JP2016116773A - 放射線撮像装置及び放射線撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】透視撮影前に生成したＦＰＮ画像を用いて精度よく放射線画像のＦＰＮ補正を行うための技術を提供する。【解決手段】複数回の放射線撮影を行う放射線撮像システムは、放射線量に応じた信号を生成する複数の画素と、複数の画素に接続された信号線と、各画素から信号線を通じて信号を読み出し、当該信号に応じた値を生成する読み出し回路と、読み出し回路の動作を制御する制御部と、読み出し回路が生成した値を補正する補正部とを備える。制御部は、複数回の放射線撮影を開始する前に、読み出し回路に、各画素から読み出した信号に応じた第１画素値と、読み出し回路の第１オフセット値とを生成させ、複数回の放射線撮影中に、読み出し回路に、各画素から読み出した信号に応じた第２画素値と、読み出し回路の第２オフセット値とを生成させる。補正部は、第１画素値、第１オフセット値及び第２オフセット値を用いて第２画素値を補正する。【選択図】図５

Description

本発明は、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。

一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影を行う放射線撮像装置が知られている。放射線撮像装置が生成した画像には、製造時の容量のバラツキや読み出し回路のオフセットのばらつきによる固定パターンノイズ（以下、ＦＰＮ）が含まれる。そこで、放射線が曝射された状態の画素から読み出しを行うことによって生成した放射線画像から、放射線が曝射されていない画素から読み出しを行うことによって生成したＦＰＮ画像を引くことによって放射線画像からＦＰＮを除去することが行われている。このような手法はＦＰＮ補正と呼ばれる。特許文献１では、透視撮影のフレームごとに放射線画像とＦＰＮ画像とを生成し、ＦＰＮ補正を行う。しかし、この方法では、フレームごとにＦＰＮ画像を生成するので、フレームレートの向上が困難である。そこで、特許文献２では、透視撮影の開始前にＦＰＮ画像を生成し、この事前に生成しておいたＦＰＮ画像を用いて各フレームの放射線画像のＦＰＮ補正を行う。

特開平７−２５０２８３号公報 特開２００３−１９０１２６号公報

発明者は、事前に生成しておいたＦＰＮ画像を用いてＦＰＮ補正を行った場合に、放射線画像から十分にＦＰＮを除去できず、放射線画像に筋状のアーチファクトが現れる場合があることを見出した。これは、ＦＰＮ画像の生成時点と、放射線画像の生成時点とで放射線撮像装置内の温度が異なった場合に、放射線画像に含まれるＦＰＮがＦＰＮ画像に含まれるＦＰＮと異なってしまうためであると考えられる。本発明の一部の側面は、透視撮影等の複数回の放射線撮影の前に生成したＦＰＮ画像を用いて精度よく放射線画像のＦＰＮ補正を行うための技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、一部の実施形態では、複数回の放射線撮影を行う放射線撮像システムであって、放射線量に応じた信号を生成する複数の画素と、前記複数の画素に接続された信号線と、各画素から前記信号線を通じて信号を読み出し、当該信号に応じた値を生成する読み出し回路と、前記読み出し回路の動作を制御する制御部と、
前記読み出し回路が生成した値を補正する補正部とを備え、前記制御部は、前記複数回の放射線撮影を開始する前に、前記読み出し回路に、各画素から読み出した信号に応じた第１画素値と、前記読み出し回路の第１オフセット値とを生成させ、前記複数回の放射線撮影中に、前記読み出し回路に、各画素から読み出した信号に応じた第２画素値と、前記読み出し回路の第２オフセット値とを生成させ、前記補正部は、前記第１画素値、前記第１オフセット値及び前記第２オフセット値を用いて前記第２画素値を補正することを特徴とする放射線撮像システムが提供される。

上記手段により、複数回の放射線撮影の前に生成したＦＰＮ画像を用いて精度よく放射線画像のＦＰＮ補正を行うための技術が提供される。

本発明の一部の実施形態の放射線撮像システムの構成例を説明するブロック図。 図１の放射線撮像システムの一部分の構成例を説明する等価回路図。 図１の放射線撮像システムの動作例を説明するフローチャート。 図１の放射線撮像システムの動作例を説明するタイミング図。 図１の放射線撮像システムによるＦＰＮ補正の原理を説明する図。 図１の放射線撮像システムの変形例を説明する等価回路図。

添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。以下に説明する実施形態は、放射線撮像装置及び放射線撮像システムに関する。これらの放射線撮像装置及び放射線撮像システムは、例えば医療診断における一般撮影などの静止画撮影や透視撮影などの動画撮影に用いられる。ここで、複数回の静止画撮影や、透視撮影などの動画撮影が複数回の放射線撮影に含まれる。また、放射線には、放射線崩壊によって放出される粒子（光子を含む）の作るビームであるα線、β線、γ線などの他に、同程度以上のエネルギーを有するビーム、例えばＸ線や粒子線、宇宙線なども含まれる。

図１のブロック図を参照して、一部の実施形態に係る放射線撮像システム１０の構成例について説明する。放射線撮像システム１０は、放射線撮像装置１００と、制御用コンピュータ１１０と、放射線制御装置１２０と、放射線発生装置１３０とを有する。放射線発生装置１３０は、放射線制御装置１２０からの制御信号に応じて、放射線を生成し、放射線撮像装置１００に向けて放射線を曝射する。放射線撮像装置１００は照射された放射線量に応じた画像を生成し、制御用コンピュータ１１０へ送信する。制御用コンピュータ１１０は、放射線撮像システム１０全体の動作を制御する。例えば、制御用コンピュータ１１０は、放射線制御装置１２０に対して放射線曝射の開始・停止を指示し、放射線撮像装置１００に放射線曝射の開始・停止を通知することによって、放射線制御装置１２０と放射線撮像装置１００との間の同期をとる。また、制御用コンピュータ１１０は、ユーザが放射線撮像装置１００の設定を変更するために用いられてもよい。

