JP5781717B2 - トモシンセシス及び静的イメージング用の非晶質セレンフラットパネルｘ線イメージャ - Google Patents

Description

本発明はラジオグラフィの分野に関するものであって、更に詳細には、デジタルフラットパネルＸ線イメージャを使用するＸ線イメージング技術に関するものである。

ドープした非晶質セレン電荷発生器層のような電荷発生器物質を使用し且つ直接的にＸ線を電荷へ変換させ、従って局所的なＸ線露光に関連した電気信号を発生させるフラットパネルＸ線イメージング装置が最近開発されている。例えば、米国特許第５，３１９，２０６号、及びＹｏｒｋｅｒ Ｊ．、Ｊｅｒｏｍｉｎ Ｌ．、Ｌｅｅ Ｄ．、Ｐａｌｅｃｋｉ Ｅ．、Ｇｏｌｄｅｎ Ｋ．、Ｊｉｎｇ Ｚ．著「セレンにおける直接的なＸ線変換に基づいたフルフィールドマモグラフィ検知器の特性（Ｃｈａｒａｃｔｒｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｆｕｌｌ ｆｉｅｌｄ ｍａｍｍｏｇｒａｐｈｙ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｉｒｅｃｔ Ｘ−ＲＡＹ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｓｅｌｅｎｉｕｍ）」、Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ４６８２、２１−２９（２００２）を参照すると良い。一般的なラジオグラフィ用及びマモグラフィ用の商用版はＭＡ州、ベッドフォードのホロジック、インコーポレイテッド（「ホロジック」）及びＤＥ州ニューワークのダイレクトラジオグラフィコーポレイション（「ＤＲＣ」）から米国内において１年以上前から入手可能である。ＤＲＣイメージャは、ＣＴ州ダンベリのローラッドコーポレイション（「ＬＯＲＡＤ」）から米国内において１年以上前から市販されているマモグラフィシステムにおいて使用されている。このような直接変換パネルにおいては、電荷発生器物質が直接的にＸ線フォトンを電子・正孔対へ、且つ、印加電界の下で、隣りのピクセルに対して殆ど横方向の損失なしで夫々の電極に対して正孔及び電子バリアへ変換させる。直接変換は、Ｘ線フォトンが沃化セシウム等の物質においてシンチレーションを発生させ且つその結果発生する光エネルギを検知する間接変換パネルと比較してより良い空間分解能及びその他の利点を提供するものと考えられる。

上述したタイプの直接変換フラットパネルイメージャの構造を図５において寸法通りではないが原理的に例示してある。それは上部電極５００、該上部電極を非晶質セレンをベースとした電荷発生器層５０４から分離する電荷バリア層５０２（典型的にパリレン（Ｐａｒｙｌｅｎｅ）から構成されている）、二次元ピクセルアレイにパターン形成されている電子ブロッキング層５０６、これもピクセルアレイにパターン形成されている電荷回収電極５０８、該電荷回収電極及び夫々の信号格納コンデンサ５１２へ結合されている夫々のトランジスタ５１０を有しているＴＦＴアレイ、典型的にガラスから構成されている基板５１４、夫々の格納コンデンサにおいて回収された電荷を電荷増幅器５１８へ送給するために該トランジスタをイネーブル（ターンオン）させるゲートパルス線５１６、プログラム可能な高電圧電源５２０を有している。１個のピクセルに対する例示した等価コンデンサ回路は、電荷バリア層を横断しての容量を表わすコンデンサ５２２、電荷発生層を横断しての容量を表わすコンデンサ５２４、該ピクセルに対する電荷格納コンデンサの容量を表わすコンデンサ５２６を有している。電荷バリア層の機能のうちの１つは、電荷格納コンデンサ内に格納される電荷が高くなり過ぎる場合、例えばコンデンサが画像形成中のオブジェクトにより減衰されることのないＸ線を受取る電荷発生層の領域において発生される電荷を格納する場合に、ブレークダウン損傷を被る可能性のある薄膜トランジスタの保護である。例えば、マモグラフィにおいては、フラットパネルイメージャの角部は、典型的に、胸部輪郭の外側にあり、且つ胸部の下側にあるイメージャの部分よりもより多くの照射を受取る。電荷バリア層は、電荷発生器層の適宜の部分における電界を次第に減少させ、従って、関連する電荷回収コンデンサにおいてそうでなければ回収する電荷の量を減少させる電荷を回収することによってこのようなトランジスタを保護する。

