JP2016220181A - 放射線撮像装置、放射線撮像システムおよび露出制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線源からの放射線の放射を停止させるべきタイミングをより正確に判断するために有利な技術を提供する。
【解決手段】放射線撮像装置２１０は、放射線を検出する複数の画素および複数の列信号線を有する画素アレイと、複数の列信号線に現れる信号を検出する検出部とを備える放射線検出パネル２１２と、制御部２１４とを備える。複数の画素は、それぞれ、放射線を電気信号に変換する変換素子と、変換素子と複数の列信号線のうち変換素子に対応する列信号線とを接続するスイッチとを有する。検出部は、放射線が照射され且つ複数の画素のそれぞれのスイッチが開かれた状態で、複数の列信号線のうち少なくとも１つの列信号線に現れる信号を放射線信号として検出する。制御部２１４は、放射線信号の積算値に基づいて、放射線源からの放射線の放射を停止させるための停止信号を発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線撮像装置、放射線撮像システムおよび露出制御方法に関する。

Ｘ線等の放射線によって形成される光学像を電気的に撮像する放射線撮像装置がある。放射線撮像装置の方式は、放射線を直接に電気信号に変換する直接型と、放射線をシンチレータによって光に変換し、光を電気信号に変換する間接型とに大別される。いずれの方式においても、適正量の放射線が放射線撮像装置に照射された時点で放射線源からの放射線の放射を停止させる自動露出制御が重要である。

特許文献１には、Ｘ線露光量を適正に制御するＸ線診断装置が記載されている。このＸ線診断装置では、アドレス指定によって該Ｘ線露光量検出画素の信号を所定時間間隔で読み出しながら積算し、積算された値が所定値を超えるとＸ線の曝射が停止される。

特許文献２には、Ｘ線露光量制御装置が記載されている。このＸ線露光量制御装置では、Ｘ線を検出する変換素子をＸ線の曝射開始時から連続的にオン動作させ、この変換素子の出力信号を蓄積し、蓄積値が閾値を超えた時点でＸ線源からのＸ線の曝射が停止される。

特開平７−２０１４９０号公報 特開２０１０−７５５５６号公報

自動露出制御のために、放射線を検出する変換素子から信号線を介して信号を読み出す方式では、撮像画素の変換素子の電位が入射した放射線量に応じて変化すると、その変化が容量結合を通して信号線の電位を変化させうる。また、撮像画素の変換素子からの信号線へのリークによっても信号線の電位が変化しうる。

各列には多数の撮像画素が配列されているので、放射線を検出する変換素子から信号を読み出すための信号線の電位は、多数の撮像画素からの影響を受ける。したがって、このような方式では、放射線源からの放射線の放射を停止させるべきタイミングを正確に判断することが難しい。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、放射線源からの放射線の放射を停止させるべきタイミングをより正確に判断するために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、放射線撮像装置に係り、前記放射線撮像装置は、放射線を検出する複数の画素および複数の列信号線を有する画素アレイと、前記複数の列信号線に現れる信号を検出する検出部と、制御部と、を備え、前記複数の画素は、それぞれ、放射線を電気信号に変換する変換素子と、前記変換素子と前記複数の列信号線のうち前記変換素子に対応する列信号線とを接続するスイッチと、を有し、前記検出部は、放射線が照射され且つ前記複数の画素のそれぞれの前記スイッチが開かれた状態で、前記複数の列信号線のうち少なくとも１つの列信号線に現れる信号を放射線信号として検出し、前記制御部は、前記放射線信号の積算値に基づいて、放射線源からの放射線の放射を停止させるための停止信号を発生する。

本発明によれば、放射線源からの放射線の放射を停止させるべきタイミングをより正確に判断するために有利な技術が提供される。

本発明の第１および第２実施形態の放射線撮像システムの構成が示されている。 本発明の第１および第２実施形態の放射線撮像システムの放射線撮像装置における放射線検出パネルの構成例を示す図。 画素の断面構造の一例を模式的に示す図。 本発明の第１実施形態の放射線撮像システムの動作を示す図。 本発明の第１実施形態の放射線撮像システムの動作を示すタイミングチャート。 比較例の動作を示す図。 比較例の動作を示すタイミングチャート。 本発明の第２実施形態の放射線撮像システムの動作を示す図。 本発明の第２実施形態の放射線撮像システムの動作を示すタイミングチャート。 本発明の第２実施形態の放射線撮像システムの他の動作を示すタイミングチャート。

