JP2004510142A - Ｘ線画像検出装置における露光制御 - Google Patents
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Abstract
Ｘ線検出装置は、検出画素（２０）の配列より成り、各画素（２０）は、入射輻射を電流に変換する変換要素（２６；２６０）より成り、電荷保存要素（２８）および切替装置（２９）が蓄積された電荷を画素（２０）の出力に供給可能にする。複数のドーズ検出画素がドーズ検出要素（４０；５０）より成る。Ｘ線露光中に前記変換要素（２６；２６０）からの電流が前記電荷保存要素（２８）に蓄積される電荷を変化させ、前記画素（２０）から読み出され得るドーズ検出信号が生成される。ドーズ検出画素は、画素電荷保存要素に格納された電荷を読み出すことなしに、ドーズ信号を取得可能にし、ドーズ検出が露光中でも実行可能にする。
Description
【０００１】
本発明はＸ線検出器およびその検出器を使用するＸ線検査装置に関する。その検出器は、画像信号に加えて露光制御信号を提供する。特に、本発明が関連するＸ線検査装置において、露光測定回路はソリッド・ステートＸ線検出回路と一体化され、これは画像捕捉過程におけるリアル・タイムのＸ線露光制御を可能にする。
【０００２】
患者へのＸ線露光は、検査する組織の吸収性の関数として制御されるべきであることは良く知られている。例えば、高い強度の過剰露出領域は、例えば患者のような検査される対象によって減衰させられていない（またはほとんど減衰していない）Ｘ線による画像を生じさせる。例えば肺組織のようなＸ線吸収性の低い組織は、低い減衰率を与え、このため、所与のコントラストの画像を得るためにおよび画像検出器の飽和を回避するために、低いＸ線露光を必要とする。
【０００３】
当業者にとって既存のＸ線検査装置の形態は良く知られている。一般に、装置は、Ｘ線ビームを利用して放射線により検査される患者に放射線を照射するためのＸ線ソースを有する。患部のＸ線吸収性の局所的な相違に起因して、Ｘ線画像が形成される。Ｘ線装置はＸ線画像から画像信号を導出する。光学センサを利用する検出器では、検出器は入射Ｘ線エネルギを光学信号に変換する変換層または面を有する。従来、これら光信号は、画像増強ピックアップ・チェーン（ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ ｐｉｃｋ−ｕｐ ｃｈａｉｎ）によって大きく検出され、これはＸ線増強装置およびテレビジョン・カメラを有する。
【０００４】
この種の既知のＸ線装置は、米国特許第５，４６１，６５８号に開示されている。この文献は、更に、露光制御システムを開示しており、そこでは、Ｘ線ソースを調整するために補助光検出システムが光学画像における局所的な輝度値を利用するものである。この補助光検出システムは、光学画像における輝度を局所的に測定するＣＣＤセンサを含む。露光制御システムは、測定した露光値から制御信号を導出し、この制御信号を利用してＸ線装置を調整し、高い診断特性のＸ線画像が形成され表示されるようにして、言い換えればＸ線画像に詳細が包含され可視的に良好に再生成されるようにする。制御信号は、Ｘ線ビームの強度および／またはエネルギを制御し、画像信号の増幅を制御するためにも使用される。量ステップは、画像信号の信号レベルに直接的にまたは間接的に影響する。
【０００５】
最近、ソリッド・ステートＸ線検出器の利用が提案されている。このような装置に関し、２つの基本形態がある。
【０００６】
「間接（ｉｎｄｉｒｅｃｔ）」検出形態では、入射Ｘ線放射が最初に光に変換される。光検知セルの配列が用意され、各々は光検知素子（フォトダイオード）および電荷保存装置（これは、別個の素子とすることも可能であり、またはフォトダイオードの自己容量とすることも可能である。）より成る。
【０００７】
「直接（ｄｉｒｅｃｔ）」検出形態では、Ｘ線検出光伝導体を利用して、Ｘ線を電子に直接的に変換する。光伝導体は何らの自己容量を有しないので、電荷保存装置として機能するように、薄膜技術によってキャパシタが作成される。
【０００８】
Ｘ線露光中に、各セルへの入射光は、露光時間の終わりに読み出されるように、電荷保存装置における電荷レベルに蓄積される。格納された電荷の読み出しは、画像センサを効率的にリセットし、これはＸ線露光期間の終了時にのみ実行される。したがって、そのような出力は露光の終わりにのみ利用可能であるので、この種の画像センサからの出力信号を利用して、リアル・タイムで露光期間を制御することは不可能である。ソリッド・ステート画像センサ装置のこの性質は、実現されるべきＣＣＤを利用した上述のフィードバック制御方式をも妨げる。
【０００９】
ドーズ制御を行う１つの可能な手法は、取得した画像を分析し、異なる露光レベルで画像捕捉プロセスを反復することである。もっとも、これは、潜在的に有害なＸ線放射の、患者への全体的な露光量を増加させ、また、画像が迅速に変化する用途、すなわち様々な視点からの画像が迅速に連続的に必要な用途には不適切である。
【００１０】
ソリッド・ステート画像検出器には依存しない外部ドーズ検出携帯が提案されているが、これは、画像品質を劣化させ得る。したがって、リアル・タイムのドーズ制御を可能にし、ソリッド・ステート画像センサに使用され得るドーズ検出形態が必要とされている。
【００１１】
本発明により提供され得るＸ線検出装置は、検出画素の配列より成り、各画素は、入射輻射を電流に変換する変換要素より成り、電荷保存要素および切替装置が蓄積された電荷を画素の出力に供給可能にし、複数のドーズ検出画素がドーズ検出要素より成り、Ｘ線露光中に前記変換要素からの電流が前記電荷保存要素に蓄積される電荷を変化させ、前記画素から読み出され得るドーズ検出信号が生成される。
【００１２】
本検出装置は、Ｘ線検査装置で使用されるのが好ましく、検査される対象をＸ線エネルギにさらすためのＸ線源を有する。本検出装置は、検査される前記対象により減衰した後にＸ線画像を受信する。
【００１３】
更に、本装置は、入射Ｘ線信号を光学信号に変換する燐光体層（ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｌａｙｅｒ）より成り、この変換素子はフォトダイオードのような光学センサを形成する。電荷保存素子は、フォトダイオードに並列した別個の素子とすることが可能であり、または、フォトダイオードの自己容量（ｓｅｌｆ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）とすることも可能である。
【００１４】
あるいは、変換素子は光伝導体より成り、Ｘ線放射を電荷の流れに直接的に変換することも可能である。
【００１５】
ドーズ検出画素は、画素電荷保存素子に格納される電荷を読み出すことなしに、ドーズ信号を取得することを可能にし、ドーズ検出が露光中に実行され得るようにする。
【００１６】
画素は、行および列に配列され、画素の行が行アドレス・ラインを共有し、画素の列が列読み出しラインを共有し、前記電荷保存要素が、総ての画素に共通の共通電極および前記列読み出しラインの間に直列に結合され、切替装置が前記行アドレス・ラインにより制御される
