JP4352964B2

JP4352964B2 - 二次元像検出器

Info

Publication number: JP4352964B2
Application number: JP2004096206A
Authority: JP
Inventors: なるみ渡邊; 利典吉牟田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: US7450174B2; JP2005283262A; US20050212935A1

Description

検出対象の二次元像に対応する光情報または放射線情報を感応型半導体膜で電荷情報に変換してアクティブマトリックス基板で読み出してから増幅型電気回路部で増幅して画像用の電気信号に変換する二次元像検出器に係り、特に増幅型電気回路部で電荷情報を画像用の電気信号に変換する際に外乱が混入するのを阻止するための技術に関する。

例えば、病院などの医療機関で使用されるＸ線撮影装置は、Ｘ線管（図示省略）から被検体（図示省略）にＸ線が照射されるのに伴って生じる被検体の透過Ｘ線像（二次元像）を検出対象とする二次元像検出器としてフラットパネル型放射線検出器（以下、適宜「ＦＰＤ」と略記）を装備している。このＦＰＤには、入射Ｘ線を直接電荷に変換する直接変換タイプと入射Ｘ線をいったん光に変換し、変換した光を電荷に変換する間接変換タイプとがある。

直接変換タイプのＦＰＤの場合、図１０に示すように、検出対象の透過Ｘ線像に対応するＸ線情報を電荷情報に変換する感応型半導体膜５１と、感応型半導体膜５１で変換された電荷情報を読み出すアクティブマトリックス基板５２とを感応型半導体膜５１をアクティブマトリックス基板５２に積層形成されたかたちで備えると共に、感応型半導体膜５１に積層形成されたバイアス電圧印加用電極５３を備えており、透過Ｘ線像の検出中は、感応型半導体膜５１に投影される透過Ｘ線像が感応型半導体膜５１で電荷に変換されてアクティブマトリックス基板５２で読み出されてから増幅型電気回路部５４で増幅されてＸ線画像用の電気信号に変換される構成となっている（例えば特許文献１参照。）。

間接変換タイプのＦＰＤの場合は、バイアス電圧印加用電極５３を備えていない代わりに、感応型半導体膜の他に検出対象の透過Ｘ線像に対応するＸ線情報を光情報に変換する光電変換膜（図示省略）が感応型半導体膜に積層形成されていて、光電変換膜の変換光が感応型半導体膜で電荷に変換される以外は、直接変換タイプのＦＰＤと実質的に同じ構成である。
特開２００１−３２００３５号公報（第２〜３頁，図１〜図６）

しかしながら、従来のＦＰＤは、直接変換タイプと間接変換タイプのいずれの場合でも、電荷情報を増幅型電気回路部５４でＸ線画像用の電気信号に変換する際に外乱が混入し易いという問題がある。

電荷情報の情報量（電荷量）が極めて微量であるので、増幅型電気回路部５４は電荷情報を高利得（高増幅率）で増幅しなければならない。しかし、高利得の増幅型電気回路部５４の場合、外乱も電荷情報と同様に高利得で増幅するので、電荷情報を電気信号に変換する際に、どうしても外乱の混入を招いてしまう。Ｘ線画像用の電気信号に外乱が混入した場合、最終的なＸ線画像の画質が低下するので、電荷情報を電気信号に変換する際に外乱が混入するのを阻止しなければならない。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、検出対象の二次元像に対応する光情報または放射線情報を電荷情報に変換した後、増幅型電気回路部で画像用の電気信号に変換する際に外乱が混入するのを阻止することができる二次元像検出器を提供することを目的とする。

