JP2014165777A - Ｘ線画像検出装置およびその欠陥画素判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線画像検出装置における欠陥画素の検出を容易にする。
【解決手段】Ｘ線画像検出装置は、Ｘ線検出パネル４１と、積分アンプ４３およびＡ／Ｄ変換器４４などからなる信号読出器と、欠陥判定部６１とを備える。Ｘ線検出パネル４１は、基板上に延びる複数の行選択線および信号線と、格子状に配列された複数の画素とを有する。それぞれの画素は、Ｘ線またはＸ線を変換した蛍光を電気信号に変換する変換素子および行選択線に接続されて変換素子と信号線との間に設けられたスイッチング素子を有する。欠陥判定部６１は、Ｘ線未照射時に読み出した画素値のヒストグラムを作成し、そのヒストグラム中で画素値の頻度が第１の閾値以下であってかつ第２の閾値以上連続するギャップを検出し、画素値の頻度が第１の閾値を超えるヒストグラム中の領域に対してギャップの反対側の領域に属する画素を欠陥画素と判定する。
【選択図】図１

Description

実施形態は、概してＸ線画像検出装置およびその欠陥画素判定方法に関する。

現在実用化されているＸ線画像検出器の多くは、間接変換方式を採用している。従来の間接型Ｘ線画像検出器においては、人体などを透過したＸ線画像をＸ線画像検出器に入射し、その画像情報を電気信号に変換する。この際、Ｘ線を可視光に変換する蛍光変換膜によってＸ線を可視光に変換し、その光を格子状に形成された複数の光検出器によって二次元的な画像情報として検出し、外部に電気信号として出力する。

間接式Ｘ線検出器は、液晶表示装置の製造工程に類似しているＴＦＴパネル製造工程により、保持基板上に信号配線とＴＦＴ（薄膜トランジスタ：Thin Film Transistor）を形成したＴＦＴパネルを用いる。その上に入力面からの蛍光を検出するフォトダイオード素子を格子状に形成する。フォトダイオード素子の出力は、下部に配置されているスイッチング素子であるＴＦＴに電気的に接続される。これらのフォトダイオード素子およびＴＦＴなどが、画素を構成する。

フォトダイオード素子は、主にアモルファス半導体により構成される。一般的には、ｎ型アモルファスシリコン、真性アモルファスシリコン、そしてｐ型アモルファスシリコンを順次積層したダイオード構造を有している。フォトダイオード素子には、Ｘ線画像検出器の動作状態においては、逆バイアス状態の電界を印加されている。

画素はガラス製の保持基板上に格子状に配置される。各画素のスイッチング素子は、行を表す選択線と列を表す信号線に接続されている。選択線および信号線は格子状に配置され、格子状に配置している各画素に接続されている。このようにガラス基板上にＴＦＴおよびフォトダートを配列したＴＦＴパネルは、平面型光検出器（画像検出部）となる。

平面型光検出器上にＸ線を可視光に変換する蛍光体を積層したＸ線画像検出パネルでは、外部から入射したＸ線は蛍光体内部にて可視光に変換される。蛍光体内部で発生した可視光は、画像検出部内部のフォトダイオードに入射する。フォトダイオードに入射した可視光は、フォトダイオード内部にて電荷に変換され、フォトダイオード内部もしくは並列接続されている容量素子内部に蓄積される。

電荷に変換されたＸ線画像情報は、フォトダイオードに接続されているスイッチング素子（ＴＦＴ）を通して基板外部へと伝達される。選択線の電位が変化することで電位の変化した選択線に接続されたＴＦＴは導通状態となる。導通状態となったＴＦＴに接続されているフォトダイオードもしくは容量素子内部に蓄積された電荷は、ＴＦＴを通して外部に排出される。外部に排出された電荷は、ＴＦＴに接続している信号線を通して保持基板外部へと排出される。

ＴＦＴを駆動する選択線のうち、通常１本のみの選択線の電位を変化させることにより、ある特定の行に相当するすべての画素内部のＴＦＴを導通状態にする。電位を変化させる選択線を順次変更することで、外部にはある特定の行に相当する画素からの信号が外部に排出される。電荷の排出された信号線の位置と、その時点で電位の変動した選択線の位置を参照することで、Ｘ線の入射位置と強度を算出することが可能となる。

保持基板外部に排出された電荷信号は、各信号線に接続された積分増幅器へと入力される。積分増幅器に入力された電荷情報は増幅され、電位信号に変換されて出力される。積分増幅器から出力された電位信号はアナログ、デジタル変換機にてデジタル値に変換され、最終的には画像信号として編集されてＸ線画像検出器の外部へと出力される。

Ｘ線画像検出器内部に蓄積された画像情報はＬＡＮ回線などを通じて外部に出力され、外部に接続されたパソコンなどによる情報処理装置内部に格納されているプログラムによって画像化され、プログラムによって輝度やコントラストを補正された画像に変換されて表示される。

特開２００１−１９７３１３号公報 特開２０１１−３６３９３号公報

ＴＦＴパネルは、液晶製造技術を用いて作られる。一つのＴＦＴパネルに含まれる画素数は数百万に達する。さらに、各画素それぞれにおいて微細な信号を検出する必要があるため、医療用のＸ線画像検出には不適切である欠陥画素の発生は避けることが難しい。

欠陥画素からの出力は、Ｘ線画像診断において邪魔であるため、欠陥画素を登録しその画素からの信号を除外する必要がある。欠陥画素は、Ｘ線画像検出器の製造直後において抽出して登録されることが多い。しかし、その後の使用状況によっては、新たな欠陥画素が発生する可能性がある。したがって、Ｘ線画像検出器の使用中にも、欠陥画素の抽出と登録を行うことが好ましい。