以下、添付図面を参照しながら本発明のその例示的な実施形態を通して説明する。

図１には、本発明の第１実施形態の放射線撮像システム２００の構成が示されている。放射線撮像システム２００は、放射線で形成される光学像を電気的に撮像し、電気的な放射線画像（即ち、放射線画像データ）を得るように構成されている。放射線は、典型的には、Ｘ線でありうるが、α線、β線、γ線などであってもよい。放射線撮像システム２００は、例えば、放射線撮像装置２１０、放射線源２３０、曝射制御部２２０およびコンピュータ２４０を備えうる。

放射線源２３０は、曝射制御部２２０からの曝射指令（放射指令）に従って放射線の放射を開始する。放射線源２３０から放射された放射線は、不図示の被険体を通って放射線撮像装置２１０に照射される。放射線源２３０はまた、曝射制御部２２０からの停止指令に従って放射線の放射を停止する。放射線撮像装置２１０は、放射線検出パネル２１２と、放射線検出パネル２１２を制御する制御部２１４とを含む。

制御部２１４は、放射線検出パネル２１２から得られる信号に基づいて、放射線源２３０からの放射線の放射を停止させるための停止信号を発生する。停止信号は、曝射制御部２２０に供給され、曝射制御部２２０は、停止信号に応答して、放射線源２３０に対して停止指令を送る。制御部２１４は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用コンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。

コンピュータ２４０は、放射線撮像装置２１０および曝射制御部２２０を制御したり、放射線撮像装置２１０から放射線画像データを受信し、それを処理したりする。一例において、曝射制御部２２０は、曝射スイッチを有し、ユーザによって曝射スイッチがオンされると、曝射指令を放射線源２３０に送るほか、放射線の放射の開始を示す開始通知をコンピュータ２４０に送る。該開始通知を受けたコンピュータ２４０は、該開始通知に応答して、放射線の放射の開始を放射線撮像装置２１０の制御部２１４に通知する。

図２には、放射線検出パネル２１２の構成例が示されている。放射線検出パネル２１２は、画素アレイ１１２を備えている。画素アレイ１１２は、放射線を検出する複数の画素ＰＩＸ、および、複数の列信号線Ｓｉｇ（Ｓｉｇ１〜Ｓｉｇ３）を有する。放射線検出パネル２１２はまた、画素アレイ１１２を駆動する駆動回路（行選択回路）１１４、および、画素アレイ１１２の複数の列信号線Ｓｉｇに現れる信号を検出する検出部（読出部）１１３を備えている。なお、図２では、記載の簡単化のために、画素アレイ１１２は、３行×３列の画素ＰＩＸで構成されているが、実際には、より多くの画素ＰＩＸが配列されうる。一例において、放射線検出パネル２１２は、１７インチの寸法を有し、約３０００行×約３０００列の画素ＰＩＸを有しうる。

各画素ＰＩＸは、放射線を検出する変換素子Ｃと、変換素子Ｃと列信号線Ｓｉｇ（複数の列信号線Ｓｉｇのうち変換素子Ｃに対応する列信号線Ｓｉｇ）とを接続するスイッチＳＷとを含む。変換素子Ｃは、それに入射した放射線の量に対応する信号を列信号線Ｓｉｇに出力する。変換素子Ｃは、例えば、ガラス基板等の絶縁性基板上に配置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を含みうる。あるいは、変換素子Ｃは、ＰＩＮ型フォトダイオードを含みうる。変換素子Ｃは、放射線を直接に電気信号に変換する直接型として構成されてもよいし、放射線を光に変換した後に、光を検出する間接型として構成されてもよい。間接型においては、シンチレータが複数の画素ＰＩＸによって共有されうる。

スイッチＳＷは、例えば、制御端子（ゲート）と２つの主端子（ソース、ドレイン）とを有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのトランジスタで構成されうる。変換素子Ｃは、２つの主電極を有し、変換素子Ｃの一方の主電極は、スイッチＳＷの２つの主端子のうちの一方に接続され、変換素子の他方の主電極は、共通のバイアス線Ｂｓを介してバイアス電源１０３に接続されている。バイアス電源１０３は、バイアス電圧Ｖｓを発生する。第１行の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの制御端子がゲート線Ｇ１に接続され、第２行の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの制御端子がゲート線Ｇ２に接続され、第３行の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの制御端子がゲート線Ｇ３に接続されている。ゲート線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・には、駆動回路１１４によってゲート信号Ｖｇ１、Ｖｇ２、Ｖｇ３・・・が供給される。

第１列の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの１つの主端子が第１列の列信号線Ｓｉｇ１に接続されている。第２列の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの１つの主端子が第２列の列信号線Ｓｉｇ２に接続されている。第３列の画素ＰＩＸは、スイッチＳＷの１つの主端子が第３列の列信号線Ｓｉｇ３に接続されている。各列信号線Ｓｉｇ（Ｓｉｇ１、Ｓｉｇ２、Ｓｉｇ３・・・）は、容量ＣＣを有する。

