JP4842192B2 - 放射線画像検出装置及びそれに用いられる残存電荷量推定方法並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、ＴＦＴスイッチを有する多数の画素が２次元状に配列された放射線画像検出器により放射線画像を検出する放射線画像検出装置及びそれに用いられる残存電荷量推定方法並びにプログラムに関するものである。

近年、ＴＦＴ（thin film transistor）アクティブマトリクスアレイ上に放射線感応層を配置し、被写体を透過した放射線に応じて発生した潜像電荷を一旦蓄積し、この蓄積した潜像電荷を電気信号として読み取ることができる放射線画像検出器が知られている。

まず、図７を用いて従来の放射線画像検出器の構成について説明する。図７は４×４画素の模式的概略構成図である。図７において、１１１は画素、１１２はＴＦＴスイッチ、１１３は走査線、１１４はデータ線である。

図７の紙面に垂直な方向から入射したＸ線等の放射線は放射線感応層において電荷に変換され、その電荷が各画素１１１に蓄積される。その後、走査線１１３によりＴＦＴスイッチ１１２を順次動作させ、この蓄積電荷をＴＦＴスイッチ１１２のソース・ドレイン電極の一方と接続されたデータ線１１４に転送し、信号検出器１１５によって読み取る。

このような放射線画像検出器において、この蓄積電荷は読取り等の処理により消去されるが、この電荷の消去が不完全である場合には、残った電荷が残存電荷として放射線画像検出器内に保持され、比較的に長い時間に亘って徐々に減衰する。この残存電荷が完全に消去されていないまま次の撮影が行われると、保持された残存電荷が次の撮影の画像信号とともに検出され、入射した放射線の線量の正確な測定値を得る上で障害となる。

この問題を解決するため、たとえば、特許文献１においては、放射線画像検出器により得られた放射線画像の画素値を用いて放射線画像検出器中に存在する残存電荷量を推定し、次の撮影により得られた放射線画像の画素値を補正する方法が提案されている。
特開２００３−１０１５９号公報

しかしながら、上記放射線画像検出器の画素アレイに所定の規定値を超える大線量の放射線が照射された領域がある場合、その入射領域の画素には放射線に応じて発生した過剰な潜像電荷が蓄積され、放射線画像検出器内に保持される残存電荷量が増加するにもかかわらず、画素値は上限の飽和値に信号の範囲が限定されるため、この飽和値より大きい線量情報を取得することができない。これにより、画素値を用いて残存電荷量を推定する特許文献１に記載の方法では、入射された放射線の線量が上記規定値を超えるものである場合には、残存電荷の量を正しく推定することができない。

本発明は、上記の事情に鑑み、入射する放射線が所定の規定値（画素値が飽和値となる値）を超える大線量のものである場合、その放射線画像検出器中に存在する残存電荷量を推定することが可能な放射線画像検出装置及びそれに用いられる残存電荷量推定方法並びにプログラムを提供することを目的とする。

本発明の残存電荷量推定方法は、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、該収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および該蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素とＴＦＴスイッチをオン／オフするための多数の走査線と蓄積容量に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出装置中に存在する残存電荷量を推定する残存電荷量推定方法であって、ＴＦＴスイッチがオフの状態でデータ線に流れ出すリーク電流を検出し、各走査線毎に該走査線に接続されたＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にしてデータ線に流れ出す画像信号を読み出し、画像信号が飽和値である飽和画素が存在するデータ線のうち少なくとも１つのデータ線で検出されたリーク電流と該データ線における飽和画素の数とから単位飽和画素当りの平均リーク電流を算出し、該平均リーク電流に基づいて単位飽和画素中に存在する残存電荷量を推定することを特徴とする。

本発明の放射線画像検出装置は、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、該収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および該蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素とＴＦＴスイッチをオン／オフするための多数の走査線と蓄積容量に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器を用いて放射線画像を検出する放射線画像検出装置であって、ＴＦＴスイッチがオフの状態でデータ線に流れ出すリーク電流を検出するリーク電流検出手段と、各走査線毎に該走査線に接続されたＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にしてデータ線に流れ出す画像信号を読み出す画像信号読出手段と、画像信号が飽和値である飽和画素が存在するデータ線のうち少なくとも１つのデータ線で検出されたリーク電流と該データ線における飽和画素の数とから単位飽和画素当たりの平均リーク電流を算出する平均リーク電流算出手段と、該平均リーク電流に基づいて単位飽和画素中に存在する残存電荷量を推定する残存電荷量推定手段とを備えたことを特徴とする。

また、上記本発明の放射線画像検出装置においては、予め求めておいた時間の経過によって残存電荷量が減衰する減衰率を用いて、残存電荷量が所定の閾値以下になるまでの所要時間を算出する所要時間算出手段と、残存電荷量を推定した後所要時間が経過するまで、警告を少なくとも１回出力する警告手段とを備えるようにすることができる。

また、予め求めておいた時間の経過によって残存電荷量が減衰する減衰率を用いて、残存電荷量が所定の閾値以下になるまでの所要時間を算出する所要時間算出手段と、残存電荷量を推定した後所要時間が経過するまで、放射線画像検出器による放射線画像の撮影を制限する制限手段とを備えるようにすることができる。

また、予め求めておいた時間の経過によって残存電荷量が減衰する減衰率を用いて、残存電荷量が所定の閾値以下になるまでの所要時間を算出する所要時間算出手段と、放射線画像検出器による次の撮影時に、残存電荷量を推定した後所要時間が経過してない場合、残存電荷を消去する残存電荷消去手段とを備えるようにすることができる。

また、リーク電流検出手段は、予め求めておいた時間の経過によってリーク電流が減衰する減衰率を用いて、リーク電流の検出時における放射線の照射からの時間の経過から検出したリーク電流の値を補正するリーク電流補正手段を有するものとすることができる。

