KR20110134843A

KR20110134843A - 디지털 방사능투과 이미징 장치 및 디지털 방사능투과 이미징 장치 동작 방법

Info

Publication number: KR20110134843A
Application number: KR1020110055050A
Authority: KR
Inventors: 티모시 제이 트레드웰; 마크 이 쉐퍼; 로버트 더블유 쿨핀스키; 티모시 제이 워직
Original assignee: 케어스트림 헬스 인코포레이티드
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2011-12-15
Also published as: CN102364357A; EP2395373A2; EP2395373A3; US8729478B2; US20110303849A1

Abstract

방사능투과 이미징 장치 및 그 동작 방법의 실시형태는 제 1 신틸레이터, 제 2 신틸레이터, 복수의 제 1 감광 소자 및 복수의 제 2 감광 소자를 포함할 수 있다. 복수의 제 1 감광 소자는 제 1 신틸레이터로부터 광을 수신하고 제 1 신틸레이터 속성과 함께 동작하도록 선택된 제 1 감광 소자 특성을 갖는다. 복수의 제 2 감광 소자는 제 2 신틸레이터로부터 광을 수신하도록 배열되고 제 1 감광 소자 특성과 다르고 제 2 신틸레이터 속성과 함께 동작하도록 선택된 제 2 감광 소자 특성을 갖는다. 또한, 제 1 신틸레이터는 제 1 신틸레이터 속성을 가질 수 있고 제 2 신틸레이터는 제 1 신틸레이터 속성과 상이한 제 2 신틸레이터 속성을 가질 수 있다.

Description

디지털 방사능투과 이미징 장치 및 디지털 방사능투과 이미징 장치 동작 방법{DUAL SCREEN RADIOGRAPHIC DETECTOR WITH IMPROVED SPATIAL SAMPLING}

본 발명은 디지털 방사능투과(radiographic) 검출기에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은 2개의 섬광(scintillating) 스크린 및 개선된 공간 샘플링(spatial sampling)을 갖는 디지털 방사능투과 검출기에 관한 것이다.

디지털 방사능투과 이미징 장치는 의료 적용분야 및 산업 적용분야 모두에서 점차 많이 사용되고 있다. 종래의 방사능투과 이미징 장치는 일반적으로 기판 상에 형성된 픽셀의 어레이를 포함한다. 각 픽셀은 감광(photosensitive) 소자와 독출(readout) 소자를 포함한다. 종래에 알려진 감광 소자는, 여러 가지 중에, p-n 접합 포토다이오드, MIS(metal-insulator-semiconductor) 포토커패시터 및 핀(pinned) 포토다이오드를 포함한다. 현재 가장 널리 사용되는 독출 소자는 TFT(thin-film transistor)이지만, 다른 독출 소자도 사용될 수 있다. 사용 시에, 감광 소자는 입사 광을 전기 신호로 변환하고, 전기 신호는 독출 소자에 의해 독출된다. 각 픽셀에 대한 전기 신호가 독출되고, 이들 신호는 어레이에 걸쳐서 이미지를 재생성하는데 사용된다. 예를 들어, 적절한 처리를 이용하여, 전기 신호는 디스플레이 또는 비디오 모니터 상에 표시되어 노출된 이미지를 나타낼 수 있다.

종래 디지털 방사 검출기는 X-레이 이미지 소스와 함께 사용된다. 구체적으로, 사람 또는 정물(inanimate object)과 같은 이미징될 대상은 X-레이 이미지 소스와 방사능투과 이미징 장치 사이에 배치되고, 이미징될 대상은 X-레이에 노출된다. X-레이는 대상을 통과하고, 대상으로부터 나올 때 방사능투과 이미징 장치에 의해 검출된다. X-레이는 검출될 수도 있고, 신틸레이터(scintillator)에 의해 가시광으로 먼저 변환될 수도 있다. 섬광 스크린이 제공되면, 이는 보통 대상과 감광 소자 사이에 배치되어 X-레이를 가시 스펙트럼의 광으로 변환하고, 이는 감광 소자에 의해 전기 신호로 변환되기 위한 것이다.

일반적으로, X-레이를 흡수하고 광을 생성하기 위해 섬광 형광(scintillating phosphor) 스크린을 채용하는 의료 X-레이 검출기는, 형광 스크린 내 종방향 광 확산에 기한 공간 해상도 손실을 겪는다. 종방향 광 확산을 감소시키고 수용가능한 공간 해상도를 유지하기 위해, 형광 스크린은 충분히 얇게 만들어져야 한다.

이미징 장치의 공간 해상도 및 X-레이 검출 성능은 변조 전달 함수(MTF; modulation transfer function) 및 X-레이 흡수 효율에 의해 각각 특징지워진다. 얇은 형광 스크린은 X-레이 흡수를 감소시켜 더 양호한 MTF를 생성한다. 보통 공간 해상도와 X-레이 흡수 효율 사이의 설계 트레이드오프(tradeoff)에서 형광 스크린의 코팅 밀도 및 두께가 사용된다.

예를 들어, Lanex Fine 스크린과 Lanex Fast Back 스크린이 이스트먼 코닥 컴퍼니(Eastman Kodak Company)에 의해 제조되는 2 가지 통상의 상용 스크린인데, 모두 Gd₂O₂S(Tb) 형광체(phosphor)로 제조된다. Lanex Fast Back 스크린이 더 두껍고 X-레이를 더 효율적으로 흡수하지만, Lanex Fine 스크린에 비해 낮은 해상도를 갖는다. 반면, Lanex Fine 스크린이 Lanex Fast Back 스크린에 비해 얇고 X-레이를 덜 효율적으로 흡수하지만 더 높은 해상도를 갖는다. Lanex Fine 및 Lanex Fast Back 스크린의 코팅 밀도는 각각 34 mg/㎠ and 133 mg/㎠이다. Lanex Fine 및 Lanex Fast Back 스크린은 각각 24%와 63% (80kVp, 텅스텐 타겟, 2.5-㎜ Al 고유 여과(inherent filtration), 0.5-㎜ Cu에 의해 필터링)의 X-레이 흡수 효율 및 5 c/㎜에서 0.26과 0.04의 MTF 값을 갖는다. 일반적으로, 신틸레이터의 X-레이 흡수 효율이 증가함에 따라 X-레이 신틸레이터의 신호대잡음비(SNR)가 증가한다. X-레이 신틸레이터의 MTF는 MTF가 50%인 공간 주파수(f₁ _/2)에 의해 평가될 수도 있다. 이 공간 주파수(f₁ _/2) 값이 증가함에 따라, 신틸레이터의 MTF 도 증가한다. 전술한 예에 있어서, f₁ _/2의 값은 Lanex Fine 스크린에 대해서는 2.6 c/㎜이고 Lanex Fast Back 스크린에 대해서는 1.0 c/㎜이다.

X-레이 흡수를 개선하고 공간 해상도를 유지하기 위해, 이중 에멀젼(double-emulsion) 필름과 함께 이중 스크린을 이용하는 것이 종래의 스크린-필름(SF) 방사능투과 장치에서 사용되어 왔다. 유사하게, X-레이 흡수 효율을 개선하기 위해 이중 스크린 기술이 CR(computed radiography)에서 사용되어 왔다. 디지털 CR 장치에서, SF 장치에서 채용되는 프롬프트 방사(prompt emitting) 형광 스크린 대신에 저장(storage) 형광 스크린이 사용된다. 필름은 필요하지 않다. X-레이 노출 시에, 저장 형광 스크린은, 통상 스캐닝 레이저 빔에 의해 후속적으로 판독되는 포획 전하(trapped charge)의 형태로 잠상(latent image)을 저장하여 디지털 방사능투과 이미지를 생성한다.

이중 에너지 감산(dual energy subtraction) 이미징으로 알려진 다른 이미징 기술이 흉부 라디오그래피(radiography) 및 혈관조영(angiography)에서 질병 검출에 대한 해부학적 배경의 영향을 감소시키는데 사용되었다. 이 방법은 뼈와 연성 조직의 상이한 에너지-의존 흡수 특성에 기초한다. 일반적으로, 2개의 원(raw) 이미지가 생성된다. 하나는 저 에너지 고 대비 이미지이고, 다른 하나는 고 에너지 저 대비 이미지이다. 이들 두 개의 이미지의 비선형 조합을 취함으로써, 순수한 골격 및 연성 조직 이미지가 얻어질 수 있다. 이 이미징 기술은, 이미지를 이용한 병리학의 진단 및 해부학의 기술(delineation)을 개선할 것이다.

