JPH11513122A - 非結晶シリコン平形映像パネルを使用するｘ線映像装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 Ｘ線映像装置が、背面に光検出器ユニット（４０）を配置した非結晶シリコン平形パネル（２０）に像担持Ｘ線ビームを受ける。映像パネルは、可視光を遮蔽し、Ｘ線を透過する遮光層（２６）と、入射したＸ線を可視光に変換するための発光性材料の変換層（９８）と、光の衝突に応答して電気的特性の検出可能な変化を受ける非結晶シリコンのような非結晶半導体材料の感光要素（３０）の二次元アレイとを連続的に有する多層構造である。光検出器ユニット（４０）は、変換層から放射され、隣接する一対の感光要素（３０）の間の領域を通過した光を受けるための簡単な光検出器であり得る。検出される光エネルギーが、変換層から放射された全光エネルギーに正比例することから、このような光検出器ユニットからの出力信号は、映像パネルの露出制御のために使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】 非結晶シリコン平形映像パネルを使用する Ｘ線映像装置及び方法 発明の分野 本発明は、平形映像パネルＸ線検出器を使用するＸ線映像装置及び方法に関し 、特に、非結晶シリコンのような非結晶半導体材料からなる感光要素のアレイを 有するパネル映像器に関する。 発明の背景 米国特許第４６７２４５４号に記載された非結晶シリコン平形映像パネルは、 大型且つ複雑で、移動する部分を組み入れるような在来型のＸ線イメージインテ ンシファイア及びフィルムに関連した多くの問題点に鑑み、非結晶シリコンのよ うな半導体材料を堆積したものから形成され、一辺が約９０ミクロン程度の感光 要素のアレイを含む。しかし、このようなＸ線映像器を有効に使用するためには 、受けたＸ線の放射線量を表す信号を与えるための適当な手段を要する。単一シ ョット式間接撮影法（スナップショットを電子デバイスで撮る）では、総放射線 量の全量を表す信号が要求される。また、Ｘ線透視法（電子デバイスが、連続し た映像を行うために使用される）では、瞬時のＸ線フラックスを表す信号が必要 である。様々な露出制御用の装置が、Ｘ線インテンシファイア及びテレビジョン カメラを使用するＸ線透視法及び放射線写真法（又は、フィルム上に直 接に撮像する）に利用されてきたにもかかわらず、非結晶シリコン平形映像パネ ルを使用する適当な露出制御装置又はその方法がなかった。 例えば、米国特許第３９９５１６１号に記載のＸ線露出デバイスは、積分コン デンサを有する複合イオンチャンバーを使用し、フィルムの様々な区域の放射線 量を計測する。しかし、イオンチャンバーは、その容量が大きすぎ、しかもパネ ルの動作を妨げるような高電圧を要することから、非結晶シリコンパネルとの相 容性がない。また、これは、パネルからの信号の品質に有害なノイズを発生させ る電源を要する。米国特許第４５１７５９４号に記載のＸ線設備は、Ｘ線イメー ジインテンシファイアから出力される少量の光が、扇形光電検出器で再結像され る。しかし、平形パネルをもつＸ線インテンシファイアや再結像のための手段が どこにもない。米国特許第４１７１４８４号の直視Ｘ線透視映像システムは、イ メージインテンシファイア管及びそのための高電圧バイアス供給源を有する。放 射線量信号が、蛍光表示板からの出力の変化から得られる。しかし、この方式で は、像のサンプリング区域を選択できず、また、非結晶シリコンパネルが、相当 する電源機構手段を有し得ない。米国特許第４６７９２１７号に記載のフィルム カセッテは、カセッテホルダに、光電検出器により検出されるべき光を発生する ための小型発光板を有している。この方式では、発生器で使用するための電気信 号を発生させる補助的な機器を要するため、これに含まれる補助的なエレクトロ ニクスとともに設計されない限り、フィルムホルダでのカセッテ露出制御が妨げ られる。