CN111316133B - 放射线图像捕获装置和放射线图像捕获系统 - Google Patents

Abstract

一种放射线图像捕获装置，包括：包括在光学透明基板上以多个行和多个列布置的多个转换元件的像素阵列、输出由所述多个转换元件产生的信号并且在列方向上延伸的多个信号线、部署在所述基板的第一表面附近的第一闪烁体、以及部署在所述基板的与所述第一表面相对的第二表面附近的第二闪烁体。所述多个转换元件包括多个第一转换元件和多个第二转换元件。在所述第一闪烁体与所述多个第二转换元件之间部署遮光层，使得由所述多个第二转换元件从所述第一闪烁体接收的光的量小于由所述多个第一转换元件接收的光的量。所述多个转换元件的列的数量等于所述多个信号线的数量。

Description

放射线图像捕获装置和放射线图像捕获系统

技术领域

本发明涉及放射线图像捕获装置和放射线图像捕获系统。

背景技术

广泛用作用于在医学图像诊断或非破坏性检查中使用的图像捕获装置的放射线图像捕获装置包括图像捕获面板，该图像捕获面板包括排列的像素，这些像素中的每一个包括将放射线转换成电荷的转换元件和开关元件(诸如薄膜晶体管(TFT))的组合。已知放射线图像捕获装置被用于获取具有不同能量成分的放射线的放射线图像，并且通过从获取的放射线图像之间的差分离或强调被摄体的特定部分来获取能量相减图像。日本专利申请特开No.2010-56396公开了闪烁体部署在光学透明基板的两个表面上，光电二极管检测从闪烁体中的一个发射的光，并且光电二极管检测从另一个闪烁体发射的光。通过放射线的一次发射从检测从不同的闪烁体发射的光的光电二极管经由相应的信号配线来获取两个不同能量成分的信号，并且可以产生能量相减图像。

根据日本专利申请特开No.2010-56396，与两个光电二极管相关联的两个信号配线被用于产生放射线图像的一条像素数据。因此，图像捕获面板的配线结构和用于从信号配线读取信号的电路复杂，并且存在制造成本和装置成本增加的可能性。

发明内容

问题的解决方案

本发明的目的是要提供一种可以以简单的结构获取能量相减图像的放射线图像捕获装置。

鉴于以上情况，根据本发明的实施例的放射线图像捕获装置包括：包括在光学透明基板上以多个行和多个列布置的多个转换元件的像素阵列、输出由所述多个转换元件产生的信号并且在列方向上延伸的多个信号线、部署在所述基板的第一表面附近的第一闪烁体、以及部署在所述基板的与所述第一表面相对的第二表面附近的第二闪烁体。所述多个转换元件包括多个第一转换元件和多个第二转换元件。在所述第一闪烁体与所述多个第二转换元件之间部署遮光层，使得由所述多个第二转换元件从所述第一闪烁体接收的光的量小于由所述多个第一转换元件接收的光的量。所述多个转换元件的列的数量等于所述多个信号线的数量。

附图说明

图1图示了根据本发明的实施例的包括放射线图像捕获装置的放射线图像捕获系统的结构的示例。

图2图示了图1中的放射线图像捕获装置的图像捕获面板的结构的示例。

图3A图示了图1中的放射线图像捕获装置的截面像素结构的示例。

图3B图示了图1中的放射线图像捕获装置的截面像素结构的示例。

图4A图示了图1中的放射线图像捕获装置的像素的布置的示例。

图4B图示了图1中的放射线图像捕获装置的像素的布置的示例。

图5是图示图1中的放射线图像捕获装置的操作的时序图。

图6是图示图1中的放射线图像捕获装置的操作的时序图。

图7图示了图1中的放射线图像捕获装置的操作流程。

图8A图示了图1中的放射线图像捕获装置的像素插值的示例。

图8B图示了图1中的放射线图像捕获装置的像素插值的示例。

图9图示了图1中的放射线图像捕获装置的图像捕获面板的结构的示例。

图10是图示图9中的放射线图像捕获装置的操作的时序图。

图11图示了图1中的放射线图像捕获装置的图像捕获面板的结构的示例。

图12图示了图1中的放射线图像捕获装置的图像捕获面板的结构的示例。

图13图示了图1中的放射线图像捕获装置的图像捕获面板的结构的示例。

具体实施方式

在下文中将参考附图描述根据本发明的具体实施例的放射线图像捕获装置。在以下的描述和附图中，附图中的共同部件由共同的附图标记指明。因此，相互参考附图以描述共同的部件，并且适当地省略由共同的附图标记指明的部件的描述。根据本发明，放射线可以包括作为由由于放射性衰变而发射的粒子(包括光子)产生的射束的α射线、β射线和γ射线，以及具有相同程度的能量或更多的射束，诸如X射线、粒子束和宇宙射线。

将参考图1至图8B描述根据本发明的实施例的放射线图像捕获装置的结构和操作。图1图示了根据本发明的实施例的包括放射线图像捕获装置210的放射线图像捕获系统200的结构的示例。放射线图像捕获系统200电捕获从放射线转换的光学图像并获取用于产生放射线图像的电信号(放射线图像数据)。放射线图像捕获系统200包括例如放射线图像捕获装置210、放射线源230、曝光控制单元220和计算机240。