これは既知の画素形態である。利用時にあっては、電荷保存素子が総て最初にプリ・チャージされる。露光中に、変換素子が絶縁され（スイッチング素子がターン・オフされることにより）、電荷の流れが、電荷保存素子の部分的な放電になる。放電レベルはサイクルの終了時に測定され（そのキャパシタを再充電するのに必要な電荷の流れを測定することにより）、照度レベルを表現する。この既知の画素形態を様々な形態で応用し、本発明のドーズ検出画素を提供することが可能である。
【００１７】
前記電荷保存要素および前記切替装置の間でノードが定められ、前記ドーズ検出画素のドーズ検出要素が、更に、前記ノードおよびドーズ信号読み出し線の間で接続された電荷保存要素より成る。この電荷保存素子に電荷が供給されると、ドーズ信号読み出しラインの終端における電荷検出増幅器によって電荷の流れが測定され得る。しかしながら、格納された電荷は露光時間の終端でも読み出されることが可能であり、何らの画像信号も失われない。
【００１８】
あるいは、ドーズ検出画素のドーズ検出要素が、総てのドーズ検出画素に共通のドーズ電極とドーズ信号読み出し線との間に結合されたトランジスタより成り、前記トランジスタのゲートが前記ノードに結合される。この形態では、電荷保存キャパシタにおける電圧が、ゲート電圧として供給される。ソース・ドレイン電流はこのゲート電圧を得るためにサンプルされ、これは電荷保存素子の電荷状態の測定値であり、入射Ｘ線放射の先行レベル（ｐｒｅｃｅｄｉｎｇ ｌｅｖｅｌ）を表現する。また、ドーズ検出信号の測定は、電荷保存素子における画像検出信号を破壊しない。
【００１９】
複数のドーズ検出画素に関するドーズ検出信号が、個々のドーズ信号読み出しラインに供給されることが好ましい。例えば、ドーズ信号読み出し線が前記列読み出し線に並列であり、前記列読み出し線と交互に配列される。
【００２０】
個々のドーズ信号読み出し線に関連するドーズ検出画素がブロックに配列され、前記ブロックにおける画素ドーズ出力は、列における共通のラインに接続され、前記ブロックにおける異なる列の画素ドーズ出力に結合するために単独の行接続ラインが設けられる。この信号の行接続ラインは、ドーズ信号ラインが交差するポイント数を最小化させ、クロス・トークを減少させる。
【００２１】
ドーズ信号読み出しラインは、行アドレス・ラインに並列であってもよく、行アドレス・ラインと交代で配置されてもよい。
【００２２】
総ての画素はドーズ検出画素であることが好ましい。こうすると、総ての画素が同一のレイアウトを有することが可能になり、画像アーティファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）を削減することができる。
【００２３】
また、本発明は、本願によるＸ線検査装置を利用する方法も提供し、本法は：
Ｘ線放射を利用して検査される対象に露光するステップ；
露光中に、選択されたドーズ検出画素から出力信号を監視するステップ；
ドーズ検出信号の監視に応じてＸ線露光を停止させるステップ；および
Ｘ線画像を得るために、電荷保存素子に格納された電荷を読み出すステップ；
より成る方法である。
【００２４】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例が詳細に説明される。
【００２５】
図１は、既知のＸ線検査装置を示し、Ｘ線ビーム１１を利用して、例えば放射線治療を受ける患者のような、検査対象１２に放射するＸ線ソース１０を含む。患部におけるＸ線吸収性の局所的な相違に起因して、Ｘ線検出器１４のＸ線感知面１３においてＸ線画像が形成される。
【００２６】
Ｘ線検出器１４の既知の１つの手法は、ソリッド・ステート光学画像センサを利用する。入射Ｘ線は燐光体シンチレータ（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）１３を利用して光に変換される。この光はソリッド・ステート装置１４によって検出される。または、Ｘ線検出光伝導体を利用して、Ｘ線を電子に直接的に変換することも可能である。
【００２７】
図２は、ソリッド・ステート光学画像センサの既知の手法の１つを示す。センサは行および列に配列された画素２０の配列より成る。画素の行は、行アドレス・ライン２２を共有し、画素の列は読み出し線２４を共有する。各画素は電荷保存キャパシタに並列なフォトダイオード２６より成る。このキャパシタ２８は、別個の素子とすることも可能であり、または単にフォトダイオード２６の自己キャパシタから構成することも可能である。この並列結合されたものは、特定の画素に関する共通電極３０および列読み出し線２４の間で薄膜トランジスタ２９に直列に結合される。画素配列はガラス基板３２上に設けられる。行ドライバ回路３４は行アドレス・ライン２２に信号を提供し、列読み出し線２４は基板３２から出力を提供し、各列読み出し線２４は各自の電荷センス・アンプ３６に関連付けられる。
【００２８】
フォトダイオードの機能は、入来する輻射を電荷の流れに変換し、キャパシタに蓄えられる電荷レベルを変化させることである。光伝導体を利用する輻射の直接変換の場合には、キャパシタ２８は別個の薄膜素子として実現され、蓄積される電荷レベルは、光伝導体からの電流の関数である。図２Ｂはソリッド・ステートＸ線検出器の既知の手法を示す。図２Ａと同様の成分に対しては同様の参照番号が使用される。光伝導体２６０は適切な動作電圧にバイアスされ、図２Ａの形態におけるフォトダイオード２６と置換されている。
【００２９】
画像検出装置の動作において、キャパシタ２８は総て初期電圧に充電されている。これは、先行する画像捕捉によって達成され、または総ての行導体２２における初期リセット・パルスを利用して達成され得る。電荷検出増幅器は、リセット・スイッチ３８を利用してリセットされる。
【００３０】
Ｘ線露光中に、フォトダイオード２６における入射光は、フォトダイオードを介する逆バイアス方向に電荷を流させる。この電流はキャパシタ２８から生じ、これらキャパシタにおける電圧レベルの低下となる。また、光伝導体２６０を介する電流は、キャパシタ２８から電荷を引き出す。
【００３１】
Ｘ線露光の終了時に、行パルスが各行導体２２に印加され、その行内の画素のトランジスタ２９を切り替える。キャパシタ２８は、トランジスタ・スイッチを通じて、共通電極３０および列読み出し線２４間に沿う電流によって、初期電圧に再充電される。図示した例では、これらの電流は、それらを流すのではなく、電荷検出増幅器３６によって生じる。キャパシタ２８を当初のレベルに再充電するのに必要な電荷量は、保存キャパシタ２８の放電量を示し、これは入射輻射に対する画素の露出の指標になる。この電流は電荷検出増幅器により測定される。この手順は各行で反復され、完全な画像が復元される。
【００３２】
この種のソリッド・ステート画像センサを利用する問題は、露光が完了した後における読み出し段階でのみ画素信号が得られることである。上述の説明から明らかなように、任意の読み出し信号は画素キャパシタ２８の再充電となり、それらの画素を効果的にリセットする。したがって、画像捕捉プロセス中に、サンプルを取得することはできず、したがって画像センサの設計は、リアル・タイムの露光測定値の取得を許容しない。
【００３３】
本発明によれば、ドーズ検出画素が提供され、これはドーズ検出素子を含み、画素キャパシタ２８に格納された電荷をリセットすることなしに、画素から読み出すことの可能なドーズ検出信号を提供する。
【００３４】
