JP3683987B2 - X-ray flat panel detector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体を透過したX線像を画像化するX線診断装置に用いるX線平面検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、X線撮影検査で主に使用されている撮像系は、例えば、以下のようなものがある。
【0003】
(1)スクリーン・フィルムシステムによるX線撮影検査は、増感紙とX線フィルムを組み合わせ、カセッテと呼ばれるケースに保持された状態で、X線撮影が行われる。
【0004】
また、X線撮影時には、散乱線の影響を除去する目的で、高速に振動するGRID(ブッキー)等と併用して用いられることが多い。このカセッテは、厚さ数mm程度の比較的小型軽量であることから、被検体が身動きできない場合にはベットサイドに、移動型X線発生器とともに持ち込み、その場でX線撮影を行なうこともある。
【0005】
また、X線寝台に見られるカセッテレスシステムは、未撮影フィルムと撮影済みフィルムを保管するマガジンとフィルム搬送部とを有する。X線撮影時には、未撮影フィルムがX線グリッドや増感紙が予め配置された所定の位置に搬送され、X線を受けることで撮影が行われる。
【0006】
撮影されたフィルムは、自動現像器を用いて、現像処理を行うことでX線像として観察できる。
【0007】
しかし、現状のフィルムにおいては、現像が済むまで、フィルムが露光しないように、また、損傷が生じないようにフィルムの取扱いに注意が必要であり、操作性が悪かった。
【0008】
また、自動現像器等の専用処理器を必要とし、これらの専用処理器が水や薬品を使用することから設置場所が限定され、画像の即時表示が不可能であった。
【0009】
(2)次に、コンピューテッド・ラジオグラフィーは、X線検出器として従来のフィルムを用いる代わりに、輝尽発光体を塗布したプレート(イメージング・プレート)を用いるX線撮影方法である。
【0010】
イメージング・プレートは、フィルムと比較して非常に広いダイナミックレンジを有しており、広い線量範囲で画像を撮影することができる。イメージング・プレートにX線を曝射すると、X線のエネルギーによって電子のエネルギー順位が高められ、X線強度分布が潜像として記憶される。
【0011】
後に、レーザーを照射して高い順位の電子を励起すると、この時のエネルギーが光として検出される。この光は、イメージング・プレートに吸収されたX線のエネルギーに比例するため、X線像を電気的に得ることができる。
【0012】
しかし、現状のイメージング・プレートは、解像度が悪く、ノイズが多い。また、イメージング・プレートは、使用時にキズがついて性能が劣化する。さらに、読み取り装置が高価であった。
【0013】
(3)さらに、X線を光に変換するイメージ・インテンシファイア(I.I.)とテレビジョン装置を組み合わせ、X線像を得る方式がある(I.I.−TVシステム)。この方式は、イメージ・インテンシファイアのX線入力面サイズが撮影可能サイズとなり、大体16インチ視野程度のものまである。
【0014】
光に変換されたX線像はイメージ・インテンシファイア出力部で一度結像されるが、この出力像を光学系を介して、テレビジョンカメラで撮像し、電気的映像として出力する。この方式では、X線像をリアルタイムに観察できる。
【0015】
しかし、この方式では、解像度が悪く、フィルム系と比較して、撮像系が大きい等の短所を持っていた。
【0016】
近年、前記フィルム−スクリーン系やイメージング・プレートの様な携帯性や、高解像度特性を有し、且つI.I.−TVシステムの持つリアルタイム性を備える次世代X線撮像装置として、薄膜トランジスタ(TFT:thin film transistor)をスイッチングゲートに用いたX線平面検出器が考えられている(以下、X線平面検出器と呼ぶ)。
【0017】
X線平面検出器は、現在、以下の2つの構成が考えられている。第1の構成のX線平面検出器は、平板上の検出面にX線を光に変換する蛍光体とその光を電荷に変換するフォトダイオードアレイ,電荷を蓄積するコンデンサ,電荷を読み出すSWから構成される。
【0018】
第2の構成のX線平面検出器は、平板上の検出面にX線を直接電荷に変換する半導体層からなる画素部と、電荷を蓄積するコンデンサからなる電荷蓄積部と、電荷を読み出すため読み出しスイッチ(読み出しSWと称する。)とから構成される。
【0019】
どちらもフィルム同様に等倍像を得る電気的撮像装置であり、従来のI.I.−TV装置と同様に画像の即時表示性に優れ、電気的画像保管が容易である。更に、構造的に薄型であることから、フィルム−スクリーン系やイメージング・プレートを用いたカセッテに置き換わることも可能である。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第2の構成のX線平面検出器においては、各画素のX線入射量に比例して増加する電荷が増加し、電荷蓄積部には高電圧が印加されることがある。この印加された電圧が、X線曝射中においては、読み出しSWの入力側に印加されることになる。
