JP6388934B2 - 放射線イメージング - Google Patents

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Description

放射線を画像化するための従来技術は、画素化された検出デバイスの出力を処理することと、次いで、処理の結果をディスプレイデバイス上に画像形式で表示することを包含する。
本発明の発明者らは、放射線イメージングの代替手法を開発した。
本明細書において提供されているデバイスは、ディスプレイコンポーネントと、各々が駆動導体へそれぞれの放射線感受性チャネルによって接続されるピクセル導体のアレイを備える駆動コンポーネントとを備え、放射線感受性チャネルが暴露される放射線の強度変化は、それぞれのピクセル導体における、駆動導体へ印加される駆動電圧に対する電位を変化させ、かつディスプレイコンポーネントのそれぞれのピクセルエリアの表示を変化させる。
本明細書において提供されているデバイスは、ディスプレイコンポーネントと、各々が層スタック内で駆動導体へそれぞれの放射線感受性チャネルによって接続されるディスプレイピクセル導体のアレイを画定する層スタックを備える駆動コンポーネントとを備え、放射線感受性チャネルが暴露される放射線の強度変化は、それぞれのディスプレイピクセル導体における、駆動導体へ印加される駆動電圧に対する電位を変化させ、かつそれぞれのディスプレイピクセル導体における電位の変化は、ディスプレイコンポーネントのそれぞれのピクセルエリアの表示を変化させる。
ある実施形態によれば、放射線は、可視光である。
ある実施形態によれば、本デバイスは、さらに、各放射線感受性チャネルの領域内に一部分を含むシンチレータを備え、シンチレータのそれぞれの部分は、第２の異なるタイプの放射線に暴露されると、放射線感受性チャネルの対応する１つの領域内に、第１のタイプの放射線を発生する。
ある実施形態によれば、前記第１のタイプの放射線は、可視光および／または紫外線である。
ある実施形態によれば、前記第２の異なるタイプの放射線は、放射Ｘ線である。
ある実施形態によれば、ディスプレイコンポーネントは、双安定ディスプレイ媒体を備え、かつ、それぞれのピクセル導体における、駆動導体へ印加される駆動電圧に対する電位の変化は、双安定ディスプレイ媒体のそれぞれのピクセルエリアを、ある安定した表示状態から別の安定した表示状態へ変える。
ある実施形態によれば、層スタックは、さらに、放射線感受性チャネルと容量的に結合される１つまたは複数の導体を備え、放射線感受性チャネルの感受性の程度は、１つまたは複数の同調電圧を１つまたは複数の導体へ印加することによって調整されることが可能である。
ある実施形態によれば、層スタックは、放射線感受性チャネルを介して放射線を反射し返すために放射線感受性チャネルとディスプレイコンポーネントとの間に位置決めされる、１つまたは複数の反射エレメントを備える。
後により詳しく論じるように、本発明の実施形態によるデバイスは、スタック外部における、入射放射線の画像を生成するための外部電子機器を必要としない。
また、先に述べたようなデバイスを用いて不可視放射パターンの可視画像を表示する方法も提供されている。
また、先に述べたようなデバイスを用いて不可視の放射影の可視画像を表示する方法も提供されている。
また、Ｘ線源と先に述べたようなデバイスとを備える装置も提供されている。
また、先に述べたような装置を用いて、人体または動物の体の１つまたは複数の内部を画像化する方法も提供されている。
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を単なる例として詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態による画像化デバイスを示す。 図２は、本発明の一実施形態による画像化デバイスを示す。 図３は、本発明の一実施形態による画像化デバイスを示す。 図４は、本発明の一実施形態による画像化デバイスを示す。