従って、電荷バリア層は、フラットパネル検知器における課題のうちの１つ、即ち薄膜トランジスタのブレークダウン保護を与えることに貢献する。別の課題は、前のＸ線露光からイメージャ内に回収した電荷を散逸させるのにかかる時間に起因するゴースト発生（１つ又はそれ以上の前のイメージの残留）である。ゴースト発生を除去するか又は少なくとも許容可能なレベルへ減少させるために種々の技術が開発され且つ商用的に使用されている。それらは、Ｘ線露光の間で可視光への露光による電荷消去、及びＸ線露光の間において電極のバイアス電位を操作する種々の方法を包含している。ゴースト発生に対処するのに必要な時間は、蛍光透視法又はトモシンセシス等の場合に迅速に相次いで画像をとることを困難なものとしている。

電荷バリア層なしで直接変換パネルを使用することは実際的なものでないということが報告されている。従って、直接変換パネルにおける良く知られた研究者による１９９８文献では、セレンをベースとした検知器の直接メタリゼーションは理論的には迅速なイメージングを可能とさせるものであるが、実験データに基づいて、このことは再現性がなく且つ不安定な結果を与えることの結論について記載している。Ｐｏｌｉｓｃｈｕｋ Ｂ、Ｓｈｕｋｒｉ Ｚ．、Ｌｅｇｒｏｓ Ａ．、Ｒｏｕｇｈｅｏｕｔ Ｈ．著「医学的イメージング適用例においての静的及び動的Ｘ線検知用のセレン直接変換構成体（Ｓｅｌｅｎｉｕｍ ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ｓｔａｔｉｃ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ Ｘ−ＲＡＹ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｍｅｄｉｃａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」、ＳＰＩＥ・コンフェレンス・オン・フィジックス・オブ・メディカル・イメージング、サンディエゴ、カリフォルニア、１９９８年２月、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．３３３６、４９４−５０４頁においては、「実時間において、即ち毎秒３０フレームで動作することが可能であるようなセレンをベースとしたＸ線検知器を開発するためには、直接メタライズさせたセレン構成体が必要となるであろう。半導体層の自由表面上に直接的に付着させた金属電極はショットキーコンタクトとして動作することはソリッドステート理論において確立されている。」と記載している。この文献は、更に、「「セレン」より低い仕事関数を有する殆どの金属は、金属電極から過剰な電荷の注入を最小とさせるようなビルトイン電位バリアを有するべきである」と記載しているが、実験によれば「サンプル毎の可変性及びコンタクトの不安定性はこれらのサンプルに関して一般的に観察されたことであった」と報告しており、且つ「従って、暗電流を制限するためにショットキーコンタクトに依存するＸ線検知器は再現性がなく且つ不安定な結果を与えるものと結論される」と記載している。この文献は、上部電極とセレンとの間にブロッキング層を包含させることの解決方法を提案しており、且つ「上部ブロッキング層の役割は、金属電極からの正電荷の注入を制限するが、Ｘ線によって発生された電子がセレン層から金属コンタクトへ阻止されずに移動することを可能とすることである」と記載している。この文献の著者はカナダ、ケベック州のノランダアドバンストマテリアルズ（Ｎｏｒａｎｄａ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）からの者であり、それは、ＤＲＣに加えて、フラットパネルセレンをベースとしたＸ線イメージャの時期における主要な開発者であったと考えられる。

