JP4403045B2 - 放射線画像検出器 - Google Patents

Description

本発明は、放射線画像を担持した放射線の照射を受けて電荷を発生して蓄積し、その蓄積された電荷を画像信号として検出する放射線画像検出器に関するものである。

従来、医療分野などにおいて、被写体を透過した放射線の照射を受けて被写体に関する放射線画像を記録し、その記録された放射線画像に応じた画像信号を検出する放射線画像検出器が各種提案、実用化されている。

上記放射線画像検出器としては、たとえば、放射線の照射により電荷を発生する半導体材料を利用した放射線画像検出器があり、そのような放射線画像検出器として、いわゆるＴＦＴ読取方式のものが提案されている。

ＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器としては、たとえば、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層とその電荷発生層において発生した電荷を蓄積する電荷検出層とが積層された放射線画記録媒体と、その放射線画像記録媒体から流れ出した電荷信号を検出するチャージアンプなどから構成される検出部とを備えたものが提案されている。

そして、上記放射線画像記録媒体における電荷検出層は、具体的には、電荷発生層において発生した電荷を蓄積する蓄電部およびその蓄電部に蓄積された電荷信号を読み出すＴＦＴスイッチ素子を有する電荷検出素子を多数備えており、この電荷検出素子は直交する方向に２次元状に配列されている。そして、さらに、電荷検出層は、電荷検出素子の列毎に並列して設けられた多数の電荷信号線と、電荷信号線に直交して、電荷検出素子の行毎に並列して設けられた多数のゲート制御信号線とを備えている。

そして、上記のようにして構成された放射線画像検出器を用いて放射線画像の記録を行う際には、まず、電荷発生層に放射線画像を担持した放射線が照射され、電荷発生層において発生した電荷が電荷検出層における蓄電部に蓄積されることにより放射線画像の記録が行われる。そして、放射線画像の読取りを行う際には、ゲートドライバからゲート制御信号線に選択的にゲート制御信号が出力され、そのゲート制御信号に応じてゲート制御信号線に接続された電荷検出素子のＴＦＴスイッチ素子がオンされ、その電荷検出素子の蓄電部から電荷信号が電荷検出素子に流れ出す。そして、その電荷信号線に流れ出した電荷信号は、電荷信号線に接続されたチャージアンプなどにより画像信号として検出され、放射線画像の読取りが行われる。

ここで、上記のような放射線画像検出器においては、ゲート制御信号線と電荷検出信号線とが絶縁層を介して直交して設けられているため、ゲート制御信号線と電荷検出信号線との交差点近傍において寄生容量が形成される。そして、上記のように放射線画像の読取りを行う際にゲート制御信号線にゲート制御信号が流されると、ゲート制御信号線と電荷検出信号線との間で電位差が発生し、上記寄生容量に電荷が蓄積され、その電荷がノイズ信号として電荷信号線に流れ出し、このノイズ信号が電荷検出素子の蓄電部から流れ出した電荷信号に加算されてしまう。

そこで、たとえば、特許文献１においては、ゲート制御信号線とは別に、電荷信号線に直交するノイズ補償信号線を絶縁層を介して設けるとともに、そのノイズ補償信号線と電荷信号線とに接続されたＴＦＴスイッチ素子とそのＴＦＴスイッチ素子に接続されたダミー容量とを設け、ゲート制御信号線にゲート制御信号を出力する際、上記ノイズ補償信号線にも上記ゲート制御信号とは逆極性の信号を出力し、その逆極性の信号に応じて電荷信号線とノイズ補償信号線との交差点近傍で発生したノイズ補償信号を上記ダミー容量に蓄積し、その蓄積されたノイズ補償信号をＴＦＴスイッチ素子を介して電荷信号線に流すことにより、上記ノイズ信号を取り除く方法が提案されている。

特開２００４−３７３８２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のノイズ補償信号線は、ゲート制御信号線が配置された領域とは別の領域に設けられており、ゲート制御信号線およびノイズ補償信号線と電荷信号線との間の絶縁層の厚さには面内バラツキがあるため、ゲート制御信号線と電荷信号線との交差点近傍に形成される寄生容量と、ノイズ補償信号線と電荷信号線との交差点近傍に形成される寄生容量とはその大きさが異なる。したがって、上記ノイズ信号と上記ノイズ補償信号の大きさが異なり、上記ノイズ信号を適切に取り除くことができず、電荷信号中にノイズ信号が残ってしまう。また、上記のような逆極性の信号をノイズ補償信号線に出力するゲートドライバを別個に設ける必要があるため、回路が複雑になり、高コストになる。