放射线源230根据来自曝光控制单元220的曝光指令(放射指令)开始发射放射线。从放射线源230发射的放射线穿过未示出的被摄体，并且放射线图像捕获装置210被放射线照射。放射线源230根据来自曝光控制单元220的停止指令停止发射放射线。

放射线图像捕获装置210包括图像捕获面板212和控制图像捕获面板212的控制单元214。控制单元214基于从图像捕获面板212获取的信号来产生用于停止从放射线源230的放射线的发射的停止信号。停止信号被供给到曝光控制单元220。曝光控制单元220响应于停止信号而将停止指令传送到放射线源230。控制单元214可以包括例如诸如FPGA(现场可编程门阵列的缩写)的PLD(可编程逻辑器件的缩写)、ASIC(专用集成电路的缩写)、并入程序的通用计算机、或者这些的全部或一部分的组合。

计算机240控制放射线图像捕获装置210和曝光控制单元220。计算机240接收从放射线图像捕获装置210输出的放射线图像数据，并且包括处理放射线图像数据的信号处理单元241。信号处理单元241可以从放射线图像数据产生放射线图像。

曝光控制单元220包括例如曝光开关(未示出)。当用户接通曝光开关时，曝光控制单元220将曝光指令传送到放射线源230，并且将表示放射线发射的开始的开始通知传送到计算机240。接收开始通知的计算机240响应于开始通知而向放射线图像捕获装置210的控制单元214报告放射线发射的开始。

图2图示了图像捕获面板212的结构的示例。图像捕获面板212包括像素阵列112。像素阵列112包括像素PIX，这些像素PIX包括以二维阵列排列的用于检测放射线的相应的转换元件S。像素阵列112还包括在列方向(图2中的竖直方向)上延伸的用于输出由转换元件S产生的信号的列信号线Sig1至Sig4。图像捕获面板212还包括驱动像素阵列112的驱动电路(行选择电路)114、以及检测出现在像素阵列112的列信号线Sig中的信号的读出电路113。在图2中所示的结构中，为了简化图示，像素阵列112包括4行×4列的像素PIX。然而，实际上可以排列更大数量的像素PIX。在示例中，图像捕获面板212可以具有17英寸的尺寸，并且可以包括大约3000行×大约3000列的像素PIX。即，转换元件S以行和列布置。

每个像素PIX包括检测放射线的转换元件S、以及连接转换元件S和列信号线Sig(信号线Sig当中与转换元件C相关联的信号线Sig)的开关T。转换元件S将与入射放射线的量对应的信号输出到列信号线Sig。转换元件S的示例可以是部署在诸如玻璃基板的绝缘基板上并且主要由非晶硅组成的MIS光电二极管。转换元件S可以是PIN光电二极管。根据本实施例，转换元件S可以是通过使用闪烁体将放射线转换成光并随后检测光的间接元件。间接元件的闪烁体可以与像素PIX(转换元件S)共享。

开关T可以由例如包括控制端子(栅极)和两个主端子(源极和漏极)的晶体管(诸如薄膜晶体管(TFT))构成。转换元件S包括两个主电极。转换元件S的主电极中的一个连接到开关T的两个主端子中的一个。转换元件S的另一个主电极连接到偏置电源103(利用插入其间的共用偏置线Bs)。偏置电源103供给偏置电压Vs。布置在第一行中的每个像素PIX的开关T的控制端子连接到在行方向(图2中的水平方向)上延伸的栅极线Vg1。类似地，布置在第二至第四行中的像素PIX的开关SW的控制端子连接到栅极线Vg2至Vg4。驱动电路114将栅极信号供给到栅极线Vg1至Vg4。

在布置在第一列中的每个像素PIX中，没有连接到转换元件S的开关T的主端子连接到第一列中的列信号线Sig1。类似地，在布置在第二至第四列中的像素PIX中，没有连接到转换元件S的开关T的主端子连接到第二至第四列中的列信号线Sig2至Sig4。

读出电路113包括与相应的列信号线Sig相关联的列放大器单元CA。每个列放大器单元CA可以包括积分放大器105、可变放大器104、采样保持电路107和缓冲电路106。积分放大器105放大出现在列信号线Sig中的信号。积分放大器105可以包括运算放大器、在运算放大器的反转输入端子与输出端子之间并行连接的积分电容、以及复位开关。参考电位Vref被供给到运算放大器的非反转输入端子。积分电容被复位，并且通过接通复位开关将列信号线Sig的电位复位到参考电位Vref。复位开关可以由从控制单元214供给的复位脉冲RC来控制。

可变放大器104以预定的放大因子放大从积分放大器105输出的信号。采样保持电路107采样并保持从可变放大器104输出的信号。采样保持电路107可以包括采样开关和采样容量。缓冲电路106缓冲(阻抗转换)从采样保持电路107输出的信号并输出该信号。可以通过从控制单元214供给的采样脉冲来控制采样开关。

读出电路113还包括多路复用器108，该多路复用器108以预定次序选择性地输出来自与相应的列信号线Sig相关联的列放大器单元CA的信号。多路复用器108包括例如移位电阻器。移位电阻器基于从控制单元214供给的时钟信号CLK执行移位操作。移位电阻器从来自列放大器单元CA的信号中选择单个信号。读出电路113还可以包括用于缓冲(阻抗转换)从多路复用器108输出的信号的缓冲器109、以及将从缓冲器109输出的模拟信号转换成数字信号的AD转换器110。AD转换器110的输出(即，放射线图像数据)被传递到计算机240。