多数の初期の提案はフラットパネル検知器における高電圧保護の問題を取扱うものであった。該１９９８文献の３人の著者及び２人のその他の発明者に対して許可された米国特許第６，３５３，２２９号は、幾つかのこのような提案を参照している。１つが１欄、２４−３９行において引用してあり且つピクセル電圧がある電位を超える場合にＴＦＴ構造におけるバックチャンネルを形成する特別のデュアルゲートＴＦＴ（薄膜トランジスタ）構造が関与するものであることが報告されている。Ｚｈａｏ Ｗ．、Ｌａｗ Ｊ．、Ｗａｅｃｈｎｅｒ Ｄ．、Ｈｕａｎｇ Ｚ．、Ｒｏｗｌａｎｄｓ Ｊ．著「高電圧保護を有する非晶質セレン検知器のアクティブマトリクス読取を使用したデジタルラジオロジー（Ｄｉｇｉｔａｌ ｒａｄｉｏｌｏｇｙ ｕｓｉｎｇ ａｃｔｉｖｅ ｍａｔｒｉｘ ｒｅａｄｏｕｔ ｏｆ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｅｌｅｎｉｕｍ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）」、１９９８ Ｍｅｄ Ｐｈｙｓ ２５（４）、５３９−５４９頁を参照すると良い。別のものが米国特許第５，１９８，６７３号の１欄、４６−５７行において記載されており、且つ各ピクセル位置に存在する第二の２端子保護装置を使用することが関与するものと言われている。この特許は、又、「従来技術の説明」というセクションにおいて、多数の従来技術を引用しており、即ち（１）ＰＣＴ国際出願ＷＯ９６／２２６１６、１９９６年７月２５日発行、（２）Ｌｅｅ Ｄ．、Ｃｈｅｕｎｇ Ｌ．Ｋ．、Ｊｅｒｏｍｉｎ Ｌ．著「投影ラジオグラフィ用の新規なデジタル検知器（Ａ ｎｅｗ ｄｅｇｉｔａｌ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ）」、１９９５、ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．２４３２、２３７−２４９頁、（３）米国特許第５，５９８，００４号及び第５，３９６，０７２号（（ＴＦＴアレイの高電圧保護については記載されていない［これらの特許において］）と記載している）、（４）米国特許第５，５２８，０４３号（該特許は「セレンバイアスからの回路の高電圧保護が達成されたか否かについては記載していない」と記載している）、（５）米国特許第５，４３６，１０１号（「基板上のいずれの要素の高電圧保護については記載していない」と記載している）、（６）カナダ特許出願第２，１８４，６６７号、１９９８年３月４日発行、同日に発行されたＥＰ０８２６９８３に対応（「高電圧保護に対してこの構成体をどのようにして使用するかの表示は与えられていない」と記載している）。

米国特許第６，３５３，２２９号は、「ＴＦＴが基本的に非導通状態であるように、高電圧バイアス用電極を負の電位に設定し且つＴＦＴ「オフ」ゲート電圧を所定の負の値に設定する」ことによって高電圧保護を達成することを提案している。この特許は、「常に幾らかのＴＦＴ漏洩が存在する」ことを認識しているが、「負の「オフ」電圧は、それを最小とさせ且つＴＦＴを基本的に非導通状態とさせるために調節することが可能である」ことを記載している。２欄４９−６１行参照。

より前の文献及び特許は、上に引用した特許及び文献と一貫性があるものと思われる。米国特許第５，１３２，５４１号、第５，１８４，０１８号、第５，３９６，０７２号、第５，９４２，７５６号、及びＺｈａｏ Ｗ．、Ｒｏｗｌａｎｄｓ Ｊ．Ａ．著「非晶質セレンを使用したラジオロジー用の大面積ソリッドステート検知器（Ａ ｌａｒｇｅ ａｒｅａ ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ ｒａｄｉｏｌｏｇｙ ｕｓｉｎｇ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｅｌｅｎｉｕｍ）」、ＳＰＩＥ・メディカル・イメージング、Ｖｏｌ．１、１６５１、１３４−１４３頁、１９９２を参照すると良い。

上に引用した特許及び文献の各々を、あたかも、完全に本明細書内に記載されているかのように本特許明細書に引用によりその内容全体を取込む。

本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠点を解消し、先に引用した特許及び文献における提案からある意味で矛盾する態様で逸脱する新たなアプローチを提案するものである。

本発明によれば、上部電極をセレンをベースとした電荷発生器層と物理的且つ電気的に接触した状態で直接的にその上に配置させることを包含しており、保護のためにＴＦＴアレイトランジスタの漏洩電流を意図的に利用するものである。本発明においては、ＴＦＴアレイトランジスタの漏洩電流特性が、漏洩電流が画像形成されるオブジェクトに対して予測される典型的な範囲内の照射を測定するピクセルに対して比較的低いものであるが、該漏洩電流は、より多くの照射を受取るピクセル、例えばイメージャの角部におけるピクセル等の画像形成されるオブジェクトの外側にあり且つオブジェクトにより減衰されることのない照射を受取るピクセルに対してトランジスタブレークダウンを回避するのに充分に高いものであるような動作領域を与える。この新たなアプローチにおいては、ＴＦＴ漏洩電流領域は、高電圧ＴＦＴブレークダウンから保護すべく構成された上部電極と電荷発生器層との間の電荷バリア層の不存在にも拘わらずにブレークダウン保護を与えるものである。