本発明は、上記事情に鑑み、上記のようなＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器において、簡易かつ安価な回路構成で、上記のような寄生容量により発生するノイズ信号を適切に取り除くことができる放射線画像検出器を提供することを目的とするものである。

本発明の放射線画像検出器は、放射線画像を担持した放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生部と、電荷発生部において発生した電荷を蓄積する蓄電部および該蓄電部に蓄積された電荷信号を読み出すスイッチ素子を有し、直交する方向に２次元状に多数配列された電荷検出素子と、上記直交する方向のうちのいずれか一方の方向に配列された電荷検出素子の列毎に並列して設けられた、電荷信号が流れ出す多数の電荷信号線と、前記直交する方向のうちの他方の方向に配列された電荷検出素子の行毎に並列して設けられた、スイッチ素子をオンオフ制御するゲート制御信号が流される多数のゲート制御信号線とを有する放射線画像記録媒体と、放射線画像記録媒体の電荷信号線に流れ出した前記電荷信号を検出する検出部とを備えた放射線画像検出器において、
放射線画像記録媒体が、前記電荷信号線毎に、各電荷信号線の近傍に並列して設けられた多数のダミー信号線を有し、
ダミー信号線とゲート制御信号線の交差部分で構成される容量と、電荷信号線とゲート制御信号線の交差部分で構成される容量とが略同一であり、
かつ、ゲート制御信号線にゲート制御信号が流された際に各電荷信号線に流れ出した各電荷信号から各電荷信号線の近傍に設けられた各ダミー信号線に流れ出した各ダミー信号を減算する減算手段を有することを特徴とする。

また、検出部を、減算手段として多数の差動アンプを有するものとし、各電荷信号線とその各電荷信号線の近傍に設けられた各ダミー信号線とを１つの差動アンプに接続するようにすることができる。

また、差動アンプとしてチャージアンプを利用し、電荷信号線を反転入力に接続するとともに、ダミー信号線を非反転入力に接続し、非反転入力を、チャージアンプの帰還容量と同じ容量のコンデンサを介して接地するようにすることができる。

ここで、上記「ゲート制御信号線にゲート制御信号が流された際に各電荷信号線に流れ出した各電荷信号」とは、電荷検出素子の蓄電部に蓄積された電荷信号だけでなく、ゲート制御信号線と電荷信号線の交差点近傍に形成された寄生容量に蓄積され、各電荷信号線に流れ出したノイズ信号も含むものとする。

また、上記「列」と上記「行」は、直交する２方向を区別するために用いたものであり、たとえば、水平方向または垂直方向といった特定の方向を規定するものでない。

本発明の放射線画像検出器によれば、放射線画像記録媒体の各電荷信号線の近傍に多数のダミー信号線を設けるようにしたので、ゲート制御信号線と電荷信号線との交差点近傍に形成される寄生容量と、ゲート制御信号線とダミー信号線との交差点近傍に形成される寄生容量とを同程度の大きさとすることができ、各電荷信号線に流れ出した各電荷信号から各ダミー信号線に流れ出したダミー信号を減算するようにしたので、ゲート制御信号線と電荷信号線との交差点近傍に形成される寄生容量によって発生するノイズ信号をダミー信号により適切に取り除くことができる。

また、上記のようにダミー信号線を設けるだけでよいので、ゲートドライバを別個に設ける場合と比較すると、簡易かつ安価な回路構成でノイズ信号を適切に取り除くことができる。

以下、図面を参照して本発明の放射線画像検出器の一実施形態について説明する。

本放射線画像検出器は、図１に示すように、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層１１と電荷発生層１１において発生した電荷を蓄積する電荷検出層１２とを有する放射線画記録媒体１０と、放射線画像記録媒体１０から流れ出した電荷信号を検出する、後述する検出部２０とを備えている。

電荷発生層１１は、たとえば、放射線の照射を受けて電荷を発生する材料であれば如何なる材料で形成してもよいが、たとえば、量子効率が高く、暗電流の少ないａ−Ｓｅなどの材料から形成することが望ましい。また、電荷発生層１１を、放射線の照射を受けて蛍光を発する蛍光体層と、その蛍光体層から発せられた蛍光の照射を受けて電荷を発生する光導電層との２層から構成するようにしてもよい。

電荷検出層１２は、具体的には、図２に示すように、電荷発生層１１において発生した電荷を蓄積する蓄電部１２ａおよび蓄電部１２ａに蓄積された電荷信号を読み出すスイッチ素子１２ｂを有する電荷検出素子１２ｃを多数備えており、この電荷検出素子１２ｃは直交する方向に２次元状に配列されている。蓄電部１２ａはコンデンサであり、スイッチ素子１２ｂはＴＦＴスイッチにより構成されている。