【0021】
しかし、X線曝射中に前記印加された電圧が一定電圧を越えると、読み出しSWが破壊する可能性があった。
【0022】
この状況は、特に、必要以上のX線が検出器に曝射された場合に起こると考えられる。臨床上では、例えばX線管球から出たX線が被検体である人体を透過せず、直接、検出器に入射する場合や、誤って長時間のX線曝射を行なってしまった場合などに、電荷が増加し、電荷蓄積部に高電圧が印加される。このため、読み出しSWの入力側に印加された電圧が一定電圧を越えるため、読み出しSWが破壊される。
【0023】
一方、良好なX線画像を得るためには、X線曝射中の画像情報をリアルタイムにモニタできることが望ましい。その実現手段として、フィルムシステムにおける前面採光型のファイバシンチレータによるX線曝射量モニタ、I.I.−TV系における光電子増倍管(PMT)等によるI.I.出力光モニタなどが実用化されている。
【0024】
X線平面検出器においても、フィルムシステムと同様に前面採光型のファイバシンチレータを組み合わせる等の方法が考えられるが、専用の検出機構を必要とし、検出器全体としてのサイズ増大や高価格の要因となっていた。
【0025】
本発明の目的は、X線曝射中に高電圧が読み出しSWに印加しうる構造を有するX線平面検出器において、読み出しSWの破壊を防止する共にサイズを増大することなく、しかも低価格でX線曝射状況をモニタすることのできるX線平面検出器を提供することにある。
【0026】
【課題を解決するための手段】
本発明は、検出面に配列された複数の画素の各画素に対応して設けられ入射したX線を電荷に変換する電荷変換手段と、この各電荷変換手段に対応して設けられ前記電荷変換手段により変換された電荷を蓄積する電荷蓄積手段と、この各電荷蓄積手段に対応して設けられ前記電荷蓄積手段により蓄積された電荷を読み出す電荷読出手段と、この各電荷読出手段に対応して設けられ、前記電荷読出手段の入力側に接続され、印加される電圧が所定の電圧以上となった時に前記電荷蓄積手段に蓄積されている電荷を掃き出す掃き出し手段と、この掃き出し手段により掃き出された電荷を外部に取り出す電荷取出手段と、を備える。
【0027】
本発明によれば、印加される電圧が所定の電圧以上となった時に電荷蓄積手段に蓄積されている電荷が掃き出されるとともに、電荷取出手段を介して掃き出された電荷が外部に取り出されるので、電荷蓄積状況をモニタすることができる。例えば、異常量のX線曝射の有無をモニタすることができる。
【0037】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のX線平面検出器の実施の形態を説明する。
【0038】
<実施の形態1>
まず、図1に、本発明のX線平面検出器の一例を示す。図1において、X線平面検出器10、ゲートドライバ19、読み出しアンプ23a〜23e、マルチプレクサ(MUX)25が設けられる。
【0039】
X線平面検出器10の検出面には複数の画素からなる電荷変換手段としての複数の画素部11が2次元状に配列されている。各画素部11毎に、電荷蓄積手段としての電荷蓄積部13、電荷読出手段としてのTFT17、掃き出し手段としてのツェナーダイオード17が設けられている。
【0040】
図2にX線平面検出器の単一の画素の断面図を示す。図2において、前記画像部11は、基板31の上部であって、かつ、上部電極33と下部電極35との間に設けられ、その画素に入射されたX線を電荷に変換する。
【0041】
ここでは、画素部11であるX線検出半導体として、例えば、アモルファス−セレン(以下、a−Seと称する。)を用いる。a−Seの上部電極33には高電位が印加され、上部電極33から下部電極35に向けて電界Eが発生している。X線曝射によりa−Se内に発生した負電荷は、上部電極33に集められ、正電荷は下部電極35に集められる。
【0042】
下部電極35には直列に電荷蓄積用の容量からなる前記電荷蓄積部13が設けられており、a−Se内で発生した電荷を蓄積する。
【0043】
下部電極35を介して電荷蓄積部13にはTFT15が接続される。TFT15は、電荷蓄積部13により蓄積された電荷を読み出しアンプ23a〜23eに読み出す読み出しSWである。
【0044】
TFT15は、X線曝射終了後に、ゲートドライバ19からのゲート制御信号がゲートGに入力されることによりドレインD・ソースS間がオンしてスイッチとして動作する。X線曝射終了後、各画素部11に蓄積されたX線像情報を有する電荷は、TFT15を介して外部の読み出しアンプ23a〜23eに読み出される。
【0045】
ゲートドライバ19は、ゲート制御信号を出力する4つの制御線21a〜21dを有し、各制御線21a〜21dは、自己の制御線に対応する行の4つのTFT15のゲートGに接続される。
【0046】
各読み出しアンプ23a〜23dは、自己の読み出しアンプに対応する列の4つのTFT15のソースSに接続され、対応する列の4つのTFT15の電荷を読み出してMUX25に出力する。