放射線撮像装置１００は、検出器１０４と、信号処理部１０５と、制御部１０６と、通信部１０７と、電源部１０８とを有する。検出器１０４は放射線を検出し、検出した放射線量に応じた電気信号を生成する。検出器１０４は、平面検出器（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）と呼ばれることもある。検出器１０４は、画素アレイ１０１と、駆動回路１０２と、読み出し回路１０３とを有する。画素アレイ１０１には、放射線量に応じた電気信号を生成する複数の画素が２次元行列状に配されている。駆動回路１０２は、画素アレイ１０１に含まれる各画素を駆動し、各画素に電気信号を出力させる。読み出し回路１０３は、画素アレイ１０１から電気信号を読み出し、当該電気信号に応じた値を出力する。

制御部１０６は、放射線撮像装置１００全体の動作を制御する。通信部１０７は、他の装置、例えば制御用コンピュータ１１０との通信を行う。電源部１０８は、放射線撮像装置１００の各コンポーネントに供給される電力を生成する。信号処理部１０５は、検出器１０４から取得した値を用いて放射線画像を生成する。信号処理部１０５は、放射線画像等を記憶するためのメモリ１０９を有する。図１の実施形態では放射線撮像装置１００が信号処理部１０５を有するが、他の実施形態ではその代わりに制御用コンピュータが信号処理部１０５を有してもよい。

続いて、図２の等価回路図を参照して、検出器１０４の構成例について説明する。検出器１０４の画素アレイ１０１はｍ行×ｎ列（ただし、ｍ及びｎはそれぞれ１以上の整数）に配された画素を有する。例えば、放射線撮像装置１００が１７インチである場合に、画素アレイ１０１は約２８００行×２８００列に配された画素を有する。図２では、説明の簡略化のために、３行×３列に配された画素に着目する。

画素アレイ１０１に含まれる各画素は、放射線又は光を電荷に変換する変換素子２０１と、その電荷に応じた電気信号を出力するスイッチ素子２０２とを有する。変換素子２０１は放射線を検出する素子（センサ）として機能する。図２では、ｉ行ｊ列（ただし、ｉ及びｊは、１≦ｉ≦ｍ、１≦ｊ≦ｎを満たす整数）に位置する画素に含まれる変換素子２０１及びスイッチ素子２０２をそれぞれＳｉｊ及びＴｉｊで表す。変換素子２０１は、可視光を電荷に変換する光電変換素子であってもよいし、放射線を直接電荷に変換する変換素子であってもよい。変換素子２０１が光電変換素子である場合に、検出器１０４の放射線入射側に、放射線を可視光に変換するシンチレータが配される。変換素子２０１は、ガラス基板等の絶縁性基板上に配され、アモルファスシリコンを主材料とするＭＩＳ型フォトダイオードであってもよいし、ＰＩＮ型フォトダイオードであってもよい。スイッチ素子２０２は、例えば制御端子と２つの主端子を有するトランジスタである。本実施形態ではスイッチ素子２０２として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が用いられる。変換素子２０１の一方の電極はスイッチ素子２０２の２つの主端子の一方に電気的に接続され、他方の電極はバイアス線Ｖｓを介して電源部１０８と電気的に接続される。バイアス線Ｖｓには画素アレイ１０１に含まれる全画素が共通に接続される。バイアス線Ｖｓを通じて、電源部１０８から各画素の変換素子２０１にバイアス電圧が供給される。

検出器１０４は、ｍ本の駆動線Ｇ１〜Ｇｍ（以下、駆動線Ｇと総称する）を更に有し、各駆動線Ｇには行を構成する複数の画素のスイッチ素子２０２の制御端子が共通に接続される。各駆動線Ｇの一端は駆動回路１０２に接続される。駆動回路１０２は、制御部１０６から供給された制御信号に応じて、駆動線Ｇを通じて、スイッチ素子２０２の導通状態を制御する駆動信号を画素アレイ１０１の各画素に行単位で供給することによって、各画素に電気信号を出力させる。

検出器１０４は、ｎ本の信号線Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇｎ（以下、信号線Ｓｉｇと総称する）を更に有し、各信号線Ｓｉｇには列を構成する複数の画素のスイッチ素子２０２の他方の主端子（変換素子２０１に接続されていない方の主端子）が共通に接続される。各駆動線Ｓｉｇの一端は読み出し回路１０３に接続される。スイッチ素子２０２が導通状態である間に変換素子２０１に蓄積された電荷に応じた電気信号が信号線Ｓｉｇに供給され、この電気信号が読み出し回路１０３によって読み出される。１つの行を構成する複数の画素から各信号線Ｓｉｇへ供給された複数の電気信号は読み出し回路１０３へ並列に供給される。