以下の説明において、本発明のドーズ検出機能を提供するための改良に関し、光学検出画素が示される。しかしながら、本発明は、図２Ｂに示されるような直接検出手法にも同様に応用することが可能である。
【００３５】
図３は、本発明のドーズ検出画素を提供する、図２の基本画素レイアウトに対する第１改善例を示す。各図を通じて、同一の要素には同一の参照番号が使用され、それらの素子説明は反復して行なわないものとする。
【００３６】
図２Ａに関して既に説明した要素に加えて、更に、画素は、共通電極４２（総てのドーズ検出素子に共通）およびドーズ信号読み出し線２４の間に結合されたトランジスタ４０より成る。トランジスタ４０のゲートには画素キャパシタ２８における電圧が供給される。
【００３７】
以下に詳細に説明するように、多数のドーズ検出画素がドーズ信号読み出し線４４を共有する。
【００３８】
この画素形態の動作を説明する。通常通りに、画像捕捉プロセス前に、画素キャパシタ２８の電圧が既知のレベルにプリセットされる。したがって、ドーズ検出トランジスタ４０のゲートもこの既知の電位になる。初期ゲート電圧におけるトランジスタ４０のゲートを利用して、共通電極４２における電位は、静止電流（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）がトランジスタ４０を通じてドーズ検出電流増幅器４６から、共通電極４２へ流れることを許容する。
【００３９】
Ｘ線露光中に、画素キャパシタ２８における電圧は変化し、これはトランジスタ４０のゲート・ソース電圧を変化させる。トランジスタ４０のソースは共通電極４２に結合される。トランジスタ４０を介する電流の変化は、ドーズ検出電流増幅器４６により検出される。
【００４０】
共有されるドーズ検出信号読み出し線４４に対する多数の画素の結合は、これらトランジスタからのドレイン電流の総和になる。この加算されたドレイン電流は、電流検出器４６で検出される。
【００４１】
好ましくは、増幅器４６は、小さなドレイン・ソース電圧のみをドーズ検出トランジスタ４０に提供する。これは、トランジスタ４０が線形領域で動作することを可能にし、その場合にドレイン電流はゲート・ソース電圧に線形に依存する。画素キャパシタンスに蓄積される電荷、および画素セルに入射するドーズに関するこの電圧の線形依存性に起因して、入射ドーズに関するドレイン電流にも線形性が生じる。トランジスタ４０のソースおよび共通電極４２の間に抵抗器を付加し、電圧制御型の電流源を形成することが可能である。この場合に、ドレイン・ソース電圧は、ゲート・ソース電圧に比較して小さくする必要はない。
【００４２】
図４は、ドーズ検出機能を提供するための図２Ａの画素レイアウトに対する第２改善例を示す。この画素形態では、更なるキャパシタ５０が、ドーズ信号読み出し線４４と、スイッチング・トランジスタ２９および並列フォトダイオード／キャパシタ配列２６，２８との間に設けられる。
【００４３】
上述したように、Ｘ線露光中に、フォトダイオード２６は、画素に入射するドーズに比例する電流を提供する。この電荷の一部は画素キャパシタ２８に蓄積され、他の部分はドーズ検出キャパシタ５０に流れる。これは、ドーズ信号読み出し線４４に沿う対応する電流を生じさせる。ドーズ検出電荷検出増幅器４６は、この電流を測定する。図３の形態では、多数の画素が、各自のドーズ信号読み出し線４４に関連付けられている。電荷センス・アンプ４６はその入力において固定された電位を維持し、画素セルどうしのクロス・トークが生じないようにする。
【００４４】
Ｘ線露光が終了したところで、画素は、画素トランジスタ２９をオンに切り替えることによって従来どおりに読み出され、読み出し線２４に沿って電流が流れることを許容し、画素キャパシタ２８を再充電する。しかしながら、電荷はドーズ検出キャパシタ５０にも流れ、Ｘ線露光中に、ドーズ検出キャパシタ５０への又はそこから流れる電流は失われず、画像読み出しプロセスが行なわれる場合に復元される。
【００４５】
ドーズ検出キャパシタ５０は画素キャパシタ２９より小さいことが好ましい。このことは、画素セルにより占有された領域のほとんどを、フォトダイオード２６に残し、画素セルの高効率化を保証する。さらに、このことは、画素容量全体の増加をほんの僅かな量にし、画素読み出し中の切り替えノイズが小さな増加にとどまるようにする。
【００４６】
関連する電流増幅器４６は、各々のドーズ検出信号を提供し、またはスイッチ形態のマルチプレクスを利用して、ドーズ検出信号を共通の電流増幅器４６に選択的に切り替え得る。
【００４７】
上述したように、多数のドーズ検出画素が、共通のドーズ信号読み出しラインに供給されるドーズ検出信号出力と共にグループ化される。図５は、その目的のための可能な１つの形態を示し、図４の画素形態を使用する。
【００４８】
図５は、行アドレス・ライン２２１ないし２２４の画素の４つの行、および列読み出しライン２４１ないし２４４の画素の４つの列を示す。図５の例得は、４つの画素のグループ６０が用意され、各々は単独のドーズ信号読み出しライン６２を有する。ブロック６０は行および列におよびブロックの列の間に並べられ、各列の多数のブロック６０の数に対応して多数のドーズ信号読み出し線６２が設けられる。
【００４９】
処理装置６４は、各ドーズ信号読み出し線６２からのドーズ信号を収集する。選択されたドーズ検出画素ブロック６０のドーズ信号を加算するよう配列され、これらを第１ドーズ出力６６として提供する。さらに、選択された検出画素ブロック６０からドーズ・レート信号６８も導出され、単位時間当たりのドーズ量を示す。
【００５０】
上述したように、露光制御を行って、特定の対象に関する画像領域に最適な画像コントラストを与えることが好ましい。したがって、処理装置６４に対して、特定のＸ線検査対象の特定のパターン・ブロック６０を分析することが可能である。
【００５１】
更に、所定のドーズ検出画素ブロック６０に対して様々な重み付けを割り当てて、重み付けされたドーズ信号およびドーズ・レート信号を得ることが可能である。
【００５２】
図５に示される形態は、画素ブロック６０の列の間でドーズ信号読み出し線のクラスタ（ｃｌｕｓｔｅｒ）を提供する。これは、最終的な画像に目視可能なアーティファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）を与え得るものであり、画素対称性のいくらかを除去する。複数の代替的な接続形態が説明され、これらは要素および導体レイアウトを各々同一の画素に適用化能であり、これらのアーティファクトを形成することを防止する。
【００５３】
図６は、共通ドーズ信号読み出し線６２を共有する４つの画素より成るブロック６０を示す。この例では、ドーズ信号読み出し線６２は共通読み出し線２４に並列であり、列読み出し線およびドーズ信号読み出し線は交互に並べられる。ドーズ信号読み出し線６２はセンサ配列の高さ全体に伸び、各ドーズ信号読み出し線６２は列における総ての画素を通過し、それらの画素が特定のライン６２に信号を提供しない場合であってもそのように配置する。例えば、ドーズ信号読み出し線６２１は、配列の高さ全体を通過するよう示されているが、接続７０は画素６０３のブロックにのみ与えられ、画素のブロック６０１には与えられていない。同様に、ドーズ信号読み出し線６２２は、ブロック６０１および６０３の両者を通じて通過するが、接続はブロック６０１に対してのみ形成される。