이중 에너지 감산 이미징 방법은, 이중 노출 기술과 단일 노출 기술의 두 가지 방식을 갖는다. 이중 노출 기술에서, 2개의 서로 다른 X-레이 튜브 전압 설정에서 2회의 노출을 함으로써 검출기로부터 두 개의 상이한 이미지가 획득된다. 환자의 이중 노출이 수행되어야 하고 X-레이 튜브 전압의 스위칭은 유한의 시간이 걸리므로, 이중 노출 기술은 환자 움직임 결함(artifact) 및 2개의 이미지 사이의 오정렬(misregistration)에 민감하게 된다. 에너지 필터가 2개의 검출기 사이에 개재되어 저에너지 성분을 감쇄시키는 단일 노출 기술에서, 2개의 상이한 이미지가 환자를 한번만 노출시킴으로써 동시에 획득된다. 단일 노출 기술은 환자 움직임 오정렬 결함을 감소시키고 X-레이 양(dosage)을 감소시키는 장점을 갖는다. 이중 에너지 감산 이미징은 SF 및 CR 장치 모두에서 단일 노출 또는 이중 노출 기술로 구현되어왔다.

디지털 라디오그래피는 X-레이 이미징을 디지털 시대로 가져왔으며, 이 분야에서 몇가지 개선이 이미 이루어졌지만, 기술은 아직 최적화되지 않았다. 예를 들어, 각 픽셀의 출력의 신호대잡음비를 증가시킴으로써, 이미징된 대상의 양호한 표현이 얻어질 수 있다. 공간 주파수 및 변조 전달 함수를 증가시킴으로써 양호한 이미지가 획득될 수도 있다. 그러나, 이미징 설계자 및 제조자에 의해 인식되는 바와 같이, 이미징 검출기의 효율을 증가시키는 이들 인자는 종종 서로 조화되지 않는데, 즉, 신호대잡음비를 개선하기 위한 단계를 밟는 것은 종종 더 열악한 공간 주파수 또는 변조 전달 함수를 유발한다.

그러므로, 기술 분야에서 개선된 이미징 장치의 필요성이 있다. 구체적으로, 개선된 신호대잡음비, 공간 주파수 및/또는 변조 전달 함수 특징을 갖는 방사능투과 이미징 장치의 필요성이 있다.

본 발명에 따른 실시형태들은 제 1 신틸레이터, 제 2 신틸레이터, 복수의 제 1 감광 소자 및 복수의 제 2 감광 소자를 포함하는 개선된 방사능투과 이미징 장치를 제공함으로써 기술분야에서의 상기 필요성을 처리한다. 제 1 신틸레이터는 제 1 신틸레이터 속성를 갖고 제 2 신틸레이터는 제 1 신틸레이터 속성과 다른 제 2 신틸레이터 속성을 갖는다. 복수의 제 1 감광 소자는 제 1 신틸레이터로부터 광을 수신하고 제 1 신틸레이터 속성과 함께 동작하도록(cooperate) 선택된 제 1 감광 소자 특성을 갖는다. 복수의 제 2 감광 소자는 제 2 신틸레이터로부터 광을 수신하도록 배열되고 상기 제 1 감광 소자 특성과 다르고 상기 제 2 신틸레이터 속성과 함께 동작하도록 선택된 제 2 감광 소자 특성을 갖는다.

다른 태양에서, 본 발명은 복수의 제 1 픽셀, 제 1 신틸레이터, 복수의 제 2 픽셀, 및 제 2 신틸레이터를 갖는 방사능투과 이미징 장치를 제공한다. 각각의 제 1 픽셀은 제 1 감광 소자 특성을 갖는 제 1 감광 소자와 제 1 독출 소자를 포함한다. 제 1 신틸레이터는 상기 복수의 제 1 감광 소자에 인접하여 배열되고, 제 1 픽셀의 제 1 감광 소자는 주로 제 1 신틸레이터에 민감하다. 복수의 제 2 픽셀 각각은 제 1 감광 소자 특성과 상이한 제 2 감광 소자 특성을 갖는 제 2 감광 소자와 제 2 독출 소자를 포함한다. 제 2 신틸레이터는 복수의 제 2 픽셀에 인접하여 배열되고, 제 2 픽셀의 제 2 감광 소자는 주로 제 2 신틸레이터에 민감하다. 제 1 및 제 2 감광 소자 특성은, 감광 소자 면적, 감광 소자 피치, 감광 소자 감도 및/또는 감광 소자의 총 수 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명의 이들 및 다른 태양, 목적 및 특징은 첨부된 본 발명의 설명과 도면을 참조하여 이해될 것이며, 이들은 도면은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명 및 도시한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 방사능투과 이미징 검출기의 일부의 개략 정면도이다.
도 2a 및 2b는 각각 도 1의 방사능투과 이미징 검출기의 상부 및 하부의 회로도이다.
도 2c는 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 이중 스크린 방사능투과 이미징 장치의 제 1 검출기 및 제 2 검출기에 대응하는 픽셀 및/또는 샘플링 격자의 예시적인 정렬을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 방사능투과 이미징 검출기의 일부의 상세한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 방사능투과 이미징 검출기의일부의 개략 정면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 방사능투과 이미지 검출기의 일부의 상세한 정면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 방사능투과 이미지 검출기의 일부의 개략 회로도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 방사능투과 촬상기(imager)의 개략 정면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 픽셀을 포함하는 어레이의 개략 상면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 이미지 감지 픽셀의 어레이의 개략 상면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이미지 검출 픽셀의 어레이의 개략 상면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 어레이의 개략 회로도이다.

본 출원에 따른 실시형태를 첨부한 도면을 참조하여 설명할 것이다.

도 1은 이중 스크린 방사능투과 이미징 장치(100)의 제 1 실시형태를 도시한다. 일반적으로, 이중 스크린 방사능투과 이미징 장치(100)는 제 1 검출기(110)와 제 2 검출기(130)를 포함한다. 도 1의 예에서, 제 1 검출기(110)와 제 2 검출기(130)는 필터(102)에 의해 분리되고 필터(102)의 양측에 배치된다. 그 이용에 따라, 필터(102)는 x-레이 필터 및/또는 광 필터일 수 있다.

제 1 검출기(110)는 제 1 검출기 어레이(114)가 배치되는 제 1 기판(112)을 포함한다. 제 1 검출기 어레이(114)는 바람직하게는 여러 개의 제 1 픽셀(116)을 포함하고, 각각의 제 1 픽셀(116)은 제 1 독출 소자(118)와 제 1 감광 소자(120)를 포함한다. 제 1 섬광 형광 스크린(122)은 제 1 검출기 어레이(114) 상에, 제 1 기판(112)에 대향하는 측에 배치된다. 광 관리층(124)도 제 1 섬광 형광 스크린 상에 제공된다. 예를 들어, 광 관리층(124)은 반사층, 흡수층 등일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 광 관리층(124)은 광 흡수층이다.

제 2 검출기(130)는 제 1 검출기(110)의 특징과 유사한 특징을 갖는다. 예를 들어, 제 2 검출기는 일반적으로 제 2 검출기 어레이(134)가 형성되는 제 2 기판(132)을 포함한다. 제 2 검출기 어레이(134)는, 제 2 검출기 어레이(134)가 여러 개의 제 2 픽셀(136)로 이루어진다는 점에서 제 1 검출기 어레이(114)와 유사하다. (도 1에는 하나의 제 2 픽셀만이 도시된다.) 각각의 제 2 픽셀(136)은 제 2 판독 소자(138)와 제 2 감광 소자(140)를 포함한다. 제 2 섬광 형광 스크린(142)은 제 2 검출기 어레이(134) 상에, 제 2 기판(132)에 대향하는 검출기 어레이 측에 배치된다. 제 2 광 관리층(144)도 제 2 섬광 형광 스크린(142) 상에 형성된다. 예를 들어, 광 관리층(144)은 반사층, 흡수층 등일 수 있다.