読み出し回路１０３は、複数の増幅回路２００と、マルチプレクサ２０７と、バッファ増幅器２０８と、Ａ／Ｄ変換器２０９とを有する。読み出し回路１０３は、信号線Ｓｉｇに供給されている電気信号を読み出し、この電気信号に応じた値を生成し、この値を信号処理部１０５へ供給する。読み出し回路１０３が行うこの一連の動作を読み出し動作と呼ぶ。増幅回路２００は、信号線Ｓｉｇごとに個別に配される。増幅回路２００は、信号線Ｓｉｇから供給されている電気信号を増幅して出力する。マルチプレクサ２０７は、各増幅回路２００が並列に出力する電気信号を、制御部１０６から供給された制御信号ＣＬＫに応じて順次出力する。バッファ増幅器２０８は、マルチプレクサ２０７から出力された電気信号をインピーダンス変換し、変換後の電気信号を出力する。Ａ／Ｄ変換器２０９は、バッファ増幅器２０８から出力されたアナログデータをデジタルデータに変換し、このデジタルデータを信号処理部１０５へ供給する。

増幅回路２００は、積分増幅器２０３と、可変増幅器２０４と、サンプルホールド回路２０５と、バッファアンプ２０６とを有する。積分増幅器２０３は、オペアンプと、積分容量と、リセットスイッチと、を有し、信号線Ｓｉｇから供給された電気信号を積分及び増幅して出力する。このオペアンプの反転入力端子にはオペアンプの出力が積分容量を通じてフィードバックされ、非反転入力端子には電源部１０８から基準連圧Ｖｒｅｆが供給される。積分容量の値を変えることによって、増幅回路２００の増幅率を変更することが可能である。積分増幅器２０３のリセットスイッチが制御部１０６から供給された制御信号ＲＣに応じてオンになることによって、積分増幅器２０３がリセットされる。可変増幅器２０４は、積分増幅器２０３から供給された電気信号を増幅して出力する。

サンプルホールド回路２０５は、サンプリングスイッチとサンプリング容量とを有し、可変増幅器２０４から供給された電気信号を、制御部１０６から供給された制御信号ＳＨに応じてサンプルして保持する。サンプルホールド回路２０５によって保持された電気信号は、バッファアンプ２０６を通じて増幅回路２００から出力される。

図３のフローチャートを参照して、放射線撮像システム１０の動作例について説明する。Ｓ３０１で放射線撮像システム１０の電源が投入されると、放射線撮像システム１０は動作を開始する。Ｓ３０２で、制御用コンピュータ１１０は、放射線撮像システム１０のユーザからの入力に基づいて、放射線撮像システム１０の撮影モードを設定する。撮影モードは、例えば、静止画を撮影する一般撮影モードと、動画像を撮影する透視撮影モードとを含む。制御用コンピュータ１１０は例えば、撮影モードに応じて、放射線発生装置１３０が曝射する放射線の強度を設定したり、放射線撮像装置１００の感度（例えば、読み出し回路１０３の増幅器のゲイン）を設定したりする。以下では、放射線撮像システム１０が透視撮影モードに設定された場合について説明する。放射線撮像システム１０が一般撮影モードに設定された場合には既存の手法が適用されてもよい。

Ｓ３０３で、放射線撮像システム１０は、ユーザからの撮影開始の指示を待機する撮影待機状態になる。撮影待機状態である放射線撮像装置１００は、暗電流により生じた電荷を除去するために、画素から電気信号を読み出す。Ｓ３０４で、制御用コンピュータ１１０は、ユーザから撮影開始が指示されたか否かを判定する。撮影開始の指示は、例えば放射線の曝射スイッチの押下によって行われる。撮影開始が指示されていない場合（Ｓ３０４でＮＯ）、放射線撮像システム１０は撮影待機状態を維持する。撮影開始が指示された場合（Ｓ３０４でＹＥＳ）、Ｓ３０５で、放射線撮像装置１００はＦＰＮ画像を生成する。ＦＰＮ画像とは、放射線撮像装置１００に放射線が照射されていない状態で画素アレイ１０１から電気信号を読み出すことによって放射線撮像装置１００が生成した画像のことである。従って、Ｓ３０５の動作中に、放射線発生装置１３０はまだ放射線の曝射を開始しない。放射線撮像装置１００は、ＦＰＮ画像を１枚だけ生成してもよいし、複数枚生成してもよい。放射線撮像装置１００がＦＰＮ画像を生成する枚数は、例えば放射線撮像装置１００の製造時に設定されてもよいし、制御用コンピュータ１１０を通じてユーザにより設定されてもよい。

放射線撮像装置１００が所定の枚数のＦＰＮ画像を生成し終わると、Ｓ３０６で、放射線撮像システム１０は透視撮影を開始する。透視撮影中（放射線撮影中）に、放射線発生装置１３０は間欠的に放射線を曝射し、放射線撮像装置１００は照射された放射線量に応じた画像、すなわち放射線画像を生成する。放射線発生装置１３０と放射線撮像装置１００との間の同期は例えば制御用コンピュータ１１０によって行われる。

透視撮影が終了すると、Ｓ３０７で放射線撮像システム１０は動作を終了する。具体的に、放射線発生装置１３０は放射線の曝射を終了し、放射線撮像装置１００は画像の生成を終了する。透視撮影は、所定の時間が経過したことに応じて終了してもよいし、透視画像を格納する記憶装置の残容量が閾値を下回ったことに応じて終了してもよいし、ユーザの指示に応じて終了してもよい。