【００５４】
図７は同様な接続を示すが、ドーズ信号読み出し線６２１ないし６２４が行導体２２１ないし２２４に並列に並べられ、ドーズ信号読み出し線６２および行導体２２が交互に規定されている。
【００５５】
図６および７のレイアウトに関して問題となり得ることの１つは、多数の交差する導体が、様々なブロック６０におけるドーズ検出信号間のクロス・トークを増加させ得ることである。例えば、図６において、ドーズ信号読み出し線６２１は、ブロック６０１において、８０，８２で示される２箇所でドーズ信号を搬送する信号導体を横切る。
【００５６】
図８は、図６のレイアウトに対する修正を示し、ドーズ信号読み出し線６２を横切る電極数を減少させる。この場合、各ブロック６０における画素ドーズ出力８４は、列内で列ライン８６に接続され、単独の行接続ライン８８が、ブロック内の異なる列の画素ドーズ出力８４に結合される。この単独の行接続ライン８８は、そのブロックを通過するドーズ信号読み出し線６２に関し、各画素ブロック６０内で単独のクロスオーバ９０を与える。
【００５７】
図９は、画像捕捉中の装置の動作を説明するために使用されるタイミング図である。プロット１００は、通常の読み出し動作を説明するために使用され、プロット１１０はドーズ検出機能に関連するものである。プロット１０１の集合は、配列の行に連続的に印加される行アドレス信号を表現する。Ｘ線露光の前に、各行はリセット・パルス１０２に委ねられ、画素容量２８が既知のレベルに充電されることを保証する。Ｘ線露光中に（１０３）、更なる行アドレス信号は印加されず、シーケンスにおいて行アドレス・パルス１０４が各行に印加される場合に、各画素の行のキャパシタ２８は再充電される。各行アドレス・パルス１０４の間に、増幅器の全集合に関する電荷検出増幅出力１０５が取得され、次の行アドレス・パルス１０４の前に、電荷検出増幅器はリセット・パルス１０６を利用してリセットされる。
【００５８】
Ｘ線露光中に、ドーズ検出電流増幅器４６は、ドーズ検出画素の各ブロックに対する照度レベルを示すアナログ信号１１２を提供する。これらのアナログ信号をサンプルし、露光情報を得るために、ディジタル技術を利用して分析することの可能な信号１１４を提供する。所与の条件に達すると、サンプル出力１１４の分析は、Ｘ線露光期間の終了を示し、読み出し段階１１５に続く。Ｘ線露光はパルス化され、その露光制御は、Ｘ線露光がいつ終わるかを指示する。アナログ信号１１２は、Ａ／Ｄ変換器（サンプリング）なしにアナログ領域で処理される。
【００５９】
上記の例では、各場合においてドーズ検出画素が２×２画素のブロックを形成するように説明された。当然ながら、このことは本願に必須ではなく、ドーズ検出画素に更に多くのグループ化を行なうことも可能である。図６ないし８の実現化に関し、配列に関する行または列が存在するのと同様に多くのドーズ検出画素ブロックが生じ得る。行および列の同数ｎの配列を利用し、可能な最小サイズの画素ブロックは、√ｎ×√ｎ画素である。
【００６０】
もっとも、配列は同数の行および列を有することを必須とせず、共通のドーズ検出信号出力を共有する画素ブロックは、共有であることを必須としない。
【００６１】
ソリッド・ステート装置を形成する場合に含まれる製造プロセスは、説明されていない。本発明により設けられた付加的な要素は、これらセルに応用される薄膜技術を利用して、既存の画素セルに集積化され得る。一般に、そのような装置は、薄膜技術を利用して製造されるアモルファスまたは多結晶装置である。
【００６２】
付加的なドーズ検出素子が画素に組み込まれるが、各画素に単独のフォトダイオードを利用して、画像捕捉機能だけでなくドーズ検出機能も提供する。同様に、画像捕捉およびドーズ検出に関し、同一のシンチレータ（Ｘ線−光変換用の燐光体層）が使用される。したがって、画像センサおよびドーズ・センサ間のスペクトル合致性は良好であり、これは外部ドーズ検出装置では達成できなかったことである。非常に僅かなコスト上昇となるが、既存の画素形態の場合と同様の薄膜堆積技術が使用されるので、僅かに複雑化するこの形態は、ほんの僅かなコスト上昇で済む。
【００６３】
画素ブロック６０に必要な画素間における付加的な接続は、ソリッド・ステート装置をマルチレベル形態で製造することを必要とし得る。
【００６４】
可能な形態を図示するため、図４のキャパシタの実現は、図５ないし８の各々に示される。当然ながら、当業者は、図５ないし８の形態を図３で表現される各トランジスタ実現例に同様に応用可能であることを理解するであろう。
【００６５】
当業者にとって様々な修正が明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、既知のＸ線検査装置を示す。
【図２Ａ】
図２Ａは、図１の装置で使用されるソリッド・ステート画像センサの第１の既知の画素レイアウトを示す。
【図２Ｂ】
図２Ｂは、図１の装置で使用されるソリッド・ステート画像センサの第２の既知の画素レイアウトを示す。
【図３】
図３は、本発明による第１の修正された画素形態を示す。
【図４】
図４は、本発明による第２の修正された画素形態を示す。
【図５】
図５は、本発明によるドーズ検出画素の第１グループ形態を示す。
【図６】
図６は、本発明によるドーズ検出画素の第２グループ形態を示す。
【図７】
図７は、本発明によるドーズ検出画素の第３グループ形態を示す。
【図８】
図８は、本発明によるドーズ検出画素の第４グループ形態を示す。
【図９】
図９は、本発明による画像捕捉手法を説明するためのタイミング図である。
本発明はＸ線検出器およびその検出器を使用するＸ線検査装置に関する。その検出器は、画像信号に加えて露光制御信号を提供する。特に、本発明が関連するＸ線検査装置において、露光測定回路はソリッド・ステートＸ線検出回路と一体化され、これは画像捕捉過程におけるリアル・タイムのＸ線露光制御を可能にする。
【０００２】
患者へのＸ線露光は、検査する組織の吸収性の関数として制御されるべきであることは良く知られている。例えば、高い強度の過剰露出領域は、例えば患者のような検査される対象によって減衰させられていない（またはほとんど減衰していない）Ｘ線による画像を生じさせる。例えば肺組織のようなＸ線吸収性の低い組織は、低い減衰率を与え、このため、所与のコントラストの画像を得るためにおよび画像検出器の飽和を回避するために、低いＸ線露光を必要とする。
【０００３】
当業者にとって既存のＸ線検査装置の形態は良く知られている。一般に、装置は、Ｘ線ビームを利用して放射線により検査される患者に放射線を照射するためのＸ線ソースを有する。患部のＸ線吸収性の局所的な相違に起因して、Ｘ線画像が形成される。Ｘ線装置はＸ線画像から画像信号を導出する。光学センサを利用する検出器では、検出器は入射Ｘ線エネルギを光学信号に変換する変換層または面を有する。従来、これら光信号は、画像増強ピックアップ・チェーン（ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ ｐｉｃｋ−ｕｐ ｃｈａｉｎ）によって大きく検出され、これはＸ線増強装置およびテレビジョン・カメラを有する。
【０００４】
