッドステート・アクティブ・マトリックス・ア
レイの場合、１つがアドレス指定用で１つが積算放射線
データ出力の提供用である２つのＩ／Ｏ端子が使用さ
れ、マトリックス・アレイから直接の実時間放射線デー
タ出力はない。

【００６４】積算放射線データ読み出し中、ピクセル要
素１００の行は通常、その行を構成するピクセル要素１
００のアドレス指定端子１０２に制御ラインＣによって
与えられるアドレス指定信号Ａ（図示せず）によって同
時にアドレス指定される。アドレス指定信号の受信によ
って、ピクセル要素１００に格納された電荷が積算放射
線データ出力端子１０４を介して出力され、積算データ
ラインＤＩを介して外部読み出し電子装置（図示せず）
に転送される。この結果格納された電荷値が読み出さ
れ、ピクセル要素１００がリセットされる。認識される
ように、積算放射線データ出力端子１０４を介して出力
される電荷は、以下に図６〜図９を参照して説明される
ように、前のリセット以来経過した時間中にピクセル要
素１００が受けた放射線照射の合計を表す積算電荷値で
ある。

【００６５】制御ラインＣは、全ての所望のピクセル要
素１００を含むフレームが読み出されるまでピクセル要
素１００の行から情報を読み出すように順次作動し、そ
の結果Ｘ線画像が収集され、それに対応するデジタルＸ
線画像が生成される。動的撮像に対しては、高速アドレ
ス指定が使用され、積算電荷値のフレームを繰り返し読
み出す。例えば、蛍光透視法は、毎秒３０フレームまで
の読み出し頻度を必要とする。蛍光透視法が通常必要と
する解像度は静的撮像より低いので、ピクセル要素１０
０を切り捨てること（binning)によって空間解像度の低
下を犠牲にして速度を高めることを達成することができ
る。

【００６６】本発明の好適実施例によれば、積算データ
読み出しと無関係に、各ピクセル要素１００の実時間放
射線データ出力端子１０６はそのピクセル要素１００へ
の実時間放射線衝突に対応する実時間電荷流れ情報を提
供し、それは露出に関する実時間データを提供するため
に使用することができる。定義によれば、実時間放射線
データはアドレス指定メカニズムを通して提供されるの
ではなく露出中直接出力される。好適には、ピクセル要
素１００のクラスタは一般に、共通実時間データライン
ＤＲを介して、そのクラスタでの実時間放射線衝突を表
す電荷の形態で実時間放射線データ出力を集合的に提供
する。従って、複数のクラスタは、対応する複数のそれ
ぞれのデータラインＤＲを介して電荷の形態でそれぞれ
の実時間放射線衝突データを出力する。実時間データラ
インＤＲは、電荷を積算し画像様式の実時間露出情報を
感知するための読み出し電子装置（図示せず）に結合さ
れる。

【００６７】図３の実施例では、クラスタ１０８が９つ
のピクセル要素１００を備える場合についてピクセル・
クラスタの配線とグループ分けが示されている。この場
合、画像様式の実時間放射線データの空間解像度は、各
々がクラスタ１０８に対応し、９つの基本ピクセル要素
１００を備えるマクロピクセルによって規定される。１
つのクラスタを構成する実際の数は通常、図４を参照し
て以下説明されるようにして決定される。

【００６８】クラスタ配線がピクセルの周囲を取り囲む
ような経路になっている図３に示すピクセルのグループ
分けは説明の目的のためだけであることに注意を要す
る。クラスタ配線は、基本ピクセル要素１００の下を通
る経路としてもよく、また、孔があいていない領域では
電気絶縁を、そして穴のあいた領域では電気的接触を提
供する穴のあいた誘電体層を上に置くパターン成形導電
性層によって実施されてもよい。

【００６９】認識されるように、本発明の好適実施例に
よれば、図６〜図７を参照して以下説明されるような積
算放射線データを減衰させたり、またはそれに干渉した
りすることなく実時間データが提供される。ソリッドス
テート・アクティブ・マトリックス・アレイ６０に実時
間放射線感知機能を与えることで、外部のフォトタイマ
または自動露出制御（ＡＥＣ）装置及び方法の必要が回
避される。このような装置を除去することで、撮像され
る物体から検出器を隔てる距離の短縮とそれに伴う画像
拡大倍率の低減が可能になる。さらに、ソリッドステー
ト・アクティブ・マトリックス・アレイ６０のその複合
機能によって、それがない場合は異なったＸ線管ＫＶｐ
値でのスペクトル感度の差を補償するために必要だった
較正と補正の必要が除去される。さらに、実時間放射線
感知機能を備えることで、以下に説明されるように撮像
が向上する。

【００７０】ここで図４を参照すると、本発明の好適実
施例によって構成され動作する画像検出モジュール１３
０の概略が例示されており、そこにはその一部を形成す
るＸ線センサ・アレイ１４０の部分裁断実体図が含まれ
ている。画像検出モジュール１３０は画像検出モジュー
ル３０（図１）の役目を果たす。Ｘ線センサ・アレイ１
４０は、Ｘ線センサ・アレイ５０（図２）の役目を果た
し、行制御装置１４２と読み出し電子装置１４４と協働
することができる。

【００７１】好適には、Ｘ線センサ・アレイ１４０は、
特に図２を参照して上記で説明されたような多層構造で
あり、上部から底部に、上部導電性層１５０、第１電荷
阻止層１５２、光電変換層１５４、第２電荷阻止層１５
６、ソリッドステート・アクティブ・マトリックス・ア
レイ１５８及び支持基板１６０を有する層状スタック構
造を備えている。

【００７２】上部導電性層１５０は好適には上部導電性
層５２（図２）を参照して上記で説明されたようなもの
であり、バイアス電圧ＨＶを上部導電性層１５０に印加
する外部高電圧電源（図示せず）へのバイアス用電気接
続を有する。第１電荷阻止層１５２、光電変換層１５
４、第２電荷阻止層１５６、ソリッドステート・マトリ
ックス・アレイ１５８及び支持基板１６０は好適には、
それぞれ第１電荷阻止層５４（図２）、光電変換層５６
（図２）、第２電荷阻止層５８（図２）、ソリッドステ
ート・マトリックス・アレイ６０（図２）及び支持基板
６２（図２）を参照して上記で説明されたようなもので
ある。

【００７３】好適には、ソリッドステート・アクティブ
・マトリックス・アレイ１５８はマトリックスに配置さ
れた多数のピクセル要素１６２を備えている。ピクセル
要素１６２は図３の実施例のピクセル要素１００の役目
を果たすことができる。一般Ｘ線撮影法に適した画像検
出モジュール１３０を得るために、４３．１８cm（１
７”）×４３．１８cm（１７”）のイメージングエリア
が通常使用され、その各ピクセル要素１６２の寸法は好
ましくは１００〜１６０ミクロンの範囲である。行アド
レス指定可能Ｍ×Ｍマトリックスに配置されたピクセル
要素１６２の合計数は３０００×３０００〜４５００×
４５００の間であり、これは３０００〜４５００の間の
読み出しチャネルに対応する。

【００７４】実時間露出感知（real-time exposure sen
sing）の目的のために、基本ピクセル要素１６２はマク
ロピクセル１６４にクラスタ化（clustered)されてもよ
い。マクロピクセル１６４の数、従ってまた各マクロピ
クセル１６４中のピクセル要素１６２の数は、次の要素
を考慮して決定される。即ち、画像様式の実時間露出感
知では、マクロピクセル１６４の数を最大化してより多
くの空間情報を提供することが好適である。しかし、露
出制御の際必要になるように得られたデータを実時間で
処理する場合には、マクロピクセル１６４の数は、処理
時間を短縮するため制限されることが好ましい。さら
に、実時間露出データの信号対雑音比を増大させるため
に、比較的大きなマクロピクセルが好適である。

【００７５】例えば、３０００〜４５００マクロピクセ
ルの間の合計Ｍ個のマクロピクセル１６４を有するマト
リックスを提供するクラスタ化設計（clustering schem
e)を選択する場合、画像様式の実時間露出感知のために
多数のマクロピクセルが必要であることと、実時間デー
タ処理のためにマクロピクセルの数の低減が必要である
こととの間のトレードオフを伴なう。

【００７６】好適なクラスタ化配置によれば、Ｍ個のマ
クロピクセル１６４の各々にはＭ個のピクセル要素１６
２が含まれる。マクロピクセル１６４は、Ｍの平方根の
行とＭの平方根の列に配置される。例えば、基本ピクセ
ル要素１６２が幅１００ミクロンである場合、４３．１
８cm（１７”）×４３．１８cm（１７”）の撮像エリア
には通常４３１８×４３１８の基本ピクセル要素１６２
のアレーが含まれる。好適には４３１８のピクセル要素
１６２を含む、各マクロピクセル１６４の寸法は、約
６．５ｍｍ×６．５ｍｍであり、６５の行と６５の列に
配置される。

【００７７】露出中、実時間放射線データが、ＤＲライ
ン（図３）を介してマクロピクセル１６４から電荷の形
態で出力され、各マクロピクセル１６４は専用ＤＲライ
ン（図３）に連結される。電荷の形態の実時間放射線デ
ータは好適には、ＤＲラインから、ＤＲ／ＤＩセレクタ
１７０を経て、ライン出力チャネルＬＯ−１〜ＬＯ−Ｍ
を経由して読み出し電子装置１４４に転送され、そこで
積算されて実時間露出データを提供する。認識されるよ
うに、ＤＲライン（図３）の数とＤＩラインの数は好適
にはマクロピクセル１６４の数に等しい。

【００７８】ＤＲ／ＤＩセレクタ１７０は、ＤＩライン
（図３）からの電荷の形態の積算放射線データと、ＤＲ
ライン（図３）からの電荷の形態の実時間放射線データ
のどちらがライン出力チャネルＬＯ−１〜ＬＯ−Ｍに転
送されるかを決定する入力Ｒ及びＩを介して制御され
る。ＤＲ／ＤＩセレクタ１７０は好適には、特に図６及
び図８を参照して以下に説明されるようなＭ個の個別ソ
リッドステート・スイッチのリニア・アレイから構成さ
れる。各スイッチはＤＲラインまたはＤＩラインの何れ
かを対応するＬＯラインに接続する。ＤＲ／ＤＩセレク
タ１７０の動作と基本アーキテクチャは好適には特に図
６及び図８を参照して以下に説明されるようなものであ
る。

【００７９】好適には、ＤＲ／ＤＩセレクタ１７０は、
好適にはソリッドステート・アクティブ・マトリックス
・アレイ１５８を製造するために使用されると同じソリ
ッドステート製造技術を使用して実施されるソリッドス
テート・アクティブ・マトリックス・アレイ１５８の一
体構成部分である。ＤＲ／ＤＩセレクタ１７０をソリッ
ドステート・アクティブ・マトリックス・アレイ１５８
に組み込むことによって、読み出し電子装置１４４への
外部接続量は低く抑えられる。

【００８０】また、ＤＲ／ＤＩセレクタ１７０は、当業
技術分野で周知のチップオングラス（chip on glass)技
術を使用するなどして単結晶専用セレクタ（single cry
staldedicated selector)ＡＳＩＣをソリッドステート
・アクティブ・マトリックス・アレイ１５８に組み込む
ことで実施されてもよい。さらに別の代替案として、Ｄ
Ｒ／ＤＩセレクタ１７０は読み出し電子装置１４４のＡ
ＳＩＣの一部として実施されてもよい。これらの実施方
法は、さらに多くの数の外部接続が必要になるため、上
記で説明された一体構成の実施方法より望ましくない。

【００８１】Ｘ線センサ・アレイ１４０からの読み出し
の説明に戻ると、電荷の形態の実時間放射線データは、
Ｘ線露出中Ｘ線センサ・アレイ１４０のマクロピクセル
１６４から読み出されるのが好適であることに注意を要
する。Ｘ線露出の終了に続いて、電荷の形態の積算デー
タのフレームが、行制御装置１４２を使用して順次行マ
トリックス・アドレス指定によってピクセル要素１６２
から読み出される。電荷の形態の積算データは、ＤＩラ
インから、ＤＲ／ＤＩセレクタ１７０を経て、ライン出
力チャネルＬＯ−１〜ＬＯ−Ｍを経由し読み出し電子装
置１４４に転送される。

【００８２】認識されるように、実時間放射線データは
好適には露出中に読み出され、積算データは露出の後読
み出されるので、読み出し電子装置１４４は実時間放射
線データの読み出しと積算放射線データの読み出しの両
方のために共有して使用されてもよく、従って画像検出
モジュール１３０は単純化される。読み出し電子装置１
４４には好適には、合計少なくともＭチャネルのカスケ
ード接続多チャネル・アナログＡＳＩＣが含まれる。各
多チャネル・アナログＡＳＩＣには好適には、多チャネ
ル低雑音電荷増幅段１７２、多チャネル・アナログ・サ
ンプルホールド段１７４、およびアナログマルチプレク
サ１７６が含まれる。