図４のタイミングチャートを参照して、図３のＳ３０３、Ｓ３０５、Ｓ３０６における放射線撮像装置１００の動作の詳細について説明する。図４において、「動作」の行は、放射線撮像装置１００の動作の内容を示す。「放射線」の行は、放射線撮像装置１００へ放射線が照射されているか否かを示し、ハイレベルの間に放射線撮像装置１００へ放射線が照射され、ローレベルの間に放射線撮像装置１００へ放射線が照射されない。「読み出し回路」の行は、読み出し回路１０３が読み出し動作を行っているか否かを示し、ハイレベルの間に読み出し回路１０３は読み出し動作を行い、ローレベルの間に読み出し回路１０３は読み出し動作を行わない。読み出し回路１０３が読み出し動作を行わない間、制御部１０６は、消費電力低減のために、電源部１０８から読み出し回路１０３への電力の供給を停止してもよい。「Ｇ１」〜「Ｇｍ」の行は、駆動回路１０２が駆動線Ｇ１〜Ｇｍのそれぞれに供給している駆動信号のレベルを示し、ハイレベルの間にスイッチ素子２０２は導通状態となり、ローレベルの間にスイッチ素子２０２は非導通状態となる。

時刻Ｔ１で、Ｓ３０３の動作が始まると、すなわち放射線撮像装置１００が撮影待機状態になると、制御部１０６は、駆動回路１０２を制御して、駆動線Ｇ１から駆動線Ｇｍまで順に、各駆動線Ｇへ供給する駆動信号を一時的にハイレベルに切り替える。これにより、スイッチ素子２０２は導通状態になり、暗電流によって発生した電荷が変換素子２０１から除去される。時刻Ｔ２で、駆動線Ｇｍまで駆動信号の切り替えが終了すると、制御部１０６は、駆動線Ｇ１から順に同じ処理を繰り返す。時刻Ｔ１〜Ｔ２までの一連の動作を、撮影待機中の１回のフレーム動作を呼ぶ。撮影待機状態では、放射線撮像装置１００へ放射線は照射されない。また、撮影待機状態では画素アレイ１０１から信号を読み出す必要がないので、制御部１０６は読み出し回路１０３に読み出し動作を行わせない。

時刻Ｔ３で、Ｓ３０５の動作が始まると、すなわち放射線撮像システム１０が撮像開始を指示されると、放射線撮像装置１００はＦＰＮ画像の生成を開始する。ＦＰＮ画像は、ｍ×ｎ個の画素値で構成される。画素値とは、画素から信号線Ｓｉｇへ電気信号が供給されている状態で読み出し回路１０３が読み出し動作を行うことによって生成された値のことである。

まず、時刻Ｔ３〜Ｔ４の間、制御部１０６は、駆動回路１０２が駆動線Ｇ１〜Ｇｍに供給する駆動信号をすべてローレベルに維持する。これによって、各画素の変換素子２０１に、暗電流によって発生した電荷が蓄積される。時刻Ｔ３〜Ｔ４の時間（蓄積時間）は事前に設定された値であり、後述する透視撮影（Ｓ３０６）の際の蓄積時間と同じ長さである。蓄積時間が経過すると、時刻Ｔ４〜Ｔ５で、駆動回路１０２は、駆動線Ｇ１から順に各駆動線Ｇへ供給する駆動信号を一時的にハイレベルに切り替え、スイッチ素子２０２を導通状態にする。これにより、各行の変換素子２０１に蓄積された電荷に応じた電気信号が順に信号線Ｓｉｇに供給される。時刻Ｔ４〜Ｔ５の間、制御部１０６は、読み出し回路１０３に読み出し動作を行わせる。これによって、各画素が信号線Ｓｉｇに供給した信号に応じた画素値が生成され、この画素値が信号処理部１０５へ供給される。信号処理部１０５は、読み出し回路１０３から供給されたｍ×ｎ個の画素値をＦＰＮ画像としてメモリ１０９に記憶する。

時刻Ｔ５で、駆動線Ｇｍまで駆動信号の切り替えが終了すると、制御部１０６は、読み出し回路１０３に、オフセット値を生成させる。オフセット値とは、画素からの電気信号が信号線Ｓｉｇに供給されていない状態で読み出し回路１０３が読み出し動作を行うことによって生成される値であり、ｎ個の増幅回路２００ごとに生成される。オフセット値を生成するために、読み出し回路１０３は、画素値を生成する場合と同じ読み出し動作を行う。読み出し回路１０３は生成したｎ個のオフセット値を信号処理部１０５へ供給する。信号処理部１０５は、ｎ個のオフセット値をまとめてオフセットデータとしてメモリ１０９に記憶する。以下では、Ｓ３０５のＦＰＮ画像生成動作中に生成されたオフセットデータをＦＰＮオフセットデータと呼ぶ。

時刻Ｔ６で、オフセットデータの生成が終了すると、制御部１０６は、時刻Ｔ３〜Ｔ６までの動作を繰り返し、事前に設定された枚数分のＦＰＮ画像と、これらに対応するオフセットデータを生成する。時刻Ｔ３〜Ｔ６までの一連の動作を、ＦＰＮ画像生成における１回のフレーム動作を呼ぶ。Ｓ３０５のＦＰＮ画像生成動作中に、放射線撮像装置１００へ放射線は照射されない。また、電荷の蓄積中（時刻Ｔ３〜Ｔ４）に、制御部１０６は読み出し回路１０３に読み出し動作を行わせない。