検出部１１３は、１つの列信号線Ｓｉｇに１つの列増幅部ＣＡが対応するように複数の列増幅部ＣＡを有する。各列増幅部ＣＡは、例えば、積分増幅器１０５、可変増幅器１０４、サンプルホールド回路１０７、バッファ回路１０６を含みうる。積分増幅器１０５は、それに対応する列信号線Ｓｉｇに現れた信号を増幅する。積分増幅器１０５は、例えば、演算増幅器と、該演算増幅器の反転入力端子と出力端子との間に並列に接続された積分容量およびリセットスイッチとを含みうる。該演算増幅器の非反転入力端子には、基準電位Ｖｒｅｆが供給される。該リセットスイッチをオンさせることによって該積分容量がリセットされるとともに列信号線Ｓｉｇの電位が基準電位Ｖｒｅｆにリセットされる。該リセットスイッチは、制御部２１４から供給されるリセットパルスによって制御されうる。

可変増幅器１０４は、積分増幅器１０５からの設定された増幅率で増幅する。サンプルホールド回路１０７は、可変増幅器１０４からの信号をサンプルホールドする。サンプルホールド回路１０７は、例えば、サンプリングスイッチとサンプリング容量とによって構成されうる。バッファ回路１０６は、サンプルホールド回路１０７からの信号をバッファリング（インピーダンス変換）して出力する。該サンプリングスイッチは、制御部２１４から供給されるサンプリングパルスによって制御されうる。

検出部１１３はまた、複数の列信号線Ｓｉｇのそれぞれに対応するように設けられた複数の列増幅部ＣＡからの信号を所定の順序で選択して出力するマルチプレクサ１０８を含む。マルチプレクサ１０８は、例えば、シフトレジスタを含み、該シフトレジスタは、制御部２１４から供給されるクロック信号に従ってシフト動作を行い、該シフトレジスタによって複数の列増幅部ＣＡからの１つの信号が選択される。検出部１１３はまた、マルチプレクサ１０８から出力される信号をバッファリング（インピーダンス変換）するバッファ１０９、および、バッファ１０９から出力される信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１１０を含みうる。ＡＤ変換器１１０の出力、即ち、放射線画像データは、コンピュータ２４０に供給される。

図３には、１つの画素ＰＩＸの断面構造の一例が模式的に示されている。以下、図３に示された例について説明する。画素ＰＩＸは、ガラス基板等の絶縁性基板１０の上に形成される。画素ＰＩＸは、絶縁性基板１０の上に、第１の導電層１１、第１の絶縁層１２、第１の半導体層１３、第１の不純物半導体層１４および第２の導電層１５を有する。第１の導電層１１は、スイッチＳＷを構成するトランジスタ（例えばＴＦＴ）のゲートを構成する。第１の絶縁層１２は、第１の導電層１１を覆うように配置され、第１の半導体層１３は、第１の絶縁層１２を介して第１の導電層１１のうちゲートを構成する部分の上に配置されている。第１の不純物半導体層１４は、スイッチＳＷを構成するトランジスタの２つの主端子（ソース、ドレイン）を構成するように第１の半導体層１３の上に配置されている。第２の導電層１５は、スイッチＳＷを構成するトランジスタの２つの主端子（ソース、ドレイン）にそれぞれ接続された配線パターンを構成している。第２の導電層１５の一部は、列信号線Ｓｉｇを構成し、他の一部は、変換素子ＣとのスイッチＳＷとを接続するための配線パターンを構成している。

画素ＰＩＸは、更に、第１の絶縁層１２および第２の導電層１５を覆う層間絶縁膜１６を有し、層間絶縁膜１６には、第２の導電層１５（スイッチＳＷ）と接続するためのコンタクトプラグ１７が設けられている。画素ＰＩＸは、更に、層間絶縁膜１６の上に配置された変換素子Ｃを含む。図３に示された例では、変換素子Ｃは、放射線を光に変換するシンチレータ層２５を含む間接型の変換素子として構成されている。変換素子Ｃは、層間絶縁膜１６の上に積層された第３の導電層１８、第２の絶縁層１９、第２の半導体層２０、第２の不純物半導体層２１、第４の導電層２２、保護層２３、接着層２４およびシンチレータ層２５を有する。第３の導電層１８、第２の絶縁層１９、第２の半導体層２０、第２の不純物半導体層２１、第４の導電層２２、保護層２３、接着層２４およびシンチレータ層２５は、変換素子Ｃを構成している。