この発明は、上記の目的を達成するために、次のような構成をとる。

すなわち、請求項１に記載の発明に係る二次元像検出器は、保持基板と、検出対象の二次元像に対応する光情報または放射線情報を電荷情報に変換する感応型半導体膜と、感応型半導体膜で変換された電荷情報を読み出すアクティブマトリックス基板と、フレキシブル基板上に搭載され、アクティブマトリックス基板で読み出された電荷情報を増幅して画像用の電気信号に変換する増幅型電気回路部と、画像用の電気信号を検出対象の二次元放射線像に対応させた画像信号に纏める画像処理回路と、水冷機構とを有し、前記アクティブマトリックス基板および前記画像処理回路は、前記保持基板に保持されるとともに、前記フレキシブル基板の両端は、前記アクティブマトリックス基板および前記画像処理回路に接続され、前記保持基板と前記増幅型電気回路部との間に、増幅型電気回路部で変換される電気信号に外乱を生じる要因となる外乱要因の伝搬を阻み、かつ断熱性を有する第１の外乱阻止用緩衝材を密着配置するとともに、前記増幅型電気回路部と前記水冷機構との間に、熱伝導性ゲル材料からなる第２の外乱阻止用緩衝材を密着配置したことを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１の発明の二次元像検出器では、二次元像の検出中、検出対象の二次元像に対応する光情報または放射線情報が感応型半導体膜で電荷情報に変換された後、アクティブマトリックス基板で読み出されてから増幅型電気回路部で増幅されて画像用の電気信号に変換され、画像用の電気信号が画像処理回路で検出対象の二次元放射線像に対応させた画像信号に纏められるのと並行して、増幅型電気回路部の一側に配設された水冷機構から電気信号の外乱要因が増幅型電気回路部へ伝わるのを、増幅型電気回路部の一側と水冷機構との間に介在する（すなわち増幅型電気回路部と水冷機構との間に密着配置された）第２の外乱阻止用緩衝材が防止する。その結果、増幅型電気回路部で電荷情報を画像用の電気信号に変換する際に水冷機構から機械的振動などの電気信号の外乱が混入することを阻止することができる。
なお、水冷機構が配設された側とは反対側となる増幅型電気回路部の他側に配設された保持基板に外乱要因が伝わるのを、増幅型電気回路部の他側と保持基板との間に介在する（すなわち保持基板と増幅型電気回路部との間に密着配置された）第１の外乱阻止用緩衝材が防止する。その結果、保持基板、ひいては保持基板に保持されたアクティブマトリックス基板で外乱が混入することを阻止することができる。
また、第２の外乱阻止用緩衝材が水冷機構から機械的振動などの電気信号の外乱要因が増幅型電気回路部に伝わるのを防止するのと並行して、増幅型電気回路部で発生した熱は、増幅型電気回路部の一側では熱伝導性ゲル材料からなる第２の外乱阻止用緩衝材で促される。第２の外乱阻止用緩衝材が熱伝導性ゲル材料からなり、第２の外乱阻止用緩衝材は密着性に優れるので、増幅型電気回路部で発生した熱は水冷機構に速やかに流れ込む結果、増幅型電気回路部の冷却が促進される。
また、第１の外乱阻止用緩衝材が断熱性を有するので、増幅型電気回路部で発生した熱は、増幅型電気回路部の一側では熱伝導性ゲル材料からなる第２の外乱阻止用緩衝材で促され、増幅型電気回路部の他側では断熱材からなる第１の外乱阻止用緩衝材によって流出を阻まれ、逃散することなく集中的に水冷機構へ流れ込む結果、増幅型電気回路部の冷却が滞り無く進行する。

