JPH10253761A

JPH10253761A - 面積型ｘ線検出器

Info

Publication number: JPH10253761A
Application number: JP9324296A
Authority: JP
Inventors: Scott W Petrick; スコット・ウィリアム・ペトリック; Lawrence R Skrenes; ローレンス・リチャード・スクレネス; Paul Richard Granfors; ポール・リチャード・グランフォース; George Edward Possin; ジョージ・エドワード・ポッシン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 1998-09-25
Also published as: EP0845687A3; DE69712713D1; EP0845687A2; EP0845687B1; DE69712713T2; US5920070A

Abstract

(57)【要約】【課題】フォトダイオードの以前のスキャンに起因し
たゴースト画像を減少させながら画像の収集を最適化す
ることのできる面積型Ｘ線検出器を提供する。【解決手段】大面積型固体Ｘ線検出器１２は、電気的
に充電されＸ線への照射により放電される多数のフォト
ダイオード３６を採用している。以前の照射の間にフォ
トダイオード３６に捕捉された電荷の放出に起因してい
るゴースト画像が、イメージング・サイクルのリセット
部分の間にバイアスを調節することにより除去される。
バイアスは、再充電時間を減少させるように増加されて
もよいし、ダイオードを公平に放電させるように極性を
反転させてもよいし、又はオフセットを保存するように
減少されてもよく、その結果、ゴースト画像は、画像処
理による後に続く画像から除去され得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ線検出器に関し、具
体的には、区域にわたってＸ線を検出することのできる
固体（ソリッド・ステート）Ｘ線検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】最初期のＸ線画像は、Ｘ線放射線の面積
型ビームが患者を通過した後に、ビームを写真フィルム
に照射することにより作成されていた。写真フィルムは
依然として、多くの放射線写真法について、高い画像分
解能が要求される場合には特に、優れた媒体である。写
真フィルムは、Ｘ線放射線を可視光に変換することによ
りＸ線放射線に対するフィルムの感度を増大させる発光
体スクリーン（phosphorscreen）と結合され得る。

【０００３】しばしば、医師にとっては、心臓カテーテ
ル法等の外科処置を実行しながら、実時間でＸ線画像を
見る必要がある。これらの状況では、Ｘ線フィルムは、
画像光増幅器（image intensifier）及びテレビ・カメ
ラで置き換えられる。Ｘ線は、画像光増幅器の前面で発
光体スクリーンに入射すると、微弱な光画像を発生し、
この光画像は、画像光増幅器によって増幅されると共
に、テレビ・カメラによって読み込まれる。画像光増幅
器を用いることにより、実時間の画像を収集しながら、
患者に放射線を連続して照射する必要性に相応するよう
に、Ｘ線の照射線量をより低くすることができる。

【０００４】いくつかの状況では、Ｘ線画像を、計算機
によって処理するためにディジタル表現に変換すること
が望ましい。画像のディジタル表現（ディジタル画像）
は、例えば、画像の縁を強調するように又は画像光増幅
器の歪みを補正するように処理され得る。ディジタル消
去血管造影法（アンジオグラフィ）のようないくつかの
手法は、患者に造影剤を注入して取得される１つの画像
と、注入しないで取得されるもう１つの画像との患者の
２つの画像を互いに減算することを要求する。この減算
は、ディジタル画像で容易に行うことができる。

【０００５】ディジタル画像は、従来の写真フィルムを
走査することにより、又はフィルムと同様に照射され、
次いで、読み取り装置に渡されて、走査されると共にデ
ィジタル化される光刺激の可能な発光体プレートを用い
ることにより、取得され得る。代替的には、画像光増幅
器及びテレビ・カメラのシステム上でテレビ・カメラに
よって出力された電気信号を、高速アナログ−ディジタ
ル変換器の使用を介して直接的にディジタル信号に変換
することもできる。

【０００６】大面積型集積回路アレイ（ＬＣＤ形式の計
算機表示装置に用いられているような）を構築する作製
技術が改善されたことにより、処理装置に直接的にディ
ジタル信号を供給する大面積型固体Ｘ線検出器を構築す
ることに相当な関心が寄せられてきた。このような検出
器の設計の１つが、１９９１年２月２６日に付与され、
本出願と同一の譲受人に譲渡され、ここに参照されるべ
き米国特許第４，９９６，４１３号に記載されている。
この検出器の設計は、各々がフォトダイオードと、薄膜
トランジスタとで構成されているセルの配列を採用して
おり、このセルの配列は、発光体の下方で列と行とを成
して設けられている。各々のダイオードに関連している
固有の静電容量が先ず充電され、次いで配列がＸ線で照
射される。発光体に入射するＸ線は光フォトンを発生
し、次いで、光フォトンはフォトダイオードに入射し、
その結果、フォトダイオードの固有の静電容量から電荷
が失われる。ある照射時間の後に、電荷がフォトダイオ
ードに回復される。各々のフォトダイオードに回復され
る電荷量は、各々のフォトダイオードによって受け取ら
れるＸ線の照射線量を示している。回復された電荷を示
す電気信号は、ディジタル化されると共に、ディジタル
画像として記憶される。