時刻Ｔ７で、Ｓ３０６の動作が始まると、すなわち放射線撮像システム１０が透視撮影を開始すると、放射線撮像装置１００は放射線画像の生成を開始する。放射線画像は、ｍ×ｎ個の画素値で構成される。時刻Ｔ７〜Ｔ１０までに放射線撮像装置１００が行う動作は、時刻Ｔ３〜Ｔ６までに放射線撮像装置１００が行う動作と同じである。従って、重複する説明を省略する。時刻Ｔ７〜Ｔ１０までの一連の動作を、透視撮影における１回のフレーム動作を呼ぶ。１回のフレーム動作によって、透視画像（動画像）の１枚のフレームが生成される。時刻Ｔ７〜Ｔ８の間に放射線撮像装置１００へ放射線が照射される。従って、時刻Ｔ８の時点で、各画素の変換素子２０１には、暗電流によって発生した電荷だけでなく、放射線に応じて発生した電荷も蓄積する。読み出し回路１０３は、時刻Ｔ８〜Ｔ９の間に生成したｍ×ｎ個の画素値を信号処理部１０５へ供給する。信号処理部１０５は、これらの画素値を放射線画像としてメモリ１０９に記憶する。

時刻Ｔ９で、駆動線Ｇｍまで駆動信号の切り替えが終了すると、制御部１０６は、読み出し回路１０３に、ｎ個のオフセット値を生成させる。読み出し回路１０３は生成したｎ個のオフセット値を信号処理部１０５へ供給する。信号処理部１０５は、ｎ個のオフセット値をまとめてオフセットデータとしてメモリ１０９に記憶する。以下では、Ｓ３０６の透視撮影中に生成されたオフセットデータを透視オフセットデータと呼ぶ。

時刻Ｔ１０で、オフセットデータの生成が終了すると、制御部１０６は、時刻Ｔ７〜Ｔ１０までの動作を、透視撮影が終了するまで繰り返す。

以上の動作によって、信号処理部１０５は、所定の枚数のＦＰＮ画像と、これらに対応するＦＰＮオフセットデータと、放射線画像と、透視オフセットデータとを生成する。信号処理部１０５は、所定の枚数のＦＰＮ画像と、これらに対応するＦＰＮオフセットデータと、透視オフセットデータとを用いて放射線画像を補正する。すなわち、信号処理部１０５は放射線画像を補正する補正部として機能する。

まず、信号処理部１０５は、得られたＦＰＮ画像を用いて、補正用ＦＰＮ画像を生成する。補正用ＦＰＮ画像とは、放射線画像を補正するために用いられるＦＰＮ画像のことである。生成したＦＰＮ画像が１枚のみの場合に、信号処理部１０５は、このＦＰＮ画像をそのまま補正用ＦＰＮ画像とする。生成したＦＰＮ画像が複数である場合に、信号処理部１０５は、これらのＦＰＮ画像から１枚の補正用ＦＰＮ画像を生成する。例えば、信号処理部１０５は、複数のＦＰＮ画像の同じ位置にある画素の画素値を平均することによって補正用ＦＰＮ画像を生成する。補正用ＦＰＮ画像も、ｍ×ｎ個の画素値で構成される。以下では、補正用ＦＰＮ画像をＦＩで表し、そのうちのｉ行ｊ列にある画素値をＦＩ（ｉ，ｊ）で表す。

また、信号処理部１０５は、得られたＦＰＮオフセットデータを用いて、補正用ＦＰＮオフセットデータを生成する。補正用ＦＰＮオフセットデータとは、放射線画像を補正するために用いられるＦＰＮオフセットデータのことである。生成したＦＰＮオフセットデータが１つのみの場合に、信号処理部１０５は、このＦＰＮオフセットデータをそのまま補正用ＦＰＮオフセットデータとする。生成したＦＰＮオフセットデータが複数である場合に、信号処理部１０５は、これらのＦＰＮオフセットデータから１つの補正用ＦＰＮオフセットデータを生成する。例えば、信号処理部１０５は、複数のＦＰＮオフセットデータの同じ位置にあるオフセット値を平均することによって補正用ＦＰＮオフセットデータを生成する。補正用ＦＰＮオフセットデータも、ｎ個のオフセット値を含む。以下では、補正用ＦＰＮオフセットデータをＦＯで表し、そのうちのｊ列にあるオフセット値をＦＯ（ｊ）で表す。

複数のＦＰＮ画像を平均して１枚の補正用ＦＰＮ画像を作成することによって、ランダムノイズが１／√２倍になり、ＦＰＮ画像を用いた補正を行った後の画像のＳ／Ｎが向上する。ＦＰＮオフセットデータについても同様である。本実施形態で、信号処理部１０５は、補正用ＦＰＮ画像及び補正用ＦＰＮオフセットデータの生成を、透視撮影中の最初のオフセットデータを生成するまでに行う。

信号処理部１０５は、透視撮影中の各フレーム動作で生成された放射線画像を、上述の補正用ＦＰＮ画像ＦＩ及び補正用ＦＰＮオフセットデータＦＯと、透視オフセットデータとを用いて補正する。ｔ回目のフレーム動作で生成された放射線画像をＸＩ（ｔ）で表し、そのうちのｉ行ｊ列にある画素値をＸＩ（ｔ，ｉ，ｊ）で表す。また、ｔ回目のフレーム動作で生成された透視オフセットデータをＸＯ（ｔ）で表し、そのうちのｊ列にあるオフセット値をＸＯ（ｔ，ｊ）で表す。さらに、放射線画像ＸＩ（ｔ）を補正することによって得られた放射線画像をＸＩ’（ｔ）で表し、そのうちのｉ行ｊ列にある画素値をＸＩ’（ｔ，ｉ，ｊ）で表す。このとき、信号処理部１０５は以下の式に従って放射線画像ＸＩ’を生成する。
XI'(t, i, j) = XI(t, i, j) - XO(t, j) - {FI(i, j) - FO(j)} …式（１）
（ただし、１≦ｉ≦ｍ、１≦ｊ≦ｎ、１≦ｔ）
すなわち、信号処理部１０５は、放射線画像の画素値から透視オフセット値及びＦＰＮ画像の画素値を減算し、ＦＰＮオフセット値を加算することによって、補正後の放射線画像の画素値を算出する。放射線撮像装置１００は、このように補正して得られた放射線画像ＸＩ’を制御用コンピュータ１１０へ送信する。