本発明の残存電荷量推定プログラムは、コンピュータに、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、該収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および該蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素とＴＦＴスイッチをオン／オフするための多数の走査線と蓄積容量に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器中に存在する残存電荷量の推定を実行させるためのプログラムであって、ＴＦＴスイッチがオフの状態でデータ線に流れ出すリーク電流を検出し、各走査線毎に該走査線に接続されたＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にしてデータ線に流れ出す画像信号を読み出し、画像信号が飽和値である飽和画素が存在するデータ線のうち少なくとも１つのデータ線で検出されたリーク電流と該データ線における飽和画素の数とから単位飽和画素当りの平均リーク電流を算出し、該平均リーク電流に基づいて単位飽和画素中に存在する残存電荷量を推定することを実行させるためのものである。

なお、上記残存電荷量の推定は、画像信号が飽和値である飽和画素が存在するデータ線のうち少なくとも１つのデータ線で検出されたリーク電流と該データ線における飽和画素の数とから単位飽和画素当りの平均リーク電流を算出し、その平均リーク電流に基づいて行う種々の方法による推定を含むものであり、画像信号が飽和値である飽和画素が存在する単一のデータ線で検出されたリーク電流と該データ線における飽和画素の数とから単位飽和画素当りの平均リーク電流を算出し、その平均リーク電流に基づいて推定するようにしてもよいし、画像信号が飽和値である飽和画素が存在する複数のデータ線で検出された複数のリーク電流と各データ線における飽和画素の数とから、その複数のデータ線の各々に対して単位飽和画素当りの平均リーク電流を算出し、それらの平均リーク電流に基づいて、例えばそれらの平均リーク電流のうち最大の平均リーク電流に基づいて推定するようにしてもよい。また、画像信号が飽和値である飽和画素が存在する複数のデータ線で検出された複数のリーク電流の合計と各データ線における飽和画素の数の合計とから、単位飽和画素当りの平均リーク電流を算出し、その平均リーク電流に基づいて残存電荷量を推定するようにしてもよい。

本発明の放射線画像検出装置及びそれに用いられる残存電荷量推定方法並びにプログラムによれば、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、該収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および該蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素とＴＦＴスイッチをオン／オフするための多数の走査線と蓄積容量に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器を用いて、ＴＦＴスイッチがオフの状態でデータ線に流れ出すリーク電流を検出し、各走査線毎に該走査線に接続されたＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にしてデータ線に流れ出す画像信号を読み出し、画像信号が飽和値である飽和画素が存在するデータ線のうち少なくとも１つのデータ線で検出されたリーク電流と該データ線における飽和画素の数とから単位飽和画素当りの平均リーク電流を算出し、該平均リーク電流に基づいて単位飽和画素中に存在する残存電荷量を推定することにより、入射する放射線が所定の規定値（画素値が飽和値となる値）を超える大線量のものである場合における放射線画像検出器中の残存電荷量を推定する性能を向上させることができる。

具体的に、放射線画像検出器においてＴＦＴスイッチがオフの状態では各データ線に全くリーク電流を流さないことが好ましいが、画素アレイに所定の規定値を超える大線量の放射線が照射された領域がある場合、その入射領域の画素は飽和し、その飽和画素から過剰な信号電荷が各データ線に漏洩して、各データ線に、そのデータ線に接続されている全飽和画素の漏洩信号の総和となるリーク電流が流れる。そこで、データ線に流れ出すリーク電流とそのデータ線における飽和画素の数から単位飽和画素当りの平均リーク電流を算出し、その平均リーク電流から残存電荷量を推定することができる。

また、上記本発明の放射線画像検出装置が、予め求めておいた時間の経過によって残存電荷量が減衰する減衰率を用いて、残存電荷量が所定の閾値以下になるまでの所要時間を算出する所要時間算出手段と、残存電荷量を推定した後所要時間が経過するまで、警告を少なくとも１回出力する警告手段とを備えたものである場合、その警告の出力により、ユーザは残存電荷量が所定の閾値より大きいことを認識することができ、次の撮影を適切なタイミングで行うことができる。

また、予め求めておいた時間の経過によって残存電荷量が減衰する減衰率を用いて、残存電荷量が所定の閾値以下になるまでの所要時間を算出する所要時間算出手段と、残存電荷量を推定した後所要時間が経過するまで、放射線画像検出器による放射線画像の撮影を制限する制限手段とを備えたものである場合、残存電荷量が所定の閾値以下になったときのみ撮影を許可し、撮影により得られた放射線画像の画質を所定のレベル以上で維持することができる。

また、予め求めておいた時間の経過によって残存電荷量が減衰する減衰率を用いて、残存電荷量が所定の閾値以下になるまでの所要時間を算出する所要時間算出手段と、放射線画像検出器による次の撮影時に、残存電荷量を推定した後所要時間が経過してない場合、残存電荷を消去する残存電荷消去手段とを備えたものであれば、ユーザの所望する撮影タイミングに応じて撮影を行うとき、放射線画像検出器中の残存電荷量を許容範囲内に低減し、撮影により得られた放射線画像の画質を向上させることができる。

また、リーク電流検出手段が、予め求めておいた時間の経過によってリーク電流が減衰する減衰率を用いて、リーク電流の検出時における放射線の照射からの時間の経過から検出したリーク電流の値を補正するリーク電流補正手段を有するものである場合、残存電荷量の推定精度をより向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の放射線画像検出装置の一実施の形態について説明する。なお、図１のような放射線画像検出装置１００の構成は、補助記憶装置に読み込まれた残存電荷量推定プログラムをコンピュータ（たとえばパーソナルコンピュータ等）上で実行することにより実現される。このとき、この残存電荷量推定プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の情報記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされる。

放射線画像検出装置１００は、放射線画像検出器１０１と、放射線画像検出器１０１から出力された信号を検出する信号検出器１０２と、放射線画像検出器１０１の走査線Ｇにスキャン信号を出力するスキャン信号制御装置１０３と、信号検出器１０２によって検出された検出信号を取得して放射線画像検出器１０１中の残存電荷量を推定する処理を行うとともに、スキャン信号制御装置１０３および信号検出器１０２に制御信号を出力する残存電荷量推定装置１０４とを備えている。