根据本实施例，将放射线转换成可见光的闪烁体部署在基板的放射线入射的进入表面附近和与进入表面相对的后表面附近，以便覆盖相应的表面。像素PIX中包括的转换元件S包括两种类型的转换元件S。在图2中所示的结构中，转换元件S12、S14、S21、S23、S32、S34、S41和S43接收来自两个闪烁体的光。在以下的描述中，转换元件S当中接收来自两个闪烁体的光的转换元件在被指定时称为第一转换元件901。在转换元件S11、S13、S22、S24、S31、S33、S42和S44上，遮光层903部署在闪烁体中的一个与转换元件S之间。因此，转换元件S11、S13、S22、S24、S31、S33、S42和S44可以被遮蔽来自闪烁体中的一个的光，并且可以接收来自另一个闪烁体的光。在以下的描述中，转换元件S当中被遮蔽来自闪烁体中的一个的光的转换元件在被指定时称为第二转换元件902。阻挡从闪烁体发射的光的遮光层903可以在覆盖基板的进入表面或后表面的闪烁体与第二转换元件902之间遮蔽光。此时，假如遮光层903部署在覆盖基板的进入表面或后表面的闪烁体与第二转换元件902之间使得可以从闪烁体中的一个接收的光的量小于第一转换元件901的情况下的光的量，那么第二转换元件902可以不被完全遮蔽来自闪烁体中的一个的光。

这里，遮光层903部署在基板的进入表面附近的闪烁体与第二转换元件902之间。从基板的进入表面进入的放射线的低能量成分被覆盖基板的进入表面的闪烁体吸收，被转换成可见光，并入射在像素PIX上。由于第二转换元件902被遮蔽来自基板的进入表面的光，因此从基板的进入表面发射的光不入射在其上。因此，从放射线的低能量成分转换的光不入射在第二转换元件902上。从放射线的低能量成分转换的光入射在第一转换元件901上，因为没有在其上部署遮光层903。

没有被部署在基板的进入表面附近的闪烁体吸收的放射线的高能量成分被覆盖基板的后表面的闪烁体吸收，并被转换成可见光。第一转换元件901和第二转换元件902没有被遮蔽来自基板的后表面的光，并且从放射线的高能量成分转换的光入射在第一转换元件901和第二转换元件902两者上。

第一转换元件901由此可以获取可归因于放射线的高能量成分和低能量成分的信号。第二转换元件902由此可以获取可归因于放射线的高能量成分的信号。即，彼此相邻的像素PIX可以保留关于不同放射线能量的信息。由于彼此相邻的像素PIX由此保留从具有不同能量成分的放射线获取的信息，因此可以通过使用稍后描述的方法来执行能量相减。通过使用列信号线Sig来读出第一转换元件901的信号和第二转换元件902的信号，该列信号线Sig的数量等于像素阵列112的像素PIX(和转换元件)的列的数量。这使得放射线图像捕获装置能够以简单的结构获取能量相减图像并且防止列信号线的数量被无用地增加。

图3A和图3B示意性地图示了包括第一转换元件901的像素PIXA以及各自包括第二转换元件902的像素PIXB和像素PIXC的截面结构的示例。在本文的描述中，放射线从图的上部进入。然而，放射线可以从图的下部进入。在图3A中，第一转换元件901和第二转换元件902部署在基板310与闪烁体904之间，该闪烁体904部署在基板310的进入表面附近。在图3A中所示的像素PIXB中，遮光层903部署在第二转换元件902与闪烁体904之间。在图3B中，如图3A中那样，第一转换元件901和第二转换元件902部署在基板310与闪烁体904之间，该闪烁体904覆盖基板310的进入表面。在图3B中的结构中的像素PIXC中，遮光层903部署在第二转换元件902与闪烁体905之间，该闪烁体905部署在基板310的与进入表面相对的后表面附近。

每个像素PIX的转换元件S部署在诸如对从闪烁体904和905发射的光光学透明的玻璃基板的绝缘基板310上方。像素PIX包括在基板310上依次部署的导电层311、绝缘层312、半导体层313、非本征半导体层314和导电层315。导电层311构成构成开关T的晶体管(例如，TFT)的栅电极。绝缘层312覆盖导电层311。半导体层313部署在导电层311的构成栅电极的部分上方，其中其间插入绝缘层312。非本征半导体层314部署在半导体层313上并构成构成开关T的晶体管的两个主端子(源极和漏极)。导电层315构成连接到构成开关T的晶体管的两个主端子(源极和漏极)的配线图案。导电层315的一部分构成列信号线Sig，并且另一部分构成将转换元件S和开关T彼此连接的配线图案。

每个像素PIX还包括覆盖绝缘层312和导电层315的层间绝缘层316。在层间绝缘层316中，部署用于连接到导电层315的构成开关T的部分的接触插塞317。像素PIX还包括部署在层间绝缘层316上的转换元件S。在图3A和图3B中所示的示例中，每个转换元件S被构成为间接转换元件，该间接转换元件将由闪烁体904和905从放射线转换的光转换成电信号。转换元件S包括堆叠在层间绝缘层316上的导电层318、绝缘层319、半导体层320、非本征半导体层321、导电层322和电极层325。保护层323和粘合层324部署在转换元件S上。闪烁体904部署在粘合层324上并覆盖基板310的进入表面。闪烁体905覆盖基板310的与进入表面相对的后表面。

