JP2012075099A

JP2012075099A - ダイナミック・レンジを拡大したディジタルｘ線検出器

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Publication number: JP2012075099A
Application number: JP2011206681A
Authority: JP
Inventors: Richard Grand Force Paul; ポール・リチャード・グランフォース; John Robert Lamberty; ジョン・ロバート・ランバーティ; Gordon Cronce Ricahard; リチャード・ゴードン・クロンス; Zoe Ping; ピング・ズーエ; Schepkenth Mark; マーク・スチェプケンス; Judy Couture Aaron; アーロン・ジュディ・クーテュール; Albakri Douglas; ダグラス・アルバグリ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2011-09-22
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2031-09-22
Also published as: FR2965399A1; JP5864978B2; FR2965399B1; CN102539454B; CN102539454A; US20120074329A1; US8605862B2

Abstract

【課題】放射線レベルが異なる広範な様々な形式の検査に用いられるアモルファス・シリコン・ディジタルＸ線検出器を提供する。
【解決手段】ディジタルＸ線検出器（２２）の各々のピクセル領域（５４）は、第一の面積（１１６）を有する第一のフォトダイオード（８６）と、第一の面積（１１６）に等しい又はより小さい第二の面積（１２２）を有する第二のフォトダイオード（８８）とを含んでいる。ディジタルＸ線検出器（２２）はまた、各々のピクセル領域（５４）の第一（８６）及び第二（８８）のフォトダイオードの上に位置する遮蔽構造（９４）を含んでおり、遮蔽構造（９４）は、第一のフォトダイオード（８６）に第一の感度を与え、第二のフォトダイオード（８８）に第一の感度よりも低い第二の感度を与えるように、第二のフォトダイオード（８８）よりも比例的に少ない第一のフォトダイオード（８６）を遮蔽している。
【選択図】図４

Description

本書に開示される主題は、ディジタル・イメージング・システムに関し、具体的には、ディジタルＸ線検出器のダイナミック・レンジを拡大することに関する。

ディジタルＸ線イメージング・システムは、有用なラジオグラフィ画像として再構成され得るディジタル・データを生成するために益々広く普及しつつある。現在のディジタルＸ線イメージング・システムでは、線源からの放射線が、被検体、医用診断応用では典型的には患者へ向けて照射される。放射線の一部は患者を透過して検出器に入射する。検出器の表面が放射線を光フォトンへ変換し、これらの光フォトンが感知される。検出器は、マトリクスを成す不連続な画素又はピクセルに分割されており、各々のピクセル領域に入射する放射線の量又は強度に基づいて出力信号を符号化する。放射線が患者を透過すると放射線強度が変化するため、出力信号に基づいて再構成される画像は、従来の写真フィルム手法によって利用可能であるものと同様の患者の組織の投影を形成する。

ディジタルＸ線イメージング・システムは、放射線科医及び診断を行なう医師によって要求される画像に再構成され、ディジタル方式で記憶され、又は必要となるまで保管され得るディジタル・データを収集する能力のため特に有用である。従来のフィルム方式のラジオグラフィ手法では、実際のフィルムが準備され、露光され、現像されて、放射線科医による利用のために保管されていた。特にフィルムは重要な解剖学的細部を捕捉する能力のため優れた診断ツールを提供するが、撮像を行なう施設又は診療科から様々な医師の位置まで等のように位置と位置との間で伝送することが本質的に困難である。一方、直接型ディジタルＸ線システムによって生成されるディジタル・データは、所望の任意の位置においてモニタ及び他のソフト・コピィ表示器に表示され得る画像を再構成するように処理及び強調を施され、記憶され、網を介して伝送されて利用されることができる。従来のラジオグラフィ画像をフィルムからディジタル・データへ変換するディジタル化システムでも同様の利点が提供される。

米国特許第７６０６３４７号

ディジタルＸ線システムは、画像データを捕捉し、記憶し、伝送する有用性にも拘わらず、依然として多くの問題の克服途上にある。例えば、Ｘ線システムは、ラジオグラフィ撮像及びフルオロスコピィ撮像を含む広範な様々な形式の検査に用いられ得る。これら二つの形式の撮像検査は、他の特徴の中でも特に、画像データを生成するのに用いられる放射線レベルが著しく異なることにより特徴付けられる。明確に述べると、ラジオグラフィ画像はフルオロスコピィ画像よりも実質的に高い放射線レベルを用いる。多数の応用において、両方の形式の撮像手順を相次いで実行して異なる形式のデータを得ることが望ましい場合がある。しかしながら、現在のディジタルＸ線システムは、同じ検出器を用いてフルオロスコピィ撮像及びラジオグラフィ撮像の両方を実行する際に困難に遭遇し得る。尚、かかる検出器は多数の他の応用及び設定において用いられることが特記される。例えば、投影Ｘ線応用に加えて、ディジタルＸ線検出器は計算機式断層写真法撮像及びトモシンセシス撮像に用いられる。また、かかるシステムは、小包及び手荷物検査、セキュリティ・システム（例えば空港警備）、スクリーニング・システム、及び工業用部品検査等において益々利用されている。