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態による放射線イメージングデバイスは、次のようなエレメントを含む。導体４、６のペアを画定する第１のパターン化された導体層は、ガラス基板またはプラスチック基板等の基板２によって支持される。各導体ペアは、駆動電圧を印加するためにデバイスの縁まで延びる駆動導体６と、その電位が、駆動導体へ印加される駆動電圧および導体ペアを接続する半導体チャネルのコンダクタンスに依存する浮動導体４とを備える。
基板２と第１のパターン化された導体層との間には、平坦化層（不図示）が設けられてもよい。パターン化された半導体層８は、第１のパターン化された導体層を覆って形成され、各ペアの導体４、６間に半導体チャネルを画定する。パターン化された半導体層８の上には、ＣＯＭ導体線１２を半導体層８から隔離するためにブランケット絶縁層１０が形成され、ＣＯＭ導体線１２は、ブランケット絶縁層１０を覆って形成される第２のパターン化された導体層によって画定され、かつ後述するピクセル導体１８と共にピクセルキャパシタを形成する。ＣＯＭ導体線１２上には、ＣＯＭ線１２と後述するピクセル導体１８との間の電気短絡を防止するために、第２のブランケット誘電層１４が形成される。絶縁層１０／誘電層１４内には、バイアホールが下方へ各浮動導体４まで形成される。バイアホールは、各浮動導体４と後述するそれぞれのピクセル導体１８との間にそれぞれの導電接続部１６を生成するために、導体材料で充填される。第３のパターン化された導体層は、第２のブランケット誘電層を覆って形成され、ピクセル導体１８を画定する。したがって、ピクセル導体１８は、第１のパターン化された導体層と、パターン化された半導体層８と、絶縁層１０と、第２のパターン化された導体層とを含む連続して堆積される層スタック内に全て包含されるそれぞれの半導体チャネルへ接続される。したがって、半導体チャネルのコンダクタンスは、それぞれの半導体チャネルに前記半導体チャネルに関連づけられる駆動導体を介して駆動電圧が印加される場合に、それぞれのディスプレイピクセル導体１８における電位に対して直接的な効果を有する。
こうして形成される制御コンポーネント１００は、光双安定媒体２０と、光媒体２０のピクセル導体１８とは反対側の共通電極２２とを備えるディスプレイコンポーネント２００へ連結される。光媒体２０の各ピクセル部分は、それぞれのピクセル導体における電位と共通電極２２における電位との電位差の変化に応答して、２つの異なる安定した光学状態間で切り替わる。浮動および駆動導体４、６間の半導体チャネル８を形成する半導体チャネル材料には、暴露される放射線の強度に依存してコンダクタンスが変わる半導体物質が選択される。半導体チャネル８が暴露される放射線強度の十分に大きな変化は、光媒体のそれぞれのピクセル部分をある安定した光学状態から他の安定した光学状態へ切り替えさせるに足る大きさである半導体チャネル８のコンダクタンスの変化（および必然的に、層スタック内の半導体チャネル８へ連接される浮動導体４およびピクセル導体１８における電位の変化）をもたらすことが可能である。光双安定媒体の１つの特徴は、１つの安定した光学状態への切替が、この状態への切替をトリガするために要するエネルギーを継続して入力する必要なしに保持され得ることにある。特に上述の例に関連して、放射強度の十分な増加によりトリガされる異なる光学状態への切替は、放射強度の増加が終了した後でも、かつ駆動導体６から電源が外された後でも保持されることが可能である。
適切な光双安定媒体の一例は、Ｅ Ｉｎｋ社製の電気泳動インクである。しきい値レベルを下回る放射強度に暴露される半導体チャネルに関連づけられる光媒体のピクセル部分は、「明るい」または「白色」状態にあり得るのに対して、しきい値レベルを上回る放射強度に暴露される半導体チャネルに関連づけられる光媒体のピクセル部分は、「暗い」または「黒色」状態にあり、これにより、デバイスの異なる部位が暴露される異なる放射強度レベルに関する情報を提供する可視画像が生成される。
光双安定媒体の別の例は、コレステリック液晶媒体である。