請求項１の発明の二次元像検出器によれば、二次元像の検出実行中、検出対象の二次元像に対応する光情報または放射線情報が感応型半導体膜で電荷情報に変換された後、アクティブマトリックス基板で読み出されてから増幅型電気回路部で画像用の電気信号に変換され、画像用の電気信号が画像処理回路で検出対象の二次元放射線像に対応させた画像信号に纏められるのと並行して、増幅型電気回路部の一側に配設された水冷機構から電気信号の外乱要因が増幅型電気回路部へ伝わるのを、増幅型電気回路部の一側と水冷機構との間に介在する（すなわち増幅型電気回路部と水冷機構との間に密着配置された）第２の外乱阻止用緩衝材が防止するので、検出対象の二次元像に対応する光情報または放射線情報が電荷情報に変換された後、増幅型電気回路部で画像用の電気信号に変換される際に水冷機構から機械的振動などの電気信号の外乱が混入することを阻止することができる。
なお、水冷機構が配設された側とは反対側となる増幅型電気回路部の他側に配設された保持基板に外乱要因が伝わるのを、増幅型電気回路部の他側と保持基板との間に介在する（すなわち保持基板と増幅型電気回路部との間に密着配置された）第１の外乱阻止用緩衝材が防止する。その結果、保持基板、ひいては保持基板に保持されたアクティブマトリックス基板で外乱が混入することを阻止することができる。
また、第２の外乱阻止用緩衝材が水冷機構から機械的振動などの電気信号の外乱要因が増幅型電気回路部に伝わるのを防止するのと並行して、増幅型電気回路部で発生した熱は、増幅型電気回路部の一側では熱伝導性ゲル材料からなる第２の外乱阻止用緩衝材で促される。第２の外乱阻止用緩衝材が熱伝導性ゲル材料からなり、第２の外乱阻止用緩衝材は密着性に優れるので、増幅型電気回路部で発生した熱は水冷機構に速やかに流れ込む結果、増幅型電気回路部の冷却が促進される。
また、第１の外乱阻止用緩衝材が断熱性を有するので、増幅型電気回路部で発生した熱は、増幅型電気回路部の一側では熱伝導性ゲル材料からなる第２の外乱阻止用緩衝材で促され、増幅型電気回路部の他側では断熱材からなる第１の外乱阻止用緩衝材によって流出を阻まれ、逃散することなく集中的に水冷機構へ流れ込む結果、増幅型電気回路部の冷却が滞り無く進行する。

この発明の二次元像検出器に係る実施例１の直接変換タイプのフラットパネル型放射線検出器（以下、適宜「ＦＰＤ」と略記）を図面を参照しながら詳しく説明する。図１は実施例１のＦＰＤの全体構成を模式的に示す正面図、図２は実施例１のＦＰＤの全体構成を模式的に示す平面図である。図１のＦＰＤは、例えば医用Ｘ線撮像装置において透過Ｘ線像の検出に用いられる。

実施例１のＦＰＤは、図１に示すように、検出対象の二次元像に対応する放射線情報を電荷情報に変換する感応型半導体膜１と、感応型半導体膜１で変換された電荷情報を読み出すアクティブマトリックス基板２と、バイアス電圧印加用の共通電極３を基板保持部４の上にアクティブマトリックス基板２を感応型半導体膜１および共通電極３ごと搭載したかたちで備えている。感応型半導体膜１としては、例えばアモルファスセレン（非晶質Ｓｅ）やＣｄＺｎＴｅ，ＣｄＴｅ，ＨｇＩ₂ ，ＰｂＩ₂ 等の半導体膜が用いられる。

アクティブマトリックス基板２では、図４および図５に示すように、多数の個別電極５が２次元状マトリックス配列で表面に形成されており、各個別電極５で収集される電荷の蓄積・読み出し用電気回路６が配設されていると共に個別電極５の形成面側に感応型半導体膜１が積層形成されていて、さらに感応型半導体膜１の表面に共通電極３が積層形成されている。アクティブマトリックス基板２に配設されている蓄積・読み出し用電気回路６はコンデンサ６Ａやスイッチング素子としてのＴＦＴ（薄膜電界効果トランジスタ）６Ｂおよび電気配線６ａ，６ｂなどからなり、各個別電極５ごとに１個のコンデンサ６Ａと１個のＴＦＴ６Ｂが配備されている。

つまり、実施例１のＦＰＤは、２次元状マトリックス配列の各個別電極５がそれぞれ一つの画素に対応する電極（画素電極）となっており、図６に示す等価回路の放射線検出ユニット（放射線検出素子）が格子状ラインに沿って２次元状マトリックス状に展開配置されていて、感応型半導体膜１に投影される二次元放射線像を検出できる二次元像検出器である。

また、実施例１のＦＰＤは、蓄積・読み出し用電気回路６を制御するゲートドライバ７と、アクティブマトリックス基板２の蓄積・読み出し用電気回路６によって読み出された電荷情報（検出電荷）を増幅して画像用の電気信号に変換する増幅型電気回路部８を複数本の電気配線６ａ，６ｂごとに１個ずつ割り当てたかたちで備えている。なお、図４では便宜上、ゲートドライバ７や増幅型電気回路部８を１個として図示する。