明確に述べると、現在のディジタルＸ線システムは、Ｘ線シンチレータの下にフォトダイオード及び薄膜トランジスタのアレイを設けたアモルファス・シリコン検出器を用いている。入射Ｘ線はシンチレータと相互作用して光フォトンを放出し、光フォトンはフォトダイオードによって吸収されて電子正孔対を生成する。最初は数ボルトの逆バイアスによって充電されているダイオードはこれにより、Ｘ線照射の強度に比例して放電される。次いで、ダイオードに付設されている薄膜トランジスタ・スイッチが相次いで起動され、ダイオードは電荷感受回路を通じて再充電されて、この過程に要した電荷が測定される。

しかしながら、アモルファス・シリコン検出器のダイナミック・レンジ（すなわち最小曝射量及び最大曝射量）は、幾つかの曝射レベルにおいて各々のピクセルにおいて積算され得る電荷の量によって制限される。高曝射では飽和が起こり、得られる信号が、検出器表面の個々のピクセル領域に入射するフォトンの数又は放射線の強度を表わさない場合がある。結果として、再構成画像において細部が失われ得る。上述のように、これらの検出器の幾つかは、ラジオグラフィ撮像及びフルオロスコピィ撮像の両方を実行する。フルオロスコピィに用いられる検出器は典型的には、可能な限り高い変換係数を可能な限り低い電子雑音と共に要求するが、これらの検出器はラジオグラフィ動作に望ましいものよりも低い最大曝射レベルを有する傾向がある。従って、ラジオグラフィ動作及びフルオロスコピィ動作の両方に用いられる検出器は一般的には、これらの撮像動作の一方については妥協させられている。

一実施形態によれば、複数のピクセル領域を備えたディジタルＸ線検出器が提供される。各々のピクセル領域は、第一の面積及び第一の感度を有する第一のフォトダイオードと、第一の面積に等しい又はより小さい第二の面積及び第一の感度よりも低い第二の感度を有する第二のフォトダイオードとを含んでいる。このディジタルＸ線検出器はまた、各々のピクセル領域の第一及び第二のフォトダイオードに結合されて第一及び第二のフォトダイオードの読み出しをイネーブルにするイネーブル回路を含んでいる。このディジタルＸ線検出器はさらに、各々のピクセル領域の第一及び第二のフォトダイオードに結合されて第一及び第二のフォトダイオードからデータを読み出す読み出し回路を含んでいる。

もう一つの実施形態によれば、複数のピクセル領域を備えたディジタルＸ線検出器が提供される。各々のピクセル領域は、第一の面積を有する第一のフォトダイオードと、第一の面積に等しい又はより小さい第二の面積を有する第二のフォトダイオードとを含んでいる。このディジタルＸ線検出器はまた、各々のピクセル領域の第一及び第二のフォトダイオードの上に位置する遮蔽構造を含んでおり、遮蔽構造は、第一のフォトダイオードに第一の感度を与え、第二のフォトダイオードに第一の感度よりも低い第二の感度を与えるように、第二のフォトダイオードよりも比例的に少ない第一のフォトダイオードを遮蔽する。

第三の実施形態によれば、Ｘ線放射線源と、線源からの放射線を着目した被検体を横断した後に受光するように構成されているディジタル検出器とを備えたディジタルＸ線システムが提供される。検出器は、複数のピクセル領域を有している。各々のピクセル領域は、第一の面積及び第一の感度を有する第一のフォトダイオードと、第一の面積に等しい又はより小さい第二の面積及び第一の感度よりも低い第二の感度を有する第二のフォトダイオードとを含んでいる。

本発明の上述の特徴、観点及び利点並びに他の特徴、観点及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むとさらに十分に理解されよう。図面全体を通して類似の符号は類似の部分を表わす。
本発明の手法の各観点によるディジタルＸ線イメージング・システムの全体図である。再構成用の画像データを生成するために図１のシステムの検出器において画像データを生成する作用回路の一部の線図である。画像データを生成する検出器構造を示す部分断面図である。図３の検出器構造におけるピクセル構造を示す上面図である。本発明の手法の各観点による曝射レベルに関する様々なピクセル構造の信号レベルのグラフ図である。