好適であるが非制限的な例において、上部金属電極は、上部電極と電荷発生器層との間に意図的に形成した電荷ブロッキング又は絶縁層なしで、セレンをベースとした層の上に直接的に付着させるか又はその他の態様で形成させる。薄膜トランジスタの漏洩電流は、選択した範囲まではトランジスタにおける電圧でもって比較的低い割合で上昇するが、その範囲より上においては該トランジスタにおける電圧でもって一層急峻に上昇する。特定の回路形態に対する非制限的な例として、漏洩電流は２０−２５ボルトの範囲におけるトランジスタ電圧に到達するまでは低い割合で上昇するが、その範囲を超えた電圧においてはより急峻に上昇する。より高い電圧においては、急峻に上昇する漏洩電流がトランジスタブレークダウンに対するビルトイン保護を与える。２０−２５ボルトの範囲は１つの例に過ぎず、異なる構成としたＴＦＴアレイトランジスタ又はイメージャの場合においての保護を達成するためにその他の範囲のものが適切である場合がある。

図１を参照すると、本発明に基づくイメージャの非制限的な例が、非晶質セレンをベースとした電荷発生器層１０２の上表面と物理的且つ電気的に接触した状態でその上に直接的に付着又はその他の態様で形成した上部電極１００を有している。図５に例示した場合と異なり、意図的に付着又はその他の態様で形成した電荷バリア層は存在していないが、上部電極１００と電荷発生器層１０２との間の界面において何等かのバリア効果を示す認知されない相互作用が発生する場合がある。電荷回収電極１０４を、電荷発生器層１０２の下側であるか又はその底部表面に埋設させたピクセル電極からなる二次元アレイにパターン形成する。電子ブロッキング層１０６はピクセル電極１０４（電荷回収電極とも呼称される）を被覆することが可能である。読取回路が電荷発生器層１０２と基板１０８との間に介在され、且つピクセル電極と信号格納コンデンサとの接続部と電気的に結合されている夫々のゲート動作用トランジスタ１１２を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイとピクセル電極と電気的に結合した夫々の信号格納コンデンサ１１０を有している。トランジスタ１１２は、通常、オフ状態にあるが、ゲートパルス線１１４を介して送給されるゲート動作用信号によりイネーブル（ターンオン）させることが可能であり、それにより信号格納コンデンサ内に蓄積された電荷を電荷増幅器１１６へ送給する。プログラム可能な高電圧電源１１８が接地に対して及び接地された信号格納コンデンサ１１０と相対的に上部電極１００に対して正の電位を印加し、それにより電荷発生器層１０２内に電界を誘起させる。例えば隣接する電荷回収電極１０４の間において電荷発生器層１０６の下側に延在する特別の電極を形成し且つ適宜バイアスさせることによって付加的な電界を発生させることも可能である。図１は縮尺通りではなく、且つ上部電極１００の上側の保護層（例えば、Ａｌ上部電極上のパリレン（Ｐａｒｙｌｅｎ）パッシベーション、又は上部電極上の任意の保護層）及びＤＲＣから入手可能であり且つマモグラフィのためにローラッドによって使用されているイメージングパネルの一部であり且つ約２５×２９ｃｍの活性区域にわたり各々が７０ミクロンの３５８４×４０９６平方ピクセルを有しているイメージングパネルの一部であるその他の機械的又は電気的な種々のコンポーネント等のイメージングパネルの良く知られたコンポーネントは省略してある。電荷発生器層は約２００ミクロンの厚さであり、且つ制御した量のドーパントにより熱的に安定化されている。該電荷発生器層を横断して約１，０００ボルトの電圧を使用することが可能であり、その結果１ミクロン厚さ当たり約５ボルトの電界が発生する。