また、発光板の光の出力は、非結晶シリコンパネルを使用 した場合、フィルムを使用した場合のような、パネル露出を与えない。米国特許 第４４４２５３７号に記載のシステムは、テレビジョンカメラを使用し、Ｘ線イ メージインテンシファイアからの出力を計測する。テレビジョン撮像管からの出 力は、制御ユニット用の調整信号を発生するために使用される。このようなビデ オ信号を非結晶パネルから発生させる場合、それは、走査をするまで発生されず 、間接撮影のためのＸ線放射線量を制御するには遅すぎる。 限定した数の上述の例により示されるように、従来技術の露出制御装置は、大 きさ、電力消費、及び非結晶シリコンパネルの特性との相容性といった要件の全 てを満たし得ない。 発明の概要 したがって、本発明の目的は、非結晶シリコンのような非結晶半導体材料から なる感光要素のアレイを有する平形映像パネルを使用するＸ線映像装置及び方法 を提供することである。 本発明の上記及び他の目的を達成するＸ線映像装置は、非結晶シリコン平形映 像パネルと、光検出器ユニットとを含む点に特徴があり得る。映像パネルは、遮 光層と、蛍光性材料の変換層と、感光要素の二次元アレイとを連続的に有する多 層構造である。遮光層は、可視光を遮蔽するが、Ｘ線を透過する。変換層は、入 射したＸ線を可視光に変換する。感光要素の二次元アレイは、非結晶シリコンの ような非結晶半導体材料からなり、光の衝突に応答して電気的特性の検出可能な 変化を受けるために配置される。 光検出器ユニットは、上記の映像パネルの背面の、そのエネ ルギー入射面（このエネルギー入射面を通じて、Ｘ線の像担持ビームがパネル上 に投射される）と向き合って配置される。光検出器ユニットは、変換層から放射 され、隣接する感光要素のアレイの間の領域を通過する光を受ける簡単な光検出 器であり得る。検出された光のエネルギーが、変換層から放射され感光要素で受 けた全光エネルギーに正比例することから、このような光検出器ユニットからの 出力信号は、映像パネルの露出制御のために使用できる。光検出器ユニットは、 変形的に、変換層に吸収されずに映像パネルを通過した残余のＸ線が検出できる ように、その光検出層を被覆するそれ自身の被覆層を有する。いずれか又は両方 の型の二つ又はそれ以上のこのような光検出器ユニットが使用されると、それら の間の検出信号が、スイッチ手段によって選択的に使用されることによるか、又 は露出制御のための重み付け手段によって所定の比例配分で組み合わされ得る。 図面の簡単な説明 添付の図面は、本明細書に取り込まれ、その一部を形成し、詳細な説明と共に 本発明の実施例を図説し、本発明の原理を説明するためのものである。 図１は、本発明を実施する装置に組み入れたＸ線映像装置の概略図である。 図２は、本発明を実施するＸ線映像装置の一部の簡単な断面図である。 図３は、本発明を実施する他のＸ線映像装置の一部の簡単な断面図である。 図４は、本発明を実施するその他のＸ線映像装置の一部の簡単な断面図である 。 図５は、Ｘ線映像装置に関連した露出制御手段のブロック図である。 図６は、他の露出制御手段のブロック図である。 発明の詳細な説明 本発明を実施する装置に組み入れるＸ線映像システムが、図１に簡単に示され る。Ｘ線発生器管１０が、Ｘ線ビーム１２を発生する。Ｘ線ビーム１２は、Ｘ線 を受けるべき患者のような被写体１４を通過し、非結晶シリコン平形映像パネル ２０で受けられる。図２に示すように、パネル２０は、エネルギー入射面２２と 、これに向き合った光検出面２４とを有する多層構造であり、エネルギー入射面 ２２を通じて像担持Ｘ線１２を受ける。参照文献としての前述の米国特許第４６ ７２４５４号に、この型の検出器パネルが詳細に記載されているので、図２は、 パネル２０の構成を簡単に示すだけにとどめる。