專利名稱：輻射檢測裝置和輻射檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及輻射檢測裝置和輻射檢測方法，特別涉及適合于例如借助以閃爍器(或磷光體)為代表的波長轉(zhuǎn)換器，把包括X射線的輻射波長變換成在可由傳感器元件檢測的波長范圍內(nèi)的波長圖象信息的檢測的輻射檢測器件和輻射檢測方法。
當使用X射線等輻射診斷裝置和X射線攝影裝置上的光敏傳感器直接檢測X射線輻射時，這種裝置的效率是很低的，這是因為目前還沒有對該輻射靈敏度高的光敏元件。因此考慮利用能把該輻射變成可見光的閃爍器和光。敏器件的組合。
作為閃爍器的特性存在所謂的熒光屏余輝特性，它表明引起了作為輻射暴露附屬品的閃爍器的光發(fā)射，并且以
圖1所示的一定函數(shù)關系衰減，一個慢分量的時間常數(shù)長達幾百毫秒。為了修正作為其干擾的余輝衰減，在美國專利NO5331682中，作為例子，檢測大量的信號采樣，以便通過復雜的計算，計算出一個補償值，然后從這些信號中減去這個補償值。此外，對于這個計算，要延遲到初始的衰減分量可以略去不計為止。
另外，例如在美國專利NO5262649中，建議采用由一些薄膜半導體組成的光敏元件與一個閃爍器的組合用于X射線攝影裝置和用X射線等的輻射診斷裝置。在該專利文件中描述了在由薄膜半導體和晶體管組成的傳感器的時間常數(shù)、裝置的讀速率和S/N(信號/噪聲)比之間的關系。在美國專利NO5262649中采用一種X射線連續(xù)發(fā)射的透視方式和X射線只在一個短時間發(fā)射的照相方式的讀出方法，并且所有傳感器同時存儲信號。
為了檢測大量信號以便如在美國專利NO5331682等中所述那樣，計算出一個補償值和進行從信號中減去該補償值的計算，需要昂貴的信號處理電路和算術運算單元。此外，因為要使延遲進行到初始的衰減分量可以略去的程度，所以對檢測器信號的取數(shù)需要等待這個延遲時間。
在美國專利NO5262649中，采用X射線連續(xù)發(fā)射的透視方式和X射線只短時間發(fā)射的照相方式。在照相方式中，不考慮光發(fā)射時間常數(shù)和閃爍器的衰減。因此，當在X射線照射完成后的瞬間開始讀出時，由于閃爍器的光衰減時間常數(shù)，在暗電流大的同時，在讀取的初始行上讀出信號，并在讀出行上的最后那側(cè)讀出一個與暗電流分量合在一起的信號。因此，由于閃爍器的延遲衰減特性使混入到信號中的暗電流隨著該行的讀順序急劇改變。
在美國專利NO5262649中，提出一種利用由a-Si:H(多晶硅烷)和薄膜晶體管組成的傳感器構成的大屏幕傳感器面板，并且導出用薄膜晶體管的導通電阻乘以傳感器的電容獲得的時間常數(shù)與信噪比和幀頻之間的關系，這個關系是實時圖象傳感器所需要的?？墒沁@個關系是根據(jù)X射線連續(xù)發(fā)射和與上述閃爍器衰減特性無關的假設條件下導出的，這篇專利文件中也沒有涉及在X射線斷續(xù)發(fā)射時的讀的設計方案。
在照相方式中閃爍體的衰減特性不是主要問題，因為時間足夠長。而在診斷循環(huán)器官的系統(tǒng)中，在具有很多幀的全運動圖象的情況下，就要考慮光的殘余分量可能施加一個作為噪聲的干擾。
在這種情況下，不能提出通過把閃爍器衰減特性與在這種情況下由傳感器面板上的傳感器電容和薄膜晶體管導通電阻組成的時間常數(shù)讀特征組合起來的設計方案。
本發(fā)明的目的是讀出所期望的信噪比的信號，通過采用在用于輻射診斷裝置等的輻射檢測裝置中考慮閃爍器衰減特性的讀方法降低該信號的噪聲和使該信號的散射范圍變窄，該方法通過斷續(xù)地暴露X射線等輻射可以降低暴露劑量。
本發(fā)明的另一個目的是導出一個用于獲得在用連續(xù)輻射檢測，診斷和治療中考慮閃爍器衰減特性的最優(yōu)信噪聲比(S/N)的關系。
上述目的可以通過下述的本發(fā)明達到。
按照本發(fā)明提供一種輻射檢測裝置，該裝置包括一個把輻射轉(zhuǎn)換成可光電變換光的波長轉(zhuǎn)換器和若干個布置成矩陣狀的象素，所述象素包括一個把光轉(zhuǎn)換成電信號的傳感元件和一個連接到傳感元件上用于相繼地傳送來自象素信號的薄膜晶體管(TFT)，該檢測裝置包括一個用于在輻射停止后，接通在至少延遲(n×τ1)后傳送的薄膜晶體管中待接通的那個薄膜晶體管的裝置，其中，τ1是波長轉(zhuǎn)換器的特征時間常數(shù)，n為ln(SN)，其中SN是一個所希望的信噪比，借此傳送存儲在相應象素中的信號。