제 1 검출기 및 제 2 검출기가 그 구성이 유사하지만, 제 1 검출기 어레이(114)를 구성하는 제 1 픽셀(116)은 제 2 검출기 어레이(134)를 구성하는 제 2 픽셀(136) 보다 작은 면적을 갖는다. 도 1 의 예에서, 제 1 검출기 어레이 내 픽셀(116) 중 2개는 제 2 검출기 어레이(134) 내의 하나의 픽셀(136)과 동일한 선형 거리를 차지한다. 이 구성에 따르면, 제 1 검출기 어레이(114)는 각 선형 방향에서 제 2 검출기 어레이(134)보다 2배의 픽셀을 갖는다. 제 1 검출기 어레이(114)의 픽셀 피치는 제 2 검출기 어레이(134)의 픽셀 피치의 반이다. 또한, 제 1 검출기 어레이(114)와 제 2 검출기 어레이(134)는, x와 y 좌표계 각각을 따라 다수의 픽셀을 갖는 매트릭스 방식으로 배열될 수 있다. 따라서, 픽셀이 정사각형이라고 가정하면, 제 1 검출기 어레이(114) 내의 4개의 제 1 픽셀(116)은 제 2 검출기 어레이(134) 내 하나의 제 2 픽셀(136)과 동일한 표면적을 차지한다.

또한 이 실시형태에서, 제 1 섬광 형광 스크린(122)은 제 2 섬광 형광 스크린(142) 보다 얇다. 제 1 감광 소자는 주로 제 1 감광 형광 스크린(122)으로부터 (예를 들어, 제 1 감광 형광 스크린(122)으로부터만) 광을 받도록 배열되고, 제 2 감광 소자는 주로 제 2 감광 형광 스크린(142)으로부터 (예를 들어, 제 2 감광 형광 스크린(142)으로부터만) 광을 받도록 배열된다. 그러므로, (상대적으로 작은 피치를 갖는) 제 1 검출기 어레이(144)의 더 치밀한 픽셀 배열은 얇은 스크린과 쌍을 이루는 반면, 덜 치밀한 픽셀 배열은 상대적으로 두꺼운 스크린과 쌍을 이룬다. 따라서, 고해상도 스크린은 고 공간 샘플링 주파수 검출기 어레이와 쌍을 이루고, 고감도 섬광 형광 스크린은 낮은 공간 주파수 이지만 고감도인 검출기 어레이와 쌍을 이룬다.

사용 시에, X-레이는 방사능투과 이미징 장치(100)의 한 측에서 이미징 장치(100)에 영향을 준다. 영향을 주는 X-레이 중에서 일부는 제 1 신틸레이터(122)에 의해 가시광으로 변환된다. 변환된 X-레이는 제 1 감광 소자(120)에 의해 검출되는데, 감광 소자 각각은 입사광의 양에 대응하는 전기 신호를 생성한다. 제 1 독출 소자(118)는 전기 신호를 독출한다. 제 1 신틸레이터에 의해 변환되지 않은 X-레이는 제 2 신틸레이터(142)로 이동하고, 거기서 가시광으로 변환되고 제 2 감광 소자(140)에 의해 검출된다. 일부 X-레이는 제 1 섬광 스크린(122)에 의해 흡수되는 X-레이와는 상이한 파장 또는 강도와 같은 다른 속성을 갖기 때문에 제 2 섬광 스크린(142)에 도달할 수 있으며, 또는 단순히 제 1 섬광 스크린(122)이 100% 효율적이지 않기 때문에 이들이 제 2 섬광 스크린에 도달할 수 있다. 감광 소자(140) 각각에 의해 생성되는 전기 신호는 독출 소자(138)에 의해 독출된다. 제 1 및 제 2 검출기(110, 130)의 독출은 적절한 신호 처리에 의해 조작될 수 있어 제 1 및 제 2 검출기 모두의 특성을 갖는 혼합 이미지를 생성할 수 있다.

예시적인 실시형태에 따르면, 제 1 광센서(photosensor) 어레이는 제 1 섬광 형광 스크린에 의해 포착된 x-레이 이미지의 고주파수 성분을 검출하는데 사용될 수 있고, 제 2 광센서 어레이는 제 2 섬광 형광 스크린에 의해 포착된 동일한 x-레이 이미지의 저주파수 성분을 검출하는데 사용될 수 있다. 제 1 섬광 형광 스크린은 제 2 섬광 형광 스크린보다 높은 해상도 (및 MTF)를 갖는다(예를 들어, 두 스크린은 동일한 물질로 만들어질 수 있지만 제 1 스크린이 제 2 스크린보다 얇다). 포착된 이미지의 고주파수 및 저주파수 성분은 다음과 같이 결합될 수 있다.

일 실시형태에서, 제 1 광센서 어레이의 픽셀 크기 및 픽셀 피치는 제 2 광센서 어레이와 동일하거나 더 작다. 정확한 정렬(registration)을 갖거나 매칭하기 위해, 저주파수 성분 이미지는 빠진 픽셀이 제 1 광센서 어레이의 격자에 따라 계산되는 등으로 보간(interpolate)된다. 다르게는, 제 1 광센서의 샘플링이 사용될 수 있다. (도 1에 도시된 실시형태와 같이) 제 1 광센서 어레이의 4배의 픽셀 면적을 갖는 제 2 광센서 어레이의 경우, 제 2 광센서 어레이에 의해 검출된 저주파수 성분 이미지가 보간된다. 여러 가지 중에서도, 픽셀 복제(최근 이웃(nearest neighbor)), 선형 보간, 큐빅 컨벌루션(cubic convolution), 큐빅 B-스플라인(B-spline) 및 가우스 보간과 같은 많은 보간 방법이 있다. 이들 방법 중에서, 선형 보간 및 큐빅 컨벌루션의 보통 정도의 계산 복잡도와 보통의 재구성 에러 때문에, 이들의 사용이 선호된다. 추가적인 이미지 데이터 처리도 수행될 수 있다. 보간 후에, 고주파수 및 저주파수 성분 이미지는 각각 I_H(x,y) and I_L(x,y) 이 되는데, 여기서 x와 y는 픽셀 좌표이다.

단순합,

; 단순 가중합,

(여기서 a는 가중 인자); 식(2)에서 가중 인자 "a"가 특정 공간 주파수에서 이미징 시스템의 검출 양자 효율(detective quantum efficiency)을 증가시키거나 최적화하기 위해 변화되는 다중 가중합; 및 주파수 도메인에서의 이미지 필터링과 유사한 주파수 도메인 가중합을 포함하여, 2개의 보간된 성분 이미지를 하나의 이미지 I(x,y)로 결합하는 많은 방법이 있다. 보간된 고주파 및 저주파 성분 이미지는 먼저 주파수 도메인

및

로 푸리에 변환되고,

을 이용하여 중첩되는데, 여기서

와

는 주파수 f에 대해 최적화된 가중 인자이다. 중첩 후에,

는 공간 도메인으로 다시 푸리에 변환되어 중첩 이미지

를 얻는데, 여기서

이다.

이미징 시스템이 단일 노출 이중 에너지 이미징 애플리케이션을 구현하는데 이용되는 때에, 제 1 섬광 형광 스크린(예를 들어, 환자에 더 가까움) 및 제 1 광센서 어레이는 저에너지 이미지를 포착하고, 제 2 섬광 형광 스크린 및 제 2 광센서 어레이는 고에너지 이미지를 포착한다. 보간된 고에너지 이미지 I₁(x,y)를 보간된 저에너지 이미지 I₂(x,y)로부터 감산함으로써 새로운 이미지

가 획득될 수 있는데, 여기서 a와 b는 가중 인자이다.

방사능투과 이중 스크린 시스템에 의해 포착된 2개의 이미지 성분의 차동 공간 샘플링을 이용하는 것은 장점을 갖는다. 높은 공간 주파수 응답(MTF)을 갖는 제 1 스크린에 의해 포착된 X-레이 이미지의 고주파수 성분은 높은 샘플링 주파수를 갖는 제 1 광센서 어레이에 의해 검출된다. 이는 X-레이 이미지의 세부사항 및/또는 날카로움(sharpness)를 유지할 수 있다. 또한, 낮은 공간 주파수 응답(MTF)를 갖지만 높은 감도(X-레이 흡수 효율)을 갖는 제 2 스크린에 의해 포착된 X-레이 이미지의 저주파수 및 저잡음 성분은 큰 광센서 면적 및/또는 낮은 샘플링 주파수를 갖는 제 2 광센서 어레이에 의해 검출된다. 이는 이미징 시스템의 감도 및/또는 신호대잡음비(S/N)을 개선할 수 있다.