【０００７】適当な空間分解能を提供するために、多数
のフォトダイオードが用いられている。必要な充電兼測
定回路要素（circuitry）に各々のフォトダイオードを
接続するのに必要な配線は、個別のアドレス指定が可能
な列及び行にフォトダイオードを接続することによって
減少する。具体的には、各々のフォトダイオードは、固
体スイッチを介して、所与の列内で他のすべてのフォト
ダイオードと共通の列導体に接続される。従って、フォ
トダイオードは、時分割多重化によって、一度に１つず
つ読み出されることにより配線を共有することができ
る。具体的には、単一の列導体は、所与の列内のすべて
のフォトダイオードに対して充電電流を供給するもので
あると共に、その列のフォトダイオードに供給された充
電電流の量を定量化することができるその列について独
立した測定回路に接続されている。固体スイッチの制御
端子は、作動指示（assert）されているときに１つの行
のフォトダイオードへ電流を流すものであり、所与の行
のすべてのダイオードに共通の行導体に接続されてい
る。このようにして、フォトダイオードの照射後に、フ
ォトダイオード配列は、１つの行導体を選択的に作動指
示することにより走査されて、所与の行内のすべてのフ
ォトダイオードを充電することができる。その行の１つ
のフォトダイオードのみが各々の列導体に接続されてい
るので、所与の行導体が作動指示されているときに列導
体を通過して流れる電流の量は、単一のフォトダイオー
ドの再充電量に関連付けられる。この過程は、フォトダ
イオードの各々が再充電されて、所要の回復電荷量が測
定されるまで、各々の行導体を順次作動指示しながら繰
り返される。

【０００８】各々の列導体に対して、（列導体に流入す
る電荷を測定するように、）積分器が取り付けられてい
る。積分器は、各々の行が作動指示されている時間にわ
たって列導体に流入する電流を積分して、総電荷量の測
定値を発生する。積分の最後に且つ電荷測定よりも前
に、積分器は、短時間「据え置き」（settle）されて、
雑音スパイクの影響を排除しなければならない。雑音ス
パイクは、列導体に結合されている固体スイッチの切り
換えに起因して、交差している行導体と列導体とによっ
て発生する。電荷測定の後に、積分器は次の行が測定さ
れるよりも前にリセットされなければならない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】アモルファス（非結晶
質）・シリコンの非単一の結晶質構造の結果、大きな密
度の欠陥状態がフォトダイオード内に存在する。これら
の欠陥状態は、電子及び孔を捕捉して、欠陥状態のエネ
ルギ・レベルによって主に決定される時定数でこれらの
電子及び孔を放出する。この時定数は、フルオロスコー
ピック（螢光透視）・フレーム時間よりもずっと長いこ
とがある。簡単のために、本明細書を通して、捕捉され
た電子についてのみ言及するが、孔も同様の方法で捕捉
され得ると共に同一の機構が孔に適用されることが理解
されるべきである。従って、フォトダイオード内の電界
が、Ｘ線照射からの光により発生される電子によって又
は変化しているバイアス電圧によって摂動するときには
いつでも、フォトダイオード内の捕捉された電子は、こ
れらの欠陥状態の中で再配分されて、長い時定数を有す
る非捕捉（detrapping）電流をフォトダイオードの端子
に発生する。

【００１０】ある状況の下では、低い線量の螢光透視画
像シーケンスが高い線量の放射線写真画像の直ぐ後に続
くときのように、非捕捉電子の数は、螢光透視画像信号
レベルに比べて重要である。これらの捕捉電子の放出は
典型的には、螢光透視フレーム時間よりもずっと長い時
間を費やし、又、非捕捉電子の画像は、高い線量の放射
線写真画像の形態で現れるので、その後の螢光透視画像
は、前の放射線写真のゆっくりと崩壊するゴースト画像
と共に汚れて現れるであろう。この現象は典型的には、
フォトダイオード・ラグ（遅延）と呼ばれている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、フォトダイオ
ードを再充電し、その後の低いＸ線の螢光透視画像から
のゴースト画像を測定し、記憶すると共に消去しなが
ら、フォトダイオードの両端のバイアスを調節すること
によりフォトダイオード・ラグに関連したゴースト画像
を減少させる。４つの異なる方法が使用され得る。１つ
の方法では、フォトダイオードの両端のバイアスは、フ
ォトダイオードの再充電レートを増加させるためにリセ
ット期間の間に増大させられて、次いで、イメージング
のために再び減少させられる。第２の方法では、バイア
スは、ダイオードに前方バイアスをかけるように専ら反
転されて、すべてのダイオードが同じ点から充電される
ようにその容量を完全に放電する。第３の方法では、フ
ォトダイオードのバイアスは、使用される放射線写真技
法に従って変化させられる。低い線量の螢光透視手順が
高い線量の放射線写真手順の後に続くときに、バイアス
は減少されて、捕捉された電子の放出の割合を最小にす
ると共に、ゴースト画像の崩壊の割合を減少させる。ゴ
ースト画像は、測定され記憶されながら、後の放射線写
真画像から単純にディジタル消去される。第４の方法で
は、フォトダイオードのバイアスは、一定に維持される
か又は前述の３つの方法のいずれかに従って調節され
る。低い線量の螢光透視手順が高い線量の放射線写真手
順の直ぐ後に続くときに、ゴースト・オフセット画像
は、周期的に測定され、記憶されて、後の放射線写真画
像から引き去られる。