按照本發(fā)明，還提供一種輻射檢測裝置，該裝置包括一個用于把輻射轉(zhuǎn)換成可光電轉(zhuǎn)換的光的波長轉(zhuǎn)換器和若干個排列成矩陣狀的象素，所述象素包括一個用于把該光轉(zhuǎn)換成電信號的傳感元件和一個為了相繼地從該象素上傳送信號而與傳感元件相連的薄膜晶體管(TFT)，該檢測裝置滿足下述關系式(α×τ1+β×τ2)≤1/FPS和SN=exp(α+β)式中SN是整個裝置的期望信噪比，F(xiàn)PS是在輻射檢測裝置讀時的每秒幀數(shù)，或讀一次所用時間的倒數(shù)，τ1是波長轉(zhuǎn)換器的建立和衰減的時間常數(shù)，τ1是通過把用于傳送的TFT導通電阻乘以傳感元件的電容獲得的時間常數(shù)，α是[在傳感元件中光信號的存儲時間/τ1]的倍數(shù)，或ln(SN1)中的SN1是該波長轉(zhuǎn)換器所要求的信噪比，β是為了傳送而導通的那個TFT時間常數(shù)的倍數(shù)，或ln(SN2)，其中的SN2是用于傳送存儲在傳感元件的電容中的信號的那個TFT所要求的信噪比。
按照本發(fā)明，還提供一種輻射檢測方法，該方法利用一個把輻射變成可光電轉(zhuǎn)換的光的波長轉(zhuǎn)換器和若干個排列成矩陣狀的象素，該象素包括用于把該光變成電信號的傳感元件和為了相繼傳送傳送象素信號而連接到傳感元件上的薄膜晶體管，該方法包括在輻射停止后，在至少延遲(n×τ1)后，使用于傳送的多個TFT中最先導通的那個TFT導通，其中τ1是波長轉(zhuǎn)換器特征的時間常數(shù)，n為ln(SN)，所述SN是所期望的信噪比，借此傳送一個存儲在其相應象素中的信號。
按照本發(fā)明，還提供一種輻射檢測方法，該方法利用一個用于把輻射變成可光電轉(zhuǎn)換的光的波長轉(zhuǎn)換器和若干個排列成矩陣狀的象素，所述象素包括用于把該光變成電信號的傳感元件和為了相繼傳送象素信號而連接到傳感元件上的薄膜晶體管，該方法包括滿足下述關系的公式(α×τ1+β×τ2)≤1/FPS和SN=exp(α+β)式中SN是整個裝置的期望信噪比，F(xiàn)PS是該輻射檢測裝置讀出時的每秒幀數(shù)目，或讀出時所需時間的倒數(shù)，τ1是波長轉(zhuǎn)換器的建立和衰減的時間常數(shù)，τ2是通過把用于傳送的TFT導通電阻乘以傳感元件電容獲得的時間常數(shù)，α是[在傳感元件中光信號的存儲時間/τ1]的倍數(shù)，或ln(SN1)，其中的SN1是該波長轉(zhuǎn)換器所要求的信噪比，β是為了傳送而導通的那個TFT時間常數(shù)的倍數(shù)，或ln(SN2)，其中的SN2是用于傳送存儲在傳感元件電容中的信號的那個TFT所要求的信噪比。
圖1用曲線示出一個閃爍器的余輝特性的例子。
圖2是說明輻射檢測裝置的示意性結(jié)構一個例子的原理電路圖。
圖3A是說明光電轉(zhuǎn)換電路部分的一個例子的示意圖。
圖3B是沿圖3A的線3B-3B剖切的示意剖示圖。
圖4是說明光電轉(zhuǎn)換部分的一個例子的簡化電路圖。
圖5是說明一個輻射檢測裝置讀操作定時例子的定時圖。
圖6是以曲線說明傳感器件輸出的信噪比的例子。
圖7A、7B、7C、7D和7E是說明在讀出運動圖象時的讀操作定時例子的定時圖。
圖8以曲線說明TFT傳送時間和傳送信號質(zhì)量關系的例子。
本發(fā)明通過考慮與閃爍器等波長轉(zhuǎn)換器的波長轉(zhuǎn)換有關的時間特性以比較高的精度和穩(wěn)定性實現(xiàn)信息的讀出。
具體地說，按照本發(fā)明使用在規(guī)定的脈沖持續(xù)時間內(nèi)發(fā)射的輻射照相的裝置和方法中的檢測裝置包括一個使輻射經(jīng)受到波長轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換器(例如一個把輻射轉(zhuǎn)換成波長在可見光范圍內(nèi)和具有一個熒光屏的余輝特性時間常數(shù)的閃爍器)和一個光電轉(zhuǎn)換電路部分，該部分由排列成矩陣狀并通過使至少一個規(guī)定列中的每個薄膜晶體管(用于傳送的TFTS)導通驅(qū)動的若干象素組成，該象素由一個具有規(guī)定電容的薄膜傳感元件和一個具有規(guī)定的導通電阻并連接到相應薄膜傳感元件上的薄膜晶體管(用于傳送的TFT)構成，該檢測輻射的方法利用這些相應的部件，其中該檢測裝置或方法輻射停止后在至少延遲n×τ1[τ1是波長轉(zhuǎn)換器的特征時間常數(shù)(閃爍器的熒光屏余輝特性)]之后接通薄膜晶體管，從而傳送存儲在它們相應的薄膜傳感元件中的信號，上述目的可以通過設計一個滿足下述關系的系統(tǒng)實現(xiàn)n=ln(SN)n×τ1=ln(SN)×τ1式中SN是該系統(tǒng)所期望的信噪比。