본 발명에 따른 실시형태는 다양한 보완(complementary) 픽셀 특성(예를 들어, 레이아웃, 크기)를 제공하여 대응 신틸레이터 특징을 유리하게 매칭시키는데 고려될 수 있다. 또한, 예시적인 실시형태는 수직 검출기 구성 및 평면 검출기 구성에 대응하는 것으로 고려되는 보완 픽셀 특성을 포함할 수 있다.

도 2a 및 2b는 각각 도 1에 도시된 방사능투과 이미징 검출기의 개략적 상면도 및 저면도를 도시한다. 도 2a 및 2b는 제 1 및 제 2 검출기 어레이(114, 134)를 구동하기 위한 예시적인 픽셀 회로를 또한 도시한다. 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 검출기 어레이(114)와 제 2 검출기 어레이(134)는 실직적으로 동일한 표면적을 갖는다. 그러나 제 1 검출기 어레이(114)는 4 x 4 픽셀 매트릭스(116)를 포함하는 반면 제 2 검출기 어레이(134)는 2 x 2 픽셀 매트릭스만을 포함한다. 도 1과 관련하여 유의할 것은, 제 1 검출기 어레이 내 픽셀(116)의 각각은 실질적으로 제 2 검출기 어레이(134)를 구성하는 픽셀(136)의 절반의 길이와 절반의 폭을 갖는다. 이러한 방식으로, 16개 픽셀(116)이 제 1 어레이(114)에서 제 2 어레이(134) 내 4개 픽셀(136)과 동일한 면적을 제공받거나 동일한 면적 상에 제공된다. 제 1 검출기 어레이(114)와 제 2 검출기 어레이(134)의 픽셀들 사이의 정렬은 에지 정렬, 샘플링 정렬, 표면적 정렬 등을 포함할 수 있다.

도 2c는 각각 제 1 검출기(110)의 픽셀(116)과 제 2 검출기(130)의 픽셀(136)에 대한 대표적인 레이아웃을 도시하는 도면이다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 픽셀(136)은 픽셀(116)에 비해 제 2 검출기(130)의 더 큰 상대적 부분을 차지하거나 덜 치밀한(less granular) 샘플링 격자를 갖는다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 제 2 검출기(130)의 샘플링 격자(128)는 제 1 검출기(110)의 샘플링 격자(126)와 정렬될 수 있다. 제 1 검출기(110)와 제 2 검출기(130) 사이의 샘플링 격자 정렬은 덜 치밀한 샘플링 격자(예를 들어, 샘플링 격자(128)) 에 대한 보간된 샘플링 지점 또는 제 1 검출기(110)와 제 2 검출기(130)에 의해 생성된 이미지 사이의 보간 또는 그 조합의 수를 감소시킬 수 있다. 또한, 샘플링 격자(128)와 샘플링 격자(126)는 정수 샘플링 피치 비(pitch ratio)를 나타내지만, 장치(100)의 실시형태는 그렇게 제한되도록 의도된 것이 아니며 분수 샘플링 피치 비(예를 들어, 1/2, 2/3, 1/4)도 사용될 수 있다.

도 1에 또한 도시된 바와 같이, 제 1 섬광 형광 스크린(122) 및 제 2 섬광 형광 스크린(142)은 상이한 두꼐를 갖는다. 바람직한 실시형태에서, 제 1 형광 스크린(122)은 제 2 섬광 형광 스크린(142)보다 상대적으로 얇다. 이 얇은 제 1 형광 스크린(122)은, 제 2 픽셀(136)보다 더 많은 제 1 픽셀(116)과 함께 동작하도록 배열된다. 일반적으로 이해되는 바와 같이, 섬광 형광 스크린이 얇을수록 공간 주파수가 높아지고 그에 따라 변조 전달 함수가 개선된다. 유사하게, 그러한 특성은 높은 픽셀 밀도에 의해, 예를 들어, 더 작은 샘플링 피치를 가짐으로써 유지되거나 증가될 수도 있다.

그러나, 상대적으로 얇은 섬광 스크린 및 더 많은 수의 작은 픽셀을 갖기 때문에, 제 1 형광 스크린(122)은 일부 단점을 가질 수도 있다. 구체적으로, 얇은 스크린은 X-레이 흡수에 있어 상대적으로 덜 효율적이고, 따라서 낮은 신호대잡음비를 갖는다. 따라서, 제 2 검출기(130)에 포함된 제 2 섬광 형광 스크린(142)은 상대적으로 두껍다. 이러한 방식으로, 제 2 형광 스크린(142)은 제 1 섬광 형광 스크린(122)으로 사용되는 더 얇은 스크린보다 낮은 해상도를 갖지만 x-레이를 더 효율적으로 흡수할 수 있고, 따라서 상이한 신호 또는 양호한 SNR 신호를 제공한다. 제 2 섬광 형광 스크린(142)은 제 2 픽셀(136)과 결합되어 또한 검출기 또는 이미징 장치(100)의 성능을 증가 또는 최적화시킨다. 더 구체적으로, 제 2 검출기 어레이(134)에 포함되는 더 넓은 면적의 픽셀은, 두꺼운 스크린 때문에, 또한 신호대잡음비가 픽셀 면적에 의해 (예를 들어, 선형적으로) 개선되므로 더 양호한 신호대잡음비를 갖는다.

그러므로, 도 1의 이 실시형태는 제 1 검출기 어레이와 함께 제 1 형광 스크린을 이용하여 높은 공간 주파수와 높은 변조 전달 함수를 갖는 고해상도 신호를 제공하고, 더 두꺼운 제 2 형광 스크린과 함께 상대적으로 적은 큰 픽셀을 사용하여 더 나은 신호대잡음비를 갖는 신호를 제공한다. 상술한 바와 같이, 제 1 픽셀(116)과 제 2 픽셀(136)에 의해 포착된 이미지로부터 혼합 이미지가 형성될 수 있고, 이미지는 제 1 이미지 또는 제 2 이미지 단독과 비교할 때 현저히 또는 크게 개선된 이미지 품질을 갖는다.

상술한 바와 같이, 도 2a 및 2b는 또한 이미징 장치(100)를 위한 바람직한 픽셀 회로를 도시한다. 도 2a는 제 1 검출기(110)의 픽셀 회로를 도시하고, 도 2b는 제 2 검출기(130)에 대한 픽셀 회로를 도시한다. 각각의 검출기(110, 130)는 행 픽셀 그룹 또는 라인과 각각 관련되는 다수의 게이트 라인(146) 및 열 픽셀 그룹 또는 라인과 각각 관련되는 다수의 독출 또는 데이터 라인(148)을 포함한다. 전압 바이어스(V_BIAS)도 바이어스 라인(150)을 이용하여 픽셀의 행 각각에 인가된다. 이 픽셀 회로는 기술분야에서 잘 알려져 있으며 여기서 더 상세하게 설명하지 않을 것이다. 3-트랜지스터, 4-트랜지스터 및 공유 트랜지스터(shared transistor) 능동 픽셀 회로와 같은 다른 픽셀 회로가 방사능투과 이미징 어레이를 형성하는데 사용될 수 있다.

도 3은 도 1, 2a 및 2b에 도시된 장치(100)의 예시적인 실시형태를 도시한다. 구체적으로, 도 3은 제 1 감광 소자(120) 및 제 2 감광 소자(140)가 p-i-n 타입 광센서이고 제 1 독출 소자(118)와 제 2 독출 소자(138)가 박막 트랜지스터(TFT)인 실시형태를 도시한다. 따라서, 제 1 픽셀(116)의 각각 및 제 2 픽셀(136)의 각각은 p-i-n 광센서 및 TFT를 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 검출기(110, 130)는 실직적으로 동일한 구성을 갖고, 일반적으로 검출기들은 알려진 제조 방법을 이용하여 형성된다. 먼저, 유리 기판일 수 있는 기판(112, 132)이 제공된다. 제 1 금속층(152)은 기판(112, 132) 상에 증착된다. 이 제 1 금속층(152)은 바람직하게는, 도 2a 및 2b와 관련하여 상술한 게이트 라인(146)과 독출 소자(118, 138), 예를 들어 이 실시형태에서는 TFT 각각에 대한 게이트 전극을 포함하는 행을 형성한다. 제 1 금속층(152) 상에 절연층(154)이 형성된다. 다른 기능 중에서도, 이 절연층은 TFT의 게이트 유전체를 형성한다. 비정질 실리콘층(156)이 절연층 위에, 제 1 금속층(152)에 의해 형성된 게이트 전극 위에 증착된다. N-도핑된 비정질 실리콘층(158)이 그 후에 진성(intrinsic) 비정질 실리콘층(156) 위에 형성되어 TFT를 위한 소스 및 드레인 영역을 형성한다. 최종적으로, TFT는 n-도핑된 비정질 실리콘층(158) 상에 형성된 제 2 금속층(160)을 포함한다. 이러한 제 2 금속층(160)은 TFT를 위한 소스 및 드레인 접점을 형성한다. 제 2 금속층(160)도 바람직하게는 도 2a와 2b를 참조하여 상술한 독출 라인(148)을 형성하는데 사용된다.