【００８３】読み出し電子装置１４４には好適には、グ
ラウンド電位と調整可能電位Ｖｒｅｆの間で切り換え可
能でバイアスがかけられる浮動共通基準（floating com
monreference)１７８が含まれるが、Ｖｒｅｆはグラウ
ンド電位から数十ボルトの範囲の値である。浮動共通基
準１７８のバイアス電位は出力チャネルＬＯ−１〜ＬＯ
−Ｍに現れる。

【００８４】チャネルＬＯ−１〜ＬＯ−Ｍからの電荷の
形態のデータは好適には並列で電荷増幅段１７２に流
れ、そこで電荷が積算される。好適には、各電荷増幅器
１８０には、積算データ読み出しのための第１利得レベ
ルと実時間データ読み出しのための第２利得レベルとい
った異なった動作モードのために望ましい利得レベルの
数に対応する数の積算コンデンサ１８２が含まれる。図
４に示される実施例では、２つの別個の値の積算コンデ
ンサ１８２が使用される。

【００８５】電荷増幅段１７２の各電荷増幅器１８０は
好適にはラインＬＯを介してそのデータ入力を受信する
単１のチャネルに対応する。電荷増幅器１８０には好適
にはそのフィードバックに電荷リセット・スイッチ１８
４も含まれる。電荷増幅器１８０は好適には、画像検出
モジュール１３０の制御装置（図示せず）によって与え
られるトリガによって共同でリセットされる。

【００８６】後続の電荷リセットの間に各電荷増幅器１
８０によって積算された電荷に対応する電圧値は多チャ
ネル・アナログ・サンプルホールド段１７４に並列に出
力され、それによってサンプリングされる。アナログマ
ルチプレクサ１７６はアナログ・サンプルホールド段１
７４を順次アドレス指定し、そこからアナログデータを
シリアルに出力する。シリアルアナログデータ出力は、
好適には８〜１４ビットの間の解像度スケール（resolu
tion scale）でＡ／Ｄ変換器１８６によってデジタルデ
ータに変換される。Ａ／Ｄによって使用される解像度ス
ケールは、以下に説明されるように、Ｖｒｅｆが読み出
し中動的に調整されるか否かに依存する。Ｖｒｅｆが調
整される場合は、８ビットＡ／Ｄといった比較的低い解
像度スケールが利用される。そうでない場合は、より高
い解像度スケールが好適には利用される。好適には、Ａ
／Ｄ変換器１８６はまた浮動共通基準１７８を基準とす
る。

【００８７】アナログ電荷増幅段１７２がリセットされ
る速度とアナログ・サンプルホールド段１７４がサンプ
リングする速度は、画像検出モジュール１３０の制御装
置（図示せず）から受信される信号によって決定され
る。認識されるように、リセットとサンプリングの速度
は積算データと実時間データのどちらが読み出されるか
によって異なる。

【００８８】ラインＤＲに沿って全てのマクロピクセル
から読み出される、電荷の形態の実時間放射線データ出
力は一般に、改善された自動露出制御を提供するシステ
ム・フィードバックとして使用され得る画像密度及びコ
ントラストに関する画像様式の実時間露出情報を提供す
る。さらに、画像様式の実時間露出情報は動的Ｖｒｅｆ
値を確立するために分析され、このＶｒｅｆ値はオンザ
フライ（on-the-fly）で生成されるＸ線画像から直流成
分を除外する際有益である。

【００８９】ここで図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照す
ると、これらは本発明の好適実施例によるＶｒｅｆの決
定と画像検出モジュール１３０（図４）の動作を理解す
る際有用なＸ線画像のヒストグラムである。図５（Ａ）
及び図５（Ｂ）は、それぞれ患者の２つの異なった当該
解剖学的領域（anatomical regions）の画像を表す、２
つの異なった合成Ｘ線画像ヒストグラム（synthetic X-
ray image histograms）Ｈ１及びＨ２を示す。各ヒスト
グラムＨ１及びＨ２は、各階調値（tone value）につい
て、その階調値を有する画像エリア中のピクセルの数を
示す。当業技術分野で周知のように、当該解剖学的領域
は通常特性ヒストグラム構成（characteristic histogr
am configuration）に関連する。

【００９０】生成されるＸ線画像のヒストグラムが実時
間露出データと実時間処理を使用してオンザフライで分
析され、画像検出モジュール１３０（図４）のダイナミ
ックレンジの有効な拡大と自動階調スケール再マッピン
グを提供することは本発明の特徴である。さらに、本発
明の好適実施例によれば、オンザフライでのヒストグラ
ム分析は自動露出制御を提供するために使用される。

【００９１】画像検出モジュール１３０（図４）のダイ
ナミックレンジは、ダイナミックレンジの下限では雑音
によって、またダイナミックレンジの上限では飽和によ
って決定される。上限では、ダイナミックレンジは、垂
直破線ＤＳによって示される飽和前にＸ線センサ・アレ
イ１４０（図４）によって検出可能な最大信号、及び／
または垂直破線ＤＥによって示される飽和前に読み出し
電子装置１４４（図４）によって検出可能な最大信号の
何れか小さい方によって決定される。ダイナミックレン
ジの下限は、Ｘ線センサ・アレイ１４０（図４）または
読み出し電子装置１４４（図４）に関連する雑音の何れ
か大きい方によって決定される。

【００９２】図５（Ａ）に示されるヒストグラムＨ１
は、飽和値ＤＳ及びＤＥ以下であるため画像検出モジュ
ール１３０（図４）によって検出可能な最大階調値を有
する画像を表しているが、一方図５（Ｂ）に示されるヒ
ストグラムＨ２は飽和値ＤＳ及びＤＥを越えているの
で、本発明による有効なダイナミックレンジの拡大の実
施なしには検出できなかったものである。

【００９３】本発明の好適実施例によれば、実時間露出
データは好ましくは図１０及び図１１を参照して以下に
説明されるようなアルゴリズムを使用してオンザフライ
で分析されて、ヒストグラムの最小階調値を決定する。
ヒストグラムの最小階調値は、露出中にＶｒｅｆ（図
４）を調整し、従って生成されるＸ線画像のヒストグラ
ムを絶えず左側のグラフ原点の方向にシフトし、その結
果それぞれ図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に見られるように
ヒストグラムＨ１’およびＨ２’に平行移動させる効果
を有する、フィードバック信号を生成するために使用さ
れる。

【００９４】ヒストグラムの平行移動はＸ線画像から直
流成分を除外することを表す。直流成分は画像情報に何
ら寄与せず、画像検出モジュール１３０（図４）のダイ
ナミックレンジの一部を占拠することになる。Ｖｒｅｆ
を動的に調整することで生成されるＸ線画像の直流成分
を減衰させ、ひいては画像検出モジュール１３０（図
４）のダイナミックレンジを拡大することができる一方
で、垂直破線ＤＥによって示されるような比較的低いダ
イナミックレンジを有する読み出し電子装置１４４（図
４）を利用できるようにする。これによって比較的安価
で低雑音な読み出し電子装置１４４（図４）の使用が可
能になる。

【００９５】認識されるように、本発明によって１桁の
大きさまでの放射線検出の有効ダイナミックレンジの拡
大が可能である。さらに、ヒストグラムの平行移動は自
動階調スケール再マッピング機能を提供し、それによっ
てＸ線画像のコントラストを読み出しおよび後処理のた
めの好適なスケールにする。ここで説明されるような階
調スケール再マッピングを提供することで、Ａ／Ｄ変換
器１８６（図４）の解像度スケールは如何なる階調情報
をも失うことなく８ビット程度の低さに維持することが
できる。

【００９６】本発明の代替実施例によれば、Ｖｒｅｆは
露出の前も、露出中および露出後も一定の静的な値を有
してもよい。この場合、画像検出モジュール１３０（図
４）の有効ダイナミックレンジは拡大されず、自動階調
スケール再マッピングは行われない。また、Ｖｒｅｆは
露出の前および露出中は一定であるが、露出の後積算デ
ータの読み出し中に適切な値に調整されるようにするこ
ともできる。この場合、垂直破線ＤＳによって表される
Ｘ線センサ・アレイ１４０（図４）のダイナミックレン
ジは一定に留まり拡大されないが、ＤＥによって表され
る画像検出モジュールのダイナミックレンジはＤＳによ
って設定される限度まで拡大される。この場合、画像読
み出しおよび後処理のための自動階調スケール再マッピ
ングは行われる。

【００９７】ここで図６を参照すると、これは、本発明
の好適実施例による基本ピクセル要素２００とチャネル
読み出し電子装置（channel readout electronics)２０
１、及びそれらと共に有用な調整可能電源２０３の概略
回路図である。このようなピクセル要素２００の行と列
は、チャネル読み出し電子装置２０１と共に、画像検出
モジュール３０（図１）のＸ線センサ・アレイ５０（図
２）または画像検出モジュール１３０（図４）のＸ線セ
ンサ・アレイ１４０（図４）といった、本発明の好適実
施例によって構成され動作する典型的なＸ線センサ・ア
レイに組み込まれている。

【００９８】基本ピクセル要素２００は、ピクセル要素
１００（図３）またはピクセル要素１６２（図４）の役
目を果たすことができ、本発明の好適実施例による積算
放射線データと実時間放射線データを提供する。各ピク
セル要素２００は好適には３つのＩ／Ｏ端子、すなわ
ち、図３のアドレス指定端子１０２に対応するアドレス
指定端子２０２、図３の積算データ出力端子１０４に対
応する積算データ出力端子２０４、及び図３の実時間放
射線データ出力端子１０６に対応する実時間放射線デー
タ出力端子２０６を有することができる。

【００９９】光電変換層５６（図２）に対応する光電変
換層（図示せず）は、上部導電性層５２（図２）に対応
する上に置かれた連続上部電極２０８と、各々が好適に
は単一のピクセルに対応する多数の下に置かれたマイク
ロプレート２１０の間に配置されている。コンデンサＣ
Ｄが、連続上部電極２０８と各マイクロプレート２１０
の間の各ピクセルで規定される。

【０１００】各マイクロプレート２１０は対抗電極２１
１と共働し、それから誘電体層（図示せず）で隔てられ
ている。対抗電極２１１は好適には２つの別個の電極２
１２及び２１４から構成される区分された電極である。
電極２１２は好適にはＶｒｅｆに接続され、その値は、
以下に説明されるように実時間露出データ処理アルゴリ
ズムによる制御信号２１８によって制御される調整可能
外部電源２０３によって決定される。認識されるよう
に、単一外部電源２０３が電圧ＶｒｅｆをＸ線センサ・
アレイ５０（図２）またはＸ線センサ・アレイ１４０
（図４）に与える。電極２１４は好適には実時間放射線
データ出力端子２０６を介してラインＤＲに接続され
る。

【０１０１】本発明の代替実施例によれば、対抗電極２
１１はラインＤＲに直接接続された単一の区分化されな
い電極であってもよい。ピクセル電荷蓄積コンデンサＣ
Ｓはマイクロプレート２１０と対抗電極２１１の間に規
定される。好適には、図示の例のように、対抗電極２１
１のために２つの別個の電極２１２及び２１４が使用さ
れる場合、ピクセル電荷蓄積コンデンサＣＳは２つのそ
れぞれ別個のコンデンサＣＳ１及びＣＳ２を備える。

【０１０２】コンデンサＣＳとＣＤの関係は好適には、
ＣＳがＣＤより２〜３桁大きいというものである。ＣＳ
の静電容量がＣＳ１とＣＳ２の間で分割される場合、Ｃ
Ｓ２は好適にはＣＳ１より１〜２桁大きさが小さく、特
に図４を参照して上記で説明されたマクロピクセルのク
ラスタ化計画と以下に説明されるような実時間データ読
み出しの望ましい利得とによって選択される。

【０１０３】好適には低雑音スイッチング・ダイオード
であるダイオード２２０と、好適には電界効果トランジ
スタのような低雑音スイッチング・トランジスタである
トランジスタ２２２がマイクロプレート２１０と直列に
接続される。以下説明されるような積算電荷読み出し
中、アドレス指定信号Ａが制御ラインＣに沿ってトラン
ジスタ２２２に提供されてマイクロプレート２１０をア
ドレス指定し、そこに蓄積された電荷が積算放射線デー
タ出力端子２０４を通して出力されるようにする。