在按照本發(fā)明的用在使用輻射照相，輻射診斷裝置或輻射治療的裝置中的輻射檢測裝置或方法，該檢測裝置包括一個使輻射經(jīng)受到波長轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換器(例如一個把輻射轉(zhuǎn)換成波長在可見光范圍內(nèi)和具有一個熒光屏余輝特性的時間常數(shù)的閃爍器)和一個光電轉(zhuǎn)換電路部分，該部分由排列成矩陣狀并通過使至少一個規(guī)定列中的每個薄膜晶體管導通驅(qū)動的若干象素組成，該象素由一個具有規(guī)定電容的薄膜傳感元件和一個具有規(guī)定的導通電阻并連接到相應薄膜傳感元件上的薄膜晶體管構成，該檢測輻射的方法利用這些相應的部件，通過滿足下述的關系式，獲得系統(tǒng)所期望的信噪比(SN)，(α×τ1+β×τ2)≤1/FPSSN=exp(α+β)；和1/SN=exp(-α-β)式中τ1是表征波長轉(zhuǎn)換器特性的時間常數(shù)(閃爍器發(fā)射光的建立和衰減)，τ2是通過用TFT的導通電阻R乘以薄膜傳感元件電容C獲得的時間常數(shù)，F(xiàn)PS是該輻射檢測裝置讀出時的每秒幀數(shù)目，或一次讀出所需時間的倒數(shù)，α是[在傳感元件中光信號的存儲時間/閃爍器發(fā)光的建立和衰減的時間常數(shù)τ1]的倍數(shù)，或ln(SN1)，其中的SN1是該波長轉(zhuǎn)換器(閃爍器)所要求的信噪比，β是導通的那個薄膜晶體管(TFT)時間常數(shù)的倍數(shù)，或ln(SN2)，其中的SN2是用于傳送存儲在薄膜傳感元件電容中的信號的那個TFT所要求的信噪比。借此可以達到上述目的。
如上所述，按照本發(fā)明，通過采用考慮波長轉(zhuǎn)換器的特性例如閃爍器的衰減特性的讀取方法可以讀出噪聲降低和散射范圍窄的所期望信噪比的信號，這樣就可以使我們減少在斷續(xù)地照射輻射即X射線時的照射劑量。
另外，可以很容易通過為獲得最佳信噪比(S/N)而考慮在用連續(xù)發(fā)射的輻射檢測，診斷和治療中閃爍器的衰減特性導出的關系設計具有期望信噪比的輻射檢測裝置。
按照本發(fā)明，通過將利用薄膜晶體管的導電電阻R乘以傳感元件的電容C獲得的時間常數(shù)τ、讀出率、信噪比和波長轉(zhuǎn)換器例如閃爍體的衰減特性與輻射的時間關系，可以設計一種包括下述構成的輻射裝置作為一種具有所期望的信噪比的輻射檢測裝置，該裝置包括一個帶有若干個薄膜晶體管的大熒光屏傳感元件板和具有以矩陣形狀二維排列在絕緣襯底上的a-Si(多晶硅)的薄膜傳感器，和一個排列在該大熒光屏傳感元件屏的表面上的波長轉(zhuǎn)換器例如閃爍器。
下面參照附圖詳細描述本發(fā)明。[第一實施例]圖2是用于描述該實施例的以輻射檢測裝置100為中心的簡化電路圖。在圖2中示意地示出了目標13和例如閃爍器4之間的關系。
如圖2所示，這個實施例的輻射檢測裝置有一個作為波長轉(zhuǎn)換器的閃爍器14，該波長轉(zhuǎn)換器把輻射12轉(zhuǎn)換成可光電變換的光，還包括若干個排列成矩陣狀的象素109，這些象素包含把光轉(zhuǎn)換成電信號的傳感元件S1-1至S3-3，所述的一個傳感元件的單元在圖2中用數(shù)字108代表，和用于傳送的TFTS(一些薄膜晶體管)T1-1至T3-3，這些薄膜晶體管分別連接到相應的象素上，以便相繼地傳送來自這些象素的信號。
在這個實施例中，為了獲得所期望的信噪比S/N，該檢測裝置還包括一個部件(在圖2中的移相電阻102)該電阻使在延時后傳送的薄膜晶體管T1-1至T3-3中待導通的那個TFT首先導通，上述的延時是由用于至少延遲n×τ1的組件(例如在圖2中的控制電路15、CPU16和程序存儲器17)引起的，其中τ1是表征閃爍器14熒光屏余輝特性的時間常數(shù)，n為ln(SN)，在用輻射12的停止后傳送存儲在相應象素中的信號。
輻射檢測裝置100包括把輻射12轉(zhuǎn)換成可見光的閃爍體14，一個光電轉(zhuǎn)換部件101，在部件101上那些象素由具有作為用于接收可見光并轉(zhuǎn)換成電信號的半導體層的a-Si薄膜傳感元件S1-1至S3-3和具有作為用于傳送被排列成二維矩陣信號導線M1至M3那側(cè)的薄膜傳感元件S1-1至S3-3光電變換的信號電荷的半導體層的a-si的薄膜晶體管(用于傳送的TFTS)T1-1至T3-3組成，該檢測裝置100還包括一個用于驅(qū)動薄膜晶體管S1-1至S3-3的控制線G1至G3的移相電阻102。在這個實施例中，象素是以3×3矩陣為例說明的，以便使描述簡短。