放射線画像検出器１０１は、バイアス電極と半導体膜と電荷収集電極とから構成される画像センサー部と、画像センサー部で検出された電荷信号を蓄積する電荷蓄積容量５と、電荷蓄積容量５に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチ４とから構成される画素Ｐｉｊ（ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜４）が２次元状に多数配列されたものである。そして、上記ＴＦＴスイッチ４をオン／オフするための多数の走査線Ｇと上記電荷蓄積容量に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ線Ｓとが設けられている。なお、本実施の形態では、発明の理解を容易にするために放射線画像検出器１０１が４×４個の画素が２次元状に配列されているものとする。

残存電荷量推定装置１０４は、信号検出器１０２によって検出された検出信号を用いて放射線画像検出器１０１における単位飽和画素当たりの平均リーク電流を算出する平均リーク電流算出手段１０５と、この平均リーク電流に基づいて放射線画像検出器１０１中に存在する残存電荷量を推定する残存電荷量推定手段１０６と、残存電荷量推定手段１０６によって得られた残存電荷量が所定の閾値以下になるまでの所要時間を算出する所要時間算出手段１０７と、所要時間算出手段１０７によって算出された所要時間を用いて各種処理を行う図示しない警告手段、制限手段、残像消去手段等の処理手段とを備えている。

ここで、放射線画像検出器１０１についてより詳細に説明する。図２は、放射線画像検出器１０１の１画素単位の構造を示す断面図、図３はその平面図である。

図２に示すように、放射線画像検出器１０１は、アクティブマトリックス基板１０上に、放射線の照射を受けて内部に電荷（電子−正孔）を発生する半導体膜６、及び、図示しない高圧電源に接続されたバイアス電極（共通電極）７が順次形成されている。半導体膜６は、放射線による画像情報を電荷情報に変換するためのものであり、例えば、セレンを主成分とする非晶質のａ−Ｓｅ（アモルファスセレン）からなる。ここで、主成分とは、５０％以上の含有率を有するということである。

以下に、アクティブマトリックス基板１０について詳しく説明する。

アクティブマトリックス基板１０は、ガラス基板１、走査線Ｇ、電荷蓄積容量電極（以下、Ｃ_ｓ 電極と称する）１４、ゲート絶縁膜１５、接続電極１３、半導体層８、コンタクト層９、データ線Ｓ、絶縁保護膜１７、層間絶縁膜１２、電荷収集電極１１とを有している。

また、走査線Ｇやゲート絶縁膜１５、データ線Ｓ、接続電極１３、半導体層８、コンタクト層９等で以て薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）４が構成されており、Ｃ_ｓ 電極１４やゲート絶縁膜１５、接続電極１３等で以て電荷蓄積容量（Ｃ_ｓ ）５が構成されている。

ガラス基板１は支持基板であり、ガラス基板１としては、例えば、無アルカリガラス基板を用いることができる。走査線Ｇ及びデータ線Ｓは、格子状に配列された電極配線であり、その交点には薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴスイッチと称する）４が形成されている。ＴＦＴスイッチ４はスイッチング素子であり、そのソース・ドレインは、各々データ線Ｓと接続電極１３とに接続されている。データ線Ｓはそのソース電極、接続電極１３はそのドレイン電極である。つまり、データ線Ｓは、信号線としての直線部分と、ＴＦＴスイッチ４を構成するための延長部分とを備えており、接続電極１３は、ＴＦＴスイッチ４と電荷蓄積容量５とをつなぐように設けられている。

ゲート絶縁膜１５は、ＳｉＮ_Ｘ や、ＳｉＯ_Ｘ 等からなっている。ゲート絶縁膜１５は、走査線Ｇ及びＣ_ｓ 電極１４を覆うように設けられており、走査線Ｇ上に位置する部位がＴＦＴスイッチ４におけるゲート絶縁膜として作用し、Ｃ_ｓ 電極１４上に位置する部位は電荷蓄積容量５における誘電体層として作用する。つまり、電荷蓄積容量５は、走査線Ｇと同一層に形成されたＣ_ｓ 電極１４と接続電極１３との重畳領域によって形成されている。なお、ゲート絶縁膜１５としては、ＳｉＮ_Ｘ やＳｉＯ_Ｘ に限らず、走査線Ｇ及びＣ_ｓ 電極１４を陽極酸化した陽極酸化膜を併用することもできる。

また、半導体層（ｉ層）８はＴＦＴスイッチ４のチャネル部であり、データ線Ｓと接続電極１３とを結ぶ電流の通路である。コンタクト層（ｎ^＋ 層）９はデータ線Ｓと接続電極１３とのコンタクトを図る。

絶縁保護膜１７は、データ線Ｓ及び接続電極１３上、つまり、ガラス基板１上に、ほぼ全面（ほぼ全領域）にわたって形成されている。これにより、接続電極１３とデータ線Ｓとを保護すると共に、電気的な絶縁分離を図っている。また、絶縁保護膜１７は、その所定位置、つまり、接続電極１３において電荷蓄積容量５を介してＣ_ｓ 電極１４と対向している部分上に位置する部位に、コンタクトホール１６を有している。

電荷収集電極１１は、非晶質透明導電酸化膜からなっている。電荷収集電極１１は、コンタクトホール１６を埋めるようにして形成されており、データ線Ｓ上及び接続電極１３上に積層されている。電荷収集電極１１と半導体膜６とは電気的に導通しており、半導体膜６で発生した電荷を電荷収集電極１１で収集できるようになっている。

層間絶縁膜１２は、感光性を有するアクリル樹脂からなり、ＴＦＴスイッチ４の電気的な絶縁分離を図っている。層間絶縁膜１２には、コンタクトホール１６が貫通しており、電荷収集電極１１は接続電極１３に接続されている。