図２を参照すると、図１におけるものと同一のコンポーネントは同一の参照番号が付されている。付加的なコンポーネントは、線１１４（Ｇ₁）と同様であるがトランジスタ１１２のその他の行に役立つ付加的なゲートパルス線Ｇ₂，．．．，Ｇ_n、夫々の行におけるトランジスタ１１２を選択的にイネーブルさせるために制御器２０２により支持されるゲートドライバ２００、夫々の列におけるトランジスタ１１２の出力をサンプル・ホールド（Ｓ／Ｈ）回路２０４へ供給する列読取線Ｄ₁，．．．，Ｄ_mである。マルチプレクサ２０６は回路２０４の出力をとり、制御器２０２により制御されるアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）２１０へ供給する。ＡＤＣ２０８からのデジタル化されたピクセル値はシリアルデータポート２１０へ送給され、次いで、イメージバッファへ送給され、表示、格納、送信等のためにイメージデータ内へ適宜の処理のために採取することが可能である。ピクセル電荷は個別的に読取ることが可能であり、又は空間的分解能を犠牲にしより高い読取速度とするために単一のサンプル内に幾つかのピクセル（例えば、２×２ピクセルからなるアレイ）を終結させることが可能である。該パネルは、例えば、２８ｋＶｐにおいて、ローラッドが指定したＭ４からのＸ線発生器により供給されるＭＯ／ＭＯスペクトルで、３０秒のイメージサイクルで且つ６０ｃｍの供給源−検知器距離で、スクリーニングマモグラフィのための静的モードにおいて動作させることが可能である。テストの目的のために、１乃至１６ｍＲの露光範囲を使用することが可能であり、それは乳癌スクリーニングのための１−１０ｍＲの典型的なドーズを包含している。一方、該パネルは、例えば、２８ｋＶｐ、Ｍｏ／Ｒｈスペクトルを使用し、０．５又は１．０秒のイメージサイクルで２×２ピクセルビニング（ｂｉｎｎｉｎｇ）で、且つイメージ当たり０．５−１．５ｍＲの露光範囲において、即ちストップ・露光イメージングの１つの掃引において動的トモシンセシスモードにおいて約１０個のイメージをとることが可能であるように静的スクリーニングモードに対するものよりも約１０倍少ないイメージ当たりのドーズ範囲において、動的トモシンセシスモードにおいて動作させることが可能である。

図３は図１及び２のイメージャの動作に対して特に重要である薄膜トランジスタ１１２の漏洩電流特性を例示している。見られるように、トランジスタがそのオフ状態にあり、且つトランジスタドレイン１１２ａ（夫々の信号格納コンデンサ１１０とピクセル電極１０４との接続部）においての電圧が約２０ボルトより低いか、又は少なくとも約２０−２５ボルトの範囲におけるいずれかよりも低い場合には、該トランジスタの漏洩電流は比較的低い割合で上昇している。然しながら、該トランジスタが未だにそのオフ状態にある状態で、約２０−２５ボルトの範囲より高い１１２ａにおける電圧においての上昇でもって、該漏洩電流は著しくより高い割合（より急峻）に上昇する。この例においては、漏洩電流の上昇の低い割合と高い割合との間の屈曲点は２５ボルトよりも２０ボルトにより近い。この例においては、該屈曲点より高い上昇は漸進的により急峻である。正確な屈曲点又は屈曲点が発生する範囲は特定のＴＦＴアレイの詳細に依存して変化する場合があるが、重要な特徴は、トランジスタの電圧ブレークダウン（又は過剰電圧損傷）を回避するためにイメージャパネルの特定の使用に対して適切な電圧範囲を超えて漏洩電流が充分に高い割合で増加するということである。

図４に例示したように、図１−３に例示したタイプのＸ線イメージャの利点のうちの１つは、図５に例示したタイプの従来のイメージャと比較してゴースト発生効果における劇的な減少である。図３はダイレクトラジオグラフィコーポレイションによって現在販売されているイメージングパネル（スタンダードＤＲＣ検知器）のゴースト発生を図１−３（メタル・オン・セレン検知器）において例示したタイプのその他において同様のパネルと比較している。これら２つの検知器（Ｘ線イメージングパネル）の間の顕著な差異は、スタンダードＤＲＣ検知器は電荷バリア層（図５における層５０２）を有しているが、メタル・オン・セレン検知器においては、上部電極１００は図１に見られるように電荷発生器層１０２の上に直接的に設けられている。これら２つのパネルはその他の点で同一であり、同一のＴＦＴアレイを具備している。然しながら、図１のメタル・オン・セレン検知器におけるトランジスタ１１２は異なる領域において動作し、その領域において、トランジスタはスタンダードＤＲＣ検知器における電荷バリア層５０２が防止するために構成された範囲内にドレイン１１２ａにおける電圧を拡張させることが可能とされている。

メタル・オン・セレン検知器が示す低いゴースト発生（図１−３のＸ線のイメージャ）は、スタンダードＤＲＣ検知器と比較して迅速なイメージングを可能とさせる。図１−３のＸ線イメージャはダイレクトラジオロジーコーポレイションにより現在販売されているイメージャにおいて使用されているものと同一又は類似のＸ線露光間でのゴーストイメージを消去するための技術を使用することが可能であるが、変形例においては、このような消去なしで図１−３のイメージャを使用することが可能な場合がある。