図２に示す変形例は、基板２と平坦化層２６との間に挟まれたシンチレータ２４を含む。シンチレータ２４は、第１のタイプの放射線（例えば、放射Ｘ線）への暴露に応答して第２のタイプの放射線（例えば、可視光）を発生するように機能する。シンチレータ２４の包含は、例えば、半導体チャネル材料がある放射線タイプ（例えば、可視線）には感応するが、画像化されるべき放射線タイプ（例えば、放射Ｘ線）には感応しない場合に有益である。シンチレータ２４は、シンチレータ２４が吸収する各Ｘ線毎に何千個もの光子を発生してもよい。
各ピクセル部分による２つの光学状態間での切替可能速度、即ち、半導体チャネル８を介する光媒体２０の放射強度変化に対する感受性は、次のような技術のうちの１つまたはそれ以上を用いて高められることが可能である。ある技術は、光媒体２０による安定した光学状態から別の安定した光学状態への切替を、半導体チャネル８のコンダクタンスの比較的小さい変化のみでトリガできるように、駆動導体および共通電極２２に渡って印加される駆動電圧を制御する。図２の変形例のための別の技術は、比較的少量の放射線（例えば、放射Ｘ線）投与で、光媒体２０による安定した光学状態から別の安定した光学状態への切替をトリガするに足る光子を発生するように、各半導体チャネルの近傍におけるシンチレータの量を増やす。
感受性を高めるための別の技術は、半導体チャネルの幅、即ち各導体ペアが半導体により連接される幅、を広げるというものである。例えば、半導体チャネルの長さ（即ち、導体ペア間の離隔距離）は、例えば、５ミクロンである可能性もあり、かつ半導体チャネルの幅は、数百または数千ミクロンである可能性もある。半導体チャネルの大きい幅は、例えば、各導体ペアがそれぞれの半導体チャネルを介して連接される交互嵌合式導体配列を用いることによって達成されることが可能である。
感受性を高めるための別の技術は、ピクセル電極１８とＣＯＭ導体線１２との間のキャパシタンスを減らすというものである。このピクセルキャパシタンスを減らせば、必要なスイッチング電圧をより少ない電流で達成することができるようになる。０．２ｐＦ未満のキャパシタンスは、ＣＯＭ線１２とピクセル電極１８との重なり面積を減らすことによって達成される可能性もある。一方で、感受性がそれほど必要でなければ、ピクセル電極とＣＯＭ線との間のより大きいキャパシタンスを用いて、媒体に渡る電圧をより長期間に渡って保持することができる。例えば、１ｐＦ以上のキャパシタンスは、光媒体に渡るスイッチング電圧を数百ミリ秒に渡って保持するために使用される可能性もあるが、この比較的高いキャパシタンスは、２つの光学状態間のピクセル切替が最良でピクセル電極におけるスイッチング電圧の放射線暴露時間より長い時間に渡る保持を要求する光媒体を含むデバイスに対して、効果的であり得る。また、比較的高いキャパシタンスは、異なる放射レベルに曝されるピクセル間のより優れた画像コントラストを達成するために、デバイスの感受性を故意に減らすためにも有益である場合がある。
別の技術は、各半導体チャネル８の、半導体チャネル８が放射線に暴露される側とは反対側（即ち、図２の実施形態において、半導体チャネル８の、シンチレータ２４とは反対側）に反射エレメントを提供することである。このような技術の一例は、ピクセル電極１８を反射金属エレメントとして提供し、光は、それぞれピクセルのためにピクセル電極１８から反射して半導体チャネル８を介して戻され、これにより、効率が向上され、かつ光媒体内のスイッチのトリガに必要な放射線投与量が低減される。
図３は、反射エレメント２８をＣＯＭ導体線１２と同じレベルに備えることを示し、この反射エレメント２８は、それぞれピクセルのために、吸収されなかった光子を反射して半導体チャネル８を介して戻すように設計され、これにより、効率が向上され、かつ光媒体内のスイッチのトリガに必要な放射線投与量が低減される。反射エレメント２８は、各線がそれぞれのピクセル列のための反射エレメントを提供する、反射金属線のアレイを備えてもよい。