この種の既知のＸ線装置は、米国特許第５，４６１，６５８号に開示されている。この文献は、更に、露光制御システムを開示しており、そこでは、Ｘ線ソースを調整するために補助光検出システムが光学画像における局所的な輝度値を利用するものである。この補助光検出システムは、光学画像における輝度を局所的に測定するＣＣＤセンサを含む。露光制御システムは、測定した露光値から制御信号を導出し、この制御信号を利用してＸ線装置を調整し、高い診断特性のＸ線画像が形成され表示されるようにして、言い換えればＸ線画像に詳細が包含され可視的に良好に再生成されるようにする。制御信号は、Ｘ線ビームの強度および／またはエネルギを制御し、画像信号の増幅を制御するためにも使用される。量ステップは、画像信号の信号レベルに直接的にまたは間接的に影響する。
【０００５】
最近、ソリッド・ステートＸ線検出器の利用が提案されている。このような装置に関し、２つの基本形態がある。
【０００６】
「間接（ｉｎｄｉｒｅｃｔ）」検出形態では、入射Ｘ線放射が最初に光に変換される。光検知セルの配列が用意され、各々は光検知素子（フォトダイオード）および電荷保存装置（これは、別個の素子とすることも可能であり、またはフォトダイオードの自己容量とすることも可能である。）より成る。
【０００７】
「直接（ｄｉｒｅｃｔ）」検出形態では、Ｘ線検出光伝導体を利用して、Ｘ線を電子に直接的に変換する。光伝導体は何らの自己容量を有しないので、電荷保存装置として機能するように、薄膜技術によってキャパシタが作成される。
【０００８】
Ｘ線露光中に、各セルへの入射光は、露光時間の終わりに読み出されるように、電荷保存装置における電荷レベルに蓄積される。格納された電荷の読み出しは、画像センサを効率的にリセットし、これはＸ線露光期間の終了時にのみ実行される。したがって、そのような出力は露光の終わりにのみ利用可能であるので、この種の画像センサからの出力信号を利用して、リアル・タイムで露光期間を制御することは不可能である。ソリッド・ステート画像センサ装置のこの性質は、実現されるべきＣＣＤを利用した上述のフィードバック制御方式をも妨げる。
【０００９】
ドーズ制御を行う１つの可能な手法は、取得した画像を分析し、異なる露光レベルで画像捕捉プロセスを反復することである。もっとも、これは、潜在的に有害なＸ線放射の、患者への全体的な露光量を増加させ、また、画像が迅速に変化する用途、すなわち様々な視点からの画像が迅速に連続的に必要な用途には不適切である。
【００１０】
ソリッド・ステート画像検出器には依存しない外部ドーズ検出携帯が提案されているが、これは、画像品質を劣化させ得る。したがって、リアル・タイムのドーズ制御を可能にし、ソリッド・ステート画像センサに使用され得るドーズ検出形態が必要とされている。
【００１１】
本発明により提供され得るＸ線検出装置は、検出画素の配列より成り、各画素は、入射輻射を電流に変換する変換要素より成り、電荷保存要素および切替装置が蓄積された電荷を画素の出力に供給可能にし、複数のドーズ検出画素がドーズ検出要素より成り、Ｘ線露光中に前記変換要素からの電流が前記電荷保存要素に蓄積される電荷を変化させ、前記画素から読み出され得るドーズ検出信号が生成される。
【００１２】
本検出装置は、Ｘ線検査装置で使用されるのが好ましく、検査される対象をＸ線エネルギにさらすためのＸ線源を有する。本検出装置は、検査される前記対象により減衰した後にＸ線画像を受信する。
【００１３】
更に、本装置は、入射Ｘ線信号を光学信号に変換する燐光体層（ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｌａｙｅｒ）より成り、この変換素子はフォトダイオードのような光学センサを形成する。電荷保存素子は、フォトダイオードに並列した別個の素子とすることが可能であり、または、フォトダイオードの自己容量（ｓｅｌｆ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）とすることも可能である。
【００１４】
あるいは、変換素子は光伝導体より成り、Ｘ線放射を電荷の流れに直接的に変換することも可能である。
【００１５】
ドーズ検出画素は、画素電荷保存素子に格納される電荷を読み出すことなしに、ドーズ信号を取得することを可能にし、ドーズ検出が露光中に実行され得るようにする。
【００１６】
画素は、行および列に配列され、画素の行が行アドレス・ラインを共有し、画素の列が列読み出しラインを共有し、前記電荷保存要素が、総ての画素に共通の共通電極および前記列読み出しラインの間に直列に結合され、切替装置が前記行アドレス・ラインにより制御される
これは既知の画素形態である。利用時にあっては、電荷保存素子が総て最初にプリ・チャージされる。露光中に、変換素子が絶縁され（スイッチング素子がターン・オフされることにより）、電荷の流れが、電荷保存素子の部分的な放電になる。放電レベルはサイクルの終了時に測定され（そのキャパシタを再充電するのに必要な電荷の流れを測定することにより）、照度レベルを表現する。この既知の画素形態を様々な形態で応用し、本発明のドーズ検出画素を提供することが可能である。
【００１７】
前記電荷保存要素および前記切替装置の間でノードが定められ、前記ドーズ検出画素のドーズ検出要素が、更に、前記ノードおよびドーズ信号読み出し線の間で接続された電荷保存要素より成る。この電荷保存素子に電荷が供給されると、ドーズ信号読み出しラインの終端における電荷検出増幅器によって電荷の流れが測定され得る。しかしながら、格納された電荷は露光時間の終端でも読み出されることが可能であり、何らの画像信号も失われない。
【００１８】
あるいは、ドーズ検出画素のドーズ検出要素が、総てのドーズ検出画素に共通のドーズ電極とドーズ信号読み出し線との間に結合されたトランジスタより成り、前記トランジスタのゲートが前記ノードに結合される。この形態では、電荷保存キャパシタにおける電圧が、ゲート電圧として供給される。ソース・ドレイン電流はこのゲート電圧を得るためにサンプルされ、これは電荷保存素子の電荷状態の測定値であり、入射Ｘ線放射の先行レベル（ｐｒｅｃｅｄｉｎｇ ｌｅｖｅｌ）を表現する。また、ドーズ検出信号の測定は、電荷保存素子における画像検出信号を破壊しない。
【００１９】
複数のドーズ検出画素に関するドーズ検出信号が、個々のドーズ信号読み出しラインに供給されることが好ましい。例えば、ドーズ信号読み出し線が前記列読み出し線に並列であり、前記列読み出し線と交互に配列される。
【００２０】
個々のドーズ信号読み出し線に関連するドーズ検出画素がブロックに配列され、前記ブロックにおける画素ドーズ出力は、列における共通のラインに接続され、前記ブロックにおける異なる列の画素ドーズ出力に結合するために単独の行接続ラインが設けられる。この信号の行接続ラインは、ドーズ信号ラインが交差するポイント数を最小化させ、クロス・トークを減少させる。
【００２１】
ドーズ信号読み出しラインは、行アドレス・ラインに並列であってもよく、行アドレス・ラインと交代で配置されてもよい。
【００２２】
総ての画素はドーズ検出画素であることが好ましい。こうすると、総ての画素が同一のレイアウトを有することが可能になり、画像アーティファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）を削減することができる。
【００２３】
また、本発明は、本願によるＸ線検査装置を利用する方法も提供し、本法は：
Ｘ線放射を利用して検査される対象に露光するステップ；