【００１２】具体的には、本発明は、区域にわたって配
列されている電気的に充電可能な複数のフォトダイオー
ドを有している面積型Ｘ線検出器を提供する。バイアス
制御回路が、フォトダイオードを充電するためにフォト
ダイオードの両端にバイアス電圧を供給しており、積分
器が、充電の間に各々のフォトダイオードに配給された
全電荷の読み取りを行うように構成されている。画像を
収集するようにプログラムされた収集制御電子回路が、
各々のフォトダイオードに配給された全電荷を読み取っ
て、電荷積分器をリセットする。収集制御回路は次い
で、任意の更なる照射の前に、３つの方法のうちの１つ
の方法で、バイアス電圧を、第１のバイアス電圧とは異
なる第２のバイアス電圧に変化させ得る。

【００１３】最初の２つのモードは、バイアス電圧にお
ける変化がほんの一時的であるという点で類似してお
り、その相違は、一方は前方バイアスをフォトダイオー
ドにかけ、他方はより高い電界をフォトダイオードに印
加することである。配列内のすべてのフォトダイオード
に前方バイアスをかけることにより、フォトダイオード
内のすべての欠陥状態は、空間的により均一で予測可能
な崩壊するオフセット画像のために電子で満たされ、事
実上、ゴースト画像を消去する。より負のバイアスを印
加すると、フォトダイオード内の捕捉された電子の放出
が加速される。いずれの場合においても、収集制御回路
は、すべてのフォトダイオードが照射のないときに等し
く充電されるように、検出器を多数回読み出す。次い
で、収集制御回路は、第１のバイアス電圧を回復させ、
フォトダイオードが第１のバイアス電圧に安定するのを
可能にするように検出器を再び多数回読み出すことがで
きる。一旦、検出器が、フォトダイオードが第１のバイ
アス電圧に安定するのに十分に読み取られると、次の照
射が行われて、検出器は、収集制御回路の制御の下で通
常の方法で読み出される。

【００１４】第３のモードでは、収集制御回路がバイア
ス電圧を、第１のバイアス電圧とは異なる第２のバイア
ス電圧に変化させ、この変化は一時的なものではなく、
フォトダイオードがこの第２のバイアス電圧に安定する
のに十分な数の回数だけ検出器が読み出された後に、意
味のある画像が、この第２のバイアス電圧を用いて実際
に得られる。更に、第２のバイアス電圧は、第１のバイ
アス電圧よりも負ではなく、次の照射の前のものであ
り、収集制御回路は、後に続く照射に対するオフセット
画像として用いられる画像を獲得するであろう。

【００１５】すべての場合において、意図することは、
後に続くより低いレベルの照射において、高いレベルの
照射に関連した遅延によって発生されたゴースト画像の
効果を減少させるか又は除去することである。バイアス
における変化は、高いレベルの照射と低いレベルの照射
との間で発生する。第３のモードでは、第１のバイアス
電圧に戻る変化が、低いレベルの照射と高いレベルの照
射との間で発生する。

【００１６】第４の方法では、フォトダイオードのバイ
アスは、一定に保持されるか又は上述の３つの方法に従
って調節される。ゴースト・オフセット画像は、周期的
に測定され、記憶されて、照射された画像から引き去ら
れ、最終的な引き去られた画像シーケンスにおけるゴー
スト画像を減少させるか又は除去する。本発明の１つの
目的は、フォトダイオードの以前のスキャンに起因した
いかなるゴースト画像を可能な限り減少させながら、画
像の収集を最適化するためにフォトダイオードに可変の
バイアス電圧を採用することにある。高い線量の放射線
写真照射と低い線量の螢光透視照射との間の時間にバイ
アスを一時的に増加させることにより、フォトダイオー
ドは、捕捉された電子をより迅速に放出させられて、後
に続く螢光透視シーケンスにおける放射線写真ゴースト
画像を減少させる。代替的には、各手順の間にダイオー
ドに一時的な前方バイアスがかけられて、すべての欠陥
トラップを電子で満たし、いかなるゴースト画像をも効
果的に除去することができる。更に、非捕捉電子の割合
は、フォトダイオードのバイアスを減少させることによ
り、ゴースト画像を除去する点まで減少させることがで
きる。最後に、フォトダイオードのバイアスは、一定に
維持するか又は上述した３つの方法のいずれかに従って
調節することができ、オフセット画像は、周期的に測定
され、記憶されて、後に続く画像のディジタル処理の間
にこれらの画像から引き去られて、最終的な画像表示に
おいてゆっくりと崩壊するゴースト画像を完全に除去す
る。