図１は、不連続ピクセルの画像データを取得して処理するイメージング・システム１０を線図で示す。図示の実施形態では、システム１０は、本発明の手法に従って原画像データを取得すること及び表示のために画像データを処理することの両方を行なうように設計されたディジタルＸ線システムである。但し、以下の議論を通じて、医療診断応用に用いられるディジタルＸ線システムについての基礎情報及び背景情報を掲げるが、本発明の手法の各観点は、様々な設定（例えば投影Ｘ線、計算機式断層写真法撮像、及びトモシンセシス撮像等）において様々な目的（例えば小包、手荷物、車輛及び部品の検査等）に用いられるＸ線検出器を含むディジタル検出器に適用され得ることに留意されたい。

図１に示す実施形態では、イメージング・システム１０は、コリメータ１４に隣接して配置されたＸ線放射線源１２を含んでいる。コリメータ１４は、患者１８のような被検体１８が配置されている領域に放射線流１６を流入させる。放射線の一部２０は、被検体１８を透過し又は被検体１８の周囲を通過して、参照番号２２において全体的に表わされるディジタルＸ線検出器に入射する。後にさらに詳述するように、検出器２２は、当該検出器の表面において受光されたＸ線フォトンを相対的に低いエネルギのフォトンへ変換し、続いて電気信号へ変換して、これらの電気信号が取得され処理されて、被検体１８の内部の特徴の画像を再構成する。

線源１２は、検査系列のための電力信号及び制御信号の両方を供給する電源／制御回路２４によって制御される。また、検出器２２は、当該検出器において発生される信号の取得を命令する検出器制御器２６に結合されている。検出器制御器２６はまた、ダイナミック・レンジの初期調節及びディジタル画像データのインタリーブ等のような様々な信号処理作用並びにフィルタ処理作用を実行することができる。電源／制御回路２４及び検出器制御器２６の両方が、システム制御器２８からの信号に応答する。一般的には、システム制御器２８は、検査プロトコルを実行して取得された画像データを処理するようにイメージング・システムの動作を命令する。本書の状況では、システム制御器２８はまた、典型的には汎用又は特定応用向けディジタル・コンピュータを基本構成要素とする信号処理回路と、コンピュータによって実行されるプログラム及びルーチン並びに構成パラメータ及び画像データを記憶する付設のメモリ回路と、インタフェイス回路等とを含んでいる。図１に示す実施形態では、システム制御器２８は、参照番号３０に示す表示器又はプリンタのような少なくとも一つの出力装置に結合されている。出力装置は、標準型又は特殊目的のコンピュータ・モニタ及び付設されている処理回路を含み得る。１又は複数の操作者ワークステーション３２をさらにシステムに結合して、システム・パラメータを出力し、検査を依頼し、画像を観察する等を行なうことができる。一般的には、システム内に供給される表示器、プリンタ、ワークステーション及び同様の装置は、データ取得構成要素に対してローカルに位置していてもよいし、或いはこれらの構成要素からリモートに位置して、同じ施設若しくは病院内の他の位置又は全く異なる位置等に位置し、インターネット及び仮想私設網等のような１又は複数の構成可変型網を介して画像取得システムに結合されていてもよい。

図２は、ディジタル検出器２２の作用構成要素の線図である。図２はまた、典型的には検出器制御器２６の内部に構成される撮像検出器制御器すなわちＩＤＣ３４を表わしている。ＩＤＣ３４は、ＣＰＵ又はディジタル信号プロセッサ、及びメモリ回路を含んでおり、感知された信号の検出器からの取得を命令する。ＩＤＣ３４は、検出器２２の内部の検出器制御回路３６に結合されている。ＩＤＣ３４は、ケーブル（例えば光ファイバ・ケーブル）を介して又は無線式で検出器制御回路３６に結合され得る。ＩＤＣ３４はこれにより、動作時に検出器の内部の画像データについての命令信号を交換する。

検出器制御回路３６は、参照番号３８に全体的に表わされる電源から直流電力を受ける。検出器制御回路３６は、システムの動作のデータ取得段階時に信号を送信するのに用いられる横列ドライバ及び縦列読み出し回路のためにタイミング命令及び制御命令を発するように構成されている。従って、回路３６は、電力信号及び制御信号を参照／調節器回路４０に送信し、回路４０からディジタル画像ピクセル・データを受け取る。

図示されている現在の好適実施形態では、検出器２２は、検査時に検出器表面において受光されるＸ線フォトンを相対的に低いエネルギの（光）フォトンへ変換するシンチレータから成っている。次いで、光検出器のアレイは光フォトンを、検出器表面の個々のピクセル領域に入射するフォトンの数又は放射線の強度を表わす電気信号へ変換する。後述するように、読み出し電子回路は得られるアナログ信号をディジタル値へ変換し、これらのディジタル値を処理し、記憶して、画像の再構成に続いて表示器３０又はワークステーション３２等に表示することができる。現在の好適実施形態では、光検出器のアレイはアモルファス・シリコンの単一の基材に形成されている。アレイの素子又はピクセル領域は横列及び縦列に配置されており、各々のピクセル領域が第一及び第二のフォトダイオードから成っている。各々のフォトダイオードは、付設された薄膜トランジスタを有している。各々のダイオードのカソードはトランジスタのソースに接続され、全てのダイオードのアノードが負バイアス電圧に接続されている。各々の横列のトランジスタのゲートは共に接続され、横列電極は後述するように走査用電子回路に接続される。縦列１列のトランジスタのドレインは共に接続され、各々の縦列の電極は読み出し電子回路に接続される。