そして、電荷検出層１２は、図２に示すように、Ｘ方向に配列された電荷検出素子１２ｃの行毎に並列して設けられた多数のゲート制御信号線１３と、Ｙ方向に配列された電荷検出素子１２ｃの列毎に並列して設けられた多数の電荷信号線１４とを備えている。ゲート制御信号線１３には、各ゲート制御信号線１３に接続されたスイッチ素子１２ｂをオンオフ制御するためゲート制御信号が流される。また、各電荷信号線１４には、各電荷信号線１４に接続された蓄電部１２ａに蓄積された電荷信号が流れ出す。なお、上記ゲート制御信号は、後述するゲートドライバから出力される。

ゲート制御信号線１３と電荷信号線１４とは、上記のように直交して設けられているが、これらはその交差点１５において接触しておらず、図３に示すように所定の間隔を空けて設けられている。そして、上記間隔の部分には絶縁層が設けられている。

ここで、本実施形態の放射線画像記録媒体１０には、さらに、図２に示すように、各電荷信号線１４の近傍に並列して多数のダミー信号線１６が設けられている。そして、このダミー信号線１６は、電荷信号線１４と同様に、ゲート制御信号線１３に直交して設けられている。そして、これらはその交差点において接触しておらず、所定の間隔を空けて設けられている。そして、上記間隔の部分には絶縁層が設けられている。なお、各ダミー信号線１６は、そのダミー信号線１６の近傍に設けられた電荷信号線１４の属する画素の列の範囲内に位置するように設けることが望ましい。上記画素とは、図２に示す、電荷検出素子１２ｃ毎に区切られた点線の矩形の範囲である。ダミー信号線１６の作用については、後に詳述する。

また、検出部２０は、多数の差動アンプ２１と、ゲートドライバ３０と、サンプリング回路４０と、マルチプレクサ５０と、ＡＤ変換器６０とを備えている。

各差動アンプ２１には、各電荷信号線１４とその各電荷信号線１４の近傍に設けられた各ダミー信号線１６とが接続されている。差動アンプ２１はチャージアンプであり、リセットスイッチ２１ａと積分用コンデンサ２１ｂとを備えている。そして、差動アンプ２１の反転入力側（−）には電荷信号線１４が接続され、非反転入力側（＋）にはダミー信号線１６が接続されている。そして、差動アンプ２１の非反転入力側は、差動アンプ２１の積分用コンデンサ２１ｂの帰還容量Ｃｆと同じ容量Ｃｆを有するゲイン調整用コンデンサ２１ｃを介して接地されている。ゲイン調整用コンデンサ２１ｃの作用については後に詳述する。

ゲートドライバ３０は、放射線画像記録媒体１０の各ゲート制御信号線１３に選択的に順次ゲート制御信号を出力するものである。

サンプリング回路４０は、各差動アンプ２１から出力された信号を所定のタイミングでサンプリングするものであり、いわゆる相関２重サンプリングを行うものである。その作用については後で詳述する。

マルチプレクサ５０は、サンプリング回路４０から出力されたアナログ画像信号を選択的に切り替えてＡＤ変換器６０に出力するものである。

ＡＤ変換器６０は、マルチプレクサ５０から出力されたアナログ画像信号をデジタル画像信号に変換するものである。

次に、本放射線画像検出器による放射線画像の記録および読取りの作用について説明する。

本放射線画像検出器を用いて放射線画像の記録を行う際には、まず、放射線画像記録媒体１０の電荷発生層１１側から被写体を透過した放射線が照射される。そして、その放射線の照射に応じて電荷発生層１１において電荷が発生し、その電荷が電荷検出層１２における蓄電部１２ａに蓄積されることにより放射線画像が蓄積記録される。

次に、上記のようにして蓄積記録された放射線画像を読取る作用について、図４に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。なお、図４に示すゲート制御信号線の電圧波形は、図２のＡ点における電圧波形を示すものであり、電荷信号線の電圧波形は、図２のＢ点における電圧波形を示すものであり、ダミー信号線の電圧波形は、図２のＣ点における電圧波形を示すものであり、差動アンプの出力電圧の電圧波形は、図２のＤ点における電圧波形を示すものである。

