CN103654807B - 放射线成像装置和放射线成像系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及放射线成像装置和放射线成像系统。放射线成像装置包括：检测器，检测器包含检测单元、驱动电路和读取电路，在检测单元中以矩阵形状布置具有将放射线转换成电荷的转换元件的像素，驱动电路驱动检测单元，读取电路输出与电荷对应的电信号作为图像数据；放射线检测单元，在检测单元中的多个位置处检测放射线照射状态；以及控制单元，根据通过放射线检测单元获得的检测结果来控制驱动电路和读取电路的操作，其中，放射线检测单元至少在检测单元中的中心区域和周边区域处检测放射线照射状态，以及中心区域处的检测能力被设为比周边区域处的检测能力高的能力。

Description

放射线成像装置和放射线成像系统

技术领域

本发明涉及放射线成像装置和放射线成像系统。

背景技术

近年来，作为用于使用X射线的非破坏性检查或医疗诊断成像的放射线成像装置，包括由半导体材料形成的平板检测器（以下简称为“FPD”）的放射线成像装置已经开始被投入实用。在FPD中，多个具有转换元件和开关元件的像素被二维地布置，该转换元件通过使用能够将放射线转换成电荷的诸如a-Si的半导体材料来构建，该开关元件传送与电荷对应的电信号。这种包括FPD的放射线成像装置例如作为用于如一般的放射线照相（radiographing）那样的静止图像放射线照相或诸如荧光（fluoroscopic）放射线照相的运动图像放射线照相的数字成像装置被用于医疗诊断成像中。

当执行放射线照相时，放射线成像装置同步于放射线产生装置的操作来执行放射线照相。作为同步化方法，例如，通过相互电连接放射线产生装置和放射线成像装置来使所述两个装置同步化的方法是可用的，或者，通过检测从放射线产生装置放射的放射线来使放射线成像装置与放射线产生装置同步化的方法是可用的。在前一种情况下，由于服务人员用线缆连接放射线产生装置与放射线成像装置，因此，连接工作涉及时间和劳力，而且放射线产生装置和放射线成像装置必须作为单对的装置被固定及使用。在后一种情况下，在放射线成像装置内部和外部设置放射线检测器或放射线成像装置自身执行放射线的检测的方法是已知的。在这种情况下，存在不需要用于连接工作的时间和劳力、并且放射线成像装置是便携的且可与各种放射线产生装置组合使用的优点。

通常地，在FPD中，包含光电转换元件和开关元件的像素被二维地排列，并且以行为单位执行来自光电转换元件的信号的读取和光电转换元件的复位。在放射线被照射之前，开关元件以行为单位经受通/断控制，并且流向光电转换元件的暗电流分量被复位。以下，该操作被称为“初始化操作”。如果在初始化操作期间接收到放射线照射信号或者检测到放射线，那么必须立即结束将光电转换元件复位的操作并转移到积累操作。如果即使已接收到放射线照射信号也不进行向积累操作的转移，那么将在实际拍摄图像与用户按压曝光按钮的时间之间出现时间滞后，并且将获得出现级别差（differenceinlevel）等的非预期的图像。并且，如果即使检测到放射线也继续初始化操作，那么，由于在光电转换元件处产生的放射线信号将被复位，因此，将已在被检体（subject）处照射不必要的放射线，并且放射线曝光量可增加。

日本专利申请公开No.H11-151233公开了这样的技术：其包含放射线检测单元，并且在确定放射线照射的开始时，立即将放射线成像单元的操作状态从放射线照相准备状态移转到积累状态。并且，日本专利申请公开No.2010-268171公开了这样的技术：其检测流过向放射线检测元件供给偏置（bias）电压的偏置导线的电流，以控制放射线成像装置的操作。

但是，利用在日本专利申请公开No.H11-151233中公开的技术，在一些情况下，放射线检测单元不能适于各种放射线照相类型（被检体的体形和放射线照相部位、运动图像或静止图像放射线照相模式等）。在使用放射线的诊断成像中，放射线照射条件取决于放射线照相的类型而不同。因此，需要能够针对各种照射条件精确地检测放射线的照射的放射线检测单元。

发明内容

本发明的目的是提供使得能够实现更有利的放射线检测的放射线成像装置。

本发明提供一种放射线成像装置，该放射线成像装置包括：检测器，所述检测器包含检测单元、驱动电路和读取电路，在所述检测单元中以矩阵形状布置具有将放射线转换成电荷的转换元件的像素，所述驱动电路被配置为驱动检测单元以从像素输出与电荷对应的电信号，所述读取电路被配置为输出电信号作为图像数据；放射线检测单元，被配置为在检测单元中的多个位置处检测放射线的照射状态；以及控制单元，被配置为根据通过放射线检测单元获得的检测结果来控制驱动电路和读取电路的操作，其中，放射线检测单元至少在检测单元中的中心区域处和与中心区域分离的检测单元中的周边区域处检测放射线的照射状态，以及中心区域处的检测能力被设为比周边区域处的检测能力高的能力。

根据本发明，可以提供能够针对各种照射条件精确地检测放射线的照射以使得能够实现更有利的放射线检测的放射线成像装置。

从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的放射线成像装置的配置例子的示图。

图2是示出根据第一实施例的成像装置的配置例子的示图。

图3是示出根据第一实施例的放射线成像装置的操作例子的时序图。

图4是示出根据第一实施例的放射线检测单元的配置例子的示图。

图5是示出根据电流检测单元的增益设定的输入-输出特性的概念图。

图6是用于描述根据放射线检测传感器的布置的增益设定的例子的示图。

图7A和图7B是示出根据第一实施例的放射线成像装置处的检测放射线照射的操作的例子的流程图。

图8是示出根据第一实施例的放射线成像装置处的检测放射线照射的操作的例子的流程图。

图9是示出根据第一实施例的放射线检测单元的另一配置例子的示图。

图10是示出根据本发明第二实施例的放射线成像装置的配置例子的示图。

图11是示出根据第二实施例的放射线检测单元的配置例子的示图。

图12是用于描述根据第二实施例的增益设定的示图。

图13是示出根据第二实施例的放射线检测单元的另一配置例子的示图。

具体实施方式

现在将根据附图详细描述本发明的优选实施例。

以下基于附图描述本发明的实施例。注意，针对本发明所使用的术语“放射线”不仅指的是通过由于放射性衰减而发射的粒子（包含光子）所产生的α射线、β射线和γ射线，而且包含具有等于或大于上述射线的能量的射束，例如，X射线、粒子射束和宇宙射线。