パネル２０の構成は、遮光層２ ６、Ｘ線発光体層２８、及びガラス基板３２上の感光要素３０の二次元アレイを 含む。符号３１は、これらの間を満たす絶縁層を示す。遮光層２６は、可視光を 遮蔽するが、Ｘ線を透過する。遮光層２６は、アルミニウムの薄層からなり得る 。Ｘ線発光層２８は、遮光層２６にわたって連続し、ドープしたセシウムヨウ化 物又はガドリニウムオキシ硫化物のような発光性材料からなり、Ｘ線１２が衝突 すると発光し、Ｘ線エネルギーを異なった範囲の光エネルギーへ変換する。感光 要素３０は、それ自体不透明であり、Ｘ線発光層２８から受け た光に応答して電気的特性の検出可能な変化を受けることのできる非結晶半導体 合金、好適には、非結晶シリコンからなる。図２に示さないが（前述の米国特許 第４６７２４５４号に図説される）、パネル２０は、さらに、これら感光要素３ ０の電気的特性を検出し且つ（図１に簡単に示すような）その信号指示を出力す るための手段を含む。感光要素３０は、一辺が約９０ミクロンの寸法を有するよ うになされ、高解像度のＸ線映像を可能にする。Ｘ線発光層２８からの光の吸収 を増加させるために、隣接する一対の感光要素３０の間の光透過領域３４が最小 化される。これを通じて光検出面２４へとＸ線発光層２８からの光が透過する。 Ｘ線発生器管１０からのＸ線放射線量の自動制御のため、異なった種類の検出 手段が、本発明に従って使用され、それは、予想されるエネルギー範囲と、Ｘ線 及び光の両方に対するパネル２０の透過性とに依存するものである。 図２に示す簡単な光検出器ユニット４０は、パネル２０の背面に取り付けた、 シリコンフォトダイオード又はフォトトランジスタ、電子なだれフォトダイオー ド、又は小型光電子増倍管であり得る（つまり、その光検出面２４又はこれに極 近接したところでは、そこからの分離が、Ｘ線発光層２８から収集された光の両 に著しい影響を与えない）。上述のように、隣接する感光要素３０の間には光透 過領域３４があり、Ｘ線発光層２８から放射される可視光が、そこを通過してガ ラス基板３２に達し、これを通じて光検出器ユニット４０で受けられる。透過さ れる全光エネルギーが、光検出器ユニット４０で受けられ、検出される光エネル ギーの量に正確に比例するので、この比例を 前もって容易に較正でき、Ｘ線発生器管１０からのＸ線放射線量は、光検出器ユ ニット４０から読み取られる電荷から容易に決定できる。 使用されるべきこの型の検出器ユニットは、パネルの透過性及びＸ線放射線量 に従って、パネル２０を通過する光の量に依存する。高いレベルでは、簡単なフ ォトダイオードが適当である。非常に低い放射線量レベルでは、電子なだれフォ トダイオードや光電子増倍管も必要である。これらデバイスの全てが、典型的に 所望とするサンプリング区域に比較して小さいので、幾つかの種類の形状の光収 集デバイス（“大区域コレクタ”）が必要である。このような収集デバイスの例 は、アクリル（又はポリメチルメタアクリレート）のプラスチックシートを含む 。 使用し得る他の型の検出器ユニット４２が図３に示され、これは、可視光より もＸ線を検出するためのものであり、光検出器４６の前面に発光体層４５を含む 。パネル２０に入射したＸ線ビーム１２は、光エネルギーに変換されるＸ線発光 層２８に全部吸収されない。入射したＸ線の一部がパネル２０を通過し、その反 対側に現れる。発光体層４５は、このような残余のＸ線を捕獲し、ここで発生し た光エネルギーをフォトセンサ４６で受け、ここで検出されたエネルギーを表す 検出信号（図示せず）を出力する。この型の検出器ユニットは、パネル２０の透 過性が低すぎて、光の直接に検出できない場合、又は発光体が検出器の固有の作 動に十分な光を発生しない場合に必要であり得る。しかし、Ｘ線発生器管１０の 電圧、使用される特定の技術の知識及びパネル２０の吸収特性が与えられると、 Ｘ線放 射線量をもつ検出信号に関係する幾つかの近似した較正を得ることができる。