図２に示す特定の実施形態では、例として述べると、横列バス４２が、検出器の様々な縦列からの読み出しをイネーブルにし、また所望に応じて横列をディスエーブルにして選択された横列に電荷補償電圧を印加する複数の導体を含んでいる。縦列バス４４が、横列が相次いでイネーブルにされる間に各縦列を読み出す付加的な導体を含んでいる。横列バス４２は、各々が検出器の一連の横列のイネーブルを命令するイネーブル回路又は一連の横列ドライバ４６に結合される。同様に、読み出し回路４８が縦列バス４４に結合されて、検出器の全ての縦列を読み出す。

図示の実施形態では、横列ドライバ４６及び読み出し回路４８は検出器パネル５０に結合されており、検出器パネル５０は複数の区画５２に細分され得る。各々の区画５２は横列ドライバ４６の一つに結合され、多数の横列を含んでいる。同様に、各々の縦列モジュール４８は、一連の縦列に結合されている。上述のフォトダイオード及び薄膜トランジスタ構成はこれにより、横列５６及び縦列５８に構成されている一連のピクセル領域又は不連続な画素５４を画定する。各横列及び各縦列は、高さ６２及び幅６４を有する画像マトリクス６０を画定している。

やはり図２に示すように、各々のピクセル領域５４の各々のフォトダイオードは、横列電極又は走査線６８が縦列電極又はデータ線７０に交差する横列と縦列との交点に全体的に画定される。前述のように、薄膜トランジスタ７２が各々のピクセル領域５４の各々のフォトダイオード毎に各々の交差位置に設けられている。各々の横列５６が横列ドライバ４６によってイネーブルにされると、各々のフォトダイオード７４からの信号が読み出し回路４８を介してアクセスされ、後続の処理及び画像再構成のためにディジタル信号へ変換され得る。

図３は、図２に線図で示す構成要素の物理的構成を全体的に示す。図３に示すように、検出器は、後述する各構成要素が配設されたガラス基材７６を含み得る。横列電極７０及び縦列電極６８が基材に設けられて、上述の薄膜トランジスタ及びフォトダイオードを含むアモルファス・シリコン・フラット・パネル・アレイ７８が画定されている。アモルファス・シリコン・アレイ７８の上にシンチレータ８０が設けられて、上述のような検査系列時に放射線を受光する。接点フィンガ８２が、縦列電極６８からの信号を受け取るために形成され、接点リード８４が、接点フィンガ８２と外部回路との間で信号を連絡するために設けられている。

アモルファス・シリコン・フラット・パネル・アレイ７８を有する検出器を採用しているシステムでは、検出器のダイナミック・レンジが、幾つかの曝射レベルにおいて各々のピクセル領域において積算され得る電荷の量によって制限されることが判明している。各々のピクセル領域の最大曝射量（すなわちダイオードの飽和によって制限される）及び最小曝射量（すなわち雑音レベルによって制限される）が検出器のダイナミック・レンジを決定する。フォトダイオードのキャパシタンス及びピクセル領域の変換係数又は利得が、各々のピクセル領域の最大曝射量を決定する。変換係数に対する電子雑音の比が、各々のピクセル領域の最小曝射量を決定する。高曝射では飽和が起こり、得られる信号が、検出器表面の個々のピクセル領域に入射するフォトンの数又は放射線の強度を表わさない場合がある。結果として、再構成画像において細部が失われ得る。これらの検出器の幾つかは、ラジオグラフィ撮像及びフルオロスコピィ撮像の両方を実行する。フルオロスコピィに用いられる検出器は典型的には、可能な限り高い変換係数を可能な限り低い電子雑音と共に要求するが、これらの検出器はラジオグラフィ動作に望ましいものよりも低い最大曝射量レベルを有する傾向がある。従って、ラジオグラフィ動作及びフルオロスコピィ動作の両方に用いられる検出器は一般的には、これらの撮像動作の一方については妥協させられている。