図５を参照して、信号処理部１０５が式（１）に従って放射線画像を補正することの効果について説明する。以下の説明では、補正用ＦＰＮ画像及び補正用ＦＰＮオフセットデータをそれぞれ、単にＦＰＮ画像及びＦＰＮオフセットデータと表す。図５に示すように、ＦＰＮ画像ＦＩは、画素で発生した暗電流に応じた成分と、読み出し回路１０３のオフセットに応じた成分とを含む。ＦＰＮオフセットデータＦＯは、読み出し回路１０３のオフセットに応じた成分のみを含む。放射線画像ＸＩ（ｔ）は、放射線撮像装置１００に照射された放射線量に応じた成分と、画素で発生した暗電流に応じた成分と、読み出し回路１０３のオフセットに応じた成分とを含む。透視オフセットデータＸＯ（ｔ）は、読み出し回路１０３のオフセットに応じた成分のみを含む。

本実施形態の放射線撮像装置１００は、フレームレートを向上するために、透視撮影中にＦＰＮ画像を生成せず、透視撮影前にＦＰＮ画像ＦＩを生成する。そのため、放射線画像ＸＩ（ｔ）とＦＰＮ画像ＦＩとは互いに異なる時刻に生成される。発明者は、放射線画像ＸＩ（ｔ）を生成する時点の放射線撮像装置１００内の温度が、ＦＰＮ画像ＦＩを生成する時点の放射線撮像装置１００内の温度と異なる場合に、図５に示すように、両画像に含まれるオフセット成分が互いに異なる値となることを見出した。そのため、単に放射線画像ＸＩ（ｔ）からＦＰＮ画像ＦＩを減算するだけでは、放射線量に応じた成分だけを正しく取り出すことはできない。

そこで、本実施形態の放射線撮像装置１００は、ＦＰＮ画像ＦＩだけでなく、ＦＰＮオフセットデータＦＯ及び透視オフセットデータＸＯ（ｔ）を用いて放射線画像ＸＩ（ｔ）を補正する。ＦＰＮ画像ＦＩとＦＰＮオフセットデータＦＯとは、時間的に連続して生成されるので、これらのデータに含まれる読み出し回路１０３のオフセットに応じた成分はほぼ等しくなる。また、放射線画像ＸＩ（ｔ）と透視オフセットデータＸＯ（ｔ）とは、時間的に連続して生成されるので、これらのデータに含まれる読み出し回路１０３のオフセットに応じた成分はほぼ等しくなる。従って、放射線画像ＸＩ（ｔ）から透視オフセットデータＸＯ（ｔ）を減算することによって、放射線画像ＸＩ（ｔ）から読み出し回路１０３のオフセットに応じた成分を除去できる。また、ＦＰＮ画像ＦＩからＦＰＮオフセットデータＦＯを減算することによって暗電流に応じた成分だけを取り出すことができる。この暗電流に応じた成分を放射線画像ＸＩ（ｔ）から減算することによって、放射線画像ＸＩ（ｔ）から暗電流に応じた成分を除去できる。なお、暗電流に応じた成分の温度変化に起因する変化は、読み出し回路１０３のオフセットに応じた成分の変化に比べて小さいので、暗電流に応じた成分の温度変化に起因する変化を考慮しなくてもよい。よって、式（１）に従って放射線画像ＸＩ（ｔ）を補正することによって、放射線撮像装置１００内の温度の変化によらず、放射線画像ＸＩから放射線量に応じた成分だけを含む補正後の放射線画像ＸＩ’（ｔ）を生成することができる。

本実施形態の放射線撮像装置１００は、図４の時刻Ｔ７〜Ｔ１０に示すように、各フレーム動作中に、蓄積動作を行い、その後に放射線画像ＸＩ（ｔ）を生成し、その後に透視オフセットデータＸＯ（ｔ）を生成した。これに代えて、放射線撮像装置１００は、各フレーム動作中に、蓄積動作を行い、その後に透視オフセットデータＸＯ（ｔ）を生成し、その後に放射線画像ＸＩ（ｔ）を生成してもよい。

本実施形態のように、放射線画像ＸＩ（ｔ）を生成し、その後に透視オフセットデータＸＯ（ｔ）を生成することの利点を以下に説明する。発明者は、蓄積動作の終了直後に透視オフセットデータＸＯ（ｔ）を生成した場合に、補正後の放射線画像ＸＩ’（ｔ）にシェーディングが発生することを見出した。これは、蓄積動作からオフセットデータ生成動作への移行時に読み出し回路１０３がオフからオンに切り替わるため、オフセットデータ生成の際に読み出し回路１０３の温度が安定しないことに起因すると考えられる。すなわち、読み出し回路１０３の温度は、蓄積動作中に低く、その後読み出し動作を繰り返すにつれて上昇する。そのため、放射線撮像装置１００は、放射線画像ＸＩ（ｔ）を生成した後にオフセットデータＸＯ（ｔ）を生成することによって、放射線画像ＸＩ（ｔ）の大部分の行を読み出したのと同じ温度で、オフセットデータＸＯ（ｔ）を生成することができる。ＦＰＮ画像の生成とＦＰＮオフセットデータの生成の順序についても同様である。