【0047】
MUX25は、各読み出しアンプ23a〜23dからのパラレル出力をシリアル出力に変換し、図示しないアナログ/ディジタル(A/D)変換器に送る。
【0048】
各々のツェナーダイオード17は、TFT15の入力側であるドレインDに一端であるカソードCが接続され、TFT15を破壊する電圧未満の所定の電圧で降伏することにより電荷蓄積部13からTFT15のドレインDに供給された電荷をアースに掃き出す。各々のツェナーダイオード17は、非線形な抵抗作用を持つ素子であり、ある一定量以上の逆バイアス電圧が印加されると電圧降伏を起こし、電流が流れる特性を持つ。
【0049】
なお、以上実施の形態1のX線平面検出器の構造について説明したが、ツェナーダイオード17の構成を除くX線平面検出器の構造については、例えば「X-ray imaging using amorphous selenium:Feasibility of a flat panel'selfscanned detector for digital radiology,Wei Zhao et,al.,Med.Phys.1995 」に記載されている。
【0050】
この論文の記載においては、a−Seには数千Vの電圧が印加されており、X線曝射と共にa−Se間の電圧は降下し、逆に、電荷蓄積部13間の電圧が上昇する。
【0051】
次に、図3に示す単一の画素の電気的等価回路図を参照して実施の形態1の動作を説明する。この検出器では、X線曝射中においては、a−Se内で入射されたX線により発生した電荷に対応して、印加電圧35は、a−Seである画素部11の画素部容量37と電荷蓄積部13の電荷蓄積容量39とに配分される。
【0052】
X線曝射中においては、読み出しSWであるTFT15はOFFであり、TFT15にはA点の電位が印加される。画素側電位−TFT15のゲート側電位間差、または、画素側電位−読み出しアンプ23a側電位間差がTFT15に直接負荷として印加される。
【0053】
そして、X線曝射終了後には、各画素部11に蓄積されたX線像情報を有する電荷は、TFT15を介して読み出しアンプ23aに読み出される。なお、図3では、読み出しアンプ23aの反転入力端子と出力端子との間にコンデンサ41を接続した積分型のアンプとした。
【0054】
しかし、X線曝射中に前記電位差がある程度以上(一般的に50〜100V)になると、TFT15は絶縁破壊を起こしてしまう。
【0055】
このため、検出器の各画素に対し、TFT15に並列に一定電圧で降伏する非線形抵抗素子であるツェナーダイオード17が配置され、片端が基準電位(例えばGND)に設定されている。
【0056】
また、ツェナーダイオード17の降伏電圧が、TFT15の破壊電圧より低く設定されているので、その破壊電圧以上の電位がA点に発生しても、全てツェナーダイオード17を介して基準電位側に電流が流れていくことになる。その結果、読み出しSWであるTFT17は破壊されなくなる。
【0057】
なお、実施の形態1では、この非線形な抵抗作用を持つ素子としてツェナーダイオード17を例として説明したが、同様の機能を有するTFTを用いて構成しても良い。
【0058】
図4に、TFTを非線形抵抗素子として用いて構成したX線平面検出器の単一画素の電気的等価回路を示す。図4に示す例では、前記ツェナーダイオード17に代えて、TFT15のドレインDとアース間に、直列に接続された3つのTFT43a〜43cを設けたことを特徴とする。
【0059】
この場合、TFT43aのゲートG・ソースS間を接続し、TFT43bのゲートG・ソースS間を接続し、TFT43cのゲートG・ソースS間を接続している。
【0060】
このような構成のTFT43a〜43cであれば、ゲートG・ドレインD間のダイオードとなり、ゲートGに所定の電圧が印加されると、電圧降伏を起こす。すなわち、前記ツェナーダイオード17と同一の動作を行なうので、TFT17は破壊されなくなる。なお、このような構成のTFTを1つ又は2つ用いても良く、また、TFT43aのゲートG・ソースS間の接続に代えて、TFT43aのゲートG・ドレインD間を接続しても、同様な効果が得られる。
【0061】
<実施の形態2>
次に、本発明のX線平面検出器の実施の形態2を説明する。図5に実施の形態2のX線平面検出器の単一の画素の電気的等価回路を示す。実施の形態1では、読み出しSWであるTFT15の破壊を防止するために、非線形な抵抗作用を持つ素子であるツェナーダイオード17をTFT15と並列に配置した。
【0062】
実施の形態2では、同様の構成を検出器側に持たせると共に、非線形な抵抗作用を持つ素子の片端からの電荷を読みとるようにしたものである。
【0063】
図5を用いてその構成を説明する。実施の形態2では、TFT15のドレインDにカソードが接続されたツェナーダイオード17aと、ツェナーダイオード17aのアノードに接続された電荷取出手段としての読み出しアンプ45と、読み出しアンプ45のの反転入力端子と出力端子との間に設けられたコンデンサ46を備えたことを特徴とする。
【0064】