【０１０４】複数のピクセル要素２００は通常、Ｘ線セ
ンサ・アレイ５０（図２）のソリッドステート・アクテ
ィブ・マトリックス・アレイ６０（図２）またはＸ線セ
ンサアレイ１４０（図４）のソリッドステート・アクテ
ィブ・マトリックス・アレイ１５８（図４）のようなＸ
線センサ・アレイのソリッドステート・アクティブ・マ
トリックス・アレイの一部を形成する。ピクセル要素２
００の正確な三次元構造は、当業技術分野、特に平面パ
ネル・ディスプレイの分野で周知の標準水素化合アモル
ファス・シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）またはポリシリコン
技術及び製造技術に基づくソリッドステート製造技術に
準拠することができる。また、ピクセル要素２００は、
当業技術分野で周知のソリッドステート多結晶セレン化
カドミウムＣｅ：Ｓｅ技術および製造工程に基づいて実
施されることもできる。

【０１０５】さらに別の代替案として、ピクセル要素２
００は当業技術分野で周知のソリッドステート結晶回路
（solid state crystalline circuitry)に基づいて実施
されることも可能であり、その場合ソリッドステート・
アクティブ・マトリックス・アレイ（図示せず）には、
相互接続された別個のソリッドステート結晶回路でその
各々が複数のピクセル要素２００を備えるもののモザイ
ク（mosaic）が含まれる。

【０１０６】各製造技術および設備は、ピクセル要素２
００を構成する電子回路を実現する独特の解決方法を有
し得ることが理解される。従って、本発明に従って、ピ
クセル要素の電気的構造だけを議論し、その三次元構造
は議論しないこととする。特に図３を参照して上記で説
明されたように、それぞれマクロピクセルおよびピクセ
ルから電荷信号を受信するラインＤＲおよびＤＩは、図
４のＤＲ／ＤＩセレクタ１７０のような役目を果たすＤ
Ｒ／ＤＩセレクタ２２４に結合される。ＤＲ／ＤＩセレ
クタには好適にはソリッドステート・トランジスタ・ス
イッチ２２６及び２２８が含まれ、これらはそれぞれ制
御信号Ｒ及びＩを受信し、ラインＤＲからの実時間デー
タとラインＤＩからの積算データのどちらが、読み出し
電子装置１４４（図４）の単一チャネルを表わすチャネ
ル読み出し電子装置２０１に転送されるかを決定する。

【０１０７】チャネル読み出し電子装置２０１には通常
電荷増幅器２３０が含まれ、これは好適には、２つの別
個の利得を提供するために使用される２つの積分コンデ
ンサ２３１及び２３２を有する。以下に説明されるよう
に、望ましい利得に応じて積分コンデンサ２３１を電荷
増幅器２３０と切断または接続するためにソリッドステ
ート・スイッチ２３３が使用される。電荷増幅器２３０
はリセット・スイッチ２３４を使用してリセットされる
のが好適である。積分コンデンサおよびスイッチの数と
値を調整することで、２つより多い別個の利得を備えら
れることが認識される。

【０１０８】電荷増幅器２３０の入力２３５は、好適に
は非反転入力であり、好適には浮動共通基準２３６に接
続される。信号Ｔによってトリガされるソリッドステー
ト・スイッチ２４０は浮動共通基準２３６に印加される
バイアスを設定するために使用される。電荷増幅器２３
０の入力２３７は、好適には反転入力であり、ラインＤ
Ｒからの電荷の形態の実時間放射線データか、またはラ
インＤＩからの電荷の形態の積算放射線データかの何れ
かを受信する。どちらの場合でも、電荷増幅器２３０は
出力電圧Ｖｏを供給し、従ってデータ読み出しを提供す
る。

【０１０９】ラインＤＩが入力２３７に接続されると
き、積算放射線データが電荷増幅器２３０に入力され、
そこから読み出される。スイッチ２４０は、浮動共通基
準２３６がグラウンド電位にバイアスされるような位置
になる。さらに、ソリッドステート・スイッチ２３３は
開であり、従って積分コンデンサ２３２だけが使用され
る。

【０１１０】ラインＤＲが入力２３７に接続されると
き、実時間放射線データが電荷増幅器２３０に入力さ
れ、そこから読み出される。スイッチ２４０は、Ｖｒｅ
ｆが浮動共通基準２３６に印加されるような状態にあ
る。さらに、スイッチ２３３は好適には閉であるので、
積分コンデンサ２３１及び２３２は両方とも接続され、
従って電荷増幅器２３０の利得を下げる。

【０１１１】認識されるように、各ラインＤＲは、特に
図４を参照して上記で説明されたように多数のピクセル
を備えるマクロピクセルからデータを運ぶ。ラインＤＲ
が入力２３７に接続されているとき電荷増幅器２３０の
飽和を防止するため、ラインＤＲからの実時間露出デー
タの読み出し利得を低減しなければならない。利得の引
き下げは、上記で説明されたように対抗電極２１１を２
つの電極２１２及び２１４に区分してＣＳを２つの部分
ＣＳ１及びＣＳ２に分割し、上記で説明されたようにＣ
Ｓ１とＣＳ２の間の比を調整して、ＣＳ２からの実時間
放射線データだけをサンプリングすることで達成され
る。また、電荷増幅器２３０の読み出し利得がスイッチ
２３３を使用して選択され、利得をさらに低減し、実時
間データの望ましい合計読み出し利得を調整する。

【０１１２】チャネル読み出し電子装置２０１は好適に
は、特に図４を参照して上記で説明したようなＡＳＩＣ
で実施される。ここで説明されるようにＶｒｅｆを動的
に調整することで、比較的低いダイナミックレンジのチ
ャネル読み出し電子装置２０１を、かなり高いダイナミ
ックレンジの画像検出モジュールで使用できるようにす
ることは本発明の特徴である。特に図５（Ａ）及び図５
（Ｂ）を参照して上記で説明されたように、画像検出モ
ジュールの有効ダイナミックレンジはその読み出し電子
装置によって提供されるものより１桁高くすることがで
きる。これによって比較的安価な低雑音読み出し電子装
置を採用することが可能になる。

【０１１３】認識されるように、図４を参照して上記で
説明したように、ＤＲ／ＤＩセレクタ２２４はソリッド
ステート・アクティブ・マトリックス・アレイの一部と
して実施されるか、またその代りにチャネル読み出し電
子装置２０１の一部として実施されてもよい。ここで図
７を参照すると、これは本発明の好適な実施例による、
読み出しサイクル中の図６のピクセル要素２００とチャ
ネル読み出し電子装置２０１の動作を示すタイミング図
である。

【０１１４】図７に示されるように、読み出しサイクル
には通常２つの読み出し段階、すなわち、その間、電荷
の形態の実時間放射線データがラインＤＲから読み出さ
れている実時間読み出し段階と、その間、電荷の形態の
積算放射線データのフレームがラインＤＩから読み出さ
れている積算データ読み出し段階が含まれる。認識され
るように、蛍光透視法のような動的撮像の用途に適した
フレームレートを提供するため、読み出しサイクルの全
部または一部は、積算データの３０フレーム／秒といっ
た適切に高いレートで周期的に繰り返される。

【０１１５】また、ある種の蛍光透視法の場合のよう
に、放射線露出が露出パルスではなくて一般に連続的で
ある場合に対しては、実時間データ読み出しから積算デ
ータ読み出しへの移行は所定の時間間隔で行われてもよ
い。認識されるように、信号Ｉ、Ｔ、Ｒ、ＡおよびＲＥ
ＳＥＴは好適にはアクティブ状態と非アクティブ状態を
有する。ここでの説明のため、アクティブ状態は「ハ
イ」と、非アクティブ状態は「ロー」と呼ぶ。

【０１１６】図６に示されるように、直流高電圧ＨＶ
は、読み出しサイクルの２つの段階を通じて上述のよう
に上部電極２０８に印加される。図７に示されるよう
に、図６を参照すると、実時間データ読み出しの開始前
に、信号Ｔはハイになってスイッチ２４０にトリガを与
え、電荷増幅器２３０の入力２３５に接続された浮動共
通基準２３６をＶｒｅｆに接続させる。

【０１１７】信号Ｔがハイになった直後、実時間データ
読み出しが開始され、それに続いて浮動共通基準２３６
でバイアスＶｒｅｆが固定すると、信号Ｒはハイになっ
てＤＲ／ＤＩセレクタ２２４のスイッチ２２６にトリガ
を与え、従ってラインＤＲを電荷増幅器２３０の入力２
３７に接続する。信号Ｒはまたスイッチ２３３をトリガ
して積分コンデンサ２３１を電荷増幅器２３０に接続
し、適当な読み出し利得を提供する。Ｖｒｅｆは直接電
極２１２にバイアスをかけ、また電荷増幅器２３０を介
して電極２１４にバイアスをかける。すなわち、電極２
１２及び２１４はどちらも実時間データ読み出し中Ｖｒ
ｅｆにバイアスをかけられ、一方ラインＤＩはＤＲ／Ｄ
Ｉセレクタ２２４のスイッチ２２８を介してグラウンド
に接続される。

【０１１８】信号Ｒがハイになった後、Ｘ線センサ・ア
レイ１４０（図４）の全ての制御ラインＣに印加される
信号Ａはハイになり、各ピクセル要素２００のトランジ
スタ２２２をターンオンにし、ダイオード２２０とトラ
ンジスタ２２２を通してコンデンサＣＳを完全に放電さ
せる。図７に見られるように、信号Ａがハイになり、従
ってコンデンサＣＳを完全に放電させた後の短時間、Ｖ
ｒｅｆはゼロからマイナスΔＳＭＡＸの値まで傾斜して
下降する。特に図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の垂直破線Ｄ
Ｅに関連して上述したように、マイナスΔＳＭＡＸの値
は、電荷増幅器２３０によって読み出せる最大信号範囲
に関連する。Ｖｒｅｆの傾斜下降の結果、ダイオード２
２０は逆バイアスをかけられ非導通となる。その結果、
そのとき、コンデンサＣＤは、ＨＶにＶｒｅｆの絶対値
をプラスした値にほぼ等しい値まで充電される。

【０１１９】Ｖｒｅｆが傾斜下降し安定すると、画像検
出モジュール３０（図１）は放射線露出の準備が整う。
これは本発明の特徴であるが、図７に示されるように、
全ての制御ラインＣに印加される信号Ａは、放射線露出
完了後の短い時間までハイに留まり、これによってＸ線
センサ・アレイの各ピクセル要素２００のトランジスタ
２２２（図６）を放射線への露出中ずっとオンにする。

【０１２０】放射線露出中、コンデンサＣＳに生ずる電
位ＶＣＳは、以下説明されるように絶えず上昇する。特
に図２を参照して上述したように、放射線露出によって
光電変換層内に電子／正孔対を発生させる。再結合を生
き残った電荷キャリアは電界線に沿って掃き出され、１
つの極性の電荷は上部電極２０８の方向に移動し反対の
極性の電荷はマイクロプレート２１０の方向に移動し、
それによってコンデンサＣＤを放電する。コンデンサＣ
Ｄの放電の量は、光電変換層のマイクロプレート２１０
に対応するエリアでの露出と、そこで発生する暗電流の
レベルとの関数である。

【０１２１】コンデンサＣＤの放電の結果、上部電極２
０８と電極２１２及び２１４の間で電荷の再分配が生ず
るが、これはその間で電位差がＨＶとＶｒｅｆによって
維持されているからである。電荷の再分配によって、各
ピクセル要素２００に対応する各ピクセル蓄積コンデン
サＣＳは、そのピクセルの放射線露出と暗電流に対応す
る電位ＶＣＳに充電される。

【０１２２】説明の目的で、２つの異なった行に配置さ
れ異なった量の放射線に露出される２つの別個のピクセ
ルｉとｊの電位ＶＣＳが示されている。ピクセルｉの電
位ＶＣＳはピクセルｊの電位ＶＣＳより早く上昇し大き
いので、ピクセルｉがピクセルｊより大きな量の放射線
に露出されたことが示されていることが分かる。図７に
よって示されるように、電位ＶＣＳの上昇と同時に、値
Ｖｒｅｆは、以下に説明されるような画像様式の実時間
露出データ処理アルゴリズムにより、制御信号２１８
（図６）によってますます負の値に調整される。認識さ
れるように、Ｖｒｅｆの変化によるコンデンサＣＳの電
荷再分配は、ＣＤがＣＳより充分に小さく、Ｖｒｅｆの
変化の大部分をＣＤが受け持つので無視できる。

【０１２３】動的Ｖｒｅｆ値の使用は本発明の好適な実
施例の特徴である。Ｖｒｅｆの値を調整することで、各
ピクセル要素２００のＶＣＳの最大値と、従ってＸ線セ
ンサ・アレイ１４０（図４）の飽和の前に検出され得る
Ｘ線放射線の最大量とが動的となり、生成されるＸ線画
像の関数となることができる。通常、直接の減衰されな
いＸ線露出を受けるピクセルのような、多量の放射線を
受けるピクセルで高いＶＣＳ電位が発生する。Ｖｒｅｆ
を調整することで、Ｘ線センサ・アレイ１４０（図４）
のダイナミックレンジが増大する。