露光中に、選択されたドーズ検出画素から出力信号を監視するステップ；
ドーズ検出信号の監視に応じてＸ線露光を停止させるステップ；および
Ｘ線画像を得るために、電荷保存素子に格納された電荷を読み出すステップ；
より成る方法である。
【００２４】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例が詳細に説明される。
【００２５】
図１は、既知のＸ線検査装置を示し、Ｘ線ビーム１１を利用して、例えば放射線治療を受ける患者のような、検査対象１２に放射するＸ線ソース１０を含む。患部におけるＸ線吸収性の局所的な相違に起因して、Ｘ線検出器１４のＸ線感知面１３においてＸ線画像が形成される。
【００２６】
Ｘ線検出器１４の既知の１つの手法は、ソリッド・ステート光学画像センサを利用する。入射Ｘ線は燐光体シンチレータ（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）１３を利用して光に変換される。この光はソリッド・ステート装置１４によって検出される。または、Ｘ線検出光伝導体を利用して、Ｘ線を電子に直接的に変換することも可能である。
【００２７】
図２は、ソリッド・ステート光学画像センサの既知の手法の１つを示す。センサは行および列に配列された画素２０の配列より成る。画素の行は、行アドレス・ライン２２を共有し、画素の列は読み出し線２４を共有する。各画素は電荷保存キャパシタに並列なフォトダイオード２６より成る。このキャパシタ２８は、別個の素子とすることも可能であり、または単にフォトダイオード２６の自己キャパシタから構成することも可能である。この並列結合されたものは、特定の画素に関する共通電極３０および列読み出し線２４の間で薄膜トランジスタ２９に直列に結合される。画素配列はガラス基板３２上に設けられる。行ドライバ回路３４は行アドレス・ライン２２に信号を提供し、列読み出し線２４は基板３２から出力を提供し、各列読み出し線２４は各自の電荷センス・アンプ３６に関連付けられる。
【００２８】
フォトダイオードの機能は、入来する輻射を電荷の流れに変換し、キャパシタに蓄えられる電荷レベルを変化させることである。光伝導体を利用する輻射の直接変換の場合には、キャパシタ２８は別個の薄膜素子として実現され、蓄積される電荷レベルは、光伝導体からの電流の関数である。図２Ｂはソリッド・ステートＸ線検出器の既知の手法を示す。図２Ａと同様の成分に対しては同様の参照番号が使用される。光伝導体２６０は適切な動作電圧にバイアスされ、図２Ａの形態におけるフォトダイオード２６と置換されている。
【００２９】
画像検出装置の動作において、キャパシタ２８は総て初期電圧に充電されている。これは、先行する画像捕捉によって達成され、または総ての行導体２２における初期リセット・パルスを利用して達成され得る。電荷検出増幅器は、リセット・スイッチ３８を利用してリセットされる。
【００３０】
Ｘ線露光中に、フォトダイオード２６における入射光は、フォトダイオードを介する逆バイアス方向に電荷を流させる。この電流はキャパシタ２８から生じ、これらキャパシタにおける電圧レベルの低下となる。また、光伝導体２６０を介する電流は、キャパシタ２８から電荷を引き出す。
【００３１】
Ｘ線露光の終了時に、行パルスが各行導体２２に印加され、その行内の画素のトランジスタ２９を切り替える。キャパシタ２８は、トランジスタ・スイッチを通じて、共通電極３０および列読み出し線２４間に沿う電流によって、初期電圧に再充電される。図示した例では、これらの電流は、それらを流すのではなく、電荷検出増幅器３６によって生じる。キャパシタ２８を当初のレベルに再充電するのに必要な電荷量は、保存キャパシタ２８の放電量を示し、これは入射輻射に対する画素の露出の指標になる。この電流は電荷検出増幅器により測定される。この手順は各行で反復され、完全な画像が復元される。
【００３２】
この種のソリッド・ステート画像センサを利用する問題は、露光が完了した後における読み出し段階でのみ画素信号が得られることである。上述の説明から明らかなように、任意の読み出し信号は画素キャパシタ２８の再充電となり、それらの画素を効果的にリセットする。したがって、画像捕捉プロセス中に、サンプルを取得することはできず、したがって画像センサの設計は、リアル・タイムの露光測定値の取得を許容しない。
【００３３】
本発明によれば、ドーズ検出画素が提供され、これはドーズ検出素子を含み、画素キャパシタ２８に格納された電荷をリセットすることなしに、画素から読み出すことの可能なドーズ検出信号を提供する。
【００３４】
以下の説明において、本発明のドーズ検出機能を提供するための改良に関し、光学検出画素が示される。しかしながら、本発明は、図２Ｂに示されるような直接検出手法にも同様に応用することが可能である。
【００３５】
図３は、本発明のドーズ検出画素を提供する、図２の基本画素レイアウトに対する第１改善例を示す。各図を通じて、同一の要素には同一の参照番号が使用され、それらの素子説明は反復して行なわないものとする。
【００３６】
図２Ａに関して既に説明した要素に加えて、更に、画素は、共通電極４２（総てのドーズ検出素子に共通）およびドーズ信号読み出し線２４の間に結合されたトランジスタ４０より成る。トランジスタ４０のゲートには画素キャパシタ２８における電圧が供給される。
【００３７】
以下に詳細に説明するように、多数のドーズ検出画素がドーズ信号読み出し線４４を共有する。
【００３８】
この画素形態の動作を説明する。通常通りに、画像捕捉プロセス前に、画素キャパシタ２８の電圧が既知のレベルにプリセットされる。したがって、ドーズ検出トランジスタ４０のゲートもこの既知の電位になる。初期ゲート電圧におけるトランジスタ４０のゲートを利用して、共通電極４２における電位は、静止電流（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）がトランジスタ４０を通じてドーズ検出電流増幅器４６から、共通電極４２へ流れることを許容する。
【００３９】
Ｘ線露光中に、画素キャパシタ２８における電圧は変化し、これはトランジスタ４０のゲート・ソース電圧を変化させる。トランジスタ４０のソースは共通電極４２に結合される。トランジスタ４０を介する電流の変化は、ドーズ検出電流増幅器４６により検出される。
【００４０】
共有されるドーズ検出信号読み出し線４４に対する多数の画素の結合は、これらトランジスタからのドレイン電流の総和になる。この加算されたドレイン電流は、電流検出器４６で検出される。
【００４１】
好ましくは、増幅器４６は、小さなドレイン・ソース電圧のみをドーズ検出トランジスタ４０に提供する。これは、トランジスタ４０が線形領域で動作することを可能にし、その場合にドレイン電流はゲート・ソース電圧に線形に依存する。画素キャパシタンスに蓄積される電荷、および画素セルに入射するドーズに関するこの電圧の線形依存性に起因して、入射ドーズに関するドレイン電流にも線形性が生じる。トランジスタ４０のソースおよび共通電極４２の間に抵抗器を付加し、電圧制御型の電流源を形成することが可能である。この場合に、ドレイン・ソース電圧は、ゲート・ソース電圧に比較して小さくする必要はない。
【００４２】