ま た、非結晶シリコンパネルは、露出エラーについて、フィルムよりも寛容である 。パネル２０を通過する残余のＸ線がほぼ良好に平行にされることから、Ｘ線発 光層２８から放射される蛍光と異なり、残余のＸ線を計測するためのこの種類の 検出器ユニットを、図３に示すように、パネル２０に直接に取り付ける必要がな い。 Ｘ線エネルギーが比較的高い（１５０ＫeＶ以上）ところでは、Ｘ線ビームか ら光検出器ユニット４０を除外し、検出器ユニットの長期間の損傷を回避するこ とが望ましい。この場合、図４に示すように、伸長した非干渉性プラスチック光 ファイバー材料の束４８を使用して、光を受ける面から、光検出器ユニット４０ へ連結した反対側の端部へ光を送ることができる。必要に応じて、放射線シール ド（図示せず）を設けることができる。 特に図示しないが、光検出表面２４上の遠隔区域から単一の光検出器ユニット へサンプルを一緒に運ぶために、光ファイバーの束を使用してもよいし、また、 光ファイバーの束を大区域コレクタに連結して使用することもできる。 異なる解剖学的な検査を行うために、パネルの多くの部分をモニターすること が望ましい場合、特に図示しないが、複数の検出器ユニットを設けることができ る。このような複数の検出器ユニットの各々は、（図２に示す型のように）Ｘ線 発光層２８からの光を検出するか、（図３に示す型のように）それ自身の発光体 からの光を検出し、又は、パネル２０を透過した残余のＸ線を検出する。このよ うな応用の各々では、光ファイバー の束を、図４に示すように使用し得る。 図５は、光検出器ユニット４０又は４２（特に、複数のこのような検出器をシ ステムに使用する）からの出力に従って（図１に示す）Ｘ線発生器管１０を制御 するための露出制御手段５０の例を示す。セレクタスイッチ５２が、光検出器ユ ニット４０又は４２からの出力信号を受信する。セレクタスイッチ５２は、使用 者により入力されるセレクタ制御信号５３に応答して複数の検出器ユニットの一 つを選択し、選択した検出器ユニットからの検出信号のみを通過させる。セレク タスイッチ５２を通過した検出信号は、信号増幅器５４によって増幅される。増 幅された検出信号は、直接的に、瞬間の放射線量の出力として働き、オンライン Ｘ線透視法のＸ線発生器管１０からのＸ線放射線量を制御する。増幅された検出 信号の一部は、信号積分器５６で受信され、スタート／ストップ制御信号５７を 通じて入力されたスタート時間とストップ時間との間の所定の時間周期の間に受 けた全放射線量を計算する。信号積分器５６からの出力は、全放射線量出力とし て働き、単一ショット間接撮影法のＸ線発生器管１０を制御する。 スイッチを有するこのような制御システムは、簡単な検査が行われる場合に有 効である。検出器ユニットの各々が光コレクタの使用による拡大した区域のサン プリングを含み、重複する区域があり得るため、一対一の解剖学的なプログラミ ング方法が可能である。しかし、この方式は、より進んだ計画が必要であるため 、より複雑な方法であり、この方式は、好ましくない。 図６は、解剖学的なものにより要求されるような様々な信号 を比例的に取り合わせる露出制御手段６０の他の例を示す。複数の検出器ユニッ トからの検出信号が、信号増幅器６１の各々を対応させることによって個々に増 幅され、使用者により入力される重み付け制御信号６３を通じて通信される重み 付け方式に従って、これら個々に増幅された検出信号を比例的に取り合わせるた めの重み付け手段６２に受信される。その他については、図６の制御手段６０は 、図５に示すものと同一であり、これら同一の成分は同一の符号で示され、再度 の説明を省く。 図６に示すような露出制御手段では、その制御に、実質的に柔軟に付加できる ものがあり得る。付加的なスイッチ（図示せず）が設けられ、比例又は積分信号 出力の遠隔的な選択を可能にして、これらを別々のラインで与えないようにし得 る。 