ゲートドライバ７および各増幅型電気回路部８は、それぞれフレキシブル配線基板９，１０の中間位置に搭載されており、フレキシブル配線基板９，１０の一端がアクティブマトリックス基板２の表側に接続配線される一方、フレキシブル配線基板９，１０の他端が基板保持部４の裏側に接続配線されていて、各ゲートドライバ７および各増幅型電気回路部８は、アクティブマトリックス基板２および基板保持部４の側方に中空支持状態で配設されている。

増幅型電気回路部８は、電荷電圧変換型増幅器１１に加えてマルチプレクサ１２とＡ／Ｄ変換器１３を内蔵した集積回路構成となっているが、増幅型電気回路部８は電荷電圧変換型増幅器１１だけを備え、マルチプレクサ１２やＡ／Ｄ変換器１３が別体となっている構成であってもよい。

さらに、実施例１のＦＰＤは、増幅型電気回路部８の後段に画像用の電気信号を検出対象の二次元放射線像に対応させた画像信号に纏める画像処理回路１４を備えている。ただ、本発明においては、画像処理回路１４を内蔵していない構成であってもよい。

実施例１のＦＰＤによる二次元放射線像の検出の際は、図６に示すように、内蔵ないし外付けのバイアス供給電源によって出力される数キロボルト〜数十キロボルト程度のバイアス電圧がバイアス電圧給電用のリード線を経由して共通電極３から感応型半導体膜１に印加され、検出対象の二次元像の投影入射に伴って感応型半導体膜１で電荷が生成されると共に感応型半導体膜１で生じた電荷が（詳しくは各個別電極５へ移動することで個別電極５に電荷が誘起するかたちで）各個別電極５ごとに収集される一方、各個別電極５で収集される電荷は、アクティブマトリックス基板２の蓄積・読み出し用電気回路６等により個別電極５毎の検出電荷として読み出される。

具体的には、ゲートドライバ７から電気配線６ａ経由で読み出し信号が各ＴＦＴ６Ｂのゲートに順番に与えられると同時に、読み出し信号が与えられている各ＴＦＴ６Ｂのソースに繋がっている電気配線６ｂがマルチプレクサ１２に順に切り換え接続されるのに従って、コンデンサ６Ａに蓄積された電荷が、ＴＦＴ６Ｂから電気配線６ｂを経て電荷電圧変換型増幅器１１で増幅された上でマルチプレクサ１２により各個別電極５毎の放射線検出信号としてＡ／Ｄ変換器１３に送り出されてディジタル化される。

そして、実施例１のＦＰＤの場合、図１〜図３に示すように、増幅型電気回路部８の外寄り側（一側）には（外乱生起性の配備部材類としての電気回路冷却用部材である）冷却システム１５がシリコン系熱伝導性ゲル製の外乱阻止用緩衝材１６を挟んで密接していて、増幅型電気回路部８の内寄り側（他側）にはシリコン系断熱性の外乱阻止用緩衝材１７が増幅型電気回路部８と基板保持部４で挟み付けられたかたちで配置されている。なお、図３は、実施例１のＦＰＤを図１に示すＡ−Ａ線で破断して増幅型電気回路部を中心にして部分的に示す断面図である。

冷却システム１５としては、水冷式の冷却器あるいは空冷式の冷却器が用いられる他に、単に冷却フィンだけからなる自然放冷式の冷却器も用いることができる。

外乱阻止用緩衝材１６や外乱阻止用緩衝材１７は、増幅型電気回路部８で変換される電気信号に外乱を生じる外乱要因としての機械的振動などが電気回路部８に伝搬されるのを阻むクッション機能を発揮する振動吸収部材である。前者の外乱阻止用緩衝材１６の厚みは、通常１ｍｍ〜５ｍｍ程度であり、後者の外乱阻止用緩衝材１７の厚みは、通常０．３ｍｍ〜３ｍｍ程度である。