第３の導電層１８、第４の導電層２２は、それぞれ、変換素子Ｃを構成する光電変換素子の下部電極、上部電極を構成する。第４の導電層２２は、例えば、透明材料で構成される。第３の導電層１８、第２の絶縁層１９、第２の半導体層２０、第２の不純物半導体層２１、第４の導電層２２は、該光電変換素子としてのＭＩＳ型センサを構成している。第２の不純物半導体層２１は、例えば、ｎ型の不純物半導体層で形成される。シンチレータ層２５は、例えば、ガドリニウム系の材料、または、ＣｓＩ（ヨウ化セシウム）の材料で構成されうる。

変換素子Ｃは、入射した放射線を直接に電気信号（電荷）に変換する直接型の変換素子として構成されてもよい。直接型の変換素子Ｃとしては、例えば、アモルファスセレン、ガリウム砒素、ガリウムリン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ等を主材料とする変換素子を挙げることができる。変換素子Ｃは、ＭＩＳ型に限定されず、例えば、ｐｎ型やＰＩＮ型のフォトダイオードでもよい。

図３に示された例では、画素アレイ１１２が形成された面に対する正投影において、複数の列信号線Ｓｉｇのそれぞれが複数の画素ＰＩＸの一部と重なっている。このような構成は、各画素ＰＩＸの変換素子Ｃの面積を大きく点で有利であるが、一方で、列信号線Ｓｉｇと変換素子Ｃとの間の容量結合が大きくなるという点で不利である。変換素子Ｃに放射線が入射し、変換素子Ｃに電荷が蓄積されて下部電極としての第３の導電層１８の電位が変化したとき、列信号線Ｓｉｇと変換素子Ｃとの間の容量結合によって列信号線Ｓｉｇの電位も変化する。

以下、図４および図５を参照しながら放射線撮像装置２１０および放射線撮像システム２００の動作を説明する。放射線撮像システム２００の動作は、コンピュータ２４０によって制御される。放射線撮像装置２１０の動作は、コンピュータ２４０による制御の下で、制御部２１４によって制御される。

一例において、撮像動作Ｓ４００は、繰り返して実行されうる。以下、１つの撮像動作Ｓ４００を説明する。まず、ステップＳ４１０において、撮像準備がなされる。撮像準備は、例えば、放射線の照射条件の設定、露出制御を行うための関心領域および露出情報の設定などを含みうる。これらは、コンピュータ２４０の入力装置を通してユーザによって設定されうる。露出情報の設定は、１つの関心領域における目標露出量の設定でありうる。あるいは、露出情報の設定は、複数の関心領域のそれぞれの露出量の最大値または平均値でありうる。あるいは、露出情報の設定は、複数の関心領域のそれぞれの露出量の最大値と最小値との差または比率でありうる。露出情報の設定に応じて、制御部２１４において放射線の放射を放射線源２３０に停止させるべきタイミングを決定するための閾値が決定される。

ステップＳ４１２、Ｓ４１４では、放射線源２３０からの放射線の放射（換言すると、放射線撮像装置２１０への放射線の照射）が開始されるまで、制御部２１４は、駆動回路１１４および検出部１１３に空読みを実施させる。具体的には、ステップＳ４１２では、例えば、１または複数の行に関して空読みが実施され、ステップＳ４１４では、放射線源２３０からの放射線の放射が開始されたかどうかが判断される。そして、放射線の放射が開始されたと判断された場合には、空読みを終了してステップＳ４１６に進み、放射線の放射が開始されていないと判断された場合にはステップＳ４１２に戻る。空読みは、駆動回路１１４が画素アレイ１１２の複数の行のゲート線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・Ｇｙに供給されるゲート信号Ｖｇ１、Ｖｇ１、Ｖｇ３・・・Ｖｇｙを順にアクティブレベルに駆動し、変換素子Ｃに蓄積されているダーク電荷をリセットするものである。ここで、空読みの際、積分増幅器１０５のリセットスイッチには、アクティブレベルのリセットパルスが供給され、列信号線Ｓｉｇが基準電位にリセットされる。ダーク電荷とは、変換素子Ｃに放射線が入射しないにも拘わらず発生する電荷である。

制御部２１４は、例えば、曝射制御部２２０からコンピュータ２４０を介して供給される開始通知に基づいて、放射線源２３０からの放射線の放射の開始を認識することができる。あるいは、画素アレイ１１２のバイアス線Ｂｓまたは列信号線Ｓｉｇ等を流れる電流を検出する検出回路を設けてもよい。制御部２１４は、該検出回路の出力に基づいて放射線源２３０からの放射線の放射の開始を認識することができる。