【００１７】面積型検出器は、検出器によって受け取ら
れるべきＸ線の予期される流束量（fluence）を示す信
号を受け取る照射技術入力線を含んでいてもよい。画像
を収集する際に、収集制御電子回路は、フォトダイオー
ドを照射技術入力線からの信号に依存した第１のバイア
ス電圧に充電するようにプログラムされていてもよい。
照射の後に、各々のフォトダイオードに配給された全電
荷が測定され、回復されて、電荷積分器がリセットされ
るときに、画像が検出器から読み出される。次の照射が
異なる線量の照射であると予想されるならば、照射技術
入力線はこの予想を反映し、フォトダイオードは、次の
照射の前に第２のバイアス電圧に計画される。この照射
の後に、画像は以前と同様に正確に読み取られ、フォト
ダイオードの電荷は、第２のバイアスの電荷にまで回復
される。

【００１８】このように、本発明のもう１つの目的は、
Ｘ線放射の異なる線量に関するフォトダイオードの応答
を最適化するようにフォトダイオードの両端のバイアス
を柔軟に調節することにある。一般的に、より高い線量
の手順では、暗電流を無視することができ、より高いバ
イアスを用いて、イメージング・プロセスにおけるより
大きなダイナミック・レンジを提供することができる。
即ち、より大きな電圧によって、照射の間により多くの
電荷がフォトダイオードから放電され得る。より低い線
量の手順では、暗電流はより重要であり、より低いバイ
アス電圧が使用され得る。

【００１９】本発明の以上の目的及び利点、並びにその
他の目的及び利点は、以下の記載から明らかになろう。
この記載において、本明細書の一部を形成していると共
に、説明の目的のために本発明の好ましい実施例を示し
ている図面を参照する。このような実施例は、本発明の
要旨全体を表現しているのでは必ずしもなく、従って、
本発明の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参
照すべきである。

【００２０】

【実施例】ここで図１を参照すると、本発明の面積配列
１２を組み込んだＸ線システム１０は、Ｘ線管１４を有
しており、Ｘ線管１４は、コリメートされて患者２０の
区域１８を通過する面積型Ｘ線ビーム１６を形成してい
る。ビーム１６は、患者２０の内部構造によってビーム
１６の多数の射線に沿って減衰され、次いで、Ｘ線ビー
ム１６の軸線に垂直な平面内の区域を全体的に覆って広
がっている検出器配列１２によって受け取られる。

【００２１】配列１２は、列と行とを成して直線状に配
列されている複数の個別のセル２２に分割されている。
当業者には理解されるであろうが、列及び行の配向は任
意である。但し、記載を明確にするために、行は水平に
延在し、列は垂直に延在するものと仮定する。以下に詳
述するが、動作中に、セル２２の各行は、各々のセル２
２からのデータが読み出し回路３０によって読み取られ
得るように、走査回路２８によって一度に１行ずつ走査
される。各々のセル２２は、その表面で受け取られる放
射線の強度を独立に測定するので、読み出された照射デ
ータは、モニタ２６に表示されるべき画像であってユー
ザによって普通に眺められる画像２４内の１ピクセル
（画素）分の情報を提供する。

【００２２】バイアス回路３２は、セル２２に対するバ
イアス電圧を制御するものであるが、これについては後
述する。バイアス回路３２、走査回路２８及び読み出し
回路３０の各々は、収集制御及び画像処理回路３４と交
信しており、収集制御及び画像処理回路３４は、電子プ
ロセッサ（図示されていない）によって各回路３０、２
８及び３２の動作を制御している。収集制御及び画像処
理回路３４は又、Ｘ線管１４を制御しており、Ｘ線管１
４をオン、オフすると共に、管電流を制御し、このよう
にして、ビーム１６内のＸ線の流束量及び／又は管電
圧、従ってビーム１６のＸ線のエネルギを制御してい
る。

【００２３】収集制御及び画像処理回路３４は又、各々
のセル２２によって供給された照射データに基づいてモ
ニタ２６に対して画像データを供給している。ここで図
２を参照すると、配列１２の所与のセル２２′が、ＦＥ
Ｔ（電界効果トランジスタ）３８のソースにそのカソー
ドを接続されているフォトダイオード３６を含んでい
る。多くのＦＥＴデバイスについては、ドレインとソー
スとは互いに交換可能であって、従って、いずれの呼称
についても、単に図面の便宜を図ったのみであることが
当業者には理解されるであろう。フォトダイオード３６
は、フォトダイオード３６の面積がセル２２′の全面積
を実質的に覆って広がり得るようにして、アモルファス
・シリコンから組み立てられていてもよい。ＦＥＴ３８
は、薄膜トランジスタであってもよいし、又、アモルフ
ァス・シリコンから組み立てられていてもよい。