全ての駆動導体６には、ディスプレイコンポーネント２００の共通電極２２に関連して共通駆動電圧が印加される。駆動導体６は、並列する線のアレイを備えてもよく、各線は、それぞれのピクセル列のための駆動導体６を提供し、かつデバイスの横縁における共通端子まで延びる。
図４に示す変形例は、同調導体線３０のさらなるアレイをＣＯＭ導体線１２と同じレベルに含む。同調導体線３０は、半導体チャネル８のコンダクタンスを、画像化デバイスに所望される感受性の程度に従って調整するために使用されることが可能である。同調のメカニズムは、電界効果メカニズムである。例えば、同調導体線３０は、各々独立制御される可能性もあるが、より現実的な手法は、全ての同調導体線３０へ共通の同調電圧を印加することによって、半導体チャネル全体のコンダクタンスを均一に調整する（かつこれにより、光媒体の異なる光学状態への切替に要する放射強度のしきい値レベルを調節する）ことである。この調整は、例えば、半導体チャネルの性質の予測可能な経時的変化を補償するために、かつ／または、環境条件の変化が半導体チャネルの性質に与える効果を補償するために使用されることが可能である。これらの同調導体線１２が反射金属エレメントとして装備されれば、これらの同調導体線３０は、それぞれのピクセルのために、吸収されなかった光子を反射して半導体チャネル８を介して戻すように機能することも可能であり、これにより、効率が向上され、かつ光媒体内のスイッチのトリガに必要な放射線投与量が低減される。
ディスプレイコンポーネント２００自体、および／または制御コンポーネント１００の層スタック内の導体コンポーネントも、半導体チャネルをディスプレイコンポーネント２００に入射する環境放射線から十分に遮蔽しない場合は、層スタック内に１つまたは複数の放射線吸収層が包含される可能性もある。同様に、半導体チャネル８の、ディスプレイコンポーネントとは反対側にシンチレータ２４を設ける上述の実施形態の場合、シンチレータ自体が基板２に入射する上述の第２のタイプの任意放射線（例えば、可視線）の透過を十分に阻止しなければ、制御コンポーネントは、さらに、例えば基板２とシンチレータとの間に、第２のタイプの放射線を第１のタイプの放射線（即ち、シンチレータに感受性がある放射線）よりも多く吸収／散乱／反射する層を備えてもよい。
上述のデバイスは、画像を生成するための外部電子機器を必要とせず、デバイスは、単に、駆動導体６へ接続される端子を通じて、かつ共通電極２２へ接続される端子を通じてバッテリ電圧を印加することにより、動作されることが可能である。これは、（図５に略示されているような）プロセッサ５０４へ信号を出力する画素化されたセンサアレイ５０２を備え、次にプロセッサ５０４が、センサアレイから受信した信号を処理してディスプレイデバイス５０６へ駆動信号を出力する従来の電子センサとは明らかに対照的である。例えば、画素化されたセンサアレイ５０２は、１つまたは複数のドライバチップ５０８を備えてもよく、これらは、ピクセルセンサ回路５１０の電気的変化をプロセッサ５０４への信号出力に変換し、かつプロセッサは、ＴＦＴのアクティブ・マトリクス・アレイ５１４を介して画像生成を制御するために、ディスプレイデバイスの１つまたは複数のドライバチップ５１２へ駆動信号を供給する。本発明の実施形態によるデバイスは、ドライバチップまたはプロセッサを全く用いることなく、入射放射線の画像を生成する。
上述の画像化デバイスの実際的用途の一例は、骨折、他の検出等の医療を目的とする単純かつロバストなＸ線センサを提供することである。このような用途では、上述の感受性調節技術を用いて、患者の診断に使用される比較的少量のＸ線投与から、コントラストが十分に高い画像を生成するケイパビリティが提供される。上述のデバイスによって作成されるＸ線センサは、臨床医へ瞬時的なフィードバックを提供し、携帯が容易かつ再使用が可能である、という優位点を有する。画像の記録は、従来のデジタルカメラまたはスキャナを用いて容易に実行されることが可能である。
半導体チャネル材料は、有機半導体物質であっても、無機半導体物質であってもよい。支持基板は、例えば、ガラス基板であっても、プラスチック基板等のより柔軟な基板であってもよい。