ガラス基板１上には、走査線Ｇ及びＣ_ｓ 電極１４が設けられている。走査線Ｇの上方には、ゲート絶縁膜１５を介して、半導体層（ｉ層）８、及び、コンタクト層（ｎ^＋ 層）９がこの順に形成されている。コンタクト層９上には、データ線Ｓと接続電極１３とが形成されている。接続電極１３は、電荷蓄積容量５を構成する層の上方に積層されている。また、接続電極１３とデータ電極３の上方には絶縁保護膜１７が配されている。

絶縁保護膜１７の上方には、ＴＦＴスイッチ４の層間絶縁膜１２が設けられている。層間絶縁膜１２の上層、すなわちアクティブマトリックス基板１０の最上層には電荷収集電極１１が設けられている。電荷収集電極１１とＴＦＴスイッチ４とは接続電極１３を介して接続されている。

また、Ｃ_ｓ 電極１４の上方にはゲート絶縁膜１５が配されており、その上方には接続電極１３が配されている。電荷収集電極１１と接続電極１３とは、層間絶縁膜１２を貫通するコンタクトホール１６によって接続されている。

バイアス電極７とＣ_ｓ 電極１４との間には、図示しない高圧電源が接続されている。この高圧電源により、バイアス電極７とＣ_ｓ 電極１４との間に電圧が印加される。これにより、電荷蓄積容量５を介してバイアス電極７と電荷収集電極１１との間に電界を発生させることができる。このとき、半導体膜６と電荷蓄積容量５とは、電気的に直列に接続された構造になっているので、バイアス電極７にバイアス電圧を印加しておくと、半導体膜６内で電荷（電子−正孔対）が発生する。半導体膜６で発生した電子は＋電極側に、正孔は−電極側に移動し、その結果、電荷蓄積容量５に電荷が蓄積される。

放射線画像検出器１０１全体としては、電荷収集電極１１は２次元に複数配列されると共に、電荷収集電極１１に個別に接続された電荷蓄積容量５と、電荷蓄積容量５に個別に接続されたＴＦＴスイッチ４とを複数備えている。これにより、２次元の放射線情報を一旦電荷蓄積容量５に蓄積し、ＴＦＴスイッチ４を順次走査していくことで、２次元の電荷情報を簡単に読み出すことができる。

以下に、放射線画像検出器１０１の製造工程の一例について説明する。

まず、ガラス基板１上に、ＴａやＡｌ等の金属膜をスパッタ蒸着により厚さ約３００ｎｍに成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、走査線Ｇ及びＣ_ｓ 電極１４を形成する。

そして、この走査線Ｇ及びＣ_ｓ 電極１４を覆うようにして、ガラス基板１の略全面にＳｉＮ_Ｘ や、ＳｉＯ_Ｘ 等からなるゲート絶縁膜１５をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法により厚さ約３５０ｎｍに成膜する。なお、ゲート絶縁膜１５としては、ＳｉＮ_Ｘ やＳｉＯ_Ｘ に限らず、走査線Ｇ及びＣ_ｓ 電極１４を陽極酸化した陽極酸化膜を併用することもできる。

また、ゲート絶縁膜１５を介して、走査線Ｇの上方に半導体層８が配されるように、ＣＶＤ法により、アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと称する）を、厚さ約１００ｎｍに成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、半導体層８を形成する。

半導体層８の上層にコンタクト層９が配されるように、ＣＶＤ法によりａ−Ｓｉを厚さ約４０ｎｍに成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、コンタクト層９を形成する。

さらに、コンタクト層９上に、ＴａやＡｌ等の金属膜をスパッタ蒸着により厚さ約３００ｎｍに成膜した後、所望の形状にパターニングすることにより、データ線Ｓ及び接続電極１３を形成する。

このようにしてＴＦＴスイッチ４及び電荷蓄積容量５等を形成したガラス基板１の略全面を覆うようにＳｉＮ_Ｘ をＣＶＤ法で厚さ約３００ｎｍに成膜することにより、絶縁保護膜１７を形成する。その後、コンタクトホール１６となる接続電極１３上の所定の部分に形成された、ＳｉＮ_Ｘ 膜を除去しておく。

上記絶縁保護膜１７上の略全面を覆うように、感光性を有するアクリル樹脂等を厚さ約３μｍに成膜し、層間絶縁膜１２を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術によるパターニングを行い、絶縁保護膜１７におけるコンタクトホール１６となる部分と位置合わせをしてコンタクトホール１６を形成する。

層間絶縁膜１２上に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の非晶質透明導電酸化膜をスパッタ蒸着法にて厚さ約２００ｎｍに成膜し、所望の形状にパターニングして電荷収集電極１１を形成する。この時、絶縁保護膜１７及び層間絶縁膜１２に設けたコンタクトホール１６を介して、電荷収集電極１１と接続電極１３とを電気的に導通させる（短絡させる）。

なお、本実施形態では上述したように、アクティブマトリックス基板１０として電荷収集電極１１がＴＦＴスイッチ４の上方にオーバーラップする、いわゆる屋根型構造（マッシュルーム電極構造）を採用しているが、非屋根型構造を採用してもかまわない。また、スイッチング素子としてａ−Ｓｉを用いたＴＦＴ４を用いたが、これに限らず、ｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）を用いてもよい。また、データ線Ｓ及び接続電極１３がゲート絶縁膜１５を介して走査線Ｇより上方にある逆スタガ構造を採用したが、スタガ構造にしてもよい。

上記のように形成されたアクティブマトリックス基板１０の画素配列領域をすべて覆うように、ａ−Ｓｅからなる半導体膜６を真空蒸着法により膜厚が約０．５ｍｍ〜１．５ｍｍになるように成膜する。