Ｘ線画像検出器の画素が欠陥となる原因は、多種多様である。比較的多い原因は、ＴＦＴパネルにて発生する短絡である。パネル基板上には、異なる配線同士が極めて薄い絶縁薄膜を介して交差している箇所が数多くある。製造上の理由による絶縁薄膜内部の欠陥がＸ線画像検出器の使用途中に変化して絶縁性能が悪化し、配線同士の短絡を引き起こすことがある。

ＴＦＴパネルにおいて配線同士もしくはＴＦＴ電極間、もしくはフォトダイオードの電極間における短絡が発生すると、多くの場合、通常とは異なる大きな電荷がＴＦＴ基板から信号線を通じて外部に出力され、正常な画素からの出力信号に加算されて検出されることになる。画素からの出力値について正常範囲をあらかじめ定めておき、その範囲を外れた出力特性を持つ画素は欠陥とする方法が、欠陥画素を検出するために主に用いられている。

欠陥画素を検出する際に用いる画素出力は、Ｘ線を照射しない場合において撮影動作を行った場合に出力される暗画像を用いることが多い。これは、Ｘ線を入射した場合の画像では画素からの出力が入射Ｘ線の線量や分布によって大きく異なるため、欠陥画素検出に用いることが困難だからである。特にＴＦＴパネル内部において短絡が発生した場合には、Ｘ線を入射しない撮影においても短絡の影響が外部に出力されるため、暗画像を調査することで欠陥画素検出ができる。

しかし、ＴＦＴパネル上に形成した画素から出力される暗画像データは、ＴＦＴパネル製造時の条件の微妙な違いや、ロット、さらに同一パネル上の異なる領域においてもよって異なることが多い。このため、正常画素からの出力値の範囲をあらかじめ定めておくことが困難である。つまり、欠陥画素の検出率を向上させるために正常画素の暗画像データの数値範囲を狭くしてしまうと、正常画素を結果画素と誤検出してしまう確率が高くなる。また、正常画素の案画像データの数値範囲を広げてしまうと、欠陥画素の検出率が極端に落ちてしまう。

他の欠陥画素の検出方法として、暗画像撮影時の画素全体の出力値の平均値とばらつきから正常画素と異常画素の判断をする方法がある。この方法では、画像全体の平均値とばらつきを算出し、たとえば平均値を中心にしてばらつきの５倍を超えた出力値を持つ画素を異常と判断する。この方法を用いると、個々のＴＦＴパネルごとの特性ばらつきによる個体差を考慮に入れた欠陥画素検出ができる。この手法は、ＴＦＴパネル上の画素からの暗画像出力値が単純な正規分布を有する場合を想定している。実際のＴＦＴパネル上の画素からの暗画像出力値は正規分布とは異なった分布を持つことが多く、単純に平均値とばらつきだけで正常画素と欠陥画素を区別するのは困難である。

また、画素内に電荷を蓄積する時間に相当する露光時間を変化させた二枚の画像の差分画像を演算し、その差分画像を用いて、上述の欠陥画素検出方法と同様の手法を使って欠陥画素を検出する方法がある。これはフォトダイオードの内部欠陥もしくは電極間の短絡によりフォトダイオード中を流れる暗電流が増えた欠陥画素を検出することができる手法である。しかし、同様の理由によって正常画素と欠陥画素を区別するのは困難である。

画素内のフォトダイオードに印加するバイアス電圧を変化させた二枚の画像の差分画像を演算し、その差分画像を用いて上述と同様の手法を使って欠陥画素を検出する方法がある。これはフォトダイオードの内部欠陥もしくは電極間の短絡によりフォトダイオード中を流れる暗電流が増えた欠陥画素を検出することができる手法である。しかし、同様の理由によって正常画素と欠陥画素を区別するのは困難である。

そこで、実施形態は、Ｘ線画像検出装置における欠陥画素の検出を容易にすることを目的とする。

上述の目的を達成するため、実施形態によるＸ線画像検出装置は、基板と、前記基板上に延びる複数の行選択線と、前記基板上に前記行選択線に交差するように延びる複数の信号線と、Ｘ線またはＸ線を変換した蛍光を電気信号に変換する変換素子および前記行選択線に接続されて前記変換素子と前記信号線との間に設けられたスイッチング素子を有し前記基板上の画素領域内で格子状に配列された複数の画素と、前記信号線に接続されて前記画素から画素値を読み出す信号読出器と、Ｘ線未照射時に前記信号読出器が読み出した画素値のヒストグラムを作成し、そのヒストグラム中で画素値の頻度が第１の閾値以下であってかつ第２の閾値以上連続するギャップを検出し、前記画素値の頻度が前記第１の閾値を超える前記ヒストグラム中の領域に対して前記ギャップの反対側の領域に属する前記画素を欠陥画素と判定する欠陥判定部と、を具備することを特徴とする。

また、実施形態によるＸ線画像検出装置は、基板と、前記基板上に延びる複数の行選択線と、前記基板上に前記行選択線に交差するように延びる複数の信号線と、Ｘ線またはＸ線を変換した蛍光を電気信号に変換する変換素子および前記行選択線に接続されて前記変換素子と前記信号線との間に設けられたスイッチング素子を有し前記基板上の画素領域内で格子状に配列された複数の画素と、前記信号線に接続されて前記画素から画素値を読み出す信号読出器と、Ｘ線未照射時に露光時間が異なる複数の状態で前記信号読出器が読み出した画素値の差分のヒストグラムを作成し、そのヒストグラム中で差分の頻度が第１の閾値以下であってかつ第２の閾値以上連続するギャップを検出し、前記差分の頻度が前記第１の閾値を超える前記ヒストグラム中の領域に対して前記ギャップの反対側の領域に属する前記画素を欠陥画素と判定する欠陥判定部と、を具備することを特徴とする。