第一实施例

现在将描述本发明的第一实施例。图1是示出根据第一实施例的放射线成像装置的配置例子的框图。注意，除了根据第一实施例的放射线成像装置110以外，图1还示出放射线产生装置111和控制台112。在本实施例中，放射线成像装置110和放射线产生装置111不被电连接，并且在其间不存在信号的交换。放射线产生装置111根据从控制台112接收的放射线照射条件来照射放射线。

放射线成像装置110包含成像装置100、放射线检测单元120和放射线确定单元127。成像装置100包含检测器（FPD）104，该检测器（FPD）104具有包含多个将放射线转换成电信号的像素的检测单元101、驱动检测单元101的驱动电路102、以及输出来自检测单元101的电信号作为图像数据的读取电路103。成像装置100还包含处理来自FPD104的图像数据并输出得到的数据的信号处理单元105、通过向组件中的每一个供给各控制信号来控制FPD104的操作的控制单元106、以及分别向组件中的每一个供给偏置的电源单元107。信号处理单元105接收从控制计算机108传送的控制信号，并且将控制信号提供给控制单元106。信号处理单元105还接收关于在照射放射线的时段期间从读取电路103传送的信号线的电势的信息，并且将该信息传送给控制计算机108。电源单元107包含接收从未示出的外部电源或内部电池传送的电压并且向检测单元101、驱动电路102和读取电路103供给需要的电压的诸如调节器（regulator）的电源电路。

放射线检测单元120包含放射线检测传感器121、电流检测单元122和比较单元123，并且检测在检测单元101内的多个位置处的放射线的照射状态。放射线检测传感器121将照射的放射线转换成电流信号。电流检测单元122检测来自放射线检测传感器121的电流信号，并且将电流信号转换成电压信号。比较单元123比较来自电流检测单元122的电压信号和阈值电压，并且输出比较结果作为放射线检测信号SIGA。在本实施例中，在检测单元101内布置两个或更多个放射线检测传感器121，并且放射线检测传感器121中的每一个分别与一个电流检测单元122连接。放射线确定单元127接收来自放射线检测单元120的每个比较单元123的放射线检测信号SIGA，确定放射线照射的存在/不存在，并且输出确定结果作为放射线确定信号SIGB。

注意，虽然根据本实施例放射线检测传感器121被布置于检测单元101的放射线照射面上，但是，放射线检测传感器121可被布置于放射线照射面的相对侧。此外，为了使得即使放射线照射区域变窄也能够实现放射线照射的可靠检测，至少一个放射线检测传感器121被布置于检测单元101中的中心部分处。根据本实施例，作为放射线检测传感器121，可以使用将放射线直接转换成电信号的直接类型的传感器、或通过在Si光电二极管上涂敷将放射线转换成可见光线的荧光物质所形成的传感器。但是，本发明不限于这样的传感器，并且放射线检测传感器可以是这样的组件：其包括被包含于检测单元101中的布线的一部分，并且获得检测来自检测单元101的预定区域的放射线照射状态的信号。

接下来，通过使用图2描述根据第一实施例的成像装置。图2中的具有与参照图1描述的配置相同的配置的元件被分配相同的附图标记，并且省略其详细的描述。此外，在图2中，为了便于描述，示出包括具有三行乘三列的像素的FPD的成像装置。但是，实际上，成像装置具有更多数量的像素。例如，17英寸成像装置具有约2800行×约2800列的像素。

检测单元101具有以矩阵布置的多个像素。在本实施例中，像素中的每一个具有将放射线转换成电荷的转换元件201、以及输出与电荷对应的电信号的开关元件202。在本实施例中，作为将光转换成电荷的光电转换元件，使用被设置在诸如玻璃基板的绝缘基板上并且包含非晶硅作为主要材料的金属-绝缘体-半导体（MIS）类型的光电传感器。作为转换元件，适当地使用间接类型的转换元件或直接类型的转换元件，该间接类型的转换元件具有设置在上述光电转换元件的放射线入射侧、并将放射线转换成落入可通过光电转换元件感测的波长带内的光的波长转换体，该直接类型的转换元件将放射线直接转换成电荷。作为开关元件202，适当地使用具有控制端子和两个主端子的晶体管。在本实施例中，使用薄膜晶体管（TFT）。转换元件201的电极中的一个与开关元件202的两个主端子中的一个电连接，并且另一电极经由共用偏置线Bs与偏置电源107a电连接。

行方向上的多个开关元件，例如开关元件T11、T12和T13，具有与第一行的驱动线G1共同电连接的控制端子，并且用于控制开关元件的导通状态的驱动信号在逐行的基础上经由驱动线从驱动电路102被施加。在列方向上的多个开关元件中，例如，在开关元件T11、T21和T31中，其另一主端子与第一列的信号线Sig1电连接，并且与转换元件的电荷对应的电信号在开关元件处于导通状态的期间经由信号线被输出到读取电路103。沿列方向布置的多条信号线Sig1至Sig3将从多个像素输出的电信号并行地携载至读取电路103。

虽然本实施例中描述的像素中的每一个包含转换元件201和开关元件202，但是本实施例不限于此。本实施例还包含：进一步至少包含信号线Sig或转换元件201与开关元件202之间的放大晶体管的像素，或进一步包含使转换元件201或设置在转换元件201和放大晶体管之间的节点初始化的初始化晶体管的像素。

读取电路103包含放大从检测单元101并行输出的电信号、与各信号线对应设置的多个放大器电路207。此外，每个放大器电路207包含将输出电信号放大的积分放大器203、放大来自积分放大器203的电信号的可变放大器204、采样和保持放大的电信号的采样和保持电路205、以及缓冲放大器206。