ステップＳ４１６では、検出部１１３は、放射線が照射され且つ画素アレイ１１２を構成する複数の画素ＰＩＸのそれぞれのスイッチＳＷが開かれた状態で、複数の列信号線Ｓｉｇのうち少なくとも１つの列信号線Ｓｉｇに現れる信号を放射線信号として検出する。ここで、スイッチＳＷが開かれた状態は、スイッチＳＷがＯＦＦ状態であることと等価である。信号を検出すべき列信号線Ｓｉｇは、設定された関心領域を通る列信号線Ｓｉｇである。ここで、画素ＰＩＸのそれぞれのスイッチＳＷが開かれた状態においても、前述の容量結合によって、画素ＰＩＸの変換素子Ｃの下部電極の電位変化に応じて列信号線Ｓｉｇの電位が変化しうる。また、画素ＰＩＸのそれぞれのスイッチＳＷが開かれた状態においても、スイッチＳＷが完全にＯＦＦしていない状態では、スイッチＳＷを通して若干のリーク電流が流れ、これによっても列信号線Ｓｉｇの電位が変化しうる。

つまり、放射線信号は、複数の列信号線Ｓｉｇのうち放射線信号の検出対象である少なくとも１つの列信号線Ｓｉｇとそれに隣接する画素ＰＩＸとの容量結合によって当該少なくとも１つの列信号線Ｓｉｇに現れる成分を含みうる。あるいは、放射線信号は、複数の列信号線Ｓｉｇのうち放射線信号の検出対象である少なくとも１つの列信号線Ｓｉｇと隣接する画素ＰＩＸから当該少なくとも１つの列信号線Ｓｉｇへのリーク電流による成分を含みうる。ここで、１つの列信号線Ｓｉｇに隣接する画素ＰＩＸは、典型的には、画素アレイ１１２を構成する複数の画素ＰＩＸのうち当該列信号線Ｓｉｇに対してスイッチＳＷを介して変換素子Ｃが接続された画素ＰＩＸである。

ステップＳ４１８では、制御部２１４は、予め設定された換算係数ＣＦを使って積算照射量ＩＤを計算する。より具体的な例を挙げると、制御部２１４は、ステップＳ４１６で検出された放射線信号を積算した積算値に換算係数ＣＦを乗じることによって積算照射量ＩＤを計算する。放射線信号の積算は、積算値ＩＶに対して、ステップＳ４１８を実行する度に、ステップＳ４１６で検出された最新の放射線信号ＲＩの値を加算すること（つまり、ＩＶ＝ＩＶ＋ＲＩを演算すること）によってなされうる。積算照射量ＩＤは、積算値ＩＶに換算係数ＣＦを乗じすること（つまり、ＩＤ＝ＩＶ×ＣＦを演算すること）によってなされうる。

換算係数ＣＦは、実験またはシミュレーションによって予め設定されていてもよいし、過去に実行された撮像動作Ｓ４００における撮像の結果に基づいて決定されてもよい。

ステップＳ４２０では、制御部２１４は、積算照射量ＩＤが閾値を超えたかどうかを判定し、積算照射量ＩＤが閾値を超えたと判断した場合には、放射線源２３０からの放射線の放射を停止させるための停止信号を発生する。この停止信号の発生に応答して、曝射制御部２２０は、放射線源２３０に停止指令を送り、放射線源２３０は、停止指令に従って放射線の放射を停止する。これにより、露出量が適正に制御される。

ステップＳ４２４では、制御部２１４は、駆動回路１１４および検出部１１３に本読みを実行させる。本読みでは、駆動回路１１４が画素アレイ１１２の複数の行のゲート線Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３・・・Ｇｙに供給されるゲート信号Ｖｇ１、Ｖｇ１、Ｖｇ３・・・Ｖｇｙを順にアクティブレベルに駆動する。そして、検出部１１３は、変換素子Ｃに蓄積されている電荷を複数の列信号線Ｓｉｇを介して読み出してマルチプレクサ１０８、バッファ１０９およびＡＤ変換器１１０を通して放射線画像データとしてコンピュータ２４０に出力する。

ステップＳ４２６では、制御部２１４は、ステップＳ４２４で読み出された放射線画像データの少なくとも１つの画素データ（複数の画素の少なくとも１つから読み出された信号）と、ステップＳ４１８で計算された積算値ＩＶとに基づいて換算係数ＣＦを決定する。具体的には、ある注目領域の画素データの値をＰＤとすると、換算係数ＣＦは、例えば、ＣＦ＝ＰＤ／ＩＶに従って決定されうる。

ステップＳ４２８では、制御部２１４は、ステップＳ４２６で決定した換算係数ＣＦを保存する。この換算係数ＣＦは、移行に実施される撮像動作Ｓ４００のステップＳ４１８において使用されうる。

次に、第１実施形態の放射線撮像システムの有用性を比較例との対比において明らかにするために、図６および図７を参照しながら比較例を説明する。まず、ステップＳ６１０において、撮像準備がなされる。この処理は、前述のステップＳ４１０における処理と同様である。