また、実施形態によるＸ線画像検出装置は、基板と、前記基板上に延びる複数の行選択線と、前記基板上に前記行選択線に交差するように延びる複数の信号線と、Ｘ線またはＸ線を変換した蛍光を電気信号に変換する変換素子および前記行選択線に接続されて前記変換素子と前記信号線との間に設けられたスイッチング素子を有し前記基板上の画素領域内で格子状に配列された複数の画素と、前記信号線に接続されて前記画素から画素値を読み出す信号読出器と、Ｘ線未照射時に前記変換素子への給電電圧が異なる複数の状態で前記信号読出器が読み出した画素値の差分のヒストグラムを作成し、そのヒストグラム中で差分の頻度が第１の閾値以下であってかつ第２の閾値以上連続するギャップを検出し、前記差分の頻度が前記第１の閾値を超える前記ヒストグラム中の領域に対して前記ギャップの反対側の領域に属する前記画素を欠陥画素と判定する欠陥判定部と、を具備することを特徴とする。

また、実施形態による基板と、前記基板上に延びる複数の行選択線と、前記基板上に前記行選択線に交差するように延びる複数の信号線と、Ｘ線またはＸ線を変換した蛍光を電気信号に変換する変換素子および前記行選択線に接続されて前記変換素子と前記信号線との間に設けられたスイッチング素子を有し前記基板上の画素領域内で格子状に配列された複数の画素と、前記信号線に接続されて前記画素から画素値を読み出す信号読出器と、を具備することを特徴とするＸ線画像検出装置の欠陥画素判定方法は、Ｘ線未照射時に前記信号読出器が画素値を読み出す工程と、前記画素値のヒストグラムを作成する工程と、前記ヒストグラム中で画素値の頻度が第１の閾値以下であってかつ第２の閾値以上連続するギャップを検出する工程と、前記画素値の頻度が前記第１の閾値を超える前記ヒストグラム中の領域に対して前記ギャップの反対側の領域に属する前記画素を欠陥画素と判定する工程と、を具備することを特徴とする。

また、実施形態による基板と、前記基板上に延びる複数の行選択線と、前記基板上に前記行選択線に交差するように延びる複数の信号線と、Ｘ線またはＸ線を変換した蛍光を電気信号に変換する変換素子および前記行選択線に接続されて前記変換素子と前記信号線との間に設けられたスイッチング素子を有し前記基板上の画素領域内で格子状に配列された複数の画素と、前記信号線に接続されて前記画素から画素値を読み出す信号読出器と、を具備することを特徴とするＸ線画像検出装置の欠陥画素判定方法は、Ｘ線未照射時に前記信号読出器を読み出す工程と、Ｘ線未照射時に前記信号読出器が画素値を読み出す第１読出工程と、Ｘ線未照射時に前記第１読出工程とは露光時間が異なる複数の状態で前記信号読出器が画素値を読み出す第２読出工程と、前記第１読出工程で読み出した画素値と前記第２読出工程で読み出した画素値との差分のヒストグラムを作成する工程と、前記ヒストグラム中で前記差分の頻度が第１の閾値以下であってかつ第２の閾値以上連続するギャップを検出する工程と、前記差分の頻度が前記第１の閾値を超える前記ヒストグラム中の領域に対して前記ギャップの反対側の領域に属する前記画素を欠陥画素と判定する工程と、を具備することを特徴とする。

また、実施形態による基板と、前記基板上に延びる複数の行選択線と、前記基板上に前記行選択線に交差するように延びる複数の信号線と、Ｘ線またはＸ線を変換した蛍光を電気信号に変換する変換素子および前記行選択線に接続されて前記変換素子と前記信号線との間に設けられたスイッチング素子を有し前記基板上の画素領域内で格子状に配列された複数の画素と、前記信号線に接続されて前記画素から画素値を読み出す信号読出器と、を具備することを特徴とするＸ線画像検出装置の欠陥画素判定方法は、Ｘ線未照射時に前記信号読出器を読み出す工程と、Ｘ線未照射時に前記信号読出器が画素値を読み出す第１読出工程と、Ｘ線未照射時に前記第１読出工程とは前記変換素子への給電電圧が異なる状態で前記信号読出器が画素値を読み出す第２読出工程と、前記第１読出工程で読み出した画素値と前記第２読出工程で読み出した画素値との差分のヒストグラムを作成する工程と、前記ヒストグラム中で前記差分の頻度が第１の閾値以下であってかつ第２の閾値以上連続するギャップを検出する工程と、前記差分の頻度が前記第１の閾値を超える前記ヒストグラム中の領域に対して前記ギャップの反対側の領域に属する前記画素を欠陥画素と判定する工程と、を具備することを特徴とする。

一実施形態によるＸ線画像検出装置のブロック図である。 一実施形態におけるＸ線検出パネルの模式的斜視図である。 一実施形態におけるＸ線検出パネルの画素の等価回路図である。 一実施形態における画像検出部の等価回路図である。 Ｘ線検出パネルから出力された暗画像の画素出力値のヒストグラムの例である。 Ｘ線検出パネルから出力された暗画像の画素出力値のヒストグラムの例である。

以下、一実施形態によるＸ線画像検出装置を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、一実施形態によるＸ線画像検出装置のブロック図である。

Ｘ線画像検出装置１０は、入射したＸ線を電気信号に変換するＸ線検出パネル４１を有している。Ｘ線検出パネル４１には、積分アンプ４３、ゲートドライバー４２が多数接続されている。ゲートドライバー４２には、行選択回路４５が接続されている。積分アンプ４３には、Ａ／Ｄ変換器４４が接続されている。Ａ／Ｄ変換器４４は、たとえば複数であって、それぞれ複数の積分アンプ４３に接続されている。