図４は、ドーズ検出機能を提供するための図２Ａの画素レイアウトに対する第２改善例を示す。この画素形態では、更なるキャパシタ５０が、ドーズ信号読み出し線４４と、スイッチング・トランジスタ２９および並列フォトダイオード／キャパシタ配列２６，２８との間に設けられる。
【００４３】
上述したように、Ｘ線露光中に、フォトダイオード２６は、画素に入射するドーズに比例する電流を提供する。この電荷の一部は画素キャパシタ２８に蓄積され、他の部分はドーズ検出キャパシタ５０に流れる。これは、ドーズ信号読み出し線４４に沿う対応する電流を生じさせる。ドーズ検出電荷検出増幅器４６は、この電流を測定する。図３の形態では、多数の画素が、各自のドーズ信号読み出し線４４に関連付けられている。電荷センス・アンプ４６はその入力において固定された電位を維持し、画素セルどうしのクロス・トークが生じないようにする。
【００４４】
Ｘ線露光が終了したところで、画素は、画素トランジスタ２９をオンに切り替えることによって従来どおりに読み出され、読み出し線２４に沿って電流が流れることを許容し、画素キャパシタ２８を再充電する。しかしながら、電荷はドーズ検出キャパシタ５０にも流れ、Ｘ線露光中に、ドーズ検出キャパシタ５０への又はそこから流れる電流は失われず、画像読み出しプロセスが行なわれる場合に復元される。
【００４５】
ドーズ検出キャパシタ５０は画素キャパシタ２９より小さいことが好ましい。このことは、画素セルにより占有された領域のほとんどを、フォトダイオード２６に残し、画素セルの高効率化を保証する。さらに、このことは、画素容量全体の増加をほんの僅かな量にし、画素読み出し中の切り替えノイズが小さな増加にとどまるようにする。
【００４６】
関連する電流増幅器４６は、各々のドーズ検出信号を提供し、またはスイッチ形態のマルチプレクスを利用して、ドーズ検出信号を共通の電流増幅器４６に選択的に切り替え得る。
【００４７】
上述したように、多数のドーズ検出画素が、共通のドーズ信号読み出しラインに供給されるドーズ検出信号出力と共にグループ化される。図５は、その目的のための可能な１つの形態を示し、図４の画素形態を使用する。
【００４８】
図５は、行アドレス・ライン２２１ないし２２４の画素の４つの行、および列読み出しライン２４１ないし２４４の画素の４つの列を示す。図５の例得は、４つの画素のグループ６０が用意され、各々は単独のドーズ信号読み出しライン６２を有する。ブロック６０は行および列におよびブロックの列の間に並べられ、各列の多数のブロック６０の数に対応して多数のドーズ信号読み出し線６２が設けられる。
【００４９】
処理装置６４は、各ドーズ信号読み出し線６２からのドーズ信号を収集する。選択されたドーズ検出画素ブロック６０のドーズ信号を加算するよう配列され、これらを第１ドーズ出力６６として提供する。さらに、選択された検出画素ブロック６０からドーズ・レート信号６８も導出され、単位時間当たりのドーズ量を示す。
【００５０】
上述したように、露光制御を行って、特定の対象に関する画像領域に最適な画像コントラストを与えることが好ましい。したがって、処理装置６４に対して、特定のＸ線検査対象の特定のパターン・ブロック６０を分析することが可能である。
【００５１】
更に、所定のドーズ検出画素ブロック６０に対して様々な重み付けを割り当てて、重み付けされたドーズ信号およびドーズ・レート信号を得ることが可能である。
【００５２】
図５に示される形態は、画素ブロック６０の列の間でドーズ信号読み出し線のクラスタ（ｃｌｕｓｔｅｒ）を提供する。これは、最終的な画像に目視可能なアーティファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）を与え得るものであり、画素対称性のいくらかを除去する。複数の代替的な接続形態が説明され、これらは要素および導体レイアウトを各々同一の画素に適用化能であり、これらのアーティファクトを形成することを防止する。
【００５３】
図６は、共通ドーズ信号読み出し線６２を共有する４つの画素より成るブロック６０を示す。この例では、ドーズ信号読み出し線６２は共通読み出し線２４に並列であり、列読み出し線およびドーズ信号読み出し線は交互に並べられる。ドーズ信号読み出し線６２はセンサ配列の高さ全体に伸び、各ドーズ信号読み出し線６２は列における総ての画素を通過し、それらの画素が特定のライン６２に信号を提供しない場合であってもそのように配置する。例えば、ドーズ信号読み出し線６２１は、配列の高さ全体を通過するよう示されているが、接続７０は画素６０３のブロックにのみ与えられ、画素のブロック６０１には与えられていない。同様に、ドーズ信号読み出し線６２２は、ブロック６０１および６０３の両者を通じて通過するが、接続はブロック６０１に対してのみ形成される。
【００５４】
図７は同様な接続を示すが、ドーズ信号読み出し線６２１ないし６２４が行導体２２１ないし２２４に並列に並べられ、ドーズ信号読み出し線６２および行導体２２が交互に規定されている。
【００５５】
図６および７のレイアウトに関して問題となり得ることの１つは、多数の交差する導体が、様々なブロック６０におけるドーズ検出信号間のクロス・トークを増加させ得ることである。例えば、図６において、ドーズ信号読み出し線６２１は、ブロック６０１において、８０，８２で示される２箇所でドーズ信号を搬送する信号導体を横切る。
【００５６】
図８は、図６のレイアウトに対する修正を示し、ドーズ信号読み出し線６２を横切る電極数を減少させる。この場合、各ブロック６０における画素ドーズ出力８４は、列内で列ライン８６に接続され、単独の行接続ライン８８が、ブロック内の異なる列の画素ドーズ出力８４に結合される。この単独の行接続ライン８８は、そのブロックを通過するドーズ信号読み出し線６２に関し、各画素ブロック６０内で単独のクロスオーバ９０を与える。
【００５７】
図９は、画像捕捉中の装置の動作を説明するために使用されるタイミング図である。プロット１００は、通常の読み出し動作を説明するために使用され、プロット１１０はドーズ検出機能に関連するものである。プロット１０１の集合は、配列の行に連続的に印加される行アドレス信号を表現する。Ｘ線露光の前に、各行はリセット・パルス１０２に委ねられ、画素容量２８が既知のレベルに充電されることを保証する。Ｘ線露光中に（１０３）、更なる行アドレス信号は印加されず、シーケンスにおいて行アドレス・パルス１０４が各行に印加される場合に、各画素の行のキャパシタ２８は再充電される。各行アドレス・パルス１０４の間に、増幅器の全集合に関する電荷検出増幅出力１０５が取得され、次の行アドレス・パルス１０４の前に、電荷検出増幅器はリセット・パルス１０６を利用してリセットされる。
【００５８】
Ｘ線露光中に、ドーズ検出電流増幅器４６は、ドーズ検出画素の各ブロックに対する照度レベルを示すアナログ信号１１２を提供する。これらのアナログ信号をサンプルし、露光情報を得るために、ディジタル技術を利用して分析することの可能な信号１１４を提供する。所与の条件に達すると、サンプル出力１１４の分析は、Ｘ線露光期間の終了を示し、読み出し段階１１５に続く。Ｘ線露光はパルス化され、その露光制御は、Ｘ線露光がいつ終わるかを指示する。アナログ信号１１２は、Ａ／Ｄ変換器（サンプリング）なしにアナログ領域で処理される。
【００５９】