导电层318构成转换元件S的下部电极。导电层322和电极层325构成转换元件S的上部电极。导电层318、绝缘层319、半导体层320、非本征半导体层321和导电层322构成作为转换元件S的MIS传感器。非本征半导体层321的示例是n型非本征半导体层。

闪烁体904和905可以由GOS(硫氧化钆)或CsI(碘化铯)材料组成。该材料可以通过粘结、印刷或沉积来形成。闪烁体904和闪烁体905可以由相同的材料组成，或者可以由不同的材料组成，这取决于要被获取的放射线的能量。

在根据本实施例描述的示例中，每个转换元件S是MIS传感器，但是不限于此。转换元件S可以是例如pn或PIN光电二极管。

现在将描述部署在每个第二转换元件902上并且遮蔽从闪烁体904或闪烁体905进入的光的遮光层903的布置。在图3A中所示的结构中，像素PIXB的第二转换元件902在从基板310的进入表面朝着闪烁体904的方向上依次包括构成下部电极的导电层318、半导体层320、以及构成上部电极的导电层322。构成上部电极的导电层322用作遮光层903。具体地，导电层322由对从闪烁体904发射的光不透明的材料(诸如Al、Mo、Cr或Cu)组成，并且导电层322用作遮光层903。即，遮光层903部署在闪烁体904与第二转换元件902之间，使得由像素PIXB的第二转换元件902可以从闪烁体904接收的光的量小于由第一转换元素901接收的光的量。如像素PIXA的第一转换元件901中那样，像素PIXB的第二转换元件902从闪烁体905接收光。在图3B中，像素PIXC的第二转换元件902在从基板310的进入表面朝着闪烁体904的方向上依次包括构成下部电极的导电层318、半导体层320、构成上部电极的导电层322、以及电极层325。构成下部电极的导电层318用作遮光层903。具体地，导电层318由对从闪烁体905发射的光不透明的材料(诸如Al、Mo、Cr或Cu)组成，并且导电层322用作遮光层903。即，遮光层903部署在闪烁体905与第二转换元件902之间，使得由像素PIXC的第二转换元件902可以从闪烁体905接收的光的量小于由第一转换元素901接收的光的量。如像素PIXA的第一转换元件901中那样，像素PIXC的第二转换元件902从闪烁体904接收光。

像素PIXA的第一转换元件901中的导电层318和电极层325由对从闪烁体904发射的光透明的材料(诸如ITO(氧化铟锡))组成。这使得在像素PIXA和与其相邻的像素PIXB或像素PIXC之间具有不同能量成分的信号能够被获取。

在根据本实施例描述的示例中，像素PIXB的导电层322和像素PIXC的导电层318具有单层结构，但不限于此。例如，在像素PIXB的导电层322和像素PIXC的导电层318中，可以堆叠透明材料和不透明材料。在这种情况下，要被遮蔽的光的量由不透明材料的面积确定。根据本实施例，像素PIXB的导电层322和像素PIXC的导电层318用作遮光层903。然而，遮光层903的布置不限于此。在像素PIXB中，例如，可以将专用于从闪烁体904进入的光的由Al、Mo、Cr或Cu组成的遮光层903部署在保护层323中。在这种情况下，遮光层903的电位可以保持恒定。

在如图3B中所示的像素PIXC中那样遮蔽来自闪烁体905的光的情况下，接收来自闪烁体905的光的像素PIXA的开关T和列信号线Sig的位置可以朝着像素PIXC移位。这样的布置使得像素PIXA的第一转换元件901相对于闪烁体905的开口率能够被增加。

如上所述，遮光层903完全遮蔽从闪烁体904或闪烁体905朝着第二转换元件902发射的光不是必要的。假如从遮光层903附近的闪烁体904或闪烁体905接收的光的量在像素PIXA和与其相邻的像素PIXB或像素PIXC之间改变，那么可以执行能量相减。在这种情况下，可以以以下方式执行校正：预先调查入射在像素PIXB或像素PIXC的第二转换元件902上的光与由像素PIXA的第一转换元件901接收的光的百分比，并且基于第一转换元件901的输出来执行差分处理。

在基板310的进入表面上的正射投影中，如图3A和图3B中所示，列信号线Sig与像素PIX部分重叠。这个结构对于每个像素PIX的转换元件S的面积增加这一点是有利的，但是对于列信号线Sig和转换元件S之间的电容耦合变得更强这一点是不利的。当放射线入射在转换元件S上时，电荷蓄积在转换元件S上，并且与下部电极对应的每个导电层318的电位改变，列信号线Sig与转换元件S之间的电容耦合造成其中每个列信号线Sig的电位改变的串扰。图4A和图4B图示了针对串扰的措施。在与列方向相交的行方向上布置转换元件S中的一些，使得在每一行中布置相同数量的包括上面部署有遮光层903的第二转换元件902的像素PIX。在列方向上布置转换元件S中的一些，使得在每一列中布置相同数量的包括第二转换元件902的像素PIX。这个布置抑制由于每一行和每一列中的串扰而发生伪影。