上述の実施形態で、信号処理部１０５は、補正用ＦＰＮ画像と補正用ＦＰＮオフセットデータとの両方を記憶した。しかし、信号処理部１０５は、補正用ＦＰＮ画像から補正用ＦＰＮオフセットデータを減算して得られるデータ（すなわち、式（１）のＦＩ（ｉ，ｊ）−ＦＯ（ｊ））だけを記憶してもよい。また、上述の実施形態で、信号処理部１０５は、所定枚数のＦＰＮ画像から補正用ＦＰＮ画像を生成し、所定個数のＦＰＮオフセットデータから補正用ＦＰＮオフセットデータを生成した。これに代えて、信号処理部１０５は、同一のフレーム動作で生成されたＦＰＮ画像からＦＰＮオフセットデータを減算することによって得られた複数のデータを平均することによって、式（１）のＦＩ（ｉ，ｊ）−ＦＯ（１，ｊ）を算出してもよい。

また、上述の実施形態で、放射線撮像装置１００は、透視撮影中の各フレーム動作で透視オフセットデータＸＯ（ｔ）を１つだけ生成したが、各フレーム動作で透視オフセットデータを複数個（例えば、６０個以上）生成してもよい。そして、信号処理部１０５は、この複数個の透視オフセットデータを用いて式（１）に用いる透視オフセットデータＸＯ（ｔ）を生成する。例えば、信号処理部１０５は、複数個の透視オフセットデータを平均することによって透視オフセットデータＸＯ（ｔ）を生成する。このように、各フレーム動作で透視オフセットデータを複数個生成し、これらに応じて放射線画像ＸＩ（ｔ）を補正することによって、補正後の放射線画像ＸＩ’（ｔ）に発生する筋状のアーチファクトを軽減できる。

各フレーム動作で生成する透視オフセットデータの個数が増加すると、それに応じてフレームレートも低下する。そこで、フレームレートの低下を抑制しつつ、アーチファクトを軽減するために、放射線画像ＸＩ（ｔ）の補正の補正に、透視オフセットデータＸＯ（ｔ）だけでなく、透視オフセットデータＸＯ（ｔ−１）を用いてもよい。すなわち、信号処理部１０５は、補正対象の放射線画像を生成したフレーム動作の直前のフレーム動作で生成した透視オフセットデータを更に使用して、放射線画像を補正してもよい。例えば、信号処理部１０５は以下の式に従って放射線画像ＸＩ’を生成する。
XI'(t, i, j) = XI(t, i, j)
- {XO(t, j) + XO(t-1, j)}/2
- {FI(i, j) - FO(j)} …式（２）
（ただし、１≦ｉ≦ｍ、１≦ｊ≦ｎ、２≦ｔ）
式（２）において、透視オフセットデータＸＯ（ｔ−１，ｊ）は、１回の読み出し動作で生成された透視オフセットデータでもよいし、読み出し動作を複数回行うことによって生成された複数個の透視オフセットデータに基づいて生成されたものでもよい。一般に、信号処理部１０５は、補正対象の放射線画像を生成したフレーム動作より前の任意のフレーム動作で生成した透視オフセットデータを更に使用して、放射線画像を補正してもよい。

図６を参照して、放射線撮像装置１００の変形例について説明する。この変形例で、放射線撮像装置１００はサンプルホールド回路２０５に代えて、並列に接続された２つの相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路６０１、６０２を有する。ＣＤＳ回路６０１、６０２はそれぞれ、２つのサンプルホールド回路と１つの差動増幅器とで構成される。読み出し回路１０３は、ＣＤＳ回路６０１を用いた読み出し経路と、ＣＤＳ回路６０２を用いた読み出し経路とを交互に用いて、画素アレイ１０１からの信号を読み出す。例えば、読み出し回路１０３は、奇数行に位置する画素の画素値を読み出すためにＣＤＳ回路６０１を用い、偶数行に位置する画素の画素値を読み出すためにＣＤＳ回路６０２を用いる。

読み出し回路１０３がＣＤＳ回路６０１を用いる場合とＣＤＳ回路６０２を用いる場合とで、サンプルホールド容量の差異に起因して、出力される信号に含まれるオフセット成分は互いに異なる。そこで、放射線撮像装置１００は、ＣＤＳ回路６０１を用いた読み出し経路とＣＤＳ回路６０２を用いた読み出し経路とのそれぞれについて、別々にＦＰＮオフセットデータ及び透視オフセットデータを取得する。そして、奇数行に位置する画素の画素値を、この画素値を読み出すために用いたＣＤＳ回路６０１について生成されたＦＰＮオフセットデータ及び透視オフセットデータと、当該画素と同じ位置にあるＦＰＮ画像の画素の画素値とを用いて補正する。また、偶数行に位置する画素の画素値を、この画素値を読み出すために用いたＣＤＳ回路６０２について生成されたＦＰＮオフセットデータ及び透視オフセットデータと、当該画素と同じ位置にあるＦＰＮ画像の画素の画素値とを用いて補正する。この例では、読み出し回路１０３が２系統の読み出し経路を有するが、読み出し回路１０３は２以上の複数の読み出し経路を有してもよい。信号処理部１０５は、複数の読み出し経路のそれぞれについて別々に生成されたＦＰＮオフセットデータ及び透視オフセットデータを用いて放射線画像を補正する。