【００２４】ＦＥＴ３８のドレインは、列導体４２に接
続されており、列導体４２は、セル２２′と同一の列に
あるセル内のすべてのＦＥＴのドレインを連結してい
る。列導体４２は、電荷積分器４４に接続されており、
後に詳述するが、電荷積分器４４は、ＦＥＴ３８がオン
であるときに、フォトダイオード３６のカソードに対し
て、本質的に一定の基準電圧（Ｖ₀）を供給している。

【００２５】フォトダイオード３６のアノードは、バイ
アス制御器４６に接続されており、バイアス制御器４６
は、通常の動作中には、フォトダイオード３６のアノー
ドに対して負電圧を印加している。このようにして、Ｆ
ＥＴ３８が導電しているときに、フォトダイオード３６
に関連している接合容量が充電される。但し、フォトダ
イオード３６は逆バイアスを印加されているので、実質
的に、ＤＣ電流は流れない。

【００２６】バイアス制御器４６は、いつでもバイアス
電圧（Ｖ_b）を変化させ得る収集制御及び画像処理回路
３４の制御下にある。ＦＥＴ３８のゲートは、行導体４
０に接続されており、行導体４０は、このゲートを、セ
ル２２′と同一の行にある他のセルの他のＦＥＴのゲー
トと連結している。ＦＥＴ３８のゲートにおける電圧
は、ＦＥＴ３８のドレインとソースとの間の電流の流れ
を制御しており、このようにして、行導体４０は、１つ
の信号が、ある行内の各々のセルのＦＥＴを通過する電
流の流れを制御することを可能にするように作用してい
る。

【００２７】各々の行導体４０は、ドライバ４１に接続
されており、ドライバ４１は、行導体４０を、ＦＥＴ３
８の閾値電圧を一般的に上回る電圧にあるハイ状態、又
はＦＥＴ３８のドレイン及びソースの低めの電圧を一般
的に下回る電圧にあるロウ状態に維持することが可能で
ある。このように、行導体４０がハイ状態に維持されて
いるときには、ＦＥＴ３８を通過して電流が流れること
ができ、ロウ状態に維持されているときには、ＦＥＴ３
８を通過する電流は流れない。

【００２８】配列１２の各々のセル２２は、類似した構
造を有していると共に、セル２２′に関して記載した方
式と同一の方式で、セル２２の各々の列について独立し
た列導体４２と電荷積分器４４とが設けられている状態
で、且つセル２２の各々の行について独立した行導体４
０とドライバ４１とが設けられている状態で、接続され
ている。

【００２９】ここで図２及び図３を参照すると、電荷積
分器４４は、演算増幅器４８の反転入力の所で列導体４
２を受け入れており、演算増幅器４８の正入力は、列導
体４２について所望される基準電圧（Ｖ₀）に接続され
ている。演算増幅器４８は、高い入力インピーダンス、
低いオフセット及び低いドリフトを有するように選択さ
れている。演算増幅器４８の出力は、既知の値を有して
いる基準コンデンサ５０を介して、演算増幅器４８の反
転入力に接続されている。演算増幅器４８から列導体４
２へ流れる電流は、コンデンサ５０を充電する。従っ
て、コンデンサ５０の電圧は、演算増幅器の出力電圧５
２として反映されており、出力電圧５２は、積分器４４
が最後にリセットされてから列導体４２に導電した総電
荷量を表す。

【００３０】積分器４４のリセットは、線５４上のリセ
ット信号によって達成され、リセット信号は、ＦＥＴ５
６をオンにし、コンデンサ５０に分路を設け（shuntin
g）、このようにしてコンデンサ５０を放電して、増幅
器４８の出力５２を基準電圧に復帰させる。ここで図４
を参照すると、照射のない期間の間、配列１２の動作中
に、フォトダイオードは、完全に回復された電位Ｖ₀−
Ｖ_bで安定化し、１フレーム周期後の次のスキャンま
で、この電位を漏れのない状態で維持する。図４に示す
ように、フォトダイオード３６の最初の充電の完了後
に、フォトダイオード３６の両端の電圧は、バイアス電
圧（Ｖ_b）と積分器４４の基準電圧（Ｖ₀）との差によ
って決定されるその最大値Ｖ₀ −Ｖ_bに近付いている。

【００３１】図５に示すように、行導体４０が作動指示
解除（deassert）された状態で、フォトダイオード３６
の上方に配置されているシンチレータ３５へのＸ線ビー
ム１６による放射が、光フォトンを発生し、光フォトン
は、フォトダイオード３６の両端の電圧が何らかのレベ
ルＶ_e −Ｖ_bに低下するように、フォトダイオード３６
上の電荷５８を放電する。