なお、その他の構成は図3に示す実施の形態1の構成と同一であるので、同一部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略する。
【0065】
ツェナーダイオード17aは、所定の電圧で降伏することにより電荷蓄積部13からTFT15のドレインDに供給された電荷を読み出しアンプ45に掃き出す。読み出しアンプ45は、ツェナーダイオード17aから掃き出された電荷を外部に取り出す。
【0066】
ツェナーダイオード17aの降伏電圧は、各画素の飽和X線入射量に相当する電圧に設定され、読み出しアンプ45は、各画素の飽和X線入射量を越えるX線入射量があった場合に、ツェナーダイオード17aの電圧降伏により掃き出された電荷を取り出す。
【0067】
この場合、画素の飽和X線入射量は、その画素の飽和電荷量に対応する。従って、ツェナーダイオード17aの降伏電圧は、画素の電荷飽和時のA点における電圧にほぼ同じに設定される。
【0068】
このような構成によれば、画素に飽和X線入射量を越えるX線入射があった場合には、A点には画素の電荷飽和時の電圧以上の電圧が発生する。このため、ツェナーダイオード17aが降伏し、電荷がツェナーダイオード17aから読み出しアンプ45に読み出される。そして、その出力を外部の表示装置などに表示する。
【0069】
従って、異常量のX線曝射の有無をモニタすることができる。例えば、飽和X線入射量を越えるX線入射量があった場合には、異常量のX線曝射がなされたことがわかる。また、検出器としてのダイナミックレンジを損なうことなく、飽和電荷量以上の電荷を発生した画素の有無を検出することができる。
【0070】
次に、実施の形態2の各非線形な抵抗作用を持つ素子の片端の処理方法の実施例を、ここでは、2つ上げて説明する。
【0071】
(実施例1)
まず、図6に実施の形態2の各非線形な抵抗作用を持つ素子の片端の処理方法の実施例1の構成図を示す。
【0072】
図6に示すX線平面検出器10aを含むX線撮影装置において、各画素毎に、TFT15のドレインDにはツェナーダイオード17aのカソードが接続される。全てのツェナーダイオード17aのアノードは、1つの読み出しアンプ45に接続される。
【0073】
すなわち、各画素のツェナーダイオード17aの片端であるアノードを1本にまとめた場合である。
【0074】
さらに、X線撮影装置には制御装置47、X線発生装置49、表示ランプ51が設けられる。制御装置47は読み出しアンプ45の出力に基づきX線発生装置49を制御する。X線発生装置49は制御装置47からの制御信号に基づきX線量を制御する。表示ランプ51は、読み出しアンプ45の出力を表示する。
【0075】
このような構成によれば、検出器全体において1画素でも、飽和電荷容量を超えたX線入射があると、出力をだすことになる。
【0076】
この出力は、制御装置47に送られ、X線発生装置49は、その出力量に対応してX線を遮断する。また、表示ランプ51に単に飽和領域が存在することを表示しても良い。
【0077】
(実施例2)
次に、各非線形な抵抗作用を持つ素子の片端の処理方法の実施例2を説明する。図7に実施の形態2の各非線形な抵抗作用を持つ素子の片端の処理方法の実施例2の構成図を示す。
【0078】
図7に示すX線平面検出器10aを含むX線撮影装置においては、16画素の検出器全体を、例えば、4つの2×2のブロックBK1,BK2,BK3,BK4に分割し、それぞれのブロックにおける各画素のツェナーダイオード17aの片端を1本にまとめたものである。
【0079】
例えば、ブロックBK1における各画素のツェナーダイオード17aのアノードを読み出しアンプ45−1に共通に接続し、ブロックBK2における各画素のツェナーダイオード17aのアノードを読み出しアンプ45−2に共通に接続する。
【0080】
ブロックBK3における各画素のツェナーダイオード17aのアノードを読み出しアンプ45−3に共通に接続し、ブロックBK4における各画素のツェナーダイオード17aのアノードを読み出しアンプ45−4に共通に接続する。
【0081】
読み出しアンプ45−1〜45−4の出力は、制御装置47及び表示ランプ51に接続される。なお、制御装置47、X線発生装置49、表示ランプ51の構成は実施例1のそれらと同一構成である。
【0082】
このような構成によれば、検出器全体のあるブロックにおいて、飽和電荷容量を超えたX線入射があると、そのブロックに対応する読み出しアンプが出力を出すことになる。従って、4つのブロックそれぞれについての飽和の有無を知ることができる。
【0083】
臨床においては、撮影領域によっては関心領域以外の部分にX線に対し薄い領域が存在し、関心領域に適正濃度を得るためには、画像の一部が飽和状態になってもやむを得ない場合がある。
【0084】
前記4本の飽和の有無情報から目的の部分についての信号情報のみを選択して使用し、X線発生装置49を制御することにより、より細かい曝射制御が可能となる。
【0085】
また、4つの出力からハレーション領域を術者に示す情報を作成して、その情報を表示ランプ51に表示しても良い。さらに、16画素の分割数も4つに限らず、いくつでも良い。例えば、各画素毎に読み出しアンプを設け、各画素の飽和の有無を知るようにしてもよい。