积分放大器203具有放大读取的电信号并且输出放大的信号的运算放大器A、积分电容器Cf和复位开关RC。积分放大器203包含能够通过改变积分电容器Cf的值来改变放大因子的机构。输出的电信号被输入到运算放大器A的反相输入端子，基准电压Vref从基准电源107b被输入到运算放大器A的非反相输入端子，并且放大的电信号从运算放大器A的输出端子被输出。此外，积分电容器Cf被布置于运算放大器A的反相输入端子与输出端子之间。

采样和保持电路205与每个放大器电路207对应地被设置，并由采样开关SH和采样电容器Ch构成。此外，读取电路103包含依次输出从各放大器电路207并行读取的电信号并且输出该电信号作为串行图像信号的多路复用器208、以及对图像信号执行阻抗转换并且输出转换的图像信号的缓冲放大器209。作为从缓冲放大器209输出的模拟电信号的图像信号通过A/D转换器210被转换成数字图像数据，并然后被输出到图1所示的信号处理单元105。通过信号处理单元105处理的图像数据被输出到控制计算机108。

驱动电路102根据从控制单元106输入到各驱动线的控制信号（D-CLK、OE、DIO），输出具有用于使开关元件进入导通状态的导通电压Vcom和用于使开关元件进入非导通状态的非导通电压Vss的驱动信号。由此，驱动电路102控制开关元件的导通状态和非导通状态，并且驱动检测单元101。

图1所示的电源单元107包含图2所示的放大器电路207的基准电源107b和偏置电源107a。偏置电源107a经由偏置线Bs向每个转换元件的另一电极共同供给偏置电压Vs。基准电源107b向每个运算放大器的非反相输入端子供给基准电压Vref。

图1所示的控制单元106通过经由信号处理单元105从装置外部的控制计算机108等接收控制信号并将各种控制信号供给到驱动电路102、电源单元107和读取电路103，控制FPD104的操作。图1所示的控制单元106通过向驱动电路102供给控制信号D-CLK、控制信号OE和控制信号DIO，控制图2所示的驱动电路102的操作。这里，控制信号D-CLK是用作驱动电路的移位寄存器的移位时钟，控制信号DIO是开始移位寄存器的传送操作的脉冲，并且OE是控制移位寄存器的输出端子的信号。此外，控制单元106通过向图2所示的读取电路103供给控制信号ΦRC、控制信号ΦSH和控制信号ΦCLK，控制读取电路103的各组件的操作。这里，控制信号ΦRC控制积分放大器的复位开关的操作，控制信号ΦSH控制采样和保持电路205的操作，并且控制信号ΦCLK控制多路复用器208的操作。

接下来，将参照图1至3描述根据第一实施例的放射线成像装置的操作。首先，当放射线成像装置110的电力被接通时，向成像装置100的转换元件201供给偏置电压Vs，并且成像装置100进入待机状态。在待机状态中，重复执行初始化操作，以将流过转换元件S11至S33的暗电流复位。在初始化操作中，使得控制信号ΦRC处于高电平，并且积分放大器203的积分电容器Cf和信号线Sig通过置于导通状态的复位开关RC被复位。此外，与发送到驱动电路102的控制信号DIO和控制信号D-CLK同步，导通电压Vcom被施加到驱动线G1，以将第一行中的像素的开关元件T11、T12和T13置于导通状态。作为开关元件进入导通状态的结果，转换元件201被复位。通过对于第二行和第三行依次以这种方式重复执行开关元件的导通状态的控制和复位，所有像素的转换元件201被复位。为了继续初始化操作，控制信号DIO被再次发送到驱动电路102，并且导通电压Vcom被施加到第一行的驱动线G1。在成像装置100处于待机状态的同时，以上述的方式重复执行初始化操作。

当作为操作员在控制台112处操作的结果向放射线产生装置111传送曝光请求信号时，立即开始放射线照射。当在成像装置100处照射放射线时，还在放射线检测单元120的放射线检测传感器121处照射放射线，并且通过放射线检测信号SIGA将来自放射线检测单元120的检测结果输入到放射线确定单元127。放射线确定单元127基于放射线检测信号SIGA确定放射线照射状态，并且将放射线确定信号SIGB发送到信号处理单元105。由此，当开始放射线照射时，通过放射线检测单元120检测放射线照射的开始，并且指示放射线照射的开始的放射线确定信号SIGB通过放射线确定单元127被发送到信号处理单元105。接下来，接收到指示放射线照射的开始的放射线确定信号SIGB的信号处理单元105向控制单元106发送用于停止初始化操作并将操作状态从待机状态转移到积累状态的信号。结果，成像装置100从待机状态转移到积累状态。在成像装置100处于积累状态的时段期间，向开关元件202施加非导通电压Vss，使得所有像素的开关元件进入非导通状态。

之后，当放射线照射结束时，通过放射线检测单元120检测放射线照射的结束，并且通过放射线确定单元127向信号处理单元105发送指示放射线照射的结束的放射线确定信号SIGB。接下来，接收到指示放射线照射的结束的放射线确定信号SIGB的信号处理单元105向控制单元106发送用于使操作状态从积累状态转移到读取状态的信号。结果，成像装置100从积累状态转移到读取状态。在读取状态中，执行读取电路103导致从像素输出与积累于转换元件201中的电荷对应的电信号并且输出该信号作为像素数据的实际读取操作。

在实际读取操作中，首先，通过使得控制信号ΦRC在脉冲形状上处于高电平，通过置于导通状态的复位开关RC将积分电容器Cf和信号线Sig复位。接下来，从驱动电路102向第一行的驱动线G1施加导通电压Vcom，以使第一行中的像素的开关元件T11、T12和T13置于导通状态。结果，基于在第一行的像素的转换元件S11至S13中产生的电荷的电信号被输出到各信号线。经由各信号线并行输出的电信号分别通过每个放大器电路207的运算放大器203和可变放大器204被放大。通过运算放大器203和可变放大器204放大的各电信号通过响应于控制信号ΦSH操作的采样和保持电路205被并行保持于各放大器电路207的采样和保持电路205中。在信号被保持于采样和保持电路205中之后，使得控制信号ΦRC在脉冲形状上处于高电平，以将积分电容器Cf和信号线Sig复位。在复位之后，与对于第一行执行的操作类似，从驱动电路102向第二行的驱动线G2施加导通电压Vcom，并且将第二行的像素的开关元件T21、T22和T23置于导通状态。在第二行的像素的开关元件T21、T22和T23处于导通状态的期间中，多路复用器208依次输出被保持于采样和保持电路205中的电信号。结果，被并行读取的来自第一行中的像素的电信号被转换成串行图像信号并被输出，并且A/D转换器210将串行图像信号转换成用于一行的图像数据并输出该图像数据。通过从第一行到第三行以行为单位执行上述的操作，从成像装置输出用于一个帧的图像数据。