【００３２】図６に示すように、電圧が初期の電圧レベ
ルＶ₀ −Ｖ_bに上昇するまで、フォトダイオード３６に
関連している行導体４０を作動指示することにより、列
導体４２を介して電荷がフォトダイオード３６に回復さ
れる。このようにして、測定されたＸ線の照射量は、図
５の距離６０によって示されているＶ₀ とＶ_e との間の
差に比例する。

【００３３】図１１の高い線量の放射線写真照射７１の
読み出しの後に、検出器は規則正しい間隔で繰り返して
読み出される。図７はダイオードの電位を示しており、
ダイオードの電位は、これらの読み出しのうちの１つの
読み出しの開始の直前に、Ｖ _f −Ｖ_bに降下する。フォ
トダイオードに蓄積された電荷のこの明らかな喪失は、
電子の放出によるものであり、これらの電子は、照射の
間に発生されて、アモルファス・シリコン・フォトダイ
オード内の欠陥状態に捕捉された。アモルファス・シリ
コン・フォトダイオード内の欠陥状態からの捕捉された
電子の放出の割合及び数は、照射の間に発生された積分
された電荷、この照射から発生した時刻、フォトダイオ
ードへのバイアス電圧、並びにフォトダイオード内の捕
捉状態の密度及びエネルギ・レベルの関数である。

【００３４】図８に示すように、フォトダイオードの次
の読み出しの際に、Ｖ₀ とＶ_f との間の差に比例した誤
差信号が測定される。照射が引き続いて起こると、この
誤差信号は、照射信号に加わる。Ｖ₀ とＶ_f との間の差
によって生ずる誤差信号は、照射の間に発生された積分
された電荷の関数であるから、誤差は次の画像の上に重
なるゴースト画像として反映される。

【００３５】図９に示すように、Ｖ_b をＶ_b2に減少させ
ることによりフォトダイオード３６の両端のバイアス電
圧を増加させると、フォトダイオード内により高い電界
強度を発生し、捕捉された電子の放出の割合を増加させ
て、結果として、フォトダイオード内の電荷平衡を再び
達成するために必要な時間を減少させる。図１０に示す
ように、所定のある時間周期の後に、バイアス電位は、
次の照射シーケンスの準備にそのもとの状態Ｖ_b に戻
る。

【００３６】図１１を参照すると、図７〜図１０のバイ
アス調節が、放射線写真手順７１の後に起こり得る。こ
の場合、フォトダイオード３６は、より高いＸ線線量の
結果として、重大な電荷減少状態に陥り易い。プロセス
・ブロック７２によって表されている図７、図８、図９
及び図１０のバイアス調節は次いで、放射線写真照射７
１の間に発生された捕捉された電子を、後に続く低い線
量の螢光透視手順７４の前に放出させるように実行され
得る。

【００３７】図１２を参照すると、代替的なバイアス調
節では、Ｖ_bが電圧Ｖ₀に関して正を成しており、前方
バイアス・フォトダイオード３６が、導電性となるよう
に、すべてのフォトダイオードの（エネルギ的に）深い
欠陥トラップを電子で一様に満たしている。捕捉された
電子の空間的な分布は、以前の高いレベルの照射によっ
て発生された状態とは無関係であり、従って、この高い
レベルの照射から得られた画像とは無関係である。これ
により、次の読み取りフレームにおいて追加の余剰信号
が発生し、ゴースト画像よりも現実に一様になるであろ
う。効果は第１に、（データに加えられる時間依存性の
オフセットによって画像シーケンスから除去され得る）
画像全体のオフセットであり、気を散らすゴースト画像
ではない。

【００３８】図１１の高い線量の放射線写真７１が得ら
れた後に、アモルファス・シリコンの欠陥状態からの捕
捉された電子の放出の割合（即ち、非捕捉電流）は、か
なり大きくなり得る。本発明の第３の実施例では、フォ
トダイオードの両端の電位が減少すると、捕捉された電
子の放出の割合は、前の放射線写真７１のゴースト画像
が後の螢光透視シーケンス７４において殆ど現れない又
は全く現れないレベルにまで減少させられ得る。フォト
ダイオードのより低いバイアス電圧に残っている小さな
非捕捉電流は、サンプリングされ、蓄積されて、この非
捕捉電流が発生するゴースト画像を除去するために次の
画像から引き去られ得る。

【００３９】本発明の第４の実施例では、バイアス電圧
Ｖ_bは、図１１における高い線量の放射線写真画像７１
が得られた後に且つ図１１における低い線量の螢光透視
画像シーケンス７４が始まる前に、一定に保持されるか
又は前述した方法のいずれかに従って変化させられる。
続いて、捕捉された電子の放出によって発生した電荷の
不足量が、収集制御及び画像処理回路３４によって周期
的に測定され、記憶されて、引き去られ得る。図１１に
おける次のシーケンスの螢光透視画像（ＦＬＵＲＯ．画
像）７４からの図１１における高い線量の放射線写真画
像（ＲＡＤ．画像）７１のゆっくりと崩壊するゴースト
の容認できる減算を維持するために、螢光透視像シーケ
ンスから照射フレームを周期的に中断して、ゴースト画
像が崩壊すると共にゴースト画像の状態を測定し、追跡
することが必要である。