１０ 放射線撮像システム、１００ 放射線撮像装置、１０１ 画素アレイ、１０２ 駆動回路、１０３ 読み出し回路、１０５ 信号処理部、１０６ 制御部

Claims (13)

1. 複数回の放射線撮影を行う放射線撮像システムであって、
   放射線量に応じた信号を生成する複数の画素と、
   前記複数の画素に接続された信号線と、
   各画素から前記信号線を通じて信号を読み出し、当該信号に応じた値を生成する読み出し回路と、
   前記読み出し回路の動作を制御する制御部と、
   前記読み出し回路が生成した値を補正する補正部とを備え、
   前記制御部は、
   前記複数回の放射線撮影を開始する前に、前記読み出し回路に、各画素から読み出した信号に応じた第１画素値と、前記読み出し回路の第１オフセット値とを生成させ、
   前記複数回の放射線撮影中に、前記読み出し回路に、各画素から読み出した信号に応じた第２画素値と、前記読み出し回路の第２オフセット値とを生成させ、
   前記補正部は、前記第１画素値、前記第１オフセット値及び前記第２オフセット値を用いて前記第２画素値を補正することを特徴とする放射線撮像システム。
2. 前記複数の画素は、放射線量に応じた電荷を生成する変換素子を有し、
   前記制御部は、前記複数の画素の前記変換素子に電荷を蓄積させ、
   前記制御部は、前記複数回の放射線撮影中に、前記電荷を蓄積させる第１動作と、前記第２画素値を生成させる第２動作と、前記第２オフセット値を生成させる第３動作とを含むフレーム動作を繰り返し行うことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像システム。
3. 前記制御部は、１回の前記フレーム動作において、前記第１動作、前記第２動作、前記第３動作の順に行うことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像システム。
4. 前記制御部は、前記第１動作の間に、前記読み出し回路を駆動しないことを特徴とする請求項２又は３に記載の放射線撮像システム。
5. 前記読み出し回路へ供給される電力を生成する電源部を更に備え、
   前記制御部は、前記電源部から前記読み出し回路への電力の供給を制御し、
   前記制御部は、前記第１動作の間に、前記電源部から前記読み出し回路への電力の供給を行わないことを特徴とする請求項４に記載の放射線撮像システム。
6. 前記補正部は、前記第２画素値を補正するための前記第２オフセット値として、当該第２画素値が生成された前記フレーム動作で生成された前記第２オフセット値を用いることを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項に記載の放射線撮像システム。
7. 前記補正部は、前記第２画素値を補正するための前記第２オフセット値として、当該第２画素値が生成された前記フレーム動作の直前のフレーム動作で生成された前記第２オフセット値を更に用いることを特徴とする請求項６に記載の放射線撮像システム。
8. 前記制御部は、１回の前記フレーム動作において、複数個の前記第２オフセット値を生成させ、
   前記補正部は、前記第２画素値を補正するための前記第２オフセット値として、前記複数個の第２オフセット値を用いることを特徴とする請求項２乃至７の何れか１項に記載の放射線撮像システム。
9. 前記制御部は、前記複数回の放射線撮影を開始する前に各画素について複数個の前記第１画素値を生成し、
   前記補正部は、前記第２画素値を補正するための前記第１画素値として、前記複数個の第１画素値を用いることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の放射線撮像システム。
10. 前記制御部は、前記複数回の放射線撮影を開始する前に複数個の前記第１オフセット値を生成させ、
    前記補正部は、前記第２画素値を補正するための前記第１オフセット値として、前記複数個の第１オフセット値を用いることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の放射線撮像システム。
11. 前記読み出し回路は複数の読み出し経路を含み、
    前記制御部は、前記複数の読み出し経路を用いて前記第１画素値、前記第２画素値、前記第１オフセット値及び前記第２オフセット値を生成させ、
    前記補正部は、前記第２画素値の補正を、前記複数の読み出し経路のうち当該第２画素値を生成するために用いられた読み出し経路を用いて生成された前記第１画素値、前記第１オフセット値及び前記第２オフセット値を用いて行うことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の放射線撮像システム。
12. 前記補正部は、前記第２画素値に対して前記第１画素値及び前記第２オフセット値の減算と前記第１オフセット値の加算とを行うことによって前記第２画素値を補正することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の放射線撮像システム。
13. 複数回の放射線撮影を行う放射線撮像システムに含まれる放射線撮像装置であって、
    放射線量に応じた信号を生成する複数の画素と、
    前記複数の画素に接続された信号線と、
    各画素から前記信号線を通じて信号を読み出し、当該信号に応じた値を生成する読み出し回路と、
    前記読み出し回路の動作を制御する制御部とを備え、
    前記制御部は、
    前記複数回の放射線撮影を開始する前に、前記読み出し回路に、各画素から読み出した信号に応じた第１画素値と、前記読み出し回路の第１オフセット値とを生成させ、
    前記複数回の放射線撮影中に、前記読み出し回路に、各画素から読み出した信号に応じた第２画素値と、前記読み出し回路の第２オフセット値とを生成させることを特徴とする放射線撮像装置。

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