Ａ／Ｄ変換器４４には、画像再構成回路４６が接続されている。画像再構成回路４６には、欠陥判定部６１が接続されている。

欠陥判定部６１には、オフセット補正処理部４７が接続されている。オフセット補正処理部４７には、ゲイン補正処理部４９が接続されている。ゲイン補正処理部４９には、欠陥補正処理部５１が接続されている。オフセット補正処理部４７は、オフセット補正用テーブル４８を参照できるようになっている。ゲイン補正処理部４９は、ゲイン補正用テーブル５０を参照できるようになっている。欠陥補正処理部５１は、欠陥補正用テーブル５２を参照できるようになっている。欠陥補正処理部５１には、画像表示装置５４が接続されている。

ゲートドライバー４２は、外部からの信号を受信するとＸ線検出パネル４１に接続されている多数の信号線の電圧を順番に変更していく機能を有する。積分アンプ４３は、Ｘ線検出パネル４１から出力される極めて微小な電荷信号を増幅して出力する機能を有する。行選択回路４５は、Ｘ線画像の走査方向に従って、対応するゲートドライバー４２へと信号を送る機能を有している。積分アンプ４３によって増幅されたアナログの電気信号は、Ａ／Ｄ変換器４４によってデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器４４によって変換されたデジタル信号は、画像再構成回路４６によって画素の行と列によって画像信号として再構成される。

画像再構成回路４６によって再構成された画像信号は、オフセット補正処理部４７によって、Ｘ線検出パネル４１の内部にある画素の暗電流成分や、積分アンプ４３のオフセット成分を除去する画像処理が施される。ゲイン補正処理部４９では、各画素感度差や積分アンプ４３の増幅率差を除去する画像処理が施される。欠陥補正処理部５１では、欠陥画素の画素データを除去するための欠陥補正処理が施される。これらの画像処理が施された後、Ｘ線画像が画像表示装置１４にて表示される。

オフセット補正処理部４７、ゲイン補正処理部４９および欠陥補正処理部５１には、演算に用いるためのパラメーターを格納するオフセット補正用テーブル４８、ゲイン補正用テーブル５０そして欠陥補正用テーブル５２が用意されている。オフセット補正処理部４７、ゲイン補正処理部４９および欠陥補正処理部５１は、各テーブルの内容にしたがって各補正処理を行う。これらの補正処理は、Ｘ線検出パネル４１を収めた筐体内部の部品・素子で行ってもよいし、ＬＡＮ回線などによって接続されていて適切なプログラムが格納されたパソコンなどの情報処理装置によって行ってもよい。

図２は、本実施形態におけるＸ線検出パネルの模式的斜視図である。

Ｘ線検出パネル４１は、蛍光変換膜１６と画像検出部２０（ＴＦＴパネル）とを有する。蛍光変換膜１６へと入射する入射Ｘ線１５は、蛍光変換膜１６の内部で可視光からなる蛍光に変換される。蛍光変換膜１６で発生した蛍光は、画像検出部２０表面へと到達する。

画像検出部２０は、主にガラス基板により構成されている保持基板１９を有している。保持基板１９の表面には、ＴＦＴ回路層１８と、格子状に配置されている複数の画素１７とが形成されている。画素１７が配列された領域を画素領域と呼ぶこととする。画像検出部２０は、外部から入射した可視光像を画素によって電気信号へと変換する機能を有する。

図３は、本実施形態におけるＸ線検出パネルの画素の等価回路図である。

それぞれの画素１７は、薄膜トランジスタ２２、フォトダイオード２３、および、コンデンサー２４を有している。各薄膜トランジスタ２２は、フォトダイオード２１への蛍光の入射にて発生した電荷を蓄積および放出させるスイッチング機能を担う。薄膜トランジスタ２２は、結晶性を有する半導体材料である非晶質半導体としてのアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、あるいは多結晶半導体であるポリシリコン（Ｐ−Ｓｉ）などの半導体材料にて少なくとも一部が構成されている。

薄膜トランジスタ２２には、行選択線２１が接続されている。行選択線２１を流れる制御信号によって、薄膜トランジスタ２２のスイッチング動作が制御される。フォトダイオード２３には、バイアス線２６が接続されている。バイアス線２６によって、フォトダイオード２３の動作に必要なバイアス電圧が供給されている。コンデンサー２４には薄膜トランジスタ２２を介して信号線２５が接続されている。

フォトダイオード２３に可視光が入射すると、フォトダイオード２３の内部で電荷が発生する。フォトダイオード２３の内部で発生した電荷は、コンデンサー２４に蓄積される。コンデンサー２４に蓄積された電荷は、薄膜トランジスタ２２のゲートに所定の信号が与えられたときに、薄膜トランジスタ２２を通して信号線２５に流れる。

図４は、本実施形態における画像検出部の等価回路図である。

画像検出部２０には、画素１７が格子状に配置されている。それぞれの画素１７は、行選択線２１と、信号線２５と、バイアス線２６とに接続されている。

次に、図１ないし図４を参照して、Ｘ線画像検出装置１０の動作を説明する。初期状態において、コンデンサー２４にはバイアス線２６を通じて電荷が蓄えられており、並列接続されているフォトダイオード２３には逆バイアス状態の電圧が加えられている。このときのフォトダイオード２３と薄膜トランジスタ２２とを連結する線の電圧は、信号線２５に加えられている電圧と同じである。

フォトダイオード２３は、ダイオードの一種なので、逆バイアスの電圧が加えられても電流はほとんど流れることは無い。そのため、コンデンサー２４に蓄えられた電荷は減少することなく保持されることになる。