上部電極１００は、典型的に、元素金属又は合金又はインジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）等の無機酸化物であるが、有機導体を使用することも可能である。上部電極１００の物質は、好適には、下側に存在する電荷発生器層よりも低い仕事関数を有している。好適には、上部電極１００は、電極１００から電荷発生器層１０２への正の電荷の注入を阻止しながら電荷発生器層１０２から電極１００内への負の電荷の自由な流れを可能とさせる物質から構成されている。必要というわけではないが好適には、上部電圧１００の物質は以下の特性、即ち４．０電子ボルトより小さい仕事関数、５５ｕ．ｏｈｍ．ｃｍより低い固有抵抗、６０より低い原子番号を有するものである。更に、上部電極１００の物質は、好適には、セレンと接触した場合に化学的に安定なものであり、固体の形態において可燃性なものではなく、且つ爆発性でも腐蝕性でもなく、毒性又は発ガン性又は放射性が強過ぎるものでなく、且つイメージングパネルの残りの構成を形成するものと適合性のある付着又はその他の処理により上部電極１００を形成することを可能とするものである。クロム（Ｃｒ）は、上述した基準を満足する適切な物質の１例であると思われ、例えば、１，０００Åの厚さにおけるものであるが、その他の厚さとすることも適切な場合がある。ＩＴＯ及び元素形態におけるか又は互いに又はその他の元素との合金における支配的な金属としてのＡｌも適切な物質の例であると思われる。図１−３のパネルにおけるセレンと共に、元素形態においての又は互いに又はその他の金属との合金におけるＡｌ，Ｉｎ，Ｔｉの化学的安定性は確認することが必要な場合がある。Ｃｓはその他の条件を満足するが、そのセレンとの化学的安定性は問題を提起する場合がある。Ｂａ，Ｔｂ，Ｂｅも、それらが提起する安全性（変更問題が解消される場合には使用可能な場合がある）別の考慮事項は、セレンとの熱膨張適合性であり、それは上部電極の厚さの組成について条件を課す場合がある。

Ｘ線イメージングパネルの予定された動作条件下においてのブレークダウンを回避するためにトランジスタの漏洩電流に依存することの能力は、Ｘ線イメージング技術においての一般的な仮定の下において驚くべきものである場合がある。例えば、市販されている図５に例示した従来のパネルのマモグラフィにおける使用において、電荷バリア層５０２がなければ、個別的な信号格納コンデンサ５１２において大量の電荷が蓄積し、コンデンサ電圧が、コンデンサにおける誘電体及び／又は薄膜トランジスタ５１０におけるチャンネルを破壊するの充分に高いレベルに上昇し、イメージングパネルの永久的な損傷を発生するものと考えられていた。１つの計算では漏洩電流がゼロであると仮定し、且つマモグラフィＸ線エネルギの下で、イメージングパネルはピクセル当たり４．５８×１０^-15クーロン／ｍＲ蓄積するものと推定している。最大Ｘ線露光レートが５Ｒ／秒である場合には、コンデンサ５１における最大蓄積電荷は、１秒で２．３×１０^-11クーロンである。この理論計算は信号格納コンデンサ５１２を横断して３４．７ボルトの電圧となる。実際に、大きく且つ緻密な胸部の場合には、露光レートは３Ｒ／秒により近い。これは漏洩電流が存在しないことを仮定しての推定であるが、ＤＲＣにより供給されている現在のマモグラフィイメージングパネル（図５）におけるＴＦＴの実際の測定は、約２０−２５ボルトを超えて電圧を増加させた場合に迅速に増加するドレイン対ソース漏洩電流を表わしている。ドレインにおいて約３０ボルトであると、漏洩電流は２４ｐＡであると補間され、それは信号格納コンデンサ電位が２５ボルトを超えて上昇した場合に過剰な電荷をリークさせるのに丁度充分なものである。この迅速に上昇する漏洩電流は自己保護メカニズムとなり、それは５０２（図５）のような電荷バリア層及びそのゴースト発生効果を除去することを可能とする。