放射線画像を読取る際には、図４のタイミングチャートに示すように、まず、差動アンプ２１におけるリセットスイッチ２１ａがオフされ、差動アンプ２１における積分が開始される。そして、そのリセットスイッチ２１ａがオフされた直後の時点ｔ１において、サンプリング回路４０により各差動アンプ２１から出力された出力電圧Ｓ１がサンプリングされる。そして、その時点ｔ１の直後の時点ｔ２において、ゲートドライバ３０からゲート制御信号線１３の１本にスイッチ素子１２ｂをオン状態にするゲート制御信号が出力される。そして、このゲート制御信号に応じてゲート制御信号線１３に接続された電荷検出素子１２ｃの各スイッチ素子１２ｂがオンされ、その電荷検出素子１２ｃの蓄積部１２ａに蓄積された電荷信号Ｑ_Ｓが各蓄電部１２ａに接続された電荷信号線１４に出力される。

ここで、上記のようにゲートドライバ３０からゲート制御信号線１３にゲート制御信号が出力されると、上記のように蓄電部１２ａから電荷信号Ｑ_Ｓが流れ出すだけでなく、ゲート制御信号線１３と電荷信号線１４との交差点１５近傍に形成された寄生容量Ｃ_Ｐ１に蓄積されたノイズ信号Ｑ_Ｎ１も同時に電荷信号線１４に流れ出す。つまり、図４に示すように、電荷信号線１４には、電荷信号Ｑ_Ｓとノイズ信号Ｑ_Ｎ１とが加算された信号が流れ出す。上記のようなノイズ信号Ｑ_Ｎ１は、特に低線量領域において電荷信号Ｑ_Ｓと比較すると大きな信号となるため、これを取り除かなければ適切な画像信号を取得することができない。

そこで、本放射線画像検出器においては、上記のようなノイズ信号Ｑ_Ｎ１を取り除くために上記ダミー信号線１６を設けている。つまり、上記のようにゲートドライバ３０からゲート制御信号線１３にゲート制御信号が出力されると、ゲート制御信号線１３とダミー信号線１６との交差点近傍に形成された寄生容量Ｃ_Ｐ２に蓄積されたダミー信号Ｑ_Ｎ２も同時にダミー信号線１６に流れ出す。

本放射線画像検出器においては、上記のようにダミー信号線１６を電荷信号線１４の近傍に設けているので、電荷信号線１４とゲート制御信号線１３との交差点近傍の絶縁層の厚さと、ダミー信号線１６とゲート制御信号線１３との交差点近傍の絶縁層の厚さとを略同じにすることができ、寄生容量Ｃ_Ｐ１と寄生容量Ｃ_Ｐ２とを略同じ大きさの容量とすることができる。したがって、ノイズ信号Ｑ_Ｎ１の大きさと略同じ大きさのダミー信号Ｑ_Ｎ２をダミー信号線１６に流すことができる。

そして、上記のようにして電荷信号線１４に流れ出した信号Ｑ_Ｓ＋Ｑ_Ｎ１が差動アンプ２１の反転入力側から入力されるとともに、ダミー信号線１６に流れ出したダミー信号Ｑ_Ｎ２が差動アンプ２１の非反転入力側に入力され、差動アンプ２１において、信号Ｑ_Ｓ＋Ｑ_Ｎ１からダミー信号Ｑ_Ｎ２が減算されることによりノイズ信号Ｑ_Ｎ１が取り除かれる。

なお、上記のように寄生容量Ｃ_Ｐ１と寄生容量Ｃ_Ｐ２とを略同じ大きさの容量とするためには、電荷信号線１４とゲート制御信号線１３とが交差する範囲の面積と、ダミー信号線１６とゲート制御信号線１３とが交差する範囲の面積とを略同じにする必要がある。

また、差動アンプ２１においては、上述したようにダミー信号線１６にもゲイン調整用コンデンサ２１ｃを設けているので、ゲインの高周波特性が補償される。したがって、パルス状のノイズ信号Ｑ_Ｎ１はパルス状のダミー信号Ｑ_Ｎ２により取り除かれることが可能になる。

そして、上記のようにしてノイズ信号Ｑ_Ｎ１が取り除かれた電荷信号Ｑ_Ｓが差動アンプ２１において積分され、所定の積分時間終了直前の時点ｔ３において、再びサンプリング回路４０により差動アンプ２１の出力電圧Ｓ２がサンプリングされる。

そして、上記のようにしてサンプリングされた直後、差動アンプ２１のリセットスイッチ２１ａがオンされ、その後、ゲートドライバ３０からゲート制御信号線１３にスイッチ素子１２ｂをオフするゲート制御信号が出力され、そのゲート制御信号に応じて各スイッチ素子１２ｂがオフされる。