このような状況にて、人体などの被検査物を透過して入射Ｘ線１５が蛍光変換膜１６に入射すると、蛍光変換膜１６の内部で高エネルギーのＸ線が可視光からなる蛍光に変換される。この蛍光の強度は、入射Ｘ線強度に比例する。蛍光変換膜１６の内部で発生した蛍光の一部は、画像検出部２０表面に配置されている画素１７へと到達する。

画素１７に入射した蛍光は、フォトダイオード２３の内部で、電子とホールからなる電荷に変換される。これらの電荷は、コンデンサー２４によって印加されている電界方向に沿ってフォトダイオード２３の両端子へと到達することで、フォトダイオード２３内部を流れる電流として観測される。

蛍光の入射により発生したフォトダイオード２３内部を流れる電流は、並列接続されているコンデンサー２４へと流れ込み、コンデンサー２４内部に蓄えられている電荷を打ち消す作用を及ぼす。その結果、コンデンサー２４に蓄えられていた電荷は減少し、コンデンサー２４の端子間に発生していた電位差も初期状態と比べて減少する。

行選択線２１は、ゲートドライバー４２の特定の端子に接続されている。ゲートドライバー４２は、行選択回路４５からの信号を受信して、順番に多数の端子の電位を変化させる機能を有する。ある特定の時刻においては、ゲートドライバー４２によって電位の変化している行選択線２１は１本のみである。電位の変化した行選択線２１に並列接続されている薄膜トランジスタ２２のソース、ドレイン端子の間は、絶縁状態から導通状態へと変化する。

各信号線２５には特定の電圧がかけられている。この電圧は、電位の変換した行選択線２１に接続されている薄膜トランジスタ２２のソース、ドレイン端子を通じて接続されているコンデンサー２４に印加されることになる。

初期状態において、コンデンサー２４は信号線２５と同じ電位状態になっているため、コンデンサー２４の電荷量が初期状態と変化していない場合、コンデンサー２４には信号線２６からの電荷の移動は発生しない。しかし、外部からの入射Ｘ線１５より蛍光変換膜１６の内部で発生した蛍光が照射された画素１７のフォトダイオード２３と並列接続しているコンデンサー２４では、フォトダイオード２３にて発生した光電流により内部に蓄えられている電荷が減少しており、初期状態から電位が変化している。そのため、導通状態となった薄膜トランジスタ２２を通じて信号線２５への電荷の移動が発生し、コンデンサー２４内部に蓄えられた電荷量は初期状態に戻る。移動した電荷量は、信号線２５を流れる信号となり外部へと伝達される。

信号線２５は積分アンプ４３に接続されている。信号線２５は、それぞれに対応した積分アンプ４３に１対１に接続されている。信号線２５を流れる電流は、対応する積分アンプ４３へと入力される。積分アンプ４３は、一定時間内に流れる電流を積分し、その積分値に対応した電圧を外部へと出力する機能を有する。この動作をおこなうことで、ある一定時間内に信号線を流れる電荷量を電圧値に変換することが可能となる。この結果、入射Ｘ線１５によって蛍光変換膜１６の内部で発生した蛍光の強弱分布に対応したフォトダイオード２３内部にて発生する電荷信号は、積分アンプ４３によって電位情報へと変換される。

積分アンプ４３より発生した電位は、Ａ／Ｄ変換器４４にて順次デジタル信号へと変換される。デジタル値となった信号は、画像再構成回路４６内部にて画像検出部２０の内部に配列された画素の行と列とにしたがって順次整理された画像信号へと変換される。通常の撮像時には積分アンプ４３、Ａ／Ｄ変換器４４、画像再構成回路４６などからなる信号読出器で読み出された画像信号は、欠陥判定部６１において特別な処理を施されずに、そのままオフセット補正処理部４７に伝達される。

画像再構成回路４６から出力された画像信号には、Ｘ線検出パネル４１の内部に配置されている個々の画素１７によって異なるオフセット成分と、積分アンプ４３の持つ個々のオフセット成分からなる画像ノイズが含まれている。オフセット補正処理部４７を通すことによって、画像再構成回路４６から出力された画像信号に含まれるこれらのノイズ成分を除去することができる。

画像再構成回路４６から出力された画像信号には、個々の画素１７によって異なる光検出効率、積分アンプ４３の増幅率、および、蛍光変換膜１６の変換効率のばらつきが含まれている。ゲイン補正処理部４９を通すことによって、これらの感度ばらつきを除去することが可能となる。

ゲイン補正処理部４９から出力された画像信号は、欠陥補正処理部５１に入力される。欠陥補正処理部５１は、欠陥補正用テーブル５２内部に記録されている欠陥画素情報を元に、画像に含まれている欠陥画素からの信号を除去し、周囲の正常画素からの信号を元に欠陥画素からの画像情報を修復し出力する機能を有する。

Ｘ線検出パネル４１の内部には数百万にも及ぶ数の画素１７が含まれている。Ｘ線検出パネル４１では微弱な放射線を画像化する必要がある。このため、画素１７の内部に微細な異常が発生すると、出力される画像信号の品質が大きく損なわれる。数百万個に及ぶ画素１７の全てを問題なく製造することは非常に困難であり、最適化された製造条件においても放射線画像検出に不適切な欠陥画素が数十個発生する場合がある。

このような欠陥画素の多くは、ＴＦＴ回路層１８の内部にて発生した配線同士の短絡現象が原因となっている。ＴＦＴ回路層１８には、金属薄膜からなる多数の配線層と、絶縁物薄膜からなる絶縁層からなり、それらが交互に積層した構造を有している。