上述したパラメータにおいての図１−３に基づくマモグラフィパネルのスクリーニングモードにおけるテストは以下のことを暗示している。

※予測される露光範囲においての良好な直線性（図６ａ参照）
※良好なプレサンプリング変調伝達関数（ＭＴＦ）（図７ａ参照）
※予測される範囲にわたっての異なる露光に対しての空間周波数の関数としての良好なノイズパワースペクトル（ＮＰＳ）（図８参照）
※次式、即ち
ＤＱＥ（ｆ，Ｘ）＝（Ｓ（Ｘ）×ＭＴＦ（ｆ））²／（Φ（Ｘ）×ＮＰＳ（ｆ，Ｘ））
尚、Ｓ（Ｘ）はある露光Ｘにおいての測定した信号であり、Φ（Ｘ）は露光Ｘにおいての単位面積当たりの入射フォトンフルエンス（図９ａ−９ｂ参照）である、
に基づいて出力において入力信号対雑音比を転送する上でのイメージングシステムの効率を測定する複合パラメータとしての検出量子効率（ＤＱＥ）として表現した良好な効率
※イメージング表面の一部を１．０ｍｍ厚さの鉛のシートからなる部品で被覆した状態で２８ｋＶｐ、Ｍｏ／Ｍｏスペクトルでの２．６Ｒの大きな「ゴースト」露光へイメージャを露光させたテストにおいて経過時間の関数としての良好なゴースト発生特性（図１０参照）。３０秒後に、より低いドーズの９ｍＲにおいて最初の読取フレームを採取し、該鉛を除去し且つＸ線ビームを４ｃｍのルーサイト（Ｌｕｃｉｔｅ）を介してフィルタさせた。該ルーサイトファントム位置の内側及び外側の興味のある２５６×２５６ピクセル領域内の平均検知器信号を比較し、且つゴースト発生の大きさは正規化させた差、即ち
ゴースト（％）＝（（信号（内側）−信号（外側））／信号（内側）×１００％
として計算した。

上述したパラメータにおいての図１−３に基づくマモグラフィパネルのトモシンセシスモードにおけるテストも以下のことを示唆している。

※予定した露光範囲においての良好な直線線（図６ｂ参照）
※良好なプレサンプリング変調伝達関数（ＭＴＦ）（図７ｂ参照）
※スクリーニングモードにおいて使用した方法を使用するがトモシンセシスパラメータにおいて計算した検出した量子効率（ＤＱＥ）として表現した良好な効率（図９ｃ）
※良好なイメージ遅延特性（図１１）、尚、遅延は、１．０ｍｍの厚さの鉛のシートによってイメージング区域の半分を被覆した状態で２８ｋＶｐにおいてイメージャを単一の高い露光に露光させ、次いで０．５秒間隔で一連のダークイメージフレームを読取ることにより検査した。２つのテストを行い、１つは１６４ｍＲの高いドーズで、他方は５８ｍＲで行った。遅延は高いドーズに露光させた遮蔽されていない区域と鉛により遮蔽された他の半分との間のダークカウント、即ち暗係数、における正規化した差異として計算した。即ち、
遅延（％）＝（（ダークカウント（遮蔽無し）−ダークカウント（遮蔽））／ダークカウント（遮蔽）×１００％
イメージャの一部を４．２ｃｍ厚さのアクリルブロックで被覆した状態で３６ｋＶｐＭｏ／Ｒｈスペクトルで１７７ｍＲのゴースト露光へイメージャを露光させることにより調査した時間の関数としての良好な残留イメージゴースト（図１２）。次いで、アクリルブロックを除去し且つ各イメージフレームに対し５．２９ｍＲにおいて、１．２秒間隔で一連の読取ったドーズイメージが追従した。