本発明の手法は、最小曝射レベルに及ぼす影響を最小限にしつつさらに高い最大曝射レベルを可能にする機構を提供する。図４は、検出器のダイナミック・レンジを拡大するためのピクセル領域５４の一実施形態を示す。ピクセル領域５４は、間隙９０によって離隔されている第一のフォトダイオード８６及び第二のフォトダイオード８８を含んでいる。被覆層９２が、フォトダイオード８６及び８８の両方を覆っている。被覆層９２は酸化インジウムスズで製造され得る。被覆層９２はバイアス付き電圧（例えば−９Ｖ）に保たれる。構造９４が、被覆層９２をバイアス付き電圧に保つ。構造９４は、各々のピクセル領域５４の第一及び第二のフォトダイオード８６及び８８に共通の電極９４を含んでいる。共通の電極９４は、アルミニウム又は他の何らかの導体で製造され得る。第一のフォトダイオード８６は、データを読み出すための第一のトランジスタ９６に結合されている。また、第二のフォトダイオード８８は、データを読み出すための第二のトランジスタ９８に結合されている。幾つかの実施形態では、トランジスタ９６及び９８は電界効果トランジスタである。第一及び第二のトランジスタ９６及び９８は、接続１０２を介して走査線１００に結合され、走査線１００を共有している。走査線１００はイネーブル回路４６の一部を形成する。加えて、トランジスタ９６及び９８は、接続１０６を介して底部電極（図示されていない）に結合されている。フォトダイオード８６及び８８は、走査線１００を正電圧に設定することによりトランジスタ９６及び９８のゲートを正電圧に設定することにより初期充電される。次いで、フォトダイオード８６及び８８は、トランジスタ９６及び９８のゲートを負電圧に設定することにより絶縁される。次いで、検出器はＸ線の曝射を受ける。Ｘ線はシンチレータによって光へ変換され、この光がフォトダイオード８６及び８８に入射する。フォトダイオード８６及び８８の電荷は、光フォトンがフォトダイオードに入射して電子正孔対を発生すると消尽する。フォトダイオード８６及び８８からの信号を読むためには、走査線１００を正電圧によってパルス駆動することによりトランジスタ９６及び９８をオンにして、信号をデータ線１０８及び１１０を介して取得する。データ線１０８及び１１０は読み出し回路４８の一部を形成する。第一のトランジスタ９６は第一のデータ線１０８に結合され、第二のトランジスタ９８は別個に第二のデータ線１１０に結合される。イネーブル回路４６及び読み出し回路４８は、各々のピクセル領域５４の第一及び第二のフォトダイオード８６及び８８の読み出しを提供するように構成される。実際に、別個のデータ線１０８及び１１０によって、イネーブル回路４６及び読み出し回路４８も、各々のピクセル領域の第一及び第二のフォトダイオードの別個の読み出しを提供するように構成される。

第一のフォトダイオード８６は、第一の高さ１１８及び第一の幅１２０から第二のフォトダイオード８８の面積１２２を引いたものによって全体的に画定される第一の面積１１６を有する。第二のフォトダイオード８８は、第二の高さ１２４及び第二の幅１２６によって全体的に画定される第二の面積１２２を有する。第一のフォトダイオード８６の面積１１６は、０．００２５ｍｍ²〜０．１ｍｍ²にわたり得る。第二のフォトダイオード８８の面積１２２は、第一のフォトダイオード８６の面積の１％〜１００％にわたり得る。第二のフォトダイオード８８の面積１２２は、第一のフォトダイオード８６の面積１６６に等しい又はより小さい。第一のフォトダイオード８６の面積１１６は、第二のフォトダイオード８８の面積１２２の約１倍〜１００倍であってよい。図示のように、第二のフォトダイオード８８は直線で囲まれた形状であって、ピクセル領域５４の中央に位置する上部１２８に位置する。幾つかの実施形態では、第二のフォトダイオード８８は異なる形状を有していてもよいし、且つ／又はピクセル領域５４の異なる領域に位置していてもよい。

加えて、第一のフォトダイオード８６は第一の感度を有し、第二のフォトダイオード８８は第二の感度を有する。第二のフォトダイオード８８の感度は第一のフォトダイオード８６の感度よりも低い。構造９４は、各々のピクセル領域５４の第一及び第二のフォトダイオード８６及び８８の上に位置し、各々のピクセル領域５４の第一及び第二のフォトダイオード８６及び８８にそれぞれの感度を与える。構造９４は、第一のフォトダイオード８６の第一の部分１３０及び第二のフォトダイオード８８の第二の部分１３２を横断して覆っており、これらの部分１３０及び１３２を放射線（すなわち光学的放射線又は光）から遮断し、遮蔽構造９４として作用する。構造９４は、第二のフォトダイオード８８よりも比例的に少ない第一のフォトダイオード８６を遮蔽し、このため第二のフォトダイオード８８は第一のフォトダイオード８６よりも低い感度を有する。さらに明確に述べると、構造９４は第一の部位１３４を有し、第一の部位１３４は、当該第一の部位１３４の幅１３６及び高さ１３８（すなわち近似的に第一のフォトダイオード８６の高さ１１８から第二のフォトダイオード８８の高さ１２４を引いたもの）によって画定される第一のフォトダイオード８６の第一の部分１３０を覆う。構造９４は第二の部位１４０を有し、第二の部位１４０は、当該第二の部位１４０の幅１３６及び高さ１４２（すなわち第二のフォトダイオード８８の高さ１２４と同じ）によって画定される第二のフォトダイオード８８の第二の部分１３２を覆う。マスクされ又は遮蔽される第一の部分１３０は、第一のフォトダイオード８６の面積１１６の約１％〜１０％にわたり得る。例えば、構造９４の第一の部位１３４は、第一のフォトダイオード８６の面積１１６の２％を遮蔽し又はマスクし得る。マスクされ又は遮蔽される第二の部分１３２は、約１０％から８０％にわたり得る。例えば、構造９４の第二の部位１４０は、第二のフォトダイオード８８の面積１２２の５０％を遮蔽し又はマスクし得る。