接下来，通过使用图4描述与第一实施例中的放射线检测有关的操作。图4是示出根据第一实施例的放射线检测单元120的配置例子的示图。当在放射线检测传感器121处照射放射线时，与照射的放射线的输入量对应的电流iPD流向放射线检测传感器121。另外，电流iPD还流向连接于电流检测单元122的放大器ampX1的反相输入端子与输出端子之间的反馈电阻Rref，并且通过电流检测单元122的放大器ampX1经受电流-电压转换。注意，基准电压Vref被输入到放大器ampX1的非反相输入端子。这里，从放大器ampX1输出的电压值Vout被表达为反馈电阻Rref的电阻值与电流iPD的积。即，反馈电阻Rref的电阻值与放大器ampX1的增益对应，并且可通过改变反馈电阻Rref的电阻值，控制从放大器ampX1输出的电压值。

从放大器ampX1输出的电压值Vout被输入到比较单元123的比较器CMP1，并与任意的阈值电压Vth相比较。如果当照射放射线且电流流向放射线检测传感器121时从放大器ampX1输出的电压值Vout超过阈值电压Vth，那么比较器CMP1将放射线检测信号SIGA设为高电平，并且将放射线检测信号SIGA输出到放射线确定单元127。放射线确定单元127基于放射线检测信号SIGA确定放射线照射状态，并在确定已开始放射线的照射时，将放射线确定信号SIGB设为高电平并输出放射线确定信号SIGB。被设为高电平的放射线确定信号SIGB被发送到信号处理单元105，结果，成像装置100转移到积累操作。

之后，当放射线的照射结束时，从放大器ampX1输出的电压值Vout变得低于阈值电压Vth，并且比较器CMP1将放射线检测信号SIGA设为低电平并将放射线检测信号SIGA输出到放射线确定单元127。放射线确定单元127基于放射线检测信号SIGA确定放射线照射状态，并在确定放射线的照射已结束时，将放射线确定信号SIGB设为低电平并输出放射线确定信号SIGB。被设为低电平的放射线确定信号SIGB被发送到信号处理单元105，结果，成像装置100转移到读取操作。

在本实施例中，在检测单元101中的多个位置处布置放射线检测传感器121。此外，根据与各电流检测单元122和比较单元123连接的放射线检测传感器121的布置位置，设定每个电流检测单元122的增益和每个比较单元123的阈值电压Vth。在这种情况下，在电流检测单元122中，反馈电阻Rref的电阻值被设定，使得放大器ampX1的输出电压保持在放大器ampX1正常操作的动态范围内。通常地，基于关系Vout=Rref×iPD，反馈电阻Rref的电阻值被设定，使得从放大器ampX1输出的电压值Vout是从几十毫伏（mV）至几伏（V）的值。作为反馈电阻Rref，使用约10⁵Ω至10⁹Ω的值。

以下描述设定电流检测单元122的增益和比较单元123的阈值电压Vth的方法。在放射线照相期间，检测单元101包含放射线通过被检体的被检体区域和放射线不通过被检体的直接透射（transmission）区域。在被检体区域中，由于放射线被被检体吸收，因此与直接透射区域相比，到达检测单元101的放射线量低，由此，对于布置于被检体区域中的放射线检测传感器121的放射线输入量少。相反，由于到达直接透射区域中的检测单元101的放射线量高，因此对于布置于直接透射区域中的放射线检测传感器121的放射线输入量大。因此，根据本实施例，根据检测单元101中的放射线检测传感器121的布置位置执行最佳增益设定。

如上所述，通过检测从放大器ampX1输出的电压值Vout超过阈值电压Vth，检测放射线照射的开始。放射线检测单元120的检测性能取决于以下点。

·噪声

·时间响应

·SN比

这里，术语“噪声”例如指的是放射线检测传感器121的暗电流、反馈电阻Rref的热噪声、放大器ampX1的输入偏移（offset）电流、以及比较器CMP1的输入偏移电压等。在图4所示的放射线检测单元120中，作为这些类型的噪声的特性，放射线检测传感器121的暗电流或放大器ampX1的输入偏移电流与和反馈电阻Rref的电阻值对应的增益成比例地被放大。相反，反馈电阻Rref的热噪声或比较器CMP1的输入偏移电压不与和反馈电阻Rref的电阻值对应的增益成比例地被放大。即，放射线检测单元120的噪声包含与电流检测单元122的增益成比例地被放大的噪声、以及不与其增益成比例地被放大的噪声。因此，放射线检测单元120的噪声的总量不与电流检测单元122的增益成比例地被放大。

图5示出电流检测单元122的增益设定低的情况和增益设定高的情况下的两种类型的输入-输出特性的概念图。在图5中，附图标记VOL1表示电流检测单元122的增益设定低时的输入-输出特性，附图标记VOH1表示电流检测单元122的增益设定高时的输入-输出特性。此外，附图标记NLL表示电流检测单元122的增益设定低时的噪声水平，附图标记NLH表示电流检测单元122的增益设定高时的噪声水平。

在对于放射线检测传感器121的放射线输入量小的情况下，如果电流检测单元122的增益设定低，那么噪声水平相对于从放大器ampX1输出的电压值Vout的比例大。即，SN比小。相反，如果电流检测单元122的增益设定高，那么噪声水平的比例小。即，SN比大。因此，通过将电流检测单元122的增益设为高值，可以提高放射线检测单元120处的SN比。这里，术语“SN比”指的是通过将从放大器ampX1输出的电压值Vout除以噪声的总和所获得的比。