したがって、実施例１のＦＰＤでは、二次元放射線像の検出中、増幅型電気回路部８で検出電荷が増幅されて画像用の電気信号に変換されるのと並行して、増幅型電気回路部８の外寄り側に密接している冷却システム１５から電気信号の外乱要因の機械的振動などが増幅型電気回路部８へ伝わるのを、増幅型電気回路部８の外寄り側と冷却システム１５の間に介在する外乱阻止用緩衝材１６が防止する。その結果、増幅型電気回路部８で検出電荷を画像用の電気信号に変換する際に外乱が混入するのを阻止できる。

加えて、実施例１のＦＰＤでは、増幅型電気回路部８の内寄り側にも外乱阻止用緩衝材１７が配置されていて、増幅型電気回路部８は外寄り側と内寄り側から外乱阻止用緩衝材１６，１７で挟み付けられたかたちになっており、増幅型電気回路部８は外寄り側と内寄り側のいずれの側でも、外乱阻止用緩衝材１６，１７が電気信号の外乱要因の伝搬を阻んで外乱の混入を阻止する。

すなわち、実施例１のＦＰＤの場合、増幅型電気回路部８が増幅対象とする電荷情報の情報量（電荷量）は極めて微量であるので、増幅型電気回路部８は高利得回路となっているが、電気信号の外乱要因は外乱阻止用緩衝材１６，１７で除かれて無いので、増幅型電気回路部８は高利得回路であっても外乱の混入が回避できるのである。

さらに、増幅型電気回路部８で発生した熱は、増幅型電気回路部８の外寄り側では熱伝導性を有する外乱阻止用緩衝材１６で流出を促され、増幅型電気回路部８の内寄り側では断熱性を有する外乱阻止用緩衝材１７によって流出を阻まれるので、増幅型電気回路部８で発生した熱は逃散することなく集中的に冷却システム１５へ流れ込む結果、増幅型電気回路部８の冷却が滞り無く進行する。

また、熱伝導性ゲル製の外乱阻止用緩衝材１６は密着性に優れるので、増幅型電気回路部８で発生した熱が冷却システム１５へ速やかに流れ込む結果、増幅型電気回路部８の冷却が促進される。

実施例２のＦＰＤを図面を参照しながら説明する。図７は実施例２のＦＰＤの増幅型電気回路部８を中心とする部分を示す断面図である。

実施例２のＦＰＤは、図７に示すように、増幅型電気回路部８の内寄り側に、実施例１のＦＰＤのような１枚ものではなくて、各増幅型電気回路部８ごとにフレキシブル配線基板１０Ａと外乱阻止用緩衝材１７Ａがそれぞれ個別に配置されている他は、実施例１のＦＰＤと実質的に同一の構成であり、各増幅型電気回路部８が個別に装着・交換可能な他は作用効果も変わらないので、これ以外の説明は省略する。

実施例３のＦＰＤを図面を参照しながら説明する。図８は実施例３のＦＰＤの増幅型電気回路部８を中心とする部分を示す断面図である。

実施例３のＦＰＤは、増幅型電気回路部８の外寄り側の外乱阻止用緩衝材１６と増幅型電気回路部８の間に増幅型電気回路部８に対して非接合性を有する熱伝導性シート１８が介在している他は、実施例１のＦＰＤと同一のものであるので、共通点の説明は省略し、相違点のみを説明する。

即ち、実施例３のＦＰＤによれば、非接合性を有する熱伝導性シート１８の介在により、増幅型電気回路部８と外乱阻止用緩衝材１６の接合を防止できるので、冷却システム１５や増幅型電気回路部８の分解が簡単になり、冷却システム１５や増幅型電気回路部８の修理・点検などが容易となる結果、保守性が高まる。熱伝導性シート１８としては、例えば厚み０．２ｍｍ〜１ｍｍ程度のシリコンゴムシートが挙げられる。