ステップＳ６１２、Ｓ６１４では、放射線源２３０からの放射線の放射（換言すると、放射線撮像装置２１０への放射線の照射）が開始されるまで、制御部２１４は、駆動回路１１４および検出部１１３に空読みを実施させる。この処理は、前述のステップＳ４１２、Ｓ４１４における処理と同様である。

ステップＳ６１６では、検出部１１３は、放射線が照射され且つ画素アレイ１１２を構成する複数の画素ＰＩＸのうち特定行（ここでは、特定行を第Ｙ行とする。）の画素のスイッチＳＷが閉じられた状態で、複数の列信号線Ｓｉｇのうち少なくとも１つの列信号線Ｓｉｇに現れる信号を照射量信号として検出する。ここで、スイッチＳＷが閉じられた状態は、スイッチＳＷがＯＮ状態であることと等価である。信号を検出すべき列信号線Ｓｉｇは、設定された関心領域を通る列信号線Ｓｉｇである。

第Ｙ行の画素ＰＩＸのスイッチＳＷが閉じられた状態では、第Ｙ行の画素ＰＩＸの変換素子Ｃに蓄積された電荷が複数の列信号線Ｓｉｇにそれぞれ転送され、その電荷に応じた信号（以下、画素信号成分という。）が検出部１１３によって読み出される。検出部１１３によって読み出される信号は、画素信号成分の他に、前述の容量結合によるノイズ成分、即ち、第Ｙ行以外の行の画素ＰＩＸの変換素子Ｃの下部電極の電位変化によって列信号線Ｓｉｇの電位が変化することによるノイズ成分を含みうる。また、検出部１１３によって読み出される信号は、第Ｙ行以外の行の画素ＰＩＸのスイッチＳＷが完全にＯＦＦしない構造では、スイッチＳＷを通して列信号線Ｓｉｇに流れることによるノイズ成分を含みうる。

ステップＳ６１８では、制御部２１４は、ステップＳ６１６で検出された照射量信号を積算することによって積算照射量を計算する。照射量信号の積算は、積算照射量ＩＤに対して、ステップＳ６１８を実行する度に、ステップＳ６１６で検出された最新の照射量信号ＩＡの値を加算すること（つまり、ＩＤ＝ＩＤ＋ＩＡを演算すること）によってなされうる。

ステップＳ６２０では、制御部２１４は、積算照射量ＩＤが閾値を超えたかどうかを判定し、積算照射量ＩＤが閾値を超えたと判断した場合には、放射線源２３０からの放射線の放射を停止させるための停止信号を発生する。ステップＳ６２４では、制御部２１４は、制御部２１４は、駆動回路１１４および検出部１１３に本読みを実施させる。

一例において、ステップＳ６１６において読み出される信号に含まれる１つの画素からの画素信号成分に対する１つの画素からのノイズ成分の比（ノイズ成分／画素信号成分）は、１／５０程度である。画素アレイを構成する行の数が３０００である場合、１つの画素からの画素信号成分に対する他の行の画素からのノイズ成分の比は、１／５０×２９９９＝約６０程度となる。つまり、Ｓ／Ｎ比は、約１／６０となりうる。しかも、関心領域には、被検体を通過した放射線が入射するので、Ｓ／Ｎ比は更に小さくなりうる。

一方、画素ＰＩＸが発生するノイズ成分は、その画素ＰＩＸに入射した放射線の強度に比例し、その画素ＰＩＸが発生するノイズ成分の積算値は、その画素に入射した放射線の強度の積算値と比例する。

そこで、本発明の第１実施形態では、比較例においてノイズ成分となる信号を放射線撮像装置に対する放射線の照射量を評価するための有用な信号として利用する。つまり、本発明の第１実施形態では、検出部１１３は、放射線が照射され且つ複数の画素ＰＩＸのそれぞれのスイッチＳＷが開かれた状態（ＯＦＦの状態）で、複数の列信号線Ｓｉｇのうち少なくとも１つの列信号線Ｓｉｇに現れる信号を放射線信号として検出する。そして、制御部２１４は、放射線信号の積算値に基づいて、放射線源２３０に放射線の放射を停止させるための停止信号を発生する。一例において、制御部２１４は、放射線信号の積算値から換算される放射線の照射量に基づいて停止信号を発生しうる。