【０１２４】本発明の好適実施例によれば、Ｘ線センサ
・アレイ１４０（図４）のピクセルの飽和は、このよう
なピクセルの結合値、Ｖｒｅｆ＋ＶＣＳがグラウンドに
対して正になる時だけ生ずる。飽和の際、飽和したピク
セルのダイオード２２０は順方向にバイアスされ導通が
始まり、それによってマイクロプレート２１０に蓄積し
た過剰な電荷はラインＤＩを通じて漏洩し、流出する。

【０１２５】トランジスタ２２２がオンの間にダイオー
ド２２０を通じて過剰な電荷を流出させることの利点
は、ピクセル回路のアクティブ要素に対する過電圧が防
止されることである。ピクセル回路における過電圧の問
題は当業技術分野で周知であり、これはトランジスタの
破壊につながる。Ｌｅｅの米国特許第５，３１３，０６
６号は、Ｘ線感受性層と導電性層の間に配置された比較
的厚い誘電体層を使用することでトランジスタ破壊の問
題を克服する実施例を述べている。図６に述べた回路
は、動的撮像を妨げる厚い誘電体層を必要とせずにトラ
ンジスタ破壊の問題を除去することが分かる。すなわ
ち、本発明の好適実施例によれば、静的及び動的撮像に
対する過電圧自己抑制メカニズムが各ピクセル要素２０
０に対して提供される。

【０１２６】認識されるように、図７に示されているよ
うに、露出の前に、ＶｒｅｆはΔＳＭＡＸに等しい負の
値まで低下し、この値は電荷増幅器２３０が飽和するこ
となく積分できる最大電荷信号に対応するものである。
従って、過剰な電荷は、蓄積された電荷の量が電荷増幅
器２３０の飽和値を越えるときだけ排出される。電荷増
幅器２３０の出力値Ｖｏは一般にＶＣＳに対応し、以下
の方法で読み出される。

【０１２７】コンデンサＣＳを電位ＶＣＳに充電する
と、電荷再分配の結果、電荷は電極２１２及び２１４に
流れてそこで蓄積し、従って露出中マイクロプレート２
１０に掃き出されそこに蓄積された電荷を反映する。電
極２１４に流れる電荷は、ＣＳに流れる電荷全体のサン
プリングであり、電荷増幅器２３０を通って流れる。実
時間放射線データは電荷再分配の間電極２１４に流れる
電荷から読み出され、電荷蓄積コンデンサＣＳに蓄積さ
れる電荷を減少させないことは本発明の特徴である。従
って、Ｘ線画像を形成する積算電荷データは、以下に説
明されるように読み出され、実時間露出データ読み出し
によって減少または干渉されることはない。

【０１２８】電荷増幅器２３０は電極２１４に流れる電
荷を積分し、上述のように共通ラインＤＲに接続された
複数のピクセル要素２００を含むマクロピクセルでの実
時間露出値に対応する出力値Ｖｏを提供する。好適に
は、出力値Ｖｏは所定のレートでリセット・スイッチ２
３４をトリガするＲＥＳＥＴ信号によってリセットさ
れ、この所定のレートは好適には実時間データ読み出し
中一定に留まり、特に図１０を参照して以下に説明され
るように決定される。出力値Ｖｏをリセットすることで
実時間データ読み出し中電荷増幅器２３０の飽和が防止
され、従って実時間放射線データの読み出しと共に積算
データの読み出しにも同じ電荷増幅器２３０が使用でき
るようになる。

【０１２９】図７に示されるように、露出の終了後、信
号Ａはローになり、Ｘ線センサ・アレイを構成する各ピ
クセル要素２００のトランジスタ２２２をターンオフに
し従って非導電性になるようにする。信号Ａがローにな
った後、信号Ｒはローになってスイッチ２２６の状態が
切り換わり、それによってラインＤＲは電荷増幅器２３
０の入力２３７から切り離され直接Ｖｒｅｆに接続され
る。信号Ｒもまたスイッチ２３３をトリガし、積分コン
デンサ２３１を電荷増幅器２３０から切り離し、従って
電荷増幅器２３０の利得を増大させる。

【０１３０】信号Ｒがローになった後、信号Ｔはローに
なってスイッチ２４０にトリガを与え、浮動共通基準２
３６をＶｒｅｆから切り離しグラウンドに接続させる。
Ｔがローになった直後、積算データ読み出しが開始す
る。信号Ｉはハイになってスイッチ２２８にトリガを与
え、ラインＤＩを電荷増幅器２３０の入力２３７に接続
する。

【０１３１】その後、図７に示されたように、Ｖｒｅｆ
はΔＳＭＡＸに等しい量だけ増大し、それによって行毎
のアドレス指定と積算データの読み出しの準備のためダ
イオード２２０に順方向バイアスをかける。認識される
ように、Ｖｒｅｆは積算データ読み出しの残りの期間中
一定に留まる。Ｖｒｅｆが増大し安定した後、全ての制
御ラインＣに印加される信号Ａはローになる。認識され
るように、積算データ読み出し中、信号Ａは順次各制御
ラインＣに印加され、行毎のアドレス指定を提供する。
信号Ａはアドレス指定された行の各ピクセル要素２００
のトランジスタ２２２をターンオンにし、以下のように
その蓄積コンデンサＣＳから電荷が読み出されることを
可能にする。

【０１３２】アドレス指定されたピクセルでは、露出中
コンデンサＣＳに蓄積された電荷がラインＤＩを介して
マイクロプレート２１０から電荷増幅器２３０に流れ
る。この電荷の流れの結果、アドレス指定された行のピ
クセルの電位ＶＣＳはＶｒｅｆの絶対規定値（absolute
settled value）に達するまで低下するが、これはそれ
を越えるとダイオード２２０に逆バイアスがかけられて
非導通となり、マイクロプレート２１０からそれ以上電
荷が流れないように防止するという値である。電荷増幅
器２３０は流れる電荷を積分し、対応するＶｏの値を出
力する。

【０１３３】認識されるように、積算データ読み出し
中、各出力値Ｖｏは好適には単一ピクセルに対応する。
図７に見られるように、ピクセルｉを含む行がアドレス
指定されてピクセルｉの積算データがそこから読み出さ
れた後、ピクセルｊを含む行がアドレス指定されピクセ
ルｊの積算データがそこから読み出される。

【０１３４】出力値Ｖｏが電位ＶＣＳの一部だけを表す
のは本発明の特徴である。電位ＶＣＳの残りの部分は、
特に図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して上記で説明さ
れたように何ら画像情報を伝えない直流成分を表す。画
像情報に寄与しない、直流成分に関連する電荷は除外さ
れる。直流成分を除外することで、Ｘ線画像に関連する
ヒストグラムは平行移動され、従って図５（Ａ）及び図
５（Ｂ）を参照して上記で説明したように、読み出され
るＸ線画像のための自動階調スケール再マッピング機能
を提供する。

【０１３５】ＲＥＳＥＴ信号は、積算データ読み出し中
に所定のトリガ・レートで与えられる電荷増幅器２３０
のリセットのためのトリガである。通常この所定のトリ
ガ・レートは望ましい行アドレス指定およびフレーム読
み出しレートに関連し、実時間データ読み出し中に使用
されるトリガ・レートとは異なる。電荷は順次アドレス
指定（sequential addressing)を通じてＸ線センサ・ア
レイの全ての行から読み出され、Ｘ線画像を表す積算デ
ータのフレームを与える。電荷が最終行から読み出され
た後、信号Ｉはローになってスイッチ２４０にトリガを
提供し、ラインＤＩを電荷増幅器２３０の入力から切り
離しグラウンドに接続する。

【０１３６】信号ＩがラインＤＩを切り離した後、信号
Ｔはハイになってスイッチ２４０にトリガを与え、Ｖｒ
ｅｆを浮動共通基準２３６に接続する。Ｖｒｅｆが浮動
共通基準２３６で固定された後、信号Ｒはハイになって
スイッチ２２６にトリガを与え、ラインＤＲを電荷増幅
器２３０の入力２３７に接続する。信号Ｒはまたスイッ
チ２３３を閉にし、従って電荷増幅器２３０の利得を低
下させる。

【０１３７】全ての制御ラインＣに印加される信号Ａが
ハイになると、Ｘ線センサ・アレイ１４０（図４）の各
ピクセル要素２００のトランジスタ２２２をターンオン
させる。信号Ａの上昇と同時に、Ｖｒｅｆはゼロまで傾
斜して上昇し、ダイオード２２０に順方向バイアスをか
け導電させる。Ｖｒｅｆの傾斜した上昇によってコンデ
ンサＣＳは完全に放電され、ＶＣＳはその最小値まで低
下する。認識されるように、ＣＳからの電荷は、直流成
分を伴なうため積算データ読み出し中読まれなかったも
のであるが、この時点でマイクロプレート２１０からダ
イオード２２０と導通トランジスタ２２２を通じてライ
ンＤＩに沿ってグラウンドに漏出する。

【０１３８】各ピクセル要素２００でのコンデンサＣＳ
の完全放電の後、画像検出モジュール３０（図１）はそ
の後の実時間データ読み出しサイクルに入るよう準備さ
れる。ここで図８を参照すると、これは、基本ピクセル
要素３００、それと協働するチャネル読み出し電子装置
３０１、及びそれと共に有用な調整可能電源３０３の概
略回路図である。図８の構成は、上記で説明された図６
の構成の代替案である。このピクセル要素３００とチャ
ネル読み出し電子装置３０１の行と列は、画像検出モジ
ュール３０（図１）のＸ線センサ・アレイ５０（図２）
または画像検出モジュール１３０（図４）のＸ線センサ
・アレイ１４０（図４）といった、本発明の好適実施例
によって構成され動作する典型的なＸ線センサ・アレイ
に組み込まれる。

【０１３９】基本ピクセル要素３００は、ピクセル要素
１００（図３）またはピクセル要素１６２（図４）の役
目を果たすことができ、本発明の好適実施例により積算
放射線データと実時間放射線データを提供する。各ピク
セル要素３００は好適には３つのＩ／Ｏ端子、すなわ
ち、図３のアドレス指定端子１０２に対応し得るアドレ
ス指定端子３０２、図３の積算データ出力端子１０４に
対応し得る積算データ出力端子３０４、及び図３の実時
間放射線データ出力端子１０６に対応し得る実時間放射
線データ出力端子３０６を有する。

【０１４０】光電変換層５６（図２）に対応し得る光電
変換層（図示せず）が、上部導電性層５２（図２）に対
応し得る上に置かれた連続上部電極３０８と、各々が単
一ピクセルに対応し得る下に置かれた多数のマイクロプ
レート３１０の間に配置される。コンデンサＣＤは、連
続上部電極３０８と各マイクロプレート３１０の間の各
ピクセルで規定される。ピクセル電荷蓄積コンデンサＣ
Ｓは各マイクロプレート３１０と対抗電極３１１の間の
各ピクセルで規定され、対抗電極３１１は好適にはそれ
ぞれの電極３１２及び３１４に区分され、これによって
コンデンサＣＳ１及びＣＳ２を規定する。電極３１４は
好適には実時間放射線データ出力端子３０６を経由して
ラインＤＲに接続される。電極３１２は好適にはアドレ
ス指定端子３０２を経由して制御ラインＣに接続され
る。

【０１４１】コンデンサＣＳとＣＤの関係は好適には、
ＣＳがＣＤよりおよそ２〜３桁大きくなるようなもので
ある。ＣＳの静電容量がＣＳ１とＣＳ２に分割される場
合、ＣＳ２は好適にはＣＳ１より１〜２桁小さく、特
に、図４を参照して上記で説明されたマクロピクセルク
ラスタ化計画と、以下説明されるような実時間データ読
み出しの望ましい利得によって選定される。

【０１４２】マイクロプレート３１０は、好適には低雑
音スイッチング・ダイオードであるダイオード３２０を
経由して、積算放射線データ出力端子３０４からライン
ＤＩに電荷または電流情報を出力する。認識されるよう
に、図８の実施例では、スイッチング・ダイオード３２
０は有効にアドレス指定を行い、図６の実施例のような
低雑音トランジスタの必要を回避することができる。

【０１４３】複数のピクセル要素３００は通常、Ｘ線セ
ンサ・アレイ５０（図２）のソリッドステート・アクテ
ィブ・マトリックス・アレイ６０（図２）またはＸ線セ
ンサ・アレイ１４０（図４）のソリッドステート・アク
ティブ・マトリックス・アレイ１５８（図４）といった
Ｘ線センサ・アレイのソリッドステート・アクティブ・
マトリックス・アレイの一部を形成する。ピクセル要素
３００の正確な三次元構造は、当業技術分野、特に平面
パネル・ディスプレイの分野で周知の標準水素化合アモ
ルファス・シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）またはポリシリコ
ン技術及び製造技術に基づくもののようなソリッドステ
ート製造技術に準拠するものであり得る。また、ピクセ
ル要素３００は、当業技術分野で周知のソリッドステー
ト多結晶セレン化カドミウムＣｅ：Ｓｅ技術及び製造工
程に基づいて実施されてもよい。