그 후 절연층(162)이 TFT 위에 형성되어, 후술하는 바와 같이 이 실시형태에서 TFT 위에 형성될 감광 소자로부터 TFT를 분리시킨다. 제 3 금속층(164)은 절연층(162) 위에 배치되며 절연층 내에 형성된 홀을 통해 제 2 금속층(160)에 접촉한다. 제 2 및 제 3 금속층(160, 164) 사이의 이러한 접촉은 광센서와 TFT 사이의 전기적 접속을 제공한다. 제 3 금속층(164) 위에 연속해서 n-도핑된 비정질 실리콘층(166), 진성 비정질 실리콘층(168) 및 p-도핑된 비정질 실리콘층(170)이 형성된다. 이들층이 함께 p-i-n 광다이오드를 형성한다. 그 후, 제 4 금속층(172)이 p-도핑된 비정질 실리콘층(170) 상에 배치된다. 이 제 4 금속층(172)은 p-i-n 광다이오드를 위한 상부 접점으로 동작하는 투명 전극을 형성한다. 절연층(174)이 그 후 제 4 금속층(172) 상에 형성되어 외부 영향으로부터 광다이오드를 절연하고, 제 5 금속층(176)이 절연층(174) 위에 형성된다. 절연층(174)을 통해 형성된 홀을 통해, 제 5 금속층(176)은 제 4 금속층(172)과 접촉하여 그에 대한 전기 접속을 제공한다. 바람직하게는 제 5 금속층(176)이 바이어스 라인(150)을 형성하고, 이 역시 도 2a 및 2b에 도시된다.

본 발명의 이 실시형태에서, 제 1 검출기 어레이 및 제 2 검출기 어레이는 p-i-n 광다이오드와 TFT를 각각 포함한다는 점에서 유사하게 구성된다. 첫 번째 제조 시나리오에서, 제 1 검출기 어레이(114) 및 제 2 검출기 어레이(134)는 별도로 개별 기판(112, 132) 상에 각각 형성되며, 일단 형성되면 필터(102)의 대향측에 접착된다. 다르게는, 기판 중 하나는 그 위에 센서 어레이가 형성되기 전에 필터에 접착되고 기판 중 다른 하나 및 센서 어레이는 필터(102)의 대향 측에 이후에 형성되거나 부착될 수 있다. 또한, 필터(102)의 기능은 기판(112, 132) 중 하나 또는 모두 및/또는 필터(102)에 의해 조력 또는 수행될 수 있다.

예시적인 실시형태는 도면에 도시된 이미징 장치를 제조하는 여하한 제조 공정으로 제한되지 않는다. 본 발명은 감광 소자로서의 p-i-n 광다이오드에 제한되지도 않는다. MIS 광센서, p-n 접속형 광센서 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 여하한 감광 소자가 사용될 수 있다. 또한, 제 1 실시형태의 장치가 독출 소자의 위에 적층(stacked)된 감광 소자로써 도시되지만, 이는 필수적인 것은 아니다. 이는 장치에 대한 필 팩터(fill factor)를 증가시키도록 이루어질 수 있지만, 감광 소자는 본 발명의 추가적인 실시형태와 관련하여 설명하는 바와 같이 독출 소자 옆에 용이하게 배열될 수도 있다. 또한, 다결정 실리콘, 유기 반도체 및 아연 산화물과 같은 다양한 합금 반도체 등 비정질 실리콘 외의 반도체 물질이 백플레인 어레이 및 센싱 어레이를 위해 사용될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.

도 4는 다른 이중 스크린 방사능투과 이미징 장치(200)를 도시한다. 장치(200)는, 제 1 섬광 형광 스크린(222)과 제 2 섬광 형광 스크린(242)을 포함한다는 점에서, 도 1에 도시된 실시형태와 관련하여 상술된 장치와 유사하다. 제 1 섬광 형광 스크린(222)에 주로 민감한 제 1 감광 소자(220)가 제공되고, 제 2 섬광 형광 스크린(242)에 주로 민감한 제 2 감광 소자(240)가 제공된다.

본 실시형태에서, 제 1 감광 소자(220)는 제 1 섬광 형광 스크린(222)에 더 가까운 제 1 평면에 배치되고, 제 2 감광 소자는 제 2 섬광 형광 스크린(242)에 더 가까운 제 2 평면에 배치된다. 제 1 감광 소자(220)는 광 관리층(204)에 의해 제 2 감광 소자(240)로부터 분리된다. 광 관리층(204)은 가시광, x-레이 또는 양자 모두를 관리, 반사, 차단하거나 지향시킨다(direct). 본 실시형태에서, 도 1-3을 참조하여 상술한 실시형태들과 달리 감광 소자(220, 240) 각각과 관련된 독출 소자(218, 238)가 실질적으로 동일한 평면에 제공되고, 이 평면은 제 2 감광 소자(240)가 배치되는 제 2 평면과 일치한다. 도 1-3에서 광감지 소자 및 그와 관련된 독출 소자를 묘사하는데 "픽셀"이라는 용어가 사용되었지만, 본 실시형태에서 "픽셀"은 제 1 감광 소자와 제 2 감광 소자 모두와 함께 그에 관련된 독출 소자를 포함하는 이미징 어레이의 부분을 묘사하는데 사용된다. 예를 들어, 도 5는 단일 픽셀의 단면이고, 이는 2개의 제 1 감광 소자 및 하나의 제 2 감광 소자와 그들의 관련된 독출 소자를 포함한다. 그러나, 예를 들어, 2개 이상의 제 1 감광 소자가 단일 제 2 감광 소자에 대응하여 또는 그 위에 배치되는 경우에, 추가의 제 1 감광 소자가 픽셀 내에 포함될 수 있다. 이는, 4개의 제 1 감광 소자가 하나의 제 2 감광 소자와 실질적으로 동일한 표면적을 차지하는 도 1-3의 실시형태에 도시된 상황과 유사할 수 있다.

도 5는 도 4에 도시된 이미징 장치(200)의 예시적인 구성을 도시한다. 도시된 장치는 먼저 유리 또는 기타 투명 기판일 수 있는 기판(212)을 제공함으로써 구성된다. 제 1 금속층(252)이 기판 상에 증착된다. 이 제 1 금속층(252)은 TFT를 위한 게이트 전극과 제 2 감광 소자(240)와 관련된 금속층을 형성한다. 절연층(254)은 제 1 금속층(252) 상에 배치된다. 이 절연층을 구성하는 절연체는 인접 게이트 전극 사이 등에 배치될 수도 있다.

(3개의) 독출 소자(218, 238) 및 제 2 감광 소자(240)는, 절연층(254) 상에 연속적으로 진성 비정질 실리콘층(256), n-형 도펀트(258)를 함유하는 비정질 실리콘, 제 2 금속층(260), 제 2 절연층(262) 및 제 3 금속층(264)을 성층함으로써 절연층 상에 형성될 수 있다. 층들은 함께 MIS 광센서인 제 2 감광 소자(240) 및 3개의 독출 소자, 즉 2개의 제 1 감광 소자(220)에 대응하는 2개의 TFT와 하나의 제 2 감광 소자(240)를 각 픽셀에 형성한다. 예를 들어, TFT는, 게이트 전극과 게이트 라인을 형성하는 제 1 금속층(252), 게이트 유전체를 형성하는 제 1 절연층(254), 채널을 형성하는 진성 비정질 실리콘층(256), 소스 및 드레인 전극을 형성하는 n-도핑된 비정질 실리콘층(258), 소스 및 드레인 접점을 형성하는 제 2 금속층(260) 및 TFT와 TFT가 관련되는 감광 소자사이의 상호접속을 형성하는 제 3 금속층(264)에 의해 형성된다. 상술한 바와 같이, 이들 층은 IMS 광센서인 제 2 감광 소자의 층을 형성할 수도 있다.