【0086】
さらに、前記情報を表示ランプ51に表示する代わりに、その情報を警報ブザーなどで報知するようにしても良い。
【0087】
【発明の効果】
本発明によれば、印加される電圧が所定の電圧以上となった時に電荷蓄積手段に蓄積されている電荷が掃き出されるとともに、電荷取出手段を介して掃き出された電荷が外部に取り出されるので、電荷蓄積状況をモニタすることができる。例えば、異常量のX線曝射の有無をモニタすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のX線平面検出器の実施の形態1の構成図である。
【図2】X線平面検出器の単一の画素の断面図である。
【図3】単一の画素の電気的等価回路を示す図である。
【図4】TFTを非線形抵抗素子として用いて構成したX線平面検出器の単一画素の電気的等価回路を示す図である。
【図5】実施の形態2におけるX線平面検出器の単一の画素の電気的等価回路を示す図である。
【図6】実施の形態2の各非線形な抵抗作用を持つ素子の片端の処理方法の実施例1の構成を示す図である。
【図7】実施の形態2の各非線形な抵抗作用を持つ素子の片端の処理方法の実施例2の構成を示す図である。
【符号の説明】
10,10a X線平面検出器
11 画素部
13 電荷蓄積部
15,43a〜43c TFT(薄膜トランジスタ)
17,17a ツェナーダイオード
19 ゲートドライバ
21a〜21d 制御線
23a〜23e,45 読み出しアンプ
25 MUX(マルチプレクサ)
33 上部電極
35 下部電極
37 画素部容量
39 電荷蓄積容量
41,46 コンデンサ
47 制御装置
49 X線発生装置
51 表示ランプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an X-ray flat panel detector used in an X-ray diagnostic apparatus for imaging an X-ray image transmitted through a human body.
[0002]
[Prior art]
Currently, imaging systems mainly used in X-ray imaging inspection include the following, for example.
[0003]
(1) In the X-ray imaging inspection by the screen / film system, an intensifying screen and an X-ray film are combined and X-ray imaging is performed in a state of being held in a case called a cassette.
[0004]
Further, in X-ray imaging, it is often used in combination with GRID (Bucky) that vibrates at high speed for the purpose of removing the influence of scattered radiation. Since this cassette is relatively small and light, with a thickness of several millimeters, if the subject cannot move, it can be brought to the bedside with a mobile X-ray generator and X-ray imaging can be performed on the spot. is there.
[0005]
Moreover, the cassette system seen in the X-ray bed has a magazine for storing unphotographed film, filmed film, and a film transport unit. At the time of X-ray photography, an unphotographed film is conveyed to a predetermined position where an X-ray grid and an intensifying screen are previously arranged, and photographing is performed by receiving X-rays.
[0006]
The photographed film can be observed as an X-ray image by performing development processing using an automatic developing device.