【０１４４】さらに別の代替案として、ピクセル要素３
００は当業技術分野で周知のソリッドステート結晶回路
に基づいて実施されてもよく、その場合結果として得ら
れるソリッドステート・アクティブ・マトリックス・ア
レイには、各々複数のピクセル要素３００を備える相互
接続された別個のソリッドステート結晶回路のモザイク
が含まれる。

【０１４５】各製造技術及び設備は、ピクセル要素３０
０を構成する電子回路を実施することに対して固有の解
決法を有することができることが理解される。従って、
本発明の好適な実施例によるピクセル要素３００の電気
的構造だけを議論し、その物理的構造は議論しないこと
とする。ラインＤＲ及びＤＩは、好ましくは特に図３を
参照して上記で説明されたようにそれぞれマクロピクセ
ル及びピクセルから電荷信号を受信し、図４のＤＲ／Ｄ
Ｉセレクタ１７０の役目を果たすことができるＤＲ／Ｄ
Ｉセレクタ３２４に結合される。ＤＲ／ＤＩセレクタに
は好適にはそれぞれ制御信号Ｒ及びＩを受信するソリッ
ドステート・トランジスタ・スイッチ３２６及び３２８
が含まれ、読み出し電子装置１４４（図４）の単一チャ
ネルを表すことができるチャネル読み出し電子装置３０
１にラインＤＲからの実時間データとラインＤＩからの
積算データのどちらが転送されるかが決定される。

【０１４６】チャネル読み出し電子装置３０１には通
常、好ましくは２つの別個の利得を提供するために使用
される２つの積分コンデンサ３３１及び３３２を有する
電荷増幅器３３０が含まれる。ソリッドステート・スイ
ッチ３３３は、以下説明されるように所望の利得に応じ
て積分コンデンサ３３１を電荷増幅器３３０から切り離
したり接続したりするために使用される。電荷増幅器３
３０は好適にはリセット・スイッチ３３４を使用してリ
セットされる。認識されるように、積分コンデンサ及び
スイッチの数と値を選択することで２つより多くの異な
った利得が提供され得る。

【０１４７】電荷増幅器３３０の入力３３５は、好適に
は非反転入力であり、好適には浮動共通基準３３６に接
続される。信号Ｔによってトリガされるソリッドステー
ト・スイッチ３４０が、グラウンドとＶｒｅｆの間で浮
動共通基準３３６を切り換えるために使用される。電荷
増幅器３３０の入力３３７は、好適には反転入力であ
り、ラインＤＲからの電荷の形態の実時間露出データ
か、またはラインＤＩからの電荷の形態の積算データか
の何れかを受信する。どちらの場合でも、電荷増幅器３
３０は出力電圧Ｖｏを提供し、従ってデータ読み出しを
提供する。

【０１４８】ラインＤＩが入力３３７に接続されると
き、積算放射線データが電荷増幅器３３０に入力され、
そこから読み出される。スイッチ３４０は、浮動共通基
準３３６がＶｒｅｆにバイアスされるような位置にな
る。さらに、ソリッドステート・スイッチ３３３は開で
あるので積分コンデンサ３３２だけが好適に使用され
る。ラインＤＲが入力３３７に接続されるとき、実時間
放射線データが電荷増幅器３３０に入力され、そこから
読み出される。スイッチ３４０は、浮動共通基準３３６
がグラウンド電位を受け取るような状態にある。スイッ
チ３３３は好適には閉であるので、積分コンデンサ３３
１及び３３２の両方が使用され、従って電荷増幅器３３
０の利得を下げる。

【０１４９】認識されるように、各ラインＤＲは、特に
図４を参照して上記で説明されたように多数のピクセル
を備えるマクロピクセルからデータを運ぶ。ラインＤＲ
が入力３３７に接続されているとき電荷増幅器３３０の
飽和を防止するために、ラインＤＲからの実時間露出デ
ータの読み出し利得を低減しなければならない。利得の
引き下げは、上記で説明されたように対抗電極３１１を
２つの電極３１２及び３１４に分割し、従ってＣＳを２
つの部分ＣＳ１及びＣＳ２に分割し、上記で説明された
ようにＣＳ１とＣＳ２の間の比を制御して、ＣＳ２から
の実時間放射線データだけをサンプリングすることで達
成される。また、電荷増幅器３３０の読み出し利得がス
イッチ３３３を使用して選択され、利得をさらに低減し
実時間データの所望の合計読み出し利得を調整すること
ができる。

【０１５０】チャネル読み出し電子装置３０１は好まし
くは、特に図４を参照して上記で説明したようにＡＳＩ
Ｃで実施される。認識されるように、図４を参照して上
記で説明したように、ＤＲ／ＤＩセレクタ３２４はソリ
ッドステート・アクティブ・マトリックス・アレイの一
部として実施されるか、またチャネル読み出し電子装置
３０１の一部として実施されることができる。

【０１５１】ここで図９を参照すると、これは、本発明
の好適な代替実施例による、読み出しサイクル中の図８
のピクセル要素３００とチャネル読み出し電子装置３０
１の動作を示すタイミング図である。図９に示されるよ
うに、読み出しサイクルには通常２つの読み出し段階、
すなわち、その間、実時間放射線データがラインＤＲか
ら読み出される実時間データ読み出し段階と、その間、
積算放射線データのフレームがラインＤＩから読み出さ
れる積算データ読み出し段階が含まれる。認識されるよ
うに、蛍光透視法のような動的撮像の用途に適したフレ
ームレートを提供するために、読み出しサイクルの全部
または一部が、積算データの３０フレーム／秒といった
適当に高いレートで定期的に繰り返され得る。

【０１５２】また、ある種の蛍光透視法の場合のよう
に、放射線露出が一般に露出パルスとは対照的に連続的
である場合、実時間データ読み出しから積算データ読み
出しへの移行は所定の時間間隔で行われ得る。認識され
るように、信号Ｉ、Ｔ、Ｒ、Ａ及びＲＥＳＥＴは好適に
はアクティブ状態と非アクティブ状態を有する。ここで
の説明のため、アクティブ状態を「ハイ」と呼び、非ア
クティブ状態を「ロー」と呼ぶ。

【０１５３】図８に示されるように、直流高電圧ＨＶ
は、読み出しサイクルの両方の段階中を通して上部電極
３０８に印加される。図９に示されるように、図８を参
照すると、実時間データ読み出しの開始前に、信号Ｔは
ハイになってスイッチ３４０にトリガを提供し、電荷増
幅器３３０の入力３３５に接続された浮動共通基準３３
６をグラウンドに接続し、従って電極３１４をグラウン
ドに接続する。

【０１５４】信号Ｔがハイになった直後、実時間データ
読み出しの開始と、それに続く浮動共通基準３３６への
グラウンド接続の確定で、信号ＲはハイになってＤＲ／
ＤＩセレクタ３２４のスイッチ３２６にトリガを提供
し、従って、ラインＤＲを電荷増幅器３３０の入力３３
７に接続する。信号Ｒはまたスイッチ３３３をトリガし
て積分コンデンサ３３１を電荷増幅器３３０に接続し、
適当な読み出し利得を提供する。制御ラインＣに印加さ
れる信号Ａはグラウンド電位に維持されるので、電極３
１２と電極３１４の両方は実時間データ読み出し中電荷
増幅器３３０を経由してグラウンドに接続され、一方、
ラインＤＩはＤＲ／ＤＩセレクタ３２４のスイッチ３２
８を経由してＶｒｅｆに接続される。

【０１５５】信号Ｒがハイになった後、Ｖｒｅｆはゼロ
からΔＳＭＡＸの値まで傾斜をもって上昇する。特に図
５（Ａ）及び図５（Ｂ）の垂直破線のラインＤＲを参照
して上記で説明されたように、値ΔＳＭＡＸは、電荷増
幅器３３０によって読み出せる最大信号範囲に関連す
る。Ｖｒｅｆの傾斜上昇の結果、ダイオード３２０は逆
バイアスをかけられ非導通となる。その結果、コンデン
サＣＤはＨＶプラスＶｒｅｆにほぼ等しい値まで充電さ
れる。

【０１５６】Ｖｒｅｆが確定した後、放射線露出が開始
される。特に図２を参照して上記で説明されたように、
放射線露出によって、電子／正孔の対が光電変換層内に
生成される。再結合を生き残った電荷キャリアは電界線
に沿って運ばれ、１つの極性の電荷は上部電極３０８の
方向に移動し反対の極性の電荷はマイクロプレート３１
０の方向に移動し、それによってコンデンサＣＤを放電
する。コンデンサＣＤの放電の量は、光電変換層の、マ
イクロプレート３１０に対応する範囲での露出と、そこ
で発生する暗電流のレベルとの関数である。

【０１５７】コンデンサＣＤの放電の結果として、電位
差がＨＶとＶｒｅｆによってその間に維持されているの
で、上部電極３０８と電極３１２及び３１４の間で電荷
の再分配が生ずる。電荷の再分配によって、各ピクセル
要素３００に対応する各ピクセル蓄積コンデンサＣＳ
は、そのピクセルでの放射線露出と暗電流に対応する電
位ＶＣＳまで充電される。

【０１５８】認識されるように、露出中及びピクセル・
アドレス指定までは、コンデンサＣＳ１の電圧ＶＣＳ１
とコンデンサＣＳ２の電圧ＶＣＳ２は、コンデンサＣＳ
の電圧ＶＣＳに等しい。ピクセル・アドレス指定中は、
ＶＣＳ１はＶＣＳ２と異なる。ＶＣＳ１は積算データ読
み出しに関連し、データ読み出しサイクルにより多く関
係するので、図９ではＶＣＳ１だけが示されている。

【０１５９】説明の目的で、２つの別個の行に配置され
異なった量の放射線にさらされた２つの別個のピクセル
ｉ及びｊの電位ＶＣＳ１が示されている。ピクセルｉの
電位ＶＣＳ１はピクセルｊの電位ＶＣＳ１より急速かつ
大きく上昇するので、ピクセルｉがピクセルｊより多く
の量の放射線にさらされたことを示していることが見ら
れる。

【０１６０】図９によって示されるように、電位ＶＣＳ
１の上昇と同時に、値Ｖｒｅｆは、以下説明されるよう
な画像様式の実時間露出データ処理アルゴリズムによ
り、制御信号３３８（図８）によってますます正の値に
調整される。認識されるように、Ｖｒｅｆの変化による
コンデンサＣＳの電荷再分配は、ＣＤがＣＳよりはるか
に小さく、Ｖｒｅｆの変化の大部分を受け持つので無視
できる。

【０１６１】動的Ｖｒｅｆ値の使用は本発明の好適実施
例の特徴である。値Ｖｒｅｆを調整することで、各ピク
セル要素３００でのＶＣＳ１の最大値、従ってＸ線セン
サ・アレイ１４０（図４）の飽和の前に検出され得るＸ
線放射線の最大量は動的となり、生成されるＸ線画像の
関数となる。通常、直接の、減衰されないＸ線露出を受
けるピクセルのような高い放射線量を受けるピクセルで
高いＶＣＳ１電位が生ずる。Ｖｒｅｆを調整することに
よって、Ｘ線センサ・アレイ１４０（図４）のダイナミ
ックレンジが増大する。

【０１６２】本発明の好適実施例によれば、Ｘ線センサ
・アレイ１４０（図４）のピクセルの飽和は、このよう
なピクセルの結合値、Ｖｒｅｆ−ＶＣＳがグラウンドに
対して正になる時だけ生ずる。飽和の際、飽和したピク
セルのダイオード３２０は順方向バイアスがかけられ導
通し始めるので、マイクロプレート３１０に蓄積した過
剰の電荷はラインＤＩを通じて漏れて流出する。

【０１６３】ダイオード３２０を通して過剰な電荷を流
出させることの利点は、ピクセル回路のアクティブ要素
に対する過電圧が防止されることである。ピクセル回路
における過電圧の問題は当業技術分野で周知であり、回
路の破壊につながる。実時間放射線データ読み出し中、
電荷増幅器３３０は、以下の方法でピクセル要素３００
のグループを含むマクロピクセルでの放射線露出の量に
対応する値Ｖｏを出力する。

【０１６４】電荷再分配の結果、電荷は電極３１２及び
３１４に流れてそこに蓄積し、ひいては露出中マイクロ
プレート３１０に運ばれそこに蓄積された電荷を反映す
る。電極３１４に流れる電荷は、ＣＳに流れる電荷全体
のサンプリングであり、電荷増幅器３３０を通じて流れ
る。電荷増幅器３３０はラインＤＲを通じてマクロピク
セルの全ての電極３１４に流れる電荷を積分し、上記で
説明されたようにマクロピクセルの実時間露出値に対応
する出力値Ｖｏを提供する。