傳送時把相當于薄膜晶體管的極間電容(Cgs)3倍的電容加在傳送的矩陣信號導線MI上。可是，在圖2中，它不是作為一個電容元件表示的。該電容應加到其它矩陣信號導線M2和M3上。在圖2中的光電轉(zhuǎn)換電路部分101包括一些薄膜傳感元件(下面也稱“光電轉(zhuǎn)換元件”)S1-1至S3-3，薄膜晶體管(下面也稱“開關元件”)T1-1至T3-3，控制驅(qū)動導線G1至G3和矩陣信號導線M1至M3?？梢园堰@些部件設在未示出的絕緣襯底上。移相電阻器(SR1)102作為用于導通或斷開開關元件T1-1至T3-3的一個驅(qū)動電路部件。
參考字符L1至L3代表用于放大來自矩陣信號導線M1至M3的信號和變換其阻抗的運算放大器。在圖2中，這些放大器作為構成一個電壓跟隨電路的緩沖放大器示出。參考字符Sn1至Sn3代表用于讀出運算放大器L1至L3的輸出即讀出各矩陣信號導線M1至M3的輸出然后將這些輸出傳送給電容CL1至CL3的轉(zhuǎn)換開關。通過讀出開關Sr1至Sr3經(jīng)構成電壓跟隨電路的緩沖放大器B1至B3讀出讀電容器CL1至CL3。
參考數(shù)字103代表用于讀開關Sr1至Sr3接通和斷開的移相電阻SR2。來自讀電容器CL1至CL3的并行信號通過讀出開關Sr1至Sr3和移相電阻器103轉(zhuǎn)換成串行信號后輸入到一個由一個末級電壓跟隨電路部分組成的運算放大器104，然后在A/D轉(zhuǎn)換電路105中再數(shù)字化。參考字符RE1至RSE3代表重新設定開關用于重新設置儲存在加到矩陣信號導線M1至M3上的相應電容器(3Cgs)上的信號分量，并將該信號分量通過來自CRES終端的脈沖重新設定到一個重設電位(重新設定到一個在圖2中的GND的地電位)。
參考數(shù)字106代表用于加在光電轉(zhuǎn)換元件S1-1至S3-3的偏壓電源。讀出電路部分107緩沖放大器L1至L3，傳送開關Sn1至Sn3，讀出電容器CL1至CL3，緩沖放大器B1至B3，讀出開關Sr1至Sr3，移相電阻器SR2，末級運算放大器104和重新設定開關SES1至SES3。在圖中符號“SMPL”代表用于SMPL脈沖的SMPL終端。
圖3A是說明一個光電轉(zhuǎn)換電路部分例子的示意平面圖，其中的光電變換元件和開關元件是利用多晶半導體薄膜312制造的。圖3B是沿圖3A的3B-3B線剖切的示意剖示圖。薄膜傳感元件301和薄膜晶體管(多晶硅TFF，下面也稱“TFT”)302形成在同一玻璃襯底303上。每個薄膜傳感元件301的下電極和每個TFT302的下電極(控制極)由同一第一薄膜金屬層304形成。薄膜傳感元件301上的電極305，309和TFT302的上電極(源和漏極)由同一個第二薄金屬層形成。第一和第二金屬層也形成在光電轉(zhuǎn)換電路上的控制驅(qū)動導線306和矩陣信號導線307。在圖3A中示出總共2×2=4個象素。在圖3A中的畫斜線區(qū)代表一個薄膜傳感元件的光接收面。上電極305,309是用于供給相應的薄膜傳感元件偏置電壓的電源線。參考數(shù)字310代表用于將薄膜傳感元件301連接到TFT302上的接觸孔。
薄膜傳感元件301的截面MIS結(jié)構與TFT302相同，傳感元件301和TFT302的絕緣膜311由共同形成的絕緣薄膜構成。控制驅(qū)動導線306和矩陣信號導線307的交叉區(qū)314有一個絕緣膜311，一個薄的多晶硅半導體薄膜312和一個在它們的引線之間的歐姆導體層(n+層)313。數(shù)字315代表例如作為保護膜的氮化硅(SiN)絕緣層，該絕緣層是在形成薄膜傳感元件301和TFT302之后形成的。
圖4是圖2中的光電轉(zhuǎn)換電路部分的等效電路圖。為了方便起見，由薄膜傳感元件和TFT組成的象素用一個正方形表示。
一個用于把偏置電壓加在相應的薄膜傳感元件上的偏置線分成四個系統(tǒng)(Vs1至Vs4)，可以分別在這四個系統(tǒng)中進行傳感元件的再設定。
圖4中示出了一個把象素排列成n×m矩陣的例子。因為把傳感器的偏壓分成4個系統(tǒng)，所以列的數(shù)目m是4的倍數(shù)。
現(xiàn)在描述按照第一實施例的輻射檢測裝置的操作。圖5是說明如圖2所示的輻射檢測裝置操作的例子在輻射拍攝時的定時圖。下面參看附圖詳細描述該操作。
在X射線源11只輻射時間T后，通過使CRES終端和晶體管CRES1至CRES3導通去除導線M1、M2和M3上的剩余電荷，借此使導線M1、M2和M3變成地電位。
從X射源11發(fā)射后透過作為一個結(jié)構物或人體目標13的X射線12進入閃爍器14，借此使閃爍體發(fā)射與透過的X射線量相對應的光。