但是，当电流检测单元122的增益被设为高值时，放大器ampX1的时间常数值增大，并且电压值Vout的时间响应劣化。因此，存在从实际开始放射线照射直到在放射线检测单元120处检测到放射线照射的开始的时间段将增长的可能性。此外，当检测到放射线的结束时，同样，存在从实际结束放射线照射直到检测到放射线照射的结束的时间段将增长的可能性。

因此，根据本实施例，在对于放射线检测传感器121的放射线输入量小的情况下，电流检测单元122的增益设定被设为高值，以提高放射线检测单元120的SN比。即，使得反馈电阻Rref的电阻值为大的值。结果，即使在对于放射线检测传感器121的放射线输入量小的情况下，也可防止由于噪声导致的放射线照射的错误检测。相反，在对于放射线检测传感器121的放射线输入量大的情况下，由于放射线检测单元120的SN比大并且由于噪声而错误检测放射线照射的可能性低，因此，不必将电流检测单元122的增益设为高值。此外，如果电流检测单元122的增益被不必要地设为高值，那么时间响应劣化并且导致上述的不利影响。因此，在对于放射线检测传感器121的放射线输入量大的情况下，电流检测单元122的增益设定被降低。

如上所述，对于布置于检测单元101中的被检体区域中的放射线检测传感器121的放射线输入量小，并且对于布置于检测单元101中的直接透射区域中的放射线检测传感器121的放射线输入量大。因此，在本实施例中，与布置于成为被检体区域的可能性高的检测单元101的中心区域中的放射线检测传感器121连接的电流检测单元122的增益被设为高值。此外，与布置于成为直接透射区域的可能性高的检测单元101的周边区域中的放射线检测传感器121连接的电流检测单元122的增益被设为低值。通常，相对于在被检体区域处照射的放射线，在直接透射区域处照射的放射线为约两到三数位（digit）的倍数那样强。因此，例如，相对于与周边区域对应的电流检测单元122的增益，与中心区域对应的电流检测单元122的增益被设为约两到三数位的倍数高的值。

现在，将通过使用图6描述在检测单元中的九个位置处布置放射线检测传感器的情况中的增益设定例子。如图6所示，在各种类型的放射线照相中，检测单元101内的周边的四个角将是直接透射区域的可能性高。因此，与在检测单元101内的周边的四个角处布置的放射线检测传感器201连接的电流检测单元122的增益被设为低值。此外，由于其它的五个位置将是被检体区域的可能性高，因此，与在那五个位置处布置的放射线检测传感器202连接的电流检测单元122的增益被设为高值。此外，取决于放射线照相部位或者诸如静止图像或运动图像放射线照相模式的放射线照相模式，在一些情况下，放射线的照射场（field）变窄。在这样的情况下，即使执行放射线照射，如果放射线处于照射场外部，那么布置于检测单元101的周边区域处的放射线检测传感器121也不能检测到放射线。因此，在布置于检测单元101内的两个或更多个放射线检测传感器之中，至少一个放射线检测传感器被布置于检测单元101的中心区域处，并且与其连接的电流检测单元122的增益被设为高值。

此外，比较单元123的阈值电压Vth根据电流检测单元122的增益设定而改变。如上所述，在电流检测单元122的增益设定高的位置（中心区域）处，由于重叠在从放大器ampX1输出的电压值Vout上的噪声的量大，因此，从防止错误检测的观点，比较单元123的阈值电压Vth被设为高值。此外，在电流检测单元122的增益设定低的位置（周边区域）处，由于重叠在从放大器ampX1输出的电压值Vout上的噪声的量小，因此，比较单元123的阈值电压Vth被设为低值。比较单元123的阈值电压Vth越低，则放射线检测单元120在开始放射线照射之后检测放射线照射的开始所花费的时间越短。因此，希望将阈值电压Vth设为尽可能地低。

图7A和图7B是示出根据第一实施例的放射线成像装置处的检测放射线照射的操作的例子的流程图。图7A是示出检测放射线照射的操作的第一例子的流程图。当成像装置100开始待机操作时，放射线确定单元127确定是否以指示放射线照射开始的状态输入来自放射线检测单元120的多个比较单元123的放射线检测信号SIGA之中的任一个放射线检测信号SIGA。换句话说，放射线确定单元127确定任一个放射线检测信号SIGA是否从低电平变为高电平（S101）。如果作为结果确定所有的放射线检测信号SIGA都不处于指示放射线照射开始的状态，那么放射线确定单元127向信号处理单元105输出指示没有检测到放射线照射的放射线确定信号SIGB。结果，成像装置100继续待机操作，并且重复执行初始化操作（S102）。

相反，在放射线检测信号SIGA中的任一个变为作为指示放射线照射开始的状态的高电平的情况下，放射线确定单元127向信号处理单元105输出指示放射线照射开始的放射线确定信号SIGB（S103）。在接收到指示放射线照射开始的放射线确定信号SIGB时，信号处理单元105向控制单元106发送用于停止初始化操作并转移到积累操作的信号。结果，成像装置100停止初始化操作并转移到积累操作（S104）。

图7B是示出检测放射线照射的操作的第二例子的流程图。当成像装置100开始待机操作时，放射线确定单元127确定是否以指示放射线照射开始的状态输入来自放射线检测单元120的多个比较单元123的放射线检测信号SIGA之中的两个或更多个放射线检测信号SIGA。换句话说，放射线确定单元127确定两个或更多个放射线检测信号SIGA是否从低电平变为高电平（S201）。如果作为结果确定不存在处于指示放射线照射开始的状态的两个或更多个的放射线检测信号SIGA，那么放射线确定单元127向信号处理单元105输出指示没有检测到放射线照射的放射线确定信号SIGB。结果，成像装置100继续待机操作，并且重复执行初始化操作（S202）。

相反，在两个或更多个的放射线检测信号SIGA处于指示放射线照射开始的状态中的情况下，放射线确定单元127向信号处理单元105输出指示放射线照射开始的放射线确定信号SIGB（S203）。在接收到指示放射线照射开始的放射线确定信号SIGB时，信号处理单元105向控制单元106发送用于停止初始化操作并转移到积累操作的信号。结果，成像装置100停止初始化操作并转移到积累操作（S204）。

