JP3707924B2 - X-ray imaging device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、X線撮像装置に関する。特に被検体へのX線照射量を少なくするためのX線診断装置に用いられ、また、同種の目的で工業用非破壊検査装置にも用いられるX線撮像装置に関するものである。
【0002】
【従来技術】
従来の光/X線に感知するセンサは、図7に示すようにマトリックスを構成する各素子に分かれた電極72と、素子に共通な半導体層73、及び、共通な電極74を設け、半導体層に入射した光/X線を電荷に変換して記憶容量75に蓄積し、スイッチング素子76の駆動により読み出すというものである。また、一搬の放射線センサも半導体層で生成される電荷をマトリックス状に読み出すという点では、上記センサと同様である。
【0003】
一方、X線診断のいわゆるレントゲン撮影装置においては、X線フィルムの前面・後面あるいは近傍に、微小なX線センサを設け、このX線センサの信号により、X線を発生した後、適切なX線量を感知した時にX線の発生を中止するようにX線発生器を制御している。これは一般にフォトタイマと呼ばれている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの検出器は照射され被検体を透過したX線についてその画像を得ようとするだけであり、必要最小限なX線量を照射するという観点はない。すなわち、X線画像は入射するX線量によりその画質が影響され、一般にX線量が減少すると、X線のゆらぎがフォトンノイズとなってあらわれ、これが画質に影響する。十分なX線量を照射するとフォトンノイズは減少するものの、被検体の被曝は大きくなるという問題がある。特に診断用途で用いられる装置は、被検体への被曝を必要最小限にする必要がある。
【0005】
本発明は上記課題を解決するために創案されたもので、良好な画質のX線画像を得ることができるとともに、被検体への被曝を最小限にすることができるX線撮像装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のX線撮像装置は、X線のエネルギーを電荷に変換する半導体層、またはX線のエネルギーを光に変換するシンチレータとシンチレータからの光を電荷に変換する半導体層と、前記半導体層の片面に設けられた第1の電極と、第1の電極とは反対の面に設けられるマトリックス状の第2の電極と、前記第2の電極とつながり、かつ、基板上にマトリックス状に設けられたスイッチング素子と、前記第2の電極とつながり前記半導体層で変換された電荷を蓄積する電荷蓄積用キャパシタと、前記第1の電極に流れる電流を積算しその積算量(電荷量)が、規定値に達した時に信号を発する制御手段とを設けたことを特徴としている。
【0007】
X線発生器により発せられるX線は被検体を透過し、本撮像装置に入射する。X線は第1の電極を透過し、その大部分が半導体層で吸収されX線エネルギーは電荷(電子−正孔対)を作る。
【0008】
あるいは、X線はシンチレータにより吸収され蛍光を発し、その蛍光によりフォトダイオードのような半導体層により電荷を作る。
【0009】
この電荷を第2の電極およびスイッチング素子により順次走査し読み出すことでX線2次元画像を得るとともに、第1の電極に流れる電荷量が規定値に達した場合に信号を出力し、X線発生装置等に伝達してX線の発生を中止させる。
【0010】
【実施例】
本発明の実施例を図1、図2に基づいて説明する。図1は本発明にかかるX線撮像装置の概要図であるが、マトリックスに共通な層である半導体層2及び第1の電極1は図示していない。図2は断面から見た説明図である。図2において上部から入射したX線は第1の電極1を透過して半導体層2で吸収され、電子−正孔対を作り電荷を生成する。生成された電荷は、半導体層2に印加される電圧により電子と正孔はそれぞれ反対の電極に引き寄せられ、この電荷が各キャパシタ4に蓄積される。印加する電圧は図のように第1の電極1に直流電圧源12によって正の電圧を印加する場合と、逆に負の電圧を印加する場合があり、半導体層内の電子・正孔それぞれの寿命や移動度で決まる。
【0011】
信号の読み出しは、第2の電極3とキャパシタ4に接続され、マトリックス状に並んだスイッチング素子5を順次駆動することにより、1ライン分ずつの蓄積電荷がそれぞれ読み出しラインを通って増幅器9に入り、マルチプレクサ10を通ってA/D変換器11でA/D変換される。
【0012】
ところで、第1の電極に流れる電流を測定・積算し、電荷量を検出する検出手段6を設ける。この検出手段は計測分野においてよく知られており、特に計測用オペアンプを用いるものが一般的であるが、これに限るものではない。この出力を、コンパレータ回路8に入力し、一方、規定値(閾値)を設定する回路7からの信号と比較することにより、この第1の電極に流れる電荷量が規定値に達した場合に信号をコンパレータ回路8から出力する。
【0013】
本発明の製造方法について説明する。
【0014】
液晶ディスプレイなどの家電製品に用いられている薄膜技術により、基板上にマトリックス状に設けられたスイッチング素子と第2の電極が作製される。この技術により、各素子ごとに分かれたTFTやMIM構造のスイッチング素子と、このスイッチング素子につながった第2の電極(これも各素子ごとに分割されている)と、スイッチング素子を駆動する駆動ライン(例えば列方向)と、スイッチング素子を通って電荷が流れるデータライン(例えば行方向)が作られている。一般には、スイッチング素子はアモルファスシリコンやポリシリコンで作製され、絶縁物には窒化膜、酸化膜、ポリイミドなどの化学材料、金属材料には、クロム・タンタル・アルミ・銅など種々の材料がすでに使用されている。
【0015】