從閃爍器14發(fā)射的光進入在輻射檢測裝置100中的各光電轉(zhuǎn)換元件S1-1至S3-3并產(chǎn)生與入射到各光電轉(zhuǎn)換元件S1-1至S3-3上的光量有關的信號電荷。這些信號電荷只在某個時間周期存儲在形成在光電轉(zhuǎn)換元件S1-1至S3-3的電容器部件上。存儲在第一行上的光電變換部件S1-1至S3-3上的那些信號電荷，通過使開關元件T1-1至T3-3根據(jù)來自移相電阻(SR1)102的控制脈沖信號G1只在時間t1導通，轉(zhuǎn)送到電容部件(電容相當于開關元件T1-1至T3-3的電容的3倍)上，所述的那些電容器部件分別形成在矩陣信號導線M1至M3上。在圖5中，M1至M3表明，這種傳送其中存儲在各個光電轉(zhuǎn)換元件中信號的數(shù)值變化是不同的。更具體地說，在第一行的光電變換元件S1-1至S1-3上的輸出電平如下S1-2＞S1-1＞S1-3。來自矩陣信號導線M1至M3的那些輸出信號分別被運算放大器L1至L3放大。
在讀電路部分中的開關元件Sn1至Sn3受圖5中所示出的SMPL脈沖的控制只在時間t2接通。因此這些信號分別傳送到讀電容器CL1至CL3。在該電容器CL1至CL3中的信號分別被緩沖放大器B1至B3進行阻抗變換。此后，讀出開關Sr1至Sr3相繼地按照來自移相電阻器(SR2)103的移相脈沖SP1至SP3接通，借此把傳送到讀電容器CL1至CL3的并行信號電荷轉(zhuǎn)換成串行信號，然后讀出。假設移相脈沖中SP1、SP2和SP3的脈沖寬度彼此相等，且等于t3(即SP1=SP2=SP3=t3)，那么用于串行變換和讀取所需的時間為達到t3×3。串行轉(zhuǎn)換的信號從末級運算放大器104輸出后，由A/D轉(zhuǎn)換電路部分105數(shù)字化。
在圖5中示出的Vout表明在輸入到A/D轉(zhuǎn)換電路部分105之前的模擬信號。圖5所示，來自第一行的S1-1至S1-3的并行信號，即矩陣信號導線M1至M3上的電位信號變換成串行的與Vout信號電平成正比的信號。
最后，使CRES終端只在CRES脈沖加入的時間t4導通并通過各自的重設定開關RES1至RES3，把矩陣信號導線M1至M3的信號電位重新設定到一重調(diào)的電位(地電位)借此為來自第二行上的光電轉(zhuǎn)換元件S2-1至S2-3的信號電荷下一次傳送作準備。此后，第二行和第三行的光電轉(zhuǎn)換信號分別以與第一行相同的方式讀出。
在此時，傳感器存儲信號一直到TFT的控制極電壓(G1至G3)導通為止。于是在為傳送傳感器信號而首先導通的G1信號被接通的時間與最后導通的信號G3被接通的時間存在差值，以致使閃爍器發(fā)射光的衰減的隨著每行的不同而變化。以下將參考圖6說明這點，圖6是說明停止輻射后，傳感器的輸出的變化情況。
在圖6中把一個衰減分量作為如附圖所示的信號分量考慮，因為該衰減分量被認為是作為一個在傳感元件的輸出隨坐標軸衰減的區(qū)域上的信號分量存儲。例如，當用于傳送的TFTS在為了讀出存儲的信號電荷而切斷輻射后經(jīng)過的時間Tm1時導通時，可以讀出已存儲的S’分量作為一個信號。然而在時間Tm1產(chǎn)生的N’分量和在Tm1后作為不能傳送的剩余信號留下，因為該信號未存儲。因此可以認為這個剩余分量是不同于信號分量的另一種噪聲分量N’。
即，用于傳送的TFTS的控制極較早接通的那行的傳感元件在切斷輻射后且輻射停止后的較短時間內(nèi)開始傳送輻射。因此，這一行傳感元件的信噪比(S’/N’)是低的。另一方面控制極較晚(例如在Tm2)接通的那一行傳感元件的信噪比(S/N)是高的，因此信噪比隨著行而改變，最終的事實是作為系統(tǒng)的信噪比減少。
然而，可以根據(jù)系統(tǒng)的信噪比(S/N)與閃爍器衰減時間常數(shù)τ1的關系把該時間預設到用于傳送TFT的控制電壓接通的時間而獲得系統(tǒng)所需的信噪比(SN)。
假設正好在輻射停止前由閃爍器發(fā)射光量是1，則在發(fā)射停止后經(jīng)過n×τ1時閃爍器發(fā)射的光量為exp(-n×τ1)，于是可以根據(jù)系統(tǒng)所需要的SN設定1/SN=exp(-n)和ln(SN)=n。
于是，通過在使用于傳送的TFTS導通以便在輻射停止到如圖6所示Tm2=n×τ1或更長時間后讀出一個傳感信號之前預設時間便可以得到預期的SN。
下面簡要說明在用于引起至少延遲n×τ1的這個實施例中的裝置。
要控制用于傳送TFTS的首先導通時間至少達到n×τ需要一個裝置，該裝置有一個控制程序被例如一個微處理器(CPU)驅(qū)動，以便在輻射源11完成照射時開始計數(shù)，以圖2中所示出的電路作為例子，移相電阻器SR1的G1輸出在至少τ1和類似值以后被驅(qū)動。于是這個控制可以容易地通過傳統(tǒng)的技術進行。
這可以通過提供一個同步信號線和在移相電阻器SR1與輻射源11之間的延遲電路容易地進行，以便使來自延遲電路上的輻射源11的完成信號延時，然后把它作為移相電阻器的起動信號。[第二實施例]在這個實施例中將描述一個例子，該例在連續(xù)地讀出很多幀圖象以便形成一個移動圖象的情況下獲得一個期望的SN。