本発明は、限られた数の例のみを参照して説明したが、これら例は、図説を意 図としたものにすぎず、これらに限定されるものではない。多くの変更物及び変 形物が本発明の範囲内で可能である。例えば、本発明の直接光検出方式は、パネ ルの光検出のいずれの応用にも適用でき、Ｘ線発光体に限定されるものではない 。実際に、適当なエネルギー範囲内の電磁又は加速粒子（例えば、電子）のビー ムエネルギーの空間的に分布したいずれの像担持形態も、他のエネルギー範囲で 光を発生するために、適当な（例えば、固体状態の）エネルギー変換手段で使用 できる。本発明は、最適な実行が、読み出し前に受ける十分な量の累積光に依存 する様々な科学的機器に応用できる。概要的に、このような全ての変更物及び変 形物は、当業者には明らかであり、本発明の範囲内にある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．相互に向き合ったエネルギー入射面と光検出面とを有する多層構造を有する 映像パネルと、前記光検出面に近接配置したエネルギー受信面を有する検出器ユ ニットとを含む映像装置であって、 前記映像パネルが、 可視光を遮蔽し、前記エネルギー受信面に投射される像担持エネルギーの入射 形態を透過する遮光層、 前記遮光層と前記光検出面との間にあり、前記像担持エネルギーの前記入射形 態を光エネルギーに変換するための変換層、及び 前記変換層と前記光検出面との間にある感光要素のアレイであって、前記要素 が、光の衝突に応答して電気的特性の検出可能な変化を受ける、ところのアレイ 、 を含み、 前記検出器ユニットが、隣接する一対の前記感光要素の間を通過する前記変換 層からの光、又は、前記映像パネルを透過した前記入射形態の前記像担持エネル ギーを選択的に前記映像パネルから直接に受け、これにより受けたエネルギーを 示す検出信号を出力する、 映像装置。 ２．請求の範囲第１項に記載の映像装置であって、 前記入射形態にある前記像担持エネルギーが、Ｘ線であり、 前記変換層が、Ｘ線発光層である、 ところの映像装置。 ３．請求の範囲第２項に記載の映像装置であって、 前記検出器ユニットが、これに入射した光を吸収するように適合される光検出 器であり、 前記検出信号が、これにより受信された光エネルギーを示す、 ところの映像装置。 ４．請求の範囲第２項に記載の映像装置であって、 前記検出器ユニットが、 光検出器、及び 発光体、 を含み、 前記発光体は、これが受けたＸ線を光エネルギーに変換し、 前記光検出器は、前記発光体に取り付けられ、前記発光体からこれが受けた光 エネルギーを示す前記検出信号を出力する、 ところの映像装置。 ５．請求の範囲第３項に記載の映像装置であって、 前記検出器ユニットが、さらに、 その一方の端部にエネルギー受信面を有する伸長した光伝導性材料の束を含み 、 前記検出器ユニットが、前記Ｘ線の経路から離れて配置される、 ところの映像装置。 ６．請求の範囲第２項に記載の映像装置であって、 前記検出器ユニットが、異なった位置に配置された複数の同様の検出器ユニッ トのうちの一つである、 ところの映像装置。 ７．請求の範囲第６項に記載の映像装置であって、 さらに、 前記映像パネルによって瞬間的に受けるエネルギーを示す瞬間放射線量信号を 出力するための露出制御手段を含む、 ところの映像装置。 ８．請求の範囲第７項に記載の映像装置であって、 前記露出制御手段が、前記複数の検出器ユニットのうちの一つを選択し、前記 選択された検出器ユニットからの前記瞬間放射線量信号を出力するための選択手 段を含む、 ところの映像装置。 ９．請求の範囲第７項に記載の映像装置であって、 前記露出手段が、 重み付け信号を通じて入力される重み付け方式に従って、前記検出器ユニット からの検出信号を比例的に取り合わせるための重み付け手段を含む、 ところの映像装置。 １０．