放射线图像捕获装置210可以具有自动检测放射线发射的开始的功能。在这种情况下，例如，操作每个开关T以接通或关断栅极线Vg，读出来自每个转换元件S的信号，并且从输出信号确定放射线发射的存在或不存在。在每一行中布置不同数量的包括包括遮光层903的第二转换元件902的像素PIX的情况下，每一行中输出的信号量彼此不同，并且检测精度变化。因此，如图4A和图4B中所示，在与列方向相交的行方向上布置转换元件S中的一些，使得在每一行中布置相同数量的包括上面部署有遮光层903的第二转换元件902的像素PIX。这个布置使自动检测放射线发射的开始的检测精度稳定。

在图4B中的像素PIX的布置的示例中，包括第二转换元件902的像素PIX的密度低于在图4A中的像素PIX的布置的示例中的密度。来自闪烁体905的光经由基板310入射在转换元件S上。因此，光取决于基板310的厚度而扩散，并且MTF(调制传递函数)降级。由于这个原因，分辨率没有因包括第二转换元件902的像素PIX的密度的降低而实质性降低。即，在第二转换元件902经由基板310接收从面对的闪烁体905发射的光的情况下，包括第二转换元件902的像素PIX的数量可以小于包括第一转换元素901的像素PIX的数量。

可以通过机械抛光或化学抛光来减小基板310的厚度以抑制经由基板310来自闪烁体905的光扩散并抑制MTF被降级。为了抑制MTF被降级，如图3A和图3B中所示，可以在闪烁体905和基板310之间部署用于对从闪烁体发射的光给予指向性的防散射层326，诸如微透镜或百叶窗层。为了抑制MTF被降级，可以通过由计算机240的信号处理单元241执行的图像处理中的锐化处理来增加分辨率。为了使MTF在来自闪烁体904的光的低能量成分与来自闪烁体905的光的高能量成分之间匹配，较高的分辨率与较低的分辨率匹配以使MTF降级，而不是增加分辨率。随后，可以执行能量相减处理。

现在将参考图5描述放射线图像捕获装置210和放射线图像捕获系统200的操作。在本文描述的操作的示例中，放射线图像捕获装置210包括图像捕获面板212，该图像捕获面板212包括像素PIX，这些像素PIX如图2所示包括转换元件S并且以4行4列布置。放射线图像捕获系统200的操作由计算机240控制。放射线图像捕获装置210的操作在计算机240的控制下由控制单元214控制。

控制单元214使驱动电路114和读出电路113执行虚拟读取，直到来自放射线源230的放射线的发射(换句话说，去往放射线图像捕获装置210的放射线的发射)开始。在虚拟读取中，供给到像素阵列112的行中的栅极线Vg1至Vg4的栅极信号通过驱动电路114的驱动依次升高到有效电平，以复位在转换元件S上蓄积的暗电荷。在虚拟读取期间，处于有效电平的复位脉冲被供给到积分放大器105的复位开关，并且列信号线Sig被复位为具有参考电位。暗电荷意指尽管没有放射线入射在转换元件S上但仍产生的电荷。

控制单元214可以例如基于经由计算机240从曝光控制单元220供给的开始通知识别来自放射线源230的放射线的发射的开始。如图1中所示，放射线图像捕获装置210可以包括检测电路216，该检测电路216检测通过像素阵列112的偏置线Bs或列信号线Sig的电流。控制单元214可以基于检测电路216的输出识别来自放射线源230的放射线的发射的开始。

当发射放射线时，控制单元214控制开关T，使得开关T打开(关断)。因此，通过发射的放射线，电荷产生并蓄积在转换元件S上。控制单元214在这个状态下等待，直到放射线的发射结束。

控制单元214随后使驱动电路114和读出电路113执行真实读取。在真实读取中，供给到像素阵列112的行中的栅极线Vg1至Vg4的栅极信号通过驱动电路114的驱动升高到有效电平。读出电路113经由列信号线Sig读出蓄积在转换元件S上的电荷，并且经由多路复用器108、缓冲器109和AD转换器110将电荷作为放射线图像数据输出到计算机240。

现在将描述偏移图像数据的获取。即使在没有放射线发射时，暗电荷也持续地蓄积在转换元件S上。由于这个原因，控制单元214执行与在不发射放射线的情况下获取放射线图像数据时相同的操作以获取偏移图像数据。通过从放射线图像数据减去偏移图像数据，可以移除由于暗电荷而引起的偏移成分。

现在将参考图6描述用于拍摄视频的驱动。当拍摄视频时，栅极线Vg被同时以有效电平驱动用于以高速率进行读取。此时，如果包括第一转换元件901的像素PIX和包括第二转换元件902的像素PIX的信号被输出到单列信号配线Sig，那么不能分离能量成分。因此，如图6中所示，供给到栅极线Vg1和栅极线Vg3的栅极信号被同时升高到有效电平，并且与第一转换元件901对应的转换元件S12和转换元件S32的信号被输出到列信号线Sig2。因此，转换元件S12和转换元件S32的信号在列信号线Sig2中被相加(平均)。同时，与第二转换元件902对应的转换元件S11和转换元件S31的信号被输出到列信号线Sig1。因此，转换元件S11和转换元件S31的信号在列信号线Sig1中被相加(平均)。可以通过将第一转换元件901和第二转换元件902的信号输出到不同的列信号线Sig来执行能量相减处理。