正常な画素１７では、信号線２５や行選択線２１、フォトダイオード２３の電極、コンデンサー２４の電極の間は、絶縁層によって良好な絶縁状態となっている。しかし、欠陥画素の多くでは、絶縁層に生じた穴や外部からの異物によって絶縁性能が低下し、本来絶縁されている信号線２５と行選択線２１、フォトダイオード２３の電極、コンデンサー２４の電極の間が短絡状態になっている。

このような短絡状態が発生すると、画素１７の内部や信号線２５に通常とは異なる大きな電流が流れ、画像信号上で対応する画素１７や信号線２５の位置に対応した極度に明るい点もしくは暗い点が発生することとなる。これらの欠陥画素から発生した短絡電流は、オフセット補正処理部４７やゲイン補正処理部４９によっても適切に処理ができないことが多い。そのため、欠陥補正処理部５１にて対応する画像信号を除去し、周囲の正常画素からの信号を元に欠陥がその信号を推測し復元することが必要となる。

欠陥補正処理部５１で欠陥補正処理を行うためには、欠陥画素の位置情報を記録した欠陥補正用テーブル５２が必要となる。欠陥画素は、Ｘ線検出パネル４１の製造過程においてあらかじめ検出し登録することは可能である。しかし、製品出荷後における使用中や長期間の保管中においても、製造工程においては検出できなかった欠陥画素が新たに発生することがある。

そこで、Ｘ線画像検出装置１０は、定期的にＸ線検出パネル４１から出力された電気信号に基づく画像の状態を検査し、新たに発生した欠陥画素の検出と登録を行う必要がある。これは新たに発生した欠陥画素によって出力画像の品質が落ちることを防ぐために必要な動作である。

欠陥画素の検出を行うため、Ｘ線検出パネル４１にＸ線を入射しない状態で撮影動作を行い、各種補正動作を行わない状態にて出力された暗画像を用いる。ＴＦＴ回路基板である画像検出部２０の内部で発生する配線間の短絡現象が欠陥画素の主な原因であり、その短絡による異常電流が暗画像データに含まれるためである。

図５および図６は、Ｘ線検出パネルから出力された暗画像の画素出力値のヒストグラムの例である。図５および図６は、同じ製造プロセスによって作成された２つのＸ線検出パネル４１についてのデータである。

図５および図６に示す暗画像の画素出力値のヒストグラムは、同じ製造プロセスによって作られた２つのＸ線検出パネル４１についてのものであるが、ヒストグラム分布において大きな差が生じている。これは製造プロセスの小さな変化や時間による変化などによって引き起こされている。このため、Ｘ線検出パネル４１毎に異なったヒストグラム分布を有している。

Ｘ線検出パネル４１は微小なＸ線の検出を行うため、画素の些細な欠陥が問題となることが多い。しかし、暗画像のヒストグラム分布はＸ線検出パネル４１毎に大きく異なっているため、Ｘ線検出パネル４１毎に正常画素からの出力範囲が異なっている。

欠陥画素を検出するために、暗画像撮影時における正常画素の出力範囲を定め、その範囲外の画素を欠陥とする手法がある。しかし、Ｘ線検出パネル４１毎にヒストグラム分布が大きく異なるため、ＴＦＴパネルに共通の正常画素の範囲を定めることは困難である。

そこで、Ｘ線検出パネル４１毎に暗画像撮影時の正常画素の出力範囲を定める必要がある。たとえば画像出力の平均値と標準偏差を求め、標準偏差値と３ないし５程度の所定の数値との積を演算し、画素値の平均値からその積までの範囲以内の出力を持つ画素を正常とし、それ以外の画素を欠陥画素とする方法がある。この方法では、Ｘ線検出パネル４１毎の特性差を考慮に入れた正常画素の範囲を決定できるが、画素の出力値が正規分布であることを前提にしている。しかし、実際の画素値のヒストグラム分布は、図５および図６に示すように正規分布とは大幅に異なっており、この方法を用いても正常画素と異常画素の範囲を決定することは難しい。

本実施形態では、欠陥判定部６１がヒストグラム分布の各区間における発生頻度を調査し、ある一定の出力範囲において発生頻度が無い、もしくは一定以下の発生頻度を示すギャップを検索する。また、欠陥判定部６１は、このギャップ以降の範囲における出力値を持つ画素１７を欠陥画素とする。

より具体的には、まず、欠陥判定部６１は、画素値の頻度分布、すなわち、離散化した画素値ごとにその画素値を持つ画素１７の頻度分布（ヒストグラム）を作成する。次に、欠陥判定部６１は、そのヒストグラムから、画素値の頻度が第１の閾値以下であって、かつ、第２の閾値以上連続するギャップを検出する。その後、欠陥判定部６１は、画素値の頻度が第１の閾値を超えるヒストグラム中の領域に対してギャップの反対側の領域に属する画素１７を欠陥画素と判定する。ギャップは、画素値の頻度が第１の閾値を超えるヒストグラム中の領域の両側に２つ検出する。つまり、ギャップで挟まれたヒストグラム中の領域に属する画素１７は正常画素と判定し、そのギャップよりも外側の領域に属する画素１７を欠陥画素と判定する。

図５に示すヒストグラムでは、ギャップが存在する値は６３００付近と７７００付近であることが簡単に判明する。欠陥判定部６１は、ヒストグラムを検索し、これらのギャップを特定する。また、欠陥判定部６１は、これらのギャップで挟まれる区間以内に属する画素１７を正常、それ以外の区間に属する画素１７を欠陥と判定する。

図６に示すヒストグラムでは、欠陥判定部６１は、４６００付近と７７００付近のギャップを特定し、これらのギャップで挟まれた区間以内に属する画素１７を正常、それ以外の区間に属する画素１７を欠陥と判定する。