上述したグラフはパネルの１つの例の特定の形態に対するものであり、且つ本発明の異なる実施例の場合には異なる結果を得られることは明らかである。

以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種々の変形が可能であることは勿論である。

本発明の１実施例を組込んだＸ線イメージャパネルの部分的断面を示した概略図。 図１のイメージャの一部の構成を部分的にブロック図で且つ部分的に回路図で示した概略図。 図２に使用した薄膜トランジスタの電圧対漏洩電流特性を示したグラフ図。 本発明のイメージャと従来のイメージャとのゴースト発生特性の比較したグラフ図。 図１のものと同様な従来のＸ線イメージャパネルの構成を示した概略図。 （ａ）及び（ｂ）は、夫々、スクリーニングモードにおいて及びトモシンセシスモードにおいての図１−３に基づくイメージャの直線性を例示した各グラフ図。 （ａ）及び（ｂ）は、夫々、スクリーニングモードにおいての及びトモシンセシスモードにおいての図１−３に基づくイメージャの変調伝達関数（ＭＴＦ）を例示した各グラフ図。 スクリーニングモードにおいての図１−３に基づくイメージャのノイズパワースペクトル（ＮＴＳ）を例示したグラフ図。 （ａ）及び（ｂ）及び（ｃ）は、夫々、スクリーニングモードにおいての及びトモシンセシスモードにおいての図１−３に基づくイメージャの検出量子効率（ＤＱＥ）を例示した各グラフ図。 スクリーニングモードにおいての図１−３に基づくイメージャのゴースト（％）特性を例示したグラフ図。 トモシンセシスモードにおいての図１−３に基づくイメージャの経過時間の関数としてのイメージ遅延を例示したグラフ図。 トモシンセシスモードにおいての図１−３に基づくイメージャの時間の関数としての残留イメージゴーストを例示したグラフ図。

符号の説明

１００ 上部電極
１０２ 電荷発生器層
１０４ 電荷回収電極
１０６ 電荷ブロッキング層
１０８ 基板
１１０ 信号格納コンデンサ
１１２ ゲート動作用トランジスタ
１１４ ゲートパルス線
１１６ 電荷増幅器
１１８ プログラム可能高電圧電源
２０４ サンプル・ホールド回路
２０６ マルチプレクサ
２１０ アナログ・デジタル変換器
２１２ 薄膜トランジスタ

Claims (4)

1. デジタルフラットパネルＸ線マモグラフィイメージャにおいて、
   上表面を有している基板が設けられており、
   前記基板の前記上表面上にセレンをベースとした電荷発生器層が設けられており、前記電荷発生器層も上表面を有しており、
   前記電荷発生器層の前記上表面と物理的且つ電気的に接触しており且つその上に直接的に上部電極が設けられており、
   前記基板と前記電荷発生器層との間に電荷回収電極が設けられており、前記電荷回収電極は複数個のピクセル電極からなる二次元アレイにパターン形成されており、
   前記電荷発生器層はＸ線照射に応答して電荷を発生し、且つ前記電荷発生器層において１つ又はそれ以上の選択した電界が確立される場合に前記複数個のピクセル電極が前記電荷発生器層の夫々の領域において発生する１つの極性の電荷を回収し、
   前記基板と前記電荷発生器層との間に読取回路が設けられており、前記読取回路は、前記複数個のピクセル電極の夫々に接続された複数個の信号格納コンデンサを有すると共に、前記複数個のピクセル電極と前記複数個の信号格納コンデンサとの間の夫々の接続点に夫々の第１のソース／ドレインが接続されている複数個の薄膜トランジスタを有しており、
   前記複数個の薄膜トランジスタの各々は、対応する信号格納コンデンサからの電荷を外部回路へ通過させるオン状態と、漏洩電流を通過させるオフ状態との間で選択的にスイッチされ、
   前記複数個の薄膜トランジスタの各々のオフ状態における漏洩電流は、前記接続点における電圧が２０−２５ボルトの範囲内の第１の電圧よりも低い場合には、前記接続点における電圧が上昇するに従い第１の割合よりも低い割合で上昇するが、前記接続点における電圧が前記第１の電圧と等しいか又はそれよりも高い場合には、前記接続点における電圧が上昇するに従い前記第１の割合よりも一層高い割合で上昇し、それにより医学的イメージングにおいて前記イメージャで画像形成されるオブジェクトにより減衰されることのないＸ線を受取る電荷発生器層の領域において発生される過剰な電荷を漏洩させて前記薄膜トランジスタをブレークダウン損傷から保護する、
   ことを特徴とするイメージャ。
2. 請求項１において、前記薄膜トランジスタの各々の漏洩電流が、前記接続点における電圧が２０ボルトである場合には、１０ｐＡより小さく、一方前記接続点における電圧が３０ボルトである場合には、２０ｐＡより大きいことを特徴とするイメージャ。
3. 請求項２において、前記漏洩電流が、前記接続点における電圧が２０ボルト乃至３０ボルトの範囲において、前記接続点における電圧の増加と共に漸進的に増加することを特徴とするイメージャ。
4. 請求項１において、前記漏洩電流が、前記接続点における電圧が２０ボルトより高い場合に、前記接続点における電圧の増加と共に漸進的に増加することを特徴とするイメージャ。

Images