請求の範囲第８項に記載の映像装置であって、 前記露出制御手段が、さらに、 所定の時間周期にわたって瞬間放射線量信号を累積し、これにより前記選択し た検出器ユニットによって受けたエネルギーの全放射線量を示す全放射線量信号 を出力するための積分器を含む、 ところの映像装置。 １１．請求の範囲第１１項に記載の映像装置であって、 前記露出制御手段が、さらに、 所定の時間周期にわたって瞬間放射線量信号を累積し、これにより、前記重み 付けシステムに従って、前記検出器ユニットの組合せにより受けたエネルギーの 全放射線量を示す全放射線量信号を出力するための積分器を含む、 ところの映像装置。 １２．映像方法であって、 選択したエネルギーの形態を、目標対象物を透過、通過させて、像担持エネル ギーを形成し、多層構造を有する映像パネルのエネルギー入射面に前記像担持エ ネルギーを投射する工程、 前記像担持エネルギーを、前記パネルの遮光層を通過させる工程、 この工程の後に、前記パネルの変換層を通じて、前記像担持エネルギーを光に 変換する工程であって、前記パネルが、前記変換層の背面に感光要素のアレイを 有し、前記要素が、光の衝突に応答して、電気的特性の検出可能な変化を受ける 、ところの工程、 前記変化を検出する工程であって、前記目標対象物の映像を得る、ところの工 程、 前記エネルギー入射面と反対側にある前記映像パネルの光検出面の外側にある 検出器ユニットを使用する工程であって、隣接する一対の前記感光要素の間を通 過した前記変換層からの前記光、又は、前記映像パネルを透過、通過した前記入 射形態の前記像担持エネルギーを選択的に検出する、ところの工程、及び 前記映像パネルで受けたエネルギーを示す検出信号を出力する工程、 を含む方法。 １３．請求の範囲第１２項に記載の方法であって、 前記選択したエネルギーの形態が、Ｘ線のビームである、 ところの方法。 １４．請求の範囲第１３項に記載の方法であって、 前記検出器ユニットが、そこに入射した光を吸収する光検出器であり、 前記検出信号が、これにより受けた光エネルギーを示す、 ところの方法。 １５．請求の範囲第１３項に記載の方法であって、 前記検出器ユニットが、 光検出器、及び 発光体、 を含み、 前記発光体は、これが受けたＸ線を光エネルギーに変換し、 前記光検出器は、前記発光体に取り付けられ、前記発光体からこれが受けた光 エネルギーを示す前記検出信号を出力する、 ところの方法。 １６．請求の範囲第１４項に記載の方法であって、 前記検出器ユニットが、異なった位置に配置された複数の同様の検出器ユニッ トのうちの一つであり、 当該方法が、さらに、 前記複数の検出器ユニットのうちの一つを選択する工程、及び 前記選択した検出器ユニットからの前記検出信号に基づいて、瞬間放射線量信 号を出力する工程、 を含む、 ところの方法。 １７．請求の範囲第１４項に記載の方法であって、 前記検出器ユニットが、異なった位置に配置された複数の同様の検出器ユニッ トのうちの一つであり、 当該方法が、さらに、 重み付け方式を入力する工程、 前記重み付け方式に従って、前記複数の検出器ユニットからの検出信号を比例 的に取り合わせる工程であって、これにより、取り合わせた検出信号を得る、と ころの工程、及び 前記取り合わせた検出信号に基づいて、瞬間放射線量信号を 出力する工程、 を含む、 ところの方法。 １８．請求の範囲第１６項に記載の方法であって、 さらに、 所定の時間周期にわたって瞬間放射線量信号を累積する工程であって、前記選 択した検出器ユニットにより前記時間周期の間に受けたエネルギーの全放射線量 を示す全放射線量信号を得る、ところの工程、 を含む方法。 １９．請求の範囲第１７項に記載の方法であって、 さらに、 所定の時間周期にわたって瞬間放射線量信号を累積する工程であって、前記重 み付けシステムに従って、前記検出器ユニットにより前記時間周期の間に受けた エネルギーの全放射線量を示す全放射線量信号を得る、ところの工程、 を含む方法。