由此，可采用这样的配置：其中，如图7A所示，当以指示放射线照射开始的状态输入多个放射线检测信号SIGA之中的任一个信号时，放射线确定单元127立即输出指示放射线照射开始的放射线确定信号SIGB。在这种情况下，由于使用在与多个放射线检测传感器121有关的放射线检测信号之中检测到放射线照射的开始并被最快地输出的放射线检测信号，因此，可缩短从放射线照射开始直到放射线检测单元120检测到放射线照射的时间段。

另外，也可以采用这样的配置：其中，如图7B所示，当以指示放射线照射开始的状态输入多个放射线检测信号SIGA之中的两个或更多个信号时，放射线确定单元127输出指示放射线照射开始的放射线确定信号SIGB。在这种情况下，由于使用两个或更多个放射线检测信号，因此，可以减少错误检测的出现并且可以精确地检测放射线照射。

此外，也可采用这样的配置：其中，执行以下的检测放射线照射的操作。图8是示出在根据第一实施例的放射线成像装置中检测放射线照射的操作的第三例子的流程图。当成像装置100开始待机操作时，放射线确定单元127确定是否以指示放射线照射开始的状态输入来自放射线检测单元120的多个比较单元123的放射线检测信号SIGA之中的任一个放射线检测信号SIGA（S301）。如果作为结果确定所有的放射线检测信号SIGA都不处于指示放射线照射开始的状态中，那么放射线确定单元127向信号处理单元105输出指示没有检测到放射线照射的放射线确定信号SIGB。结果，成像装置100继续待机操作，并且重复执行初始化操作（S302）。

相反，在放射线检测信号SIGA中的任一个处于指示放射线照射开始的状态中的情况下，放射线确定单元127向信号处理单元105输出指示放射线照射开始的放射线确定信号SIGB（S303）。在接收到指示放射线照射开始的放射线确定信号SIGB时，信号处理单元105向控制单元106发送用于停止初始化操作的信号。结果，成像装置100停止初始化操作（S304）。

接下来，放射线确定单元127确定是否以指示放射线照射开始的状态输入来自多个比较单元123的放射线检测信号SIGA中的另一个（S305）。如果作为结果确定以指示放射线照射开始的状态输入另一放射线检测信号SIGA，那么信号处理单元105向控制单元106发送用于转移到积累操作的信号。结果，成像装置100转移到积累操作（S306）。

另一方面，如果在预定的时间段期间没有以指示放射线照射开始的状态输入放射线检测信号SIGA中的另一个，那么放射线确定单元127确定放射线照射的开始被错误地检测到。随后，放射线确定单元127向信号处理单元105输出用于导致成像装置100重新开始（resume）待机操作的放射线确定信号SIGB。在接收到放射线确定信号SIGB时，信号处理单元105向控制单元106发送用于转移到待机操作的信号。结果，成像装置100转移到待机操作并且重新开始初始化操作。

由此，当以指示放射线照射开始的状态输入任一个放射线检测信号SIGA时，放射线确定单元127输出指示放射线照射开始的放射线确定信号SIGB，以暂时停止成像装置100的初始化操作。之后，如果处于指示放射线照射开始的状态中的第二放射线检测信号SIGA被输入到放射线确定单元127，那么成像装置100转移到积累操作。如果处于指示放射线照射开始的状态中的第二放射线检测信号SIGA没有被输入到放射线确定单元127，那么放射线确定单元127确定存在错误检测，并向成像装置100发送信号以导致成像装置100重新开始待机驱动操作，即初始化操作。由此，可以减少放射线照射开始的错误检测的出现，并还减少由初始化操作导致的从转换元件201的信号的流出（outflow）。

根据本实施例，放射线检测传感器121被布置于检测单元中的两个或更多个位置处。与布置于成为被检体区域的可能性高的中心区域中的放射线检测传感器121连接的电流检测单元122的增益被设为高值。与布置于成为直接透射区域的可能性高的周边区域处的放射线检测传感器121连接的电流检测单元122的增益被设为低值。此外，与布置于中心区域（被检体区域）中的放射线检测传感器121对应的比较单元123的阈值电压Vth被设为高值，并且与布置于周边区域（直接透射区域）中的放射线检测传感器121对应的比较单元123的阈值电压Vth被设为低值。通过以这种方式根据放射线检测传感器121的布置位置来设定电流检测单元122的增益并设定比较单元123的阈值电压，可以防止由于噪声导致的错误检测和由于过度增益设定导致的检测系统的时间响应的劣化。由此，可以实现以高的精度检测放射线照射的放射线成像装置。

虽然在以上的描述中使用布置于检测单元101中的放射线检测传感器121，但是，也可采用这样的配置：其通过与检测单元101中的为了获取图像数据设置的用于对图像进行放射线照相的像素分离地设置放射线检测像素321，来检测放射线照射。图9是示出根据第一实施例的放射线检测单元120的另一配置例子的示图。图9所示的放射线检测单元120包含放射线检测像素321、积分电路322和比较单元323。

放射线检测像素321例如包含通过使用a-Si制成的MIS传感器。在放射线检测像素321被设置在检测单元101中的情况下，作为上述的电流检测单元122的增益设定的替代，放射线检测像素321的灵敏度（sensitivity）被设定。通过偏置电压值Vs设定放射线检测像素321的灵敏度。在使用a-Si制成的传感器中，由于传感器是非晶半导体，因此存在由悬挂键产生的大量的陷阱能级（traplevel），由此，由陷阱导致的电子和空穴的移动取决于半导体内的电场强度变得活跃（active），并且灵敏度可通过偏置电压值Vs来改变。

当放射线照射在放射线检测像素321上时，产生并且在连接于积分电路322的放大器ampX2的反相输入端子与输出端子之间的反馈电容器Cf中积累光电荷（photocharge）。注意，基准电压Vref被输入到放大器ampX2的非反相输入端子。与反馈电容器Cf的积累电荷对应的电压值Vout被输入到比较单元323的比较器CMP2，并与任意的阈值电压Vth相比较。如果电压值Vout超过阈值电压Vth，那么比较器CMP2将放射线检测信号SIGA设为高的电平并输出放射线检测信号SIGA。当放射线检测结束时，连接于积分电路322的放大器ampX2的反相输入端子与输出端子之间的开关SW1被置于导通状态，并且放射线检测像素321被刷新（refresh）。