第2電極の上には半導体層が、センサ全体にわたって設けられる。この層はひとつの連続層であっても良いし、マトリックス状・マトリックスをいくつか合わせた複数に分割された層などいくつかに分割されていても良い。この材料は、セレンなどのカルコゲナイド系材料を蒸着により成膜したり、シリコンやテルル化カドミウム合金をCVDで作ることが可能である。十分にX線を吸収するにはこれらの半導体層の厚みは厚い程良く、シリコンのように密度の低いものでは1〜5mm、セレンでは300〜1000μm、テルル化カドミウム合金では100〜300μmである。
【0016】
X線をシンチレータにより蛍光に変換した後電荷に変える場合には、X線の大部分をシンチレータで吸収される。例えばタリウムやナトリウムをドープしたヨウ化セシウムのシンチレータではその厚みは300〜700μmであり、タングステン酸カドミウムでは200〜500μmが望ましい。シンチレータにはこの他種々の材料が知られている。
【0017】
さらに、半導体層の上に、第1の電極を設ける。この材料には、入射線が光の場合はITO(インジウム・錫・オキサイド)がもっとも有名であるが、X線の場合にはX線の透過力が高いため、種々の薄膜の金属層や合金層でもよい。
【0018】
第1の電極1は、いくつかの部分に分かれており、その例を図3から図5に示す。図3は第1の電極が分割されていない例であり、図4、図5は第1の電極1を適当な形状に分割した例である。
【0019】
図6は、図4や図5のように第1の電極が分割されている場合のX線撮像装置の構成例であり、所望の形状に第1の電極を分割しそれぞれの電極の電荷量によりコンパレータ回路21から信号を出力するものである。これには、各々の分割された電極ごとに電荷量を検出する検出手段22を設けて電荷量を検出してそれぞれコンパレータ回路21に入力したり、また分割された複数の電極をいくつかにまとめて検出する方法がある。
【0020】
また、電荷量を検出する検出手段の数に対応して、複数の設定値を規定値(閾値)の設定回路23でもち、それぞれについて比較することや信号をA/D変換回路でデジタル信号として扱うこともできる。
【0021】
この信号をX線発生装置の動作を中止する信号として、X線管球や高電圧発生装置等で構成されるX線発生装置に伝達し、X線の発生を中止すれば被曝を少なくしつつ、良好なX線画像を得ることができる。
【0022】
通常のX線発生装置は、X線のオン・オフ信号をその内部に持っているため、この信号と上の信号を重ね合わす簡単な論理回路により、容易にX線の停止を実現できる。
【0023】
【発明の効果】
本発明にかかるX線撮像装置によれば、被検体を透過したX線強度を測定しながら、X線の発生を制御できるため、適切なX線量に達したときにX線発生を中止できるので、被検体への被曝を最小限にでき、かつ、良好な画質のX線画像を得ることができる。また装置の操作者は、X線発生装置の条件設定が簡便になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるX線撮像装置の概略構成を示す図である。
【図2】本発明にかかるX線撮像装置の断面を示す図である。
【図3】本発明のX線撮像装置の第1の電極の一実施例を示す図である。
【図4】本発明のX線撮像装置の第1の電極の一実施例を示す図である。
【図5】本発明のX線撮像装置の第1の電極の一実施例を示す図である。
【図6】本発明のX線撮像装置の変形実施例を示す図である。
【図7】従来のX線撮像装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 第1の電極
2 半導体層
3 第2の電極
4 キャパシタ
5 スイッチング素子
6 電荷量を検出する検出手段
7 規定値(閾値)を設定する回路
8 コンパレータ回路
9 増幅器
10 マルチプレクサ
11 A/D変換器
12 直流電圧源
21 コンパレータ回路
22 規定値(閾値)を設定する回路
23 電荷量を検出する検出手段
72 電極
73 半導体層
74 共通電極
75 記憶容量
76 スイッチング素子[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an X-ray imaging apparatus. In particular, the present invention relates to an X-ray imaging apparatus that is used in an X-ray diagnostic apparatus for reducing the amount of X-ray irradiation to a subject, and also used in an industrial nondestructive inspection apparatus for the same kind of purpose.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 7, a conventional sensor for sensing light / X-rays is provided with an electrode 72 divided into each element constituting a matrix, a
[0003]