二つのダイオードの感度を異なるものにする機構を、遮蔽構造を利用するものとして記載しているが、他の手段が可能であることを特記しておく。例えば、ダイオードの構造を異なるものにして、所望の感度を達成することができる。具体的には、部分吸収性薄膜例えばダイオードのｐ⁺、ｎ⁺又は真性シリコン層を、二種のダイオードについて異なるものにして、これらのダイオードの感度を異なるものにすることができる。

フォトダイオード８６及び８８についてのこれらの異なる感度及び別個読み出しの能力によって、検出器２２はさらに広いダイナミック・レンジを有することができる。前述のように、イメージング・システム１０は、検出器２２のピクセル領域５４から得られる信号を処理する回路を含んでいる。さらに明確に述べると、検出器２２（例えば検出器制御回路３６若しくは検出器２２の他の構成要素）、ＩＤＣ３４、及び／又はシステム制御器２８は、第一のフォトダイオード８６からのデータを各々のピクセル領域５４の第二のフォトダイオード８８からのデータに結合して処理するように選択的に構成される処理回路を含んでいる。例えば、低曝射レベルでのラジオグラフィ動作又はフルオロスコピィ動作時に、第一及び第二のフォトダイオード８６及び８８の両方が各々信号を発生し得る。処理回路はこれらの信号を結合して、各々のピクセル領域５４についての信号値を得ることができる。また、処理回路は、各々のピクセル領域５４の第一のフォトダイオード８６からのデータを第二のフォトダイオード８８からのデータとは別個に処理するように選択的に構成される。例えば、高曝射レベルでの動作時に、第一のフォトダイオード８６が飽和状態となる場合がある。すると、処理回路は、第二のフォトダイオード８８から得られる信号を各々のピクセル領域５４についての信号値として用いることができる。幾つかの実施形態では、処理回路は、高曝射レベルでの動作時にフォトダイオード８６及び８８の両方から得られる信号を結合することができる。幾つかの実施形態では、処理回路はまた、低曝射レベルでの動作時に各々のピクセル領域５４の信号値について、信号を結合する代わりに第一のフォトダイオード８６からの信号又は第二のフォトダイオード８８からの信号の何れかを用いることができる。異なる感度及び別個読み出しを備えたフォトダイオード８６及び８８の構成の利点は、第一のフォトダイオード８６が飽和したときには第二のフォトダイオード８８から信号値を与えつつ、低曝射レベルでの動作時には第一のフォトダイオード８６にさらに良好な信号対雑音比を与える。

図５はさらに、異なる感度の二つのフォトダイオードを有することの利点を示す。図５は、様々なピクセル構造についての信号レベルを曝射レベルに関してグラフで表わしている。図５では、曝射レベルが横軸１４４に沿って表わされ、信号レベルが縦軸１４６によって全体的に示されている。線１４８は単一のフォトダイオード・ピクセル領域を表わす。点１５０に示す何らかの曝射レベルにおいて、単一のフォトダイオード・ピクセル領域１４８の信号レベルがフォトダイオードのバイアスのキャパシタンス倍に達し、飽和状態になる。線１５２によって表わされるさらに高いキャパシタンスを有する単一のフォトダイオード・ピクセル領域は、バイアスのキャパシタンス倍の上限を高めるに過ぎず、点１５４に示すピクセル領域が飽和に達する曝射レベル及び信号レベルを高めるに留まる。加えて、ピクセル領域１５２のキャパシタンスを増大させると、ピクセル領域１５２に関連する雑音が増大し、これにより最小曝射量を高める。代替的には、線１５６によって表わすように、単一のフォトダイオード・ピクセルについて変換係数又は利得を低下させることができる。しかしながら、このことによってバイアスのキャパシタンス倍、すなわち点１５８に示す飽和が起こる信号レベルは変化しない。代わりに、変換係数を低下させると飽和を達成する曝射レベルが高まる。さらに、変換係数を低下させるとピクセル領域１５６に関連する変換係数に対する雑音比も増大し、従って最小曝射量が高まる。