最後に、半導体膜６の略全面にＡｕ、Ａｌなどからなるバイアス電極７を真空蒸着法により約２００ｎｍの厚さで形成する。

なお、半導体膜６と電荷収集電極１１との界面に、電子又は正孔の半導体膜６への注入を阻止する電荷注入阻止層や、半導体膜６と電荷収集電極１１との密着性を向上させるバッファー層を形成してもよい。また同様に、半導体膜６とバイアス電極７の界面にも電荷注入阻止層やバッファー層を形成してもよい。電荷注入阻止層やバッファー層としてはａ−Ａｓ_２ Ｓｅ_３ や、アルカリ元素イオンやハロゲン元素イオンが添加されたａ−Ｓｅ等を用いることが可能である。

次に、上記構造の放射線画像検出器の動作原理について説明する。バイアス電極７とＣ_ｓ 電極１４との間に電圧を印加した状態で、半導体膜６に放射線が照射されると、半導体膜６内に電荷（電子−正孔対）が発生する。そして、半導体膜６と電荷蓄積容量５とは電気的に直列に接続された構造となっているので、半導体膜６内に発生した電子は＋電極側に、正孔は−電極側に移動し、その結果、電荷蓄積容量５に電荷が蓄積される。

電荷蓄積容量５に蓄積された電荷は、走査線Ｇへの入力信号によってＴＦＴスイッチ４をオン状態にすることによりデータ線Ｓを介して外部に取り出すことが可能となる。

そして、走査線Ｇとデータ線Ｓ、ＴＦＴスイッチ４及び電荷蓄積容量５は、すべてＸＹマトリクス状に設けられているため、走査線Ｇに入力する信号を順次走査し、データ線Ｓからの信号をデータ線Ｓ毎に検知することにより、二次元的に放射線の画像情報を得ることが可能となる。

次に、放射線画像検出装置１００の作用を図１、図４、図５および図６を用いて説明する。

まず、上述したように放射線画像検出器１０１に対して放射線を照射することにより放射線画像データの書き込みが行われる。放射線の照射量に応じて半導体膜６において発生した電荷は、各電荷収集電極１１に集められ、電荷収集電極１１に電気的に接続された電荷蓄積容量５に蓄積される。

そして、まず、残存電荷量推定装置１０４からスキャン信号制御装置１０３および信号検出器１０２にリークレベル検出用の制御信号が出力される。そして、スキャン信号制御装置１０３により全走査線ＧにＴＦＴスイッチ４がオフとなる信号を印加した状態で各データ線Ｓ１〜Ｓ４に流れ出した信号、すなわちリーク電流Ｃ１〜Ｃ４が、各データ線Ｓ１〜Ｓ４に接続された各信号検出器１０２により検出される。そして、各信号検出器１０２により検出されたリーク電流Ｃ１〜Ｃ４は、平均リーク電流算出手段に１０５に出力される。

なお、リーク電流は、放射線の照射から時間の経過によって減衰するため、リーク電流を検出するタイミングの変化によってリーク電流の値が変化する。そこで、予め求めておいた時間の経過によってリーク値が減衰する減衰率を用いて、リーク電流の検出時における放射線の照射からの時間の経過から、検出したリーク電流の値を任意の設定した時刻に検出して得られるリーク電流の値に補正し、補正したリーク電流の値を平均リーク電流算出手段１０５に出力することができる。

そして、信号検出装置１０４からスキャン信号制御装置１０３に画像信号検出用の制御信号が出力され、この制御信号に応じてスキャン信号制御装置１０３から各走査線Ｇ４〜Ｇ１に順次ＴＦＴスイッチ４をオン状態とするスキャン信号が出力される。また、このとき信号検出装置１０４から信号検出器１０２にも画像信号検出用の制御信号が出力され、この制御信号に応じて信号検出器１０２は、各信号検出器１０２に接続されたデータ線Ｓ１〜Ｓ４に流れ出した信号、すなわち画像信号Ｄを検出する。

具体的には、まず、スキャン信号制御装置１０３から走査線Ｇ４にＴＦＴスイッチ４をオン状態とするスキャン信号が出力され、この走査線Ｇ４に接続された画素Ｐ４１〜４４における画像信号Ｄ４１〜４４が、それぞれの画素に接続されたデータ線Ｓ１〜Ｓ４に流れ出して各信号検出器１０２により検出される。次に、スキャン信号制御装置１０３から走査線Ｇ３にＴＦＴスイッチ４をオン状態とするスキャン信号が出力され、この走査線Ｇ４に接続された画素Ｐ３１〜３４における画像信号Ｄ３１〜３４が、それぞれの画素に接続されたデータ線Ｓ１〜Ｓ４に流れ出して各信号検出器１０２により検出される。このようにして、スキャン信号制御装置１０３から走査線Ｇ２、Ｇ１に順次ＴＦＴスイッチ４をオン状態とするスキャン信号を出力することにより、各走査線に接続された画素における画像信号Ｄ１１〜２４を検出することができる。そして、検出された各画素Ｐ１１〜Ｐ４４の画像信号Ｄ１１〜Ｄ４４は、平均リーク電流算出手段に１０５に出力される。

そして、平均リーク電流算出手段に１０５において、信号検出器１０２によって各データ線Ｓ１〜Ｓ４で検出された各画素Ｐ１１〜Ｐ４４の画像信号Ｄ１１〜Ｄ４４が飽和値であるか否かの判断がなされ、データ線Ｓ１〜Ｓ４毎に画像信号Ｄが飽和値である飽和画素の数を算出される。図４は、大線量の放射線の照射により画像信号が飽和値となった画素を斜線のハッチングを用いて示した図であり、この場合、データ線Ｓ１における飽和画素の数Ｎ１は４、データ線Ｓ２における飽和画素の数Ｎ２は３、データ線Ｓ３における飽和画素の数Ｎ３は２、データ線Ｓ４における飽和画素の数Ｎ４は０である。