도 5에 도시된 3개의 TFT 중에, 2개가 제 2 감광 소자(240) 위에 배치된 제 1 감광 소자(220)와 관련된다. 중간 절연층(228)은 제 2 감광 소자 및 TFT 위에 형성되어 제 1 감광 소자가 형성되는 실질적으로 편평한 표면을 형성한다. 형성될 제 1 감광 소자(220)를 제 3 금속층(264)에 전기적으로 상호접속하는데 마스킹 기술 등이 사용될 수 있다. 제 1 감광 소자(220) 각각은 게이트 전극을 형성하는 제 4 금속층(272), 채널 영역을 형성하는 진성 비정질 실리콘층(268), n-도핑된 비정질 실리콘층(266) 및 투명 접촉을 형성하는 제 5 금속층(276)을 포함한다. 절연층(274)(미도시)은 제 5 금속층(276)의 상부에, 제 1 감광 소자 사이에 제공될 수도 있다.

제 1 감광 형광 스크린(222)은 제 1 감광 소자(220) 상에 배치되고, 제 2 감광 형광 스크린(242)은 도 5에서의 방향에 따르면 기판 아래에 배치된다. 제 1 및 제 2 광 흡수층(224 및 244)(도 4에 도시)도 제공될 수 있다.

도 6은 도 4 및 5에 개시된 실시형태를 위한 픽셀 회로를 도시한다. 여기 도시된 바와 같이, 픽셀의 2 x 2 어레이가 행 및 열로 배열된다. 이 배열에서, 바이어스 전압(V_BIAS)이 광센서에 접속된 수직 바이어스 라인(250)을 따라 인가된다. 게이트 라인(256) 또는 행 선택 스위치는 도면에서 수평으로 제공되고 TFT 판독 소자의 게이트 전극에 부착된다. 데이터 라인(248)도 제공되고, 도 6에서 수직으로 배열되며, 광 센서 각각에서 검출되는 이미지에 대응되는 정보가 이들 데이터 라인을 통해 출력된다.

도 1-3에 도시된 실시형태에서와 같이, 도 4-6에 도시된 실시형태는 제 1 표면적을 갖는 제 1 감광 소자 및 제 1 표면적과 상이한 제 2 표면적을 갖는 제 2 감광 소자를 갖는다. 또한 제 1 실시형태와 유사하게, 더 큰 표면적 또는 적은 광감 소자는 주로 두꺼운 감광 형광 스크린으로부터의 광에 민감하여 더 높은 신호대잡음비를 제공한다. 작은 표면적이지만 더 많은 감광 소자는 더 얇은 감광 형광 스크린에 응답하여 변조 전달 주파수 및 해상도를 증가시키거나 최대화한다.

제 1 실시형태의 어레이의 동작과 유사하게, 도 4-6의 방사능투과 검출기 장치는 X-레이에 노출된다. X-레이의 일부는 제 1 섬광 형광 스크린에서 흡수되고 X-레이의 다른 부분은 제 2 섬광 형광 스크린에서 흡수된다. X-레이의 흡수는 각 스크린으로부터의 광 발산을 초래한다. 도 4에 도시된 예에서, 제 1 형광 스크린은 제 2 스크린과 상이하거나 더 얇아 감소된 광 산란 및 높은 MTF를 가져올 수 있다. 제 1 스크린으로부터의 광의 일부는 제 1 광다이오드에 의해 감지되어, 광다이오드 상에 저장되는 광생성(photogenerated) 전하를 가져온다. 노출 후에, 이미징 어레이의 행 선택 라인이 스캔되어, 광다이오드로부터의 전하를 각 열의 데이터라인으로 전달한다. 전하는 각 열의 끝의 전하 감지 증폭기에 의해 감지된다.

당업자가 이해하는 바와 같이, 신호대잡음비 및/또는 변조 전달 주파수를 개선하기 위한 추가적인 방법론이 알려져 있다. 예를 들어, 전술한 실시형태의 각각에서 제 1 섬광 형광 스크린이 제 2 섬광 형광 스크린보다 얇지만, 이는 필수적인 것은 아니다. 두 스크린의 조성(composition)이 상이할 때, 상이한 조성의 신틸레이터 스크린은 두께에 있어서 더 가까이 대응할 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 형광 스크린은 상이한 원자수의 원소를 갖는 물질로 형성될 수 있다. 일반적으로, 더 높은 원자수를 갖는 원소는 x-레이 방사의 고에너지 성분을 흡수할 것이다. 또한, 일부 물질이 다른 것보다 방사에 더 민감하다는 것이 알려져 있다. 따라서, 2개의 형광 스크린을 위한 물질의 선택은 상기 실시형태와 관련하여 설명된 상대적으로 두껍고 얇은 스크린에 유사한 성능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 실시형태와 특히 관련있는 신틸레이터 속성은 신틸레이터 두께, 신틸레이터 조성(composition), 신틸레이터 해상도(resolution) 및 신틸레이터 MTF를 포함한다. 상기한 바와 같이, 신틸레이터 해상도 및 신틸레이터 MTF는 신틸레이터의 조성 및 두께에 의해 유도될 수 있다.

유사하게, 감광 소자의 특성은 이미징 장치 실시형태의 성능을 변형 또는 극대화하도록 변화될 수 있다. 상기 실시형태는 제 1 감광 소자가 제 2 감광 소자에 비해 수가 많고 더 작은 표면적을 갖는 구성을 설명하였지만, 이는 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 감광 소자는 피치, 면적, 감도 및/또는 밀도에 기초하여 변화할 수 있다.

다른 예시적인 실시형태를 고려한다. 예를 들어, 상기 실시형태에서 제 1 및 제 2 감광 소자가 별개의 평면에 배치되었지만, 제 1 및 제 2 감광 소자가 동일한 평면에 있는 것도 가능하다. 그러한 배열은 더 컴팩트한 장치를 제공할 것이다. 이의 예는 도 7 및 8에 도시된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 다른 방사능투과 이미징 장치(300)는, 이미징 장치(300)의 상부 근처에 형성된 제 1 섬광 형광 스크린(322)에 응답하는 제 1 감광 소자(320) 및 이미징 장치(300)의 하부에 배열된 제 2 감광 형광 스크린(342)에 민감한 제 2 감광 소자(340)를 포함한다. 감광 소자(320, 340)는 기판(312) 상에 형성되며, 대응하는 독출 소자(318, 338)도 갖다. 제 1 광 차단층(326a, 326b)이 각각 제 1 감광 소자(320)와 제 2 신틸레이터(342) 사이 및 제 2 감광 소자(340)와 제 1 신틸레이터(322) 사이에 형성된다. 광 차단층은 제 1 감광 소자(320)가 제 2 신틸레이터(342)로부터 광을 수신하는 것을 감소시키거나 차단하고, 제 2 감광 소자(340)가 제 1 신틸레이터(322)로부터 광을 수신하는 것을 감소시키거나 차단한다. 도 1의 실시형태와 유사하게, 그리고 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 감광 소자(320)의 각각은 제 2 감광 소자(340)의 각각의 크기의 약 1/4인 표면적을 갖는다. 본 실시형태에서 도시된 바와 같이, 제 2 감광 소자가 4개의 제 1 감광 소자로 된 그룹과 교호하여 체크(checkerboard) 패턴이 이미징 어레이로서 형성된다.

본 실시형태에 따른 이미징 장치는 제 1 감광 소자 및 제 2 감광 소자가 근사적으로 동일한 표면적을 차지하도록 한다. 그러나 이는 필수적이지 않다. 예를 들어, 제 1 감광 소자 및 제 2 감광 소자의 표면적은 상이할 수 있고 2 대 1, 4 대 1 또는 그 이상의 비율일 수 있다. 또한, 간격이 있는(예를 들어, 교호, 2 대 1) 체크, 제 1 감광 소자(예를 들어, 320)와 제 2 감광 소자(예를 들어, 340)의 행 또는 열이 사용될 수 있다.