【００４０】画像処理中にフォトダイオード３６へのバ
イアスを変化させる能力は又、手順に依存したバイアス
・レベルの最適な選択を本発明によって可能にする。通
常の放射線写真の検討のような高い線量の手順に対して
は、バイアス電圧は、フォトダイオード３６が保持し得
る電荷の量と、フォトダイオードが完全に放電状態にな
り、そして効果的に飽和する前に、フォトダイオードが
受け取る線量とを増加させるように増加されてもよい。
このバイアスにおける増加は、検出器のダイナミック・
レンジを向上させる。

【００４１】対照的に、低い線量の螢光透視手順の間に
は、低いバイアスを有するダイオードでさえ完全に放電
させるために、各々の照射区間の間に不十分な線量が受
け取られている限り、高度なダイナミック・レンジは必
要とはされないので、フォトダイオード３６へのバイア
スを減少させることが望ましい。低いバイアスをかける
ことは、暗電流による電荷喪失を減少させ、こうして、
スキャン・プロセスの間に画像に加えられるオフセット
を減少させる。このようにして、バイアスは、ユーザに
よって選択された照射技法、並びに収集制御及び画像処
理回路３４を介してＸ線管１４及びバイアス回路３２に
伝達された照射技法に基づいて簡単に設定され得る。

【００４２】本発明の要旨の範囲内に包含され得る様々
な実施例について公衆に告知するために、冒頭に特許請
求の範囲を掲げる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面積型検出器を示す遠近図であって、
放射線写真手順中に患者を通過するＸ線を受け取る位置
に設けられた検出器セルの行と列とで構成されている検
出器の図である。

【図２】図１の検出器の部分概略図であって、それぞれ
が固体スイッチとフォトダイオードとで構成されてお
り、列が電荷積分器に取り付けられた状態で行と列とを
成して互いに接続されている６つの検出器セルを示す図
である。

【図３】図２の電荷積分器の概略図であって、その検知
線、出力線及びリセット線を示しており、検知線が検出
器のある列に取り付けられている状態を示している図で
ある。

【図４】画像収集中の個々のセルのフォトダイオードの
静電容量の充電及び放電を示すグラフ図であり、ここ
で、Ｘ線の照射後に回復された電荷は、線量の測定値で
ある。

【図５】画像収集中の個々のセルのフォトダイオードの
静電容量の充電及び放電を示すグラフ図であり、ここ
で、Ｘ線の照射後に回復された電荷は、線量の測定値で
ある。

【図６】画像収集中の個々のセルのフォトダイオードの
静電容量の充電及び放電を示すグラフ図であり、ここ
で、Ｘ線の照射後に回復された電荷は、線量の測定値で
ある。

【図７】アモルファス・シリコン内の欠陥状態からの電
子の放出に起因したフォトダイオードの電荷の放電を示
す図である。

【図８】画像収集中の個々のセルのフォトダイオードの
静電容量の充電及び放電を示すグラフ図であり、ここ
で、Ｘ線の照射後に回復された電荷は、線量の測定値で
ある。

【図９】増加されたバイアス電圧の下で且つ追加の電荷
を受け取った後での図７のフォトダイオードを表す図で
ある。

【図１０】バイアス・レベルが図７に対応するレベルに
回復した後の図９のフォトダイオードを表す図であっ
て、フォトダイオードの不十分な充電の除去を示す図で
ある。

【図１１】図７、図８、図９及び図１０のバイアス調節
によって分離された２つのＸ線手順を示すフロー・チャ
ートである。

【図１２】図２のセルの詳細な図であって、ゴースト・
イメージングを除去するために用いられ得るようなフォ
トダイオードの前方バイアスを示す図である。

【符号の説明】

１０Ｘ線システム１２面積型検出器配列１４Ｘ線管１６面積型Ｘ線ビーム１８区域２０患者２２、２２′ 検出器セル２４画像２６モニタ２８走査回路３０読み出し回路３２バイアス回路３４収集制御及び画像処理回路３５シンチレータ３６フォトダイオード３８、５６ＦＥＴ４０行導体４１ドライバ４２列導体４４電荷積分器４６バイアス制御器４８演算増幅器５０基準コンデンサ５２出力電圧５４線５８電荷６０距離（Ｘ線照射量）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ローレンス・リチャード・スクレネスアメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ハートランド、ユニット・ナンバー・933、ワレン・ドライブ、エヌ6980（番地なし) (72)発明者ポール・リチャード・グランフォースアメリカ合衆国、ウィスコンシン州、ミルウォーキー、ノース・クラーマー・ストリート、3201番 (72)発明者ジョージ・エドワード・ポッシンアメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネクタデイ、アルゴンクィン・ロード、2361 番