在使用图9所示的放射线检测单元120的情况下，同样，根据放射线检测像素321的布置位置来设定灵敏度。针对被布置于对于放射线检测像素321的放射线输入量小的中心区域处的放射线检测像素321，灵敏度被设为高值（偏置电压值Vs被设为高值）。此外，针对被布置于对于放射线检测像素321的放射线输入量大的周边区域处的放射线检测像素321，灵敏度被设为低值（偏置电压值Vs被设为低值）。注意，作为设定放射线检测像素321的灵敏度的方法，也可采用改变各放射线检测像素321的光接收面积的方法。即，使得中心区域处的放射线检测像素321的光接收面积大以提高灵敏度，并且使得周边区域处的放射线检测像素321的光接收面积小以降低灵敏度。

此外，在本实施例中，也可通过检测在检测单元101的偏置线Bs中流动的电流来执行放射线照射的检测。在这种情况下，偏置线Bs被分成两个或更多个区域，并且上述的电流检测单元122和比较单元123分别与所述两个或更多个区域连接。这种情况下的确定放射线照射的方法与上述的方法相同。

第二实施例

接下来。将描述本发明的第二实施例。图10是示出根据第二实施例的放射线成像装置的配置例子的示图。图11是示出根据第二实施例的放射线检测单元的配置例子的示图。图10和图11中的具有与第一实施例中相同配置的元件被分配相同的附图标记，并且省略其详细描述。

下面描述第二实施例与第一实施例之间的不同。

如图10和图11所示，根据第二实施例，饱和确定单元128与每个电流检测单元122的放大器ampX1的输出连接。饱和确定单元128包含比较器CMP3，向该比较器CMP3输入从放大器ampX1输出的电压值Vout和阈值电压Vthx。增益设定单元124和阈值设定单元125与饱和确定单元128的比较器CMP3的输出端子连接。采用使得可基于来自饱和确定单元128的信号来切换电流检测单元122的增益和比较单元123的阈值电压的配置。使得电流检测单元122的反馈电阻Rref是可变电阻，并且可通过来自增益设定单元124的信号来改变其电阻值。为了使得能够改变比较器CMP1的阈值电压值，比较单元123包含用于阈值电压的多个电源，并且可通过来自阈值设定单元125的信号来控制开关SW2以改变阈值电压值。虽然图11示出存在用于阈值电压的三个电源Vth1、Vth2和Vth3的例子，但是，本实施例不限于此，并且用于阈值电压的电源的数量是任意的。

在第一实施例中，根据各放射线检测传感器121的布置位置来设定被布置于检测单元101中的两个或更多个放射线检测传感器121的检测能力。针对被布置于对于放射线检测传感器121的放射线输入量小的中心区域处的放射线检测传感器121，增益被设为高值，而针对被布置于放射线输入量大的周边区域处的放射线检测传感器121，增益被设为低值。但是，在实际的放射线照相中，由于被检体区域取决于放射线照相部位和被检体的体形而不同，因此，在一些情况下，放射线检测传感器121的各布置位置处的增益设定是不合适的。作为这种情况下的不利影响，以下的影响是可设想的。当在增益被设为高值的放射线检测传感器121处照射过强的放射线时，电流检测单元122内的放大器ampX1饱和且不再正常地操作。当放大器ampX1饱和时，时间响应劣化且花费时间以检测放射线照射的结束，并且不再能精确地检测照射的结束。因此，根据第二实施例，饱和确定单元128与放大器ampX1的输出连接，并且增益被控制以使得放大器ampX1不饱和。

现在将通过使用图11和图12描述饱和确定单元128的操作。图12是用于描述根据第二实施例的增益设定的示图。在图12中，附图标记VOL2表示电流检测单元122的增益设定低的情况下的电压值Vout的例子，附图标记VOH2表示电流检测单元122的增益设定高的情况下的电压值Vout的例子。此外，附图标记Vthx表示饱和确定单元128的阈值电压，附图标记THL表示比较单元123的阈值电压。

当从放大器ampX输出的电压值Vout超过比较单元123的阈值电压THL（P1）时，检测到放射线照射的开始。饱和确定单元128监视从放大器ampX输出的电压值Vout，并且当电压值Vout超过被设为比饱和电压低的电压的阈值电压Vthx（P2）时，饱和确定单元128向增益设定单元124发送饱和确定信号。在接收到饱和确定信号时，增益设定单元124降低电流检测单元122的反馈电阻Rref的电阻值。即，增益设定单元124将电流检测单元122的增益设为低值。通过执行该操作，可以防止放大器ampX1的饱和，并且可以精确地检测放射线照射的结束的定时。

此外，当从放大器ampX1输出的电压值Vout小于阈值电压THL（P2）时，比较单元123向放射线确定单元127发送指示检测到放射线照射结束的放射线检测信号SIGA。在这种情况下，希望通过来自接收到饱和确定信号的阈值设定单元125的信号将比较单元123的阈值电压THL设为低值。这是因为，由于接收到饱和确定信号的电流检测单元122的增益被设为低值，因此，存在在检测到放射线照射的实际结束之前从放大器ampX1输出的电压值Vout将变得低于阈值电压THL的可能性。

注意，与第一实施例类似，也可采用这样的配置：其通过与检测单元101中提供的用于对图像进行放射线照相的像素分离地设置放射线检测像素321，来检测放射线照射。图13是示出根据第二实施例的放射线检测单元120的另一配置例子的示图。图13中的具有与参照图9和图11描述的配置相同的配置的元件被分配相同的附图标记，并且省略其详细描述。图13所示的放射线检测单元120包含放射线检测像素321、积分电路322、比较单元323、饱和确定单元128、阈值设定单元325、偏置切换单元330和偏置设定单元331。

当使用放射线检测像素321时，采用这样的配置：使得作为电流检测单元122的增益设定的替代，可分别设定放射线检测像素321的灵敏度，并且其中，饱和确定单元128与积分电路322的输出连接。饱和确定单元128监视从积分电路322的放大器ampX2输出的电压值Vout，并且，如果电压值Vout超过被设为比放射线检测像素321饱和的电压低的电压的阈值电压Vthx，那么饱和确定单元128向偏置设定单元331发送饱和确定信号。在接收到饱和确定信号时，偏置设定单元331控制偏置切换单元330的开关SW3以降低偏置电压。即，偏置设定单元331降低放射线检测像素321的灵敏度。由此，可以防止出现放射线检测像素321饱和并且时间响应劣化的情形。