On the other hand, in a so-called X-ray imaging apparatus for X-ray diagnosis, a minute X-ray sensor is provided on the front, rear, or vicinity of the X-ray film, and X-rays are generated by signals from the X-ray sensor. The X-ray generator is controlled to stop generating X-rays when a dose is detected. This is generally called a phototimer.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, these detectors only try to obtain images of X-rays that have been irradiated and transmitted through the subject, and there is no viewpoint of irradiating the minimum necessary X-ray dose. That is, the image quality of an X-ray image is affected by the incident X-ray dose. Generally, when the X-ray dose decreases, the fluctuation of the X-ray appears as photon noise, which affects the image quality. Although irradiation with a sufficient X-ray dose reduces photon noise, there is a problem that the exposure of the subject increases. In particular, an apparatus used for diagnostic purposes needs to minimize exposure to a subject.
[0005]
The present invention was devised to solve the above-described problems, and provides an X-ray imaging apparatus capable of obtaining an X-ray image with good image quality and minimizing exposure to a subject. There is.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an X-ray imaging apparatus of the present invention converts a semiconductor layer that converts X-ray energy into electric charge, or a scintillator that converts X-ray energy into light and light from the scintillator into electric charge. A semiconductor layer; a first electrode provided on one side of the semiconductor layer; a matrix-like second electrode provided on a surface opposite to the first electrode; and the second electrode; and A switching element provided in a matrix on a substrate, a charge storage capacitor connected to the second electrode and storing charges converted by the semiconductor layer, and a current flowing through the first electrode are integrated and integrated. Control means for emitting a signal when the amount (charge amount) reaches a specified value is provided.
[0007]
X-rays emitted by the X-ray generator pass through the subject and enter the imaging apparatus. X-rays pass through the first electrode, most of which is absorbed by the semiconductor layer, and the X-ray energy creates charges (electron-hole pairs).
[0008]
Alternatively, the X-rays are absorbed by the scintillator and emit fluorescence, and electric charges are generated by the semiconductor layer such as a photodiode by the fluorescence.
[0009]
X-ray two-dimensional image is obtained by sequentially scanning and reading out this charge with the second electrode and switching element, and when the amount of charge flowing through the first electrode reaches a specified value, a signal is output to generate X-rays. Transmission to the device or the like stops the generation of X-rays.