[0007]
However, in the current film, care must be taken in handling the film so that the film is not exposed or damaged until development is completed, and the operability is poor.
[0008]
In addition, a dedicated processor such as an automatic developing device is required, and since these dedicated processors use water and chemicals, the installation place is limited, and an image cannot be displayed immediately.
[0009]
(2) Next, computed radiography is an X-ray imaging method using a plate (imaging plate) coated with a stimulable luminescent material instead of using a conventional film as an X-ray detector.
[0010]
The imaging plate has a very wide dynamic range compared to the film, and can take an image in a wide dose range. When X-rays are exposed to the imaging plate, the energy level of electrons is increased by the energy of the X-rays, and the X-ray intensity distribution is stored as a latent image.
[0011]
Later, when high-order electrons are excited by laser irradiation, the energy at this time is detected as light. Since this light is proportional to the energy of X-rays absorbed by the imaging plate, an X-ray image can be obtained electrically.
[0012]
However, current imaging plates have poor resolution and are noisy. In addition, the imaging plate is scratched during use and its performance deteriorates. Furthermore, the reading device was expensive.
[0013]
(3) Further, there is a method of obtaining an X-ray image by combining an image intensifier (II) that converts X-rays into light and a television apparatus (II-TV system). In this method, the size of the X-ray input surface of the image intensifier is a size that can be photographed, and there are even about 16-inch fields of view.
[0014]
The X-ray image converted into light is formed once at the image intensifier output unit, and this output image is captured by a television camera via an optical system and output as an electrical image. In this method, an X-ray image can be observed in real time.
[0015]
However, this method has the disadvantage that the resolution is poor and the imaging system is larger than the film system.
[0016]
In recent years, it has portability such as the film-screen system and imaging plate, and has high resolution characteristics. I. -An X-ray flat panel detector using a thin film transistor (TFT) as a switching gate is considered as a next-generation X-ray imaging apparatus having real-time characteristics of a TV system (hereinafter referred to as an X-ray flat panel detector). Call).
[0017]
The following two configurations of the X-ray flat panel detector are currently considered. The X-ray flat panel detector of the first configuration includes a phosphor that converts X-rays into light on a detection surface on a flat plate, a photodiode array that converts the light into charges, a capacitor that accumulates charges, and a SW that reads charges. Composed.
[0018]
The X-ray flat panel detector of the second configuration reads a charge from a pixel portion made of a semiconductor layer that converts X-rays directly into charges on a detection surface on a flat plate, a charge accumulation portion made up of a capacitor that accumulates charges. It comprises a readout switch (referred to as readout SW).
[0019]
Both are electrical imaging devices that obtain an equal-magnification image like a film. I. -Like the TV device, it is excellent in immediate display of images, and electrical image storage is easy. Furthermore, since it is structurally thin, it can be replaced with a cassette using a film-screen system or an imaging plate.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the X-ray flat panel detector of the second configuration, the charge that increases in proportion to the X-ray incident amount of each pixel increases, and a high voltage may be applied to the charge storage unit. This applied voltage is applied to the input side of the readout SW during X-ray exposure.
[0021]
However, if the applied voltage exceeds a certain voltage during X-ray exposure, the read SW may be destroyed.
[0022]
This situation is thought to occur especially when more X-rays are exposed to the detector. Clinically, for example, when X-rays emitted from an X-ray tube do not pass through the subject's human body and directly enter the detector, or when X-ray exposure is accidentally performed for a long time For example, the charge increases, and a high voltage is applied to the charge storage portion. For this reason, since the voltage applied to the input side of the read SW exceeds a certain voltage, the read SW is destroyed.
[0023]
On the other hand, in order to obtain a good X-ray image, it is desirable that image information during X-ray exposure can be monitored in real time. As an implementation means thereof, an X-ray exposure monitor using a front-side daylighting type fiber scintillator in a film system; I. -A photomultiplier tube (PMT) or the like in a TV system. I. Output light monitors have been put into practical use.
[0024]
For X-ray flat panel detectors, a method such as combining front-illuminated fiber scintillators as in the film system can be considered. However, a dedicated detection mechanism is required, which increases the size of the entire detector and causes high costs. It was.