欠陥判定部６１は、欠陥と判定した画素１７を示す情報を欠陥補正用テーブル５２に記憶させる。欠陥補正用テーブル５２に記憶された欠陥画素を示す情報は、欠陥補正処理部５１による欠陥補正処理の際に参照される。

このように本実施形態によれば、ヒストグラム分布の大きく異なるＸ線検出パネル４１においても、正常画素と欠陥画素の判定が簡単にできるようになる。また過去に例の無いヒストグラム分布を持つＸ線検出パネル４１を用いる場合においても明確な判断基準となるため、欠陥画素検出方法として極めて有効である。

また、欠陥画素を検出するための暗画像撮影は、１回の撮影のデータを用いてもよいし。複数回の撮影のデータを用いてもよい。複数の暗画像撮影データの各画素の出力値ごとに平均値もしくは加算値を演算し、その値による画像データを用いることにより、より安定した欠陥検出を行うことができる。

Ｘ線検出パネル４１の全領域のヒストグラム分布ではなく有効領域を小領域に分割し、その小領域ごとにヒストグラム分布を作成して、本実施形態の手法を適用することもできる。この場合、小領域ごとに異なる画素特性に応じた欠陥画素検出が可能となり、より高精度の欠陥画素検出が可能となる。

また、Ｘ線検出パネル４１の撮影動作条件が異なる暗画像データを組み合わせてもよい。たとえば画素１７内のフォトダイオード２３に発生した欠陥により、入射Ｘ線１５がない場合においても、フォトダイオード２３内部に微小な漏れ電流が流れることがある。そこで、露光時間を変化させて、Ｘ線検出パネル４１で複数回の撮影を行うことで、フォトダイオード２３にて発生した漏れ電流の積分時間を変化させることができる。二種類の露光時間の異なる暗画像の差分を取ることで、フォトダイオード２３の漏れ電流が明確な画像データを取得することが可能となる。この画像から得られたヒストグラム分布はＸ線検出パネル４１ごとのばらつきが大きく、また正規分布から大きく外れていることが多い。そのため従来技術による手法では欠陥画素の検出が困難であるが、本実施形態の手法を用いることで、正常画素と欠陥画素の判定ができるようになる。

Ｘ線検出パネル４１のフォトダイオード２３に印加されるバイアス電圧を変化させた複数の画像を用いることも有効である。フォトダイオード２３のバイアス電圧を変化させた場合、正常なフォトダイオード２３と異常なフォトダイオード２３の漏れ電流の挙動が異なる。そこで、Ｘ線検出パネル４１におけるフォトダイオード２３のバイアス電圧が異なる複数の撮影を行い、その差分処理をうことで各画素１７のフォトダイオード２３とバイアス電圧の挙動が含まれる画像データを得ることができる。この画像から得られたヒストグラム分布はＸ線検出パネル４１ごとのばらつきが大きく、また正規分布から大きく外れていることが多い。そのため従来技術による手法では欠陥画素の検出が困難であるが、本実施形態の手法を用いることで正常画素と欠陥画素の判定ができるようになる。

このように本実施形態によればＸ線画像検出装置における欠陥画素の検出が容易になり、Ｘ線画像の高品質化が可能となる。

本発明の一実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

たとえば上述の実施形態では、入射したＸ線を一旦蛍光に変換して、その蛍光を電気信号に変換しているが、蛍光変換膜を取り除きＸ線を直接電気信号に変換する素子を用い構成としてもよい。

１０…Ｘ線画像検出装置、１４…画像表示装置、１５…入射Ｘ線、１６…蛍光変換膜、１７…画素、１８…ＴＦＴ回路層、１９…保持基板、２０…画像検出部、２１…行選択線、２２…薄膜トランジスタ、２３…フォトダイオード、２４…コンデンサー、２５…信号線、２６…バイアス線、４１…Ｘ線検出パネル、４２…ゲートドライバー、４３…積分アンプ、４４…Ａ／Ｄ変換器、４５…行選択回路、４６…画像再構成回路、４７…オフセット補正処理部、４８…オフセット補正用テーブル、４９…ゲイン補正処理部、５０…ゲイン補正用テーブル、５１…欠陥補正処理部、５２…欠陥補正用テーブル、５４…画像表示装置、６１…欠陥判定部