[0010]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram of an X-ray imaging apparatus according to the present invention, but the
[0011]
Signal readout is performed by sequentially driving the switching elements 5 connected to the
[0012]
By the way, a detecting means 6 for measuring and integrating the current flowing through the first electrode and detecting the amount of charge is provided. This detection means is well known in the measurement field, and in particular, a measurement operational amplifier is generally used, but is not limited thereto. This output is input to the
[0013]
The production method of the present invention will be described.
[0014]
A switching element and a second electrode provided in a matrix on a substrate are manufactured by a thin film technology used for home appliances such as a liquid crystal display. With this technology, a switching element having a TFT or MIM structure divided for each element, a second electrode connected to the switching element (which is also divided for each element), and a drive line for driving the switching element (For example, in the column direction) and data lines (for example, in the row direction) in which charges flow through the switching elements are formed. In general, the switching element is made of amorphous silicon or polysilicon, chemical materials such as nitride film, oxide film, and polyimide are used as insulators, and various materials such as chromium, tantalum, aluminum, and copper are already used as metal materials. Has been.
[0015]
A semiconductor layer is provided over the entire sensor on the second electrode. This layer may be a single continuous layer, or may be divided into several layers such as a matrix or a plurality of divided layers obtained by combining several matrices. As this material, a chalcogenide-based material such as selenium can be formed by vapor deposition, or silicon or a cadmium telluride alloy can be formed by CVD. In order to sufficiently absorb X-rays, the thickness of these semiconductor layers is preferably as thick as possible. The thickness is as low as 1 to 5 mm for silicon, 300 to 1000 μm for selenium, and 100 to 300 μm for cadmium telluride alloys.
[0016]
When X-rays are converted to fluorescence after being converted to fluorescence by a scintillator, most of the X-rays are absorbed by the scintillator. For example, the thickness of a cesium iodide scintillator doped with thallium or sodium is preferably 300 to 700 μm, and that of cadmium tungstate is preferably 200 to 500 μm. Various other materials are known for the scintillator.
[0017]
Further, a first electrode is provided over the semiconductor layer. In this material, ITO (Indium / Tin / Oxide) is most famous when the incident ray is light, but X-ray has high X-ray transmission power, so various thin film metal layers and alloys. It may be a layer.
[0018]
The first electrode 1 is divided into several parts, examples of which are shown in FIGS. FIG. 3 is an example in which the first electrode is not divided, and FIGS. 4 and 5 are examples in which the first electrode 1 is divided into appropriate shapes.
[0019]
FIG. 6 is a configuration example of the X-ray imaging apparatus when the first electrode is divided as shown in FIGS. 4 and 5, and the first electrode is divided into a desired shape, and the charge amount of each electrode Thus, a signal is output from the
[0020]
In addition, a plurality of set values are set to a prescribed value (threshold value) setting
[0021]
This signal is transmitted as a signal for stopping the operation of the X-ray generator to an X-ray generator composed of an X-ray tube, a high voltage generator, etc., and if the generation of X-rays is stopped, exposure is reduced. A good X-ray image can be obtained.
[0022]
Since an ordinary X-ray generator has an X-ray on / off signal therein, the X-ray can be easily stopped by a simple logic circuit that superimposes this signal and the above signal.
[0023]
【The invention's effect】
According to the X-ray imaging apparatus of the present invention, since the generation of X-rays can be controlled while measuring the X-ray intensity transmitted through the subject, the X-ray generation can be stopped when an appropriate X-ray dose is reached. Further, exposure to the subject can be minimized, and an X-ray image with good image quality can be obtained. In addition, the operator of the apparatus can easily set the conditions of the X-ray generator.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an X-ray imaging apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an X-ray imaging apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of the first electrode of the X-ray imaging apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of the first electrode of the X-ray imaging apparatus of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an example of the first electrode of the X-ray imaging apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a modified embodiment of the X-ray imaging apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a conventional X-ray imaging apparatus.
[Explanation of symbols]
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