[0025]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to prevent damage to a read SW while increasing its size and at a low price in an X-ray flat panel detector having a structure in which a high voltage can be applied to the read SW during X-ray exposure. An object of the present invention is to provide an X-ray flat panel detector capable of monitoring an X-ray exposure situation.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides charge conversion means provided corresponding to each pixel of a plurality of pixels arranged on the detection surface and converting incident X-rays into charges, and the charge conversion provided corresponding to each charge conversion means. Charge storage means for storing the charge converted by the means, charge reading means provided corresponding to each charge storage means for reading out the charge stored by the charge storage means, and corresponding to each charge read means Provided and connected to the input side of the charge reading means, and when the applied voltage exceeds a predetermined voltage, the sweep means for sweeping out the charges accumulated in the charge accumulation means, and the sweep means sweeps out the charges. And a charge extracting means for extracting the collected charges to the outside.
[0027]
According to the present invention, when the applied voltage becomes equal to or higher than a predetermined voltage, the charge stored in the charge storage unit is swept out, and the charge swept out through the charge extraction unit is taken out to the outside. Therefore, the charge accumulation status can be monitored. For example, the presence or absence of an abnormal amount of X-ray exposure can be monitored.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the X-ray flat panel detector of the present invention will be described.
[0038]
<
First, FIG. 1 shows an example of the X-ray flat panel detector of the present invention. In FIG. 1, an X-ray
[0039]
On the detection surface of the X-ray
[0040]
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a single pixel of the X-ray flat panel detector. In FIG. 2, the
[0041]
Here, for example, amorphous-selenium (hereinafter referred to as a-Se) is used as the X-ray detection semiconductor that is the
[0042]
The
[0043]
A
[0044]
The
[0045]
The
[0046]
Each of the
[0047]
The
[0048]
Each of the Zener diodes 17 is connected to the drain D on the input side of the
[0049]
Although the structure of the X-ray flat panel detector of the first embodiment has been described above, the structure of the X-ray flat panel detector excluding the configuration of the Zener diode 17 is, for example, “X-ray imaging using amorphous selenium: Feasibility of a”. flat panel'selfscanned detector for digital radiology, Wei Zhao et al., Med. Phys. 1995 ".
[0050]
In the description of this paper, a voltage of several thousand volts is applied to a-Se, and the voltage between a and Se decreases with the X-ray exposure, and conversely, the voltage between the
[0051]
Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to an electrical equivalent circuit diagram of a single pixel shown in FIG. In this detector, during the X-ray exposure, the applied
[0052]
During the X-ray exposure, the
[0053]
After the end of the X-ray exposure, the charge having the X-ray image information accumulated in each
[0054]
However, if the potential difference becomes more than a certain level (generally 50 to 100 V) during X-ray exposure, the
[0055]
For this reason, for each pixel of the detector, a Zener diode 17 which is a non-linear resistance element that breaks down at a constant voltage is arranged in parallel with the
[0056]
In addition, since the breakdown voltage of the Zener diode 17 is set lower than the breakdown voltage of the
[0057]
In the first embodiment, the Zener diode 17 is described as an example of the element having the non-linear resistance action. However, a TFT having a similar function may be used.
[0058]
FIG. 4 shows an electrical equivalent circuit of a single pixel of an X-ray flat panel detector configured using TFTs as nonlinear resistance elements. In the example shown in FIG. 4, instead of the Zener diode 17, three
[0059]
In this case, the gate G and the source S of the
[0060]
With the TFTs 43a to 43c having such a configuration, a diode is formed between the gate G and the drain D, and voltage breakdown occurs when a predetermined voltage is applied to the gate G. That is, since the same operation as the Zener diode 17 is performed, the TFT 17 is not destroyed. One or two TFTs having such a configuration may be used, or the gate G and the drain D of the
[0061]
<Embodiment 2>
Next, a second embodiment of the X-ray flat panel detector of the present invention will be described. FIG. 5 shows an electrical equivalent circuit of a single pixel of the X-ray flat panel detector according to the second embodiment. In the first embodiment, the Zener diode 17 which is an element having a non-linear resistance action is arranged in parallel with the
[0062]
In the second embodiment, a similar configuration is provided on the detector side, and the charge from one end of an element having a non-linear resistance action is read.
[0063]
The configuration will be described with reference to FIG. In the second embodiment, a
[0064]
Since the other configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 3, the same parts are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.
[0065]
The
[0066]
The breakdown voltage of the
[0067]
In this case, the saturation X-ray incident amount of the pixel corresponds to the saturation charge amount of the pixel. Therefore, the breakdown voltage of the
[0068]
According to such a configuration, when X-ray incidence exceeding the saturation X-ray incidence amount occurs in the pixel, a voltage higher than the voltage at the time of pixel charge saturation is generated at point A. For this reason, the
[0069]
Therefore, the presence or absence of an abnormal amount of X-ray exposure can be monitored. For example, when there is an X-ray incident amount exceeding the saturation X-ray incident amount, it is understood that an abnormal amount of X-ray exposure has been performed. In addition, it is possible to detect the presence or absence of a pixel that has generated a charge equal to or greater than the saturation charge amount without impairing the dynamic range of the detector.