これまでに明示された全ての変更に加えて、本発明の範囲内で、記述されている実施形態に対し、他の様々な変更を行ない得ることは、当業者に明らかであろう。

Claims (17)

  1. デバイスであって、ディスプレイコンポーネントと、各々が層スタック内で駆動導体へ、パターン化された導体層のペアの導体間に電気的に直列であるそれぞれの放射線感受性チャネルによって接続されるディスプレイピクセル導体のアレイを画定する層スタックを備える駆動コンポーネントとを備え、放射線感受性チャネルが暴露される放射線の強度変化は、放射腺感受性チャネルのコンダクタンスを変化させて、さらにそれぞれの前記ディスプレイピクセル導体における、前記駆動導体へ印加される駆動電圧に対する電位を変化させ、かつそれぞれの前記ディスプレイピクセル導体における電位の変化は、前記ディスプレイコンポーネントのそれぞれのピクセルエリアの表示を変化させる、デバイス。
  2. 前記放射線は、可視光である、請求項１に記載のデバイス。
  3. 各放射線感受性チャネルの領域内に一部分を含むシンチレータをさらに備え、前記シンチレータのそれぞれの部分は、第２の異なるタイプの放射線に暴露されると、前記放射線感受性チャネルの対応する１つの前記領域内に、第１のタイプの放射線を発生する、請求項２に記載のデバイス。
  4. 前記第１のタイプの放射線は、可視光および／または紫外線である、請求項３に記載のデバイス。
  5. 前記第２の、異なるタイプの放射線は、放射Ｘ線である、請求項３または請求項４に記載のデバイス。
  6. 前記ディスプレイコンポーネントは、双安定ディスプレイ媒体を備え、かつ、前記それぞれのディスプレイピクセル導体における、前記駆動導体へ印加される駆動電圧に対する前記電位の変化は、前記双安定ディスプレイ媒体の前記それぞれのピクセルエリアを、ある安定した表示状態から別の安定した表示状態へ変える、請求項１から請求項５までの任意の請求項に記載のデバイス。
  7. 前記層スタックは、前記放射線感受性チャネルと容量的に結合される１つまたは複数の導体をさらに備え、前記放射線感受性チャネルの感受性の程度は、１つまたは複数の同調電圧を前記１つまたは複数の導体へ印加することによって調整されることが可能である、請求項１から請求項６までの任意の請求項に記載のデバイス。
  8. 前記層スタックは、前記放射線感受性チャネルを介して放射線を反射し返すために前記放射線感受性チャネルと前記ディスプレイコンポーネントとの間に位置決めされる、１つまたは複数の反射エレメントを備える、請求項１から請求項７までの任意の請求項に記載のデバイス。
  9. 請求項１から請求項８までの任意の請求項に記載のデバイスを用いて不可視放射パターンの可視画像を表示する方法。
  10. 請求項１から請求項８までの任意の請求項に記載のデバイスを用いて不可視放射影の可視画像を表示する方法。
  11. Ｘ線源と、請求項５に記載のデバイスとを備える装置。
  12. 請求項１１に記載の装置を用いて、人体または動物の体の１つまたは複数の内部を画像化する方法。
  13. 前記デバイスを不可視放射パターンまたは不可視放射影に暴露しながら、前記可視画像を表示することを含む、請求項９または１０に記載の方法。
  14. 前記デバイスの不可視放射パターンまたは不可視放射影への暴露が終了した後、前記可視画像を表示し続けることをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 駆動導体から電源が外された後、前記可視画像を表示し続けることをさらに含む、請求項１３または１４に記載の方法。
  16. 前記パターン化された導体層のペアの導体が、駆動導体と浮動導体を含む、請求項１から請求項８までの任意の請求項に記載のデバイス。
  17. 前記浮動導体が、その電位が、駆動導体へ印加される駆動電圧および導体ペアを接続する半導体チャネルのコンダクタンスに依存するものである、請求項１６に記載のデバイス。
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