【０１６５】好適には、出力値Ｖｏは所定のレートでリ
セット・スイッチ３３４をトリガするＲＥＳＥＴ信号に
よってリセットされ、この所定のレートは好適には実時
間データ読み出し中一定に留まり、特に図１０を参照し
て以下説明されるように決定される。出力値Ｖｏをリセ
ットすることで実時間放射線データ読み出し中の電荷増
幅器３３０の飽和が防止され、従って、実時間放射線デ
ータの読み出しと共に積算データの読み出しにも同じ電
荷増幅器３３０が使用できるようになる。

【０１６６】露出の終了に続いて、信号Ｒは図９に示さ
れるようにローになり、スイッチ３２６をトリガするの
で、ラインＤＲは電荷増幅器３３０の入力３３７から切
断され直接グラウンドに接続される。信号Ｒはまたスイ
ッチ３３３をトリガするので、積分コンデンサ３３１は
電荷増幅器３３０から切断され、電荷増幅器３３０の利
得が増大する。

【０１６７】信号Ｒがローになった後、信号Ｔはローに
なってスイッチ３４０にトリガを提供し、浮動共通基準
３３６をＶｒｅｆに接続する。浮動共通基準３３６でＶ
ｒｅｆが安定した後、信号Ｉはハイになってスイッチ３
２８にトリガを提供し、ラインＤＩを電荷増幅器３３０
の入力３３７に接続する。積算データ読み出しが、信号
Ａによる行毎の行アドレス指定を通じて開始し、信号Ａ
は所定のアドレス指定レートで順次制御ラインＣをアド
レス指定する。行をアドレス指定するため、信号Ａは急
傾斜でΔＳＭＡＸの値となり、アドレス指定された行の
ピクセル要素３００のダイオード３２０が順方向バイア
スされる。認識されるように、Ｖｒｅｆは積算データ読
み出し中一定である。

【０１６８】アドレス指定されたピクセルでは、露出中
コンデンサＣＳ１に蓄積された電荷がラインＤＩを通じ
てマイクロプレート３１０から電荷増幅器３３０に流れ
る。この電荷流れの結果として、アドレス指定された行
のピクセル要素３００の電位ＶＣＳ１は値（Ｖｒｅｆ−
ΔＳＭＡＸ）まで低下するが、この値は、それ以下では
ダイオード３２０が逆バイアスをかけられ非導通となる
ので、マイクロプレート３１０からそれ以上電荷が流れ
ることを防止するという値である。電荷増幅器３３０は
流れる電荷を積分し、電圧値Ｖｏを出力する。

【０１６９】認識されるように、積算データ読み出し段
階では、電荷増幅器３３０の各出力値Ｖｏは好適には単
一ピクセルのデータに対応する。図９に見られるよう
に、ピクセルｊを含む行の前にピクセルｉを含む行から
の積算データがアドレス指定され、それに関連する積算
データを出力する。出力値Ｖｏが電位ＶＣＳ１の一部だ
けを表すのが本発明の特徴である。電位ＶＣＳ１の残り
の部分は、特に図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して上
記で説明されたように何ら画像情報を伝えない直流成分
を表す。画像情報に寄与しない、直流成分に関連する電
荷は除外される。直流成分を除外することで、Ｘ線画像
に関連するヒストグラムは平行移動され、図５（Ｂ）を
参照して上記で説明されたように、読み出されるＸ線画
像に関する自動階調スケール再マッピング機能を提供す
る。

【０１７０】ＲＥＳＥＴ信号は、積算データ読み出し中
所定のトリガ・レートで供給される電荷増幅器３３０の
リセットに関するトリガである。通常この所定のトリガ
・レートは所望の行アドレス指定及びフレーム読み出し
レートに関連し、実時間データ読み出し中に使用される
トリガ・レートとは異なる。電荷は制御ラインＣを経由
して順次アドレス指定を通じて全ての行から読み出さ
れ、Ｘ線画像を表す積算データのフレームを提供する。
電荷が最終行から読み出された直後に、信号Ｉはローに
なってスイッチ３２８にトリガを提供し、ラインＤＩを
電荷増幅器３３０の入力３３７から切り離しグラウンド
に接続する。

【０１７１】信号ＩがラインＤＩを切り離した後、信号
Ｔはハイになってスイッチ３４０にトリガを提供し、Ｖ
ｒｅｆを浮動共通基準３３６に接続する。Ｖｒｅｆが浮
動共通基準３３６で安定した後、信号Ｒはハイになって
スイッチ３２６にトリガを提供し、ラインＤＲを電荷増
幅器３３０の入力３３７に接続する。信号Ｒはまたスイ
ッチ３３３を閉にし、従って、電荷増幅器３３０の利得
を下げる。

【０１７２】信号Ｒがハイになった後、Ｖｒｅｆはゼロ
まで傾斜下降してダイオード３２０に順方向バイアスが
かかるようにして導通させる。Ｖｒｅｆの傾斜下降によ
ってコンデンサＣＳは完全放電され、ＶＣＳはその最小
値まで低下する。認識されるように、直流成分に関連す
るため積算データ読み出し中は読み出されなかったＣＳ
１からの電荷と、ＣＳ２からの電荷は、この時マイクロ
プレート３１０からダイオード３２０を通じてラインＤ
Ｉに沿って、このときグラウンド電位にあるＶｒｅｆに
漏出する。

【０１７３】各ピクセル要素３００のコンデンサＣＳの
完全放電後、システムはその後の実時間データ読み出し
サイクルに入るよう準備される。ここで図１０を参照す
ると、これは、本発明の好適実施例によって画像様式の
実時間露出データを処理し、改良型線量制御とＶｒｅｆ
値を提供するアルゴリズムのステップを例示するブロッ
ク図である。Ｖｒｅｆ値は、上記で説明されたように放
射線検出の有効なダイナミックレンジの拡大とＸ線画像
のための自動階調スケール再マッピング機能を提供す
る。

【０１７４】認識されるように、ここで説明されるアル
ゴリズムはシステム・ホスト・コンピュータ３４（図
１）に存在するデータ・プロセッサの実時間部によって
Ｘ線露出中に実行される。通常一般Ｘ線撮影法で実行さ
れる様々な種類の試験に関連する露出分析基準はシステ
ム・ホスト・コンピュータ３４（図１）の検査ライブラ
リ・データベースに保存されており、定期的に更新され
る。

【０１７５】露出の前に、実行される個々の検査に関連
する露出分析基準が好適にはブロック３９６に示される
ように検査ライブラリ・データベースから検索される。
検査ライブラリ・データベースから検索される露出分析
基準は、実行されるべき検査の種類と、解剖学的領域、
患者の体格等といった詳細に対応する。検索された露出
分析基準に基づいて、フレーム取り込みと読み出しリセ
ットのためのトリガが所定のレートでブロック３９８に
よって示されるように生成される。特に図７及び図９を
参照して上記で説明されるように、ＲＥＳＥＴ信号のた
めの出力トリガも所定のレートで提供される。

【０１７６】ＲＥＳＥＴトリガ・レートは好適には、露
出分析基準の一部として検索される最大予想露出持続期
間の関数である。実時間露出データを処理するために、
露出持続期間と無関係に一般に一定の数のフレームを
「取り込み」することが望ましい。従って、最大予想露
出が短い場合、適当な数のフレームを取り込むためにト
リガ・レートが通常増大させられる。

【０１７７】ＲＥＳＥＴレートは最大予想露出持続期間
と読み出し電子装置の電荷増幅器のダイナミックレンジ
に基づいて決定され、上記で説明されたように露出中の
読み出し飽和を防止する。露出中、実時間露出データの
フレーム毎の取り込みがブロック４００によって示され
るように行われる。各フレームは好適には、特に図７及
び図９を参照して上記で説明されたように、前の読み出
しのリセット以来蓄積された、画像検出モジュール３０
（図１）の全てのマクロピクセルからの電荷の形態の実
時間露出データを備えている。

【０１７８】ブロック４０２に示されるように、取り込
みされたデータは当業技術分野で周知の方法で較正さ
れ、オフセットと利得の変化が補償される。各読み出し
ＲＥＳＥＴで、サンプリングされた実時間露出データの
前に取り込みされたフレームはブロック４０４に示され
るように保存される。ブロック４０６に示されるよう
に、取り込みされた新しい各フレームについて、構成機
能（composing function）が実行され、最新の取り込み
されたフレームが保存されたフレーム情報と結合され
る。

【０１７９】露出中に生成された構成済データ・フレー
ム（composed data frame)は、ブロック４０８に示され
るように被照射フィールド境界（irradiated field bor
der)の検出に使用される。被照射フィールドは好適に
は、撮像されるべき物体によって変調された１次Ｘ線放
射線が直接衝突する画像検出モジュール３０（図１）の
矩形の範囲である。

【０１８０】被照射フィールドの境界は調整可能であ
り、通常、被照射フィールドが当該領域全体を含むよう
に撮像される当該領域にしたがってコリメータ２４（図
１）によって規定される。さらに、被照射フィールドに
は最大露出を受ける背景領域が含まれるが、これは通常
減衰されないＸ線が衝突する（物体なしで）背景領域で
ある。

【０１８１】認識されるように、撮像される物体からの
放射線散乱によって発生する２次Ｘ線放射線はコリメー
タによって制限されない。放射線散乱は散乱防止格子３
２（図１）を使用して低減することができ、通常被照射
フィールド内外で画像検出モジュール３０（図１）に衝
突する。この散乱の結果、物体の最大減衰に対応する被
照射フィールド内の最小露出値は、場合によっては被照
射フィールド境界外の露出値より低いことがある。

【０１８２】本発明によって説明された境界検出方法
は、画像検出モジュール３０（図１）の各行及び各列に
沿った最大露出値の検出に基づいている。被照射フィー
ルドを横断しない行と列は、被照射フィールドを横断す
る行と列よりはるかに低い最大露出値を有する。ブロッ
ク４０８に示される被照射フィールド境界の検出は、本
発明の好適実施例による被照射フィールド境界の検出の
ステップを詳細に説明する図１１をさらに参照すること
によって理解される。

【０１８３】また、本発明の好適実施例による境界検出
ステップを理解する際有用なグラフによる例示である図
１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）も参照される。図１１に見
られるように、好適にはＸ×Ｙマクロピクセルのマトリ
ックスを備える上記で説明されたような構成済データ・
フレームが、ブロック４１０で示されるようにロードさ
れる。好適には、ＸとＹの積はマクロピクセルＭの合計
数に等しい。

【０１８４】ローディングに続いて、各行ｉの各マクロ
ピクセルの露出値が評価され、行ｉに対する最大露出値
Ｓ_Xi（ＭＡＸ）が決定される。ブロック４１２によって
示されるように、全ての行の最大露出値が計算され、全
ての行に対するＳ_Xi（ＭＡＸ）値を備えるベクトルが生
成される。サンプル結果ベクトル（sample resultingve
ctor)の値が図１２（Ａ）に示される。

【０１８５】評価に続いて、各列ｊの各マクロピクセル
の露出値が評価され、列ｊに対する最大露出値Ｓ_Yj（Ｍ
ＡＸ）が決定される。全ての列の最大露出値が計算さ
れ、ブロック４１４によって示されるように全ての列に
対するＳ_Yj（ＭＡＸ）値を含むベクトルが生成される。
サンプル結果ベクトルの値が図１２（Ｂ）に示される。
各ベクトルＳ_Xi（ＭＡＸ）とＳ_Yj（ＭＡＸ）は、しきい
値弁別基準によって、要素毎に第１ベクトル要素から最
終ベクトル要素までとその最終要素からその第１要素ま
で分析され、所定のしきい値が交差する２つの行Ｘａ及
びＸｂと２つの列Ｙａ及びＹｂを決定し、それによって
ブロック４１６によって示され図１１に図示されるよう
に被照射フィールドの境界を規定する。認識されるよう
に、被照射フィールドを規定する各境界は好適には±１
マクロピクセルの位置決め精度で決定される。

【０１８６】ベクトル最大値を使用する、または平均最
大ピーク値を使用して線量正規化しきい値を提供すると
いった、しきい値弁別基準を決定する様々な方法が実現
され得る。また、露出中に被照射フィールドを決定する
他の方法も使用することができる。通常一般Ｘ線撮影法
では、画像検出モジュール３０（図１）のアクティブ範
囲は４３．１８cm（１７”）×４３．１８cm（１７”）
で一定である。周知のように、検査には多様なさらに小
さい撮像範囲が必要であるが、これはスクリーン／フィ
ルム・システムの場合、小型のカセットを使用する、ま
たは風景や人物の撮像のためのカセットを設置すること
によって達成されるであろう。デジタル撮像の場合、被
照射フィールド境界を決定し、フィールド境界外の範囲
であり、従って無関係な範囲からデータを除外する能力
によって、以下説明されるようにデータ分析のさらに良
好な精度が提供される。