そして、飽和画素が存在する各データ線Ｓ、すなわち図４に示すような場合にはデータ線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に対して、各データ線で検出されたリーク電流Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３をそのデータ線における飽和画素の数Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３で除算して、各データ線Ｓ１〜Ｓ４の飽和画素に対する単位飽和画素当りの平均リーク電流Ａｖ１、Ａｖ２、Ａｖ３を算出し、残存電荷量推定手段１０６に出力する。なお、ここでは１画素の飽和画素を単位飽和画素としているが、２画素以上の飽和画素を単位飽和画素としてもよい。

そして、残存電荷量推定手段１０６において、図５に示すような、グラフＡ、ＢまたはＣのような予め求めておいた平均リーク電流−放射線量特性を用いて、平均リーク電流算出手段に１０５によって得られた各データ線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の平均リーク電流Ａｖ１、Ａｖ２、Ａｖ３から各データ線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の飽和画素に入射した放射線量の推定値を求め、その放射線量の推定値からそれらの各飽和画素中に存在する残存電荷量Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３（残存電荷量の推定値）を求める。そして、得られた残存電荷量Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３のうち最大残存電荷量Ｅが、所要時間算出手段１０７に出力される。

なお、残存電荷量推定手段１０６は、平均リーク電流算出手段に１０５によって得られた各データ線Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の平均リーク電流Ａｖ１、Ａｖ２、Ａｖ３のうち最大の平均リーク電流Ａｖを用いて、その平均リーク電流Ａｖから放射線画像検出器中に存在する残存電荷量の推定値の最大値を求め、所要時間算出手段１０７に出力するものであってもよい。

ここで、平均リーク電流Ａｖ−放射線量特性は、使用する放射線画像検出器のデバイス特性、例えば、ＴＦＴスイッチの構造、バイアス電極７とＣ_ｓ 電極１４に印加する電圧の極性、放射線の変換方式（直接変換方式または間接変換方式）等によって異なる。例えば、大線量の放射線の照射により電荷蓄積容量に過剰な電荷が蓄積することによるＴＦＴ性能の低下を抑制するため、保護回路を内蔵している放射線画像検出器の場合には、放射線量が設定された値（閾値）以上であるとき、放射線の線量が大きくなるほどリーク電流が急激に大きくなるグラフＣのような特性を有する。また、放射線画像検出器のデバイス特性によっては、放射線の線量が所定の閾値以上であるとき、放射線の線量にほぼ比例して平均リーク値が大きくなるグラフＡ、または入射される放射線にほぼ比例してリーク電流が大きくなるグラフＢに示すような平均リーク電流−放射線量特性を有するもの等も存在する。このように平均リーク電流−放射線量特性は使用する放射線画像検出器の方式毎に異なるが、いかなる方式の放射線画像検出器を使用する場合にも、予め放射線量に対する平均リーク電流をモニターして、平均リーク電流−放射線量特性を容易に求めることができる。

そして、所要時間算出手段１０７において、図６に示すような、時間ｔの経過によって残存電荷量Ｅが減衰する減衰率特性を用いて、残存電荷量推定装置１０４により入力された残存電荷量Ｅが所定の閾値Ｅｋ以下になるまでの所要時間ｔｋを算出し、算出した所要時間ｔｋを後述する警告手段、制限手段、残像消去手段等の処理手段に出力する。ここで、所要時間Ｅｋは、例えば残存電荷量の推定時を基準とし、その推定時からの所要時間とし、残存電荷量を推定した後所要時間ｔｋが経過するまで下記に説明するように警告手段、制限手段、残像消去手段等の処理手段による種々の処理を行なうことができる。

警告手段は、残存電荷量を推定した後所要時間ｔｋが経過するまで、例えばユーザによる次の撮影の開始指示が入力された時等に図示しないディスプレイまたはスピーカから警告を出力する。

なお、警告の出力は、ユーザによる次の撮影を開始する指示が入力された時に警告を出す方法に限らず、所要時間ｔｋが経過するまで連続的または最適なタイミングにて段階的に警告を出力する等所要時間ｔｋが経過するまで少なくとも１回出力するいかなる方法によるものであってもよい。

また、制限手段は、残存電荷量を推定した後所要時間ｔｋが経過するまで、放射線画像検出装置１００による放射線画像の撮影を制限するものであり、例えば、放射線画像検出装置１００の設定動作モードを「撮影制限モード」に設定し、所要時間が経過するまでユーザから指示された撮影の実行を制限する。そして、所要時間ｔｋが経過したとき、設定動作モードを「撮影可能モード」に変更し、撮影の実行を許可する。なお、所要時間ｔｋが経過するまでの間、ユーザによる次の撮影の開始指示が入力された時に、撮影が制限されていることを知らせる警告を所要時間ｔｋが経過するまでの残り時間とともに図示しないディスプレイまたはスピーカから出力して、ユーザに知らせるようにしてもよい。

また、残像消去手段は、ユーザから撮影の実行指示が入力されたとき、所要時間算出手段１０７によって算出された所要時間ｔｋが経過してない場合、指示された撮影を実行する前に、例えば、画像信号の読取処理等の処理を行なうことにより残像を消去するものである。なお、上述した制限手段により所要時間ｔｋが経過するまで放射線画像の撮影を制限している場合でも、撮影が制限されていることを知らせる警告に対してユーザから再度撮影の実行指示が入力された場合には、ユーザの所望する機能を優先して撮影を実行可能にするとともに、指示された撮影を実行する前に、残像を消去する処理を行うこともできる。

上記実施の形態によれば、ＴＦＴスイッチがオフの状態でデータ線に流れ出すリーク電流を検出し、各走査線毎にその走査線に接続されたＴＦＴスイッチを順次オン状態にしてデータ線に流れ出す画像信号を読み出し、画像信号が飽和値である飽和画素が存在するデータ線のうち少なくとも１つのデータ線で検出されたリーク電流と該データ線における飽和画素の数とから単位飽和画素当りの平均リーク電流を算出し、その平均リーク電流に基づいて放射線画像検出装置中に存在する残存電荷量を推定することにより、入射する放射線が所定の規定値（画素値が飽和値となる値）を超える大線量のものである場合における放射線画像検出器中の残存電荷量を推定する性能を向上させることができる。