しかしながら、上述のような第一及び第二のフォトダイオードを有するピクセル領域の実施形態が上述の支障を克服するのに役立つ。図示のように、線１６０によって表わされるピクセル領域の第一のフォトダイオードと、線１６２によって表わされるそれぞれの第二のフォトダイオードとを合わせると単一のフォトダイオード・ピクセル領域１４８の同じ容量を有する。当業者には認められるように、実際には、二つのフォトダイオードを有するピクセル領域は単一のフォトダイオードのピクセル領域とは異なるキャパシタンスを有し得る。上述のように、第一のフォトダイオードは第二のフォトダイオードに等しい又はより大きい面積及びより高い感度を有している。点１６４に示す何らかの曝射レベルでは、第一のフォトダイオードについての信号レベルは、単一フォトダイオードのピクセル領域１４８と同様にフォトダイオードのバイアスのキャパシタンス倍に達し、飽和状態になる。しかしながら、二つのフォトダイオードを有するピクセル領域はまた、第二のフォトダイオード１６２から得られる信号を含んでいる。第二のフォトダイオード１６２は、点１６６に示すさらに低い信号レベルにおいて飽和を得るが、遥かに高い曝射レベルにある。このため、上述のように、また図５に示すように、低曝射では信号１６０及び１６２をピクセル領域の第一及び第二のフォトダイオードの両方から得ることができ、高曝射では第一のフォトダイオードでの飽和にも拘わらず信号１６２をピクセル領域の第二のフォトダイオードから得ることができる。

開示される各実施形態の技術的効果は、異なる面積及び感度を有する二つのフォトダイオードを各々有する多数のピクセル領域を設けることを含んでいる。ピクセル領域の各実施形態は、両方のフォトダイオードの部分を遮蔽して二つのフォトダイオードに異なる感度を与える構造を含んでいる。加えて、イネーブル回路及び読み出し回路が、二つのフォトダイオードからの別個の読み出しを可能にする。さらに、処理回路は、低曝射では信号を別個に結合して信号値を得ることができるが、高曝射では、感度が高い方のフォトダイオードが飽和状態となった場合には感度が低い方のフォトダイオードからの信号を用いればよい。このように、二つのフォトダイオードを有するピクセル領域は、検出器の適用範囲を拡大しつつ検出器のダイナミック・レンジを拡大することを可能にする。

この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めて当業者が本発明を実施することを可能にするように実例を用いている。本発明の特許付与可能な範囲は特許請求の範囲によって画定され、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。

１０：イメージング・システム
１２：線源
１４：コリメータ
１６：放射線流
１８：被検体
２０：放射線の一部
２２：ディジタルＸ線検出器
２４：電源／制御回路
２６：検出器制御器
２８：システム制御器
３０：表示器／プリンタ
３２：操作者ワークステーション
３４：撮像検出器制御器
３６：検出器制御回路
３８：電源
４０：参照／調節器回路
４２：横列バス
４４：縦列バス
４６：イネーブル回路
４８：読み出し回路
５０：検出器パネル
５２：区画
５４：ピクセル領域
５６：横列
５８：縦列
６０：画像マトリクス
６２：高さ
６４：幅
６８：縦列電極
７０：横列電極
７２：薄膜トランジスタ
７４：フォトダイオード
７６：ガラス基材
７８：アモルファス・シリコン・フラット・パネル・アレイ
８０：シンチレータ
８２：接点フィンガ
８４：接点リード
８６：第一のフォトダイオード
８８：第二のフォトダイオード
９０：間隙
９２：被覆層
９４：構造
９６：第一のトランジスタ
９８：第二のトランジスタ
１００：走査線
１０２、１０６：接続
１０８：第一のデータ線
１１０：第二のデータ線
１１６：第一の面積
１１８：第一の高さ
１２０：第一の幅
１２２：第二の面積
１２４：第二の高さ
１２６：第二の幅
１２８：中心部に位置する上部
１３０：フォトダイオード８６の第一の部分
１３２：フォトダイオード８８の第二の部分
１３４：構造９４の第一の部位
１３６：幅
１３８、１４２：高さ
１４０：構造９４の第二の部位
１４４：横軸
１４６：縦軸
１４８、１５２、１５６、１６０、１６２：線
１５０、１５４、１５８、１６４、１６６：点