雖然在圖2的光電轉(zhuǎn)換電路部件中的輻射檢測裝置的象素排列成一個3×3矩陣，但是，在這個實施例中將描述象素形成為一個m(行)×n(列)矩陣的情況。在這種情況下，通常在以每秒30幀讀出一個傳感器陣列。這時，每幀的掃描時間是1/30秒，即33msec。
圖7A至7E是說明在讀出移動的輻射象時定時間的定時特性。如圖7A所示，輻射連續(xù)地進行。
圖7B示出了讀或存儲信號連續(xù)進行的情況。
圖7C說明了在整個陣列讀出以后，在下一次讀出開始之前提供一個休止時間Q(在圖中用虛線表示)的情況。該休止時間最長可以為tf-txq，其中tf是每幀掃描時間，tx每列讀出時間，q是讀出的列數(shù)目(≤n)。
圖7D說明了在一定時間讀出每列，但在相應的兩列讀出時間之間提供一個休止時間(在存儲進行的同時)的情況。
圖7E說明了類似圖7D的情況，在相應的兩列讀出時間之間提供一個休止時間。但在該休止時間期間在每列中不進行存儲。通過例如進行(更新)驅(qū)動可以進一步提高S/N，通過該驅(qū)動在放電(充電)后從傳感元件中消除一個剩余分量。
與包括一個輻射檢測器的系統(tǒng)的讀有關的重要參數(shù)包括下面四個參數(shù)(1)系統(tǒng)要求的SN；(2)與一個傳感元件和每個象素中一個開關有關的CR時間常數(shù)τ2；(3)該裝置所要求的掃描速度(幀的數(shù)目)；和(4)當閃爍器在暴露到X射線中時，發(fā)射光的建立和在暴露到X射線后發(fā)射光的衰減的時間常數(shù)τ1。下面比較詳細地描述參數(shù)(1)至(4)。(1)來自面板的信號SN由通過開關傳送的信號的大小S和在傳送后剩余的信號大小N確定。(2)CR時間常數(shù)(τ2)是把每個象素中傳感元件的存儲電容C與開關(TFT)的導通電阻相乘而獲得的值。(3)掃描速度(幀的數(shù)目)是每秒n列(根據(jù)要求q＜n列)的掃描操作的數(shù)目(幀的數(shù)目)。在普通的監(jiān)視器中，該掃描速度為30幀/秒。(4)閃爍器在暴露到輻射中時的光發(fā)射的建立和閃爍器在輻射暴露后光發(fā)射的衰減表現(xiàn)出一個多項式指數(shù)(∑αtn)變化。可是，上述的閃爍器的光發(fā)射建立和衰減時間是用按照本發(fā)明的時間常數(shù)τ1的一個指數(shù)函數(shù)表示的。
圖8示意地說明了在TFT的傳送時間與傳送信號的大小和在傳送后剩余信號的大小之間的關系，并表明在把存儲在光電轉(zhuǎn)換元件(在圖2中舉例為S1-1至S3-3)內(nèi)部的電容器中的信號電荷被定義為1的情況下傳送的量值。關于上述參數(shù)的說明是參照圖8作出的。
如果傳送進行了相當于時間常數(shù)τ2的β(β=t/τ2)倍的時間，如果把參數(shù)(1)與參數(shù)(2)組合起來，則信號分量S的傳送量可以如圖8所示，用S=1-exp(-β)表示。在傳送后剩余的分量N2可以如圖8所示，用N2=exp(-β)表示。如果把傳送信號分量定義為S，則S滿足1-N2=1-exp(-β)。因為exp(-β)遠遠小于1，所以在標準化時可以認為S近似等于1。另一方面，因為SN2=S/N2所以SN2可以用S/N2=1/exp(-β)表示。此外，SN2的倒數(shù)，滿足1/SN2=exp(-β)=N2。即在傳送后剩余的分量N2變?yōu)镾N2的倒數(shù)，即β=lnSN2。下面參照圖6討論根據(jù)參量(4)的輸出散射。1)具有光發(fā)射時間常數(shù)τ1的閃爍器在與光發(fā)射的建立相應的從發(fā)射開始經(jīng)時間t后的輸出S用S=S0[1-exp(-α)]表示，式中S0是在飽和時的傳感元件的輸出，α=t/τ1。2)由于閃爍器光發(fā)射衰減的延遲引起的輸出變化用S=S0exp(-α)表示。
如果閃爍器的建立和衰減時間常數(shù)為0，即瞬間引起一個變化，則沒有噪聲。然而，因為閃爍器有其時間常數(shù)τ1，所以噪聲分量與exp(-α)成正比產(chǎn)生。這時可以認為輸出S近似等于1。在實際讀出時，存儲時間幾乎等于幀的數(shù)目的倒數(shù)。如果作為例子幀的數(shù)目是30幀/秒，則存儲時間是33msec因此，在閃爍器的時間常數(shù)為毫秒數(shù)量級時，可以達到較精確的近似。
即1/SN1=exp(-α)滿足所要求的SN1。
系統(tǒng)輸出側(cè)所需要的SN是SN2=exp(β)和SN1=exp(α)的綜合SN，其中的SN2根據(jù)TFF的時間常數(shù)確定，SN1根據(jù)閃爍器的時間常數(shù)確定。