また、予め求めておいた時間の経過によって残存電荷量が減衰する減衰率を用いて、残存電荷量が所定の閾値以下になるまでの所要時間を算出し、残存電荷量を推定した後所要時間が経過するまで、警告を少なくとも１回出力することにより、ユーザに残存電荷量が所定の閾値より大きいことを認識させ、次の撮影が適切なタイミングで行われるようにすることができる。

また、残存電荷量を推定した後その所要時間が経過するまで、放射線画像検出装置による放射線画像の撮影を制限することにより、残存電荷量が所定の閾値以下になったときのみ撮影を許可し、撮影により得られた放射線画像の画質を所定のレベル以上で維持することができる。

また、放射線画像検出器による次の撮影時に、残存電荷量を推定した後所要時間が経過してない場合に、残存電荷を消去する処理を行なうことにより、ユーザの所望する撮影タイミングに応じて放射線画像検出器中の残存電荷量を許容範囲内に低減でき、撮影により得られた放射線画像の画質を向上させることができる。

さらに、予め求めておいた時間の経過によってリーク電流が減衰する減衰率を用いて、リーク電流の検出時における放射線の照射からの時間の経過から検出したリーク電流の値を補正することにより、残存電荷量の推定精度をより向上させることができる。

なお、上記実施形態においては、残存電荷量推定装置１０４において、画像信号が飽和値である飽和画素が存在する複数のデータ線で検出された複数のリーク電流と各データ線における飽和画素の数とから、その複数のデータ線の各々に対して単位飽和画素当りの平均リーク電流を算出し、それらの平均リーク電流に基づいて残存電荷量を推定する場合について説明したが、たとえば、画像信号が飽和値である飽和画素が存在する１以上のデータ線のうち適当に１本のデータ線を選択し、選択されたデータ線で検出されたリーク電流と該データ線における飽和画素の数とから単位飽和画素当りの平均リーク電流を算出し、その平均リーク電流に基づいて、そのデータ線における飽和画素中の残存電荷量、さらには放射線画像検出器全体に存在する残存電荷量を推定するようにしてもよい。また、画像信号が飽和値である飽和画素が存在する複数のデータ線で検出された複数のリーク電流の合計と各データ線における飽和画素の数の合計とから、単位飽和画素当りの平均リーク電流を算出し、その平均リーク電流に基づいてそれらの複数のデータ線における飽和画素中の残存電荷量、さらには放射線画像検出器全体に存在する残存電荷量を推定するようにしてもよい。後者のように複数のデータ線で検出された複数のリーク電流の合計と各データ線における飽和画素の数の合計とから平均リーク電流を算出する場合には、ノイズによる影響を低減することができる。

また、上記実施形態においては、全てのＴＦＴスイッチがオフの状態で各データ線に流れ出す信号を検出することにより、各データ線に接続されている全飽和画素の漏洩信号の総和となるリーク電流を取得して、そのリーク電流を飽和画素の数で除算して得られた平均リーク電流を残存電荷量の推定に使用する場合について説明したが、以下に説明する方法により放射線画像検出器の個々の画素から漏洩したリーク電流を検出し、そのリーク電流を用いて各画素に存在する残存電荷量を個別に推定することもできる。

具体的には、画像信号を読取る前に、全てのＴＦＴスイッチがオフの状態で各データ線に流れ出すリーク電流Ｒ１を検出する。このリーク電流Ｒ１は走査線Ｇ１〜Ｇ４に接続された全ての画素におけるリーク電流成分の総合である。次に、走査線Ｇ４におけるＴＦＴスイッチ４のみをオン状態にし、この走査線Ｇ４に接続された画素Ｐ４１〜Ｐ４４における画像信号Ｄ４１〜Ｄ４４が読取られてから再度全てのＴＦＴスイッチがオフの状態にして、各データ線に流れ出すリーク電流Ｒ２を検出する。このリーク電流Ｒ２は、画素Ｐ４１〜Ｐ４４における画像信号Ｄ４１〜Ｄ４４がすでに読取られて、それらの画素におおけるリーク電流が消去されたことから、走査線Ｇ１〜Ｇ３に接続された全画素におけるリーク電流成分の総合である。また、走査線Ｇ３におけるＴＦＴスイッチ４のみオン状態にし、この走査線Ｇ３に接続された画素Ｐ３１〜Ｐ３４における画像信号Ｄ３１〜Ｄ３４が読取られてから再度全てのＴＦＴスイッチがオフの状態にして、各データ線に流れ出すリーク電流Ｒ３を検出する。最後に、走査線Ｇ２におけるＴＦＴスイッチ４のみオン状態にし、この走査線Ｇ２に接続された画素Ｐ２１〜Ｐ２４における画像信号Ｄ２１〜Ｄ２４が読取られてから再度全てのＴＦＴスイッチがオフの状態にして、各データ線に流れ出すリーク電流Ｒ４を検出する。さらに、各データ線毎に検出されたリーク電流Ｒ１からリーク電流Ｒ２を、リーク電流Ｒ２からリーク電流Ｒ３を、リーク電流Ｒ３からリーク電流Ｒ４を減算することにより、各データ線に接続された個々の画素から漏洩したリーク電流を算出することができる。このようにして得られた画素毎のリーク電流を用いて各画素に存在する残存電荷量を個別に推定することができる。

また、上記実施形態においては、所要時間算出手段１０７により、残存電荷量の推定時を基準とし、その推定時から残存電荷量Ｅが所定の閾値Ｅｋ以下になるまでの所要時間Ｅｋを算出する場合について説明したが、所要時間算出手段１０７は、放射線の照射による放射線画像データの書き込み時、またはこの所要時間算出時を基準として、残存電荷量Ｅが所定の閾値Ｅｋ以下になるまでの所要時間Ｅｋを算出するものであってもよい。