其它的实施例

也可通过经由网络或经由各种存储介质向系统或装置供给用于实现以上实施例的功能的软件（程序）、并使得该系统或装置的计算机（或者中央处理单元（CPU）或微处理单元（MPU））读取并执行该程序，实现本发明。

要理解，前述的实施例意图仅在于示出本发明的具体例子，意图并不在于限制本发明的技术范围。即，在不背离本发明的技术概念或主要特征的情况下，可以以各种形式实现本发明。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但要理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围要被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (13)

1.一种放射线成像装置，包括：

检测器，所述检测器包含检测单元、驱动电路和读取电路，在所述检测单元中以矩阵形状布置具有将放射线转换成电荷的转换元件的像素，所述驱动电路被配置为驱动检测单元以从像素输出与电荷对应的电信号，所述读取电路被配置为输出电信号作为图像数据；

放射线检测单元，被配置为在检测单元中的多个位置处检测放射线的照射状态；以及

控制单元，被配置为根据通过放射线检测单元获得的检测结果来控制驱动电路和读取电路的操作，

其中，放射线检测单元至少在检测单元中的中心区域处和与中心区域分离的检测单元中的周边区域处检测放射线的照射状态，以及检测单元的中心区域处的放射线检测单元的检测能力被设为比检测单元的周边区域处的放射线检测单元的检测能力高的能力。

2.根据权利要求1的放射线成像装置，其中：

当通过放射线检测单元检测到放射线照射的开始时，控制单元使得检测器的操作状态从待机状态转移到积累状态，在所述待机状态中检测器重复执行转换元件的复位，在所述积累状态中检测器在转换元件中积累电荷，以及

当通过放射线检测单元检测到放射线照射的结束时，控制单元使得检测器的操作状态从积累状态转移到读取状态，在所述读取状态中检测器输出与在转换元件中积累的电荷对应的电信号。

3.根据权利要求1的放射线成像装置，其中，放射线检测单元包含：

放射线检测传感器，被布置于检测单元中并被配置为将照射的放射线转换成电流信号；

电流检测单元，被配置为将来自放射线检测传感器的电流信号转换成电压信号；以及

比较单元，被配置为比较来自电流检测单元的电压信号与阈值电压，

其中，当来自电流检测单元的电压信号超过比较单元的阈值电压时，放射线检测单元输出指示放射线照射的开始的放射线检测信号，以及当来自电流检测单元的电压信号低于比较单元的阈值电压时，放射线检测单元输出指示放射线照射的结束的放射线检测信号。

4.根据权利要求3的放射线成像装置，还包括放射线确定单元，所述放射线确定单元被配置为从放射线检测单元接收分别与布置于检测单元中的多个放射线检测传感器对应的多个放射线检测信号，并确定放射线照射状态；

其中，当从放射线检测单元输入指示放射线照射的开始的任一个放射线检测信号时，放射线确定单元向控制单元输出指示放射线照射的开始的放射线确定信号。

5.根据权利要求3的放射线成像装置，还包括放射线确定单元，所述放射线确定单元被配置为从放射线检测单元接收分别与布置于检测单元中的多个放射线检测传感器对应的多个放射线检测信号，并确定放射线照射状态，

其中，当从放射线检测单元输入指示放射线照射的开始的两个或更多个放射线检测信号时，放射线确定单元向控制单元输出指示放射线照射的开始的放射线确定信号。

6.根据权利要求4的放射线成像装置，其中，当从放射线检测单元输入指示放射线照射的结束的任一个放射线检测信号时，放射线确定单元向控制单元输出指示放射线照射的结束的放射线确定信号。

7.根据权利要求5的放射线成像装置，其中，当从放射线检测单元输入指示放射线照射的结束的任一个放射线检测信号时，放射线确定单元向控制单元输出指示放射线照射的结束的放射线确定信号。

8.根据权利要求4的放射线成像装置，其中，当从放射线检测单元输入指示放射线照射的结束的两个或更多个放射线检测信号时，放射线确定单元向控制单元发送指示放射线照射的结束的放射线确定信号。

9.根据权利要求5的放射线成像装置，其中，当从放射线检测单元输入指示放射线照射的结束的两个或更多个放射线检测信号时，放射线确定单元向控制单元发送指示放射线照射的结束的放射线确定信号。

10.根据权利要求1的放射线成像装置，其中，放射线检测单元包含：

放射线检测传感器，被布置于检测单元中并被配置为将照射的放射线转换成电流信号；

电流检测单元，被配置为将来自放射线检测传感器的电流信号转换成电压信号；

增益设定单元，被配置为设定电流检测单元的增益；

比较单元，被配置为比较来自电流检测单元的电压信号与阈值电压；

阈值设定单元，被配置为设定比较单元的阈值电压；以及

饱和确定单元，被配置为确定电流检测单元的状态，

其中，当从电流检测单元输出的电压信号超过被设为比电流检测单元饱和时的电压信号低的阈值电压时，饱和确定单元向增益设定单元发送饱和确定信号，以及

其中，在从饱和确定单元接收到饱和确定信号时，增益设定单元将电流检测单元的增益设为低值。

11.一种放射线成像系统，包括：

根据权利要求1的放射线成像装置；以及

放射线产生装置，被配置为照射放射线。

12.一种放射线成像装置，包括：

检测单元，被配置为输出与用于放射线照相的放射线对应的图像信号；以及

放射线检测单元，被配置为检测放射线照射的开始，

其中，放射线检测单元至少在检测单元中的中心区域处和与中心区域分离的检测单元中的周边区域处检测放射线照射状态，以及检测单元的中心区域处的放射线检测单元的检测能力被设为比检测单元的周边区域处的放射线检测单元的检测能力高的能力。

13.一种放射线成像系统，包括：

根据权利要求12的放射线成像装置；以及

放射线产生装置，被配置为照射放射线。