可以把綜合SN的倒數(shù)設定為1/SN=exp(-α-β)。
用于傳送一個傳感元件信號的TFT時間是β×τ2，來自閃爍器的光被傳感元件接收并存儲一個信號在里面所經(jīng)歷的時間是α×τ1。α×τ1和β×τ2的總的時間不能過一幀的時間。因此，滿足下述的關系式(α×τ1+β×τ2)≤1/FPS。式中FPS是在讀輻射傳感元件時每秒幀數(shù)目；τ1是閃爍器建立發(fā)射光和在輻射照射后衰減的時間常數(shù)；τ2通過把傳感元件的電容乘以TFT的導通電阻獲得的時間常數(shù)。α是[(在傳感元件中光信號的存儲時間)/(閃爍器的發(fā)射光的建立和衰減時間常數(shù))]的倍率；β是使用于傳送的TFT導通時間的時間常數(shù)的倍率。
而且，當借助于采用微計算機的控制系統(tǒng)把傳感器每幀的掃描時間預設為至少(α×τ1+β×τ2)時，可以容易地得到所需信噪比為SN=ln(α+β)的輻射檢測裝置。同樣，假設閃爍器所需的信噪比是SN1，則可用ln(SN1)表示α，用ln(SN2)表示β，其中SN2是用于傳送存儲在傳感器元件的電容中的信號的TFT所需的信噪比。
如上所述，如果把在必需的SN和讀速率之間的關系在輻射照相裝置、輻射診斷裝置和輻射治療裝置中預置到最優(yōu)狀態(tài)，則可以提供具有滿意信噪比的各種輻射檢測裝置，該信噪比通過選取磷光體的余輝特性的時間常數(shù)，而該時間常數(shù)由薄膜傳感元件和薄膜晶體管的技術條件確定。
按照本發(fā)明，還提供幾種輻射檢測方法和提供能進行穩(wěn)定讀的裝置。
另外，按照本發(fā)明，可以以低成本提供輻射檢測裝置和方法，這是因為可以容易根據(jù)性能需要進行設計。
在本發(fā)明中，輻射不限于X射線，也可以把α射線、β射線、γ射線等加到系統(tǒng)中，在這些系統(tǒng)中經(jīng)波長轉(zhuǎn)換器波長變換的信息通過光電轉(zhuǎn)換元件以電信號的形式輸出。然而，把本發(fā)明用在廣泛使用的X射線系統(tǒng)中是理想的。作為波長轉(zhuǎn)換器，最好采用對來自光源的入射光具有波長轉(zhuǎn)換特性時間常數(shù)的閃爍器。
當然，本發(fā)明可以在權利要求書中的所要求的保護范圍內(nèi)進行適當?shù)母淖?br>
權利要求
1．一種輻射檢測裝置，該裝置包括一個把輻射轉(zhuǎn)換成可光電變換的光的波長轉(zhuǎn)換器和若干個排列成矩陣狀的象素，所述象素包括一個把光轉(zhuǎn)換成電信號的傳感元件和一個為了相繼地傳送來自象素信號而連接到傳感元件上的用于傳送的薄膜晶體管(TFT)，該檢測裝置包括一個用于在輻射停止后在至少延遲(n×τ1)后接通用于傳送的多個TFT中最先接通的那個TFT的裝置，其中，τ1是波長轉(zhuǎn)換器的特征時間常數(shù)，n為ln(SN)，其中SN是期望的信噪比，借此傳送存儲在其相應象素中的信號。
2．如權利要求1所述的輻射檢測裝置，其特征在于還包括一個用于發(fā)出輻射的輻射源。
3．如權利要求2所述的輻射檢測裝置，其特征在于該輻射源發(fā)射從由α射線、β射線、γ線和X射線組成的組中選取的輻射。
4．如權利要求1所述的輻射檢測裝置，其特征在于波長轉(zhuǎn)換器包括閃爍器。
5．如權利要求4所述的輻射檢測裝置，其特征在于所述的閃爍器包括磷光體。
6．如權利要求1所述的輻射檢測裝置，其特征在于波長轉(zhuǎn)換器是閃爍器，該波長轉(zhuǎn)換器的特性是閃爍器的余輝特性。
7．如權利要求6所述的輻射檢測裝置，其特征在于該余輝特性是閃爍器的衰減特性。
8．一種輻射檢測裝置，該裝置包括一個用于把輻射轉(zhuǎn)換成可光電轉(zhuǎn)換的光的波長轉(zhuǎn)換器和若干個排列成矩陣狀的象素，所述象素包括一個用于把光轉(zhuǎn)換成電信號的傳感元件和一個用于為了相繼地傳送來自象素的信號而連接到傳感元件上的傳送薄膜晶體管(TFT)，該檢測裝置滿足下述關系式(α×τ1+β×τ2)≤1/FPS和SN=exp(α+β)式中SN是整個裝置的期望信噪比，F(xiàn)PS是輻射檢測裝置讀數(shù)時每秒幀的數(shù)目，或是讀數(shù)所需時間的倒數(shù)；τ1是波長轉(zhuǎn)換器建立和衰減的時間常數(shù)；τ2是通過用傳送TFT的導通電阻乘以傳感元件電容獲得的時間常數(shù)；α是[在傳感元件中光信號的存儲時間/τ1]的倍數(shù)，或ln(SN1)，其中的SN1是該波長轉(zhuǎn)換器所要求的信噪比，β是為了傳送而導通的那個TFT時間常數(shù)的倍數(shù)，或ln(SN2)，其中的SN2是用于傳送存儲在傳感元件電容中的信號的那個TFT所要求的信噪比。