在图6中所示的驱动方法的情况下，栅极线Vg1和栅极线Vg3被同时升高到有效电平用于进行读取，并且在它们之间存在用于一行的空间。因此，空间分辨率降低。鉴于此，如图9中所示，布置与第二转换元件902对应的转换元件S11、S22、S31、S42、S51、S62、S71和S82，使得作为相加的对象的第二转换元件在2行2列的矩阵的对角线上。开关T11、T22、T31、T42、T51、T62、T71和T82以交错布置连接到列信号线Sig1。对于这样的结构，如图10中的时序图中所示，彼此相邻的栅极线(诸如栅极线Vg1和栅极线Vg2)被同时(在同一时段内)升高到有效电平。这使得与第二转换元件902对应的转换元件S11和转换元件S22的信号能够在列信号线Sig1中被相加(平均)。

这样的特征不限于第一转换元件901与第二转换元件902之间的比率为一比一(即，第一转换元件901的布置密度为50％)的情况。例如，如图11中所示，第一转换元件901与第二转换元件902之间的比率为二比一，即，第一转换元件901的布置密度高于第二转换元件902的布置密度。即使在这种情况下，当拍摄视频时，也可以抑制分辨率被降低，并且可以以其中彼此相邻的行中的第二转换元件902连接到同一列信号线Sig的方式来实现以高速率的读取。

如图12中所示，可以以其中作为相加的对象的第二转换元件902在列方向上连续地布置并且彼此相邻的第二转换元件902的信号在同一列信号线Sig上被读出的方式来进行相加(平均)。由于相加(平均)，因此拍摄视频时的读出速率快，并且拍摄视频时的分辨率足够。然而，在捕获静止图像时逐个地从第二转换元件902单独读出信号的情况下，行方向上的分辨率与列方向上的分辨率不同。

图13中所示的布置也是可接受的。在图13中，布置与第二转换元件902对应的转换元件S11、S22、S31、S42、S51、S62、S71和S82，使得作为相加的对象的第二转换元件在2行2列的矩阵的对角线上。开关T11、T22、T31、T42、T51、T62、T71和T82以交错布置连接到列信号线Sig2。布置与第一转换元件901对应的转换元件S12、S21、S32、S41、S52、S61、S72和S81，使得作为相加的对象的第二转换元件在2行2列的矩阵的对角线上。开关T11、T22、T31、T42、T51、T62、T71和T82以交错布置连接到列信号线Sig1。列信号线Sig1和列信号线Sig2位于第一列中的转换元件与第二列中的转换元件之间。在图9中的结构的情况下，当栅极线Vg1和栅极线Vg2被同时升高到有效电平时，开关T13和开关T24被接通，并且转换元件S13和S24的信号被相加。同时，开关T12和T23被接通，并且转换元件S12和S23的信号被相加。当信号由此被相加时，像素质心对于一对转换元件S13和S24以及一对转换元件S12和S23移位。在通过使用具有移位的质心的图像执行能量相减的一些情况下，分辨率降低，并且伪影发生。在图13的情况下，转换元件S11和S22的信号被相加，并且转换元件S12和S21的信号被相加。因此，像素质心彼此匹配。因此，可以抑制分辨率被降低，并且可以抑制伪影发生。

现在将参考图7描述根据本实施例的图像处理的流程。在步骤S910处，控制单元214首先执行上述虚拟读取并随后实现控制以获取放射线图像数据使得在发射放射线的同时蓄积由转换元件S产生的电荷。在步骤S911处，控制单元214随后使驱动电路114和读出电路113执行真实读取以读出放射线图像数据。在步骤S911处，放射线图像数据被输出到计算机240。在步骤S912处，控制单元214随后执行蓄积操作以获取偏移图像数据。在步骤S913处，控制单元214使驱动电路114和读出电路113读出偏移图像数据并将偏移图像数据输出到计算机240。

计算机240的信号处理单元241随后从在步骤S911处获取的放射线图像数据减去在步骤S913处获取的偏移图像数据以进行偏移校正。在步骤S915处，信号处理单元241随后将偏移校正之后的放射线图像数据分离成从第一转换元件901输出的放射线图像数据和从第二转换元件902输出的放射线图像数据。在本文描述的示例中，放射线从图中的上方入射在图3A中的结构上，来自闪烁体904的光被遮蔽，并且第二转换元件902接收由来自闪烁体905的高能量放射线产生的光。从第一转换元件901输出的放射线图像数据被称为双面图像数据。从第二转换元件902输出的放射线图像数据被称为单面图像数据。

在步骤S916处，信号处理单元241随后通过使用在不存在被摄体的状态下获取的增益校正图像数据来执行双面图像数据的增益校正。在步骤S917处，信号处理单元241通过使用增益校正图像数据来执行单面图像数据的增益校正。

在增益校正之后，在步骤S918处，信号处理单元241执行像素插值以对不包括第一转换元件901的像素PIX(换句话说，包括第二转换元件902的像素PIX)的双面图像数据的缺失进行插值。类似地，在步骤S919处，信号处理单元241执行像素插值以对不包括第二转换元件902的像素PIX(换句话说，包括第一转换元件901的像素PIX)的单面图像数据的缺失进行插值。将参考图8A和图8B描述步骤S918和S919处的像素插值。图4B中所示的布置被当作本文描述的示例，其中包括第一转换元件901的像素PIX的数量大于包括第二转换元件902的像素PIX的数量。