【０１８７】図１３の例示では、被照射フィールドを構
成するマクロピクセルの広域クラスタが参照番号４１８
によって示される。参照番号４１９は、図１０を参照し
て以下説明されるような被照射フィールドの境界内のマ
クロピクセルの領域クラスタを示す。認識されるよう
に、広域クラスタ４１８は通常ヒストグラム分析のため
に使用され、領域クラスタ４１９は通常以下説明される
ように密度分析のために使用される。

【０１８８】図１０に戻ると、被照射フィールド境界の
決定に続くステップは、ブロック４２０に示される広域
マクロピクセル・マップと、ブロック４２２によって示
される領域マクロピクセル・マップの生成である。広域
マクロピクセル・マップは広域クラスタ４１８（図１
３）内の全てのマクロピクセルの露出階調値（explosur
e tone valne）を含み、一方領域マクロピクセル・マッ
プは領域クラスタ４１９（図１３）の露出階調値を含
む。

【０１８９】領域クラスタ４１９（図１３）の位置は画
像検出モジュール３０（図１）に対して一定であること
ができる。代替的または追加的に、領域クラスタ４１９
（図１３）の位置は被照射フィールド原点に対して調整
可能とすることもできる。領域クラスタ４１９（図１
３）を形成するよう選択されるマクロピクセルは、ブロ
ック３９６に示されるように、実行されるべき検査の種
類に応じた露出分析基準によって決定され得る。すなわ
ち、検査の種類は各々、個々の検査に対してより高い精
度の露出感知を提供する固有の領域クラスタスキームに
関連する。

【０１９０】露出中、広域及び／または１つかそれ以上
の領域マクロピクセル・マップは、ブロック３９６によ
って示されるように実行されるべき検査に応じて検査ラ
イブラリから検索される露出分析基準に対して、ブロッ
ク４２４によって示されるように比較分析される。例え
ば、分析はヒストグラム比較に基づき、当該領域の画像
コントラストが診断目的のために許容可能な値に達する
露出持続期間を提供する。所望のコントラスト・レベル
が達成されると、露出は好適には、ブロック４２６によ
って示されるように、露出終了信号をＸ線発生器４０
（図１）に送信することで終了する。また、露出パラメ
ータがＸ線発生器４０（図１）の操作卓（図示せず）に
入力される場合、露出終了信号はＸ線発生器４０（図
１）を制御せず、終了は露出終了信号に基づかない従来
の方法で実行される。

【０１９１】実際の露出の持続期間は、通常上記で論じ
られた最大予想露出時間より短く、そのアルゴリズムの
出力によって制御され、自動露出制御としても知られる
線量制御を提供する。認識されるように、実際の露出の
持続期間が最大予想露出時間を越えることが可能になる
場合はなく、撮像システムの安全な動作が保証される。

【０１９２】本発明の好適実施例によれば、画像様式の
照射データは実時間で利用可能なので、広域マクロピク
セル・マップの画像コントラスト及び／または領域マク
ロピクセル・マップの密度レベルを決定する実時間画像
分析のための適当な周知の方法が本発明の好適実施例で
実施され、自動露出制御のために使用される。露出制御
に加えて、広域マクロピクセル・マップのヒストグラム
が分析され、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）を参照して上記
で説明されたような被照射フィールド内の動的最小露出
レベルを決定する。最小露出レベルは、Ｘ線露出中のあ
る任意の時点で、ブロック４２８によって示されるよう
にＶｒｅｆの値を制御及び設定するために使用される。
Ｖｒｅｆの制御は調整可能電源２０３（図６）または調
整可能電源３０３（図８）に出力され、Ｖｒｅｆの値を
動的に調整することで生成されるＸ線画像から直流成分
を除外し、上記で説明されたように放射線検出のダイナ
ミックレンジを拡大すると共にＸ線画像の読み出し及び
後処理のための自動階調スケール再マッピング機能を提
供する。

【０１９３】認識されるように、従来技術のソリッドス
テート・デジタルＸ線装置からＸ線画像を読み出しする
際、表示または印刷可能な画像を生成するために生デー
タの大きな画像処理が通常必要である。画像処理の量
は、処理される基本ピクセルの量と、通常１２〜１６ビ
ットである、各ピクセルに関連するビットの数とのため
に大きなものになる。

【０１９４】本発明の好適実施例によれば、露出後のＸ
線画像読み出しと画像処理は、被照射フィールド境界が
露出中に検出され画像読み出し及び後処理の間被照射フ
ィールドの外のピクセルを無視することができるという
事実のために単純化される。画像処理はＶｒｅｆの機構
によって発生する自動階調スケール再マッピングによっ
てさらに単純化され加速される。認識されるように、上
記で説明されたように、Ｖｒｅｆを使用して階調スケー
ル再マッピングを提供する場合、アナログＸ線画像をデ
ジタルＸ線画像に変換する際使用されるピクセル毎のビ
ット数は８ビットに削減される。

【０１９５】当業技術分野に熟練した者によって、本発
明は上記で説明されたものに制限されるものではないこ
とが認識される。本発明の範囲には、上記の開示を読む
際当業技術分野に熟練した者に想起され、従来技術にな
い様々な特徴及びそれに対する修正及び追加の組合せ及
び副次的組合せが含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例による高度画像検出モジ
ュールを組み込んだデジタルＸ線システムを例示する図
である。

【図２】本発明の好適な実施例による図１の画像検出モ
ジュールの一部を形成するＸ線センサ・アレイを例示す
る図である。

【図３】本発明の好適な実施例による図２のソリッドス
テート・アクティブ・マトリックス・アレイのある領域
を概略例示する図である。

【図４】本発明の好適な実施例によって構成され動作す
る画像検出モジュールを概略例示する図であって、その
一部を形成するＸ線センサ・アレイの部分裁断実体図を
含む。

【図５】本発明の好適実施例によって撮像される患者の
２つの異なった当該解剖学的領域の検査をそれぞれ表
す、平行移動前後の２つの異なった合成Ｘ線画像ヒスト
グラムをグラフによって例示した図である。

【図６】本発明の好適な実施例による基本ピクセル要素
とそれに関連する読み出し電子装置の概略回路図であ
る。

【図７】本発明の好適な実施例による読み出しサイクル
中の図６のピクセル回路の動作を示すタイミング図であ
る。

【図８】本発明の代案の好適な実施例による基本ピクセ
ル要素とそれに関連する読み出し電子装置の概略回路図
である。

【図９】本発明の代案の好適な実施例による読み出しサ
イクル中の図８のピクセル回路の動作を示すタイミング
図である。

【図１０】本発明の好適な実施例による画像様式の実時
間露出データを処理するアルゴリズムのステップを例示
する構成図である。

【図１１】本発明の好適な実施例による被照射フィール
ド境界の検出のステップを示す構成図である。

【図１２】本発明の好適な実施例による境界検出ステッ
プを理解するのに有用なグラフによって例示した図であ
る。

【図１３】被照射フィールドを構成するマクロピクセル
の広域クラスタを例示した図である。

【符号の説明】

２０…ディジタルＸ線撮像システム ２２…Ｘ線発生源（Ｘ線管） ２４…コリメータ ２６…患者 ２８…Ｘ線透過性患者支持具 ３０…画像検出モジュール ３２…散乱防止格子 ３４…システム・ホスト・コンピュータ ３６…通信リンク ３８…高速データリンク ４０…Ｘ線発生器 ４２…モニタ ５０…Ｘ線センサ・アレイ ５２，１５０…上部導電性層 ５４，１５２…第１電荷阻止層 ５６，１５４…光電変換層 ５８，１５６…第２電荷阻止層 ６０，１５８…ソリッドステート・アクティブ・マトリ
ックス・アレイ ６２，１６０…支持基板 １００…個別電荷蓄積ピクセル要素 １０２…アドレス指定端子 １０４…積算放射線データ出力端子 １０６…実時間放射線データ出力端子 １０８…クラスタ １３０…画像検出モジュール １４０…Ｘ線センサ・アレイ １４２…行制御装置 １４４…読み出し電子装置 １６２，２００，３００…基本ピクセル要素 １６４…マクロピクセル １７０，２２４，３２４…ＤＲ／ＤＩセレクタ １７２…多チャンネル低雑音電荷増巾器 １７４…多チャンネル・アナログ・ホンプルホールド １７６…アナログマルチプレクサ １７８，２３６，３３６…浮動共通基準 １８０，２３０，３３０…電荷増巾器 １８２，２３１，２３２，３３１，３３２…積分コンデ
ンサ １８４…電荷リセットスイッチ １８６…Ａ／Ｄ変換器 ２０１，３０１…チャネル読み出し電子装置 ２０２，３０２…アドレス指定端子 ２０３，３０３…調整可能電源 ２０４，３０４…積算データ出力端子 ２０６，３０６…実時間放射線データ出力端子 ２０８，３０８…連続上部電極 ２１０，３１０…マイクロプレート ２１１，３１１…対抗電極 ２１２，２１４，３１２，３１４…電極 ２１８…制御信号 ２２０…ダイオード ２２２…トランジスタ ２２６，２２８，３２６，３２８…ソリッド・ステート
・トランジスタ・スイッチ ２３３，２４０，３３３，３４０…ソリッドステート・
スイッチ ２３４，３３４…リセット・スイッチ ２３５，２３７，３３７…電荷増巾器入力 ３９６，３９８，４００，４０２，４０４，４０６，４
０８，４１８，４１９，４２０，４２２，４２４，４２
６，４２８…図１０のブロック図のブロック番号 ４１０，４１２，４１４，４１６…図１１のブロック図
のブロック番号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｈ０４Ｎ 5/32 31/09 Ｈ０５Ｇ 1/44 Ａ Ｈ０４Ｎ 5/32 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｋ Ｈ０５Ｇ 1/44 31/00 Ａ