도 9에 도시된 다른 예시적인 실시형태에서, 제 1 및 제 2 픽셀(416, 436)은 근사적으로 동일한 크기이지만 제 2 픽셀(436)보다 더 많은 제 1 픽셀(416)이 어레이 내에 포함된다. 다르게는, 제 1 감광 소자(420)보다 더 많은 제 2 감광 소자(440)가 이미징 어레이에 포함될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 이미징 장치(400)는, 하나의 제 2 감광 소자(440) 마다 3개의 제 1 감광 소자(420)를 포함한다. 제 1 감광 소자(420)는 제 1 신틸레이터(미도시)에 민감하고, 제 2 감광 소자(440)는 제 2 신틸레이터에 민감하다. 다른 결과가 요구되는 경우, 더 많거나 적은 제 1 및 제 2 감광 소자도 제공될 수 있다.

도 9의 실시형태에서, 제 1 신틸레이터는 바람직하게는 제 2 신틸레이터와 다른 신틸레이터 속성을 가지도록 선택된다. 이들 속성은, 다른 속성 중에서도, 두께 및 재질 조성(예를 들어, 상이한 원자수를 가진 물질)을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태가 도 10 및 11에 도시된다. 이들 도면에서, 검출기 장치(500)는 복수의 제 1 픽셀(516) 및 제 2 픽셀(536)을 포함한다. 이전 실시형태에서와 같이, 제 1 픽셀(516) 내의 감광 소자(520)는 제 1 신틸레이터(미도시)에 민감하고, 제 2 픽셀(536) 내의 감광 소자(540)는 제 2 신틸레이터(미도시)에 민감하다. 이 실시형태에서, 서로 대각선으로 배열된 제 1 감광 소자들이 접속될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 이러한 방식으로 제 1 감광 소자의 수평적으로 인접한 라인들은 동일한 게이트 라인을 이용하여 독출될 수 있다.

본 출원에 따른 다른 예시적인 실시형태는, 제 1 신틸레이터 및 제 2 신틸레이터의 상이한 특성을 이용하기 위헤 제 1 검출기와 제 2 검출기를 위한 독출 회로(예를 들어, 게이트 라인, 데이터 라인)을 이용할 수 있다. 그러므로, 제 1 검출기를 위한 독출 회로는 제 2 검출기를 위한 독출 회로 구성과 상이하여, 제 1 검출기 및 제 2 검출기 각각에 대해 감지된 데이터의 상이한 입도(granularity) (세밀한 입도, 감소된 입도)를 얻을 수 있다. 이러한 예시적인 실시형태에서, 독출 회로에 의해 생성된 상이한 입도 특성은, 제 1 및 제 2 신틸레이터 사이의 대응하는 상이한 특성(예를 들어, 신틸레이터 두께, 신틸레이터 조성, 신틸레이터 해상도 및 신틸레이터 MTF 중 하나 이상)에 기초하여 선택되거나 매칭될 수 있다. 다르게는, 픽셀 구성 (및/또는 독출 회로 구성)은 제 1 검출기와 제 2 검출기 사이에 동일할 수 있으나, 데이터는 전기적으로 결합되어(예를 들어, 하나 이상의 멀티플렉서 또는 논리 회를 이용하여; 픽셀 어레이 상/외의 행 및/또는 열을 결합하여) 제 1 및 제 2 신틸레이터 사이의 대응하는 상이한 특성을 이용하기 위해 제 1 검출기 및 제 2 검출기 중 하나의 감지된 이미지 데이터의 입도를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 방사능투과 이미징 장치의 제 1 검출기 및 제 2 검출기의 픽셀은 크기, 면적 또는 피치에서 동일할 수 있지만, (예를 들어, 아날로그 및/또는 디지털 회로 소자를 이용하여) 제 2 검출기의 4개의 픽셀에 의해 획득된 데이터는 제 1 신틸레이터(122)와 제 2 신틸레이터(142) 사이에서 상이한 특성을 이용하기 위해 결합될 수 있다.

단일 노출 이중 에너지 디지털 라디오그래피 장치의 예시적인 실시형태는 종래 기술에 비해 다양한 장점을 갖는다. 그러한 공지된 장치에서 요구되는 것과 같은 X-레이 튜브 전압의 스위칭이 없다. 이미지에서의 오정렬 결함(misregistration artifacts)(예를 들어, 환자 움직임)의 감소가 있을 수 있다. 더 낮은 X-레이 튜브 로딩 및/또는 더 낮은 환자의 X-레이 노출이 있을 수 있다. 또한, 공간 해상도 및/또는 신호대잡음비에 있어서의 더 높은 검출기 성능은 더 높은 이미지 품질, 및 그에 따른 이중 에너지 이미징을 통해 질병의 검출 및 특성화의 개선을 가져올 수 있다. 더욱이, 필름 이미지의 디지털화(SF 장치), 이미징 플레이트의 스캐닝(CR 장치) 또는 환자의 이중 노출(이중 노출 DR 장치)을 필요로 하지 않고, 이중 에너지 이미징을 현재의 진단 작업흐름에 더 잘 통합하여 더 높은 동작 효율을 제공할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시형태 및 그 변형과 관련하여 설명되었다. 본 개시내용의 다른 변형도 당업자에게 명백할 수 있다. 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위에 의해서만 제한되도록 의도되며, 개시내용 또는 도면에 의해 제한되지 않는다. 또한, 하나의 실시형태에 적용가능한 특성은 다른 예시적 실시형태에 대해 설명된 특성과 결합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 의해 다루어진 실시형태에 대해 설명된 특성은 도 7-10에 의해 다루어진 하나 이상의 실시형태에 대응하는 특성과 결합되어 사용될 수 있다.

100 방사능투과 이미징 장치
102 필터
110 제 1 검출기
112 제 1 기판
114 제 1 검출기 어레이
116 제 1 픽셀
118 제 1 독출 소자
120 제 1 감광 소자
122 제 1 섬광 형광 스크린
124 광 관리층
126 샘플링 격자
128 샘플링 격자
130 제 2 검출기
132 제 2 기판
134 제 2 검출기 어레이
136 제 2 픽셀
138 제 2 독출 소자
140 제 2 감광 소자
142 제 2 섬광 형광 스크린
144 제 2 광 관리층
146 게이트 라인
148 독출 또는 데이터 라인
150 바이어스 라인
152 제 1 금속층
154 절연층
156 비정질 실리콘층
158 n-도핑된 비정질 실리콘층
160 제 2 금속층
162 절연층
164 제 3 금속층
166 n-도핑된 비정질 실리콘층
168 진성 비정질 실리콘층
170 p-도핑된 비정질 실리콘층
172 제 4 금속층
174 절연층
176 제 5 금속층
200 방사능투과 이미징 장치
204 광 관리층
212 기판
218 독출 소자
220 제 1 감광 소자
222 제 1 섬광 형광 스크린
224 광 흡수층
228 중간 절연층
238 독출 소자
240 제 2 감광 소자
242 제 2 섬광 형광 스크린
244 광 흡수층
246 게이트 라인
248 데이터 라인
250 바이어스 라인
252 제 1 금속층
254 절연층
256 진성 비정질 실리콘층
258 n-도핑된 비정질 실리콘층
260 제 2 금속층
262 제 2 절연층
264 제 3 금속층
266 n-도핑된 비정질 실리콘층
268 진성 비정질 실리콘층
272 제 4 금속층
274 절연층
276 제 5 금속층
300 방사능투과 이미징 장치
312 기판
318 독출 소자
320 제 1 감광 소자
322 제 1 섬광 형광 스크린
326a, 326b 제 1 광 차단층
338 독출 소자
340 제 2 감광 소자
342 제 2 섬광 형광 스크린
400 이미징 장치
416 제 1 픽셀
420 제 1 감광 소자
436 제 2 픽셀
440 제 2 감광 소자
500 검출기 장치
516 제 1 픽셀
520 감광 소자
536 제 2 픽셀
540 감광 소자