现在将参考图8A描述双面图像数据的像素插值。通过使用包括输出双面图像数据的第一转换元件901并且与像素E相邻的像素A、B、C、D、F、G、H和I的双面图像数据来对包括输出单面图像数据的第二转换元件902的像素E的双面图像数据进行插值。例如，信号处理单元241可以通过使用与像素E相邻的八个像素的双面图像数据的平均值来对像素E的双面图像数据进行插值。例如，信号处理单元241可以通过使用与其相邻的一些像素(诸如像素B、D、F和H)的双面图像数据的平均值来对像素E的双面图像数据进行插值。作为步骤S918处的像素插值的结果，通过使用到像素PIX的放射线的高能量成分和低能量成分来产生放射线图像数据。

现在将参考图8B描述单面图像数据的像素插值。通过使用包括输出单面图像数据的第二转换元件902并且与像素J相邻的像素K、L、M和N的单面图像数据来对包括输出双面图像数据的第一转换元件901的像素J的单面图像数据进行插值。例如，信号处理单元241可以通过使用与像素J相邻的四个像素的单面图像数据的平均值来对像素J的单面图像数据进行插值。在这种情况下，例如，从像素J的位置到像素K的距离不同于到像素N的距离。因此，从像素K、L、M和N输出的单面图像数据可以取决于距离被加权以用于平均化。作为步骤S919处的像素插值的结果，通过使用到像素PIX的放射线的高能量成分来产生放射线图像数据。

在步骤S920处，信号处理单元241随后产生放射线的低能量成分的放射线图像数据。在如上所述每个遮光层903部署在放射线入射在第二转换元件902上的位置附近的情况下，单面图像数据与高能量成分的放射线图像数据对应。双面图像数据与具有高能量和低能量成分两者的放射线图像数据对应。由于这个原因，可以通过从执行像素插值的双面图像数据减去执行像素插值的单面图像数据来产生低能量成分的放射线图像数据。

在每个遮光层903部署在与放射线入射在第二转换元件902上的位置相对的位置处的情况下，单面图像数据与低能量成分的放射线图像数据对应。由于这个原因，可以通过从执行像素插值的双面图像数据减去执行像素插值的单面图像数据来产生高能量成分的放射线图像数据。然而，高能量成分的放射线图像是放射线入射的位置附近的闪烁体904不能吸收的放射线成分的图像。因此，来自闪烁体905的光强度小于来自闪烁体904的光强度。因此，在从双面图像数据减去单面图像数据以产生高能量成分的放射线图像数据的情况下，高能量成分的放射线图像数据包含低能量成分的放射线图像数据的噪声。因此，高能量成分的放射线图像数据的S/N比减小。由于这个原因，如上所述，根据本发明，来自放射线入射在第二转换元件902上的位置的光被遮蔽，双面图像数据具有高能量成分和低能量成分，并且单面图像数据具有高能量成分。从双面图像数据减去单面图像数据以产生低能量图像提高了S/N比。

在步骤S922处，信号处理单元241产生能量相减图像。具体地，信号处理单元241获取在步骤S920处获取的从第一转换元件901输出的信号与从第二转换元件902输出的信号之间的差、以及从第二转换元件902输出的信号之间的差。因此，可以产生对应于高能量成分的放射线图像数据与低能量成分的放射线图像数据之间的差的能量相减图像。

信号处理单元241可以基于在步骤S918处从第一转换元件901输出的双面图像数据来产生没有步骤S920处的能量相减的通常的放射线图像。第一转换元件901接收来自放射线入射的位置附近的闪烁体904的光和来自与放射线入射的位置相对的位置附近的闪烁体905的光。这使得通常的放射线图像的S/N比能够高于仅接收来自单个闪烁体的光的情况下的S/N比。

本文考虑的是以下放射线图像捕获装置：该放射线图像捕获装置在日本专利申请特开No.2010-56396中公开并且包括两个转换元件，这两个转换元件中的一个是仅接收来自放射线入射的位置附近的闪烁体的光的转换元件，并且这两个转换元件中的另一个是仅接收来自相对侧的闪烁体的光的转换元件，以便产生放射线图像的单条像素数据。获取从两个转换元件输出的两个信号之间的差，以产生能量相减图像。通过将两个信号相加，可以产生通常的放射线图像。然而，由于需要两个转换元件来产生单条像素数据，因此结构复杂，并且存在制造成本增加的可能性。另外，每个转换元件的大小减小，并且存在获取的信号的S/N比减小的可能性。当产生通常的放射线图像并且两个信号被相加时，叠加在信号上的噪声也被相加，并且存在S/N比减小的可能性。然而，根据本实施例，遮蔽来自闪烁体904或闪烁体905的光的遮光层903仅部署在像素PIX当中包括第二转换元件902的一些像素PIX中。即，仅需要将遮光层903添加到像素PIX中的一些。因此，结构不复杂，制造成本降低，并且放射线图像捕获装置可以获取能量相减图像。第一转换元件901接收从闪烁体904和闪烁体905发射的光，并且提高了对入射放射线的灵敏度。因此，可以提高获取的放射线图像的质量。当产生通常的放射线图像时，从通过接收从两个闪烁体904和905发射的光而产生的信号来产生放射线图像。由于这个原因，与在日本专利申请特开No.2010-56396中公开的结构的情况不同，提高了捕获通常的放射线图像时的S/N比。