そして、サンプリング回路４０において、上記のようにしてサンプリングされた出力電圧Ｓ２から出力電圧Ｓ１が減算され、その減算された電圧値がアナログ画像信号として取得される。そして、上記のようにして取得されたアナログ画像信号は、マルチプレクサ５０により、各差動アンプ２１毎に切り替えられてＡＤ変換器６０に入力され、順次デジタル化されてデジタル画像信号が出力される。

そして、その後、ゲートドライバ３０からゲート制御信号線１３に順次選択的にゲート制御信号が出力され、上記と同様の作用が繰り返して行われることにより、放射線画像記録媒体１０の全体のデジタル画像信号が取得される。

なお、本放射線画像検出器においては、上記のように電荷信号線１４とダミー信号線１６とを１つの差動アンプ２１に接続することにより信号Ｑ_Ｓ＋Ｑ_Ｎ１からダミー信号Ｑ_Ｎ２を減算するようにしたが、この構成に限らず、その他の回路構成により信号Ｑ_Ｓ＋Ｑ_Ｎ１からダミー信号Ｑ_Ｎ２を減算するようにしてもよい。

本発明の放射線画像検出器の一実施形態の放射線画像記録媒体の斜視図 本発明の放射線画像検出器の一実施形態の検出部と、放射線画像記録媒体の電荷検出層の概略構成を示す図 ゲート制御信号線と電荷信号線との配置を説明するための図 本発明の放射線画像検出器の一実施形態の作用を説明するためのタイミングチャート

符号の説明

１０ 放射線画像検出器
１１ 電荷発生層
１２ 電荷検出層
１２ａ 蓄電部
１２ｂ スイッチ素子
１２ｃ 電荷検出素子
１３ ゲート制御信号線
１４ 電荷信号線
１６ ダミー信号線
２１ 差動アンプ
２１ｃ ゲイン調整用コンデンサ
Ｃ_Ｐ１，Ｃ_Ｐ２ 寄生容量

Claims (4)

1. 放射線画像を担持した放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生部と、該電荷発生部において発生した電荷を蓄積する蓄電部および該蓄電部に蓄積された電荷信号を読み出すスイッチ素子を有し、直交する方向に２次元状に多数配列された電荷検出素子と、前記直交する方向のうちのいずれか一方の方向に配列された前記電荷検出素子の列毎に並列して設けられた、前記電荷信号が流れ出す多数の電荷信号線と、前記直交する方向のうちの他方の方向に配列された前記電荷検出素子の行毎に並列して設けられた、前記スイッチ素子をオンオフ制御するゲート制御信号が流される多数のゲート制御信号線とを有する放射線画像記録媒体と、該放射線画像記録媒体の電荷信号線に流れ出した前記電荷信号を検出する検出部とを備えた放射線画像検出器において、
   前記放射線画像記録媒体が、前記電荷信号線毎に、該各電荷信号線の近傍に並列して設けられた多数のダミー信号線を有し、
   前記ダミー信号線と前記ゲート制御信号線の交差部分で構成される容量と、前記電荷信号線と前記ゲート制御信号線の交差部分で構成される容量とが略同一であり、
   かつ、前記ゲート制御信号線に前記ゲート制御信号が流された際に前記各電荷信号線に流れ出した各電荷信号から該各電荷信号線の近傍に設けられた前記各ダミー信号線に流れ出した各ダミー信号を減算する減算手段を有することを特徴とする放射線画像検出器。
2. 前記検出部が、減算手段として多数の差動アンプを有し、
   前記各電荷信号線と該各電荷信号線の近傍に設けられた前記各ダミー信号線とが１つの差動アンプに接続されていることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出器。
3. 前記差動アンプがチャージアンプであり、前記電荷信号線が反転入力に接続されているとともに、前記ダミー信号線が非反転入力に接続され、
   前記非反転入力が、前記チャージアンプの帰還容量と同じ容量のコンデンサを介して接地されていることを特徴とする請求項２記載の放射線画像検出器。
4. 前記ゲート制御信号線と前記電荷信号線および前記ダミー信号線とが、絶縁層を介して交差しており、
   前記ゲート制御信号線と前記電荷信号線とが交差する範囲の面積と、前記ゲート制御信号線と前記ダミー信号線とが交差する範囲の面積とが略同一であるとともに、
   前記ゲート制御信号線と前記電荷信号線との交差点近傍の前記絶縁層の厚さと、前記ゲート制御信号線と前記ダミー信号線との交差点近傍の前記絶縁層の厚さとが略同一であることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の放射線画像検出器。

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