ところで、放射線の強度の波形は、管電圧および管電流の設定値、管球の種類や状態によって、理想的な矩形パルスになることはなく、ほとんど場合は、リンギングや波形鈍りが発生した波形となる。更に、間接型の放射線撮像装置では、シンチレータにおける放射線からの光への変換に遅れが生じうるので、光電変換素子で検出される光の強度の波形の鈍りは更に大きくなる。放射線の強度が大きく変化しているときに少ない読出回数で放射線を停止すべきタイミングを決定する場合、露出制御に誤差が生じやすい。逆に、読出回数を増やすと、１回当たりの読出に寄与する電荷が減るのでＳ／Ｎ比が低下しうる。

一方、本発明の第１実施形態によれば、列信号線Ｓｉｇに隣接する複数の画素ＰＩＸのそれぞれのスイッチＳＷが開かれた状態で、複数の画素ＰＩＸからの影響によって列信号線Ｓｉｇに現れる信号を放射線信号として検出する。よって、露出制御のための読出回数（検出回数）を増やしても、Ｓ／Ｎ比の低下を抑えることができるので、放射線の強度の波形が歪んだ場合においても、高い精度で露出を制御することができる。

更に、本発明の第１実施形態によれば、本読みが開始されるまで画素ＰＩＸのスイッチＳＷが閉じられないので、画素ＰＩＸの電荷が失われない。つまり、露出制御に起因する欠損がない放射線画像を得ることができる。

以下、図８および図９を参照しながら本発明の第２実施形態の放射線撮像装置およびシステムについて説明する。なお、第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第２実施形態では、放射線の照射中に画素ＰＩＸのスイッチＳＷを閉じることによって得られる情報に基づいて換算係数を決定する。

図８におけるステップＳ８１０、Ｓ８１２、Ｓ８１４、Ｓ８２４、Ｓ８２６、Ｓ８２８、Ｓ８３０、Ｓ８３２は、図４におけるステップＳ４１０、Ｓ４１２、Ｓ４１４、Ｓ４１６、Ｓ４１８、Ｓ４２０、Ｓ４２２、Ｓ４２４と同様の処理である。

ステップＳ８１６では、検出部１１３は、放射線が照射され且つ画素アレイ１１２を構成する複数の画素ＰＩＸのそれぞれのスイッチＳＷが開かれた状態で、複数の列信号線Ｓｉｇのうち少なくとも１つの列信号線Ｓｉｇに現れる信号を放射線信号として検出する。

ステップＳ８１８では、制御部２１４は、ステップＳ８１６における検出された放射線信号に基づいて、放射線信号の変化（つまり、前回の放射線信号と最新の放射線信号との差分）を評価する。そして、制御部２１４は、放射線信号の変化が所定値以内に収まったと判断したら、ステップＳ８２０に進む。

ステップＳ８２０では、制御部２１４は、画素アレイ１１２を構成する複数の画素ＰＩＸのうち特定行（第Ｙ行とする）の画素のスイッチＳＷを閉じさせて、その状態で検出部１１３に第Ｙ行の画素ＰＩＸの信号を第１信号として読み出させる。つまり、ステップＳ８２０では、検出部１１３は、放射線が照射され且つ画素アレイ１１２を構成する複数の画素ＰＩＸの少なくとも１つの画素ＰＩＸのスイッチＳＷが閉じられた状態で当該少なくとも１つの画素ＰＩＸの信号を第１信号として読み出す。ステップＳ８１８、Ｓ８２０の処理は、放射線の強度の変化に基づいて第１信号を読み出すことを意図したものである。より具体的には、ステップＳ８１８、Ｓ８２０の処理は、放射線の強度の変化が落ち着いたタイミングで第１信号を読み出すことを意図したものである。つまり、第１信号の検出のために画素アレイ１１２を構成する複数の画素ＰＩＸのいうち少なくとも１つの画素ＰＩＸのスイッチＳＷが閉じられるタイミングは、放射線信号の変化に基づいて決定されうる。

第Ｙ行の画素ＰＩＸは、露出制御のための専用の画素であってもよいし、撮像のための画素と兼用される画素であってもよい。あるいは、第Ｙ行は、露出制御のための画素と撮像のための画素とを含み、それらが別個のゲート線を介して制御されてもよい。

ステップＳ８２２では、制御部２１４は、ステップＳ８２０で読み出した第１信号と、該第１信号の読み出しの直前（即ち、直線のステップＳ８１６）に検出された放射線信号である第２信号とに基づいて換算係数ＣＦを決定する。ここで、第２信号は、第１信号の読み出しの直後に検出部１１３によって検出されてもよい。

第１信号は、前述の画素信号成分の他、容量結合および／またはリーク電流によるノイズ成分を含んでいる。第２信号は、および／またはリーク電流によるノイズ成分である。制御部２１４は、例えば、第１信号と第２信号との差分を第２信号で割った値を換算係数ＣＦとして演算しうる。この換算係数ＣＦは、ステップＳ８２４で放射線信号を検出した後に、ステップＳ８２４で積算照射量を計算するために使われる。