上記の例では、各場合においてドーズ検出画素が２×２画素のブロックを形成するように説明された。当然ながら、このことは本願に必須ではなく、ドーズ検出画素に更に多くのグループ化を行なうことも可能である。図６ないし８の実現化に関し、配列に関する行または列が存在するのと同様に多くのドーズ検出画素ブロックが生じ得る。行および列の同数ｎの配列を利用し、可能な最小サイズの画素ブロックは、√ｎ×√ｎ画素である。
【００６０】
もっとも、配列は同数の行および列を有することを必須とせず、共通のドーズ検出信号出力を共有する画素ブロックは、共有であることを必須としない。
【００６１】
ソリッド・ステート装置を形成する場合に含まれる製造プロセスは、説明されていない。本発明により設けられた付加的な要素は、これらセルに応用される薄膜技術を利用して、既存の画素セルに集積化され得る。一般に、そのような装置は、薄膜技術を利用して製造されるアモルファスまたは多結晶装置である。
【００６２】
付加的なドーズ検出素子が画素に組み込まれるが、各画素に単独のフォトダイオードを利用して、画像捕捉機能だけでなくドーズ検出機能も提供する。同様に、画像捕捉およびドーズ検出に関し、同一のシンチレータ（Ｘ線−光変換用の燐光体層）が使用される。したがって、画像センサおよびドーズ・センサ間のスペクトル合致性は良好であり、これは外部ドーズ検出装置では達成できなかったことである。非常に僅かなコスト上昇となるが、既存の画素形態の場合と同様の薄膜堆積技術が使用されるので、僅かに複雑化するこの形態は、ほんの僅かなコスト上昇で済む。
【００６３】
画素ブロック６０に必要な画素間における付加的な接続は、ソリッド・ステート装置をマルチレベル形態で製造することを必要とし得る。
【００６４】
可能な形態を図示するため、図４のキャパシタの実現は、図５ないし８の各々に示される。当然ながら、当業者は、図５ないし８の形態を図３で表現される各トランジスタ実現例に同様に応用可能であることを理解するであろう。
【００６５】
当業者にとって様々な修正が明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、既知のＸ線検査装置を示す。
【図２Ａ】
図２Ａは、図１の装置で使用されるソリッド・ステート画像センサの第１の既知の画素レイアウトを示す。
【図２Ｂ】
図２Ｂは、図１の装置で使用されるソリッド・ステート画像センサの第２の既知の画素レイアウトを示す。
【図３】
図３は、本発明による第１の修正された画素形態を示す。
【図４】
図４は、本発明による第２の修正された画素形態を示す。
【図５】
図５は、本発明によるドーズ検出画素の第１グループ形態を示す。
【図６】
図６は、本発明によるドーズ検出画素の第２グループ形態を示す。
【図７】
図７は、本発明によるドーズ検出画素の第３グループ形態を示す。
【図８】
図８は、本発明によるドーズ検出画素の第４グループ形態を示す。
【図９】
図９は、本発明による画像捕捉手法を説明するためのタイミング図である。
Claims (15)
- 検出画素の配列より成るＸ線検出装置であって、各画素は、入射輻射を電流に変換する変換要素より成り、電荷保存要素および切替装置が蓄積された電荷を画素の出力に供給可能にし、複数のドーズ検出画素がドーズ検出要素より成り、Ｘ線露光中に前記変換要素からの電流が前記電荷保存要素に蓄積される電荷を変化させ、前記画素から読み出され得るドーズ検出信号が生成されることを特徴とするＸ線検出装置。
- 請求項１記載の装置において、更に、入射Ｘ線信号を光学信号に変換する変換層より成り、前記変換要素が光学センサより成ることを特徴とする装置。
- 請求項２記載の装置において、光学センサがフォトダイオードより成ることを特徴とする装置。
- 請求項３記載の装置において、前記電荷保存要素がフォトダイオードの自己容量より成ることを特徴とする装置。
- 請求項１記載の装置において、前記変換要素が光伝導体より成ることを特徴とする装置。
- Ｘ線検査装置であって：
検査される対象をＸ線エネルギにさらすためのＸ線源；および
前記対象により減衰した後にＸ線画像を受信する、請求項１ないし５の何れか１項に記載のＸ線検出装置；
より成ることを特徴とするＸ線検査装置。 - 請求項１ないし５の何れか１項に記載の装置において、前記画素が行および列に配列され、画素の行が行アドレス・ラインを共有し、画素の列が列読み出しラインを共有し、前記電荷保存要素が、総ての画素に共通の共通電極および前記列読み出しラインの間に直列に結合され、切替装置が前記行アドレス・ラインにより制御されることを特徴とする装置。
- 請求項７記載の装置において、ノードが前記電荷保存要素および前記切替装置の間で定められ、前記ドーズ検出画素のドーズ検出要素が、更に、前記ノードおよびドーズ信号読み出し線の間で接続された電荷保存要素より成ることを特徴とする装置。
- 請求項７記載の装置において、ノードが前記電荷保存要素および前記切替装置の間で定められ、前記ドーズ検出画素のドーズ検出要素が、総てのドーズ検出画素に共通のドーズ電極とドーズ信号読み出し線との間に結合されたトランジスタより成り、前記トランジスタのゲートが前記ノードに結合されることを特徴とする装置。
- 請求項１ないし９の何れか１項に記載の装置において、複数のドーズ検出画素に関する前記ドーズ検出信号が、個々のドーズ信号読み出し線に供給されることを特徴とする装置。
- 請求項１０記載の装置において、前記画素が行および列に配列され、画素の行が行アドレス・ラインを共有し、画素の列が列読み出しラインを共有し、前記ドーズ信号読み出し線が前記列読み出し線に並列であり、前記列読み出し線と交互に配列されることを特徴とする装置。
- 請求項１１記載の装置において、個々のドーズ信号読み出し線に関連するドーズ検出画素がブロックに配列され、前記ブロックにおける画素ドーズ出力は、列における共通のラインに接続され、前記ブロックにおける異なる列の画素ドーズ出力に結合するために単独の行接続ラインが設けられることを特徴とする装置。
- 請求項１０記載の装置において、前記画素が行および列に配列され、画素の行が行アドレス・ラインを共有し、画素の列が列読み出しラインを共有し、前記ドーズ信号読み出し線が前記行アドレス・ラインに並列であり、前記行アドレス・ラインと交互に配列されることを特徴とする装置。
- 請求項１ないし１３の何れか１項に記載の装置において、総ての画素がドーズ検出画素であることを特徴とする装置。
- 検査される対象をＸ線エネルギにさらすためのＸ線源と、前記対象により減衰した後にＸ線画像を受信するＸ線検出装置より成るＸ線検査装置において：
前記Ｘ線検査装置が、検出画素の配列より成り、各画素は、入射輻射を電流に変換する変換要素より成り、電荷保存要素および切替装置が蓄積された電荷を画素の出力に供給可能にし、複数のドーズ検出画素がドーズ検出要素より成り、Ｘ線露光中に前記変換要素からの電流が前記電荷保存要素に蓄積される電荷を変化させ、前記画素から読み出され得るドーズ検出信号が生成されるところのＸ線検査装置を制御する方法であって：
Ｘ線放射を利用して検査される対象に露光するステップ；
露光中に、選択されたドーズ検出画素から出力信号を監視するステップ；
ドーズ検出信号の監視に応じてＸ線露光を停止させるステップ；および
Ｘ線画像を得るために、電荷保存素子に格納された電荷を読み出すステップ；
より成ることを特徴とする方法。
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