[0070]
Next, an example of the method for processing one end of each element having a nonlinear resistance action according to the second embodiment will be described with reference to two.
[0071]
(Example 1)
First, FIG. 6 shows a configuration diagram of Example 1 of the processing method for one end of each element having nonlinear resistance action according to the second embodiment.
[0072]
In the X-ray imaging apparatus including the X-ray
[0073]
That is, this is a case where the anode which is one end of the
[0074]
Further, the X-ray imaging apparatus is provided with a
[0075]
According to such a configuration, if even one pixel in the entire detector has an X-ray incident exceeding the saturation charge capacity, an output is produced.
[0076]
This output is sent to the
[0077]
(Example 2)
Next, a second embodiment of the processing method for one end of each element having a nonlinear resistance action will be described. FIG. 7 shows a configuration diagram of Example 2 of the processing method for one end of each element having nonlinear resistance action according to the second embodiment.
[0078]
In the X-ray imaging apparatus including the X-ray
[0079]
For example, the anode of the
[0080]
The anode of the
[0081]
Outputs of the read amplifiers 45-1 to 45-4 are connected to the
[0082]
According to such a configuration, when there is X-ray incidence exceeding the saturation charge capacity in a certain block of the whole detector, the read amplifier corresponding to that block outputs an output. Therefore, it is possible to know the presence or absence of saturation for each of the four blocks.
[0083]
In clinical practice, depending on the imaging region, there is a region that is thin relative to X-rays outside the region of interest, and in order to obtain an appropriate density in the region of interest, it may be unavoidable even if part of the image is saturated. is there.
[0084]
By selecting and using only the signal information about the target portion from the information on the presence or absence of the four saturations and controlling the
[0085]
Further, information indicating the halation region to the surgeon may be created from the four outputs, and the information may be displayed on the
[0086]
Further, instead of displaying the information on the
[0087]
【The invention's effect】
According to the present invention, when the applied voltage becomes equal to or higher than a predetermined voltage, the charge accumulated in the charge accumulation unit is swept out, and the charge swept out through the charge extraction unit is taken out to the outside. Therefore, the charge accumulation status can be monitored. For example, the presence or absence of an abnormal amount of X-ray exposure can be monitored.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of an X-ray flat panel detector according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a single pixel of an X-ray flat panel detector.
FIG. 3 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a single pixel.
FIG. 4 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a single pixel of an X-ray flat panel detector configured using a TFT as a nonlinear resistance element.
5 is a diagram showing an electrical equivalent circuit of a single pixel of the X-ray flat panel detector according to Embodiment 2. FIG.
6 is a diagram showing a configuration of Example 1 of a processing method for one end of each element having a nonlinear resistance action according to Embodiment 2. FIG.
7 is a diagram showing a configuration of Example 2 of a method for processing one end of each element having nonlinear resistance action according to Embodiment 2. FIG.
[Explanation of symbols]
10, 10a X-ray
17,
33
Claims (4)
この各電荷変換手段に対応して設けられ前記電荷変換手段により変換された電荷を蓄積する電荷蓄積手段と、
この各電荷蓄積手段に対応して設けられ前記電荷蓄積手段により蓄積された電荷を読み出す電荷読出手段と、
この各電荷読出手段に対応して設けられ、前記電荷読出手段の入力側に接続され、印加される電圧が所定の電圧以上となった時に前記電荷蓄積手段に蓄積されている電荷を掃き出す掃き出し手段と、
この掃き出し手段により掃き出された電荷を外部に取り出す電荷取出手段と、を備えることを特徴とするX線平面検出器。Charge conversion means provided corresponding to each pixel of the plurality of pixels arranged on the detection surface and converting incident X-rays into charges;
Charge storage means provided corresponding to each of the charge conversion means and for storing charges converted by the charge conversion means;
Charge reading means provided corresponding to each charge storage means for reading out the charges stored by the charge storage means;
Provided corresponding to the respective charge reading means, connected to said input side of the charge reading means, sweeping the applied charge voltage stored in the charge storage means when a Jo Tokoro voltage or sweeping Means,
An X-ray flat panel detector comprising: charge extraction means for extracting the electric charge swept out by the sweeping means to the outside.
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