9．如權利要求8所述的輻射檢測裝置，其特征在于還包括一個用于發(fā)出輻射的輻射源。
10．如權利要求9所述的輻射檢測裝置，其特征在于該輻射源發(fā)射從由α射線、β射線、γ射線和X射線組成的組中選取的輻射。
11．如權利要求8所述的輻射檢測裝置，其特征在于波長轉(zhuǎn)換器包括閃爍器。
12．如權利要求11所述的輻射檢測裝置，其特征在于所述的閃爍器包括磷光體。
13．如權利要求8所述的輻射檢測裝置，其特征在于波長轉(zhuǎn)換器是閃爍器，波長轉(zhuǎn)換器的建立和衰減的時間常數(shù)是閃爍器的建立和衰減時間常數(shù)。
14．如權利要求13所述的輻射檢測裝置，其特征在于閃爍器的光發(fā)射的建立時間常數(shù)是1。
15．一種輻射檢測方法，該方法利用一個用于把輻射變成可光電轉(zhuǎn)換的光的波長轉(zhuǎn)換器和若干個排列成矩陣狀的象素，所述象素包括用于把該光變成電信號的傳感元件和為了相繼傳送象素信號而連接到傳感元件上的傳送薄膜晶體管TFT，該方法包括在輻射停止后，在至少延遲(n×τ1)后，使用于傳送的多個TFT中的最先待導通那一個TFT導通，其中τ1是波長轉(zhuǎn)換器特征的時間常數(shù)，n為ln(SN)，所述SN是所期望的信噪比，借此傳送一個存儲在其相應象素中的信號。
16．如權利要求15所述的輻射檢測方法，其特征在于還采用了一個用于發(fā)射輻射的輻射源。
17．如權利要求16所述的輻射檢測方法，其特征在于該輻射源發(fā)射從由α射線、β射線、γ射線和X射線組成的組中選取的輻射。
18．如權利要求15所述的輻射檢測方法，其特征在于波長轉(zhuǎn)換器包括閃爍器。
19．如權利要求18所述的輻射檢測方法，其特征在于所述的閃爍器包括磷光體。
20．如權利要求15所述的輻射檢測方法，其特征在于波長轉(zhuǎn)換器是閃爍器，該波長轉(zhuǎn)換器的特性是閃爍器的余輝特性。
21．如權利要求20所述的輻射檢測方法，其特征在于該余輝特性是閃爍器的衰減特性。
22．一種輻射檢測方法，該方法利用一個用于把輻射變成可光電轉(zhuǎn)換的光的波長轉(zhuǎn)換器和若干個排列成矩陣狀的象素，所述象素包括一個把光轉(zhuǎn)換成電信號的傳感元件和一個為了相繼地傳送來自象素信號而連接到傳感元件上的用于傳送的薄膜晶體管TFT，該方法滿足下述關系式(α×τ1+β×τ2)≤1/FPS和SN=exp(α+β)式中SN是整個裝置的期望信噪比，F(xiàn)PS是該輻射檢測裝置讀出時的每秒幀數(shù)目，或?qū)σ粋€讀出所需時間的倒數(shù)，τ1是波長轉(zhuǎn)換器的建立和衰減的時間常數(shù)，τ2是通過用傳送的TFT導通電阻乘以傳感元件電容獲得的時間常數(shù)，α是[在傳感元件中光信號的存儲時間/τ1]的倍數(shù)，或ln(SN1)，其中的SN1是該波長轉(zhuǎn)換器所要求的信噪比，τ1是為了傳送而導通的那個TFT時間常數(shù)的倍數(shù)，或ln(SN2)，其中的SN2是用于傳送存儲在傳感元件電容器中的信號的那個TFT所要求的信噪比。
23．如權利要求22所述的輻射檢測方法，其特征在于還采用了一個用于發(fā)射輻射的輻射源。
24．如權利要求23所述的輻射檢測方法，其特征在于該輻射源發(fā)射從由α射線、β射線、γ射線和X射線組成的組中選取的輻射。
25．如權利要求22所述的輻射檢測方法，其特征在于波長轉(zhuǎn)換器包括閃爍器。
26．如權利要求25所述的輻射檢測方法，其特征在于所述的閃爍器包括磷光體。
27．如權利要求22所述的輻射檢測方法，其特征在于波長轉(zhuǎn)換器是閃爍器，波長轉(zhuǎn)換器的建立和衰減的時間常數(shù)是閃爍器的建立和衰減時間常數(shù)。
28．一種如權利要求27所述的方法，其特征在于閃爍器的光發(fā)射的建立時間常數(shù)是1。
全文摘要
一種輻射檢測裝置，該裝置包括一個把輻射轉(zhuǎn)換成可光電變換的光的波長轉(zhuǎn)換器和若干個排列成矩陣狀的象素，該象素由一個把光轉(zhuǎn)換成電信號的傳感元件和一個為了相繼傳送來自象素信號而連接到傳感元件上的薄膜晶體管(TFT)組成，該檢測裝置還包括一個用于在輻射停止后，在至少延遲(n×τ1)后首先接通傳送的多個TFT中首先待接通的那個TFT的裝置，其中，τ1是波長轉(zhuǎn)換器的特征時間常數(shù)，n為1n(SN)，其中SN是所期望的信噪比，借此傳送一個存儲在其相應象素中的信號。
文檔編號G01T1/24GK1227926SQ98126159
公開日1999年9月8日 申請日期1998年11月27日 優(yōu)先權日1997年11月28日
發(fā)明者板橋哲, 遠藤忠夫 申請人:佳能株式會社