本発明の残存電荷量推定装置の一実施の形態を適用した放射線画像検出装置の概略構成図 放射線画像検出器の１画素単位の構造を示す断面図 放射線画像検出器の１画素単位の構造を示す平面図 図１の残存電荷量推定装置の作用を説明するため図 平均リーク電流−放射線量特性を示すグラフ 残存電荷量の減衰率特性示すグラフ 従来の放射線画像検出器の概略構成図

符号の説明

４ ＴＦＴスイッチ
５ 電荷蓄積容量（蓄積容量）
６ 半導体層（電荷発生層）
１０ アクティブマトリックス基板
１１ 電荷収集電極（収集電極）
１０１ 放射線画像検出器
１０２ 信号検出器（リーク電流検出手段、画像信号読出手段）
１０３ スキャン信号制御装置
１０４ 残存電荷量推定装置
１０５ 平均リーク電量算出手段
１０６ 残存電荷量推定手段
１０７ 所要時間算出手段
Ｇ（Ｇ１〜Ｇ４） 走査線
Ｓ（Ｓ１〜Ｓ４） データ線
Ｐ（Ｐ１１〜Ｐ４４）画素
Ｃ（Ｃ１〜Ｃ４） リーク電流
Ｄ（Ｄ１１〜Ｄ４４）画像信号
Ｅ 残存電荷量
Ａｖ 平均リーク電流
ｔｋ 所要時間

Claims (7)

1. 放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、該収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および該蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素と前記ＴＦＴスイッチをオン／オフするための多数の走査線と前記蓄積容量に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器中に存在する残存電荷量を推定する残存電荷量推定方法であって、
   前記ＴＦＴスイッチがオフの状態で前記データ線に流れ出すリーク電流を検出し、
   前記各走査線毎に該走査線に接続された前記ＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にして前記データ線に流れ出す画像信号を読み出し、
   前記画像信号が飽和値である飽和画素が存在する前記データ線のうち少なくとも１つのデータ線で検出された前記リーク電流と該データ線における前記飽和画素の数とから単位飽和画素当りの平均リーク電流を算出し、
   該平均リーク電流に基づいて前記単位飽和画素中に存在する残存電荷量を推定することを特徴とする残存電荷量推定方法。
2. 放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、該収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および該蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素と前記ＴＦＴスイッチをオン／オフするための多数の走査線と前記蓄積容量に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器を用いて放射線画像を検出する放射線画像検出装置であって、
   前記ＴＦＴスイッチがオフの状態で前記データ線に流れ出すリーク電流を検出するリーク電流検出手段と、
   前記各走査線毎に該走査線に接続された前記ＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にして前記データ線に流れ出す画像信号を読み出す画像信号読出手段と、
   前記画像信号が飽和値である飽和画素が存在する前記データ線のうち少なくとも１つのデータ線で検出された前記リーク電流と該データ線における前記飽和画素の数とから単位飽和画素当たりの平均リーク電流を算出する平均リーク電流算出手段と、
   該平均リーク電流に基づいて前記単位飽和画素中に存在する残存電荷量を推定する残存電荷量推定手段と
   を備えたことを特徴とする放射線画像検出装置。
3. 予め求めておいた時間の経過によって前記残存電荷量が減衰する減衰率を用いて、前記残存電荷量が所定の閾値以下になるまでの所要時間を算出する所要時間算出手段と、
   前記残存電荷量を推定した後前記所要時間が経過するまで、警告を少なくとも１回出力する警告手段と
   を備えたことを特徴とする請求項２記載の放射線画像検出装置。
4. 予め求めておいた時間の経過によって前記残存電荷量が減衰する減衰率を用いて、前記残存電荷量が所定の閾値以下になるまでの所要時間を算出する所要時間算出手段と、
   前記残存電荷量を推定した後前記所要時間が経過するまで、前記放射線画像検出器による放射線画像の撮影を制限する制限手段と
   を備えたことを特徴とする請求項２または３記載の放射線画像検出装置。
5. 予め求めておいた時間の経過によって前記残存電荷量が減衰する減衰率を用いて、前記残存電荷量が所定の閾値以下になるまでの所要時間を算出する所要時間算出手段と、
   前記放射線画像検出器による次の撮影時に、前記残存電荷量を推定した後前記所要時間が経過してない場合、前記残存電荷を消去する残存電荷消去手段と
   を備えたことを特徴とする請求項２から４いずれか１項記載の放射線画像検出装置。
6. 前記リーク電流検出手段が、予め求めておいた時間の経過によって前記リーク電流が減衰する減衰率を用いて、前記リーク電流の検出時における前記放射線の照射からの時間の経過から前記検出したリーク電流の値を補正するリーク電流補正手段を有することを特徴とする請求項２から５いずれか１項記載の放射線画像検出装置。
7. コンピュータに、
   放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を収集する収集電極、該収集電極によって収集された電荷を蓄積する蓄積容量および該蓄積容量に蓄積された電荷を読み出すためのＴＦＴスイッチを有する多数の画素と前記ＴＦＴスイッチをオン／オフするための多数の走査線と前記蓄積容量に蓄積された電荷が読み出される多数のデータ線とを備えた検出層とが積層された放射線画像検出器中に存在する残存電荷量の推定を実行させるためのプログラムであって、
   前記ＴＦＴスイッチがオフの状態で前記データ線に流れ出すリーク電流を検出し、
   前記各走査線毎に該走査線に接続された前記ＴＦＴスイッチを走査線毎に順次オン状態にして前記データ線に流れ出す画像信号を読み出し、
   前記画像信号が飽和値である飽和画素が存在する前記データ線のうち少なくとも１つのデータ線で検出された前記リーク電流と該データ線における前記飽和画素の数とから単位飽和画素当りの平均リーク電流を算出し、
   該平均リーク電流に基づいて前記単位飽和画素中に存在する残存電荷量を推定することを実行させるためのプログラム。

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