根据本实施例，可以通过使用单个图像捕获面板212利用放射线照射被摄体一次(一次拍摄方法)来记录具有两个不同能量成分的放射线的放射线图像。由于这个原因，放射线图像捕获装置的部件的数量减小，并且制造成本可以低于通过使用两个图像捕获面板来产生能量相减图像的放射线图像捕获装置的制造成本。另外，可以减小放射线图像捕获装置210的重量，并且放射线图像捕获装置对于用户而言可以携带并且易于操纵。由于能量相减图像由单个图像捕获面板产生，因此放射线图像捕获装置在两个图像捕获面板之间的转换元件不在适当位置上不具有问题。此外，除了能量相减图像之外，放射线图像捕获装置还可以产生具有高S/N比的通常的放射线图像。

以上描述了本发明的实施例。不言而喻，本发明不限于该实施例。在不脱离本发明的精神的情况下，可以适当地修改和组合以上实施例。

本发明不限于以上实施例。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改和变更。因此，附上以下权利要求以使本发明的范围公开。

本申请要求2017年11月10日提交的日本专利申请No.2017-217014的优先权，该日本专利申请特此通过引用整体并入本文。

Claims (18)

1.一种放射线图像捕获装置，包括：像素阵列，所述像素阵列包括在光学透明基板上以多个行和多个列布置的多个转换元件；多个信号线，所述多个信号线输出由所述多个转换元件产生的信号并且在列方向上延伸；第一闪烁体，所述第一闪烁体部署在所述基板的第一表面附近；以及第二闪烁体，所述第二闪烁体部署在所述基板的与所述第一表面相对的第二表面附近，

其中所述多个转换元件包括多个第一转换元件和多个第二转换元件，

其中所述多个第一转换元件接收来自所述第一闪烁体和所述第二闪烁体的光，

其中在所述第一闪烁体与所述多个第二转换元件之间部署遮光层，使得所述多个第二转换元件接收来自所述第二闪烁体的光并且由所述多个第二转换元件从所述第一闪烁体接收的光的量小于由所述多个第一转换元件接收的光的量，并且

其中所述多个转换元件的列的数量等于所述多个信号线的数量。

2.根据权利要求1所述的放射线图像捕获装置，其中所述多个第二转换元件当中与一个第二转换元件相邻的行中的第二转换元件连接到所述多个信号线当中所述一个第二转换元件连接到的信号线。

3.根据权利要求2所述的放射线图像捕获装置，还包括：驱动所述像素阵列的驱动电路，

其中所述驱动电路驱动所述像素阵列，使得来自所述一个第二转换元件的信号和来自相邻的行中的所述第二转换元件的信号在同一时段内被输出到信号线。

4.根据权利要求1所述的放射线图像捕获装置，其中所述多个转换元件部署在所述第一表面与所述第一闪烁体之间。

5.根据权利要求4所述的放射线图像捕获装置，其中所述多个转换元件在从所述第一表面朝着所述第一闪烁体的方向上依次包括第一电极、半导体层、以及第二电极，并且

其中所述第二电极用作所述多个第二转换元件的遮光层。

6.根据权利要求4所述的放射线图像捕获装置，其中在所述第二闪烁体与所述第二表面之间部署防散射层。

7.根据权利要求1所述的放射线图像捕获装置，其中所述多个转换元件部署在所述第二表面与所述第二闪烁体之间。

8.根据权利要求7所述的放射线图像捕获装置，其中所述多个转换元件在从所述第二表面朝着所述第二闪烁体的方向上依次包括第一电极、半导体层、以及第二电极，并且

其中所述第一电极用作所述多个第二转换元件的遮光层。

9.根据权利要求1所述的放射线图像捕获装置，其中放射线从所述第一表面进入。

10.根据权利要求1所述的放射线图像捕获装置，其中放射线从所述第二表面进入。

11.根据权利要求1所述的放射线图像捕获装置，其中所述多个转换元件当中布置在与所述列方向相交的行方向上的转换元件在每一行中包括相同数量的第二转换元件。

12.根据权利要求11所述的放射线图像捕获装置，其中所述多个转换元件当中布置在所述列方向上的转换元件在每一列中包括相同数量的第二转换元件。

13.根据权利要求1所述的放射线图像捕获装置，其中所述多个转换元件当中布置在所述列方向上的转换元件在每一列中包括相同数量的第二转换元件。

14.根据权利要求1所述的放射线图像捕获装置，其中所述多个第二转换元件的数量小于所述多个第一转换元件的数量。

15.一种放射线图像捕获系统，包括：根据权利要求1所述的放射线图像捕获装置；以及信号处理单元，所述信号处理单元处理来自所述放射线图像捕获装置的信号。

16.根据权利要求15所述的放射线图像捕获系统，其中所述信号处理单元基于从所述多个第一转换元件输出的信号和从所述多个第二转换元件输出的信号来产生能量相减图像。

17.根据权利要求15所述的放射线图像捕获系统，其中所述信号处理单元基于从所述多个第一转换元件输出的信号与从所述多个第二转换元件输出的信号之间的差以及从所述多个第二转换元件输出的信号之间的差来产生能量相减图像。

18.根据权利要求15所述的放射线图像捕获系统，其中所述信号处理单元基于从所述多个第一转换元件输出的信号来产生通常的放射线图像。