Claims

기판의 제 1 측에 배치되고 제 1 신틸레이터(scintillator) 속성을 갖는 제 1 신틸레이터와,
상기 제 1 측에 대향하는 상기 기판의 제 2 측에 배치되고 상기 제 1 신틸레이터 속성과 다른 제 2 신틸레이터 속성을 갖는 제 2 신틸레이터와,
상기 제 1 신틸레이터로부터 광을 수신하고 상기 제 1 신틸레이터 속성과 함께 동작하도록(cooperate) 선택된 제 1 감광 소자 특성을 갖는 복수의 제 1 감광 소자와,
상기 제 2 신틸레이터로부터 광을 수신하도록 배열되고 상기 제 1 감광 소자 특성과 다르고 상기 제 2 신틸레이터 속성과 함께 동작하도록 선택된 제 2 감광 소자 특성을 갖는 복수의 제 2 감광 소자
를 포함하는
방사능투과(radiographic) 이미징 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 신틸레이터 속성은, 신틸레이터 두께, 신틸레이터 조성(composition), 신틸레이터 해상도(resolution) 및 신틸레이터 MTF 중 적어도 하나를 포함하는
방사능투과 이미징 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 감광 소자 특성은, 감광 소자 피치, 감광 소자 면적, 감광 소자 감도 및 감광 소자 밀도 중 적어도 하나를 포함하는
방사능투과 이미징 장치.
제 3 항에 있어서,
제 1 감광 소자의 면적 또는 피치는 상기 제 2 감광 소자의 면적 또는 피치보다 작은
방사능투과 이미징 장치.
제 4 항에 있어서,
제 1 감광 소자의 수는 제 2 감광 소자의 수보다 큰
방사능투과 이미징 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1 신틸레이터의 해상도는 상기 제 2 신틸레이터의 해상도보다 낮은
방사능투과 이미징 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제 2 신틸레이터의 X-레이에 대한 감도는 상기 제 1 신틸레이터의 X-레이에 대한 감도보다 높고, 상기 제1 감광 소자의 면적은 상기 제 2 감광 소자의 면적보다 작은
방사능투과 이미징 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 감광 소자는 동일한 측에 배치되거나 상기 기판의 대향 측에 배치되는
방사능투과 이미징 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 감광 소자는 상기 제 1 신틸레이터에 상대적으로 더 가까이 배치되고, 상기 제 2 감광 소자는 상기 제 2 신틸레이터에 상대적으로 더 가까이 배치되는
방사능투과 이미징 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 감광 소자의 표면적의 합은 상기 복수의 제 2 감광 소자의 표면적의 합과 다른
방사능투과 이미징 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 신틸레이터는 상기 제 2 신틸레이터보다 높은 해상도를 갖고, 상기 제 1 감광 소자는 상기 제 2 감광 소자보다 높은 공간 샘플링 주파수를 가지며, 상기 제 2 신틸레이터는 상기 제 1 신틸레이터 보다 높은 감도를 갖고, 상기 제 2 감광 소자는 상기 제 1 감광 소자 보다 높은 감도를 갖는
방사능투과 이미징 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 제 1 감광 소자 각각과 상기 제 2 신틸레이터 사이와 상기 복수의 제 2 감광 소자 각각과 상기 제 1 신틸레이터 사이 중 적어도 하나에 배치되는 광 차단층을 더 포함하는
방사능투과 이미징 장치.
제 1 항에 있어서,
a. 제 1 스크린은 제 1 원자수의 원소를 갖는 제 1 형광 물질을 포함하고,
b. 제 2 스크린은 제 2 원자수의 원소를 갖는 제 2 형광 물질을 포함하며,
c. 상기 제 1 원자수는 상기 제 2 원자수를 초과하여 상기 제 1 형광 물질은 x-레이 방사의 고에너지 성분을 흡수하는
방사능투과 이미징 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 감광 소자는 어레이로 배열되고, 상기 제 1 및 제 2 감광 소자는 상이한 피치를 갖는
방사능투과 이미징 장치.
복수의 제 1 픽셀-각각의 상기 제 1 픽셀은 (i) 제 1 감광 소자 특성을 갖는 제 1 감광 소자와 (ii) 제 1 독출 소자를 포함-과,
상기 복수의 제 1 감광 소자에 인접한 제 1 신틸레이터-상기 제 1 감광 소자는 주로 상기 제 1 신틸레이터에 민감함-와,
복수의 제 2 픽셀-각각의 상기 제 2 픽셀은 (i) 상기 제 1 감광 소자 특성과 상이한 제 2 감광 소자 특성을 갖는 제 2 감광 소자와 (ii) 제 2 독출 소자를 포함-과,
상기 복수의 제 2 픽셀에 인접한 제 2 신틸레이터-상기 제 2 감광 소자는 주로 상기 제 2 신틸레이터에 민감함-을 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 감광 소자 특성은, 감광 소자 면적, 감광 소자 피치, 감광 소자 감도 및 감광 소자의 총 수 중 적어도 하나를 포함하는
방사능투과 이미징 장치.
제 15 에 있어서,
상기 제 1 감광 소자 특성은 상기 제 1 신틸레이터의 제 1 속성에 기초하여 선택되고, 상기 제 2 감광 소자 특성은 상기 제 2 신틸레이터의 제 2 속성에 기초하여 선택되며, 상기 제 1 및 제 2 신틸레이터는 상이한 조성 및 상이한 두께 중 적어도 하나를 갖는
방사능투과 이미징 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 신틸레이터는 상기 제 2 신틸레이터보다 얇고, 상기 제 1 감광 소자는 상기 제 2 감광 소자에 비해 짧은 피치를 가지며, 상기 제 2 감광 소자는 상기 제 1 감광 소자보다 넓은 면적을 갖는
방사능투과 이미징 장치.
제 15 항에 있어서,
기판과 상기 제 1 감광 소자 사이와 기판과 상기 제 2 감광 소자 사이 중 적어도 하나에 배치되는 광 필터를 더 포함하는
방사능투과 이미징 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 감광 소자는 제 1 평면에 배치되고 상기 제 2 감광 소자는 상기 제 1 평면 또는 상기 제 1 평면과 상이한 제 2 평면에 배치되는
방사능투과 이미징 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 독출 소자 중 적어도 하나는 상기 제 1 평면 또는 상기 제 2 평면에 배치되거나, 상기 제 1 독출 소자와 상기 제 2 독출 소자는 상기 제 1 평면과 상이한 하나 이상의 평면에 배치되는
방사능투과 이미징 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 신틸레이터 사이에 배치되는 기판을 더 포함하며, 상기 제 1 감광 소자는 상기 기판의 제 1 측에 배치되고, 상기 제 2 감광 소자, 제 1 독출 소자 및 제 2 독출 소자는 상기 기판의 대향하는 제 2 측에 배치되며, 상기 제 1 감광 소자를 그 각각의 제 1 독출 소자에 접속하는 전기 접속이 상기 기판을 통해 형성되는
방사능투과 이미징 장치.
객체의 복수의 x-레이 이미지를 포착하기 위해 방사능투과 이미징 장치를 동작시키는 방법으로서,
제 1 신틸레이터 속성을 포함하는 제 1 검출기를 위한 제 1 신틸레이터를 제공하는 단계와,
상기 제 1 신틸레이터 속성과 상이한 제 2 신틸레이터 속성을 포함하는 제 2 검출기를 위한 제 2 신틸레이터를 제공하는 단계와,
상기 제 1 신틸레이터에 광학적으로 결합된 복수의 제 1 픽셀-각각의 상기 제 1 픽셀은 (i) 상기 제 1 신틸레이터 속성과 함께 동작하도록 선택된 제 1 감광 소자 특성을 갖는 제 1 감광 소자와 (ii) 제 1 독출 소자를 포함-을 제공하는 단계와,
상기 제 2 신틸레이터에 광학적으로 결합된 복수의 제 2 픽셀-각각의 상기 제 2 픽셀은 (i) 상기 제 1 감광 소자 특성과 상이하고 상기 제 2 신틸레이터 속성과 함께 동작하도록 선택된 제 2 감광 소자 특성을 갖는 제 2 감광 소자와 (ii) 제 2 독출 소자를 포함-을 제공하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 감광 소자 특성은, 감광 소자 면적, 감광 소자 피치, 감광 소자 감도 및 감광 소자의 총 수 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 제 1 감광 소자는 제 1 층에 배치되고 상기 제 2 감광 소자는 상기 제 1 층 또는 상기 제 1 층과 상이한 제 2 층에 배치되며, 상기 제 1 및 제 2 독출 소자는 모두 상기 제 1 층에 배치되거나 모두 상기 제 2 층에 배치되는
방사능투과 이미징 장치 동작 방법.