Claims

各々のピクセル領域（５４）が第一の感度を有する第一のフォトダイオード（８６）と、前記第一の感度よりも低い第二の感度を有する第二のフォトダイオード（８８）とを含んでいる複数のピクセル領域（５４）と、
各々のピクセル領域（５４）の前記第一（８６）及び第二（８８）のフォトダイオードに結合されて該第一（８６）及び第二（８８）のフォトダイオードの読み出しをイネーブルにするイネーブル回路（４６）と、
各々のピクセル領域（５４）の前記第一（８６）及び第二のフォトダイオード（８８）に結合されて該第一（８６）及び第二（８８）のフォトダイオードからデータを読み出す読み出し回路（４８）と
を備えたディジタルＸ線検出器（２２）。
前記第一のフォトダイオード（８６）は第一の面積（１１６）を有し、前記第二のフォトダイオード（８８）は前記第一の面積（１１６）よりも小さい第二の面積（１２２）を有する、請求項１に記載の検出器（２２）。
各々のピクセル領域（５４）は、前記第一のフォトダイオード（８６）の第一の部分（１３０）及び前記第二のフォトダイオード（８８）の第二の部分（１３２）を覆う構造（９４）により横断されている、請求項１に記載の検出器（２２）。
前記構造（９４）は、前記第一（１３０）及び第二（１３２）の部分を光学的放射線から遮蔽する、請求項３に記載の検出器（２２）。
前記構造（９４）は、前記第一及び第二の感度を与えるように前記第二のフォトダイオード（８８）よりも比例的に少ない前記第一のフォトダイオード（８６）を遮蔽する、請求項４に記載の検出器（２２）。
前記構造（９４）は、各々のピクセル領域（５４）の前記第一（８６）及び第二（８８）のフォトダイオードに共通の電極（９４）を含んでいる、請求項３に記載の検出器（２２）。
前記イネーブル回路（４６）及び前記読み出し回路（４８）は、各々のピクセル領域（５４）の前記第一（８６）及び第二（８８）のフォトダイオードの別個の読み出しを提供するように構成されている、請求項１に記載の検出器（２２）。
各々のピクセル領域（５４）の前記第一のフォトダイオード（８６）からのデータを前記それぞれの第二のフォトダイオード（８８）からのデータとは別個に処理し、また各々のピクセル領域（５４）の前記第一のフォトダイオード（８６）からのデータを前記それぞれの第二のフォトダイオード（８８）からのデータと結合して処理するように選択的に構成される処理回路を含んでいる請求項７に記載の検出器（２２）。
各々のピクセル領域（５４）は、前記第一のフォトダイオード（８６）からのデータを読み出す第一のトランジスタ（９６）と、前記第二のフォトダイオード（８８）からのデータを読み出す第二のトランジスタ（９８）とを含んでいる、請求項７に記載の検出器（２２）。
各々のピクセル領域（５４）が第一の面積（１１６）を有する第一のフォトダイオード（８６）と、前記第一の面積（１１６）よりも小さい第二の面積（１２２）を有する第二のフォトダイオード（８８）とを含んでいる複数のピクセル領域（５４）と、
各々のピクセル領域（５４）の前記第一（８６）及び第二（８８）のフォトダイオードの上に位置する遮蔽構造（９４）であって、前記第一のフォトダイオード（８６）に第一の感度を与え、前記第二のフォトダイオード（８８）に前記第一の感度よりも低い第二の感度を与えるように前記第二のフォトダイオード（８８）よりも比例的に少ない前記第一のフォトダイオード（８６）を遮蔽する遮蔽構造（９４）と
を備えたディジタルＸ線検出器（２２）。
前記遮蔽構造（９４）は、各々のピクセル領域（５４）の前記第一（８６）及び第二（８８）のフォトダイオードに共通の電極（９４）を含んでいる、請求項１０に記載の検出器（２２）。
各々のピクセル領域（５４）の前記第一（８６）及び第二（８８）のフォトダイオードの読み出しをイネーブルにするように構成されているイネーブル回路（４６）と、各々のピクセル領域（５４）の前記第一（８６）及び第二（８８）のフォトダイオードを読み出すように構成されている読み出し回路（４８）とを含んでいる請求項１０に記載の検出器（２２）。
前記イネーブル回路（４６）及び前記読み出し回路（４８）は、各々のピクセル領域（５４）の前記第一（８６）及び第二（８８）のフォトダイオードの別個の読み出しを提供するように構成されている、請求項１２に記載の検出器（２２）。
各々のピクセル領域（５４）は、前記第一のフォトダイオード（８６）からデータを読み出す第一のトランジスタ（９６）と、前記第二のフォトダイオード（８８）からデータを読み出す第二のトランジスタ（９８）とを含んでいる、請求項１３に記載の検出器（２２）。
各々のピクセル領域（５４）の前記第一のフォトダイオード（８６）からのデータを前記それぞれの第二のフォトダイオード（８８）からのデータとは別個に処理し、また各々のピクセル領域（５４）の前記第一のフォトダイオード（８６）からのデータを前記それぞれの第二のフォトダイオード（８８）からのデータと結合して処理するように選択的に構成される処理回路を含んでいる請求項１３に記載の検出器（２２）。