Claims (49)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射線撮像装置であって、 実時間放射線データと積算放射線データを提供するよう
   動作する複数の放射線感知要素と、 前記複数の放射線感知要素に結合され、前記実時間放射
   線データの読み出しと前記積算放射線データの読み出し
   を提供し、放射線画像を提供するために前記積算放射線
   データを利用するよう動作する回路とを備える放射線撮
   像装置。
2. 【請求項２】 前記複数の放射線感知要素が、少なくと
   も１つの空間解像度での実時間放射線感知のために利用
   される前記複数の放射線感知要素の少なくとも１つの第
   １グループと、少なくとももう１つの空間解像度での積
   算放射線感知のために利用される放射線感知要素の少な
   くとも１つの第２グループとを含む、請求項１に記載の
   放射線撮像装置。
3. 【請求項３】 複数のセルを有する放射線感知装置であ
   って、前記セルの各々が、 放射線センサと、 前記放射線センサに接続され、前記放射線センサによっ
   て感知された実時間放射線データを出力する第１出力端
   子と、 前記放射線センサに接続され、前記放射線センサをアド
   レス指定するために利用される入力端子と、 前記放射線センサに接続され、アドレス指定されるとき
   前記放射線センサによって感知される積算放射線データ
   を出力する第２出力端子とを含む放射線感知装置。
4. 【請求項４】 前記複数のセルがクラスタ、行及び列接
   続を有するマトリックス・アレイに配置され、それによ
   って、 クラスタ内のセルの前記第１出力端子が共通クラスタ・
   データ出力ラインに接続され、 行内のセルの前記のアドレス指定入力端子が共通行アド
   レス指定ラインに電気的に接続され、 列内のセルの前記第２出力端子が共通列データ出力ライ
   ンに接続される、請求項３に記載の放射線感知装置。
5. 【請求項５】 前記クラスタの数が一般に列の数に等し
   い、請求項４に記載の放射線感知装置。
6. 【請求項６】 データ読み出しのための回路をさらに備
   える、請求項４に記載の放射線感知装置。
7. 【請求項７】 データ読み出しのための回路と、前記ク
   ラスタからのデータと前記列からのデータの間で選択を
   行うよう動作するソリッドステート・スイッチとをさら
   に備える、請求項５に記載の放射線感知装置。
8. 【請求項８】 実時間放射線データが前記クラスタ・デ
   ータ出力ラインから同時に第１空間解像度で読み出さ
   れ、 積算放射線データが、前記共通行アドレス指定ラインの
   順次行毎のマトリックス・アドレス指定によって前記共
   通列データ出力ラインから第２空間解像度で読み出され
   る、請求項４に記載の放射線感知装置。
9. 【請求項９】 前記実時間放射線データが自動露出制御
   のために利用される、請求項８に記載の放射線感知装
   置。
10. 【請求項１０】 感知された前記の放射線が電離放射線
    である、請求項３に記載の放射線感知装置。
11. 【請求項１１】 前記電離放射線がＸ線放射線である、
    請求項１０に記載の放射線感知装置。
12. 【請求項１２】 ソリッドステート放射線撮像装置であ
    って、 プレート電極と、 光電変換層であって、前記の電極の下に置かれ、前記プ
    レート電極を通過して前記の層に衝突する放射線を電荷
    キャリアに変換するよう動作する光電変換層と、 前記光電変換層の下に置かれ、前記電荷キャリアを蓄積
    するよう動作する複数のピクセル・コンデンサを含むソ
    リッドステート・アクティブ・マトリックス・アレイで
    あって、各前記ピクセル・コンデンサが、 アドレス指定可能マイクロプレートと、 区分対抗電極とを含むソリッドステート・アクティブ・
    マトリックス・アレイと、 前記アドレス指定可能マイクロプレートの選択的アドレ
    ス指定のための制御回路と、 前記の対抗電極の少なくとも１つの区分に流れる電荷を
    感知し、それによって実時間露出情報を提供し、かつ前
    記アドレス指定可能マイクロプレートのアドレス指定さ
    れた１つから蓄積された電荷を感知し、それによって前
    記放射線に関連する積算放射線情報を提供するための読
    み出し回路とを備えるソリッドステート放射線撮像装
    置。
13. 【請求項１３】 前記の区分対抗電極が各々少なくとも
    ２つの異なった静電容量に関連する少なくとも２つの異
    なった区分に分割され、電荷の流れがそれから感知され
    る前記区分の少なくとも１方の区分に関連する静電容量
    が、前記の少なくとも２つの区分の他方のものに関連す
    る静電容量より１〜２桁小さい、請求項１２に記載のソ
    リッドステート放射線撮像装置。
14. 【請求項１４】 各々が前記アドレス指定可能マイクロ
    プレートの１つをアドレス指定するよう動作する低雑音
    スイッチングトランジスタをも備える、請求項１２に記
    載のソリッドステート放射線撮像装置。
15. 【請求項１５】 各前記低雑音スイッチングトランジス
    タと直列のダイオードをも備え、前記ダイオードが一般
    に各前記ピクセル・コンデンサでの過剰な電荷の蓄積を
    防止し、回路の破壊を防止するよう動作する、請求項１
    ４に記載のソリッドステート放射線撮像装置。
16. 【請求項１６】 各々が前記アドレス指定可能マイクロ
    プレートの１つをアドレス指定し、そして一般に各前記
    ピクセル・コンデンサでの過剰な電荷蓄積を防止して回
    路の破壊を防止するよう動作するスイッチング・ダイオ
    ードをも備える、請求項１２に記載のソリッドステート
    放射線撮像装置。
17. 【請求項１７】 さらに、前記対抗電極の前記少なくと
    も１つの区分に流れる電荷か、または前記アドレス指定
    可能マイクロプレートの前記アドレス指定されたものか
    らの蓄積された電荷のどちらが前記読み出し回路によっ
    て感知されるかを選択するためのソリッドステート・セ
    レクタを含む、請求項１２に記載のソリッドステート放
    射線撮像装置。
18. 【請求項１８】 前記読み出し回路が、前記対抗電極の
    少なくとも１つの区分に流れる電荷の読み出しのための
    少なくとも第１利得値と、前記アドレス指定可能マイク
    ロプレートの前記アドレス指定されたものから蓄積され
    た電荷の読み出しのための少なくとも第２利得値とを規
    定する、請求項１７に記載のソリッドステート放射線撮
    像装置。
19. 【請求項１９】 前記読み出し回路が、前記対抗電極の
    少なくとも１つの区分に流れる電荷を感知するよう動作
    する第１専用読み出し回路と、前記アドレス指定可能マ
    イクロプレートの前記アドレス指定されたものから蓄積
    された電荷を感知するよう動作する第２専用読み出し回
    路とを含む、請求項１２に記載のソリッドステート放射
    線撮像装置。
20. 【請求項２０】 前記衝突する放射線が電離放射線であ
    る、請求項１２に記載のソリッドステート放射線撮像装
    置。
21. 【請求項２１】 前記電離放射線がＸ線放射線である、
    請求項２０に記載のソリッドステート放射線撮像装置。
22. 【請求項２２】 前記光電変換層が光導電体と、前記光
    導電体の上及び下に置かれた電荷阻止層とを含む、請求
    項１２に記載のソリッドステート放射線撮像装置。
23. 【請求項２３】 前記電荷阻止層が対抗する単極性阻止
    特性を有する、請求項２２に記載のソリッドステート放
    射線撮像装置。
24. 【請求項２４】 前記光導電体がアモルファス・セレン
    及びセレン合金の少なくとも１つから形成される、請求
    項２２に記載のソリッドステート放射線撮像装置。
25. 【請求項２５】 前記光導電体が、ヨウ化鉛、酸化鉛臭
    化タリウム、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム
    亜鉛、硫化カドミウム、及びヨウ化水銀からなるグルー
    プから選択される材料から形成される、請求項２２に記
    載のソリッドステート放射線撮像装置。
26. 【請求項２６】 前記実時間露出情報が一般に画像様式
    である、請求項１２に記載のソリッドステート撮像装
    置。
27. 【請求項２７】 制御可能Ｘ線発生源をも備える、請求
    項１２に記載のソリッドステート放射線撮像装置。
28. 【請求項２８】 前記実時間露出情報が、前記制御可能
    Ｘ線発生源からの放射線露出の終了を制御するために使
    用される、請求項２７に記載のソリッドステート撮像装
    置。
29. 【請求項２９】 前記複数のピクセル・コンデンサに蓄
    積された前記の積算された電荷から一定の成分を除外す
    るために調整可能基準バイアス電位を利用する、請求項
    １２に記載のソリッドステート撮像装置。
30. 【請求項３０】 前記実時間露出情報が、前記の基準バ
    イアス電位を動的に調整するために使用される、請求項
    ２９に記載のソリッドステート放射線撮像装置。
31. 【請求項３１】 前記基準バイアス電位の動的調整が、
    感知された放射線画像から直流成分を実時間で自動的に
    除外し、それによって前記ソリッドステート放射線撮像
    装置のダイナミックレンジを拡大する、請求項３０に記
    載のソリッドステート放射線撮像装置。
32. 【請求項３２】 前記基準バイアス電位の動的調整が、
    前記積算放射線情報の階調スケール再マッピングを自動
    的に提供する、請求項３０に記載のソリッドステート放
    射線撮像装置。
33. 【請求項３３】 放射線撮像方法であって、 撮像されるべき物体の下に置かれた放射線検出モジュー
    ルを提供するステップと、 撮像されるべき前記物体を放射線に露出するステップ
    と、 少なくとも２つの異なった空間解像度で前記物体に対応
    する露出データを提供するために前記放射線検出モジュ
    ールを利用するステップとを含む方法。
34. 【請求項３４】 前記少なくとも２つの異なった空間解
    像度の１つで露出データを提供する前記ステップが露出
    中一般には連続的に実時間で実行される、請求項３３に
    記載の方法。
35. 【請求項３５】 画像様式の放射線検出の方法であっ
    て、 制御可能電離放射線発生源を提供するステップと、 複数の感知要素を有する画像検出モジュールを提供する
    ステップと、 前記制御可能電離放射線発生源と前記画像検出モジュー
    ルの間に撮像されるべき物体を配置するステップと、 撮像されるべき前記物体を前記制御可能電離放射線発生
    源によって放射される放射線に露出するステップと、 露出中前記画像検出モジュールに衝突する放射線に対応
    する前記複数の感知要素から実時間データを一般に連続
    的に提供するステップと、 前記画像検出モジュールに衝突する放射線の積算レベル
    に対応する積算データを提供するために、前記複数の感
    知要素でデータを積算するステップと、 前記画像検出モジュールにフィードバックを提供するた
    めに前記実時間データを実時間処理するステップと、 撮像されるべき前記物体に対応するデジタル画像表示を
    提供するために前記積算データを処理するステップとを
    含む画像様式の放射線検出の方法。
36. 【請求項３６】 前記フィードバックが、終了信号を前
    記制御可能電離放射線発生源に提供するために利用さ
    れ、従って自動露出制御を提供する、請求項３５に記載
    の方法。
37. 【請求項３７】 前記フィードバックが、撮像されるべ
    き前記物体に関連する情報を一般に含まない成分を前記
    積算データから除外するために利用され、従って前記画
    像検出モジュールのための拡大されたダイナミックレン
    ジを提供する、請求項３５に記載の方法。
38. 【請求項３８】 前記の除外のステップが前記積算デー
    タの階調スケール再マッピングを提供する、請求項３７
    に記載の方法。
39. 【請求項３９】 前記の除外のステップが、前記画像検
    出モジュールに対して増大された暗電流許容度を提供す
    る、請求項３７に記載の方法。
40. 【請求項４０】 前記積算データが前記実時間データの
    感知によって減衰されない、請求項３５に記載の方法。
41. 【請求項４１】 Ｘ線放射線画像検出モジュールにおい
    て一般に矩形の被照射フィールドを検出する方法であっ
    て、 行と列に配置された画像ピクセル・アレイを含むＸ線放
    射線センサを提供するステップと、 行中の最大露出値を決定するために前記画像ピクセル・
    アレイの前記行を探索するステップと、 列中の最大露出値を決定するために前記画像ピクセル・
    アレイの前記列を探索するステップと、 前記行の前記最大露出値を含むベクトルを生成するステ
    ップと、 前記列の前記最大露出値を含むベクトルを生成するステ
    ップと、 前記ベクトルを分析し、その交差が前記一般に矩形の被
    照射フィールドを規定する２つの行と２つの列を決定す
    るために線量正規化しきい値弁別基準を適用するステッ
    プとを含む被照射フィールドを検出する方法。
42. 【請求項４２】 探索される前記画像ピクセル・アレイ
    の前記行と列が、マクロピクセルの行と列であり、そこ
    に各該マクロピクセルが画像ピクセルのクラスタを含
    む、請求項４１に記載の方法。
43. 【請求項４３】 前記一般に矩形の被照射フィールドが
    実時間で検出される、請求項４２に記載の方法。
44. 【請求項４４】 前記一般に矩形の被照射フィールドが
    露出の後検出される、請求項４１に記載の方法。
45. 【請求項４５】 Ｘ線システムにおける自動露出制御の
    ための方法であって、 撮像されるべき物体の下に置かれた画像ピクセルのアレ
    イを含む放射線検出器を提供するステップと、 撮像されるべき前記物体を照射するステップと、 前記放射線検出器で、前記画像ピクセルの少なくとも幾
    つかにわたる被照射フィールドを実時間で検出するステ
    ップと、 少なくとも１つのローカル領域を決定するために前記の
    検出された被照射フィールドを利用するステップと、 前記少なくとも１つのローカル領域の各々に対して領域
    ピクセル・マップを生成するステップであって、各前記
    領域ピクセル・マップが前記の対応するローカル領域内
    に含まれる画像ピクセルの露出値を含むステップと、 露出終了のタイミングを決定するために関連分析基準を
    使用して前記領域ピクセル・マップを繰り返し分析する
    ステップと、 露出終了信号を提供するステップとを含む自動露出制御
    のための方法。
46. 【請求項４６】 ローカル領域、対応する領域ピクセル
    ・マップとそれらに関連する分析基準が個々の診断用検
    査によって選択される、請求項４５に記載のＸ線システ
    ムにおける自動露出制御のための方法。
47. 【請求項４７】 放射線画像の高度検出のための方法で
    あって、 撮像されるべき物体の下に置かれた画像ピクセルのアレ
    イを含む放射線画像検出器を提供するステップと、 撮像されるべき前記物体を照射するステップと、 前記の画像検出器で前記画像ピクセルの少なくとも幾つ
    かにわたる被照射フィールドを実時間で検出するステッ
    プと、 前記被照射フィールド内に含まれる画像ピクセルの露出
    値を含む広域ピクセル・マップを決定するために前記の
    検出された被照射フィールドを利用するステップと、 前記放射線画像検出器にフィードバックを提供するため
    に関連分析基準を使用して前記広域ピクセル・マップを
    繰り返し分析するステップと、 放射線画像の高度検出のため前記フィードバックを利用
    するステップとを含む放射線画像の高度検出のための方
    法。
48. 【請求項４８】 前記広域ピクセル・マップを繰り返し
    分析する前記ステップが、ピクセルの数対露出値のヒス
    トグラム分布を繰り返し生成するステップと、前記ヒス
    トグラム分布を画像様式の分析をするステップとを含
    む、請求項４７に記載の放射線画像の高度検出のための
    方法。
49. 【請求項４９】 前記放射線画像検出器への前記フィー
    ドバックが露出終了出力を提供するために利用される、
    請求項４７に記載の方法。