ステップＳ８２０における第１信号の検出は、図１０に例示されるように複数回にわたって実施されてもよい。換算係数ＣＦは、第１信号が新たに検出される度に、その新たに検出された第１信号に基づいて更新されうる。あるいは、換算係数ＣＦは、複数の第１信号の平均等に基づいて計算されてもよい。

２１０：放射線撮像装置、２２０：曝射制御部、２３０：放射線源、２４０：コンピュータ、２１２：放射線検出パネル、２１４：制御部、１１２：画素アレイ、１１３：検出部、１１４：駆動回路、ＰＩＸ：画素、Ｃ：変換素子、ＳＷ：スイッチ、Ｓｉｇ：列信号

Claims (13)

1. 放射線を検出する複数の画素および複数の列信号線を有する画素アレイと、
   前記複数の列信号線に現れる信号を検出する検出部と、
   制御部と、を備え、
   前記複数の画素は、それぞれ、放射線を電気信号に変換する変換素子と、前記変換素子と前記複数の列信号線のうち前記変換素子に対応する列信号線とを接続するスイッチと、を有し、
   前記検出部は、放射線が照射され且つ前記複数の画素のそれぞれの前記スイッチが開かれた状態で、前記複数の列信号線のうち少なくとも１つの列信号線に現れる信号を放射線信号として検出し、
   前記制御部は、前記放射線信号の積算値に基づいて、放射線源からの放射線の放射を停止させるための停止信号を発生する、
   ことを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記制御部は、前記積算値から換算される放射線の積算照射量に基づいて前記停止信号を発生する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記制御部は、前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記スイッチが閉じられた状態で前記少なくとも１つの画素から前記検出部によって読み出された信号と、前記放射線信号とに基づいて、前記積算値を前記照射量に換算するための換算係数を決定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記検出部は、放射線の照射が停止された後に、前記画素アレイの前記複数の画素から信号を読み出すように構成され、
   前記換算係数は、過去に実行された撮像の際に検出された前記放射線信号と、前記撮像の際に前記検出部によって前記画素アレイの前記複数の画素の少なくとも１つから読み出された信号とに基づいて決定される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
5. 前記検出部は、放射線が照射され且つ前記複数の画素の少なくとも１つの画素の前記スイッチが閉じられた状態で前記少なくとも１つの画素の信号を第１信号として読み出し、
   前記換算係数は、前記第１信号と、前記第１信号の読み出しの直前または直後に検出された前記放射線信号である第２信号と、に基づいて決定される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の放射線撮像装置。
6. 前記換算係数は、前記第１信号と前記第２信号との差分を前記第２信号で割った値を有する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の放射線撮像装置。
7. 前記検出部は、放射線の照射中に複数回にわたって前記第１信号を読み出し、
   複数の前記第１信号に基づいて前記換算係数が決定される、
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載の放射線撮像装置。
8. 前記第１信号の検出のために前記少なくとも１つの画素の前記スイッチが閉じられるタイミングは、前記放射線信号の変化に基づいて決定される、
   ことを特徴とする請求項５に記載の放射線撮像装置。
9. 前記画素アレイが形成された面に対する正投影において、前記複数の列信号線のそれぞれが前記複数の画素の一部と重なっている、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
10. 前記放射線信号は、前記少なくとも１つの列信号線と前記複数の画素の一部との容量結合によって前記少なくとも１つの列信号線に現れる成分を含む、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
11. 前記放射線信号は、前記少なくとも１つの列信号線に対する前記複数の画素の一部からのリーク電流による成分を含む、
    ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の放射線撮像装置。
12. 放射線撮像システムであって、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の放射線撮像装置と、
    放射線源と、
    前記放射線源からの放射線の放射を開始させるほか、前記放射線撮像装置からの停止信号に応答して前記放射線源からの放射線の放射を停止させる曝射制御部と、
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
13. 放射線を検出する複数の画素および複数の列信号線を有する画素アレイと、前記複数の列信号線に現れる信号を検出する検出部と、を備え、前記複数の画素が、それぞれ、放射線を検出する変換素子と、前記変換素子と複数の列信号線のうち前記変換素子に対応する列信号線とを接続するスイッチと、を有する、放射線撮像システムにおける露出制御方法であって、
    前記検出部により、放射線が照射され且つ前記複数の画素の前記スイッチが開かれた状態で、前記複数の列信号線のうち少なくとも１つの列信号線に現れる信号を放射線信号として検出する工程と、
    前記放射線信号の積算値に基づいて、放射線源からの放射線の放射を停止させるための停止信号を発生する工程と、
    を含むことを特徴とする露出制御方法。

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