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板上に延びる複数の行選択線と、
   前記基板上に前記行選択線に交差するように延びる複数の信号線と、
   Ｘ線またはＸ線を変換した蛍光を電気信号に変換する変換素子および前記行選択線に接続されて前記変換素子と前記信号線との間に設けられたスイッチング素子を有し前記基板上の画素領域内で格子状に配列された複数の画素と、
   前記信号線に接続されて前記画素から画素値を読み出す信号読出器と、
   Ｘ線未照射時に前記信号読出器が読み出した画素値のヒストグラムを作成し、そのヒストグラム中で画素値の頻度が第１の閾値以下であってかつ第２の閾値以上連続するギャップを検出し、前記画素値の頻度が前記第１の閾値を超える前記ヒストグラム中の領域に対して前記ギャップの反対側の領域に属する前記画素を欠陥画素と判定する欠陥判定部と、
   を具備することを特徴とするＸ線画像検出装置。
2. 基板と、
   前記基板上に延びる複数の行選択線と、
   前記基板上に前記行選択線に交差するように延びる複数の信号線と、
   Ｘ線またはＸ線を変換した蛍光を電気信号に変換する変換素子および前記行選択線に接続されて前記変換素子と前記信号線との間に設けられたスイッチング素子を有し前記基板上の画素領域内で格子状に配列された複数の画素と、
   前記信号線に接続されて前記画素から画素値を読み出す信号読出器と、
   Ｘ線未照射時に露光時間が異なる複数の状態で前記信号読出器が読み出した画素値の差分のヒストグラムを作成し、そのヒストグラム中で差分の頻度が第１の閾値以下であってかつ第２の閾値以上連続するギャップを検出し、前記差分の頻度が前記第１の閾値を超える前記ヒストグラム中の領域に対して前記ギャップの反対側の領域に属する前記画素を欠陥画素と判定する欠陥判定部と、
   を具備することを特徴とするＸ線画像検出装置。
3. 基板と、
   前記基板上に延びる複数の行選択線と、
   前記基板上に前記行選択線に交差するように延びる複数の信号線と、
   Ｘ線またはＸ線を変換した蛍光を電気信号に変換する変換素子および前記行選択線に接続されて前記変換素子と前記信号線との間に設けられたスイッチング素子を有し前記基板上の画素領域内で格子状に配列された複数の画素と、
   前記信号線に接続されて前記画素から画素値を読み出す信号読出器と、
   Ｘ線未照射時に前記変換素子への給電電圧が異なる複数の状態で前記信号読出器が読み出した画素値の差分のヒストグラムを作成し、そのヒストグラム中で差分の頻度が第１の閾値以下であってかつ第２の閾値以上連続するギャップを検出し、前記差分の頻度が前記第１の閾値を超える前記ヒストグラム中の領域に対して前記ギャップの反対側の領域に属する前記画素を欠陥画素と判定する欠陥判定部と、
   を具備することを特徴とするＸ線画像検出装置。
4. 前記欠陥判定部は前記ギャップを２つ検出することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＸ線画像検出器。
5. 前記欠陥判定部は前記画素領域よりも小さい小領域に対して前記ヒストグラムを作成し、前記ギャップを検出するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＸ線画像検出装置。
6. 前記破損検出部は前記基板が収められた筐体の外部に配置された情報処理装置上に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＸ線画像検出装置。
7. 基板と、前記基板上に延びる複数の行選択線と、前記基板上に前記行選択線に交差するように延びる複数の信号線と、Ｘ線またはＸ線を変換した蛍光を電気信号に変換する変換素子および前記行選択線に接続されて前記変換素子と前記信号線との間に設けられたスイッチング素子を有し前記基板上の画素領域内で格子状に配列された複数の画素と、前記信号線に接続されて前記画素から画素値を読み出す信号読出器と、を具備することを特徴とするＸ線画像検出装置の欠陥画素判定方法において、
   Ｘ線未照射時に前記信号読出器が画素値を読み出す工程と、
   前記画素値のヒストグラムを作成する工程と、
   前記ヒストグラム中で画素値の頻度が第１の閾値以下であってかつ第２の閾値以上連続するギャップを検出する工程と、
   前記画素値の頻度が前記第１の閾値を超える前記ヒストグラム中の領域に対して前記ギャップの反対側の領域に属する前記画素を欠陥画素と判定する工程と、
   を具備することを特徴とするＸ線画像検出装置の欠陥画素判定方法。
8. 基板と、前記基板上に延びる複数の行選択線と、前記基板上に前記行選択線に交差するように延びる複数の信号線と、Ｘ線またはＸ線を変換した蛍光を電気信号に変換する変換素子および前記行選択線に接続されて前記変換素子と前記信号線との間に設けられたスイッチング素子を有し前記基板上の画素領域内で格子状に配列された複数の画素と、前記信号線に接続されて前記画素から画素値を読み出す信号読出器と、を具備することを特徴とするＸ線画像検出装置の欠陥画素判定方法において、
   Ｘ線未照射時に前記信号読出器を読み出す工程と、
   Ｘ線未照射時に前記信号読出器が画素値を読み出す第１読出工程と、
   Ｘ線未照射時に前記第１読出工程とは露光時間が異なる複数の状態で前記信号読出器が画素値を読み出す第２読出工程と、
   前記第１読出工程で読み出した画素値と前記第２読出工程で読み出した画素値との差分のヒストグラムを作成する工程と、
   前記ヒストグラム中で前記差分の頻度が第１の閾値以下であってかつ第２の閾値以上連続するギャップを検出する工程と、
   前記差分の頻度が前記第１の閾値を超える前記ヒストグラム中の領域に対して前記ギャップの反対側の領域に属する前記画素を欠陥画素と判定する工程と、
   を具備することを特徴とするＸ線画像検出装置の欠陥画素判定方法。
9. 基板と、前記基板上に延びる複数の行選択線と、前記基板上に前記行選択線に交差するように延びる複数の信号線と、Ｘ線またはＸ線を変換した蛍光を電気信号に変換する変換素子および前記行選択線に接続されて前記変換素子と前記信号線との間に設けられたスイッチング素子を有し前記基板上の画素領域内で格子状に配列された複数の画素と、前記信号線に接続されて前記画素から画素値を読み出す信号読出器と、を具備することを特徴とするＸ線画像検出装置の欠陥画素判定方法において、
   Ｘ線未照射時に前記信号読出器を読み出す工程と、
   Ｘ線未照射時に前記信号読出器が画素値を読み出す第１読出工程と、
   Ｘ線未照射時に前記第１読出工程とは前記変換素子への給電電圧が異なる状態で前記信号読出器が画素値を読み出す第２読出工程と、
   前記第１読出工程で読み出した画素値と前記第２読出工程で読み出した画素値との差分のヒストグラムを作成する工程と、
   前記ヒストグラム中で前記差分の頻度が第１の閾値以下であってかつ第２の閾値以上連続するギャップを検出する工程と、
   前記差分の頻度が前記第１の閾値を超える前記ヒストグラム中の領域に対して前記ギャップの反対側の領域に属する前記画素を欠陥画素と判定する工程と、
   を具備することを特徴とするＸ線画像検出装置の欠陥画素判定方法。
   
   

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