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）区域にわたって配列されている
電気的に充電可能な複数のフォトダイオードと、（２）各々のフォトダイオードのフォトダイオード静
電容量を充電するように前記フォトダイオードの両端に
バイアス電圧を発生するバイアス制御回路と、（３）各々のフォトダイオードに配給された全電荷の
読み取りを行うように構成されている少なくとも１つの
電荷積分器と、（４）（ａ）（ｉ）前記フォトダイオードを第１のバ
イアス電圧に充電し、（ii）Ｘ線に照射された後に各々のフォトダイオード
に配給された全電荷を前記電荷積分器により測定し、（iii ）前記電荷積分器をリセットすることにより、画
像信号を収集し、（ｂ）前記フォトダイオードを前記第１のバイアス電
圧とは異なる第２のバイアス電圧に充電することにより
該フォトダイオードをリセットするようにプログラムさ
れている収集制御電子回路要素とを備えた面積型Ｘ線検
出器。
【請求項２】前記第２のバイアス電圧は、正であり、
照射の間に一時的に印加されている請求項１に記載の面
積型Ｘ線検出器。
【請求項３】前記第２のバイアス電圧は、前記第１の
バイアス電圧よりも負であり、照射の間に一時的に印加
されている請求項１に記載の面積型Ｘ線検出器。
【請求項４】前記第２のバイアス電圧は、前記第１の
バイアス電圧よりも小さい請求項１に記載の面積型Ｘ線
検出器。
【請求項５】前記検出器により受け取られるべきＸ線
の予期される流束量を示す信号を受け取っている照射技
術入力線を含んでおり、前記収集制御電子回路要素は、（ｂ）前記フォトダイ
オードを前記第２のバイアス電圧に充電することにより
該フォトダイオードをリセットしていると共に、前記第
２のバイアス電圧にリセットされる間に各々のフォトダ
イオードに配給される全電荷を前記電荷積分器により測
定して、オフセット画像を発生しており、（ｃ）後に
続く画像信号からオフセット信号を差し引いた信号に基
づいた出力画像を発生する画像処理回路及びソフトウェ
アを含んでいる請求項１に記載の面積型Ｘ線検出器。
【請求項６】前記検出器により受け取られるべきＸ線
の予期される流束量を示す信号を受け取っている照射技
術入力線を含んでおり、前記収集制御電子回路要素は、前記照射技術入力線が、前記Ｘ線の予期される流束量が
以前のＸ線の流束量よりも高くなることを示すときにの
み、前記第１のバイアス電圧よりも大きな前記フォトダ
イオードの両端の第２のバイアス電圧で該フォトダイオ
ードをリセットしている請求項１に記載の面積型Ｘ線検
出器。
【請求項７】前記検出器により受け取られるべきＸ線
の予期される流束量を示す信号を受け取っている照射技
術入力線を含んでおり、前記収集制御電子回路要素は、前記照射技術入力線が、前記Ｘ線の予期される流束量が
以前のＸ線の流束量よりも低くなることを示すときにの
み、前記第１のバイアス電圧よりも小さな前記フォトダ
イオードの両端の第２のバイアス電圧で該フォトダイオ
ードをリセットしている請求項１に記載の面積型Ｘ線検
出器。
【請求項８】画像処理回路及びソフトウェアを含んで
おり、前記収集制御電子回路要素は、請求項２、３若しくは４
に記載された技術を用いて前記フォトダイオードをリセ
ットしているか、又は該フォトダイオードのバイアスを
不変のままにしており、前記検出器のオフセットの現在の状態及びダイオードの
遅延信号は、照射フレームを周期的に中断することによ
り測定されており、その測定値を用いて、後に続く照射
画像からの減算に基づいて修正された出力画像を発生し
ている請求項１に記載の面積型Ｘ線検出器。
【請求項９】前記フォトダイオード及び固体スイッチ
は、アモルファス・シリコンで構成されている請求項１
に記載の面積型Ｘ線検出器。
【請求項１０】（１）区域にわたって配列されてい
る電気的に充電可能な複数のフォトダイオードと、（２）各々のフォトダイオードの静電容量を充電する
ように前記フォトダイオードの両端にバイアス電圧を発
生するバイアス制御回路と、（３）各々のフォトダイオードに配給された全電荷の
読み取りを行うように前記フォトダイオードに取り付け
られている少なくとも１つの電荷積分器と、（４）当該検出器により受け取られるべきＸ線の予期
される流束量を示す信号を受け取っている照射技術入力
線と、（５）（ｉ）該照射技術入力線からの信号に依存した
バイアス電圧に前記フォトダイオードを充電し、（ii）各々のフォトダイオードに配給された全電荷を
前記電荷積分器により測定し、（iii ）前記電荷積分器をリセットすることにより、画
像信号を収集するようにプログラムされている収集制御
電子回路要素とを備えた面積型Ｘ線検出器。