実施例４のＦＰＤを図面を参照しながら説明する。図９は実施例４のＦＰＤの増幅型電気回路部８を中心とする部分を示す断面図である。

実施例４のＦＰＤの場合は、図９に示すように、増幅型電気回路部８の内寄り側に、実施例３のＦＰＤのような１枚ものではなくて、各増幅型電気回路部８ごとにフレキシブル配線基板１０Ａと外乱阻止用緩衝材１７Ａがそれぞれ個別に配置されている他は、実施例３のＦＰＤと実質的に同一の構成であり、各増幅型電気回路部８が個別に装着・交換可能な他は作用効果も変わらないので、これ以外の説明は省略する。

この発明は、上記の実施例に限られるものではなく、以下のように変形実施することも可能である。

（１）実施例１〜４のＦＰＤは、いずれも直接変換タイプであったが、この発明は、入射放射線をいったん光に変換し、変換した光を電荷に変換する間接変換タイプのＦＰＤにも適用できる。

（２）実施例１〜４のＦＰＤの外乱阻止用緩衝材１６，１７や熱伝導性シート１８は、実施例中に明記した材料のものに限られるものではない。

（３）実施例１〜４では、ゲートドライバ７や増幅型電気回路部８を複数本の電気配線６ａ，６ｂごとに１個ずつ割り当てたかたちで複数個のデバイスに別れた形態で備えている構成であったが、ゲートドライバ７または増幅型電気回路部８は全ての電気配線６ａ，６ｂに対して単一のデバイスに纏められた形態で備えている構成のものが、変形例として挙げられる。

（４）実施例１〜４では、検出対象の二次元像が放射線像であったが、この発明では、検出対象の二次元像は放射線像に限らず、可視光像も検出対象の二次元像に含まれる。

（５）実施例１〜４のＦＰＤは、医用のものであったが、この発明の二次元像検出器は医用に限らず、工業用や原子力用であってもよい。

実施例１のＦＰＤの全体構成を模式的に示す正面図である。実施例１のＦＰＤの全体構成を模式的に示す平面図である。実施例１のＦＰＤの増幅型電気回路部を中心とする部分を示す断面図である。実施例１のＦＰＤの回路構成を模式的に示す電気回路図である。実施例１のＦＰＤのアクティブマトリックス基板に配設されている蓄積・読み出し用電気回路の構成を示す模式図である。実施例１のＦＰＤにおける放射線検出ユニットを示す模式図である。実施例２のＦＰＤの増幅型電気回路部を中心とする部分を示す断面図である。実施例３のＦＰＤの増幅型電気回路部を中心とする部分を示す断面図である。実施例４のＦＰＤの増幅型電気回路部を中心とする部分を示す断面図である。従来のＦＰＤの要部構成を示す模式図である。

符号の説明

１ …感応型半導体膜
２ …アクティブマトリックス基板
４ …基板保持部（保持基板）
８ …増幅型電気回路部
９，１０ …フレキシブル配線基板（フレキシブル基板）
１４ …画像処理回路
１５ …冷却システム（水冷機構）
１６，１７…外乱阻止用緩衝材（第２、第１の外乱阻止用緩衝材）

Claims

保持基板と、検出対象の二次元像に対応する光情報または放射線情報を電荷情報に変換する感応型半導体膜と、感応型半導体膜で変換された電荷情報を読み出すアクティブマトリックス基板と、フレキシブル基板上に搭載され、アクティブマトリックス基板で読み出された電荷情報を増幅して画像用の電気信号に変換する増幅型電気回路部と、画像用の電気信号を検出対象の二次元放射線像に対応させた画像信号に纏める画像処理回路と、水冷機構とを有し、前記アクティブマトリックス基板および前記画像処理回路は、前記保持基板に保持されるとともに、前記フレキシブル基板の両端は、前記アクティブマトリックス基板および前記画像処理回路に接続され、前記保持基板と前記増幅型電気回路部との間に、増幅型電気回路部で変換される電気信号に外乱を生じる要因となる外乱要因の伝搬を阻み、かつ断熱性を有する第１の外乱阻止用緩衝材を密着配置するとともに、前記増幅型電気回路部と前記水冷機構との間に、熱伝導性ゲル材料からなる第２の外乱阻止用緩衝材を密着配置したことを特徴とする二次元像検出器。